KR102142573B1 - 실리콘 웨이퍼 드라이 폴리싱용 패드의 지립 제조방법 - Google Patents

실리콘 웨이퍼 드라이 폴리싱용 패드의 지립 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 실리카 담체 내부를 미립자화하여 실리콘 웨이퍼의 산화를 촉진시킬 수 있는 실리콘 웨이퍼 드라이 폴리시용 패드의 지립 제조방법에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 실리콘 웨이퍼 드라이폴리싱용 패드의 지립 제조방법은, 1) 실리카 담체를 준비하는 단계; 2) 상기 실리카 담체를 산화제 수용액에 담가 산화제를 상기 실리카 담체에 고착시키고 건조하는 단계; 3) 전 단계에서 얻어지는 실리카 담체를 코팅용 고분자 용액으로 코팅하는 단계; 4) 콜로이드 실리카를 상기 실리카 담체에 투입하고 건조하여 상기 산화제를 코팅하는 단계; 5) 상기 실리카 담체의 내부를 분쇄하는 단계;를 포함한다.

Description

실리콘 웨이퍼 드라이 폴리싱용 패드의 지립 제조방법{A METHOD FOR MANUFACTURING THE GRAIN OF DRY POLISHING PAD}
본 발명은 드라이폴리싱용 패드의 지립 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 실리카 담체 내부를 미립자화하여 실리콘 웨이퍼의 산화를 촉진시킬 수 있는 실리콘 웨이퍼 드라이 폴리시용 패드의 지립 제조방법에 관한 것이다.
일반 실리콘 웨이퍼의 폴리싱은 화학적 기계적 연마(CMP : Chemical & Michanical Polishing) 방법에 의하여 이루어지며, 이 경우 슬러리를 사용하고 기계적 작용에 의한 화학 반응을 일으켜 폴리싱 또는 그라인딩(grinding)을 실시한다.
한편 드라이 폴리싱의 경우에는 슬러리(slurry)를 따로 사용하지 않고 드라이폴리싱 패드 내에 연마용 입자와 웨이퍼와의 접촉점에서 규소를 산화시켜 이산화규소(SiO2)를 만들고, 다시 이를 제거하는 방식으로 이루어진다.
전자의 경우 기계적 작용을 위하여 실리콘 웨이퍼보다 경도가 높은 연마제를 사용해야 하며, 후자의 경우 산화제와 약한 연마제를 사용해야 한다. 따라서 전자의 경우 폴리싱 면을 연마제의 입자크기 이하로 조정하기가 어려우며, 후자의 경우 폴리싱 작업 중에 산화제의 작용을 완전하게 이루기 위해 웨이퍼와 패드의 접촉면에서 고온 환경을 요구한다.
한편 드라이 폴리싱의 경우 실리콘의 산화를 촉진하기 위하여 물이 존재하는 경우, 발생기 산소에 의하여 산화가 쉽게 일어날 수 있지만, 불안정한 산화제를 채택하는 경우 제조 후 시간이 지남에 따라 자연 분해 또는 다른 물질(특히 분해되기 쉬운 유기물)과 접촉에 의해 특성이 변화 또는 열화될 수 있다.
그러나 드라이폴리싱 패드에 물을 공급하면, 실리콘의 산화를 보조할 수 있지만, 패드 내의 산화제를 용해시키던가, 웨이퍼에 패드의 고형분과 웨이퍼와의 반응에 의해 발생된 SiO2 등의 슬러지가 패드와 웨이퍼 사이에 쌓이거나 웨이퍼의 주이를 둘러싸는 문제점이 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 실리카 담체 내부를 미립자화하여 액체 물 공급 없이도 실리콘 웨이퍼의 산화를 촉진시킬 수 있는 실리콘 웨이퍼 드라이 폴리시용 패드의 지립 제조방법을 제공하는 것이다.
전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 실리콘 웨이퍼 드라이폴리싱용 패드의 지립 제조방법은, 1) 실리카 담체를 준비하는 단계; 2) 상기 실리카 담체를 산화제 수용액에 담가 산화제를 상기 실리카 담체에 고착시키고 건조하는 단계; 3) 전 단계에서 얻어지는 실리카 담체를 코팅용 고분자 용액으로 코팅하는 단계; 4) 콜로이드 실리카를 상기 실리카 담체에 투입하고 건조하여 상기 산화제를 코팅하는 단계; 5) 상기 실리카 담체의 내부를 분쇄하는 단계;를 포함한다.
그리고 본 발명에서 상기 실리카 담체는, 흄드 실리카(fumed silica) 인 것이 바람직하다.
또한 본 발명에서 상기 산화제는, KMnO4 또는 NaAsO3 인 것이 바람직하다.
또한 본 발명에서 상기 고분자 코팅 용액은, 에틸 셀룰로오스(Ethyl Cellulose) 또는 CMC-Na(Sodium Carbonyl methyl cellulose)를 용제에 용해하여 얻어지는 것이 바람직하다.
또한 본 발명에서 상기 5) 단계에서는, 파손된 상기 실리카 담채의 알갱이 크기가 실리콘 웨이퍼의 1회 가공 두께보다 작게 파손하는 것이 바람직하다.
또한 본 발명에서 상기 5) 단계는, 과열 증기를 이용하여 상기 실리카 담채의 내부를 분쇄하는 것이 바람직하다.
또한 본 발명에서 상기 5) 단계는, 초음파를 이용하여 상기 실리카 담채의 내부를 분쇄하는 것이 바람직하다.
또한 본 발명에 따른 드라이폴리싱 패드의 지립 제조방법에서는, 파손된 상기 실리카 담채의 알갱이 크기가 실리콘 웨이퍼의 1회 가공 두께보다 작게 되도록 초음파의 주파수를 조정하는 것이 바람직하다.
본 발명에 의하여 제조되는 드라이폴리싱 패드의 지립은 산화제를 이용해서 실리콘 웨이퍼와 접촉함과 동시에 SiO2로 변화시킨다. 그리고 기체 상태의 H2O를 마찰력에 의해 화학적인 방법으로 공급하여 전술한 실리콘의 산화를 촉진시킨다.
한편 본 발명에 의하여 제조되는 지립을 포함하는 드라이폴리싱 패드는 패드 내의 기본 입자 크기를 미립자화 하되, 코팅해서 슬러리의 통로를 방해하지 않는 장점도 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 드라이폴리싱 패드의 지립 제조방법의 공정도이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세하게 설명한다.
본 실시예에 따른 드라이폴리싱 패드의 지립 제조방법은, 도 1에 도시된 바와 같이, 실리카 담체를 준비하는 단계(S100)로 시작된다. 이 단계(S100)에서 준비되는 상기 실리카 담체는 흄드 실리카(fumed silica) 인 것이 바람직하며, 입자의 크기는 10 ~ 30㎛ 정도인 것이 바람직하다.
다음으로는 전 단계(S100)에서 준비된 상기 실리카 담체에 산화제를 고착시키는 단계(S200)가 진행된다. 이 단계(S200)는 먼저 상기 산화제를 물에 용해시킨 후, 상기 실리카 담체에 흡착시킨다. 그리고 나서 상기 실리카 담체 내의 모세관 속에 고형으로 고착시키고 건조시킨다.
상기 산화제는 드라이 폴리싱 과정에서 실리콘 웨이퍼 표면의 실리콘(Si)을 이산화실리콘(SiO2)으로 산화시키는 기능을 수행하며, 이 산화제는 상온에서는 안정하지만 높은 온도에서 분해되는 산화제인 것이 바람직하다. 따라서 본 실시예에서 상기 산화제는 KMnO4 또는 NaAsO3 인 것이 바람직하다.
다음으로는 전 단계(S200)에서 얻어지는 실리카 담체를 코팅용 고분자 용액으로 코팅하는 단계(S300)가 진행된다. 즉, 상기 산화제가 고착된 실리카 담체를 코팅용 고분자 용액에 담가서 코팅하는 것이다. 이때 상기 고분자 코팅 용액은, 에틸 셀룰로오스(Ethyl Cellulose) 또는 CMC-Na(Sodium Carbonyl methyl cellulose)를 용제에 용해하여 얻어지는 것이 바람직하다.
다음으로는 도 1에 도시된 바와 같이, 코로이달 실리카(Corroidal Silica)를 코팅하는 단계(S400)가 진행된다. 이 단계(S400)에서는 코로이달 실리카를 물에 묽게 희석하여 상기 실리카 담체에 투입하고 재건조시켜 상기 실리카 담체를 코로이달 실리카로 코팅한다. 이렇게 코로이달 실리카로 상기 실리카 담체를 코팅하면, 상기 산화제의 경시 변화를 막고, 액체의 물이 직접 접촉하지 않게 상기 실리카 담체를 1차 포장하는 효과가 있다.
다음으로는 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 실리카 담체의 내부를 분쇄하는 단계(S500)가 진행된다. 이 단계(S500)에서는 상기 실리카 담체의 외부는 그대로 두고 내부를 일정한 크기로 분쇄하는 것으로서, 이 단계(S500)를 거치면 상기 실리카 담체는 겉보기 입자 크기와 관계없이 내부에는 일정한 입자 크기를 가지는 구조를 가진다.
이렇게 실리카 담체의 내부에서 미세한 입자로 분쇄되면, 전체 실리카의 표면적은 입자 직경의 2승에 비례하여 대폭 증가하며, 입자 표면층에 나타난 실리카는 공기 중 또는 이웃한 실리콘(Si)과의 수소화 결합에 의해 아래의 화학 구조를 가진다.
< 화학식 1 >
Figure 112019126379079-pat00001
이러한 구조는 열 또는 충격 에너지에 의해 화학식 2의 화학 반응을 거쳐 안정한 SiO2로 변화되고, H2O가 배출된다. 이때 배출되는 H2O는 액체가 아닌 기체 상태의 H2O 이며, 다른 물질을 용해할 수 있는 수용액이 아니다.
< 화학식 2 >
Figure 112019126379079-pat00002
한편 이 단계(S500)에서 파손된 상기 실리카 담채의 알갱이 크기는, 실리콘 웨이퍼의 1회 가공 두께보다 작게 파손하는 것이 바람직하다. 여기에서 '실리콘 웨이퍼의 1회 가공 두께'라 함은 드라이폴리싱 휠을 1회 회전시켜서 가공되는 웨이퍼의 두께를 말한다.
또한 이 단계(S500)에서 상기 실리카 담체의 내부를 분쇄하는 방법은 과열 증기를 이용하는 방법과 초음파를 이용하는 방법이 있다. 먼저 과열 증기를 이용하는 방법은 일정한 과열도와 증기압을 가지는 과열 증기를 상기 실리카 담체에 가하여 그 내부를 분쇄한다.
한편 초음파를 이용하는 경우에는, 일정한 주파수를 가지는 초음파를 상기 실리카 담체에 인가한다. 이때 파손된 입자의 크기는 주파수의 제곱근값에 반비례한다. 따라서 파손된 입자의 크기를 실리콘 웨이퍼의 1회 가공 두께보다 작게 하기 위하여 적합한 주파수의 초음파를 선정하여 인가한다.

Claims (6)

1) 실리카 담체를 준비하는 단계;
2) 상기 실리카 담체를 산화제 수용액에 담가 산화제를 상기 실리카 담체에 고착시키고 건조하는 단계;
3) 전 단계에서 얻어지는 실리카 담체를 코팅용 고분자 용액으로 코팅하는 단계;
4) 콜로이드 실리카를 상기 실리카 담체에 투입하고 건조하여 상기 산화제를 코팅하는 단계;
5) 상기 실리카 담체의 내부를 분쇄하는 단계;를 포함하는 드라이폴리싱 패드의 지립 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 실리카 담체는,
흄드 실리카(fumed silica) 인 것을 특징으로 하는 드라이폴리싱 패드의 지립 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 산화제는,
KMnO4 또는 NaAsO3 인 것을 특징으로 하는 드라이폴리싱 패드의 지립 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 고분자 코팅 용액은,
에틸 셀룰로오스(Ethyl Cellulose) 또는 CMC-Na(Sodium Carbonyl methyl cellulose)를 용제에 용해하여 얻어지는 것을 특징으로 하는 드라이폴리싱 패드의 지립 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 5) 단계에서는,
파손된 상기 실리카 담채의 알갱이 크기가 실리콘 웨이퍼의 1회 가공 두께보다 작게 파손하는 것을 특징으로 하는 드라이폴리싱 패드의 지립 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 5) 단계는,
과열 증기를 이용하여 상기 실리카 담채의 내부를 분쇄하는 것을 특징으로 하는 드라이폴리싱 패드의 지립 제조방법.
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