KR101604170B1 - 연마 패드 - Google Patents

Abstract

[과제]
흡착층을 구비하는 연마 패드에 관하여, 보다 고정밀도한 연마면을 형성할 수 있고, 대면적화된 연마면에도 대응 가능한 것을 제공한다.
[해결 수단] 본 발명은, 기재와 흡착층으로 이루어지는 흡착재와, 연마층이 접합되어 이루어지는 연마 패드에 있어서, 상기 흡착층은, 양말단에만 비닐기를 가지는 직쇄상 폴리오르가노실록산으로 이루어지는 실리콘 등을 가교시켜서 이루어지는 조성물로 이루어지는 것이고, 상기 흡착층은, 그 표면 거칠기의 평균치 Sa가 0.02~0.06㎛인 것을 특징으로 하는 연마 패드이다. 여기서, 흡착층의 표면 거칠기는 균일한 것이 바람직하고, 흡착층의 중심부의 표면 거칠기(Sc)와 Sa와의 차이, 및, 흡착층의 단부의 표면 거칠기(So)와 Sa와의 차이가 모두 0.02㎛ 이하로 하는 것이 바람직하다. 또한, 흡착재의 기재는, 파단 강도 210~ 290MPa, 파단신도 80~130%의 것이 바람직하다.

Description

연마 패드{POLISHING PAD}

본 발명은, 반도체 부품, 전자 부품등으로 사용되는 반도체 웨이퍼 등의 피연마 부재의 연마 공정에서 사용되는 연마 패드에 관한 것이다. 상세하게는 피연마 부재의 연마 가공에 있어서, 그 작업 효율을 향상시킴과 동시에, 연마면의 평탄성을 높일 수 있는 연마 패드에 관한 것이다.

반도체 웨이퍼, 디스플레이용 유리 기판, 하드 디스크용 기판이라고 하는 반도체 부품, 전자 부품의 제조 프로세스에 있어서는, 그 표면의 평탄화, 경면화를 위한 연마 공정이 포함된다. 연마 공정에 있어서는, 일반적으로, 피연마 부재를 연마 장치의 한편의 정반에 유지하고, 연마 패드를 다른 한편의 정반에 고정하여, 연마 슬러리를 공급하면서, 피연마 부재와 연마 패드를 가압한 상태로 상대적으로 접동시키는 것에 의해서 행해진다.

여기서, 연마 패드의 정반에 대한 고정 방법으로서는, 종래는, 점착 테이프 등의 점착제를 개재한 점착 고정에 의한 것이었다. 그러나, 이러한 고정 방법은, 연마 패드의 고정 작업이나 교환 작업에 시간이 걸리고, 연마 공정의 작업 효율을 크게 저하시키는 요인이었다. 즉, 연마 패드를 정반에 점착 고정할 때에는, 연마 패드의 평탄도를 확보하기 위해, 정반과 연마 패드와의 사이에 공기층이 형성할 수 없도록 주의하면서 서서히 첩부할 필요가 있다. 그리고, 정반과 점착 테이프와의 사이에 공기층이 형성되어 버렸을 경우, 점착 테이프를 일단 떼어내어 공기층을 없애고 재차 첩부하지 않으면 안되어 시간의 로스가 생기고 있었다.

또한, 연마 패드의 교환 작업에 있어서는, 낡은 연마 패드를 정반으로부터 박리할 필요가 있지만, 그 때에 정반에 점착제가 남는 경우가 있다. 그 경우, 새로운 연마 패드의 고정 전에, 정반에 남은 점착제를 용제 등으로 제거하여 청소하는 공정이 필요하게 되어, 교환 작업이 시간이 걸리게 하는 것이었다.

이러한 종래의 점착제에 의한 연마 패드에 대하여, 본원 발명자등은, 연마 패드의 고정·교환 작업을 용이하게 실시할 수 있는 연마 패드를 개발하고 있다(특허 문헌 1). 이 연마 패드는, 도 2와 같이, 연마층의 이면(裏面)(정반측의 면)에 소정 구성의 흡착재를 설치한 것이다. 여기서의 흡착재는, 문자 그대로 그 흡착 작용에 의해 연마 패드를 정반에 고정시키는 것이고, 종래 이용되고 있던 점착제와 같은 끈기에 의한 고정과는 상위하고, 정반으로부터 박리할 때에, 잔류물을 남기는 것은 없다. 또한, 박리 후의 재첩부도 용이하기 때문에, 연마 패드의 박리·고정을 스무드하게 실시할 수 있어, 교환 작업을 효율적으로 실시할 수 있다.

선행 기술 문헌

특허 문헌

특허 문헌 1

일본국 실용 신안 등록 제3166396호 명세서

그런데, 반도체 부품의 고밀도화, 고섬세화에 의해, 연마 제품에 대한 고평탄도에 대한 요구는 엄격해지고만 있다. 통상, 연마 정밀도에 대한 요구에 관해서는, 피연마재의 연마면에 있어서의 환경 개선, 특히, 연마제(연마 슬러리)의 특성 개선에 의한 것이 크다고 생각된다.

그러나, 연마 패드 상태에 의한 연마 정밀도에 대한 영향도 고려해야 하고, 특히, 최근, 웨이퍼나 디스플레이 패널의 대경화(大徑化), 대면적화의 진행을 고려하면, 연마제의 개량만으로는 충분한 대응이 곤란해지고 있다. 그래서, 본 발명은, 상기 흡착층을 구비하는 연마 패드에 관해서, 연마면의 고정밀도화의 일조가 될 수 있고, 연마면의 대면적화에도 대응 가능한 것을 제공한다.

발명의 개요

발명이 해결하고자 하는 과제

본 발명자등은 상기 목적을 위해, 흡착재를 구비한 본 발명자등에 의한 연마 패드의 구성에 근거하고, 각 구성의 성상을 조정하면서 연마 성능에 대한 작용을 검토했다. 특히, 흡착재를 구성하는 흡착층 및 기재의 제특성이 연마 성능에 미치는 영향에 착안하여 검토를 진행시킴으로써 본 발명에 상도했다.

즉, 본 발명은, 기재와 흡착층으로 이루어지는 흡착재와, 연마층이 접합되어 이루어지는 연마 패드에 있어서, 상기 흡착층은, 양말단에만 비닐기를 가지는 직쇄상 폴리오르가노실록산으로 이루어지는 실리콘, 양말단 및 측쇄에 비닐기를 가지는 직쇄상 폴리오르가노실록산으로 이루어지는 실리콘, 말단에만 비닐기를 가지는 분기상 폴리오르가노실록산으로 이루어지는 실리콘, 및 말단 및 측쇄에 비닐기를 가지는 분기상 폴리오르가노실록산으로 이루어지는 실리콘으로부터 선택되는 적어도 1종의 실리콘을 가교시켜서 이루어지는 조성물로 이루어지는 것이고, 상기 흡착층은, 그 표면 거칠기의 평균치 Sa가 0.02~0.06㎛인 것 특징으로 하는 연마 패드이다.

이하, 본 발명에 관하여 상세하게 설명한다. 상기한 바와 같이, 본 발명은, 흡착층의 정반과 접촉하는 면의 표면 거칠기에 관해서 규정하는 것으로, 적합한 연마 작업을 실시할 수 있는 연마 패드로 하는 것이다. 본 발명자등에 의한 흡착재를 구비하는 연마 패드는, 정반에 대한 고정시에 있어서, 흡착층의 작용에 의해 전단력(횡방향의 고정 강도)이 높은 한편으로, 박리력(종방향의 고정 강도)이 낮다고 하는 특성을 가진다. 이러한 정반에 대한 전단력과 박리력과의 관계에 의해, 연마 패드의 교환 작업을 용이한 것으로 하면서, 연마 작업 중은 연마 패드의 어긋남을 억제한다고 하는 효과가 발휘된다. 또한, 정반에 대한 박리력이 낮다고는 해도, 그것은 상대적인 것이며, 연마 작업중에 연마 패드가 벗어나거나, 혹은, 흡착층과 정반과의 사이에 공간이 생길 정도로 약한 힘은 아니다.

단, 본 발명자등의 검토에 의하면, 흡착층과 정반과의 계면이 상기와 같은 상태에 있는 경우, 흡착층의 표면 거칠기는, 연마 작업시의 연마력의 면내 균일성에 미소한 영향을 미칠 수 있다. 이 면내 균일성에 대한 영향은, 그다지 큰 것은 아니지만, 연마면에 대해 초고 섬세한 평탄도를 요구하는 경우나, 피연마면의 면적이 증대하는 경우에 있어서는 무시할 수 없는 영향을 미친다.

본 발명에 관한 흡착재를 구비하는 연마 패드는, 상기와 같은 이유에서, 흡착층의 표면 거칠기를 규정하는 것이다. 이 표면 거칠기에 관해서는, 0.06㎛ 이하인 것을 필요로 한다. 0.06㎛를 초과하면 연마력의 면내 균일성에 영향이 생길 수 있기 때문이다. 한편, 그 하한치에 관해서는, 본래 제한되어야 하는 것은 아니지만 제조 가능한 최소치로서 0.02㎛이다. 또한, 여기서의 표면 거칠기란, 산술 평균 거칠기(Ra)이다.

또한, 흡착층의 표면 거칠기란, 흡착층면내의 평균의 의의이며, 흡착층의 중심부, 단부(외주부) 등의 복수 부분의 표면 거칠기에 관한 측정치의 평균이다. 바람직하게는, 흡착층의 중심부와 양단부의 3점에 관한 표면 거칠기의 평균치를 채용한다. 그리고, 보다 적합한 연마 성능을 발휘시키기 위해서는, 흡착층의 표면 거칠기에 균일성이 있는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 흡착층의 중심부의 표면 거칠기(Sc) 및 흡착층의 단부의 표면 거칠기(So)에 관해서, Sc와 Sa와의 차, 및, So와 Sa와의 차가 모두 0.02㎛ 이하인 것이 바람직하다. 또한, 흡착층의 단부의 표면 거칠기에 관해서는, 연마 패드 직경의 쌍방의 양단에서 상기 관계를 구비하는 것이 바람직하다.

흡착층의 재질에 관해서는, 기본적으로, 상기한 본 발명자등에 의한 종래의 연마 패드에서 적용되는 것과 동일하다. 즉, 양말단에만 비닐기를 가지는 직쇄상 폴리오르가노실록산으로 이루어지는 실리콘, 양말단 및 측쇄에 비닐기를 가지는 직쇄상 폴리오르가노실록산으로 이루어지는 실리콘, 말단에만 비닐기를 가지는 분기상 폴리오르가노실록산으로 이루어지는 실리콘, 및 말단 및 측쇄에 비닐기를 가지는 분기상 폴리오르가노실록산으로 이루어지는 실리콘으로부터 선택되는 적어도 1종의 실리콘을 가교시켜서 이루어지는 조성물을 적층하여 형성하고 있다.

상기의 실리콘의 구체예로서는, 직쇄상 폴리오르가노실록산의 예로서 화 1의 화합물을 들 수 있다. 또한, 분기상 폴리오르가노실록산의 예로서 화 2의 화합물을 들 수 있다.

[화 1]

(식중 R은 하기 유기기, n은 정수를 나타낸다)

[화 2]

(식중 R은 하기 유기기, m, n은 정수를 나타낸다)

화 1, 화 2에 있어서 치환기(R)의 구체예로서는 메틸기, 에틸기, 프로필기 등의 알킬기, 페닐기, 톨릴기, 등의 아릴기, 또는 이들의 기의 탄소 원자에 결합한 수소 원자의 일부 또는 전부를 할로겐 원자, 시아노기 등으로 치환한 동종 또는 이종의 비치환 또는 치환의 지방족불포화기를 제외한 1가 탄화수소기를 들 수 있다. 바람직하게는 그 적어도 50몰%가 메틸기인 것이다. 치환기는 이종이어도 동종이어도 된다. 또한, 이 폴리실록산은 단독이어도 2종 이상의 혼합물이어도 된다.

또한, 흡착층을 구성하는 실리콘은, 수평균 분자량이 30000~100000의 것이 적합한 흡착 작용을 가진다. 단, 표면 거칠기의 조정에 있어서는, 적용하는 실리콘의 수평균 분자량과 제조 단계에 있어서의 소성온도가 영향을 미친다. 적합한 표면 거칠기를 용이하게 발휘시키기 위해 실리콘의 수평균 분자량은, 30000~60000의 것이 바람직하다.

그리고, 본 발명에서는, 흡착층과 함께 흡착재를 구성하는 기재의 물성에 관해서도 일정한 제한을 설정하는 것이 바람직하다. 기재란, 얇은 유기물로 이루어지는 흡착층의 취급성을 확보하기 위한 지지 부재이다. 따라서, 기재는 본래, 연마 패드의 연마 성능을 고려해서 적용되는 것은 아니지만, 본 발명자등에 의하면, 기재에 관하여 파단 강도 및 파단신도를 적절한 것을 적용함으로써, 보다 적합한 연마 성능을 발휘할 수 있다. 여기서 설정해야 할 기재의 물성은, 파단 강도 및 파단신도이며, 파단 강도에 관해서는 210~290MPa, 파단신도 80~130%로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 파단 강도가 210~240MPa이며, 파단신도가 110~130%이다. 또한, 이 인장 강도는, 건조시에 측정되는 값으로 한다.

기재는, 상기의 파단 강도, 파단신도를 가지는 시트상의 수지 재료가 적용된다. 구체적으로는, 폴리에스테르, 폴리에틸렌, 폴리스티렌, 폴리프로필렌, 나일론, 우레탄, 폴리염화비닐리덴, 폴리염화비닐 등의 수지이다. 바람직하게는, 폴리에스테르계 수지 재료이며, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN)이며, 특히 바람직한 것은 PET이다. 기재는, 단층에서도 되지만 복수의 수지로 다층 구조로 해도 된다.

흡착재는, 흡착층과 기재로 구성되지만, 흡착층의 두께는 20~30㎛로 하는 것이 바람직하다. 또한, 기재의 두께는, 50~200㎛로 하는 것이 바람직하다. 기재와 흡착층은 밀착 접합되어 있는 것이 바람직하다.

흡착재의 제작은, 기재에 흡착층으로 이루어지는 실리콘 성분을 함유하는 도공액을 도포하여 소성함으로써 폴리오르가노실록산이 가교하여 흡착층이 형성된다. 도공액은, 상기 직쇄상, 분기상 폴리오르가노실록산 화합물과 가교제를 포함한다. 가교제는 공지의 것으로 되지만, 예를 들면, 오르가노하이드로젠폴리실록산을 들 수 있다. 오르가노하이드로젠폴리실록산은 1분자 중에 규소 원자에 결합한 수소원자를 적어도 3개 가지는 것이지만, 실용상에서는 분자 중에 2개의 ≡SiH 결합을 가지는 것을 그 전량의 50중량%까지로 하고, 잔여를 분자 중에 적어도 3개의 ≡SiH 결합을 포함하는 것으로 하는 것이 바람직하다.

도공액은, 가교 반응에서 사용하는 백금계 촉매를 포함하고 있어도 된다. 백금계 촉매는, 공지의 것이 적용되고, 예를 들면, 염화 제일 백금산, 염화 제2 백금산 등의 염화 백금산, 염화 백금산의 알코올 화합물, 알데히드 화합물 혹은 염화 백금산과 각종 올레핀과의 쇄염 등을 들 수 있다. 또한, 도공액은, 무용제형, 용제형, 에멀젼형의 어느 형태이어도 된다. 용제형 도공액을 사용하는 경우, 도포 후에 건조하여 용매를 제거하는 것이 바람직하다. 도공액도포 후의 소성은, 120~180℃에서 60~150초 가열하는 것이 바람직하다.

본 발명에 관한 연마 패드는, 흡착재에 연마층을 접합하여 형성된다. 연마층은, 일반적인 연마 패드로 적용되는 연마포가 적용한다. 예를 들면, 나일론, 폴리우레탄, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 등으로 형성된 부직포, 발포 성형체 등을 적용할 수 있다. 또한, 그 표면(연마면)의 형상은, 평탄한 것에 한정되지 않고, 연마제를 유지하기 위한 홈 등을 적의 형성해도 된다. 연마층이 되는 연마포의 두께는, 0.5~3mm의 것이 사용된다.

연마층과 기재와의 접합 방법도 공지의 방법으로 되고, 예를 들면 접착제, 점착제 등을 사용하여 양자를 접합하면 된다.

본 발명에 관한 연마 패드는, 흡착층의 적용에 의해, 연마 패드의 교환, 고정 작업의 작업성이 향상되고 있고, 그 위에 연마면의 고정밀도화를 도모할 수 있다.

[도 1] 본 실시 형태에서 사용한 연마 장치의 개략도.
[도 2] 흡착재를 구비하는 연마 패드의 구성을 설명하는 도면.

이하, 본 발명의 적합한 실시 형태를 설명한다.

본 실시 형태에서는, 구성이 상위한 복수의 흡착재를 연마층에 접합한 연마 패드를 제작하고, 그것들의 연마 특성을 평가했다.

(흡착재의 제작)

각종 수지 재료(PET, PEN, PVC)로 이루어지는 기재(두께 50㎛, 치수φ810mm)에, 폴리오르가노실록산으로 이루어지는 실리콘 성분을 함유하는 도공액을 도포했다. 도공액은, 양말단에만 비닐기를 가지는 직쇄상 폴리오르가노실록산으로 이루어지는 실리콘(분자량 30000) 100중량부에 가교제 0.6중량부, 백금 촉매 2중량부를 포함하는 무용제형의 실리콘액이다. 이 도공액을 기재에 도포한 후, 150~160℃에서 100초간 소성하여 실리콘을 가교시켜 흡착층을 형성했다. 가교 후의 흡착층의 두께는 모두 25㎛였다.

(연마 패드의 제작)

연마층으로 이루어지는 연마포는, 범용 타입의 스웨이드 조(調)의 연마포(형번(型番) 7355-000F)이며, 내프 길이 450㎛, 두께 1.37mm의 원형의 연마포이다. 연마층과 흡착재를 접착하여 일체화하여 연마 패드로 했다. 연마층과 흡착재와의 접착은, 아크릴계 접착제로 접합했다.

제조한 복수종의 연마 패드에 관해서, 흡착층의 표면 거칠기를 측정했다. 표면 거칠기의 측정은, JIS BO601-1994에 근거하고, 표면 거칠기 측정기에서 전송 속도 0.1mm/sec, 절단치 0.08 mm, 측정 길이 1.6mm×5로 했다. 그리고, 표면 거칠기 측정 후, 각 연마 패드를 사용하여 실리콘 웨이퍼의 연마를 실시하고, 연마 특성을 평가했다. 여기서의 평가 내용은 이하와 같다.

(연마손상 평가)

도 1에서 나타내는 연마 장치의 정반에 연마 패드를 첩부하고, 실제로 피연마 부재로서 실리콘 웨이퍼(φ8 인치)를 연마했다. 연마 공정에 있어서는, 연마 슬러리(Glanzox(주식회사 후지미인코퍼레이티드 제)를 순수한 물로 30배에 희석한 것)를 연마층에 적하했다(유량 150ml/min). 그 외의 연마 조건은, 하기와 같이 했다.

· 연마 압력: 0.163kgf/㎠.

연마 패드의 회전 속도: 45rpm

피연마 부재의 회전 속도: 47rpm.

· 페드의 요동 속도: 250mm/min.

· 연마시간: 3min

연마 후, 웨이퍼의 피연마면을 순수한 물로 세정하고, 무진(無塵) 상태에서 건조시킨 후, 연마면을 관찰하고, 손상의 크기와 수를 세어, 100점 만점으로부터의 감점법으로 평가했다. 이 때, 큰 손상은 감점을 크게 했다. 평가 결과에 관해서는, 95점 이상 100점 이하를 「◎」로 하고, 90점 이상 95점 미만을 「○」으로 하며, 85점 이상 90점 미만을 「△」으로 하고, 또한, 85점 미만을 「×」라고 했다.

(면내 균일성 평가)

연마 후의 실리콘 웨이퍼 표면의 산화막의 막두께 측정을 실시하여, 연마면의 균일성을 평가했다. 산화막의 막두께 측정에는, 간섭식 막두께 측정 장치(오오츠카전자사 제)를 이용했다. 면내 균일성은, 실리콘 웨이퍼에 열산화막이 1㎛ 퇴적한 샘플을 이용하여 상기와 같은 연마 조건에서 1분간 연마를 실시하고, 웨이퍼 상의 특정 위치 25점의 연마 전후의 막두께 측정치로부터 연마 속도 최대치(R_max)와 연마 속도 최소치(R_min)를 구하고, 하기식에 의해 면내 균일성을 산출했다. 평가 결과에 관해서는, 5% 이하를 「◎」으로 하고, 5% 초과 8% 이하를 「○」로 하며, 10% 이하를 「△」로 하고, 10%를 초과한 것은 「×」로 했다.

[수 1]

이상의 평가 결과를 표 1에 나타낸다. 또한, 이상의 물성 측정 및 연마 특성 평가는, 비교예로서 종래의 흡착재 부착 연마 패드에 관해서도 실시하고 있다.

표 1에서, 손상 평가와 면내 균일성의 쌍방에 관하여 허용가능한 것으로 하기 위해서는, 그 필수 조건으로서 흡착층의 표면 거칠기의 평균을 제한하는 것이 필요하다고 하는 것을 확인할 수 있다. 비교예는, 손상 평가는 양호하지만, 면내 균일성이 뒤떨어지고 있기 때문이다. 그리고, 면내 균일성을 보다 고정밀도한 것으로 하기 위해서는, 흡착층의 표면 거칠기의 균일성이 확보되어 있는 것이 요구되고, 중심부(Sc)와 단부(So)와의 차이가 작은 것이 바람직하다. 또한, 흡착층의 기재에 관해서도 파단 강도, 파단 신도를 적합하게 하는 것에 의해 바람직한 연마 특성을 나타낸다.

산업상의 이용 가능성

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 관한 연마 패드는, 흡착재를 구비한 것에 의한 편리성을 갖추면서도, 평탄성이 좋은 고품질의 연마면을 형성시킬 수 있다. 본 발명에 의하면, 대경화, 대면적화가 진행되는 웨이퍼나 디스플레이 패널에 대해서도, 고정밀도한 연마면을 형성할 수 있다.

Claims (6)

1. 기재와 흡착층으로 이루어지는 흡착재와, 연마층이 접합되어 있고, 흡착층-기재-연마층의 순으로 적층된 연마 패드에 있어서,
   상기 흡착층은, 양말단에만 비닐기를 가지는 직쇄상 폴리오르가노실록산으로 이루어지는 실리콘, 양말단 및 측쇄에 비닐기를 가지는 직쇄상 폴리오르가노실록산으로 이루어지는 실리콘, 말단에만 비닐기를 가지는 분기상 폴리오르가노실록산으로 이루어지는 실리콘, 및 말단 및 측쇄에 비닐기를 가지는 분기상 폴리오르가노실록산으로 이루어지는 실리콘으로부터 선택되는 적어도 1종의 실리콘을 가교시켜서 이루어지는 조성물로 이루어지는 것이고,
   상기 기재는, 파단강도 210~290MPa, 파단신도 80~130%인 수지로 이루어지고.
   상기 흡착층은, 그 표면 거칠기의 평균치 Sa가 0.02~0.06㎛임과 동시에, 흡착층의 중심부의 표면 거칠기(Sc)와 Sa와의 차, 및, 흡착층의 단부의 표면 거칠기(So)와 Sa와의 차가 모두 0.02㎛ 이하이고,
   흡착층의 두께는, 20~30㎛인 것을 특징으로 하는 연마 패드.
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5. 제1항에 있어서, 기재의 두께는, 50~200㎛인 연마 패드.
6. 삭제

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