KR102360623B1 - 저-결함-다공성 연마 패드 - Google Patents

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롬 앤드 하스 일렉트로닉 머티리얼스 씨엠피 홀딩스, 인코포레이티드
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Abstract

연마 패드는 반도체 기판, 광학 기판 및 자기 기판 중 적어도 하나를, 연마 유체로 연마하거나 평탄화하는 것, 및 반도체 기판, 광학 기판 및 자기 기판 중 상기 적어도 하나와 상기 연마 패드 간 상대 운동에 적합하다. 상기 연마 층은 개방-셀 폴리머 매트릭스, 연마 층 내 연마 표면, 복수의 그루브를 갖는다. 상기 복수의 돌출형 랜드 영역은 최하부 복수의 돌출형 랜드 영역으로부터 외향으로, 그리고 하향으로 확장되는 테이퍼된 지지 구조로 지지된다. 상기 복수의 돌출형 랜드 영역은 돌출형 랜드 영역의 연마 체류 시간의 감소를 위하여, 그리고 연마 체류 시간 초과의 값으로의 그루브 영역의 잔해 제거 체류 시간의 증가를 위하여, 복수의 그루브의 평균 폭 미만의 평균 폭을 갖는다.

Description

저-결함-다공성 연마 패드 {LOW-DEFECT-POROUS POLISHING PAD}
배경
본 발명은 화학 기계적 연마 패드 및 연마 패드 형성 방법에 관한 것이다. 더 상세하게는, 본 발명은 다공성 화학 기계적 연마 패드 및 다공성 연마 패드의 형성 방법에 관한 것이다.
집적회로 및 다른 전자 디바이스의 제작에서, 도체, 반도체 및 유전체 물질의 다중 층은 반도체 웨이퍼의 표면 상에 침착되고 이로부터 제거된다. 도체, 반도체 및 유전체 물질의 박층은 수많은 증착 기술을 이용하여 침착될 수 있다. 현대 웨이퍼 가공에서 통상 증착 기술은, 다른 것 중에서, 스퍼터링으로도 공지된 물리적 기상 증착 (PVD), 화학적 기상 증착 (CVD), 플라즈마-강화 화학적 기상 증착 (PECVD) 및 전기화학적 도금을 포함한다. 통상 제거 기술은, 다른 것 중에서, 습성 및 건성 등방성 및 비등방성 에칭을 포함한다.
물질의 층이 순차적으로 침착 및 제거됨에 따라, 웨이퍼의 최상위 표면은 비-평면성이 된다. 후속의 반도체 가공 (예를 들면, 포토리쏘그래피)이 웨이퍼가 편평한 표면을 갖도록 요구하기 때문에, 웨이퍼는 평탄화될 필요가 있다. 평탄화는 원하지 않는 표면 형상 및 표면 결함, 예컨대 거친 표면, 응집된 물질, 결정 격자 손상, 스크래치 및 오염된 층 또는 물질 제거에 유용하다.
화학 기계적 평탄화, 또는 화학 기계적 연마 (CMP)는 공작물 예컨대 반도체 웨이퍼를 평탄화하기 위해 또는 연마하기 위해 사용된 통상 기술이다. 종래의 CMP에서, 웨이퍼 캐리어, 또는 연마 헤드는 캐리어 어셈블리상에 장착된다. 연마 헤드는 CMP 장치 내에서 테이블 또는 플래튼상에 장착되는 연마 패드의 연마 층과 접촉하는 웨이퍼의 위치 및 웨이퍼를 보유한다. 캐리어 어셈블리는 웨이퍼와 연마 패드 사이의 통제가능 압력을 제공한다. 동시에, 연마 매질 (예를 들면, 슬러리)은 연마 패드상에 분배되고 웨이퍼와 연마 층 사이 갭에 이동된다. 연마 효과를 내기 위해, 연마 패드 및 웨이퍼는 전형적으로 서로에 대하여 회전한다. 연마 패드가 웨이퍼 바로 밑에서 회전함에 따라, 웨이퍼는 전형적으로 환상 연마 트랙, 또는 연마 영역을 청소하고, 여기서 상기 웨이퍼의 표면은 연마 층을 직접적으로 대면한다. 웨이퍼 표면은 연마 층의 화학 및 기계적 작용 및 표면 상에서 연마 매질에 의해 연마되고 평면화된다.
CMP 공정은 보통 2 또는 3 단계로 단일 연마 도구 상에서 발생한다. 제1 단계는 웨이퍼를 평탄화하고 과잉의 물질의 벌크를 제거한다. 평탄화 이후, 후속의 단계 또는 단계들은 평탄화 단계 동안 도입된 스크래치 또는 채터마크를 제거한다. 이들 적용에 사용된 연마 패드는 스크래칭 없이 기판을 연마하기 위해 연질 및 등각이어야 한다. 더욱이, 이들 단계용 이들 연마 패드 및 슬러리는 금속 제거 속도로 물질, 예컨대 고 TEOS의 선택적 제거를 종종 필요로 한다. 본 명세서의 목적을 위하여, TEOS는 테트라에틸옥시실리케이트의 분해 생성물이다. TEOS가 금속 예컨대 구리보다 더 경질 물질이기 때문에, 이는 제조사가 수년간 고심해온 어려운 문제이다.
지난 수년에 걸쳐, 반도체 제조사는 저-결함도가 더욱 중요한 요건인 마감 또는 최종 연마 작업을 위하여 다공성 연마 패드, 예컨대 Politex™ 및 Optivision™ 폴리우레탄 패드로 점점 더 이동하였다 (Politex 및 Optivision는 Dow Electronic Materials 또는 이의 계열사의 상표명이다.). 본 명세서의 목적을 위하여, 용어 다공성은 수용액, 비-수용액 또는 수용액 및 비-수용액의 조합으로부터 응집에 의해 생산된 다공성 폴리우레탄 연마 패드를 지칭한다. 이들 연마 패드의 이점은 이들이 저-결함도로 효율적인 제거를 제공한다는 점이다. 결함의 감소는 현저한 웨이퍼 수율 증가를 초래할 수 있다.
특히 중요한 연마 적용은 저-결함도가 구리 및 TEOS 유전체 모두를 동시에 제거하기 위한 능력과 조합으로 요구되는 구리-배리어 연마(copper-barrier polishing)이고, 이로써 TEOS 제거 속도는 개선된 웨이퍼 통합 디자인을 만족시키기 위해 구리 제거 속도보다 더 높다. 상업적 패드 예컨대 Politex 연마 패드는 향후 디자인을 위하여 충분한 저-결함도를 전달하지 않을 뿐만 아니라, TEOS:Cu 선택성 비가 충분히 높지 않다. 다른 상업적 패드는 연마를 방해하는 과도한 양의 발포물을 생산하는, 연마 동안 침출하는 계면활성제를 함유한다. 더욱이, 계면활성제는 유전체를 중독시킬 수 있고 반도체의 작용성 성능을 감소시킬 수 있는 알칼리 금속을 함유할 수 있다.
다공성 연마 패드와 관련된 낮은 TEOS 제거 속도에도 불구하고, 일부 개선된 연마 적용은 다른 패드 유형 예컨대 IC1000™ 연마 패드에 대해 다공성 패드의 보다 낮은 결함도를 달성하는 잠재력으로 인하여 전체-다공성 패드 CMP 연마 작업으로 이동하고 있다. 이들 작업이 저-결함을 제공함에도 불구하고, 추가로 패드-유도된 결함을 감소시키기 위한, 그리고 연마 속도를 증가시키기 위한 난제가 여전히 있다.
발명의 요약
본 발명의 측면은 연마 유체로 적어도 하나의 반도체, 광학 및 자기 기판의 연마 또는 평탄화 및 연마 패드와 적어도 하나의 반도체, 광학 및 자기 기판 사이 상대 운동에 적합한 연마 패드를 제공하고, 연마 패드는 하기를 포함한다: 개방-셀 폴리머 매트릭스, 연마 표면 및 두께를 갖는 연마 층 (개방-셀 폴리머 매트릭스는 수직 기공 및 수직 기공을 상호연결하는 개방 채널을 갖는다); 연마 층 내 복수의 그루브 (그루브는 연마 표면에 인접하여 측정된 평균 폭을 갖고, 복수의 그루브는 고정된 속도로 회전된 적어도 하나의 반도체, 광학 및 자기 기판 상의 한 지점이 복수의 그루브의 폭에 걸쳐 잔해 제거 체류 시간을 갖는다); 및 복수의 그루브 내 복수의 돌출형 랜드 영역 (복수의 돌출형 랜드 영역은 최하부 복수의 돌출형 랜드 영역으로부터 외향으로 및 하향으로 확장되는 테이퍼된 지지 구조로 지지되고, 복수의 랜드 영역은 수직 기공을 함유한 폴리머 매트릭스로부터 연마 표면을 형성하는 절두체 또는 비점형 최상부를 갖고, 복수의 돌출형 랜드 영역은 고정된 속도로 회전된 적어도 하나의 반도체, 광학 및 자기 기판 상에서 한 지점이 복수의 그루브에 인접한 복수의 돌출형 랜드 영역에 걸쳐 연마 체류 시간을 갖고, 복수의 돌출형 랜드 영역은 돌출형 랜드 영역의 연마 체류 시간의 감소를 위하여 그리고 연마 체류 시간 초과 값으로의 그루브 영역의 잔해 제거 체류 시간의 증가를 위하여 복수의 그루브의 평균 폭 미만의 평균 폭을 갖는다).
본 발명의 또 다른 측면은 연마 유체로 적어도 하나의 반도체, 광학 및 자기 기판의 연마 또는 평탄화 및 연마 패드와 적어도 하나의 반도체, 광학 및 자기 기판 사이 상대 운동에 적합한 연마 패드를 제공하고, 연마 패드는 하기를 포함한다: 개방-셀 폴리머 매트릭스, 연마 표면 및 두께를 가진 연마 층 (개방-셀 폴리머 매트릭스는 수직 기공 및 수직 기공과 상호연결하는 개방 채널을 갖는다); 연마 층 내 복수의 그루브 (그루브는 연마 표면에 인접하여 측정된 평균 폭을 갖고, 복수의 그루브는 고정된 속도로 회전된 적어도 하나의 반도체, 광학 및 자기 기판 상의 한 지점이 복수의 그루브의 폭에 걸쳐 잔해 제거 체류 시간을 갖는다); 및 복수의 그루브 내 복수의 돌출형 랜드 영역 (복수의 돌출형 랜드 영역은 연마 표면의 평면으로부터 측정시 30 내지 60 도의 기울기로 최하부 복수의 돌출형 랜드 영역으로부터 외향으로 및 하향으로 확장되는 테이퍼된 지지 구조로 지지되고, 복수의 랜드 영역은 수직 기공을 함유한 폴리머 매트릭스로부터 연마 표면을 형성하는 절두체 또는 비점형 최상부를 갖고, 복수의 돌출형 랜드 영역은 고정된 속도로 회전된 적어도 하나의 반도체, 광학 및 자기 기판 상의 한 지점이 복수의 그루브에 인접한 복수의 돌출형 랜드 영역에 걸쳐 연마 체류 시간을 갖고, 복수의 돌출형 랜드 영역은 돌출형 랜드 영역의 연마 체류 시간의 감소를 위하여 그리고 연마 체류 시간 초과 값으로의 그루브 영역의 잔해 제거 체류 시간의 증가를 위하여 복수의 그루브의 평균 폭 미만의 평균 폭을 갖는다).
도 1은 본 발명의 연마 패드로 수득된 스크래치 및 채터마크에서의 개선을 예시하는 연마 스크래치 도식이다.
도 2는 본 발명의 연마 패드에 대하여 구리 제거 속도 안정성을 예시하는 도식이다.
도 3은 본 발명의 연마 패드에 대하여 TEOS 제거 속도 안정성을 예시하는 도식이다.
도 4는 연화 개시 온도 계측용 TMA 방법을 예시한다.
도 5a는 평균 연화 개시 온도 미만의 온도에서 엠보싱된 저 배율 SEM이다.
도 5b는 평균 연화 개시 온도 초과의 온도에서 엠보싱된 저 배율 SEM이다.
도 6a는 평균 연화 개시 온도 미만의 온도에서 엠보싱된 고 배율 SEM이다.
도 6b는 평균 연화 개시 온도 초과의 온도에서 엠보싱된 고 배율 SEM이다.
도 7a는 평활성 그루브 최하부 표면을 예시하는 평균 연화 개시 온도 미만의 온도에서 엠보싱된 저 배율 SEM이다.
도 7b는 평활성 그루브 최하부 표면을 예시하는 평균 연화 개시 온도 초과의 온도에서 엠보싱된 저 배율 SEM이다.
도 8은 도 5a, 6a 및 7a 대 5b, 6b 및 7b의 구조로 달성된 저-결함을 예시한다.
본 발명의 연마 패드는 적어도 하나의 자기, 광학적 및 반도체 기판의 연마에 유용하다. 특히, 폴리우레탄 패드는 반도체 웨이퍼의 연마에 유용하고; 특히, 패드는 극저-결함도가 평탄화하기 위한 능력보다 더욱 중요한, 그리고 동시에 다중 물질 예컨대, 구리, 배리어 금속 및 비제한적으로 TEOS, 저 k 및 초-저 k 유전체를 포함한, 유전체 물질을 제거하기 위해 필요한 개선된 적용 예컨대 구리-배리어 적용 연마에 유용하다. 본 명세서의 목적을 위하여, "폴리우레탄"은 2작용성 또는 다작용성 이소시아네이트, 예를 들면 폴리에테르우레아, 폴리이소시아누레이트, 폴리우레탄, 폴리우레아, 폴리우레탄우레아, 이들의 코폴리머 및 이들의 혼합물로부터 유도된 생성물이다. 유전체의 포말화 문제 및 잠재적인 중독을 피하기 위해, 이들 제형은 유익하게는 계면활성제가 없는 제형이다. 연마 패드는 지지 베이스 기판 상에서 코팅된 폴리우레탄 매트릭스 내에서 이중 기공 구조를 갖는 다공성 연마 층을 포함한다. 이중 기공 구조는 보다 큰 기공의 1차 세트 및 보다 큰 기공의 세포벽 내에서, 그리고 그 사이에서 보다 작은 기공의 2차 세트를 갖는다. 상기 이중 다공성 구조는 일부 연마 시스템에 대하여 제거 속도를 증가시키면서 결함을 감소시키는 작용을 한다.
다공성 연마 층은 폴리머 필름 기판에 고정되거나 또는 직물 또는 부직물 구조로 형성되어 연마 패드를 형성한다. 폴리머 기판, 예컨대 비-다공성 폴리 (에틸렌테레프탈레이트) 필름 또는 시트 상에 다공성 연마 층을 침착시키는 경우, 필름 또는 시트에 접착을 증가시키기 위해 결합제, 예컨대 전매 우레탄 또는 아크릴 접착제를 사용하는 것이 종종 유리하다. 이들 필름 또는 시트가 다공성을 함유할 수 있어도, 유익하게는 이들 필름 또는 시트는 비-다공성이다. 비-다공성 필름 또는 시트의 이점은 이들이 균일한 두께 또는 평탄성을 촉진시키고, 전체 강성도를 증가시키고 연마 패드의 전체 압축성을 감소시키고, 그리고 연마 동안 슬러리 위킹(wicking) 효과를 제거시킨다는 점이다.
대안적인 구현예에서, 직물 또는 부직물 구조는 다공성 연마 층에 대하여 베이스로서 작용한다. 베이스 기판으로서 비-다공성 필름의 사용이 상기 개괄된 바와 같은 이점을 가져도, 필름은 또한 약점을 갖는다. 가장 특히, 접착 필름과 조합하여 비-다공성 필름 또는 다공성 기판이 베이스 기판으로서 사용된 경우 기포는 연마 패드와 연마 도구의 플래튼 사이에서 포획될 수 있다. 이들 기포는 연마 패드를 왜곡시켜 연마 동안 결함을 생성한다. 패턴화된 이형 라이너는 이러한 상황 하에서 기포를 제거하기 위해 공기 제거를 용이하게 한다. 이는 연마 비-균일성, 보다 높은 결함도, 고 패드 마모 및 감소된 패드 수명을 가진 주요 문제를 초래한다. 공기가 펠트를 통해 투과할 수 있고 기포가 포획되지 않기 때문에 펠트가 베이스 기판으로서 사용된 경우 이들 문제는 제거된다. 두 번째로, 연마 층이 필름에 적용된 경우 필름에 연마 층의 접착은 접착제 결합의 강도에 의존한다. 일부 공격적인 연마 조건 하에서, 상기 결합은 실패할 수 있고 파국적 실패를 초래할 수 있다. 펠트가 사용된 경우 연마 층은 펠트에 특정 깊이를 실제로 관통하고 강한, 기계적으로 연동된 계면을 형성한다. 직물 구조가 허용가능하여도, 부직물 구조는 다공성 폴리머 기판에 강한 결합을 위하여 추가의 표면적을 제공할 수 있다. 적합한 부직물 구조의 탁월한 예는 섬유를 함께 보유하기 위해 폴리우레탄으로 함침된 폴리에스테르 펠트이다. 전형적인 폴리에스테르 펠트는 500 내지 1500 μm의 두께를 가질 것이다.
본 발명의 연마 패드는 연마 유체로 적어도 하나의 반도체, 광학 및 자기 기판의 연마 또는 평탄화 및 연마 패드와 적어도 하나의 반도체, 광학 및 자기 기판 사이 상대 운동에 적합하다. 연마 층은 개방-셀 폴리머 매트릭스를 갖는다. 적어도 일부분의 개방-세포 구조는 연마 표면을 최대로 개방한다. 대 기공은 수직 배향을 갖는 연마 표면으로 확장된다. 이들 대 기공은 응집된 폴리머 매트릭스 형태 내에서 냅(nap) 층을 특이적 냅 높이로 함유하였다. 수직 기공의 높이는 냅 층 높이와 동등하다. 수직 기공 배향은 응집 과정 동안 형성된다. 본 특허 출원의 목적을 위하여, 수직 또는 아래위 방향은 연마 표면에 직교이다. 수직 기공은 연마 표면으로부터의 또는 연마 표면 아래의 거리에 따라 증가하는 평균 직경을 갖는다. 연마 층은 전형적으로 20 내지 200 mils (0.5 내지 5 mm) 및 바람직하게는 30 내지 80 mils (0.76 내지 2.0 mm)의 두께를 갖는다. 수직 기공 및 수직 기공과 상호연결되는 개방 채널을 갖는 개방-셀 폴리머 매트릭스. 바람직하게는, 개방-셀 폴리머 매트릭스는 유체의 수송을 허용하기 위해 충분한 직경을 갖는 상호연결 기공을 갖는다. 이들 상호연결 기공은 수직 기공의 평균 직경 보다 훨씬 더 작은 평균 직경을 갖는다.
연마 층에서 복수의 그루브는 슬러리의 분포 및 연마 잔해를 용이하게 한다. 바람직하게는, 복수의 그루브는 직교 그리드 패턴을 형성한다. 전형적으로, 이들 그루브는 연마 층에서 X-Y 좌표 그리드 패턴을 형성한다. 그루브는 연마 표면에 인접하여 측정된 평균 폭을 갖는다. 복수의 그루브는 고정된 속도로 회전된 적어도 하나의 반도체, 광학 및 자기 기판 상의 한 지점이 복수의 그루브의 폭에 걸쳐 잔해 제거 체류 시간을 갖는다. 복수의 그루브 내에서 복수의 돌출형 랜드 영역은 복수의 돌출형 랜드 영역의 연마 표면의 최상부 또는 평면으로부터 외향으로 및 하향으로 확장되는 테이퍼된 지지 구조로 지지된다. 바람직하게는, 연마 표면의 평면으로부터 측정시 30 내지 60 도의 기울기에서, 복수의 랜드 영역은 수직 기공을 함유한 폴리머 매트릭스로부터 연마 표면을 형성하는 절두체 또는 비점형 최상부를 갖는다. 전형적으로, 돌출형 랜드 영역은 반구형, 절두체-피라미드, 절두체-사다리꼴 및 이들의 조합으로부터 선택된 형상과 복수의 그루브를 갖고, 복수의 그루브는 돌출형 랜드 영역 사이에서 선형 방식으로 확장된다. 복수의 그루브는 수직 기공의 평균 높이 초과의 평균 깊이를 갖는다. 또한, 수직 기공은 연마 표면 아래에 적어도 하나의 깊이를 증가시키는 평균 직경을 갖는다.
가장 바람직하게는, 거리가 점점 커지는 수직 기공 직경 및 테이퍼된 지지 구조의 조합은 연마 표면에서의 접촉점에 대하여 서로 오프셋된다. 증가하는 수직 기공 직경은 패드 마모와의 연마 패드 접촉을 감소시킨다. 수직 기공에 반대로, 테이퍼된 표면 구조는 증가된 패드 마모와의 연마 패드 접촉에서 증가를 초래한다. 이들 오프셋(offsetting) 힘은 일정한 제거 속도로 다중 웨이퍼의 연마를 용이하게 한다.
복수의 돌출형 랜드 영역은 고정된 속도로 회전된 적어도 하나의 반도체, 광학 및 자기 기판 상의 한 지점이 복수의 돌출형 랜드 영역에 걸쳐 연마 체류 시간을 갖는다. 복수의 돌출형 랜드 영역은, 돌출형 랜드 영역의 연마 체류 시간의 감소를 위하여, 그리고 연마 체류 시간 초과 값으로의 그루브 영역의 잔해 제거 체류 시간의 증가를 위하여, 복수의 그루브의 평균 폭 미만의 평균 폭을 갖는다.
그루브는 바람직하게는 대 기공 및 소 기공을 포함한 다공성 매트릭스로부터 형성된 일련의 필로우 구조를 형성한다. 바람직하게는, 필로우는 그리드 패턴, 예컨대 X-Y 좌표 그리드 패턴이다. 필로우 구조는 연마 표면으로부터 30 내지 60 도 각으로 하향 경사면 벽의 형성을 위하여 최상부 연마 표면으로부터 하향 표면을 갖는다. 하향 경사면 벽은 필로우 구조의 모든 면으로부터 확장된다. 바람직하게는, 하향 경사면 벽은 하향 경사면 벽으로 선도하는 연마 표면으로부터 측정시 5 내지 30 도의 초기 테이퍼 영역을 갖는다. 바람직하게는, 하향 경사면은 폴리우레탄 매트릭스의 수평 그루브 최하부에서 종료하고, 그루브 최하부는 필로우 구조의 것보다 적은 다공성을 갖는다. 가장 바람직하게는, 그루브의 최하부는 평활성이며, 개방 수직 또는 소 기공이 없다. 이들 평활성 그루브는 연마 잔해를 보유 및 축적할 수 있는 표면 구조 없이 효율적인 연마 제거를 용이하게 한다.
대 기공의 일 부분은 하향 경사면 벽에 개방된다. 하향 경사면벽에 개방된 대 기공은 최상부 연마 표면에 개방된 대 기공 보다 덜 수직이고 경사면벽에 더욱 직교인 방향으로 수직 방향으로부터 10 내지 60 도 오프셋된다. 측벽에서 기공을 개방시키는 것은 잔해의 자유-유동을 허용하여 결함에서 추가 감소를 용이하게 한다. 바람직하게는, 다공성 폴리우레탄 연마 패드는 탈이온수를 대 기공 사이에서 유동시키기에 충분한 평균 직경을 갖는 상호연결된 측 기공을 함유한다.
다공성 폴리우레탄 연마 패드의 형성 방법은 또한 결함 저하에 결정적인 요인이다. 제1 단계에서, 열가소성 폴리우레탄 응집은 베이스 표면으로부터 상향으로 확장되는, 그리고 상부 표면에 개방된 대 기공을 갖는 다공성 매트릭스를 생성한다. 대 기공은 보다 작은 기공으로 상호연결된다. 대 기공의 일 부분은 최상부 연마 표면에 개방된다. 대 기공은 그 표면에 대하여 실질적으로 수직 배향을 갖는 최상부 연마 표면으로 확장된다.
열가소성 폴리우레탄은 비가역적 열가소성 변형을 허용하기 위한 연화 개시 온도를 갖는다. 연화 개시 온도는 ASTM E831에 따라 열 기계적 분석 (TMA)을 이용하여 계측된다. 특히, 기울기에서의 변화에 대한 초기 TMA 변곡점의 계측은 연화 개시 온도를 제공한다 - 참고: 도 4. 바람직하게는 (그루브를 형성하기 위해 사용된) 프레스 가열은 열가소성 폴리우레탄의 연화 개시 온도 10K 미만 내지 10K 초과 온도의 범위이다. 더욱 바람직하게는, 프레스 가열은 열가소성 폴리우레탄의 연화 개시 온도의 5K 미만 내지 5K 초과 온도의 범위이다. 가장 바람직하게는, 프레스 가열은 열가소성 폴리우레탄의 연화 개시 온도의 5K 미만 내지 동등 온도의 범위이다.
연화 개시 온도 근처 또는 초과의 온도로 프레스 가열은 열가소성 변형용 프레스를 제조한다. 열가소성 폴리우레탄에 대한 가열된 프레스의 프레싱은 대 기공 및 소 기공을 포함하는 다공성 매트릭스로부터 일련의 필로우 구조를 형성한다. 프레스는 이의 중심 축 또는 편평 가열된 프레스를 회전하는 홈형 실린더일 수 있다. 바람직하게는, 프레스는 연마 패드를 엠보싱하기 위해 선형 방식으로 압축시키는 알루미늄 합금 플레이트이다. 필로우 구조의 플라스틱 변형 측벽은 하향 경사면 벽을 형성한다. 하향 경사면 벽은 필로우 구조의 사방으로부터 확장된다. 대 기공의 일 부분은 하향 경사면 벽에 개방된다. 하향 경사면벽에 개방된 대 기공은 최상부 연마 표면에 개방된 대 기공 보다 덜 수직이고 경사면벽에 더욱 직교인 방향으로 수직 방향으로부터 10 내지 60 도 오프셋된다. 바람직하게는, 가소성 변형된 측벽에서 대다수의 소 기공은 연마 표면에서 측벽의 최상부에서 그루브 채널까지 측정시 적어도 100 μm의 거리 만큼 개방된 채로 유지된다.
마지막으로, 경사면벽의 최하부에서 열가소성 폴리우레탄의 용융 및 고형화는 대 및 소 기공의 대다수를 밀폐시키고 그루브 채널을 형성한다. 바람직하게는, 측벽의 가소성 변형 및 용융 및 고형화 단계는 상호연결 그루브의 그리드를 형성한다. 그루브 채널의 최하부 표면은 소수 또는 무 개방 기공을 갖는다. 이는 잔해의 평활성 제거를 용이하게 하고 다공성 연마 패드를 이의 개방-기공-테이퍼-필로우 구조 속으로 가둔다. 바람직하게는, 그루브는 대 기공 및 소 기공을 포함한 다공성 매트릭스로부터 형성된 일련의 필로우 구조를 형성한다. 바람직하게는, 소 기공은 수직 기공 사이 탈이온수를 유동시키기에 충분한 직경을 갖는다.
베이스 층은 적절한 토대의 형성에 결정적인 요인이다. 베이스 층은 폴리머 필름 또는 시트일 수 있다. 그러나 직물 또는 부직물 섬유는 다공성 연마 패드에 최상의 기판을 제공한다. 본 명세서의 목적을 위하여, 다공성 물질은 유기 용매의 수성 치환으로부터 형성된 통기성 합성 가죽이다. 부직물 펠트는 대부분의 적용에 탁월한 기판을 제공한다. 전형적으로, 이들 기판은 혼합, 카딩(carding) 및 니들 펀칭에 의해 형성된 폴리에틸렌 테레프탈레이트 섬유를 나타낸다.
일관된 특성에 대하여, 펠트가 일관된 두께, 밀도 및 압축성을 갖는 것이 중요하다. 일관된 물리적 특성을 가진 일관된 섬유로부터 펠트 형성은 일관된 압축성을 갖는 베이스 기판을 초래한다. 추가의 일관성에 대하여, 펠트의 밀도를 제어하기 위해 가열된 수조를 통해 펠트를 운영하는, 수축성 섬유 및 비-수축성 섬유를 배합하는 것이 가능하다. 이는 최종 펠트 밀도를 미세 조정하기 위해 배쓰 온도 및 체류 시간 이용의 이점을 갖는다. 펠트 형성 이후, 이것을 폴리머 침투 배쓰, 예컨대 수성 폴리우레탄 용액을 통해 보냄으로써 섬유를 코팅시킨다. 섬유의 코팅 이후, 펠트를 오븐 경화시키는 것은 강성도 및 회복력을 부가한다.
후-코팅 경화 그 다음 버핑(buffing) 단계는 펠트 두께를 제어한다. 두께 미세-조정에 대하여, 거친 그릿으로 먼저 버핑시키고, 그 다음 펠트를 미세 그릿으로 마감하는 것이 가능하다. 펠트의 버핑 이후, 펠트를 세정 및 건조시켜 버핑 단계 동안 취득된 임의의 그릿 또는 잔해를 제거하는 것이 바람직하다. 그 다음 건조 이후 배면측을 디메틸포름아미드 (DMF)로 파일링은 방수 단계용 펠트를 제조한다. 예를 들어, 퍼플루오로카복실산 및 이의 전구체, 예컨대 AGC 화학물질로부터 텍스타일용 AG-E092 퇴치제는 펠트의 최상부 표면을 방수시킬 수 있다. 방수 이후, 펠트는 건조를 필요로 하고 그 다음 선택적인 연소 단계는 펠트의 최상부 층을 통해 돌출하는 임의의 섬유 말단을 제거할 수 있다. 방수된 펠트는 그 다음 코팅 및 응집을 위하여 제조된다.
전달 시스템은 펠트의 방수된 측상에서 DMF 용매내 폴리우레탄을 침착시킨다. 닥터 블레이드는 코팅을 안정시킨다. 바람직하게는 코팅된 펠트는 그 다음 다중 응집 홈통을 거치고 여기서 물은 2차 기공과 상호연결된 대 기공을 형성하기 위해 코팅물에 확산된다. 그 다음 응집된 코팅물을 갖는 펠트는 다중 세정 탱크를 거쳐서 DMF를 제거한다. DMF 제거 이후, 오븐 건조는 열가소성 폴리우레탄을 경화시킨다. 선택적으로, 고-압 세정 및 건조 단계는 추가로 기판을 세정한다.
건조 이후, 버핑 단계는 기공을 제어된 깊이로 개방한다. 이는 최상부 표면상에서 일관된 기공 계수를 가능하게 한다. 버핑 동안, 구축하지 않는 안정적인 연마제를 사용하는 것, 및 이의 방식으로 다공성 기판에 작업하는 것이 유리하다. 전형적으로 다이아몬드 연마제는 가장 일관된 텍스처를 생산하고 버핑 동안 파단되기 어렵다. 버핑 이후, 기판은 10 내지 30 mils (0.25 내지 0.76 mm)의 전형적인 냅 높이 및 30 내지 60 mils (0.76 내지 1.52 mm)의 총 두께를 갖는다. 평균 대 기공 직경은 5 내지 85 mils (0.13 내지 2.2 mm)범위일 수 있다. 전형적인 밀도 값은 0.2 내지 0.5 g/cm3이다. 단면 기공 영역은 14 미만의 표면 조도 Ra 및 40 미만의 Rp로 전형적으로 10 내지 30 퍼센트이다. 연마 패드의 경도는 바람직하게는 40 내지 74 애스커(Asker) C이다.
다공성 매트릭스는 2개의 열가소성 폴리머를 포함하는 배합물이다. 제1 열가소성 폴리우레탄은 분자 퍼센트로 45 내지 60 아디프산, 10 내지 30 MDI-에틸렌 글리콜 및 15 내지 35 MDI를 갖는다. 제1 열가소성 폴리우레탄은 40,000 내지 60,000의 Mn 및 125,000 내지 175,000의 Mw 및 2.5 내지 4의 Mw 대 Mn 비를 갖는다. 본 명세서의 목적을 위하여, Mn 및 Mw은 겔 투과 크로마토그래피에 의해 계측 시 수 평균 및 중량 평균 분자량 값 각각을 나타낸다. 바람직하게는, 제1 열가소성 물질은 45,000 내지 55,000의 Mn 및 140,000 내지 160,000의 Mw 및 2.8 내지 3.3의 Mw 대 Mn 비를 갖는다. 바람직하게는, 제1 열가소성 폴리우레탄은 100% (ASTM D886)의 인장 연신에서 8.5 내지 14.5 MPa의 인장 탄성률을 갖는다. 더욱 바람직하게는, 제1 열가소성 폴리우레탄은 100% (ASTM D886)의 인장 연신에서 9 내지 14 MPa의 인장 탄성률을 갖는다. 가장 바람직하게는, 제1 열가소성 폴리우레탄은 100% (ASTM D886)의 인장 연신에서 9.5 내지 13.5 MPa의 인장 탄성률을 갖는다.
제2 열가소성 폴리우레탄은 분자 퍼센트로 40 내지 50 아디프산, 20 내지 40 아디프산 부탄 디올, 5 내지 20 MDI-에틸렌 글리콜 및 5 내지 25 MDI를 갖는다. 제2 열가소성 폴리우레탄은 60,000 내지 80,000의 Mn 및 125,000 내지 175,000의 Mw 및 1.5 내지 3의 Mw 대 Mn 비를 갖는다. 바람직하게는, 제2 열가소성 폴리우레탄은 65,000 내지 75,000의 Mn 및 140,000 내지 160,000의 Mw 및 1.8 내지 2.4의 Mw 대 Mn 비를 갖는다. 제2 열가소성 물질은 100% (ASTM D886)의 인장 연신에서 측정시 제1 열가소성 폴리우레탄 미만의 인장 탄성률을 갖고 제1 및 제2 열가소성 폴리우레탄의 배합물은 100% (ASTM D886)에서 인장 연신에서 각각의 개별 성분 초과의 인장 탄성률을 갖는다. 바람직하게는, 제2 열가소성 폴리우레탄은 100% (ASTM D886)의 인장 연신에서 4 내지 8 MPa의 인장 탄성률을 갖는다. 더욱 바람직하게는, 제2 열가소성 폴리우레탄은 100% (ASTM D886)의 인장 연신에서 4.5 내지 7.5 MPa의 인장 탄성률을 갖는다. 바람직하게는 다공성 매트릭스는 카본블랙 입자가 없다. 바람직하게는, 제1 및 제2 열가소성 폴리머는 65 도 ± 5 도의 증류수 접촉각을 갖는다. 가장 바람직하게는, 제1 및 제2 열가소성 폴리머는 65 도 ± 3 도의 증류수 접촉각을 갖는다.
바람직하게는, 제2 열가소성 물질은 제1 열가소성 폴리우레탄 적어도 20 퍼센트 미만의 100% (ASTM D886)의 인장 연신에서 측정시 인장 탄성률을 갖는다. 가장 바람직하게는, 제2 열가소성 물질은 제1 열가소성 폴리우레탄 적어도 30 퍼센트 미만의 100% (ASTM D886)의 인장 연신에서 측정시 인장 탄성률을 갖는다.
더욱이, 제1 및 제2 열가소성 폴리우레탄의 배합물은 바람직하게는 8.5 내지 12.5 MPa의 100% 인장 연신 (ASTM D886)에서 인장 탄성률을 갖는다. 제1 및 제2 열가소성 폴리우레탄의 배합물은 가장 바람직하게는 9 내지 12 MPa의 100% 연신(ASTM D886)에서 인장 탄성률을 갖는다. 제1 및 제2 열가소성 폴리우레탄의 배합물은 바람직하게는 100% 인장 연신 (ASTM D886)에서 제2 열가소성 물질보다 적어도 30 퍼센트 초과인 인장 탄성률을 갖는다. 제1 및 제2 열가소성 폴리우레탄의 배합물은 바람직하게는 제2 열가소성 물질 보다 적어도 50 퍼센트 초과인 100% 인장 연신 (ASTM D886)에서 인장 탄성률을 갖는다. 제1 및 제2 열가소성 폴리우레탄의 동등 비율이 가장 바람직하지만, 제1 또는 제2열가소성 폴리우레탄 성분을 다른 성분 보다 최대 50 wt% 높은 농도로 증가시키는 것이 가능하다. 그러나 바람직하게는, 제1 또는 제2 열가소성 폴리우레탄 성분에서의 증가는 다른 성분보다 최대 20 wt% 높은 농도까지일 뿐이다.
음이온성 및 비이온성 계면활성제의 혼합물은 바람직하게는 응집 동안 기공을 형성하고 개선된 경질 세그먼트-연질 세그먼트 형성 및 최적의 물리적 특성에 기여한다. 음이온성 계면활성제에 대하여, 분자의 표면-활성 부분은 음전하를 보유한다. 음이온성 계면활성제의 예는 비제한적으로 카복실산 염, 설폰산 염, 황산 에스테르 염, 인산 및 다인산 에스테르 및 불소화된 음이온성 물질을 포함한다. 더욱 구체적인 예는 비제한적으로 디옥틸 나트륨 설포석시네이트, 나트륨 알킬벤젠 설포네이트 및 폴리옥시에틸렌화된 지방 알코올 카복실레이트의 염을 포함한다. 비이온성 계면활성제에 대하여, 표면-활성 부분은 명백한 이온성 전하를 보유하지 않는다. 비이온성 계면활성제의 예는 비제한적으로 폴리옥시에틸렌 (POE) 알킬페놀, POE 직쇄 알코올, POE 폴리옥시프로필렌 글리콜, POE 메르캅탄, 장쇄 카복실산 에스테르, 알칸올아민 알칸올아미드, 3차 아세틸렌성 글리콜, POE 실리콘, N-알킬피롤리돈 및 알킬폴리글리코사이드를 포함한다. 더욱 구체적인 예는 비제한적으로 장쇄 지방산의 모노글리세라이드, 폴리옥스에틸렌화된 알킬페놀, 폴리옥시에틸렌화된 알코올 및 폴리옥시에틸렌 세틸-스테아릴 에테르를 포함한다. 예를 들어, 음이온성 및 비이온성 계면활성제의 더욱 완벽한 설명을 위하여 다음을 참고한다: "Surfactants and Interfacial Phenomena", by Milton J. Rosen, Third Edition, Wiley-Interscience, 2004, Chapter 1.
실시예 1
본 실시예는 0.002 m2의 평균 기공 면적 및 0.39 mm의 높이로 개방-세포 수직 기공을 가진 1.5 mm 두께 다공성 폴리우레탄 연마 패드에 의존한다. 연마 패드는 0.409 g/mL의 중량 밀도를 가졌다. 연마 패드는 표 1의 치수로 엠보싱된 그루브를 가졌다.
치수/기울기 단위 패드 A 패드 1
필로우 폭 μm 1360 X 1360 1030 X 1030
연마 표면에서 그루브 폭 μm 1200 1600
그루브 깊이 μm 400 580
냅 층 (응집) 두께 μm 530 530
최하부 기둥 폭 　μm 　2150 2100
최하부 그루브 폭 　μm 　490 440
그루브 테이퍼 　도 　45 45
표 1 엠보싱된 시험 패드는 엠보싱 깊이 스타일 배치구성에 대하여 옥사이드 CMP 공정 조건 하에서 평가되었다. 각 패드 유형은 동일한 공정 조건하에서 시험되었다. 성능 웨이퍼는 제거 속도, 비-균일성 퍼센트 (NU%), 및 KLA-Tencor 계측 도구를 이용한 결함에 대하여 조사되었다. 연마 조건은 아래와 같았다:
패드 컨디셔너:...........없음
슬러리:...........Klebosol® 1730 (16%) 콜로이드 실리카 슬러리;
NH ILD 3225 (12.5%) 흄드 실리카
여과:...........Pall 0.3um StarKleen® POU
도구:...........Applied Materials Reflexion® - DE MDC Lab
세정:...........SP100® ATMI Inc
불소화수소: 200 옹스트롬/min.의 식각 속도로 1 분
필름 계측:....KLA-Tencor™ F5X, 박막 계측
결함 계측:....KLA-Tencor™ SP2XP, 0.12 um 까지의 분해능.
KLA-Tencor™ eDR5200 SEM
웨이퍼:...........300mm 더미(dummy) 실리콘 웨이퍼 (때때로 잔류 TEOS로)
300mm 블랭킷 TEOS 20K 두께 웨이퍼
표적:
제거 속도
비-균일성 백분율 NU%
결함도 계수 (포스트 HF)
결함 분류 (포스트 HF 채터마크)
실험 설계:
전체 연마에 대하여 사용된 매칭된 캐리어로 단일 플래튼 시험.
공정 - 60 초 ILD 연마 3 psi (20.7 kPa) & 5 psi (34.5 kPa)/93 rpm 플래튼 스피드/87 rpm 캐리어 스피드 /250ml/min. 슬러리 공급 속도
전체 패드 및 웨이퍼는 실험에 대하여 전체적으로 랜덤화되었다.
각 패드 구동은 하기로 이루어졌다:
20 더미(dummy) 웨이퍼 60 초 연마 w/ 슬러리로 총 시간 20 분 패드 파단.
연마 순서 (60 초 연마)
(A) 3 psi (20.7 kPa)/93 rpm 플래튼 스피드/87 rpm 캐리어 스피드/250 ml/min 슬러리 유동 속도 블랭킷 TEOS 웨이퍼
(B) 5 psi (34.5 kPa)/93 rpm 플래튼 스피드/87 rpm 캐리어 스피드/250 ml/min 슬러리 유동 속도 블랭킷 TEOS 블랭킷 TEOS 웨이퍼
(C) 5 psi (34.5 kPa)/93 rpm 플래튼 스피드/87 rpm 캐리어 스피드/250 ml/min 슬러리 유동 속도 블랭킷 TEOS 웨이퍼
(D) 5 psi (34.5 kPa)/93 rpm 플래튼 스피드/87 rpm 캐리어 스피드/250 ml/min 슬러리 유동 속도 블랭킷 TEOS 웨이퍼
(E) 5 psi (34.5 kPa)/93 rpm 플래튼 스피드/87 rpm 캐리어 스피드/250 ml/min 슬러리 유동 속도 블랭킷 TEOS 웨이퍼
(F) 3 psi (20.7 kPa)/93 rpm 플래튼 스피드/87 rpm 캐리어 스피드/250 ml/min 슬러리 유동 속도 더미(Dummy) TEOS 웨이퍼
순서 A-F는 1회 반복되었다
웨이퍼는 제거 속도 및 NU% 포스트 CMP에 대하여 측정되었다. TEOS 웨이퍼는 HF 산 부식액으로 추가로 세정되었고 SP2 결함 계수 및 SEM 검토를 위하여 보내졌다. JMP 소프트웨어는 반응의 통계적인 분석을 위하여 사용되었다.
제거 속도 및 웨이퍼내 비-균일성 검토:
블랭킷 TEOS 웨이퍼는 전형적인 산화물 연마 조건 하에서 제거 속도 및 NU% 반응에 대하여 평가되었다. 필름 두께는 KLA-Tencor F5XTM 도구상에서 측정되었다. 3 밀리미터 모서리 배제로 65 포인트 방사상 레시피의 측정 레시피는 평가에서 사용되었다.
결함 검토:
블랭킷 TEOS 웨이퍼는 전형적인 산화물 연마 조건 하에서 결함 반응에 대하여 평가되었다. 결함도는 0.10μm 입자 크기로 저하된 KLA-Tencor SP2XPTM 도구 상에서 측정되었다. SP2 웨이퍼 맵은 결함을 사전-분류하기 위해 및 불필요한 분석, 예컨대 마크, 큰 스크래치 및 얼룩 조작을 감소하기 위해 수작업으로 검토되었다.
결함 분류 이미지는 KLA-Tencor eDR5200 SEM으로 수집되었다. 다수의 결함 때문에, 검토 샘플링 계획은 SEM 이미지 수집에 이용되었다. 샘플링 계획은 클러스터에 시찰에 대하여 각 웨이퍼 및 세트 규칙으로부터 100 결함의 랜덤 샘플링을 제공하였다.
결함은 시계 (FOV) 2 μm에서 화상형성되었고 더 높은 배율에서 필요할 때 재-화상형성되었다. 전체 수집된 결함 이미지는 수작업으로 분류되었다.
SAS로부터 JMP 통계적인 소프트웨어는 반응의 통계적인 분석에 대하여 사용되었다.
결과:
패드 A 엠보싱된 그루브에 비교 시 패드 1 엠보싱된 그루브의 개선을 평가하기 위해, 평균 결함 계수의 패드 1 퍼센트 개선은 하기와 같이 아래 방정식 (1)로 산출되었다:
패드 1 % 개선 = (X 패드 A - Y 패드 1)/X 패드 A * 100%
식 중 X는 주어진 시험 조건에 대하여 패드 A의 평균 결함 계수이고 Y는 패드 1 각각의 평균 결함 계수이다.
제거 속도: 패드 1 대 패드 A 패드의 비교를 위하여 수집된 TEOS 제거 속도는 표 2에서 보여진다.
평균 TEOS 제거 속도 패드 1 대 패드 A
제거 속도 (Å/Min)
필름 슬러리 공정 패드 A 패드 1 % 개선
TEOS 콜로이드 A & F 2581 2548 ↓1.3%
　 실리카 B 내지 D 3363 3119 ↓7.3%
　 흄드 A & F 2468 2522 ↑2.2%
　 　실리카 B 내지 D 3795 3522 ↓7.1%
패드 1 패드는 Klebosol 1730 콜로이드성 슬러리를 이용한 전체 실험 조건 하에서 패드 A 엠보싱된 패드에 비교 시 약간 감소된 제거 속도를 나타냈다. 패드 1 엠보싱된 패드는 ILD 3225 흄드 실리카 슬러리를 이용한 패드 A 엠보싱된 패드와 비교된 경우 3psi 및 5psi (20.7 kPa 및 34.5 kPa)/공정 조건 각각 상에서 제거 속도의 증가 및 감소를 나타냈다.
NU%: 비-균일성 백분율
NU%는 평균 제거 속도 및 이의 표준 편차로부터 산출된 백분율을 나타낸다. NU% 및 이의 차이는 패드 1 대 패드 A 패드의 비교를 위하여 표 3에서 제시된다.
평균 NU% 패드 1 대 패드 A
평균 TEOS 비-균일성 패드 1 대 패드 A
필름 슬러리 공정 패드 A 패드 1 % 차이
TEOS 콜로이드
실리카		 A & F 4.5% 5.2% ↑ 0.8%
　 B 내지 D 4.1% 5.8% ↑ 1.4%
　 흄드
실리카		 A & F 4.4% 4.4% 차이 없음
　 B 내지 D 4.2% 4.2% 차이 없음
패드 1 패드는 Klebosol 1730 콜로이드성 슬러리를 이용한 전체 실험 조건 하에서 패드 A 엠보싱된 패드에 비교 시 NU%에서 약간 더 높은 % 차이를 나타냈다. 패드 1 엠보싱된 패드는 ILD 3225 흄드 실리카 슬러리를 이용한 패드 A 엠보싱된 패드에 비교 시 NU%에서 차이 없음을 나타냈다.
포스트 HF 결함 계수
깊은 대 표준 엠보싱된 홈형 연마 패드의 비교를 위하여 수집된 총 포스트 HF 결함은 표 4에서 보여진다.
평균 결함 계수 패드 1 대 패드 A
평균 총 HF 결함 계수 패드 1 대 패드 A
필름 슬러리 공정 패드 A 패드 1 % 개선
TEOS 콜로이드
실리카		 A & F 166.7 99.8 ↓40%
　 B 내지 D 366.0 124.0 ↓66%
　 흄드
실리카		 A & F 119.5 124.0 ↑04%
　 　 B 내지 D 80.8 205.8 ↑155%
패드 1 엠보싱된 패드는 Klebosol 1730 콜로이드성 슬러리를 이용한 전체 실험 조건 하에서 패드 A 엠보싱된 패드에 비교 시 40% 결함 계수 개선 보다 더 양호하게 나타냈다. 패드 1 엠보싱된 패드는 ILD 3225 흄드 실리카 슬러리를 이용한 전체 실험 조건 하에서 패드 A 엠보싱된 패드에 비교 시 더 높은 결함 수준을 보여주었다.
포스트 HF 결함 분류
SEM 이미지로 분류된 포스트 HF TEOS 웨이퍼는 표 5에서 보여진다. 100 랜덤하게 선택된 결함은 수집되고 분류되었다: 채터마크, 스크래치, 입자, 패드 잔해 및 유기 잔기 등. 채터마크는 CMP 윈도우 패드에 관련된 주요 결함 및 웨이퍼와 이의 상호작용으로서 인식된다. 포스트 HF 채터마크 결함 계수는 표 5에서 포함된다.
패드 1 대 패드 A에 대한 포스트 HF 채터마크 계수
평균 총 HF 채터마크 계수 패드 1 대 패드 A
필름 슬러리 공정 패드 A 패드 1 % 개선
TEOS 콜로이드
실리카		 A & F 45.7 26.0 ↓43%
　 　 B 내지 D 172.5 58.0 ↓66%
　 흄드 실리카 A & F 52.2 36.0 ↓31%
　 　 B 내지 D 36.3 100.8 ↑177%
패드 1 엠보싱된 패드는 Klebosol 1730 콜로이드성 슬러리를 이용한 전체 실험 조건 하에서 패드 A 엠보싱된 패드에 비교 시 채터마크 계수에서의 감소를 보여주었다. 패드 1 엠보싱된 패드는, ILD 3225 흄드 실리카 슬러리를 이용한 동일한 실험 조건 하에서 패드 A 엠보싱된 패드에 각각 비교 시, 5 psi (34.5 kPa) 및 3 psi (20.7 kPa)의 공정 조건에 의해 채터마크 계수에서의 증가 및 감소를 보여주었다.
결론:
패드 1 엠보싱된 패드는 패드 A 엠보싱된 패드에 비교된 경우 약간 감소된 TEOS 제거 속도 결과에 필적함을 나타냈다. 제거 속도 차이는 더 높은 다운-포스 5psi (34.5 kPa) 공정 조건에 기인되었다. 표 4 및 5에서 강조된 결과는 패드 A 엠보싱된 패드를 이용한 이의 각각 패드 대응물에 비교된 경우 옥사이드 CMP에서 패드 1 엠보싱된 패드의 유의미하게 더 낮은 결함을 보여준다. 패드 1 엠보싱된 패드는 K1730 콜로이드 실리카 슬러리를 이용하여 패드 A 엠보싱된 패드에 대해 40% 내지 66%의 결함 계수 개선을 나타냈다. 패드 A 엠보싱된 패드에 의해 생성된 총 결함은 패드 배치구성에서 패드 1 엠보싱된 패드에 비교 시 2.4 내지 2.9 배 더 높았다.
SEM 결함 분류는 패드 / 웨이퍼 상호작용에 통상적으로 기인된 채터마크 결함에 대하여 실시되었다. 패드 1 엠보싱된 패드는 K1730 콜로이드성 슬러리를 이용하여 패드 A 엠보싱된 패드로 연마된 웨이퍼에 비교 시 43 내지 66% 더 낮은 채터마크 결함 계수를 나타냈다. 패드 1 패드는 또한 3psi 공정 조건에서 흄드 실리카 슬러리를 이용하여 31% 결함 계수 감소 개선을 보여주었다. 패드 A 엠보싱된 패드에 의해 생성된 채터마크 결함 계수는 배치구성된 패드에서 패드 1 엠보싱된 그루브에 비교 시 1.7 내지 2.4 배 더 높았다.
실시예 2
1.1 mm의 두께, 334 g/m2의 중량 및 0.303 g/m3의 밀도를 갖는 폴리에스테르 펠트 롤. 펠트는 2 수축성 부분 (70 ℃에서 -55%) 대 1 수축성 부분 (70 ℃에서 -2.5%)의 비로 2 폴리에스테르 섬유의 배합물이었다. 제1 섬유는 2.11 dtex (kg/1000m)의 중량, 3.30 cN/dtex의 강도 및 75%의 파단시 연신 비를 가졌다. 제2 섬유는 2.29 dtex (kg/1000m)의 중량, 2.91 cN/dtex의 강도 및 110%의 파단시 연신 비를 가졌다. AG-E092 퍼플루오로카복실산 및 이의 전구체를 이용한 펠트 코팅은 펠트의 최상부 표면을 방수하였다. 방수 이후, 펠트를 건조하고 연소하여 펠트의 최상부 층을 통해 돌출되는 임의의 섬유 말단을 제거하였다.
일련의 다공성 연마 패드는 디메틸 포름아미드 용매내 열가소성 물질의 배합물로부터 제조되었고 실시예 3의 패드 3-2의 치수로 엠보싱되었다. 표 6은 시험된 열가소성 폴리우레탄 성분 및 이의 몰 제형의 목록을 제공한다. Samprene 및 Crison은 Sanyo Chemical Industry 및 DIC 각각의 상표명이다.
성분 Samprene LQ-660 (Mol %) Crison PS-542U (Mol %) Samprene LQ-202 (Mol %)
아디프산 에틸렌 글리콜 55.7 45.9
아디프산 부탄 디올 26.8
메틸렌 디페닐 디이소시아네이트-에틸렌 글리콜 19.7 18.6 11.8
메틸렌 디페닐 디이소시아네이트 (총합) 24.6 23.7 15.5
아디프산-디에틸렌 글리콜 57.7
표 7은 겔 투과 크로마토그래피 "GPC"에 의해 시험된 상기 성분이 하기와 같았음을 보여준다:
폴리우레탄 Mn Mw Mw/Mn
LQ-660 49,490 156,630 3.16
LQ-202 78,930 168,320 2.13
PS-542U 56,460 151,380 2.68
HPLC 시스템: Agilent 1100
칼럼: 5μ 가드를 가진 2 X PLgel 5μ 혼합-D (300 x 8 mm ID)
용리액: 테트라하이드로푸란
유동 속도: 1.0 mL/min
검출: RI @ 40℃
샘플 용액의 주사된 용적:100 μL.
보정 표준: 폴리스티렌
표 8은 성분 및 50:50 배합물의 물리적 특성을 제공한다.
PU/배합물 100% 탄성률, MPa (ASTM D886)
LQ660 10.8
LQ202 6.3
LQ660/LQ202
50:50 wt%		 8
패드 2 10.1
후속조치 시험에서, 배합물에 카본블랙 입자 첨가는 물리적 특성에 거의 영향을 갖지 않았다.
표 9는 일련의 연마 패드 제형을 제공한다.
　 총 100phr
패드 2 패드 B 패드 C
폴리우레탄 LQ-660 Sanyo 32.8 30.5 30.5
　 LQ-202 Sanyo 32.8 　 　
　 PS-542U DIC 　 30.5 30.5
탄소 L3270 DIC 0.0 6.1 6.1
계면활성제 CUT30 Dainichi 0.3 1.2 1.8
　 PL220 Kao 1.3 1.2 0.6
용매 DMF na 32.8 30.5 30.5
총 100.0 100.0 100.0
나머지 디메틸 포름아미드 (DMF)로 30 중량 퍼센트 고형물에서 LQ-660, LQ-220 및 PS542U; 나머지 디메틸 포름아미드 (DMF)로 20 중량 퍼센트 고형물에서 L3270, CUT30은 DIC에 의해 10 내지 20 wt% 에틸렌 글리콜을 가진 69.5 내지 73.5 wt% 디옥틸 나트륨 설포석시네이트 음이온성 계면활성제이고 PL220은 KAO로부터 16.1의 친수성-친유성 균형(HLB)을 갖는 폴리옥시에틸렌 세틸-스테아릴 에테르이다.
연마 조건은 하기와 같았다:
1. 연마기: Reflexion LK, 등고선 헤드
2. 슬러리: LK393C4 콜로이드 실리카 배리어 슬러리.
3. 패드 파단:
i. 73 rpm 플래튼 스피드/111rpm 캐리어 스피드, 2 psi (13.8 kPa)
다운포스, 10 min, HPR 온
4. 컨디셔닝:
i. 121 rpm 플래튼 스피드 /108rpm 캐리어 스피드, 3 psi (20.7 kPa)
다운포스 6.3sec_A82 + 26sec_HPR 단독
5. Cu 블랭킷 시트 사전-연마: VP6000 폴리우레탄 연마 패드/평면 CSL9044C 콜로이드 실리카 슬러리로 연마, ~4000Å 제거.
6. 대체 Cu 및 TEOS 더미(dummy).
7. 방법론: 패드 파단 -> 다양한 실행 수에서 제거 속도 및 결함 수집.
전체 연마 패드는 표 10에 나타낸 바와 같이 구리 및 TEOS 제거 속도의 탁월한 조합을 가졌다.
패드 구리 RR (Å/min.)
평균		 구리 RR (Å/min.)
범위		 TEOS RR (Å/min.)
평균		 TEOS RR (Å/min.)
범위
패드 2 768 53 1446 30
패드 B 924 74 1442 10
패드 C 755 99 1212 49
디옥틸 나트륨 설포석시네이트의 양 증가는 수직 기공 및 감소된 TEOS 속도의 크기를 감소시켰다. 폴리옥시에틸렌 세틸-스테아릴 에테르의 양 증가는 수직 기공 및 증가된 TEOS 속도의 크기를 증가시켰다. 디옥틸 나트륨 설포석시네이트 대 폴리옥시에틸렌 세틸-스테아릴 에테르의 비 증가는 수직 기공 및 감소된 TEOS 속도의 크기를 감소시켰다. 패드 2 엠보싱된 패드는, 그러나 표 11에 나타낸 바와 같이 결함의 최저 수를 생산하였다.
패드 웨이퍼의 수 결함 평균 결함 표준 편차
패드 2 6 18 8
패드 B 6 347 74
패드 C 6 1676 275
도 1은 패드 2 엠보싱된 연마 패드로 제공된 결함에서의 개선을 도식화한다. 패드 2 엠보싱된 패드는 연마 잔해를 축적하지 않았다. 패드 B 및 C 각각은 2차 기공 및 매트릭스에서 연마 잔해를 축적하였다. 연마 잔해의 축적은 연마 결함 생성에 대한 근본적인 구동인자인 것으로 보였다. 패드 2는 비교 패드 B 및 C에 비교 시 구리 또는 TEOS 제거 속도의 손실 없이 결함 계수에서 유의미한 감소를 가졌다.
실시예 3
상업적 다공성 연마 패드 "D" 및 실시예 2의 2개 패드 (패드 3; 패드 3-1 및 패드 3-2)는 상이한 치수로 엠보싱되었다. 패드 3-1은 필로우 폭이 연마 표면에서 측정 시 그루브 폭을 초과하는 엠보싱된 디자인을 가졌고 패드 3-2는 그루브 폭이 연마 표면에서 측정 시 필로우 폭을 초과하는 엠보싱된 디자인을 가졌다.
치수/기울기 단위 패드 D 패드 3 - 1 패드 3 - 2
필로우 폭 μm 2750 X 2750 1480 X 1480 1135 X 1135
연마 표면에서 그루브 폭 μm 1250 1026 1500
그루브 깊이 μm 450 342 480
냅 층 (응집) 두께 μm 720 489 489
최하부 기둥 폭 　μm 　 2164 2095
최하부 그루브 폭 　μm 　 309 572
그루브 테이퍼 　도 　0 45 45
패드는 그 다음 실시예 2의 조건 하에서 연마되었다. 표 13 및 도 2에 나타낸 바와 같이, 패드 3-2는 최상의 Cu 속도 안정성을 나타냈다. 따라서, 필로우 폭을 초과하는 그루브 폭을 가진, 깊은 엠보싱 패드는 약간 더 높은 Cu 속도를 전달하였다.
Cu 제거 속도 (Å) 웨이퍼 번호 25 웨이퍼 번호 50 웨이퍼 번호 75 웨이퍼 번호 100 웨이퍼 번호 125 웨이퍼 번호 150 평균 제거 속도 (Å) 범위
(Å)
패드 D 787 767 733 750 715 700 742 87
패드 3-1 710 677 708 665 656 654 678 59
패드 3-2 694 699 705 710 719 708 706 24
특히, 패드 3-2는 Cu 웨이퍼 계수 증가와 함께 상업적 패드 D의 1/3 미만의 구리 제거 속도에 대하여 보다 밀집된 범위를 입증하였다.
도 3에 나타낸 바와 같이, 전체 시험 패드는 양호한 TEOS 속도 안정성을 나타냈다. 그러나 패드 3-2는 확장된 연마 기간 동안 최상의 TEOS 속도 안정성을 나타냈다.
패드 웨이퍼 총계 평균 스크래치 계수 표준 편차
D 6 19.2 15.3
3-1 6 16.5 18.8
3-2 6 11.7 8.7
표 14에 나타낸 바와 같이, 패드 3-2는 최저 스크래치 평균 계수를 보여주었다. 패드 3-2는 상업적 다공성 연마 패드 D보다 더 낮은 스크래치 계수를 나타냈다.
결론:
엠보싱된 패드 3-2는 Cu 및 TEOS 속도 안정성에 대하여 최상으로 수행하였다. 또한, 연마 표면의 평면에서 측정 시 증가된 그루브 폭 대 필로우 폭 패드를 갖는 패드 3-2는 표준 엠보싱 디자인보다 약간 더 높은 Cu 및 TEOS 속도를 전달하였다. 패드 3-2는 최저 스크래치 평균 계수를 제공하였고 중요하게는 상업적 패드 D보다 유의미하게 더 낮은 스크래치 계수를 나타냈다.
실시예 4
실시예 2의 폴리우레탄 (패드 3)의 4개 샘플은, 도 4에 나타낸 바와 같이 변곡점 측정에 의해, ASTM E831에 따라 TMA를 이용하여 162 ℃의 평균 연화 개시 온도를 가졌다. 실시예 2의 2개 패드는 160 ℃ (도 5a, 6a 및 7a) (패드 4) 및 175 ℃ (도 5b, 6b 및 7b) (패드 3-2에 유사)로 가열된 금속 다이로 엠보싱되어 연마 표면의 평면에서 (즉 TMA 연화 개시 온도 미만 및 초과 온도에서) 측정 시 거의 동일한 필로우 높이 및 그루브 폭을 가진 패드를 형성하였다. 도 5a 및 5b는 그루브 형성에서 극적인 이동이 용융 개시 온도 초과 과열의 양을 제한함으로써 달성하였다는 것을 입증한다. 175 ℃에서 엠보싱된 측벽은 전체 수직 기공이 수직인 채로 남는 경향이 있는 1차 형성 기전으로서 용융을 가졌다. 이는 필로우의 중심에서 수직 기공 및 필로우의 테이퍼된 측벽에 의해 보여질 수 있다. 160 ℃에서 형성된 측벽은 필로우 형성용 기전으로서 용융과 조합으로 가소성 변형을 가졌다. 가소성 변형의 증거는 테이퍼된 그루브에 직교 방향으로 기공 구부러짐 및 테이퍼된 측벽에 인접하여 발생한 관련된 필로우 높이 감소를 포함한다.
도 6a 및 6b의 고 배율 SEM에 나타낸 바와 같이, 평균 연화 개시 온도 미만 온도에서 엠보싱된 연마 패드는 대 기공 플러스 상호연결한 더 작은 기공의 조합을 유지하였다. 이는 1차 기공의 크기 감소 및 도 6b에서 보이는 측벽의 조대화(coarsening)에 의해 명백해졌다.
도 7a 및 7b에 나타낸 바와 같이, 전체 연마 패드는 더 낮은 그루브 표면을 용융시켰다. 최하부 그루브의 용융은 아마도 필로우를 위치에 고정시키고 필로우 구조의 반향을 제한시켰다. 더욱이, 평활성 최하부는, 잔해가 슬러리 시스템에 따라, 축적 및 응집할 수 있는 갈라진 틈 생성 없이 잔해 제거를 도왔다. 175 ℃에서 엠보싱된 패드 모두는 하지에서 평활성 용융된 그루브 최하부 및 측벽을 가졌다. 평활성 벽은, 그러나 전체 필로우 크기를 감소시키기에 충분한 측벽의 조대화를 초래하였다.
엠보싱된 패드를 비교하기 위해, 도 5a, 6a 및 7a 및 도 5b, 6b 및 7b의 연마 패드는 실시예 2 및 3에서와 동일한 조건 하에서 연마되었다. 도 8에 나타낸 바와 같이, 연화 개시 온도 미만 엠보싱된 패드, 패드 4는 실시예 3의 패드 3-2보다 유의미하게 보다 낮은 스크래치 계수를 나타내었다.
본 발명은 초-저-결함 구리-배리어 연마(ultra-low defect copper-barrier polishing)에 효력이 있다. 특히, 상기 패드는 다중 웨이퍼에 대하여 안정적으로 유지되는, 탁월한 구리 및 TEOS 속도로 연마된다. 더욱이, 상기 패드는 종래의 연마 패드 보다 유의미하게 보다 낮은 스크래치 및 채터마크 결함을 갖는다.

Claims (10)

  1. 반도체 기판, 광학 기판 및 자기 기판 중 적어도 하나를, 연마 유체로 연마하거나 평탄화하기 위해 구성되고 반도체 기판, 광학 기판 및 자기 기판 중 상기 적어도 하나와 연마 패드 간 상대 운동을 위해 구성된, 연마 패드로서,
    하기를 포함하는, 연마 패드:
    개방-셀 폴리머 매트릭스, 연마 표면 및 두께를 가진 연마 층 (상기 개방-셀 폴리머 매트릭스는 복수의 수직 기공 및 상기 복수의 수직 기공을 상호연결하는 개방 채널을 가짐);
    상기 연마 층 내 복수의 그루브 (상기 복수의 그루브는 연마 표면에서 측정된 폭 및 상기 폭을 평균한 평균 폭을 갖고, 상기 복수의 그루브는 고정된 속도로 회전된 반도체 기판, 광학 기판 및 자기 기판 중 상기 적어도 하나 상의 한 지점이 상기 복수의 그루브의 상기 폭에 걸쳐 잔해 제거 체류 시간을 가짐); 및
    상기 복수의 그루브 내의 필로우인 복수의 돌출형 랜드 영역 (상기 필로우는 상기 필로우의 최상부로부터 외향으로 및 하향으로 확장되는 테이퍼된 지지 구조로 지지되고, 상기 필로우는 상기 복수의 수직 기공을 함유한 상기 폴리머 매트릭스로부터 상기 연마 표면을 형성하는 절두체 최상부를 갖고, 상기 필로우는 상기 연마 표면에서 측정된 폭을 가지며 상기 고정된 속도로 회전된 반도체 기판, 광학 기판 및 자기 기판 중 상기 적어도 하나 상의 한 지점이 상기 복수의 그루브에 인접한 상기 복수의 돌출형 랜드 영역에 걸쳐 연마 체류 시간을 갖고, 상기 필로우는 상기 필로우의 연마 체류 시간의 감소를 위하여, 그리고 상기 연마 체류 시간 초과 값으로의 상기 그루브 영역의 상기 잔해 제거 체류 시간의 증가를 위하여, 상기 복수의 그루브의 평균 폭 미만의 평균 폭을 가짐).
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 복수의 수직 기공이 평균 높이를 갖고, 그리고 상기 복수의 그루브가 상기 복수의 수직 기공의 상기 평균 높이 초과의 평균 깊이를 갖는, 연마 패드.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 복수의 수직 기공이 상기 연마 표면으로부터의 거리에 따라 증가하는 평균 직경을 갖는, 연마 패드.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 필로우가 반구형, 절두체-피라미드(frusta-pyramidal), 절두체-사다리꼴(frusta-trapezoidal), 및 이들의 조합으로부터 선택된 형상과 상기 복수의 그루브를 갖고, 상기 복수의 그루브는 상기 필로우 사이에서 선형 방식으로 확장되는, 연마 패드.
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