KR20020072548A

KR20020072548A - 중합체 연마 패드 또는 중합체 복합재 연마 패드의 제조방법

Info

Publication number: KR20020072548A
Application number: KR1020027007561A
Authority: KR
Inventors: 얀시폴제이.
Original assignee: 로델 홀딩스 인코포레이티드
Priority date: 1999-12-14
Filing date: 2000-12-11
Publication date: 2002-09-16
Also published as: JP2003516872A; WO2001043920A1; TW539596B; EP1268134A1; US6428586B1; US20020069591A1

Abstract

본 발명은 지지 층(302)을 연속적인 제조 구역으로 운반시키는 단계, 액상 중합체 조성물을 운반된 지지 층(302) 위에 공급시키는 단계, 액상 중합체 조성물을 조정된 두께를 갖는 표면 층으로 성형시키는 단계 및 운반된 지지 층(302) 위의 중합체 조성물을 경화 오븐 속에서 경화시켜 액체상 중합체 조성물을 운반된 지지 층(302)에 부착된 고상 연마 층으로 전환시키는 단계를 포함하는, 반도체 기판의 연마를 위한 연마 패드(300)의 제조방법에 관한 것이다.

Description

중합체 연마 패드 또는 중합체 복합재 연마 패드의 제조방법{Method of manufacturing a polymer or polymer composite polishing pad}

본 발명은 중합체를 기본으로 하는 연마 패드, 특히 반도체 기판을 연마하는 데 사용되는 연마 패드의 제조방법에 관한 것이다.

미국 특허공보 제6,099,954호에는 반도체 기판을 연마하기 위한 연마 패드의 공지된 제조방법이 기재되어 있으며, 이것은 점성 연마재 층을 동일 반응계 내에서 제조된 연마 패드의 일부분에 직접 응고시키는 단계를 포함한다. 연마재는 동일 반응계 내에서 시트 형태로 지지 층(backing layer) 위에서 응고되고 건조된 엘라스토머(elastomer) 또는 중합체이다. 연마재는 고화되어 지지 층에 접착된다. 당해 발명 이전에, 배취(batch) 공정이 제한된 수의 연마 패드를 제조하기 위해 시행되었다. 한 배취 공정에 의해 제조된 연마 패드는 또 다른 배취 공정에 의해 제조된 연마 패드와 상이하다. 상이한 배취 공정에 따라 제조된 연마 패드에서의 변형을 감소시키기 위한 제조방법이 요구되고 있다.

본 발명은 배취 공정을 제거하여 상이한 배취 공정에 따라 제조된 연마 패드들 사이의 변화를 감소시킨 연속 제조방법을 제공한다. 반도체 기판을 연마하는 데 사용되는 연마 패드를 제조하기 위한 방법은 운반된 지지 층을 형성하는 연속 물질을 연속적인 제조 구역으로 운반시키는 단계, 액상 중합체 조성물을 운반된 지지 층 위에 공급시키는 단계, 운반된 지지 층 위에 중합체 조성물을 조정된 두께를 갖는 표면 층으로 성형시키는 단계 및 운반된 지지 물질 위에 중합체 조성물을 경화 오븐 속에서 경화시켜 중합체 조성물을 운반된 지지 층에 부착된 고체상 중합체 층으로 전환시킴으로써 반도체 기판을 연마하는 데 사용되는 연마 패드의 고체상 연마 층을 제공하는 단계를 포함한다.

본 발명의 양태를 다음과 같이 도면을 언급하여 예시하는 방식으로 설명한다.

도 1은 반도체 기판을 연마하는 데 사용되는 연속 형태의 연마 패드를 연속 제조하기 위한 장치의 개략도이다.

도 1A는 연속 연마 패드를 감는 권취 릴의 개략도이다.

도 2는 반도체 기판을 연마하는 데 사용되는 연속 연마 패드의 연속 컨디셔닝(conditioning)을 위한 장치의 개략도이다.

도 3은 도 1에 도시된 장치에 따라 제조된 연마 패드의 단편적인 단면도이다.

도 3A는 도 3과 유사한 도이며, 도 1에 도시된 장치에 따라 제조된 또 다른 연마 패드를 나타낸다.

도 3B는 도 3과 유사한 도이며, 도 1에 도시된 장치에 따라 제조된 또 다른 연마 패드를 나타낸다.

도 3은 오버라잉(overlying)된 연마 패드(304)에 접착되거나, 달리 부착된 지지 층(302)을 갖는 형태의 연마 패드(300)의 일부분을 나타낸다. 연마패드(304) 속에 연마재 입자가 존재하지 않는 경우의 연마 패드(300)는 연마재 비함유 패드(abrasive free pad)로서 공지되어 있다. 또 다른 양태에 따라, 당해 연마 패드(300)는 연마 층(304) 속에 분산된 연마재 입자 또는 미립자(306)를 동반하는 고정된 연마재 패드(fixed abrasive pad)가 된다. 연마재 비함유 패드는 연마 층 속에 연마재 입자 또는 미립자(306)가 존재하지 않는 연마 층(304)을 시각화함으로써 도 3에 의해 도시된다.

도 3A는 지지 층(302)과 연마 층(304)을 갖는 연마 패드(300)의 또 다른 양태의 일부분을 나타낸다. 연마 층(304)은 연마 층 속에 분산된 개방형 공극을 동반한다.

도 3B는 지지 층(302)과 연마 층(304)을 갖는 연마 패드(300)의 또 다른 양태의 일부분을 나타낸다. 연마 층(304)은 중공 쉘(shell)(310)의 형태로 연마층 속에 분산된 미세소자들을 동반한다. 중공 쉘(310)은 예를 들면, 대기압 이상의 압력의 공기로, 기체로 충전된다. 또한, 중공 쉘(310)은 CMP(화학적 기계적 평탄화; chemical mechanical planarization)로서 공지된 연마 작업 동안 중공 쉘(310)의 파쇄 또는 중공에 의해 배출되는 공지된 연마액으로 충전되어 있다. CMP 연마 작업은 반도체 기판을 연마하기 위해 연마 패드(300)를 사용한다. 공지된 연마액은 연마 패드(300)와 연마되는 반도체 기판의 계면에서 배출된다.

도 1은 연속 형태의 연마 패드(300)를 연속 제조하기 위한 장치(100)를 나타낸다. 연속 제조 방법은 배취 공정을 대신한다. 연속 제조 방법은 배취 공정에 의해 발생되는 상이한 연마 패드(300)들 사이의 변화를 감소시킨다. 장치(100)는세로 방향으로 연속되는 형태로 나선형으로 감긴 지지 층(302)을 보관하는 공급 릴(reel)(102)을 포함한다. 지지 층(302)은 부직포 섬유 재료 또는 대안적으로는 불투과성 막, 예를 들면, 폴리에스테르 필름이다. 공급 롤러(roller)(102)는 구동 장치(104)에 의해 제어되는 속도에서 회전하도록 기계적으로 구동된다. 구동 장치(104)는 예를 들면, 벨트(106)와 모터 구동된 도르래(108)로서 도시되며, 대안적으로는 예를 들면, 모터 구동된 가용성 축 또는 모터 구동된 기어열(列)을 포함한다.

도 1은 연속 컨베이어(conveyor)(110), 예를 들면, 공간 이격된 구동 롤러(112) 전면에 걸쳐 고리를 형성하는 스테인레스 스틸 벨트 위에 공급 릴(102)에 의해 공급되어진 연속 지지 층(302)을 나타낸 것이다. 구동 롤러(112)는 컨베이어(110)의 선형 운동을 연속 지지 층(302)의 선형 운동과 일치시키는 속도에서 모터 구동된다. 지지 층(302)은 각각의 구동 롤러(112)와 상응하는 아이들러(idler) 롤러(112a) 사이에서 공간을 따라 컨베이어(110)에 의해 및 컨베이어(110)에 대해 운반된다. 아이들러 롤러(112a)는 컨베이어(110)와 지지 층(302)의 포지티브 트랙킹(positive tracking) 제어를 위해 지지 층(302)과 맞물리게 된다. 컨베이어(110)는 테이블 지지체(110b)의 편평하고 평탄한 표면과 접하여 지지되는 편평한 구간(110a)을 가지며, 편평한 구간(110a)은 지지 층(302)을 편평하게 지지하고 이를 연속적인 제조 구역(114), 제조 구역(122) 및 제조 구역(126)으로 운반시킨다. 롤러 형태의 지지체들(110c)은 컨베이어(110)와 지지 층(302)의 포지티브 트랙킹 조절을 위해 컨베이어(110)와 지지 층(302)의 측면 가장자리를 따라 분포된다.

제1 제조 구역(114)은 저장 탱크(116)와 탱크(116)의 배출구에 위치한 노즐(118)을 포함한다. 점성 액상 중합체 조성물은 탱크(116)에 공급되고, 노즐(118)에 의해 연속 지지 층(302) 위에 분배한다. 노즐(118)의 유량은 탱크(116)의 배출구에서 펌프(120)에 의해 조절된다. 노즐(118)은 지지 층(302)을 액상 중합체 조성물을 포함하는 연마 층(304)으로 피복시키기 위해 연속 지지 층(302)의 폭만큼 넓다. 컨베이어(110)가 연속 지지 층(302)을 제조 구역(114)으로 운반시킴에 따라 연속 액상 연마 층(304)이 지지 층(302) 위에 공급된다.

제2 제조 구역(122)은 연속 지지 층(302)으로부터 정확한 거리에 위치하여 이들 사이의 틈새 공간을 한정하는 닥터 블레이드(doctor blade)(124)를 포함한다. 컨베이어(110)가 연속 지지 층(302)과 액상 연마 층(304)을 제조 구역(122)의 닥터 블레이드(124)로 운반함에 따라 닥터 블레이드(124)는 정확한 두께로 액상 연마 층(304)을 연속적으로 성형한다.

제3 제조 구역(126)은 연속 지지 층(302)과 정확한 두께의 연마 층(304)이 통과하는 가열된 터널의 형태인 경화 오븐(128)을 포함한다. 오븐(128)은 액상 연마 층(304)을 연속 지지 층(302)에 접착된 연속 고체상 연마 층(304)으로 경화시킨다. 경화 시간은 온도와 오븐을 통과하는 운반 속도에 의해 조절된다. 오븐(128)은 복사 가열 또는 강제 대류 가열 또는 둘 다를 사용하여 연료 점화되거나 전기적으로 점화된다.

오븐(128)을 빠져 나옴에 따라, 연속 지지 층(302)은 연속 연마 패드(300)에포함되는 연속 고체상 연마 층(304)에 접착된다. 연속 연마 패드(300)는 제조 구역(126)을 지나 연속적으로 도 1A의 권취 릴의(130)에 나선형으로 감긴다. 권취 릴의(130)는 제2 구동 장치(104)에 의해 구동된다. 권취 릴의(130)와 제2 구동 장치(104)는 제조 장치(100)에 선택적으로 배치되는 독립된 제조 구역을 포함한다.

도 3에 나타낸 바와 같이 연마 패드(300)의 양태에 따라, 점성 액상 중합체 혼합물, 예를 들면, 라텍스 중합체 혼합물 또는 폴리우레탄 중합체 혼합물에 고형분 함량이 높은 성분이 탱크(116)에 의해 공급된다. 또 다른 양태에 따라 중합체 혼합물은 광학적 모니터링 및 감지를 위해 약 190nm 내지 약 3500nm 파장 범위의 전자기 방사선의 빔(beam)을 투과시키는 성분을 포함한다. 오븐(128)에서 경화됨에 따라, 중합체 혼합물이 고체화된 연속 연마 패드(300)를 형성한다. 연마재 입자 또는 미립자(306)를 액상 중합체 혼합물에 가하지 않는 경우, 연속 연마 패드(300)는 연마재 비함유 연마 패드(300)가 된다.

또 다른 양태에 따라, 연마재 입자 또는 미립자(306)가 액상 중합체 혼합물의 성분의 하나로서 포함된다. 중합체 혼합물은 연마재 입자 또는 미립자(306)를 동반하는 매트릭스(matrix)가 된다. 연속 연마 패드(300)는 연속 연마 층(304) 전체에 분포된 연마재 입자 또는 미립자(306)를 갖는 고정된 연마재 연마 패드(300)가 된다.

도 3A에 나타낸 바와 같이 연마 패드(300)의 양태에 따라, 발포 활성제 또는 발포제 또는 기체의 형태로 동반된 성분은 이들 성분을 동반하는 매트릭스로서 역할하는 중합체 혼합물 속에 포함된다. 경화시, 발포 활성제 또는 발포제 또는 기체는 휘발물로서 제거됨으로써 연속 연마 층(304) 전체에 분포된 개방형 공극(308)을 제공한다.

도 3B에 나타낸 바와 같이 연마 패드(300)의 양태에 따라, 마이크로벌룬(microballon) 또는 중합체성 중공 쉘(shell)(310)의 형태로 동반된 성분이 중합체 혼합물 속에 포함되고, 연속 연마 층(304) 전체에 분포된다. 쉘(310)은 기체로 충전되어 있다. 또는, 쉘(310)은, 연마 패드(300)가 CMP로서 공지된 연마 작업 동안 사용되는 때에 쉘(310)이 연마에 의해 또는 파쇄에 의해 또는 천공에 의해 개방되는 경우에 분배되는 연마액으로 충전된다. 또한, 쉘(310)은 CMP로서 공지된 연마 작업 동안 물에 용해됨으로써 개방되는 수용성 중합체성 미세소자가다.

본 발명 이전의 라텍스계 연마 패드를 제조하기 위한 배취 공정 방법은 금형 속에 고형분 함량이 높은 라텍스 중합체 혼합물을 위치시키고 오븐에 금형을 위치시킨 다음, 오븐에 있는 금형 속의 패드를 경화시키는 것이다. 패드를 제조하기 위한 배취 공정은 배취 공정에서 나타나는 배취와 위치에 대한 변화성 때문에 패드에 변형을 가져올 수 있다.

도 2는 연속 연마 패드(300)의 표면 컨디셔닝 또는 표면 피니싱을 위한 추가의 장치(200)를 나타낸다. 장치(200)는 도 1에 나타낸 컨베이어와 유사한 컨베이어(110) 또는 도 1에 나타낸 바와 같은 연장된 구간을 갖는 동일한 컨베이어(110)를 포함한다. 장치(200)의 컨베이어(110)는 구동 롤러(112) 및 오븐(126)에서 배출된 연속 연마 패드(300)를 지지하는 편평한 구간(110a)을 갖는다. 장치(200)의컨베이어(110)는 연속 연마 패드(300)가 제조 구역(201), 제조 구역(208) 및 제조 구역(212)을 하나 이상 통과하도록 운반시키고, 연속 연마 패드(300)를 추가로 가공시킨 다음, 오븐(126)에서 경화시킨다. 장치(200)는 추가의 플랫 테이블 지지체(110b) 및 추가의 지지체(110c)를 포함하며, 이들 모두는 도 1을 언급하여 기재된 바와 같이 작동된다.

고체화된 연마 층(304)은 연마 층(304)의 목적하는 표면 피니싱(finishing) 및 2차원 표면 수준을 나타내기 위해 버프연마(buffing)된다. 그루브(groove) 또는 다른 톱니 모양 형태의 표면 요철이 연마 층(304)의 표면에 삽입된다. 예를 들면, 작업 구역(201)은 스탬핑(stamping) 작업 동안 서로를 향해 접근하는 왕복 운동을 하는 스탬핑 다이(202)와 고정 된 다이(204)를 갖는 한 쌍의 압축 성형 다이를 포함한다. 왕복운동을 하는 스탬핑 다이(202)는 연속 연마 층(304)의 표면을 향해 마주한다. 다이(202)에 있는 다수의 톱니(205)는 연속 연마 층(304)의 표면을 관통한다. 스탬핑 작업은 표면 피니싱 작업을 제공한다. 예를 들면, 톱니(205)는 연마 층(304)의 표면에 그루브 패턴을 제공한다. 또한, 예를 들면, 마이크로벌룬 또는 중공 쉘(310)이 중합체 혼합물 내에 존재하는 경우, 연속 연마 층(304)의 표면에서 마이크로벌룬 또는 중공 쉘(310)이 톱니에 의해 천공된다. 컨베이어(110)는 간헐적으로 멈추고, 다이 (202)와 (204)가 서로를 향해 접근하는 경우에 정지하게 된다. 또는 다이 (202)와 (204)가 서로를 향해 접근하는 시간 동안, 다이 (202)와 (204)가 운반 방향으로 컨베이어(110)와 동시에 운반된다.

또 다른 제조 구역(208)은 연속 연마 층(304)의 표면에서 그루브를 제거하기위해 회전식 톱(210)을 포함한다. 톱(210)은 목적하는 패턴의 그루브로 그루브를 절단하기 위해 미리 결정된 경로에 따라 공지된 직각 운동 플로터(plotter)에 의해 운반된다.

또 다른 제조 구역(212)은 연속 연마 층(304)의 표면을 선택적으로 거칠거나 평활하도록 목적하는 표면 피니싱을 갖는 편평한 2차원 표면으로 버프연마 또는 밀링하기 위해 회전식 밀링 헤드(214)를 포함한다. 추가로, 예를 들면, 연속 연마 층(304)의 표면에서, 마이크로벌룬 또는 중공 쉘이 중합체 혼합물 내에 존재할 경우, 마이크로벌룬 또는 중공 쉘(310)은 밀링 헤드에 의해 천공된다.

제조 구역(202), 제조 구역(210) 및 제조 구역(212)의 순서는 도 2에 의해 나타낸 바와 같은 순서로부터 다양할 수 있다. 이상의 제조 구역(202), 제조 구역(210) 및 제조 구역(212)은 목적에 따라 제거될 수 있다. 권취 릴의(130)와 제2 구동 장치(104)는 고체상 연속 연마 패드(300)를 권취하기 위해 컨베이어(110)의 말단에서 제조 장치(200)에 선택적으로 위치하는 독립된 제조 구역을 포함한다.

본 발명의 방법은 중합체 액상으로부터 중합체 고상으로의 경화 시스템에 맞출 수 있으며, 이에 따라 용매를 기본으로 하는 중간 단계를 수반 하지 않는 중합체 혼합물, 예를 들면, 주입 성형된 중합체 혼합물을 먼저, 중합체 성분을 극히 작은 크기로 연마하고, 연마된 성분들을 농축된 액체 분산액으로 분산시키며, 건조시킨 다음, 연마된 성분들을 오븐(128) 속에서 용융시켜 연마된 성분들을 융합시킴으로써 상기 공정에 맞출 수 있다.

원료는 반복적으로 탱크(116)를 충전시키는 다량의 균질 공급액으로 혼합될수 있기 때문에, 조성에서의 변형 및 최종 생성물의 특징은 최소화된다. 공정의 연속성은 연속 연마 패드(300) 제조의 정밀한 제어를 가능하게 함으로써 다수의 개별적인 연마 패드(300)가 목적하는 면적 패턴 및 크기로 절단된다. 다수의 개별적인 연마 패드(300)는 조성 및 특성에 있어서의 변화가 최소화된다.

Claims

운반된 지지 층(302)을 형성하는 연속 재료를 연속적인 제조 구역(114), 제조 구역(122) 및 제조 구역(126)으로 운반시키는 단계,

액상 중합체 조성물을 운반된 지지 층(302) 위에 공급하는 단계,

운반된 지지 층(302) 위에 있는 액상 중합체 조성물을 조정된 두께를 갖는 표면 층(304)으로 성형시키는 단계 및

운반된 지지 층(302) 위의 중합체 조성물을 경화 오븐 속에서 경화시켜 중합체 조성물을 운반된 지지 층(302)에 부착된 고상 중합체 층으로 전환시킴으로써 반도체 기판을 연마하는 데 사용되는 연마 패드(300)의 고상 연마 층(304)을 제공하는 단계를 포함하는, 반도체 기판을 연마하는 데 사용되는 연마 패드의 제조방법.
제1항에 있어서, 고정된 연마재 연마 패드(300)의 고상 연마 층(304)을 제공하기 위해 액상 중합체 조성물을 미립자를 동반하는 매트릭스로서 공급하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
제1항에 있어서, 가용성 중합체성 미세소자를 동반하는 연마 패드(300)의 연마 층(304)을 제공하기 위해 액상 중합체 조성물을 수용성 중합체성 미세소자를 동반하는 매트릭스로서 공급하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
제1항에 있어서, 중합체성 미세소자를 동반하는 연마 패드(300)의 고상 연마 층(304)을 제공하기 위해 액상 중합체 조성물을 중합체성 쉘(310)을 갖는 중합체성 미세소자를 동반하는 매트릭스로서 공급하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
제1항에 있어서, 중합체성 미세소자를 동반하는 연마 패드(300)의 고상 연마 층(304)을 제공하기 위해 액상 중합체 조성물을 연마액을 포함하는 중합체성 쉘(310)을 갖는 중합체성 미세소자를 동반하는 매트릭스로서 공급하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
제1항에 있어서, 연마재 입자(306)를 동반하는 연마 패드의 고상 연마 층을 제공하기 위해 액상 중합체 조성물을 연마재 입자(306)를 동반하는 매트릭스로서 공급하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
제1항에 있어서, 공극을 갖는 고상 연마 층(304)을 제공하는 성분을 갖는 액상 중합체 조성물을 제공하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
제1항에 있어서, 회전식 밀링 헤드(214)로 고상 중합체 조성물과 지지 층(302)을 표면 피니싱하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
제1항에 있어서, 한 쌍의 압축 성형 다이[(202), (204)] 사이에서 고상 중합체 조성물과 지지 층(302)을 스탬핑(stamping)시키는 단계를 추가로 포함하는 방법.
제1항에 있어서, 한 쌍의 압축 성형 다이[(202), (204)] 사이에서 고상 중합체 조성물과 지지 층(302)을 스탬핑시킴으로써 고상 중합체 조성물 속의 중공 쉘을 천공시키는 단계를 추가로 포함하는 방법.