KR101945874B1

KR101945874B1 - 표면 처리된 연마패드용 윈도우 및 이를 포함하는 연마패드

Info

Publication number: KR101945874B1
Application number: KR1020170099559A
Authority: KR
Inventors: 윤성훈; 허혜영; 안재인; 서장원; 윤종욱
Original assignee: 에스케이씨 주식회사
Priority date: 2017-08-07
Filing date: 2017-08-07
Publication date: 2019-02-11
Also published as: CN111183003A; WO2019031788A1; TWI721300B; TW201919818A; CN111183003B

Abstract

실시예는 표면 처리되어 CMP 공정 중 윈도우의 마모로 인해 발생할 수 있는 종점검출의 오류를 방지할 수 있는 연마패드용 윈도우 및 이를 포함하는 연마패드에 관한 것이다.

Description

표면 처리된 연마패드용 윈도우 및 이를 포함하는 연마패드{SURFACE TREATED WINDOW FOR POLISHING PAD AND POLISHING PAD COMPRISING THE SAME}

CMP 연마패드는 반도체 제조공정 중 화학적 기계적 평탄화(chemical mechanical planarization, CMP) 공정에서 중요한 역할을 담당하는 필수적인 자재로서, CMP 성능 구현에 중요한 역할을 담당하고 있다. 상기 CMP 연마패드는 CMP 공정 중 균일한 연마 작업을 통해 웨이퍼 상의 불필요한 부분을 제거하고 웨이퍼 표면을 평탄하게 하는 역할을 한다.

최근에는 웨이퍼의 두께를 검지하고 이를 통해 CMP 공정의 종료 시점을 검출하기 위한 여러가지 방법이 제안되었다. 예를 들어, 웨이퍼 표면의 평탄성을 인-시츄(in-situ)로 결정하기 위해 연마패드에 윈도우를 장착하고, 상기 윈도우를 통해서 레이저의 간섭계에 의해 발생된 반사빔을 통해 웨이퍼의 두께를 측정하는 방식이 제안되었다. 상기 인-시츄 방법에서 윈도우는 입사광 강도를 일정하게 유지하며 연마 전·후의 광 투과율의 편차가 적어야 종점 검출의 오류를 최소화할 수 있다.

이에 대한 대안으로 대한민국 등록특허 제 10-1109156 호는 윈도우의 하단 표면에서 발생하는 광 산란을 감소시키기 위한 산란방지층을 포함하는 연마패드를 개시하고 있다.

대한민국 등록특허 제 10-1109156 호

따라서, 실시예의 목적은 일면을 표면 처리하여 CMP 공정 중 윈도우의 마모로 인해 발생할 수 있는 종점검출의 오류를 방지할 수 있는 연마패드용 윈도우, 및 이를 포함하는 연마패드를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해 실시예는,

연마전 400 nm 광에 대한 투과율이 0.1 내지 1.5 %이고, 670 nm 광에 대한 투과율이 4.5 내지 7.5 %인, 표면 처리된 연마패드용 윈도우를 제공한다.

다른 실시예는, 상기 표면 처리된 연마패드용 윈도우를 포함하는 연마패드를 제공한다.

또 다른 실시예는, (1) 우레탄계 프리폴리머, 경화제 및 반응속도 조절제를 혼합하여 연마패드용 윈도우를 제조하는 단계; 및

(2) 상기 윈도우의 일면을 표면 처리하는 단계;를 포함하고,

상기 윈도우는 연마전 400 nm 광에 대한 투과율이 0.1 내지 1.5 %이고, 670 nm 광에 대한 투과율이 4.5 내지 7.5 %인, 표면 처리된 연마패드용 윈도우의 제조방법을 제공한다.

실시예에 따른 윈도우는 일면이 표면 처리되어, CMP 공정 중 윈도우의 마모로 인해 발생할 수 있는 종점검출의 오류를 방지하는 효과가 있다.

도 1은 일실시예의 연마패드의 단면도이다.

일실시예는 연마전 400 nm 광에 대한 투과율이 0.1 내지 1.5 %이고, 670 nm 광에 대한 투과율이 4.5 내지 7.5 %인, 표면 처리된 연마패드용 윈도우를 제공한다.

상기 윈도우는 연마전 800 nm 광에 대한 투과율이 5.5 내지 9.5 %일 수 있다. 구체적으로, 상기 윈도우는 연마전 400 nm 광에 대한 투과율이 0.5 내지 1.0 %이고, 670 nm 광에 대한 투과율이 4.5 내지 6.5 %이고, 800 nm 광에 대한 투과율이 6.5 내지 8.5 %일 수 있다.

상기 윈도우는 400 nm 광에 대한 투과율 변화율이 ± 10 % 이내이고, 상기 투과율 변화율이 하기 수학식 1로 계산될 수 있다.

상기 수학식 1에서, 연마 후 투과율은 실리콘 옥사이드를 대상으로 150 rpm의 속도로 20 시간 동안 연마한 후 측정한 투과율이다.

구체적으로, 상기 윈도우는 400 nm 광에 대한 투과율 변화율이 5 내지 10 %일 수 있다.

또한, 상기 윈도우는 670 nm 광에 대한 투과율 변화율이 ± 5 % 이내일 수 있다. 구체적으로, 상기 윈도우는 670 nm 광에 대한 투과율 변화율이 0.1 내지 5 %일 수 있다.

나아가, 상기 윈도우는 800 nm 광에 대한 투과율 변화율이 ± 10 % 이내일 수 있다. 구체적으로, 상기 윈도우는 800 nm 광에 대한 투과율 변화율이 -10 내지 -1 %일 수 있다.

가로 20 mm, 세로 60 mm 및 두께 2.3 mm인 상기 윈도우의 헤이즈가 85 내지 98 %일 수 있다. 구체적으로, 가로 20 mm, 세로 60 mm 및 두께 2.3 mm인 상기 윈도우의 헤이즈가 90 내지 98 %일 수 있다.

연마전 상기 윈도우의 표면 조도(Ra)가 1.0 내지 5.0 ㎛, 2.0 내지 4.0 ㎛, 또는 2.0 내지 3.5 ㎛일 수 있다.

상기 윈도우는 우레탄계 프리폴리머, 경화제 및 반응속도 조절제를 포함하는 윈도우 조성물로부터 형성된 것으로서, 미반응 이소시아네이트기(NCO)를 포함할 수 있다.

프리폴리머(prepolymer)란 일반적으로 일종의 최종성형품을 제조함에 있어서, 성형하기 쉽도록 중합도를 중간 단계에서 중지시킨 비교적 낮은 분자량을 갖는 고분자를 의미한다. 프리폴리머는 그 자체로 또는 다른 중합성 화합물과 반응시킨 후 성형할 수 있다. 구체적으로, 상기 우레탄계 프리폴리머는 이소시아네이트 화합물과 폴리올을 반응시켜 제조된 것으로서, 미반응 이소시아네이트기(NCO)를 포함할 수 있다.

상기 경화제는 상기 경화제는 아민 화합물 및 알콜 화합물 중 1종 이상일 수 있다. 구체적으로, 상기 경화제는 방향족 아민, 지방족 아민, 방향족 알콜, 및 지방족 알콜로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상의 화합물을 포함할 수 있다.

상기 반응속도 조절제는 3차 아민계 화합물 및 유기금속계 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다. 또한, 상기 반응속도 조절제는 반응 촉진제 또는 반응 지연제일 수 있다.

상기 윈도우는 무발포체이며, 윈도우 내에 미세 기포가 존재하지 않으므로, 연마액이 연마패드 내로 침투하는 가능성이 줄어들고, 이로써 광학적 종점 검출의 정밀도가 향상되고 광투과 영역의 손상을 방지할 수 있다.

연마패드

다른 실시예는 상술한 바와 같은 표면 처리된 연마패드용 윈도우를 포함하는 연마패드를 제공한다.

상기 연마패드는 관통홀이 형성된 연마층; 및 상기 관통홀 내에 삽입된 표면처리된 윈도우;를 포함할 수 있다.

도 1을 참조하면, 일실시예의 연마패드는 제1 관통홀(201)이 형성된 연마층(101); 상기 제1 관통홀이 형성된 영역 내에 제2 관통홀(202)이 형성된 지지층(102); 상기 제1 관통홀이 형성된 영역 내에 제3 관통홀(203)이 형성되고, 상기 연마층 및 상기 지지층 사이에 개재된 접착층(103); 및 상기 제1 관통홀 내에 삽입되고, 상기 접착층에 접착된 윈도우(104);를 포함할 수 있다.

상기 연마층은 우레탄계 프리폴리머, 경화제, 반응속도 조절제 및 발포제를 포함하는 연마층 조성물로부터 형성된 것일 수 있다. 상기 우레탄계 프리폴리머는 이소시아네이트 화합물과 폴리올을 반응시켜 제조된 것으로서, 미반응 이소시아네이트기(NCO)를 포함할 수 있다.

상기 경화제 및 반응속도 조절제는 상기 윈도우에서 설명한 바와 같다.

상기 발포제는 연마패드의 공극 형성에 통상적으로 사용되는 것이라면 특별히 제한하지 않는다. 예를 들어, 상기 발포제는 공극을 가지는 고상발포제, 휘발성 액체가 채워져 있는 액상발포제 및 불활성 가스로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다.

상기 연마층의 두께는 특별히 제한되지 않으나, 예를 들어, 0.8 내지 5.0 mm, 1.0 내지 4.0 mm, 또는 1.0 내지 3.0 mm일 수 있다.

상기 윈도우는 연마층의 관통홀과 동일한 크기일 수 있다. 또한, 상기 윈도우의 두께는 연마층의 두께와 동일하거나 작을 수 있다. 구체적으로, 상기 윈도우의 두께는 연마층의 두께보다 작을 수 있다.

상기 윈도우의 마모율은 연마층의 마모율과 같거나 약간 높을 수 있다. 이 경우, 일정시간의 연마 진행 후 윈도우 부분만 돌출되어 연마되는 웨이퍼에 스크래치를 발생시키는 문제을 방지할 수 있다.

상기 윈도우는 연마패드의 연마층과 유사한 경도를 갖는 것이 바람직하며, 이 경우, CMP 공정 중 돌출부가 나타나 웨이퍼에 표면 손상이 발생하는 것을 방지할 수 있다.

표면 처리된 연마패드용 윈도우의 제조방법

또 다른 실시예는,

(1) 우레탄계 프리폴리머, 경화제 및 반응속도 조절제를 혼합하여 연마패드용 윈도우를 제조하는 단계; 및

(2) 상기 윈도우의 일면을 표면 처리하는 단계;를 포함하고,

단계 (1)

본 단계에서는 우레탄계 프리폴리머, 경화제 및 반응속도 조절제를 혼합하여 연마패드용 윈도우를 제조한다.

상기 우레탄계 프리폴리머, 경화제 및 반응속도 조절제는 상기 윈도우에서 설명한 바와 같다.

단계 (2)

본 단계에서는 상기 윈도우의 일면을 표면 처리한다.

상기 표면 처리는 윈도우의 일면에 샌드 블라스트 처리, 주름 처리(엠보스 처리), 에칭 처리, 코로나 방전 처리, 또는 레이저 조사 처리 등을 행하는 방법; 소정의 표면 형상을 갖는 금속 롤, 고무 롤, 또는 엠보스 롤을 사용하여 상기 윈도우의 일면에 패턴을 형성하는 방법; 및 사포 등의 연마재를 사용하여 버핑하는 방법 등을 들 수 있다. 구체적으로, 상기 표면 처리는 연마재를 이용하여 수행할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 표면 처리는 상기 윈도우의 일면에 연마재를 100 내지 1,000 rpm 및 0.1 내지 3.0 psi의 압력으로 10 내지 60 초 동안 처리할 수 있다.

상기 표면처리는 윈도우의 표면 조도가 1.0 내지 5.0 ㎛가 되도록 수행할 수 있다. 구체적으로, 상기 표면처리는 윈도우의 표면 조도가 2.0 내지 4.0 ㎛가 되도록 수행할 수 있다.

상기 표면처리된 윈도우는 연마전 800 nm 광에 대한 투과율이 5.5 내지 9.5 %일 수 있다.

구체적으로, 상기 표면처리된 윈도우는 연마전 400 nm 광에 대한 투과율이 0.5 내지 1.0 %이고, 670 nm 광에 대한 투과율이 4.5 내지 6.5 %이고, 800 nm 광에 대한 투과율이 6.5 내지 8.5 %일 수 있다.

상기 표면처리된 윈도우는 400 nm 광에 대한 투과율 변화율이 ± 10 % 이내이고, 상기 투과율 변화율이 하기 수학식 1로 계산될 수 있다.

[수학식 1]

구체적으로, 상기 표면처리된 윈도우는 400 nm 광에 대한 투과율 변화율이 5 내지 10 %일 수 있다.

또한, 상기 표면처리된 윈도우는 670 nm 광에 대한 투과율 변화율이 ± 5 % 이내일 수 있다. 구체적으로, 상기 표면처리된 윈도우는 670 nm 광에 대한 투과율 변화율이 0.1 내지 5 %일 수 있다.

나아가, 상기 표면처리된 윈도우는 800 nm 광에 대한 투과율 변화율이 ± 10 % 이내일 수 있다. 구체적으로, 상기 표면처리된 윈도우는 800 nm 광에 대한 투과율 변화율이 -10 내지 -1 %일 수 있다.

이하, 본 발명을 하기 실시예에 의하여 더욱 상세하게 설명한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 범위가 이들만으로 한정되는 것은 아니다.

[ 실시예 ]

실시예 1. 연마패드의 제작

1-1: 연마층의 제조

우레탄계 프리폴리머, 경화제, 불활성 가스 및 반응속도 조절제 주입 라인이 구비된 캐스팅 장비에서, 프리폴리머 탱크에 미반응 NCO의 함량이 8.0 중량%인 PUGL-450D(SKC 사 제품)를 충진하고, 경화제 탱크에 비스(4-아미노-3-클로로페닐)메탄(bis(4-amino-3-chlorophenyl)methane, Ishihara사 제품)을 충진하고, 반응속도 조절제로는 A1(Airproduct사 제품, 3차 아민계 화합물)를 준비하고, 불활성 가스로는 아르곤(Ar)을 준비했다.

상기 각각의 투입 라인을 통해 우레탄계 프리폴리머, 경화제, 불활성 가스 및 반응속도 조절제를 믹싱 헤드에 일정한 속도로 투입하면서 교반하였다. 이때, 우레탄계 프리폴리머의 NCO기의 몰 당량과 경화제의 반응성 기의 몰 당량을 1:1로 맞추고 합계 투입량을 10 kg/분의 속도로 유지하였다. 또한, 상기 우레탄계 프리폴리머 100 중량부에 대하여 0.5 중량부의 반응속도 조절제를 혼입하고, 상기 우레탄계 프리폴리머 총 부피의 20 %의 부피로 아르곤 가스를 투입하였다. 주입된 원료들은 후 몰드(가로 1,000 mm, 세로 1,000 mm, 높이 3 mm)에 주입되고, 고상화시켜 시트 형태의 연마층을 얻었다.

이후 상기 연마층은 표면 절삭 과정을 거쳐 평균 두께를 2 mm로 조절하였다.

1-2: 윈도우의 제조

우레탄계 프리폴리머로 미반응 NCO의 함량이 8.5 중량%인 PUGL-500D(SKC사 제품)을 사용하고 원료 혼합시 불활성 가스를 주입하지 않고 주입된 원료들은 후 몰드(가로 1,000 mm, 세로 1,000 mm, 높이 50 mm)에 주입한 것을 제외하고는, 실시예 1-1과 동일한 방법으로 케이크(cake) 형태의 윈도우를 얻었다.

이후 상기 케이크를 절삭하여 평균 두께 1.9 mm의 시트 형태의 20 장의 윈도우를 얻었다. 상기 시트 형태의 윈도우를 타발하여 가로 20 mm, 세로 60 mm 및 두께 1.9 mm의 윈도우를 제조하였다.

이후 쿠션층이 있는 그라인더에 1,000 방 사포 및 상기 윈도우를 장착하고, 상기 윈도우의 일면을 상기 사포로 300 rpm의 회전 속도 및 3.0 psi의 압력으로 30 초 동안 표면처리하였다.

1-3: 지지층의 제조

지지층(제조사: ㈜ 피티에스, 제품명: ND-5400H, 두께: 1.1 mm)을 가로 1,000 mm 및 세로 1,000 mm로 절단하여 준비했다.

1-4: 연마패드의 제조

상기 실시예 1-1의 연마층을 가로 20 mm 및 세로 60 mm로 타공하여 제1 관통홀을 형성하고, 상기 실시예 1-3의 지지층을 가로 16 mm 및 세로 56 mm로 타공하여 제2 관통홀을 형성하였다. 이후 상기 지지층과 연마층을 핫멜트 필름(제조사: SKC, 제품명: TF-00, 평균 두께: 40 ㎛)을 이용하여 120 ℃에서 1.5 mm 갭(gap)으로 라미네이션 융착하고, 상기 지지층의 타면에 양면접착제(제조사: 3M, 제품명: 442JS)를 접착하고, 제2 관통홀 만큼 양면접착제를 절삭하고 제거하였다. 이후 상기 제1 관통홀에 실시예 1-2의 윈도우를 표면처리된 일면이 연마층쪽으로 노출되도록 삽입하고 130 ℃에서 0.5 ㎫로 3 분 동안 열 융착하여 연마패드를 제조하였다(도 1 참조).

비교예 1.

윈도우의 일면을 표면 처리하지 않은 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 연마패드를 제조하였다.

시험예 . 물성 측정

실시예 1 및 2, 및 비교예 1에서 제조한 윈도우를 대상으로 광 투과율, 표면 조도 및 헤이즈를 하기와 같은 방법으로 측정하였으며, 결과는 표 1에 나타냈다.

(1) 광 투과율

윈도우를 10 mm × 50 mm(두께: 2.3 ~ 2.4 mm)의 크기로 절단하여 광 투과율 측정용 시료로 사용하였다. 상기 시료를 초순수가 충전된 유리 셀(광로 길이 10 mm × 광로 폭 10 mm × 높이 45 mm)에 넣고, 분광 광도계(시마즈제작소 제조, UV-1600PC)를 사용하여, 측정 파장은 400 nm, 670 nm, 800 nm 및 전광선으로 측정하였다.

이후 CMP 연마 장비를 사용하여, CVD 공정에 의해서 실리콘 옥사이드가 증착된 직경 300 ㎜의 실리콘 웨이퍼를 설치하였다. 이후 상기 연마패드를 붙인 정반 상에 실리콘 웨이퍼의 실리콘 옥사이드 층을 아래(비연마면)로 세팅하였다. 이후, 연마 하중이 4.0 psi가 되도록 조정하고 연마패드 상에 하소 세리아 슬러리를 250 ㎖/분의 속도로 투입하면서 정반을 150 rpm으로 20 시간 동안 회전시켜 산화규소막을 연마하였다. 이후 상술한 바와 동일한 방법으로 연마 후 윈도우의 광 투과율을 측정하였다. 또한, 연마 전 후의 투과율 변화율을 하기 수학식 1로 계산하였다.

[수학식 1]

(2) 표면 조도

윈도우를 20 mm × 60 mm(두께: 2.3 ~ 2.4 mm)의 크기로 절단한 후 조도 측정기(제조사: Mitutoyo, 모델명: SJ-400)을 통해 ISO-1997 규격으로 평균 표면조도(Ra)를 측정하였다.

(3) 헤이즈

윈도우를 20 mm × 60 mm(두께: 2.3~2.4 mm)의 크기로 절단한 후 HazeMeter (제조사: NIPPON DENSHOKU 모델명: NDH 5000W)를 통해 65D 광원으로 헤이즈를 측정하였다.

	대상 파장	실시예 1		비교예 1
	대상 파장	연마 전	연마 후	연마 전	연마 후
투과율 (%)	400 nm	0.679	0.742	9.12	0.708
	670 nm	6.148	6.242	51.32	6.384
	800 nm	7.869	7.426	59.334	8.050
투과율 변화율 (%)	400 nm	-	9.3	-	1,188
	670 nm	-	1.5	-	703
	800 nm	-	-5.6	-	637
헤이즈 (%)		96.2	97.5	80.1	95.3
전광선 투과율 (%)		73.3	72.7	76.2	72.8
평균 표면조도 (Ra, ㎛)		2.07	3.134	0.293	2.597

표 1에서 보는 바와 같이, 실시예 1의 표면 처리된 윈도우는 연마 전과 후의 투과율 변화가 적어, CMP 공정 중 윈도우의 마모로 인해 발생할 수 있는 종점검출의 오류를 방지하는 효과가 있음을 알 수 있었다. 한편, 비교예 1의 윈도우는 연마 전과 후의 투과율 변화가 커 CMP 공정 중 윈도우의 마모로 인해 종점검출의 오류가 발생할 수 있음을 알 수 있었다.

101: 연마층 102: 표면처리된 윈도우
103: 접착층 104: 지지층
201: 관통홀, 제1 관통홀 202: 제2 관통홀
203: 제3 관통홀

Claims

연마전 400 nm 광에 대한 투과율이 0.1 내지 1.5 %이고, 670 nm 광에 대한 투과율이 4.5 내지 7.5 %이고, 800 nm 광에 대한 투과율이 5.5 내지 9.5 %이고,
400 nm 광에 대한 투과율 변화율이 5 내지 10 %이고,
670 nm 광에 대한 투과율 변화율이 0.1 내지 5 %이며,
800 nm 광에 대한 투과율 변화율이 -10 내지 -1%이고,
상기 투과율 변화율이 하기 수학식 1로 계산되며,
[수학식 1]

상기 수학식 1에서, 연마 후 투과율은 실리콘 옥사이드를 대상으로 150 rpm의 속 도로 20 시간 동안 연마한 후 측정한 투과율인, 표면 처리된 연마패드용 윈도우.
삭제
삭제
제1항에 있어서,
가로 20 mm, 세로 60 mm 및 두께 2.3 mm인 상기 윈도우의 헤이즈가 85 내지 98 %인, 표면 처리된 연마패드용 윈도우.
제1항에 있어서,
연마전 상기 윈도우의 표면 조도가 1.0 내지 5.0 ㎛인, 표면 처리된 연마패드용 윈도우.
제1항, 제4항 및 제5항 중 어느 한 항의 표면 처리된 연마패드용 윈도우를 포함하는 연마패드.
(1) 우레탄계 프리폴리머, 경화제 및 반응속도 조절제를 혼합하여 연마패드용 윈도우를 제조하는 단계; 및
(2) 상기 윈도우의 일면을 표면 처리하는 단계;를 포함하고,
상기 윈도우는 연마전 400 nm 광에 대한 투과율이 0.1 내지 1.5 %이고, 670 nm 광에 대한 투과율이 4.5 내지 7.5 % 이고, 800 nm 광에 대한 투과율이 5.5 내지 9.5 %이고,
400 nm 광에 대한 투과율 변화율이 5 내지 10 %이고,
670 nm 광에 대한 투과율 변화율이 0.1 내지 5 %이며,
800 nm 광에 대한 투과율 변화율이 -10 내지 -1%이고,
상기 투과율 변화율이 하기 수학식 1로 계산되며,
[수학식 1]

상기 수학식 1에서, 연마 후 투과율은 실리콘 옥사이드를 대상으로 150 rpm의 속 도로 20 시간 동안 연마한 후 측정한 투과율인, 표면 처리된 연마패드용 윈도우의 제조방법.
제7항에 있어서,
상기 단계 (2)의 표면 처리가 연마재를 이용하여 수행되는, 표면 처리된 연마패드용 윈도우의 제조방법.
제8항에 있어서,
상기 표면 처리가 연마재를 100 내지 1,000 rpm 및 0.1 내지 3.0 psi의 압력으로 10 내지 60 초 동안 처리하는, 표면 처리된 연마패드용 윈도우의 제조방법.
제7항에 있어서,
상기 표면 처리는 윈도우의 표면 조도가 1.0 내지 5.0 ㎛가 되도록 수행하는, 표면 처리된 연마패드용 윈도우의 제조방법.