KR101129905B1 - 연마 패드 - Google Patents

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KR101129905B1
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오스카 카이 치 쥬
알라카 포트니스
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Abstract

본 발명은, 임의로 연마제 입자를 함유할 수 있는 슬러리 존재 하에서, 반도체 및 다른 평탄 기판을 연마하는 개선된 연마 패드에 관한 것이다. 연마 패드는 부직 섬유 성분을 포함하며, 그 일부는 임의로는 중합체 매트릭스 성분 내로 내장되는 이성분 섬유를 임의로 포함할 수 있다.
연마 패드, 화학적 기계적 연마, 평탄화, 이성분 섬유, 연마제 입자

Description

연마 패드{POLISHING PAD}
관련 출원의 상호 참조
본 출원은 2004년 5월 11일 출원된 미국 실용신안 출원번호 10/843,111의 출원일의 이익을 주장하며, 그의 교시 내용은 본원에 참조로 포함되었다.
본 발명은 연마 패드에 관한 것이며, 보다 구체적으로는 연마 패드를 형성하는 신규 조성물 및 방법에 관한 것이다. 본 발명의 연마 패드는 반도체 및 관련 소자의 제조 중 기판의 화학적-기계적 평탄화에 특히 유용하다. 본 발명은 니들 펀칭 부직물을 포함하는 패드에 관한 것이며, 그의 일부 또는 전체는 임의로는 중합체성 결합제에 내장되는 이성분 섬유를 포함할 수 있다. 패드는 연마 슬러리에 연마제가 될 필요가 있든, 또는 그렇지 않든, 화학적-기계적 연마에 적합하다. 니들 펀칭 부직물 및 임의로는 중합체성 결합제로부터 형성되는 패드는, 연마 작업에 더욱 적합한 것으로 알려진 고유의 경도 특징을 갖는 패드를 공급하는 방식으로 가공될 수 있다. 또한, 본 발명의 패드는 복잡하지 않은 연속 공정을 사용하여 제조될 수 있다.
여러 해 동안, 광학 렌즈와 반도체 웨이퍼는 화학적-기계적 수단에 의해 연마되어 왔다. 보다 최근에는, 이 기술은 이산화규소의 금속간 유전층의 평탄화 수 단 으로서, 및 다양한 기판상에 제작되는 집적 회로 장치 내의 도전층의 일부를 제거하는 데 적용되어 왔다. 예를 들면, 이산화규소의 등각층은 금속의 상호연결부를 보호하여, 층의 상측면이 밑에 있는 금속 상호연결부의 높이와 폭에 상응하는 일련의 비-평탄 단계에 의해 특징화된다.
반도체 기술분야의 급속한 진보는 고도 대규모 집적(VLSI) 및 최고도 대규모 집적(ULSI) 회로의 도래를 맞게 되었고, 이로 인해 반도체 기판 내에 더 작은 영역에 더 많은 소자를 채워넣을 수 있게 되었다. 소자의 밀도가 클수록, 전류 설계에 포함되는 보다 작은 특징을 갖는 장치를 더 많이 형성하는데 요구되는, 보다 고도의 해상도의 리소그래피 공정을 허용하기 위해, 보다 높은 평탄도가 요구된다. 또한, 구리는 그의 낮은 저항 때문에 상호연결물질로서 점점 더 많이 사용되고 있다. 통상, 도전성(금속) 및 절연 표면을 평탄화하는 데는 에칭 기술이 사용된다. 그러나, 상호연결물질로 사용되는 경우 유리한 성질에 기인하여 바람직한 특정 금속(Au, Ag, Cu)은 에칭에 쉽게 순응되지 않아, 화학적-기계적 연마(CMP)를 필요로 한다.
일반적으로, 다양한 금속 상호연결부가 리소그래피 또는 상감 공정을 통해 형성된다. 예를 들면, 리소그래피 공정에서, 제1 블랭킷(blanket) 금속층이 제1 절연층상에 침착되고, 그 뒤 제1 마스크를 통한 제거식 에칭에 의해 전기선이 형성된다. 제2 절연층은 제1 금속화층 위에 놓이며, 제2 마스크를 이용하여 제2 절연층 내로 홀(hole)이 패턴화된다. 금속 컬럼 또는 플러그는 홀을 금속으로 채워 형성된다. 제2 블랭킷 금속층은 제2 절연층 위에 형성되며, 플러그는 제1 및 제2 금 속층을 전기적으로 연결시킨다. 제2 금속층은 마스킹 및 에칭되어 제2 전기선 세트를 형성한다. 이 공정이 필요한 만큼 반복되어 원하는 장치를 생성한다. 상감 기술은 초우(Chow) 등의 미국 특허번호 4,789,648호에 기재되어 있다.
현재, VLSI는 배선재(wiring)에는 알루미늄을, 플러그에는 텅스텐을 사용하는데, 이는 그들의 에칭에 대한 민감성 때문이다. 그러나, 구리의 고유 저항은 알루미늄 또는 텅스텐보다 월등하여 그 사용이 바람직하나, 에칭에 관하여는 바람직한 성질을 갖지 못한다.
금속간 유전층의 상측면 높이의 변화는 여러 가지 바람직하지 못한 특징을 갖는다. 후속적인 광리소그래피 공정 단계의 광학 해상도는 비-평탄 유전체층에 의해 변질될 수 있다. 광학 해상도의 손실은 라인이 인쇄되는 곳에서의 해상도를 감소시킨다. 또한, 계단부 높이가 큰 곳에서, 유전체층 위의 제2 금속층의 보호가 불완전하여, 개회로(open circuit)를 유발할 수 있다.
이러한 문제들을 고려하여, 금속 및 유전체층의 상측면을 평탄화하기 위한 방법이 발달되어 왔다. 그러한 기술 중 하나는 회전 패드에 의해 작동되는 마찰 연마제를 사용하는 화학적-기계적 연마(CMP)이다. 화학적-기계적 연마 방법은 베이어(Beyer) 등의 미국 특허번호 제4,944,836호에 기재되어 있다. 통상적인 화학적-기계적 연마 패드는 비교적 부드럽고 탄력적인 물질, 예컨대 비교적 적은 양의 폴리우레탄 접착 결합제에 의해 상호 연결되는 부직 섬유로 제조되며, 또는 패드 두께를 통틀어 물리적 성질을 변화시킨 적층체를 포함할 수도 있다. 다층 패드는 일반적으로 보다 강성(stiff)인 물질층이 배접하는 탄력적인 상부 연마층을 가진 다.
CMP 기술은 제거될 표면층의 화학적 전환과 전환 생성물의 기계적 제거를 조합한 것이다. 이상적으로는, 전환 생성물은 부드러워, 높은 연마 속도를 용이하게 한다. 본 발명과 관련된 CMP 패드는 2가지의 제한을 해결하여야 한다. 연마될 기판과 접촉하는 표면은 다소 탄력이 있어야 한다. "디싱(dishing)"으로도 알려진 국소 과다연마의 문제가 본 발명과 특히 관련이 있다. 이것은 금속 표면의 CMP 중에 직면하는 핵심 문제들 중 하나이다. 일반적으로, 디싱을 방지하기 위해서는 보다 강성인 패드를 필요로 하는 것으로 알려져 있다. 그러나, 표면 스크래치 또는 결손(defect)의 수와 밀도의 증가가 보다 강성인 패드와 관련되어 있다. 이러한 결손은 제품의 낮은 수율과 관련되어 있다.
반도체 칩의 제조에 가장 일반적으로 사용되는 몇몇 연마 패드는 매우 연성인 발포체 패드이거나, 연성 부직 섬유 패드이다. 연성 연마 패드의 장점은 연마되는 웨이퍼상의 낮은 결손 밀도와 양호한 웨이퍼 내 균일성이다. 그러나, 연성 CMP 패드는 약 50 개의 웨이퍼를 연마한 뒤에는 교체를 필요로 하는 매우 짧은 패드 수명의 문제, 및 패드의 연성에 기인하여, 연마된 웨이퍼의 과도한 디싱의 문제가 있다. 또한, 금속 상감 CMP 공정에 있어서, 연성 패드는 일반적으로 경성 패드와 비교할 때 훨씬 많은 디싱을 유발한다.
일반적으로, 디싱을 방지하기 위해서는 보다 강성인 패드를 필요로 하는 것으로 알려져 있다. 그러므로, 경성 연마 패드는 연성 패드에 비해 보통 더 나은 평탄화 능력을 갖는다. 그러나, 결손의 개수는 연성 패드에 비해 훨씬 높고, 웨이 퍼 내 균일성은 보통 훨씬 나쁘다. 또한, 경성 패드는 조정이 가능한데, 이는 패드 표면 조건이 다이아몬드 디스크 또는 연마 롤러를 사용하여 마모 부위 및 내장된 파편을 제거함으로써 재생되어, 패드 표면을 재조정할 수 있음을 의미한다. 이러한 재조정 능력은 경성 패드가 연성 패드보다 매우 오래 지속될 수 있음을 의미한다. 이러한 현장내 재조정은 또한 패드 교체를 위한 연마 도구의 사용 중단 시간이 상당히 감소됨을 의미하기도 한다.
현재, 이러한 문제들은 다단계 기술을 사용하여 처리되고 있는데, 이는 초기 연마는 패드 및 연마제 화합물의 한 조를 사용하고, 그 뒤 제1조에 비해 상이하게 최적화된 패드 및 연마제 화합물의 제2조를 사용한 제2 연마 단계에 의해 빠른 속도로 수행되는 것이다. 이는 시간 낭비적인 공정이며, 또한 두 개의 상이한 패드를 사용하므로 높은 결손 밀도의 문제 또한 발생한다. Cu의 평탄화를 위해서는 CMP 패드는 결정적이며, 연마제 슬러리 만큼이나 중요하다. 선행기술에서는, 단일층 패드는 양호한 평탄화를 얻기에는 너무 강성이거나 너무 연성이라는 것을 제시하였다. 이전에는 더 나은 CMP 성능을 얻기 위해, 퇴적된 부직 패드 및 다른 유형의 패드가 시도되었다. 그러나, 얇은(5 내지 20 밀 두께) 섬유 패드는 충분히 견고하지 못하여, CMP 공정에 잔존하지 못하였다.
그러므로, 개선된 섬유 연마 패드에의 필요성이 존재한다. 고품질의 패드는 하기 필요조건을 만족하여야 하는데, 즉 연마되는 표면에 극도로 낮은 결손 개수를 생성하고, 연마되는 표면에 극도로 적은 디싱과 극도로 낮은 부식을 유발하고, 재조정에 의해 연장 가능한 장기간의 패드 수명을 가져야 한다. 현존하는 선행기술 의 CMP 패드 중 어느 것도 이들 필요조건을 모두 만족시킬 수 없으며, 이들은 차세대 CMP 공정을 위해 필요한 것이다. 그러므로, 특히 복잡하지 않은 연속 공정에 의해 제조되는, 새로운 유형의 CMP 패드가 이들 필요조건을 만족하기 위해 필요하다.
발명의 요약
일실시태양에서, 본 발명은 임의로는 적어도 일부 또는 전부가 이성분 섬유를 포함하는, 부직 섬유 성분을 포함하는 제1 성분, 및 임의로는 중합체 매트릭스 성분을 포함하는 제2 성분을 포함하고, 상기 섬유 성분이 상기 중합체 매트릭스 성분 내로 내장되는, 기판의 연마를 위한 패드에 관한 것이다.
방법적 형태에서, 본 발명은 임의로는 적어도 일부 또는 전부가 이성분 섬유를 포함하는 부직 섬유 성분을 제공하는 단계, 임의로는 상기 부직 섬유 성분을 코팅하기 위해 중합체 매트릭스를 제공하는 단계, 상기 부직 섬유 성분을 상기 중합체 매트릭스와 결합하는 단계, 및 상기 중합체 매트릭스와 부직 섬유 성분을 온도 범위 "T" 및 압력에 놓아, 상기 연마 패드로서 사용하기 위한 복합체 시트를 고형화 및 형성하는 단계를 포함하는, 연마 패드의 제조 방법을 포함한다. 이러한 공정에서, 이성분 섬유는 Tm1의 융점을 갖는 한 성분 및 Tm2의 융점을 갖는 한 성분을 포함하며, 여기서 Tm1<Tm2이고, Tm1은 온도 범위 "T" 이내이다. 별법으로, 온도 범위 "T" 이내인 융점을 갖는 결합제 섬유를 사용할 수도 있다.
본 발명은 또한 연마제 입자를 함유하거나 함유하지 않을 수 있는 슬러리 존 재 하에서 기판을 연마하는 연마 패드에 관한 것이다. 본원의 연마 패드는 또한 연속 제조 공정을 통한 제조에 적합하다.
특정 실시태양의 패드는 비교적 얇고 강성이며 경성인 구조인 것을 특징으로 할 수도 있다. 본 발명의 패드 상부층의 연마 성질은 사용되는 부직 섬유의 선정 및 특징, 사용되는 임의의 중합체성 매트릭스(결합제)의 선정, 및 패드 제조 공정에 사용되는 포화도 및 압축률에 기인하여, 완성된 패드와 비교한 부직물의 밀도 증가에 의해 특이하게 다양할 수 있다.
또한 본 발명은 상기 개시한 연마 패드의 제조 방법에 관한 것이다. 구체적으로, 본 방법은 적어도 일부 또는 전부가 이성분 섬유를 포함할 수 있는 니들 펀칭 부직물을 중합체 결합제와 원하는 수준으로 결합하는 단계, 및 열 및 압력 하에서 얇은 시트를 형성한 뒤, 표면을 마무리하는 단계를 포함한다. 이성분 섬유의 일부를 활성화하는 기능을 하는 열 및 압력의 적용은 개선된 물리적 성질을 갖는 시트를 생성한다. 압력의 적용은 추가로 시트의 두께 및 밀도를 조절하는 기능을 한다. 시트는 연마 패드를 형성하기 위하여, 형성화를 위해 절단되며, 임의로는 연마 패드를 형성하기 위한 기판에 배접할 수 있다. 본 발명의 연마 패드는 화학적 기계적 연마(CMP)로 알려진 반도체 웨이퍼 연마, 및 연마 슬러리로서 액체 매질을 사용하는 금속, 세라믹, 유리, 웨이퍼, 하드 디스크 등의 다른 연마 용도를 비롯한 다양한 용도에 적용될 수 있다.
본 발명은 첨부하는 도면과 함께, 하기 기재된 발명의 상세한 설명을 참조하 면 보다 더 이해될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 바람직한 제조 공정의 개략도이다.
본 발명의 또 다른 목적 및 장점은, 본 발명의 바람직한 실시태양이 도시 및 기재되며, 본 발명을 실시하는 최선의 방식을 도시하는 하기 발명의 상세한 설명으로부터 당업자에게 자명해질 것이다. 숙련된 자에 의해 이해되듯이, 본 발명은 서로 상이한 실시태양이 될 수 있으며, 그의 세부 사항은 본 발명을 벗어나지 않은 채 다양한 관점에서 변형이 가능하다.
연마 패드는 임의로는 제2 중합체 매트릭스(결합제) 성분 중에 내장되는 제1 섬유 부직 중합체 성분을 포함한다. 연마 패드의 섬유 성분으로서 본 발명에의 사용에 적합한 전형적인 부직물로는 바람직하게는 폴리에스테르를 들 수 있으나, 폴리프로필렌, 폴리아미드, 아크릴, 폴리에틸렌, 레이온 등의 셀룰로스 물질 및 이들 섬유의 조합 또한 사용 가능하다. 구체적으로, 코어(core)와 외장(sheath) 물질이 서로 다를 수 있는, 또는 나란히형 배열로 된, 이성분 섬유는 적어도 일부의 섬유 성분 또는 전체 섬유 성분으로서 바람직하게 사용될 수 있다. 수록하는 섬유는 사용될 수 있는 유형을 예시하는 것을 의미하나, 본 발명은 열거된 유형에 의해 제한되는 것은 아니다. 섬유 성분은 바람직하게는 중합체 매트릭스(결합제) 성분에 대해 10 내지 90 중량%의 수준으로 존재한다.
섬유 및 매트릭스 중합체는 일반적으로 함께 패드를 형성하며, 또는 섬유 단독으로 패드를 형성할 수도 있는데, 이 두 가지 경우에서, 듀로미터 경도(Durometer Hardness) 시험 방법 ASTM D2240으로 측정시 약 10 쇼어(Shore) D 내지 약 70 쇼어 D, 바람직하게는 약 30 쇼어 D 내지 약 70 쇼어 D의 경도를 갖는다. 또한, 상기 범위 내의 모든 경도 범위가 본원에 개시된 연마 패드의 제조에 사용될 수 있다. 이에 따라, 10D, 11D, 12D 등으로, 70D의 바람직한 수준까지의 경도가 본원에서 고려된다.
바람직하게는 심초형 구조, 또는 나란히형 배열을 한 본원에서 사용되는 임의의 이성분 섬유는, 성분 중 하나의 융점이 압축 및 경화 공정에서 도달하는 온도와 일치하도록 설정될 수 있다는 유리한 특성을 제공한다. 별법으로, 압축 공정에서 달성되는 온도 범위 내의 융점을 가질 수 있는 결합제 섬유를 사용할 수도 있다. 이론에 얽매이는 것은 아니지만, 이것이 섬유와 중합체 매트릭스 성분 사이의 결합 수준의 개선을 가능하게 할 수 있는 것으로 여겨진다. 그러나, 본 발명의 넓은 정황상, 또한 본원에서 더욱 완전히 논의되듯이, 심초형 구조가 이성분 섬유의 유일한 형태인 것은 아니며, 본 발명은 두 섬유의 물리적 블렌드 등의 다른 구조의 이성분 섬유를 고려한다.
중합체 매트릭스 성분을 위한 유용한 중합체성 물질은 가장 일반적인 열가소성 및 열경화성 중합체를, 중합체 분산액 및/또는 용액 등의 비-분산액 및/또는 순수 수지 등 임의의 물리적 형태로 포함하며, 폴리우레탄, 폴리아크릴레이트, 폴리스티렌, 폴리아미드, 폴리카르보네이트 및 에폭시 등의 중합체를 포함하나, 이에 한정되지 않는다. 섬유 성분을 지지하기에 충분한 강도를 갖는 다른 중합체 또한 사용 가능하다. 이 점에서, 이러한 중합체 매트릭스 성분 자체는 상기 언급한 섬유 성분과 함께 가공되어 본 발명의 연마 패드를 형성하도록, 융점(결정형 중합체의 경우), 연화점(무정형 중합체의 경우) 및/또는 경화 온도(열경화성 중합체의 경우)를 가질 수 있음이 이해될 것이다.
섬유 성분은 바람직하게는 부직 웹 또는 매트 형태인데, 이는 바람직하게는 평방미터당 약 100 내지 약 2500 그램 및 그 사이의 임의의 값 또는 임의의 범위의 기초 중량으로 니들 펀칭된다. 예를 들면, 그 범위는 평방미터당 약 300 내지 1500 그램 사이일 수 있다. 임의의 이성분 섬유 또는 결합제 섬유는 바람직하게는 부직 중합체와 함께 임의의 원하는 비율로 결합되거나, 또는 이성분 섬유가 부직 중합체 성분을 완전히 대체할 수도 있다.
섬유 및 중합체 복합체의 화학적-물리적 성질, 및 그로 인한 연마 성능은 섬유의 유형 및 크기, 중합체의 유형 및 경도, 섬유 대 중합체의 비율, 중합체의 파쇄성 및 섬유 매트 내로의 중합체 매트릭스의 국소적 및 총체적 분포에 의해 지배된다. 예시적인 목적으로서, 보다 넓은 데니어의 섬유(즉, 섬유 매트의 주어진 밀도에 보다 적은 수의 섬유를 수반하는)의 사용, 및 높은 섬유:중합체 비율의 사용은 일반적으로 보다 낮은 총 밀도 및 표면 경도, 및 보다 적은 데니어 섬유를 사용한 것과 비교할 때 보다 높은 압축률을 갖는 패드 구조를 생성할 것이다. 또한 예를 들어, 섬유 데니어가 일정하게 고정되면, 중합체 매트릭스 물질은 개질되어, 최종 패드 생성물의 밀도 및 경도 특징에 영향을 줄 수 있다.
상기 언급하였듯이, 본 발명의 섬유 매트의 일부로서 이성분 섬유의 임의적인 사용은 연마 패드의 연마 표면에 일부 특이한 성질을 제공한다. 이성분 섬유는 동일한 방사구로부터 2개의 중합체를 압출하여, 동일한 필라멘트 내에 두 중합체가 모두 함유되도록 제조된다. 다수의 이성분 섬유의 구조가 존재하나(나란히형, 매트릭스-소섬유형, 파이-쐐기형, 섬/바다형 등), 본 발명에서는 심초형(sheath/core) 구조가 바람직한데, 이는 둘러싸는 외장 부위가 코어 부위의 중합체보다 낮은 융점을 갖는 중합체를 포함하는 것이다.
언급하였듯이, 본 발명의 패드는 약 10 내지 약 100 중량%의 섬유 성분을 포함할 수 있는데, 100 퍼센트의 수준이란 패드 전체가 섬유 성분으로만 구성되는 임의의 실시태양을 지칭하며, 100 퍼센트 미만의 수는 중합체성 성분을 포함하는 임의의 실시태양에 해당한다. 이에 따라, 섬유 성분이 패드의 100 퍼센트를 포함하지 않는 경우, 중합체성 성분이 사용되며, 이러한 중합체성 성분은 섬유 성분에 대해 100%로부터의 감소를 보충하는 임의의 상응하는 수준에서 존재할 수 있다. 그러나, 바람직한 실시태양에서는 중합체성 성분은 약 10 내지 90 퍼센트의 수준, 또는 다른 별개의 퍼센트 또는 범위, 예컨대 약 40 내지 60 중량% 수준으로 존재할 수도 있다.
또한, 본 발명의 실시태양 중 어느 것이든, 패드는 약 0.5 mm 내지 5.0 mm의 바람직한 두께 범위, 및 그 사이의 임의의 값 또는 범위를 가질 수 있다. 이에 따라, 두께 범위는 약 0.5 mm 내지 3.0 mm일 수 있다.
패드 내의 원하는 경도의 바람직한 개발을 위하여, 섬유 성분은 바람직하게는 상대적으로 느슨한 망상의 섬유를 포함하며, 이 망상은 실질적으로 중합체성 매트릭스 결합제 물질로 완전히 충전되어, 중합체가 고형화된 뒤 섬유 성분이 내장되는 복합체를 형성한다. 고형화된 중합체는 바람직하게는 비교적 경성이나 파쇄성 있는 매트릭스를 형성한다. 시트가 최종 두께로 압축된 후, 시트의 상부 표면은 섬유 매트의 피층형 중합체 표면을 제거하고 약 1 내지 2 밀 두께(0.025 내지 0.052 mm)를 노출하도록, 다이아몬드 디스크 또는 대면하는 직렬 연마 롤러로 닦여져 조정될 수 있으며, 이로부터 부분적으로 유리된 섬유를 함유하는 약 1 내지 2 밀 두께의 표면층을 형성한다. 이 표면층의 생성은 경화된 중합체 매트릭스의 파쇄성에 기인한 것이다. 다시 말하면, 섬유의 강도는 결합제 또는 중합체 매트릭스 물질보다 강하여, 닦는 과정에서 결합제는 표면에서 제거되나, 표면 섬유는 섬유 및 중합체 복합체에 부착된 채로 남는다. 그러므로, 닦는 과정 후 표면 중합체 깊이의 작은 두께가 제거되어 유리된 얇은 섬유의 표면층을 남기고, 그의 적어도 일부 단편은 중합체 및 섬유의 인근 복합체의 몸체 내에 내장된다. CMP 공정 중, 이 섬유 연마 표면은 통상적인 경성 패드를 사용하여 유래되는 결손 개수의 감소를 돕는다. 또한, 본원의 섬유 매트 또는 섬유 성분을 밀하게 충진하는 중합체로부터 형성되는 고체 매트릭스는, 바람직하게는 패드의 경도를 증가시킨다.
이에 따라, 본 발명의 바람직한 패드의 얇은 섬유 표면층은 그와 함께 연마되는 웨이퍼의 결손 개수를 상당히 감소시키며, 경성이며 강성인 몸체는 연마되는 웨이퍼 표면의 디싱을 매우 감소시킨다. 그 결과, 금속 디싱이 최소화될 수 있다. 또한, 웨이퍼 표면의 부식이 감소된다.
또한, 고성능의 수준을 유지하기 위해, 본원의 패드의 상층 표면은 하나 이상의 웨이퍼를 연마한 뒤에는 재조정될 수 있다. 이는 패드의 사용 수명을 종래의 연성 섬유-기반 패드보다 훨씬 증가시킨다. 조정 과정은 디싱 현상을 감소하기 위해 밑에 있는 경성 섬유와 중합체 몸체가 섬유층을 충분히 고정 및 지지하는 동안 결손 개수의 감소를 지속적으로 돕는 얇은(약 1 내지 2밀) 섬유 표면층을 사실상 재생성할 수 있다.
임의로, 연마 패드를 형성하기 위해서, 접착제를 배접시킨 구조가 패드를 도구에 부착하기 위한 대용 수단으로서 복합체의 배접 표면에 부착될 수 있다. 이 배접 구조는 도구에 연마 패드를 부착시키기 위한 매질을 제공하고, 복합체 물질층의 강도를 보충하기 위한 압축률을 부가할 수 있다. 복합체 물질층의 강도는 소규모, 즉 연마될 기판의 적은 영역 위에 평탄화를 제공한다. 배접 구조의 압축률은 기판의 전체 표면, 예를 들면 반도체 웨이퍼 8인치 또는 12인치 직경에 걸쳐균일한 압력을 제공한다. 이는 예컨대 기판이 오목 또는 볼록하게 굴곡지거나, 또는 불규칙한 경우 연마의 균일성을 보장한다.
별법으로, 본 발명은 예컨대 도구에의 부착을 용이하기 위해 사용되는 중합체성 필름의 양 측면상에 압력 민감성 접착제(PSA)를 함유하는 밀라(Mylar, 등록상표) 필름의 사용을 고려한다. 이 상황에서, 이러한 밀라 필름은 더 많은 비압축성 층을 제공할 것이나, 여전히 효과적인 연마를 위한 도구에 패드를 부착하는 수단으로서 기능할 것이다.
또한, 또 다른 추가의 임의적 실시태양에서, 본 발명의 연마 패드는 연마 슬러리 중 가용성 또는 팽윤성인 섬유 또는 입자(예컨대, 분말) 성분을 포함할 수 있어, 본 발명의 섬유 또는 입자는 수 기재 또는 비수 기재의 슬러리를 비롯한 슬러리와 접촉하여 용해될 수 있다. 반도체 웨이퍼 연마에 있어, 슬러리는 일반적으로 수성 매질이며, 용매는 일반적으로 물이다.
그러므로, 이러한 추가의 섬유 또는 입자 성분은 바람직하게는 폴리(비닐 알콜), 폴리(비닐 알콜)의 유도체, 폴리(비닐 알콜)의 공중합체, 폴리아크릴산, 폴리아크릴산의 유도체, 폴리아크릴산의 공중합체, 다당류, 다당류의 유도체, 다당류의 공중합체, 검, 검의 유도체, 검의 공중합체, 말레산, 말레산의 유도체 또는 말레산의 공중합체를 비롯한 다양한 적합한 중합체 물질로 형성될 수 있다. 이러한 섬유 또는 입자 성분은, 바람직하게는 부직 기술 등의 임의의 적합한 공정, 예를 들면 섬유의 화학적, 기계적 또는 열적 결합, 또는 섬유 또는 필라멘트로 된 비점착성 매트의 퇴적, 및 직조 및 편물 기법에 의해 제조될 수도 있다. 또한, 이러한 연마 표면에 대한 임의적인 섬유의 배향은 조절될 수 있으며, 예컨대 이러한 섬유는 주로 표면에 평행하게 배향되거나, 바람직하게는 직교하는 배열로 배향될 수 있다. 가용성인 섬유 또는 입자는, 용해 후 공극이 형성되고 그 공극의 크기가 슬러리 내에 존재할 수 있는 연마제 입자의 입자 크기에 대해 상보적이 되도록 선택될 수도 있다. 이러한 연마제 입자는 일반적으로 100 내지 200 nm의 크기 범위를 갖는다. 이에 따라, 20 내지 200 μm의 섬유 직경 범위가 바람직하게 사용되는데, 이것이 웨이퍼 연마를 최적화하기 위한 슬러리 입자와 상호작용하는 최적의 크기를 제공함을 알게 되었다. 또한, 상기 언급한 입자의 임의의 가용성 또는 팽윤성 섬유는 연마 패드 내에 10 중량% 내지 90 중량% 수준으로 존재할 수 있다.
본 발명의 연마 패드의 일실시태양의 형성 방법, 즉 섬유 성분을 중합체 매트릭스 성분과 결합하는 실시태양이 기재될 것이다. 도 1을 주목하면, 임의로는 이성분 섬유를 포함하는 부직 섬유는 매트를 형성하기 위해 니들 펀칭될 수 있다. 그 뒤 매트를 결합제로 실질적으로 포화시키기 위하여 예컨대 분무법, 침액법, 나이프-오버-롤(knife-over-roll)법 또는 전달 코팅법 등이나 이에 제한되지 않는 방법을 사용하여, 중합체 매트릭스 성분으로 침지시킨다. 그 뒤 매트는 실질적인 건조 조건까지 중합체 매트릭스 성분과 함께 가열된다. 그 뒤, 건조 물질을 시트 형태로 절단한다. 그 뒤, 상기 언급한 것처럼 건조시까지 가열한 뒤 시트에 열 및 압력을 가하여 밀도 및 두께를 설정하는 공정이 뒤따른다. 이러한 온도는 바람직하게는 약 200 내지 550℉ 범위 내일 수 있으며, 압력은 바람직하게는 최대 2000 psi, 또는 약 500 내지 2000 psi 범위 내일 수 있다. 이렇게 형성된 시트는 그 뒤 연마 표현을 형성하기 위해 닦여져 중합체 매트릭스 피층 물질이 제거되고, 시트는 그 뒤 원하는 형태로 편리하게 절단될 수 있다. 임의로는, 닦여진 후, 접착제층이 시트에 도포될 수 있다. 또한, 원하는 형태로 절단한 뒤, 연마 패드는 임의의 통상적인 방식, 예컨대 패드 내로의 다른 물리적 특성의 도입(예컨대, 홈파기)을 통해 전환되어 추가로 연마 성능을 개선할 수 있다.
별개의 방법으로서, 중합체 매트릭스 성분의 사용을 피하고, 부직 성분을 사용할 수도 있다. 이 상황에서, 부직물은 시트로 절단되고, 밀도 및 두께를 설정하기 위해, 유사하게 약 200 내지 550 ℉의 바람직한 온도 및 최대 2000 psi의 압력으로 가열 및 가압되고, 원하는 형태로 절단되며, 또한 임의로는 상기 언급한 대로 전환된다.
하기 표 I은 본 발명의 일반적인 방법에 따라 제조된 패드의 실시예를 정리한 것이다.
Figure 112006091162166-pct00001
표 I의 모든 데이터는 연마 및 압착된 패드에 적용된다.
본쎄인(Bondthane) UD220 (본드 어드헤시브스 & 코팅스 코포레이션(Bond Adhesives & Coatings Corp))(지방족 폴리에스테르 우레탄 분산액)
샌큐어(Sancure) 1049C (노비온 스페셜티 케미칼즈(Noveon Specialty Chemicals))(지방족 수상 우레탄 중합체)
* 함께 압착된 2개의 패드는 60% 결합제와 75%의 이성분이며, 300℉에서 약 20,000 lbs로 함께 압착됨.
또한 상기로부터, 본 발명의 또 다른 바람직한 실시태양에 있어 두 개의 패드가 함께 압축 및 결합될 수 있음을 알 수 있다. 이러한 경우, 두께는 자연히 증가하고, 압축률은 감소한다. 이에 따라, 본 발명은 연마 패드 용도를 위한 하나 또는 복수의 패드층을 고려한다.
또한, 본원에서 언급하였듯이, 본 발명은 기초 중량 1000 g/m2의, 중합체 매트릭스 성분이 없는 니들 펀칭 부직 섬유 웹의 용도를 고려한다. 이러한 제품은 두께 1.5 내지 2.5 mm, 밀도 0.5 내지 1.0 g/cc, 경도 30D 내지 70D 및 압축률 0.5 내지 2.0 %를 갖는 것으로 고려된다.
또한, 표 1의 "압축률"은 하기 절차에 의해 수립됨을 주목하여야 한다.
시험 샘플을 특정한다. 시험 장비는 에이미스 게이지(Ames gages)(모델 BG2600-1-04)이다. 먼저 287 그램의 하중과 1/2" 직경의 앤빌 및 3/8" 직경의 푸트(플런저)를 갖는 하나의 특정된 에이미스 게이지를 사용하여 초기 두께를 결정한다. 그 후 샘플 상의 한 점을 랜덤하게 선택하여 "X"로 표시한다. 그 다음, "X" 점을 게이지의 푸트와 앤빌 사이에 조심스럽게 놓고, 두께가 디지털 계수로 나타나 안정된 후, 두께를 측정하여 기록한다. 그 뒤 795 그램의 하중과 1/2" 직경의 앤빌 및 3/16" 직경의 푸트(플런저)를 갖는 또 다른 특정된 에이미스 게이지를 사용하여, 다음과 같이 최종 두께를 측정한다. "X" 점을 게이지의 푸트와 앤빌 사이에 조심스럽게 놓고, 두께가 디지털 계수로 나타나 안정된 후, 두께를 측정하여 기록한다. 모든 두께 데이터를 기록한다. 하기 식을 사용하여 % 압축률을 계산한다.
% 압축률 = (초기 눈금 - 최종 눈금/초기 눈금) x 100%
상기 기재 및 성질 비교로부터, 본 발명이 복잡하지 않은 연속 방식으로 연마 패드를 제조하는 방법을 제공함이 명백할 것이다. 본 발명의 방법에 의해 형성된 패드는 가능한 조성물의 조합에 의해 광범위한 폭의 성질을 제공할 수 있다. 또한, 이성분 섬유를 사용하고, 사용되는 이성분 섬유의 외장 성분의 융점을 상부층의 용융 조건과 일치시킴으로써, 섬유와 결합제의 개선된 점착을 제공하기 위한 새로운 수단이 제공된다.
본 발명의 연마 패드는, 구체적으로는 반도체 웨이퍼의 화학적 기계적 연마에 적합하다. 그러나, 연마 패드는 연마 패드와 연마될 기판 사이에 연마제 입자를 운반 및 분산시키기 위해 액체 매질을 사용하는 연마 용도에서, 예컨대 금속, 세라믹, 유리, 웨이퍼, 또는 하드 디스크 등의 다른 기판을 연마하는 데 사용될 수도 있다. 본 발명의 바람직한 실시태양을 기재하였으므로, 이제 본 발명의 개념을 포함한 다른 실시태양이 사용될 수 있음은 당업자에게 자명할 것이다. 그러므로, 본 발명은 기재된 실시태양에 의해 제한되어서는 안되며, 첨부하는 청구범위의 취지 및 범위에 의해서만 제한되어야 할 것이다.

Claims (45)

  1. 기판을 연마하는 패드로서,
    기초 중량 100 내지 2500 g/m2의 부직 섬유 웹을 포함하는 제1 성분, 및 중합체 매트릭스 성분을 포함하는 제2 성분을 포함하고,
    상기 섬유 성분이 상기 중합체 매트릭스 성분 내로 분포되어 있으며,
    상기 부직 섬유 웹이 단일 필라멘트 내에 함유된 두 개의 중합체를 포함하는 이성분(bicomponent) 섬유를 포함하고,
    상기 두 개의 중합체 중 하나의 융점이 패드의 압축 및 경화 공정 동안 도달하는 온도와 일치하도록 설정되고,
    상기 패드가 10D 내지 70D 사이의 쇼어 D 경도를 가지며,
    상기 섬유 웹이 10 내지 90 중량%의 수준으로 존재하는 것을 특징으로 하는,
    기판을 연마하는 패드.
  2. 제1항에 있어서, 상기 기초 중량이 300 내지 1500 g/m2인, 기판을 연마하는 패드.
  3. 제1항에 있어서, 상기 패드가 표면층을 가지는 것을 추가의 특징으로 하며, 상기 섬유에 상기 중합체 매트릭스 성분이 없는 것인, 기판을 연마하는 패드.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서, 상기 이성분 섬유가 심초형(sheath/core) 배열을 한 것인, 기판을 연마하는 패드.
  7. 제1항에 있어서, 상기 이성분 섬유는 폴리에틸렌, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리에스테르, 폴리아미드 또는 폴리프로필렌으로 구성되는 것인, 기판을 연마하는 패드.
  8. 제1항에 있어서, 결합제 섬유를 더 포함하는, 기판을 연마하는 패드.
  9. 제1항에 있어서, 상기 중합체 매트릭스 성분은 폴리우레탄, 폴리아크릴레이트, 폴리스티렌, 폴리이미드, 폴리아미드, 폴리카르보네이트, 에폭시 또는 그의 조합을 포함하는 것인, 기판을 연마하는 패드.
  10. 제1항에 있어서, 0.5 mm 내지 5.0 mm의 두께 범위를 갖는, 기판을 연마하는 패드.
  11. 제10항에 있어서, 0.5 mm 내지 3.0 mm의 두께를 갖는, 기판을 연마하는 패드.
  12. 제1항에 있어서, 상기 패드는 복수의 층을 포함하며, 상기 각 층은 2성분 시스템인 것을 특징으로 하며, 각 층은 기초 중량 100 내지 2500 g/m2의 니들 펀칭 부직 섬유 웹을 포함하는 제1 성분, 및 중합체 매트릭스 성분을 포함하는 제2 성분을 포함하는 것으로 정의되고, 상기 섬유 성분이 상기 중합체 매트릭스 성분 내로 분포되어 있으며, 상기 패드가 10D 내지 70D 사이의 쇼어 D 경도를 가지는 것을 특징으로 하는 복수의 층을 포함하며, 상기 섬유 웹이 상기 복수의 층의 각 층 중 10 내지 90 중량%의 수준으로 존재하는 것인, 기판을 연마하는 패드.
  13. 제1항에 있어서, 연마 슬러리 중에서 가용화 또는 팽윤되는, 가용성 또는 팽윤성 중합체를 더 포함하는, 기판을 연마하는 패드.
  14. 제13항에 있어서, 상기 중합체가 섬유 또는 입자 형태인, 기판을 연마하는 패드.
  15. (a) 기초 중량 100 내지 2500 g/m2의 부직 섬유 성분을 제공하는 단계로서, 상기 부직 섬유 성분이 단일 필라멘트 내에 함유된 두 개의 성분을 포함하는 이성분 섬유를 포함하고, 상기 두 개의 성분 중 한 성분의 융점이 Tm1이고, 다른 한 성분의 융점이 Tm2이며, 여기서 Tm1<Tm2이고, Tm1은 온도 범위 "T" 이내인 단계;
    (b) 상기 부직 섬유 성분을 코팅하기 위해 중합체 매트릭스를 제공하는 단계;
    (c) 상기 부직 섬유 성분을 상기 중합체 매트릭스와 결합하는 단계; 및
    (d) 상기 중합체 매트릭스와 부직 섬유 성분을 온도 범위 "T" 및 압력에 놓아 밀도 및 두께를 설정하고 복합체 시트를 형성하는 단계를 포함하는,
    쇼어 D 경도 10D 내지 70D를 갖는 연마 패드의 제조 방법.
  16. 삭제
  17. 제15항에 있어서, 상기 섬유 성분이 온도 범위 "T" 이내인 융점을 갖는 결합제 섬유를 포함하는 것인, 연마 패드의 제조 방법.
  18. 제15항에 있어서, 상기 온도 범위 "T"가 200 내지 550 ℉인, 연마 패드의 제조 방법.
  19. 제15항에 있어서, 상기 압력이 최대 2000 psi인, 연마 패드의 제조 방법.
  20. 제15항에 있어서, 상기 압력이 500 내지 2000 psi인, 연마 패드의 제조 방법.
  21. 제15항에 있어서, 복합체 시트는 상부 표면을 포함하며, 상기 상부 표면이 연삭되는 것인, 연마 패드의 제조 방법.
  22. 제15항에 있어서, 상기 연마 패드를 형성하기 위한 형태로 복합체 시트를 절단하는 단계를 더 포함하는, 연마 패드의 제조 방법.
  23. 제15항에 있어서, 상기 이성분 섬유가 심초형 배열을 한 것이거나, 2개의 섬유의 물리적 블렌드인, 연마 패드의 제조 방법.
  24. 제15항에 있어서, 상기 이성분 섬유는 폴리에틸렌, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리에스테르, 폴리아미드 또는 폴리프로필렌으로 구성되는 것인, 연마 패드의 제조 방법.
  25. 제15항에 있어서, 상기 중합체 매트릭스는 폴리우레탄, 폴리아크릴레이트, 폴리스티렌, 폴리이미드, 폴리아미드, 폴리카르보네이트, 에폭시 또는 그의 조합을 포함하는 것인, 연마 패드의 제조 방법.
  26. (a) 기초 중량 100 내지 2500 g/m2의 니들 펀칭 부직 섬유 웹을 포함하는 제1 성분, 및 중합체 매트릭스 성분을 포함하는 제2 성분인 2성분 시스템으로부터 형성되고, 상기 섬유 성분이 상기 중합체 매트릭스 성분 내로 분포되어 있으며, 상기 부직 섬유 웹이 단일 필라멘트 내에 함유된 두 개의 중합체를 포함하는 이성분 섬유를 포함하고, 상기 두 개의 중합체 중 하나의 융점이 패드의 압축 및 경화 공정 동안 도달하는 온도와 일치하도록 설정되고, 상기 섬유 웹이 10 내지 90 중량%의 수준으로 존재하며, 10D 내지 70D 사이의 쇼어 D 경도를 가지는 것을 특징으로 하는 연마 패드를 사용하고,
    (b) 연마될 기판을 제공하고,
    (c) 슬러리를 제공하며,
    (d) 상기 패드를 사용하여 슬러리로 기판을 연마하는 것을 포함하는,
    기판을 연마하는 방법.
  27. 제26항에 있어서, 상기 기판이 반도체 웨이퍼를 포함하는 것인, 기판을 연마하는 방법.
  28. 제26항에 있어서, 상기 기판이 금속을 포함하는 것인, 기판을 연마하는 방법.
  29. 제26항에 있어서, 상기 패드가 상기 연마 슬러리 중에서 가용성 또는 팽윤성인 중합체를 더 포함하는 것인, 기판을 연마하는 방법.
  30. 제29항에 있어서, 상기 가용성 중합체가 상기 슬러리의 가용화 중 패드 내에 공동을 제공하는 것인, 기판을 연마하는 방법.
  31. 기판 연마용 패드로서,
    기초 중량 100 내지 2500 g/m2의 니들 펀칭 부직 섬유 웹을 포함하고,
    상기 부직 섬유 웹이 단일 필라멘트 내에 함유된 두 개의 중합체를 포함하는 이성분 섬유를 포함하고,
    상기 두 개의 중합체 중 하나의 융점이 패드의 압축 및 경화 공정 동안 도달하는 온도와 일치하도록 설정되고,
    10D 내지 70D 사이의 쇼어 D 경도를 갖는 것을 특징으로 하는,
    기판 연마용 패드.
  32. 삭제
  33. 제31항에 있어서, 상기 이성분 섬유가 심초형 배열을 한 것이거나, 2개의 섬유의 물리적 블렌드인, 기판 연마용 패드.
  34. 제31항에 있어서, 상기 이성분 섬유는 폴리에틸렌, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리에스테르, 폴리아미드 또는 폴리프로필렌으로 구성되는 것인, 기판 연마용 패드.
  35. 제31항에 있어서, 상기 부직 섬유 웹이 결합제 섬유를 포함하는 것인, 기판 연마용 패드.
  36. 제31항에 있어서, 0.5 mm 내지 5.0 mm의 두께 범위를 갖는, 기판 연마용 패드.
  37. (a) 기초 중량 100 내지 2500 g/m2의 부직 섬유 성분을 제공하는 단계로서, 상기 부직 섬유 성분이 단일 필라멘트 내에 함유된 두 개의 성분을 포함하는 이성분 섬유를 포함하고, 상기 두 개의 성분 중 한 성분의 융점이 Tm1이고, 다른 한 성분의 융점이 Tm2이며, 여기서 Tm1<Tm2이고, Tm1은 온도 범위 "T" 이내인 단계;
    (b) 상기 부직 섬유 성분을 온도 범위 "T" 및 압력에 놓아 밀도 및 두께를 설정하고 복합체 시트를 형성하는 단계
    를 포함하는, 쇼어 D 경도 10D 내지 70D를 갖는 연마 패드의 제조 방법.
  38. 삭제
  39. 제37항에 있어서, 상기 섬유 성분이 온도 범위 "T" 이내인 융점을 갖는 결합제 섬유를 포함하는 것인, 연마 패드의 제조 방법.
  40. 제37항에 있어서, 상기 온도 범위 "T"가 200 내지 550 ℉인, 연마 패드의 제조 방법.
  41. 제37항에 있어서, 상기 압력이 최대 2000 psi인, 연마 패드의 제조 방법.
  42. 제41항에 있어서, 상기 압력이 500 내지 2000 psi인, 연마 패드의 제조 방법.
  43. 제37항에 있어서, 상기 연마 패드를 형성하기 위한 형태로 복합체 시트를 절단하는 단계를 더 포함하는 것인, 연마 패드의 제조 방법.
  44. 제37항에 있어서, 상기 이성분 섬유가 심초형 배열을 한 것인, 연마 패드의 제조 방법.
  45. 제37항에 있어서, 상기 이성분 섬유는 폴리에틸렌, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리에스테르, 폴리아미드 또는 폴리프로필렌으로 구성되는 것인, 연마 패드의 제조 방법.
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