KR101499596B1 - 연마 패드 - Google Patents

Abstract

본 발명은 사용 초기부터 종반까지 광 투과율의 저하에 따른 종점 검출 에러가 발생되지 않는 연마 패드를 제공하는 것, 및 상기 연마 패드를 사용한 반도체 디바이스의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 본 발명은, 연마 영역 및 광 투과 영역을 포함하는 연마층을 가지는 연마 패드로서, 상기 광 투과 영역의 연마면측의 표면은 조면화 처리되어 있고, 또한 상기 광 투과 영역은, 사용 전의 파장 600nm에서의 광 투과율이 40∼60%인 것을 특징으로 하는 연마 패드에 관한 것이다.

연마 패드, 광 투과율, 종점 검출, 조면화 처리, 반도체 디바이스

Description

연마 패드{POLISHING PAD}

본 발명은, 반도체 웨이퍼 등의 피연마체 표면의 요철을 케미컬 메카니컬 폴리싱(CMP)으로 평탄화할 때 사용되는 연마 패드에 관한 것이며, 상세하게는, 연마 상황 등을 광학적 수단에 의해 검지하기 위한 창(窓)을 가지는 연마 패드, 및 상기 연마 패드를 사용한 반도체 디바이스의 제조 방법에 관한 것이다.

반도체 장치를 제조할 때에는, 반도체 웨이퍼(이하, 웨이퍼라고도 함) 표면에 도전성 막을 형성하고, 포토리소그라피, 에칭 등을 실시함으로써 배선층을 형성하는 공정, 배선층 상에 층간 절연막을 형성하는 공정, 등이 행해지고, 이러한 공정에 의해 웨이퍼 표면에 금속 등의 도전체나 절연체로 이루어지는 요철이 생긴다. 최근, 반도체 집적 회로의 고밀도화를 목적으로 하여 배선의 미세화나 다층 배선화가 진행되고 있는데, 이에 따라 웨이퍼 표면의 요철을 평탄화하는 기술이 중요해지고 있다.

웨이퍼 표면의 요철을 평탄화하는 방법으로서는, 일반적으로 CMP법이 채용되고 있다. CMP는, 웨이퍼의 피연마면을 연마 패드의 연마면에 가압한 상태에서, 연마 입자가 분산된 슬러리 상태의 연마제(이하, 슬러리라고 함)를 사용하여 연마하는 기술이다.

CMP에서 일반적으로 사용하는 연마 장치는, 예를 들면, 도 1에 나타낸 바와 같이, 연마 패드(1)를 지지하는 연마 정반(定盤)(2)과, 피연마체(웨이퍼 등)(4)를 지지하는 지지대(폴리싱 헤드)(5)와 웨이퍼의 균일 가압을 행하기 위한 배킹재(backing material)와, 연마제(3)의 공급 기구를 구비하고 있다. 연마 패드(1)는, 예를 들면, 양면 테이프로 접착함으로써, 연마 정반(2)에 장착된다. 연마 정반(2)과 지지대(5)는, 각각에 지지된 연마 패드(1)와 피연마체(4)가 대향하도록 배치되고, 각각에 회전축(6, 7)을 구비하고 있다. 또한, 지지대(5)측에는, 피연마체(4)를 연마 패드(1)에 가압하기 위한 가압 기구가 설치되어 있다.

이와 같은 CMP를 행하는 데에는, 웨이퍼 표면 평탄도의 판정의 문제가 있다. 즉, 원하는 표면 특성이나 평면 형태에 도달한 시점을 검지할 필요가 있다. 종래, 산화막의 막 두께나 연마 속도 등에 관해서는, 테스트 웨이퍼를 정기적으로 처리하고, 결과를 확인하고 나서 제품이 되는 웨이퍼를 연마 처리하는 것이 실행되었다.

그러나, 이 방법에서는, 테스트 웨이퍼를 처리하는 시간과 비용이 낭비되고, 또한 사전에 가공이 전혀 행해지지 않은 테스트 웨이퍼와 제품 웨이퍼에서는, CMP 특유의 로딩 효과에 의해, 연마 결과가 상이하고, 제품 웨이퍼를 실제로 가공해 보지 않으면, 가공 결과를 정확히 예상하기가 곤란하다.

그러므로, 최근에는 상기한 문제점을 해소하기 위해, CMP 프로세스 시에, 현장에서, 원하는 표면 특성이나 두께가 얻어진 시점을 검출할 수 있는 방법이 요망된다. 이와 같은 검지에 대하여는 다양한 방법이 사용되고 있지만, 측정 정밀도나 비접촉 측정에 있어서의 공간분해능의 관점에서 광학적 검지 수단이 주류로 되어 있다.

광학적 검지 수단이란, 구체적으로는 광 빔을 창(광 투과 영역)을 통해 연마 패드를 지나 웨이퍼에 조사하고, 그것의 반사에 의해 발생되는 간섭 신호를 모니터함으로써 연마의 종점(終点)을 검지하는 방법이다.

이와 같은 방법에서는, 웨이퍼의 표면층의 두께 변화를 모니터하여, 표면 요철의 근사적인 깊이를 확인함으로써 종점이 결정된다. 이와 같은 두께의 변화가 요철의 깊이와 동일하게 된 시점에서, CMP 프로세스를 종료시킨다. 또한, 이와 같은 광학적 수단에 의한 연마의 종점 검지법 및 그 방법에서 사용되는 연마 패드에 대하여는 여러 가지가 제안되어 왔다.

예를 들면, 고체이고 균질한 190nm 내지 3500nm의 파장광을 투과하는 투명한 폴리머 시트를 적어도 일부분에 가지는 연마 패드가 개시되어 있다(특허 문헌 1). 또한, 계단식의 투명 플러그가 삽입된 연마 패드가 개시되어 있다(특허 문헌 2, 3).

또한, 투광성 부재가 비수용성 매트릭스재와 상기 비수용성 매트릭스재 중에 분산된 수용성 입자를 함유하여 이루어지고, 400∼800nm의 광선 투과율이 0.1% 이상인 연마 패드가 개시되어 있다(특허 문헌 4, 특허 문헌 5). 모두 종점 검지용의 창으로서 사용하는 것이 개시되어 있다.

그러나, 종래의 창 부착 연마 패드는, 사용하는 데에 따라 드레서나 슬러리에 의해 창 표면이 손상되어, 점차 광 투과율이 저하되는 경향이 있다. 그러므로, 초기의 광 투과율(광 반사율)에 대응한 프로그램에 의해 종점 검지를 행하면, 연마 패드의 사용 중기로부터 종반에 걸쳐 광 투과율의 저하에 따른 종점 검출 에러가 발생되는 문제가 있었다.

특허 문헌 1: 일본국 특표 1999-512977호 공보

특허 문헌 2: 일본 특허출원 공개 1997-7985호 공보

특허 문헌 3: 일본 특허출원 공개 1998-83977호 공보

특허 문헌 4: 일본 특허출원 공개 2002-324769호 공보

특허 문헌 5: 일본 특허출원 공개 2002-324770호 공보

발명이 해결하고자 하는 과제

본 발명은, 상기 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로, 사용 초기부터 종반까지 광 투과율의 저하에 따른 종점 검출 에러가 발생되지 않는 연마 패드를 제공하는 것, 및 상기 연마 패드를 사용한 반도체 디바이스의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

과제를 해결하기 위한 수단

본 발명자는, 전술한 바와 같은 현상을 감안하여 연구를 거듭한 결과, 연마 패드용의 광 투과 영역으로서, 하기의 광 투과 영역을 사용함으로써, 상기 과제를 해결할 수 있다는 것을 발견하였다.

즉, 본 발명은, 연마 영역 및 광 투과 영역을 포함하는 연마층을 가지는 연마 패드에 있어서, 상기 광 투과 영역의 연마면측의 표면은 조면화 처리되어 있고, 또한 상기 광 투과 영역은, 사용 전의 파장 600nm에서의 광 투과율이 40∼60%인 것을 특징으로 하는 연마 패드에 관한 것이다.

본 발명자들은, 광 투과 영역의 연마면측의 표면에 미리 조면화 처리를 행하여 둠으로써, 사용 시에 있어서의 광 투과 영역의 광 투과율의 변화를 억제할 수 있다는 것을 발견하였다. 본 발명의 연마 패드를 사용하면, 초기의 광 투과율(광 반사율)에 대응한 프로그램에 의해 종점 검지를 행하는 경우에도, 연마 패드의 사용 초기부터 종반까지 광 투과율의 변화에 따른 종점 검출 에러가 발생되는 일이 없다.

또한, 상기 광 투과 영역은, 사용 전의 파장 600nm에서의 광 투과율이 40∼60%인 것이 필요하다. 사용 전의 파장 600nm에서의 광 투과율이 40% 미만인 경우에는, 사용 초기부터 종점 검출에 지장을 초래한다. 한편, 60%를 초과하는 경우에는, 조면화 처리가 불충분하기 때문에, 사용 시에 있어서의 광 투과 영역의 광 투과율의 변화를 억제할 수 없다.

상기 광 투과 영역의 연마면측의 표면은, 산술 평균 거칠기(Ra)가 1∼2.2㎛인 것이 바람직하다. 산술 평균 거칠기(Ra)가 1㎛ 미만인 경우에는, 사용 초기부터 종반까지의 광 투과율의 변화가 커져서 종점 검출 에러가 발생되기 쉬워진다. 한편, 2.2㎛를 초과하는 경우에는, 광의 산란에 의해 광 투과 영역의 광 투과율이 낮아지므로, 사용 초기부터 종점 검출에 지장을 초래하는 경향이 있다.

또한, 본 발명은, 상기 연마 패드를 사용하여 반도체 웨이퍼의 표면을 연마하는 공정을 포함하는 반도체 디바이스의 제조 방법에 관한 것이다.

도 1은 CMP 연마에서 사용하는 종래의 연마 장치의 일례를 나타낸 개략 구성도이다.

도 2는 본 발명의 연마 패드의 일례를 나타낸 개략 단면도이다.

도 3은 본 발명의 연마 패드의 다른 일례를 나타낸 개략 단면도이다.

도 4는 본 발명의 연마 패드의 다른 일례를 나타낸 개략 단면도이다.

도 5는 본 발명의 연마 패드의 다른 일례를 나타낸 개략 단면도이다.

도 6은 본 발명의 종점 검출 장치를 가진 MP 연마 장치의 일례를 나타낸 개략 구성도이다.

[부호의 설명]

1: 연마 패드

2: 연마 정반

3: 연마제(슬러리)

4: 피연마체(웨이퍼)

5: 지지대(폴리싱 헤드)

6, 7: 회전축

8: 광 투과 영역

9: 연마 영역

10, 12: 양면 테이프

11: 쿠션층

13: 이형지(離型紙)(필름)

14: 개구부를 막는 부재

15: 레이저 간섭계

16: 레이저 빔

발명을 실시하기 위한 최선의 형태

본 발명의 연마 패드는, 적어도 연마 영역 및 광 투과 영역을 가지고 있으며, 상기 광 투과 영역의 연마면측의 표면은, 조면화 처리되어 있다.

광 투과 영역의 주원료는 특별히 한정되지 않지만, 연마를 행하고 있는 상태에서 고정밀도의 광학 종점 검지를 가능하게 하고, 파장 600nm에서의 광 투과율이 75% 이상인 재료를 사용하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 80% 이상의 재료이다. 재료 자체의 광 투과율이 낮은 경우, 사용에 수반하여 광 투과 영역의 광 투과율이 저하되므로 종점 검출에 지장이 생길 우려가 있다. 재료로서는, 예를 들면, 폴리우레탄 수지, 폴리에스테르 수지, 페놀 수지, 요소 수지, 멜라민 수지, 에폭시 수지, 및 아크릴 수지 등의 열경화성 수지; 폴리우레탄 수지, 폴리에스테르 수지, 폴리아미드 수지, 셀룰로오스계 수지, 아크릴 수지, 폴리카보네이트 수지, 할로겐계 수지(폴리염화비닐, 폴리테트라플루오르에틸렌, 폴리플루오로비닐리덴 등), 폴리스티렌, 및 올레핀계 수지(폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등) 등의 열가소성 수지; 자외선이나 전자선 등의 광에 의해 경화되는 광경화성 수지, 및 감광성 수지 등을 들 수 있다. 이들의 수지는 단독으로 사용해도 되고, 2종 이상을 병용해도 된다. 광경화성 수지를 사용하는 경우에는, 광 중합 개시제를 병용하는 것이 바람 직하다. 이들 중, 원하는 광 투과율이 얻어지고 성형성이 양호하고, 경도의 조정도 용이한 열가소성 폴리우레탄 수지를 사용하는 것이 바람직하다.

광 투과 영역의 한쪽 면을 조면화하는 방법으로서는, 예를 들면, 1) 수지 시트의 한쪽 면에 샌드 블라스트 처리, 주름 처리(엠보스 처리), 에칭 처리, 코로나 방전 처리, 또는 레이저 조사 처리 등을 행하는 방법, 2) 주름 가공한 금형을 사용하여 사출 성형 또는 몰드 성형하는 방법, 3) 수지 시트를 압출 성형할 때 한쪽 면에 패턴을 형성하는 방법, 4) 소정의 표면 형상의 금속 롤, 고무 롤, 또는 엠보스 롤을 사용하여 수지 시트의 한쪽 면에 패턴을 형성하는 방법, 및 5) 사포 등의 연마재를 사용하여 버핑하는 방법 등을 들 수 있다.

조면화 처리면의 형상은 특별히 제한되지 않고, 예를 들면, 연속 패턴, 비연속 패턴, 선형 패턴, 비선형 패턴, 주름 모양, 및 배의 표피 모양 등을 들 수 있다. 특히, 주름 모양인 것이 바람직하다.

조면화 처리면의 산술 평균 거칠기(Ra)는 1∼2.2㎛인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 1.1∼1.9㎛이다. 그리고, 조면화 처리를 행하지 않는 연마 정반 측의 광 투과 영역 표면의 산술 평균 거칠기(Ra)는 통상 0.3㎛ 정도이다.

또한, 상기 광 투과 영역은, 사용 전의 파장 600nm에서의 광 투과율이 40∼55%인 것이 바람직하다.

광 투과 영역의 형상은 특별히 제한되는 것은 아니지만, 연마 영역의 개구부와 동일한 형상, 크기로 하는 것이 바람직하다.

광 투과 영역의 두께는 특별히 제한되는 것은 아니지만, 연마 영역의 두께와 동일한 두께, 또는 그 이하로 하는 것이 바람직하다. 광 투과 영역이 연마 영역보다 두꺼운 경우에는, 연마 중에 돌출된 부분에 의해 웨이퍼가 손상될 우려가 있다.

연마 영역의 형성 재료는, 연마층의 재료로서 통상 사용되는 것이면 특별히 제한없이 사용할 수 있지만, 본 발명에 있어서는 미세 발포체를 사용하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 폴리우레탄 수지, 폴리에스테르 수지, 폴리아미드 수지, 아크릴 수지, 폴리카보네이트 수지, 할로겐계 수지(폴리염화비닐, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리플루오로비닐리덴 등), 폴리스티렌, 올레핀계 수지(폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등), 에폭시 수지, 및 감광성 수지 등을 들 수 있다. 이들은 단독으로 사용해도 되고, 2종 이상을 병용해도 된다.

폴리우레탄 수지는 내마모성이 우수하고, 원료 조성을 여러 가지 변경함으로써 원하는 물성을 가지는 폴리머를 용이하게 얻을 수 있으므로, 연마 영역의 형성 재료로서 특히 바람직한 재료이다.

폴리우레탄 수지를 미세 발포시키는 방법은 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면, 중공 비즈를 첨가하는 방법, 기계적 발포법, 및 화학적 발포법 등에 의해 발포시키는 방법 등을 들 수 있다. 그리고, 각 방법을 병용해도 되지만, 특히 폴리알킬실록산과 폴리에테르와의 공중합체인 실리콘계 계면활성제를 사용한 기계적 발포법이 바람직하다. 상기 실리콘계 계면활성제로서는, SH-192, L-5340(도레이 다우코닝 실리콘사 제조) 등이 바람직한 화합물로서 예시된다.

연마 영역에 사용되는 독립 기포 타입의 폴리우레탄 발포체를 제조하는 방법의 예에 대하여 이하에 설명한다. 이러한 폴리우레탄 발포체의 제조 방법은, 이하 의 공정을 포함한다.

1) 이소시아네이트 말단 프리폴리머의 기포 분산액을 제조하는 발포 공정

이소시아네이트 말단 프리폴리머에 실리콘계 계면활성제를 첨가하고, 비반응성 기체의 존재 하에서 교반하고, 비반응성 기체를 미세 기포로서 분산시켜 기포 분산액으로 한다. 상기 프리폴리머가 상온에서 고체인 경우에는 적당한 온도로 예열하고, 용융하여 사용한다

2) 경화제(사슬 연장제) 혼합 공정

상기 기포 분산액에 사슬 연장제를 첨가, 혼합, 교반하여 발포 반응액으로 한다.

3) 주형 공정

상기한 발포 반응액을 몰드에 유입시킨다.

4) 경화 공정

몰드에 유입된 발포 반응액을 가열하고, 반응 경화시킨다.

미세 기포를 형성하기 위해 사용되는 비반응성 기체로서는, 가연성이 아닌 것이 바람직하고, 구체적으로는 질소, 산소, 탄산가스, 헬륨이나 아르곤 등의 희가스나 이들의 혼합 기체를 예시할 수 있고, 건조하여 수분을 제거한 공기의 사용이 비용 측면에서도 가장 바람직하다.

비반응성 기체를 미세 기포 상태로 하여 실리콘계 계면활성제를 포함하는 이소시아네이트 말단 프리폴리머에 분산시키는 교반 장치로서는, 공지의 교반 장치를 특별히 한정되지 않고 사용 가능하며, 구체적으로는 호모지나이저, 디졸버, 2축 유 성형 믹서(플래네터리 믹서) 등이 예시된다. 교반 장치의 교반 날개의 형상도 특별히 한정되지 않지만, 휘퍼(whipper)형의 교반 날개를 사용하면 미세 기포를 얻을 수 있으므로 바람직하다.

상기 폴리우레탄 발포체의 제조 방법에 있어서는, 발포 반응액을 형에 유입하여 유동되지 않게 될 때까지 반응한 발포체를 가열, 포스트큐어하는 것은, 발포체의 물리적 특성을 향상시키는 효과가 있어, 매우 바람직하다. 금형에 발포 반응액을 유입시키고 즉시 가열 오븐 중에 넣어 포스트큐어를 행하는 조건으로 해도 되고, 그와 같은 조건 하에서도 즉시 반응 성분에 열이 전달되지 않기 때문에, 기포 직경이 커지는 경우는 없다. 경화 반응은, 상압에서 행하면 기포 형상이 안정되므로 바람직하다.

상기 폴리우레탄 수지의 제조에 있어서, 3차 아민계, 유기 주석계 등의 공지의 폴리우레탄 반응을 촉진하는 촉매를 사용해도 된다. 촉매의 종류, 첨가량은, 혼합 공정 후, 소정 형상의 형에 유입하는 유동 시간을 고려하여 선택한다.

상기 폴리우레탄 발포체의 제조는, 용기에 각 성분을 계량하여 투입하고, 교반하는 배치 방식일 수도 있고, 또 교반 장치에 각 성분과 비반응성 기체를 연속하여 공급하여 교반하고, 기포 분산액을 송출하여 성형품을 제조하는 연속 생산 방식일 수도 있다.

연마 영역은, 이상과 같이 하여 제조된 폴리우레탄 발포체를, 소정의 크기로 재단하여 제조된다.

미세 발포체로 이루어지는 연마 영역은, 피연마체와 접촉하는 연마측 표면 에, 슬러리를 유지, 갱신하기 위한 홈이 설치되어 있는 것이 바람직하다. 상기 연마 영역은, 미세 발포체에 의해 형성되어 있으므로 연마 표면에 많은 개구를 가지고, 슬러리를 유지하는 기능을 가지고 있지만, 또한 슬러리의 유지성과 슬러리의 갱신을 효율적으로 행하기 위해, 또한 피연마체와의 흡착에 의한 피연마체의 파괴를 방지하기 위해서도, 연마측 표면에 홈을 가지는 것이 바람직하다. 홈은, 슬러리를 유지 및 갱신하는 표면 형상이면 특별히 한정되지 않고, 예를 들면, XY 격자홈, 동심원형 홈, 관통공, 관통되지 않는 구멍, 다각 기둥, 원기둥, 나선형 홈, 편심원형 홈, 방사상 홈, 및 이러한 홈을 조합한 것을 들 수 있다. 또한, 홈 피치, 홈 폭, 홈 깊이 등도 특별히 제한되지 않고 적당히 선택하여 형성된다. 또한, 이러한 홈은 규칙성이 있는 것이 일반적이지만, 슬러리의 유지 및 갱신성을 바람직한 것으로 하기 위해, 어느 범위마다 홈 피치, 홈 폭, 홈 깊이 등을 변화시키는 것도 가능하다.

상기 홈의 형성 방법은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들면, 소정 사이즈의 바이트와 같은 지그를 이용하고 기계 절삭하는 방법, 소정의 표면 형상을 가진 금형에 수지를 유입하여 경화시키는 방법, 소정의 표면 형상을 가진 프레스판으로 수지를 프레스하여 형성하는 방법, 포토리소그래피를 이용하여 형성하는 방법, 인쇄 방법을 이용하여 형성하는 방법, 및 탄산가스 레이저 등을 이용한 레이저광에 의해 형성하는 방법 등을 들 수 있다.

연마 영역의 두께는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 0.8∼4mm 정도이다. 상기 두께의 연마 영역을 제조하는 방법으로서는, 상기 폴리우레탄 발포체의 블록 을 밴드 쏘(band saw) 방식이나 칸나 방식의 슬라이서를 사용하여 소정 두께로 하는 방법, 소정 두께의 캐비티를 가진 금형에 수지를 유입하여 경화시키는 방법, 및 코팅 기술이나 시트 성형 기술을 이용한 방법 등을 들 수 있다.

연마 영역 및 광 투과 영역을 포함하는 연마층을 가지는 연마 패드의 제조 방법은 특별히 제한되지 않고, 여러 가지 방법을 생각할 수 있지만, 구체적인 예를 이하에 설명한다. 한편, 하기 구체예에서는 쿠션층을 형성한 연마 패드에 대하여 기재하고 있지만, 쿠션층을 형성하지 않는 연마 패드일 수도 있다.

먼저 제1의 예는, 도 2에 나타낸 바와 같이, 소정의 크기로 구멍이 뚫린 연마 영역(9)을 양면 테이프(10)으로 접합시켜, 그 아래에 연마 영역(9)의 개구부에 맞추도록, 소정의 크기로 구멍이 뚫린 쿠션층(11)을 접합시킨다. 다음에, 쿠션층(11)에 이형지(13)가 접착된 양면 테이프(12)를 붙여 연마 영역(9)의 개구부에 광 투과 영역(8)을 끼워넣어, 접합시키는 방법이다. 여기서, 광 투과 영역(8)의 조면화 처리면이 연마면측으로 되도록 끼워넣는 것이 필요하다. 이하의 구체예에서도 마찬가지이다.

제2의 구체예로서는, 도 3에 나타낸 바와 같이, 소정의 크기로 구멍이 뚫린 연마 영역(9)를 양면 테이프(10)로 접합시키고, 그 아래에 쿠션층(11)을 접합시킨다. 그 후, 연마 영역(9)의 개구부에 맞추도록, 양면 테이프(10), 및 쿠션층(11)을 소정의 크기로 구멍을 뚫는다. 다음에, 쿠션층(11)에 이형지(13)가 접착된 양면 테이프(12)를 붙여, 연마 영역(9)의 개구부에 광 투과 영역(8)을 끼워넣어 접합시키는 방법이다.

제3의 구체예로서는, 도 4에 나타낸 바와 같이, 소정의 크기로 구멍이 뚫린 연마 영역(9)를 양면 테이프(10)으로 접합시켜, 그 아래에 쿠션층(11)을 접합시킨다. 다음에, 쿠션층(11)의 반대면에 이형지(13)가 접착된 양면 테이프(12)를 붙이고 그 후, 연마 영역(9)의 개구부에 맞추도록, 양면 테이프(10)으로부터 이형지(13)까지 소정의 크기로 구멍을 뚫는다. 연마 영역(9)의 개구부에 광 투과 영역(8)을 끼워넣어 접합시키는 방법이다. 한편, 이 경우, 광 투과 영역(8)의 반대측이 개방된 상태로 되어, 먼지 등이 쌓일 가능성이 있으므로, 그것을 막는 부재(14)를 장착하는 것이 바람직하다.

제4의 구체예로서는, 도 5에 나타낸 바와 같이, 이형지(13)가 접착된 양면 테이프(12)를 접합시킨 쿠션층(11)을 소정의 크기로 구멍을 뚫는다. 다음에, 소정의 크기로 구멍이 뚫린 연마 영역(9)를 양면 테이프(10)로 접합시켜, 이들을 개구부가 맞도록 붙인다. 그리고, 연마 영역(9)의 개구부에 광 투과 영역(8)을 끼워넣어 접합시키는 방법이다. 한편, 이 경우, 연마 영역의 반대측이 개방된 상태로 되어, 먼지 등이 쌓일 가능성이 있으므로, 그것을 막는 부재(14)를 장착하는 것이 바람직하다.

상기 연마 패드의 제조 방법에 있어서, 연마 영역이나 쿠션층 등에 구멍을 뚫는 수단은 특별히 제한되는 것은 아니지만, 예를 들면, 절삭 능력을 가지는 지그를 프레스하여 개구하는 방법, 탄산 레이저 등에 의한 레이저를 이용하는 방법, 및 바이트와 같은 지그에 의해 연삭하는 방법 등을 들 수 있다. 그리고, 연마 영역의 개구부의 크기 및 형상은 특별히 한정되지 않는다.

상기 쿠션층은, 연마 영역(연마층)의 특성을 보강하는 것이다. 쿠션층은, CMP에 있어서 트레이드 오프의 관계에 있는 평면성(planarity)과 균일성(uniformity)의 양자를 양립시키기 위해 필요한 것이다. 평명성이란, 패턴 형성시에 발생되는 미소 요철이 있는 웨이퍼를 연마했을 때의 패턴부의 평탄성을 말하여, 균일성이란, 웨이퍼 전체의 균일성을 말한다. 연마층의 특성에 따라, 평면성을 개선하고, 쿠션층의 특성에 따라 균일성의 개선을 행한다. 본 발명의 연마 패드에 있어서는, 쿠션층은 연마층 보다 부드러운 것을 사용하는 것이 바람직하다.

상기 쿠션층의 형성 재료는 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면, 폴리에스테르 부직포, 나일론 부직포, 아크릴 부직포 등의 섬유 부직포, 폴리우레탄을 함침한 폴리에스테르 부직포와 같은 수지 함침 부직포, 폴리우레탄 발포체, 폴리에틸렌 발포체 등의 고분자 수지 발포체, 부타디엔 고무, 이소프렌 고무 등의 고무성 수지, 및 감광성 수지 등을 들 수 있다.

연마 영역(9)에 사용되는 연마층과 쿠션층(11)을 접합시키는 수단으로서는, 예를 들면, 연마 영역과 쿠션층을 양면 테이프로 사이에 두고, 프레스하는 방법을 들 수 있다.

양면 테이프는, 부직포나 필름 등의 기재의 양면에 접착층을 형성한 일반적인 구성을 가지는 것이다. 쿠션층으로의 슬러리의 침투 등을 방지하는 것을 고려하면, 기재에 필름을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 접착층의 조성으로서는, 예를 들면, 고무계 접착제나 아크릴계 접착제 등을 들 수 있다. 금속 이온의 함유량을 고려하면, 아크릴계 접착제는 금속 이온 함유량이 적기 때문에 바람직하다. 또한, 연마 영역과 쿠션층은 조성이 상이한 것도 있으므로, 양면 테이프의 각 접착층의 조성을 상이한 것으로 하고, 각 층의 접착력을 적절히 조정할 수도 있다.

쿠션층(11)과 양면 테이프(12)를 접합시키는 수단으로서는, 쿠션층에 양면 테이프를 프레스하여 접착하는 방법을 들 수 있다.

양면 테이프는, 전술한 바와 마찬가지로 부직포나 필름 등의 기재의 양면에 접착층을 형성한 일반적인 구성을 가지는 것이다. 연마 패드의 사용 후에, 플라텐으로부터 벗기는 것을 고려하면, 기재에 필름을 사용하면 테이프 잔류물 등을 해소할 수 있기 때문에 바람직하다. 또한, 접착층의 조성은, 전술한 바와 같다.

상기 부재(14)는, 개구부를 막는 것이면 특별히 제한되지 않는다. 단, 연마를 행할 때에는, 박리 가능한 것이 아니면 안된다.

반도체 디바이스는, 상기 연마 패드를 사용하여 반도체 웨이퍼의 표면을 연마하는 공정을 거쳐 제조된다. 반도체 웨이퍼란, 일반적으로 실리콘 웨이퍼 상에 배선 금속 및 산화막을 적층한 것이다. 반도체 웨이퍼의 연마 방법, 연마 장치는 특별히 제한되지 않고, 예를 들면, 도 1에 나타낸 바와 같이 연마 패드(1)를 지지하는 연마 정반(2)과, 반도체 웨이퍼(4)를 지지하는 지지대(5)(폴리싱 헤드)와 웨이퍼에 대한 균일한 가압을 행하기 위한 배킹제와, 연마제(3) 공급 기구를 구비한 연마 장치 등을 사용하여 행해진다. 연마 패드(1)는, 예를 들면, 양면 테이프로 접착함으로써, 연마 정반(2)에 장착된다. 연마 정반(2)과 지지대(5)는, 각각에 지지된 연마 패드(1)로 반도체 웨이퍼(4)가 대향하도록 배치되고, 각각에 회전축(6, 7)을 구비하고 있다. 또한, 지지대(5)측에는, 반도체 웨이퍼(4)를 연마 패드(1)에 가압하기 위한 가압 기구가 설치되어 있다. 연마 시에는, 연마 정반(2)과 지지대(5)를 회전시키면서 반도체 웨이퍼(4)를 연마 패드(1)에 가압하고, 산성 슬러리를 공급하면서 연마를 행한다. 산성 슬러리의 유량, 연마 하중, 연마 정반 회전수, 및 웨이퍼 회전수는 특별히 제한되지 않고, 적당히 조정하여 행한다.

이로써, 반도체 웨이퍼(4)의 표면의 돌출된 부분이 제거되어 평탄형으로 연마된다. 그 후, 다이싱, 본딩, 패키징 등에 의해 반도체 디바이스가 제조된다. 반도체 디바이스는, 연산 처리 장치나 메모리 등에 사용된다.

실시예

이하, 본 발명의 구성과 효과를 구체적으로 나타내는 실시예 등에 대하여 설명한다. 그리고, 실시예 등에서의 평가 항목은 하기와 같이 측정하였다.

〔산술 평균 거칠기(Ra)의 측정〕

JIS B0601-1994에 준거하여, 광 투과 영역의 조면화 처리면 및 미처리면의 산술 평균 거칠기를 측정했다.

〔조면화 처리 전후의 광 투과 영역의 광 투과율의 측정〕

조면화 처리 전의 광 투과 영역을 10mm×50mm(두께: 1.25mm)의 크기로 잘라내어 광 투과율 측정용 시료로 하였다. 상기 시료를 초순수가 충전된 유리 셀(광로 길이 10mm×광로 폭 10mm×높이 45mm, 相互理化學硝子製作所 제조)에 넣고, 분광 광도계(島津製作所 제조, UV-1600PC)를 사용하여, 측정 파장 600nm로 측정하였다. 얻어진 광 투과율의 측정 결과를 Lambert-Beer의 법칙을 이용하여, 두께 1mm의 광 투과율로 환산했다. 또한, 조면화 처리 후의 광 투과 영역을 이용하여 상기 와 동일한 방법으로 광 투과율을 측정했다.

〔광 투과율의 변화율의 측정〕

사용 전의 광 투과 영역의 파장 600nm에서의 광 투과율을 A, 웨이퍼(8인치의 실리콘 웨이퍼에 1㎛의 열산화막을 형성한 것)를 1매에 대하여 1분간 연마하고, 이것을 반복하여 500매 연마한 후의 광 투과 영역의 파장 600nm에서의 광 투과율을 B로 하고, 하기 식에 의해 변화율을 산출하였다. 변화율은 30% 이하인 것이 바람직하다. 그리고, 광 투과율은 상기와 동일한 방법으로 측정하였다. 또한, 연마 장치로서는 SPP600S(岡本工作機械社 제조)를 사용하였다. 연마 조건으로서는, 슬러리로서 실리카 슬러리(SS12 캐보트사 제조)를 연마중에 유량 150m1/min로 첨가하였다. 연마 하중은 350g/㎠, 연마 정반 회전수는 35rpm, 웨이퍼 회전수는 30rpm으로 하였다.

변화율(%)=〔(A-B)/A〕×100

실시예 1

〔광 투과 영역의 제조〕

열가소성 폴리우레탄(일본폴리우레탄사 제조, 미락트란 E567)을 사용하고, 한쪽 면에 #100의 샌드 블라스트 처리를 행한 금형을 사용하여 사출 성형에 의해 광 투과 영역(세로 56.5mm, 가로 19.5mm, 두께 1.25mm)을 제조했다.

〔연마 영역의 제조〕

반응 용기 내에, 폴리에테르계 프리폴리머(유니로얄사 제조, 아디프렌 L-325, NCO 농도: 2.22meq/g) 100중량부, 및 실리콘계 계면활성제(도레이 다우코닝 실리콘사 제조, SH-192) 3중량부를 혼합하고, 온도를 80℃로 조정하였다. 교반 날개를 사용하여, 회전수 900rpm로 반응계 내에 기포가 들어가도록 약 4분간 격렬하게 교반을 행하였다. 여기에 미리 120℃에서 용융한 4,4'-메틸렌비스(o-클로로아닐린)(이하라케미칼사 제조, 이하라큐아민 MT) 26중량부를 첨가하였다. 그 후, 약 1분간 교반을 계속하여 팬형의 오픈 몰드에 반응 용액을 유입시켰다. 이 반응 용액의 유동성이 없어진 시점에서 오븐 내에 넣고, 110℃에서 6시간 포스트큐어를 행하여 폴리우레탄 발포체 블록을 얻었다. 이 폴리우레탄 발포체 블록을 밴드 쏘 타입의 슬라이서(펙켄사 제조)를 사용하여 슬라이스하고, 폴리우레탄 발포체 시트를 얻었다. 다음에, 이 시트를 버핑기(아미텍사 제조)를 사용하여, 소정 두께로 표면 버핑을 행하고, 두께 정밀도를 맞추 시트로 만들었다(시트 두께: 1.27mm). 이 버핑 처리된 시트를 소정의 직경(61cm)으로 펀칭하고, 홈 가공기(東邦鋼機社 제조)를 사용하여 표면에 홈 폭 0.25mm, 홈 피치 1.50mm, 홈 깊이 0.40mm의 동심원형의 홈을 가공했다. 이 시트의 홈 가공면과 반대측의 면에 적층기를 사용하여, 양면 테이프(積水化學工業社 제조, 더블택 테이프)를 붙이고, 그 후, 이 홈 가공된 시트의 소정 위치에 광 투과 영역을 끼워넣기 위한 개구부 A(57mm×20mm)를 뚫어 양면 테이프가 부착된 연마 영역을 제조했다.

〔연마 패드의 제조〕

표면을 버핑하고, 코로나 처리한 폴리에틸렌 발포체(도레이사 제조, 토레이페프, 두께: 0.8mm)로 이루어지는 쿠션층을, 제조된 양면 테이프 부착 연마 영역의 점착면에 적층기를 사용하여 접합시켰다. 다음에, 쿠션층 표면에 양면 테이프를 접합시켰다. 그리고, 광 투과 영역을 끼워넣기 위해서 천공한 구멍 부분 중, 51mm×14mm의 크기로 쿠션층을 펀칭하여, 개구부 B를 형성하였다. 그리고, 제조된 광 투과 영역을 조면화 처리면이 상면(연마면측)이 되도록 개구부 A 내에 끼워넣어 연마 패드를 제조했다.

실시예 2

광 투과 영역의 제조에 있어서, 한쪽 면에 #100의 샌드 블라스트 처리를 행한 금형 대신에, 한쪽 면에 #220의 샌드 블라스트 처리를 행한 금형을 사용한 것 이외에는 실시예 1과 동일한 방법으로 광 투과 영역을 제조하였다. 상기 광 투과 영역을 사용한 것 이외에는 실시예 1과 동일한 방법으로 연마 패드를 제조하였다.

실시예 3

열가소성 폴리우레탄(일본폴리우레탄사 제조, 미락트란 E567)을 사용하고, 금형을 사용하여 사출 성형에 의해 광 투과 영역(세로 56.5mm, 가로 19.5mm, 두께 1.25mm)을 제조하였다. 그 후, #400의 사포를 구비한 벨트 샌더를 사용하여 광 투과 영역의 한쪽 면을 버핑 처리했다. 상기 광 투과 영역을 사용한 것 이외에는 실시예 1과 동일한 방법으로 연마 패드를 제조했다.

비교예 1

열가소성 폴리우레탄(일본폴리우레탄사 제조, 미락트란 E567)을 사용하고, 금형을 사용하여 사출 성형에 의해 광 투과 영역(세로 56.5mm, 가로 19.5mm, 두께 1.25mm)을 제조하였다. 상기 광 투과 영역을 사용한 것 이외에는 실시예 1과 동일 한 방법으로 연마 패드를 제조했다.

비교예 2

폴리에테르계 프리폴리머(유니로얄사 제조, 아디프렌 L-325)와, 4,4'-메틸렌비스(o-클로로아닐린)(이하라케미칼사 제조, 이하라큐아민 MT)를 NCO INDEX 1.10으로 혼합하고, 약 1분간 교반하였다. 그리고, 팬형의 오픈 몰드에 반응 용액을 유입시켰다. 이 반응 용액의 유동성이 없어진 시점에서 오븐 내에 넣고, 110℃에서 6시간 포스트큐어를 행하여 폴리우레탄 수지 블록을 얻었다. 이 폴리우레탄 수지 블록을 밴드 쏘 타입의 슬라이서(펙켄사 제조)를 사용하여 슬라이스하고, 폴리우레탄 수지 시트(두께 1.25mm)를 얻었다. 다음에, 이 시트를 세로 56.5mm, 가로 19.5mm의 크기로 뚫어 광 투과 영역을 제조하였다. 상기 광 투과 영역을 사용한 것 이외에는 실시예 1과 동일한 방법으로 연마 패드를 제조했다.

비교예 3

열가소성 폴리우레탄(일본폴리우레탄사 제조, 미락트란 E567)을 사용하고, 한쪽 면에 주름 가공 처리(아야마다이사, 타입 AHO-1012 처리)를 행한 금형을 사용하여 사출 성형에 의해 광 투과 영역(세로 56.5mm, 가로 19.5mm, 두께 1.25mm)을 제조하였다. 상기 광 투과 영역을 사용한 것 이외에는 실시예 1과 동일한 방법으로 연마 패드를 제조했다.

비교예 4

열가소성 폴리우레탄(일본폴리우레탄사 제조, 미락트란 E567)을 사용하고, 양면에 #220의 샌드 블라스트 처리를 행한 금형을 사용하여 사출 성형에 의해 광 투과 영역(세로 56.5mm, 가로 19.5mm, 두께 1.25mm)을 제조하였다. 상기 광 투과 영역을 사용한 것 이외에는 실시예 1과 동일한 방법으로 연마 패드를 제조했다.

[표 1]

	Ra (㎛)	조면화 처리 전의 광 투과율(%)	조면화 처리 후의 광 투과율(%)	광 투과율의 변화율(%)
실시예 1	1.5	91	43	9.3
실시예 2	1.1	91	52	25.1
실시예 3	1.8	91	45	13.3
비교예 1	0.16	91	-	57.1
비교예 2	0.21	75	-	48.0
비교예 3	0.59	91	64	54.7
비교예 4	1.1	91	37	36.3

Claims (3)

1. 연마 영역 및 상기 연마 영역과 상이한 광 투과 영역을 포함하는 연마층을 가지는 연마 패드로서,

   상기 광 투과 영역의 연마면측의 표면은 조면화(粗面化) 처리되어 있으며, 상기 광 투과 영역의 연마면측의 표면의 산술 평균 거칠기(Ra)가 1∼2.2㎛이고, 또한 상기 광 투과 영역은, 사용 전의 파장 600nm에서의 광 투과율이 40∼60%인 것을 특징으로 하는 연마 패드.
2. 삭제
3. 제1항에 기재된 연마 패드를 사용하여 반도체 웨이퍼의 표면을 연마하는 공정을 포함하는 반도체 디바이스의 제조 방법.

Images