KR100628854B1 - 연마 패드 및 연마 장치 - Google Patents

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KR100628854B1
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Abstract

본원 발명은 마이크로 고무 A 경도가 80도 이상인 연마층과 체적 탄성률이 40 MPa 이상이고, 동시에 인장 탄성률이 0.1 MPa 이상 20 MPa 이하인 완충층을 갖는 것을 특징으로 하는 연마 패드, 및 반도체 기판을 연마 헤드에 고정하고, 연마 정반에 상기 연마 패드를 연마층이 반도체 기판에 대향되도록 고정하고, 상기 연마 헤드 또는 연마 정반, 또는 모두를 회전시켜 상기 반도체 기판을 연마하는 것을 특징으로 하는 연마 장치에 관한 것이다.
본원 발명에 의해 반도체 기판 상에 형성된 절연층 또는 금속 배선 표면을 연마에 의해 평활화하는 기계적인 평탄화 공정에서 사용하기 위한 연마 장치 또는 연마 패드에 있어서, 반도체 기판 전면이 균일하게 평탄화되고, 또한 웨이퍼 엣지 가까이까지 균일한 연마를 달성할 수 있으며, 또한 정반 회전 속도가 높은 조건에서 균일성과 평탄성의 양립을 꾀하는 기술을 제공할 수 있다.
연마 패드, 연마 장치, 균일성, 평탄성

Description

연마 패드 및 연마 장치 {Polishing Pad and Polishing Device}
본 발명은 반도체 기판의 연마 장치 및 연마 패드에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 실리콘 등 반도체 기판 상에 형성되는 절연층 표면 및 금속 배선의 표면을 기계적으로 평탄화하는 연마 장치와 연마 패드에 관한 것이다.
반도체 메모리로 대표되는 대규모 집적 회로 (LSI)는 해마다 집적화가 진행되며, 그에 따라 대규모 집적 회로의 제조 기술도 고밀도화가 진행되고 있다. 또한, 고밀도화에 따라 반도체 장치의 적층수도 증가하고 있다. 그 적층수 증가에 의해, 종래는 문제가 되지 않았던 적층에 의해 생기는 반도체 웨이퍼 주요면의 요철이 문제가 되고 있다. 예를 들면 닛케이 마이크로디바이스 1994년 7월호 50 내지 57면에 기재된 바와 같이, 적층함으로써 생기는 요철에 기인하는 노광시의 초점 심도 부족을 보충할 목적으로, 또는 관통 구멍부(throughhole)의 평탄화에 의한 배선 밀도를 향상시킬 목적으로 화학적 기계 연마(CMP: Chemical Mechanical Polishing) 기술을 이용한 반도체 웨이퍼의 평탄화가 검토되고 있다.
일반적으로 CMP 장치는 피처리물인 반도체 기판을 유지하는 연마 헤드, 피처리물의 연마 처리를 행하기 위한 연마 패드, 상기 연마 패드를 유지하는 연마 정반(platen)으로 구성되어 있다. 그리고, 반도체 기판의 연마 처리는 연마제와 화학 약액으로 이루어지는 슬러리를 사용하여 반도체 기판과 연마 패드를 상대 운동시킴으로써 반도체 기판 표면의 층을 매끄럽게 한다. 이 반도체 기판의 연마 가공시 연마 속도는 예를 들면 반도체 기판의 한쪽 주요면에 형성된 산화실리콘(SiO2)막의 경우에는 반도체 기판과 연마 패드의 상대 속도 및 하중에 거의 비례한다. 따라서, 반도체 기판의 각 부분을 균일하게 연마 가공하기 위해서는 반도체 기판에 가하는 하중을 균일하게 할 필요가 있다.
그러나, 연마 헤드에 유지된 반도체 기판의 표면은, 예를 들면 반도체 기판의 본래의 휘어짐 등의 변형에 의해 전체적으로는 구부러지는 경우가 많다. 따라서, 반도체 기판의 각 부분에 균일하게 하중을 주기 위해서는 부드러운 연마 패드를 사용하는 것이 바람직하다. 그러나, 부드러운 연마 패드를 사용하여 연마 가공을 행할 경우, 반도체 기판 표면의 국소적인 요철의 평탄성이 나빠지게 되었다. 예를 들어 상기 반도체 기판 표면층의 부분적인 요철이 연마 늘어짐, 즉 연마면이 둥글게 되어 평탄화되지 못하는 문제를 야기하였다. 이에 대하여 딱딱한 연마 패드를 사용하여 마찬가지로 반도체 기판의 연마 가공을 행할 경우, 상술한 부드러운 연마 패드를 사용하는 경우와는 반대로 반도체 기판 표면의 국소적인 요철의 평탄성은 향상시킬 수 있지만, 반도체 기판의 전체적인 굴곡에 대한 추종성의 관점에서는 좋지 않았다. 예를 들어, 반도체 기판 표면의 돌출되어 있는 부분의 요철은 많이 연마되고, 들어가 있는 부분의 요철은 거의 연마되지 않고 남아 있었다. 이러한 불균일한 연마 가공은 알루미늄 배선을 노출시키거나, 연마 가공 후의 산화 실 리콘 절연막면 두께의 부분적인 불균일을 가져와, 예를 들면 관통 구멍 직경의 불일치 및 적층 기인의 요철을 평탄화하지 못하여 노광시의 초점 심도가 부족해지는 원인이 되었다.
이 부분적인 평탄성과 전체적인 추종성을 향상시킨다는 상반된 요구를 충족하기 위한 연마 패드에 관한 종래 기술로서는, 일본 특개평 6-21028호 공보에 개시되어 있는 2층 패드가 시도된 바 있다. 일본 특개평 6-21028호 공보에 개시된 2층 패드는 4 psi 내지 20 psi의 응력 범위에서 체적 탄성률이 250 psi/psi 이하인 완충층에 지지되는 반도체 기판과 직접 접촉하는 연마층이 완충층보다 큰 체적 탄성률을 갖고 있다. 그 목적은 완충층에 반도체 기판의 전체 굴곡을 흡수시키는 한편, 연마층은 어느 정도의 면적 이상 (예를 들면, 다이의 간격 이상)의 만곡에 견딜 수 있도록 하는 것이다. 유감스럽게도 그러한 종래의 2층 패드는 여전히 이하의 연마 성능면에서 과제가 남아 있었다. 우선, 첫째로 연마층의 체적 탄성률이 완충층의 체적 탄성률보다 큰 것에서도 반도체 기판 표면의 국소적인 요철의 평탄성이 나빠지는 경우가 있어, 국소 평탄성이 연마층의 체적 탄성률과 반드시 상관 관계에 있는 것은 아니었다. 둘째로, 4 psi 내지 20 psi의 응력 범위에서 완충층의 체적 탄성률이 250 psi/psi 이하이기 때문에, 반도체 기판 전면의 굴곡 추종성이 나쁘고, 결과적으로 반도체 기판 전면에서의 평탄화 균일성 (균등성 (uniformity))을 충분히 얻지 못하였다. 또한, (주)사이언스 포럼 출판의 CMP 사이언스의 p177∼p183에 기재되어 있는 바와 같이 웨이퍼면 내에서 엣지에 어느 정도 가까이까지 필요한 평탄화가 이루어지는가라는 과제도 충분히 해결되어 있지 않았다. 세째로, 연마 정반의 회전 속도가 고속이 되면 평탄성은 양호해지지만, 반도체 기판 전면의 굴곡 추종성이 나빠진다는 과제가 있었다. 따라서, 상기한 결점을 극복하는 개선된 연마 장치 또는 연마 패드가 요구되고 있었다.
<발명의 개시>
본 발명의 목적은 반도체 기판 상에 형성된 절연층 또는 금속 배선의 표면을 연마에 의해 평활하게 하는 기계적인 평탄화 공정에서 사용하기 위한 연마 장치 또는 연마 패드에 있어서, 반도체 기판 전면이 균일하게 평탄화되는 기술을 제공한다.
즉, 본원 발명은 "마이크로 고무 A 경도가 80도 이상인 연마층과 체적 탄성률이 40 MPa 이상이고, 동시에 인장 탄성률이 0.1 MPa 이상 20 MPa 이하인 완충층을 갖는 것을 특징으로 하는 연마 패드" 및
"반도체 기판을 연마 헤드에 고정하고, 연마 정반에 체적 탄성률이 40 MPa 이상이고, 동시에 인장 탄성률이 O.1 MPa 이상 20 MPa 이하인 완충층을 통해 고착한 마이크로 고무 A 경도가 80도 이상인 연마층을 상기 반도체 기판에 압착한 상태에서 상기 연마 헤드 또는 연마 정반, 또는 그 모두를 회전시켜 상기 반도체 기판을 연마하는 것을 특징으로 하는 반도체 기판의 연마 방법" 또한,
"연마 헤드, 연마 헤드에 대치하고 있는 연마 패드, 연마 패드를 고정하는 연마 정반, 및 상기 연마 헤드, 연마 정반 또는 그 모두를 회전시키는 수단을 구비한 연마 장치로서, 연마 패드가 체적 탄성률이 40 MPa 이상이고, 동시에 인장 탄성률이 0.1 MPa 이상 20 MPa 이하인 완충층 및 연마 헤드 방향으로 마이크로 고무 A 경도가 80도 이상인 연마층을 포함하는 것을 특징으로 하는 연마 장치"에 관한 것이다.
<발명을 실시하기 위한 최선의 형태>
이하, 발명의 실시 형태에 대하여 설명한다.
본 발명에서의 완충층은 체적 탄성률이 40 MPa 이상이고, 동시에 인장 탄성률이 0.1 MPa 이상 20 MPa 이하인 것이 필요하다. 바람직하게는 완충층의 체적 탄성률이 60 MPa 이상, 더욱 바람직하게는 90 MPa 이상이고, 바람직한 인장 탄성률은 0.5 MPa 이상 18 MPa 이하, 더욱 바람직하게는 5 MPa 이상 15 MPa 이하이다. 체적 탄성률이란, 미리 체적을 측정한 피측정물에 등방적인 인가 압력을 가하고, 그 체적 변화를 측정한다. 체적 탄성률=인가 압력/(체적 변화/원래의 체적)이라는 정의이다. 예를 들면, 원래의 체적이 1 cm3이고, 여기에 등방적으로 인가 압력을 0.07 MPa 가했을 때의 체적 변화가 0.00005 cm3이면 체적 탄성률은 1400 MPa 이다. 체적 탄성률의 측정 방법 중 하나로서, 예를 들면 피측정물을 미리 체적 측정해 두고, 그 후 용기에 넣은 수중에 피측정물을 침지한 후, 이 용기를 압력 용기에 넣어 인가 압력을 가해 용기안의 물 높이의 추이로부터 피측정물의 체적 변화와 인가 압력을 측정하는 방법을 들 수 있다. 침지하는 액체는 피측정물을 팽윤시키거나 파괴하는 것은 피하는 것이 바람직하며, 액체이면 특별히 한정되지 않으며, 예를 들어 물 및 수은 및 실리콘 오일 등을 들 수 있다. 인장 탄성률은 완충층을 덤벨 형상으로 하여 인장 응력을 가하고, 인장 변형(=인장 길이 변화/원래의 길이)이 0.01에 서 0.03까지의 범위에서 인장 응력을 측정하여 인장 탄성률=((인장 변형이 0.03일 때의 인장 응력)-(인장 변형이 0.01일 때의 인장 응력))/0.02로 정의되는 것이다. 측정 장치로서 오리엔테크사 제조 텐실론 만능 시험기 RTM-100 등을 들 수 있다. 측정 조건으로서는 시험 속도는 5 cm/분이고, 시험편 형상은 폭 5 mm, 시료 길이 50 mm의 덤벨 형상이다.
완충층의 체적 탄성률은 40 MPa 이상일 필요가 있다. 40 MPa 미만인 경우에는 반도체 기판 전면의 평탄화 균일성 (균등성)이 손상되기 때문에 바람직하지 않다. 또한, 완충층의 인장 탄성률은 0.1 MPa 이상 20 MPa 이하일 필요가 있다. 인장 탄성률이 0.1 MPa 미만이면, 반도체 기판 전면의 평탄화 균일성 (균등성)이 손상되기 때문에 바람직하지 않다. 인장 탄성률이 20 MPa를 넘는 경우에도 반도체 기판 전면의 평탄화 균일성 (균등성)이 손상되기 때문에 바람직하지 않다. 이와 같은 완충층으로서는 천연 고무, 니트릴 고무, 네오프렌 고무, 폴리부타디엔 고무, 폴리우레탄 고무, 실리콘 고무 등의 무발포 엘라스토머를 들 수 있지만, 특별히 이것으로 한정되는 것은 아니다. 완충층의 바람직한 두께는 O.1 내지 100 mm의 범위이다. 0.1 mm 미만인 경우에는 반도체 기판 전면의 평탄화 균일성 (균등성)이 손상되기 때문에 바람직하지 않다. 1OO mm를 넘는 경우에는 국소 평탄성이 손상되기 때문에 바람직하지 않다. 보다 바람직한 두께 범위는 0.2 mm 이상 5 mm 이하이고, 더욱 바람직한 범위는 0.5 mm 이상 2 mm 이하이다.
이어서, 본 발명에서 말하는 마이크로 고무 A 경도에 대하여 설명한다. 마이크로 고무 A 경도란, 마이크로 고무 경도계로 평가한 값을 가르킨다. 이 장치는 고분자 계기(주)로부터 마이크로 고무 경도계 MD-1으로서 공급되고 있다. 마이크로 고무 경도계 MD-1에서는 종래의 경도계로는 측정이 곤란했던 얇은 것·작은 것의 시료 경도 측정이 가능하다. 그것은 스프링식 고무 경도계(듀로미터) A형의 약 1/5의 축소 모델로서 설계·제작되기 때문에, 그 측정치는 스프링식 고무 경도계 A형의 경도와 일치한 값을 얻을 수 있다. 통상의 연마 패드는 연마층 또는 경질층의 두께가 5 mm로 절단되기 때문에 스프링식 고무 경도계 A형으로는 너무 얇아서 평가할 수 없지만, 상기 마이크로 고무 경도계 MD-1로는 평가할 수 있다.
본 발명의 연마 패드의 연마층은 마이크로 고무 A 경도가 80도 이상인 연마층이다. 연마층의 마이크로 고무 A 경도는 80도 이상, 바람직하게는 90도 이상일 필요가 있다. 마이크로 고무 A의 경도가 80도 미만인 경우에는 반도체 기판의 국소적 요철의 글로벌 평탄성이 불량해지기 때문에 바람직하지 않다. 본원 발명에 관한 연마 패드 완충층의 인장 탄성률은 연마층을 덤벨 형상으로 하여 인장 응력을 가하고, 인장 변형(=인장 길이 변화/원래의 길이)이 0.01에서 O.03까지의 범위에서 인장 응력을 측정하여 인장 탄성률=((인장 변형이 0.03일 때의 인장 응력)-(인장 변형이 0.01일 때의 인장 응력))/0.02로 정의되는 것이다. 측정 장치로서 오리엔테크사 제조 텐실론 만능 시험기 RTM-1O0 등을 들 수 있다. 측정 조건으로서는 시험 속도는 5 cm/분이고, 시험편 형상은 폭 5 mm, 시료 길이 50 mm의 덤벨 형상이다. 연마층은 독립 기포를 갖고 있는 것이 연마제의 유지성을 높이고, 연마 속도를 높일 수 있기 때문에 바람직하다. 독립 기포 직경은 평균 기포 직경으로 1000 ㎛ 이하인 것이 반도체 기판의 국소적 요철의 평탄성이 양호하기 때문에 바람직하 다. 독립 기포 직경의 보다 바람직한 평균 기포 직경은 500 ㎛ 이하, 더욱 바람직한 평균 기포 직경은 300 ㎛ 이하이다.
연마층은 폴리우레탄을 주성분으로서 밀도가 0.7 내지 0.9의 범위인 것이 바람직하다. 밀도가 0.7을 하회하거나, 0.9를 상회하면 연마 속도가 낮아져 바람직하지 않다. 더욱 바람직한 연마층은 폴리우레탄과 비닐 화합물로부터 중합되는 중합체를 함유하며, 비닐 화합물로부터 중합되는 중합체의 함유 비율이 50 중량% 이상 90 중량% 이하이고, 평균 기포 직경이 1000 ㎛ 이하의 독립 기포를 가지며, 동시에 밀도가 0.4 이상 1.1 이하의 범위에 있는 것이다. 이 폴리우레탄이란, 폴리이소시아네이트의 중부가 반응 또는 중합 반응에 기초하여 합성되는 고분자이다. 폴리이소시아네이트의 대칭으로서 사용되는 화합물은 활성 수소 함유 화합물, 즉 2개 이상의 폴리히드록시, 또는 아미노기 함유 화합물이다. 폴리이소시아네이트로서 톨릴렌디이소시아네이트, 디페닐메탄디이소시아네이트, 나프탈렌디이소시아네이트, 트리진디이소시아네이트, 헥사메틸렌디이소시아네이트, 이소포론디이소시아네이트 등을 들 수 있지만, 이것으로 한정되는 것은 아니다. 폴리히드록시로서는 폴리올이 대표적인데, 폴리올로서는 폴리에테르폴리올, 폴리테트라메틸렌에테르글리콜, 에폭시 수지 변성 폴리올, 폴리에스테르폴리올, 아크릴폴리올, 폴리부타디엔폴리올, 실리콘폴리올 등을 들 수 있다.
본 발명에서의 비닐 화합물이란, 중합성의 탄소 탄소 이중 결합을 갖는 화합물이다. 구체적으로는 메틸메타크릴레이트, 에틸메타크릴레이트, 프로필메타크릴레이트, n-부틸메타크릴레이트, 이소부틸메타크릴레이트, 메틸(α-에틸)아크릴레이 트, 에틸(α-에틸)아크릴레이트, 프로필(α-에틸)아크릴레이트, 부틸(α-에틸)아크릴레이트, 2-에틸헥실메타크릴레이트, 이소데실메타크릴레이트, n-라우릴메타크릴레이트, 2-히드록시에틸메타크릴레이트, 2-히드록시프로필메타크릴레이트, 2-히드록시에틸아크릴레이트, 2-히드록시프로필아크릴레이트, 2-히드록시부틸메타크릴레이트, 디메틸아미노에틸메타크릴레이트, 디에틸아미노에틸메타크릴레이트, 메타크릴산, 글리시딜메타크릴레이트, 에틸렌글리콜디메타크릴레이트, 푸마르산, 푸마르산디메틸, 푸마르산디에틸, 푸마르산디프로필, 말레산, 말레산디메틸, 말레산디에틸, 말레산디프로필, 아크릴로니트릴, 아크릴아미드, 염화비닐, 스티렌, α-메틸스티렌 등을 들 수 있다. 그 중에서 바람직한 비닐 화합물로서는 메틸메타크릴레이트, 에틸메타크릴레이트, 프로필메타크릴레이트, n-부틸메타크릴레이트, 이소부틸메타크릴레이트, 메틸(α-에틸)아크릴레이트, 에틸(α-에틸)아크릴레이트, 프로필(α-에틸)아크릴레이트, 부틸(α-에틸)아크릴레이트를 들 수 있다. 구체적으로는 메틸메타크릴레이트, 에틸메타크릴레이트, n-부틸메타크릴레이트, 이소부틸메타크릴레이트, 2-에틸헥실메타크릴레이트, 이소데실메타크릴레이트, n-라우릴메타크릴레이트, 2-히드록시에틸메타크릴레이트, 2-히드록시프로필메타크릴레이트, 2-히드록시에틸아크릴레이트, 2-히드록시프로필아크릴레이트, 2-히드록시부틸메타크릴레이트, 디메틸아미노에틸메타크릴레이트, 디에틸아미노에틸메타크릴레이트, 메타크릴산, 글리시딜메타크릴레이트, 에틸렌글리콜디메타크릴레이트, 푸마르산, 푸마르산디메틸, 푸마르산디에틸, 푸마르산디프로필, 말레산, 말레산디메틸, 말레산디에틸, 말레산디프로필, 아크릴로니트릴, 아크릴아미드, 염화비닐, 스티렌, α-메틸스 티렌 등을 들 수 있다. 그 중에서 바람직한 비닐 화합물로서는 메틸메타크릴레이트, 에틸메타크릴레이트, 프로필메타크릴레이트, n-부틸메타크릴레이트, 이소부틸메타크릴레이트, 메틸(α-에틸)아크릴레이트, 에틸(α-에틸)아크릴레이트, 프로필(α-에틸)아크릴레이트, 부틸(α-에틸)아크릴레이트를 들 수 있다. 상기의 바람직한 비닐 화합물은 폴리우레탄에 함침되기 쉽고, 폴리우레탄 내에서 중합되었을 경우, 경도가 높고 인성이 높은 연마층을 얻을 수 있기 때문에 바람직하다. 본 발명에서 비닐 화합물로부터 중합되는 중합체(이하, 비닐 중합체라고 함)란, 구체적으로는 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리에틸메타크릴레이트, 폴리프로필메타크릴레이트, 폴리(n-부틸메타크릴레이트), 폴리이소부틸메타크릴레이트, 폴리메틸(α-에틸)아크릴레이트, 폴리에틸(α-에틸)아크릴레이트, 폴리프로필(α-에틸)아크릴레이트, 폴리부틸(α-에틸)아크릴레이트, 폴리(2-에틸헥실메타크릴레이트), 폴리이소데실메타크릴레이트, 폴리(n-라우릴메타크릴레이트), 폴리(2-히드록시에틸메타크릴레이트), 폴리(2-히드록시프로필메타크릴레이트), 폴리(2-히드록시에틸아크릴레이트), 폴리(2-히드록시프로필아크릴레이트), 폴리(2-히드록시부틸메타크릴레이트), 폴리디메틸아미노에틸메타크릴레이트, 폴리디에틸아미노에틸메타크릴레이트, 폴리메타크릴산, 폴리글리시딜메타크릴레이트, 폴리에틸렌글리콜디메타크릴레이트, 폴리푸마르산, 폴리푸마르산디메틸, 폴리푸마르산디에틸, 폴리푸마르산디프로필, 폴리말레산, 폴리말레산디메틸, 폴리말레산디에틸, 폴리말레산디프로필, 폴리아크릴로니트릴, 폴리아크릴아미드, 폴리염화비닐, 폴리스티렌, 폴리(α-메틸스티렌) 등을 들 수 있다. 그 중에서 바람직한 중합체로서 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리에틸메타 크릴레이트, 폴리프로필메타크릴레이트, 폴리(n-부틸메타크릴레이트), 폴리이소부틸메타크릴레이트, 폴리메틸(α-에틸)아크릴레이트, 폴리에틸(α-에틸)아크릴레이트, 폴리프로필(α-에틸)아크릴레이트, 폴리부틸(α-에틸)아크릴레이트가 연마 패드의 경도를 높일 수 있고, 평탄화 특성을 양호하게 할 수 있다. 본 발명에서 비닐 화합물로부터 중합되는 중합체의 함유율은 50 중량% 이상 90 중량% 이하인 것이 바람직하다. 비닐 화합물로부터 중합되는 중합체의 함유 비율이 50 중량% 미만인 경우에는 연마층의 경도가 낮아지기 때문에 바람직하지 않다. 90 중량%를 넘는 경우에는 연마층의 탄력성이 손상되기 때문에 바람직하지 않다.
본 발명의 연마층의 제작 방법으로서 바람직한 방법은 미리 평균 기포 직경이 1000 ㎛ 이하인 독립 기포를 가지며, 동시에 밀도가 O.1 이상 1.O 이하의 범위에 있는 발포 폴리우레탄 시트를 비닐 화합물로 팽윤시킨 후, 발포 폴리우레탄 시트 내에서 비닐 화합물을 중합시키는 방법이 있다. 이에 따라, 독립 기포를 가진 구조에서 폴리우레탄과 비닐 화합물로부터 중합되는 중합체를 함유한 연마층을 제작할 수 있다. 물론 목표로 하는 연마층의 경도와 기포 직경과 밀도에 따라 폴리이소시아네이트와 폴리올 및 촉매, 정포제, 발포제의 조합 및 최적량을 결정할 필요가 있다.
비닐 화합물을 발포 폴리우레탄 시트에 팽윤시킨 후 발포 폴리우레탄 시트 내에서 비닐 화합물을 중합시키는 방법으로서, 광분해성 라디칼 개시제와 함께 비닐 화합물을 팽윤시킨 후 광을 노광하여 중합시키는 방법 및 열분해성 라디칼 개시제와 함께 비닐 화합물을 팽윤시킨 후 열을 가하여 중합시키는 방법 및 비닐 화합 물을 팽윤시킨 후 전자선 및 방사선을 방사하여 중합시키는 방법을 들 수 있다.
본 발명에서 연마 정반에 완충층을 통해 연마층을 고착한다는 것은, 연마 정반에서 완충층이 연마시에 틀어지지 않고 고정되어 있으며, 동시에 완충층으로부터 연마층이 틀어지지 않고 고정되어 있는 것을 말한다. 연마 정반과 완충층의 고정 방법으로서는, 양면 접착 테이프로 고정하는 방법 및 접착제로 고정하는 방법 및 연마 정반으로부터 흡인하여 완충층을 고정하는 방법 등을 생각할 수 있지만, 특별히 한정되는 것은 아니다. 또한, 완충층과 연마층을 고정하는 방법으로서는 양면 접착 테이프로 고정하는 방법 및 접착제로 고정하는 방법 등을 생각할 수 있지만, 특별히 한정되는 것은 아니다. 연마층과 완충층을 연결할 수 있는 중간층으로서 양면 접착 테이프 또는 접착층을 사용할 수 있다. 이 양면 접착 테이프 또는 접착층의 인장 탄성률은 20 Mpa 이하가 바람직하다. 양면 접착 테이프의 인장 탄성률은 덤벨 형상으로 하여 인장 응력을 가하고, 인장 변형(=인장 길이 변화/원래의 길이)이 0.01에서 0.03 까지의 범위에서 인장 응력을 측정하여 인장 탄성률=((인장 변형이 0.03일 때의 인장 응력)-(인장 변형이 0.01일 때의 인장 응력))/0.02로 정의되는 것이다. 접착층의 인장 탄성률은 미리 인장 탄성률을 알고 있는 2장의 고무 사이에 접착층을 접합한 적층체를 만들어 덤벨 형상으로 하여 인장 탄성률을 평가하고, ((적층체의 인장 탄성률)×(적층체의 두께)-2×(고무의 인장 탄성률)×(1장의 고무 두께))÷(접착층의 두께)의 식으로부터 구한다. 측정 장치로서는 오리엔테크사 제조의 텐실론 만능 시험기 RTM-100 등을 들 수 있다. 측정 조건으로서는 시험 속도가 5 cm/분이고, 시험편 형상은 폭 5 mm, 시료 길이 50 mm의 덤벨 형 상이다. 중간층의 인장 탄성률이 20 Mpa를 넘으면, 면 내 균일성이 손상되기 때문에 바람직하지 않다.
연마층과 완충층을 접합시키는 양면 접착 테이프 또는 접착층으로서 바람직한 것으로서는 스미또모 3M(주)의 양면 접착 테이프 463, 465, 9204 등, 닛또 덴꼬 (주)의 양면 접착 테이프 No.591 등의 기재 내지 아크릴계 접착제 전사 테이프, 스미또모 3M(주)의 Y-4913 등의 발포 시트를 기재로 한 양면 접착 테이프 및 스미또모 3M(주)의 447DL 등의 연질 염화 비닐을 기재로 한 양면 접착 테이프를 구체적으로 들 수 있다.
본 발명의 연마 장치에서는, 연마 후에 연마층의 연마 속도를 얻지 못한다는 등의 이유로 교환할 필요가 생겼을 경우, 연마 정반에 완충층을 고착한 상태로 연마층을 완충층으로부터 제거하여 교환하는 것도 가능하다. 완충층은 연마층과 비교하여 내구성이 있기 때문에 연마층만을 교환하는 것이 비용면에서 바람직하다.
이하, 본 발명의 연마 패드를 사용한 반도체 기판의 연마 방법에 대하여 설명한다.
본 발명의 연마 패드를 사용하고, 연마제로서 실리카계 폴리쉬제, 산화알루미늄계 폴리쉬제, 산화셀륨계 폴리쉬제 등을 사용하여 반도체 기판 상에서의 절연막 요철 및 금속 배선의 요철을 평탄화할 수 있다. 우선, 연마 헤드, 연마 패드를 고정하기 위한 연마 정반 및, 상기 연마 헤드, 연마 정반 또는 그 모두를 회전시키는 수단을 구비한 연마 장치를 준비한다. 그리고 본 발명의 연마 패드를 연마 장치의 연마 정반에 연마층이 연마 헤드에 대치되도록 고착시킨다. 반도체 기판은 연마 헤드에 진공 처크 등의 방법에 의해 고정된다. 연마 정반을 회전시키고, 연마 정반의 회전 방향과 동일한 방향으로 연마 헤드를 회전시켜 연마 패드에 압착한다. 이 때 연마 패드와 반도체 기판 사이에 연마제가 들어가는 위치에서 연마제를 공급한다. 압착　압력은　연마 헤드에 가하는 힘을 제어함으로써 통상 행해진다. 압착 압력으로서는　0.01 내지 0.2 MPa가 국소적 평탄성을 얻을 수 있기 때문에 바람직하다.
본 발명의 연마 장치 및 연마 패드에 의해 반도체 기판 전면의 국소적 요철의 평탄화 균일성 (균등성)이 달성되고, 또한 웨이퍼 엣지 가까이까지 균일한 연마를 달성할 수 있으며, 또한 정반 회전 속도가 높은 조건에서 균일성과 평탄성의 양립을 꾀할 수 있다.
이하, 실시예에 따라 본 발명을 더욱 상세히 설명한다. 본 실시예에 있어서 각 특성은 이하의 방법으로 측정하였다.
1. 마이크로 고무 A 경도
고분자 계기(주) (소재지: 교또시 가미교꾸 시모다찌우리 무로마찌 니시이리)의 마이크로 고무 경도계 MD-1로 측정하였다.
마이크로 고무 경도계 MD-1의 구성은 하기와 같다.
1.1 센서부
(1) 하중 방식: 캔틸레버형판 스프링
(2) 스프링 하중 : 0 포인트, 2.24 gf
100 포인트 33.85 gf
(3) 스프링 하중 오차 : ±0.32 gf
(4) 압침 치수 : 직경 : 0.16 mm 원주형, 높이: 0.5 mm
(5) 변위 검출 방식 : 변형 게이지식
(6) 가압 다리 치수 : 외경 4 mm, 내경 1.5 mm
1.2 센서 구동부
(1) 구동 방식 : 스테핑 모터에 의한 상하 구동
에어 댐퍼에 의한 강하 속도 제어
(2) 상하 운동 스트로크: 12 mm
(3) 강하 속도: 10 내지 30 mm/sec
(4) 높이 조정 범위 : 0 내지 67 mm (시료 테이블과 센서 가압면의 거리)
1.3 시료대
(1) 시료대 치수 : 직경 80 mm
(2) 미동 기구: XY 테이블 및 마이크로미터 헤드에 의한 미동 스트로크
X축, Y축 모두 15 mm
(3) 레벨 조정기: 레벨 조정용 본체 다리 및 환형 수준기
2. 글로벌 단차
(1) 테스트 웨이퍼
6 인치 실리콘 웨이퍼에 20 mm각의 다이를 배치하였다. 이 20 mm각의 다이에는 40 ㎛폭, 높이 1.2 ㎛의 알루미늄 배선을 40 ㎛의 스페이스에서 좌측 반의 라 인 앤드 스페이스에 배치하고, 400 ㎛폭, 높이 1.2 ㎛의 알루미늄 배선을 40 ㎛의 스페이스에서 우측 반의 라인 앤드 스페이스에 배치하였다. 또한 그 위에 테트라에톡시실란을 CVD로 절연막을 3 ㎛의 두께가 되도록 형성하고, 글로벌 단차 평가용 테스트 웨이퍼를 준비하였다.
(2) 평가 방법
평가 조건 A
글로벌 단차 평가용 테스트 웨이퍼를 연마기의 연마 헤드에 부착하여 37 rpm으로 회전시키고, 상기 복합 연마 패드를 연마기의 정반에 고착시켜 36 rpm으로 연마 헤드의 회전 방향과 동일한 방향으로 회전시킨 후, 실리카계 폴리쉬제를 200 ㎖/분으로 공급하면서 연마 압력 0.05 MPa로 소정 시간 연마하고, 글로벌 단차 평가용 테스트 웨이퍼의 40 ㎛폭 배선 영역과 400 ㎛폭 배선 영역의 글로벌 단차를 측정하였다.
평가 조건 B
글로벌 단차 평가용 테스트 웨이퍼를 연마기의 연마 헤드에 부착하여 47 rpm으로 회전시키고, 상기 복합 연마 패드를 연마기의 정반에 고착시켜 46 rpm으로 연마 헤드의 회전 방향과 동일한 방향으로 회전시킨 후, 실리카계 폴리쉬제를 200 ㎖/분으로 공급하면서 연마 압력 0.05 MPa로 소정 시간 연마하고, 글로벌 단차 평가용 테스트 웨이퍼의 40 ㎛폭 배선 영역과 400 ㎛폭 배선 영역의 글로벌 단차를 측정하였다.
3. 산화막 연마 속도
(1) 테스트 웨이퍼:
6 인치 실리콘 웨이퍼 상에 열산화막을 1.2 ㎛ 형성하고, 산화막 연마 속도 평가용 테스트 웨이퍼를 제조하였다.
(2) 평가 방법
평가 조건 C
산화막 연마 속도 평가용 테스트 웨이퍼를 연마기의 연마 헤드에 부착하여 37 rpm로 회전시키고, 연마 패드를 연마기의 정반에 고착시켜 36 rpm으로 연마 헤드의 회전 방향과 동일한 방향으로 회전시킨 후, 실리카계 폴리쉬제를 225 ml/분으로 공급하면서 연마 압력 0.05 MPa으로 3분간 연마를 실시하고, 웨이퍼 엣지 5 mm 이내를 1 mm 간격으로 하여 산화막 연마 속도를 측정하고, 평균 산화막 속도와 웨이퍼 엣지 5 mm 이내의 균등성=(최대 산화막 속도-최소 산화막 속도)÷2÷평균 산화막 속도×100을 산출하였다. 또한, 웨이퍼 엣지 3 mm 이내를 1 mm 간격으로 하여 산화막 연마 속도를 측정하고, 평균 산화막 속도와 웨이퍼 엣지 3 mm 이내의 균등성=(최대 산화막 속도-최소 산화막 속도)÷2÷평균 산화막 속도×100을 산출하였다.
평가 조건 D
산화막 연마 속도 평가용 테스트 웨이퍼를 연마기의 연마 헤드에 부착하여 47 rpm로 회전시키고, 연마 패드를 연마기의 정반에 고착시켜 46 rpm으로 연마 헤드의 회전 방향과 동일한 방향으로 회전시킨 후, 실리카계 폴리쉬제를 225 ml/분으로 공급하면서 연마 압력 0.05 MPa으로 3분간 연마를 실시하고, 웨이퍼 엣지 5 mm 이내를 1 mm 간격으로 하여 산화막 연마 속도를 측정하고, 평균 산화막 속도와 웨이퍼 엣지 5 mm 이내의 균등성=(최대 산화막 속도-최소 산화막 속도)÷2÷평균 산화막 속도×100을 산출하였다. 또한, 웨이퍼 엣지 3 mm 이내를 1 mm 간격으로 하여 산화막 연마 속도를 측정하고, 평균 산화막 속도와 웨이퍼 엣지 3 mm 이내의 균등성=(최대 산화막 속도-최소 산화막 속도)÷2÷평균 산화막 속도×100을 산출하였다.
<실시예 1>
두께 5 mm의 발포 폴리우레탄 시트(마이크로 고무 A 경도=50도, 밀도: 0.77, 독립 기포 평균 직경: 110 ㎛)를 아조비스이소부틸니트릴 0.1 중량부를 첨가한 메틸메타크릴레이트에 24시간 침지하였다. 메틸메타크릴레이트가 팽윤된 발포 폴리우레탄 시트를 유리판 사이에 끼워 70 ℃에서 24시간 가열하였다. 가열 후, 유리판에서 꺼내 50 ℃에서 진공 건조하였다. 이것을 연삭 가공하여 두께 1.2 mm의 연마층을 얻었다. 이 연마층의 마이크로 고무 A 경도는 98도, 밀도: 0.79, 독립 기포 평균 직경: 150 ㎛, 폴리메틸메타크릴레이트의 함유 중량 비율은 69 중량%였다. 1 mm의 니트릴 고무(체적 탄성률=140 MPa, 인장 탄성률=4.5 MPa)의 완충층과 상기 연마층을 니또덴꼬의 양면 접착 테이프 No.591(인장 탄성률 0.1 Mpa 이하)로 접합하여 연마 패드를 제작하였다. 실리카계 폴리쉬제를 사용하여　산화막 연마 속도의 평가를 정반 회전 속도 36 rpm의 평가 조건 C에서 행한 결과, 웨이퍼 엣지 5 mm 이내의 평균 산화막 속도는 1020 Å/분이고 균등성은 8이며, 웨이퍼 엣지 3 mm 이내의 평균 산화막 속도는 1050 Å/분이고 균등성은 10이었다. 또한, 정반 회전 속 도 46 rpm의 평가 조건 D에서 행한 결과, 웨이퍼 엣지 5 mm 이내의 평균 산화막 속도는 1340 Å/분이고 균등성은 7이며, 웨이퍼 엣지 3 mm 이내의 평균 산화막 속도는 1350 Å/분이고 균등성은 11이었다. 연마 시간 2분, 정반 회전 속도 36 rpm의 평가 조건 A에서 글로벌 단차를 평가했더니, 글로벌 단차 평가용 테스트 웨이퍼의 40 ㎛폭 배선 영역과 400 ㎛폭 배선 영역의 글로벌 단차는 0.04 ㎛였다. 또한, 연마 시간 1분 45초, 정반 회전 속도 46 rpm의 평가 조건 B에서 글로벌 단차를 평가했더니, 글로벌 단차 평가용 테스트 웨이퍼의 40 ㎛폭 배선 영역과 400 ㎛폭 배선 영역의 글로벌 단차는 O.O1 ㎛였다.
<실시예 2>
폴리프로필렌글리콜 30 중량부와 디페닐메탄디이소시아네이트 40 중량부와 물 0.8 중량부와 트리에틸아민 0.3 중량부와 실리콘 정포제 1.7 중량부와 옥틸산주석 0.09 중량부를 RIM 성형기로 혼합하여 금형에 토출하고, 가압 성형을 행하여 두께 1.5 mm의 발포 폴리우레탄 시트(마이크로 고무 A 경도=50도, 밀도: 0.51, 독립 기포 평균 직경 40 ㎛)를 제작하였다. 상기 발포 폴리우레탄 시트를 아조비스이소부틸니트릴 0.1 중량부를 첨가한 메틸메타크릴레이트에 15시간 침지하였다. 메틸메타크릴레이트가 팽윤된 발포 폴리우레탄 시트를 유리판 사이에 끼워 70 ℃에서 24시간 가열하였다. 가열 후, 유리판에서 꺼내 50 ℃에서 진공 건조하였다. 얻어진 경질 발포 시트의 양면을 연삭 가공하여 두께 1.2 mm의 연마 패드를 제작하였다. 얻어진 연마 패드의 마이크로 고무 A 경도는 98도, 밀도: 0.75, 독립 기포 평균 직경: 60 ㎛, 연마 패드 중의 폴리메틸메타크릴레이트의 함유율은 82 중량%였다.
2 mm의 폴리우레탄 고무(체적 탄성률=100 MPa, 인장 탄성률=10 MPa)를 완충층으로서 준비하고, 연마층과 완충층을 스미또모 3M(주)의 양면 접착 테이프 #950(인장 탄성률 0.1 Mpa 이하)로 접합시켜 연마 패드를 제작하였다. 실리카계 폴리쉬제를 사용하여　산화막 연마 속도의 평가를 정반 회전 속도 36 rpm의 평가 조건 C에서 행한 결과, 웨이퍼 엣지 5 mm 이내의 평균 산화막 속도는 1210 Å/분이고 균등성은 7이며, 웨이퍼 엣지 3 mm 이내의 평균 산화막 속도는 1230 Å/분이고 균등성은 10이었다. 또한, 정반 회전 속도 46 rpm의 평가 조건 D에서 행한 결과, 웨이퍼 엣지 5 mm 이내의 평균 산화막 속도는 1540 Å/분이고 균등성은 9이며, 웨이퍼 엣지 3 mm 이내의 평균 산화막 속도는 1560 Å/분이고 균등성은 11이었다. 연마 시간 1분 45초, 정반 회전 속도 36 rpm의 평가 조건 A에서 글로벌 단차를 평가했더니, 글로벌 단차 평가용 테스트 웨이퍼의 40 ㎛폭 배선 영역과 400 ㎛폭 배선 영역의 글로벌 단차는 0.04 ㎛였다. 또한, 연마 시간 1분 30초, 정반 회전 속도 46 rpm의 평가 조건 B에서 글로벌 단차를 평가했더니, 글로벌 단차 평가용 테스트 웨이퍼의 40 ㎛폭 배선 영역과 400 ㎛폭 배선 영역의 글로벌 단차는 O.O2 ㎛였다.
<실시예 3>
폴리에테르계 우레탄 중합체(유니로얄사 제품 아디프렌 L-325) 78 중량부와 4,4'-메틸렌-비스-2-클로로아닐린 20 중량부와 중공 고분자 미소구체(케마노벨사 제품 엑스 판셀 551 DE) 1.8 중량부를 RIM 성형기로 혼합하여 금형에 토출하고, 고분자 성형체를 제작하였다. 이 고분자 성형체를 슬라이서로 1.2 mm 두께로 슬라이 스하고, 연마층을 제작하였다. 이 연마층의 마이크로 고무 A 경도는 98도, 밀도: 0.80, 독립 기포 평균 직경은 33 ㎛였다. 1 mm의 네오프렌 고무(체적 탄성률=100 MPa, 인장 탄성률=12 MPa)을 완충층으로서 준비하고, 연마층과 완충층을 스미또모 3M(주)의 양면 접착 테이프 Y-949(인장 탄성률 10 Mpa)로 접합시켜 연마 패드를 제작하였다. 실리카계 폴리쉬제를 사용하여 산화막 연마 속도의 평가를 정반 회전 속도 36 rpm의 평가 조건 C에서 행한 결과, 웨이퍼 엣지 5 mm 이내의 평균 산화막 속도는 1110 Å/분이고 균등성은 6이며, 웨이퍼 엣지 3 mm 이내의 평균 산화막 속도는 1130 Å/분이고 균등성은 10이었다. 또한, 정반 회전 속도 46 rpm의 평가 조건 D에서 행한 결과, 웨이퍼 엣지 5 mm 이내의 평균 산화막 속도는 1340 Å/분이고 균등성은 9이며, 웨이퍼 엣지 3 mm 이내의 평균 산화막 속도는 1360 Å/분이고 균등성은 11이었다. 연마 시간 2분, 정반 회전 속도 36 rpm의 평가 조건 A에서 글로벌 단차를 평가했더니, 글로벌 단차 평가용 테스트 웨이퍼의 40 ㎛폭 배선 영역과 400 ㎛폭 배선 영역의 글로벌 단차는 0.06 ㎛였다. 또한, 연마 시간 1분 45초, 정반 회전 속도 46 rpm의 평가 조건 B에서 글로벌 단차를 평가했더니, 글로벌 단차 평가용 테스트 웨이퍼의 40 ㎛폭 배선 영역과 400 ㎛폭 배선 영역의 글로벌 단차는 O.O4 ㎛였다.
<실시예 4>
실시예 1에서 사용한 연마층을 사용하였다. 1.5 mm의 클로로프렌 고무(체적 탄성률=80 MPa, 인장 탄성률=10 MPa)의 완충층과 상기 연마층을 닛또덴꼬의 양면 접착 테이프 No.591(인장 탄성률 0.1 Mpa 이하)로 접합시켜 연마 패드를 제작하였 다. 실리카계 폴리쉬제를 사용하여　산화막 연마 속도의 평가를 정반 회전 속도 36 rpm의 평가 조건 C에서 행한 결과, 웨이퍼 엣지 5 mm 이내의 평균 산화막 속도는 1030 Å/분이고 균등성은 8이며, 웨이퍼 엣지 3 mm 이내의 평균 산화막 속도는 1060 Å/분이고 균등성은 10이었다. 또한, 정반 회전 속도 46 rpm의 평가 조건 D에서 행한 결과, 웨이퍼 엣지 5 mm 이내의 평균 산화막 속도는 1310 Å/분이고 균등성은 10이며, 웨이퍼 엣지 3 mm 이내의 평균 산화막 속도는 1360 Å/분이고 균등성은 12였다. 연마 시간 2분, 정반 회전 속도 36 rpm의 평가 조건 A에서 글로벌 단차를 평가했더니, 글로벌 단차 평가용 테스트 웨이퍼의 40 ㎛폭 배선 영역과 400 ㎛폭 배선 영역의 글로벌 단차는 0.04 ㎛였다. 또한, 연마 시간 1분 45초, 정반 회전 속도 46 rpm의 평가 조건 B에서 글로벌 단차를 평가했더니, 글로벌 단차 평가용 테스트 웨이퍼의 40 ㎛폭 배선 영역과 400 ㎛폭 배선 영역의 글로벌 단차는 O.O1 ㎛였다.
<실시예 5>
실시예 1에서 사용한 연마층을 사용하였다. 1 mm의 클로로프렌 고무(체적 탄성률=50 MPa, 인장 탄성률=11 MPa)의 완충층과 상기 연마층을 닛또덴꼬의 양면 접착 테이프 No.591(인장 탄성률 0.1 Mpa 이하)로 접합시켜 연마 패드를 제작하였다. 실리카계 폴리쉬제를 사용하여　산화막 연마 속도의 평가를 정반 회전 속도 36 rpm의 평가 조건 C에서 행한 결과, 웨이퍼 엣지 5 mm 이내의 평균 산화막 속도는 1050 Å/분이고 균등성은 7이며, 웨이퍼 엣지 3 mm 이내의 평균 산화막 속도는 1070 Å/분이고 균등성은 11이었다. 또한, 정반 회전 속도 46 rpm의 평가 조건 D 에서 행한 결과, 웨이퍼 엣지 5 mm 이내의 평균 산화막 속도는 1370 Å/분이고 균등성은 11이며, 웨이퍼 엣지 3 mm 이내의 평균 산화막 속도는 1350 Å/분이고 균등성은 14였다. 연마 시간 2분, 정반 회전 속도 36 rpm의 평가 조건 A에서 글로벌 단차를 평가했더니, 글로벌 단차 평가용 테스트 웨이퍼의 40 ㎛폭 배선 영역과 400 ㎛폭 배선 영역의 글로벌 단차는 0.04 ㎛였다. 또한, 연마 시간 1분 45초, 정반 회전 속도 46 rpm의 평가 조건 B에서 글로벌 단차를 평가했더니, 글로벌 단차 평가용 테스트 웨이퍼의 40 ㎛폭 배선 영역과 400 ㎛폭 배선 영역의 글로벌 단차는 O.O1 ㎛였다.
<실시예 6>
실시예 1에서 사용한 연마층을 사용하였다. 0.5 mm의 에틸렌프로필렌 고무(체적 탄성률=100 MPa, 인장 탄성률=19 MPa)의 완충층과 상기 연마층을 닛또덴꼬의 양면 접착 테이프 No.591(인장 탄성률 0.1 Mpa 이하)로 접합시켜 연마 패드를 제작하였다. 실리카계 폴리쉬제를 사용하여　산화막 연마 속도의 평가를 정반 회전 속도 36 rpm의 평가 조건 C에서 행한 결과, 웨이퍼 엣지 5 mm 이내의 평균 산화막 속도는 1000 Å/분이고 균등성은 6이며, 웨이퍼 엣지 3 mm 이내의 평균 산화막 속도는 960 Å/분이고 균등성은 10이었다. 또한, 정반 회전 속도 46 rpm의 평가 조건 D에서 행한 결과, 웨이퍼 엣지 5 mm 이내의 평균 산화막 속도는 1270 Å/분이고 균등성은 10이며, 웨이퍼 엣지 3 mm 이내의 평균 산화막 속도는 1290 Å/분이고 균등성은 12였다. 연마 시간 2분, 정반 회전 속도 36 rpm의 평가 조건 A에서 글로벌 단차를 평가했더니, 글로벌 단차 평가용 테스트 웨이퍼의 40 ㎛폭 배선 영역과 400 ㎛폭 배선 영역의 글로벌 단차는 0.04 ㎛였다. 또한, 연마 시간 1분 45초, 정반 회전 속도 46 rpm의 평가 조건 B에서 글로벌 단차를 평가했더니, 글로벌 단차 평가용 테스트 웨이퍼의 40 ㎛폭 배선 영역과 400 ㎛폭 배선 영역의 글로벌 단차는 O.O1 ㎛였다.
<실시예 7>
실시예 1에서 사용한 연마층을 사용하였다. 1.5 mm의 에틸렌프로필렌 고무(체적 탄성률=110 MPa, 인장 탄성률=16 MPa)의 완충층과 상기 연마층을 닛또덴꼬의 양면 접착 테이프 No.591(인장 탄성률 0.1 Mpa 이하)로 접합시켜 연마 패드를 제작하였다. 실리카계 폴리쉬제를 사용하여　산화막 연마 속도의 평가를 정반 회전 속도 36 rpm의 평가 조건 C에서 행한 결과, 웨이퍼 엣지 5 mm 이내의 평균 산화막 속도는 990 Å/분이고 균등성은 7이며, 웨이퍼 엣지 3 mm 이내의 평균 산화막 속도는 1000 Å/분이고 균등성은 11이었다. 또한, 정반 회전 속도 46 rpm의 평가 조건 D에서 행한 결과, 웨이퍼 엣지 5 mm 이내의 평균 산화막 속도는 1370 Å/분이고 균등성은 12이며, 웨이퍼 엣지 3 mm 이내의 평균 산화막 속도는 1390 Å/분이고 균등성은 14였다. 연마 시간 2분, 정반 회전 속도 36 rpm의 평가 조건 A에서 글로벌 단차를 평가했더니, 글로벌 단차 평가용 테스트 웨이퍼의 40 ㎛폭 배선 영역과 400 ㎛폭 배선 영역의 글로벌 단차는 0.04 ㎛였다. 또한, 연마 시간 1분 45초, 정반 회전 속도 46 rpm의 평가 조건 B에서 글로벌 단차를 평가했더니, 글로벌 단차 평가용 테스트 웨이퍼의 40 ㎛폭 배선 영역과 400 ㎛폭 배선 영역의 글로벌 단차는 0.01 ㎛였다.
<실시예 8>
실시예 1에서 사용한 연마층을 사용하였다. 1.5 mm의 실리콘 고무(체적 탄성률 =120 MPa, 인장 탄성률=0.7 MPa)의 완충층과 상기 연마층을 닛또덴꼬의 양면 접착 테이프 No.591(인장 탄성률 0.1 Mpa 이하)로 접합시켜 연마 패드를 제작하였다. 실리카계 폴리쉬제를 사용하여　산화막 연마 속도의 평가를 정반 회전 속도 36 rpm의 평가 조건 C에서 행한 결과, 웨이퍼 엣지 5 mm 이내의 평균 산화막 속도는 1100 Å/분이고 균등성은 7이며, 웨이퍼 엣지 3 mm 이내의 평균 산화막 속도는 1130 Å/분이고 균등성은 11이었다. 또한, 정반 회전 속도 46 rpm의 평가 조건 D에서 행한 결과, 웨이퍼 엣지 5 mm 이내의 평균 산화막 속도는 1330 Å/분이고 균등성은 9이며, 웨이퍼 엣지 3 mm 이내의 평균 산화막 속도는 1370 Å/분이고 균등성은 12였다. 연마 시간 2분, 정반 회전 속도 36 rpm의 평가 조건 A에서 글로벌 단차를 평가했더니, 글로벌 단차 평가용 테스트 웨이퍼의 40 ㎛폭 배선 영역과 400 ㎛폭 배선 영역의 글로벌 단차는 0.04 ㎛였다. 또한, 연마 시간 1분 45초, 정반 회전 속도 46 rpm의 평가 조건 B에서 글로벌 단차를 평가했더니, 글로벌 단차 평가용 테스트 웨이퍼의 40 ㎛폭 배선 영역과 400 ㎛폭 배선 영역의 글로벌 단차는 0.01 ㎛였다.
<비교예 1>
실시예 3에서 사용한 연마층을 준비하였다. 연마층의 마이크로 고무 A 경도는 98도, 밀도: 0.80, 독립 기포 평균 직경은 33 ㎛였다. 완충층으로서 부직포의 폴리우레탄 용액을 함침한 후, 습식 제막하여 얻어진 두께 1.2 mm의 습식 발포 폴 리우레탄(체적 탄성률=3 MPa, 인장 탄성률=50 MPa)을 준비하였다. 상기 연마층과 완충층을 스미또모 3M(주)의 양면 접착 테이프 442J(폴리에스테르 필름을 기재로 한 양면 접착 테이프로서, 인장 탄성률 200 Mpa)로 접합시켜 연마 패드를 제작하였다. 실리카계 폴리쉬제를 사용하여 산화막 연마 속도의 평가를 정반 회전 속도 36 rpm의 평가 조건 C에서 행한 결과, 웨이퍼 엣지 5 mm 이내의 평균 산화막 속도는 1150 Å/분이고 균등성은 10이며, 웨이퍼 엣지 3 mm 이내의 평균 산화막 속도는 1130 Å/분이고 균등성은 17이었다. 또한, 정반 회전 속도 46 rpm의 평가 조건 D에서 행한 결과, 웨이퍼 엣지 5 mm 이내의 평균 산화막 속도는 1370 Å/분이고 균등성은 17이며, 웨이퍼 엣지 3 mm 이내의 평균 산화막 속도는 1360 Å/분이고 균등성은 20이었다. 이와 같이 균등성이 불량하였다. 연마 시간 2분, 정반 회전 속도 36 rpm의 평가 조건 A에서 글로벌 단차를 평가했더니, 글로벌 단차 평가용 테스트 웨이퍼의 40 ㎛폭 배선 영역과 400 ㎛폭 배선 영역의 글로벌 단차는 0.06 ㎛였다. 또한, 연마 시간 1분 45초, 정반 회전 속도 46 rpm의 평가 조건 B에서 글로벌 단차를 평가했더니, 글로벌 단차 평가용 테스트 웨이퍼의 40 ㎛폭 배선 영역과 400 ㎛폭 배선 영역의 글로벌 단차는 0.04 ㎛였다.
<비교예 2>
폴리에스테르 섬유(섬유 직경 6 ㎛)로 이루어지는 부직포에 폴리우레탄 용액을 함침한 후, 습식 제막하여 얻어진 발포 폴리우레탄의 연마층을 제작하였다. 이 연마층의 마이크로 고무 A 경도는 75도였다. 완충층으로서 부직포의 폴리우레탄 용액을 함침한 후, 습식 제막하여 얻어진 두께 1.2 mm의 습식 발포 폴리우레탄(체 적 탄성률=3 MPa, 인장 탄성률=50 MPa)을 준비하였다. 상기 연마층과 완충층을 스미또모 3M(주)의 양면 접착 테이프 442J(폴리에스테르 필름을 기재로 한 양면 접착 테이프로서, 인장 탄성률 200 Mpa)로 접합시켜 연마 패드를 제작하였다. 실리카계 폴리쉬제를 사용하여 산화막 연마 속도의 평가를 정반 회전 속도 36 rpm의 평가 조건 C에서 행한 결과, 웨이퍼 엣지 5 mm 이내의 평균 산화막 속도는 850 Å/분이고 균등성은 6이며, 웨이퍼 엣지 3 mm 이내의 평균 산화막 속도는 890 Å/분이고 균등성은 7이었다. 또한, 정반 회전 속도 46 rpm의 평가 조건 D에서 행한 결과, 웨이퍼 엣지 5 mm 이내의 평균 산화막 속도는 1010 Å/분이고 균등성은 6이며, 웨이퍼 엣지 3 mm 이내의 평균 산화막 속도는 1050 Å/분이고 균등성은 8이었다. 연마 시간 2분, 정반 회전 속도 36 rpm의 평가 조건 A에서 글로벌 단차를 평가했더니, 글로벌 단차 평가용 테스트 웨이퍼의 40 ㎛폭 배선 영역과 400 ㎛폭 배선 영역의 글로벌 단차는 0.15 ㎛였다. 또한, 연마 시간 1분 45초, 정반 회전 속도 46 rpm의 평가 조건 B에서 글로벌 단차를 평가했더니, 글로벌 단차 평가용 테스트 웨이퍼의 40 ㎛폭 배선 영역과 400 ㎛폭 배선 영역의 글로벌 단차는 O.10 ㎛였다. 이와 같이 글로벌 단차가 불량하였다.
<비교예 3>
실시예 3에서 사용한 연마층을 준비하였다. 연마층의 마이크로 고무 A 경도는 98도, 밀도: 0.80, 독립 기포 평균 직경은 33 ㎛였다. 완충층으로서 폴리부틸렌테레프탈레이트의 1 mm 시트(체적 탄성률=600 MPa, 인장 탄성률=100 MPa)을 준비하였다. 상기 연마층과 완충층을 스미또모 3M(주)의 양면 접착 테이프 Y-949(인장 탄성률 10 Mpa)로 접합시켜 연마 패드를 제작하였다. 실리카계 폴리쉬제를 사용하여 산화막 연마 속도의 평가를 정반 회전 속도 36 rpm의 평가 조건 C에서 행한 결과, 웨이퍼 엣지 5 mm 이내의 평균 산화막 속도는 1150 Å/분이고 균등성은 20이며, 웨이퍼 엣지 3 mm 이내의 평균 산화막 속도는 1130 Å/분이고 균등성은 25였다. 또한, 정반 회전 속도 46 rpm의 평가 조건 D에서 행한 결과, 웨이퍼 엣지 5 mm 이내의 평균 산화막 속도는 1370 Å/분이고 균등성은 21이며, 웨이퍼 엣지 3 mm 이내의 평균 산화막 속도는 1360 Å/분이고 균등성은 23이었다. 이와 같이 균등성이 불량하였다. 연마 시간 2분, 정반 회전 속도 36 rpm의 평가 조건 A에서 글로벌 단차를 평가했더니, 글로벌 단차 평가용 테스트 웨이퍼의 40 ㎛폭 배선 영역과 400 ㎛폭 배선 영역의 글로벌 단차는 0.06 ㎛였다. 또한, 연마 시간 1분 45초, 정반 회전 속도 46 rpm의 평가 조건 B에서 글로벌 단차를 평가했더니, 글로벌 단차 평가용 테스트 웨이퍼의 40 ㎛폭 배선 영역과 400 ㎛폭 배선 영역의 글로벌 단차는 O.O4 ㎛였다.
<비교예 4>
실시예 3에서 사용한 연마층을 준비하였다. 1 mm의 네오프렌 고무(체적 탄성률=100 MPa, 인장 탄성률=12 MPa)를 완충층으로서 준비하고, 연마층과 완충층을 스미또모 3M(주)의 양면 접착 테이프 442J(폴리에스테르 필름을 기재로 한 양면 접착 테이프로서, 인장 탄성률 200 Mpa)로 접합시켜 연마 패드를 제작하였다. 실리카계 폴리쉬제를 사용하여 산화막 연마 속도의 평가를 정반 회전 속도 36 rpm의 평가 조건 C에서 행한 결과, 웨이퍼 엣지 5 mm 이내의 평균 산화막 속도는 1110 Å/분이고 균등성은 20이며, 웨이퍼 엣지 3 mm 이내의 평균 산화막 속도는 1130 Å/분이고 균등성은 25였다. 또한, 정반 회전 속도 46 rpm의 평가 조건 D에서 행한 결과, 웨이퍼 엣지 5 mm 이내의 평균 산화막 속도는 1340 Å/분이고 균등성은 21이며, 웨이퍼 엣지 3 mm 이내의 평균 산화막 속도는 1360 Å/분이고 균등성은 24였다. 이와 같이 균등성이 불량하였다. 연마 시간 2분, 정반 회전 속도 36 rpm의 평가 조건 A에서 글로벌 단차를 평가했더니, 글로벌 단차 평가용 테스트 웨이퍼의 40 ㎛폭 배선 영역과 400 ㎛폭 배선 영역의 글로벌 단차는 0.06 ㎛였다. 또한, 연마 시간 1분 45초, 정반 회전 속도 46 rpm의 평가 조건 B에서 글로벌 단차를 평가했더니, 글로벌 단차 평가용 테스트 웨이퍼의 40 ㎛폭 배선 영역과 400 ㎛폭 배선 영역의 글로벌 단차는 O.O4 ㎛였다.
Figure 112001010549396-pct00003
Figure 112001010549396-pct00002

Claims (14)

  1. 마이크로 고무 A 경도가 80도 이상인 연마층과 체적 탄성률이 40 MPa 이상이고, 동시에 인장 탄성률이 0.1 MPa 이상 20 MPa 이하인 완충층을 갖는 것을 특징으로 하는 연마 패드.
  2. 제1항에 있어서, 완충층의 체적 탄성률이 60 MPa 이상인 것을 특징으로 하는 연마 패드.
  3. 제2항에 있어서, 완충층의 체적 탄성률이 90 MPa 이상인 것을 특징으로 하는 연마 패드.
  4. 제1항에 있어서, 완충층의 인장 탄성률이 0.5 MPa 이상 18 MPa 이하인 것을 특징으로 하는 연마 패드.
  5. 제4항에 있어서, 완충층의 인장 탄성률이 5 MPa 이상 15 MPa 이하인 것을 특징으로 하는 연마 패드.
  6. 제1항에 있어서, 완충층의 두께가 O.1 mm 이상 100 mm 이하인 것을 특징으로 하는 연마 패드.
  7. 제6항에 있어서, 완충층의 두께가 0.2 mm 이상 5 mm 이하인 것을 특징으로 하는 연마 패드.
  8. 제1항에 있어서, 연마층이 폴리우레탄을 주성분으로 하며, 동시에 밀도가 O.70 이상 0.90 이하인 것을 특징으로 하는 연마 패드.
  9. 제1항에 있어서, 연마층이 폴리우레탄과 비닐 화합물로부터 중합되는 중합체를 함유하며, 비닐 화합물로부터 중합되는 중합체의 함유 비율이 50 중량% 이상 90 중량% 이하이고, 평균 기포 직경이 1000 ㎛ 이하인 독립 기포를 가지며, 동시에 밀도가 0.4 이상 1.1 이하의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 연마 패드.
  10. 제1항에 있어서, 연마층과 완충층 사이의 중간층의 인장 탄성률이 20 Mpa 이하인 것을 특징으로 하는 연마 패드.
  11. 반도체 기판을 연마 헤드에 고정하고, 연마 정반에 제1항에 기재된 연마 패드의 연마층을 상기 반도체 기판에 압착시킨 상태에서 고정하고, 상기 연마 헤드 또는 연마 정반 또는 그 모두를 회전시켜 상기 반도체 기판을 연마하는 것을 특징으로 하는 반도체 기판의 연마 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 연마 패드가 제9항에 기재된 연마 패드인 것을 특징으로 하는 연마 방법.
  13. 연마 헤드, 연마 헤드에 대치하고 있는 연마 패드, 연마 패드를 고정하는 연마 정반, 및 상기 연마 헤드, 연마 정반 또는 그 모두를 회전시키는 수단을 구비하며, 제1항에 기재된 연마 패드의 연마층이 연마 헤드에 대향되도록 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 연마 장치.
  14. 제13항에 있어서, 연마 헤드가 반도체 기판을 고정하는 수단을 갖는 것을 특징으로 하는 연마 장치.
KR1020017005781A 1998-11-09 1999-11-05 연마 패드 및 연마 장치 KR100628854B1 (ko)

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