KR102527087B1 - 개선된 제거 속도 및 연마 균일성을 위한 오프셋 원주 홈을 갖는 화학적 기계적 연마 패드 - Google Patents

개선된 제거 속도 및 연마 균일성을 위한 오프셋 원주 홈을 갖는 화학적 기계적 연마 패드 Download PDF

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Abstract

본 발명은 반도체 기판, 광학 기판 및 자성 기판 중 적어도 하나를 평탄화시키기 위한 화학적 기계적(CMP) 연마 패드를 제공하되, 상기 연마 패드는 기하학적 중심을 갖는 연마층을 포함하며, 상기 연마층에서, 복수 개의 오프셋 원주 홈, 예컨대, 원형 또는 다각형 홈은, 공동의 기하학적 중심이 아닌 복수 개의 기하학적 중심을 갖는다. 본 발명의 연마층에서, 각각의 원주 홈은 최근접한 또는 인접한 원주 홈 또는 홈들과 일정 피치 거리로 이격되어 있고; 예를 들면 피치는 이의 최내부 원주 홈의 기하학적 중심으로부터 가장 떨어져 있는 연마층의 절반 또는 반구 상에서 증가되고, 그 기하학적 중심과 가장 근접한 연마층의 절반 상에서 감소한다. 바람직하게는, 상기 연마층은 완전하고 연속적인 최외부 원주 홈을 포함한다.

Description

개선된 제거 속도 및 연마 균일성을 위한 오프셋 원주 홈을 갖는 화학적 기계적 연마 패드{CHEMICAL MECHANICAL POLISHING PADS HAVING OFFSET CIRCUMFERENTIAL GROOVES FOR IMPROVED REMOVAL RATE AND POLISHING UNIFORMITY}
본 발명은 기하학적 중심을 갖는 연마층을 갖는 화학적 기계적 연마 (CMP polishing) 패드에 관한 것이고, 상기 연마층은 각각 연마층의 기하학적 중심과 오프셋되는 별개의 기하학적 중심을 갖는 복수 개의 원주 홈을 포함하고, 여기서 복수 개의 원주 홈은 공동의 기하학적 중심이 아닌 복수 개의 기하학적 중심을 가진다. 바람직하게는, CMP 연마층은 추가로 최외부 원주 홈을 포함하고, 이는 연마층과 중심이 같거나 또는 연마층 그 자체와 공동의 기하학적 중심을 가진다. 또한, 본 발명은 CMP 연마 패드의 제조 방법에 관한 것이다.
그 위에 제작된 집적 회로를 갖는 반도체 웨이퍼는 미크론의 분율보다 적은 주어진 평면에서 변화되어야 하는 초평활한(ultra-smooth) 편평한 표면을 제공하기 위해 연마되어야 한다. 이러한 연마는 보통 화학적 기계적 연마 (CMP 연마)로 달성된다. CMP 연마에서, 웨이퍼 캐리어, 또는 연마 헤드는 캐리어 어셈블리 상에 장착된다. 연마 헤드는 반도체 웨이퍼를 고정하고, CMP 장치 내의 테이블 또는 플래턴 상에 장착되는 연마 패드의 연마층과 접촉되도록 웨이퍼를 배치한다. 캐리어 어셈블리는 연마 매체 (예를 들면, 슬러리)를 연마 패드 상에 분배하고, 기판 및 연마 패드의 표면 상의 모든 연마층과 웨이퍼 사이의 간극 또는 계면으로 취출하면서, 웨이퍼와 연마 패드 사이에 조절가능한 압력 또는 다운 포스를 제공한다. 회전 연마 장비로의 반도체 웨이퍼 기판의 CMP 연마시에, 원형 연마 패드는 예를 들면 제거가능한 접착 필름을 사용하여 CMP 장치의 원형 플래턴 (또는 연마 테이블로서 공지됨) 상에 고정된다. 회전의 캐리어 중심 및 회전의 테이블 중심은 전형적으로 오프셋(offset)된다. 연마를 실시하기 위해, 연마 패드 및 웨이퍼는 전형적으로 서로에 대해 회전한다. 연마 패드가 웨이퍼 아래에서 회전함에 따라, 웨이퍼는 전형적으로 환상의 연마 트랙, 또는 연마 영역을 스위핑한다.
유효한 연마를 위해 연마 패드-웨이퍼 계면으로의 연마 매체 또는 슬러리 이송을 용이하게 하도록, 마크로-홈은 연마 패드의 연마 표면 상에서 절삭되거나 또는 성형된다. 동심 원형 홈(concentric circular groove), 예컨대 1010 (3.05mm 또는 120-mil 피치), K7 (1.78mm 또는 70-mil 피치), K1 (1.52mm 또는 60-mil 피치), 및 OXP (0.76mm 또는 30-mil 피치)는 일부 일반적으로 적용된 홈 패턴이다. 동심 원형 홈 이외에, 다른 홈 패턴은 임의의 방사상 홈을 갖거나 또는 갖지 않고 동심 다각형을 포함한다.
성공적인 CMP 연마의 실현은 극복과제로 남아 있다. 최근 한 연구는 연마된 웨이퍼 표면 상에서 연마 패드로부터 CMP 연마층 홈 패턴의 전사를 인식하였다. 캐리어 진동이 없는 경우, CMP 연마 패드의 동심 원형 홈 패턴은 연마 패드 상의 원주 홈와 같은 동일한 피치 및 600 Å(±300Å)에 근접한 진폭과 함께 연마된 웨이퍼 표면으로 전사되었다. 연마된 웨이퍼 표면으로의 이러한 "패턴 전사"는 CMP 연마의 결과로서 평면 웨이퍼 표면을 효과적으로 달성하기 위해 최소화될 필요가 있다. 예컨대 연마 진동을 도입함으로써 이러한 "패턴 전사"를 최소화고, 연마 균일성을 개선하기 위한 다른 방법이 존재한다. 연마 진동을 도입하는 방법은 하기의 것을 포함한다:
상이한 플래턴 및 캐리어 RPM, 웨이퍼 캐리어 또는 연마 테이블 진동, 감소된 피치를 갖는 원형 홈, 편심된 최종 절편을 갖는 원형 홈, 및 비원형 또는 불규칙 홈. 각각의 이러한 방법은 "패턴 전사"를 최소화하는 것을 보조할 수 있는 한편, 이는 완전하게 이를 근절하기 못할 것이다. 예를 들면, 웨이퍼 캐리어 진동으로, 연마된 웨이퍼 상의 패턴의 진폭은 캐리어 진동이 없는 경우와 비교하여 약 1/3 미만으로 감소되었고, 그러나 여전히 약 200Å (±100Å)의 패턴 전사를 생성하였다.
Krywanczyk 외 다수의 미국특허 제5,842,910은 회전의 중심에 걸쳐 연장되는 표면을 갖는 패드면; 및 상기 패드면 상에서 공동의 기하학적 중심을 공유하고, 일반적으로 원주 방향으로 연장되는 복수 개의 승강된 부분 (raised portion)을 갖는 반도체를 연마하기 위한 연마 패드를 개시하고 있고, 여기서 공동의 기하학적 중심은 연마 패드의 회전 중심에서 중심으로부터 편심되어 있다. Krywanczyk의 편심 홈 절단은 이의 주변부에서 부분 홈(partial groove)를 갖는 연마층이 있는 패드를 생성하였다. 연마층 주변부에서의 부분 홈은 패드 브레이크-인(pad break-in) 및 연마 과정에서 디스크를 컨디셔닝시킴으로써 마모되거나 또는 인열될 수 있고, 이에 의해 날카로운 가장자리가 생성된다. 이와 같은 날카로운 가장자리는 패드 컨디셔닝 디스크에 의해 또는 연마 과정에서 야기되는 마찰에 의해 용이하게 인열되고, 이는 대량의 패드 잔해 또는 불균일한 패드 표면, 연마된 기판 내의 높은 결함에 대한 잠재적 공급원을 생성한다. 대안적으로, 부분 홈의 날카로운 가장자리의 부정적 영향을 최소화하기 위해, 가장자리 링이 배제된 홈을 도입할 수 있고, 즉, 상기 홈은 연마층 주변부 앞의 일정 거리에 있다. 그러나, 이것은 연마시 감소된 제거 속도 및 추가로 연마 균일성을 추가로 방해할 수 있는 연마층 표면의 불균일 마모를 야기한다.
본 발명자들은 증가된 결함 없이 연마 균일성을 개선하는 이의 연마층 표면에서의 홈을 갖는 CMP 연마 패드를 제공하는 문제를 해결하는 것을 추구한다.
본 발명의 설명
1. 본 발명에 따라, 반도체, 광학, 및 자성 기판의 적어도 하나를 평탄화하기 위한 화학적 기계적 (CMP) 연마 패드로서, 연마층, 바람직하게는 기하학적 중심을 갖는 원형 연마층을 포함하고, 상기 연마층은 공동의 기하학적 중심이 아닌 복수 개의 기하학적 중심을 갖는 복수 개의 오프셋 원주 홈을 포함하고, 각각의 원주 홈은 이의 최근접된 또는 인접한 원주 홈 또는 홈들로부터 피치 거리로 이격되어 있는 화학적 기계적 (CMP) 연마 패드.
2. 상기 항목 1에서 있어서, 연마층은 완전하고 연속적이며, 연마층 자체와 중심이 같거나, 또는 연마층의 기하학적 중심과 공동의 기하학적 중심을 가지고, 이와 오프셋되지 않는 최외부 원주 홈을 포함하는 CMP 연마 패드.
3. 상기 항목 1 또는 2 중 어느 하나에 있어서, 복수 개의 오프셋 원주 홈을 갖는 연마층에서, 최내부 원주 홈로부터 최외부 원주 홈까지 이동되는 경우에, 각각의 연속적인 오프셋 원주 홈의 기하학적 중심의 상대적 위치는 연마층의 기하학적 중심을 향하여 이동하고; 연마층의 최외부 원주 홈은 연마층의 기하학적 중심에 실질적으로 해당하는 기하학적 중심을 가지고, 이에 따라 오프셋되지 않는 CMP 연마 패드.
4. 상기 항목 1, 2, 또는 3 중 어느 하나에 있어서, 최내부 및 최외부 원주 홈을 제외하고, 복수 개의 오프셋 원주 홈 각각은 2개의 인접한 원주 홈을 가지고, 2개의 인접한 원주 홈을 갖는 복수 개의 상기 오프셋 원주 홈의 기하학적 중심은 이의 각각의 2개의 인접한 원주 홈의 기하학적 중심과 오프셋되는 CMP 연마 패드.
5. 상기 항목 1, 2, 3 또는 4 중 어느 하나에 있어서, 최내부 및 최외부 원주 홈을 제외하고, 복수 개의 오프셋 원주 홈 각각은 2개의 인접한 원주 홈을 가지고, 2개의 인접한 원주 홈을 갖는 오프셋 원주 홈 대다수 또는 바람직하게는 모두는 25 내지 200 ㎛ (1 내지 8 mils)까지 이의 각각의 2개의 인접한 원주 홈와 오프셋되고, 오프셋은 임의의 주어진 지점에서 인접한 원주 홈들 사이의 거리 및 인접한 원주 홈 사이의 평균 피치(average pitch)로 획정되는 CMP 연마 패드.
6. 상기 항목 1, 2, 3, 4, 또는 5 중 어느 하나에 있어서, 최외부 원주 홈을 제외하고 오프셋 원주 홈의 대다수 또는 바람직하게는 모두는 연마층의 기하학적 중심으로부터 200 ㎛(8 mils) 이상 또는 200 내지 35,000 ㎛, 또는, 바람직하게는, 500 내지 21,500 ㎛(20 내지 828 mil)까지 오프셋되는 CMP 연마 패드.
7. 상기 항목 1, 2, 3, 4, 5 또는 6 중 어느 하나에 있어서, 연마 패드 내의 원주 홈의 각각은 3 내지 36개의 면, 또는 바람직하게는 5 내지 16개의 면을 갖는 다각형이거나, 또는 실질적으로 원형인 CMP 연마 패드.
8. 상기 항목 1, 2, 3, 4, 5, 6 또는 7 중 어느 하나에 있어서, 연마층은 복수 개의 방사상 홈, 바람직하게는 방사상 방식으로 균일하게 이격된 방사상 홈을 포함하는 CMP 연마 패드.
9. 상기 항목 8에 있어서, 연마층에서의 방사상 홈의 수는 3 내지 36, 또는 바람직하네는 5 내지 16의 범위인 CMP 연마 패드.
10. 상기 항목 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 또는 9 중 어느 하나에 있어서, 원주 홈은 임의의 2개의 인접한 원주 홈들 사이의 평균 피치 또는 거리를 가지고, 이는 연마층에서의 복수 개의 기하학적 중심과 함께 연마층의 기하학적 중심 C로부터 연마층의 최외부 가장자리까지 연장되는 축에 수직하게 이어지는, 최내부 원주 홈의 기하학적 중심 C로부터 연마층의 최외부 가장자리까지 연장되는 축에 따른 인접한 원주 홈들 사이의 피치인 CMP 연마 패드.
11. 상기 항목 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 또는 10 중 어느 하나에 있어서, 최외부 원주 홈은 연마층의 최외부 가장자리로부터 일정한 거리에 놓여 있고, 복수 개의 원주 홈은 모두 연마층의 가장자리까지의 모든 통로를 연장하거나 또는 최외부 원주 홈와 상기 연마층의 최외부 가장자리에 이의 가장 가까운 인접한 원주 홈 사이의 평균 피치 이하의 거리, 또는, 바람직하게는 연마층의 최외부 가장자리의 2.75 mm, 또는, 바람직하게는, 0.7 내지 2.6mm 이내로 연장되는 CMP 연마 패드.
12. 다른 양태에서, 상기 본 발명의 항목 1 내 11 중 어느 하나에 따른 화학적 기계적 (CMP) 연마층의 제조 방법으로서, 폴리머성 또는 다공성 폴리머성 CMP 연마층, 바람직하게는, 원형 CMP 연마층을 제공하는 단계, 및 연마층 내에 복수 개의 원주 홈 및 임의의 방사상 홈을 절삭하거나 또는 펀칭하는 단계를 포함하는 방법.
13. 또 다른 양태에서, 상기 본 발명의 항목 1 내 11 중 어느 하나에 따른 화학적 기계적 (CMP) 연마층의 제조 방법으로서, 복수 개의 원주 홈의 네거티브 이미지를 갖는 비-점착성 주형을 제조하는 단계로서, 바람직하게는 주형은 플루오로폴리머, 예컨대 폴리테트라플루오로에틸렌으로 제조되거나 또는 이로 라이닝된 단계; 적어도 폴리올 및 사슬 연장제의 스트림을 포함하는 탱크를 제공하는 단계; 폴리이소시아네이트의 스트림을 포함하는 제2 탱크를 제공하는 단계; 다운스트림 혼합 장비로 2개의 스트림을 별개로 계량하고 펑핌하기 위한 계량 펌프 유닛을 제공하는 단계; 내부 믹서 및 비반응성 가스 유입구, 및 스프레이 노즐 유출구가 구비된 스프레이 건; 공기 블라스트 캡 유출구(air blast cap outlet)를 갖는 스태틱 믹서; 또는 충돌 혼합이 일어나는 실린더형 혼합 챔버 및 상기 실린더형 혼합 챔버의 다운스트림에 있는 채널을 통해 반응성 혼합물로 고속 비반응성 가스 스트림을 주입하기 위한 가스 전달 시스템 중 임의의 것으로 2개의 스트림을 펌핑하는 단계; 가스가 첨가되지 않은 스태틱 믹서의 경우를 제외하고 비반응성 가스를 포함하는 반응 혼합물을 형성하기 위해 2개의 스트림을 혼합하는 단계; 스프레이 노즐 또는 공기 블라스트 캡을 통해 반응성 혼합물을 방출하는 단계 및 주형 상에 이를 증착하는 단계; 및 경화시키고 이후 연마층을 형성하기 위해 이에 따라 증착된 반응 혼합물을 탈주형시키는 단계를 포함하는 방법.
달리 나타내지 않는 한, 온도 및 압력의 조건은 주위 온도 또는 실온 및 표준 압력이다. 인용된 모든 범위는 포괄적이고, 조합가능하다.
달리 나타내지 않는 한, 괄호를 포함하는 임의의 용어는 대안적으로 괄호가 존재하지 않는 전체 용어 및 이것이 없는 용어 및 각각의 대체물의 조합을 지칭한다. 이에 따라, 용어 "(폴리)이소시아네이트"는 이소시아네이트, 폴리이소시아네이트, 또는 이들의 혼합물을 지칭한다.
모든 범위는 포괄적이고, 조합가능하다. 예를 들면, 용어 "50 내지 3000 cPs, 또는 100 cPs 이상의 범위"는 50 내지 100 cPs, 50 내지 3000 cPs 및 100 내지 3000 cPs의 각각을 포함할 것이다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 달리 나타내지 않는 한, 용어 "평균 입자 크기" 또는 "평균 입자 직경"은 Malvern Instruments (맬버른, 영국)으로부터의 마스터사이저 2000(Mastersizer 2000)를 사용하는 광산란 방법에 의해 결정되는 중량 평균 입자 크기를 의미한다.
본원에 사용되는 연마층에서의 임의의 2개의 인접한 원주 홈 사이의 용어 "평균 피치"는 연마층에서의 복수 개의 기하학적 중심과 함께 연마층의 기하학적 중심 C로부터 연마층의 최외부 가장자리까지 연장되는 축에 수직하게 이어지는, 최내부 원주 홈의 기하학적 중심 C로부터 연마층의 최외부 가장자리까지 연장되는 축에 따라 측정된 홈들 사이의 거리를 의미한다.
본원에 사용되는 용어 "ASTM"은 ASTM 인터네셔널, 웨스트 콘쇼호켄, PA의 공보를 지칭한다.
본원에 사용되는 용어 "폴리이소시아네이트"는 블록킹된 이소시아네이트기를 포함하는 3개 이상의 이소시아네이트기를 갖는 임의의 이소시아네이트기 함유 분자를 의미한다.
본원에 사용되는 용어 "폴리이소시아네이트 예비중합체"는 2개 이상의 활성 수소기를 함유하는 활성 수소 함유 화합물, 예컨대 디아민, 디올, 트리올 및 폴리올과 과량의 디이소시아네이트 또는 폴리이소시아네이트의 반응 생성물인 임의의 이소시아네이트기 함유 분자를 의미한다.
본원에 사용되는 용어 "고형물"은 이의 물리적 상태와 관계 없이 사용 조건 하에서 휘발되지 않는 물 또는 암모니아 이외의 임의의 물질을 의미한다. 따라서, 사용 조건 하에 휘발되지 않는 액체 반응물은 "고형물"로서 고려된다.
본원에 사용되는 용어 "실질적으로 원형"은 50 마이크론 미만, 또는 바람직하게는 25 마이크론 미만, 또는 보다 바람직하게는 2 마이크론 미만의 반경을 갖는 원형 부분 내에 놓여 있는 지점 또는 다중 지점일 수 있는 하나 및 유일한 하나의 기하학적 중싱을 갖는 원주 홈을 지칭한다. 임의의 원주 홈의 기하학적 중심의 크기는 연마층에서의 복수 개의 원주 홈의 임의의 것이 이의 이웃하는 또는 인접한 원주 홈의 임의의 것과 오프셋되는 거리보다 작고; 이에 따라, 예를 들면, 2 또는 3개의 인접한 원주 홈은 서로 오프셋되지 않는 경우, 이는 하나의 그리고 동일한 기하학적 중심을 가진다.
본원에 사용되는 용어 "~에 실질적으로 해당하는(substantially corresponding with)"은 본 발명의 연마층의 최외부 가장자리와 같은 임의의 지점의 임의의 방향으로 25 마이크론에 있거나 또는 이를 가지는 것을 의미한다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 달리 나타내지 않는 한, 용어 "점도"는 100 ㎛ 간극을 갖는 50mm 평행한 플레이트에서 0.1 - 100 rad/sec의 진동 전단 속도 스위프(oscillatory shear rate sweep)로 설정된 레오미터를 사용하여 측정되는 소정의 온도에서의 순수 형태 (100%)로의 주어진 물질의 점도를 지칭한다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 달리 나타내지 않는 한, 용어 "중량% NCO"는 주어진 NCO 기 또는 블록킹된 NCO 기 함유 생성물에 대해 스펙 시트 또는 MSDS 상에 기록되는 양을 지칭한다.
본원에 사용되는 용어 "중량%"는 중량 백분율을 의미한다.
도 1은 동심 원주 홈을 갖는 연마층의 선행기술의 편심 최종 절편(off-center final cut)의 일 구현예를 나타낸다.
도 2a는 방사상 홈가 없는 본 발명의 일 구현예를 나타낸다.
도 2b는 방사상 홈을 갖는 본 발명의 일 구현예를 나타낸다.
도 3은 연마층에서의 기하학적 중심 및 연마층에서의 원주 홈의 가변적인 기하학적 중심을 나타내는 본 발명의 일 구현예를 나타낸다.
본 발명에 따라, 화학적 기계적 (CMP) 연마 패드는 복수 개의 원주 홈을 포함하는 기하학적 중심을 갖는 연마층을 포함하고, 각각의 또는 복수 개의 원주 홈은 그 자체의 별개의 그리고 특유의 기하학적 중심을 가지고, 연마층의 기하학적 중심과 오프셋된다. 본 발명에 따른 연마층은 추가로 연마층과 중심이 같거나 또는 연마층 그 자체와 공동의 기하학적 중심을 가지는 최외부 원주 홈을 포함한다. 본 발명의 연마 패드는 모두 사용시 연마 온도에서의 증가 없는 공동의 기하학적 중심을 갖는 오프셋 원주 홈을 갖는 연마 패드보다 더 높은 제거 속도 및 더 나은 결함 성능을 산출한다. 추가로, 본 발명의 CMP 연마 패드는 CMP 연마층 내의 홈 패턴과 연마되는 기판 사이의 패턴 전사를 감소시킨다.
본 발명의 화학적 기계적 연마 패드의 연마층은 기판을 연마하기 위해 적용되는 연마 표면을 가지고, 연마 표면은 복수 개의 홈을 포함하는 홈 패턴을 포함하는 마크로텍스처를 가진다. 복수 개의 원주 홈은 만곡형 홈, 선형 홈 및 이의 조합으로부터 선택된다.
적합한 홈 패턴은 홈 디자인, 예컨대 원형 또는 다각형일 수 있는 동심 홈로부터 선택된 것으로부터 선택된다. 홈 프로파일은 바람직하게는 직선형 측벽을 갖는 직사각형으로부터 선택되거나 또는 홈 단면은 "V" 형상, "U" 형상, 톱니, 및 이의 조합일 수 있다.
바람직하게는, 본 발명의 연마 패드의 연마층에서, 원주 홈의 대부분 또는 모두는 이의 이웃하는 원주 홈와 오프셋되고, 이로써 대부분 또는 모든 원주 홈은 이의 이웃하거나 또는 인접한 원주 홈의 기하학적 중심과 상이한 기하학적 중심을 가진다.
본 발명의 연마층에 따라, 복수 개의 원주 홈은 25 내지 200 ㎛ (1 내지 8 mils) 및 및 적어도 500 마이크론 (20 mil)까지 이의 각각의 2개의 인접한 원주 홈과 오프셋될 수 있고, 원형 연마 패드의 기하학적 중심과 오프셋될 수 있다. 본 발명의 연마층에서, 이의 인접한 원주 홈와 오프셋되는 각각의 이러한 원주 홈은 연마층의 기하학적 중심 및 이의 인접한 원주 홈 각각의 것과 오프셋되는 그 자체의 별개의 기하학적 중심을 가진다.
본 발명의 연마층은 추가로 선형, 만곡형, 또는 이의 조합인 복수 개의 방사상 홈을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 연마 패드의 제조 방법에 따라, CMP 연마 패드는 슬러리 유동을 촉진하고, 패드-웨이퍼 계면으로부터의 연마 잔해를 제거하기 위해 이의 연마 표면으로 절단되고, 그라운딩되고, 전달되고, 절삭되거나 또는 성형되는 홈 패턴을 가지도록 제공될 수 있다. 이러한 홈은 선반을 사용하거나 또는 컴퓨터 수치 제어 밀링 (CNC) 기계를 사용하여 연마 패드의 연마 표면으로 절단될 수 있다. 본 발명의 오프셋 홈은 적절하게 CNC 기계로 밀링되고, 밀링은 보다 시간 소모적인 경향이고 있고, 이에 따라 경제적으로 덜 바람직하다. 대신, 최종 홈 패턴의 네거티브 이미지를 갖는 플루오로폴리머 또는 플루오로폴리머 라이닝 주형은 밀링될 수 있고, 생성된 주형은 임의의 성형 기술 예컨대 스프레이 성형, 압축 성형 또는 반응성 사출 성형을 사용하여 CMP 연마 패드를 제조하기 위해 사용될 수 있다.
도 1에 나타난 바와 같이, 연마층(12)의 편심형 최종 절편을 나타내는 선행 기술 CMP 연마 패드의 일 구현예는 이로부터 나오는 x,y 축(24)를 갖는 연마층의 기하학적 중심 (30)과 오프셋되는 이로부터 나오는 x,y 축(22)을 갖는 공동의 기하학적 중심(20)을 갖는 동심 원주 홈(10)을 가진다.
도 2a에 나타난 바와 같이, 방사상 홈가 없는 본 발명의 CMP 연마 패드의 일 구현예는 연마층(22)을 포함하고, 이는 최내부 원주 홈(28)의 기하학적 중심에 대해 x,y 축(23)을 나타내는 중심이 같지 않은 원형 원주 홈(26)를 가지고, 이는 연마층의 x,y 축(34)을 나타내는 기하학적 중심(40)과 오프셋된다.
도 2b에 나타난 바와 같이, 방사상 홈(14)를 갖는 본 발명의 일 구현예는 연마층(32)을 포함하고, 이는 연마층의 기하학적 중심에 대한 축을 갖는 중심이 같지 않은 팔각형 원주 홈(36)을 가지고, 이는 연마층의 기하학적 중심으로부터 나오는 x,y 축(38)을 나타내는 기하학적 중심(50)과 오프셋된다. 다른 형태의 이러한 CMP 연마 패드(미도시됨)은 방사상 홈을 갖지 않는다.
도 3에 나타난 바와 같이, x,y축(66)을 갖는 연마층(60)의 기하학적 중심(0)은 지점(0,0)에 해당한다. 도면은 연마층에서의 원주 홈의 변화가능한 기하학적 중심을 나타낸다. 3개의 원주 홈(61, 62, 및 64)가 나타나고, 홈(61)은 연마 패드와 동일한 기하학적 중심(0)을 갖는 최외부 원주 홈이다. 2개의 이웃하는 홈(62) 및 (64) 사이의 오프셋 거리(offset distance)가 존재한다. 2개의 이웃하는 홈(62) 및 (64) 사이의 거리는 A1A2에서의 최소값으로부터 B1B2에서의 최대값까지 변화되고, 여기서 A1A2는 오프셋 양을 뺀 평균 피치와 동일하고, B1B2는 오프셋 양을 더한 평균 피치와 동일하다. 기하학적 중심(O')과 최내부 원주 홈(68)의 중심은 연마 패드(0)의 중심으로부터의 최대 오프셋에 해당한다. 각각의 원주 홈(61, 62, 64 및 68)의 모든 기하학적 중심은 x,y 축(66)의 x축 상에 배열되고, 지점O(0,0)으로부터 상이한 거리까지 오프셋된다. 이에 따라, 임의의 2개의 인접한 원주 홈들 사이의 평균 피치는 최내부 원주 홈의 특정 기하학적 중심 C로부터 도 3의 x축(66)에 대해 수직하게 이어진 연마층의 최외부 가장자리 까지 연장되는 축에 따라 측정되는 피치이다. 하나의 것이 외부 원주 홈에 근접함에 따라, 원주 홈의 기하학적 중심은 실제 기하학적 중심(O)에 근접하고; 최외부 원주 홈은 연마층의 기하학적 중심(O)과 오프셋되지 않고; 이에 따라 최외부 홈은 연마층의 기하학적 중심(O)으로부터 그리고 연마층의 최외부 가장자리로부터 일정한 거리에 놓여 있다.
본 발명의 폴리머성 패드 매트릭스는 다공성일 수 있고, 폴리머성 패드 매트릭스의 연마 패드에서 그리고 폴리머성 패드 매트릭스 내에 분포된 그 안의 폴리머성 미량원소FMF 가질 수 있는 연마층을 포함한다. 액체 충전된 미량원소가 충전된 유체는 바람직하게는 물, 이소부틸렌, 이소부텐, 이소부탄, 이소펜탄, 프로판올 또는 디(메)에틸 에테르, 예컨대 단지 부수적인 불순물만을 포함하는 증류수이다. 액체-충전된 미량원소를 분류한 이후, 생성된 미량원소는 연마층의 형성 이전 또는 그 과정에서 가스-충전된 미량원소로 전환된다. CMP 연마 패드에서의 미량원소는 중합성이고, 외부 폴리머 표면을 가지고, 이는 이들이 CMP 연마 표면에서 텍스처를 생성할 수 있게 한다.
본 발명에 따라, 미량원소은 0 내지 50 부피% 다공도, 또는 바람직하게는 5 내지 35 부피% 다공도로 CMP 연마층에 혼입된다. 균일성 및 양호한 성형성 결과를 보장하고, 완전하게 주형을 충전하기 위해, 본 발명의 반응 혼합물은 잘 분산되어야 한다.
적합한 액체 폴리머 매트릭스 형성 물질은 폴리카보네이트, 폴리설폰, 폴리아미드, 에틸렌 코폴리머, 폴리에테르, 폴리에스테르, 폴리에테르-폴리에스테르 코폴리머, 아크릴 폴리머, 폴리메틸 메타크릴레이트, 폴리비닐 클로라이드, 폴리카보네이트, 폴리에틸렌 코폴리머, 폴리부타디엔, 폴리에틸렌 이민, 폴리우레탄, 폴리에테르 설폰, 폴리에테르 이미드, 폴리케톤, 에폭시, 실리콘, 그것의 코폴리머 및 이들의 혼합물을 포함한다. 폴리머는 용액 또는 분산물의 형태 또는 벌크 폴리머로서의 것일 수 있다. 바람직하게는, 폴리머성 물질은 벌크 형태로의 폴리우레탄이고; 가교결합되고, 비가교결합된 폴리우레탄일 수 있다. 본 명세서의 목적을 위해, "폴리우레탄"은 2작용성 또는 다작용성 이소시아네이트로부터 생성물, 예를 들면, 폴리에테르우레아, 폴리이소시아누레이트, 폴리우레탄, 폴리우레아, 폴리우레탄우레아, 이의 코폴리머 및 이의 혼합물이다.
바람직하게는, 액체 폴리머 매트릭스 형성 물질은 코폴리머의 하나 이상의 블록 또는 세그먼트가 풍부한 상으로 분리될 수 있는 블록 또는 세그먼트화된 코폴리머이다. 가장 바람직하게는, 액체 폴리머 매트릭스 형성 물질은 폴리우레탄이다. 캐스트 폴리우레탄 매트릭스 물질은 특히 반도체, 광학 및 자성 기판을 평탄화하는데 적합하다. 패드의 CMP 연마 특성을 조절하기 위한 방법은 이의 화학적 조성물을 변경하는 것이다. 또한, 원재료 및 제조 방법의 선택은 폴리머 형태 및 연마 패드를 제조하는데 사용되는 물질의 최종 특성에 영향을 준다.
액체 폴리머 매트릭스 형성 물질은 (i) 하나 이상의 디이소시아네이트, 폴리이소시아네이트 또는 6 내지 15 중량% NCO의 함량을 갖는 폴리이소시아네이트 예비중합체, 방향족 디이소시아네이트, 폴리이소시아네이트 또는 폴리이소시아네이트 예비중합체, 예컨대 톨루엔 디이소시아네이트, 및 (ii) 하나 이상의 경화제, 바람직하게는 방향족 디아민 경화제, 예컨대 4,4'-메틸렌비스(3-클로로-2,6-디에틸아닐린) (MCDEA)을 포함할 수 있다. 경화제 및 폴리이소시아네이트 예비중합체는 함께 반응 혼합물로 지칭된다.
바람직하게는, 우레탄 제조는 다작용성 방향족 이소시아네이트 및 예비중합체 폴리올로부터 제조된 이소시아네이트-말단화된 우레탄 예비중합체의 제조를 수반한다. 본 명세서의 목적을 위해, 용어 예비중합체 폴리올은 디올, 폴리올, 폴리올-디올, 이의 코폴리머 및 이의 혼합물을 포함한다.
적합한 방향족 디이소시아네이트 또는 폴리이소시아네이트의 예는 방향족 디이소시아네이트, 예컨대, 2,4-톨루엔 디이소시아네이트, 2,6- 톨루엔 디이소시아네이트, 4,4'-디페닐메탄 디이소시아네이트, 나프탈렌-1,5-디이소시아네이트, 톨루이딘 디이소시아네이트, 파라-페닐렌 디이소시아네이트, 크실릴렌 디이소시아네이트 및 이들의 혼합물을 포함한다. 일반적으로, 다작용성 방향족 이소시아네이트는 총 (i)의 전체 중량 기준으로 20 중량% 미만의 지방족 이소시아네이트, 예컨대 4,4'-디사이클로헥실메탄 디이소시아네이트, 이소포론 디이소시아네이트 및 사이클로헥산디이소시아네이트를 포함한다. 바람직하게는, 방향족 디이소시아네이트 또는 폴리이소시아네이트는 15 중량% 미만의 지방족 이소시아네이트 및 보다 바람직하게는 12 중량% 미만의 지방족 이소시아네이트를 포함한다.
적합한 예비중합체 폴리올의 예는 폴리에테르 폴리올, 예컨대 폴리(옥시테트라메틸렌)글리콜, 폴리(옥시프로필렌)글리콜 및 이의 혼합물, 폴리카보네이트 폴리올, 폴리에스테르 폴리올, 폴리카프로탁톤 폴리올 및 이의 혼합물을 포함한다. 예시적인 폴리올은 저분자량 폴리올과 혼합될 수 있고, 이는 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 혼합물을 포함한다.
PTMEG 부류의 폴리올의 이용가능한 예는 하기와 같다: TerathaneTM 2900, 2000, 1800, 1400, 1000, 650 및 250 (Invista 사제, 위치타, KS); PolymegTM 2900, 2000, 1000, 650 (Lyondell Chemicals 사제, 리머릭, PA); PolyTHFTM 650, 1000, 2000 (BASF Corporation 사제, 플로햄 팍, NJ), 및 저분자량 종 예컨대 1,2-부탄디올, 1,3-부탄디올, 및 1,4-부탄디올. PPG 폴리올의 이용가능한 예는 하기와 같다: ArcolTM PPG-425, 725, 1000, 1025, 2000, 2025, 3025 및 4000 (Covestro 사제, 피츠버그, PA); VoranolTM 1010L, 2000L, 및 P400 (Dow 사제, 미들랜드, MI); DesmophenTM 1110BD 또는 AcclaimTM 폴리올 12200, 8200, 6300, 4200, 2200 (각각 Covestro 사제). 에스테르 폴리올의 이용가능한 예는 하기와 같다: MillesterTM 1, 11, 2, 23, 132, 231, 272, 4, 5, 510, 51, 7, 8, 9, 10,16, 253 (Polyurethane Specialties Company, Inc. 사제, 린드허스트, NJ); DesmophenTM 1700, 1800, 2000, 2001KS, 2001K2, 2500, 2501, 2505, 2601, PE65B (Covestro 사제); RucoflexTM S-1021-70, S-1043-46, S-1043-55 (Covestro 사제).
바람직하게는, 예비중합체 폴리올은 폴리테트라메틸렌 에테르 글리콜, 폴리에스테르 폴리올, 폴리프로필렌 에테르 글리콜, 폴리카프로락톤 폴리올, 이의 코폴리머 및 이의 혼합물로부터 선택된다. 예비중합체 폴리올이 PTMEG, 이의 코폴리머 또는 이의 혼합물인 경우, 이후 이소시아네이트-말단화된 반응 생성물은 바람직하게는 6.0 내지 20.0 중량 백분율의 미반응된 NCO 중량 백분율 범위를 가진다.
PPG와 블렌딩되는 PTMEG 또는 PTMEG로 형성된 폴리우레탄의 경우, 바람직하게는 NCO 중량 백분율은 6 내지 13.0의 범위이고; 가장 바람직하게는 이는 8.75 내지 12.0이다.
적합한 폴리우레탄 폴리머성 물질은 4, 4' - 디페닐메탄 디이소시아네이트 (MDI) 및 폴리테트라메틸렌 글리콜과 디올의 예비중합체 반응 생성물로부터 형성될 수 있다. 가장 바람직하게는, 디올은 1,4-부탄디올 (BDO)이다. 바람직하게는, 예비중합체 반응 생성물은 6 내지 13 wt%의 미반응된 NCO를 가진다.
연마층은 경화제, 예컨대 폴리올, 폴리아민, 알코올 아민 또는 이의 혼합물로 경화된 예비중합체 반응 생성물의 반응 혼합물로부터 형성된다. 본 명세서의 목적을 위해, 폴리아민은 디아민 및 다른 다작용성 아민을 포함한다. 예시적인 경화제 폴리아민은 방향족 디아민 또는 폴리아민, 예컨대, 4,4'-메틸렌-비스-o-클로로아닐린 [MBCA], 4,4'-메틸렌-비스-(3-클로로-2,6- 디에틸아닐린) [MCDEA]; 디메틸티오톨루엔디아민; 트리메틸렌글리콜 디-p-아미노벤조에이트; 폴리테트라메틸렌옥사이드 디-p-아미노벤조에이트; 폴리테트라메틸렌옥사이드 모노-p-아미노벤조에이트; 폴리프로필렌옥사이드 디-p-아미노벤조에이트; 폴리프로필렌옥사이드 모노-p-아미노벤조에이트; 1,2-비스(2-아미노페닐티오)에탄; 4,4'-메틸렌-비스-아닐린; 디에틸톨루엔디아민; 5-tert-부틸-2,4- 및 3-tert-부틸- 2,6- 톨루엔디아민; 5-tert-아밀-2,4- 및 3-tert-아밀-2,6-톨루엔디아민 및 클로로톨루엔디아민을 포함한다.
폴리이소시아네이트 예비중합체를 제조하기 위해 디이소시아네이트 또는 폴리이소시아네이트와의 폴리올의 반응성을 증가시키기 위해, 촉매가 사용될 수 있다. 적합한 촉매는 예를 들면, 올레산, 아젤라산, 디부틸주석딜라우레이트, 1,8-디아자바이사이클로[5.4.0]운덱-7-엔 (DBU), 　3차 아민 촉매, 예컨대 Dabco TMR, 및 상기의 것의 혼합물을 포함한다.
연마 패드를 제조하기 위해 사용되는 폴리머의 성분은 바람직하게는 생성된 패드 형태는 안정성이고, 용이하게 재생성가능하도록 선택된다. 예를 들면, 4,4'-메틸렌-비스-o-클로로아닐린 (MBCA)을 디이소시아네이트와 혼합하여 폴리우레탄 폴리머를 형성하는 경우에, 모노아민, 디아민 및 트리아민의 수준을 조절하는 것이 대개 유리하다. 모노-, 디- 및 트리아민의 비율을 조절하는 것은 일정한 범위로 화학적 비 및 생성된 폴리머 분자량을 유지하는데 기여한다. 또한, 일정한 제조를 위해 첨가제 예컨대 항산화제, 및 불순물 예컨대 물을 조절하는 것이 대개 중요하다. 예를 들면, 물이 이소시아네이트와 반응하여 기체 이산화탄소를 형성하기 때문에, 물 농도를 조정하는 것은 폴리머성 매트릭스에서 기공을 형성하는 이산화탄소 거품의 농도에 영향을 줄 수 있다. 유리한 물과의 이소시아네이트 반응은 사슬 연장제와의 반응을 위해 이용가능한 이소시아네이트를 감소시키고, 이로써 가교결합의 수준 (과량의 이소시아네이트기가 존재하는 경우) 및 생성된 폴리머 분자량과 함께 화학양론을 변화시킨다.
수많은 적합한 예비중합체, 예컨대 AdipreneTM LFG740D, LF700D, LF750D, LF751D, 및 LF753D 예비중합체 (Chemtura Corporation, 필라델피아, 펜실베이아)는 0.1 중량 백분율 미만의 유리 TDI 모노머를 갖고, 종래의 예비중합체보다 보다 일정한 예비중합체 분자량 분포를 갖고, 이로써 우수한 연마 특성을 갖는 연마 패드의 형성을 용이하게 하는 저-유리 이소시아네이트 예비중합체(low-free isocyanate prepolymer)이다. 이러한 개선된 예비중합체 분자량 컨시스턴시 및 저-유리 이소시아네이트 모노머는 보다 규칙적인 폴리머 구조를 생성하고, 개선된 연마 패드 컨시스턴시에 기여한다. 대부분 예비중합체의 경우, 저-유리 이소시아네이트 모노머는 바람직하게는 0.5 중량 백분율 미만이다. 또한, 전형적으로 더 높은 수준의 반응 (즉, 각각의 말단 상에 디이소시아네이트에 의해 캡핑된 하나 초과의 폴리올) 및 더 높은 수준의 유리 톨루엔 디이소시아네이트 예비중합체를 갖는 "종래의" 예비중합체는 유사한 결과를 생성할 것이다. 또한, 저분자량 폴리올 첨가제, 예컨대, 디에틸렌 글리콜, 부탄디올 및 트리프로필렌 글리콜은 예비중합체 반응 생성물의 미반응된 NCO의 중량 백분율의 조절을 용이하게 한다.
액체 폴리우레탄 매트릭스 형성 물질에서의 미반응된 이소시아네이트기에 대한 경화제에서의 아민 (NH2)기 및 하이드록실 (OH)기에 더해진 반응 혼합물에서의 임의의 유리 하이드록실기의 합의 적합한 화학양론 비는 0.80:1 내지 1.20:1, 또는, 바람직하게는 0.85:1 내지 1.1:1이다.
본 발명의 CMP 연마 패드의 CMP 연마층은 ASTM D1622-08 (2008)에 따라 측정된 0.5 g/cm3 이상의 밀도를 나타낸다. 이에 따라, 본 발명의 화학적 기계적 연마 패드의 연마층은 ASTM D1622-08 (2008)에 따라 측정된 0.6 내지 1.2g/cm3, 또는, 바람직하게는, 0.7 내지 1.1 g/cm3, 또는, 보다 바람직하게는, 0.75 내지 1.0 g/cm3의 밀도를 나타낸다.
본 발명의 CMP 연마 패드는 ASTM D2240-15 (2015)에 따라 측정되는 30 내지 90, 또는, 바람직하게는 35 내지 80, 또는, 보다 바람직하게는 40 내지 70의 쇼어 D 경도 (2s)를 나타낸다.
바람직하게는, 본 발명의 CMP 연마 패드에서 사용되는 연마층은 500 내지 3750 ㎛(20 내지 150 mils), 또는, 보다 바람직하게는, 750 내지 3150 ㎛(30 내지 125 mils), 또는, 보다 더 바람직하게는, 1000 내지 3000 ㎛(40 내지 120 mils), 또는, 가장 바람직하게는, 1250 내지 2500 ㎛(50 내지 100 mils)의 평균 두께를 가진다.
본 발명의 CMP 연마 패드는 임의로 연마층과 접속되는 적어도 하나의 추가적인 층을 더 포함한다. 바람직하게는, CMP 연마 패드는 임의로 연마층에 부착되는 압축가능한 서브 패드 또는 베이스 층을 더 포함한다. 압축가능한 베이스층은 바람직하게는 연마되는 기판의 표면에 대한 연마층의 적합성(conformance)을 개선한다.
본 발명의 다른 양태에 따라, CMP 연마 패드는 폴리머성 패드 매트릭스를 형성하기 위한 미량원소를 포함하는 액체 폴리머 매트릭스 형성 물질을 성형하거나 또는 캐스팅함으로써 형성될 수 있다. CMP 연마 패드의 형성은 서브 패드층, 예컨대 폴리머 함침된 부직포, 또는 폴리머 시트를 연마층의 바닥면 상에 적층하여, 이로써 연마층은 연마 패드의 상면을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 CMP 연마 패드의 제조 방법은 주형을 제공하는 단계; 본 발명의 패드 형성 혼합물을 주형에 붓는 단계; 및 주형에서 상기 조합이 반응되게 하여 경화된 케이크를 형성하는 단계를 포함할 수 있고; 여기서 CMP 연마층은 경화된 케이크로부터 유도된다. 바람직하게는, 경화된 케이크는 스카이빙되어 단일 경화된 케이크로부터 복수 개의 연마층을 유도한다. 임의로, 상기 방법은 스카이빙 작업을 용이하도록 경화된 케이크를 가열하는 단계를 더 포함한다. 바람직하게는, 경화된 케이크는 스카이빙 작업 과정에서 적외선 가열 램프를 사용하여 가열되고, 여기서 경화된 케이크는 복수 개의 연마층으로 스카이빙된다.
또 다른 양태에 따라, 본 발명은 기판을 연마하는 방법을 제공하고, 이는 하기 단계를 포함한다: 자성 기판, 광학 기판 및 반도체 기장 중 하나 이상으로부터 선택되는 기판을 제공하는 단계; 상기 본 발명의 설명에서 항목 1 내지 10에서의 CMP 연마 패드를 형성하는 방법 중 임의의 하나에서 인용된 것과 같은 본 발명에 따른 화학적 기계적 (CMP) 연마 패드를 제공하는 단계; 기판의 표면을 연마하기 위해 CMP 연마 패드의 연마층의 연마 표면과 기판 사이의 동적 접촉을 생성하는 단계; 및 연마제 컨디셔너로 연마 패드의 연마 표면을 컨디셔닝시키는 단계.
본 발명의 연마 패드의 사용 방법에 따라, CMP 연마 패드의 연마 표면은 컨디셔닝될 수 있다. 패드 표면 "컨디셔닝" 또는 "드레싱(dressing)"은 안정한 연마 성능에 대해 일정한 연마 표면을 유지하는데 중요하다. 시간 경과시 연마 패드의 연마 표면이 마모되어, 연마 표면의 마이크로텍스처가 평활하게 된다 - 소위 "글레이징" 현상. 연마 패드 컨디셔닝은 전형적으로 컨디셔닝 디스크로 기계적으로 연마 표면을 마모시킴으로써 달성된다. 컨디셔닝 디스크는 전형적으로 내포된 다이아몬드 지점을 포함하는 거친 컨디셔닝된 표면을 가진다. 컨디셔닝 공정은 패드 표면으로 미세 고랑을 절단시키고, 패드 물질을 마모시키면서 갈고, 연마 텍스처를 재생시킨다.
연마 패드를 컨디셔닝하는 단계는 연마가 중단되는 경우에 CMP 공정에서의 중간 중단 과정 ("현장 외에서")에서, 또는 CMP 공정이 진행되는 중에 ("현장 내에서") 컨디셔닝 디스크를 연마 표면과 접촉시키는 단계를 포함한다. 전형적으로, 컨디셔닝 디스크는 연마 패드의 회전의 축과 관련하여 고정되는 위치에서 회전하고, 연마 패드가 회전함에 따라 환형 컨디셔닝 영역을 스위핑한다.
본 발명의 화학적 기계적 연마 패드는 자성 기판, 광학 기판 및 반도체 기판 중 하나 이상으로부터 선택된 기판을 연마하기 위해 사용될 수 있다.
바람직하게는, 본 발명의 기판의 연마 방법은 하기 단계를 포함한다: 자성 기판, 광학 기판 및 반도체 기판 중 하나 이상으로부터 선택된 기판 (바람직하게는, 반도체 기판, 예컨대 반도체 웨이퍼)를 제공하는 단계; 본 발명에 따른 화학적 기계적 연마 패드를 제공하는 단계; 연마층의 연마 표면과 기판 사이에 동적 접촉을 생성하여 기판의 표면을 연마하는 단계; 및 연마제 컨디셔너로 연마 표면을 컨디셔닝하는 단계.
본 발명의 일부 구현예는 이하 하기 실시예에서 상세하게 기재될 것이다:
표 2에 나타난 홈 치수를 갖는 성형된 K7, 성형된 K7-3 또는 성형된 K7-10 홈을 갖는 연마층을 제조하기 위한, 충돌 혼합을 통해 스프레이 성형으로 CMP 연마 패드를 제조하기 위해 3개의 주형을 사용하였다. 스프레이 제형 상세설명은 하기 표 1에 요약되어 있다. POLY 사이드는 장쇄 폴리올, 단쇄 연장제, 계면활성제, 촉매, 및 발포제의 혼합물이었다. ISO 사이드는 폴리이소이사네이트 예비중합체만을 포함하였다. ISO 대 POLY의 중량비, I/P는 9%%의 활성 수소 대 이소시아네이트 화학양론 비를 목표로 하기 위해서 각각 제형 A 및 제형 B에 대해 1.542 및 1.38이었다. SpecflexTM NR 556은 아민-CO2 카바메이트 발포제 부가물 (Dow)이다. 모든 스프레이 성형된 시트는 16시간 동안 104℃의 오븐에서 경화시켰고, 완전 경화된 연마층을 감압 접착제 (PSA)로 연마 평가를 위한 SubaTM IV 펠트 서브-패드 (Dow)에 부착하였다. 다른 비교 실시예 4, 대조군 패드, IC1000 (Dow)를 또한 비교를 위해 K7 홈 및 SubaTM IV 서브-패드로 마감처리하였다.
표 1: 연마층 제형
Figure 112018051096486-pat00001
표 2는 하기에서 2개의 오프셋 홈 패턴 (성형된 K7-3 및 성형 K7-10)과 대조군 패턴 원형 K7 홈의 다양한 508 mm (20") 패드 홈 치수를 비교하고 있고, 이들 모두는 폴리테트라플루오로에틸렌 주형 상에서 네거티브 이미지로부터 스프레이 성형된 것이다.
표 2: 다양한 원주 홈 패턴
Figure 112018051096486-pat00002
표 3: 비교 대조군 패드 (스프레이 성형되지 않음)
Figure 112018051096486-pat00003
모든 패드를 하기와 같이 시험하였다.
연마: 연마 조건의 상세한 설명은 하기 표 4에 나타나 있다. 연마를 MirraTM 연마기 (Applied Materials, Inc. 사제, 산타 클라라, CA)를 사용하여 실시하였다. 각각의 새로운 패드를 표시된 시간 동안 3.18 kg (7 lbs) 다운 포스 (DF)에서 탈이온수 (DI)로 SaesolTM 8031C1 컨디셔닝 디스크(Saesol Diamond Ind. Co., Ltd. 사제, 경기도, 한국)를 사용하여 브레이크 인을 실시하였고, 이후, 3개의 제거 속도 웨이퍼를 시험하기 이전에 10개의 더미 웨이퍼와 함께 연마하였다. 표시된 연마 패드를 슬러리 변화 이전에 3.18 kg (7 lbs)에서 탈이온수로 또 다른 10분 동안 다시 브레이크 인을 실시하였다. 100% 현장 내 컨디셔닝시, 표시된 연마 패드는 전체 연마 전반에 걸쳐 상기 언급한 컨디셔닝 디스크에 의해 컨디셔닝시켰다. 50% 현장 내 컨디셔닝시, 표시된 연마 패드를 연마 시간 절단 동안 상기 언급한 컨디셔닝 디스크에 의해 컨디셔닝시켰다. 각각의 연마 응용의 경우에, 2개의 연마 다운 포스 (LDF 및 HDF)를 시험하였다. 200mm의 직경의 시트 웨이퍼 기판을 모든 연마 시험에서 사용하였다. 산화물 및 배리어 연마의 경우, 산화물 웨이퍼를 폴리실리콘 웨이퍼 상에의 테트라에톡시실리케이트 (TEOS) 증착으로 제조하였고; 구리 연마의 경우, 기판 웨이퍼를 베어 실리콘웨이퍼 상에의 구리 금속 증착에 의해 제조하였다. 연마 제거 속도 실험을 200 mm 블랭킷 S15KTEN TEOS 시트 웨이퍼 (Novellus Systems, Inc. 사제, 새너제이, CA) 상에서 수행하였다. 모든 연마 실험을 200 ml/min의 슬러리 유동 속도로 수행하였고; 산화물 및 배리어 연마의 경우, 테이블 회전 속도는 93 rpm이었고, 캐리어 회전 속도는 87 rpm이었다. 구리 연마의 경우, 테이블 회전 속도는 77 rpm이고, 캐리어 회전 속도는 71 rpm이었다. Saesol 8031C 다이아몬드 패드 컨디셔너를 사용하여 나타난 바와 같이 현장 내에서 연마 패드를 컨디셔닝시켰다. 사용되는 슬러리는 하기 표 4B에 기록되어 있다. 사용되는 슬러리는 A, B 및 C이었고, 이들 모두는 논의된 기판에 맞추어진 고형분 및 pH에 기초한 다양한 콜로이달 실리카이었다. 표 5에 기록된 모든 연마 데이터는 3개의 실시의 평균이고, 각각은 3개의 별개의 기판 상에서 동일한 패드를 사용하여 수행되었다. 일반적으로, 모든 평균은 개개의 측정된 결과의 + 1% 이내의 것이다.
제거 속도 (RR) 및 제거 균일성 ( NU )를 3 mm 가장자리 익스클루션(edge exclusion)과 함께 49 포인트 나선형 스캔을 사용하는 KLA Tencor (Milpitas, CA) FX200TM 계측 장비를 사용하여 연마 전과 후의 필름 두께를 측정함으로써 결정하였다. 제거 속도 실험 각각은 3회 수행되었다. 구리 시트 웨이퍼 연마의 경우, RR은 KLA Tencor RS-200TM 계측 장비를 사용하는 연마 전과 후에 필름 두께를 측정함으로써 결정되었다. RR 및 NU 각각을 3 mm 가장자리 익스클루션을 갖는 연마된 웨이퍼에 걸친 제거 속도 프로파일로부터 계산하였고, 이는 각각 연마에 의해 야기되는 기판 두께에서의 감소 및 원하는 두께 목표로부터의 기판 두께의 평균 변화를 나타낸다. 연마 온도는 연마 과정에서의 IR 프로브 측정 패드 표면 온도에 의해 기록되었다. 연마로부터의 결함은 SurfscanTM SP2 미패턴화 웨이퍼 표면 조사 장비를 사용하여 결정하였다 (KLA Tencor).
표 4: 연마 조건
Figure 112018051096486-pat00004
표 4B: 슬러리 정보
Figure 112018051096486-pat00005
DF를 사용한 연마 결과는 하기 표 5 및 6에 제공되어 있다:
표 5: 콜로이달 실리카 슬러리를 사용한 연마 결과
Figure 112018051096486-pat00006
상기 표 5에 나타난 바와 같이, 본 발명의 연마층(2)은 종래의 원주 홈 패턴을 갖는 비교 연마층(1 및 4)보다 더 낮은 연마 온도에서 개선된 제거 속도를 가능하게 한다. 연마층(3)은 오프셋 원주 홈 패턴을 가지고, 이는 본 발명에 따른 원주 홈 패턴의 바람직한 오프셋 범위를 초과한다. 이에 따라 실시예 3, 7, 11, 15, 19 및 23 각각은 우수한 CMP 연마 결과를 생성하는 2개의 인접한 원주 홈 사이의 25 내지 200㎛의 오프셋을 나타낸다.
하기 표 6은 본 발명의 오프셋 연마층의 결함 성능이 주어져 있다.
표 6: 결함
Figure 112018051096486-pat00007
본 발명의 연마층(2)는 긴 콜로이달 실리카 글러리로의 연마시 연마층(1)보다 급격하게 더 낮은 CMP 후 결함수를 산출하였다. 본 발명의 덜 바람직한 연마층(3)은 더 높은 연마 다운포스에서 개선된 결함을 산출하였다.
약간 조밀한 연마층의 추가적인 연마 데이터는 하기 표 7 및 8에 나타나 있다.
표 7: 긴 콜로이달 실리카 슬러리 제형으로의 TEOS 산화물 제거 속도
Figure 112018051096486-pat00008
본 발명의 연마층은 IC1000TM 대조군 패드 (비교 실시예 43 및 47), 오프셋 원주 홈을 갖지 않는 연마층 (비교 실시예 44 및 48), 및 본 발명의 바람직한 오프셋을 능가하는 오프셋 원주 홈을 가진 연마층 (실시예 46 및 50)보다 더 높은 제거 속도를 산출하였다. 실시예 46 및 50에서의 덜 바람직한 연마층은 개선된 RR을 산출하였다. 그러나, 실시예 45-46 및 49-50에서의 본 발명의 모든 연마층은 더 낮은 온도에서 연마를 가능하게 한다.
표 8: 콜로이달 실리카 슬러리 제형으로의 구리 제거 속도
Figure 112018051096486-pat00009
본 발명의 연마층은 IC1000 TM 대조군 패드 (비교 실시예 51 및 55), 및 오프셋 원주 홈 없는 연마층 (비교 실시예 52 및 56)보다 더 높은 제거 속도를 산출하였다. 본 발명의 바람직한 오프셋 한계값을 초과하는 오프셋 원주 홈을 갖는 연마층(실시예 54 및 58)은 또한 개선된 제거 속도를 제공하였다. 본 발명의 연마층은 또한 더 낮은 온도에서 연마를 가능하게 한다.
실시예 59 - 모두 공동의 기하학적 중심을 갖는 오프셋 원주 홈: 슬러리 A를 사용하여 연성의 상업적으로 이용가능한 폴리우레탄 CMP 연마 패드, IK2020H 패드 (Dow)를 사용하여 3개의 TEOS 산화물 기판을 연마하였고, 평균 제거 속도 (RR) 및 결함 수를 결정하였다. (i) 대조군 패드는 대조군 K7 홈 패턴을 가졌고, 오프셋 (ii) 패드는 공동의 중심을 갖는 38 mm (1.5") 오프셋 원주 홈 패턴을 갖는 연마층을 가졌고; 더 큰 오프셋 패드 (iii)는 공동의 중심을 갖는 102 mm (4") 오프셋 원주 홈 패턴을 갖는 연마층을 가졌다. 연마는 상기 언급한 연마 조건에서 20.7 (LDF) 및 34.5 kPa (HDF)의 두 다운 포스에서 실시되었다. 제거 속도는 LDF에서 대조군 (i)보다 3% 더 나았고, 연마층 (ii)에 대해 HDF에서 대조군 (i)보다 5% 더 낮았고, 연마층 (iii)에 대해 LDF에 11% 더 나았고, HDF에서 0% 개선되었다. 결함 수는 연마층 (ii) 및 (iii)에 대해 대조군 (i)보다 급격하게 (50% 이상으로) 좋지 않게 되었다.
실시예 60 - 부분적 또는 불완전한 원주 홈 의 인열: AutometTM 2 파워 헤드를 갖는 Buehler Ecomet TM 4 연마기 (Buehler, Illinois Tool Works의 계열사 사제, 레이크 블러프, IL) 상에서 시험을 실시하였다. 3.05 mm (120 mil) 피치, 0.5 mm (20 mil) 너비, 및 0.75 mm (30 mil) 깊이의 패턴 중에 동심 원형 홈을 갖는 IC1000TM 연마 패드 (연마 패드 4)를 패드 연마층 가장자리에 부분적 홈을 생성하기 위해 4 mm 내지 229 mm (9")의 직경으로 오프셋 펀칭시켰다. 오프셋-펀칭된 연마층을 양면 감압 접착제 필름을 사용하여 연마기의 연마 플래턴에 배치하였다. 시판되는 100 mm (4") 직경의 컨디셔닝 디스크, LPX-AR3B66 LPX-W (Saesol Diamond Ind. Co., Ltd. 사제, 경기도, 한국)를 사용하여 연마층을 컨디셔닝시켰다. 시험 조건은 하기와 같았다: 3.6 kg (8 lb) 컨디셔닝 디스크 다운 포스; 60 rpm의 디스크 속도; 180 rpm의 플래턴 속도; 및 280 mL/min의 탈이온수 유속. 연마층을 탈이온수로의 4시간 동안의 컨디셔닝 이후 주사 전자 현미경 하에 조사하였고, 가장자리가 날카로워 졌고, 이는 연마층의 가장 자리 상의 인열된 가장자리 및 분해된 잔해를 포함한다.

Claims (10)

  1. 반도체 기판, 광학 기판, 및 자성 기판 중 적어도 하나를 평탄화시키기 위한 화학적 기계적 연마 패드로서,
    기하학적 중심을 갖는 연마층을 포함하되,
    상기 연마층은 복수 개의 기하학적 중심을 갖는 복수 개의 오프셋 원주 홈을 포함하고, 각각의 원주 홈은 최근접한 또는 인접한 원주 홈 또는 홈들과 피치 거리로 이격되어 있으며, 대부분의 원주 홈은 인접한 원주 홈과 상이한 기하학적 중심을 가지며,
    최내부 원주 홈으로부터 최외부 원주 홈까지 이동되는 경우에, 각각의 연속적인 원주 홈의 기하학적 중심의 상대적 위치가 상기 연마층의 상기 기하학적 중심을 향하여 이동하는,
    화학적 기계적 연마 패드.
  2. 제1항에 있어서, 최내부 및 최외부 원주 홈을 제외하고, 상기 복수 개의 오프셋 원주 홈의 각각은 2개의 인접한 원주 홈을 갖는, 화학적 기계적 연마 패드.
  3. 제1항에 있어서, 상기 연마 패드에서의 각각의 원주 홈은 3 내지 36개의 면을 가지는 다각형이거나 또는 원형인, 화학적 기계적 연마 패드.
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