KR100710788B1 - 반도체 웨이퍼용 연마 패드 및 이것을 구비하는 반도체웨이퍼용 연마 복층체 및 반도체 웨이퍼의 연마 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 연마 성능을 저하시키지 않고, 광학식 종점 검출을 행할 수 있는 반도체 웨이퍼용 연마 패드 및 반도체 웨이퍼용 연마 복층체 및 반도체 웨이퍼의 연마 방법을 제공한다. 본 발명의 연마 패드는, 표리를 관통하는 관통 구멍을 구비하는 연마 패드용 기체 (11)과 관통 구멍내에 감합된 투광성 부재 (12)를 구비하고, 투광성 부재는 비수용성 매트릭스재 (1,2-폴리부타디엔)과 비수용성 매트릭스재 중에 분산된 수용성 입자(β-시클로덱스트린)을 함유하며, 비수용성 매트릭스재와 수용성 입자와의 합계를 100 부피%로 한 경우 수용성 입자는 5 부피% 미만이다. 또한, 본 발명의 연마 복층체는 상기 연마 패드의 이면측에 지지층을 구비한다. 이들 연마 패드 및 연마 복층체는 이면측에 고정용층 (13)을 구비할 수 있다.
반도체 웨이퍼용 연마 패드, 반도체 웨이퍼용 연마 복층체, 투광성 부재, 비수용성 매트릭스재, 수용성 입자
Description
본 발명은 반도체 웨이퍼용 연마 패드 및 이것을 구비하는 반도체 웨이퍼용 연마 복층체 및 반도체 웨이퍼의 연마 방법에 관한 것이다. 더욱 자세하게는, 연마 성능을 저하시키지 않고, 빛을 투과시킬 수 있는 반도체 웨이퍼용 연마 패드 및 이것을 구비하는 반도체 웨이퍼용 연마 복층체 및 이들을 사용한 반도체 웨이퍼의 연마 방법에 관한 것이다. 본 발명의 반도체 웨이퍼용 연마 패드 및 이것을 구비하는 반도체 웨이퍼용 연마 복층체 및 반도체 웨이퍼의 연마 방법은, 광학식 종점 검출 장치를 이용하여 연마 상태를 관측하면서 반도체 웨이퍼 등의 연마를 행하는 방법으로서 바람직하다.
반도체 웨이퍼의 연마에서 연마의 목적이 달성되고, 그 연마를 종료하는 연마 종점의 결정은 경험적으로 얻어진 시간을 기준으로 하여 행할 수 있다. 그러나 피연마면을 구성하는 재질은 다양하고, 이들에 따라 연마 시간은 모두 다르다. 또한, 피연마면을 구성하는 재질이 향후 다양하게 변화하는 것도 생각할 수 있다. 또한, 연마에 사용되는 슬러리나 연마 장치에서도 마찬가지이다. 이 때문에 여러 가지로 다른 연마에서 각각으로부터 모두 연마 시간을 얻는 것은 매우 효율이 나쁘다. 이에 대하여, 최근 예를 들면 일본 특허 공개 (평)9-7985호 공보, 일본 특허 공개 2000-326220호 공보 등에 개시되어 있는 바와 같이, 연마면의 상태를 직접 관측하기 위해서 광학적인 방법을 이용한 광학식 종점 검출 장치 및 방법에 관해서 연구가 진행되고 있다.
이 광학식 종점 검출 장치 및 방법에서는, 일반적으로 예를 들면 일본 특허공표 (평)11-512977호 공보 등에 개시되어 있는 바와 같이 종점 검출용 빛이 투과할 수 있는 경질이고 균일한 수지를 포함하는 슬러리 입자의 흡수, 수송이라는 본질적인 능력을 갖지 않은 창을 연마 패드에 형성하고, 이 창을 통해서만 연마면을 관측하고 있다.
그러나 상기한 연마 패드에서는, 창이 본질적으로 슬러리의 유지, 배출 능력을 갖지 않기 때문에, 창을 설치함으로써 연마 패드의 연마 성능의 저하나 불균일화가 발생하는 것이 염려된다. 또한, 그 때문에 창을 크게 (환상(環狀)으로 설치하는 등)하거나, 창의 수를 늘리는 것은 곤란하다.
본 발명은 상기 문제를 해결하는 것이고, 광학식 종점 검출 장치를 이용하여 연마 상태를 관측하면서 반도체 웨이퍼를 연마할 때에 연마 성능을 저하시키지 않고, 종점 검출용 빛을 투과시킬 수 있는 반도체 웨이퍼용 연마 패드 및 이것을 구비하는 반도체 웨이퍼용 연마 복층체 및 반도체 웨이퍼의 연마 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자들은 광학식 종점 검출 장치를 이용한 연마에 사용되는 반도체 웨이퍼용 연마 패드에 대해서 검토하였더니, 종래와 같이 본질적으로 슬러리의 유지, 배출 능력을 갖지 않는 경질이고 균일한 수지가 아니여도, 투광성을 갖는 투광성 부재를 창으로서 사용하면 충분한 투광성을 확보할 수 있으며, 연마 종점의 검출이 가능하다는 것을 발견하였다. 또한, 창을 구성하는 매트릭스재 중에 수용성 입자를 분산·함유시킴으로써, 연마시에는 슬러리의 유지, 배출 능력을 갖는 것으로 만들 수 있다는 것을 발견하였다. 또한, 그 수용성 입자의 함유량은 5 부피% 미만이어도 충분한 연마 성능을 발휘하는 것을 발견하여 본 발명을 완성하였다.
본 발명의 반도체 웨이퍼용 연마 패드는, 표리를 관통하는 관통 구멍을 구비하는 연마 패드용 기체(基體), 및 상기 관통 구멍내에 감합(嵌合)된 투광성 부재를 구비하고, 이 투광성 부재는 비수용성 매트릭스재와 이 비수용성 매트릭스재 중에 분산된 수용성 입자를 함유하며, 이 수용성 입자의 함유량은 상기 비수용성 매트릭스재와 상기 수용성 입자와의 합계를 100 부피%로 한 경우 0.1 부피% 이상 5 부피% 미만인 것을 특징으로 한다.
또한, 다른 본 발명의 반도체 웨이퍼용 연마 패드는 표리를 관통하는 관통 구멍을 구비하는 연마 패드용 기체, 상기 관통 구멍내에 감합된 투광성 부재, 및 상기 연마 패드용 기체 및 상기 투광성 부재 중 적어도 상기 연마 패드용 기체의 이면측에, 연마 장치에 고정하기 위해 형성된 고정용층을 구비하고, 상기 투광성 부재는 비수용성 매트릭스재와 이 비수용성 매트릭스재 중에 분산된 수용성 입자를 함유하며, 이 수용성 입자의 함유량은 상기 비수용성 매트릭스재와 상기 수용성 입자와의 합계를 100 부피%로 한 경우 0.1 내지 90 부피%인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 반도체 웨이퍼용 연마 복층체는, 상기 반도체 웨이퍼용 연마 패드, 및 이 반도체 웨이퍼용 연마 패드의 이면측에 적층된 지지층을 구비하고, 적층 방향으로 투광성을 갖는 것을 특징으로 한다.
또한, 다른 본 발명의 반도체 웨이퍼용 연마 복층체는, 표리를 관통하는 관통 구멍을 구비하는 연마 패드용 기체, 상기 관통 구멍내에 감합된 투광성 부재, 상기 연마 패드용 기체 및 상기 투광성 부재 중 적어도 상기 연마 패드용 기체의 이면측에 적층된 지지층, 및 이 지지층의 이면측에, 연마 장치에 고정하기 위해 형성된 고정용층을 구비하고, 상기 투광성 부재는 비수용성 매트릭스재와 이 비수용성 매트릭스재 중에 분산된 수용성 입자를 함유하며, 이 수용성 입자의 함유량은 상기 비수용성 매트릭스재와 상기 수용성 입자와의 합계를 100 부피%로 한 경우 0.1 내지 90 부피%인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 반도체 웨이퍼의 연마 방법은 상기 반도체 웨이퍼용 연마 패드 또는 상기 반도체 웨이퍼용 연마 복층체를 사용하여 반도체 웨이퍼를 연마하고, 반도체 웨이퍼의 연마 종점의 검출을 광학식 종점 검출 장치에 의해 행하는 것을 특징으로 한다.
<발명의 실시 형태>
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명의 반도체 웨이퍼용 연마 패드(이하, 간단히 "연마 패드"라고도 함)은 표리를 관통하는 관통 구멍을 구비하는 연마 패드용 기체, 및 상기 관통 구멍내에 감합된 투광성 부재를 구비하고, 이 투광성 부재는 비수용성 매트릭스재와, 이 비수용성 매트릭스재 중에 분산된 수용성 입자를 함유하며, 이 수용성 입자의 함유량은 상기 비수용성 매트릭스재와 상기 수용성 입자와의 합계를 100 부피%로 한 경우 0.1 부피% 이상 5 부피% 미만인 것을 특징으로 한다.
상기 "연마 패드용 기체"는 통상 그 표면에 슬러리를 유지하고, 추가로 연마 잔여물을 일시적으로 체류시킬 수 있는 것이다. 이 연마 패드용 기체의 투광성의 유무는 상관없다. 또한, 그 평면 형상은 특별히 한정되지 않고, 예를 들면 원형, 타원형, 다각형(사각형 등) 등으로 할 수 있다. 또한, 그 크기도 특별히 한정되지 않는다.
연마 패드용 기체의 표면에는, 상기한 바와 같이 슬러리를 연마시에 유지하고, 연마 잔여물을 일시적으로 체류시킬 수 있는 것이 바람직하다. 이를 위해, 미세한 구멍(이하, "세공"이라 함), 홈이나 드레싱에 의해 형성되는 일어난 보풀 등 중 1종 이상을 구비할 수 있다. 또한, 이들은 미리 형성되어 있을 수도 있고, 연마시에 형성될 수도 있다. 따라서, 연마 패드용 기체로는 예를 들면
〔1〕비수용성 매트릭스재 (a)와 이 비수용성 매트릭스재 (a) 중에 분산된 입자 형상, 선 형상 등의 수용성 부재 (b)를 갖는 것,
〔2〕비수용성 매트릭스재 (a)와 이 비수용성 매트릭스재 (a) 중에 분산된 공공(空孔)을 갖는 것(발포체),
〔3〕비수용성 매트릭스재 (a)만을 포함하고 (비발포체), 드레싱에 의해 보풀이 생기는 것 등을 들 수 있다.
상기〔1〕 내지〔3〕에서의 비수용성 매트릭스재 (a)를 구성하는 재료는 특별히 한정되지 않고 다양한 재료를 사용할 수 있지만, 특히 소정의 형상 및 성상으로의 성형이 용이하고, 적절한 탄력성을 부여할 수 있는 점 등으로부터 유기 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 이 유기 재료로는, 후술하는 투광성 부재를 구성하는 비수용성 매트릭스재로서 적용되는 다양한 재료를 사용할 수 있다. 단, 연마 패드용 기체를 구성하는 재료와 투광성 부재를 구성하는 재료는 동일하거나 상이할 수 있으며, 투광성의 유무는 상관없다. 또한, 상기〔1〕에서의 수용성 부재 (b)로는, 후술하는 투광성 부재의 수용성 입자에 적용되는 다양한 재료를 포함하는 것을 사용할 수 있다. 상기〔2〕에서는, 연마 패드용 기체 및 투광성 부재를 구성하는 비수용성 매트릭스재가 모두 동일할 수도 있고, 수용성 부재와 수용성 입자를 구성하는 재료가 모두 동일할 수도 있다.
또한, 상기〔1〕의 연마 패드용 기체에서, 수용성 부재 (b)의 함유량은 비수용성 매트릭스재 (a)와 수용성 부재 (b)와의 합계를 100 부피%로 한 경우, 바람직하게는 0.1 내지 90 부피%, 보다 바람직하게는 10 내지 90 질량%, 더욱 바람직하게는 12 내지 60 질량%, 특히 바람직하게는 15 내지 45 질량%이다. 수용성 부재 (b)의 함유량이 0.1 부피% 미만이면 연마 중 등에 세공이 충분히 형성되지 않고, 연마 속도가 저하하는 경우가 있다. 한편, 90 부피%를 초과하면 비수용성 매트릭스재 (a) 중에 함유되는 수용성 부재 (b)가 연쇄적으로 팽윤 또는 용해하는 것을 충분히 방지하기 어려워질 경우가 있고, 연마 패드의 경도 및 기계적 강도를 적정한 값으로 유지하기 어려워진다.
상기 "관통 구멍"은 연마 패드용 기체의 표리를 관통하고, 투광성 부재가 감합되기 위한 것이다 (단, 연마 패드의 측단부에서, 관통 구멍은 그의 일부가 개방되어 있음). 이 관통 구멍은 투광성 부재에 의해 완전히 충전되어 있을 수도 있으며(도 1 등), 일부만 투광성 부재에 의해 충전되어 있을 수도 있다 (도 2 등).
상기 관통 구멍의 형상은 특별히 한정되지 않고, 예를 들면 그 개구부의 평면 형상은 원형, 부채형(원형 또는 환형을 소정 각도분 절취한 형상), 다각형(삼각형, 정방형, 사다리꼴 등), 환형 등으로 만들 수 있다. 또한, 개구부의 각은 뾰족한 그대로도 좋고, 둥그스름한 상태이어도 좋다. 또한, 관통 구멍의 단면 형상은 예를 들면 사다리꼴 등의 사각형, T자형, 역T자형 또는 그 밖의 형상으로 만들 수 있다 (도 1 내지 도 8, 도 12 및 도 13 참조, 또한 각 도면에서의 상측이 연마면측인 것으로 함).
상기 관통 구멍 1개의 크기도 특별히 한정되지 않는다. 개구부의 평면 형상이 원형인 경우, 연마 패드 반경의 2/3 이하인 것이 바람직하고, 구체적으로는 직경이 20 mm 이상인 것이 바람직하다. 또한, 개구부의 평면 형상이 환상인 경우, 연마 패드 반경의 2/3 이하인 것이 바람직하고, 구체적으로는 그 폭이 20 mm 이상인 것이 바람직하다. 또한, 개구부의 평면 형상이 사각형인 경우, 1 변이 연마 패드 반경의 2/3 이하인 것이 바람직하고, 구체적으로는 세로 30 mm 이상, 가로 10 mm 이상인 것이 바람직하다. 상기 관통 구멍이 상기 각 예의 크기보다도 작으면 종점 검출용 빛 등의 광선을 확실하게 투과시키는 것이 곤란해질 경우가 있다.
또한, 연마 패드용 기체에 설치되는 관통 구멍의 수도 특별히 한정되지 않는다.
이어서, 상기 "투광성 부재"는 비수용성 매트릭스재와 이 비수용성 매트릭스재 중에 분산된 수용성 입자를 함유하는 것이고, 투광성을 가지며, 연마 패드의 관통 구멍내에 설치되는 부재를 말한다.
이 투광성 부재의 형상은 특별히 한정되지 않는다. 이 투광성 부재의 연마 패드의 연마면측의 평면 형상은 통상 관통 구멍의 형상에 의존하기 때문에, 관통 구멍의 형상과 동일하다. 따라서, 투광성 부재의 평면 형상은 상기 관통 구멍에 대해서 상술한 원형, 다각형 등으로 만들 수 있다. 또한, 투광성 부재의 단면 형상도 특별히 한정되지 않고, 통상 적어도 그의 일부가 관통 구멍내에 감합되는 형상이다. 예를 들면 도 1 내지 도 8, 도 12 및 도 13에 나타낸 바와 같은 단면 형상으로 만들 수 있다. 또한, 관통 구멍에서 투광성 부재와 연마 패드용 기체의 사이에는 간극을 갖고 있을 수도 있지만, 갖고 있지 않는 것이 바람직하다. 또한, 간극을 갖는 경우의 길이는 바람직하게는 2 mm 이하, 보다 바람직하게는 1 mm 이하, 더욱 바람직하게는 0.5 mm 이하이다.
또한, 이 투광성 부재는 도 1, 도 3, 도 12 및 도 13과 같이 박육화시키지 않은, 즉 연마 패드용 기체와 동일한 두께일 수도 있지만, 박육화시킬 수도 있다. 박육화하면 연마 패드용 기체의 최대 두께보다도 투광성 부재의 두께를 얇게 하는 것(예를 들면, 도 2, 도 4, 도 5, 도 6 및 도 8 등), 및 투광성 부재의 빛이 투과하는 일부를 투광성 부재 자신에서 얇게 성형하는 것(예를 들면, 도 7 등) 모두를 포함한다.
투광성 부재 중에 빛을 투과시킨 경우, 그 빛의 강도는 투과하는 투광성 부재의 두께의 제곱에 비례하여 감쇠한다. 따라서, 투광성 부재를 박육화함으로써 비약적으로 투광성을 향상시킬 수 있다. 예를 들면, 광학식으로 종점 검출을 행하는 연마에 사용되는 연마 패드에서, 예를 들어 이 투광성 부재가 연마 패드용 기체의 다른 부분과 동일한 두께에서는 종점의 검출에 충분한 강도의 빛을 얻기 어려운 경우에도, 박육화시킴으로써 종점 검출에 충분한 빛의 강도를 확보하는 것을 가능하게 할 수도 있다. 단, 이 박육화시킨 투광성 부재는 그 두께가 0.1 mm 이상인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.3 mm 이상이다. 단, 상한은 통상 3 mm이다. 0.1 mm 미만에서는 투광성 부재의 기계적 강도를 충분히 확보하는 것이 곤란해질 경우가 있다.
또한, 박육화에 의해 발생하는 관통 구멍내의 투광성 부재가 존재하지 않는 부위인 오목부(도 2 참조)나, 투광성 부재의 오목부(도 7 참조)는 연마 패드용 기체의 표리 중 어느 쪽에 형성되어도 좋지만, 이면측(비연마면측)에 형성됨으로써 연마 성능에 영향 없이 투광성 부재의 두께를 얇게 만들 수 있다.
상기 투광성 부재의 수는 특별히 한정되지 않고, 1개일 수도, 2개 이상일 수도 있다. 또한, 그 배치도 특별히 한정되지 않는다. 예를 들면, 1개의 투광성 부재를 구비하는 경우에는, 투광성 부재를 도 9 및 도 10과 같이 배치할 수 있다. 또한, 2개 이상의 투광성 부재를 구비하는 경우에는, 동심원상(도 11) 등으로 배열할 수도 있다.
또한, 투광성 부재가 갖는 투광성이란, 통상 투광성 부재의 두께를 2 mm로 한 경우 파장 100 내지 3000 nm 중 모든 파장에서의 투과율이 0.1 % 이상이거나, 파장 100 내지 3000 nm 중 모든 파장 영역에서의 적산 투과율이 0.1 % 이상인 것이다. 이 투과율 또는 적산 투과율은 바람직하게는 1 % 이상, 보다 바람직하게는 2 % 이상이다. 단, 이 투과율 또는 적산 투과율은 필요 이상으로 높지 않아도 좋고, 통상 50 % 이하이지만 30 % 이하여도 좋으며, 나아가 20 % 이하여도 좋다.
또한, 광학식 종점 검출 장치에 의해 연마 종점을 검출하면서 연마를 행할 때의 연마 패드에서는, 특히 종점 검출용 빛으로서의 사용 빈도가 높은 영역인 400 내지 800 nm에서의 투과율이 높은 것이 바람직하다. 이 때문에, 두께를 2 mm로 한 경우 파장 400 내지 800 nm 중 모든 파장에서의 투과율이 0.1 % 이상(보다 바람직하게는 1 % 이상, 더욱 바람직하게는 2 % 이상, 특히 바람직하게는 3 % 이상, 통상 90 % 이하)이거나, 파장 400 내지 800 nm 중 모든 파장 영역에서의 적산 투과율이 0.1 % 이상(보다 바람직하게는 1 % 이상, 더욱 바람직하게는 2 % 이상, 특히 바람직하게는 3 % 이상, 통상 90 % 이하)인 것이 바람직하다. 단, 이 투과율 또는 적산 투과율은 필요 이상으로 높지 않아도 좋고, 통상 20 % 이하이지만 10 % 이하여도 좋으며, 나아가 5 % 이하여도 좋다.
또한, 상기 투과율은 두께 2 mm의 시험편에 대해서 소정의 파장에서의 흡광도를 측정할 수 있는 UV 흡광도계 등의 장치를 이용하여, 그 파장에서의 투과율을 측정했을 때의 값이다. 상기 적산 투과율에 대해서도, 마찬가지로 측정한 소정의 파장 영역에서의 투과율을 적산하여 구할 수 있다.
상기 투광성 부재를 구성하는 "비수용성 매트릭스재"(이하, 간단히 "매트릭스재"라고도 함)은 투광성(가시광 투과의 유무는 상관없음)을 가지면 그것 자체가 투명(반투명을 포함함)할 필요는 없지만, 투광성은 보다 높은 것이 바람직하며, 투명한 것이 보다 바람직하다. 따라서, 상기 매트릭스재는 투광성을 부여할 수 있는 열가소성 수지, 열경화성 수지, 엘라스토머, 고무 등이 단독으로 또는 조합하여이루어지는 것이 바람직하다.
상기 열가소성 수지로는, 예를 들면 폴리올레핀계 수지, 폴리스티렌계 수지, 폴리아크릴계 수지{(메트)아크릴레이트계 수지 등}, 비닐 에스테르 수지(아크릴 수지는 제외함), 폴리에스테르계 수지, 폴리아미드계 수지, 불소 수지, 폴리카르보네이트 수지, 폴리아세탈 수지 등을 들 수 있다.
상기 열경화성 수지로는, 예를 들면 페놀 수지, 에폭시 수지, 불포화 폴리에스테르 수지, 폴리우레탄 수지, 폴리우레탄·우레아 수지, 우레아 수지, 규소 수지 등을 들 수 있다.
상기 엘라스토머로는, 스티렌·부타디엔·스티렌 블럭 공중합체(SBS), 그의 수소 첨가 블럭 공중합체(SEBS) 등의 스티렌계 엘라스토머, 폴리올레핀 엘라스토머(TPO), 열가소성 폴리우레탄 엘라스토머(TPU), 열가소성 폴리에스테르 엘라스토머(TPEE), 폴리아미드 엘라스토머(TPAE), 디엔계 엘라스토머(1,2-폴리부타디엔 등) 등의 열가소성 엘라스토머, 실리콘 수지계 엘라스토머, 불소 수지계 엘라스토머 등을 들 수 있다.
또한, 상기 고무로는 부타디엔 고무, 스티렌·부타디엔 고무, 이소프렌 고무, 이소부틸렌·이소프렌 고무, 아크릴 고무, 아크릴로니트릴·부타디엔 고무, 에틸렌·프로필렌 고무, 에틸렌·프로필렌·디엔 고무, 실리콘 고무, 불소 고무 등을 들 수 있다.
상기 재료는 산 무수물기, 카르복실기, 히드록실기, 에폭시기, 아미노기 등의 관능기를 1종 이상 갖는 등에 의해 변성되어 있을 수도 있다. 변성에 의해 후술하는 수용성 입자나, 지립, 수계 매체 등과의 친화성 등을 조절할 수 있다. 또한, 이들 재료는 2종 이상을 조합하여 사용하여도 좋다.
또한, 상기 각 재료는 가교 중합체일 수도 있고, 비가교 중합체일 수도 있다. 본 발명에서의 상기 투광성 부재의 구성 재료로는, 매트릭스재의 적어도 일부(2종 이상의 재료의 혼합물을 포함하고, 그의 1종 이상의 적어도 일부가 가교 중합체인 경우, 및 1종의 재료를 포함하고, 그의 적어도 일부가 가교 중합체인 경우를 포함함)이 가교 중합체인 것이 바람직하다.
매트릭스재의 적어도 일부가 가교 구조를 가짐으로써, 매트릭스재에 탄성 회복력을 부여할 수 있다. 따라서, 연마시에 연마 패드에 이러한 전단력에 의한 변위를 작게 억제할 수 있고, 연마 시간 및 드레싱시에 매트릭스재가 과도하게 늘어나고, 소성 변형에 의해 세공이 메워지는 것을 방지할 수 있다. 또한, 연마 패드표면에 과도하게 보풀이 생기는 것도 방지할 수 있다. 이 때문에, 연마시 슬러리의 유지성이 좋고, 드레싱에 의한 슬러리의 유지성 회복도 용이하며, 나아가 스크래치의 발생도 방지할 수 있다.
상기한 바와 같은 가교 중합체로는, 상기한 투광성을 부여할 수 있는 열가소성 수지, 열경화성 수지, 엘라스토머 및 고무 중에서도, 폴리우레탄 수지, 에폭시 수지, 폴리아크릴 수지, 불포화 폴리에스테르 수지, 비닐 에스테르 수지(폴리아크릴 수지는 제외함) 등의 수지나, 디엔계 엘라스토머(1,2-폴리부타디엔), 부타디엔 고무, 이소프렌 고무, 아크릴 고무, 아크릴로니트릴·부타디엔 고무, 스티렌·부타디엔 고무, 에틸렌·프로필렌 고무, 실리콘 고무, 불소 고무, 스티렌·이소프렌 고무 등을 가교 반응시킨 중합체나, 폴리에틸렌, 폴리불화비닐리덴 등을 가교시킨 (가교제, 자외선, 전자선 등의 조사에 의한) 중합체 등을 들 수 있다. 그 밖에 이오노머 등을 사용할 수도 있다.
이들 가교 중합체 중에서도 충분한 투광성을 부여할 수 있고, 많은 슬러리에 함유되는 강산이나 강알칼리에 대하여 안정적이며, 흡수에 의한 연화도 적기 때문에, 가교된 1,2-폴리부타디엔을 사용하는 것이 특히 바람직하다. 이 가교된 1,2-폴리부타디엔은 부타디엔 고무나 이소프렌 고무 등의 다른 고무와 혼합하여 사용할 수 있다. 또한, 상기 매트릭스재로서 1,2-폴리부타디엔을 단독으로 사용할 수도 있다.
이러한 적어도 일부가 가교 중합체인 매트릭스재는 JIS K 6251에 준하여, 매트릭스재를 포함하는 시험편을 80 ℃에서 파단시킨 경우 파단 후에 잔류하는 신도 (이하, 간단히 "파단 잔류 신도"라고 함)을 100 % 이하로 할 수 있다. 즉, 파단한 후의 시험편의 표선간 합계 거리를 파단전의 표선간 거리의 2배 이하로 할 수 있다. 이 파단 잔류 신도는 바람직하게는 30 % 이하, 보다 바람직하게는 10 % 이하, 더욱 바람직하게는 5 % 이하이다. 단, 통상 0 % 이상이다. 파단 잔류 신도가 100 %를 초과하여 커짐에 따라 연마시 및 면 갱신시에 연마 패드의 표면으로부터 긁혀지거나 늘어난 미세편이 세공을 막기 쉬워지는 경향이 있다.
또한, 상기 파단 잔류 신도란, JIS K 6251 "가황 고무의 인장 시험 방법"에 준하여 시험편 형상 덤벨상 3호 형, 인장 속도 500 mm/분, 시험 온도 80 ℃에서 인장 시험에서 시험편을 파단시킨 경우, 파단하여 분할된 시험편 각각의 표선으로부터 파단부까지의 합계 거리에서 시험전의 표선간 거리를 뺀 신도이다. 또한, 시험 온도에 대해서는, 실제 연마에서 접동에 의해 도달하는 온도가 80 ℃ 정도이기 때문에, 이 온도에서 행하고 있다.
상기 "수용성 입자"는 비수용성 매트릭스재 중에 분산되어 있다. 또한, 상술한 바와 같이 연마시에 외부로부터 공급되는 슬러리나 수계 매체와의 접촉에 의해 세공을 형성할 수 있는 입자이다.
이 수용성 입자의 형상은 특별히 한정되지 않지만, 통상 보다 구형에 가까운 것이 바람직하며, 구형인 것이 더욱 바람직하다. 또한, 각각의 수용성 입자는 보다 모양이 갖추어져 있는 것이 바람직하다. 이에 따라 형성되는 세공의 성상이 갖추어진 양호한 연마를 행할 수 있다.
또한, 이 수용성 입자의 크기도 특별히 한정되지 않지만, 통상 입경이 0.1 내지 500 ㎛이고, 바람직하게는 0.5 내지 200 ㎛, 더욱 바람직하게는 1 내지 150 ㎛이다. 입경이 0.1 ㎛ 미만이면 세공의 크기가 지립보다 작아지는 경우가 있고, 세공에 충분히 지립이 유지될 수 없는 경우가 발생할 수 있어 바람직하지 않다. 한편, 500 ㎛를 초과하면 형성되는 세공의 크기가 과대해져 투광성 부재의 기계적 강도 및 연마 속도가 저하하는 경향이 있다.
또한, 상기 수용성 입자의 투광성 부재 중에서의 함유량은 상기 매트릭스재와 상기 수용성 입자와의 합계를 100 부피%로 한 경우 0.1 부피% 이상, 5 부피% 미만이고, 바람직하게는 0.5 부피% 이상, 5 부피% 미만, 특히 바람직하게는 1 부피% 이상, 4.9 부피% 이하이다. 상기 수용성 입자의 함유량이 0.1 부피% 미만이면 세공이 충분히 형성되지 않고 연마 속도가 저하하는 경향이 있다. 한편, 5 부피% 미만이어도 충분한 연마 성능을 구비할 수 있기 때문이다.
상기 수용성 입자를 구성하는 재료로는 특별히 한정되지 않고, 여러 가지 재료를 사용할 수 있다. 예를 들면 유기계 수용성 입자 및 무기계 수용성 입자를 사용할 수 있다.
상기 유기계 수용성 입자로는 덱스트린, 시클로덱스트린, 만니트, 당류(락토오스 등), 셀룰로오스류(히드록시프로필 셀룰로오스, 메틸 셀룰로오스 등), 전분, 단백질, 폴리비닐알코올, 폴리비닐피롤리든, 폴리아크릴산, 폴리에틸렌옥시드, 수용성의 감광성 수지, 술폰화 폴리이소프렌, 술폰화 폴리이소프렌 공중합체 등으로 형성된 것을 사용할 수 있다.
또한, 상기 무기계 수용성 입자로는 아세트산칼륨, 질산칼륨, 탄산칼륨, 탄산수소칼륨, 염화칼륨, 브롬화칼륨, 인산칼륨, 질산마그네슘 등으로 형성된 것을 사용할 수 있다.
이들 수용성 입자는, 상기 각 재료를 단독으로 또는 2종 이상을 조합하여 함유할 수도 있다. 또한, 소정의 재료를 포함하는 1종의 수용성 입자일 수도 있고, 다른 재료를 포함하는 2종 이상의 수용성 입자일 수도 있다.
또한, 상기 수용성 입자는 연마시에서 상기 투광성 부재의 표면에 노출한 것만 수용하고, 투광성 부재내에 존재하는 것은 표출하지 않고 흡습 및 팽윤하지 않는 것이 바람직하다. 이를 위해, 상기 수용성 입자는 최외부의 적어도 일부에 흡습을 억제하는 에폭시 수지, 폴리이미드, 폴리아미드, 폴리실리케이트 등으로 구성되는 외피를 형성할 수도 있다.
상기 수용성 입자는 세공을 형성하는 기능 이외에도, 투광성 부재의 압입 경도를 연마 패드용 기체 등의 연마 패드의 다른 부분과 정합시키는 기능을 갖는다. 연마 패드는 연마시에 부가하는 압력을 높이고, 연마 속도를 향상시키며, 높은 평탄성을 얻기 위해 쇼어-D 경도를 연마 패드 전체에서 35 내지 100으로 하는 것이 바람직하다. 그러나 원하는 쇼어-D 경도를 매트릭스재의 재질에서만 얻는 것은 곤란한 것도 많고, 이러한 경우는 수용성 입자를 함유시킴으로써 세공을 형성하는 것 이외에 쇼어-D 경도를 연마 패드의 다른 부분과 동일한 정도로 향상시키는 것이 가능해진다. 이러한 이유로 수용성 입자는, 연마 패드내에서 충분한 압입 경도를 확보할 수 있는 중실체(中實體)인 것이 바람직하다.
이러한 수용성 입자를 제조시에 매트릭스재 중에 분산시키는 방법은 특별히 한정되지 않지만, 통상 매트릭스재, 수용성 입자 및 그 밖의 첨가제 등을 혼련하여 얻는다. 이 혼련에서 매트릭스재는 가공하기 쉽도록 가열되어 혼련되지만, 이 때의 온도에서 수용성 입자는 고체인 것이 바람직하다. 고체임으로써, 매트릭스재와의 상용성에 상관없이 수용성 입자를 상기 바람직한 평균 입경을 나타내는 상태에서 분산시키기 쉬워진다. 따라서, 사용하는 매트릭스재의 가공 온도에 의해 수용성 입자의 종류를 선택하는 것이 바람직하다.
또한, 매트릭스재 및 수용성 입자 이외에도 제조시에 필요에 따라 첨가되는 매트릭스재와 수용성 입자와의 친화성 및 분산성을 향상시키기 위한 상용화제(산 무수물기, 카르복실기, 히드록실기, 에폭시기, 옥사졸린기 및 아미노기 등에 의해 변성된 중합체, 블럭 공중합체 및 랜덤 공중합체 등), 여러 가지 비이온계 계면활성제, 및 커플링제 등이나 이들의 잔차(殘差)를 함유하고 있어도 좋다.
또한, 투광성 부재뿐만 아니라 연마 패드용 기체 등의 본 발명의 연마 패드 전체에는, 종래부터 슬러리에 함유되어 있는 지립, 산화제, 알칼리 금속의 수산화물 및 산, pH 조절제, 계면활성제, 스크래치 방지제 등 중 1종 이상을 함유시킬 수 있다.
이들 이외에, 충전제, 연화제, 산화 방지제, 자외선 흡수제, 대전 방지제, 윤활제, 가소제 등의 각종 첨가제를 함유시킬 수 있다. 특히, 충전제로는 탄산칼슘, 탄산마그네슘, 탈크, 클레이 등의 강성을 향상시키는 재료, 및 실리카, 알루미나, 세리아, 지르코니아, 티타니아, 이산화망간, 삼산화이망간, 탄산바륨 등의 연마 효과를 구비하는 재료 등을 사용할 수 있다.
한편, 본 발명의 연마 패드의 표면(연마면)에는 사용 종료 슬러리의 배출성을 향상시킬 목적 등으로 필요에 따라 홈 및 도트 패턴을 소정의 형상으로 형성할 수 있다. 이러한 홈 및 도트 패턴을 필요로 하는 경우는, 상기한 투광성 부재의 박육화에 의해 발생하는 연마 패드에서의 오목부를 표면측에 형성함으로써 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 연마 패드의 형상은 특별히 한정되지 않지만, 통상 연마 패드용 기체의 형상에 의존한다. 따라서, 원형(원반상 등), 다각형(사각형 등) 등으로 만들 수 있다. 사각형의 경우에는, 벨트상, 롤러상 등으로 만들 수 있다. 또한, 본 발명의 연마 패드의 크기도 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면 원반상의 경우에는 직경 500 내지 900 mm로 만들 수 있다.
또한, 본 명세서에서 말하는 "슬러리"란, 적어도 지립을 함유하는 수계 분산체를 의미하지만, 연마할 때에 외부에서 공급되는 것은 슬러리일 수도 있으며, 지립 등을 함유하지 않는 수계 매체만일 수도 있다. 수계 매체만 공급되는 경우는, 예를 들면 연마 패드내로부터 방출된 지립 등과 수계 매체가 연마 과정에서 혼합됨으로써 슬러리가 형성된다.
또한, 본 발명의 연마 패드는 도 12 및 도 13에 나타낸 바와 같이, 그 연마면과는 반대면의 이면측(비연마면)에, 연마 패드를 연마 장치에 고정하기 위한 고정용층 (13)을 구비하여, 다른 본 발명의 연마 패드로 만들 수 있다. 이 고정용층은 연마 패드 자신을 고정할 수 있는 것이면 좋고, 특별히 한정되지 않는다.
이 고정용층 (13)으로는, 예를 들면 양면 테이프(즉, 접착제층 (131)과 최표층에 형성된 박리층 (132)를 구비함)을 사용하여 형성된 층, 접착제의 도포 등에 의해 형성된 접착제층 (131) 등으로 만들 수 있다. 접착제의 도포에 의해 형성된 접착제층의 최표층에는 박리층 (132)를 설치할 수 있다.
이들 고정용층을 구성하는 재료에 대해서는 특별히 한정되지 않고, 아크릴계, 합성 고무계 등의 열가소성형, 열경화형, 광경화형 등을 사용할 수 있다. 시판되고 있는 것으로는, 3M사제 #442, 세키스이 가가꾸사제 #5511 및 세키스이 가가꾸사제 #5516 등을 들 수 있다.
이들 고정용층 중에서도, 양면 테이프를 사용하여 형성된 층이 미리 박리층을 갖고 있기 때문에 바람직하다. 또한, 어느 고정용층만이어도 박리층을 구비함으로써 사용 시간까지 접착제층을 보호할 수 있고, 사용시에는 이 박리층을 제외함으로써 충분한 접착력을 가지고 연마 패드를 연마 장치에 용이하게 고정할 수 있다.
또한, 고정용층은 고정용층을 구성하는 재료 자체의 투광성은 특별히 한정되지 않는다. 고정용층을 구성하는 재료가 투광성을 갖지 않는 경우나, 투광성이 낮은 경우에는, 투광성 부재에 대응하는 부위에 관통 구멍 등을 설치할 수 있다. 이 관통 구멍은 투광성 부재의 면적보다 클 수도, 작을 수도 있으며, 동일한 면적일 수도 있다. 관통 구멍이 투광성 부재보다도 작고, 도 12 및 도 13에 나타낸 바와 같이 연마 패드용 기체와 투광성 부재가 접하는 부분을 덮도록 형성되어 있는 경우에는, 연마 패드용 기체와 투광성 부재 사이에 간극을 갖고 있어도 슬러리 등이 이면측에 누설되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 특히 고정용층에 관통 구멍을 설치함으로써, 투광도를 측정하기 위한 센서부나 투과광을 일으키는 부위 등이 오손되는 것을 방지할 수 있다. 이를 위해, 특히 투과광의 통과로에는 고정용층이 형성되어 있지 않은 것이 바람직하다.
또한, 양면 테이프로 형성된 고정용층을 형성하는 경우는, 미리 양면 테이프의 소정 위치에 관통 구멍을 설치해 둘 수 있다. 이 관통 구멍을 형성하는 방법은 특별히 한정되지 않고, 예를 들면 레이저 절삭기를 이용하는 방법이나, 펀칭 칼로 펀칭하는 방법 등을 들 수 있지만, 이들 방법으로 한정되는 것은 아니다. 또한, 레이저 절삭기를 이용하는 방법에서는, 양면 테이프에 의해 고정용층을 설치한 후에 관통 구멍을 설치하는 것도 가능하다.
다른 본 발명의 반도체 웨이퍼용 연마 패드는, 표리를 관통하는 관통 구멍을 구비하는 연마 패드용 기체, 상기 관통 구멍내에 감합된 투광성 부재, 및 상기 연마 패드용 기체 및 상기 투광성 부재 중 적어도 상기 연마 패드용 기체의 이면측에, 연마 장치에 고정하기 위해 형성된 고정용층을 구비하고, 상기 투광성 부재는 비수용성 매트릭스재, 및 이 비수용성 매트릭스재 중에 분산된 수용성 입자를 함유하며, 이 수용성 입자의 함유량은 상기 비수용성 매트릭스재와 상기 수용성 입자와의 합계를 100 부피%로 한 경우 0.1 내지 90 부피%인 것을 특징으로 한다.
상기 "연마 패드용 기체"로는, 상기 연마 패드용 기체를 그대로 적용할 수 있다.
상기 "투광성 부재"로는, 수용성 입자의 부피 함량 이외에는 상기 투광성 부재의 설명을 그대로 적용할 수 있다. 이 수용성 입자의 함유량은 매트릭스재와 수용성 입자와의 합계를 100 부피%로 한 경우 0.1 내지 90 부피%이고, 바람직하게는 0.5 내지 60 부피%, 특히 바람직하게는 1 부피% 이상 40 부피% 이하이다. 상기 수용성 입자의 함유량이 0.1 부피% 미만이면 세공이 충분히 형성되지 않고 연마 속도가 저하하는 경향이 있다. 한편, 90 부피%를 초과하면 매트릭스재 중에 함유되는 수용성 입자가 연쇄적으로 팽윤 또는 용해하는 것을 충분히 방지하기 어려워지는 경향이 있고, 투광성 부재의 경도 및 기계적 강도를 적정한 값으로 유지하기 어려워진다.
상기 "고정용층"으로는, 앞서 기술한 바 있는 고정용층을 그대로 적용할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 연마 패드 전체(특히 연마 패드용 기체, 투광성 부재 등)에는, 종래부터 슬러리에 함유되어 있는 상기 각종의 것을 함유시킬 수 있으며, 나아가 상기 그 밖의 각종 첨가제를 함유시킬 수 있다. 또한, 그 표면(연마면)에는 상기와 마찬가지로 홈 및 도트 패턴을 소정의 형상으로 형성할 수 있다. 또한, 연마 패드의 형상도 한정되지 않고, 상기와 마찬가지인 형상 및 크기로 만들 수 있다.
본 발명의 반도체 웨이퍼용 연마 복층체(이하, 간단히 "연마 복층체"라고도 함)은, 상기 연마 패드와 이 연마 패드의 이면측에 적층된 지지층을 구비하고, 적층 방향으로 투광성을 갖는 것을 특징으로 한다.
상기 "지지층"은 연마 패드의 연마면과는 반대의 이면측(비연마면측)에 적층되는 층이다. 지지층의 투광성의 유무는 상관없지만, 예를 들면 투광성 부재의 투광성과 동등하거나, 그것을 상회하는 투광성을 갖는 재료를 포함하는 지지체를 사용함으로써 연마 복층체에서의 투광성을 확보할 수 있다 (이 경우, 절결은 형성되어 있어도 좋지만, 없어도 좋다). 또한, 투광성을 갖지 않는 지지체를 사용하는 경우에는, 빛을 통과시키는 일부를 절결하는 등의 방법에 의해 연마 복층체의 투광성을 확보할 수 있다.
지지층의 형상은 특별히 한정되지 않고, 평면 형상은 예를 들면 원형, 다각형(사각형 등) 등으로 만들 수 있다. 또한, 통상 박판상으로 만들 수 있다. 이 지지층은, 통상 연마 패드와 동일한 평면 형상으로 만들 수 있다 (절결에 의해 투광성을 확보하는 부위를 갖는 경우 그 부위는 제외함).
또한, 지지층을 구성하는 재료는 특별히 한정되지 않고, 다양한 재료를 사용할 수 있지만, 특히 소정의 형상 및 성상으로의 성형이 용이하고, 적절한 탄력성을 부여할 수 있는 것 등으로부터 유기 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 이 유기 재료로는, 상술하는 투광성 부재를 구성하는 매트릭스재로서 적용되는 다양한 재료를 사용할 수 있다. 또한, 지지층을 구성하는 재료와, 투광성 부재 및(또는) 연마 패드용 기체의 매트릭스재를 구성하는 재료는 동일할 수도 있고, 상이할 수도 있다.
또한, 상기 지지층의 수는 한정되지 않고, 1층일 수도, 2층 이상일 수도 있다. 또한, 2층 이상의 지지층을 적층하는 경우 각 층은 같은 것일 수도, 다른 것일 수도 있다. 또한, 이 지지층의 경도도 특별히 한정되지 않지만, 연마 패드보다도 연질인 것이 바람직하다. 이에 따라, 연마 복층체 전체로서 충분한 유연성을 가지고, 피연마면의 요철에 대한 적절한 추종성을 구비할 수 있다.
또한, 본 발명의 연마 복층체에는, 상기 연마 패드의 경우와 마찬가지의 고정용층을 설치할 수 있다. 단, 이 고정용층은 통상 지지층의 이면측(연마면과는 반대면측)에 형성된다.
또한, 본 발명의 연마 복층체의 전체(특히 연마 패드용 기체, 투광성 부재 등)에는, 상기 연마 패드와 마찬가지로 종래부터 슬러리에 함유되어 있는 상기 각종의 것을 함유시킬 수 있으며, 나아가 상기 그 밖의 각종 첨가제를 함유시킬 수 있다. 또한, 그 표면(연마면)에는 상기 홈 및 도트 패턴을 소정의 형상으로 설치할 수 있다. 또한, 연마 복층체의 형상 및 크기도 한정되지 않고, 상기 연마 패드와 마찬가지의 형상 및 크기로 만들 수 있다.
다른 본 발명의 반도체 웨이퍼용 연마 복층체는, 표리를 관통하는 관통 구멍을 구비하는 연마 패드용 기체, 상기 관통 구멍내에 감합된 투광성 부재, 상기 연마 패드용 기체 및 상기 투광성 부재 중 적어도 상기 연마 패드용 기체의 이면측에 적층된 지지층, 및 이 지지층의 이면측에, 연마 장치에 고정하기 위해 형성된 고정용층을 구비하고, 상기 투광성 부재는 비수용성 매트릭스재, 및 이 비수용성 매트릭스재 중에 분산된 수용성 입자를 함유하며, 이 수용성 입자의 함유량은 상기 비수용성 매트릭스재와 상기 수용성 입자와의 합계를 100 부피%로 한 경우 0.1 내지 90 부피%인 것을 특징으로 한다.
상기 "연마 패드용 기체"로는, 앞서 기술한 바 있는 연마 패드용 기체를 그대로 적용할 수 있다.
상기 "투광성 부재"로는, 본 발명의 다른 연마 패드에서의 상기 수용성 입자를 그대로 적용할 수 있다.
상기 "고정용층"으로는, 앞서 기술한 바 있는 고정용층을 그대로 적용할 수 있다.
또한, 다른 본 발명의 연마 복층체(특히 연마 패드용 기체, 투광성 부재 등)에는, 상기 연마 패드와 마찬가지로, 종래부터 슬러리에 함유되어 있는 상기 각종의 것을 함유시킬 수 있으며, 나아가 상기 그 밖의 각종 첨가제를 함유시킬 수 있다. 또한, 그 연마면에는 상기 홈 및 도트 패턴을 소정의 형상으로 설치할 수 있다. 또한, 연마 복층체의 형상 및 크기도 한정되지 않고, 상기 본 발명의 연마 복층체와 마찬가지의 형상 및 크기로 만들 수 있다.
본 발명의 반도체 웨이퍼의 연마 방법은 상기 설명한 본 발명의 연마 패드 또는 연마 복층체를 사용하여 반도체 웨이퍼를 연마하고, 반도체 웨이퍼의 연마 종점의 검출을 광학식 종점 검출 장치에 의해 행하는 것을 특징으로 한다.
상기 "광학식 종점 검출 장치"는, 연마 패드의 이면측(비연마면측)으로부터 투광성 부재를 통해서 연마면측으로 빛을 투과시키고, 반도체 웨이퍼 등의 피연마재의 연마면에서의 반사광으로부터 연마 종점을 검출하는 장치이다. 그 밖의 측정 원리에 대해서는 특별히 한정되지 않는다.
본 발명의 반도체 웨이퍼의 연마 방법에 의하면, 연마 패드 또는 연마 복층체의 연마 성능을 저하시키지 않고 종점 검출을 행할 수 있다. 예를 들면, 연마 패드 또는 연마 복층체가 원반상인 경우 이 원반의 중심과 동심원상으로 투광성 부재를 환상으로 설치함으로써, 연마 종점을 항시 관측하면서 연마하는 것도 가능해진다. 따라서, 최적의 연마 종점에서 확실하게 연마를 끝낼 수 있다.
본 발명의 반도체 웨이퍼의 연마 방법으로는, 예를 들면 도 14에 나타낸 바와 같은 연마 장치를 이용할 수 있다. 즉, 회전 가능한 정반 (2)와, 회전 및 종횡으로의 이동이 가능한 가압 헤드 (3)과, 슬러리를 단위 시간에 일정량씩 연마 패드상에 적하할 수 있는 슬러리 공급부 (5)와, 정반의 아래쪽에 설치된 광학식 종점 검출부 (6)을 구비하는 장치이다.
이 연마 장치에서는, 정반상에 본 발명의 연마 패드(연마 복층체) (1)을 고정하고, 한편 가압 헤드의 하단면에 반도체 웨이퍼 (4)를 고정하며, 이 반도체 웨이퍼를 연마 패드에 소정의 압력으로 가압하면서 압박하도록 접촉시킨다. 그리고, 슬러리 공급부로부터 슬러리를 소정량씩 정반상에 적하하면서, 정반 및 가압 헤드를 회전시킴으로써 반도체 웨이퍼와 연마 패드를 접동시켜 연마를 행한다.
또한, 이 연마를 행할 때는 광학식 종점 검출부로부터 소정의 파장 또는 파장 영역의 종점 검출용 빛 (R1)을 정반(정반은 자신이 투광성을 갖거나, 일부가 절결됨으로써 종점 검출용 빛이 투과할 수 있음)의 하측으로부터 투광성 부재 (11)을 투과시키고 반도체 웨이퍼의 연마면을 향하여 조사한다. 그리고, 이 종점 검출용 빛이 반도체 웨이퍼의 연마면으로부터 반사된 반사광 (R2)를 광학식 종점 검출부에서 파악하고, 이 반사광의 강도 등으로부터 연마면의 상황을 관측하면서 연마를 행할 수 있다.
이하, 실시예에 의해 본 발명을 구체적으로 설명한다.
[1] 시험용 패드의 제조
(1) 투광성 부재의 제조
나중에 가교되어 매트릭스재가 되는 1,2-폴리부타디엔(JSR 가부시끼가이샤제, 품명 "JSR RB830") 97 부피%와 수용성 입자로서 β-시클로덱스트린(요코하마 고꾸사이 바이오 겡뀨쇼 가부시끼가이샤제, 품명 "덱시펄 β-100") 3 부피%를 120 ℃로 가열된 혼련기에서 혼련하였다. 그 후, 디쿠밀 퍼옥시드(닛본 유시 가부시끼가이샤제, 품명 "퍼쿠밀 D")를, 1,2-폴리부타디엔과 β-시클로덱스트린과의 합계를 100 질량부로서 환산한 0.8 질량부를 첨가하여 더욱 혼련한 후, 프레스 금형내에서 170 ℃에서 20 분간 가교 반응시켜 성형하여 직경 60 cm, 두께 2.5 mm의 원반 형상의 투광성 부재를 얻었다.
(2) 연마 패드용 기체의 제조
나중에 가교되어 매트릭스재가 되는 1,2-폴리부타디엔(JSR 가부시끼가이샤제, 품명 "JSR RB830") 80 부피%와, 수용성 입자로서 β-시클로덱스트린(요코하마 고꾸사이 바이오 겡뀨쇼 가부시끼가이샤제, 품명 "덱시펄 β-100") 20 부피%를 120 ℃로 가열된 혼련기에서 혼련하였다. 그 후, 디쿠밀 퍼옥시드(닛본 유시 가부시끼가이샤제, 품명 "퍼쿠밀 D")를, 1,2-폴리부타디엔과 β-시클로덱스트린과의 합계를 100 질량부로서 환산한 0.8 질량부를 첨가하여 더욱 혼련한 후, 프레스 금형내에서 170 ℃에서 20 분간 가교 반응시켜 성형하여 직경 60 cm, 두께 2.5 mm의 원반 형상의 연마 패드용 기체를 얻었다.
[2] 투과율의 측정
상기 [1] (1)에서 얻어진 투광성 부재에 대해서, UV 흡광도계(하타치 세이사꾸쇼 가부시끼가이샤제, 형식 "U-2010")을 이용하여 파장 650 nm에서의 투과율을 측정하였다. 그 결과, 5회의 평균 적산 투과율은 30 %였다.
[3] 연마 성능의 측정
상기 [1] (1)에서 얻어진 투광성 부재만을 포함하는 연마 패드를 연마 장치의 정반에 장착하고, 정반 회전수 50 rpm, 슬러리 유량 매분 100 cc의 조건에서 열 산화막 웨이퍼의 연마를 행하였다. 그 결과, 연마 속도는 매분 980 Å이었다. 또한, 상기 [1] (2)에서 얻어진 연마 패드용 기체만을 포함하는 연마 패드를 사용하여 마찬가지의 조건으로 연마를 행하였다. 그 결과, 연마 속도는 매분 1010 Å이었다.
또한, 시판되고 있는 투광성을 갖지 않는 발포 폴리우레탄제 연마 패드(로델·닛타사제, 품명 "IC1000")을 사용하여 마찬가지의 조건으로 연마를 행하였다. 그 결과, 연마 속도는 매분 950 Å이었다.
이들 결과로부터, 상기 [1] (1)에서와 마찬가지로 하여 소정의 크기로 성형한 투광성 부재를 투광성을 갖지 않는 발포 폴리우레탄제 연마 패드의 일부에 설치한 관통 구멍내에 감합하여 얻어지는 본 발명의 연마 패드를 얻고, 이 본 발명의 창 연마 패드를 사용하여 연마를 행한 경우에도, 투광성을 갖지 않는 발포 폴리우레탄제 연마 패드의 연마 성능과 비교하여 손색이 없다는 것을 알 수 있다.
본 발명의 반도체 웨이퍼용 연마 패드는 표리를 관통하는 관통 구멍을 구비하는 연마 패드용 기체, 상기 관통 구멍내에 감합된 투광성 부재를 구비하고, 이 투광성 부재는 비수용성 매트릭스재, 이 비수용성 매트릭스재 중에 분산된 수용성 입자를 함유하며, 이 수용성 입자의 함유량은 상기 비수용성 매트릭스재와 상기 수 용성 입자와의 합계를 100 부피%로 한 경우 0.1 부피% 이상 5 부피% 미만이기 때문에, 연마 성능을 저하시키지 않고 연마를 진행시켜 광학식 종점 검출을 효율적으로 행할 수 있다. 또한, 연마 공정 전체에서 항시 연마 종점뿐만 아니라, 연마 상황 모두를 광학적으로 관찰하는 것이 가능하다.
투광성 부재를 구성하는 비수용성 매트릭스재의 적어도 일부가 가교 중합체인 경우는, 연마시 및 드레싱시에 세공이 메워지는 것을 방지할 수 있다. 또한, 연마 패드의 표면(연마면)이 과도하게 보풀이 생기는 것도 방지할 수 있다. 따라서, 연마시 슬러리의 유지성이 좋고, 드레싱에 의한 슬러리의 유지성의 회복도 용이하며, 나아가 반도체 웨이퍼 등의 연마면에서의 스크래치 발생을 방지할 수 있다.
투광성 부재를 구성하는 가교 중합체가, 가교된 1,2-폴리부타디엔인 경우는 상기 가교 중합체를 함유함으로써 효과를 충분히 발휘할 수 있음과 동시에, 충분한 투광성이 확보된다. 또한, 많은 슬러리에 함유되는 강산이나 강알칼리에 대하여 안정적이며, 흡수에 의한 연화도 적기 때문에 연마 패드로서 내구성이 우수해진다.
투광성 부재가 박육화되어 있는 경우에는, 투광성을 보다 향상시킬 수 있다.
투광성 부재가 소정의 파장에서의 투과율이 0.1 % 이상이거나, 소정의 파장 영역에서의 적산 투과율이 0.1 % 이상인 경우에는, 이러한 파장 또는 파장 영역에서의 광학적 관찰에 바람직하다.
또한, 고정용층을 구비함으로써 간편하고 신속하게 연마 패드를 연마 장치에 고정할 수 있다. 또한, 투광성을 가짐으로써 투광성 부재가 갖는 투광성을 저해하 는 일도 없다.
다른 본 발명의 반도체 웨이퍼용 연마 패드에 의하면 연마 성능을 저하시키지 않고, 광학식 종점 검출을 행할 수 있다. 또한, 연마 공정 전체에서 항시 연마 종점뿐만 아니라 연마 상황 모두를 광학적으로 관찰하는 것이 가능하다. 또한, 간편하고 신속하게 연마 패드를 연마 장치에 고정할 수 있다.
본 발명의 연마 복층체에 의하면 연마 성능을 저하시키지 않고, 광학식 종점 검출을 행할 수 있다. 또한, 연마 공정 전체에서 항시 연마 종점뿐만 아니라 연마 상황 모두를 광학적으로 관찰하는 것이 가능하다. 또한, 연마 복층체 전체로서 충분한 유연성을 가지고, 피연마면의 요철에 대한 적절한 추종성을 구비할 수 있다.
또한, 고정용층을 구비함으로써 간편하고 신속하게 연마 복층체를 연마 장치에 고정할 수 있다. 또한, 투광성을 가짐으로써 투광성 부재가 갖는 투광성을 저해하는 일도 없다.
본 발명의 다른 연마 복층체에 의하면 연마 성능을 저하시키지 않고, 광학식 종점 검출을 행할 수 있다. 또한, 연마 공정 전체에서 항시 연마 종점뿐만 아니라 연마 상황 모두를 광학적으로 관찰하는 것이 가능하다. 또한, 연마 복층체 전체로서 충분한 유연성을 가지고, 피연마면의 요철에 대한 적절한 추종성을 구비할 수 있다. 또한, 간편하고 신속하게 연마 패드를 연마 장치에 고정할 수 있다.
본 발명의 연마 방법에 의하면 연마 패드 또는 연마 복층체의 연마 성능을 저하시키지 않고 연마를 진행시켜 광학식 종점 검출을 효율적으로 행할 수 있다. 또한, 연마 종점뿐만 아니라 연마 상황 모두를 광학적으로 관찰하면서 연마를 진행 시키는 것이 가능하다.
도 1은 연마 패드용 기체 및 투광성 부재의 형상 및 각각의 감삽(嵌揷) 상태의 예를 나타내는 모식도이다.
도 2는 연마 패드용 기체 및 투광성 부재의 형상 및 각각의 감삽 상태의 예를 나타내는 모식도이다.
도 3은 연마 패드용 기체 및 투광성 부재의 형상 및 각각의 감삽 상태의 예를 나타내는 모식도이다.
도 4는 연마 패드용 기체 및 투광성 부재의 형상 및 각각의 감삽 상태의 예를 나타내는 모식도이다.
도 5는 연마 패드용 기체 및 투광성 부재의 형상 및 각각의 감삽 상태의 예를 나타내는 모식도이다.
도 6은 연마 패드용 기체 및 투광성 부재의 형상 및 각각의 감삽 상태의 예를 나타내는 모식도이다.
도 7은 연마 패드용 기체 및 투광성 부재의 형상 및 각각의 감삽 상태의 예를 나타내는 모식도이다.
도 8은 연마 패드용 기체 및 투광성 부재의 형상 및 각각의 감삽 상태의 예를 나타내는 모식도이다.
도 9는 본 발명의 연마 패드의 일례의 평면도이다.
도 10은 본 발명의 연마 패드의 다른 예의 평면도이다.
도 11은 본 발명의 연마 패드의 일례의 평면도이다.
도 12는 고정용층을 구비하는 연마 패드의 일례의 모식도이다.
도 13은 고정용층을 구비하는 연마 패드의 다른 예의 모식도이다.
도 14는 본 발명의 연마 패드 또는 연마 복층체를 사용하는 연마 장치를 해설하는 모식도이다.
본 발명의 반도체 웨이퍼용 연마 패드는 특히 반도체 장치의 제조 공정에 유용하고, 예를 들면 STI 공정, Al, Cu 등의 금속 배선을 형성하는 다마신(Damascene) 공정, Al, Cu, W 등을 사용한 비어 플러그를 형성할 때의 다마신 공정, 이들 금속 배선과 비어 플러그를 동시에 형성하는 듀얼 다마신 공정, 층간 절연막(산화막, Low-k, BPSG 등)을 연마하는 공정, 질화막(TaN, TiN 등)을 연마하는 공정, 폴리실리콘, 베어 실리콘 등을 연마하는 공정 등에 사용할 수 있다.
Claims (16)
- 표리를 관통하는 관통 구멍을 구비하는 연마 패드용 기체, 상기 관통 구멍내에 감합된 투광성 부재를 구비하고, 상기 투광성 부재는 비수용성 매트릭스재와 이 비수용성 매트릭스재 중에 분산된 수용성 입자를 함유하며, 이 수용성 입자의 함유량은 상기 비수용성 매트릭스재와 상기 수용성 입자와의 합계를 100 부피%로 한 경우 0.5 부피% 이상, 5 부피% 미만이고,상기 연마 패드용 기체 및 상기 투광성 부재 중 적어도 상기 연마 패드용 기체의 이면측에, 연마 장치에 고정하기 위해 형성된 고정용층을 구비하고, 상기 고정용층의 투광성 부재에 대응하는 부위에 관통 구멍을 갖고,상기 투광성 부재의 두께가 0.1 mm 이상 3 mm 이하인 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼용 연마 패드.
- 삭제
- 제1항에 있어서, 상기 비수용성 매트릭스재의 적어도 일부가 가교 중합체인 반도체 웨이퍼용 연마 패드.
- 제3항에 있어서, 상기 가교 중합체가 가교된 1,2-폴리부타디엔인 반도체 웨이퍼용 연마 패드.
- 제1항에 있어서, 상기 투광성 부재가 박육화되어 있는 반도체 웨이퍼용 연마 패드.
- 제1항에 있어서, 상기 투광성 부재가 두께를 2 mm로 한 경우 파장 400 내지 800 nm 중 모든 파장에서의 투과율이 0.1 % 이상이거나, 파장 400 내지 800 nm 중 모든 파장 영역에서의 적산 투과율이 0.1 % 이상인 반도체 웨이퍼용 연마 패드.
- 삭제
- 삭제
- 제1항에 기재된 반도체 웨이퍼용 연마 패드, 및 이 반도체 웨이퍼용 연마 패드의 이면측에 적층된 지지층을 구비하고, 적층 방향으로 투광성을 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼용 연마 복층체.
- 제9항에 있어서, 상기 지지층의 이면측에 연마 장치에 고정하기 위해 형성된 고정용층을 구비하고, 상기 고정용층의 투광성 부재에 대응하는 부위에 관통 구멍을 갖는 반도체 웨이퍼용 연마 복층체.
- 삭제
- 삭제
- 제1항에 기재된 반도체 웨이퍼용 연마 패드를 사용하여 반도체 웨이퍼를 연마하는 방법에 있어서, 반도체 웨이퍼의 연마 종점의 검출을 광학식 종점 검출 장치에 의해 행하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼의 연마 방법.
- 제1항에 기재된 반도체 웨이퍼용 연마 패드, 및 이 반도체 웨이퍼용 연마 패드의 이면측에 적층된 지지층을 구비하고, 적층 방향으로 투광성을 갖는 반도체 웨이퍼용 연마 복층체를 사용하여 반도체 웨이퍼를 연마하는 방법에 있어서, 반도체 웨이퍼의 연마 종점의 검출을 광학식 종점 검출 장치에 의해 행하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼의 연마 방법.
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