KR101916119B1 - 화학적 기계 연마용 연마패드 - Google Patents

Abstract

본 발명에 의하면, CMP 공정에서 연마 대상인 웨이퍼와 접하는 상부 패드; 및 상기 상부 패드의 하부에 위치하는 하부 패드를 포함하며, 상기 하부 패드의 경도는 75 내지 120 shore A인 것을 특징으로 하는 CMP용 연마패드가 제공된다.

Description

화학적 기계 연마용 연마패드 {POLISHING PAD FOR CHEMICAL MECHANICAL POLISHING}

본 발명은 화학적 기계 연마(CMP; Chmecal Mechanical Polishing)에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 화학적 기계 연마에 사용되는 연마패드에 관한 것이다.

반도체는 실리콘과 같은 반도체 기판 위에 트랜지스터나 캐패시터와 같은 전자소자를 고밀도로 집적한 소자로 증착기술, 포토리소그라피기술 및 에칭기술 등을 이용하여 제조된다. 이와 같이 증착, 포토리소그라피, 에칭 공정이 반복되면 기판에는 특정한 모양의 패턴이 형성되는데, 이러한 패턴의 형성이 층을 이루며 반복되면 상부에는 단차가 점차 심해지게 된다. 상부에 단차가 심해지면 이후의 포토리소그라피 공정에서 포토마스크 패턴의 초점이 흐려져 결과적으로 고정세의 패턴 형성이 어려워진다.

기판 위의 단차를 줄여 포토리소그라피의 해상도를 증가시킬 수 있는 기술 중 하나가 CMP(Chemical Mechanical Polishing) 공정이다. CMP 공정은 단차가 형성된 기판을 화학적 기계적으로 연마하여 기판의 상부를 평탄화하는 기술이다.

도 1은 CMP 공정을 도식적으로 나타낸 것이다. 도 1을 참조하면, CMP 공정은 회전하는 CMP 연마패드(102)에 웨이퍼(103)가 접촉한 상태로 회전하며 웨이퍼(103)의 상부에 형성된 층이 폴리싱됨으로써 진행된다. CMP 연마패드(102)는 회전하는 평판테이블(101) 위에 결합되고, 웨이퍼(103)는 캐리어(104)에 의하여 CMP 연마패드(102)에 접촉한 상태로 회전한다. 이때, CMP 연마패드(102)의 상부에는 슬러리 공급노즐(105)로부터 슬러리(106)가 공급된다.

CMP 연마패드는 웨이퍼의 표면을 연마하는데 사용되는 소모품으로 없어서는 안 될 중요한 부품이다. 도 2에는 일반적으로 사용되는 종래의 CMP 연마패드가 사시도로서 도시되어 있다. 도 2를 참조하면, 일반적인 종래의 CMP 연마패드(10)는 경도가 서로 다른 상부 패드(11)와 하부 패드(12)를 포함하는 2층 구조로 구성되어 있다. 상부 패드(11)는 CMP 공정시 웨이퍼와 접하는 층으로서 상대적으로 경질의 경도를 가지며, 하부 패드(12)는 상대적으로 연질의 경도를 갖는다. 이와 같은 구조는 변형량이 상대적으로 적은 경질의 상부 패드(11)를 통해서는 패턴에 의한 요철 형상에 대한 선택비를 높이고, 변형량이 상대적으로 큰 연질의 하부 패드(12)를 통해서는 전체적인 균일성을 보정하기 위한 것이다. 하지만, 이와 같이 상대적으로 연질인 하부 패드를 사용하는 경우 웨이퍼 표면의 단일 셀 내에서의 평탄도(flatness)를 향상시키는데 한계가 있어서 개선이 요구된다.

본 발명의 목적은 CMP 공정에서 웨이퍼 내 단일 셀에서의 평탄도를 개선할 수 있는 CMP용 연마패드를 제공하는 것이다.

상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면,

CMP 공정에서 연마 대상인 웨이퍼와 접하는 상부 패드; 및 상기 상부 패드의 하부에 위치하는 하부 패드를 포함하며, 상기 하부 패드의 경도는 75 내지 120 shore A인 것을 특징으로 하는 CMP용 연마패드가 제공된다.

상기 하부 패드의 밀도는 0.850 내지 1.105일 수 있다.

상기 하부 패드의 탄성계수는 15 내지 40 MPa일 수 있다.

상기 하부 패드의 인장 강도는 12 내지 45 MPa일 수 있다.

상기 하부 패드의 연신율은 200 내지 400%일 수 있다.

상기 하부 패드의 절단 강도는 85 내지 150 N/mm일 수 있다.

상기 하부 패드의 압축률은 0.5 내지 7.5%일 수 있다.

상기 상부 패드의 경도는 68 내지 80 shore D일 수 있다.

상기 상부 패드는 비다공성일 수 있다.

본 발명에 의하면 앞서서 기재된 본 발명의 목적을 모두 달성할 수 있다. 구체적으로는, 상부 패드와 하부 패드를 구비하는 CMP용 연마패드에서 하부 패드의 경도가 종래보다 높은 것이 사용되어 CMP 공정시 웨이퍼의 단일 셀 내에서의 평탄도가 현저하게 개선된다.

도 1은 일반적인 CMP 공정을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 2층 구조를 갖는 CMP 연마패드를 도시한 측면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 CMP 연마패드와 비교예로서의 상용 패드의 평가결과를 보여주는 그래프이다.

본 발명의 바람직한 실시예의 구성 및 작용을 상세하게 설명한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 CMP용 연마패드는 도 2에 도시된 바와 같은 2층 구조로서, CMP 공정시 반도체 웨이퍼와 접하는 상부 패드와, 상부 패드의 하부에 위치하는 하부 패드를 구비한다. 상부 패드와 하부 패드는 폴리카보네이트, 폴리올레핀 등 통상적인 사용되는 재질로 이루어질 수 있다.

본 발명에서 상부 패드는 68 내지 80 Shore D의 경도(hardness), 1.135 내지 1.1200의 밀도(density), 120 내지 200 MPa의 탄성계수, 30 내지 80 MPa의 인장 강도(tensile strength) 및 150 내지 400%의 연신율(elongation)을 갖는다. 본 실시예에서 사용되는 상부 패드는 비다공성(Non Pore)인 것으로 설명하는데, 본 발명은 이에 제한되는 것은 아니다.

본 발명은 하부 패드가 종래의 하부 패드보다 높은 경도를 갖는 것이 사용되어 CMP 공정시 웨이퍼의 단일 셀 내에서의 평탄도를 현저하게 개선한 것이 특징이다. 본 발명에서 하부 패드는 75 내지 120 Shore A의 경도, 0.850 내지 1.105의 밀도, 15 내지 40 MPa의 탄성계수, 12 내지 45 MPa의 인장 강도, 200 내지 400%의 연신율, 85 내지 150 N/mm의 절단 강도(tear strength) 및 0.5 내지 7.5%의 압축률(compressibility)을 갖는다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 CMP 연마패드와 비교예 1, 2 평가결과를 보여주는 그래프이다. 도 3은 CMP 공정에 따른 해당 연마패드에 의한 단차 제거 결과를 나타낸다.

도 3에서 실시예와 비교예 1, 2의 물성치는 아래 표 1과 같다.

하부패드	경도(hardness) (Shore A)	밀도	탄성계수 (Mpa)	인장강도 (Mpa)	연신율(%)	절단강도 (N/mm)	압축률 (%)
실시예	90.2	0.951	23.3	23.7	258.6	106.6	0.66
비교예 1	73.0	0.490	2.1	2.7	85.5	10.3	11.56
비교예 2	123	1.21	N/A	46	405	165	N/A

도 3으로부터 본 발명에 따른 경도 범위(75 내지 120 Shore A)를 갖는 하부 패드를 사용하는 경우에 높은 평탄도를 얻을 수 있다는 것이 확인된다. 상부 패드의 경우 모두 비다공성으로서 동일한 물성(72 Shore D의 경도, 1.186의 밀도, 162 MPa의 탄성계수, 56.9 MPa의 인장 강도 및 241.2%의 연신율)을 갖는다.

이상 실시예를 통해 본 발명을 설명하였으나, 본 발명은 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 실시예는 본 발명의 취지 및 범위를 벗어나지 않고 수정되거나 변경될 수 있으며, 본 기술분야의 통상의 기술자는 이러한 수정과 변경도 본 발명에 속하는 것임을 알 수 있을 것이다.

Claims (9)

1. CMP 공정에서 연마 대상인 웨이퍼와 접하는 상부 패드; 및
   상기 상부 패드의 하부에 위치하는 하부 패드를 포함하며,
   상기 하부패드의 경도는 상기 상부패드보다 높으며,
   상기 하부 패드는 75 내지 120 Shore A의 경도, 0.850 내지 1.105의 밀도, 15 내지 40 MPa의 탄성계수, 12 내지 45 MPa의 인장 강도, 200 내지 400%의 연신율, 85 내지 150 N/mm의 절단 강도(tear strength) 및 0.5 내지 7.5%의 압축률(compressibility)을 가지며,
   상기 상부 패드는 68 내지 80 Shore D의 경도(hardness), 1.135 내지 1.1200의 밀도(density), 120 내지 200 MPa의 탄성계수, 30 내지 80MPa의 인장 강도(tensile strength) 및 150 내지 400%의 연신율(elongation)을 가지는 것을 특징으로 하는 CMP용 연마패드.
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9. 청구항 1에 있어서,
   상기 상부 패드는 비다공성인 것을 특징으로 하는 CMP용 연마패드.

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