KR102526513B1 - 연마패드 접착필름, 이를 포함하는 연마패드 적층체 및 웨이퍼의 연마방법 - Google Patents

연마패드 접착필름, 이를 포함하는 연마패드 적층체 및 웨이퍼의 연마방법 Download PDF

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Abstract

연마패드 접착필름, 이를 포함하는 연마패드 및 웨이퍼 연마방법에 관한 것이다. 일 실시예에 따른 연마패드 접착필름은 정반 및 연마패드 접착 시 불필요한 기공 발생을 최소화하고, 이를 적용한 연마패드를 통해 웨이퍼 표면 연마 시, 보다 균일한 연마 속도를 갖도록 할 수 있다.

Description

연마패드 접착필름, 이를 포함하는 연마패드 적층체 및 웨이퍼의 연마방법{ADHESIVE FILM FOR POLISHING PAD, LAMINATED POLISHING PAD COMPRISING THE SAME AND METHOD OF POLISHING A WAFER}
연마패드 접착필름, 이를 포함하는 연마패드 적층체 및 웨이퍼 연마방법을 개시한다.
웨이퍼 제조공정 중 래핑 공정이나 연마 공정은 웨이퍼의 평탄도, 스크래치, 결함 등 소자의 수율 및 생산성에 큰 영향을 주는 중요한 인자 중 하나로 보고 있다. 상기 연마 공정은 슬러리를 연마제로 사용하여 정반 가압 하에 연마패드와 웨이퍼의 마찰을 통하여 연마를 진행하는 고정이며, 연마장치는 정반 및 웨이퍼가 고정된 연마헤드가 독립적으로 회전하는 구조를 갖는다.
이러한 연마공정에 사용되는 연마패드는 화학적 기계적 평탄화(chemical mechanical planarization, CMP) 공정 중 균일한 연마 작업을 통해 웨이퍼 상의 불필요한 부분을 제거하고 웨이퍼 표면을 평탄하게 하는 역할을 한다.
상기 연마패드의 표면은 슬러리의 유동을 발생시키는 그루브와 기공으로 이루어져 있다. 균일한 연마 성능을 구현하기 위해 연마패드를 정반에 부착하는 과정에서 기공 발생을 최소화하고, 웨이퍼 연마 시 웨이퍼 표면 특성을 향상시키는 방안 및 부착방법 간소화 방안에 대해 고려할 필요가 있다.
전술한 배경기술은 발명자가 구현예의 도출을 위해 인지하고 있었거나, 도출 과정에서 습득한 기술 정보로서, 반드시 본 발명의 출원 전에 일반 공중에게 공개된 공지기술이라 할 수는 없다.
관련 선행기술로, 한국 공개특허공보 10-2013-0108476에 개시된 "적층 연마 패드용 핫멜트 접착제 시트, 및 적층 연마 패드용 접착제층 부착 지지층" 및 한국 공개특허공보 10-2015-0026903에 개시된 "화학적 기계적 연마 패드"가 있다.
구현예의 목적은 특유의 관통홀을 갖는 접착필름을 통해 연마패드 및 정반에 손쉽게 부착 가능하도록 하고, 불필요한 기공 발생을 최소화하는 데 있다.
구현예의 다른 목적은 웨이퍼의 연마 시 보다 균일한 웨이퍼 표면 특성을 갖도록 하는 연마패드 접착필름을 제공하는 데 있다.
구현예의 또 다른 목적은 연마패드 사용 후 교체 시 탈착이 용이하게 이루어지는 연마패드 접착필름을 제공하는 데 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여, 구현예에 따른 연마패드 접착필름은,
복수 개의 관통홀들을 포함하고,
전체를 기준으로 상기 복수 개의 관통홀들의 체적분율은 6 % 내지 10.89 %이고,
연마패드 및 정반 사이에 개재한 후 27.6 kPa의 압력으로 두께 방향으로 1축 압축 시, 상기 접착필름의 압축률이 1.27 % 이상 1.59 % 이하일 수 있다.
일 구현예에 있어서, 상기 관통홀의 높이 방향에 수직한 단면의 형상은 단일폐곡선일 수 있다.
일 구현예에 있어서, 상기 관통홀들은 일 관통홀과 서로 이웃하는 타 관통홀을 포함하고,
상기 일 관통홀과 상기 타 관통홀 간 간격이 2 mm 내지 20 mm일 수 있다.
일 구현예에 있어서, 상기 관통홀들은 평균 면적이 100 mm2 이하일 수 있다.
일 구현예에 있어서, 상기 접착필름의 일면을 기준으로 상기 관통홀의 개수는 3개 내지 300개일 수 있다.
일 구현예에 있어서, 상기 복수 개의 관통홀들의 체적분율은 4 % 내지 18 %일 수 있다.
일 구현예에 있어서, 상기 접착필름의 ASTM D3330에 따른 박리력은 1.0 kgf/in 내지 3.0 kgf/in일 수 있다.
일 구현예에 있어서, 상기 접착필름의 두께는 20 μm 내지 300 μm일 수 있다.
일 구현예에 있어서, 상기 관통홀을 포함하지 않는 것을 제외하고 동일한 연마패드 접착필름 대비 압축률이 0.5 % 내지 2.66 % 증가한 것일 수 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여, 구현예에 따른 연마패드 적층체는,
연마패드; 및 상기 연마패드의 일면에 부착된 상기에 따른 연마패드 접착필름;을 포함할 수 있다.
일 구현예에 있어서, 상기 연마패드 적층체는, 웨이퍼 가장자리에서 중심 방향으로 반경의 10 %까지 차지하는 가장자리 영역을 제외한 내부영역에서, 하기 식 1에 의해 계산되는 웨이퍼 연마속도(Å/분)의 표준편차가 40 이하일 수 있다.
[식 1]
연마속도 = 분당 웨이퍼의 연마두께(Å/분)
상기의 목적을 달성하기 위하여, 구현예에 따른 웨이퍼의 연마방법은,
정반에 부착된 상기에 따른 연마패드 적층체 및 웨이퍼를 고정한 연마헤드를 준비하는 준비단계; 및
슬러리를 가하며 상기 웨이퍼를 상기 연마패드 적층체의 연마패드 상에 접촉시키되, 상기 정반 및 연마헤드 중 어느 하나 이상을 회전시키는 연마단계;를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 연마패드 접착필름은 정반 및 연마패드 접착 시 불필요한 기공 발생을 최소화하고, 이를 적용한 연마패드를 통해 웨이퍼 표면 연마 시, 보다 균일한 연마 속도를 갖도록 할 수 있다. 또한, 연마과정을 진행한 후에 정반으로부터 연마패드를 제거할 때, 정반에 접착층 등의 잔여물에 실질적으로 남지 않도록 제거하는 것을 보다 용이하게 할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 접착필름(100)이 정반(300) 및 연마패드(200) 사이에 개지된 일례를 나타낸 정면도.
도 2는 일 실시예에 따른 접착필름(100)의 일례들을 나타낸 상면도.
도 3은 일 실시예에 따른 웨이퍼의 연마방법에 적용될 수 있는 웨이퍼 연마장치의 일례를 나타낸 개념도.
도 4는 웨이퍼 중심으로부터 가장자리 방향으로 거리(mm)에 따른 비교예들(CE 1, CE 2) 및 실시예들(Ex 1, Ex2)의 연마속도(Å/분)를 나타낸 그래프.
도 5는 웨이퍼 가장자리에서 중심 방향으로 반경의 10 % 부분까지 차지하는 가장자리 영역을 제외한 내부영역에서, 웨이퍼 중심으로부터 가장자리 방향으로 거리(mm)에 따른 비교예들(CE 1, CE 2) 및 실시예들(Ex 1, Ex 2)의 연마속도(Å/분)를 나타낸 그래프.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 하나 이상의 구현예에 대하여 첨부한 도면을 참고로 하여 상세히 설명한다. 그러나 구현예들은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다.
본 명세서에서, 어떤 구성이 다른 구성을 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 그 외 다른 구성을 제외하는 것이 아니라 다른 구성들을 더 포함할 수도 있음을 의미한다.
본 명세서에서, 어떤 구성이 다른 구성과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 '직접적으로 연결'되어 있는 경우만이 아니라, '그 중간에 다른 구성을 사이에 두고 연결'되어 있는 경우도 포함한다.
본 명세서에서, A 상에 B가 위치한다는 의미는 A 상에 직접 맞닿게 B가 위치하거나 그 사이에 다른 층이 위치하면서 A 상에 B가 위치하는 것을 의미하며 A의 표면에 맞닿게 B가 위치하는 것으로 한정되어 해석되지 않는다.
본 명세서에서, 마쿠시 형식의 표현에 포함된 "이들의 조합"의 용어는 마쿠시 형식의 표현에 기재된 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 혼합 또는 조합을 의미하는 것으로서, 상기 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 의미한다.
본 명세서에서, "A 및/또는 B"의 기재는, "A, B, 또는, A 및 B"를 의미한다.
본 명세서에서, “제1”, “제2” 또는 “A”, “B”와 같은 용어는 특별한 설명이 없는 한 동일한 용어를 서로 구별하기 위하여 사용된다.
본 명세서에서 단수 표현은 특별한 설명이 없으면 문맥상 해석되는 단수 또는 복수를 포함하는 의미로 해석된다.
발명자들은 연마패드를 간소화된 방법으로 정반에 부착하는 방법과, 웨이퍼 연마공정에서 균일한 연마 성능을 구현하기 위해 연마패드를 정반에 부착하는 과정에서 기공 발생을 최소화하는 방안을 고려하던 중, 특유의 관통홀 및 압축률을 갖는 구비된 연마패드 접착필름을 발명하였으며, 구현예를 제시한다.
연마패드 접착필름
상기의 목적을 달성하기 위하여, 일 실시예에 따른 연마패드 접착필름(100)은,
복수 개의 관통홀들을 포함하고,
전체를 기준으로 상기 복수 개의 관통홀들의 체적분율은 3 % 내지 20 %이고,
연마패드 및 정반 사이에 개재한 후 1축 압축 시, 상기 접착필름의 압축률이 0.98 % 이상일 수 있다.
상기 관통홀(101)들은 상기 접착필름을 기준으로 상하 관통된 구멍을 의미하고, 통상의 펀칭수단을 통해 형성할 수 있다.
상기 관통홀(101)들의 평균 면적은 100 mm2 이하일 수 있고, 75 mm2 이하일 수 있다. 상기 평균 면적은 상기 관통홀들의 면적의 합을 관통홀들의 갯수로 나눈 것이고, 관통홀의 높이 방향과 수직한 단면을 기준으로 한 것일 수 있다. 상기 평균 면적은 4 mm2 이상일 수 있고, 6 mm2 이상일 수 있다. 상기 관통홀들의 평균 면적이 100 mm2를 초과하거나, 4 mm2 미만이라면, 이를 적용한 연마패드를 통해 웨이퍼 연마 시 표면이 균질하게 연마되지 못할 우려가 있다.
상기 관통홀(101)은 모두 실질적으로 동일한 면적을 가질 수 있고, 서로의 상대 위치에 따라 서로 구분되는 면적을 가질 수 있다.
상기 관통홀(101)은 높이 방향을 기준으로 그 횡단면이 실질적으로 일정한 형상을 가질 수 있다.
상기 관통홀(101)은 높이 방향을 기준으로 그 횡단면의 단면 형상은 단일폐곡선 형상일 수 있다. 예를 들어, 원 또는 변과 곡선을 갖는 도형일 수 있고, 도 2에 도시한 바와 같이 원형(a)일 수 있고, 사각형(b)일 수 있고, 삼각형(c)일 수 있고, 타원형일 수 있고, 3 내지 8개의 변을 갖는 다각형일 수 있다.
상기 관통홀(101)의 높이 방향과 수직한 단면은 가로 길이(w)가 1 mm 내지 20 mm일 수 있고, 세로 길이(l)가 1 mm 내지 20 mm일 수 있다.
상기 관통홀(101)들은 일 관통홀과 서로 이웃하는 타 관통홀을 포함할 수 있고, 상기 일 관통홀과 타 관통홀 간 간격은 2 mm 내지 20 mm일 수 있다.
상기 관통홀(101)들이 배치되는 패턴은 규칙적일 수도 있고, 불규칙적일 수도 있다. 상기 관통홀이 배치되는 패턴이 가로 간격(d1) 세로 간격(d2)이 일정한 규칙적인 패턴일 경우, 관통홀들 간 간격(d1, d2)은 2 mm 내지 20 mm일 수 있고, 3 mm 내지 15 mm일 수 있다. 상기 간격 범위를 갖는 접착필름은 연마패드 및 정반에 접착 시 불필요한 기공 발생을 최소화할 수 있고, 연마패드 교체과정에서 정반과의 제거 또한 용이하게 이루어질 수 있다. 상기 관통홀들이 배치되는 패턴이 불규칙적인 경우, 상기 관통홀들 중 일 관통홀과 최대 인접한 타 관통홀 간 간격이 2 mm 이상일 수 있고, 20 mm 이하일 수 있다.
상기 간격은 상기 연마패드 접착필름(100)의 두께 방향을 바라보는 관점에서 평면도 상의 간격일 수 있다.
상기 관통홀(101)의 개수는 상기 접착필름의 일면을 기준으로 3개 내지 300개일 수 있고, 9개 내지 280개일 수 있고, 16개 내지 250개일 수 있다. 상기 관통홀은 적절한 개수 범위를 가짐으로써, 안정적으로 최적의 관통홀을 확보할 수 있다.
상기 연마패드 접착필름 전체를 기준으로 상기 복수 개의 관통홀(101)들의 체적분율은 전체 접착필름 대비 3 % 내지 20 %일 수 있고, 4 % 내지 18 %일 수 있으며, 6 % 내지 15 %일 수 있다. 상기 체적분율은 관통홀 형성 전 연마패드 접착필름의 체적에서, 상기 복수 개의 관통홀들이 갖는 체적의 합이 차지하는 비율일 수 있다. 상기 체적분율을 갖는 접착필름을 연마패드 및 정반에 적용하여 웨이퍼 연마 시 균일한 웨이퍼 표면 특성을 얻을 수 있다. 상기 체적분율이 상한을 초과할 경우, 정반 및 연마패드와의 부착이 효과적으로 이루어지지 못할 수 있고, 상기 체적분율이 하한보다 미만일 경우, 균일한 웨이퍼 표면 특성을 얻지 못할 우려가 있다.
상기 연마패드 접착필름(100)은 개구율이 3 % 내지 20 %일 수 있고, 4 % 내지 18 %일 수 있으며, 6 % 내지 15 %일 수 있다. 상기 개구율은 다음과 같이 나타낼 수 있다.
개구율 = (관통홀의 표면 단면적/접착필름의 표면 단면적)×100 %
상기 표면 단면적은 상기 연마패드 접착필름(100)의 두께 방향과 수직한 표면을 기준으로 측정한 것일 수 있다.
상기 관통홀(101)들의 패턴은, 상기 연마패드 접착필름(100)의 일면을 서로 인접하고 동일한 면적인, 복수 개의 패턴영역들로 구분하는 구분단계; 상기 패턴영역의 중심에 기준점을 배치하는 타점단계; 상기 기준점을 중심으로 관통홀의 형상을 설정하는 설정단계;를 통해 형성될 수 있다. 상기 구분단계는 상기 영역들이 상기 연마패드 접착필름의 일면 상에서 최대 갯수를 갖도록 할 수 있고, 상기 각 패턴영역의 평균 면적은 4 mm2 내지 100 mm2 일 수 있고, 그 형상은 단일폐곡선, 다각형 등일 수 있다. 상기 설정단계는 예를 들어, 상기 기준점을 중심으로 한 원, 타원, 삼각형, 사각형, 다각형 등의 형상을 설정할 수 있다.
상기 연마패드 접착필름(100)은 ASTM D3330에 따라 박리력(점착력)을 측정하였으며, 이에 따른 박리력이 1.0 kgf/in 내지 3.0 kgf/in일 수 있고, 1.3 kgf/in 내지 1.7 kgf/in일 수 있다. 상기 박리력을 만족하는 접착필름은 연마패드 및 정반에 적용 시 웨이퍼 연마과정에서 탈리를 방지할 수 있고, 안정적인 접착력을 기대할 수 있으며, 연마패드의 교체 시 용이하게 제거 가능하다.
부착된 상기 연마패드 접착필름(100)의 연마패드 또는 정반으로부터 제거는 물리적으로 제거한다.
상기 연마패드 접착필름(100)의 압축률은, 연마패드 및 정반 사이에 상기 접착필름을 개재한 후 1축 압축하는 조건에서, 0.98 % 이상일 수 있고, 1.08 % 이상일 수 있으며, 1.27 % 이상일 수 있다. 상기 압축률은 3.3 % 이하일 수 있고, 2.97 % 이하일 수 있으며, 2.48 % 이하일 수 있다. 상기 압축률은 상기 접착필름의 두께변화율로, 상기 범위를 만족하는 접착필름은 접착 시 상기 관통홀을 통해 안정적으로 기공을 확보할 수 있고, 연마패드 및 정반에 적용하여 웨이퍼 연마 시 연마 속도 편차를 최소화할 수 있다. 상기 압축률은 하기 실험예에서 기재한 Yasuda 社의 장치를 통해 측정될 수도 있고, 본 명세서에 기재된 웨이퍼를 정반에 접촉시킬 시 압력에 해당하는 조건에서 측정될 수도 있다.
상기 연마패드 접착필름(100)은 상기 관통홀(101)을 포함하지 않는 것을 제외하고 동일한 연마패드 접착필름 대비 압축률이 0.5 % 내지 2.66 % 증가한 것일 수 있고, 0.55 % 내지 2.39 % 증가한 것일 수 있다.
상기 연마패드 접착필름(100)의 두께는 20 μm 내지 300 μm일 수 있고, 25 μm 내지 225 μm일 수 있다. 상기 두께를 갖는 접착필름은 연마패드(200)와 정반(300) 사이에 개재 시 양호한 접착력과, 연마패드 교체 시 적절한 탈리 정도를 나타낼 수 있고, 제조에 필요한 원료 낭비를 최소화할 수 있다.
상기 연마패드 접착필름(100)의 외형은 연마패드(200) 및 정반(300)의 외형과 대응되도록 할 수 있고, 원, 도넛 형상 등일 수 있다.
연마패드 접착필름 제조방법
상기의 목적을 달성하기 위하여, 일 실시예에 따른 연마패드 접착필름 제조방법은,
열가소성 수지를 포함하는 핫멜트 접착제를 임의의 기판 상에 도포 및 경화하여 접착필름을 형성하는 도포단계; 및
상기 접착필름에 기 설정된 패턴으로 관통홀을 형성하는 펀칭단계;를 포함할 수 있다.
예를 들어, 폴리우레탄계 수지, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 수지, 폴리에스테르계 수지, 에틸렌-아세트산 비닐계 수지, 폴리아미드계 수지 및 폴리올레핀계 수지 중 선택된 하나 이상일 수 있다.
상기 도포단계에서 도포 두께는 20 μm 내지 350 μm일 수 있고, 25 μm 내지 250 μm일 수 있다.
상기 펀칭단계의 패턴 형성과정은, 상기 접착필름을 서로 인접한 복수 개의 패턴영역들로 구분하는 구분단계; 상기 패턴영역의 중심에 기준점을 배치하는 타점단계; 상기 기준점을 중심으로 관통홀의 형상을 설정하는 설정단계;를 포함할 수 있다. 상기 구분단계는 상기 정사각 영역들이 상기 접착필름 상에서 최대 갯수를 갖도록 할 수 있고, 상기 각 패턴영역의 면적은 4 mm2 내지 100 mm2 일 수 있고, 그 형상은 단일폐곡선, 다각형 등일 수 있다.
상기 패턴 형성 후 펀칭 시 형성되는 관통홀(101)의 특징이 다음과 같도록 이루어질 수 있다. 상기 관통홀(101)들은 평균 면적이 100 mm2 이하일 수 있고, 75 mm2 이하일 수 있다. 상기 평균 면적은 상기 관통홀들의 면적의 합을 관통홀들의 갯수로 나눈 것이고, 관통홀의 높이 방향과 수직한 단면을 기준으로 한 것일 수 있다. 상기 평균 면적은 4 mm2 이상일 수 있고, 6 mm2 이상일 수 있다. 상기 관통홀들은 각각 실질적으로 동일한 면적을 가질 수도 있다.
상기 관통홀은 높이 방향과 수직한 단면 형상이 단일폐곡선 형상일 수 있다. 예를 들어, 변과 곡선을 갖는 도형일 수 있고, 도 2에 도시한 바와 같이 원형(a)일 수 있고, 사각형(b)일 수 있고, 삼각형(c)일 수 있고, 타원형일 수 있고, 3 내지 8개의 변을 갖는 다각형일 수 있다. 상기 관통홀들이 배치되는 패턴은 규칙적일 수도 있고, 불규칙적일 수도 있다. 상기 관통홀은 높이 방향을 기준으로 그 횡단면은 일정한 면적을 가질 수 있다.
상기 관통홀들은 일 관통홀과 서로 이웃하는 타 관통홀을 포함할 수 있고, 상기 일 관통홀과 타 관통홀 간 간격은 2 mm 내지 20 mm일 수 있다. 상기 관통홀이 배치되는 패턴이 가로 세로 간격이 일정한 규칙적인 패턴일 경우, 관통홀들 간 간격은 2 mm 내지 20 mm일 수 있고, 3 mm 내지 15 mm일 수 있다. 상기 관통홀들이 배치되는 패턴이 불규칙적인 경우, 상기 패턴 형성과정에서 설정된 관통홀 형상 일부는 펀칭되지 않도록 할 수 있고, 상기 관통홀들 중 일 관통홀과 최대 인접한 타 관통홀 간 간격이 2 mm 이상일 수 있으며, 20 mm 이하일 수 있다. 상기 간격은 상기 연마패드 접착필름의 두께 방향을 바라보는 관점에서 평면도 상의 간격일 수 있다.
상기 관통홀의 개수는 상기 접착필름의 일면을 기준으로 3개 내지 300개일 수 있고, 9개 내지 280개일 수 있고, 16개 내지 250개일 수 있다. 상기 연마패드 접착필름 전체를 기준으로 상기 복수 개의 관통홀들의 체적분율은 전체 접착필름 대비 3 % 내지 20 %일 수 있고, 4 % 내지 18 %일 수 있으며, 6 % 내지 15 %일 수 있다. 상기 체적분율은 관통홀 형성 전 연마패드 접착필름의 체적에서, 상기 복수 개의 관통홀들이 갖는 체적의 합이 차지하는 비율일 수 있다.
상기 연마패드 접착필름 제조방법은 상기 펀칭단계 이후 상기 임의의 기판 상으로부터 상기 접착필름을 분리하는 단계를 더 포함할 수 있다.
연마패드 적층체
상기의 목적을 달성하기 위하여, 일 실시예에 따른 연마패드 적층체는,
연마패드(200); 및 상기 연마패드의 일면에 부착된 상기 연마패드 접착필름(100)을 포함한다.
상기 연마패드 적층체의 연마패드(200)는 웨이퍼를 연마하고자 하는 일면과, 그 반대면인 타면을 포함할 수 있고, 상기 연마패드 접착필름(100)은 상기 타면에 부착될 수 있다.
상기 연마패드(200)는 폴리우레탄 수지 및 폴리우레탄 수지 내에 형성된 기공들을 포함할 수 있다.
상기 연마패드(200)는 우레탄계 프리폴리머, 경화제, 반응속도 조절제 및 발포제를 포함하는 조성물로부터 형성된 것일 수 있다. 상기 프리폴리머란 일종의 최종품을 제조하는 데 있어 성형하기 쉽도록 중합도를 중간 단계에서 중지시킨, 비교적 낮은 분자량을 갖는 고분자를 의미한다. 상기 프리폴리머는 그 자체 또는 기타 중합성 화합물과 반응시킨 후 성형할 수 있다. 예를 들어, 상기 우레탄계 프리폴리머는 이소시아네이트계 화합물과 폴리올을 반응시켜 제조될 수 있고, 미반응 이소시아네이트기를 포함할 수 있다.
상기 이소시아네이트계 화합물은 예를 들어, 톨루엔 디이소시아네이트 (toluene diisocyanate), 나프탈렌-1,5-디이소시아네이트(naphthalene-1,5-diisocyanate), 파라페닐렌 디이소시아네이트(p-phenylene diisocyanate), 토리딘 디이소시아네이트(tolidine diisocyanate), 4,4'-디페닐메탄 디이소시아네이트(4,4'-diphenyl methane diisocyanate), 헥사메틸렌 디이소시아네이트(hexamethylene diisocyanate), 디시클로헥실메탄 디이소시아네이트(dicyclohexylmethane diisocyanate) 및 이소포론 디이소시아네이트(isoporone diisocyanate) 중 선택된 하나 이상일 수 있다.
상기 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 g/mol 내지 3,000 g/mol의 중량평균분자량(Mw)을 가질 수 있다.
상기 경화제는 아민 화합물 및 알코올 화합물 중 선택된 하나 이상일 수 있다. 예를 들어, 상기 경화제는 4,4'-메틸렌비스(2-클로로아닐린)(MOCA), 디에틸톨루엔디아민 (diethyltoluenediamine), 디아미노디페닐 메탄(diaminodiphenyl methane), 디아미노디페닐 설폰(diaminodiphenyl sulphone), m-자일릴렌 디아민(m-xylylene diamine), 이소포론디아민(isophoronediamine), 에틸렌디아민(ethylenediamine), 디에틸렌트리아민(diethylenetriamine), 트리에틸렌테트라아민 (triethylenetetramine), 폴리프로필렌디아민(polypropylenediamine), 폴리프로필렌트리아민(polypropylenetriamine), 에틸렌글리콜(ethyleneglycol), 디에틸렌글리콜(diethyleneglycol), 디프로필렌글리콜(dipropyleneglycol), 부탄디올(butanediol), 헥산디올(hexanediol), 글리세린(glycerine), 트리메틸올프로판(trimethylolpropane) 및 비스(4-아미노-3-클로로페닐)메탄(bis(4-amino-3-chlorophenyl)methane) 중 선택된 하나 이상일 수 있다.
상기 반응속도 조절제는 반응 촉진제 또는 반응 지연제일 수 있다.
상기 반응 촉진제는 벤질디메틸아민(benzyldimethylamine), N,N-디메틸시클로헥실아민(N,N-dimethyl cyclohexyl amine, DMCHA) 및 트리에틸아민(triethyl amine, TEA) 중 선택된 하나 이상일 수 있다.
상기 반응 지연제는 산 화합물, 벤조일클로라이드 등일 수 있다.
상기 발포제는 공극을 가지는 고상발포제, 휘발성 액체가 충진된 액상발포제 및 불활성가스 중 선택된 하나 이상일 수 있다.
상기 고상발포제는 열 팽창된 마이크로캡슐일 수 있고, 상기 열 팽창된 마이크로캡슐은 마이크로캡슐을 가열 팽창시켜 얻어진 것일 수 있다. 상기 마이크로캡슐은 열가소성 수지를 포함하는 외피; 및 상기 외피 내부에 봉입된 발포제를 포함할 수 있다. 상기 열가소성 수지는 염화비닐리덴계 공중합체, 아크릴로니트릴계 공중합체, 메타크릴로니트릴계 공중합체 및 아크릴계 공중합체 중 선택된 하나 이상일 수 있다. 상기 봉입된 발포제는 탄소수 1 내지 7의 탄화수소를 포함하는 것일 수 있다.
상기 연마패드(200)는 두께가 1 mm 내지 5 mm일 수 있고, 1.5 mm 내지 3 mm일 수 있다. 상기 범위에서 양호한 물성을 나타낼 수 있다.
상기 연마패드(200)는 표면에 기계적 연마를 위한 그루브(groove)를 가질 수 있다. 상기 그루브는 기계적 연마를 위한 적절한 깊이, 너비 및 간격을 가질 수 있다.
상기 연마패드(200)는 쇼어 경도가 30 Sh D 내지 80 Sh D일 수 있고, 40 Sh d 내지 70 Sh D일 수 있다.
상기 연마패드(200)의 비중은 0.6 g/cm3 내지 0.9 g/cm3일 수 있다.
상기 연마패드(200)는 상기 연마패드 접착필름(100)이 접착되는 타면의 산술평균 거칠기(Ra)가 1 μm 내지 30 μm일 수 있고, 1 μm 내지 20 μm일 수 있다. 상기 거칠기를 갖는 연마패드는 연마패드 접착필름과의 우수한 접착력을 나타낼 수 있고, 불필요한 기공 발생을 최소화할 수 있다.
상기 연마패드(200)는 복수 개의 기공을 포함할 수 있고, 상기 기공의 평균 크기는 10 μm 내지 100 μm일 수 있다. 또한, 상기 연마패드는 표면에 노출된 개방형 기공을 포함할 수 있고, 상기 개방형 기공의 평균 크기는 3 μm 내지 80 μm일 수 있다. 상기 개방형 기공의 크기는 상기 개방형 기공의 입구의 표면 형상(둘레)과 동일한 면적을 갖는 도형의 최대길이를 의미할 수 있다.
상기 연마패드 적층체에 부착된 연마패드 접착필름(100)은 기술한 바와 동일하다.
상기 연마패드 적층체는, 실리카 슬러리를 이용하여 웨이퍼 연마 시, 웨이퍼 가장자리로부터 중심 방향으로 반경의 10 %까지 차지하는 가장자리 면적을 제외한 내부영역에서 하기 식 1에 의해 계산되는 웨이퍼 연마속도(Å/분)의 표준편차가 40 이하일 수 있고, 35 이하일 수 있으며, 30 이하일 수 있고, 25 이하일 수 있다. 상기 표준편차는 10 이상일 수 있다.
[식 1]
연마속도 = 분당 웨이퍼의 연마두께(Å/분)
상기 식 1에서, 웨이퍼의 연마두께는 연마 전후 웨이퍼의 두께 변화량을 나타낸다.
상기 연마패드 적층체가 상기 연마속도 표준편차를 가짐으로써, 웨이퍼의 가장자리로부터 중심방향으로 반경의 10 %까지 차지하는 가장자리 영역을 제외한 내부영역에서 균일한 웨이퍼 표면을 얻을 수 있다.
상기 연마패드 적층체는, 실리카 슬러리를 이용하여 웨이퍼 연마 시, 상기 식 1에 따른 연마속도가 2580 이상일 수 있고, 2600 이상일 수 있으며, 2900 이하일 수 있다.
웨이퍼의 연마방법
상기의 목적을 달성하기 위하여, 일 실시예에 따른 웨이퍼 연마방법은 상기의 연마패드 적층체를 통해 연마하는 연마단계를 포함한다.
상기 연마단계는 도 3을 참고하면, 정반(300) 상에 상기 연마패드 적층체를 부착하고, 분사노즐(500)에서 공급되는 슬러리(S)와 함께 웨이퍼를 상기 연마패드 적층체의 연마패드(200) 상에 접촉시키되, 웨이퍼(W)를 고정한 연마헤드(400)가 회전 및 정반 또한 회전하며 이루어질 수 있다.
상기 연마단계는 필요에 따라, 연마 전 상기 연마패드 표면을 컨디셔닝하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 정반(300)은 정반 회전축(310)에 의해 회전할 수 있고, 상기 연마헤드(400)는 헤드 회전축(410)에 의해 회전될 수 있다.
상기 슬러리(S)는 상기 연마헤드(400)에 고정된 웨이퍼(W)를 향해 침투되면서 연마패드(200)와 접촉되는 웨이퍼를 연마시킬 수 있다.
상기 슬러리(S)는 연마 입자; 분산제; pH 조절제; 탈이온수 잔량 등을 포함할 수 있다.
상기 연마 입자는 퓸드 실리카, 콜로이달 실리카, 알루미나, 세리아, 지르코니아 중 선택된 하나 이상일 수 있다.
상기 연마 입자는 평균 입자 크기(D50)가 10 nm 내지 150 nm일 수 있으나, 반드시 이에 제한하는 것은 아니다.
상기 연마 입자는 상기 슬러리(S) 전체 대비 0.1 wt% 내지 20 wt% 포함될 수 있다.
상기 분산제는 고분자 분산제, 아민계 화합물 중 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 pH조절제는 알칼리금속 수산화물, 탄산염, 염산, 질산, 황산, 인산, 포름산 및 아세트산 중 선택된 하나 이상일 수 있다.
상기 슬러리는 이외에도 통상의 슬러리 조성물에 첨가되는 공지의 첨가물들(수용성 고분자, 유기산, 킬레이트제, 계면활성제 등)을 더 포함할 수 있다.
상기 연마단계는 상기 슬러리(S)를 가하여 연마헤드(400)를 통해 웨이퍼(W)를 정반(200)에 접촉시킬 시 6.89 kPa 내지 48.26 kPa의 압력이 가해질 수 있고, 13.79 kPa 내지 34.47 kPa의 압력이 가해질 수 있다.
상기 연마단계는 50 초 내지 10 분 동안 진행될 수 있고, 목적으로 하는 연마 정도에 따라 변경될 수 있다.
상기 연마단계가 진행된 웨이퍼를 세척하는 세척단계를 더 포함할 수 있다.
상기 세척단계는 상기 연마된 웨이퍼를 정제수 및 불활성 가스를 통해 이루어질 수 있다.
상기 연마단계가 진행된 웨이퍼는 가장자리로부터 중심 방향으로 반경의 10 %까지 차지하는 가장자리 영역을 제외한 내부영역에서 하기 식 1에 의해 계산되는 웨이퍼 연마속도(Å/분)의 표준편차가 40 이하일 수 있고, 35 이하일 수 있으며, 30 이하일 수 있고, 25 이하일 수 있다. 상기 표준편차는 10 이상일 수 있다.
[식 1]
연마속도 = 분당 웨이퍼의 연마두께(Å/분)
상기 식 1에서, 웨이퍼의 연마두께는 연마 전후 웨이퍼의 두께 변화량을 나타낸다.
상기 연마속도 표준편차를 가짐으로써, 웨이퍼의 가장자리로부터 중심방향으로 반경의 10 %까지 차지하는 가장자리 영역을 제외하고 균일한 웨이퍼 표면을 얻을 수 있다.
상기 연마단계는 상기 식 1에 따른 연마속도가 2580 이상일 수 있고, 2600 이상일 수 있으며, 2900 이하일 수 있다.
이하, 구체적인 실시예를 통해 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 하기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 예시에 불과하며, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.
1. 원, 사각형 및 삼각형 관통홀이 형성된 연마패드 접착필름 제조
폴리에틸렌 테레프탈레이트 수지의 아크릴 접착제를 통해 제조된 300 mm 직경, 150 μm 두께의 접착필름을 준비하였다.
상기 제조된 필름에 펀칭장치를 통해 원, 정사각형 및 정삼각형의 단면을 갖는 관통홀들을 200 개 형성하였고, 상기 원의 직경, 상기 정사각형의 변의 길이, 상기 정삼각형의 변의 길이가 3 mm 또는 7 mm가 되도록 하였다. 상기 관통홀들의 가로 및 세로 간격은 각각 3.0 mm, 7.0 mm로 균일하도록 하였고, 결과를 표 1에 나타내었다.
2. 연마패드 적층체 제조
우레탄계 프리폴리머, 경화제, 불활성 가스 및 반응속도 조절제 주입 라인이 구비된 캐스팅 장비에서, 프리폴리머 탱크에 미반응 NCO를 9.1 wt%로 갖는 PUGL-550D(SKC 사)를 충진하고, 경화제 탱크에 비스(4-아미노-3-클로로포닐)메탄(bis(4-amino-3-chlorophenyl)methane, Ishihara 사)를 충진하고, 불활성 가스로는 질소를 준비했다. 상기 반응 촉진제로 트리에틸렌디아민(시그마 알드리치 사)을 사용하였다. 또한, 고상 발포제(F-65DE, Matsumoto Yushi Seiyaku사, 50 μm)를 상기 우레탄계 프리폴리머 100 중량부 대비 1.5 중량부의 함량으로 프리폴리머 탱크에 주입하였다.
각각의 투입 라인을 통해 우레탄계 프리폴리머, 경화제, 반응속도 조절제 및 불활성 가스를 믹싱 헤드에 일정한 속도로 투입하면서 교반하였다. 이때, 우레탄계 프리폴리머의 NCO기의 몰 당량과 경화제의 반응성 기의 몰 당량을 1:1로 맞추고 합계 투입량을 10 kg/min의 속도로 유지하였다.
교반된 원료를 가로 1000 mm, 세로 1000 mm, 높이 3 mm의 몰드에 주입하고 고상화시켜 시트를 얻었다. 이후 연삭기를 사용하여 표면을 연삭하고 팁을 사용하여 그루브하는 과정 및 300 mm의 직경의 형상으로 재단하는 과정을 거쳐 평균두께 2 mm의 폴리우레탄 연마패드를 마련하였다.
상기 마련된 폴리우레탄 연마패드 타면 상에 상기 준비된 연마패드 접착필름을 120 ℃에서 열 압착하여 연마패드 적층체를 제조하였다.
3. 연마패드 접착필름 박리력 평가
상기 준비된 연마패드 접착필름을 ASTM D3330에 따라 박리력을 평가하였고, 그 결과를 표 1에 나타내었다.
4. 압축률 측정
연마패드 및 정반 사이에 상기 제조된 연마패드 접착필름을 개재한 후 1축 압축 시, 상기 접착필름의 두께변화율을 압축율 측정기(Yasuda 社)를 통해 측정하였고, 그 결과를 표 1에 나타내었다.
5. 웨이퍼 연마속도 측정
도 3과 같은 CMP 연마 장비를 사용하여, TEOS-플라즈마 CVD 공정에 의해 산화규소 막이 형성된 직경 300 mm의 실리콘 웨이퍼를 연마헤드에 고정하였고, 상기 연마패드 적층체를 부착한 정반 상에 실리콘 웨이퍼의 표면을 아래로 향하도록 설정하였다. 그 다음, 연마 압력이 27.6 kPa가 되도록 조정하고 연마패드 상에 퓸드 실리카 슬러리를 200 ml/min의 속도로 투입하면서, 정반을 115 rpm 연마헤드를 100 rpm으로 1 분간 회전시켜 웨이퍼 표면을 연마하였다.
연마 후, 실리콘 웨이퍼를 연마헤드로부터 분리하고, 정제수로 세정한 후 불활성 분위기에서 20 초간 건조하였다. 건조된 웨이퍼를 광간섭식 두께 측정장치(SI-F80R, Kyemce 사)를 통해 연마 전후의 전체적인 두께변화를 측정하였고, 하기 식 1을 통해 연마속도를 계산하였다. 또한, 웨이퍼 가장자리에서 중심 방향으로 반경의 10 %까지 차지하는 가장자리 영역을 제외한 내부영역(이하, 내부영역이라 칭함)에서 하기 식 1에 의한 연마속도도 계산하였고, 그 결과를 도 4, 도 5 및 표 1에 나타내었다.
[식 1]
연마속도(removal rate, RR) = 분당 웨이퍼의 연마두께(Å/분)
상기 식 1에서, 웨이퍼의 연마두께는 연마 전후 웨이퍼의 두께 변화량을 나타낸다.
구분 비교예 1
(CE 1)		 비교예 2
(CE 2)		 실시예 1
(Ex 1)		 실시예 2
(Ex 2)		 비교예 3
(CE 3)
관통홀 형상 및 크기 - 원형직경 3 mm 정삼각형
변 길이 7 mm		 원형
직경 7 mm		 원형
직경 10.6 mm
전체 대비관통홀
체적분율		 0 % 2 % 6 % 10.89 % 25 %
웨이퍼연마속도
(Å/분)		 2547.79 2519.12 2658.24 2646.47 부착불가
연마속도 표준편차 367.96 303.63 312.53 289.67 부착불가
내부영역* 연마속도 표준편차 45.16 92.41 22.05 24.28 부착불가
압축률(%) 0.64 0.95 1.27 1.59 3.50
박리력(kgf) 2.0 1.8 1.5 1.4 -
(*내부영역: 웨이퍼 가장자리에서 중심 방향으로 반경의 10 %까지 차지하는 영역을 제외한 내부영역)
표 1, 도 4 및 도 5를 참조하면, 접착필름 전체 대비 관통홀들의 체적분율이 2 % 이하이고, 압축률이 0.95 % 이하인 비교예들은 상기 내부영역의 연마속도 표준편차가 45 이상을 나타내었다. 상기 체적분율이 3 % 이상이고, 압축률이 0.98 % 이상인 실시예들은 상기 내부영역에서 연마속도 표준편차가 30 이하인 것을 나타내어, 보다 균일한 웨이퍼 연마특성을 갖는 것을 알 수 있었다.
비교예 3의 경우, 상기 체적분율이 25 %에 달하여 용이하게 부착이 이루어지지 못하였다.
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.
100: 연마패드 접착필름 101: 관통홀
200: 연마패드 300: 정반
310: 정반 회전축 400: 연마헤드
410: 헤드 회전축 500: 분사노즐
d1: 관통홀 가로간격 d2: 관통홀 세로간격
w: 관통홀 가로길이 l: 관통홀 세로길이
S: 슬러리 W: 웨이퍼

Claims (12)

  1. 복수 개의 관통홀들을 포함하고,
    전체를 기준으로 상기 복수 개의 관통홀들의 체적분율은 6 % 내지 10.89 %이고,
    연마패드 및 정반 사이에 개재한 후, 27.6 kPa의 압력으로 두께 방향으로 1축 압축 시, 압축률(두께감소율)이 1.27 % 이상 1.59 % 이하인, 연마패드 접착필름.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 관통홀의 높이 방향에 수직한 단면의 형상은 단일폐곡선인, 연마패드 접착필름.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 관통홀들은 일 관통홀과 서로 이웃하는 타 관통홀을 포함하고,
    상기 일 관통홀과 상기 타 관통홀 간 간격이 2 mm 내지 20 mm인, 연마패드 접착필름.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 관통홀들은 평균 면적이 100 mm2 이하인, 연마패드 접착필름.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 접착필름의 일면을 기준으로 상기 관통홀의 개수는 3개 내지 300개인, 연마패드 접착필름.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 접착필름의 ASTM D3330에 따른 박리력은 1.0 kgf/in 내지 3.0 kgf/in인, 연마패드 접착필름.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 접착필름의 두께는 20 μm 내지 300 μm인, 연마패드 접착필름.
  9. 삭제
  10. 연마패드; 및 상기 연마패드의 일면에 부착된 제1항에 따른 연마패드 접착필름;을 포함하는, 연마패드 적층체.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 연마패드 적층체는, 웨이퍼 가장자리에서 중심 방향으로 반경의 10 %까지 차지하는 가장자리 영역을 제외한 내부영역에서, 하기 식 1에 의해 계산되는 웨이퍼 연마속도(Å/분)의 표준편차가 40 이하인, 연마패드 적층체.
    [식 1]
    연마속도 = 분당 웨이퍼의 연마두께(Å/분)
  12. 정반에 부착된 제10항에 따른 연마패드 적층체 및 웨이퍼를 고정한 연마헤드를 준비하는 준비단계; 및
    슬러리를 가하며 상기 웨이퍼를 상기 연마패드 적층체의 연마패드 상에 접촉시키되, 상기 정반 및 연마헤드 중 어느 하나 이상을 회전시키는 연마단계;를 포함하는, 웨이퍼의 연마방법.
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