KR101092944B1 - 연마 패드 - Google Patents

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Abstract

연마 패드는 반도체 기재를 평탄화하는데 유용하다. 연마 패드는 다공도가 0.1용적% 이상이고, 40℃ 및 1rad/sec에서 KEL 에너지 손실 인자가 385 내지 750 l/Pa이고, 40℃ 및 1rad/sec에서 모듈러스 E'가 100 내지 400MPa인 중합체성 물질을 포함한다.
연마 패드, 반도체 기재, 평탄화, 다공도, KEL 에너지 손실 인자, 모듈러스 E'

Description

연마 패드{Polishing pad}
본 발명은 반도체 장치의 제조와 관련된 패턴화 웨이퍼 기재를 포함하는 기재를 연마 및 평탄화하는데 유용한 연마 패드에 관한 것이다.
반도체의 제조는 통상적으로 몇몇 화학적 기계적 평탄화(CMP) 공정을 수반한다. 각각의 CMP 공정에서, 연마 용액, 예를 들면, 연마제 함유 연마 슬러리 또는 연마제 유리 반응성 액체와 함께 연마 패드는 후속 층의 수용을 위해 평탄화되거나 평탄도를 유지하는 방법으로 과량의 물질을 제거한다. 이들 층의 스택킹은 집적 회로를 형성하는 방법으로 합해진다. 이들 반도체 장치의 제조는 보다 복잡해지며, 더 높은 작업 속도, 더 낮은 누설 전류 및 감소된 전력 소모를 요한다. 장치 건축 면에서, 이는 더 미세한 특징 기하학 및 증가된 금속화 수준으로 이해된다. 점점 엄격한 이들 장치 디자인 요구는 유전 상수가 더 낮은 새로운 유전 물질과 함께 구리 금속화의 채택을 추구하는 것이다. 불행하게도, 장치의 증가된 복잡성과 함께 종종 저 k 및 극저 k 물질과 관련된 손상된 물리적 특성은 CMP 소모재, 예들 들면, 연마 패드 및 연마 용액에 대하여 보다 큰 요구를 초래한다.
특히, 저 k 및 극저 k 유전물질은 평탄화가 보다 어려운 통상의 유전물질과 비교하여 더 낮은 기계적 강도 및 보다 불량한 접착성을 제공한다. 또한, 집적 회로의 특징 크기가 감소함에 따라, CMP 유도 불량률, 예를 들면, 스크래칭은 보다 큰 문제가 된다. 또한, 집적 회로의 필름 두께 감소는 불량률 개선을 요하면서 동시에 웨이퍼 기재에 대한 허용되는 지형을 제공한다-이들 지형 요구는 점점 엄격한 평탄도, 디싱 및 부식 명세를 필요로 한다.
예를 들면, 구리 저 k 웨이퍼의 광택 불량률의 한 공급원은 이들의 보다 불량한 기계적 특성에 의한 저 k 유전물질의 박리이다. 박리부터 발생하는 이러한 불량률을 최소화하기 위해, 보다 낮은 연마 헤드 다운-포스를 포함하는 "보다 온화한" 연마 조건에 대한 경향이 존재한다. 이러한 경향과 밀접하게 커플링된 것은 웨이퍼와 패드 사이의 높은 마찰이 불량률을 증가시키는 확신이다. 불행하게도, 그러나, 마찰 감소가 연마 제거율을 상업적으로 허용되지 않는 비율로 허용되지 않게 감소시킨다는 것을 종종 관찰하였다.
저 k 구리 패턴화 웨이퍼는 허용되지 않은 수준의 불량률을 나타낼 수 있으나, Rodel의 IC1000TM 계열의 연마 패드와 양호한 지형을 나타낸다. 이러한 패드는 이의 다공도가 중합체성 미소구로부터 형성된 다공성 폴리우레탄 매트릭스로 이루어진다. 예를 들면, 미국 특허 제6,454,634호(James 등)에는 안정성, 평탄도 및 불량률이 개선된 중합체성 미소구를 갖는 다공성 폴리우레탄 연마 패드가 기술되어 있다.
미소구-함유 패드와는 달리, 다공질 연마 패드는 다공도가 응고 과정을 통해 생성된 "유연한" 레질리언트 중합체성 패드로 이루어진다. 다공질 패드가 우수한 불량률을 달성하나, 이들은 저 k 및 극저 k 웨이퍼의 CMP에 대하여 요구되는 평탄화 능력이 결여된다. 일반적으로, 양호한 평탄화를 제공하는 연마 패드를 사용하면 불량률 성능이 희생되고, 낮은 불량률을 제공하는 연마 패드를 사용하면, 평탄화 성능이 희생된다. 따라서, 불량률이 낮은 평탄화 웨이퍼를 수득하기 위하여 특성의 조합이 개선된 연마 패드를 필요로 한다.
본 발명은 다공도가 0.1용적% 이상이고, 40℃ 및 1rad/sec에서 KEL 에너지 손실 인자가 385 내지 750 l/Pa이고, 40℃ 및 1rad/sec에서 모듈러스 E'가 100 내지 400MPa인 중합체성 물질을 포함하는, 반도체 기재를 평탄화하는데 유용한 연마 패드를 제공한다.
본 발명의 추가의 양태는 다공도가 0.1용적% 이상인 폴리우레탄 중합체성 물질을 포함하고, 폴리우레탄 중합체성 물질이 톨루엔 디이소시아네이트 및 폴리테트라메틸렌 에테르 글리콜과 4,4'-메틸렌-비스-o-클로로아닐린과의 예비 중합체 반응 생성물로부터 형성되고, 예비 중합체 반응 생성물이 NCO 5.5 내지 8.6중량%를 갖고, NCO에 대한 NH2 화학량론적 비가 80 내지 110%인, 반도체 기재를 평탄화하는데 유용한 연마 패드를 제공한다.
또한, 본 발명은 반도체 기재를, 다공도가 0.1용적% 이상이고, 40℃ 및 1rad/sec에서 KEL 에너지 손실 인자가 385 내지 750 l/Pa이고, 40℃ 및 1rad/sec에서 모듈러스 E'가 100 내지 400MPa인 중합체성 물질을 포함하는, 반도체 기재를 평탄화하는데 유용한 연마 패드로 연마하는 단계를 포함하는, 반도체 기재의 연마방법을 제공한다.
낮은 비율(1rad/sec)에서 측정한 연마 패드의 에너지 손실 인자는 패드의 평탄화 능력 및 연마 동안 생성되는 패드 유도 결합에 대한 예기치 않은 효과를 갖는다. 이러한 개선된 연마 성능은 집적 회로의 제조에 대한 수율 증가를 촉진시킨다. 예를 들면, 연마 패드는 Cu/유전물질, 예를 들면, Cu/TEOS 및 Cu/CDO 연마 및 각종 물질, 예를 들면, 알루미늄, 구리, 백금, 니켈, 탄탈, 티탄, 텅스텐 및 이들의 합금 및 금속간 화합물을 함유하는 반도체 기재 평탄화에 유용하다. 특히, 이들 연마 패드는 구리 또는 텅스텐을 함유하는 반도체 웨이퍼의 결합 감소를 촉진시킨다. 또한, 이들 연마 패드는 간층 유전물질(ILD), 폴리실리콘, 쉘로우 트렌치 분리(shallow trench isolation: STI), 저 k 및 극저 k 웨이퍼에 특히 유용하다.
중합체성 연마 패드는 적용된 변형과 반응하여 점성 및 탄성 거동을 둘 다 나타내는 점탄성 물질이다. 생성된 응력은 2개의 성분을 포함한다: i) 변형과 일치하는 탄성 응력 및 ii) 변형 비율과 일치하나, 변형에 90°인 점성 응력. 탄성 응력은 탄성 고체로서 물질이 거동하는 정도의 척도이고, 점성 응력은 물질이 실제 유체로서 거동하는 정도의 척도이다. 탄성 및 점성 응력은 변형에 대한 응력의 비 (또는 모듈러스)를 통한 물질 특성과 관련된다. 따라서, 변형에 대한 탄성 응력의 비는 저장(또는 탄성) 모듈러스이고, 변형에 대한 점성 응력의 비는 손실(또는 점성) 모듈러스이다. 시험이 장력, 굽힘 또는 압축에서 수행되는 경우, E' 및 E"는 각각 저장 및 손실 모듈러스를 나타낸다.
저장 모듈러스에 대한 손실 모듈러스의 비는 응력과 변형 사이의 위상각 이동(δ)의 탄젠트이다. 따라서, E"/E'는 tan δ이고, 물질의 댐핑 능력의 척도이다.
연마는 통상적으로 연마 패드와 웨이퍼 둘 다의 주기 운동을 수반하는 동적 공정이다. 에너지는 연마 주기 동안 패드로 전달된다. 이러한 에너지의 일부는 열로서 패드 내부에서 소실되고, 이러한 에너지의 나머지 일부는 패드에 저장된 다음, 연마 주기 동안 탄성 에너지로서 방출된다.
연마 패드의 댐핑 효과를 정량적으로 기술하는 몇몇 파라메터가 존재한다. 가장 간단한 것은 상기 정의한 tan δ이다. 그러나, 연마 성능을 알리는 보다 나은 파라메터는 "에너지 손실 인자"로서 공지되어 있다. ASTM D4092-90("Standard Terminology Relating to Dynamic Mechanical Measurements of Plastics")은 각각의 변형 주기에서 이러한 파라메터를 단위 용적당 에너지 손실로서 정의한다. 달리 말해서, 이는 응력-변형 이력 현상 루프 내의 영역의 척도이다.
에너지 손실 인자(KEL)는 tan δ 및 탄성 저장 모듈러스(E') 둘 다의 함수이고, 다음 수학식 1로 정의할 수 있다.
KEL=tanδ *1012/[E'*(1+(tanδ)2)]
위의 수학식 1에서,
E'는 Pascal 단위이다.
예기치 않게도, 40℃, 1rad/sec 및 0.3% 변형에서 측정한 KEL은 평탄화 및 불량률 성능 둘 다의 지시를 제공한다. 전형적인 중합체성 연마 패드 물질은 폴리카보네이트, 폴리설폰, 나일론, 에틸렌 공중합체, 폴리에테르, 폴리에스테르, 폴리에테르-폴리에스테르 공중합체, 아크릴 중합체, 폴리메틸 메타크릴레이트, 폴리비닐 클로라이드, 폴리카보네이트, 폴리에틸렌 공중합체, 폴리부타디엔, 폴리에틸렌 이민, 폴리우레탄, 폴리에테르 설폰, 폴리에테르 이미드, 폴리케톤, 에폭시, 실리콘, 이들의 공중합체 및 이들이 혼합물을 포함한다. 바람직하게는, 중합체성 물질은 폴리우레탄이고 가장 바람직하게는 가교 결합된 폴리우레탄이다. 이러한 목적으로, "폴리우레탄"은 이작용성 또는 다작용성 이소시아네이트, 예를 들면, 폴리에테르우레아, 폴리이소시아누레이트, 폴리우레탄, 폴리우레아, 폴리우레탄우레아, 이들의 공중합체 및 이들의 혼합물로부터 유도된 생성물이다.
패드의 KEL 값을 조절하기 위한 접근은 이의 화학 조성을 바꾸는 것이다. 또한, 중합체 중간 생성물의 형태는 이의 최종 특성을 지시하므로, 상이한 적용에서 중합체의 최종 용도 성능에 영향을 준다. 제조 공정은 중합체 형태 및 중합체를 제조하기 위해 사용되는 성분의 특성에 영향을 준다.
바람직하게는, 우레탄 제조는 유기 디이소시아네이트 및 폴리올 또는 폴리올 -디올 혼합물로부터 이소시아네이트-말단 우레탄 예비 중합체의 제조를 포함한다. 예를 들면, 유기 디이소시아네이트는 2,4-톨루엔 디이소시아네이트, 2,6-톨루엔 디이소시아네이트, 4,4'-디페닐메탄 디이소시아네이트, 나프탈렌-1,5-디이소시아네이트, 톨리딘 디이소시아네이트, 파라-페닐렌 디이소시아네이트, 크실릴렌 디이소시아네이트, 이소포론 디이소시아네이트 및 이들의 혼합물을 포함한다. 폴리올의 예는 폴리에테르 폴리올, 예를 들면, 폴리(옥시테트라메틸렌)글리콜, 폴리(옥시프로필렌)글리콜 및 이의 혼합물, 폴리카보네이트 폴리올, 폴리에스테르 폴리올, 폴리카프로락톤 폴리올 및 이의 혼합물을 포함한다. 폴리올의 예는 에틸렌 글리콜, 1,2-프로필렌 글리콜, 1,3-프로필렌 글리콜, 1,2-부탄디올, 1,3-부탄디올, 2-메틸-1,3-프로판디올, 1,4-부탄디올, 네오펜틸 글리콜, 1,5-펜탄디올, 3-메틸-1,5-펜탄디올, 1,6-헥산디올, 디에틸렌 글리콜, 디프로필렌 글리콜 및 이들의 혼합물을 포함하는 저분자량 폴리올과 혼합될 수 있다.
전형적으로, 예비 중합체 반응 생성물은 방향족 디아민 또는 폴리아민, 예를 들면, 4,4'-메틸렌-비스-o-클로로아닐린[MBCA], 4,4'-메틸렌-비스-(3-클로로-2,6-디에틸아닐린)[MCDEA], 디메틸티오톨루엔디아민, 트리메틸렌글리콜 디-p-아미노벤조에이트, 1,2-비스(2-아미노페닐티오)에탄, 4,4'-메틸렌-비스-아닐린, 디에틸톨루엔디아민, 5-3급-부틸-2,4- 및 3-3급-부틸-2,6-톨루엔디아민, 5-3급-아밀-2,4- 및 3-3급-아밀-2,6-톨루엔디아민 및 클로로톨루엔디아민과 반응시킨다. 임의로, 예비 중합체의 사용을 배제하는 단일 혼합 단계로 패드를 연마하기 위한 우레탄 중합체를 제조할 수 있다.
연마 패드를 제조하기 위해 사용되는 중합체의 성분은 바람직하게는 생성된 패드 형태가 안정하고 용이하게 재생될 수 있도록 선택된다. 예를 들면, 4,4'-메틸렌-비스-o-클로로아닐린[MBCA]을 디이소시아네이트와 혼합하여 폴리우레탄 중합체를 형성시키는 경우, 종종 모노아민, 디아민 및 트리아민의 수준을 조절하는 것이 유익하다. 모노-, 디- 및 트리아민의 비율을 조절함으로써 콘시스턴트 범위 내에서 가교 결합을 유지시키는데 기여한다. 또한, 종종 콘시스턴트 제조를 위해 첨가제, 예를 들면, 산화방지제, 및 불순물, 예를 들면, 물을 조절하는 것이 중요하다. 예를 들면, 물은 이소시아네이트와 반응하여 기체상 이산화탄소를 형성시키므로, 물의 농도를 조절함으로써 중합체성 매트릭스에서 공극을 형성시키는 이산화탄소 기포의 농도에 영향을 줄 수 있다.
폴리우레탄 중합체성 물질은 바람직하게는 톨루엔 디이소시아네이트 및 폴리테트라메틸렌 에테르 글리콜과 4,4'-메틸렌-비스-o-클로로아닐린과의 예비 중합체 반응 생성물로부터 형성된다. 바람직하게는, 예비 중합체 반응 생성물은 NCO 5.5 내지 8.6중량%, 보다 바람직하게는 NCO 6.0 내지 8.6중량%를 갖는다. 이러한 NCO 범위 내의 적합한 예비 중합체의 예는 AirthaneTM PET-70D, PHP-70D, PET-60D(Air Products and Chemicals, Inc.) 및 AdipreneTM LF600D, LF601D 및 LF700D(Uniroyal Chemical Products division of the Crompton Corporation)을 포함한다. 또한, 상기 예비 중합체의 블렌드 또는 기타 예비 중합체 블렌드를 블렌딩의 결과로서 적절한 중량%의 NCO 수준에 도달시키기 이해 사용할 수 있다. 또한, 상기 예비 중합 체, 예를 들면, LF600D 및 LF700D는 0.1중량% 미만의 유리 TDI 단량체를 갖고, 우수한 연마 특징을 갖는 연마 패드 형성을 촉진시키는 유리 이소시아네이트 함량이 낮은 예비 중합체이다. 또한, 전형적으로 더 높은 수준의 반응(즉, 각각의 말단에서 디이소시아네이트에 의해 캡핑된 하나 이상의 폴리올) 및 더 높은 수준의 유리 톨루엔 디이소시아네이트 예비 중합체를 갖는 "통상의" 예비 중합체는 유사한 결과를 제공해야 한다. 보다 바람직하게는, 예비 중합체 반응 생성물은 NCO 6.3 내지 8.5중량%를 갖는다. 또한, 저분자량 폴리올 첨가제, 예를 들면, 디에틸렌 글리콜, 부탄디올 및 트리프로필렌 글리콜은 예비 중합체 반응 생성물의 NCO 중량%의 조절을 촉진한다.
NCO 중량%를 조절하는 것 이외에, 예비 중합체 반응 생성물은 바람직하게는 NCO에 대한 NH2 화학량론적 비가 80 내지 110%, 가장 바람직하게는 NCO에 대한 NH2 화학량론적 비가 80 내지 100%이다.
40℃ 및 1rad/sec에서 측정한 중합체성 물질의 KEL은 이의 평탄화 능력을 증가시키고, 패드 유도 불량률을 감소시키기 이해 385 내지 750 l/Pa이다. KEL 값이 너무 낮은 경우, 연마 패드는 반도체 기재 스크래치 가능성을 증가시킬 수 있다. 바람직하게는, 40℃ 및 1rad/sec에서 측정한 KEL은 평탄화 및 불량률 성능의 개선된 조합에 대하여 395 내지 700 l/Pa이다. 가장 바람직하게는, 40℃ 및 1rad/sec에서 측정한 KEL은 405 내지 600 l/Pa이다. 이러한 목적으로, 모든 물리적 특성 측정은 Rheometrics 소프트웨어, RSI Orchestrator 버젼 6.5.8 및 0.3% 변형 스프 링-부하 이중 캔틸레버 고정물을 사용하여 Rheometrics RSA II 동적 기계적 분석기로 수득된 벌크 값을 나타낸다.
또한, 40℃ 및 1rad/sec에서 동적 기계적 분석기로 측정한 중합체성 물질의 모듈러스는 패드의 성능에 기여한다. 모듈러스가 100 내지 400MPa인 중합체성 물질은 다중 웨이퍼를 연마하기에 충분한 강성을 갖는 연마 패드를 제공한다. 바람직하게는, 중합체성 물질의 모듈러스는 이들 시험 조건하에서 120 내지 350MPa, 가장 바람직하게는 140 내지 300MPa이다.
또한, 패드 물질의 벌크 경도(다공도 포함)는 연마 성능에 따른 효과를 가질 수 있다. 가장 바람직하게는, 패드 물질의 쇼어(Shore) D 경도는 20 내지 60이다.
표 1은 개선된 연마 성능을 달성할 수 있는 물리적 특성을 요약한 것이다.
특성 광의 중간 협의
40℃ 및 1rad/sec에서의 KEL(l/Pa) 385 내지 750 395 내지 700 405 내지 600
40℃ 및 1rad/sec에서의 E'(MPa) 100 내지 400 120 내지 350 140 내지 300
또한, 이들 연마 패드는 다공성이고, 다공도가 0.1용적% 이상이다. 이러한 다공도는 연마 패드의 연마 유체 전달 능력에 기여한다. 바람직하게는, 연마 패드의 다공도는 0.2 내지 70용적%이다. 가장 바람직하게는, 연마 패드의 다공도는 0.25 내지 60용적%이다. 바람직하게는, 공극 또는 충전제 입자는 중량 평균 직경이 5 내지 100㎛이다. 가장 바람직하게는, 공극 또는 충전제 입자는 중량 평균 직경이 10 내지 90㎛이다. 또한, 10 내지 30㎛(가장 바람직하게는, 15 내지 25㎛)의 중량 평균 직경은 연마 성능을 추가로 개선시킬 수 있다. 팽창된 중공 중합체성 미소구의 중량 평균 직영의 공칭 범위는 전형적으로 10 내지 50㎛이다. 임의로, 팽창되지 않은 중공 중합체성 미소구를 액체 예비 중합체 블렌드에 직접 가할 수 있다. 전형적으로, 팽창되지 않는 미소구는 동일 반응계 내에서 캐스팅 동안 팽창된다. 예를 들면, 6 내지 9㎛의 중량 평균 직경(팽창되지 않음)은 15 내지 25㎛으로 성장되고, 10 내지 16㎛의 중량 평균 직경(팽창되지 않음)은 30 내지 50㎛으로 성장된다.
사전 팽창되거나 동일 반응계 내에서 팽창된 중공 미소구를 캐스팅하거나, 화학적 발포제를 사용하거나, 용해된 기체, 예를 들면, 아르곤, 이산화탄소, 헬륨, 질소 및 공기 또는 초임계 유체, 예를 들면, 초임계 이산화탄소를 사용하거나, 중합체 입자를 소결시키거나, 선택적 용해시키거나, 기계적 통기, 예를 들면, 교반하거나 접착제를 사용하여 중합체 입자를 응집시킴으로써 다공도를 도입시킬 수 있다.
연마 패드가 폴리우레탄 물질인 경우, 연마 패드는 바람직하게는 밀도가 0.5 내지 1.05g/cm3이다. 가장 바람직하게는, 폴리우레탄 연마 패드는 밀도가 0.7 내지 0.98g/cm3이다. 또한, 폴리우레탄 연마 패드는 바람직하게는 개선된 강도 및 기계적 및 열적 안정성을 위해 가교 결합을 함유한다.
실시예
중합체성 패드 물질을 우레탄 예비 중합체로서 다양한 양의 이소시아네이트를 예비 중합체에 대하여 50℃ 및 4,4'-메틸렌-비스-o-클로로아닐린[MBCA]에 대하여 116℃에서 MBCA와 혼합하여 제조하였다. 특히, 폴리테트라메틸렌 에테르 글리콜[PTMEG] 예비 중합체와의 각종 톨루엔 디이소시아네이트[TDI]는 상이한 특성을 갖는 연마 패드를 제공한다. 이러한 온도에서, 우레탄/다작용성 아민 혼합물은 중공 중합체성 미소구(EXPANCEL
Figure 112004045588211-pat00002
551DE40d42, AkzoNobel)를 혼합물에 첨가한 후 4 내지 9분 정도의 겔 시간을 갖는다. 미소구는 중량 평균 직경이 30 내지 50㎛이고, 범위가 5 내지 200㎛이며, 고전단 혼합기를 사용하여 약 3,600rpm에서 블렌딩하여 혼합물에서 미소구를 균일하게 분포시켰다. 최종 혼합물을 금형으로 옮기고, 약 15분 동안 겔화시켰다.
금형을 경화 오븐에 위치시키고, 다음과 같은 주기로 경화시켰다: 주위 온도로부터 104℃의 경화점으로 30분 램핑하고, 104℃에서 45분 및 2시간 경화점에서 21℃로 감소시킨다. 성형품을 얇은 시트로 "스카이빙(skived)"하고, 마크로-채널 또는 그루브를 실온에서 표면으로 규격화한다-고온에서 스카이빙은 표면 조도를 개선시킬 수 있다. 표 2에 나타낸 바와 같이, 샘플 1 내지 5는 본 발명의 연마 패드를 나타내고, 샘플 A 내지 D는 비교 실시예를 나타낸다.
샘플 첨가제 미소구
(중량%)		 다공도*
(용적%)		 화학량론적 비
NH2:NCO(%)		 밀도
(g/cm3)		 경도
(쇼어 D)
1 아디프렌 LF600D 0.9 20 95 0.96 51
2 아디프렌 LF600D 1.8 30 85 0.79 42
3 아디프렌 LF700D 0.9 20 95 0.94 57
4 아디프렌 LF700D 1.8 30 95 0.78 48
5 아디프렌 LF600/LF950A 1.8 30 85 0.79 45**
A 아디프렌 LF600D 0 0 95 1.17 60
B 아디프렌 LF751D 0 0 95 1.19 58
C 아디프렌 LF751D 0.9 20 95 0.90 55
D 아디프렌 L325 1.6 30 87 0.8 57
* 첨가한 미소구 중량%로부터 계산
** 50% 상대 습도에서 3일 동안 25℃에서 이들을 위치시키고, 시험 전에 3개의 50mil(1.3mm) 샘플을 스택킹시켜 패드 샘플을 콘디셔닝함으로써 경도 시험의 반복성을 개선시킨다.
아디프렌(Adiprene)은 우레탄 예비 중합체 생성물(Crompton/Uniroyal Chemical)이다.
LF600D는 NCO 7.1 내지 7.4중량%의 TDI-PTMEG이다.
LF700D는 NCO 8.1 내지 8.4중량%의 TDI-PTMEG이다.
LF751D는 NCO 8.9 내지 9.2중량%의 TDI-PTMEG이다.
L325는 NCO 8.95 내지 9.25중량%의 H12MDI/TDI-PTMEG이다.
LF950A는 NCO 5.9 내지 6.2중량%의 TDI-PTMEG이다.
샘플 5는 공칭 NCO 6.67중량%를 달성하는, 47:53 중량비로 블렌딩된 아디프렌 LF600D 및 LF950A 혼합물이다.
표 2의 연마 패드의 기계적 시험은 표 4 및 표 5에 나타낸 Rheometrics 소프 트웨어, RSI Orchestrator 버젼 6.5.8(1rad/s 또는 10rad/s의 비율로)을 사용한 물리적 특성 결과를 제공한다. 물리적 특성 이외에, 표 3의 조건으로의 연마는 각각의 실험 패드에 대한 불량률 및 부식 데이타를 제공한다.
적용된 물질 Mirra®연마기
웨이퍼 = 구리 시트 또는
패턴화 Cu/Ta/TEOS		 플래튼 1 플래튼 2 플래튼 3
패드 IC1010TM IC1010TM 실험 패드
초기 패드 파괴 시간, min 10 10 10
슬러리 EPL2360 RLS3126 CUS1351
슬러리 유량, ml/min 150 80 180
패드 클리너 8105 ElectracleanTM NA
다운포스(kPa) 27.6 20.7 20.7
플래튼 속도(rpm) 93 33 120
캐리어 속도(rpm) 21 61 114
시간, s 90 90 90
콘디셔너=Kinik AD3CG-181060 AD3CG-181060 AD3CG-181060
동일반응계 외에서 콘디셔닝
다운포스, kPa/시간, s		 62/9 34/15 62/12
콘디셔너 180㎛ 다이아몬드 크기, 100㎛ 다이아몬드 돌출, 600㎛ 다이아몬드 이격, 입방 팔면체 다이아몬드
EPL2360 및 8105 Eternal Chemical
RLS3126 및 CUS1351 Rodel, Inc.
ElectracleanTM Applied Materials, Inc.
실시예 1
표 4는 i) 구리 시트 웨이퍼 및 Cu/Ta/TEOS 패턴화 웨이퍼에 대한 불량률 및 ii) Cu/Ta/TEOS 패턴화 구리에 대한 디싱 및 부식에 대하여 40℃ 및 10rad/sec에서 측정한 모듈러스 및 에너지 손실을 비교한다.
샘플 E' 40℃
10rad/s
0.2% 변형
MPa		 40℃ 10rad/s
0.2% 변형
에서의 KEL		 패턴화 웨이퍼
평균 854
Orbot 결함(a)		 평균 Cu 시트
웨이퍼 Orbot
결함(a)		 패턴화
웨이퍼 평균
100㎛ 라인
디싱, Å		 패턴화
웨이퍼 평균
90% 밀도
부식, Å
1 215 452 89 171 377 715
2 148 584 75 104 380 654
3 315 350 81 240 399 744
4 111 848 51 97 295 567
A 338 355 138 1219 1146 1395
B 753 130 139 1598 618 1538
C NA NA 160 1315 362 741
D 400 220 151 900 249 533
(a) OrbotTM WF-720 웨이퍼 검사 시스템
NA는 입수할 수 없음
표 4의 데이타는 10rad/sec에서 측정한 샘플에 대하여 모듈러스(E') 또는 에너지 손실 및 불량률 또는 평탄화 사이에 어떠한 상관성을 나타내지 않는다.
실시예 2
표 5a 및 표 5b는 i) 구리 시트 웨이퍼 및 Cu/Ta/TEOS 패턴화 웨이퍼에 대한 불량률 및 ii) Cu/Ta/TEOS 패턴화 구리에 대한 디싱 및 부식에 대하여 40℃ 및 1rad/sec에서 측정한 모듈러스 및 에너지 손실을 비교한다.
샘플 E' 40℃
1rad/s
0.3% 변형
MPa		 40℃ 1rad/s
0.3% 변형
에서의 KEL		 패턴화 웨이퍼
평균 854
Orbot 결함
(a)		 평균 Cu
시트 웨이퍼
Orbot 결함
(a)		 패턴화 웨이퍼
평균 디싱의
100㎛ 라인,
Å		 패턴화 웨이퍼
평균 부식의
90% 밀도
특징, Å
1 197 480 89 171 377 715
2 180 428 75 104 380 654
3 286 428 81 240 399 744
4 189 520 51 97 295 567
A 316 377 138 1219 1146 1395
B 807 126 139 1598 618 1538
C 476 200 160 1315 362 741
D 320 289 151 900 249 533
(a) OrbotTM WF-720 웨이퍼 검사 시스템
샘플 E' 40℃
1rad/s
0.3% 변형
MPa		 40℃ 1rad/s
0.3% 변형
에서의 KEL		 패턴화 웨이퍼
평균 854
Orbot 결함
(b)		 평균 Cu 시트
웨이퍼 Orbot
스크래치
결함(b)		 패턴화 웨이퍼
평균 디싱의
100㎛ 라인,
Å		 패턴화 웨이퍼
평균 부식의
90% 밀도
특징, Å
2 180 428 NA 192* NA NA
2 148 584 NA 176* NA NA
2 148 584 877* 383* NA NA
5 137 413 NA 245* NA NA
5 137 413 NA 326* NA NA
D 400 220 3034* 5072* NA NA
(b) 작은 결함에 대하여 미세 조정된 OrbotTM WF-720 웨이퍼 검사 시스템
NA는 입수할 수 없음
* EPL2362를 플래튼 1에 사용하고, 웨이퍼 검사 시스템의 감도를 증가시키고, Cu 시트 웨이퍼의 경우에서, "스크래치"를 확인하기 위해 개발된 연산 방식으로 측정하는 것을 제외하고는, 표 3에 나타낸 바와 같은 연마후 측정
이들 데이타는 KEL 과 개선된 패턴화 웨이퍼 불량률, 개선된 구리 시트 불량 률 및 개선된 패턴화 웨이퍼 디싱 및 부식 사이에 강한 상관성을 보여준다. 연마 패드 1 내지 5는 Cu/Ta/TEOS 패턴화 웨이퍼 및 구리 시트 웨이퍼에 대하여 결함 감소에 특히 효과적이다. 불량률 감소 이외에, 이들 연마 패드는 또한 양호한 디싱 및 우수한 부식 성능을 제공한다. 디싱 및 부식 성능은 연마 패드의 개선된 평탄화 능력을 예시한다.
실시예 3
본 실시예는 연마 패드 2와 비교 연마 패드 D의 TEOS(테트라에틸오르토실리케이트 전구체로부터 부착된 이산화규소) 및 텅스텐 연마 특징을 비교한다-연마 패드 D는 IC1000TM 폴리우레탄 연마 패드와 동일하다. 이러한 비교는 200mm TEOS 웨이퍼 및 200mm 텅스텐 웨이퍼에 대하여 5psi(34.5kPa), 65rpm 플래튼 속도, 50rpm 캐리어 속도에서 IPEC 472 연마기에 의지하고 MSW1500 알루미나 입자 함유 슬러리(Rodel, Inc.)를 150ml/min의 비율로 도입한다.
표 6은 TEOS 및 텅스텐 제거율을 비교한다.
웨이퍼 물질 샘플 D
제거율(Å/min)		 샘플 2
제거율(Å/min)
텅스텐 2149 1845
TEOS 207 233
표 6의 데이타는 시험되는 조건에 대하여 샘플 D의 통상의 폴리우레탄 연마 패드와 비교하여 샘플 2의 유의한 제거율 감소가 없음을 예시한다.
다음 표 7은 SEMVisionTM 모델 G2 결함 분석기(Applied Materials, Inc.)을 사용하여 분석되는 20회 시험되는 샘플 2 및 6회 시험되는 샘플 D의 TEOS 웨이퍼 불량률을 비교한다.
수행 샘플 2
전체 결함		 샘플 D
전체 결함
1 1463 12869
2 1623 7406
3 375 6089
4 704 7352
5 382 5320
6 1308 5848
7 575 NA
8 1583 NA
9 292 NA
10 284 NA
11 1346 NA
12 631 NA
13 327 NA
14 262 NA
15 1047 NA
16 1243 NA
17 526 NA
18 992 NA
19 210 NA
20 339 NA
NA 입수할 수 없음
표 7의 데이타는 연마 패드 2가 샘플 D의 통상의 폴리우레탄 패드와 비교하여 시험되는 조건하에 TEOS 불량률에서 유의한 감소를 제공함을 보여준다-통상적으로, 알루미나 함유 슬러리는 높은 전체 불량률을 초래한다. 또한, 샘플 2 연마 패드로 연마 후 확인된 몇몇 결합은 불량한 도입 웨이퍼 특징으로부터 초래될 수 있다.
요약하면, 본 발명에 따른 연마 패드는 평탄화 능력 및 낮은 패드 유도 불량률의 개선된 조합을 가질 수 있다. 많은 적용에서, 이들 연마 패드는 더 뻣뻣한 연마 패드, 예를 들면, IC1000TM 연마 패드의 평탄화 능력을 가지며, 보다 유연한 폴리우레탄 연마 패드, 예를 들면, PolitexTM 연마 패드와 유사한 패드 유도 불량률을 갖는다.

Claims (5)

  1. 다공도가 0.1용적% 이상이고, 40℃ 및 1rad/sec에서 KEL 에너지 손실 인자가 405 내지 600 l/Pa이고, 40℃ 및 1rad/sec에서 모듈러스 E'가 140 내지 300MPa이고, 쇼어 D 경도가 20 내지 60인 중합체성 물질을 포함하는, 반도체 기재 평탄화용 연마 패드.
  2. 제1항에 있어서, 다공도가 0.1용적% 이상인 폴리우레탄 중합체성 물질을 포함하고, 상기 폴리우레탄 중합체성 물질이 톨루엔 디이소시아네이트 및 폴리테트라메틸렌 에테르 글리콜과 4,4'-메틸렌-비스-o-클로로아닐린과의 예비 중합체 반응 생성물로부터 형성되고, 상기 예비 중합체 반응 생성물이 5.5 내지 8.6중량%의 이소시아네이토 그룹(NCO)을 갖고, NCO에 대한 4,4'-메틸렌-비스-o-클로로아닐린의 아미노 그룹(NH2)의 화학양론적 비가 80 내지 110%인, 반도체 기재 평탄화용 연마 패드.
  3. 다공도가 0.1용적% 이상이고, 40℃ 및 1rad/sec에서 KEL 에너지 손실 인자가 405 내지 600 l/Pa이고, 40℃ 및 1rad/sec에서 모듈러스 E'가 140 내지 300MPa이고, 쇼어 D 경도가 20 내지 60인 중합체성 물질을 포함하는 반도체 기재 평탄화용 연마 패드로 반도체 기재를 연마하는 단계를 포함하는, 반도체 기재의 연마방법.
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KR20220032207A (ko) * 2020-09-07 2022-03-15 에스케이씨솔믹스 주식회사 연마 패드, 연마 패드의 제조 방법 및 이를 이용한 반도체 소자의 제조 방법
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