KR102265896B1 - 잔해물 저장부를 갖는 연마패드 및 반도체 소자의 제조방법 - Google Patents

잔해물 저장부를 갖는 연마패드 및 반도체 소자의 제조방법 Download PDF

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Abstract

일 구현예에 따른 연마패드는 연마면에 그루브보다 더 깊은 하나 이상의 오목부를 구비함으로써, 연마 과정에서 발생하는 잔해물을 상기 오목부에 저장하여 연마면에서 빠르게 제거할 수 있으므로, 잔해물에 의해 연마 중에 반도체 기판의 표면에 발생하는 스크래치와 같은 결함을 줄일 수 있다.

Description

잔해물 저장부를 갖는 연마패드 및 반도체 소자의 제조방법{POLISHING PAD WITH DEBRIS STORAGE AND MANUFACTURING METHOD OF SEMICONDUCTOR DEVICE}
구현예는 반도체 기판의 화학적 기계적 연마(CMP) 공정에 사용되는 연마패드 및 반도체 소자의 제조 방법에 관한 것이다.
반도체 제조공정 중 화학적 기계적 연마(CMP) 공정은, 웨이퍼와 같은 반도체 기판을 헤드에 부착하고 플래튼(platen) 상에 형성된 연마패드의 표면에 접촉하도록 한 상태에서, 슬러리를 공급하여 반도체 기판 표면을 화학적으로 반응시키면서 플래튼과 헤드를 상대운동시켜 기계적으로 반도체 기판 표면의 요철부분을 평탄화하는 공정이다.
연마패드는 이와 같은 CMP 공정에서 중요한 역할을 담당하는 필수적인 자재로서, 일반적으로 폴리우레탄 계열의 수지로 이루어지고, 표면에 슬러리의 큰 유동을 담당하는 그루브(groove)와 미세한 유동을 지원하는 포어(pore)를 구비한다.
상기 그루브는 다양한 형상일 수 있으며, 예를 들어 중심을 공유하는 원형 등의 그루브가 있다(대한민국 공개특허 제2005-95818호 참조). 이와 같이 연마패드에 구비된 그루브는 슬러리를 담지하면서 유동시켜 반도체 기판 표면의 연마를 보조하는 역할을 한다.
대한민국 공개특허공보 제 2005-95818 호
CMP 공정에 있어서 반도체 기판 표면의 평탄성의 향상 뿐만 아니라, 연마 과정에서 발생하는 결함(defect)을 줄이는 것이 중요하다.
특히 CMP 공정 중에 발생하는 연마재(abrasive) 및 잔해물(debris)은 연마면에 구비된 그루브 등에 의해 슬러리와 함께 밖으로 배출되는데, 빠르게 배출이 안 될 경우 연마면에 잔존하면서 연마 대상인 반도체 기판에 불규칙적인 스크래치를 발생하기도 하고, 연마 장비 내로 침입하여 이물로 작용하는 문제가 있다.
따라서 구현예의 목적은, CMP 공정 중에 발생하는 잔해물을 연마면에서 빠르게 제거하여 반도체 기판 표면의 스크래치와 같은 결함을 줄일 수 있는 연마패드, 이의 제조방법 및 이를 이용한 반도체 소자의 제조방법을 제공하는 것이다.
일 구현예에 따르면, 연마면을 갖는 연마층을 포함하고, 상기 연마면에 중심을 공유하는 원 형상을 갖는 복수의 그루브; 및 하나 이상의 오목부를 포함하고, 상기 오목부의 깊이가 상기 그루브의 깊이보다 더 깊은, 연마패드가 제공된다.
다른 구현예에 따르면, 연마면을 갖는 연마층을 제조하는 단계; 상기 연마면에 중심을 공유하는 원 형상을 갖는 복수의 그루브를 형성하는 단계; 및 상기 연마면에 하나 이상의 오목부를 형성하는 단계를 포함하고, 이때 상기 오목부의 깊이를 상기 그루브의 깊이보다 더 깊게 형성하는, 연마패드의 제조방법이 제공된다.
또 다른 구현예에 따르면, 연마패드를 이용하여 반도체 기판의 표면을 연마하는 단계를 포함하고, 상기 연마패드가 연마면을 갖는 연마층을 포함하고, 상기 연마면에 중심을 공유하는 원 형상을 갖는 복수의 그루브; 및 하나 이상의 오목부를 포함하고, 상기 오목부의 깊이가 상기 그루브의 깊이보다 더 깊은, 반도체 소자의 제조방법이 제공된다.
상기 구현예에 따른 연마패드는 연마면에 그루브보다 더 깊은 하나 이상의 오목부를 구비함으로써, 연마 과정에서 발생하는 잔해물을 상기 오목부에 저장하여 연마면에서 빠르게 제거할 수 있으므로, 잔해물에 의해 연마 중에 반도체 기판의 표면에 발생하는 스크래치와 같은 결함을 줄일 수 있다.
따라서 상기 구현예에 따른 연마패드는 반도체 소자의 제조에 적용되어 공정 효율성 및 제품 품질을 높일 수 있다.
도 1a는 일 구현예에 따른 연마패드의 평면도를 나타낸 것이다.
도 1b는 다른 구현예에 따른 연마패드의 평면도를 나타낸 것이다.
도 2a는 도 1a에서 A1-A1'에 따라 절단한 단면도를 나타낸 것이다.
도 2b는 도 1b에서 A2-A2'에 따라 절단한 단면도를 나타낸 것이다.
도 3은 일 구현예에 따른 그루브 및 오목부의 형성 방법을 나타낸 것이다.
도 4는 곡면부를 형성하는 방법 및 이를 위한 그라인더를 나타낸 것이다.
이하의 구현예의 설명에 있어서, 하나의 구성요소가 다른 구성요소의 상 또는 하에 형성되는 것으로 기재되는 것은, 하나의 구성요소가 다른 구성요소의 상 또는 하에 직접, 또는 또 다른 구성요소를 개재하여 간접적으로 형성되는 것을 모두 포함한다.
또한 각 구성요소의 상/하에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다. 도면에서의 각 구성요소들의 크기는 설명을 위하여 과장될 수 있으며, 실제로 적용되는 크기를 의미하는 것은 아니다.
또한, 본 명세서에 기재된 구성요소의 물성 값, 치수 등을 나타내는 모든 수치 범위는 특별한 기재가 없는 한 모든 경우에 "약"이라는 용어로 수식되는 것으로 이해하여야 한다.
[연마패드]
상기 구현예에 따른 연마패드는, 연마면을 갖는 연마층을 포함하고, 상기 연마면에 중심을 공유하는 원 형상을 갖는 복수의 그루브; 및 하나 이상의 오목부를 포함하고, 상기 오목부의 깊이가 상기 그루브의 깊이보다 더 깊다.
연마층
상기 연마층은 연마 공정에서 반도체 기판에 대면하여 연마를 수행하는 연마면을 갖는다.
상기 연마층은 우레탄계 폴리머를 포함할 수 있다. 상기 우레탄계 폴리머는 우레탄계 프리폴리머와 경화제의 경화 반응에 의해 형성된 것일 수 있다. 구체적으로 상기 연마층은 우레탄계 프리폴리머, 경화제, 발포제 및 기타 첨가제를 포함하는 연마층 조성물로부터 제조된 것일 수 있다.
상기 연마층은 기공을 포함하는 다공성 구조를 가질 수 있다. 상기 기공의 평균 직경은 5 ㎛ 내지 200 ㎛일 수 있다.
상기 연마층은 연마층 총 부피에 대해 20 부피% 내지 70 부피%의 기공을 포함할 수 있다. 즉, 상기 연마층의 기공도(porosity)는 20 부피% 내지 70 부피%일 수 있다.
상기 기공(pore)은 개방 셀(opened cell) 또는 닫힌 셀(closed cell)의 구조를 가질 수 있다. 예를 들어 상기 연마층은 연마면에 개방 셀의 기공을 갖고, 연마층 내부에 닫힌 셀의 기공을 가질 수 있다.
상기 연마층의 두께는 특별히 제한되지 않는다. 구체적으로, 상기 연마층의 평균 두께는 0.8 mm 내지 5.0 mm, 1.0 mm 내지 4.0 mm, 1.0 mm 내지 3.0 mm, 1.5 mm 내지 2.5 mm, 1.7 mm 내지 2.3 mm, 또는 2.0 mm 내지 3.5 mm일 수 있다.
그루브
도 1a는 일 구현예에 따른 연마패드의 평면도를 나타낸 것이고, 도 1b는 다른 구현예에 따른 연마패드의 평면도를 나타낸 것이다.
도 1a 및 1b를 참조하여, 상기 연마패드의 연마층은 연마면에, 중심을 공유하는 원 형상을 갖는 복수의 그루브(110)를 포함한다. 상기 그루브는 CMP 공정에 사용되는 슬러리의 유동성을 제어하여 연마 효율을 높일 수 있다. 구체적으로 상기 그루브(110)의 상기 연마면에 평행한 단면은 원의 형상, 보다 구체적으로 원의 둘레선 또는 속이 빈 원의 형상을 가질 수 있다.
도 2a 및 2b를 참조하여, 상기 그루브는, 상기 연마면에 수직한 내측면(111) 및 상기 연마면에 평행한 바닥면(112)을 포함할 수 있다.
상기 연마층은 상기 그루브를 일정한 피치 간격으로 복수 개로 포함할 수 있다.
도 2b를 참조하여, 상기 그루브(110)의 피치 간격(p)은 임의의 두 개의 그루브에 있어서, 각 그루브의 바닥면(112)의 중점 사이의 직선 거리를 의미한다.
구체적으로, 상기 연마층은 상기 그루브를 1 mm 내지 10 mm의 피치 간격으로 구비할 수 있다. 또는, 상기 연마층은 상기 그루브를 1 mm 내지 5 mm의 피치 간격으로 구비할 수 있다. 또는, 상기 연마층은 상기 그루브를 2 mm 내지 4 mm의 피치 간격으로 구비할 수 있다.
도 2a 및 2b를 참조하여, 상기 그루브(110)의 폭(w1)은 상기 그루브의 바닥면(112)의 폭을 측정한 값이고, 상기 그루브(110)의 깊이(h1)는 상기 그루브의 바닥면(112)과 상기 연마면(101) 사이의 수직 직선 거리를 측정한 값이다.
상기 그루브의 깊이는 0.4 mm 내지 4 mm, 0.4 mm 내지 2 mm, 또는 0.4 mm 내지 1 mm일 수 있다.
또한, 그루브의 폭은 0.2 mm 내지 2 mm, 0.2 mm 내지 1 mm, 또는 0.2 mm 내지 0.6 mm일 수 있다.
상기 연마층(110)은 연마면(101)에 앞서 설명한 그루브(110) 외에 추가적인 그루브를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 추가 그루브는 연마면의 중심으로부터 외곽까지 형성된 직선의 형상을 가질 수 있다. 또한, 상기 추가 그루브는 복수 개일 수 있으며, 연마면의 중심으로부터 외곽까지 서로 간에 일정한 각도의 간격으로 형성된 방사상 직선의 형상을 가질 수 있다. 상기 추가 그루브는 기존 그루브(110)와 조합하여 슬러리의 유지 및 갱신의 정도를 적절하게 조절함으로써 연마 효율을 보다 향상시킬 수 있다.
오목부
상기 연마층(100)은 연마면(101)에, 상기 그루브(110)의 깊이보다 더 깊은 하나 이상의 오목부(120)를 포함한다.
상기 오목부는 화학적 기계적 연마(CMP) 공정 중에 발생하는 잔해물(debris)을 가둘 수 있다.
상기 오목부는 연마 과정에서 발생하는 잔해물을 저장하여 연마면에서 빠르게 제거할 수 있으므로, 잔해물에 의해 연마 중에 반도체 기판의 표면에 발생하는 스크래치와 같은 결함을 줄일 수 있다
상기 오목부는 상기 그루브 상에 형성되거나, 서로 인접하는 두 그루브 사이에 형성될 수 있다.
상기 오목부는 상기 중심으로부터 일정 간격으로 이격되어 둘 이상 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 오목부는 상기 연마면에 2개 내지 20개, 2개 내지 15개, 또는 5개 내지 15개 형성될 수 있다.
도 1a를 참조하여, 상기 오목부(120)는 상기 그루브(110) 상에 형성됨으로써, 슬러리의 유동성을 저해하지 않고 잔해물을 효율적으로 가둘 수 있다.
상기 오목부는 상기 연마면에 평행한 단면이 기하 도형, 예를 들어 원, 다각형, 모서리가 둥근 다각형 등의 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 오목부는 상기 연마면에 평행한 단면이 원의 형상을 가질 수 있다. 상기 원의 형상은 다각형 형상보다 모서리에 의한 반도체 기판 표면의 결함 발생을 최소화하는데 유리하다.
도 1b를 참조하여, 상기 오목부(120)는 서로 인접하는 두 그루브(110) 사이에 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 오목부는 서로 인접하는 두 그루브 사이에 형성되고, 상기 그루브와 중심을 공유하는 원 형상을 가질 수 있다. 상기 형상을 가질 때, CMP 공정 중에 오목부에 잔해물을 가두면서 슬러리의 유동성을 향상시켜 연마율을 확보할 수 있다. 예를 들어, 상기 오목부는 상기 연마면에 수직한 단면이 사각 형상, U자 형상, V자 형상 등을 가질 수 있다. 구체적으로, 상기 오목부는 상기 연마면에 수직한 단면이 사각 형상 또는 U자 형상을 가짐으로써 CMP 공정 중에 오목부에 잔해물을 가두는데 유리하고, 특히 상기 단면이 사각 형상을 가질 때 CMP 공정 중에 오목부에 잔해물을 가두는데 보다 유리하다.
도 2a 및 2b를 참조하여, 상기 오목부는, 상기 연마면에 수직한 내측면(121) 및 상기 연마면에 평행한 바닥면(122)을 포함할 수 있다. 상기 오목부(120)의 폭(w2)은 상기 오목부의 바닥면(122)의 폭을 측정한 값이고, 상기 오목부(120)의 깊이(h2)는 상기 오목부의 바닥면(122)과 상기 연마면(101) 사이의 수직 직선 거리를 측정한 값이다.
상기 오목부는 연마층의 두께 방향으로 깊이를 갖도록 형성되고, 연마층을 두께 방향으로 관통하지는 않는다. 따라서 상기 오목부는 연마층을 관통하는 홀과는 구별되며, 오목부의 깊이를 조절함으로써 연마면에 발생하는 데브리를 가두면서도 슬러리의 유동성을 향상시키는 효과를 도모할 수 있다.
상기 오목부의 깊이는 상기 그루브의 깊이의 100% 초과 내지 300% 이하, 또는 100% 초과 내지 250% 이하일 수 있다. 예를 들어, 상기 오목부의 깊이는 상기 그루브의 깊이의 110% 내지 300%, 120% 내지 300%, 120% 내지 200%, 또는 125% 내지 150%일 수 있다. 구체적으로, 상기 오목부의 깊이가 상기 그루브의 깊이 대비 120% 내지 200%일 수 있다. 상기 깊이 범위 내일 때, CMP 공정 중에 오목부에 잔해물을 가두는데 보다 유리하여 반도체 기판 표면의 결함을 최소화할 수 있고, 이와 동시에 슬러리의 유동성을 향상시켜 연마율을 확보할 수 있다.
예를 들어, 상기 오목부의 깊이는 0.5 mm 내지 6 mm, 0.5 mm 내지 3 mm, 또는 0.5 mm 내지 1.5 mm일 수 있다.
또한, 상기 오목부의 깊이(h2)는, 상기 연마층의 두께(t) 대비 90% 이하, 70% 이하, 또는 50% 이하일 수 있다. 예를 들어, 상기 오목부의 깊이는, 상기 연마층의 두께 대비 20% 내지 90%, 10% 내지 60%, 20% 내지 50%, 또는 30% 내지 50%일 수 있다. 상기 깊이 범위 내일 때, 그루브 형성에 의한 연마층의 변형을 방지하면서도 CMP 공정 중에 오목부에 잔해물을 가두는데 보다 유리할 수 있다.
상기 오목부가 둘 이상 형성될 경우, 상기 오목부의 깊이는 상기 중심으로부터 멀어질수록 달라지거나 또는 동일할 수 있다. 예를 들어, 상기 오목부의 깊이는 상기 중심으로부터 멀어질수록 더 깊게 형성되거나 또는 더 얕게 형성될 수 있다. 구체적으로, 상기 오목부의 깊이는 상기 중심으로부터 멀어질수록 더 깊게 형성될 수 있다. CMP 공정 중에 슬러리는 연마면 상의 중심부와 주변부에서 다른 유동을 보일 수 있기 때문에, 중심으로부터 거리에 따라 오목부의 깊이를 조절하여 잔해물을 가두는 효과를 보다 향상시킬 수 있다.
상기 오목부의 폭(w2)은 상기 그루브의 폭(w1)보다 클 수 있다. 예를 들어, 상기 오목부의 폭이 상기 그루브의 폭 대비 110% 내지 300%일 수 있다. 상기 범위 내일 때, CMP 공정 중에 오목부에 잔해물을 가두는데 보다 유리하여 반도체 기판 표면의 결함을 최소화할 수 있다. 구체적으로, 상기 오목부의 폭은 상기 그루브의 폭 대비 110% 내지 250%, 110% 내지 200%, 또는 110% 내지 150%일 수 있다.
예를 들어, 상기 오목부의 폭은 0.3 mm 내지 3 mm, 0.3 mm 내지 1.5 mm, 또는 0.3 mm 내지 0.8 mm일 수 있다.
곡면부
도 2b를 참조하여, 상기 연마층(100)은, 상기 연마면(101)과 상기 내측면(111, 121)이 만나는 모서리에 곡면으로 가공된 곡면부(130)를 포함할 수 있다.
상기 그루브와 상기 오목부 각각에 있어서, 상기 그루브의 내측면과 상기 연마면이 만나는 모서리는 CMP 공정 중에 반도체 기판의 표면에 접촉하게 된다.
또한, 상기 그루브와 오목부는 서로 교차할 수 있으며, 이때, 상기 그루브와 상기 오목부가 교차하여 형성되는 꼭짓점도 CMP 공정 중에 반도체 기판의 표면에 접촉하게 된다.
이때, 상기 그루브의 내측면과 상기 연마면이 만나는 모서리; 또는 상기 그루브와 상기 오목부가 교차하여 형성되는 꼭짓점으로 인해, 실제 CMP 공정 중 반도체 기판의 표면에 스크래치 등의 결함이 발생할 우려가 있다.
따라서, 일 구현예에 따른 연마패드는 CMP 공정 중에 반도체 기판 표면 결함을 방지하기 위해, 상기 그루브의 내측면과 상기 연마면이 만나는 모서리; 및 상기 그루브와 상기 오목부가 교차하여 형성되는 꼭짓점에 각각 곡면으로 가공된 곡면부를 포함한다.
구체적으로, 상기 곡면부는 곡률 반경이 0.1 mm 내지 5 mm, 0.1 mm 내지 2 mm, 또는 0.3 mm 내지 1.5 mm일 수 있다. 곡률 반경이 상기 범위 내일 경우, CMP 공정 중 반도체 기판의 표면에 스크래치 등의 결함 발생을 효과적으로 방지할 수 있다.
지지층
도 2a 및 2b를 참조하여, 상기 연마패드는 상기 연마층(100) 하에 배치되는 지지층(200)을 더 포함할 수 있다.
상기 지지층은 상기 연마층을 지지하면서, 상기 연마층에 가해지는 충격을 흡수하고 분산시키는 역할을 한다.
상기 지지층의 경도는 상기 연마층의 경도보다 더 작을 수 있다.
상기 지지층은 부직포 또는 다공성 패드를 포함할 수 있다.
상기 지지층은 기공을 포함할 수 있다. 상기 지지층에 포함되는 기공은 상기 지지층의 두께 방향으로 연장된 형상을 가질 수 있다.
또한, 상기 지지층의 기공도는 상기 연마층의 기공도보다 더 클 수 있다.
접착층
도 2a 및 2b를 참조하여, 상기 연마패드는 상기 연마층(100)과 상기 지지층(200) 사이에 배치되는 접착층(300)을 더 포함할 수 있다.
상기 접착층은 상기 연마층 및 상기 지지층을 서로 접착시키는 역할을 한다. 나아가, 상기 접착층은 상기 연마층의 상부로부터 연마액이 상기 지지층 아래로 누수되는 것은 억제할 수 있다.
상기 접착층은 핫멜트 접착제를 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 접착층은 90℃ 내지 130℃의 용융점을 갖는 핫멜트 접착제를 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 접착층은 110℃ 내지 130℃의 용융점을 갖는 핫멜트 접착제를 포함할 수 있다.
상기 핫멜트 접착제는 폴리우레탄계 수지, 폴리에스테르계 수지, 에틸렌-아세트산 비닐계 수지, 폴리아미드계 수지 및 폴리올레핀계 수지로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다. 구체적으로, 상기 핫멜트 접착제는 폴리우레탄계 수지 및 폴리에스테르계 수지로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다.
상기 접착층의 두께는 5 ㎛ 내지 30 ㎛일 수 있고, 구체적으로 20 ㎛ 내지 30 ㎛, 보다 구체적으로, 23 ㎛ 내지 27 ㎛일 수 있다.
윈도우
상기 연마패드는 상기 연마층에 윈도우를 추가로 구비할 수 있다.
상기 윈도우는 반도체 기판 표면의 평탄성과 두께를 인-시츄(in-situ)로 측정하여 CMP 공정의 종료 시점을 결정하는데 도움을 준다.
예를 들어, 상기 연마층은 두께 방향의 제 1 관통홀을 구비하며, 상기 제 1 관통홀에 윈도우가 삽입될 수 있다. 또한, 상기 지지층은 두께 방향의 제 2 관통홀을 구비하여, 상기 제 1 관통홀과 상기 제 2 관통홀은 서로 연결될 수 있다.
상기 윈도우는 우레탄계 프리폴리머 및 경화제를 포함하는 조성물로부터 형성된 것일 수 있다.
바람직하게는, 상기 윈도우는 무발포체로서 윈도우 내에 미세 기포가 존재하지 않을 수 있다.
예를 들어, 상기 윈도우는 두께가 2.3 mm 내지 2.5 mm이고, 60% 내지 80%의 광투과율 및 1.45 내지 1.60의 굴절률을 가질 수 있다.
[연마패드의 제조방법]
상기 구현예에 따른 연마패드의 제조방법은, (1) 연마면을 갖는 연마층을 제조하는 단계; (2) 상기 연마면에 중심을 공유하는 원 형상을 갖는 복수의 그루브를 형성하는 단계; 및 (3) 상기 연마면에 하나 이상의 오목부를 형성하는 단계를 포함하고, 이때 상기 오목부의 깊이를 상기 그루브의 깊이보다 더 깊게 형성한다.
연마층의 제조
상기 단계 (1)에서는 연마면을 갖는 연마층을 제조한다.
상기 연마층은 우레탄계 프리폴리머, 경화제, 발포제 및 기타 첨가제를 포함하는 조성물로부터 제조된 우레탄계 폴리머를 포함할 수 있다.
프리폴리머란, 일반적으로 최종 제품을 성형하기 쉽도록 중합도를 중간 단계에서 중지시킨 비교적 낮은 분자량을 갖는 폴리머를 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 이소시아네이트 화합물 및 폴리올 화합물은 우레탄계 폴리머의 제조에 사용 가능한 것이라면 특별히 제한되지 않는다.
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 발포제는 연마패드의 기공 형성에 통상적으로 사용되는 것이라면 특별히 제한하지 않는다. 예를 들어, 상기 발포제는 중공 구조를 가지는 고상 발포제, 휘발성 액체를 이용한 액상 발포제, 및 불활성 가스 중에서 선택된 1종 이상일 수 있다.
그루브 및 오목부의 형성
상기 단계 (2)에서는, 상기 연마면에 중심을 공유하는 원 형상을 갖는 복수의 그루브를 형성한다.
상기 단계 (3)에서는, 상기 연마면에 오목부를 형성하고, 이때 상기 오목부의 깊이를 상기 그루브의 깊이보다 더 깊게 형성한다.
이를 위해, 상기 오목부를 상기 그루브보다 나중에 형성할 수 있으며, 이와 같은 형성 순서가 효율적인 공정 면에서 보다 유리하다.
그 외 상기 그루브 및 상기 오목부의 깊이, 폭, 간격 등의 구체적인 구성은 앞서 연마패드에서 예시한 바와 같다.
상기 그루브 및 상기 오목부의 형성은, 상기 연마면의 일부를 절삭 및 제거하여 수행될 수 있다.
예를 들어, 상기 절삭은 팁(tip)을 이용하여 수행될 수 있다.
도 3을 참조하여, 상기 연마층(100)의 연마면(101)이 팁(400)에 의해 절삭되어 그루브가 형성될 수 있다. 구체적으로, 상기 팁을 상기 연마면에 맞닿도록 고정시킨 후, 상기 연마층을 포함하는 연마패드를 원하는 방향으로 이동시켜, 상기 연마층 표면의 일부를 제거하여 그루브를 형성할 수 있다. 상기 그루브 및 상기 오목부의 형성은, 상기 절삭에 의해 상기 연마면에 수직한 내측면 및 상기 연마면에 평행한 바닥면을 형성하는 것을 포함할 수 있다.
곡면 가공
또한 상기 연마패드의 제조방법은 상기 그루브 및 상기 오목부의 형성 이후에, 상기 연마면과 상기 내측면이 만나는 모서리를 곡면으로 가공하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
상기 곡면 가공은 상기 연마면과 상기 그루브의 내측면이 만나는 모서리를 일부 제거함으로써 형성될 수 있다. 상기 곡면 가공은 그라인더 또는 초크를 이용하여 수행될 수 있다.
구체적으로, 상기 곡면 가공은 상기 연마면과 상기 그루브의 내측면이 만나는 모서리를 일부 제거하여, 곡률 반경이 0.1 mm 내지 5 mm, 0.1 mm 내지 2 mm, 또는 0.3 mm 내지 1.5 mm가 되도록 수행될 수 있다. 곡률 반경이 상기 범위 내일 경우, CMP 공정 중 반도체 기판의 표면에 스크래치 등의 결함 발생이 효과적으로 방지될 수 있다.
도 4를 참조하여, 상기 곡면 가공은 그라인더(500)를 이용하여 수행될 수 있다. 또한, 상기 그라인더(500)는 연삭면(510)을 포함할 수 있다. 즉, 상기 연마면과 상기 그루브의 내측면이 만나는 모서리를 상기 그라인더의 연삭면(510)에 의해 곡면으로 가공할 수 있다.
또한, 상기 그라인더(500)는 도 4에 도시된 화살표 방향으로 회전하면서 상기 그루브의 내측면과 상기 연마면이 만나는 모서리를 곡면으로 가공할 수 있다. 이때, 상기 그라인더(500)의 회전 속도는 1,000 rpm 내지 50,000 rpm, 2,000 rpm 내지 35,000 rpm, 또는 5,000 rpm 내지 20,000 rpm일 수 있다.
앞서의 그루브 형성 공정과 상기 곡면 가공 공정은 연속적으로 수행될 수 있다. 일례로서, 상기 그루브 형성을 위한 팁과 상기 곡면 가공을 위한 그라인더 또는 초크가 인접하게 위치하여, 연마면 상에 그루브 형성과 곡면 가공을 연속적으로 수행할 수 있다.
이와 같이 제조된 연마패드는 반도체 소자의 제조에 적용되어 공정 효율성 및 제품 품질을 높일 수 있다.
[반도체 소자의 제조방법]
일 구현예에 따른 반도체 소자의 제조방법은, 상기 구현예에 따른 연마패드를 이용하여 반도체 기판의 표면을 연마하는 단계를 포함한다.
즉 상기 구현예에 따른 반도체 소자의 제조방법은, 연마패드를 이용하여 반도체 기판의 표면을 연마하는 단계를 포함하고, 상기 연마패드가 연마면을 갖는 연마층을 포함하고, 상기 연마면에 중심을 공유하는 원 형상을 갖는 복수의 그루브; 및 하나 이상의 오목부를 포함하고, 상기 오목부의 깊이가 상기 그루브의 깊이보다 더 깊다.
구체적으로, 상기 일 구현예에 따른 연마패드를 정반 상에 접착한 후, 반도체 기판을 상기 연마패드 상에 배치한다. 이때, 상기 반도체 기판의 표면은 상기 연마패드의 연마면과 대면한다. 연마를 위해 상기 연마패드 상에 연마 슬러리가 분사될 수 있다. 이후, 상기 반도체 기판과 상기 연마패드는 서로 상대 회전하여, 상기 반도체 기판의 표면이 연마될 수 있다.
100: 연마층, 101: 연마면, 110: 그루브, 120: 오목부,
111, 121: 내측면, 112, 122: 바닥면, 130: 곡면부, 200: 지지층,
300: 접착층, 400: 팁, 500: 그라인더, 510: 연삭면,
h1: 그루브의 깊이, h2: 오목부의 깊이, w1: 그루브의 폭, w2: 오목부의 폭,
t: 연마층의 두께, p: 그루브의 피치 간격, A1-A1', A2-A2': 절단선.

Claims (14)

  1. 연마면을 갖는 연마층을 포함하고,
    상기 연마면에
    중심을 공유하는 원 형상을 갖는 복수의 그루브; 및
    하나 이상의 오목부를 포함하고,
    상기 연마층은, 상기 그루브의 내측면과 상기 연마면이 만나는 모서리; 및 상기 그루브와 상기 오목부가 교차하여 형성되는 꼭짓점이 각각 곡면으로 가공된 곡면부를 포함하며,
    상기 곡면부의 곡률 반경은 0.1 mm 내지 5 mm이고,
    상기 오목부의 깊이가 상기 그루브의 깊이보다 더 깊으며,
    상기 오목부의 깊이가 상기 그루브의 깊이 대비 120% 내지 200%이고,
    상기 오목부의 폭이 상기 그루브의 폭 대비 110% 내지 300%이며,
    상기 오목부의 깊이가 상기 연마층의 두께 대비 20% 내지 90%인, 연마패드.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 오목부는 상기 그루브 상에 형성되거나, 서로 인접하는 두 그루브 사이에 형성되는, 연마패드.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 오목부는
    서로 인접하는 두 그루브 사이에 형성되고,
    상기 그루브와 중심을 공유하는 원 형상을 갖는, 연마패드.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 오목부가 상기 중심으로부터 일정 간격으로 이격되어 둘 이상 형성되는, 연마패드.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 오목부의 깊이가 상기 중심으로부터 멀어질수록 더 깊게 형성되는, 연마패드.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 오목부는 상기 연마면에 수직한 단면이 사각 형상 또는 U자 형상을 갖는, 연마패드.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 오목부는 상기 연마면에 평행한 단면이 원의 형상을 갖는, 연마패드.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 오목부가 화학적 기계적 연마(CMP) 공정 중에 발생하는 잔해물(debris)을 가두는, 연마패드.
  12. 연마면을 갖는 연마층을 제조하는 단계;
    상기 연마면에 중심을 공유하는 원 형상을 갖는 복수의 그루브를 형성하는 단계; 및
    상기 연마면에 하나 이상의 오목부를 형성하는 단계를 포함하고, 이때 상기 오목부의 깊이를 상기 그루브의 깊이보다 더 깊게 형성하고,
    상기 오목부의 깊이가 상기 그루브의 깊이 대비 120% 내지 200%이며,
    상기 오목부의 폭이 상기 그루브의 폭 대비 110% 내지 300%이고,
    상기 오목부의 깊이가 상기 연마층의 두께 대비 20% 내지 90%가 되도록 형성하며,
    상기 그루브의 내측면과 상기 연마면이 만나는 모서리; 및 상기 그루브와 상기 오목부가 교차하여 형성되는 꼭짓점을 각각 곡면으로 가공하여 곡면부를 형성하는 단계를 추가로 포함하고,
    상기 곡면부의 곡률 반경이 0.1 mm 내지 5 mm이 되도록 형성하는, 연마패드의 제조방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 그루브 및 상기 오목부의 형성이,
    상기 연마면의 일부를 절삭 및 제거하여 수행되는, 연마패드의 제조방법.
  14. 연마패드를 이용하여 반도체 기판의 표면을 연마하는 단계를 포함하고,
    상기 연마패드가 연마면을 갖는 연마층을 포함하고,
    상기 연마면에
    중심을 공유하는 원 형상을 갖는 복수의 그루브; 및
    하나 이상의 오목부를 포함하고,
    상기 연마층은, 상기 그루브의 내측면과 상기 연마면이 만나는 모서리; 및 상기 그루브와 상기 오목부가 교차하여 형성되는 꼭짓점이 각각 곡면으로 가공된 곡면부를 포함하며,
    상기 곡면부의 곡률 반경은 0.1 mm 내지 5 mm이고,
    상기 오목부의 깊이가 상기 그루브의 깊이보다 더 깊으며,
    상기 오목부의 깊이가 상기 그루브의 깊이 대비 120% 내지 200%이고,
    상기 오목부의 폭이 상기 그루브의 폭 대비 110% 내지 300%이며,
    상기 오목부의 깊이가 상기 연마층의 두께 대비 20% 내지 90%인, 반도체 소자의 제조방법.
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