KR102600819B1 - 다목적 복합재 창을 구비한 연마 패드 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 집적 회로 웨이퍼를 연마하는 데 적합한 연마 패드를 제공한다. 연마 패드는 연마면을 갖는 상부 연마층 및 상부 연마층 내의 적어도 하나의 홈을 포함한다. 적어도 하나의 투명 창은 상부층 내에 위치된다. 적어도 하나의 투명 창은 적어도 하나의 홈의 목적하는 마모 깊이보다 더 큰 두께를 갖는다. 적어도 하나의 투명 창은 비-형광 투과 중합체; 및 형광 투과 중합체를 포함한다. 투명 창은 형광 투과 중합체를 여기시키기에 충분한 파장에서 활성화 공급원으로 상기 형광 투과 중합체를 활성화시킴으로써 홈 깊이를 측정하는 것을 허용하고, 형광 투과 중합체 및 비-형광 투과 중합체를 통해서 광을 보냄으로써 종말점 검출을 허용한다.

Description

다목적 복합재 창을 구비한 연마 패드{POLISHING PAD WITH MULTIPURPOSE COMPOSITE WINDOW}
화학 기계적 평탄화(Chemical Mechanical Planarization: CMP)는, 다층의 3차원 회로를 정밀하게 구축하기 위하여 집적 회로의 구성층들을 평탄화 또는 평면화시키는데 널리 사용되는 연마 공정의 변형이다. 연마될 층은 하지 기판 상에 침착된 박막(10,000 옹스트롬 미만)이다. CMP의 목적은 균일한 두께의 매우 평탄한 층을 제조하기 위해 웨이퍼 표면 상의 과도한 물질을 제거하는 것이며, 상기 균일성은 전체 웨이퍼 영역에 걸쳐 연장된다. 제거율 및 제거 균일성의 제어는 가장 중요하다.
CMP는 나노-크기의 입자를 함유하는 종종 슬러리라 불리는 액체를 이용한다. 이것은 회전식 압반 상에 장착된 회전식 다층 중합체 시트, 또는 패드의 표면 상에 공급된다. 웨이퍼는 별도의 회전 수단을 구비한 별개의 고정물 또는 캐리어에 장착되고, 제어된 부하 하에 패드의 표면에 대해서 가압된다. 이것은 웨이퍼와 연마 패드 사이의 높은 상대적인 이동 속도를 초래한다. 패드/웨이퍼 접합부에 포획된 슬러리 입자는 웨이퍼 표면을 마멸시켜, 제거를 유발한다. 속도를 제어하고, 수막현상을 방지하고 웨이퍼 하의 슬러리를 효율적으로 반송하기 위하여, 각종 유형의 텍스처가 연마 패드의 상부면에 편입된다. 미세 스케일의 텍스처가 미세 다이아몬드의 어레이로 패드를 마멸시킴으로써 생성된다. 이것은 제거율을 제어하고 증가시키기 위하여 수행되고, 통상 컨디셔닝(conditioning)이라 지칭된다. 다양한 패턴 및 치수(예컨대, XY, 원형, 반사상)의 보다 큰 스케일의 홈(groove)이 또한 유체역학 및 슬러리 수송 조절을 위하여 편입된다.
CMP에서 중요한 과제는 원하는 정도의 최종 막 두께와 균일성을 달성하는 것이었다. 초기 CMP 공정은 엔지니어링 모니터 웨이퍼에서 측정된 제거율을 기초로 두께 목표에 도달하는 데 필요한 시간의 양을 추정하였다. 이것은 원하는 수준의 제어를 제공하지 못했다. 따라서 다양한 공정 중 필름 측정 장치가 지난 20년 이상 개발되어 왔다. SiO2와 같은 투명 재료의 CMP에 대해서, 광학 기술이 통상 이용되어 왔다. 널리 사용되는 수법은 웨이퍼의 표면으로부터 반사된 광의 간섭 스펙트럼으로부터의 막 두께를 계산하는 간섭측정법이다. 이들 광원은 일반적으로 파장 범위가 300 내지 800㎚인 백색광이며 반사광은 분광계를 통해 분석된다. 이것은 CMP 공정 중 막 두께의 계산을 가능하게 하여, 공정 중단을 위한 정확한 타이밍을 허용한다. 이를 종종 종말점(endpoint)이라 부른다.
디바이스 웨이퍼 내 배선 구조는 다마신 공정을 사용하여 절연체와 도체 재료의 다층 제조로 구성된다. 이 과정에서, 절연체(예를 들면, SiO2)의 층을 침착시키고, 오목부의 패턴은 포토리소그래피와 에칭을 통해 일어난다. 이어서, 전기적으로 절연된 와이어 구조를 생성하기 위해 제거되어야 하는 과도한 부담(overburden) 또는 과도한 재료와 함께 오목부를 완전히 채우기 위해 전도성 재료(예컨대, Cu)의 층이 침착된다. 이 제거는 또한 CMP를 사용하여 수행된다. 이 과정에서, 절연체 상에 대해서 낮은 연마율 및 금속에 대해서 높은 연마율을 갖는 선택적 슬러리가 사용된다. CMP 공정의 중요한 부분은 과도한 부담이 완전히 제거 또는 클리어된 시점의 정확한 결정이다. 이것은 클리어링점(clearing point)이 남아있는 배선 금속을 마모시킨 후의 과도한 연마 때문에 중요한데, 그 이유는 이로 인해 저항 변동 및 불균일한 표면을 생성하기 때문이다. 반사율을 비롯한 다양한 측정 수법이 사용되었다. 통상 사용되는 반사율 수법은 표면을 조명하기 위해 입사 레이저를 사용한다. 반사광의 정도는 반사광으로부터 계산될 수 있다. Cu 및 SiO2의 경우에, 구리의 과도한 부담이 제거되었을 때 반사율의 급격한 감소가 관찰된다. 이것은 통상 종말점이라 부른다.
광학 종말점 결정을 위하여 가장 널리 사용되는 방법은 연마 패드 아래에 또는 연마 패드 밑의 압반 내에 측정 장비를 위치시키는 것이다. 반사율 측정이 수행될 수 있도록 투명한 개구, 또는 창이 패드에 설치된다. 이러한 창은 연마 장치 제조업체가 사용하는 종말점 결정 시스템(endpointing system)의 특정 요건에 따라서 상이한 설계, 치수 및 개수로 생성될 수 있다. 이러한 창에 대한 중요한 요건은, 기계 특유의 세부 사항과 관계없이, 다음과 같다: (a) 이중 통과 광학 측정을 위한 적절한 신호를 제공하기에 충분한 광학 투명성; (b) 누설을 피하기 위해 이들은 기계적으로 강하고 나머지 연마 패드에 단단히 접합되어야 하며; (c) 창의 기계적 특성은 변형을 피하기 위해 주변 패드와 밀접하게 정합되어야 하고; (d) 창의 컨디셔닝 마모율은 패드의 유용한 수명 동안 평면 접촉을 유지하도록 주변 패드와 밀접하게 정합되어야 한다. 전형적인 CMP 패드는 다층 구조이며, 이의 가장 간단한 형태는, 연마될 웨이퍼와 접촉하고, 창 및 홈을 포함하는 상부층, 순응도를 조절하고 웨이퍼에 맞춤되는, 최상층보다 더 높은 압축성의 하위층, 및 압반 상에서 패드를 유지시키는 하부의 접착층을 구비한다. 일반적으로, 창의 두께는 홈 깊이보다 더 크고 패드의 최상층의 두께와 정합한다. 오늘날 생산되는 대부분의 CMP 패드는 종말점 결정용 창이 그에 통합되어 있다.
연마 패드의 수명은 장치 제조사에 의해 설정된 일정한 성능 수준을 유지하는 그의 능력에 의해 결정된다. 패드 수명을 제한하는 가장 통상적인 인자는 제거율의 드리프트(drift)와, 웨이퍼 영역에 걸친 균일한 제거의 영구적인 변화이다. 패드 마모는 이러한 두 가지 쟁점의 근본 원인이다. 속도 드리프트를 보정하는데 사용되는 다이아몬드 컨디셔닝(diamond conditioning)은 상부 패드 표면 상에 마모를 유발하여 두께를 연속적으로 감소시킨다. 이것이 진행됨에 따라서, 홈 깊이가 연속적으로 감소된다. 궁극적으로, 홈은 필요한 유체역학적 상태를 유지할 수 없고 패드 수명의 종료에 도달한다. 실제로, 패드 수명의 추정은 곤란하다. 홈 깊이의 기계적 측정은 연마기의 정지를 필요로 하며, 이는 처리량과 활용도를 저감시킨다. 패드 마모 및 홈 깊이의 변화를 측정하는데 사용되는 가장 통상적인 수법은 비접촉식 표면 측정이다. 이들 유형의 접근법의 예는 미국 특허 제6,040,244호(초음파 간섭측정) 및 미국 특허 제9,138,860호(레이저 또는 와류 변위 센서)에서 발견된다. 이러한 수법은 패드 마모율을 결정하기 위하여 그의 전체 면에 걸쳐서 패드 두께 및 형상의 변화를 측정할 수 있지만, 상업적 시스템은 매우 값비싸고 기존의 연마기에 용이하게 장착될 수 없다.
따라서, 어떠한 연마기에서도 사용될 수 있는, 패드 자체에 내장된 패드 마모 지표를 제공하는 각종 수단이 개발되었다.
미국 특허 제5,913,713호는, 상부 패드층의 배면에 일련의 홈 또는 공동부(cavity)를 형성함으로써 패드 마모 지표를 제공하는 방법을 개시하였다. 이들은 불투명한 또는 높은 콘트라스트 재료로 채워질 수 있었다. 패드가 마모됨에 따라서, 이들 매립된 홈이 보이게 되어, 조작자가 콘트라스트 정도에 기초하여 패드 수명의 종료라고 여길 수 있게 한다. 다양한 높이를 갖는 일련의 공동부를 사용함으로써, 패드 마모는 각 층에 도달하는 시간을 기록함으로써 추정될 수 있었다. 이 수법은 노동 집약적이고 비교적 주관적이다.
미국 특허 제6,090,475호는 비색 패드 마모 지표를 제공하는 대안적인 수법을 개시하였다. 착색 염료가 제조 동안 상부 패드층의 하부면에 도포되고, 이 염료가 패드에 미리 결정된 부분적인 깊이로 확산되었다. 컨디셔닝 마모에 의해 염료가 노출되어, 패드 마모가 패드 교체를 필요로 하는 정도까지 진행된 것을 나타낸다. 이 방법은 제어하기에 극히 어렵고, 또한 수명의 종료 전에 패드 마모율을 측정하는 수단을 제공하지 못한다.
미국 특허 제6,106,661호는 상부 패드층 상에 패드 마모 지표를 생성하는 방법을 개시하였다. 패드 표면을 가로 질러 다양한 깊이 및 위치의 일련의 오목부가 상부 패드층의 정면 또는 배면 중 어느 하나에 생성되고 선택적으로 콘트라스트 색의 재료로 채워졌다. 컨디셔닝 공정에 의한 패드 마모는 상이하게 착색된 반점의 출현에 의해 나타나는 매립된 지표를 노출시킨다. 또한 상부 패드층의 상부면에 채워지지 않은 오목한 특징부 또는 트렌치의 이용을 개시하였는데, 이것은 일단 패드가 오목부의 깊이까지 마모되면 사라지게 되는 것이었다. 이 특허에서는, 유체역학 또는 반송 제어를 위한 홈의 편입에 대한 언급이 없었고, 종래기술에 대해서건 발명의 실시예에 대해서건 어는 곳에서도 도면의 어느 것에도 홈이 되어 있지 않았다. 마모 데이터는 순응도의 제어를 위하여 상부 패드층의 전체적인 얇아짐을 측정하는 것이었다. 이것은 상기 수법이 미국 특허 제5,913,713호에서와 마찬가지 방식으로 전체적인 패드 마모율을 제공할 수 있다고 개시하였다.
더욱 최근에, 미국 특허 공개 제2017/0157733호는 또 다른 패드 마모 모니터링 수법을 개시하였다. 상부 패드층의 최상부면에서부터 하부면까지 일정 간격에서 설계 상 다양한 상이한 패턴의 어레이로 구성되는 복수의 마커 패턴이 패드 상의 개소들에 적층된다. 패드가 마모됨에 따라서, 상이한 마커가 노출된다. 이것은 패드에서 마모의 진행 상태를 제공하기 위하여 기계 시각 시스템과 조합될 수 있다.
위에서 인용된 패드-기반 접근법의 전부는 그들의 광범위한 용도를 방해하는 상당한 결점을 갖는다. 이들 결점은 다음을 포함한다: (1) 이들의 내포에 의해 연마 패드 기계 가공에 상당한 비용 추가; (2) 결과의 해석이 대부분 주관적; (3) 접근법이 물리적으로 관입적이고 패드의 마모 특성을 변경할 잠재성을 지님; (4) 마모툴 상에 다수의 마커 또는 값비싼 추가의 계량법의 추가 없이 패드가 임계 마모 깊이에 도달할 경우 마커의 노출 전에 사용자가 결정하는 용이한 수단이 없음; 및 (5) 이들 접근법의 어느 것도 연마 패드의 대부분에 사용되는 기존의 종말점 결정 시스템과 호환 가능하지 않음.
위의 논의로부터, 추가된 계량법 없이 연속적인 마모 데이터를 제공할 수 있는 효율적인 패드 마모 지표가 개발될 수 있고 사용 시 이미 기존의 종말점 특징과 호환 가능하다면, 당업계의 상황에서 상당한 개선일 것임은 명백하다.
본 발명의 양상은, 집적 회로 웨이퍼를 연마하는데 적합한 연마 패드를 포함하되, 이 연마 패드는 연마될 물품과 접촉하는 상부 연마층으로서, 연마면을 갖는, 상기 상부 연마층; 상부 연마층 내의 적어도 하나의 홈으로서, 상부 연마층의 상기 연마면으로부터 아래쪽으로 뻗고, 깊이를 갖는, 상기 적어도 하나의 홈; 상부층 내에 위치된 적어도 하나의 투명 창으로서, 적어도 하나의 홈의 목적하는 마모 깊이보다 더 큰 두께를 갖는, 상기 적어도 하나의 투명 창을 포함하고, 적어도 하나의 투명 창은,
비-형광 투과 중합체; 및 형광 투과 중합체를 포함하며; 투명 창은 형광 투과 중합체를 여기시키기에 충분한 파장에서 활성화 공급원(activation source)으로 형광 투과 중합체를 활성화시킴으로써 홈 깊이를 측정하는 것을 허용하고, 형광 투과 중합체 및 비-형광 투과 중합체를 통해서 광을 보냄으로써 종말점 검출을 허용한다.
도 1은 웨이퍼 종말점 검출에서 사용하기 위한 CMP 연마 패드에서의 통상의 창의 개략도.
도 2는 웨이퍼 종말점 검출에서 사용하기 위한 CMP 연마 패드에서의 형광 창의 개략도.
도 3은 연속적인 패드 연마 패드 마모 검출과 각진 경계면을 이용하는 웨이퍼 종말점 검출의 조합을 제공하기 위한 CMP 연마 패드에서의 형광 창의 개략도.
도 3a는 잔류 홈 깊이의 절반을 갖는 도 3의 개략도.
도 3b는 잔류 홈 깊이가 없는 도 3의 개략도.
도 4a 내지 도 4d는, 형광의 존재를 나타내는 빗금친 부분을 갖는, 자외 방사선으로 조명된 경우의 도 3의 패드 위쪽에서부터 본 형광 이미지의 변화를 예시한 도면.
도 5는 실시예 1에 기재된 모(parent) 중합체의 투과 스펙트럼의 플롯.
도 6은 실시예 1에 기재된 형광 중합체의 형광 스펙트럼의 플롯.
본 발명의 주요 특징부는 광학 종말점 결정 시스템에서 사용하기 위한 완전히 기능성인 창 및 패드 마모 지표의 다수의 기능을 제공하도록 다층 연마 패드 내 복합재 개구 또는 창의 사용이다. 이것은 패드 창에 2개의 층을 편입시킴으로써 달성된다. 하나의 창은 통상의 창 재료이다. 두 번째 창은 중합체 구조 자체의 일부인 형광성 모이어티와 함께 첫 번째 층과 동일한 중합체 층을 이용해서 제조된다. 경계면이 패드 내 홈의 깊이를 참조하도록 2개의 층의 상대적인 두께를 조절함으로써, 패드 사용 동안 상부층으로부터의 마모가 홈 마모 지표로서 사용될 수 있다.
도 1을 참조하면, 종래 기술의 CMP 연마 패드(12)는 상부 또는 최상부 패드층(1) 및 하부 패드층(2)을 포함하는 다층 복합재로 이루어진다. 상부 패드층(1)은 연마면(1a)을 갖는다. 연마면(1a)은 연마될 기판과 접촉하는 표면이다. 연마층(1)은 상부 패드층(1)의 총 두께보다 작은 깊이(5)를 갖는 일련의 홈(3)을 구비한다. 연마면(1a)은 또한 단일 성분 중합체성 광학 종말점 창(4)을 지니며, 이의 상부면은 상부 패드층(1)의 연마면(1a)과 동일 평면이고, 총 두께는 상부 패드층(1)의 총 두께와 동등하다. 도 1 내지 도 4는 동일한 구성요소의 참조부호를 포함한다.
도 2를 참조하면, 통상의 패드(4)의 창이 상부 또는 최상부 패드 표면(1)과 동일 평면에 배치된 2개의 층(6) 및 (7)을 갖는 복합재 중합체 창(4)으로 교체되어 있다. 선택적으로, 2개의 층(6)이 연마면(1a)의 표면 바로 아래의 높이를 가질 수 있다. 상부 창 층(6)과 하부 창 층(7) 사이의 경계면(8)은 연마면(1a)과 평행한 평면 상에 위치되고, 연마면(1a)으로부터의 그의 거리는 패드 홈(6)의 오목부 깊이(5)보다 다소 작다. 본 실시형태에서, 최상부 창 층(6)은 편광 특성을 지니며, 즉, 이것은 자외 방사선으로 조명될 경우 광을 방출한다. 하부층(7)은, 형광 중합체가 존재하지 않는 것을 제외하고 형광층(6)과 동일한 조성의 비-형광 중합체이다. 패드(12)가 연마기에 장착될 경우, 패드의 상부면의 조명은 창의 영역으로부터 발생하는 형광 발광을 일으킬 것이다. 패드가 집적 회로 웨이퍼를 마모시키는데 사용되고 컨디셔닝됨에 따라서, 패드 마모는, 상부 창 층(6)을 비롯한 상부 특징부의 전부에 대해서 일어난다. 시간에 경과함에 따라서, 상부 패드층(1)뿐만 아니라 상부 창 층(6)에서 연속적인 저감이 있다. 결과적으로 마모 깊이는 상부 창 층(6)을 완전히 제거하는데 충분하다. 이 지점에서, 자외 방사선에 패드의 노출은 형광을 발생시키지 않는다. 형광 반응의 이러한 소실은 패드가 그의 유용한 수명의 종료에 도달하여 교체해야만 한다는 신호이다. 복합재 중합체 창 경계면(8)이 목적하는 임의의 마모 깊이에 대해서 조절될 수 있는 것이 이해된다. 유리하게는, 경계면은 적어도 하나의 홈이 깊이보다 작거나 동등한 단부 위치(end location)를 갖는다. 예를 들어, 사용자가 홈 깊이(5)의 80% 제거에서 패드 수명의 종료라고 여기도록 원할 경우, 이에 따라서 복합재 창의 경계면이 설정될 수 있다.
유리하게는, 상부층(1)과 상부 창 층(6)은 다이아몬드 컨디셔닝 동안 동일한 비율로 마모된다. 본 발명의 이 실시형태는 패드 마모의 진행을 나타내는 정확한 수단을 제공하지는 않는다. 상부 창 층(6)이 얇아짐에 따라서, 총 형광은, 특히 UV 조명 파장이 층의 최소 투명 파장 미만이 된다면, 비례 방식으로 감소될 것으로 예상되지 않는다.
대안적으로, 형광층(6)과 비-형광층(7)을 역전시키는 것이 가능하다. 본 실시형태에 있어서, 형광광의 도달은 패드 수명의 종료를 나타낸다.
도 3은 상부층(1)의 마모를 연속적으로 결정하는 실시형태이다. 이 형광 복합재 창(4)은 상부 창 층과 하부 창 층보다 아래에서 경사진 경계면(8)을 이용한다. 경사는 상부 패드층(1)과 연마층(1a)의 상부면에 대해서 비스듬하다. 본 실시형태에서, 계면의 각도는 상부 창 층(6)의 가장 두꺼운 부분이 홈 깊이(5)와 동등한 상부 패드층(1) 표면보다 아래의 깊이에 있다. 복합재 창의 대향 측면에, 경계면(8)은 패드(12)의 상부면에 있다. 자외선 조명 하에 위쪽에서부터 보면, 도 4a에 도시된 바와 같이, 복합재 창의 전체 영역이 형광을 발한다.
패드가 사용되고 마모가 시작됨에 따라서, 상부면에서의 복합재 중합체 웨이퍼 계면의 위치는 하부 복합재 창 층(7)의 일부분이 노출됨에 따라서 복합재 창의 가장자리로부터 옮겨 간다. 복합재 창의 최상층(6)의 더 적은 영역이 존재하므로, 자외선 조명 하에 관찰된 형광의 양이 따라서 저감된다. 마모가 계속됨에 따라서, 노출되는 하부 복합재 창 층(7)의 퍼센트는 마모량에 따라 직접 증가되고, 패드 마모의 깊이가 홈 깊이(3)와 동등하게 될 때까지 창의 형광 영역이 직접 감소된다.
도 3a는 홈(3)이 깊이(9)를 갖게 될 때까지 마모된 창(4)을 예시한다. 이 지점에서, 상부 창 층(6)의 폭(10)은 그의 원래의 폭의 50%로 저감된다. 도 3b를 참조하면, 이 지점에서, 홈(3)은 그들의 잔류하는 홈 깊이(9) 아래로 마모된다. 따라서, 패드가 자외 방사선으로 조명될 경우 생성되는 형광은 없다. 창의 형광 부분의 폭이 홈 깊이에 대해서 패드 마모량과 상관 관계가 있으므로, 이러한 패드의 사용자는 자외선 조명 하에 패드를 관찰함으로써 홈의 마모 정도를 간단히 즉시 그리고 정량적으로 결정할 수 있다. 게다가, 시간 경과에 따라서 형광 이미지의 폭의 변화는 패드의 마모율을 정확하게 계산하는데 사용될 수 있다.
가장 유리하게는, 상부층(1)과 상부 창 층(6)은 동일한 비율로 마모되고; 형광 상부층(6)과 비-형광 하부 복합재 층(7)은 또한 동일한 비율로 마모된다. 경계면(8)은 가장 유리하게는 적어도 하나의 홈의 깊이보다 적거나 동등한 위치를 갖는다. 선택적으로, 두 층(6) 및 (7)은 연마면(1a)의 표면 바로 아래의 높이를 가질 수 있다. 높이가 패드 최상부층 표면(1)의 높이보다 낮을 경우, 형광 신호가 패드 마모에 따라 변화되기 시작하기 전에 연마 지체 시간이 있다.
도 4a 내지 도 4d는 도 3의 연마 패드(12)의 마모에 따른 형광의 변화를 예시한다. 도 4a는 제조된 바와 같은 패드의 형광 이미지를 나타낸다. 복합재 창의 전체 영역이 형광을 발한다. 도 4b는 홈 깊이의 50%가 마모에 의해 제거된 경우 그 지점에서 복합재 창의 형광 이미지를 나타낸다. 복합재 창의 영역의 단지 50%가 형광성이다. 도 4c는 홈 깊이의 75%가 제거된 경우 복합재 창의 형광 이미지를 나타낸다. 복합재 창의 영역의 단지 25%가 형광성이다. 도 4d는 마모 깊이가 목적하는 홈 마무리 깊이와 동등하거나 보다 큰 경우 복합재 창의 형광 이미지를 나타낸다. 형광은 관찰되지 않는다. 유리하게는, 경계면은 적어도 하나의 홈의 깊이보다 작거나 또는 동등한 단부 위치를 갖는다. 단부 위치는 도 4a에서 도 4d까지의 경로를 따라 임의의 위치에 있을 수 있다. 가장 유리하게는, 단부 위치는 형광 광 신호가 존재하지 않는 위치(4d)에 있다.
대안적으로, 형광층(6)과 비-형광층(7)을 역전시키는 것이 가능하다. 이어서, 형광광의 증가는 연마 패드 마모, 궁극적으로는 연마 패드 수명의 종료를 나타낸다. 복합재 창의 기하 형태는 임의의 목적하는 홈 깊이, 또는 목적하는 패드 마모 깊이에 적합화되도록 용이하게 변경될 수 있으며, 이들 깊이는 패드에 대한 수명의 종료로 여겨진다. 본 발명의 복합재 창의 전체적인 형상 및 치수는, 경사진 경계면(8)을 포함하는 한 임의의 광학 종말점 결정 시스템(예컨대, 직사각형, 원형, 단일 창 또는 다중 창)과 일치하도록 조절될 수 있다. 또, 시각적 관찰 이외의 방법이 형광 반응을 검출하고 정량화하는데 사용될 수 있음이 이해된다. 이들은 기계 시각 시스템, 분광광도 검출 및 분석 시스템, 및 기존의 광학 종말점 결정 시스템의 변형을 포함한다.
본 발명의 모든 실시형태의 기타 중요한 특징은 복합재 창이 이중 목적을 제공할 수 있다는 점이다. 패드 마모를 모니터링하는데 사용되는 형광 효과 외에도, 복합재 창은 기존의 광학 종말점 결정 시스템에 대해서 통상의 창으로서 기능하도록 설계된다. 이 호환성(compatibility)은 현재 사용되는 것과 동일 또는 동등한 베이스 중합체를 사용하고, 그리고 복합재 창이 함께 사용되고 있는 상부 패드층(1)과 정합되는 컨디셔닝 마모율 및 기계적 특성을 복합재 창이 갖는 것을 보장함으로써 달성된다. 따라서, 예를 들어, 본 발명의 패드가 마모율에 관한 염려 없이 단독으로 사용되고 있지만 광학 종말점 능력을 요구할 경우, 이것은 완전히 적합하다. 마찬가지로, 종말점 결정 능력이 없는 연마기에서 사용하기 위하여, 복합재 창 구조는 패드 마모 모니터링을 위하여 사용될 수 있다. 당업자가 이해할 것인 바와 같이, 광범위한 중합체가 본 발명의 복합재 창의 구축에 사용될 수 있고, 본 명세서에 나타낸 구체적인 예시적인 예는 최종 재료 특성이 요건을 충족시키는 한 어떠한 방식으로도 제한이 되도록 의미하는 것은 아니다.
본 발명의 복합재 창의 광학 종말점 결정 시스템과의 호환성은 형광을 위한 잠재성이 광학 종말점 결정 시스템 자체에 오류 또는 부작용을 일으키지 않을 것을 요구한다. 현재의 광학 종말점 결정 시스템은 300㎚에서부터 1000㎚ 미만의 소스 및 검출기를 사용하므로, 복합재 창의 투명도는 광학 종말점 결정 장치에 사용되는 광의 파장에 대응하는 범위에 걸쳐서 확장되어야 한다. 따라서, 복합재 창의 형광층에서 생성되는 형광에 대한 여기 파장은 광학 종말점 결정 장치에 사용되는 광의 파장보다 상당히 아래이어야 하므로. 본 발명의 복합재 창의 두 층이 광학 종말점 결정 시스템의 사용을 허용하는 순수한 투명도를 갖는다.
측정을 위하여 HeNe 파장(632.8㎚)을 이용하는 광학 종말점 결정 시스템과의 호환성을 위하여, 광범위한 형광종이 사용될 수 있다. 유용한 모이어티의 예시적인 예는 플루오레세인-함유 성분(여기 파장 대략 470㎚ 및 발광 파장 대략 511㎚)이다. 이 특정 종이 편리한데, 그 이유는 방출 스펙트럼이 종말점 결정 목적에 사용되는 레이저를 간섭하지 않기 때문이다.
백색광 시스템에 대해서, 투명도가 400㎚로 확장되어야 한다. 이것은 400㎚에서의 요구되는 높은 광 투과(optical transmission)를 제공하기 위하여 대략 350㎚ 미만의 여기 파장을 갖도록 복합재 창의 형광층에 형광종의 사용을 요구한다. 이것은 안트라세닐-, 피레닐- 및 나프틸-함유 화합물과 같은 공액 방향족 기를 함유하는 것들로 형광종의 수를 제한한다. 이들 모이어티는 모두 검출 시스템에 사용되는 가장 낮은 파장의 낮은 투과 한계 부근에서의 발광 파장과 UV의 여기 파장을 갖는다.
근자외선의 광원을 이용하는 종말점 결정 시스템과의 호환성을 위하여, 창에 대한 낮은 전송 창은 대략 300㎚의 컷오프 파장으로 이동한다. 이것은 또한 형광종을 나프틸-함유 종으로 제한한다.
본 발명의 물품에서 형광 종의 사용의 추가의 고려사항은 이러한 형광 종이 사용 동안 창으로부터 침출되지 않아야 하거나, 또는 슬러리 성분과 반응하지 않아야 한다는 점이다. 따라서, 이상적인 접근법은 중합체 구조에 형광 종을 혼입시키는 것이다. 이것을 수행하는 가장 적합한 수단은 베이스 지표 조성으로서 UV 경화성 결합기를 함유하는 우레탄/아크릴레이트 공중합체를 사용하는 것이다. UV 경화성 결합기 모이어티의 유리한 예는 아크릴레이트, 메타크릴레이트 및 아크릴아마이드 결합기를 포함한다. 유리하게는, 형광성 모이어티는 투명한 UV 경화성 중합체에 화학적으로 결합된다. 형광성 아크릴레이트 단량체를 중합 공정에 첨가함으로써, 광범위한 농도로 목적하는 형광 종을 함유하는 구조적으로 결합된 중합체를 제조할 수 있다. 더욱 중요하게는, 형광 단량체의 첨가는 합성에 사용되는 다른 아크릴레이트 단량체 대신에 부분적인 치환으로서 이루어질 수 있다. 이것은 비도핑된 모체와 동일한 물리적 및 기계적 특성을 가진 형광 중합체의 제조를 허용하며, 이것은 잘 정합된 복합재 창을 제조하기 위하여 바람직하다.
형광 단량체는 광범위한 형광체와 함께 상업적으로 입수 가능하다. 특정 용도의 형광 단량체는 9-안트라세닐 메틸 메타크릴레이트(여기 파장 362n㎚, 발광 파장 407㎚), 1-피레닐 메틸 메타크릴레이트(여기 파장 339㎚, 발광 파장 394㎚), 2-나프틸 아크릴레이트(여기 파장 285㎚, 발광 파장 345㎚) 및 2-나프틸 메타크릴레이트(여기 파장 285㎚, 발광 파장 345㎚)를 포함한다. 가장 유리하게는, 형광성 투명한 중합체는 2-나프틸 아크릴레이트; 9-안트라세닐 메틸 메타크릴레이트; 및 1-피레닐 메틸 메타크릴레이트로부터 선택된 적어도 하나의 형광성 모이어티를 포함한다.
본 발명의 복합재 창의 제조는 주조, 제조 및 두 개별의 층의 주조, 제조 및 접합, 바람직하게는, 경화된 비-형광 중합체의 경화된 시트의 상부에 미경화된 형광 중합체의 층을 주조하고 주조된 복합재를 경화시켜 2층 본체를 제조하는 것을 포함하지만, 이들로 제한되는 것은 아닌 많은 수법을 통해서 제조될 수 있다. 이것은 결함이 없는 매우 높은 계면 강도를 지닌 복합재 시트를 생성한다. 전체 복합재 창의 계면 표면과 물리적 표면 사이의 가변적인 각도 차이를 가진 최종 복합재 창을 제조하는 간단하고 비용 효율적인 수단은 먼저 평면 복합재 시트를 제조하고, 이 시트를 블랭크로 절단하고, 상부 표면과 하부 표면을 기계가공하여 도 3에 도시된 것과 같이 목적하는 경계면 각 및 최종 창 치수를 달성하는 것이다.
마무리된 복합재 창의 제조 후, 최종 연마 패드에 편입될 수 있다. 최종 조립은 창을 상부 패드층의 개구에 삽입하고 이것을 적소에 경화시키고, 초음파 용접하거나 또는 창 둘레에 상부 패드층을 예컨대 사출 성형 또는 압축 성형과 같은 수법을 통해서 주조하여 단일의 망상 상부 패드층을 제조하고 복합재 창 주조를 적소에 행하는 것을 포함하지만, 이들로 제한되는 것은 아닌 많은 수법에 의해 수행될 수 있다.
실시예
특성 및 성능에 대한 베이스 중합체의 효과 및 형광종 농도의 효과를 평가하기 위하여 3개의 샘플을 제조하였다. 샘플 1a 및 1b에 대해서, 55.8g의 Voranol™ 220-110 다작용성 폴리올을 4,4'-메틸렌 다이사이클로 헥실 다이아이소사이아네이트(H12MDI)와 혼합하고, 80℃로 가열하고, 4시간 동안 유지하여 베이스 예비중합체를 제조하였다. 샘플 2에 대해서, Adiprene™ L325 폴리우레탄 예비중합체를 입수한 그대로 사용하였다. 하이드록시에틸 메타크릴레이트의 상기 합성된 그리고 상업적 예비중합체 37g을 첨가하고, 혼합하여 80℃에서 12시간 동안 유지시켰다. 이것은 아크릴레이트 말단 캐핑된 폴리우레탄 샘플을 제조하였다. 본 명세서의 목적을 위하여, 우레탄 중합체는 우레탄, 유레아 및 우레탄과 유레아의 배합물을 포함한다. 이들 형광체를 제조하기 위하여, 0.0137g(100 ppm)의 2-나프틸 아크릴레이트 단량체를 샘플 1a 및 샘플 2에 첨가하고, 0.137g(1000 ppm)을 샘플 1b에 첨가하였다. 이들 제형의 각각에 공-개시제로서 0.1 중량%의 캄퍼퀴논 UV 개시제 및 0.2 중량%의 N-메틸다이에탄올아민을 첨가하고 용해시켰다. 이어서, 이들 혼합물을 두 유리판 사이에 개별적으로 주입하여 샌드위치시키고, 5분 동안 할로겐 전구를 통해서 UV광에 노광시켰다.
창이 사용될 패드(VP5000)와 비교하여 샘플들의 기계적 특성을 표 1에 나타낸다. 샘플 1의 특성은, 연신율을 제외하고 채워진 경질 패드의 것과 근접하게 정합하는 것으로 판명되었다. 이들 특성에 의해, 이들의 마모율은 견줄만하게 유지됨에 틀림없다.
UV 경화성 제형 및 비교 재료의 기계적 특성.
패드 샘플 경도
( 쇼어 D) 		G' 30℃
( MPa ) 		G' 40℃
( MPa ) 		인장 강도
( MPa ) 		연신율
(%) 		인장 탄성률
( MPa )
샘플 1 58.9 104 75 13.1 6 290
샘플 2 64.9 129 79 26.5 33 383
채워진 VP5000 61.8 157 125 29.3 229 269
도핑되지 않은 모 중합체의 투과 스펙트럼이 도 5에 도시되어 있다. 샘플 1(형광 단량체 없음)은 300㎚ 아래까지 높은 투과율을 입증한다. 샘플 2는 그 제형에 혼입된 경우 제한된 형광을 보이지 않고 보이지 않아야 한다. 또한, 샘플 2는 광학 종말점 결정에서 사용되는 제한된 투과율 파장 범위를 지니며, 이것은 본 발명에서의 이의 사용을 바람직하지 않게 한다.
도핑된 중합체 창의 형광 스펙트럼은 도 6에 도시되어 있다. 예상된 바와 같이, 샘플 1a는 제한된 형광을 나타내는데, UV 광이 재료를 투과할 수 없어 중합체 구조에 결합된 2-나프틸 아크릴레이트를 여기시킬 수 없기 때문이다. 동일한 수준의 2-나프틸 아크릴레이트 도핑을 지니는 샘플 1a는 2-나프틸 아크릴레이트의 보고된 발광 파장인 345㎚에서 유의한 피크를 나타낸다. 형광 단량체 함량의 크기 증가도를 갖는 샘플 1b는 형광이 형광 단량체 도핑을 증가시킴으로써 증가할 수 있는 것을 나타낸다. 1차 형광 강도가 인간 시력의 제한(380㎚) 미만인 경우, 넓은 발광 스펙트럼이 보라색으로서 형광의 인간 관찰을 허용하는 것에 유의해야 한다.
요약하면, 본 발명은 단일의 투명한 중합체 창에서 패드 마모와 종말점 검출의 조합을 제공한다. 본 발명은 값비싼 하드웨어 솔루션을 구비한 툴을 장착할 필요 없이 패드 및 홈 마모 둘 다를 허용한다. 최종적으로, 각진 경계면의 사용은 연마 패드 마모율 및 홈 수명을 모니터링하는 기체 게이지와 유사하게 기능할 수 있다.

Claims (9)

  1. 집적 회로 웨이퍼를 연마하는데 적합한 연마 패드로서,
    연마될 물품과 접촉하는 상부 연마층으로서, 연마면을 갖는, 상기 상부 연마층;
    상기 상부 연마층 내의 적어도 하나의 홈(groove)으로서, 상기 상부 연마층의 상기 연마면으로부터 아래쪽으로 뻗고, 깊이를 갖는, 상기 적어도 하나의 홈;
    상기 상부 연마층 내에 위치된 적어도 하나의 투명 창으로서, 상기 적어도 하나의 홈의 목적하는 마모 깊이보다 더 큰 두께를 갖는, 상기 적어도 하나의 투명 창을 포함하되, 상기 적어도 하나의 투명 창은,
    비-형광 투과 폴리우레탄 중합체; 및
    형광성 모이어티를 포함하되, 상기 형광성 모이어티는 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트 결합기로 투과 중합체에 화학적으로 결합되는, 형광 투과 중합체를 포함하며; 상기 투명 창은 상기 형광 투과 중합체를 여기시키기에 충분한 파장에서 활성화 공급원(activation source)으로 상기 형광 투과 중합체를 활성화시킴으로써 홈 깊이를 측정하는 것을 허용하고, 상기 형광 투과 중합체 및 상기 비-형광 투과 중합체를 통해서 광을 보냄으로써 종말점 검출(endpoint detection)을 허용하는, 연마 패드.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제1항에 있어서, 상기 형광 투과 중합체는 상기 비-형광 투과 중합체와 동등한 비율로 마모되고, 상기 형광 투과 중합체는 2-나프틸 아크릴레이트; 9-안트라세닐 메틸 메타크릴레이트; 및 1-피레닐 메틸 메타크릴레이트로부터 선택된 적어도 하나의 형광성 모이어티를 포함하는, 연마 패드.
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