KR100771738B1

KR100771738B1 - 연마패드, 그 제조방법 및 그것을 이용한 연마방법

Info

Publication number: KR100771738B1
Application number: KR1020057018833A
Authority: KR
Inventors: 마사오 스즈키; 히로시 나카가와; 마사토 요시다; 마사야 니시야마; 야스오 시마무라; 토모오 히라니시; 요시노리 무로카와; 야스히토 이와츠키; 카츠지 타카하시; 마사노부 코우다
Original assignee: 히다치 가세고교 가부시끼가이샤
Priority date: 2003-04-03
Filing date: 2004-04-02
Publication date: 2007-10-30
Also published as: US20060199473A1; JPWO2004090963A1; KR20050114716A; WO2004090963A1

Abstract

유기섬유를 포함하는 섬유와, 상기 섬유를 유지하고 있는 매트릭스 수지로 이루어지고, 적어도 드레싱 후에, 피연마물측 표면에 적어도 유기섬유가 노출하고 있는 연마패드. 이것에 의해 피연마물의 미세한 연마상의 발생을 억제할 수 있고, 저하중으로 평탄한 연마를 행할 수 있다. 또한, 광학적인 수법에 의한 피연마물의 연마상태의 검지 시스템에 의해, 피연마물의 연마 종점을 연마상 없이 관리할 수 있다. 이 때문에, 예컨대 반도체장치의 제조공정에 있어서, 층간 절연막으로의 부하가 작고, 또한 평탄성도 우수한 연마가 행해지고, 차세대의 듀얼대머신법을 용이하게 실시하는 것이 가능하게 된다.

Description

연마패드, 그 제조방법 및 그것을 이용한 연마방법{POLISHING PAD, PROCESS FOR PRODUCING THE SAME AND METHOD OF POLISHING THEREWITH}

본 발명은, 반도체소자 제조기술 등에 있어서의 화학적 기계적 연마(CMP)나, 하드디스크 제조기술에 있어서의 정밀연마 등에 사용되는 연마패드와 그 제조방법과 그 연마패드를 이용한 연마방법에 관한 것이다.

현재의 초대규모 집적회로에서는 실장 밀도를 높이는 경향이 있고, 여러가지 미세 가공기술이 연구 개발되어 있다. 이미 디자인 룰은 서브하프미크론 오더로 되어 있다. 이와 같은 엄밀한 미세화의 요구를 만족시키기 위해서 개발되어 있는 기술의 하나로 CMP(케미칼미케니컬폴리싱)기술이 있다. 이 기술은, 반도체 장치의 제조공정에 있어서, 노광을 실시하는 층을 완전히 평탄화하고, 노광 기술의 부담을 경감하고, 제조 수율을 높은 레벨로 안정시키는 것에 기여하고, 다음과 같은 연마를 실시하는 것이다. 피연마물을 연마패드에 눌러 붙이고, 슬러리상의 CMP 연마액을 피연마물과 연마패드의 사이에 공급하면서, 연마패드를 피연마물과의 사이에서 상대적으로 섭동(攝動)시키는 것에 의해, 피연마물 표면의 막을 소요량만, 정밀하게 제거한다. 그 때문에, 예컨대, 층간 절연막, BPSG막의 평탄화, 샬로우ㆍ트렌치 분리 등을 행하는 경우에 필수가 되는 기술이다.

이들 CMP기술에 제공되는 연마패드에는, 발포 또는 비발포의 유기수지제 연마패드가 사용되어 왔다(일본 특표평8-511210호 공보, 특허청구의 범위 및 발명의 배경 참조). 예컨대, 동심원상, 또는 격자상 홈을 형성한 발포 우레탄 수지 시트가 사용되는 것이 일반적이었다.

여기에서, 지립 및 연마 부스러기에 의한 연마면에의 손상(연마상)이 문제로 되어 있다. 통상의 발포 또는 비발포의 유기수지제 연마패드의 경우, 연마상을 저감하기 위해서는 연마패드의 경도를 낮게 하는 것이 상당히 유효하다. 그러나 이 경도를 낮게 하면 연마속도를 저감하고, 더욱이, 트렌치부의 디싱도 악화시키는 경향이 있다. 이들을 동시에 만족하는 것은 곤란했다.

한편, 배선 프로세스는 초기의 Al배선으로부터, 현재는 배선 금속에 전기저항이 낮은 Cu, 층간 절연막에 저유전율 재료를 이용하는 듀얼대머신에 의한 매립배선이 주류로 되어오고 있다.

이러한 듀얼대머신법에 있어서, 연마액의 선택에 더하여 연마패드의 선택은 극히 중요해지고 있다. 특히, 층간 절연막에 비교해서 금속이 화학반응성이 풍부하고, 또한 유연한 것으로부터, 연마상이나 부식에 의한 결함을 생기게 하기 쉽기 때문이다. 한편, 디싱은 변형용이성, 즉 탄성율이 작은 것일 수록 크다. 그러나, 패드의 탄성율을 높이면 일반적으로 패드 경도가 향상하므로, 상기 연마상 등의 결함의 원인으로 된다.

또한, 최근 진행되고 있는 저유전율 재료의 층간 절연막에의 적용은, 절연층의 기계적 특성의 저하나 금속과의 밀착성의 저하를 수반하고, 연마시의 결함발생 의 요인으로 되어 있기 때문에, 연마시의 기계적 부하가 보다 작은 연마 시스템이 필요해지고 있다.

더욱이, 이들, 샬로우ㆍ트렌치 분리공정, 듀얼대머신법에 있어서의 금속배선 연마공정, 및 층간 절연막 연마공정에 있어서는 CMP 연마시에, 적정한 연마량의 관리가 필요하다. 이 방법으로서, 엄격한 연마시간의 관리 이외에, 연마장치를 구동하는 모터의, 연마시의 패드와 웨이퍼의 마찰의 변화에 동반하는 토크 변동을 검지하는 방법이나, 피연마물의 정전용량을 측정하는 방법 등도 있다. 그러나, 연마에 동반하는 웨이퍼의 표면상태의 변화를 광학적으로 검지하는 센서를 구비한 연마장치도 이용되어 오고 있어, 연마장치측으로부터 연마패드를 통해서 레이저광 또는 적외선광을 웨이퍼의 연마면에 조사하고, 그 반사광을 다시 연마패드를 통해서 연마장치의 센서로 검지하는 것에 의해 웨이퍼의 연마상태를 관리하는 기술이 주류가 되고 있다. 특히 샬로우ㆍ트렌치 분리공정, 듀얼대머신법 등은 연마 종점시에 웨이퍼 표면에 배리어막이 노출하는 것으로부터, 적정한 파장의 광을 검출에 이용하면, 큰 반사율의 변화가 얻어지므로, 이 광학적인 수법이 유용하다. 배리어막을 갖지 않는 절연막의 연마공정에서는, 웨이퍼 표면의 반사광과 절연막 아래의 실리콘층으로부터의 반사광과의 간섭에 의해 연마량을 검출할 수 있다. 이 광학적인 수법에 이용하는 연마패드의 대표적인 예로서 발포 폴리우레탄 수지판의 일부에 광을 투과하는 투명한 창재(窓材)를 삽입한 연마패드가 사용되고 있다. 또한, 폴리우레탄, 폴리카보네이트, 나일론, 아크릴 중합체, 폴리에스테르 등의 비발포 수지로 이루어지는 연마패드에 광을 투과시키는 기술도 제안되어 있다(예컨대 미국특허 제 5605760호 명세서 참조.). 그러나, 이들 연마패드는 광학적으로 종점을 검출함과 동시에 CMP 연마시에 연마상의 저감이나 연마속도의 확보와 같은 문제가 있고, 특히 대머신법에 있어서는, 상술한 바와 같이 연마상이나 부식에 의한 결함의 발생 저감이 중요하다.

발명의 개시

본 발명은, 상기 문제점을 해결하기 위해서, 연마패드의 구조를 다양하게 검토해서 견출된 것이다.

본 발명은, 반도체소자 제조공정에 있어서의 층간 절연막, BPSG막, 샬로우ㆍ트렌치 분리용 절연막 등의 평탄화, 및 금속배선부의 형성 등에 사용하는 CMP 기술에 있어서, 평탄화 및 금속배선 형성의 효율적인 실시와 동시에 연마면의 손상이나 절연층의 불량을 억제할 수 있는 연마패드, 그 제조방법 및 그 연마패드를 이용한 연마방법을 제공하는 것이다. 더욱이, 연마패드를 통하여 반도체 웨이퍼 등의 피연마물 표면으로 광을 조사하고, 그 반사율의 변화를 검지하고, 연마 종점을 관리하는 연마공정에 사용하는데 적당한 광투과성을 갖고, 게다가 피연마물의 연마상의 발생을 억제하는 연마패드, 및 이 연마패드를 사용해서 연마를 하는 연마방법을 제공한다.

본 발명은, (1) 유기섬유를 포함하는 섬유와, 상기 섬유를 유지하고 있는 매트릭스 수지로 이루어지고, 피연마물측 표면에 적어도 유기섬유가 노출하고 있는 것을 특징으로 하는 연마패드에 관한 것이다.

또한 본 발명은, (2) 유기섬유를 포함하는 섬유와, 상기 섬유를 유지하고 있는 매트릭스 수지로 이루어지고, 드레싱 처리후의 피연마물측 표면에 적어도 유기섬유가 노출하고 있는 것을 특징으로 하는 연마패드에 관한 것이다.

본 발명은, (3) 상기 매트릭스 수지가 적어도 1종의 열가소성 수지를 포함하는 상기 (1) 또는 (2) 기재의 연마패드에 관한 것이다.

본 발명은, (4) 매트릭스 수지가 반결정성 열가소성 수지로 이루어지는 상기(1)~(3)의 어느 하나에 기재된 연마패드에 관한 것이다.

본 발명은, (5) 매트릭스 수지에 엘라스토머가 분산되어 있는 상기 (1)~(4)의 어느 하나에 기재된 연마패드에 관한 것이다.

본 발명은, (6) 상기 엘라스토머의 유리전이점이 0℃ 이하인 상기 (5) 기재의 연마패드에 관한 것이다.

본 발명은, (7) 섬유가 방향족 폴리아미드로 이루어지는 상기 (1)~(6)의 어느 하나에 기재된 연마패드에 관한 것이다.

본 발명은, (8) 유기섬유를 1~50중량% 포함하는 상기 (1)~(7)의 어느 하나에 기재된 연마패드에 관한 것이다.

본 발명은, (9) 유기섬유의 지름이 1mm 이하인 상기 (1)~(8)의 어느 하나에 기재된 연마패드에 관한 것이다.

본 발명은, (10) 유기섬유의 길이가 1cm 이하인 상기 (1)~(9)의 어느 하나에 기재된 연마패드에 관한 것이다.

본 발명은, (11) 피연마물측 표면에 노출한 유기섬유에 의해 연마입자를 유지하는 상기 (1)~(10)의 어느 하나에 기재된 연마패드에 관한 것이다.

본 발명은, (12) 상기 노출하고 있는 유기섬유의 최대 노출부 길이가 0.1mm 이하인 상기 (1)~(11)의 어느 하나에 기재된 연마패드에 관한 것이다.

본 발명은, (13) 상기 노출하고 있는 유기섬유가 폴리에스테르로 이루어지는 상기 (12) 기재의 연마패드에 관한 것이다.

본 발명은, (14) 매트릭스 수지중에 촙(chop)상의 폴리에스테르 섬유를 분산시켜서 이루어지는 상기 (12) 또는 (13) 기재의 연마패드에 관한 것이다.

본 발명은, (15) 매트릭스 수지중에 폴리에스테르 부직포를 적층해서 이루어지는 상기 (12) 또는 (13) 기재의 연마패드에 관한 것이다.

본 발명은, (16) 피연마물 표면을 연마중에 광학적으로 연마 종점을 검지하는데 유용한 연마패드로서, 유기섬유를 1~20중량% 함유한 실질적으로 비발포의 매트릭스 수지로 이루어지고, 연마 슬러리 입자의 수송 및 유지 기능을 갖고, 또, 190~3500nm의 범위의 파장의 광선이 투과하는 상기 (1), (2)~(4), (7), (9)~(11)의 어느 하나에 기재된 연마패드에 관한 것이다.

본 발명은, (17) 피연마물 표면을 연마중에 광학적으로 연마 종점을 검지하는데 유용한 연마패드로서, 190~3500nm의 범위의 파장의 광선이 투과하는 부분을 포함하고, 상기 부분은, 유기섬유를 1~20중량% 함유하는 실질적으로 비발포인 매트릭스 수지로 이루어지고, 또 연마 슬러리 입자의 수송 및 유지기능을 갖는 부분인 상기 (1), (2)~(4), (7), (9)~(11)의 어느 하나에 기재된 연마패드에 관한 것이다.

본 발명은, (18) 상기 유기섬유가 아라미드 섬유인 상기 (16) 또는 (17) 기재의 연마패드에 관한 것이다.

본 발명은, (19) 정반에 첩부해서 사용하여 피연마면의 평탄화를 행하는 연마패드의 제조방법으로서, 유기섬유를 포함하는 섬유와 열가소성 수지를 포함하는 매트릭스 조성물을 혼합해서 혼합물을 얻는 과정, 상기 혼합물을 펠렛 또는 타블렛으로 하는 과정, 및 상기 펠렛 또는 타블렛을 압출성형 또는 사출성형에 의해 판상 또는 시트상으로 가공하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 연마패드의 제조방법에 관한 것이다.

본 발명은, (20) 정반에 첩부해서 사용하여 피연마면의 평탄화를 행하는 연마패드의 제조방법으로서, 유기섬유를 포함하는 섬유기재에 매트릭스 수지 조성물을 함침해서 수지함침 시트상 섬유기재를 제작하는 과정, 상기 수지함침 시트상 섬유기재를 포함하는 시트상 섬유기재를 적층해서 가열가압 성형을 실시하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 연마패드의 제조방법에 관한 것이다.

본 발명은, (21) 표면에 섬유를 노출시키는 과정을 더 포함하는 상기 (19) 또는 (20) 기재의 연마패드의 제조방법에 관한 것이다.

본 발명은, (22) 피연마물의 피연마면을 상기 (1)~(18)의 어느 하나에 기재된 연마패드의 유기섬유 노출면에 눌러 붙여서, 연마액을 피연마면과 연마패드와의 사이에 공급하면서, 피연마물과 패드를 상대적으로 섭동시켜서 피연마면을 연마하는 연마방법에 관한 것이다.

본 발명은, (23) 상기 피연마면이, 배선이나 트렌치를 형성한 유전율 2.7 이하의 절연층상에, 도체층, 그 위에 구리층을 피복한 적층으로 이루어지는 상기 (22) 기재의 연마방법에 관한 것이다.

본 발명은, (24) 상기 (16)~(18)의 어느 하나에 기재된 연마패드를 이용해서 광학적으로 연마 종점을 검지하는 연마방법에 관한 것이다.

이 표면에 노출한 유기섬유는 연마시에 연마액중의 지립(砥粒)이나 이물 등과 피연마물과의 사이의 응력을 완화하고, 피연마물 표면의 손상의 발생을 막는다. 또한, 일반적인 수지만으로 이루어지는 종래의 연마패드에서는 발포공이나 표면의 크고 작은 홈이, 연마액의 지립의 수송이나 유지능력을 갖지만, 본 발명의 연마패드에서는 표면에 노출한 유기섬유가 연마액의 지립의 수송이나 유지 능력을 갖고, 연마속도의 획득과 평탄 균일성의 향상의 역할을 한다.

발명을 실시하기 위한 최선의 형태

본 발명의 연마패드의 구조는, 유기섬유를 포함하는 섬유와, 상기 섬유를 유지하고 있는 매트릭스 수지로 이루어진다. 유기섬유는 섬유의 일부이어도 전부이어도 좋고, 섬유는, 주된 유기섬유 이외에, 유리섬유 등의 무기섬유를 포함해도 좋다.

또한, 피연마면측 표면에 적어도 유기섬유가 노출하고 있는 것이면, 특별히 제한은 없다. 본 발명에 있어서, 유기섬유가 노출하고 있는 것이란, 드레싱 처리후의 피연마면측 표면에 관해서도 포함되고, 즉, 적어도 사용시에 적어도 유기섬유가 노출하고 있는 것이다.

구체적인 연마패드의 구조는, 매트릭스 수지중에 촙상의 섬유가 분산하고 있는 구조, 매트릭스 수지중에 부직포 또는 직포상의 섬유가 적층하고 있는 구조 등을 들 수 있다.

본 발명의 연마패드의 섬유를 유지하는 매트릭스 수지로서는, 통상의 열경화성 수지 및 열가소성 수지가 특별한 제한 없이 사용될 수 있다. 바람직하게는, 비교적 탄성율이 높은 부류에 속하는 수지, 예컨대 경화물의 실온탄성율 0.1GPa 이상, 보다 바람직하게는 0.5GPa 이상의 수지이다. 탄성율이 적으면 평탄성이 악화하는 경향이 있다.

열경화성 수지로서는, 예컨대, 비스페놀A형 에폭시 수지, 크레졸노볼락형 에폭시 수지 등의 에폭시 수지, 불포화 폴리에스테르 수지, 아크릴수지, 폴리우레탄 수지 등을 사용할 수 있다. 이들은, 단독으로도 2종 이상을 혼합해서 사용해도 좋다. 이들 열경화성 수지가 에폭시 수지인 경우, 통상은 경화제, 경화촉진제 등을 배합한다. 경화제로서는, 디시안디아미드, 유기산, 유기산 무수물, 폴리아민 등을 이용할 수 있고, 경화촉진제로서는, 예컨대 2-에틸-4-메틸이미다졸 등을 이용할 수 있다.

열가소성 수지로서는, 예컨대, 폴리카보네이트, 폴리메틸메타크릴레이트, AS(아크릴로니트릴-스티렌 공중합체), ABS(아크릴로니트릴―부타디엔고무-스티렌 공중합체), 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리부텐, 4-메틸-펜텐-1, 에틸렌-프로필렌 공중합체, 에틸렌아세트산비닐 공중합체, 폴리에스테르, 폴리아미드, 폴리아미드 이미드, 폴리아세탈 등을 들 수 있다. 이들은 단독으로도, 2종 이상을 혼합해서 사용해도 좋다. 특히, 매트릭스 수지로서, 반결정성의 열가소성 고분자 수지를 이용하면, 내마모성이 우수하여 고내구성의 연마패드가 얻어진다.

본 발명의 연마패드의 제 1의 실시형태는, 상기 매트릭스 수지가 적어도 1종의 열가소성 수지를 포함하는 연마패드이다. 여기에서, 매트릭스 수지로서는, 적어도 1종의 열가소성 수지를 포함하고 있으면, 특별히 제한 없이 사용할 수 있고, 열가소성 수지가 주성분인 것이 바람직하다.

본 발명의 연마패드의 제 2의 실시형태는, 상기 피연마면측 표면에 노출하고 있는 유기섬유의 최대 노출부 길이가 0.1mm 이하인 연마패드이다. 여기에서, 노출하고 있는 유기섬유의 최대 노출부 길이는, 실질적으로 연마패드 표면에 고정되어 있는 섬유의 노출한 부분의 길이이며, 그 중 최대인 것을 말한다. 실제적으로는, SEM(주사형 전자현미경) 등을 이용하여, 패드 표면위를 5점 정도 이상 관찰하는 것에 의해, 계측이 가능하다.

본 발명의 연마패드의 제 3의 실시형태는, 피연마물 표면을 연마중에 광학적으로 연마 종점을 검지하는데 유용한 연마패드이며, 그 일부 또는 전부가, 190~3500nm의 범위의 파장의 광선이 투과하고, 유기섬유를 1~20중량% 함유한 실질적으로 비발포의 매트릭스 수지로 이루어지고, 또 연마 슬러리 입자의 수송 및 유지 기능을 갖는 연마패드이다.

매트릭스 수지에 관해서는, 특히 상기 제 1의 실시형태에서는, 상기 열가소성 수지에 더하여, 첨가제로서 가교 및 미가교의 엘라스토머, 가교 폴리스티렌, 가교 폴리메틸메타크릴레이트 등을 더 혼합해서 매트릭스 수지에 분산시켜도 좋다. 열가소성 엘라스토머 및 저가교도의 엘라스토머를 가하는 것은 보다 바람직하다. 엘라스토머로서는, 유리전이점이 실온 이하인 것이라면, 특별히 제한되는 일 없이 사용할 수 있고, 0℃ 이하의 것이 보다 바람직하다. 예컨대, 올레핀계 엘라스토머, 스티렌계 엘라스토머, 우레탄계 엘라스토머, 에스테르계 엘라스토머 등, 알케닐 방향족 화합물-공액디엔 공중합체, 폴리올레핀계 공중합체 등의 엘라스토머 등을 들 수 있다. 이들 엘라스토머의 첨가량이 많을수록, 내충격성이 높고, 점성이 강한 수지가 되는 동시에, 패드 표면과 금속과의 마찰력도 증가한다.

본 발명의 연마패드에 있어서의 유기섬유로서는, 아라미드, 폴리에스테르, 폴리이미드 등의 섬유상으로 할 수 있는 재질이 널리 사용될 수 있다. 또한, 이들 중 2종 이상을 선택, 혼합해서도 사용할 수 있다.

패드의 내구성이나 섬유에 의한 지립 입자의 유지성의 점으로부터는, 단독 또는 주된 성분으로서 아라미드, 즉 방향족 폴리아미드 섬유를 선택하는 것이 바람직하고, 아라미드 섬유 단독인 것이 더욱 바람직하다. 즉, 아라미드 섬유는, 다른 일반적인 유기섬유에 비교해서 인장강도가 높고, 본 발명의 연마패드 표면을 기계적으로 조화(粗化)해서 섬유를 노출하는 경우, 섬유가 표면에 남기 쉽기 때문에, 지립 입자의 유지에 효과적이기 때문이다. 또한, 연마패드의 내구성을 향상시켜, 사용 수명을 늘리는 효과도 있다. 아라미드 섬유는, 특히 상기 제 1 및 제 3의 실시형태의 경우에 바람직하다.

아라미드 섬유에는 파라형과 메타형이 있지만, 파라계 아라미드 섬유는 메타형 섬유보다 역학적 강도가 높고 저흡습성이므로, 보다 적절하다. 파라계 아라미드 섬유로서는, 폴리p-페닐렌테레프탈아미드 섬유와 폴리p-페닐렌디페닐에테르테레프탈아미드 섬유가 시판되고 있어, 사용이 가능하다.

또한, 최대 노출길이와 표면 거칠기의 조정의 점으로부터는, 유기섬유로서 폴리에스테르를 주성분으로 하는 것이 바람직하다. 이것은, 상기 연마패드의 섬유를 노출시킬 때에, 경질 섬유에 비하여 폴리에스테르 섬유의 전단강도가 작기 때문에, 최대 노출길이를 작게 할 수 있기 때문이다. 특히 상기 제 2의 실시형태의 연마패드의 경우에 바람직하다. 한편, 다른 아라미드 섬유, 폴리이미드 섬유 등의 경질섬유를 사용하는 경우에는, 최대 노출길이는 사용하는 지석(砥石) 입경의 미세화에 따라 조정된다. 이 때, 패드 표면의 거칠기는 상기 지석 입경에 의존하므로, 필연적으로 패드 자체의 표면의 요철은 영향을 받아 연마속도에 영향을 미친다. 이것에 대하여, 폴리에스테르를 사용한 경우는, 어느 입경의 지석을 사용해도 노출 길이는 거의 변하지 않는다. 그 때문에, 섬유 길이는 일정한 그대로 패드 자체의 표면 거칠기를 임의로 조정가능하게 된다.

여기에서, 폴리에스테르 섬유에 다른 상기 경질섬유를 혼합하여 사용해도 좋다. 이 때, 폴리에스테르 섬유의 비율은, 40~100중량%가 요망되고, 바람직하게는 70~100중량%, 더욱 바람직하게는 80~100중량%이다. 폴리에스테르 섬유가 많으면 섬유 노출층은 작아지게 되고, 반대로 경질섬유가 많으면 두꺼워져서 평탄성을 악화하는 경향이 있다.

유기섬유의 섬유 지름(직경)은 1mm 이하의 것이 적절하게 사용될 수 있고, 200㎛ 이하인 것이 바람직하다. 바람직하게는 1~200㎛, 보다 바람직하게는 5~150㎛이다. 지나치게 굵으면 기계적 강도가 지나치게 높아서, 연마상이나 드레스 불량의 원인으로 되는 경우가 있다. 지나치게 가늘면 취급성이 저하하거나, 강도부족에 의해 패드의 내구성 저하를 일으키게 할 염려가 있다.

섬유 길이는, 특별히 제한은 없지만, 섬유가 수지중에 촙상으로 분산하고 있는 연마패드의 경우는, 10mm 이하의 것이 바람직하고, 5mm 이하인 것이 더욱 바람직하다. 보다 바람직하게는, 0.1~3mm이다. 지나치게 짧으면, 패드 표면을 기계적으로 표면을 거칠게 했을 때에 노출한 섬유가 패드에 효과적으로 유지되지 않고, 지나치게 길면, 수지와의 혼합시에 증점해서 성형이 곤란하게 되는 경우가 있다. 이들은, 단섬유를 소정 길이로 절단한 촙을 사용해도, 여러가지 종류의 섬유 길이의 것을 혼합해서 사용할 수도 있다.

또한, 수지와의 친화성을 향상하기 위해서, 미리 섬유 표면을 기계적 또는 화학적으로 조화하거나, 커플링재 등에 의한 개질을 행하거나 하여도 좋다. 취급의 면으로부터, 단섬유 촙을 극소량의 수지로 코팅해서 다발로 한 것을 사용할 수 있다. 다만 이것은, 매트릭스 수지와의 혼합중의 가열, 또는 가해지는 전단력에 의해 단섬유가 매트릭스 수지중에 분산되는 정도의 유지력을 갖는 정도이면 좋다.

또한, 부직포 또는 직포가 적층하고 있는 연마패드에 관해서는, 부직포를 사용하는 경우는, 길이 1mm 이상의 상기와 동일한 섬유끼리를 섬유 자체의 융착력 또는 접착제를 이용해서 시트상으로 성형한 것을 사용할 수 있다. 접착제로서는 수용성 에폭시수지 바인더 등의 에폭시수지 등으로 이루어지는 접착제를 사용할 수 있다. 접착제를 이용하는 경우는, 그 양에 특별히 제한은 없지만, 섬유 100중량부에 대하여 3~20중량부로 하는 것이 바람직하고, 5~15중량부로 하는 것이 보다 바람직하다. 또한, 장섬유를 직물상으로 한 직포의 경우, 짜는 방법에 관해서는 특별히 제한 없이 사용할 수 있다. 이와 같은 섬유가 적층하고 있는 연마패드는 본 발명의 제 2의 실시형태의 연마패드에 특히 적합한다.

이상의 부직포 및 직포의 단위중량은, 36~100g/㎡인 것이 바람직하고, 55 ~72g/㎡인 것이 보다 바람직하다.

상기 유기섬유의 함유율은, 특별히 제한되는 것은 아니지만, 패드 전체에 촙상 섬유를 사용하는 경우는 패드 전체의 1~50중량%가 바람직하고, 보다 바람직하게는 1~20중량%, 더욱 바람직하게는 5~20중량%이다. 섬유량이 적으면 연마면의 연마상이 현저해지고, 지나치게 많으면 성형성이 나빠지게 되는 경향이 있다. 한편, 직포 및 부직포의 경우는, 50중량% 이상이 바람직하고, 보다 바람직하게는 60~80중량%이다.

특히 제 3의 실시형태의 경우, 상기 광투과성을 갖는 부분의 유기섬유의 함유율은, 광투과성을 저해하지 않고, 웨이퍼의 연마상태를 검지할 수 있는 범위로 할 필요가 있다. 따라서, 연마패드 전체의 1~20중량%가 바람직하고, 보다 바람직하게는 2~10중량%이다. 섬유량이 적으면 연마면의 연마상이 현저하게 되고, 지나치게 많으면 성형성이 나빠지게 되는 경향이 있다.

상기 연마패드는, 매트릭스로 되는 수지 조성물중에 섬유를 분산하고, 성형하는 방법, 섬유를 포함하는 직포 또는 부직포에 수지의 니스를 함침해서 프리프레그를 얻어, 적층하는 등의 방법으로 제조할 수 있지만, 이들에 한정되는 것은 아니다.

이하에, 본 발명의 연마패드의 제조방법을 설명한다.

제 1의 제조방법은, 유기섬유를 포함하는 섬유와 매트릭스 수지 조성물을 혼합해서 혼합물을 얻는 과정, 상기 혼합물을 펠렛 또는 타블렛으로 하는 과정, 및 상기 펠렛 또는 타블렛을 압출성형 또는 사출성형에 의해 판상 또는 시트상으로 가공하는 과정을 포함한다. 제 2의 제조방법은, 유기섬유를 포함하는 섬유기재에 매트릭스 수지 조성물을 함침해서 수지함침 시트상 섬유기재를 제작하는 과정, 상기 수지함침 시트상 섬유기재를 포함하는 시트상 섬유기재를 적층해서 가열가압 성형을 실시하는 과정을 포함한다. 섬유기재는 주로 폴리에스테르 섬유를 함유하는 것이 바람직하다.

본 발명의 연마패드를 제조하기 위한 매트릭스 수지 조성물의 조제나, 섬유와의 혼합의 방법은, 종래부터 공지의 방법으로 행할 수 있고, 특별히 한정되지 않는다.

즉, 제 1의 제조방법으로서 촙상 섬유를 매트릭스 수지 조성물중에 그대로 분산시키는 경우는, 예컨대 매트릭스를 형성하는 각 수지 조성물을 헨셀믹서, 수퍼믹서, 탬플믹서, 리본블렌더 등에서 균일하게 혼합(드라이블렌드)한 후, 단축압출기나 2축 압출기, 반바리믹서 등에서 용융혼련한다. 더욱이, 섬유를 가해서 동일하게 용융혼합한다. 그 후, 냉각해서 타블렛 또는 펠렛화한다. 냉각에 물을 사용하는 경우는, 충분히 건조하고, 탈수할 필요가 있다.

얻어진 상기의 타블렛 또는 펠렛을 다시 압출성형기에서 다이를 통과시켜서 압출하고, 롤로 압연하므로써 시트상 또는 판상 성형물을 제작할 수 있다. 또한, 다른 제조방법으로서, 상기 압출성형 대신에 금형으로 사출성형해서 시트상 또는 판상 성형물로 하여도 좋다.

한편, 매트릭스 수지 조성물이 액상 열경화성 수지 조성물인 경우는, 촙상 섬유를 액상 열경화성 수지 조성물중에 소정량 분산시켜, 금형 등에 유입하여 감압에 의해 기포를 제거한 후, 가열 경화를 진행시키는 것에 의해 성형물로 할 수 있다. 이것도 상기와 동일하게 금형으로 가열 상태에서 가압, 유입하여 제작해도 좋다.

또한, 상기 제 2의 제조방법도, 종래부터 공지의 방법으로 행할 수 있고, 특히 상기 제 2의 실시형태의 연마패드의 제조에 적합하다. 예컨대, 섬유기재로서 직포, 부직포를 사용하는 경우, 상기와 같은 수지함침 시트상 섬유기재 또는 수지함침 시트상 섬유기재 및 수지미함침 시트상 섬유기재(즉, 직포 또는 부직포)를 준비한다. 이들을 가열가압 성형에 의해 일체화하여 성형물을 얻을 수 있다. 또한, 이 때, 적어도 한쪽의 표면에는 수지미함침 시트상 섬유기재를 배치하므로써 표면에 유기섬유를 노출한 상태로 하는 것이 바람직하다.

상기 수지함침 시트상 섬유기재는 수지미함침 시트상 섬유기재에 수지 조성물을 함침시킨 것으로, 보통 프리프레그라고도 불리는 것이다. 프리프레그의 제작 방법은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 유기용제에 상기 매트릭스 수지 조성물 성분을 용해한 니스를 제작하고, 수지미함침 시트상 섬유기재를 함침후, 가열 건조해서 얻을 수 있다. 용제의 종류는, 수지 조성물을 균일하게 용해하는 것이면, 특별히 제한 없이 사용할 수 있다. 예컨대, 메틸에틸케톤, 메틸이소부틸케톤, 아세톤 등의 케톤류, 에틸알코올, 프로필알코올, 이소프로필알코올 등의 저급 알코올류, 디메틸포름아미드, 포름아미드 등의 아미드류 등을 들 수 있고, 이들을 혼합해서 사용하는 것도 가능하다. 수지함침 시트상 섬유기재중의 섬유의 함유량은, 수지 조성물 및 접착제의 합계 100중량부에 대하여, 60~140중량부인 것이 바람직하고, 90~120중량부인 것이 보다 바람직하다.

또한, 수지미함침 시트상 섬유기재의 전체에 차지하는 비율은, 연마패드에 있어서의 섬유의 함유율, 특히, 피연마물에 눌러 붙이는 것에 의해 이루어지는 표면층의 유기섬유 함유율을 고려하면서 결정한다. 이 방법에 의하면, 연마패드의 섬유 함유율을 변경하기 위해서, 상기 프리프레그 제조시의 수지 함유량을 변경할 필요는 없고, 수지미함침의 시트상 섬유기재의 사용 비율을 변경하는 것에 의해 조정가능하다.

가열가압 성형에 있어서, 일반적으로는, 가열 온도는 통상 150~200℃이며, 압력은 50~500kPa이다. 이들은, 사용하는 열경화성 수지의 종류, 함유율에 의해 적절하게 조정이 가능하다.

이들 성형물을, 필요에 따라서 소정의 연마장치의 정반형상에 맞추어 적절하게 가공해서 최종제품의 연마패드가 얻어진다. 일례로서, 상기 시트상 성형물을 원형상으로 잘라내어 최종제품인 연마패드로 할 수 있다.

연마패드의 전체 두께는 0.1~5mm인 것이 바람직하고, 0.5~2mm인 것이 보다 바람직하다. 또한, 상기 패드의 연마면에, 연마액 및 연마 부스러기의 유로가 되는 홈 가공을, NC 선반(旋盤) 등을 사용해서 동심원상, 격자상 등으로 형성해도 좋다.

본 발명의, 피연마물측 표면에 적어도 유기섬유가 노출하고 있는 연마패드를 얻기 위해서, 필요에 따라서, 패드의 피연마물측 표면을 처리해서 섬유를 노출시킨다. 이 노출 섬유의 형성 방법으로서는, 드레싱 처리, 즉 다이아몬드 등의 지석을 이용해서 패드 표면의 수지를 깎아내어, 섬유를 노출하는 방법을 들 수 있다. 지석 대신에, 와이어 브러시, 메탈 스크러버, 수지 브러시, 유리 또는 세라믹스 플레이트를 사용해도 좋다.

이들의 사용 조건은 섬유의 노출 길이를 제어하기 위해서, 잘 조정할 필요가 있다. 최대노출 섬유 길이는, 섬유의 경도에 따라 크게 좌우되지만, 패드에 폴리에스테르 섬유를 사용하면 용이하게 짧게 조정하는 것이 가능해진다.

유기섬유의 표면에 노출한 부분의 최대 길이는, 일반적으로 1mm 이하의 것이 실용상 사용할 수 있고, 200㎛ 이하인 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 1~200㎛, 더욱 바람직하게는 10~150㎛이다. 지나치게 짧으면, 연마액의 유지성이 저하해서 연마속도가 작아지게 되고, 지나치게 길면 평탄성에 악영향을 미치는 경향이 있다.

특히, 본 발명의 제 2의 실시형태의 연마패드는, 상기 노출하고 있는 유기섬유의 최대 노출부 길이가 0.1mm 이하이다. 여기에서, 최대 노출부 길이는, 0.1mm 이하라면 특별히 제한 없이 사용할 수 있고, 바람직하게는 1~50㎛, 더욱 바람직하게는 1~25㎛이다. 최대 노출부 길이가 커지게 되면, 평탄성이 저화(低化)하고, 작아지게 되면 연마속도가 저화하는 경향이 있다.

이와 같은 피연마물측 표면에 노출한 유기섬유에 의해 연마할 경우에, 후술하는 연마액중의 연마입자(지립)를 효율 좋게 유지할 수 있다.

다음에, 본 발명의 제 3의 실시형태의 연마패드에 관해서 설명한다. 이 연마패드는, 피연마물의 연마량을 광학적으로 검지하고, 그 종점(終點)을 관리하고, 또한 높은 연마속도와 균일성을 유지하면서, 연마시의 연마상의 발생을 억제하는 것이다. 이와 같은 구성은, 연마패드의 구조, 수지 조성, 충전물 등을 연구하는 것에 의해 실현할 수 있다.

이 연마패드의 구조는, 연마패드의 재질이 190~3500nm의 범위의 파장의 광에 대한 투과성을 갖는 것이거나, 또는, 연마패드의 일부가 이 광투과성을 갖는 재질로 형성된 것이다. 후자는, 예컨대, 이 연마패드의 부재를 소편(小片)으로 성형하고, 다른 충분한 광투과성을 갖지 않는 연마패드의 일부에 광을 투과하기 위한 창재로서 삽입한 것이다.

이와 같이, 연마패드 또는 그 일부가, 190~3500nm의 범위의 파장의 광선을 투과하는 것으로부터, 연마패드를 통해서 피연마물의 연마면으로 광을 조사하고, 그 반사율의 변화를 검지하는 것에 의해, 연마 종점을 관리할 수 있다. 본 발명에 있어서, 190~3500nm의 범위의 파장의 광선을 투과하는 것은, 통상, 유기섬유를 노출시키기 전의 연마패드 또는 그 일부의 이 파장의 광선의 투과율이 10~100%인 것을 의미한다. 이 투과율은 바람직하게는 30~100%이다.

이와 같은 광투과성을 갖는 재질에 이용하는 매트릭스 수지로서는, 비교적 탄성율이 높은 부류에 속하는 수지가 바람직하고, 상술한 각 수지가 특별히 한정되지 않고 사용될 수 있다. 특히, 반결정성 열가소성 고분자 수지를 이용하면, 내마모성이 우수하여 고내구성의 연마패드로 할 수 있다. 또한, 이 수지는, 실질적으로 발포공을 갖지 않는 형태인 것이 바람직하다. 발포공을 갖는 형태는, 광투과를 저해하고, 웨이퍼의 연마상태의 검지를 손상시키기 때문이다. 유기섬유로서는, 단독 또는 주된 성분으로서 아라미드 섬유를 선택하는 것이 바람직하다.

제조방법은 상술한 제조방법과 동일하고, 각 성형물을 소정의 연마장치의 정반형상에 맞추어, 원형상 등으로 절출하므로써 연마패드로 하거나, 또는 이 성형물을 소편으로 가공하고, 일부를 절취한 것 이외의 광투과성이 낮은 연마패드에 광투과성의 창부(窓部)로서 삽입하여, 광검지 가능한 연마패드로 한다. 후자의 경우, 본 발명의 효과를 높이기 위해서는, 창부가 삽입되는 광투과성이 낮은 연마패드도 또한, 동일하게 유기섬유를 함유한 수지판 등에 의해 형성되어 있는 것이 바람직하지만, 특별히 섬유함유율에 제한은 없다. 또한, 삽입한 창재는 연마시에 패드 표면에서 피연마물과 접촉할 필요가 있다. 이것은 창재와 피연마물과의 사이에 극간이 크면 연마액이 유입하고, 투과해 온 광을 산란해서 광검지를 저해하기 때문이다. 창부의 형상은, 특별히 제한은 없지만, 그 사이즈는, 광검지를 행하는 연마장치에 부속하는 광조사 및 검출 센서로 이루어지는 시스템이 동작하는데 필요한 광로를 확보하는 만큼의 면적이 필요하고, 또 연마패드 표면 전체의 0.1~10% 정도의 면적인 것이 바람직하다.

이하, 본 발명의 연마패드를 이용한 연마방법에 관해서 설명한다. 본 발명의 연마방법은, 피연마물의 피연마면을 상술한 본 발명의 어느 연마패드의 유기섬유의 노출면에 눌러 붙여서, 연마액을 피연마면과 연마패드와의 사이에 공급하면서, 피연마물과 패드를 상대적으로 섭동시켜서 피연마면을 연마하는 연마방법이다.

피연마물로서, 샬로우ㆍ트렌치 분리공정에서는 질화규소막으로 성형하는 디바이스의 패턴을 제작한 후, Si노출부를 에칭하고, 이 위에 TEOS-플라즈마 CVD법 등으로 산화규소막을 형성한 기판을 들 수 있고, 또한 대머신법에서는 비어홀과 배선홈을 드라이에칭으로 형성한 층간절연막상에, 개구부와 내벽을 완전히 덮도록 배리어 도체막, 더욱이 그 위에 Cu막을 성장시켜서 완전히 개구부를 매립한 상태의 기판을 들 수 있다.

본 발명의 연마방법에 사용하는 CMP 연마액은 특별히 한정되지 않지만, 예컨대, 절연막용으로서는 산화세륨 입자(세리아) 또는 산화규소(실리카)와 분산제로 이루어지는 조성물을 물 등의 분산매에 분산시키고, 첨가제를 더 첨가해서 얻어지는 것을 들 수 있다. Cu 등의 금속층용 연마액으로서는, 실리카, 알루미나, 세리아, 티타니아, 지르코니아 및 게르마니아 등의 지립, 첨가제와 방식제를 물에 분산시키고, 과산화물을 더 첨가한 연마액을 들 수 있다. 지립으로서는, 콜로이달 실리카 입자 또는 알루미나 입자가, 특히 바람직하다. 또한, 지립입자 함유량은, 0.1~20중량%가 바람직하다. 상기 지립입자는 그 제조방법을 한정하는 것은 아니지만, 그 평균 입경이, 0.01~1.0㎛인 것이 바람직하다. 평균 입경이 0.01㎛ 미만에서는 연마속도가 지나치게 작고, 1.0㎛를 넘으면 손상되기 쉽다.

연마하는 장치에 특별히 제한은 없고, 원반형 연마장치, 리니어형 연마장치로 사용할 수 있다. 예컨대, 피연마물을 유지하기 위한 홀더와, 연마패드를 첩부하고, 회전수를 변경할 수 있는 모터 등이 설치되어 있는 연마정반을 갖는 일반적인 연마장치를 사용할 수 있다. 일례로서, (주)에바라제작소제 연마장치 : 형식번호EPO111을 사용할 수 있다.

특히, 광학적으로 연마 종점을 검지하는 제 3의 실시형태의 연마패드를 이용하는 연마방법에 있어서는, 상기 연마패드를 이용하여, 상기와 같이 피연마물과 연마패드를 상대적으로 섭동시켜서 피연마면을 연마하면서, 연마패드를 통해서 피연마물의 연마면에 파장 190~3500nm의 광선을 조사하고, 그 반사율의 변화를 검지하는 것에 의해, 연마 종점을 관리한다.

제 3의 실시형태의 연마패드를 이용하는 경우, 연마하는 장치는, 미국 어플라이드머티리얼즈사제의 MIRRA 연마장치와 같이 연마패드를 첩부하는 정반에 레이저광의 조사 및, 반사광의 검지를 위한 디바이스를 구비하고 있을 필요가 있다. 연마 조건에 특별히 제한은 없지만, 연마대상에 따라 최적화를 도모하는 것이 바람직하다. 정밀도 좋게 연마하기 위해서 샬로우ㆍ트렌치 분리공정에서는 질화규소막의 노출을, 대머신법에서는 배리어막의 노출을 웨이퍼 표면에 조사한 광의 반사를 검지해서 연마장치측에서 연마의 종점을 관리한다. 이 때, 연마의 진행을 제어하는 프로그램은, 미리 연마장치에 조립해 둔다.

본 발명의 연마패드를, 연마장치의 정반에 고정하기 위해서, 양면 접착 테이프 등의 접착제를 연마면과 반대측에 사용할 수 있다. 또한, 발포 폴리우레탄 등으로 이루어지는 저탄성율의 서브패드를 개재하여 장치해도 좋다.

피연마물의 피연마면을 연마패드에 눌러 붙인 상태에서 연마패드와 피연마물을 상대적으로 섭동시켜서 연마하기 위해서는, 구체적으로는 피연마물과 연마 정반의 적어도 한쪽을 움직이게 하면 좋다. 연마 정반을 회전시키는 것 이외에, 홀더를 회전이나 요동시켜서 연마해도 좋다. 또한, 연마 정반을 유성 회전시키는 연마방법, 벨트상의 연마패드를 긴 방향의 한쪽 방향으로 직선상으로 움직이는 연마방법 등을 들 수 있다. 또, 홀더는 고정, 회전, 요동의 어느 하나의 상태이어도 좋다. 이들 연마방법은, 연마패드와 피연마물을 상대적으로 움직이는 것이면, 피연마면이나 연마장치에 의해 적절하게 선택할 수 있다.

연마 조건에, 특별히 제한은 없지만, 피연마물에 따라 최적화를 도모하는 것이 바람직하다. 예컨대, 연마 정반의 회전속도는 피연마물이 튀어나가지 않도록 200rpm 이하의 저회전이 바람직하고, 피연마물에 걸리는 압력은 연마후에 손상이 발생하지 않는 압력, 예컨대 피연마면이 구리인 경우에는 약 50kPa 이하가 바람직하다. 또한, 저유전율 층간 절연막을 갖는 피연마물을 사용할 경우는 20kPa 이하가 바람직하다.

연마하고 있는 사이, 연마패드와 피연마면의 사이에 연마액을 펌프 등으로 연속적으로 공급한다. 이 공급량에는 제한은 없지만, 연마패드의 표면이 항상 연마액으로 덮여 있는 것이 바람직하다. 연마에 의한 패드나 노출 유기섬유의 마모는, 드레싱을 행하는 것에 의해 재생되어, 유지된다. 연마 종료후의 피연마물은, 유수중에서 잘 수세후, 스핀드라이어 등을 이용해서 연마면 위에 부착된 물방울을 흔들어 떨어뜨리고 나서 건조시키는 것이 바람직하다.

이하, 본 발명의 연마방법의 일태양으로서, 반도체 디바이스의 배선 형성공정에 따라, 상기 피연마면이, 배선이나 트렌치를 형성한 절연층 위에, 배리어 도체층, 더욱이 구리 등의 금속층을 피복한 적층으로 이루어지는 연마방법에 관해서 설명한다.

상기 금속층으로서는, 구리, 구리합금, 구리의 산화물, 구리합금의 산화물로 이루어지는 군(이하, 구리 및 그 화합물이라고 한다.), 텅스텐, 텅스텐합금, 은, 금 등의, 금속이 주성분인 물질을 들 수 있고, 구리 및 그 화합물 등의 구리가 주성분인 것이 바람직하다.

금속층에 피복되는 배리어 도체층(이하, 배리어층이라 한다.)으로서는, 상기 금속 중, 상기의 구리 및 그 화합물, 특히 구리와 구리합금에 대한 배리어층인 것이 바람직하다. 배리어층은 절연막 중으로의 금속층 확산방지, 및 절연막과 금속층과의 밀착성 향상을 위해서 형성된다. 이 도체의 조성은, 탄탈, 티탄, 텅스텐, 및 이들의 질화물, 산화물, 합금 등의 화합물 등을 들 수 있다.

절연막으로서는, 실리콘계 피막이나 유기 폴리머막의 층간 절연막을 들 수 있다. 실리콘계 피막으로서는, 이산화규소, 플루오로실리케이트유리, 트리메틸실란이나 디메톡시디메틸실란을 출발원료로 하여 얻어지는 오르가노실리케이트유리, 실리콘옥시나이트라이드, 수소화 실세스퀴옥산 등의 실리카계 피막이나 실리콘카바이드 및 실리콘나이트라이드를 들 수 있다. 또한, 유기 폴리머막으로서는, 전체 방향족계 저유전율 층간절연막을 들 수 있다. 특히, 층간 절연막이 유전율 2.7 이하인 것이 바람직하다.

우선, 실리콘의 기판상에 이산화규소 등의 층간 절연막을 적층한다. 이어서, 레지스트층 형성, 에칭 등의 공지의 수단에 의해, 층간 절연막 표면에 소정 패턴의 오목부(기판 노출부)를 형성해서 볼록부와 오목부를 갖는 층간 절연막으로 한다. 이 층간 절연막 위에, 표면의 요철에 따라 층간 절연막을 피복하는 탄탈 등의 배리어층을 증착 또는 CVD 등에 의해 성막한다. 더욱이, 상기 오목부를 충전하도록 배리어층을 피복하는 구리 등의 금속층을 증착, 도금 또는 CVD 등에 의해 형성한다.

다음에, 이 기판의 표면의 금속층을, 본 발명의 연마패드를 이용하여, 연마액을 공급하면서 CMP에 의해 연마한다(제 1의 연마공정). 이것에 의해, 기판상의 볼록부의 배리어층이 표면에 노출하고, 오목부에 상기 금속막이 남겨진 원하는 배선 패턴이 얻어진다. 이 연마가 진행할 때에, 금속층과 동시에 볼록부의 배리어층의 일부가 연마되어도 좋다. 제 2의 연마 공정에서는, 금속층, 배리어층 및 층간 절연막을 연마할 수 있는 연마액을 사용하여, CMP에 의해, 적어도, 상기 노출하고 있는 배리어층 및 오목부의 금속층을 연마한다. 볼록부의 배리어층 아래의 층간 절연막이 모두 노출하고, 오목부에 배선층으로 되는 금속층이 남겨지고, 볼록부와 오목부와의 경계에 배리어층의 단면이 노출한 원하는 패턴이 얻어진 시점에서 연마를 종료한다. 본 발명의 연마패드는 적어도 제 2의 연마공정에서 사용되고, 본 실시태양과 같이 제 1의 연마공정에도 사용되는 것이 바람직하다.

연마 종료시의 보다 우수한 평탄성을 확보하기 위해서, 더욱이, 오버 연마(예컨대, 제 2의 연마공정에서 원하는 패턴이 얻어질 때까지의 시간이 100초인 경우, 50초 더 추가해서 연마하는 것을 오버연마 50%라 한다.)해서 볼록부의 층간 절연막의 일부를 포함하는 깊이까지 연마해도 좋다.

본 발명의 연마패드 및 그것을 이용한 연마방법은, 상기의 절연층의 복합 개구부를 매립해서 이루어지는 주로 Cu, Ta, TaN이나 Al 등의 금속을 포함하는 막 뿐만 아니라, 소정의 배선판에 형성된 산화규소막, 유리, 질화규소 등의 무기절연막, 폴리실리콘을 주로 포함하는 막, 포토마스크ㆍ렌즈ㆍ프리즘 등의 광학유리, ITO 등의 무기도전막, 유리 및 결정질 재료로 구성되는 광 집적회로ㆍ광 스위칭 소자ㆍ광도파로ㆍ광섬유의 단면, 신틸레이터 등의 광학용 단결정, 고체 레이저 단결정, 청색 레이저 LED용 사파이어 기판, SiC , GaP, GaAs 등의 반도체 단결정, 자기디스크용 유리 또는 알루미늄 기판, 자기헤드 등의 연마에도 적용할 수 있다.

이하 실시예에 의해 본 발명을 설명하지만, 본 발명은 이들의 실시예에 한정되는 것은 아니다.

(실시예 1)

유기섬유로서 폴리-p-페닐렌테레프탈아미드 섬유(듀퐁사제 상품명「케블러」, 섬유 지름 12.5㎛, 섬유 길이 3mm), 매트릭스 조성물로서 ABS 수지 펠렛을 압출성형기에서 용융 혼합하고, 타블렛화 했다. 여기에서, 폴리-p-페닐렌테레프탈아미드 섬유는, 10중량%로 되도록 조정했다. 타블렛을 대형 건조기에서 120℃, 5시간건조한 후, 압출성형 및 롤을 이용하여, 두께 1.2mm, 폭 1m의 시트상 성형품을 제작했다. 이것에 깊이 0.6mm, 폭 2.0mm의 직각형 단면형상의 홈을, 피치 15mm 격자상으로 형성한 후, 원형으로 절출했다. 더욱이, 홈가공한 면의 반대측에 양면 테이프를 접착해서 연마패드로 했다.

(실시예 2)

매트릭스 조성물로서, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 스티렌계 엘라스토머를, 중량비로 50:50:100으로 혼합한 것 이외에는, 실시예 1과 동일하게 하여 연마패드를 얻었다.

(실시예 3)

매트릭스 조성물로서, 폴리프로필렌을 이용한 것 이외에는, 실시예 1과 동일하게 하여 연마패드를 얻었다.

(비교예 1)

유기섬유를 사용하지 않은 것 이외에는, 실시예 1과 동일하게 하여 연마패드를 제작했다.

(비교예 2)

발포 폴리우레탄제 연마패드를 준비했다.

이상의 패드를 각각 연마장치의 정반에 설치하고, #160번수의 다이아몬드 지석을 붙인 드레서에서, 30분간 표면을 조화했다.

(연마액의 조제)

구리용 연마액으로서, 지립이 없는 연마제(히타치화성공업주식회사제 상품명 HS-C430 슬러리) 및 이것에 2차 입자의 평균 지름이 35nm인 콜로이달 실리카를 가해 0.37중량%로 조정한 지립 삽입 연마제를 사용했다. 양자 모두, 사용시에, 체적비로 연마액:과산화수소수=7:3으로 혼합했다.

(기판의 연마)

실시예 및 비교예에서 제작한 연마패드와 상기 연마액을 사용하여, 배선이 없거나 또는 배선을 형성한 실리콘 웨이퍼 기판을 이하와 같이 연마하고, 연마속 도, 연마상, 및 평탄성의 지표로서 디싱을 측정했다.

즉, 연마장치의 웨이퍼 설치용 흡착패드를 첩부한 홀더에 상기 웨이퍼를 세트 했다. 또한, 상기 연마장치의 연마정반에 실시예 및 비교예에서 제작한 연마패드를 첩부하고, 그 위에, 피연마면을 아래로 해서 홀더를 연마장치에 설치했다. 상기 연마액을 150cc/분으로 공급하면서, 정반과 웨이퍼를 38rpm으로 회전하고, 가공하중 4×10⁴Pa에서 연마하고, 평가했다. 결과를 표 1에 나타낸다.

(연마속도의 평가)

두께 1㎛의 구리막을 형성한 배선 형성이 없는 이산화실리콘막층 부착 실리콘 웨이퍼 기판(직경 13cm)을 이용하고, 2분간 연마를 행하였다. 연마 전후의 구리막 두께를, 납손주식회사제 형식번호 RT-7을 이용해서 시트 저항치를 측정하고, 저항율로부터 막두께를 계산하고, CMP 전후에서의 막두께 차이를 구해 계산했다. 결과를 표 1에 기재한다.

(연마상의 평가)

연마속도의 평가를 행한 웨이퍼를 이용하고, 눈으로 손상의 평가를 행하였다.

결과를 표 1에 병기한다.

○ : 연마후의 피연마면에 손상이 5개 미만

× : 연마후의 피연마면에 손상이 5개 이상

(디싱량)

실리콘 웨이퍼에 두께 300nm의 이산화실리콘막을 형성하고, 이산화실리콘중에 배선밀도 50%, 깊이 0.5㎛의 홈을 형성하여, 공지의 스퍼터법에 의해 배리어층으로서 두께 50nm의 질화탄탈막을 형성하고, 동일하게 스퍼터법에 의해 구리막을 1.0㎛ 형성해서 공지의 열처리에 의해 매립한, 배선 금속부(구리) 폭 100㎛, 절연막(이산화실리콘)부 폭 100㎛가 서로 번갈아 배열된 스트라이프상 패턴부의 표면형상을 갖는 실리콘 기판(직경 13cm)을 피연마물로서 준비했다.

이 피연마물을 이용해서 구리막의 연마와 배리어층의 연마로 이루어지는 2단 연마를 행하고, 촉침식 단차계(Veeco/Sloan사제 Dektat3030)로 상기 스트라이프상 패턴부의 표면 형상으로부터, 절연막부에 대한 배선금속부의 막 감소량을 측정했다. 결과를 표 1에 병기한다. 또, 표중의 「측정불능」은, 저연마속도로 기판을 연마할 수 없거나, 연마상이 지나치게 많아서 측정할 수 없는 상태를 나타낸다.

실시예 1과 비교예 1에서 제작한 연마패드는, 매트릭스 수지는 동일하고, 섬유를 포함하는지 포함하지 않는지의 차이이다. 본 발명의 연마패드인 실시예 1은, 유기섬유를 포함하지 않는 비교예 1에 비교해서 손상의 발생을 억제되어 양호하다. 비교예 1은 연마상이 심하여, 디싱의 측정이 불능이었다. 실시예에서는 지립이 없는 연마제를 이용하면 대부분 연마할 수 없고, 연마속도가 높은 비교예 1 또는 비교예 2와 다른 연마기구에 의해 연마되어 있는 것이 분명하다.

계속하여, 연마액은 상기의 검토로부터 연마속도가 높았던 지립 삽입 연마제를 사용하고, 또한 가공하중 2×10⁴Pa로 한 것 이외에는 상기와 동일하게 연마하여 평가한 결과를 표 2에 나타낸다. 여기에서, 표 2로부터, 실시예에서는, 상기 연마 조건과 대부분 연마속도에 차이가 없고, 낮은 하중 즉, 낮은 마찰력에서도 연마가 가능한 것을 확인할 수 있었다. 한편, 비교예에서는, 본 조건과 같은 낮은 하중에서는 연마속도가 극단적으로 저하해버렸다.

이상의 검토로부터, 본 발명에 의한 연마패드를 사용하면, CMP시에 절연층에 걸리는 부하를 저감하면서, 평탄성을 향상할 수 있다는 것을 알 수 있었다.

다음에, 실시예에 의해, 연마패드를 통해서 반도체 웨이퍼 표면으로 광을 조사하고, 그 반사율의 변화를 검지하고, 연마 종점을 관리하는 연마공정에 사용하는데 적절한 본 발명의 연마패드를 설명하지만, 본 발명은 이들의 실시예에 한정되는 것은 아니다.

연마패드를 제작하기 위해서 이하의 판재 1~3을 준비했다.

[판재 1]

유기섬유로서 폴리-p-페닐렌테레프탈아미드 섬유(듀퐁제 「케블러」, 섬유 지름 12.5㎛, 섬유 길이 3mm), 매트릭스 수지로서 AS수지 펠렛(일본에이안도엘 주식회사제, 상품명 : 라이택A-100PC)을 압출성형기에서 용융 혼합하고, 타블렛화했다. 여기에서, 폴리-p-페닐렌테레프탈아미드 섬유는, 5중량%로 되도록 조정했다. 타블렛을 대형 건조기에서 120℃, 5h 건조한 후, 압출성형 및 롤을 이용하여, 두께1.2mm, 폭 1m의 시트상 성형품을 제작했다.

[판재 2]

AS수지 펠렛(상기와 동일)을 압출성형기에서 용융하고, 타블렛화했다. 이 타블렛을 대형건조기에서 120℃, 5h 건조한 후, 압출성형 및 롤을 이용하여, 두께 1.2mm, 폭 1m의 시트상 성형품을 제작했다. 이 판재는 유기섬유를 포함하지 않는다.

[판재 3]

파라계 아라미드 섬유 촙(섬유 지름:12.5㎛, 섬유 길이:5mm, 듀퐁제 「케블러」)과 파라계 아라미드 섬유 펄프(섬유 지름:1㎛, 섬유 길이:1mm, 듀퐁제「케블러」)와 메타계 아라미드 섬유 촙(섬유 지름:25㎛, 섬유 길이:6mm, 연화 온도 280℃, 테이진(주)제 「코넥스」)을 혼초하고, 수용성 에폭시 수지 바인더(유리전이온도 110℃, 다이니뽄잉크화학공업(주)제, 상품명 「V코트」)의 20중량% 수용액을 스프레이해서 가열 건조(150℃, 3min)하고, 더욱이, 한쌍의 열 롤 사이(온도 300℃,선 압력 196kN/m)에 통과시키는 것에 의해 가열 압축하고, 메타계 아라미드 섬유 촙을 파라계 아라미드 섬유 촙에 열융착한 부직포를 준비했다. 단위중량 70g/㎡, 파라계 아라미드 섬유 촙/파라계 아라미드 섬유 펄프/메타계 아라미드 섬유 촙/에폭시 수지 바인더의 배합 중량비는 58/17/8/17이었다.

경화제로서 디시안디아미드를, 경화촉진제로서 2-에틸―4-메틸이미다졸을 배합한 비스페놀A형 에폭시 수지(유화셀(주)제, 상품명 「EP-828SK」) 니스를 준비했다. 니스의 조정에는, 비스페놀A형 에폭시 수지 100중량부에 대하여, 경화제를 20중량부, 경화촉진제를 0.1중량부, 용제로서 메틸에틸케톤을 40중량부 이용했다.

이 니스를 전술한 아라미드 섬유 부직포에 함침하여 가열 건조(170℃, 5min) 해서 프리프레그로 했다. 이 프리프레그는, 가열가압 성형후의 두께가 0.08mm가 되도록 수지부착량을 조정한 것이다. 아라미드 섬유 부직포의 함유율은 60중량%이다.

이 프리프레그를 12장 겹친 프리프레그층의 양쪽 표면에 이형 필름(50㎛ 두께의 폴리프로필렌 필름)을 배치하고, 이것을 스테인레스제 경면판에 끼우고, 그 복수조를 프레스 열반 사이에 투입하고, 열반과의 사이에는 크라프트 지층으로 이루어지는 두께 10mm의 쿠션재를 개재시켜서 가열가압 성형해서(온도 170℃, 압력300kPa, 시간 120분), 두께 1.0mm의 적층판을 얻었다.

(실시예 3)

판재 1을 이용하여, φ500mm의 원판상으로 가공하고, 연마시에 공급되는 연마액이 웨이퍼를 유지하는 치구 아래를 지나고, 웨이퍼 아래로 유입하기 위한 홈가공을 표면에 행하고(격자상, 홈 폭 2mm, 홈 피치 15mm, 홈 깊이 0.6mm), 그 반대측의 면에 양면 테이프를 장착해서 연마패드로 했다.

(실시예 4)

판재 1을 세로 56mm, 가로 19mm이고, 각으로 R(곡률반경 1.0mm)을 갖는 직각형상의 소편으로 가공했다. 다음에 판재 3을 이용하여, 실시예 3과 동일하게 φ500mm의 원판상으로 가공하고, 홈가공을 그 표면에 행하였다. 이 원판의 중심으로부터 원주로 향하는 반경의 중간점을 세로 56mm, 가로 19mm이고, 각으로 상기와 동일한 R을 갖는 직각형의 구멍을 반경측에 긴 방향으로 오도록 오려 냈다. 이 원판의 구멍에 전술한 판재 1로 이루어지는 직각형상의 소편을 삽입해서 광검지용 투과창으로 했다. 최후에 홈 가공면의 반대측에 양면 테이프를 장착해서 연마패드로 했다.

(종래예 1)

발포 폴리우레탄계 수지로 이루어지는 연마패드로서, 세로 56mm, 가로 19mm이고, 각으로 R을 갖는 직각형상의 투명수지판으로 이루어지는 광검지용 투과창을 갖는 시판품을 준비했다.(두께 1.2mm, 로델사제 「IC-1000/Suba-400」)

(비교예 3)

판재 2에, 실시예 3과 동일한 가공을 해서 연마패드를 제작했다.

(참고예 1)

판재 3에, 실시예 3과 동일한 가공을 해서 연마패드를 제작했다. 이 연마패드는 실시예 4와 같은 창부를 갖지 않는다.

이들 실시예, 종래예, 참고예 및 비교예의 연마패드의 광투과율을 측정했다.광투과창을 갖는 연마패드에 관해서는 창부에서 측정을 행하고, 갖지 않는 연마패드에 관해서는 연마패드 본체의 판재에서 측정을 행하였다. 투과율의 측정은 시마즈제작소(주)제 분광광도계 UV-2200을 이용하고, 측정 파장은 670nm로 했다. 또, 측정값은 람벨트벨의 법칙을 이용해서 판두께 1mm의 투과율로 환산했다.

연마장치는 미국 어플라이드머티리얼즈사제 MIRRA기를 사용하고, 이들 각 연마패드를 φ500mm의 정반상에 첩부해서 고정했다. 광검출용 광투과창을 갖는 연마패드는 연마장치의 정반의 창과 연마패드의 창을 어긋나지 않도록 맞추었다. 각 연마패드는 정반에 첩부된 후, 이 연마장치에 부속하는 패드 컨디셔너 기구에 아사히다이아몬드(주)제 다이아몬드드레서(지립:#170 아크릴코트 있음)를 장착하고, 9LB에서 15분간 드레싱했다. 이 때, 각 연마패드의 표면상태를 관찰한 바, 실시예 3 및 참고예 1의 연마패드는 표면에 섬유의 노출(노출 길이:500㎛ 전후)이 발견되었다. 실시예 4의 연마패드도 창부를 포함하고, 패드 표면 전체에 동일한 섬유의 노출(노출 길이:500㎛ 전후)이 발견되었다. 종래예 1 및 비교예 3의 연마패드는 이들 섬유의 노출은 볼 수 없었다.

이들 실시예, 종래예, 참고예 및 비교예의 연마패드의 구조와 표면상태 및 광투과율을 표 3에 정리했다.

이상과 같이 연마장치에 세트한 각 실시예, 종래예, 참고예 및 비교예의 연마패드와 CMP 연마액에 의해, 실리콘 웨이퍼(절연막 블랭킷 웨이퍼 및 TEG 웨이퍼)의 연마를 다음과 같이 실시하고, 그 특성을 다음의 관점으로부터 평가했다. 이들 평가 결과를 표 4에 나타낸다.

(연마상 수의 평가)

φ200mm 실리콘 웨이퍼상에 TEOS-플라즈마 CVD법으로 산화규소막을 1㎛ 형성한 블랭킷 웨이퍼를 연마장치에 세트했다. 이 때, 웨이퍼는 헤드부에 유지되고, 산화규소막 면은 정반상의 연마패드에 당접되어 있었다. 연마중에 웨이퍼의 표면에 걸리는 연마 압력을 21kPa(3PSI)로 설정하고, 산화세륨계 연마액(히타치화성공업(주)제 HS-8005)을 공급량 40mL/분과 첨가제(히타치화성공업(주)제 HS-8102GP)를 공급량 160mL/분으로 혼합해서 정반상에 적하하면서, 정반을 100rpm, 헤드를 90rpm으로 회전시켜서, 웨이퍼상의 산화규소막을 1분간 연마했다. 연마후의 실리콘 웨이퍼를 순수로 충분히 세정후, 건조한 후, 웨이퍼의 표면 전체를 현미경으로 암시야에서 관찰을 행하고, 연마상을 카운트했다.

(연마속도의 평가)

연마상 수의 평가가 끝난 각 블랭킷 웨이퍼의 산화규소막 두께를 광간섭식 막두께 측정장치에 의해 측정하고, 연마전에 측정한 산화규소막 두께와의 차이로부터 평균 연마속도를 구했다.

(균일성의 평가)

연마속도의 측정과 동일하게 각 블랭킷 웨이퍼 면내의 직행하는 직경상에서 단부 5mm~8mm 간격의 45점에 관해서, 각 개소의 산화규소막의 연마속도를 측정하고, 표준편차(1δ)로부터 연마속도의 편차(1δ/평균 연마속도×100)를 구했다.

(종점 관리의 가부의 평가)

φ200mm 실리콘 웨이퍼상에 폭 및 간격을 25~2000㎛로 한 라인 등의 패턴을 두께 100nm의 질화규소막으로 제작한 후, Si노출부를 깊이 350nm 에칭하고, 이 웨이퍼상에 TEOS-플라즈마 CVD법으로 산화규소막을 600nm 형성한 표면에 450nm의 요철을 가진 TEG웨이퍼를 준비했다. 이 웨이퍼를 전술한 블랭킷 웨이퍼와 동일한 조건에서 연마하는 경우에, 평가에 이용한 연마장치(어플라이드머티리얼테크놀로지사제 MIRRA)에 부속하는 레이저광에 의한 ISRM 종점관리 시스템을 사용하여, 질화규소막의 노출 검지의 가부를 판별했다.

(평탄성의 평가)

전술한 종점관리에서 질화규소막의 노출을 검지하고, 연마를 종료한 TEG웨이퍼의 질화규소막의 라인(폭 100㎛)과 그 인접한 산화규소막의 라인(폭 300㎛)과의 표면의 단차를 촉침식 단차계 Dektak3030(SLOAN사제)을 이용해서 측정했다.

표 4의 실시예 3 및 4의 결과로부터 본 발명에 따른 연마패드를 이용하는 것에 의해, 광검지에 의한 종점의 관리를 할 수 있고, 또 종래예 1, 및 비교예 3과의 비교로부터 유기섬유의 효과로 연마상의 발생을 억제할 수 있다는 것이 판단된다. 또한, 이 때, 연마속도가 높고, 균일성도 충분하다는 것이 판명되었다. 또, 참고예 1의 연마패드는 평가에 이용한 TEG웨이퍼를 연마하는데 있어서, 광조사에 의해 종점을 검지하는데, 충분히 현저한 반사율의 변화를 볼 수 없었다. 이것은, 참고예 1의 연마패드가 앞의 검토에서 광투과율이 낮은 결과로 된 것과 상응한다.

다음에 최대노출 섬유길이에 관한 실시예에 관해서 설명한다.

(실시예 5)

섬유 지름 12.5㎛ , 섬유 길이 5mm의 폴리에스테르 섬유로 이루어지는 단위중량 70g/㎡의 부직포(니뽄바이린(주)제 「EPM-4070TE」)에, 하기 니스를 함침하고, 170℃, 5분간 건조시켜서 프리프레그를 제작했다.

니스는, 비스페놀A형 에폭시 수지 100중량부에 대하여, 경화제로서 디시안디아미드를 20중량부, 경화촉진제로서 2-에틸-4-메틸이미다졸을 0.1중량부 가하고, 메틸에틸케톤 40중량부로 용해해서 제작했다.

상기 프리프레그를 20장 적층하고, 상하에 이형필름(폴리프로필렌, 50㎛ 두께)을 배치, 경면판에 끼웠다. 두께 10mm 쿠션지를 통해서 프레스 열반 사이에서 가열가압 성형했다. 여기에서, 성형조건은, 175℃, 400kPa, 120분간으로 했다. 결과, 두께 1.5mm의 적층판을 얻었다. 적층판 전체의 섬유 함유율은, 50중량%이었다. 이것을, 원형으로 잘라내고, 표면을, #70의 다이아몬드 지석을 이용해서 표면을 깎아서 홈을 가공하여 연마패드로 했다. 여기에서, 홈의 폭은 2mm, 깊이는 0.6mm, 피치는 15mm 격자상 홈을 형성했다.

(실시예 6)

실시예 5에 나타내는 프리프레그를 10장, 수지 미함침의 폴리에스테르 부직포 10장을 서로 번갈아 적층하는 것 이외에는 실시예 5와 동일하게 하여 1.5mm 두께의 적층판을 얻었다. 적층판 전체의 섬유 함유율은, 70중량%이었다. 그 후, 실시예 5와 동일하게 하여 표면을 깎아내어, 홈을 가공해서 연마패드로 했다.

(실시예 7)

섬유로서 단위중량 130g/㎡의 폴리에스테르 직포(아사히화성(주)제 「BKE포플린」, 섬유 지름:9㎛)를 이용한 것 이외에는, 실시예 5와 동일하게 하여 연마패드를 제작했다. 또, 본 실시예에 있어서, 적층판 전체의 섬유 함유율은, 50중량%이었다.

(실시예 8)

유기섬유로서 섬유 지름 12.5㎛, 섬유 길이 3mm의 폴리에스테르 섬유(니뽄바이린(주)제)와, 매트릭스 수지로서 ABS수지 펠렛을 압출성형기에서 용융 혼합하고, 타블렛화했다. 여기에서, 섬유 함유율은, 10중량%으로 되도록 조정했다. 타블렛을 대형 건조기에서 120℃, 5시간 건조한 후, 압출성형 및 롤을 이용하여, 두께 1.2mm, 폭 1m의 시트상 성형품을 제작했다. 이것에 깊이 0.6mm, 폭 2.0mm의 직각형 단면 형상의 홈을, 피치 15mm 격자상으로 형성한 후, 원형으로 잘라냈다. 더욱이, 홈가공한 면의 반대측에 양면 테이프를 접착한 후, #70의 다이아몬드 지석을 이용해서 표면을 조면화해서 연마패드로 했다.

(참고예 2)

부직포로서, 파라계 아라미드 섬유 촙(섬유 지름:12.5㎛, 섬유 길이:5mm, 테이진(주)제 「테크놀러」)과, 메타계 아라미드 섬유 촙(섬유 지름:25㎛, 섬유 길이:6mm, 테이진(주)제 「코넥스」)을 혼초한 것에, 수용성 에폭시수지 바인더(다이니뽄잉크화학공업(주)제, 상품명 「V코트」)의 20중량% 수용액을 스프레이한 후 150℃, 3분간 가열 건조해서 70g/㎡의 부직포로 하고, 더욱이 이 부직포를 300℃, 선 압력 196kN/m의 열 롤 사이에 통과시키고, 가열 압축한 것을 사용한 것 이외에는, 실시예 5와 동일하게 하여 연마패드로 했다. 또한, 표면은 #150의 다이아몬드 지석을 이용해서 깎아 넣었다. 본 참고예에 있어서, 적층판 전체의 섬유 함유율은, 50중량%이었다.

(비교예 4)

두께 1.5mm의 ABS(아크릴로니트릴―부타디엔고무-스티렌 공중합체)판을 사용해 원형으로 잘라내고, 표면에 홈의 폭은 2mm, 깊이는 0.6mm, 피치는 15mm 격자상 홈을 가공했다. 그 후, #70의 다이아몬드 지석을 이용해서 표면을 조면화해서 연마패드로 했다.

(참고예 3)

표면의 깎아내기를 #70의 다이아몬드 지석을 이용한 것 이외에는, 실시예 8 과 동일하게 하여 연마패드를 제작했다.

(표면의 관찰)

SEM(주사형 전자현미경)으로 패드 표면의 임의의 개소 5점을 100배 및 200배로 관찰하고, 노출한 섬유의 최대길이를 계측했다.

(연마액)

연마액으로서 이하의 방법으로 CMP 슬러리를 준비했다.

탄산세륨 수화물 2kg을 백금제 용기에 넣고, 800℃에서 2시간 공기중에서 소성해서 얻은 산화세륨 분말 1kg에 제트밀을 이용해서 건식분쇄를 행하였다. 이것에, 폴리아크릴산 암모늄염 수용액(40중량%）23g과 탈이온수 8977g을 혼합하고, 교반하면서 초음파 분산을 10분간 실시하였다. 얻어진 슬러리를 1미크론 필터로 여과를 하고, 탈이온수를 더 가해서 5중량% 슬러리를 얻었다. 슬러리 pH는 8.3이었다. 슬러리의 입자를 레이저 회절식 입도분포계로 측정하기 위해서, 적당한 농도로 희석해서 측정한 결과, 입자경의 D99%가 0.99㎛이었다.

(연마방법과 연마특성의 평가)

φ127mm Si기판상에 TEOS-플라즈마 CVD법으로 산화규소막을 2㎛ 형성한 블랭킷 웨이퍼와, φ200mm Si기판상에 정방형 볼록부를 배치한 트렌치를 설치하고, 이 위에 Si₃N₄막과 TEOS-플라즈마 CVD법으로 산화규소막을 600㎛ 형성한 테스트 웨이퍼를 준비했다. 트렌치는, 깊이 0.35㎛, 밀도는 볼록부가 60%, 트렌치 폭이 500㎛인 부분을 사용했다.

연마장치의, 웨이퍼 기판 설치용 흡착패드를 첩부한 홀더에 상기 웨이퍼를 세트하고, 상기 제작한 연마패드를 첩부한 φ380mm의 정반상에 절연막면을 아래로 해서 홀더를 탑재하고, 더욱이 가공하중을 29kPa(300gf/c㎡)로 설정했다. 정반상에 상기 산화세륨 연마액을 150cc/분의 속도로 적하하면서, 정반 및 웨이퍼를 38rpm에서 2분간 회전시켜, 절연막을 연마했다. 연마후의 웨이퍼를 순수로 잘 세정후, 건조했다. 광간섭식 막두께 측정장치를 이용해서 연마 전후의 막두께 차이를 측정하고, 연마속도를 산출했다. 연마상에 관해서는, 연마후의 웨이퍼 표면을 현미경으로 암시야에서 관찰하고, 웨이퍼 표면에 존재하는 연마에 기인하는 손상을 세었다.

또한, 평탄성의 평가에 관해서는, TEG웨이퍼의 볼록부와 오목부의 단차 1㎛를 잘라내고, 볼록부의 Si₃N₄막이 노출하기 전의 최종적인 단차를 측정했다. 또한, TEG웨이퍼의 상기 트렌치부를 촉침식 단차계로 디싱을 측정했다.

표 5에 실시예, 참고예 및 비교예의 연마특성을 나타낸다. 본 발명에 의한 폴리에스테르 섬유를 포함하는 실시예 5, 6, 7 및 8은, 고경도 섬유인 아라미드 섬유를 포함하는 참고예 2를 비교하면, 노출 섬유길이의 저감이 용이해서, 평탄성이 우수하고, 연마상도 없다. 또한, 실시예 5, 6, 7 및 8과 섬유를 포함하지 않는 비교예 4를 비교하면 분명한 바와 같이, 연마속도의 향상이 보여지고, 게다가 연마상도 없어진다.

표 5로부터, 최대노출 섬유길이가 0.1mm 이하인 연마패드를 이용하면, 연마상 없이 평탄성, 트렌치부의 내디싱성을 향상할 수 있고, 층간 절연막, BPSG막의 평탄화, 샬로우ㆍ트렌치 분리의 형성을 비롯한 반도체 형성 프로세스를 효율적으로 행할 수 있다는 것을 알 수 있다.

본 발명의 연마패드 또는 본 발명의 제조방법에 의해 제작한 연마패드를 사용해서 CMP를 행하면, 연마패드의 피연마물측 표면에 노출한 유기섬유에 의해, 피연마물의 미세한 연마상의 발생을 억제할 수 있다. 이것에 의해, 저하중으로 평탄한 연마를 행할 수 있다. 또한, 광학적인 수법에 의한 피연마물의 연마상태의 검지 시스템에 의한 피연마물의 연마 종점을, 연마상 없이 관리할 수 있다. 그리고, 이들에 의해, 피연마물의 생산성, 및 수율의 향상이 가능하게 된다.

이것 때문에, 예컨대 반도체장치의 제조공정에 있어서, 층간 절연막으로의 부하가 작고, 또한 평탄성도 우수한 연마를 행할 수 있고, 차세대의 듀얼대머신법을 용이하게 실시할 수 있다.

Claims

유기섬유를 포함하는 섬유와, 상기 섬유를 유지하고 있는 매트릭스 수지로 이루어지고, 피연마물측 표면에 적어도 유기섬유가 노출하고 있고, 피연마물 표면을 연마중에 광학적으로 연마 종점을 검지하는데 유용한 연마패드로서, 유기섬유를 1~20중량% 함유한 실질적으로 비발포의 매트릭스 수지로 이루어지고, 연마 슬러리 입자의 수송 및 유지 기능을 갖고, 게다가, 190~3500nm의 범위의 파장의 광선이 투과하는 연마패드.
유기섬유를 포함하는 섬유와, 상기 섬유를 유지하고 있는 매트릭스 수지로 이루어지고, 드레싱 처리후의 피연마물측 표면에 적어도 유기섬유가 노출하고 있고, 피연마물 표면을 연마중에 광학적으로 연마 종점을 검지하는데 유용한 연마패드로서, 유기섬유를 1~20중량% 함유한 실질적으로 비발포의 매트릭스 수지로 이루어지고, 연마 슬러리 입자의 수송 및 유지 기능을 갖고, 게다가, 190~3500nm의 범위의 파장의 광선이 투과하는 연마패드.
제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 매트릭스 수지가 적어도 1종의 열가소성 수지를 포함하는 연마패드.
제 1항 또는 제 2항에 있어서, 매트릭스 수지가 반결정성 열가소성 수지로 이루어지는 연마패드.
제 1항 또는 제 2항에 있어서, 매트릭스 수지에 엘라스토머가 분산되어 있는 연마패드.
제 5항에 있어서, 상기 엘라스토머의 유리전이점이 0℃ 이하인 연마패드.
제 1항 또는 제 2항에 있어서, 섬유가 방향족 폴리아미드로 이루어지는 연마패드.
제 1항 또는 제 2항에 있어서, 유기섬유를 1~50중량% 포함하는 연마패드.
제 1항 또는 제 2항에 있어서, 유기섬유의 지름이 1mm 이하인 연마패드.
제 1항 또는 제 2항에 있어서, 유기섬유의 길이가 1cm 이하인 연마패드.
제 1항 또는 제 2항에 있어서, 피연마물측 표면에 노출한 유기섬유에 의해 연마 입자를 유지하는 연마패드.
제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 노출하고 있는 유기섬유의 최대 노출부 길이가 0.1mm 이하인 연마패드.
제 12항에 있어서, 상기 노출하고 있는 유기섬유가 폴리에스테르로 이루어지 는 연마패드.
제 12항에 있어서, 매트릭스 수지중에 촙상의 폴리에스테르 섬유를 분산시켜 이루어지는 연마패드.
제12항에 있어서, 매트릭스 수지중에 폴리에스테르 부직포를 적층해서 이루어지는 연마패드.
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제 16항에 있어서, 상기 유기섬유가 아라미드 섬유인 연마패드.
정반에 첩부해서 사용하여 피연마면의 평탄화를 행하는 연마패드의 제조방법으로서, 유기섬유를 포함하는 섬유와 열가소성 수지를 포함하는 매트릭스 조성물을 혼합해서 혼합물을 얻는 과정, 상기 혼합물을 펠렛 또는 타블렛으로 하는 과정, 및 상기 펠렛 또는 타블렛을 압출성형 또는 사출성형에 의해 판상 또는 시트상으로 가공하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 연마패드의 제조방법.
정반에 첩부해서 사용하여 피연마면의 평탄화를 행하는 연마패드의 제조방법으로서, 유기섬유를 포함하는 섬유기재에 매트릭스 수지 조성물을 함침해서 수지함침 시트상 섬유기재를 제작하는 과정, 상기 수지함침 시트상 섬유기재를 포함하는 시트상 섬유기재를 적층해서 가열가압 성형을 실시하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 연마패드의 제조방법.
제 19항 또는 제 20항에 있어서, 표면에 섬유를 노출시키는 과정을 더 포함하는 연마패드의 제조방법.
피연마물의 피연마면을 제 1항 또는 제 2항에 기재된 연마패드의 유기섬유 노출면에 눌러서, 연마액을 피연마면과 연마패드와의 사이에 공급하면서, 피연마물과 패드를 상대적으로 섭동시켜서 피연마면을 연마하는 연마방법.
제 22항에 있어서, 상기 피연마면이, 배선이나 트렌치를 형성한 유전율 2.7 이하의 절연층상에, 도체층, 그 위에 구리층을 피복한 적층으로 이루어지는 연마방법.
제 16항에 기재된 연마패드를 이용해서 광학적으로 연마 종점을 검지하는 연마방법.
제 17항에 있어서, 상기 유기섬유가 아라미드 섬유인 연마패드.
제 17항에 기재된 연마패드를 이용해서 광학적으로 연마종점을 검지하는 연마방법.
유기섬유를 포함하는 섬유와, 상기 섬유를 유지하고 있는 매트릭스 수지로 이루어지고, 피연마물측 표면에 적어도 유기섬유가 노출하고 있고, 피연마물 표면을 연마중에 광학적으로 연마 종점을 검지하는데 유용한 연마패드로서, 190~3500nm의 범위의 파장의 광선이 투과하는 부분을 포함하고, 상기 부분은, 유기섬유를 1~20중량% 함유하는 실질적으로 비발포인 매트릭스 수지로 이루어지고, 게다가 연마 슬러리 입자의 수송 및 유지 기능을 갖는 부분인 연마패드.
유기섬유를 포함하는 섬유와, 상기 섬유를 유지하고 있는 매트릭스 수지로 이루어지고, 드레싱 처리후의 피연마물측 표면에 적어도 유기섬유가 노출하고 있고, 피연마물 표면을 연마중에 광학적으로 연마 종점을 검지하는데 유용한 연마패드로서, 190~3500nm의 범위의 파장의 광선이 투과하는 부분을 포함하고, 상기 부분은, 유기섬유를 1~20중량% 함유하는 실질적으로 비발포인 매트릭스 수지로 이루어지고, 게다가 연마 슬러리 입자의 수송 및 유지 기능을 갖는 부분인 연마패드.