KR20020083136A - 반도체 웨이퍼용 연마 패드와, 이를 구비한 반도체웨이퍼용 연마 적층체와, 반도체 웨이퍼의 연마 방법 - Google Patents

반도체 웨이퍼용 연마 패드와, 이를 구비한 반도체웨이퍼용 연마 적층체와, 반도체 웨이퍼의 연마 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 목적은, 반도체 웨이퍼용 연마 패드와, 연마 성능을 감소시키지 않으면서 광 종점 탐지를 수행할 수 있는 상기 연마 패드를 장착한 반도체 연마용 적층체와, 이들을 사용하여 반도체 웨이퍼를 연마하는 방법을 제공하는 데 있다. 본 발명의 연마 패드는 가교 결합된 1,2-폴리부타디엔과 같은 비수용성 매트릭스 재료와 이러한 비수용성 매트릭스 재료에 분산된 β-시클로덱스트린과 같은 수용성 입자를 포함하며 투광성을 가져서, 연마 종점이 광으로 탐지될 수 있다.

Description

반도체 웨이퍼용 연마 패드와, 이를 구비한 반도체 웨이퍼용 연마 적층체와, 반도체 웨이퍼의 연마 방법{POLISHING PAD FOR SEMICONDUCTOR WAFER AND LAMINATED BODY FOR POLISHING OF SEMICONDUCTOR WAFER EQUIPPED WITH THE SAME AS WELL AS METHOD FOR POLISHING OF SEMICONDUCTOR WAFER}
본 발명은 반도체 웨이퍼용 연마 패드와, 이를 구비한 반도체 웨이퍼용 연마 적층체와, 반도체 웨이퍼의 연마 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 연마 성능을 저하시키지 않고, 광이 투과 가능하고 이 투과된 광에 의한 연마 종점의 검출이 용이한 반도체 웨이퍼용 연마 패드와, 이를 구비한 반도체 웨이퍼용 연마 적층체와, 반도체 웨이퍼의 연마 방법에 관한 것이다.
반도체 웨이퍼의 연마에 있어서, 연마의 목적이 달성되어 그 연마를 종결하는 연마 종점의 결정은 경험적으로 얻어진 시간을 기준으로 행할 수 있다. 그러나, 피연마면을 구성하는 재질은 다양하고, 이들에 대한 연마 시간은 모두 다르다. 피연마면을 구성하는 재질은 금후 여러 가지로 변화될 것이다. 또한, 이는 연마에 사용되는 슬러리 및 연마 장치에 있어서도 마찬가지이다. 이러한 이유로, 여러 다양한 연마에 있어서 모든 연마 시간을 얻는 것은 매우 비효율적이다. 한편, 근년, 예를 들면 일본 특허 공개 9-7985호 공보 및 특개 2000-32622호 공보에 개시되어 있는 것과 같이 피연마제의 상태를 직접 측정할 수 있는 광학적인 방법을 이용하는 광학식 종점 검출 장치 및 방법에 관한 연구가 진행되어 왔다.
이러한 광학식 종점 검출 장치 및 방법에는, 일본 특허 공개 11-512977호에 개시되어 있는 바와 같이, 종점 검출용 광이 투과할 수 있는 경질의 균일한 수지로 이루어지는 연마 능력을 갖지 않는 창을 연마 패드 상에 형성하여, 이 창만을 통해서 피연마면을 측정하고 있다. 이 창은 연마 능력을 갖지 않고, 슬러리 입자의 흡수 및 운송이라는 본질적인 능력을 갖지 않는다.
그러나, 상기 연마 패드는 연마 능력을 갖지 않기 때문에, 창을 설치함으로써 연마 패드의 연마 능력을 저하시킬 가능성이 있다. 또한, 상기 창은 실제로 슬러리의 보유 및 배출 능력을 갖지 않기 때문에, 창을 설치함으로써 불균일을 초래할 가능성이 있다. 따라서, 창을 확대하거나, 그 개수를 늘리거나, 환형으로 창을 설치하는 것은 곤란하다.
본 발명은 상기 문제를 해결하는 것이며, 광학식 종점 검출 장치를 이용한 반도체의 연마에 있어서, 연마 성능을 저하시키는 일없이 종점 검출용 광을 투과시킬 수 있는 반도체 웨이퍼용 연마 패드와, 이를 구비한 반도체 웨이퍼용 연마 적층체와, 반도체 웨이퍼의 연마 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자들은 광학식 종점 검출 장치를 이용한 반도체 웨이퍼용 연마 패드에 대해 검토한 결과, 종래와 같이 투명도가 높은 수지로 이루어진 작은 창을 구비한 연마 패드가 아니더라도, 연마 패드를 구성하는 소재 자체가 투광성을 가지면 창 부분으로서 충분한 투광성을 확보할 수 있고, 이와 같은 연마 패드를 이용한 광학식 종점 검출기로 연마 종점의 검출이 가능하다는 사실을 발견하였다. 또한, 연마 패드를 구성하는 매트릭스에 함유된 내포물에 의해 광의 산란이 발생되더라도, 충분한 투광성을 확보할 수 있다는 사실을 발견하였다.
또한, 본질적으로 슬러리의 보유 및 배출 능력을 지니고 있지 않는 경질의 균일한 수지를 사용하지 않더라도, 투광성을 갖는 투광성 부재를 창으로 이용하면충분한 투광성을 확보할 수 있고, 이와 같은 연마 패드를 이용하여 연마 종점의 검출이 가능하다는 사실을 발견하였다. 그리고, 수용성 입자와, 이 수용성 입자가 내부에 분산 및 함유된 매트릭스 재료 등으로 구성된 창을 이용함으로써, 연마시 슬러리의 보유 및 배출 능력이 얻어지는 것을 발견하였다.
본 발명은 상기 발견을 기초로 하여 이루어진 것이며, 다음과 같이 설명될 수 있다.
1. 비수용성 매트릭스 재료 및 상기 비수용성 매트릭스 재료에 분산된 수용성 입자를 포함하며, 투광성을 갖는 반도체 웨이퍼용 연마 패드.
2. 상기 제1항목 따른 반도체용 연마 패드에 있어서, 두께가 2 mm일 때, 400 내지 800 nm 사이의 파장에서 투광성이 0.1 % 이상이거나, 400 내지 800 nm 사이의 파장 범위에서 누적 투광성이 0.1 % 이상인 반도체 웨이퍼용 연마 패드.
3. 상기 제2항목 따른 반도체용 연마 패드에 있어서, 상기 패드는 얇은 부분을 포함하며, 종점 탐지 광은 상기 얇은 부분을 통해 투과되는 반도체 웨이퍼용 연마 패드.
4. 상기 제3항목 따른 반도체용 연마 패드에 있어서, 상기 비수용성 매트릭스 재료의 적어도 일부는 가교 중합체인 반도체 웨이퍼용 연마 패드.
5. 상기 제2항목 따른 반도체용 연마 패드에 있어서, 비수용성 매트릭스 재료의 적어도 일부는 가교 중합체인 반도체 웨이퍼용 연마 패드.
6. 상기 제5항목 따른 반도체용 연마 패드에 있어서, 상기 가교 중합체는 가교 결합된 1,2-폴리부타디엔인 반도체 웨이퍼용 연마 패드.
7. 표면으로부터 배면으로 관통하는 관통 구멍이 제공된 연마 패드용 기판과, 상기 관통 구멍 내에 끼워진 투광부를 포함하며, 상기 투광부는 비수용성 매트릭스 재료 및 상기 비수용성 매트릭스 재료에 분산된 수용성 입자를 포함하는 반도체용 연마 패드.
8. 상기 제7항목 따른 반도체용 연마 패드에 있어서, 두께가 2 mm일 때, 400 내지 800 nm 사이의 파장에서 상기 투광부의 투광성이 0.1 % 이상이며, 400 내지 800 nm 사이의 파장 범위에서 상기 투광부의 누적 투광성이 0.1 % 이상인 반도체용 연마 패드.
9. 상기 제8항목 따른 반도체용 연마 패드에 있어서, 상기 패드는 얇은 부분을 포함하며, 종점 탐지 광은 상기 얇은 부분을 통해 투과되는 반도체용 연마 패드.
10. 상기 제9 항목에 따른 반도체용 연마 패드에 있어서, 상기 비수용성 매트릭스 재료 중 적어도 일부는 가교 중합체인 반도체용 연마 패드.
11. 상기 제8 항목에 따른 반도체용 연마 패드에 있어서, 비수용성 매트릭스 재료의 적어도 일부는 가교 중합체인 반도체용 연마 패드.
12. 상기 제11 항목에 따른 반도체용 연마 패드에 있어서, 상기 가교 중합체는 가교 결합된 1,2-폴리부타디엔인 반도체용 연마 패드.
13. 비수용성 매트릭스 재료 및 상기 비수용성 매트릭스 재료에 분산된 수용성 입자를 포함하며 투광성을 갖는 연마 패드와, 상기 연파 패드의 배면측 상에 적층된 지지층을 포함하며, 상기 적층물은 적층 방향으로 투광성을 갖는 반도체 웨이퍼 연마용 적층체.
14. 표면으로부터 배면으로 관통하는 관통 구멍이 제공된 연마 패드용 기판과 상기 관통 구멍 내에 끼워진 투광부를 포함하며, 상기 투광부는 비수용성 매트릭스 재료 및 상기 비수용성 매트릭스 재료에 분산된 수용성 입자를 포함하는, 연마 패드와, 상기 연마 패드의 배면측 상에 적층된 지지층을 포함하며, 상기 적층물은 적층 방향으로 투광성을 갖는 적층체.
15. 비수용성 매트릭스 재료 및 상기 비수용성 매트릭스 재료에 분산된 수용성 입자를 포함하며 투광성을 갖는 연마 패드를 사용하여 반도체 웨이퍼를 연마하는 단계와, 광 종점 탐지기를 사용하여 연마 종점의 탐지를 수행하는 단계를 포함하는 방법.
16. 표면으로부터 배면으로 관통하는 관통 구멍이 제공된 연마 패드용 기판과 상기 관통 구멍 내에 끼워진 투광부를 포함하며, 상기 투광부는 비수용성 매트릭스 재료 및 상기 비수용성 매트릭스 재료에 분산된 수용성 입자를 포함하는, 연마 패드를 사용하여 반도체 웨이퍼를 연마하는 단계와, 광 종점 탐지기를 사용하여 연마 종점의 탐지를 수행하는 단계를 포함하는 방법.
17. 비수용성 매트릭스 재료 및 상기 비수용성 매트릭스 재료에 분산된 수용성 입자를 포함하며 투광성을 갖는 연마용 적층체를 사용하여 반도체 웨이퍼를 연마하는 단계와, 광 종점 탐지기를 사용하여 연마 종점의 탐지를 수행하는 단계를 포함하는 방법.
18. 표면으로부터 배면으로 관통하는 관통 구멍이 제공된 연마 패드용 기판과 상기 관통 구멍 내에 끼워진 투광부를 포함하며, 상기 투광부는 비수용성 매트릭스 재료 및 상기 비수용성 매트릭스 재료에 분산된 수용성 입자를 포함하는, 연마용 적층체를 사용하여 반도체 웨이퍼를 연마하는 단계와, 광 종점 탐지기를 사용하여 연마 종점의 탐지를 수행하는 단계를 포함하는 방법.
도1은 본 발명의 연마 패드의 얇은 부분의 단면의 일예를 도시하는 개략도.
도2는 본 발명의 연마 패드의 얇은 부분의 단면의 일예를 도시하는 개략도.
도3은 본 발명의 연마 패드의 얇은 부분의 단면의 일예를 도시하는 개략도.
도4는 본 발명의 연마 패드의 얇은 부분의 단면의 일예를 도시하는 개략도.
도5는 본 발명에서 얇은 부분의 평면 형상의 일예를 후방에서 본 개략도.
도6은 본 발명에서 얇은 부분의 평면 형상의 일예를 후방에서 본 개략도.
도7은 본 발명에서 얇은 부분의 평면 형상의 일예를 후방에서 본 개략도.
도8은 연마 패드 내에 형성된 관통 구멍의 일예를 도시하는 단면 개략도.
도9는 연마 패드 내에 형성된 관통 구멍의 일예를 도시하는 단면 개략도.
도10은 연마 패드 내에 형성된 관통 구멍의 일예를 도시하는 단면 개략도.
도11은 연마 패드 내에 형성된 관통 구멍의 일예를 도시하는 단면 개략도.
도12는 투광부 및 연마 패드용 기판의 예시적인 형상과 끼워진 상태를 도시하는 개략도.
도13은 투광부 및 연마 패드용 기판의 예시적인 형상과 끼워진 상태를 도시하는 개략도.
도14는 투광부 및 연마 패드용 기판의 예시적인 형상과 끼워진 상태를 도시하는 개략도.
도15는 투광부 및 연마 패드용 기판의 예시적인 형상과 끼워진 상태를 도시하는 개략도.
도16은 투광부 및 연마 패드용 기판의 예시적인 형상과 끼워진 상태를 도시하는 개략도.
도17은 투광부 및 연마 패드용 기판의 예시적인 형상과 끼워진 상태를 도시하는 개략도.
도18은 투광부 및 연마 패드용 기판의 예시적인 형상과 끼워진 상태를 도시하는 개략도.
도19는 투광부 및 연마 패드용 기판의 예시적인 형상과 끼워진 상태를 도시하는 개략도.
도20은 투광부가 연마 패드용 기판의 관통 구멍 내에 끼워진 연마 패드의 일예를 도시하는 개략도.
도21은 투광부가 연마 패드용 기판의 관통 구멍 내에 끼워진 연마 패드의 일예를 도시하는 개략도.
도22는 투광부가 연마 패드용 기판의 관통 구멍 내에 끼워진 연마 패드의 일예를 도시하는 개략도.
도23은 연마하기 위한 적층체의 일예를 도시하는 단면 개략도.
도24는 본 발명의 연마 과정을 위해 연마 패드 또는 적층체를 사용하는 연마 장치를 도시하는 개략도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 연마 패드
2 : 표면판
3 : 압력 헤드
4 : 반도체 웨이퍼
5 : 슬러리 공급부
6 : 광학식 종점 검출기
7 : 연마용 적층체
11 : 얇은 부분
12 : 연마 패드용 기판
13 : 관통 구멍
14 : 투광부
15 : 지지층
R1: 종점 검출 광
R2: 반사 광
본 발명의 제1 태양의 반도체 웨이퍼용 연마 패드(이하 "연마 패드"로도 지칭됨)는 비수용성 매트릭스 재료와 상기 비수용성 매트릭스 재료 내에 분산된 수용성 입자를 포함하고 투광성을 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제1 태양에 따른 반도체 웨이퍼용 연마 패드를 구성하는 "비수용성 매트릭스 재료"는 연마 패드의 모양을 유지하고 연마 패드 내에 수용성 입자를 보유하는 역할을 한다.
비수용성 매트릭스 재료를 형성하는 재료는 연마 패드에 투광성을 부여할 수 있는 한 특별히 제한되지는 않고, 열가소성 수지, 열경화성 수지, 엘라스토머, 고무 등을 포함한다. 이들은 단독으로 또는 2이상을 조합하여 사용될 수 있다.
열가소성 수지의 예는 폴리올레핀계 수지, 폴리스틸렌계 수지, (메트) 아크릴계 수지와 같은 폴리아크릴계 수지, 폴리아크릴계 수지를 제외한 비닐 에스테르 수지, 폴리에스터 개재의 수지, 폴리아미드계 수지, 플루오린 수지, 폴리카보네이트 수지, 폴리아세트 수지 등을 포함한다. 이들은 단독으로 또는 2이상을 조합하여 사용될 수 있다.
열경화성 수지의 예는 페놀 수지, 에폭시 수지, 비포화성 폴리에스터 수지,폴리우레탄 수지, 폴리우레탄 요소 수지, 요소 수지, 실리콘 수지 등을 포함한다. 이들은 단독으로 또는 2이상을 조합하여 사용될 수 있다.
엘라스토머의 예는 열가소성 엘라스토머, 실리콘 수지계 엘라스토머, 플루오린 수지계 엘라스토머 등을 포함한다. 열경화성 엘라스토머는 스틸렌-부타디엔-스틸렌 블록 공중합체(SBS)와 같은 스틸렌계 엘라스토머, 그의 수소 첨가 블록 공중합체(SEBS), 폴리올레핀 엘라스토머(TPO), 열가소성 폴리우레탄 엘라스토머(TPU), 열가소성 폴리에스터 엘라스토머(TPEE), 폴리아미드 엘라스토머(TPAE), 1,2-폴리부타디엔과 같은 디엔계 엘라스토머 등으로 사용될 수 있다. 이들은 단독으로 또는 2이상을 조합하여 사용될 수 있다.
고무의 예는 부타디엔 고무, 스틸렌-부타디엔 고무, 이소프렌 고무, 이소부틸렌-이소플렌 고무, 아크릴 고무, 아크릴로니트릴-부타디엔 고무, 에틸렌-프로필렌 고무, 에틸렌-프로필렌-디엔 고무, 실리콘 고무, 플루오린 고무 등을 포함한다. 이들은 단독으로 또는 2이상을 조합하여 사용될 수 있다.
이러한 재료들은 산 무수물기, 카르복실기, 하이드록실기, 에폭시기, 아미노기 등으로 변형될 수 있다. 변형은 가수성 입자, 연마제, 수성 매체 등과의 친화성 등을 조절할 수 있다. 또한, 변형된 재료는 2이상을 조합하여 사용될 수 있다.
또한, 상기 비수용성 매트릭스 재료는 가교 중합체, 또는 비 가교 중합체일 수도 있지만, 매트릭스 재료의 적어도 일부분이 가교 중합체인 것이 바람직하다. 또한, 상기 비수용성 매트릭스 재료가 둘 이상의 재료로 형성되는 경우, 임의의 재료의 적어도 일부가 가교 중합체일 수도 있다.
가교 구조를 갖는 비수용성 매트릭스 재료는 연마 패드에 탄성 복원력을 부여할 수 있다. 따라서, 연마 중 연마 패드에 인가된 전단 응력에 의한 변위가 덜 억제될 수 있으며, 수용성 입자가 용해 또는 이탈하여 형성되는 기공(pore)이 연마 및 드레싱 중 비수용성 매트릭스 재료의 과도한 스트레칭에 의한 소성 변형으로 인해 메워지는 것을 방지할 수 있다. 또한, 연마 패드의 표면에 과도하게 보풀이 이는 것이 방지될 수 있다. 이러한 이유로, 연마 중 슬러리는 잘 보유되고, 드레싱에 의한 슬러리의 보유성은 쉽게 회복되며, 스크레칭이 발생하는 것이 방지된다.
가교 중합체의 예들은 가교제가 있는 자외선 또는 전자빔이 조사된 폴리우레탄 수지와, 에폭시 수지와, 폴리아크릴계 수지와, 불포화 폴리에스테르 수지와, 폴리아크릴 수지를 제외한 비닐에스테르 수지와, 1,2-폴리아크릴 수지와 같은 디엔계 탄성 중합체와, 부타디엔 고무, 이소프렌 고무, 아크릴 고무, 아크릴로니트릴-부타디엔 고무, 스티렌-부타디엔 고무, 에틸렌-프로필렌 고무, 실리콘 고무, 불소 고무, 스티렌-이소프렌 고무, 폴리에틸렌 및 폴리 플루오르화 비닐리덴 등과 같은 고무들과 같은 가교 수지에 의해 얻어지는 것들을 포함한다. 또한, 이오노머 등이 사용될 수도 있다.
이들 가교 중합체들 중에서, 가교 결합된 1,2-폴리부타디엔이 충분한 투광성을 부여할 수 있기 때문에, 특히 양호하며, 많은 슬러리에 포함되어 있는 강산 또는 강알칼리에 적당하며, 수분 흡수에 의한 연화도 거의 되지 않는다. 이 가교 결합된 1,2-폴리부타디엔은 부타디엔 고무와 이소프렌 고무와 같은 다른 고무들과 혼합되어 사용될 수 있다.
연마 패드에 투광성을 부여하는 방법은 특별히 제한되는 것은 아니지만 예를 들어, 결정도 등을 제어하여 완화될 수 있다. 또한, 상술된 비수용성 매트릭스 재료가 투광성(가시광의 투과 여부)을 부여할 수 있는 한, 재료 자체는 (반투명을 포함하여) 투명할 필요가 없다. 투광성은 높은 것이 양호하다. 재료는 투명한 것이 더 양호하다.
이러한 비수용성 재료는 비수용성 매트릭스 재료에 의해 형성된 시험편이 JIS K 6251에 따라 80 ℃에서 파단될 때 파단 후의 잔류 신장(이하 "파단 잔류 신장")을 100 % 이하로 할 수 있다. 즉, 파단 후의 시험편의 표선 사이의 합계 거리는 파단 전의 표선 사이의 거리의 두 배 이하인 비수용성 매트릭스 재료가 얻어질 수 있다. 또한, 이 파단 잔류 신장은 30 % 이하가 양호하며, 10 % 이하가 보다 양호하며, 5 % 이하가 특히 양호하다. 파단 잔류 신장은 일반적으로 0 % 이상이다. 파단 잔류 신장이 100 %를 초과하면, 연마 및 표면 갱신 중 연마 패드의 표면으로부터 스트래칭되거나 신장된 미세편은 기공을 쉽게 막는 경향이 있다.
파단 잔류 신장은 시험편이 덤벨형 3호의 형태인 시험편과, 500 mm/min의 인장률과, JIS K 6251 "가황 처리된 인장 시험법"에 따라 80 ℃의 시험 온도에서의 인장 시험에서 파단될 때 각각의 표시들과 파단되어 분할된 시험편의 파단부 사이의 합계 거리로부터 시험 전의 표시들 사이의 거리를 빼서 얻어진 신장이다. 시험 온도에 대해, 실제 연마에서 미끄럼에 의해 얻어진 온도가 약 80 ℃이기 때문에 시험은 이 온도에서 수행되었다.
본 발명의 제1 태양의 연마 패드를 구성하는 "수용성 입자"는 상술된 비수용성 매트릭스 재료 내에서 분산되고, 연마 패드의 외부로부터 공급된 수성 매체와 접촉하여 용해 또는 팽윤되어, 연마 패드의 표면을 이탈하여, 이탈 후 빈 공간에 슬러리를 보유할 수 있는 기공을 형성할 수 있으며 손실이 일시적으로 존재하도록 할 수 있다.
상술된 수용성 입자는 특별하게 제한되지 않으며 다양한 재료가 사용될 수 있다. 예를 들어, 유기계 수용성 입자와 무기계 수용성 입자가 사용될 수 있다. 유기계 수용성 입자로서, 덱스트린, 시클로덱스트린, 맨니톨 및 젖당과 같은 당류와, 하이드록시프로필셀룰로스 및 메틸셀룰로스와 같은 셀룰로스와, 스탈치와, 프로테인과, 폴리비닐 알코올과, 폴리비닐 피롤리돈과, 폴리아크릴 산과, 폴리에틸렌 옥시드와, 수용성 감광수지와, 술폰화 폴리이소프렌과, 술폰화 폴리이소프렌 공중합체 등으로 구성된 입자가 사용될 수 있다. 무기계 수용성 입자로서, 황산 칼륨, 초산 칼륨, 질산 칼륨, 탄산칼륨, 탄산수소 칼륨, 염화 칼륨, 브롬화 칼륨, 인산 칼륨, 질산 마그네슘 등으로 구성된 입자가 사용될 수 있다. 이들 중, 사이클로덱스트린과 황산 칼륨이 양호하다. 이들 각각의 성분으로 구성된 이 수용성 입자들은 단독으로 또는 둘 이상의 조합으로 사용될 수 있다. 또한, 유기계 및 무기계 수용성 재료가 조합되어 사용될 수도 있다.
상술된 수용성 입자의 형태는 특별히 제한되지 않으며, 양호하게는 구형에 가깝고, 보다 양호하게는 구형이다. 또한, 각각의 수용성 입자는 유사한 형태를 갖는 것이 양호하다. 이것은 형성된 기공의 형태를 균일하게 하여, 보다 우수한 연마가 수행될 수 있다.
또한, 상술된 수용성 입자의 크기는 특별히 제한되지 않으며, 일반적으로 0.1 내지 500 ㎛이고, 보다 양호하게는 0.5 내지 100 ㎛이며, 보다 더 양호하게는 1 내지 80 ㎛이다. 입자의 크기가 0.1 ㎛이하일 때, 기공의 크기는 종종 연마재의 크기보다 작아 바람직하지 못한 경우, 연마재가 종종 기공 내에 충분히 보유되지 못한다. 반면에, 입자의 크기가 500 ㎛을 초과하면, 형성된 기공의 크기가 너무 커서 연마 패드의 기계적 강도와 제거율이 낮아지는 경향이 있다.
연마 패드에 포함된 상술된 수용성 입자의 양은 양호하게는 체적의 10 내지 90 %이고, 보다 양호하게는 체적의 15 내지 60 %이며, 보다 양호하게는 비수용성 매트릭스 재료와 수용성 입자의 합계량의 체적을 100 %로 하는 체적의 20 내지 40 %이다. 수용성 입자의 함유량이 체적의 10 % 이하일 때, 충분한 양의 기공이 형성되지 못하여, 제거율이 낮아지는 경향이 있다. 반면에, 함유량이 체적의 90 %를 초과하면 연마 패드의 표면에 노출된 수용성 입자뿐만 아니라 그 내부에 존재하는 수용성 입자도 용해 또는 팽윤하는 것을 방지할 수 없다. 따라서, 연마 중 적절한 값으로 연마 패드의 기계적 강도와 경도를 유지하는 것이 어렵게 된다.
또한, 연마 패드의 표면 상에 노출된 수용성 입자만이 물에 용해되고, 표면 상에 나타나지 않고 연마 패드의 내부에 존재하는 수용성 입자는 수분을 흡수하지 않고 팽창되지 않는 것이 바람직하다. 이런 이유로, 수분 흡수를 억제하기 위해 에폭시 수지, 폴리이미드, 폴리아미드, 폴리실리케이트 등으로 구성된 외부 셸은 수용성 입자의 최외측부의 적어도 일부 상에 형성될 수 있다.
연마 중에 기공을 형성하는 작용에 더하여 전술된 수용성 입자는 연마 패드의 압흔 경도를 증가시키는 작용을 한다. 예컨대, 바람직한 쇼어 D 경도는 35 내지 100이다. 이 큰 압흔 경도는 연마 패드를 사용하여 연마되는 표면에 인가된 압력을 증가시킬 수 있고 제거율을 향상시킬 수 있으며, 동시에, 높은 평탄성을 얻을 수 있다. 따라서, 이 수용성 입자는 연마 패드 내에서 충분한 압흔 경도를 유지할 수 있는 고체 입자인 것이 바람직하다.
비수용성 매트릭스 재료 내에 전술된 수용성 입자를 분산시키는 방법은 특별히 한정되지 않는다. 통상, 전술된 비수용성 매트릭스 재료를 구성하는 재료, 수용성 입자 및 다른 첨가제가 혼합된다. 이 혼합에서, 비수용성 매트릭스 재료를 구성하는 재료는 용이하게 처리되도록 가열 중에 혼합된다. 수용성 입자는 혼합 온도에서 고체인 것이 바람직하다. 입자가 고체일 때, 수용성 입자는, 비수용성 매트릭스 재료를 구성하는 전술된 재료와의 융화성의 크기에 관계없이, 전술된 바람직한 평균 입자 크기가 유지되는 상태에서 용이하게 분산된다. 따라서, 일종의 수용성 입자는 사용된 비수용성 매트릭스 재료를 구성하는 재료의 처리 온도에 따라 선택되는 것이 바람직하다.
본 발명의 제1 태양의 연마 패드는, 전술된 비수용성 매트릭스 재료 및 수용성 입자 외에, 투광성이 유지될 수 있는 이러한 양의 범위에서, 슬러리 내에 미리 함유된 연삭제, 산화제, 알칼리 금속의 수산화물, 산, pH 조절제, 계면활성제, 스크래칭 방지제 등을 함유할 수 있다. 이는 연마 중에 물만을 공급함으로써 연마를 수행할 수 있게 한다.
비수용성 매트릭스 재료 내에 함유된 수용성 입자의 분산성뿐만 아니라 비수용성 매트릭스 재료와 수용성 입자 사이의 친화도를 더 우수하게 하도록, 융화제가 혼합될 수 있다. 융화제의 예는 다양한 비이온성 계면활성제, 커플링제 등뿐만 아니라 산 무수물기, 카르복실기, 하이드록실기, 에폭시기, 옥사졸린기, 아미노기 등으로 변형된 랜덤 공중합체, 블록 공중합체 및 중합체를 포함한다. 이들은 단독으로 또는 둘 이상의 조합으로 사용될 수 있다.
더욱이, 본 발명의 제1 태양의 연마 패드는 충전제, 연화제, 산화방지제, 자외선 흡수제, 정전기 방지제, 윤활제, 가소제 등과 같은 다양한 첨가제를 선택적으로 함유할 수 있다. 이와 달리, 황, 과산화물 등과 같은 반응성 첨가제가 연마 패드에 첨가될 수 있는데, 이는 반응 및 가교 결합 될 수 있다.
충전제의 예는 탄산 칼슘, 탄산 마그네슘, 활석, 점토 등과 같은 강성을 향상시키기 위한 재료와 실리카, 알루미나, 세리아, 지르코니아, 티타니아, 이산화망간, 삼산화망간, 탄산 바륨 등과 같은 연마 효과를 갖는 재료를 포함한다. 이들은 단독으로 또는 둘 이상의 조합으로 사용될 수 있다.
본 발명의 제1 태양의 연마 패드는 전술된 각각의 성분들을 포함하는 혼합물을 소정 형상을 갖는 몰드에 도입함으로써 준비될 수 있다.
본 발명의 제1 태양의 연마 패드는 기공 내에 슬러리를 보유할 수 있고, 더욱이 연마 부스러기를 일시적으로 체류하게 할 수 있다. 연마 패드의 평면 형상은 특별히 한정되지 않으나 디스크 등의 원형 또는 정사각형 등의 다각형(벨트 형상, 롤러 형상)일 수 있다. 또한, 크기도 특별히 한정되지 않는다. 예컨대, 디스크의 경우에, 직경은 500 내지 900 mm일 수 있다.
본 발명의 제1 태양의 연마 패드 두께는 용도에 의존할 수 있고 통상 0.5 mm 이상, 바람직하게는 1 내지 3 mm이다. 연마 패드의 두께는 일정하거나, 또는 부분적으로 다를 수 있다. 빛으로 연마 종점을 감지할 때, 빛이 투광성 물체를 통해 투과될 때, 광 강도는 통상 빛이 투과하는 물체의 길이의 제곱에 비례하여 감소된다는 특성을 고려하여, 연마 패드의 적어도 일부에는 빛이 용이하게 투과하는 부분이 마련될 수 있다. 예컨대 그렇게 함으로써, 빛으로 감지된 연마 종점을 갖는 부분을 얇게함으로써, 투광성이 현저히 개선되고, 더욱이 감지 감도가 개선된다. 더욱이, 이 얇은 부분 이외의 부분에서, 종점을 감지하기에 충분한 강도를 갖는 빛이 투과되기 어려울 때라도, 종점을 감지하기에 충분한 빛의 강도는 얇은 부분에서 유지될 수 있다.
따라서, 연마 패드는 얇은 부분을 갖는 것이 바람직하다. 이 얇은 부분은 구체적으로 연마 패드의 최대 두께보다 얇게 성형된 부분이다(도 1, 2, 3 및 4 참조). 이 얇은 부분의 평면 형상은 특별히 한정되지 않으나 원형, 팬-형상, 정사각형, 직사각형 및 사다리꼴 등의 다각형, 환형 등일 수 있다. 또한, 얇은 부분의 단면 형상은 예컨대 정사각형 및 오각형 등의 다각형, 돔 형상 또는 다른 형상일 수 있다(도 1, 2, 3 및 4 참조). 각각의 도면에서, 상부측은 연마면이다. 또한 얇은 부분의 크기는 특별히 한정되지 않는다. 예컨대 원형의 경우에, 직경이 20 mm 이상인 것이 바람직하다. 환형의 경우에, 폭이 20 mm 이상인 것이 바람직하다. 직사각형의 경우에, 세로 30 mm 이상 가로 10 mm 이상인 것이 바람직하다.
더욱이, 연마 패드 상에 마련된 얇은 부분의 수는 특별히 한정되지 않으나 1또는 2 이상 일 수 있다. 얇은 부분의 위치는 특별히 한정되지 않는다. 예컨대, 하나의 얇은 부분이 마련되는 경우에, 이 부분은 도5 및 도6에서와 같은 위치 상에 마련될 수 있다. 더욱이, 2 이상의 얇은 부분이 마련되는 경우에, 이 부분은 동심원형으로 배열될 수 있다(도7 참조).
이 얇은 부분의 두께는 특별히 한정되지 않는다. 통상, 얇은 부분 내의 가장 얇은 두께는 바람직하게는 0.1 mm 이상, 더 바람직하게는 0.3 mm 이상이다. 통상, 그 두께는 3 mm 이하이다. 두께가 0.1 mm 이하일 때, 이 부분에서 기계적 강도를 충분히 유지하기가 어려워지는 경향이 있다.
더욱이, 전술된 얇은 부분이 연마 패드의 연마면을 오목하게 노칭하여 형성될 수 있어도(도2 참조), 배면측이 오목한 형상으로 형성되는 것은 바람직하다(도1 참조). 배면측의 오목한 형상에 의해, 연마 성능에 영향을 주지 않으면서 더 좋은 투광성이 얻어질 수 있다.
이 얇은 부분의 오목한 노칭과는 별도로, 필요한 경우에 연마 패드의 연마면 상에 소정의 폭(예를 들면, 0.1 내지 2 mm), 깊이 및 간격으로 홈이 형성되거나 도트 패턴이 제공될 수 있다. 이는 슬러리 보유 특성과 사용된 슬러리 배출 특성을 향상시킬 수 있다. 이들 홈과 도트 패턴은 동심원 형상, 격자 형상, 소용돌이 형상, 방사상 형상 등과 같은 소정 형상으로써 배열될 수 있다. 또한, 전술한 얇은 부분을 형성하기 위한 오목한 노칭에 의해 얻어진 오목부는 또한 이들 홈과 도트 패턴으로서 역할을 할 수 있다.
전술한 "투광성"은 광이 투과될 수 있는 한 특별히 제한되지 않는다. 연마패드의 두께가 2 mm인 경우에는 100 내지 3000 nm의 파장에서의 투광성은 0.1 % 이상이거나, 100 내지 3000 nm의 파장에서의 누적 투광성이 0.1 % 이상인 것이 바람직하다. 이 투광성 또는 누적 투광성은 양호하게는 1 % 이상이며, 더 양호하게는 2 % 이상이다. 그러나, 이 투광성 또는 누적 투광성은 요구되는 것보다 더 높지 않을 수 있다. 일반적으로, 50 % 이하, 또한 30 % 이하, 특히 20 % 이하일 수 있다.
또한, 광학식 종점 검출기를 이용하여 연마하는 데 이용되는 연마 패드에 있어서, 광을 종점 검출할 때 가장 자주 이용되는 영역인 400 내지 800 nm의 파장 범위에서의 투광성은 높은 것이 바람직하다. 이 때문에, 두께가 2 mm인 경우에, 400 내지 800 nm의 파장에서의 광 투광율은 0.1 % 이상(더 양호하게는 1 % 이상, 더 양호하게는 2 % 이상, 특히 양호하게는 3 % 이상, 보통 50 % 이하)이거나, 400 내지 800 nm의 파장 범위에서의 누적 투광성은 0.1 % 이상(더 양호하게는 1 % 이상, 더 양호하게는 2 % 이상, 특히 양호하게는 3 % 이상, 보통 50 % 이하)인 것이 바람직하다.
이 투광성 또는 누적 투광성은 요구되는 것보다 높지 않을 수 있다. 일반적으로, 20 % 이하이며, 또한 10 % 이하, 특히 5 % 이하일 수 있다.
이 투광성은 소정의 파장에서의 흡광도를 측정할 수 있는 UV 흡광도 측정 장치로 두께가 2 mm인 시험편의 투광성을 측정한 값이다. 누적 투광성은 유사하게 측정된 소정의 파장 영역에서의 누적 투광성에 의해 얻어질 수 있다.
본 발명의 제2 태양의 반도체 웨이퍼용 연마 패드는 표면으로부터 후방으로관통하는 관통 구멍이 제공된 연마 패드용 기판과, 상기 관통 구멍 내에 끼워진 투광부로 구성되며, 상기 투광부는 비수용성 매트릭스 재료와 상기 비수용성 매트릭스 재료에 분산된 수용성 입자를 포함하는 것을 특징으로 한다.
제2 태양에 따른 "연마 패드용 기판"은 그 자체로 연마 성능을 갖고, 그 표면 상에 슬러리를 보유하며, 또한 연마 부스러기를 일시적으로 체류시킨다. 연마 패드용 기판의 투광성은 존재하거나 존재하지 않을 수 있다. 또한, 그 평면 형상은 특히 제한되지 않고, 원형이나 사각형와 같은 다각형일 수 있다. 그 치수는 특히 제한되지 않는다.
슬러리를 보유하고 연마 중 연마 부스러기를 일시적으로 체류시키기 위해, 적어도 미세한 구멍이나 홈이 상기 연마 패드용 기판의 표면 상에 형성되는 것이 바람직하다. 즉, 미세한 기공 및/또는 홈은 상기 연마 패드용 기판(예를 들면, 발포체 등) 상에 미리 형성될 수 있거나, 기공 및/또는 홈은 연마 중 이탈함으로써 기판 상에 형성될 수 있다. 후자로서는, 연마 패드용 기판은 비수용성 매트릭스 재료에 분산된 입자 형상, 선형 형상 등과 같은 소정 형상을 갖는 수용성 재료가 이용될 수 있다. 이러한 연마 패드용 기판이 제공된 연마 패드를 연마 중에 수계 매체와 접촉하게 함으로써, 수용성 재료는 용해 또는 이탈하여 기공 및/또는 홈이 연마 패드용 기판의 표면 상에 형성된다.
상기 연마 패드용 기판을 구성하는 재료는 특히 제한되지 않고 다양한 재료가 이용될 수 있다. 특히, 소정 형상 및 성질로 용이하게 성형되고 적절한 탄성을 부여할 수 있기 때문에 유기 재료가 이용되는 것이 바람직하다. 이 유기 재료로서, 발포 재료와 후술하는 투광부를 구성하는 다양한 재료가 이용될 수 있다. 상기 연마 패드용 기판을 구성하는 재료와 투광부를 구성하는 재료는 동일하거나 다를 수 있다.
본 발명의 제2 태양의 연마 패드용 기판의 두께는 용도에 따라 좌우되며, 보통 0.5 mm 이상, 양호하게는 1 내지 3 mm이다. 연마 패드용 기판의 두께는 전체가 일정하거나 부분적으로 다를 수 있다.
"관통 구멍"은 연마 패드용 기판을 표면으로부터 후방으로 관통하며, 투광부는 이 관통 구멍 내에 끼워진다. 상기 관통 구멍은 예를 들면 중심 또는 단부인 연마 패드용 기판의 임의 위치에 제공될 수 있거나, 연마 패드용 기판의 단부는 간극부가 형성될 수 있다. 상기 관통 구멍의 형상은 특히 제한되지 않고, 예를 들어 그 개구의 평면 형상은 원형, 부채형, 사각형과 사다리꼴과 같은 다각형, 환형 등일 수 있다. 또한, 상기 관통 구멍의 단면 형상은 예를 들어 T자형, 역T자형, 사각형 또는 다른 형상일 수 있다(도8 내지 11을 참조. 각 도면에서 12는 연마 패드용 기판을 나타내고 13은 관통 구멍을 나타낸다. 각 도면에서 상부측은 연마면측임을 도시한다.). 이들 중, T자형이 특히 바람직하다.
관통 구멍 중 하나의 치수는 특히 제한되지 않는다. 일반적으로, 개구가 원형인 경우, 직경이 20 mm 이상(보통, 연마 패드의 반경의 2/3 이하)인 것이 바람직하다. 환형 관통 구멍인 경우, 그 폭이 20 mm 이상(보통, 연마 패드의 반경의 2/3 이하)인 것이 바람직하다. 사각형인 경우, 세로 길이가 30 mm 이상(보통, 연마 패드의 반경의 2/3 이하), 가로 길이가 10 mm 이상(보통, 연마 패드의 반경의 2/3 이하)인 것이 바람직하다. 각각의 관통 구멍이 상기 설명보다 작아지게 될 때, 종점 검출 광과 같은 광을 확실하게 투과시키는 몇몇의 경우에 곤란하게 될 수 있다. 그외에, 관통 구멍의 수는 특히 제한되지 않는다.
"투광부"는 연마 종점의 검출을 용이하게 하기 위한 투광성을 갖고 상기 관통 구멍에 끼워지는 부분을 말한다.
상기 투광부는 비수용성 매트릭스 재료와 이 비수용성 매트릭스 재료에 분산된 수용성 입자를 포함한다.
상술된 투광부를 구성하는 비수용성 매트릭스 재료를 형성하는 재료로서, 본 발명의 제1 태양에 관련된 비수용성 매트릭스 재료를 형성하는 재료로서 예시된 부분이 양호하게는 사용될 수 있다. 그래서, 상술된 투광부를 구성하는 비수용성 매트릭스 재료는 적어도 가교 중합체를 포함하는 것이 양호하다. 또한 가교 중합체는 가교 결합된 1, 2-폴리부타디엔인 것이 양호하다.
상술된 투광부를 구성하는 수용성 입자는 특별히 제한되지 않는다. 투광부의 크기로 발휘될 수 있는 성질을 고려하여, 본 발명의 제1 태양에 관련된 수용성 입자가 양호하게는 사용될 수 있다. 즉, 본 발명의 제1 태양에 관련된 수용성 입자와 동일한 종류, 형상 및 구조가 사용될 수 있다. 또한, 위에서 언급된 바와 같이, 에폭시 수지, 폴리이미드, 폴리아미드, 폴리실리케이트 등을 포함하는 외부 셸이 상술된 수용성 입자의 표면 상에 형성될 수 있다.
상술된 수용성 입자는 연마 중 기공을 형성하는 기능 외에도, 투광부의 압흔 경도를 연마 패드의 다른 부분의 압흔 경도와 양립시키는 기능을 갖는다. 연마 중인가되는 압력을 증가시키고, 제거 속도를 향상시키고, 고 평탄성을 얻기 위해서, 쇼어 D 경도가 연마 패드 전체에 걸쳐 35 내지 100 인 것이 양호하다. 그러나, 상술된 비수용성 매트릭스 재료를 구성하는 재료만으로부터 원하는 쇼어 D 경도를 얻는 것이 어려운 경우가 있다. 그러한 경우, 상술된 수용성 입자를 포함함으로써, 기공을 형성하는 것 외에, 쇼어 D 경도를 연마 패드의 다른 부분의 쇼어 D 경도와 같은 정도까지 포함하는 것이 가능하게 된다. 그런 이유 때문에, 상술된 수용성 입자는 연마 패드 내에서 충분한 압흔 경도를 보유할 수 있는 고체 입자인 것이 양호하다.
상술된 투광부의 형상은 특별히 제한되지 않는다. 연마 패드의 연마 측면의 평면 형상은 보통 관통 구멍의 형상에 의존하며 보통 관통 구멍의 형상과 동일하며, 위에서 설명된 원형 또는 다각형일 수 있다. 또한, 그 단면 형상은 특별히 제한되지 않고 보통 그 일부가 관통 구멍 내에 끼워지는 형상이다. 예를 들면, 도12, 도13, 도14, 도15, 도16, 도17, 도18 및 도19에 도시된 가교 결합 형상이 사용될 수 있다. 도12 및 도14는 연마 패드용 기판(12)과 동일한 두께를 갖는 투광부(14)가 관통 구멍에 완전히 끼워진 상태에서의 연마 패드를 도시한다. 도13, 도15, 도16, 도17 및 도19는 연마 패드용 기판(12)과 다른 두께를 갖는 투광부(14)가 관통 구멍에 끼워진 상태에서의 연마 패드를 도시한다.
상술된 투광부는 도12에 도시된 바와 같이 얇게되지 않을 수도 있고 또는 얇게될 수도 있다. 얇게되는 것은 도13, 도15, 도16, 도17 및 도19에 도시된 바와 같이 투광부의 두께를 연마 패드용 기판의 최대 두께보다 얇게 만드는 것이다. 이와 달리, 얇게되는 것은 도18과 같이 투광부 자체에서 투광되는 상술된 투광부가 일부를 얇게함으로써 성형하는 것을 포함한다.
상술된 투광부의 성질은 본 발명의 제1 태양에 따른 얇은 부분의 성질과 동일하다.
그래서, 얇은 투광부를 사용함으로써, 투광부 성질은 현저하게 향상될 수 있고, 상술된 투광부의 두께가 양호하게는 0.1 mm 이상, 더욱 양호하게는 0.3 mm 이상, 보통 3 mm 이하이면, 연마 종점의 검출을 쉽게 할 수 있다. 두께가 0.1 mm 이하이면, 투광부의 기계적 강도를 충분히 보유하는 것이 어렵게 되는 경향이 있다.
상술된 투광부의 수는 특별히 제한되지 않지만 관통 구멍의 수에 따라 1 또는 2 이상일 수 있다. 또한, 상기 부분의 배열도 특별히 제한되지 않는다. 예를 들면, 하나의 투광부가 제공될 때, 도20 및 도21에 도시된 바와 같이 배열될 수 있다. 또한, 두 개 이상의 투광부가 제공될 때, 도22에 도시된 바와 같이 동심형으로 배열될 수 있다.
수용성 입자가 분산되는 비수용성 매트릭스 재료를 얻는 방법은 특별히 제한되지 않는다. 본 발명의 제1 태양의 연마 패드용 방법과 동일한 방법에 따르면, 비수용성 매트릭스 재료는 비수용성 매트릭스 재료를 구성하는 재료, 수용성 입자 및 다른 첨가제의 혼합물을 혼합함으로써 얻어질 수 있다.
투광부를 제조할 때, 비수용성 매트릭스 재료를 구성하는 재료 및 수용성 입자 이외에도, 이들 친화성 및 비수용성 매트릭스 재료에 포함된 수용성 입자의 분산성을 향상시키기 위한 상용화제(산무수물기, 카르복실기, 하이드록실기, 에폭시기, 옥사졸린기, 아미노기에 의해 변성된 중합체, 블록 공중합체, 랜덤 중합체 등), 비이온 계면 활성제, 커플링제 및 그 잔기를 함유할 수 있다.
본 발명의 제2 태양의 연마 패드를 구성하는 연마 패드용 기판 및 투광부 둘 모두는 종래에 함유되었던 연마제, 산화제, 알칼리 금속의 수산화물, 산, pH 조절제, 계면 활성제, 스크래치 방지제 등을, 투광성을 유지할 수 있는 범위에서 함유할 수 있다.
또한, 충전제, 연화제, 산화방지제, 자외선흡수제, 대전방지제, 윤활제, 가소제 등과 같은 다양한 첨가제를 함유할 수 있다. 특히, 충전제로서, 탄산 칼슘, 탄산 마그네슘, 활석, 크레이 등의 강성을 향상시키는 재료, 및 실리카, 알루미나, 세리아, 지르코니아, 티타니아, 이산화 망간, 삼산화 이망간, 탄산 바륨 등의 연마 효과를 갖는 재료가 사용될 수 있다.
얇게되는 것에 의해 형성된 관통 구멍에 투광부가 존재하지 않는 오목부(도13 참조) 및 투광부의 오목부(도18 참조)는 연마 패드의 표리 어느 측에도 형성될 수 있다. 배면측에 오목부를 형성하는 것은 연마 성질에 영향 없이 투광부의 두께를 더욱 얇게 한다.
본 발명의 반도체 웨이퍼 연마용 적층체(7)는, 위에서 설명된 반도체용 연마 패드와, 상술된 연마 패드의 배면 상에 적층되는 지지층(15)을 포함하고, 상술된 적층체는 적층 방향으로 투광성을 가지는 것을 특징으로 한다(도23 참조).
지지층은 위치 설정 패드의 연마 표면에 대향한 측인 배면측에 적층된다. 지지층의 평면 형상은 특별히 제한되어 있지 않고 원형, 사각형 등의 다각형일 수있으며, 보통 연마 패드와 동일한 평면 형상일 수 있다. 지지층이 절결에 의하여 투과성을 보장하는 부분을 갖는 경우에, 그러한 부분은 고려되지 않을 수 있다. 또한, 지지층은 하나의 층 또는 둘 이상의 층으로 된 적층체일 수 있다. 더욱이, 둘 이상의 지지층이 적층되는 경우에, 각각의 층들은 동일한 구성요소로 구성될 수 있거나 또는 상이한 구성요소들로 구성될 수 있다.
위에서 언급한 지지층의 두께는 특별히 제한되어 있지 않고 보통 연마 패드 두께의 0.1 내지 2배이다. 또한, 위에서 언급한 지지층의 경도는 특별히 제한되어 있지 않다. 그러나, 양호하게는 10 내지 80, 더 양호하게는 20 내지 50의 쇼어 D 경도를 적용함으로써, 본 발명의 제1 태양의 연마 패드 또는 본 발명의 제2 태양의 연마 패드용 기판의 쇼어 D 경도가 60 내지 90으로 높더라도, 적층체는 연마에 있어서 전체적으로 충분한 유연성을 갖고 연마되는 표면의 불균일성에 적절하게 적응할 수 있다. 본 발명의 제2 태양의 연마 패드용 기판이 사용될 때 제공되는 지지층의 경도는 양호하게는 위에서 언급된 연마 패드용 기판의 경도보다 작다.
지지층이 본 발명의 제1 및 제2 태양의 연마 패드 내에 제공된 경우에, 양호하게는 지지층의 종점을 검출하기 위해 사용되는 적어도 일 부분은 투광성을 갖는다. 그러므로, 지지층의 일 부분은 얇게 되거나 절결되어 형성될 수 있고, 더욱이 투광성을 갖는 부분은 이러한 절결부 상에 제공될 수 있다.
투광성을 갖는 지지층이 사용되면, 광을 통과시키는 부분에 절결부를 형성하는 방법은 연마를 위한 적층체의 투광성을 보장한다.
위에서 언급한 지지층을 구성하는 재료는 특별히 제한되어 있지 않고 다양한재료들이 사용될 수 있다. 특히, 양호하게는 유기 재료가 사용되고 이는 유기 재료가 소정의 형상 및 성질로 쉽게 성형되고 적절한 탄성을 제공할 수 있기 때문이다. 이러한 유기 재료로서, 위에서 언급한 투광부를 구성하는 비수용성 매트릭스 재료에 적용되는 재료가 사용될 수 있고, 단지 위에서 언급한 지지층을 구성하는 재료와 위에서 언급한 투광부의 비수용성 매트릭스 재료를 구성하는 재료는 동일하거나 다를 수 있다.
본 발명의 제1 및 제2 태양의 연마 패드가 각각 투광성을 가지므로, 이들은 광학식 종점 검출기를 구비한 반도체 웨이퍼 연마 장치 내에 사용될 수 있다. 또한, 위에서 언급한 연마 패드의 배면 상에 지지층이 적층되어 있는 연마용 적층체 또한 위에서 언급한 지지층 내에 절결부를 형성하여 광을 투과시키는 부분을 제공함으로써 광학식 종점 검출기를 구비한 반도체 웨이퍼 연마 장치 내에 사용될 수 있다. 이러한 광학식 종점 검출기는 연마되는 재료의 표면 상에서 반사된 광에 의하여 연마 상태를 관찰할 수 있으며 연마 종점을 검출할 수 있는 장치이다. 연마 패드 또는 연마용 적층체가 디스크 형상을 가지면, 이러한 디스크의 중심에 링 형상으로 디스크 상에 동심으로 투광부를 제공함으로써 통상 연마 종점을 관찰하면서 연마할 수 있게 된다. 이러한 광학식 종점 검출기가 사용되면, 연마는 과도한 연마가 없이 광학 연마 종점에서 확실하게 종료되어 효과적이다.
본 발명의 반도체 웨이퍼의 연마를 위한 방법은 위에서 언급한 연마 패드 또는 연마용 적층체를 채용하는 방법이고 광학식 종점 검출기를 사용하여 연마 종점의 검출을 수행하는 공정을 포함한다.
"광학식 종점 검출기"는 위에서 설명한 것과 동일할 수 있다. 본 발명의 반도체 웨이퍼의 연마를 위한 방법에서, 예를 들어, 도24에 도시된 연마 장치가 사용될 수 있다. 즉, 연마 장치는 연마 패드(1), 연마 패드(1)를 고정시킬 수 있는 회전 가능 표면 판(2), 수직 및 수평 방향으로 회전 및 이동할 수 있는 압력 헤드(3), 단위 시간당 일정한 양으로 표면 판 상으로 슬러리를 적하시킬 수 있는 슬러리 공급부(5), 표면 판 아래에 장착된 광학식 종점 검출기(6)를 구비한 장치이다.
이러한 연마 장치에서, 본 발명의 연마 패드(1) (또는 연마용 적층체)는 표면 판 상에 고정된다. 다른 한편으로, 반도체 웨이퍼(4)는 압력 헤드(3)의 하단부측 상에 고정되고, 이러한 반도체 웨이퍼(4)는 소정의 압력으로 가압되면서 연마 패드에 대하여 접한다. 그 다음, 소정량의 슬러리가 슬러리 공급부(5)로부터 표면 판 상으로 액적으로 첨가되면서, 표면 판(2) 및 압력 헤드(3)는 반도체 웨이퍼(4)와 연마 패드(5)를 미끄러지게 하도록 회전되어 연마를 수행한다.
이러한 연마 시에, 소정의 파장 또는 파장 영역을 갖는 종점 검출 광(R1)은 광학식 종점 검출기(6)로부터 표면 판(2)의 하부측으로부터 본 발명의 제1 태양의 연마 패드 또는 본 발명의 제2 태양에 따른 투광부를 통하여 반도체 웨이퍼의 연마되는 표면으로 조사된다 (종점 검출 광은 표면 판 자체가 투광성을 갖거나 절결부가 표면 판의 일부에 형성되었을 때 표면 판을 통과할 수 있음). 그 다음, 연마되는 반도체 웨이퍼(4)의 표면 상에서 반사된 이러한 종점 검출 광인 반사광(R2)은 광학식 종점 검출기(6)에 의하여 포착되고, 연마는 이러한 반사광으로부터 연마되는 표면의 상태를 관찰하면서 수행될 수 있다.
위에서 언급한 슬러리는 적어도 하나의 연마제를 포함하는 수성 분산체를 의미한다. 그러나, 연마제가 없는 슬러리 또는 수성 매체가 연마 중에 외부로부터 공급될 수 있다. 단지 수성 매체만이 공급되면, 예를 들어 슬러리는 연마 중에 연마 패드의 내부로부터 방출된 연마제와 수성 매체를 혼합시킴으로써 형성될 수 있다.
본 발명의 반도체 웨이퍼의 연마를 위한 방법에 따르면, 반도체 웨이퍼는 통상 연마 상태를 관찰하면서 수행될 수 있고, 연마는 광학 연마 종점에서 확실하게 이루어 질 수 있다.
본 발명은 이하의 예시로 더욱 상세히 설명된다.
예시 1
[1] 연마 패드의 제조
이후에 가교 결합되고 비수용성 매트릭스 재료가 되는 1, 2-폴리부타디엔(제이에스알 코포레이션에 의해 제조된 등록 상표 "JSR RB830")의 체적의 80 %와, β-사이클로덱스트린(요꼬하마꼬꾸사이비오껜뀨쇼 코포레이션 리미티드에 의해 제조된 등록 상표 "덱시펄 β-100")의 체적의 20 %는 120 ℃로 가열된 교반기에 의해 혼합된다. 그 후에, 디큐밀 페록사이드(NOF 코포레이션에 의해 제작된 등록 상표 "페큐밀 D")의 0.2 질량부가 전체 1, 2-폴리부타디엔 및 β-사이클로덱스트린의 전체 100 질량부에 추가되고 다시 혼합되어, 170 ℃에서 20분간 가교 결합되도록 가압성형으로 반응시키고 60 ㎝의 직경과 2 ㎜의 두께를 갖는 디스크형 연마 패드를 얻도록 성형된다.
[2] 투광성의 측정
400 내지 800 ㎚의 파장 범위에서 생성된 연마 패드의 투광성은 자외선 흡수 측정기(히타치 리미티드에서 제작된 "U-2010")를 이용하여 연마 패드 상의 다섯 개의 다른 지점에서 측정된다. 결국, 다섯 번의 투광성을 합한 평균은 7 %이다. 또한, (일반적인 헬륨-네온 레이저의 파장인) 633 ㎚에서의 투광성은 6.5 %이다.
[3] 연마 성능의 측정
위에서 생성된 연마 패드는 연마 장치의 표면판 상에 장착되고, 가열-산화된 웨이퍼층은 50 rpm의 표면판 회전수와 100 cc/min의 슬러리 유동의 상태에서 연마된다. 결국, 제거율은 980 Å/min이다.
예시 2
상업적으로 입수 가능한 투광성이 없는 폴리우레탄 포움(로델 니타에 의해 제조된 등록 상표 "IC1000")으로 구성된 연마 패드를 사용하여, 예시 1과 동일한 상태 하에서 연마를 수행하고, 제거율은 950 Å/min이었다. 이러한 연마 패드 상에 20 ㎜의 직경을 갖는 원형 관통 구멍이 제공되고, 위에서 설명된 예시 1에서의 연마 패드의 조성과 동일한 조성을 갖는 투광부가 내부에 끼워진다. 이러한 새로운 연마 패드를 사용하여 예시 1과 동일한 상태에서 연마가 수행되고, 제거율은 950 Å/min이다.
결국, 소정의 치수로 성형된 투광부는 연마 패드를 생성하도록 투광성이 없는 폴리우레탄 포움으로 조성된 연마 패드의 일부에 제공된 관통 구멍 내에 끼워져서, 연마를 수행하도록 사용된다. 투광성이 없는 폴리우레탄 포움으로 조성된 연마 패드의 연마 성능은 낮아지지 않는다.
본 발명의 제1 및 제2 태양의 반도체 웨이퍼용 연마 패드와, 이를 구비한 반도체 웨이퍼용 연마 적층체에 따르면, 연마 종점의 광학적 탐지는 연마에서 연마 성능을 저하시키기 않고 용이하게 수행될 수 있다. 특히, 본 발명의 제1 태양의 연마 패드에 따르면, 연마 종점 뿐만 아니라 모든 연마 상태가 연마 중에 광학적으로 항상 관찰될 수 있다.
본 발명의 반도체 웨이퍼의 연마 방법에 따르면, 반도체 웨이퍼는 연마 상태를 관찰하면서 효과적으로 연마될 수 있고 반도체 웨이퍼는 과도하게 연마되지 않는다.

Claims (18)

  1. 반도체 웨이퍼용 연마 패드에 있어서,
    비수용성 매트릭스 재료 및 상기 비수용성 매트릭스 재료에 분산된 수용성 입자를 포함하며,
    투광성을 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼용 연마 패드.
  2. 제1항에 있어서, 두께가 2 mm일 때, 400 내지 800 nm 사이의 파장에서 투광성이 0.1 % 이상이거나, 400 내지 800 nm 사이의 파장 범위에서 누적 투광성이 0.1 % 이상인 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼용 연마 패드.
  3. 제2항에 있어서, 상기 패드는 얇은 부분을 포함하며, 종점 탐지 광은 상기 얇은 부분을 통해 투과되는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼용 연마 패드.
  4. 제3항에 있어서, 상기 비수용성 매트릭스 재료의 적어도 일부는 가교 중합체인 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼용 연마 패드.
  5. 제2항에 있어서, 비수용성 매트릭스 재료의 적어도 일부는 가교 중합체인 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼용 연마 패드.
  6. 제5항에 있어서, 상기 가교 중합체는 가교 결합된 1,2-폴리부타디엔인 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼용 연마 패드.
  7. 반도체용 연마 패드에 있어서,
    표면으로부터 배면으로 관통하는 관통 구멍이 제공된 연마 패드용 기판과,
    상기 관통 구멍 내에 끼워진 투광부를 포함하며,
    상기 투광부는 비수용성 매트릭스 재료 및 상기 비수용성 매트릭스 재료에 분산된 수용성 입자를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체용 연마 패드.
  8. 제7항에 있어서, 두께가 2 mm일 때, 400 내지 800 nm 사이의 파장에서 상기 투광부의 투광성이 0.1 % 이상이며, 400 내지 800 nm 사이의 파장 범위에서 상기 투광부의 누적 투광성이 0.1 % 이상인 것을 특징으로 하는 반도체용 연마 패드.
  9. 제8항에 있어서, 상기 패드는 얇은 부분을 포함하며, 종점 탐지 광은 상기 얇은 부분을 통해 투과되는 것을 특징으로 하는 반도체용 연마 패드.
  10. 제9항에 있어서, 상기 비수용성 매트릭스 재료 중 적어도 일부는 가교 중합체인 것을 특징으로 하는 반도체용 연마 패드.
  11. 제8항에 있어서, 비수용성 매트릭스 재료의 적어도 일부는 가교 중합체인 것을 특징으로 하는 반도체용 연마 패드.
  12. 제11항에 있어서, 상기 가교 중합체는 가교 결합된 1,2-폴리부타디엔인 것을 특징으로 하는 반도체용 연마 패드.
  13. 반도체 웨이퍼 연마용 적층체에 있어서,
    비수용성 매트릭스 재료 및 상기 비수용성 매트릭스 재료에 분산된 수용성 입자를 포함하며 투광성을 갖는 연마 패드와,
    상기 연파 패드의 배면측 상에 적층된 지지층을 포함하며,
    상기 적층물은 적층 방향으로 투광성을 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 연마용 적층체.
  14. 반도체 웨이퍼 연마용 적층체에 있어서,
    표면으로부터 배면으로 관통하는 관통 구멍이 제공된 연마 패드용 기판과 상기 관통 구멍 내에 끼워진 투광부를 포함하며, 상기 투광부는 비수용성 매트릭스 재료 및 상기 비수용성 매트릭스 재료에 분산된 수용성 입자를 포함하는, 연마 패드와,
    상기 연마 패드의 배면측 상에 적층된 지지층을 포함하며,
    상기 적층물은 적층 방향으로 투광성을 갖는 것을 특징으로 하는 적층체.
  15. 반도체 웨이퍼의 연마 방법에 있어서,
    비수용성 매트릭스 재료 및 상기 비수용성 매트릭스 재료에 분산된 수용성 입자를 포함하며 투광성을 갖는 연마 패드를 사용하여 반도체 웨이퍼를 연마하는 단계와,
    광 종점 탐지기를 사용하여 연마 종점의 탐지를 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 반도체 웨이퍼 연마 방법에 있어서,
    표면으로부터 배면으로 관통하는 관통 구멍이 제공된 연마 패드용 기판과 상기 관통 구멍 내에 끼워진 투광부를 포함하며, 상기 투광부는 비수용성 매트릭스 재료 및 상기 비수용성 매트릭스 재료에 분산된 수용성 입자를 포함하는, 연마 패드를 사용하여 반도체 웨이퍼를 연마하는 단계와,
    광 종점 탐지기를 사용하여 연마 종점의 탐지를 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 반도체 웨이퍼 연마 방법에 있어서,
    비수용성 매트릭스 재료 및 상기 비수용성 매트릭스 재료에 분산된 수용성 입자를 포함하며 투광성을 갖는 연마용 적층체를 사용하여 반도체 웨이퍼를 연마하는 단계와,
    광 종점 탐지기를 사용하여 연마 종점의 탐지를 수행하는 단계를 포함하는것을 특징으로 하는 방법.
  18. 반도체 웨이퍼 연마 방법에 있어서,
    표면으로부터 배면으로 관통하는 관통 구멍이 제공된 연마 패드용 기판과 상기 관통 구멍 내에 끼워진 투광부를 포함하며, 상기 투광부는 비수용성 매트릭스 재료 및 상기 비수용성 매트릭스 재료에 분산된 수용성 입자를 포함하는, 연마용 적층체를 사용하여 반도체 웨이퍼를 연마하는 단계와,
    광 종점 탐지기를 사용하여 연마 종점의 탐지를 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
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