KR102293781B1 - 연마패드, 이의 제조방법 및 이를 이용한 반도체 소자의 제조방법 - Google Patents

연마패드, 이의 제조방법 및 이를 이용한 반도체 소자의 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
KR102293781B1
KR102293781B1 KR1020190143412A KR20190143412A KR102293781B1 KR 102293781 B1 KR102293781 B1 KR 102293781B1 KR 1020190143412 A KR1020190143412 A KR 1020190143412A KR 20190143412 A KR20190143412 A KR 20190143412A KR 102293781 B1 KR102293781 B1 KR 102293781B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
polishing
polishing pad
modulus
pore
region
Prior art date
Application number
KR1020190143412A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20210056679A (ko
Inventor
허혜영
견명옥
윤종욱
서장원
Original Assignee
에스케이씨솔믹스 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 에스케이씨솔믹스 주식회사 filed Critical 에스케이씨솔믹스 주식회사
Priority to KR1020190143412A priority Critical patent/KR102293781B1/ko
Priority to TW109136480A priority patent/TWI758913B/zh
Priority to US17/077,216 priority patent/US20210138605A1/en
Priority to JP2020177593A priority patent/JP7285613B2/ja
Priority to CN202011253564.8A priority patent/CN112775823B/zh
Publication of KR20210056679A publication Critical patent/KR20210056679A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102293781B1 publication Critical patent/KR102293781B1/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B37/00—Lapping machines or devices; Accessories
    • B24B37/11—Lapping tools
    • B24B37/20—Lapping pads for working plane surfaces
    • B24B37/24—Lapping pads for working plane surfaces characterised by the composition or properties of the pad materials
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B37/00—Lapping machines or devices; Accessories
    • B24B37/11—Lapping tools
    • B24B37/20—Lapping pads for working plane surfaces
    • B24B37/26—Lapping pads for working plane surfaces characterised by the shape of the lapping pad surface, e.g. grooved
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24D—TOOLS FOR GRINDING, BUFFING OR SHARPENING
    • B24D18/00—Manufacture of grinding tools or other grinding devices, e.g. wheels, not otherwise provided for
    • B24D18/0009—Manufacture of grinding tools or other grinding devices, e.g. wheels, not otherwise provided for using moulds or presses
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G18/00—Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates
    • C08G18/06—Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates with compounds having active hydrogen
    • C08G18/08—Processes
    • C08G18/10—Prepolymer processes involving reaction of isocyanates or isothiocyanates with compounds having active hydrogen in a first reaction step
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G18/00—Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates
    • C08G18/06—Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates with compounds having active hydrogen
    • C08G18/28—Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates with compounds having active hydrogen characterised by the compounds used containing active hydrogen
    • C08G18/30—Low-molecular-weight compounds
    • C08G18/32—Polyhydroxy compounds; Polyamines; Hydroxyamines
    • C08G18/3225—Polyamines
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J9/00—Working-up of macromolecular substances to porous or cellular articles or materials; After-treatment thereof
    • C08J9/04—Working-up of macromolecular substances to porous or cellular articles or materials; After-treatment thereof using blowing gases generated by a previously added blowing agent
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02002—Preparing wafers
    • H01L21/02005—Preparing bulk and homogeneous wafers
    • H01L21/02008—Multistep processes
    • H01L21/0201—Specific process step
    • H01L21/02013—Grinding, lapping
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic System or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/302—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting
    • H01L21/304—Mechanical treatment, e.g. grinding, polishing, cutting
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2375/00—Characterised by the use of polyureas or polyurethanes; Derivatives of such polymers
    • C08J2375/04—Polyurethanes

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)
  • Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)

Abstract

구현예는 연마패드, 이의 제조방법 및 이를 사용한 반도체 소자의 제조방법을 제공한다. 본 발명의 구현예에 따른 연마패드는 기공영역 및 비기공영역의 모듈러스의 평균값이 0.5 GPa 내지 1.6 GPa로 조절됨으로써, 우수한 수명 특성 구현은 물론, 반도체 기판의 표면 상에 나타나는 스크래치 및 표면 결함을 개선시킬 수 있고, 연마율을 더욱 향상시킬 수 있다.

Description

연마패드, 이의 제조방법 및 이를 이용한 반도체 소자의 제조방법{POLISHING PAD, PREPARATION METHOD THEREOF, AND PREPARATION METHOD OF SEMICONDUCTOR DEVICE USING SAME}
구현예들은 반도체의 화학적 기계적 평탄화(CMP) 공정에 사용될 수 있는 연마패드, 이의 제조방법 및 이를 이용한 반도체 소자의 제조방법에 관한 것이다.
반도체 제조공정 중 화학적 기계적 평탄화(CMP; Chemical Mechanical Polishing) 공정은, 웨이퍼(wafer)와 같은 반도체 기판을 헤드에 부착하고 플래튼(platen) 상에 형성된 연마패드의 표면에 접촉하도록 한 상태에서, 슬러리를 공급하여 반도체 기판의 표면을 화학적으로 반응시키면서 플래튼과 헤드를 상대운동시켜 기계적으로 반도체 기판의 표면의 요철부분을 평탄화하는 것이다.
연마패드는 이와 같은 CMP 공정에서 중요한 역할을 담당하는 필수적인 자재로서, 일반적으로 폴리우레탄 계열의 수지로 이루어진 연마층과 지지층을 포함하며, 연마층의 표면에 슬러리의 큰 유동을 담당하는 그루브(groove)와 미세한 유동을 지원하는 기공(pore)을 구비한다. 연마층의 기공은, 미세 중공 구조를 가지는 고상 발포제, 휘발성 액체를 이용한 액상 발포제, 불활성 가스와 같은 기상 발포제 등을 이용하여 형성되거나, 또는 화학적 반응에 의해 가스를 발생시켜 형성될 수 있다.
상기 기공을 포함하는 연마층은 CMP 공정 중에 반도체 기판의 표면과 직접 상호 작용하므로 반도체 기판의 표면의 가공 품질에 영향을 주고, 특히 연마층의 성분과 물성은 물론, 기공의 형태 및 물성에 따라 CMP 공정의 연마율과 스크래치 등의 결함(defect) 발생률이 민감하게 달라질 수 있다. 또한, 상기 표면 스크래치 등의 결함 발생률이 증가하는 경우 연마율이 저하될 수 있고, 이로 인해 반도체 기판의 품질이 저하될 수 있다.
따라서, CMP 공정 중 반도체 기판에 발생하는 스크래치 및 표면 결함을 최소화하여 연마율을 향상시킬 수 있는 연구가 계속적으로 요구되고 있는 실정이다.
대한민국 등록특허 제 10-1608901 호
본 발명은 상기 종래 기술의 문제를 해결하기 위해 고안된 것이다.
본 발명의 해결하고자 하는 기술적 과제는 기공영역 및 비기공영역의 모듈러스를 제어함으로써, 반도체 기판의 표면 상에 나타나는 스크래치 및 표면 결함을 개선시킬 수 있고, 연마율을 더욱 향상시킬 수 있는 연마패드 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.
또한, 상기 연마패드를 이용하여 옥사이드층 및 텅스텐층의 연마 대상층에 모두 유용한 반도체 소자를 제조하는 방법을 제공하고자 한다.
상기 목적을 달성하기 위해 일 구현예는, 복수의 기공을 포함하는 기공영역 및 기공을 포함하지 않는 비기공영역을 포함하는 연마층을 포함하고, 상기 기공영역 및 상기 비기공영역의 모듈러스의 하기 식 1에 의한 평균값이 0.5 GPa 내지 1.6 GPa인, 연마패드를 제공한다:
[식 1]
(기공영역의 모듈러스 + 비기공영역의 모듈러스)/2.
다른 구현예는, 우레탄계 프리폴리머, 경화제 및 발포제를 혼합하여 원료 혼합물을 제조하는 단계; 및 상기 원료 혼합물을 몰드 내에 주입하여 경화하는 단계를 포함하고, 복수의 기공을 포함하는 기공영역 및 기공을 포함하지 않는 비기공영역을 포함하는 연마층을 포함하며, 상기 기공영역 및 상기 비기공영역의 모듈러스의 상기 식 1에 의한 평균값이 0.5 GPa 내지 1.6 GPa인, 연마패드의 제조방법을 제공한다.
또 다른 구현예는, 연마패드를 제공하는 단계; 상기 연마패드 상에 연마 대상을 배치하는 단계; 상기 연마 대상을 상기 연마패드에 대하여 상대 회전시켜, 상기 연마 대상을 연마하는 단계;를 포함하고, 상기 연마패드가 복수의 기공을 포함하는 기공영역 및 기공을 포함하지 않는 비기공영역을 포함하는 연마층을 포함하고, 상기 기공영역 및 상기 비기공영역의 모듈러스의 상기 식 1에 의한 평균값이 0.5 GPa 내지 1.6 GPa인, 반도체 소자의 제조방법을 제공한다.
상기 구현예에 따른 연마패드는 기공영역 및 비기공영역의 모듈러스를 제어함으로써, 연마패드의 우수한 수명 특성 구현은 물론, 반도체 기판의 표면 상에 나타나는 스크래치 및 표면 결함을 개선시킬 수 있고, 연마율을 더욱 향상시킬 수 있다.
도 1은 일 구현예에 따른 연마층의 상면을 도시한 도면이다.
도 2는 일 구현예에 따른 연마층의 일 단면을 도시한 단면도이다.
도 3은 일 구현예에 따른 연마패드를 사용하여 연마대상을 연마하는 과정을 도시한 도면이다.
도 4는 일 구현예에 따른 반도체 소자 제조 공정의 개략적인 공정도를 도시한 것이다.
이하의 구현예의 설명에 있어서, 각 층 또는 패드 등이 각 층 또는 패드 등의 "상(on)" 또는 "하(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "상(on)"과 "하(under)"는 "직접(directly)" 또는 "다른 구성요소를 개재하여(indirectly)" 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 구성성분의 물성 값, 치수 등을 나타내는 모든 수치 범위는 특별한 기재가 없는 한 모든 경우에 "약"이라는 용어로 수식되는 것으로 이해하여야 한다.
[연마패드]
일 구현예에 따른 연마패드는 복수의 기공을 포함하는 기공영역 및 기공을 포함하지 않는 비기공영역을 포함하는 연마층을 포함하고, 상기 기공영역 및 상기 비기공영역의 모듈러스의 하기 식 1에 의한 평균값이 0.5 GPa 내지 1.6 GPa이다:
[식 1]
(기공영역의 모듈러스 + 비기공영역의 모듈러스)/2.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 기공영역 및 비기공영역의 모듈러스를 조절하여 이들의 평균값을 제어함으로써, 연마패드의 우수한 수명 특성 구현은 물론, CMP 공정 중 발생하는 반도체 기판의 표면 상에 나타나는 스크래치 및 표면 결함을 개선시킬 수 있고, 연마율을 더욱 향상시킬 수 있다.
연마층
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 연마패드는 복수의 기공을 포함하는 기공영역 및 기공을 포함하지 않는 비기공영역을 포함하는 연마층을 포함한다.
구체적으로, 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 연마층(100)은 복수의 기공(121, 122, 130)을 포함하는 기공영역(125) 및 기공을 포함하지 않는 비기공영역(110)을 포함한다.
상기 복수의 기공의 수평균 직경은 약 10 ㎛ 내지 60 ㎛일 수 있다. 더 자세하게, 상기 기공들의 수평균 직경은 약 12 ㎛ 내지 약 50 ㎛일 수 있다. 더 자세하게, 상기 기공들의 수평균 직경은 약 12 ㎛ 내지 약 40 ㎛일 수 있다. 상기 기공들의 수평균 직경은 복수의 기공 직경의 합을 복수의 기공 개수로 나눈 평균값으로 정의할 수 있다.
상기 연마층은 클로즈 기공(130) 및 오픈 기공(121, 122)을 포함한다. 상기 클로즈 기공은 상기 연마층 내에 배치된다.
상기 오픈 기공은 상기 연마층의 상부면에 배치되어 외부로 노출되는 기공이다. 상기 오픈 기공은 상기 연마층의 상부면에 배치되는 제 1 오픈 기공(121) 및 제 2 오픈 기공(122)을 포함한다. 상기 제 1 오픈 기공 및 상기 제 2 오픈 기공은 서로 인접하고, 서로 이격된다.
상기 오픈 기공들의 평균 직경(D)은 약 20 ㎛ 내지 약 40 ㎛이고, 상기 오픈 기공들의 평균 깊이(H)는 약 20 ㎛ 내지 약 40 ㎛일 수 있다.
상기 비기공영역(110)은 상기 제 1 오픈 기공(121) 및 상기 제 2 오픈 기공(122) 사이의 영역에 해당된다. 즉, 상기 비기공영역은 상기 제 1 오픈 기공 및 상기 제 2 오픈 기공 사이의 평평한 면일 수 있다. 더 자세하게, 상기 비기공영역은 상기 오픈 기공 이외의 영역일 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 상기 연마층은 반도체 기판(200)과 같은 연마 대상에 직접 접촉될 수 있다. 즉, 상기 연마층은 상기 반도체 기판 등의 연마 대상에 직접 접촉되고, 상기 연마 대상을 연마하는데 직접 참여할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 기공영역(125) 및 상기 비기공영역(110)의 모듈러스의 평균값은 0.5 GPa 내지 1.6 GPa, 0.6 GPa 내지 1.6 GPa, 0.6 GPa 내지 1.5 GPa, 0.9 GPa 내지 1.4 GPa, 또는 1.0 GPa 내지 1.35 GPa일 수 있다. 이때, 상기 기공영역 및 비기공영역의 모듈러스의 평균값은, 상기 기공영역 및 비기공영역을 각각 나노 인덴터(nano indenter, Bruker사 TI-950), 100 μN 힘(force)으로 압력을 가하고 힘을 멈춘 후 나타나는 변위(strain) 및 스트레스(stress)를 플롯(plot)하여, 기울기로 모듈러스(modulus)를 계산한 후, 이들의 평균값을 구할 수 있다.
상기 범위의 기공영역(125) 및 비기공영역(110)의 모듈러스의 평균값을 갖는 경우 옥사이드 및 텅스텐에 대한 연마율 및 평탄도를 향상시킬 수 있고, 반도체 기판의 표면 상에 나타나는 스크래치를 현저히 감소시킬 수 있다.
반면, 상기 기공영역 및 비기공영역의 모듈러스의 평균값이 상기 범위 미만인 경우, 연마패드의 수명이 감소할 수 있으며, 텅스텐의 연마율이 지나치게 증가할 수 있으며, 평탄도가 저조할 수 있다. 또한, 상기 기공영역 및 상기 비기공영역의 모듈러스의 평균값이 상기 범위를 초과하는 경우, 옥사이드에 대한 연마율이 지나치게 높아지고, 평탄도가 저조할 수 있으며, 반도체 기판의 표면 상에 나타나는 스크래치가 현저히 증가할 수 있다.
상기 기공영역의 모듈러스는 0.5 GPa 내지 2.0 GPa, 0.8 GPa 내지 1.8 GPa, 0.9 GPa 내지 1.6 GPa, 또는 0.98 GPa 내지 1.6 GPa일 수 있다.
또한, 비기공영역의 모듈러스는 0.5 GPa 내지 2.0 GPa, 0.8 GPa 내지 1.6 GPa, 0.9 GPa 내지 1.5 GPa, 또는 1.05 GPa 내지 1.3 GPa일 수 있다.
또한, 상기 기공영역 및 상기 비기공영역의 모듈러스 차의 절대값이 1 GPa 미만, 0.02 GPa 내지 0.8 GPa, 0.02 GPa 내지 0.6 GPa, 0.02 GPa 내지 0.55 GPa, 0.03 GPa 내지 0.53 GPa, 또는 0.03 GPa 내지 0.5 GPa일 수 있다. 상기 기공영역의 모듈러스 및 비기공영역의 모듈러스 차가 작을수록 연마율을 향상시킬 수 있고, 반도체 기판의 표면 상에 나타나는 스크래치를 감소시킬 수 있다.
만일, 상기 기공영역의 모듈러스 및 비기공영역의 모듈러스 중 하나의 모듈러스가 지나치게 증가하거나 낮아 이들의 차가 커질 경우 반도체 기판의 표면 상에 나타나는 스크래치가 현저히 증가하고 연마율에 악영향을 끼칠 수 있다.
또한 상기 기공들은 상기 연마패드의 1 ㎟ 면적당 100 개 내지 1500 개, 300 개 내지 1400 개, 500 개 내지 1300 개, 또는 500 개 내지 1250 개로 포함될 수 있다.
또한 상기 기공들의 총 면적은 상기 연마패드의 총 면적을 기준으로 30 % 내지 60 %, 35 % 내지 55 %, 또는 40 % 내지 55 %일 수 있다.
상기 연마층의 단위 면적당 상기 기공영역 및 상기 비기공영역의 면적비는 1 : 0.6 내지 2.4, 1 : 0.8 내지 1.8, 또는 1 : 0.8 내지 1.5일 수 있다.
한편, 상기 연마층은 우레탄계 프리폴리머, 경화제 및 발포제를 포함하는 조성물로부터 형성된 경화물을 포함하며, 상기 조성물에 포함되는 각 성분을 이하에 구체적으로 설명한다.
우레탄계 프리폴리머
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 있고, 예를 들어 이소시아네이트 화합물과 폴리올을 반응시켜 프리폴리머를 제조할 수 있다.
상기 우레탄계 프리폴리머의 제조에 사용되는 이소시아네이트 화합물은, 방향족 디이소시아네이트, 지방족 디이소시아네이트, 지환족 디이소시아네이트, 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다. 예를 들어, 톨루엔 디이소시아네이트(toluene diisocyanate, TDI), 나프탈렌-1,5-디이소시아네이트(naphthalene-1,5-diisocyanate), 파라-페닐렌 디이소시아네이트(p-phenylene diisocyanate), 토리딘 디이소시아네이트(tolidine diisocyanate), 4,4'-디페닐 메탄 디이소시아네이트(4,4'-diphenyl methane diisocyanate), 헥사메틸렌 디이소시아네이트(hexamethylene diisocyanate), 디사이클로헥실메탄 디이소시아네이트(dicyclohexylmethane diisocyanate) 및 이소포론 디이소시아네이트(isoporone diisocyanate)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 이소시아네이트일 수 있다.
상기 우레탄계 프리폴리머의 제조에 사용될 수 있는 폴리올은, 예를 들어, 폴리에테르계 폴리올(polyether polyol), 폴리에스테르계 폴리올(polyester polyol), 폴리카보네이트계 폴리올(polycarbonate polyol) 및 아크릴계 폴리올(acryl polyol)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 폴리올일 수 있다. 상기 폴리올은 300 내지 3,000 g/mol의 중량평균분자량(Mw)을 가질 수 있다.
상기 우레탄계 프리폴리머는 500 내지 3,000 g/mol의 중량평균분자량을 가질 수 있다. 구체적으로, 상기 우레탄계 프리폴리머는 600 내지 2,000 g/mol, 또는 800 내지 1,000 g/mol의 중량평균분자량(Mw)을 가질 수 있다.
일례로서, 상기 우레탄계 프리폴리머는 이소시아네이트 화합물로서 톨루엔 디이소시아네이트를 사용하고, 폴리올로서 폴리테트라메틸렌 에테르 글리콜을 사용하여 중합된, 500 내지 3,000 g/mol의 중량평균분자량(Mw)을 갖는 고분자일 수 있다.
또한, 상기 우레탄계 프리폴리머는 상기 톨루엔 디이소시아네이트, 및 지방족 디이소시아네이트 또는 지환족 디이소시아네이트 를 혼합하여 사용함으로써 얻을 수 있다. 예를 들어, 이소시아네이트 화합물로서 톨루엔 디이소시아네이트(TDI) 및 디사이클로헥실메탄 디이소시아네이트(H12MDI)를 사용하고, 폴리올로서 폴리테트라메틸렌 에테르 글리콜(PTMEG) 및 디에틸렌글리콜(DEG)를 사용하여 얻을 수 있다.
상기 우레탄계 프리폴리머는 8 중량% 내지 9.4 중량%, 구체적으로 8.8 중량% 내지 9.4 중량%, 더욱 구체적으로 9 중량% 내지 9.4 중량%의 이소시아네이트 말단기 함량(NCO%)을 가질 수 있다.
상기 NCO%가 상기 범위를 만족하는 경우, 본 발명에서 목적하는 기공영역 및 비기공영역의 모듈러스를 구현할 수 있다.
만일, 상기 NCO%가 상기 범위 미만인 경우, 연마패드의 경도 및 모듈러스가 감소하여 반도체 기판인 웨이퍼 막에 대한 연마율이 감소하고 평탄도가 저조할 수 있으며, 연마패드의 절삭력의 증가로 연마패드 수명이 감소하는 문제가 있을 수 있다. 반면, 상기 NCO%가 상기 범위를 초과하는 경우 상기 기공영역 및 비기공영역의 모듈러스의 평균값이 지나치게 증가하여 옥사이드에 대한 연마율이 지나치게 증가하고 평탄도가 저조하며 반도체 기판의 표면 스크래치가 증가할 수 있다.
경화제
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 1종 이상의 화합물일 수 있다.
예를 들어, 상기 경화제는 4,4'-메틸렌비스(2-클로로아닐린)(4,4'-methylenebis(2-chloroaniline);　MOCA), 디에틸톨루엔디아민(diethyltoluenediamine; DETDA), 디아미노디페닐메탄(diaminodiphenylmethane), 디아미노디페닐설폰(diaminodiphenylsulfone), m-자일릴렌디아민(m-xylylenediamine), 이소포론디아민(isophoronediamine), 에틸렌디아민(ethylenediamine), 디에틸렌트리아민(diethylenetriamine), 트리에틸렌테트라아민(triethylenetetramine), 폴리프로필렌디아민(polypropylenediamine), 폴리프로필렌트리아민(polypropylenetriamine) 및 비스(4-아미노-3-클로로페닐)메탄(bis(4-amino-3-chlorophenyl)methane)으로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
상기 경화제의 함량은 상기 우레탄계 프리폴리머 100 중량부를 기준으로 18 중량부 내지 27 중량부, 구체적으로 19 중량부 내지 26 중량부, 더욱 구체적으로 20 중량부 내지 25 중량부일 수 있다.
상기 경화제의 함량이 상기 범위를 만족하는 경우, 본 발명에서 목적하는 기공영역 및 비기공영역의 모듈러스를 구현할 수 있다.
만일, 상기 경화제의 함량이 18 중량부 미만인 경우, 상기 기공영역 및 상기 비기공영역의 모듈러스의 평균값이 지나치게 낮아질 수 있으며, 이 경우 연마패드의 수명이 낮아질 수 있다. 또한, 상기 경화제의 함량이 27 중량부를 초과하는 경우 상기 기공영역 및 상기 비기공영역의 모듈러스의 평균값이 증가하여 옥사이드에 대한 연마율이 지나치게 증가하고 평탄도가 저조하여 연마 성능에 악영향을 끼치며 반도체 기판의 표면 스크래치가 증가할 수 있다.
발포제
본 발명의 구현예에 따르면, 상기 발포제는 고상 발포제, 기상 발포제 또는 이들 둘 다를 포함할 수 있다.
고상 발포제
본 발명의 구현예에 따르면, 상기 조성물은 발포제로서 고상 발포제를 포함할 수 있다.
상기 고상 발포제는 열팽창된 마이크로 캡슐이고, 5 내지 200 ㎛의 평균 입경을 갖는 마이크로 벌룬 구조체일 수 있다. 구체적으로, 상기 고상 발포제는 평균 입경이 21 내지 50 ㎛일 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 고상 발포제는 평균 입경이 25 내지 45 ㎛일 수 있다. 또한, 상기 열팽창된 마이크로 캡슐은 열팽창성 마이크로 캡슐을 가열 팽창시켜 얻어진 것일 수 있다.
상기 열팽창성 마이크로 캡슐은 열가소성 수지를 포함하는 외피; 및 상기 외피 내부에 봉입된 발포제를 포함할 수 있다. 상기 열가소성 수지는 염화비닐리덴계 공중합체, 아크릴로니트릴계 공중합체, 메타크릴로니트릴계 공중합체 및 아크릴계 공중합체로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다. 나아가, 상기 내부에 봉입된 발포제는 탄소수 1 내지 7개의 탄화수소로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다. 구체적으로, 상기 내부에 봉입된 발포제는 에탄(ethane), 에틸렌(ethylene), 프로판(propane), 프로펜(propene), n-부탄(n-butane), 이소부탄(isobutene), n-부텐(butene), 이소부텐(isobutene), n-펜탄(n-pentane), 이소펜탄(isopentane), 네오펜탄(neopentane), n-헥산(n-hexane), 헵탄(heptane), 석유 에테르(petroleum ether) 등의 저분자량 탄화수소; 트리클로로플루오로메탄(trichlorofluoromethane, CCl3F), 디클로로디플루오로메탄(dichlorodifluoromethane, CCl2F2), 클로로트리플루오로메탄(chlorotrifluoromethane, CClF3), 테트라플루오로에틸렌(tetrafluoroethylene, CClF2-CClF2) 등의 클로로플루오로 탄화수소; 및 테트라메틸실란(tetramethylsilane), 트리메틸에틸실란(trimethylethylsilane), 트리메틸이소프로필실란(trimethylisopropylsilane), 트리메틸-n-프로필실란(trimethyl-n-propylsilane) 등의 테트라알킬실란으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.
상기 우레탄계 프리폴리머 100 중량부를 기준으로 상기 고상 발포제를 0.5 내지 10 중량부, 1 내지 3 중량부, 1.3 내지 2.7 중량부, 또는 1.3 내지 2.6 중량부의 양으로 사용할 수 있다.
기상 발포제
본 발명의 구현예에 따르면, 상기 조성물은 발포제로서 기상 발포제를 포함할 수 있다.
상기 기상 발포제는 불활성 가스를 포함할 수 있으며, 상기 기상 발포제는 상기 우레탄계 프리폴리머, 경화제, 고상 발포제, 반응속도 조절제 및 계면활성제가 혼합되어 반응하는 과정에 투입되어 기공들을 형성할 수 있다. 상기 불활성 가스는 프리폴리머와 경화제 간의 반응에 참여하지 않는 가스라면 종류가 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 상기 불활성 가스는 질소 가스(N2), 아르곤 가스(Ar), 및 헬륨 가스(He)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있다. 구체적으로, 상기 불활성 가스는 질소 가스(N2) 또는 아르곤 가스(Ar)일 수 있다.
상기 불활성 가스는 원료 혼합물 총 부피, 예를 들면 우레탄계 프리폴리머, 경화제, 고상 발포제, 반응속도 조절제 및/또는 계면활성제의 합계 부피의 5 부피% 내지 35 부피%로 투입될 수 있다. 구체적으로, 상기 불활성 가스는 우레탄계 프리폴리머, 경화제, 고상 발포제, 반응속도 조절제 및/또는 계면활성제의 합계 부피의 5 부피% 내지 30 부피%, 6 부피% 내지 25 부피%, 5 부피% 내지 20 부피%, 또는 8 부피% 내지 25 부피%로 투입될 수 있다. 또한, 상기 불활성 가스는 상기 원료 혼합물에 고상 발포제를 포함하지 않은 경우, 고상 발포제를 제외한, 즉 우레탄계 프리폴리머, 경화제, 반응속도 조절제 및 계면활성제의 총 합계 부피를 기준으로 계산될 수 있다.
규소(Si) 원소
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 연마층은 규소(Si) 원소를 포함할 수 있다. 상기 규소(Si) 원소는 다양한 소스(source)에 의해 유래될 수 있다. 예를 들어, 상기 규소(Si) 원소는 발포제 및 연마층의 제조 과정에서 사용되는 각종 첨가제로부터 유래된 것일 수 있다. 이때 상기 첨가제는 예를 들어 계면활성제를 포함할 수 있다.
상기 연마층 중의 규소(Si) 원소의 함량은 발포제 또는 첨가제 중 어느 하나만을 단독으로 사용하고 그 종류 및 함량을 조절함으로써 적절한 범위로 설계될 수도 있고, 발포제 및 첨가제를 동시에 사용하고 그 종류 및 함량을 조절함으로써 적절한 범위로 설계될 수도 있다.
상기 연마층 내 규소(Si) 원소의 함량은 5 ppm 내지 500 ppm, 5 ppm 내지 400 ppm, 8 ppm 내지 300 ppm, 220 ppm 내지 400 ppm, 또는 5 ppm 내지 180 ppm일 수 있다. 이때 상기 연마층 내 규소(Si) 원소의 함량은 유도결합 플라즈마(ICP: Inductively Coupled Plasma Atomic Emission Spectrometer) 분석에 의해 측정된 것일 수 있다.
상기 연마층 내 규소(Si) 원소의 함량은 상기 기공영역 및 비기공영역의 모듈러스에 영향을 줄 수 있으며, 상기 규소(Si) 원소의 함량이 상기 범위를 만족하는 경우, 본 발명에서 목적하는 기공영역 및 비기공영역의 모듈러스를 구현할 수 있다.
만일, 상기 규소(Si) 원소의 함량이 연마층 내에 500 ppm을 초과할 경우, 상기 기공영역 및 비기공영역의 모듈러스의 평균값이 지나치게 증가할 수 있으며, 이 경우 반도체 기판의 표면 스크래치가 현저히 증가할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 우레탄계 프리폴리머, 경화제 및 발포제를 포함하는 조성물에 있어서, 상기 경화제의 함량은 상기 우레탄계 프리폴리머 100 중량부를 기준으로 19 중량부 내지 26 중량부이고, 상기 연마층 내 규소(Si) 원소의 함량은 5 ppm 내지 400 ppm이며, 상기 우레탄계 프리폴리머가 9 중량% 내지 9.4 중량%의 이소시아네이트 말단기 함량(NCO%)을 가질 수 있다.
계면활성제
본 발명의 구현예에 따르면, 상기 조성물은 계면활성제를 더 포함할 수 있다.
상기 계면활성제는 실리콘계 계면활성제를 포함할 수 있으며, 이는 형성되는 기공들의 겹침 및 합침 현상을 방지하는 역할을 하며, 연마패드의 제조에 통상적으로 사용되는 것이라면 그 종류를 특별히 제한하지 않는다. 상기 실리콘계 계면활성제의 시판품으로는 Evonik 사의 B8749LF, B8736LF2 및 B8734LF2 등을 들 수 있다.
상기 계면활성제는 상기 우레탄계 프리폴리머 100 중량부를 기준으로 0.2 중량부 내지 2 중량부의 양으로 포함될 수 있다. 구체적으로, 상기 계면활성제는 상기 우레탄계 프리폴리머 100 중량부를 기준으로 0.2 중량부 내지 1.9 중량부, 0.2 중량부 내지 1.8 중량부, 0.2 중량부 내지 1.7 중량부, 0.2 중량부 내지 1.6 중량부, 0.2 중량부 내지 1.5 중량부, 또는 0.5 중량부 내지 1.5 중량부의 양으로 포함될 수 있다. 상기 범위 내의 함량으로 계면활성제를 포함할 경우, 기상 발포제 유래 기공이 몰드 내에서 안정하게 형성 및 유지될 수 있다.
반응속도 조절제
본 발명의 구현예에 따르면, 상기 조성물은 반응속도 조절제를 더 포함할 수 있다.
상기 반응속도 조절제는 반응 촉진제 또는 반응 지연제일 수 있다. 구체적으로, 상기 반응속도 조절제는 반응 촉진제일 수 있으며, 예를 들면 3차 아민계 화합물 및 유기금속계 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 반응 촉진제일 수 있다.
구체적으로, 상기 반응속도 조절제는 트리에틸렌디아민, 디메틸에탄올아민, 테트라메틸부탄디아민, 2-메틸-트리에틸렌디아민, 디메틸사이클로헥실아민, 트리에틸아민, 트리이소프로판올아민, 1,4-디아자바이사이클로(2,2,2)옥탄, 비스(2-메틸아미노에틸) 에테르, 트리메틸아미노에틸에탄올아민, N,N,N,N,N''-펜타메틸디에틸렌트리아민, 디메틸아미노에틸아민, 디메틸아미노프로필아민, 벤질디메틸아민, N-에틸모르폴린, N,N-디메틸아미노에틸모르폴린, N,N-디메틸사이클로헥실아민, 2-메틸-2-아자노보네인, 디부틸틴 디라우레이트, 스태너스 옥토에이트, 디부틸틴 디아세테이트, 디옥틸틴 디아세테이트, 디부틸틴 말리에이트, 디부틸틴 디-2-에틸헥사노에이트 및 디부틸틴 디머캅타이드로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 반응속도 조절제는 벤질디메틸아민, N,N-디메틸사이클로헥실아민 및 트리에틸아민으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
상기 반응속도 조절제는 우레탄계 프리폴리머 100 중량부를 기준으로 0.05 중량부 내지 2 중량부의 양으로 사용될 수 있다. 구체적으로, 상기 반응속도 조절제는 우레탄계 프리폴리머 100 중량부를 기준으로 0.05 중량부 내지 1.8 중량부, 0.05 중량부 내지 1.7 중량부, 0.05 중량부 내지 1.6 중량부, 0.1 중량부 내지 1.5 중량부, 0.1 중량부 내지 0.3 중량부, 0.2 중량부 내지 1.8 중량부, 0.2 중량부 내지 1.7 중량부, 0.2 중량부 내지 1.6 중량부, 0.2 중량부 내지 1.5 중량부, 또는 0.5 중량부 내지 1 중량부의 양으로 사용될 수 있다. 상기 범위 내의 함량으로 반응속도 조절제를 포함할 경우, 혼합물(우레탄계 프리폴리머, 경화제, 고상 발포제, 반응속도 조절제 및 계면활성제의 혼합물)의 반응속도(혼합물이 고상화되는 시간)을 적절하게 조절함으로써 원하는 크기의 기공을 형성할 수 있다.
이하, 본 발명의 일 구현예에 따른 연마패드의 제조방법을 자세히 설명한다.
[연마패드의 제조방법]
일 구현예에 따른 연마패드의 제조방법은, 우레탄계 프리폴리머, 경화제 및 발포제를 혼합하여 원료 혼합물을 제조하는 단계; 및 상기 원료 혼합물을 몰드 내에 주입하여 경화하는 단계를 포함하고, 상기 연마패드는 복수의 기공을 포함하는 기공영역 및 기공을 포함하지 않는 비기공영역을 포함하는 연마층을 포함하며, 상기 기공영역 및 상기 비기공영역의 모듈러스의 상기 식 1에 의한 평균값이 0.5 GPa 내지 1.6 GPa이다.
본 발명의 구현예에 따른 상기 연마패드는 상기 우레탄계 프리폴리머, 상기 경화제, 및 상기 발포제를 포함하는 조성물의 조성을 최적화하여 본 발명에서 목적하는 CMP 패드의 물성은 물론, 기공영역 및 비기공영역의 모듈러스 및 이의 평균값을 제어할 수 있다.
상기 우레탄계 프리폴리머, 상기 경화제, 상기 발포제, 및 기타 성분들의 종류 및 함량은 상기 조성물에서 설명한 바와 같다.
상기 원료 혼합물을 제조하는 단계는, 상기 우레탄계 프리폴리머를 상기 경화제와 혼합한 후 상기 발포제와 더 혼합하거나, 또는 상기 우레탄계 프리폴리머를 상기 발포제와 혼합한 후 상기 경화제와 더 혼합하여 수행될 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 원료 혼합물에 계면활성제를 더 포함하고, 상기 발포제 및 상기 계면활성제에서 유래된 연마층 내 규소(Si) 원소의 함량은 5 ppm 내지 500 ppm일 수 있다.
상기 혼합은 일례로서, 상기 우레탄계 프리폴리머, 경화제, 및 발포제는 실질적으로 거의 동시에 혼합 과정에 투입될 수 있으며, 발포제, 계면활성제, 및 불활성 가스를 더 첨가하는 경우, 이들 또한 실질적으로 거의 동시에 혼합 과정에 투입될 수 있다.
다른 예로서, 우레탄계 프리폴리머, 발포제 및 계면활성제는 미리 혼합하고, 이후 경화제를 투입하거나, 경화제, 및 불활성 가스를 함께 투입할 수 있다.
본 발명의 구현예에 따르면, 상기 연마층의 기공영역 및 비기공영역의 모듈러스, 및 이의 평균값은 각 성분의 종류 및 함량에 따라 조절할 수 있으며, 특히 우레탄계 프리폴리머, 고상 발포제, 기상 발포제 및 경화제의 종류 및 함량에 따라 달라질 수 있다.
상기 혼합은 우레탄계 프리폴리머와 경화제를 혼합하여 반응을 개시하고, 고상 발포제 및 불활성 가스를 원료 내에 고르게 분산시킨다. 이때 반응속도 조절제는 반응 초기부터 우레탄계 프리폴리머와 경화제의 반응에 개입하여 반응의 속도를 조절할 수 있다. 구체적으로, 상기 혼합은 1,000 rpm 내지 10,000 rpm, 또는 4,000 rpm 내지 7,000 rpm의 속도로 수행될 수 있다. 상기 속도 범위일 때, 불활성 가스 및 고상 발포제가 원료 내에 고르게 분산될 수 있다.
상기 우레탄계 프리폴리머 및 경화제는, 각각의 분자 내의 반응성 기(reactive group)의 몰 수 기준으로, 1 : 0.8 내지 1 : 1.2의 몰 당량비, 또는 1 : 0.9 내지 1 : 1.1의 몰 당량비로 혼합될 수 있다. 여기서 "각각의 반응성 기의 몰 수 기준"이라 함은, 예를 들어 우레탄계 프리폴리머의 이소시아네이트기의 몰 수와 경화제의 반응성 기(아민기, 알콜기 등)의 몰 수를 기준으로 하는 것을 의미한다. 따라서, 상기 우레탄계 프리폴리머 및 경화제는 앞서 예시된 몰 당량비를 만족하는 양으로 단위 시간당 투입되도록 투입 속도가 조절되어, 혼합 과정에 일정한 속도로 투입될 수 있다.
또한, 상기 원료 혼합물을 제조하는 단계는, 50 ℃ 내지 150 ℃ 조건에서 수행될 수 있고, 필요에 따라, 진공 탈포 조건 하에서 수행될 수 있다.
상기 원료 혼합물을 몰드 내에 주입한 후 경화하는 단계는, 60 ℃ 내지 120 ℃ 온도 조건 및 50 kg/m2 내지 200 kg/m2 압력 조건 하에서 수행될 수 있다.
또한, 상기 제조방법은, 수득된 연마패드의 표면을 절삭하는 공정, 표면에 그루브를 가공하는 공정, 하층부와의 접착 공정, 검사 공정, 포장 공정 등을 더 포함할 수 있다. 이들 공정들은 통상적인 연마패드 제조방법으로 수행할 수 있다.
상기 연마패드의 제조방법에 따르면, 상기 기공영역 및 상기 비기공영역의 모듈러스의 평균값을 0.5 GPa 내지 1.6 GPa로 제어할 수 있으며, 이 경우, 반도체 기판의 표면 상에 나타나는 스크래치 및 표면 결함을 개선시킬 수 있고, 연마율을 더욱 향상시킬 수 있다.
[연마패드의 물성]
일 구현예에 따라 제조된 상기 연마패드의 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 2.1 mm일 수 있다. 상기 범위 내일 때, 기공의 상하 부위별 입경 편차를 최소화하면서도 연마패드로서의 기본적 물성을 충분히 발휘할 수 있다.
상기 연마패드의 비중은 0.7 g/㎤ 내지 0.9 g/㎤, 또는 0.75 g/㎤ 내지 0.85 g/㎤일 수 있다.
상기 연마패드의 25℃에서의 표면경도는 45 내지 65 shore D, 48 Shore D 내지 63 Shore D, 48 Shore D 내지 60 Shore D, 50 Shore D 내지 60 Shore D, 52 Shore D 내지 60 Shore D, 53 Shore D 내지 59 Shore D, 54 Shore D 내지 58 Shore D 미만, 또는 55 Shore D 내지 58 Shore D 일 수 있다.
상기 연마패드의 모듈러스(벌크 모듈러스)는 80 N/mm2 내지 130 N/mm2, 85 N/mm2 내지 130 N/mm2, 85 N/mm2 내지 127 N/mm2, 또는 88 N/mm2 내지 126 N/mm2일 수 있다.
본 발명의 구현예에 따르면, 상기 연마패드의 모듈러스는 85 N/㎟ 내지 130 N/㎟이고, 상기 기공영역 및 상기 비기공영역의 모듈러스의 평균값이 0.6 GPa 내지 1.6 GPa이며, 상기 기공영역 및 상기 비기공영역의 모듈러스 차의 절대값이 0.02 GPa 내지 0.8 GPa일 수 있다.
또한 상기 연마패드는, 상기 예시된 물성 외에도, 앞서 일 구현예에 따른 조성물이 경화 후에 갖는 물성 및 기공 특성을 동일하게 가질 수 있다.
상기 연마패드의 신율은 50 % 내지 300 %, 80 % 내지 300 %, 80 % 내지 250 %, 75 % 내지 140 %, 75 % 내지 130 %, 80 % 내지 140 % 또는 80 % 내지 130 %일 수 있다.
상기 구현예에 따라, 연마층에 포함되는 상기 기공영역 및 상기 비기공영역의 모듈러스의 평균값을 제어함으로써, 옥사이드 및 텅스텐 각각에 대한 연마율 및 평탄도를 더욱 향상시킬 수 있다.
구체적으로 상기 연마패드는 텅스텐에 대해 725 Å/분 내지 803 Å/분, 구체적으로 730 Å/분 내지 800 Å/분, 더욱 구체적으로 750 Å/분 내지 800Å/분의 연마율을 가질 수 있으며, 옥사이드에 대해 2750 Å/분 내지 2958 Å/분, 구체적으로 2800 Å/분 내지 2958 Å/분, 더욱 구체적으로 2890 Å/분 내지 2960 Å/분의 연마율을 가질 수 있다. 나아가, 반도체 기판 면내의 연마 균일성을 나타내는 연마 평탄도(WIWNU: within wafer non uniformity)의 경우, 텅스텐에 대해 10 % 미만의 평탄도, 4.5 % 이하, 4.3 % 미만, 2 % 내지 4.5 %, 2 % 내지 4.3 %, 또는 2 % 내지 3.9 %의 평탄도를 달성할 수 있다. 또한, 옥사이드에 대해 2 % 내지 4.5 %, 2 % 내지 4.2 %, 2 % 내지 3.9 %, 또는 3 % 내지 3.8 %의 평탄도를 달성할 수 있다.
또한, 상기 연마패드의 수명(life time)은 18 시간 내지 26 시간, 구체적으로 20 시간 내지 25 시간, 더욱 구체적으로 22 시간 내지 24 시간일 수 있다. 상기 연마패드의 수명은 상기 범위로 적정 수명 시간을 갖는 것이 좋으며, 수명이 상기 범위를 초과하는 경우에도 반도체 기판의 깎임 정도가 저조함을 의미할 수 있으므로 연마성능에 악영향을 줄 수 있다.
상기 연마패드는 표면에 기계적 연마를 위한 그루브(groove)를 가질 수 있다. 상기 그루브는 기계적 연마를 위한 적절한 깊이, 너비 및 간격을 가질 수 있고, 특별히 한정되지 않는다.
다른 구현예에 따른 연마패드는, 상부 패드 및 하부 패드를 포함하고, 이때 상기 상부 패드가 상기 일 구현예에 따른 연마패드와 동일한 조성 및 물성을 가질 수 있다.
상기 하부 패드는 상기 상부 패드를 지지하면서, 상기 상부 패드에 가해지는 충격을 흡수하고 분산시키는 역할을 한다. 상기 하부 패드는 부직포 또는 스웨이드를 포함할 수 있다.
또한, 상기 상부 패드 및 하부 패드 사이에는 접착층이 삽입될 수 있다.
상기 접착층은 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.
[반도체 소자의 제조방법]
일 구현예에 따른 반도체 소자의 제조방법은, 연마패드를 제공하는 단계; 상기 연마패드 상에 연마 대상을 배치하는 단계; 상기 연마 대상을 상기 연마패드에 대하여 상대 회전시켜, 상기 연마 대상을 연마하는 단계;를 포함하고, 상기 연마패드가 복수의 기공을 포함하는 기공영역 및 기공을 포함하지 않는 비기공영역을 포함하는 연마층을 포함하고, 상기 기공영역 및 상기 비기공영역의 모듈러스의 상기 식 1에 의한 평균값이 0.5 GPa 내지 1.6 GPa일 수 있다.
상기 반도체 소자의 제조방법에 있어서, 상기 일 구현예에 따른 연마패드를 정반 상에 접착한 후, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 연마 대상층(210)을 포함하는 반도체 기판(200), 예를 들면 웨이퍼를 상기 연마패드의 연마층(100) 상에 배치한다. 이때, 상기 반도체 기판의 표면은 상기 연마패드의 연마면에 직접 접촉된다. 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.
구체적으로, 도 4는 본 발명의 구현예에 따른 반도체 소자 제조 공정의 개략적인 공정도를 도시한 것이다. 도 4을 참조할 때, 상기 일 구현예에 따른 연마패드(410)를 정반(420) 상에 장착한 후, 반도체 기판(430)을 상기 연마패드(410) 상에 배치한다. 이때, 상기 반도체 기판(430)의 표면은 상기 연마패드(410)의 연마면에 직접 접촉된다. 연마를 위해 상기 연마패드 상에 노즐(440)을 통하여 연마 슬러리(450)가 분사될 수 있다. 상기 노즐(440)을 통하여 공급되는 연마 슬러리(450)의 유량은 약 10 ㎤/분 내지 약 1,000 ㎤/분 범위 내에서 목적에 따라 선택될 수 있으며, 예를 들어, 약 50 ㎤/분 내지 약 500 ㎤/분일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
이후, 상기 반도체 기판(430)과 상기 연마패드(410)는 서로 상대 회전하여, 상기 반도체 기판(430)의 표면이 연마될 수 있다. 이때, 상기 반도체 기판(430)의 회전 방향 및 상기 연마패드(410)의 회전 방향은 동일한 방향일 수도 있고, 반대 방향일 수도 있다. 상기 반도체 기판(430)과 상기 연마패드(410)의 회전 속도는 약 10 rpm 내지 약 500 rpm 범위에서 목적에 따라 선택될 수 있으며, 예를 들어, 약 30 rpm 내지 약 200 rpm 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 반도체 기판(430)은 연마헤드(460)에 장착된 상태로 상기 연마패드(410)의 연마면에 소정의 하중으로 가압되어 맞닿게 한 뒤 그 표면이 연마될 수 있다. 상기 연마헤드(460)에 의하여 상기 반도체 기판(430)의 표면에 상기 연마패드(410)의 연마면에 가해지는 하중은 약 1 gf/㎠ 내지 약 1,000 gf/㎠ 범위에서 목적에 따라 선택될 수 있으며, 예를 들어, 약 10 gf/㎠ 내지 약 800 gf/㎠일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
일 구현예에서, 상기 반도체 소자의 제조 방법은, 상기 연마패드(410)의 연마면을 연마에 적합한 상태로 유지시키기 위하여, 상기 반도체 기판(430)의 연마와 동시에 컨디셔너(470)를 통해 상기 연마패드(410)의 연마면을 가공하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 일 구현예에 따른 연마패드는, 기공영역 및 비기공영역의 모듈러스의 평균값을 0.5 GPa 내지 1.6 GPa로 조절함으로써, 우수한 수명 특성 구현은 물론, 반도체 기판의 표면 상에 나타나는 스크래치 및 표면 결함을 개선시킬 수 있고, 연마율을 더욱 향상시킬 수 있으므로, 상기 연마패드를 이용하여 우수한 품질의 반도체 소자를 효율적으로 제조할 수 있다.
[실시예]
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 1
1-1: 우레탄계 프리폴리머의 제조
톨루엔 디이소시아네이트(TDI), 디사이클로헥실메탄 디이소시아네이트(H12MDI), 폴리테트라메틸렌 에테르 글리콜(PTMEG) 및 디에틸렌글리콜(DEG)를 4구 플라스크에 투입하여 80 ℃에서 3시간 동안 반응시켜 NCO기의 함량이 9.1 중량%인 우레탄계 프리폴리머를 제조하였다.
1-2: 장치의 구성
우레탄계 프리폴리머, 경화제, 불활성 가스 주입 라인 및 반응속도 조절제 주입 라인이 구비된 캐스팅 장비에서, 프리폴리머 탱크에 앞서 제조된 우레탄계 프리폴리머를 충진하고, 경화제 탱크에 4,4'-메틸렌비스(2-클로로아닐린)(4,4'-methylenebis(2-chloroaniline);　MOCA)을 충진하였다. 이때, 상기 경화제는 상기 우레탄계 프리폴리머 100 중량부에 대하여 23 중량부를 사용하였다. 또한, 상기 고상 발포제(제조사: Akzonobel사, 제품명: Expancel 461 DE 20 d70, 평균 입경: 40 ㎛)는 우레탄계 프리폴리머 100 중량부에 대하여 2.5 중량부를 사용하였다.
1-3: 시트의 제조
각각의 투입 라인을 통해 우레탄계 프리폴리머, 경화제, 고상 발포제, 및 반응속도 조절제를 믹싱 헤드에 일정한 속도로 투입하면서 교반하였다. 상기 믹싱 헤드의 회전속도는 약 5000rpm이었다. 이때, 우레탄계 프리폴리머의 NCO기의 몰 당량과 경화제의 반응성 기의 몰 당량을 1:1로 맞추고 합계 투입량을 10 kg/분의 속도로 유지하였다. 또한, 상기 반응속도 조절제는 우레탄계 프리폴리머 100 중량부를 기준으로 0.5 중량부의 양으로 투입하였다.
교반된 원료를 몰드(가로 1,000 mm, 세로 1,000 mm, 높이 3 mm)에 주입하고, 고상화 시켜 시트를 얻었다. 이후 시트는 표면을 연삭기를 사용하여 연삭하고, 팁을 사용하여 그루브하는 과정을 거쳐 평균두께 2 mm의 다공성 폴리우레탄 연마패드를 제조하였다. 이때, 연마층 내 규소(Si) 원소의 함량은 300 ppm이었다.
실시예 2 내지 4
하기 표 1과 같이, 고상 발포제, 기상 발포제(질소 가스(N2)), 경화제 및 계면활성제(실리콘 계면활성제(제조사: Evonik 사, 제품명: B8462)의 함량, 고상 발포제의 종류, 및 연마층 내 규소(Si) 원소의 함량을 조절한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 연마패드를 제조하였다.
실시예 5
상기 우레탄계 프리폴리머의 제조시 이소시아네이트 화합물로 톨루엔 디이소시아네이트(TDI)만을 사용하여 NCO기의 함량이 9.1 중량%인 우레탄계 프리폴리머를 사용하고, 기상 발포제로서 질소 가스(N2)를 우레탄계 프리폴리머, 경화제, 반응속도 조절제 및 실리콘 계면활성제의 합계 부피의 35 %의 부피로 일정하게 투입하였으며, 하기 표 1과 같이 연마층 내 규소(Si) 원소의 함량을 조절한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 연마패드를 제조하였다.
비교예 1 내지 3
하기 표 1과 같이, 고상 발포제, 기상 발포제, 경화제 및 계면활성제의 함량, 고상 발포제의 종류, 및 연마층 내 규소(Si) 원소의 함량을 조절한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 연마패드를 제조하였다.
비교예 4
하기 표 1과 같이 NCO기의 함량이 9.5 중량%인 우레탄계 프리폴리머를 사용하고, 고상 발포제, 기상 발포제, 경화제 및 계면활성제의 함량을 조절하고. 연마층 내 규소(Si) 원소의 함량을 조절한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 연마패드를 제조하였다.
상기 연마패드의 상부 패드의 구체적인 공정 조건을 하기 표 1에 정리하였다.
Figure 112019115395312-pat00001
시험예
상기 실시예 1 내지 5, 및 비교예 1 내지 4에서 얻은 연마패드를 아래의 항목에 대해 시험하였다.
(1) 표면경도
Shore D 경도를 측정하였으며, 다층 연마패드를 2 cm Х 2 cm(두께: 2 mm)의 크기로 자른 후 온도 25 ℃ 및 상대습도 50±5 %의 환경에서 16 시간 정치하였다. 이후 경도계(D형 경도계)를 사용하여 다층 연마패드의 경도를 측정하였다.
(2) 비중
연마패드를 4 cm Х 8.5 cm의 직사각형(두께: 2 mm)으로 자른 후 온도 23±2 ℃, 습도 50±5 %의 환경에서 16 시간 정치하였다. 비중계를 사용하여 연마패드의 비중을 측정하였다.
(3) 기공 특성
연마패드의 기공을 주사전자현미경(SEM)으로 관찰하였고, 상기 SEM 이미지를 바탕으로 기공의 기공 특성을 산출하여 하기 표 2에 정리하였다.
- 수평균 직경 : SEM 이미지 상의 기공 직경의 합을 기공 개수로 나눈 평균
- 기공 개수(평균 수량) : SEM 이미지 상의 1 ㎟ 당 존재하는 기공의 개수
(4) 벌크 모듈러스(bulk modulus)
만능시험계(UTM)를 사용하여 500 mm/분의 속도로 테스트하면서 파단 직전의 최고 강도 값을 취득하였다.
(5) 기공영역 및 비기공영역의 모듈러스
기공영역 및 비기공영역을 각각 나노 인덴터(nano indenter, Bruker사 TI-950), 100 μN 힘(force)으로 압력을 가하고 힘을 멈춘 후 나타나는 변위(strain) 및 스트레스(stress)를 플롯(plot)하여, 기울기로 모듈러스(modulus)를 계산하였다.
(6) 텅스텐 및 옥사이드의 연마율
<텅스텐의 연마율>
CMP 연마 장비를 사용하여, CVD 공정에 의해서 텅스텐(W) 막이 형성된 직경 300 mm의 실리콘 웨이퍼를 설치하였다. 이후 상기 연마패드를 붙인 정반 상에 실리콘 웨이퍼의 텅스텐 막을 아래로 세팅하였다. 이후, 연마 하중이 2.8 psi가 되도록 조정하고 연마패드 상에 콜로이달 실리카 슬러리를 190 ㎖/분의 속도로 투입하면서 정반을 115 rpm으로 30 초간 회전시켜 텅스텐 막을 연마하였다. 연마 후 실리콘 웨이퍼를 캐리어로부터 떼어내어, 회전식 탈수기(spin dryer)에 장착하고 정제수(DIW)로 세정한 후 공기로 15 초 동안 건조하였다. 건조된 실리콘 웨이퍼를 접촉식 면저항 측정 장치(4 point probe)를 사용하여 연마 전후 두께 차이를 측정하였다. 이후 하기 수학식 1을 사용하여 연마율을 계산하였다.
<수학식 1>
연마율(Å/분) = 연마 전후 두께 차이(Å) / 연마 시간(분)
<옥사이드의 연마율>
또한, 동일한 장비를 사용하여, 텅스텐 막이 형성된 실리콘 웨이퍼 대신, TEOS-플라즈마 CVD 공정에 의해 산화규소(SiOx) 막이 형성된 직경 300 mm의 실리콘 웨이퍼를 설치하였다. 이후 상기 연마패드를 붙인 정반 상에 실리콘 웨이퍼의 산화규소 막을 아래로 세팅하였다. 이후, 연마 하중이 1.4 psi가 되도록 조정하고 연마패드 상에 퓸드 실리카 슬러리를 190 ㎖/분의 속도로 투입하면서 정반을 115 rpm으로 60 초간 회전시켜 산화규소 막을 연마하였다. 연마 후 실리콘 웨이퍼를 캐리어로부터 떼어내어, 회전식 탈수기(spin dryer)에 장착하고 정제수(DIW)로 세정한 후 공기로 15 초 동안 건조하였다. 건조된 실리콘 웨이퍼를 광간섭식 두께 측정 장치(제조사: Kyence 사, 모델명: SI-F80R)를 사용하여 연마 전후 두께 차이를 측정하였다. 이후 상기 수학식 1을 사용하여 연마율을 계산하였다.
(7) 텅스텐 및 산화규소의 평탄도
상기 시험예 (6)과 동일한 방법으로 얻은 텅스텐 막 및 산화규소(SiOx) 막이 형성된 실리콘 웨이퍼의 열산화막이 1㎛(10,000Å) 도포된 것을 이용하여 전술한 연마조건으로 1분 연마한 후, 98곳의 웨이퍼의 면내 막 두께를 측정하여 하기 수학식 2를 이용하여 웨이퍼 면내의 연마 평탄도(WIWNU: within wafer non uniformity)를 측정하였다:
<수학식 2>
연마 평탄도(WIWNU)(%)=(최대막 두께-최소막 두께)/2Х평균막 두께Х100
(8) 스크래치 개수
연마패드를 이용하여 상기 시험예 (6)과 같은 절차로 CMP 공정을 수행한 후, 결함 검사 장비(AIT XP+, KLA Tencor사)를 이용하여 연마 이후에 웨이퍼 표면 상에 나타나는 스크래치 개수를 측정하였다(조건: threshold 150, die filter threshold 280).
(9) 수명 평가
CMP 연마 장비를 사용하여, 실시예 및 비교예에서 제조된 연마패드를 정반위에 붙이고, 웨이퍼는 장착하지 않았다. 새솔 다이아몬드사의 CI-45 컨디셔너를 장착하고, 컨디셔너 하중을 6 lb가 되도록 조정하였다. 컨디셔너 회전 속도는 분당 101 회, 컨디셔너 스위프(sweep) 속도는 분당 19 회로 조절하였다. 이후 정제수(DIW)를 200 ㎖/분의 속도로 투입하면서, 정반을 115 rpm으로 회전시켜 연마패드를 지속적으로 연마시켰다. 1시간 마다 그루브의 깊이를 측정하여, 초기 연마패드의 그루브 깊이와의 비율로 그루브 사용률을 하기 수학식 3을 사용하여 계산하였다. 그루브 사용율이 55% 이상이 되는 시간을 수명(hr)으로 정의한다.
<수학식 3>
그루브 사용율(%) = 연마후 그루브 깊이(㎛)/ 초기 그루브 깊이(㎛) X100
상기 시험예의 결과를 하기 표 2 및 3에 정리하였다.
Figure 112019115395312-pat00002
Figure 112019115395312-pat00003
상기 표 2 및 3에서 보듯이, 본 발명의 구현예에 따라 제조된 기공영역 및 비기공영역의 모듈러스의 평균값이 0.5 GPa 내지 1.6 Gpa의 범위 내에 있는 실시예 1 내지 5의 연마패드는 상기 범위에서 벗어난 기공영역 및 비기공영역의 모듈러스의 평균값을 갖는 비교예 1 내지 4의 연마패드에 비해 연마성능, 스크래치 감소율 및 수명이 우수함을 확인하였다.
구체적으로 살펴보면, 연마패드의 연마율을 비교해 보면, 실시예 1 내지 5의 연마패드는 기공영역 및 비기공영역의 모듈러스의 평균값을 상기 범위로 제어함으로써, 옥사이드에 대해 2750 Å/분 내지 2958 Å/분, 텅스텐에 대해 725 Å/분 내지 803 Å/분의 연마율을 갖고, 옥사이드 및 텅스텐에 대해 각각 2 % 내지 4.5 %의 평탄도를 가져, 적정 수준의 연마율 및 평탄도를 구현할 수 있음을 확인하였다.
이에 반해, 비교예 1, 2 및 4의 연마패드와 같이 기공영역 및 비기공영역의 모듈러스의 평균값이 1.60 Gpa을 초과하는 경우, 스크래치 개수가 실시예 1 내지 5의 연마패드에 비해 현저히 증가하였으며, 옥사이드 및 텅스텐에 대한 연마율도 지나치게 증가하였다. 또한, 비교예 3과 같이 기공영역 및 비기공영역의 모듈러스의 평균값이 0.50 Gpa 미만인 경우, 텅스텐에 대한 연마율이 실시예 1 내지 5의 연마패드에 비해 현저히 증가하였으며, 텅스텐에 대한 평탄도도 나빠짐을 확인하였다. 또한, 연마패드의 스크래치 정도를 비교해 보면, 실시예 1 내지 5의 연마패드는 웨이퍼의 스크래치 개수가 5개 미만으로, 10개 내지 45개의 스크래치 개수를 갖는 비교예 1 내지 4에 비해 현저히 감소하였음을 확인하였다. 특히 비교예 1의 연마패드와 같이 연마층 내에 규소(Si)의 함량이 9740 ppm 정도로 지나치게 많이 포함하고, 기공영역 및 비기공영역의 모듈러스 차의 절대값이 1 GPa를 초과하는 경우, 스크래치 개수가 45개로 실시예 1 내지 5의 연마패드에 비해 현저히 증가함을 확인하였다. 또한, 비교예 4와 같이 우레탄계 프리폴리머의 NCO%가 9.5 중량%로 지나치게 큰 경우, 기공영역 및 비기공영역의 모듈러스의 평균값이 지나치게 증가하여 옥사이드에 대한 연마율이 지나치게 증가하고, 옥사이드 및 텅스텐에 대한 평탄도가 모두 저조하며, 반도체 기판의 표면 스크래치가 증가함을 확인하였다.
한편, 연마패드의 수명을 비교해 보면, 실시예 1 내지 5의 연마패드는 24 시간의 수명으로 적정 수준을 보였으나, 비교예 2 및 4와 같이 비기공영역 및 기공영역 모듈러스 값이 각각 2.0 Gpa를 초과하는 경우, 연마패드의 수명이 지나치게 증가함을 확인하였다. 이러한 결과는 연마패드의 표면이 반질반질해져서(glazing), 웨이퍼에 스크래치 발생율이 증가될 수도 있다.
100 : 연마층
110 : 비기공영역 125 : 기공영역
121, 122 : 오픈 기공 130 : 클로즈 기공
200 : 반도체 기판 210 : 연마 대상층
D : 오픈 기공의 평균 직경
H : 오픈 기공의 평균 깊이
410 : 연마패드 420 : 정반
430 : 반도체 기판 440 : 노즐
450 : 연마 슬러리 460 : 연마헤드
470 : 컨디셔너

Claims (17)

  1. 복수의 기공을 포함하는 기공영역 및 기공을 포함하지 않는 비기공영역을 포함하는 연마층을 포함하고,
    상기 연마층은 제 1 오픈 기공 및 제 2 오픈 기공을 포함하고,
    상기 비기공영역은 상기 제 1 오픈 기공 및 상기 제 2 오픈 기공 사이의 영역이며,
    상기 기공영역 및 상기 비기공영역의 모듈러스를 각각 나노 인덴터(nano indenter) 및 100 μN 힘(force)의 압력을 이용하여 측정할 때,
    상기 기공영역 및 상기 비기공영역의 모듈러스의 하기 식 1에 의한 평균값이 0.5 GPa 내지 1.6 GPa인, 연마패드:
    [식 1]
    (기공영역의 모듈러스 + 비기공영역의 모듈러스)/2.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 기공영역 및 비기공영역의 모듈러스가 각각 0.5 GPa 내지 2.0 GPa인, 연마패드.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 기공영역 및 상기 비기공영역의 모듈러스 차의 절대값이 1 GPa 미만인, 연마패드.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 연마층이 우레탄계 프리폴리머, 경화제 및 발포제를 포함하는 조성물로부터 형성된 경화물을 포함하고,
    상기 경화제의 함량이 상기 우레탄계 프리폴리머 100 중량부를 기준으로 18 중량부 내지 27 중량부인, 연마패드.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 경화제가 4,4'-메틸렌비스(2-클로로아닐린)(4,4'-methylenebis(2-chloroaniline);　MOCA), 디에틸톨루엔디아민(diethyltoluenediamine; DETDA), 디아미노디페닐메탄(diaminodiphenylmethane), 디아미노디페닐설폰(diaminodiphenylsulfone), m-자일릴렌디아민(m-xylylenediamine), 이소포론디아민(isophoronediamine), 에틸렌디아민(ethylenediamine), 디에틸렌트리아민(diethylenetriamine), 트리에틸렌테트라아민(triethylenetetramine), 폴리프로필렌디아민(polypropylenediamine), 폴리프로필렌트리아민(polypropylenetriamine) 및 비스(4-아미노-3-클로로페닐)메탄(bis(4-amino-3-chlorophenyl)methane)으로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는, 연마패드.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 연마층 내 규소(Si) 원소의 함량이 5 ppm 내지 500 ppm인, 연마패드.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 조성물이 계면활성제를 더 포함하고,
    상기 규소(Si) 원소가 상기 발포제 및 상기 계면활성제로부터 유래된 것인, 연마패드.
  8. 제 4 항에 있어서,
    상기 우레탄계 프리폴리머가 8 중량% 내지 9.4 중량%의 이소시아네이트 말단기 함량(NCO%)을 갖는, 연마패드.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 경화제의 함량이 상기 우레탄계 프리폴리머 100 중량부를 기준으로 19 중량부 내지 26 중량부이고,
    상기 연마층 내 규소(Si) 원소의 함량이 5 ppm 내지 400 ppm이며,
    상기 우레탄계 프리폴리머가 9 중량% 내지 9.4 중량%의 이소시아네이트 말단기 함량(NCO%)을 갖는, 연마패드.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 연마패드가 80 N/㎟ 내지 130 N/㎟의 모듈러스, 0.7 g/cm3 내지 0.9 g/cm3의 비중, 및 45 내지 65 shore D의 25℃에서의 표면경도를 갖는 연마패드.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 연마패드의 모듈러스가 85 N/㎟ 내지 130 N/㎟이고,
    상기 기공영역 및 상기 비기공영역의 모듈러스의 평균값이 0.6 GPa 내지 1.6 GPa이며,
    상기 기공영역 및 상기 비기공영역의 모듈러스 차의 절대값이 0.02 GPa 내지 0.8 GPa인, 연마패드.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 기공의 수평균 직경이 10 ㎛ 내지 60 ㎛인, 연마패드.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 연마층의 단위 면적당 상기 기공영역 및 상기 비기공영역의 면적비가 1 : 0.6 내지 2.4인, 연마패드.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 연마패드가 텅스텐에 대해 725 Å/분 내지 803 Å/분의 연마율을 갖고,
    상기 연마패드가 옥사이드에 대해 2750 Å/분 내지 2958 Å/분의 연마율을 갖는, 연마패드.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 연마패드가 옥사이드 및 텅스텐에 대해 각각 2 % 내지 4.5 %의 연마 평탄도를 갖는 연마패드.
  16. 우레탄계 프리폴리머, 경화제 및 발포제를 혼합하여 원료 혼합물을 제조하는 단계; 및
    상기 원료 혼합물을 몰드 내에 주입하여 경화하는 단계를 포함하고,
    복수의 기공을 포함하는 기공영역 및 기공을 포함하지 않는 비기공영역을 포함하는 연마층을 포함하며,
    상기 연마층은 제 1 오픈 기공 및 제 2 오픈 기공을 포함하고,
    상기 비기공영역은 상기 제 1 오픈 기공 및 상기 제 2 오픈 기공 사이의 영역이며,
    상기 기공영역 및 상기 비기공영역의 모듈러스를 각각 나노 인덴터(nano indenter) 및 100 μN 힘(force)의 압력을 이용하여 측정할 때,
    상기 기공영역 및 상기 비기공영역의 모듈러스의 하기 식 1에 의한 평균값이 0.5 GPa 내지 1.6 GPa인, 연마패드의 제조방법:
    [식 1]
    (기공영역의 모듈러스 + 비기공영역의 모듈러스)/2.
  17. 연마패드를 제공하는 단계;
    상기 연마패드 상에 연마 대상을 배치하는 단계;
    상기 연마 대상을 상기 연마패드에 대하여 상대 회전시켜, 상기 연마 대상을 연마하는 단계;를 포함하고,
    상기 연마패드가 복수의 기공을 포함하는 기공영역 및 기공을 포함하지 않는 비기공영역을 포함하는 연마층을 포함하고,
    상기 연마층은 제 1 오픈 기공 및 제 2 오픈 기공을 포함하고,
    상기 비기공영역은 상기 제 1 오픈 기공 및 상기 제 2 오픈 기공 사이의 영역이며,
    상기 기공영역 및 상기 비기공영역의 모듈러스를 각각 나노 인덴터(nano indenter) 및 100 μN 힘(force)의 압력을 이용하여 측정할 때,
    상기 기공영역 및 상기 비기공영역의 모듈러스의 하기 식 1에 의한 평균값이 0.5 GPa 내지 1.6 GPa인, 반도체 소자의 제조방법:
    [식 1]
    (기공영역의 모듈러스 + 비기공영역의 모듈러스)/2.
KR1020190143412A 2019-11-11 2019-11-11 연마패드, 이의 제조방법 및 이를 이용한 반도체 소자의 제조방법 KR102293781B1 (ko)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190143412A KR102293781B1 (ko) 2019-11-11 2019-11-11 연마패드, 이의 제조방법 및 이를 이용한 반도체 소자의 제조방법
TW109136480A TWI758913B (zh) 2019-11-11 2020-10-21 研磨墊、其製備方法及使用其之半導體裝置的製備方法
US17/077,216 US20210138605A1 (en) 2019-11-11 2020-10-22 Polishing pad, preparation method thereof, and preparation method of semiconductor device using same
JP2020177593A JP7285613B2 (ja) 2019-11-11 2020-10-22 研磨パッド、その製造方法およびこれを用いる半導体素子の製造方法
CN202011253564.8A CN112775823B (zh) 2019-11-11 2020-11-11 抛光垫及其制造方法和利用其的半导体器件的制造方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190143412A KR102293781B1 (ko) 2019-11-11 2019-11-11 연마패드, 이의 제조방법 및 이를 이용한 반도체 소자의 제조방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20210056679A KR20210056679A (ko) 2021-05-20
KR102293781B1 true KR102293781B1 (ko) 2021-08-25

Family

ID=75750514

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020190143412A KR102293781B1 (ko) 2019-11-11 2019-11-11 연마패드, 이의 제조방법 및 이를 이용한 반도체 소자의 제조방법

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20210138605A1 (ko)
JP (1) JP7285613B2 (ko)
KR (1) KR102293781B1 (ko)
CN (1) CN112775823B (ko)
TW (1) TWI758913B (ko)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102561824B1 (ko) * 2021-06-02 2023-07-31 에스케이엔펄스 주식회사 연마패드 및 이를 이용한 반도체 소자의 제조방법

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101835090B1 (ko) * 2017-05-29 2018-03-06 에스케이씨 주식회사 다공성 폴리우레탄 연마패드 및 이를 사용하여 반도체 소자를 제조하는 방법

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4613345A (en) * 1985-08-12 1986-09-23 International Business Machines Corporation Fixed abrasive polishing media
CN1060424C (zh) * 1997-08-26 2001-01-10 汪宁 用于化学－机械抛光的抛光盘及其制造方法
JP2006100556A (ja) * 2004-09-29 2006-04-13 Hitachi Chem Co Ltd 研磨パッドとそれを用いた研磨方法
JP2006257178A (ja) * 2005-03-16 2006-09-28 Toyo Tire & Rubber Co Ltd 微細気泡ポリウレタン発泡体、微細気泡ポリウレタン発泡体シート及び、研磨パッド並びに、微細気泡ポリウレタン発泡体の製造方法
US7371160B1 (en) * 2006-12-21 2008-05-13 Rohm And Haas Electronic Materials Cmp Holdings Inc. Elastomer-modified chemical mechanical polishing pad
US7438636B2 (en) * 2006-12-21 2008-10-21 Rohm And Haas Electronic Materials Cmp Holdings, Inc. Chemical mechanical polishing pad
JP2009267367A (ja) * 2008-03-31 2009-11-12 Toshiba Corp 半導体装置の製造方法
US8702479B2 (en) 2010-10-15 2014-04-22 Nexplanar Corporation Polishing pad with multi-modal distribution of pore diameters
KR20120090708A (ko) * 2011-02-08 2012-08-17 금호미쓰이화학 주식회사 무수축 폴리우레탄 발포체의 제조방법
JP5710353B2 (ja) * 2011-04-15 2015-04-30 富士紡ホールディングス株式会社 研磨パッド及びその製造方法
US9259820B2 (en) * 2014-03-28 2016-02-16 Rohm And Haas Electronic Materials Cmp Holdings, Inc. Chemical mechanical polishing pad with polishing layer and window
US9776361B2 (en) * 2014-10-17 2017-10-03 Applied Materials, Inc. Polishing articles and integrated system and methods for manufacturing chemical mechanical polishing articles
FI129203B (en) * 2015-06-05 2021-09-15 Kwh Mirka Ltd Abrasive product, method of making it, and its belt and roller
US10144115B2 (en) * 2015-06-26 2018-12-04 Rohm And Haas Electronic Materials Cmp Holdings, Inc. Method of making polishing layer for chemical mechanical polishing pad
KR20240015161A (ko) * 2016-01-19 2024-02-02 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드 다공성 화학적 기계적 연마 패드들
KR20190041019A (ko) * 2016-09-09 2019-04-19 생-고뱅 어브레이시브즈, 인코포레이티드 복수개의 부분을 갖는 연마 제품 및 이의 형성 방법
KR102088919B1 (ko) * 2017-09-11 2020-03-13 에스케이씨 주식회사 다공성 폴리우레탄 연마패드 및 이의 제조방법
JP7141230B2 (ja) * 2018-03-30 2022-09-22 富士紡ホールディングス株式会社 研磨パッド及びその製造方法
KR102054309B1 (ko) * 2018-04-17 2019-12-10 에스케이씨 주식회사 다공성 연마 패드 및 이의 제조방법

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101835090B1 (ko) * 2017-05-29 2018-03-06 에스케이씨 주식회사 다공성 폴리우레탄 연마패드 및 이를 사용하여 반도체 소자를 제조하는 방법

Also Published As

Publication number Publication date
JP7285613B2 (ja) 2023-06-02
JP2021074871A (ja) 2021-05-20
CN112775823A (zh) 2021-05-11
TW202122475A (zh) 2021-06-16
KR20210056679A (ko) 2021-05-20
US20210138605A1 (en) 2021-05-13
TWI758913B (zh) 2022-03-21
CN112775823B (zh) 2023-08-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101835090B1 (ko) 다공성 폴리우레탄 연마패드 및 이를 사용하여 반도체 소자를 제조하는 방법
KR101949905B1 (ko) 다공성 폴리우레탄 연마패드 및 이의 제조방법
KR101835087B1 (ko) 다공성 폴리우레탄 연마패드 및 이를 사용하여 반도체 소자를 제조하는 방법
US11772236B2 (en) Porous polishing pad and process for producing the same all fees
US11642752B2 (en) Porous polyurethane polishing pad and process for preparing the same
KR20190135449A (ko) 다공성 연마 패드 및 이의 제조방법
KR20190029473A (ko) 다공성 폴리우레탄 연마패드 및 이의 제조방법
JP7186203B2 (ja) 研磨パッド、その製造方法、およびそれを用いた半導体素子の製造方法
US11548970B2 (en) Composition for a polishing pad, polishing pad, and process for preparing the same
JP2022056422A (ja) 研磨パッド、研磨パッドの製造方法およびこれを用いた半導体素子の製造方法
KR102304965B1 (ko) 연마패드, 이의 제조방법, 및 이를 이용한 반도체 소자의 제조방법
KR102293781B1 (ko) 연마패드, 이의 제조방법 및 이를 이용한 반도체 소자의 제조방법
KR102362791B1 (ko) 연마패드 및 이를 이용한 반도체 소자의 제조방법
KR102512675B1 (ko) 연마 패드, 연마 패드의 제조 방법 및 이를 이용한 반도체 소자의 제조 방법
KR102293765B1 (ko) 연마패드, 이의 제조방법, 및 이를 이용한 반도체 소자의 제조방법
KR102287923B1 (ko) 연마패드, 이의 제조방법, 및 이를 이용한 반도체 소자의 제조방법
KR102488112B1 (ko) 연마 패드, 연마 패드의 제조 방법 및 이를 이용한 반도체 소자의 제조 방법
KR102188525B1 (ko) 연마패드, 이의 제조방법, 및 이를 이용한 반도체 소자의 제조방법
KR102502516B1 (ko) 연마 패드, 연마 패드의 제조 방법 및 이를 이용한 반도체 소자의 제조 방법
US11951591B2 (en) Polishing pad, method for producing the same and method of fabricating semiconductor device using the same
KR102421888B1 (ko) 연마 패드, 연마 패드의 제조 방법 및 이를 이용한 반도체 소자의 제조 방법
KR102488115B1 (ko) 연마 패드, 연마 패드의 제조 방법 및 이를 이용한 반도체 소자의 제조 방법
KR102298114B1 (ko) 연마패드, 이의 제조방법 및 이를 이용한 반도체 소자의 제조방법
CN113410163A (zh) 研磨片及利用其的半导体器件的制造方法

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant