KR102488101B1 - 연마 패드, 연마 패드의 제조 방법 및 이를 이용한 반도체 소자의 제조 방법 - Google Patents

연마 패드, 연마 패드의 제조 방법 및 이를 이용한 반도체 소자의 제조 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR102488101B1
KR102488101B1 KR1020210057725A KR20210057725A KR102488101B1 KR 102488101 B1 KR102488101 B1 KR 102488101B1 KR 1020210057725 A KR1020210057725 A KR 1020210057725A KR 20210057725 A KR20210057725 A KR 20210057725A KR 102488101 B1 KR102488101 B1 KR 102488101B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
polishing
window
surface roughness
layer
polishing layer
Prior art date
Application number
KR1020210057725A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20220150574A (ko
Inventor
윤성훈
안재인
정은선
서장원
Original Assignee
에스케이엔펄스 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 에스케이엔펄스 주식회사 filed Critical 에스케이엔펄스 주식회사
Priority to KR1020210057725A priority Critical patent/KR102488101B1/ko
Priority to CN202210456578.2A priority patent/CN115302401B/zh
Priority to JP2022075508A priority patent/JP7383071B2/ja
Priority to EP22170775.5A priority patent/EP4086040A1/en
Priority to US17/735,244 priority patent/US20220371155A1/en
Priority to TW111116742A priority patent/TWI808744B/zh
Publication of KR20220150574A publication Critical patent/KR20220150574A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102488101B1 publication Critical patent/KR102488101B1/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
    • 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
    • B24B37/205—Lapping pads for working plane surfaces provided with a window for inspecting the surface of the work being lapped
    • 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
    • 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
    • B24B37/005—Control means for lapping machines or devices
    • 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
    • B24B37/005—Control means for lapping machines or devices
    • B24B37/013—Devices or means for detecting lapping completion
    • 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
    • B24B37/04—Lapping machines or devices; Accessories designed for working plane surfaces
    • B24B37/07—Lapping machines or devices; Accessories designed for working plane surfaces characterised by the movement of the work or lapping tool
    • B24B37/10—Lapping machines or devices; Accessories designed for working plane surfaces characterised by the movement of the work or lapping tool for single side lapping
    • B24B37/105—Lapping machines or devices; Accessories designed for working plane surfaces characterised by the movement of the work or lapping tool for single side lapping the workpieces or work carriers being actively moved by a drive, e.g. in a combined rotary and translatory movement
    • B24B37/107—Lapping machines or devices; Accessories designed for working plane surfaces characterised by the movement of the work or lapping tool for single side lapping the workpieces or work carriers being actively moved by a drive, e.g. in a combined rotary and translatory movement in a rotary movement only, about an axis being stationary during lapping
    • 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
    • B24B37/22—Lapping pads for working plane surfaces characterised by a multi-layered structure
    • 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
    • B24B57/00—Devices for feeding, applying, grading or recovering grinding, polishing or lapping agents
    • B24B57/02—Devices for feeding, applying, grading or recovering grinding, polishing or lapping agents for feeding of fluid, sprayed, pulverised, or liquefied grinding, polishing or lapping agents
    • 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
    • B24D18/0072—Manufacture of grinding tools or other grinding devices, e.g. wheels, not otherwise provided for using adhesives for bonding abrasive particles or grinding elements to a support, e.g. by gluing
    • 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 potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table 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
    • H01L21/306—Chemical or electrical treatment, e.g. electrolytic etching
    • H01L21/30625—With simultaneous mechanical treatment, e.g. mechanico-chemical polishing
    • 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
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/67092—Apparatus for mechanical treatment
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L22/00—Testing or measuring during manufacture or treatment; Reliability measurements, i.e. testing of parts without further processing to modify the parts as such; Structural arrangements therefor
    • H01L22/20—Sequence of activities consisting of a plurality of measurements, corrections, marking or sorting steps
    • H01L22/26—Acting in response to an ongoing measurement without interruption of processing, e.g. endpoint detection, in-situ thickness measurement
    • 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
    • H01L21/02024—Mirror polishing

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)
  • Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)

Abstract

본 발명은 연마 패드, 연마 패드의 제조 방법 및 이를 이용한 반도체 소자의 제조 방법에 관한 것으로, 연마 공정 상에서 연마 패드 내 윈도우의 표면 조도에 따른 투과도 영향을 최소화하여, 연마 패드 내 윈도우에 의한 종점 검출 오류를 방지할 수 있고, 연마 패드 내 연마층 및 윈도우의 표면 조도의 차이가 소정의 범위 내로 유지되어, 연마 공정 상에서의 연마 슬러리의 유동성 및 담지율이 유사 수준으로 구현되며, 이로 인해 상기 연마층 및 윈도우의 표면 차이로 인한 연마 성능의 저하 문제를 방지할 수 있다.
또한, 연마 패드를 적용한 반도체 소자의 제조 방법을 제공할 수 있다.

Description

연마 패드, 연마 패드의 제조 방법 및 이를 이용한 반도체 소자의 제조 방법{POLISHING PAD, MANUFACTURING METHOD THEREOF AND PREPARING METHOD OF SEMICONDUCTOR DEVICE USING THE SAME}
본 발명은 화학적 기계적 평탄화(Chemical Mechanical Planarization, CMP) 공정에 사용되는 연마 패드, 이의 제조 방법 및 이를 이용한 반도체 소자의 제조 방법에 관한 것이다.
반도체 제조공정 중 화학적 기계적 평탄화(CMP) 공정은, 웨이퍼(wafer)를 헤드에 부착하고 플래튼(platen) 상에 형성된 연마 패드의 표면에 접촉하도록 한 상태에서, 슬러리를 공급하여 웨이퍼 표면을 화학적으로 반응시키면서 플래튼과 헤드를 상대 운동시켜 기계적으로 웨이퍼 표면의 요철부분을 평탄화하는 공정이다.
상기 화학적 기계적 평탄화 공정은 연마 패드를 이용하는 것으로, 반도체 제조 공정뿐 아니라, 메모리 디스크, 자기 디스크, 광학 렌즈나 반사 미러 등의 광학 재료, 유리판, 금속 등 고도의 표면 평탄성이 요구되는 재료의 평탄화 가공 처리에 다양하게 사용 가능하다.
반도체 회로의 미세화에 따라 CMP 공정의 중요성은 더욱 부각되고 있다. 연마 패드는 반도체 제조공정 중 CMP 공정에 있어서 필수적인 원부자재 중 하나로써 CMP 성능 구현에 중요한 역할을 담당하고 있다.
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 결합하고, 상기 윈도우를 통해 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.
다만, 상기 인-시츄 방법 상에서, 종점 검출 성능의 오류를 최소화하기 위해서는, 연마패드의 윈도우가 안정적 투과도를 보유해야 한다. 상기 투과도를 결정하는 중요한 요소 중 하나인 윈도우의 표면 조도는 연마 공정 상에서 변화될 수 있어, 투과도에 영향을 미치는 요소에 해당된다.
이러한 문제를 개선하여, 표면 조도에 따른 투과도에 미치는 영향을 최소화할 수 있는 연마 패드에 대한 개발이 필요하다.
본 발명의 목적은 연마 패드, 연마 패드의 제조 방법 및 이를 이용한 반도체 소자의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 연마 공정 상에서 연마 패드 내 윈도우의 표면 조도에 따른 투과도 영향을 최소화하여, 연마 패드 내 윈도우에 의한 종점 검출 오류를 방지할 수 있는 연마 패드 및 이의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 연마 패드 내 연마층 및 윈도우의 표면 조도의 차이가 소정의 범위 내로 유지되어, 연마 공정 상에서의 연마 슬러리의 유동성 및 담지율이 유사 수준으로 구현되고, 이로 인해 상기 연마층 및 윈도우의 표면 차이로 인한 연마 성능의 저하 문제를 방지할 수 있는 연마 패드 및 이의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 연마 패드를 적용한 반도체 소자의 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 연마 패드는 연마층 및 종점 검출용 윈도우를 포함하며, 상기 연마층 및 종점 검출용 윈도우의 표면 조도(Ra)는 하기 식 1로 표시되는 표면 조도 차이에 대한 변화율(SRR)이 1.5 내지 2.5이다:
[식 1]
Figure 112021051862975-pat00001
여기서,
dRa1은 연마 전 연마층의 표면 조도 및 윈도우의 표면 조도에 대한 차이이며,
dRa2는 연마층으로 하소 세리아 슬러리를 200 mL/분로 공급하고, 웨이퍼 하중이 6.0 psi이고, 150 rpm의 속도로 60초간 산화막(Oxide)막을 연마하며, 상기 조건 하에서 웨이퍼 100장을 연마한 후 측정된 연마층의 표면 조도 및 윈도우의 표면 조도에 대한 차이이다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 반도체 소자의 제조 방법은 1) 연마층 및 종점 검출용 윈도우를 포함하는 연마패드를 제공하는 단계; 2) 상기 연마층의 연마면에 반도체 기판의 피연마면이 맞닿도록 상대 회전시키면서 상기 반도체 기판을 연마시키는 단계; 및 3) 상기 연마패드 내 종점 검출용 윈도우를 통해 반도체 기판의 두께를 검지하고 연마 공정의 종료 시점을 검출하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명은 연마 공정 상에서 연마 패드 내 윈도우의 표면 조도에 따른 투과도 영향을 최소화하여, 연마 패드 내 윈도우에 의한 종점 검출 오류를 방지할 수 있고, 연마 패드 내 연마층 및 윈도우의 표면 조도의 차이가 소정의 범위 내로 유지되어, 연마 공정 상에서의 연마 슬러리의 유동성 및 담지율이 유사 수준으로 구현되며, 이로 인해 상기 연마층 및 윈도우의 표면 차이로 인한 연마 성능의 저하 문제를 방지할 수 있다.
또한, 연마 패드를 적용한 반도체 소자의 제조 방법을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자 제조 공정의 개략적인 공정도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연마층 및 윈도우의 표면 조도의 변화에 관한 개념도이다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
본 발명에서 사용되는 성분, 분자량과 같은 특성, 반응 조건 등의 양을 표현하는 수는 모든 사례에서 용어 "약"으로 수식되는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명에서 달리 기술되지 않는다면, 모든 백분율, 부, 비 등의 중량 기준이다.
본 발명에서 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 추가로 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 발명에서 "복수의"는 하나 초과를 지칭한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 연마 패드는 연마층 및 종점 검출용 윈도우를 포함하며, 상기 연마층 및 종점 검출용 윈도우의 표면 조도(Ra)는 하기 식 1로 표시되는 표면 조도 차이에 대한 변화율(SRR)이 1.5 내지 2.5이다:
[식 1]
Figure 112021051862975-pat00002
여기서,
dRa1은 연마 전 연마층의 표면 조도 및 윈도우의 표면 조도에 대한 차이이며,
dRa2는 연마층으로 하소 세리아 슬러리를 200 mL/분로 공급하고, 웨이퍼 하중이 6.0 psi이고, 150 rpm의 속도로 60초간 산화막(Oxide)막을 연마하며, 상기 조건 하에서 웨이퍼 100장을 연마한 후 측정된 연마층의 표면 조도 및 윈도우의 표면 조도에 대한 차이이다.
일반적으로, 연마패드는 반도체 기판을 기계적으로 마찰시킴과 아울러 연마 슬러리를 사용하여 화학적으로 반도체 웨이퍼의 연마 대상 막을 연마한다. 상기 연마패드 및 슬러리의 기계적 화학적인 작용에 의해 연마되는 반도체 기판의 연마 대상 막은 정해진 두께를 가질 때까지 연마가 이루어져야 한다. 즉, 연마를 중단해야 할 연마 종점을 검출해야 하며, 이를 위해서 광을 이용하여 연마되는 연마 대상 막의 두께를 검출하여, 종점을 검출한다.
일반적인 화학적 기계적 연마장비의 연마 종점 검출장치는 구체적으로 주변부에 관통공을 구비하는 원판형의 플래튼(Platen) 상판과, 상기 플래튼 상판의 관통공에 삽입되는 광센서부와, 상기 플래튼 상판의 상부에 위치하여 반도체 기판의 연마 대상막과의 연마면을 제공하며, 상기 광센서부에 대응하는 종점 검출용 윈도우를 포함하는 연마 패드로 구성된다.
상기 광센서부는 상판과는 별도의 위치에 마련된 발광부의 광을 발산하고, 반도체 기판의 연마 대상 막에서 반사되는 광을 별도의 위치에 마련된 수광부에 전달하는 역할을 하도록 구성할 수 있다.
연마 패드에 포함되는 종점 검출용 윈도우는 일반적으로 안정적 투과도를 나타내야 하며, 상기 윈도우의 투과도는 조성, 표면 조도, 두께 등 여러 요소에 영향을 받는다.
특히, 조도의 경우, 연마 공정 상에서 변화할 수 있는 것으로, 연마 공정에 적용되는 연마 패드 내 윈도우의 표면 조도는 투과도에 직접적인 영향을 미치게 된다.
이는 연마 공정 상에서 일정한 연마 성능을 발휘하기 위한 컨디셔닝에 의한 것으로, 컨디셔닝에 의해 연마패드의 연마층이 절삭되며, 이때, 윈도우의 표면 조도 또한 변화가 나타나게 된다.
구체적으로 도 2와 같이, 연마 공정 전의 연마면에 대한 표면 조도(210) 및 윈도우의 표면 조도(310)는 연마 공정 전과 비교하여, 연마 공정의 진행 후에, 연마면에 대한 표면 조도(220) 및 윈도우의 표면 조도(320)의 변화가 나타나는데, 이는 연마 공정 상에서 반도체 기판과의 직접적인 접촉에 의해 변화되기도 하며, 컨디셔닝에 의해서도 변화가 나타나게 된다.
이에, 연마 공정 시, 반도체 기판의 연마 대상막이 특정 두께로 연마되는 지 여부에 대해 확인이 필요하며, 이는 연마 패드 내 윈도우를 통해 전달되는 광에 의해 감지된다.
상기 윈도우의 표면 조도가 변화되면, 윈도우를 통과되는 광의 흡수 정도가 변화되게 되며, 이러한 변화에 따라 종점 검출 성능에 변화가 나타나는 문제가 발생할 수 있다.
뿐만 아니라, 연마층과 윈도우는 서로 조성, 마모속도, 물성 등이 상이하나, 연마층의 표면 조도는 반도체 기판의 연마 대상 막과의 연마 성능과 직접적인 관련성이 있고, 연마층 및 윈도우 상호 간의 표면 조도가 소정의 범위로 차이를 나타내는 경우, 연마 슬러리의 유동성 또는 담지율이 유사 수준으로 구현되어 표면 차이에 의한 연마 성능에 미치는 영향이 적게 된다.
또한, 연마 공정의 진행 후, 연마층과 윈도우의 표면 조도 편차 값이 소정 범위를 만족하는 경우, 연마 공정 상에서의 연마 슬러리의 유동 및 담지 성능의 변화가 적정 수준으로 변화되어, 일정한 연마 성능의 발휘가 가능하다고 할 것이다.
상기와 같은 특징으로 인해, 본 발명의 연마 패드는 상기 식 1과 같이 연마 전 연마층의 표면 조도 및 윈도우의 표면 조도 값에 대한 차이; 및 연마 공정을 진행한 후, 연마층의 표면 조도 및 윈도우의 표면 조도에 대한 차이에 대한 최적의 범위를 도출하였다.
구체적으로, 상기 연마층 및 종점 검출용 윈도우의 표면 조도(Ra)는 하기 식 1로 표시되는 표면 조도 차이에 대한 변화율(SRR)이 1.5 내지 2.5이며, 바람직하게는 1.9 내지 2.2이다:
[식 1]
Figure 112021051862975-pat00003
여기서,
dRa1은 연마 전 연마층의 표면 조도 및 윈도우의 표면 조도에 대한 차이이며,
dRa2는 연마층으로 하소 세리아 슬러리를 200 mL/분로 공급하고, 웨이퍼 하중이 6.0 psi이고, 150 rpm의 속도로 60초간 산화막(Oxide)막을 연마하며, 상기 조건 하에서 웨이퍼 100장을 연마한 후 측정된 연마층의 표면 조도 및 윈도우의 표면 조도에 대한 차이이다.
상기 연마층 및 윈도우는 연마 전 표면 조도(dRa1)의 차이가 6 내지 7이며, 바람직하게는 6.5 내지 6.9이며, 보다 바람직하게는 6.7 내지 6.9이다.
상기 연마층 및 윈도우는 연마층으로 하소 세리아 슬러리를 200 mL/분로 공급하고, 웨이퍼 하중이 6.0 psi이고, 150 rpm의 속도로 60초간 산화막(Oxide)막을 연마하며, 상기 조건 하에서 웨이퍼 100장을 연마 공정을 진행한 후, 연마층 및 윈도우에 대한 표면 조도를 측정하였으며, 상기 측정된 표면 조도(dRa2)의 차이가 3 내지 4이며, 바람직하게는 3.1 내지 3.7이며, 보다 바람직하게는 3.2 내지 3.6이다.
상기 종점 검출용 윈도우는 하기 식 2로 표시되는 표면 조도 차이(wSRD)가 0.3 내지 1.5이며, 바람직하게는 0.3 내지 1.4이다:
[[식 2]
wSRD=|Rawi-Rawf|
여기서,
Rawi는 윈도우의 연마 전 표면 조도(Ra)이며,
Rawf는 연마층으로 하소 세리아 슬러리를 200 mL/분로 공급하고, 웨이퍼 하중이 6.0 psi이고, 150 rpm의 속도로 60초간 산화막(Oxide)막을 연마하며, 상기 조건 하에서 웨이퍼 100장을 연마한 후 측정된 윈도우의 표면 조도(Ra)이다.
상기 본 발명의 연마패드에 포함되는 윈도우는, 연마 공정 전 및 연마 공정 후의 표면 조도 차이가 절대 값으로 0.3 내지 1.5로, 연마 공정에 의한 표면 조도의 변화가 크지 않아, 투과율에 영향을 미치지 않는다. 종래 연마 패드 내 포함되는 종점 검출용 윈도우는 연마 공정에 적용되기 전에 투과율을 평가하여, 종점 검출에 대한 성능을 확인하였다. 앞서 설명한 바와 같이, 연마 공정에 의해 윈도우의 표면 조도에 영향이 나타나게 되면, 광 투과율에 변화가 나타나게 되고, 이는 종점 검출에 대한 성능 저하의 문제가 발생할 수 있게 된다.
본 발명의 윈도우는, 연마 공정의 진행 전 및 진행 후의 표면 조도의 변화 정도가 크지 않아, 종점 검출에 대한 성능에 영향을 미치지 않는 것을 특징으로 한다.
또한, 연마층의 표면 조도는 하기 식 2로 표시되는 표면 조도 차이(pSRD)가 값이 1 내지 4이며, 바람직하게는 1.5 내지 3.5이다:
[식 3]
|Rapi-Rapf|
[식 3]
pSRD=|Rapi-Rapf|
여기서,
Rapi는 연마층의 연마 전 표면 조도(Ra)이며,
Rapf는 연마층으로 하소 세리아 슬러리를 200 mL/분로 공급하고, 웨이퍼 하중이 6.0 psi이고, 150 rpm의 속도로 60초간 산화막(Oxide)막을 연마하며, 상기 조건 하에서 웨이퍼 100장을 연마한 후 측정된 연마층의 표면 조도(Ra)이다.
앞서 설명한 바와 같이, 종점 검출용 윈도우뿐 아니라, 본 발명의 연마 패드 내 연마층도 연마 공정에 의한 표면 조도의 변화 정도가 크지 않은 것을 특징으로 한다.
즉, 앞서 설명한 바와 같이, 연마층 및 윈도우의 연마 공정 전 및 연마 공정 후의 표면 조도의 변화가 일정 범위 내로 포함되면, 연마 성능에 영향을 미치지 않고, 윈도우의 표면 조도 또한, 연마 공정 전 및 연마 공정 후의 변화 정도가 미비하여 광의 투과도에 차이가 나타나지 않아 종점 검출 성능에 영향이 미비하다고 할 것이다.
일 실시예에서, 종점 검출용 윈도우는 우레탄계 프리폴리머 및 경화제를 포함하는 윈도우 조성물을 경화시킨 경화물을 포함할 수 있다.
또한, 일 실시예에서, 상기 연마층은 우레탄계 프리폴리머, 경화제 및 발포제를 포함하는 조성물로부터 형성된 경화물을 포함하는 연마층을 포함할 수 있다.
상기 종점 검출용 윈도우는 연마층의 제조 시, 포함되는 발포제를 제외하고, 연마층 조성물과 동일한 조성으로 구성되는 점에서 이하에서 윈도우 및 연마층의 각 성분에 대해 설명하고자 한다.
'프리폴리머(prepolymer)'란 경화물 제조에 있어서, 성형하기 쉽도록 중합도를 중간 단계에서 중지시킨 비교적 낮은 분자량을 갖는 고분자를 의미한다. 프리폴리머는 그 자체로 또는 다른 중합성 화합물과 반응시킨 후 최종 경화물로 성형될 수 있다.
일 구현예에서, 상기 우레탄계 프리폴리머는 이소시아네이트 화합물과 폴리올을 반응시켜 제조될 수 있다.
상기 우레탄계 프리폴리머의 제조에 사용되는 이소시아네이트 화합물은, 방향족 디이소시아네이트, 지방족 디이소시아네이트, 지환족 디이소시아네이트 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 사용할 수 있다.
상기 이소시아네이트 화합물은, 예를 들어, 2,4-톨루엔디이소시아네이트(2,4-toluenediisocyanate, 2,4-TDI), 2,6-톨루엔디이소시아네이트(2,6-toluenediisocyanate, 2,6-TDI) 나프탈렌-1,5-디이소시아네이트(naphthalene-1,5-diisocyanate), 파라-페닐렌디이소시아네이트(p-phenylenediisocyanate), 토리딘디이소시아네이트(tolidinediisocyanate), 4,4'-디페닐메탄 디이소시아네이트(4,4'-diphenylmethanediisocyanate), 헥사메틸렌디이소시아네이트(hexamethylenediisocyanate), 디사이클로헥실메탄디이소시아네이트(dicyclohexylmethanediisocyanate), 이소포론디이소시아네이트(isoporone diisocyanate) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다.
'폴리올'이란 분자 당 히드록시기(-OH)를 적어도 2 이상 포함하는 화합물을 의미한다. 상기 폴리올은 예를 들어, 폴리에테르계 폴리올(polyether polyol), 폴리에스테르계 폴리올(polyester polyol), 폴리카보네이트계 폴리올(polycarbonate polyol), 아크릴계 폴리올(acryl polyol) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다.
상기 폴리올은 예를 들어, 폴리테트라메틸렌에테르글리콜, 폴리프로필렌에테르글리콜, 에틸렌 글리콜, 1,2-프로필렌 글리콜, 1,3- 프로필렌 글리콜, 1,2-부탄디올, 1,3-부탄디올, 2-메틸-1,3-프로판디올, 1,4-부탄디올, 네오펜틸 글리콜, 1,5-펜탄디올, 3-메틸-1,5-펜탄디올, 1,6-헥산디올, 디에틸렌 글리콜, 디프로필렌 글리콜, 트리프로필렌 글리콜 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다.
상기 폴리올은 약 100g/mol 내지 약 3,000g/mol의 중량평균분자량(Mw)을 가질 수 있다. 상기 폴리올은 예를 들어, 약 100g/mol 내지 약 3,000g/mol, 예를 들어, 약 100g/mol 내지 약 2,000g/mol, 예를 들어, 약 100g/mol 내지 약 1,800g/mol의 중량평균분자량(Mw)을 가질 수 있다.
일 구현예에서, 상기 폴리올은 중량평균분자량(Mw)이 약 100g/mol 이상, 약 300g/mol 미만인 저분자량 폴리올 및 중량평균분자량(Mw)이 약 300g/mol 이상, 약 1800g/mol 이하인 고분자량 폴리올을 포함할 수 있다.
상기 우레탄계 프리폴리머는 약 500g/mol 내지 약 3,000g/mol의 중량평균분자량(Mw)을 가질 수 있다. 상기 우레탄계 프리폴리머는 예를 들어, 약 600g/mol 내지 약 2,000g/mol, 예를 들어, 약 800g/mol 내지 약 1,000g/mol의 중량평균분자량(Mw)을 가질 수 있다.
일 구현예에서, 상기 우레탄계 프리폴리머를 제조하기 위한 이소시아네이트 화합물은 방향족 디이소시아네이트 화합물을 포함할 수 있고, 상기 방향족 디이소시아네이트 화합물은 예를 들어, 2,4-톨루엔디이소시아네이트(2,4-TDI) 및 2,6-톨루엔디이소시아네이트(2,6-TDI)를 포함할 수 있다. 상기 우레탄계 프리폴리머를 제조하기 위한 폴리올 화합물은 폴리테트라메틸렌에테르글리콜(PTMEG) 및 디에틸렌글리콜(DEG)을 포함할 수 있다.
다른 구현예에서, 상기 우레탄계 프리폴리머를 제조하기 위한 이소시아네이트 화합물은 방향족 디이소시아네이트 화합물 및 지환족 디이소시아네이트 화합물을 포함할 수 있고, 예를 들어, 상기 방향족 디이소시아네이트 화합물은 2,4-톨루엔디이소시아네이트(2,4-TDI) 및 2,6-톨루엔디이소시아네이트(2,6-TDI)를 포함하고, 상기 지환족 디이소시아네이트 화합물은 디사이클로헥실메탄 디이소시아네이트(H12MDI)을 포함할 수 있다. 상기 우레탄계 프리폴리머를 제조하기 위한 폴리올 화합물은 폴리테트라메틸렌에테르글리콜(PTMEG) 및 디에틸렌글리콜(DEG)을 포함할 수 있다.
상기 우레탄계 프리폴리머는 이소시아네이트 말단기 함량(NCO%)이 약 5중량% 내지 약 11중량%, 예를 들어, 약 5중량% 내지 약 10중량%, 예를 들어, 약 5중량% 내지 약 8중량%, 예를 들어, 약 8중량% 내지 약 10중량%일 수 있다. 상기 범위로 NCO%를 갖는 경우 적절한 연마패드 내 연마층의 물성을 나타내, 연마 속도, 연마 프로파일과 같은 연마 공정에 요구되는 연마 성능을 유지하고, 연마 공정 상에서 웨이퍼에 발생될 수 있는 결함을 최소화할 수 있다.
산화막(Oxide) 및 질화막(Nitride)의 연마 선택비(Ox RR/Nt RR)를 조절하여, 디싱(dishing), 리세스(recess) 및 이로젼(erosion) 현상을 방지하고 웨이퍼 내 표면 평탄화를 달성할 수 있다.
또한, 종점 검출용 윈도우로 적용 시, 연마 공정 상에서 표면 조도의 변화 정도가 작아, 종점 검출을 위한 성능에 영향이 미비하다.
상기 우레탄계 프리폴리머의 이소시아네이트 말단기 함량(NCO%)은 상기 우레탄계 프리폴리머를 제조하기 위한 이소시아네이트 화합물 및 폴리올 화합물의 종류 및 함량, 상기 우레탄계 프리폴리머를 제조하는 공정의 온도, 압력, 시간 등의 공정 조건 및 상기 우레탄계 프리폴리머의 제조에 이용되는 첨가제의 종류 및 함량 등을 종합적으로 조절하여 설계될 수 있다.
상기 경화제는 상기 우레탄계 프리폴리머와 화학적으로 반응하여 상기 연마층 내의 최종 경화 구조를 형성하기 위한 화합물로서, 예를 들어, 아민 화합물 또는 알콜 화합물을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 경화제는 방향족 아민, 지방족 아민, 방향족 알콜, 지방족 알코올 및 이들의 조합으로 이루어지는 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 경화제는 4,4'-메틸렌비스(2-클로로아닐린)(4,4'-methylenebis(2-chloroaniline);　MOCA), 디에틸톨루엔디아민(diethyltoluenediamine; DETDA), 디아미노디페닐메탄(diaminodiphenylmethane), 디메틸티오톨루엔디아민(dimethyl thio-toluene diamine; DMTDA), 프로판디올 비스 p-아미노벤조에이트(propanediol bis p-aminobenzoate), Methylene bis-methylanthranilate, 디아미노디페닐설폰(diaminodiphenylsulfone), m-자일릴렌디아민(m-xylylenediamine), 이소포론디아민(isophoronediamine), 에틸렌디아민(ethylenediamine), 디에틸렌트리아민(diethylenetriamine), 트리에틸렌테트라아민(triethylenetetramine), 폴리프로필렌디아민(polypropylenediamine), 폴리프로필렌트리아민(polypropylenetriamine), 비스(4-아미노-3-클로로페닐)메탄(bis(4-amino-3-chlorophenyl)methane) 및 이들의 조합으로 이루어지는 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다.
상기 경화제의 함량은 상기 우레탄계 프리폴리머 100 중량부를 기준으로 약 18 중량부 내지 약 27 중량부, 예를 들어, 약 19 중량부 내지 약 26 중량부, 예를 들어, 약 20 중량부 내지 약 26 중량부일 수 있다. 상기 경화제의 함량이 상기 범위를 만족하는 경우, 목적하는 연마패드의 성능을 구현하는 데에 더욱 유리할 수 있다.
상기 발포제는 상기 연마층 내의 기공 구조를 형성하기 위한 성분으로서 고상 발포제, 기상 발포제, 액상 발포제 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이 종점 검출용 윈도우의 제조 시에는 연마층 제조와 달리, 기공 구조를 형성하지 않기 때문에, 별도의 발포제를 포함하지 않는다.
일 구현예에서 상기 발포제는 고상 발포제, 기상 발포제 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
상기 고상 발포제의 평균 입경은 약 5㎛ 내지 약 200㎛, 예를 들어, 약 20㎛ 내지 약 50㎛, 예를 들어, 약 21㎛ 내지 약 50㎛, 예를 들어, 약 25㎛ 내지 약 45㎛일 수 있다. 상기 고상 발포제의 평균 입경은 상기 고상 발포제가 후술하는 바에 따른 열팽창된(expanded) 입자인 경우 열팽창된 입자 자체의 평균 입경을 의미하며, 상기 고상 발포제가 후술하는 바에 따른 미팽창된(unexpanded) 입자인 경우 열 또는 압력에 의해 팽창된 이후 입자의 평균 입경을 의미할 수 있다.
상기 고상 발포제는 팽창성 입자를 포함할 수 있다. 상기 팽창성 입자는 열 또는 압력 등에 의하여 팽창이 가능한 특성을 갖는 입자로서, 상기 연마층을 제조하는 과정에서 가해지는 열 또는 압력 등에 의하여 최종 연마층 내에서의 크기가 결정될 수 있다. 상기 팽창성 입자는 열팽창된(expanded) 입자, 미팽창된(unexpanded) 입자 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 상기 열팽창된 입자는 열에 의해 사전 팽창된 입자로서, 상기 연마층의 제조 과정에서 가해지는 열 또는 압력에 의한 크기 변화가 작거나 거의 없는 입자를 의미한다. 상기 미팽창된 입자는 사전 팽창되지 않은 입자로서, 상기 연마층의 제조 과정에서 가해지는 열 또는 압력에 의하여 팽창되어 최종 크기가 결정되는 입자를 의미한다.
상기 팽창성 입자는 수지 재질의 외피; 및 상기 외피로 봉입된 내부에 존재하는 팽창 유발 성분을 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 외피는 열가소성 수지를 포함할 수 있고, 상기 열가소성 수지는 염화비닐리덴계 공중합체, 아크릴로니트릴계 공중합체, 메타크릴로니트릴계 공중합체 및 아크릴계 공중합체로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다.
상기 팽창 유발 성분은 탄화수소 화합물, 클로로플루오로 화합물, 테트라알킬실란 화합물 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 탄화수소 화합물은 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) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다.
상기 클로로플루오로 화합물은 트리클로로플루오로메탄(trichlorofluoromethane, CCl3F), 디클로로디플루오로메탄(dichlorodifluoromethane, CCl2F2), 클로로트리플루오로메탄(chlorotrifluoromethane, CClF3), 테트라플루오로에틸렌(tetrafluoroethylene, CClF2-CClF2) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다.
상기 테트라알킬실란 화합물은 테트라메틸실란(tetramethylsilane), 트리메틸에틸실란(trimethylethylsilane), 트리메틸이소프로필실란(trimethylisopropylsilane), 트리메틸-n-프로필실란(trimethyl-n-propylsilane) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다.
상기 고상 발포제는 선택적으로 무기 성분 처리 입자를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 고상 발포제는 무기 성분 처리된 팽창성 입자를 포함할 수 있다. 일 구현예에서, 상기 고상 발포제는 실리카(SiO2) 입자 처리된 팽창성 입자를 포함할 수 있다. 상기 고상 발포제의 무기 성분 처리는 복수의 입자 간 응집을 방지할 수 있다. 상기 무기 성분 처리된 고상 발포제는 무기 성분 처리되지 않은 고상 발포제와 발포제 표면의 화학적, 전기적 및/또는 물리적 특성이 상이할 수 있다.
상기 고상 발포제의 함량은 상기 우레탄계 프리폴리머 100 중량부를 기준으로 약 0.5 중량부 내지 약 10 중량부, 예를 들어, 약 1 중량부 내지 약 3 중량부, 예를 들어, 약 1.3 중량부 내지 약 2.7 중량부, 예를 들어, 약 1.3 중량부 내지 약 2.6 중량부일 수 있다.
상기 연마층의 목적하는 기공 구조 및 물성에 따라 상기 고상 발포제의 종류 및 함량을 설계할 수 있다.
상기 기상 발포제는 불활성 가스를 포함할 수 있다. 상기 기상 발포제는 상기 우레탄계 프리폴리머와 상기 경화제가 반응하는 과정에서 투입되어 기공 형성 요소로 사용될 수 있다.
상기 불활성 가스는 상기 우레탄계 프리폴리머와 상기 경화제 간의 반응에 참여하지 않는 가스라면 종류가 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 상기 불활성 가스는 질소 가스(N2), 아르곤 가스(Ar), 헬륨 가스(He) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 불활성 가스는 질소 가스(N2) 또는 아르곤 가스(Ar)를 포함할 수 있다.
상기 연마층의 목적하는 기공 구조 및 물성에 따라 상기 기상 발포제의 종류 및 함량을 설계할 수 있다
일 구현예에서, 상기 발포제는 고상 발포제를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 발포제는 고상 발포제만으로 이루어질 수 있다.
상기 고상 발포제는 팽창성 입자를 포함하고, 상기 팽창성 입자는 열팽창된 입자를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 고상 발포제는 열팽창된 입자로만 이루어질 수 있다. 상기 미팽창된 입자를 포함하지 않고 열팽창된 입자로만 이루어지는 경우, 기공 구조의 가변성은 저하되지만 사전 예측 가능성이 높아져 상기 연마층의 전 영역에 걸쳐 균질한 기공 특성을 구현하기에 유리할 수 있다.
일 구현예에서, 상기 열팽창된 입자는 약 5㎛ 내지 약 200㎛의 평균 입경을 갖는 입자일 수 있다. 상기 열팽창된 입자의 평균 입경은 약 5㎛ 내지 약 100㎛, 예를 들어, 약 10㎛ 내지 약 80㎛, 예를 들어, 약 20㎛ 내지 약 70㎛, 예를 들어, 약 20㎛ 내지 약 50㎛, 예를 들어, 약 30㎛ 내지 약 70㎛, 예를 들어, 약 25㎛ 내지 45㎛, 예를 들어, 약 40㎛ 내지 약 70㎛, 예를 들어, 약 40㎛ 내지 약 60㎛일 수 있다. 상기 평균 입경은 상기 열팽창된 입자의 D50으로 정의된다.
일 구현예에서, 상기 열팽창된 입자의 밀도는 약 30kg/㎥ 내지 약 80kg/㎥, 예를 들어, 약 35kg/㎥ 내지 약 80kg/㎥, 예를 들어, 약 35kg/㎥ 내지 약 75kg/㎥, 예를 들어, 약 38kg/㎥ 내지 약 72kg/㎥, 예를 들어, 약 40kg/㎥ 내지 약 75kg/㎥, 예를 들어, 약 40kg/㎥ 내지 약 72kg/㎥일 수 있다.
일 구현예에서, 상기 발포제는 기상 발포제를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 발포제는 고상 발포제 및 기상 발포제를 포함할 수 있다. 상기 고상 발포제에 관한 사항은 전술한 바와 같다.
상기 기상 발포제는 질소 가스를 포함할 수 있다.
상기 기상 발포제는 상기 우레탄계 프리폴리머, 상기 고상발포제 및 상기 경화제가 혼합되는 과정 중에 소정의 주입 라인을 통하여 주입될 수 있다. 상기 기상 발포제의 주입 속도는 약 0.8L/min 내지 약 2.0L/min, 예를 들어, 약 0.8L/min 내지 약 1.8L/min, 예를 들어, 약 0.8L/min 내지 약 1.7L/min, 예를 들어, 약 1.0L/min 내지 약 2.0L/min, 예를 들어, 약 1.0L/min 내지 약 1.8L/min, 예를 들어, 약 1.0L/min 내지 약 1.7L/min일 수 있다.
상기 연마층 및 윈도우를 제조하기 위한 조성물은 계면활성제, 반응속도조절제 등의 기타 첨가제를 더 포함할 수 있다. 상기 '계면활성제', '반응속도조절제' 등의 명칭은 해당 물질의 주된 역할을 기준으로 임의 지칭하는 명칭이며, 각각의 해당 물질이 반드시 해당 명칭으로 역할에 국한된 기능만을 수행하는 것은 아니다.
상기 계면활성제는 기공들의 응집 또는 중첩 등의 현상을 방지하는 역할을 하는 물질이면 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어, 상기 계면활성제는 실리콘계 계면활성제를 포함할 수 있다.
상기 계면활성제는 상기 우레탄계 프리폴리머 100 중량부를 기준으로 약 0.2 중량부 내지 약 2 중량부의 함량으로 사용될 수 있다. 구체적으로, 상기 계면활성제는 상기 우레탄계 프리폴리머 100 중량부를 기준으로 약 0.2 중량부 내지 약 1.9 중량부, 예를 들어, 약 0.2 중량부 내지 약 1.8 중량부, 예를 들어, 약 0.2 중량부 내지 약 1.7 중량부, 예를 들어, 약 0.2 중량부 내지 약 1.6 중량부, 예를 들어, 약 0.2 중량부 내지 약 1.5 중량부, 예를 들어, 약 0.5 중량부 내지 1.5 중량부의 함량으로 포함될 수 있다. 상기 범위 내의 함량으로 계면활성제를 포함할 경우, 기상 발포제 유래 기공이 몰드 내에서 안정하게 형성 및 유지될 수 있다.
상기 반응속도조절제는 반응 촉진 또는 반응 지연의 역할을 하는 것으로서 목적에 따라 반응촉진제, 반응지연제 또는 이들 모두를 사용할 수 있다. 상기 반응속도조절제는 반응촉진제를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 반응촉진제는 3차 아민계 화합물 및 유기금속계 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 반응 촉진제일 수 있다.
구체적으로, 상기 반응속도조절제는 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 반응속도조절제는 상기 우레탄계 프리폴리머 100 중량부를 기준으로 약 0.05 중량부 내지 약 2 중량부의 양으로 사용될 수 있다. 구체적으로, 상기 반응속도조절제는 상기 우레탄계 프리폴리머 100 중량부를 기준으로 약 0.05 중량부 내지 약 1.8 중량부, 예를 들어, 약 0.05 중량부 내지 약 1.7 중량부, 예를 들어, 약 0.05 중량부 내지 약 1.6 중량부, 예를 들어, 약 0.1 중량부 내지 약 1.5 중량부, 예를 들어, 약 0.1 중량부 내지 약 0.3 중량부, 예를 들어, 약 0.2 중량부 내지 약 1.8 중량부, 예를 들어, 약 0.2 중량부 내지 약 1.7 중량부, 예를 들어, 약 0.2 중량부 내지 약 1.6 중량부, 예를 들어, 약 0.2 중량부 내지 약 1.5 중량부, 예를 들어, 약 0.5 중량부 내지 약 1 중량부의 양으로 사용될 수 있다. 상기 반응속도조절제가 전술한 함량 범위로 사용될 경우, 프리폴리머 조성물의 경화 반응속도를 적절하게 조절하여 원하는 크기의 기공 및 경도를 갖는 연마층을 형성할 수 있다.
상기 연마패드가 쿠션층을 포함하는 경우, 상기 쿠션층은 상기 연마층을 지지하면서 상기 연마층에 가해지는 외부 충격을 흡수하고 분산시키는 역할을 함으로써 상기 연마패드를 적용한 연마 공정 중의 연마 대상에 대한 손상 및 결함의 발생을 최소화시킬 수 있다.
상기 쿠션층은 부직포 또는 스웨이드를 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
일 구현예에서, 상기 쿠션층은 수지 함침 부직포일 수 있다. 상기 부직포는 폴리에스테르 섬유, 폴리아미드 섬유, 폴리프로필렌 섬유, 폴리에틸렌 섬유 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함하는 섬유 부직포일 수 있다.
상기 부직포에 함침된 수지는 폴리우레탄 수지, 폴리부타디엔 수지, 스티렌-부타디엔 공중합 수지, 스티렌-부타디엔-스티렌 공중합 수지, 아크릴로니트릴-부타디엔 공중합 수지, 스티렌-에틸렌-부타디엔-스티렌 공중합 수지, 실리콘 고무 수지, 폴리에스테르계 엘라스토머 수지, 폴리아미드계 엘라스토머 수지 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다.
이하, 상기 연마패드를 제조하는 방법을 자세히 설명하기로 한다.
본 발명에 따른 다른 구현예에서, 우레탄계 프리폴리머 조성물을 제조하는 단계; 상기 프리폴리머 조성물 및 경화제를 포함하는 윈도우 제조용 조성물을 제조하는 단계; 상기 윈도우 제조용 조성물을 경화하여 종점 검출용 윈도우를 제조하는 단계; 프리폴리머 조성물을 제조하는 단계; 상기 프리폴리머 조성물, 발포제 및 경화제를 포함하는 연마층 제조용 조성물을 제조하는 단계; 상기 연마층 제조용 조성물을 경화하여 연마층을 제조하는 단계; 및 상기 연마층에 관통홀을 형성하고, 상기 관통홀에 성형된 윈도우를 삽입 및 접착하는 단계를 포함하는 연마패드의 제조방법을 제공할 수 있다.
상기 프리폴리머 조성물을 제조하는 단계는 디이소시아네이트 화합물 및 폴리올 화합물을 반응시켜 우레탄계 프리폴리머를 제조하는 공정일 수 있다. 상기 디이소시아네이트 화합물 및 상기 폴리올 화합물에 관한 사항은 상기 연마패드에 관하여 전술한 바와 같다.
상기 프리폴리머 조성물의 이소시아네이트기(NCO기) 함량은 약 5중량% 내지 약 15중량%, 예를 들어, 약 5중량% 내지 약 8중량%, 예를 들어, 약 5중량% 내지 약 7중량%, 예를 들어, 약 8중량% 내지 약 15중량%, 예를 들어, 약 8중량% 내지 약 14중량%, 예를 들어, 약 8중량% 내지 약 12중량%, 예를 들어, 8중량% 내지 약 10중량%일 수 있다.
상기 프리폴리머 조성물의 이소시아네이트기 함량은 상기 우레탄계 프리폴리머의 말단 이소시아네이트기, 상기 디이소시아네이트 화합물 중 반응하지 않은 미반응 이소시아네이트기 등으로부터 유래될 수 있다.
상기 프리폴리머 조성물의 점도는 약 80℃에서 약 100cps 내지 약 1,000cps일 수 있고, 예를 들어, 약 200cps 내지 약 800cps일 수 있고, 예를 들어, 약 200cps 내지 약 600cps일 수 있고, 예를 들어, 약 200cps 내지 약 550cps일 수 있고, 예를 들어, 약 300cps 내지 약 500cps일 수 있다.
상기 발포제가 고상 발포제 또는 기상 발포제를 포함할 수 있다.
상기 발포제가 고상 발포제를 포함하는 경우, 상기 연마층 제조용 조성물을 제조하는 단계는 상기 프리폴리머 조성물 및 상기 고상 발포제를 혼합하여 제1 예비 조성물을 제조하는 단계; 및 상기 제1 예비 조성물과 경화제를 혼합하여 제2 예비 조성물을 제조하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 제1 예비 조성물의 점도는 약 80℃에서 약 1,000cps 내지 약 2,000cps일 수 있고, 예를 들어, 약 1,000cps 내지 약 1,800cps일 수 있고, 예를 들어, 약 1,000cps 내지 약 1,600cps일 수 있고, 예를 들어, 약 1,000cps 내지 약 1,500cps일 수 있다.
상기 발포제가 기상 발포제를 포함하는 경우, 상기 연마층 제조용 조성물을 제조하는 단계는 상기 프리폴리머 조성물 및 상기 경화제를 포함하는 제3 예비 조성물을 제조하는 단계; 및 상기 제3 예비 조성물에 상기 기상 발포제를 주입하여 제4 예비 조성물을 제조하는 단계를 포함할 수 있다.
일 구현예에서, 상기 제3 예비 조성물은 고상 발포제를 더 포함할 수 있다.
일 구현예에서, 상기 윈도우를 제조하는 공정은 제1 온도로 예열된 몰드를 준비하는 단계; 및 상기 예열된 몰드에 상기 윈도우 제조용 조성물을 주입하여 경화시키는 단계; 및 경화된 상기 윈도우 제조용 조성물을 상기 예열 온도보다 높은 제2 온도 조건 하에서 후경화하는 단계를 포함할 수 있다.
일 구현예에서, 상기 연마층을 제조하는 공정은 제1 온도로 예열된 몰드를 준비하는 단계; 및 상기 예열된 몰드에 상기 연마층 제조용 조성물을 주입하여 경화시키는 단계; 및 경화된 상기 연마층 제조용 조성물을 상기 예열 온도보다 높은 제2 온도 조건 하에서 후경화하는 단계를 포함할 수 있다.
일 구현예에서, 상기 제1 온도는 약 60℃ 내지 약 100℃, 예를 들어, 약 65℃ 내지 약 95℃, 예를 들어, 약 70℃ 내지 약 90℃일 수 있다.
일 구현예에서, 상기 제2 온도는 약 100℃ 내지 약 130℃일 수 있고, 예를 들어, 약 100℃ 내지 125℃일 수 있고, 예를 들어, 약 100℃ 내지 약 120℃일 수 있다.
상기 윈도우 제조용 조성물 및 연마층 제조용 조성물을 상기 제1 온도 하에서 경화시키는 단계는 약 5분 내지 약 60분, 예를 들어, 약 5분 내지 약 40분, 예를 들어, 약 5분 내지 약 30분, 예를 들어, 약 5분 내지 약 25분동안 수행될 수 있다.
상기 제1 온도 하에서 경화된 조성물을 상기 제2 온도 하에서 후경화하는 단계는 약 5시간 내지 약 30시간, 예를 들어, 약 5시간 내지 약 25시간, 예를 들어, 약 10시간 내지 약 30시간, 예를 들어, 약 10시간 내지 약 25시간, 예를 들어, 약 12시간 내지 약 24시간, 예를 들어, 약 15시간 내지 약 24시간동안 수행될 수 있다.
상기 경화된 조성물은 시트 형태로 제조되고, 시트 형태의 윈도우는 타공된 연마층에 삽입 및 접착되기 위해 성형 공정을 진행한다.
상기 윈도우를 성형하는 단계는, 경화된 윈도우 시트를 모서리부의 곡률이 0.3 내지 5mm인 바이트를 이용하여 윈도우 시트의 두께를 1차 성형하고, 양각 금형으로 2차 성형하는 것이다.
상기 윈도우 시트의 두께를 성형하는 단계는, 보다 구체적으로 모서리부의 곡률이 0.3 내지 5mm 또는 바람직하게는 모서리부의 곡률이 0.5 내지 3mm인 바이트를 이용하며, 보다 바람직하게는 모서리부의 곡률이 0.5 내지 3mm인 공업용 PCD(Polycrystalline Diamond) 바이트를 이용한다.
PCD 바이트는 마이크로 사이즈의 인공 다이아몬드를 초고압 및 고온으로 소결하여 만든 공구이다. 통상 몸체는 초경을 사용하고, 끝부분 또는 날 부분에만 PCD를 부착한다. 상기 PCD 바이트는 비철 금속용 작업에 적합한 내마모성을 가지고 있어, 동, 마그네슘, 알루미늄, 구리, 강화 플라스틱, 세라믹 등 난삭제의 가공에 사용될 수 있다.
본 발명에서는 윈도우의 두께를 성형하기 위해, 경화된 윈도우 시트의 상면 및 하면을 PCD 바이트를 이용하여 1차 성형하게 되고, 1차 성형 시, PCD 바이트를 이용하여 성형함에 따라, 균일한 표면 거칠기를 가지도록 제조가 가능하다 할 것이다.
반면, 상기와 같이 PCD 바이트를 이용하지 않고, 일반 칼날로 제작된 바이트를 이용하는 경우에는, PCD 바이트와 달리, 균일한 표면 거칠기를 가지도록 두께 성형이 불가하다. 즉, 윈도우 시트를 1차 성형하게 되면, 연마면과 접하는 일면에 대해 성형 공정이 진행되게 되는 바, 일반 칼날을 이용하여 상면 및 하면을 성형 시, 정밀한 성형이 불가하여, 거친 표면으로 제조될 수 있다.
상기 경화된 윈도우 시트는 앞서 설명한 바와 같이 PCD 바이트를 이용하여 1차 성형한 후, 양각 금형으로 커팅하는 2차 성형을 진행하여, 종점 검출용 윈도우로 제조한다.
상기 연마패드의 제조방법은 상기 연마층의 적어도 일면을 가공하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 가공 단계는 그루브(groove)를 형성하는 것일 수 있다.
다른 일 실시예로, 상기 연마층의 적어도 일면을 가공하는 단계는 (1) 상기 연마층의 적어도 일면 상에 그루브(groove)를 형성하는 단계; (2) 상기 연마층의 적어도 일면을 선삭(line turning)하는 단계; 및 (3) 상기 연마층의 적어도 일면을 조면화하는 단계 (3) 중 적어도 하나의 단계를 포함할 수 있다.
상기 단계 (1)에서, 상기 그루브(groove)는 상기 연마층의 중심으로부터 소정의 간격으로 이격형성되는 동심원형 그루브; 및 상기 연마층의 중심으로부터 상기 연마층의 엣지(edge)까지 연속 연결되는 방사형 그루브 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 단계 (2)에서, 상기 선삭(line turning)은 절삭 공구를 이용하여 상기 연마층을 소정의 두께만큼 깎아내는 방법으로 수행될 수 있다.
상기 단계 (3)에서 상기 조면화는 상기 연마층의 표면을 샌딩 롤러(Sanding roller)로 가공하는 방법으로 수행될 수 있다.
상기 연마패드의 제조방법은 상기 연마층의 연마면의 이면 상에 쿠션층을 적층하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 연마층과 상기 쿠션층은 열융착 접착제를 매개로 적층될 수 있다.
상기 연마층의 연마면의 이면 상에 상기 열융착 접착제를 도포하고, 상기 쿠션층의 상기 연마층과 맞닿을 표면 상에 상기 열융착 접착제를 도포하며, 각각의 열융착 접착제가 도포된 면이 맞닿도록 상기 연마층과 상기 쿠션층을 적층한 후, 가압 롤러를 이용하여 두 층을 융착시킬 수 있다.
또 다른 일 실시예에서, 연마층을 포함하는 연마패드를 제공하는 단계; 상기 연마층의 연마면에 연마 대상의 피연마면이 맞닿도록 상대 회전시키면서 상기 연마 대상을 연마시키는 단계; 및 상기 연마패드 내 종점 검출용 윈도우를 통해 반도체 기판의 두께를 검지하고 연마 공정의 종료 시점을 검출하는 단계를 포함한다.
도 1은 일 구현예에 따른 반도체 소자 제조 공정의 개략적인 공정도를 도시한 것이다. 도 1을 참조할 때, 상기 일 실시예에 따른 연마패드(110)를 정반(120) 상에 장착한 후, 연마 대상인 반도체 기판(130)을 상기 연마패드(110) 상에 배치한다. 이때, 상기 반도체 기판(130)의 피연마면은 상기 연마패드(110)의 연마면에 직접 접촉된다. 연마를 위해 상기 연마패드 상에 노즐(140)을 통하여 연마 슬러리(150)가 분사될 수 있다. 상기 노즐(140)을 통하여 공급되는 연마 슬러리(150)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(130)과 상기 연마패드(110)는 서로 상대 회전하여, 상기 반도체 기판(130)의 표면이 연마될 수 있다. 이때, 상기 반도체 기판(130)의 회전 방향 및 상기 연마패드(110)의 회전 방향은 동일한 방향일 수도 있고, 반대 방향일 수도 있다. 상기 반도체 기판(130)과 상기 연마패드(110)의 회전 속도는 각각 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(130)은 연마헤드(160)에 장착된 상태로 상기 연마패드(110)의 연마면에 소정의 하중으로 가압되어 맞닿게 한 뒤 그 표면이 연마될 수 있다. 상기 연마헤드(160)에 의하여 상기 반도체 기판(130)의 표면에 상기 연마패드(110)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.
상기 반도체 기판(130)의 연마 대상 막이 정해진 두께로 연마되는지는 연마 장비 내 광센서부(미도시)의 빛이 연마패드 내 윈도우(미도시)를 통해 발광되어 연마 정도를 확인하고, 연마 종결 시점을 결정하게 된다.
일 구현예에서, 상기 반도체 소자의 제조 방법은, 상기 연마패드(110)의 연마면을 연마에 적합한 상태로 유지시키기 위하여, 상기 반도체 기판(130)의 연마와 동시에 컨디셔너(170)를 통해 상기 연마패드(110)의 연마면을 가공하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 구체적인 실시예들을 제시한다. 다만, 하기에 기재된 실시예들은 본 발명을 구체적으로 예시하거나 설명하기 위한 것에 불과하며, 이로서 본 발명이 제한되어서는 아니된다.
실시예 1
연마패드의 제조
1-1. 연마층의 제조
우레탄계 프리폴리머, 경화제, 고상 발포제의 혼합물 주입 라인이 구비된 캐스팅 장비에서, 프리폴리머 탱크에 미반응 NCO를 9 중량%로 갖는 우레탄계 프리폴리머를 충진하고, 경화제 탱크에 비스(4-아미노-3-클로로포닐)메탄(bis(4-amino-3-chlorophenyl)methane, Ishihara 사 제품)을 충진하였다. 또한, 상기 우레탄계 프리폴리머 100 중량부에 대하여 3 중량부의 고상 발포제를 미리 혼합한 후 프리폴리머 탱크에 주입하였다
각각의 투입 라인을 통해 우레탄계 프리폴리머 및 MOCA를 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.
교반된 원료는 120℃로 예열된 금형에 주입하고, 1매의 다공성 폴리우레탄 시트로 제조하였다. 이후 제조된 다공성 폴리우레탄 시트의 표면을 연삭기를 사용하여 연삭하고, 팁을 사용하여 그루브(groove)하는 과정을 거쳐 평균 두께 2 mm, 평균 직경 76.2 cm의 크기로 제조하였다.
1-2. 윈도우의 제조
우레탄계 프리폴리머로 미반응 NCO의 함량이 8.5 중량%인 PUGL-500D(SKC사 제품)을 사용하고 원료 혼합 시 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 윈도우를 제조하였다. 상기 시트 형태의 윈도우를 상면과 하면의 두께를 맞추기 위해서 절삭면이 평평한 형태로 모서리부가 곡률 0.5mm를 가지는 공업용 PCD 다이아몬드로 제작된 바이트를 이용하여, 2.0mm의 두께로 성형한 후, 가로 20 mm, 세로 60 mm 사이즈의 냉간금형용강 SKD11로 제작된 양각 금형으로 커팅하였다.
1-3. 지지층
1.1 T 두께의 부직포 타입의 지지층(제조사: PTS, 제품명: ND-5400H)을 사용하였다.
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)을 이용하여 120 ℃에서 열 융착하고, 상기 지지층의 타면에 양면접착제(제조사: 3M, 제품명: 442JS)를 접착하고, 제2 관통홀 만큼 양면접착제를 절삭하고 제거하였다. 이후 제2 관통홀 만큼 상기 양면접착제를 절삭하고 제거하고, 상기 제1 관통홀에 실시예 1-2의 윈도우를 삽입하고 상기 양면접착제에 접착하여 연마패드를 제조하였다.
실시예 2
상기 실시예 1의 1-1, 1-3 및 1-4는 동일하게 제조하고, 윈도우 블록 제조에 있어서 다음과 같이 실시하였다. 우레탄계 프리폴리머로 미반응 NCO의 함량이 8.5 중량%인 PUGL-500D(SKC사 제품)을 사용하고 원료 혼합 시 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 윈도우를 제조하였다. 상기 시트 형태의 윈도우를 상면과 하면의 두께를 맞추기 위해서 절삭면이 평평한 형태로 모서리부가 곡률 3mm를 가지는 공업용 PCD 다이아몬드로 제작된 바이트를 이용하여, 2.0mm의 두께로 성형한 후, 가로 20 mm, 세로 60 mm 사이즈의 일반 철판으로 제작된 양각 금형의 칼날이 목형 평판체에 부착된 금형을 이용하여 커팅하였다.
비교예 1
상기 실시예 1의 1-1, 1-3 및 1-4는 동일하게 제조하고, 윈도우 블록 제조에 있어서 다음과 같이 실시하였다. 우레탄계 프리폴리머로 미반응 NCO의 함량이 8.5 중량%인 PUGL-500D(SKC사 제품)을 사용하고 원료 혼합 시 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 윈도우를 제조하였다. 상기 시트 형태의 윈도우를 상면과 하면의 두께를 맞추기 위해서 절삭면이 평평한 형태로 모서리부가 곡률 3mm를 가지는 일반 칼날로 제작된 바이트를 이용하여, 2.0mm의 두께로 성형한 후, 가로 20 mm, 세로 60 mm 사이즈의 일반 철판으로 제작된 양각 금형의 칼날이 목형 평판체에 부착된 금형을 이용하여 커팅하였다.
실험예 1
표면 조도 측정
직경 300 mm의 실리콘 웨이퍼에 산화규소를 화학기상증착(CVD) 공정에 의해서 증착하였다. CMP 장비에 실시예 및 비교예의 연마 패드를 부착하고, 실리콘 웨이퍼의 산화층이 연마패드의 연마면을 향하도록 설치하였다. 연마패드 상에 하소 세리아 슬러리를 200 mL/분의 속도로 공급하면서, 6.0 psi의 하중 및 150 rpm의 속도로 6000초간 더미 웨이퍼를 연마하였다. 이때 In-situ로 컨디셔너 CI45(새솔사)를 사용하였고, 6 lb 하중으로 컨디셔닝을 하며 진행하였다.
연마 및 컨디셔닝 조건
하소 세리아 슬러리 조성: 하소 세리아 (0.5)wt% 및 DI water (99.4)wt%, 폴리아크릴레이트계 첨가제 (0.1 wt%)
하소 세리아: 150nm (스케터링 방식 측정)
컨디셔너 스펙: CI-45 (세솔 다이아몬드)
정반 자전속도, 컨디셔너 자전 속도, 컨디셔너 세차 운동 속도 및 조건은 하기 표 1과 같다.
구분 세부사항 스펙
웨이퍼 Wafer type PETEOS
Dummy(Polishing time/ Number of time) 6000s/∞
Break In 시간 15 min
헤드 & 플레튼
(Head & Platen)		 헤드 속도(Head speed, rpm) 87
헤드 압력(Head pressure, psi) 3.5
리테이너 링 압력(Retainer Ring pressure, psi) 9 psi
플레튼 속도(Platen speed)(rpm) 93.0
스핀들 스윕 속도(Spindle sweep speed, sw/min) 19.0
컨디셔너
(Conditioner)		 컨디셔너 종류 CI-45
컨디셔닝 타입(Conditioning type) 인-시츄
(In situ, 300s)
+ 엑스-시츄
(Ex situ, 15s)
컨디셔너 힘(Conditioner force, lb) 6 lb
컨디셔너 속도(Conditioner rpm, rpm) 101.0
컨디셔너 스윕 속도(Conditioner sweep speed, sw/min) 19.0
슬러리
(Slurry)		 슬러리 종류 세리아 슬러리
연마 공정 후, 실시예 및 비교예에 대해, 연마층 및 윈도우에 대한 표면 조도를 측정하였다. 표면 조도 측정은 ContuorGT(Bruker社)를 이용하여 3D 측정하였다.
　 단위 실시예 1 실시예 2 비교예
윈도우 연마 전 Ra um 0.372 1.046 2.546
연마 후 Ra um 1.710 1.391 1.665
|Rawi-Rawf| um 1.338 0.345 0.881
연마층 연마 전 Ra um 7.218 7.814 7.734
연마 후 Ra um 5.260 4.614 5.155
|Rapi-Rapf| um 1.958 3.200 2.579
dRa1 um 6.846 6.768 5.188
dRa2 um 3.550 3.223 3.49
dRa1/dRa2 1.928 2.100 1.487
Rawi는 윈도우의 연마 전 표면 조도(Ra)이며,
Rawf는 윈도우의 연마 후 표면 조도(Ra)이며,
Rapi는 연마층의 연마 전 표면 조도(Ra)이며,
Rapf는 연마층의 연마 후 표면 조도(Ra)이며,
dRa1은 연마층 및 윈도우는 연마 전 표면 조도의 차이이며,
dRa2는 연마층 및 윈도우는 연마 후 표면 조도의 차이이다.
상기 표 1에 따르면, 본 발명의 실시예의 연마 패드는 윈도우 및 연마층에 대한 표면 조도 측정 결과 상에서 연마 공정 전 및 후의 차이가 크게 나타나지 않음을 확인하였다.
반면, 비교예의 경우, 윈도우는 연마 전 표면조도가 상대적으로 큰 값을 나타내고, 이에 따라, 연마 전 및 연마 후의 표면 조도 차이가 크게 나타남을 확인하였다. 따라서, 연마패드 내 연마층과도 비교하여, 연마 공정 전 및 후에 따른, 표면 조도 차이에 따른 변화율(SRR)이 본 발명의 범위 내에 포함되지 못함을 확인하였다.
실험예 2
종점 검출 성능 평가
CMP 장비에 실시예 및 비교예의 연마 패드를 부착하고, 실리콘 웨이퍼의 Oxide층이 연마패드의 연마면을 향하도록 설치하였다. 연마패드 상에 하소 세리아 슬러리를 200 mL/분의 속도로 공급하면서, 6.0 psi의 하중 및 150 rpm의 속도로 Oxide막을 연마하여 웨이퍼를 연마하였다. 이때 In-situ로 컨디셔너 CI45(새솔사)를 사용하였고, 6lb 하중으로 컨디셔닝을 하며 진행하였다. 실시예 및 비교예의 연마 패드에 대해 종점 검출이 가능한지 여부를 확인하였다.
실시예 1 실시예 2 비교예
종점 검출 가능 가능 에러 발생
상기 실험 결과, 본 발명의 실시예 및 비교예의 연마 패드를 이용하여 연마 공정을 진행한 결과, 연마 장치 내에서 실시예 1은 연마 패드의 윈도우를 통해 종점 검출이 가능하여, 연마 공정의 완료가 정상적으로 작동하였으나, 실시예 2 및 비교예의 경우 에러가 발생하여 연마 공정의 진행이 불가하였다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
110: 연마패드
120: 정반
130: 반도체 기판
140: 노즐
150: 연마 슬러리
160: 연마헤드
170: 컨디셔너
200: 연마층
210: 연마 전 연마면에 대한 표면 조도
220: 연마 공정 후 연마면에 대한 표면 조도
300: 윈도우
310: 연마 전 윈도우 표면에 대한 표면 조도
320: 연마 공정 후 윈도우 표면에 대한 표면 조도

Claims (10)

  1. 연마층 및 종점 검출용 윈도우를 포함하며,
    상기 연마층 및 종점 검출용 윈도우의 표면 조도(Ra)는 하기 식 1로 표시되는 표면 조도 차이에 대한 변화율(SRR)이 1.5 내지 2.5인
    연마 패드:
    [식 1]
    Figure 112021051862975-pat00004

    여기서,
    dRa1은 연마 전 연마층의 표면 조도 및 윈도우의 표면 조도에 대한 차이이며,
    dRa2는 연마층으로 하소 세리아 슬러리를 200 mL/분로 공급하고, 웨이퍼 하중이 6.0 psi이고, 150 rpm의 속도로 60초간 산화막(Oxide)막을 연마하며, 상기 조건 하에서 웨이퍼 100장을 연마한 후 측정된 연마층의 표면 조도 및 윈도우의 표면 조도에 대한 차이이다.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 종점 검출용 윈도우는 하기 식 2로 표시되는 표면 조도 차이(wSRD)가 0.3 내지 1.5인
    연마 패드:
    [식 2]
    wSRD=|Rawi-Rawf|
    여기서,
    Rawi는 윈도우의 연마 전 표면 조도(Ra)이며,
    Rawf는 연마층으로 하소 세리아 슬러리를 200 mL/분로 공급하고, 웨이퍼 하중이 6.0 psi이고, 150 rpm의 속도로 60초간 산화막(Oxide)막을 연마하며, 상기 조건 하에서 웨이퍼 100장을 연마한 후 측정된 윈도우의 표면 조도(Ra)이다.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 연마층은 하기 식 2로 표시되는 표면 조도 차이(pSRD)가 값이 1 내지 4인
    연마 패드:
    [식 3]
    pSRD=|Rapi-Rapf|
    여기서,
    Rapi는 연마층의 연마 전 표면 조도(Ra)이며,
    Rapf는 연마층으로 하소 세리아 슬러리를 200 mL/분로 공급하고, 웨이퍼 하중이 6.0 psi이고, 150 rpm의 속도로 60초간 산화막(Oxide)막을 연마하며, 상기 조건 하에서 웨이퍼 100장을 연마한 후 측정된 연마층의 표면 조도(Ra)이다.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 윈도우는 우레탄계 프리폴리머 및 경화제를 포함하는 윈도우 조성물을 경화시킨 경화물을 포함하는
    연마 패드.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 우레탄계 프리폴리머는 미반응 NCO%가 8 내지 10%인
    연마 패드.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 연마층은 우레탄계 프리폴리머, 경화제 및 발포제를 포함하는 연마 조성물을 경화시킨 경화물을 포함하는
    연마 패드.
  7. ⅰ) 우레탄계 프리폴리머 조성물을 제조하는 단계;
    ⅱ) 상기 프리폴리머 조성물 및 경화제를 포함하는 윈도우 제조용 조성물을 제조하는 단계;
    ⅲ) 상기 윈도우 제조용 조성물을 경화하여 윈도우를 제조하는 단계; 및
    ⅳ) 연마층에 관통홀을 형성하고, 상기 관통홀에 ⅲ) 단계의 윈도우를 성형하고 삽입 및 접착하는 단계를 포함하며,
    상기 연마층 및 종점 검출용 윈도우의 표면 조도(Ra)는 하기 식 1로 표시되는 표면 조도 차이에 대한 변화율(SRR)이 1.5 내지 2.5인
    연마 패드의 제조 방법:
    [식 1]
    Figure 112021051862975-pat00005

    여기서,
    dRa1은 연마 전 연마층의 표면 조도 및 윈도우의 표면 조도에 대한 차이이며,
    dRa2는 연마층으로 하소 세리아 슬러리를 200 mL/분로 공급하고, 웨이퍼 하중이 6.0 psi이고, 150 rpm의 속도로 60초간 산화막(Oxide)막을 연마하며, 상기 조건 하에서 웨이퍼 100장을 연마한 후 측정된 연마층의 표면 조도 및 윈도우의 표면 조도에 대한 차이이다.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 ⅳ)의 윈도우를 성형하는 단계는,
    경화된 윈도우 시트를 모서리부의 곡률이 0.3 내지 5mm인 바이트를 이용하여 윈도우 시트의 두께를 1차 성형하고, 양각 금형으로 2차 성형하는 것인
    연마 패드의 제조 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 바이트는 PCD 바이트인
    연마 패드의 제조 방법.
  10. 1) 연마층 및 종점 검출용 윈도우를 포함하는 연마패드를 제공하는 단계;
    2) 상기 연마층의 연마면에 반도체 기판의 피연마면이 맞닿도록 상대 회전시키면서 상기 반도체 기판을 연마시키는 단계; 및
    3) 상기 연마패드 내 종점 검출용 윈도우를 통해 반도체 기판의 두께를 검지하고 연마 공정의 종료 시점을 검출하는 단계를 포함하며,
    상기 연마층 및 종점 검출용 윈도우의 표면 조도(Ra)는 하기 식 1로 표시되는 표면 조도 차이에 대한 변화율(SRR)이 1.5 내지 2.5인
    반도체 소자의 제조 방법:
    [식 1]
    Figure 112021051862975-pat00006

    여기서,
    dRa1은 연마 전 연마층의 표면 조도 및 윈도우의 표면 조도에 대한 차이이며,
    dRa2는 연마층으로 하소 세리아 슬러리를 200 mL/분로 공급하고, 웨이퍼 하중이 6.0 psi이고, 150 rpm의 속도로 60초간 산화막(Oxide)막을 연마하며, 상기 조건 하에서 웨이퍼 100장을 연마한 후 측정된 연마층의 표면 조도 및 윈도우의 표면 조도에 대한 차이이다.
KR1020210057725A 2021-05-04 2021-05-04 연마 패드, 연마 패드의 제조 방법 및 이를 이용한 반도체 소자의 제조 방법 KR102488101B1 (ko)

Priority Applications (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210057725A KR102488101B1 (ko) 2021-05-04 2021-05-04 연마 패드, 연마 패드의 제조 방법 및 이를 이용한 반도체 소자의 제조 방법
CN202210456578.2A CN115302401B (zh) 2021-05-04 2022-04-27 抛光垫、抛光垫的制备方法以及半导体器件的制造方法
JP2022075508A JP7383071B2 (ja) 2021-05-04 2022-04-28 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
EP22170775.5A EP4086040A1 (en) 2021-05-04 2022-04-29 Polishing pad, manufacturing method thereof, method for manufacturing semiconductor device using same
US17/735,244 US20220371155A1 (en) 2021-05-04 2022-05-03 Polishing pad, manufacturing method thereof, method for manufacturing semiconductor device using same
TW111116742A TWI808744B (zh) 2021-05-04 2022-05-04 拋光墊、拋光墊的製備方法以及利用該拋光墊的半導體裝置的製造方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210057725A KR102488101B1 (ko) 2021-05-04 2021-05-04 연마 패드, 연마 패드의 제조 방법 및 이를 이용한 반도체 소자의 제조 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20220150574A KR20220150574A (ko) 2022-11-11
KR102488101B1 true KR102488101B1 (ko) 2023-01-12

Family

ID=81449135

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020210057725A KR102488101B1 (ko) 2021-05-04 2021-05-04 연마 패드, 연마 패드의 제조 방법 및 이를 이용한 반도체 소자의 제조 방법

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20220371155A1 (ko)
EP (1) EP4086040A1 (ko)
JP (1) JP7383071B2 (ko)
KR (1) KR102488101B1 (ko)
CN (1) CN115302401B (ko)
TW (1) TWI808744B (ko)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001179607A (ja) 1999-12-22 2001-07-03 Toray Ind Inc 研磨用パッドおよびそれを用いた研磨装置及び研磨方法
JP2005088128A (ja) 2003-09-17 2005-04-07 Sanyo Electric Co Ltd 研磨パッドのドレッシング方法及び製造装置
KR101889081B1 (ko) 2017-03-16 2018-08-16 에스케이씨 주식회사 연마패드 및 이의 제조방법
KR101945874B1 (ko) 2017-08-07 2019-02-11 에스케이씨 주식회사 표면 처리된 연마패드용 윈도우 및 이를 포함하는 연마패드

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003285257A (ja) * 2002-03-28 2003-10-07 Toray Ind Inc 研磨パッド、研磨装置および半導体の製造方法
US6676483B1 (en) * 2003-02-03 2004-01-13 Rodel Holdings, Inc. Anti-scattering layer for polishing pad windows
JP2008226911A (ja) * 2007-03-08 2008-09-25 Jsr Corp 化学機械研磨用パッド、化学機械研磨用積層体パッド、および化学機械研磨方法
JP4931133B2 (ja) * 2007-03-15 2012-05-16 東洋ゴム工業株式会社 研磨パッド
JP5732354B2 (ja) * 2011-09-01 2015-06-10 東洋ゴム工業株式会社 研磨パッド
US9597769B2 (en) * 2012-06-04 2017-03-21 Nexplanar Corporation Polishing pad with polishing surface layer having an aperture or opening above a transparent foundation layer
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
JP2016074046A (ja) * 2014-10-03 2016-05-12 東洋ゴム工業株式会社 研磨パッド
KR102652045B1 (ko) * 2017-01-11 2024-03-29 주식회사 케이씨텍 화학 기계적 연마장치 및 그 제어방법
KR101835090B1 (ko) * 2017-05-29 2018-03-06 에스케이씨 주식회사 다공성 폴리우레탄 연마패드 및 이를 사용하여 반도체 소자를 제조하는 방법
US11072050B2 (en) * 2017-08-04 2021-07-27 Applied Materials, Inc. Polishing pad with window and manufacturing methods thereof
KR101945869B1 (ko) * 2017-08-07 2019-02-11 에스케이씨 주식회사 우수한 기밀성을 갖는 연마패드
KR102580487B1 (ko) * 2018-06-18 2023-09-21 주식회사 케이씨텍 패드 모니터링 장치 및 이를 포함하는 패드 모니터링 시스템, 패드 모니터링 방법
JP2022553347A (ja) * 2019-10-22 2022-12-22 シーエムシー マテリアルズ，インコーポレイティド 酸化ケイ素に比べて窒化ケイ素およびポリシリコンについて高い選択性を有する研磨組成物および方法
KR102237321B1 (ko) * 2020-06-19 2021-04-07 에스케이씨솔믹스 주식회사 연마패드, 이의 제조방법 및 이를 이용한 반도체 소자의 제조방법

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001179607A (ja) 1999-12-22 2001-07-03 Toray Ind Inc 研磨用パッドおよびそれを用いた研磨装置及び研磨方法
JP2005088128A (ja) 2003-09-17 2005-04-07 Sanyo Electric Co Ltd 研磨パッドのドレッシング方法及び製造装置
KR101889081B1 (ko) 2017-03-16 2018-08-16 에스케이씨 주식회사 연마패드 및 이의 제조방법
KR101945874B1 (ko) 2017-08-07 2019-02-11 에스케이씨 주식회사 표면 처리된 연마패드용 윈도우 및 이를 포함하는 연마패드

Also Published As

Publication number Publication date
CN115302401A (zh) 2022-11-08
JP2022172453A (ja) 2022-11-16
JP7383071B2 (ja) 2023-11-17
US20220371155A1 (en) 2022-11-24
TWI808744B (zh) 2023-07-11
EP4086040A1 (en) 2022-11-09
KR20220150574A (ko) 2022-11-11
TW202243806A (zh) 2022-11-16
CN115302401B (zh) 2024-03-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3974109B1 (en) Polishing pad, manufacturing method thereof and preparing method of semiconductor device using the same
KR102512675B1 (ko) 연마 패드, 연마 패드의 제조 방법 및 이를 이용한 반도체 소자의 제조 방법
KR102488101B1 (ko) 연마 패드, 연마 패드의 제조 방법 및 이를 이용한 반도체 소자의 제조 방법
KR102502516B1 (ko) 연마 패드, 연마 패드의 제조 방법 및 이를 이용한 반도체 소자의 제조 방법
KR102293781B1 (ko) 연마패드, 이의 제조방법 및 이를 이용한 반도체 소자의 제조방법
KR102421208B1 (ko) 연마 패드 및 이를 이용한 반도체 소자의 제조 방법
KR102488115B1 (ko) 연마 패드, 연마 패드의 제조 방법 및 이를 이용한 반도체 소자의 제조 방법
KR102488112B1 (ko) 연마 패드, 연마 패드의 제조 방법 및 이를 이용한 반도체 소자의 제조 방법
KR102497825B1 (ko) 연마 패드, 연마 패드의 제조 방법 및 이를 이용한 반도체 소자의 제조 방법
KR102421888B1 (ko) 연마 패드, 연마 패드의 제조 방법 및 이를 이용한 반도체 소자의 제조 방법
KR102423956B1 (ko) 연마 패드, 연마 패드의 제조 방법 및 이를 이용한 반도체 소자의 제조 방법
KR102420673B1 (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
US20220379427A1 (en) Polishing system, polishing pad and method of manufacturing semiconductor device
KR102489678B1 (ko) 연마패드용 시트, 연마패드 및 반도체 소자의 제조방법
KR102446023B1 (ko) 조립식 연마 패드, 연마패드의 제조 방법 및 이를 이용한 반도체 소자의 제조 방법
TW202320154A (zh) 拋光墊的翻新方法、半導體裝置的製造方法及製造裝置
KR20230006365A (ko) 연마패드 및 이를 이용한 반도체 소자의 제조방법
KR20220046017A (ko) 연마패드 및 이를 이용한 반도체 소자의 제조방법

Legal Events

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