KR100789663B1

KR100789663B1 - 연마층에 투명 윈도우 부분을 갖는 연마 패드

Info

Publication number: KR100789663B1
Application number: KR1020027012055A
Authority: KR
Inventors: 버딩거윌리암디.; 구보나오토
Original assignee: 롬 앤드 하스 일렉트로닉 머티리얼스 씨엠피 홀딩스 인코포레이티드
Priority date: 2000-03-15
Filing date: 2001-03-13
Publication date: 2007-12-31
Also published as: JP2003526938A; US6860793B2; EP1263548A1; JP4634688B2; US20010053658A1; WO2001068322A9; KR20020087076A; WO2001068322A1; TW495419B

Abstract

연마 패드는 연마층 및 연마층의 투명 윈도우 부분을 포함하는 데, 당해 투명 윈도우 부분은 연마 작업 동안 윈도우 부분이 닳아 없어지는 속도를 증가시키고 연마층에서 돌출부의 형성을 방지하기 위해서, 분산된 입자를 갖는다.

연마 패드, 투명 윈도우, 반도체 웨이퍼, 내마모성, 마모 속도, 불연속성, 우레탄, 플라스틱.

Description

연마층에 투명 윈도우 부분을 갖는 연마 패드{A polishing pad having a transparent window portion in a polishing layer}

본 발명은 연마층에 투명 윈도우 부분을 갖는 연마 패드에 관한 것이다.

반도체 웨이퍼에 대하여 연마 작업을 수행하여 과량의 물질을 제거하고, 반도체 웨이퍼에 매끄럽고 평탄하게 연마된 표면을 제공한다. 매끄럽고 평탄하게 연마된 표면을 얻기 위해서, 연마 패드의 연마층은 균일한 연마 작용을 제공한다. 연마 작업 동안, 연마압이 윈도우 부분과 연마층의 나머지 부분에 작용한다.

미국 특허 제5,893,796호에는, 연마 패드의 연마층에 투명 윈도우 부분이 설치된, 공지의 연마 패드가 기재되어 있다. 윈도우 부분은 고유한 내마모성을 갖는 물질로 제조되는 것으로 밝혀졌다. 연마층의 나머지 다른 부분의 물질은 내마모성이 보다 낮다. 따라서, 반도체 웨이퍼를 연마하기 위해 사용되는 동안, 연마층은 서서히 닳아 없어지게 되고, 투명 윈도우 부분은 보다 낮은 마모 속도로 보다 서서히 닳아 없어지게 된다. 그 결과, 투명 윈도우 부분은 연마층의 나머지 부분보다 높은, 연마층 위에 돌출부(lump)를 형성하게 된다.

연마층 위에 돌출부를 형성하게 되는 윈도우 부분은 연마 표면과 동일 평면이 되게 하기 위한 연마압에 의해 안쪽으로 압력을 받는다. 그러나, 안쪽으로 압력을 받은 윈도우 부분은 연마층의 나머지 부분과 다른 연마 작용으로 연마된다. 예를 들어, 돌출부로서 윈도우 부분에 반도체 웨이퍼에 대한 연마력이 집중되어 불 균일한 연마 작용을 일으킨다. 그 결과, 불균일한 연마 작용으로 인해, 반도체 웨이퍼의 매끄럽고 평탄하게 연마된 표면에 흠집이 생기게 된다.

연마층이 연마 작업 동안 마모되더라도, 균일한 연마 작용을 제공하는, 투명 윈도우 부분을 갖는 연마층을 가지는 연마 패드에 대한 필요성이 존재한다.

또한, 연마 패드의 닳아 있는 연마층 위에 돌출부를 형성시키지 않는 투명 윈도우 부분에 대한 필요성이 존재한다.

본 발명에 따라서, 연마 작업 동안 윈도우 부분이 닳아 없어지는 속도를 증가시키고, 연마층에서 돌출부의 형성을 방지하기 위해, 윈도우 부분 전체에 분산된 하나 이상의 물질의 분산된 입자를 연마층의 투명 윈도우 부분에 제공한다.

이제, 본 발명의 실시양태를 아래의 상세한 설명을 참조하여 예를 들어 설명할 것이다.

집적 회로가 제작되어 있는 반도체 웨이퍼는, 1미크론 이하의 차이는 있을 수 있겠지만, 아주 매끄럽고 평탄한 웨이퍼 표면을 수득하기 위해 연마되어야 한다. 이러한 연마는 주로 웨이퍼 표면에 대해 연마 패드로 닦는, 화학적으로 활성인 슬러리를 사용하는 화학기계적 연마(CMP, chemical-mechanical polishing)로 수행한다. 웨이퍼가 원하는 정도로 연마되었는지를 측정하는 방법들도 개발되었다. 미국 특허 제5,413,941호에 따르면, 이러한 방법 중의 하나는 웨이퍼 치수를 측정하기 위해 레이저에 의해 생성된 빛을 포함한다.

공지된 연마 패드에 따르면, 투명 윈도우 부분의 표면은 연마 패드의 연마 표면과 동일 평면에 있다. 윈도우 부분과 연마 표면은 제조공정 중의 연마되는 제 품, 즉 반도체 웨이퍼와 접하고 있다.

윈도우 부분이 이를 둘러싸는 연마 표면보다 마모 속도가 느릴 때, 연마층은 윈도우 부분이 닳아 없어지는 속도보다 더 빠른 속도로 닳아 없어지게 된다. 윈도우 부분의 높이는 연마층의 높이보다 높아진다. 연마 패드의 성능이 나빠지게 된다.

반도체 웨이퍼에 대하여 연마 작업을 수행하여 과량의 물질을 제거하고, 반도체 웨이퍼에 매끄럽고 평탄하게 연마된 표면을 제공한다. 매끄럽고 평탄하게 연마된 표면을 얻기 위해서, 연마 패드의 연마층은 균일한 연마 작용을 제공한다. 연마 작업 동안, 연마압이 윈도우 부분과 연마층의 나머지 부분에 작용한다. 연마층 위에 돌출부를 형성하게 되는 윈도우 부분은 연마 표면과 동일 평면이 되도록 하는 연마압에 의해 안쪽으로 압력을 받는다. 그러나, 안쪽으로 압력을 받은 윈도우 부분은 연마층의 나머지 부분과 다른 연마 작용으로 연마된다. 예를 들어, 돌출부로서 윈도우 부분에 반도체 웨이퍼에 대한 연마력이 집중되고, 이로 인해 연마 작용이 불균일해진다.

이러한 패드의 예로는 우레탄을 충진시킨 폴리에스테르 펠트, 미국 델라웨어주 뉴아크 소재의 로델, 인코포레이티드(Rodel, Inc.)가 상표명 폴리텍스

(Politex)로 판매하는 형태의 미세소공 우레탄 패드, 및 충진 및/또는 팽윤 복합체 우레탄(예: 또한, 미국 델라웨어주 뉴아크 소재의 로델, 인코포레이티드가 제조하는 IC-시리즈 및 MH-시리즈 연마 패드)을 들 수 있다. 이러한 형태의 우레탄 패드에 사용되는 윈도우 부분은 전형적으로 폴리텍스

, IC-시리즈 및 MH- 시리즈에 표준 첨가제를 함유하는 우레탄을 포함한다.

공지된 중합체성 패드는 폴리우레탄, 아크릴, 폴리카보네이트, 나일론, 폴리에스테르, 폴리비닐 클로라이드, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리에테르 설폰, 폴리스티렌, 및 현재 사용되는 폴리우레탄보다 마모 속도가 빠른 폴리에틸렌, 폴리우레탄, 아크릴, 폴리카보네이트, 나일론 및 폴리에스테르로부터 선택된 물질을 포함하는 매트릭스를 가진다.

본 발명에 따라서 사용할 수 있는 공지된 중합체성 매트릭스는 폴리우레탄, 아크릴, 폴리카보네이트, 나일론, 폴리에스테르, 폴리비닐 클로라이드, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리에테르 설폰, 폴리스티렌, 폴리에틸렌, FEP, 테플론 AF

등으로부터 선택된 물질을 포함한다. 다른 물질은 폴리우레탄, 아크릴, 폴리카보네이트, 나일론, 폴리에스테르 및 폴리우레탄이다. 추가의 예는 폴리메틸메타크릴레이트 쉬트[예: 미국 펜실베이아주 필라델피아 소재의 롬 앤 하스(Rohm and Haas)가 판매하는 플렉시글라스

(Plexiglas)] 및 폴리카보네이트 플라스틱 쉬트[예: 제네랄 일렉트릭(General Electric)이 판매하는 렉산

(Lexan)]를 포함한다. 중합체를 캐스팅하거나 압출시킨 후에, 중합체를 원하는 크기와 두께로 경화시켜 윈도우 부분을 제조할 수 있다.

연마 패드는 우레탄, 멜라민, 폴리에스테르, 폴리설폰, 폴리비닐 아세테이트, 플루오르화 탄화수소, 이들의 혼합물, 공중합체 및 그래프트물 등으로부터 제조된 중합체성 매트릭스를 포함한다. 중합체성 매트릭스는 우레탄 중합체를 포함한다. 우레탄 중합체는 바람직하게는 폴리에테르계 액체 우레탄[예: 미국 코네티컷주 미들버리 소재의 유니로얄 케미칼 캄파니, 인코포레이티드(Uniroyal Chemical Co., Inc.)로부터 시중에서 입수 가능한 아디프렌(Adiprene)

라인의 제품 등]으로부터 제조한다. 예를 들어, 액체 우레탄은 유리 이소시아네이트를 약 9중량% 내지 약 9.3중량% 함유한다. 또한, 다른 이소시아네이트 함유 제품 및 예비중합체가 사용될 수 있다. 액체 우레탄은, 우레아 링크와 경화/가교결합 중합체 네트워크를 형성시키기 위해, 다관능성 아민, 디아민, 트리아민 또는 다관능성 하이드록실 화합물 또는 복합 관능성 화합물(예: 우레탄/우레아 가교결합 네트워크에 존재하는 하이드록실/아민)과 반응하는 것이 바람직하다. 액체 우레탄은 미국 미시간주 아드리안 소재의 앤더슨 디벨럽먼트 캄파니(Anderson Development Co.)로부터 상표명 큐렌

(CURENE) 442로 시중에서 입수 가능한 4,4'-메틸렌-비스(2-클로로아닐린)("MOCA")과 반응한다.

상 분리 또는 2상 시스템을 포함하는 윈도우 부분의 형성은 이들의 영역 크기가 빛을 산란시키지 않을 때까지 2개의 불혼화성 중합체를 혼합한 후, 윈도우 부분의 형태로 이들을 중합시킴으로써 수행한다. 불혼화성 중합체는 마모 속도(WR, wear rate)를 증가시키는 미립상 불혼화성 중합체를 윈도우 부분에 제공하는 것으로 기대된다. 불혼화성 중합체의 쌍은 폴리우레아/폴리우레탄, 니트로셀룰로스/아크릴 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

투명 윈도우 부분의 마모 속도(WR)가 연마 표면의 WR 이상이면, 윈도우 부분은 연마 작업 동안 연마 표면과 동일 평면으로 유지되는 것이 예상될 것이다. 마 모 속도는 화학기계적 연마 동안, 윈도우 부분 표면 또는 연마 표면의 표면이 얼마나 빨리 제거되거나 닳아 없어지는지의 정도이다. 내마모성은 윈도우 부분 또는 연마 표면의 표면이 화학기계적 연마 동안 마모에 의해 제거되거나 닳아 없어지는 것을 방지하는 정도이다. 본 발명은 이전의 연마 패드에서의 내마모성이 본래 높은 물질로 제조된 윈도우 부분에 비하여, 마모 속도가 높고 내마모성이 낮은 투명 윈도우 부분을 제공한다. 바람직하게는, WR_{윈도우 부분}은 WR_{연마 표면}과 동일하거나 5%, 10%, 15%, 20%, 25%, 50%, 100% 또는 200% 이상 크다. 보다 바람직하게는, WR_{윈도우 부분}은 WR_{연마 표면}보다 5%, 10%, 15%, 20% 내지 25% 이상 크다.

본 발명은 불연속성이 없는 중합체 매트릭스에 비하여 윈도우 부분의 마모 속도를 증가시키는(내마모성을 감소시키는) 불연속성을 추가로 포함하는 중합체 매트릭스를 포함하는 투명 윈도우 부분을 제공한다.

본 명세서에서 사용하는 용어 "불연속성"은 중합체 매트릭스가 외부 물질의 존재에 의해 단절된 것을 의미한다. 목적하는 불연속성은 중합체 매트릭스의 WR을 증가시키는 것이다. 단절의 양 또는 불연속성의 정도는 중합체 매트릭스의 목적하는 WR에 달려있다. 불연속성은 고체 입자, 유체, 가스 또는 불혼화성 중합체 시스템의 존재하에서 중합체 매트릭스를 형성함으로써 수득될 수 있다. 중합체 매트릭스는 불연속성이 매트릭스를 기계적으로 강화시키지 않게 또는 광학적 종결시점 측정을 방해하는 일어나기 쉬운 광학 빔의 산란을 일으킬 만큼 크지 않게 제조된다. 첨가제는 고체 입자(예: 실리카, 티타니아, 알루미나, 세리아 또는 플라스틱 입자) 를 포함할 수 있다. 바람직하게는, 첨가제는 플라스틱 입자이다. 나노미터 크기의 입자는 일어나기 쉬운 빛의 산란을 방지하기 위해 충분히 작은 표면적이 되는 1나노미터 이하의 크기의 입자이다. 윈도우 부분에서 입자가 모여 있는 것보다 입자가 분산된 것이 일어나기 쉬운 빛의 산란을 더 방지한다.

입자(예: 플라스틱 입자)의 직경은 1nm 내지 200㎛, 바람직하게는 1 내지 50㎛, 보다 바람직하게는 10 내지 20㎛의 범위가 될 수 있다. 플라스틱 입자의 실제 형태는 제한이 없다. 칩, 사각형, 원반형, 퍽(puck), 도너츠형, 구형, 입방체, 불규칙한 형태 등을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 윈도우 부분의 1중량%, 2중량%, 3중량%, 4중량%, 5중량%, 6중량%, 7중량%, 8중량%, 9중량% 내지 10중량%가 고형 입자이다.

입자를 포함하는 플라스틱은 윈도우 부분의 중합체 매트릭스에 따라 선택된다. 플라스틱은 윈도우 부분의 굴절 지수에 영향이 거의 없거나 전혀 없는 것으로 선택된다. 바람직하게는, 플라스틱은 굴절 지수가 윈도우 부분의 중합체 매트릭스와 거의 동일하다. 바람직하게는, 플라스틱은 윈도우 부분의 중합체 매트릭스와 동일하다. 따라서, 플라스틱은 폴리우레탄, 아크릴, 폴리카보네이트, 나일론, 폴리에스테르, 폴리비닐 클로라이드, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리에테르 설폰, 폴리스티렌 및 폴리에틸렌으로부터 선택될 수 있다. 바람직하게는, 플라스틱은 폴리우레탄, 아크릴, 폴리카보네이트, 나일론 및 폴리에스테르로부터 선택된다. 보다 바람직하게는, 플라스틱은 폴리우레탄이다.

중합체성 유액 형태의 유체는 불연속성을 유발할 것으로 기대된다. 유체의 존재하에 윈도우 부분을 형성함으로써, 중합체 매트릭스는 기포를 포함하는, 개개의 공간이 있는 셀(cell) 속에 유체가 캡슐화된 것을 수득할 수 있다. 이는 윈도우 부분의 WR을 증가시킬 것으로 기대된다. 바람직하게는, 윈도우 부분의 1중량%, 2중량%, 3중량%, 4중량%, 5중량%, 6중량%, 7중량%, 8중량%, 9중량% 내지 10중량%는 유체이다. 예를 들어, 이러한 유체 또는 액체는 미네랄 오일과 같은 탄화수소 오일을 포함한다.

또 다른 불연속성은 중합체 매트리스 속의 가스의 존재일 수 있다. 가스 형태의 유체의 존재하에 윈도우 부분을 형성함으로써, 중합체 매트릭스를 기포를 포함하는, 개개의 공간을 가진 셀 속에 유체가 캡슐화된 것을 수득할 수 있다. 바람직하게는, 윈도우 부분의 85부피%, 86부피%, 87부피%, 88부피%, 89부피%, 90부피%, 91부피%, 92부피%, 93부피%, 94부피%, 95부피%, 96부피%, 97부피%, 98부피% 내지 99부피%는 가스(예: 공기, 이산화탄소 또는 질소)이다. 예를 들어, 에어로겔은 실리카 에어로겔이다. 실리카 에어로겔은 실리콘 알콕사이드, 바람직하게는 테트라메틸 오르토실리케이트 또는 테트라에틸 오르토실리케이트로부터 제조된다.

본 발명의 투명 윈도우 부분은 용도 및 연마 공정을 모니터하기 위해 사용되는 광학 장치에 따라 파장 범위가 190 내지 3500nm인 빛을 투과시켜야 한다. 또한, 투명 윈도우 부분은 연마되는 장치의 광학적 종결시점이 측정가능할 만큼 투명해야 한다.

Claims

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연마 동안 제1 마모 속도로 마모되는 연마 표면; 및

연마 패드에 형성되고 연마 표면과 동일 평면으로 형성된 윈도우 표면을 가지는 윈도우 부분;을 포함하되, 윈도우 표면이 연마 중에 제1 마모 속도 보다 큰 제2 마모 속도로 마모되는, 반도체 웨이퍼의 화학기계적 연마용 연마 패드.
제7항에 있어서, 제2 마모 속도가 제1 마모 속도보다 5% 내지 25% 큰 연마 패드.
제7항에 있어서, 윈도우 부분이 2개의 불혼화성 중합체의 중합된 혼합물을 포함하는 연마 패드.
제7항에 있어서, 윈도부 부분이 폴리메틸메타크릴레이트 및 폴리카보네이트 중 적어도 하나를 포함하는 연마 패드.
제7항에 있어서, 윈도우 부분이 빛 산란에 상당한 영향을 주지 않으면서 중합체 매트릭스의 마모 속도를 증가시키도록 내부에 형성된 불연속성을 가지는 중합체 매트릭스를 포함하는 연마 패드.
제11항에 있어서, 불연속성은 고체 입자, 유체, 가스 및 불혼화성 중합체를 포함하는 불연속성 그룹에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 연마 패드.
제11항에 있어서, 불연속성은 중합체 매트릭스 보다 작은 내마모성을 가지는 고체 물질을 포함하는 연마 패드.
제13항에 있어서, 고체 물질은 실리카, 티타니아, 알루미나, 세리아 및 플라스틱을 포함하는 입자 그룹에서 선택된 적어도 하나의 고체 입자형을 포함하는 연마 패드.