KR20030063408A - Ｃｍｐ 컨디셔너, ｃｍｐ 컨디셔너에 사용하는 경질지립(砥粒)의 배열방법 및 ｃｍｐ 컨디셔너 제조방법 - Google Patents
Ｃｍｐ 컨디셔너, ｃｍｐ 컨디셔너에 사용하는 경질지립(砥粒)의 배열방법 및 ｃｍｐ 컨디셔너 제조방법 Download PDFInfo
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Abstract
반도체 기판 표면의 미세한 스크래치 손상을 억제함과 동시에, 안정된 CMP 컨디셔너 특성을 얻을 수 있는 CMP 컨디셔너가 개시되어 있다. 제 1 태양에 의한 CMP 컨디셔너는 지지부재와 상기 지지부재면 위에 설치된 다수의 경질지립을 구비하고, 상기 다수의 경질지립이 상기 지지부재면 위에 규칙적으로 배열되어 이루어진 것이다. 또한, 제 2 태양에 의한 CMP 컨디셔너는 지지부재와 상기 지지부재면 위에 설치된 다수의 경질지립을 구비하여, 상기 다수의 경질지립이 상기 지지부재면 위에 규칙적이면서 상기 지지부재의 내측에서 외측에 걸쳐서 밀도가 감소하도록 배열되어 이루어진 것이다.
Description
웨이퍼(wafer)의 폴리싱에는 CMP(Chemical Mechanical Polishing)라는 연마 방법이 제안되고 있다. CMP는 기계적 연마작용에 화학적 연마작용을 더하여 작용시킴으로써, 연마속도의 확보와 피연마재의 무결함을 모두 가능하게 한 것이며, 실리콘 웨이퍼의 마무리 폴리싱 공정에서 널리 사용되고 있다.
또한, 근래에는 디바이스의 고집적화에 따라, 집적회로를 제조하는 소정 단계에서, 웨이퍼 표면이나 웨이퍼 표면에 도전체·유전체층이 형성된 반도체 기판표면을 연마해야 할 필요가 생겼다. 반도체 기판은 연마됨으로써 높은 융기, 긁킨 곳, 거칠음 등의 표면 결함이 제거된다. 통상, 이 공정은 웨이퍼 위에 여러 가지의소자 및 집적회로를 형성하는 사이에 이루어진다. 이 연마 공정에서는 실리콘 웨이퍼의 마무리 폴리싱 공정과 마찬가지로, 연마속도와 무결함을 양립시킬 필요가 있다. 화학 슬러리(slurry)를 도입함으로써, 반도체 표면에 보다 큰 연마제거 속도 및 무결함성이 주어지는 화학적이면서 기계적인 평탄화가 이루어진다.
CMP 공정의 일예로서는, 도 8에 나타내는 바와 같이, 예를 들어 5~300nm 정도의 입자 직경을 가지는 실리카 입자를 가성(苛性)소자, 암모니아 및 아민(amine) 등의 알칼리 용액에 현탁시킨 PH 9~12정도의 화학 슬러리(101)와, 폴리우레탄 수지 등으로 이루어진 연마포(102)가 사용된다. 연마시에는 화학 슬러리(101)를 유포(流布)하면서 반도체 기판(103)을 연마포(102)에 적당한 압력으로 맞닿게하여, 상기 도면의 화살표가 나타내는 바와 같이 상대 회전시킴으로써 연마가 이루어진다.
그리고, 상기 연마포(102)의 컨디셔닝법(드레싱법)에서는, 연마포(102)에 물 또는 화학 슬러리(101)를 흘리면서, CMP 컨디셔너를 사용한 컨디셔닝을 하여, 연마포(102)의 눈이 막히는 것을 해소하고, 이물질을 제거하였다. CMP 컨디셔너를 사용한 컨디셔닝은 반도체 기판(103)의 연마가 끝난 후에, CMP 컨디셔너를 연마포(102)와 맞닿게 하던가, 반도체 기판(103)의 연마와 동시에, 반도체 기판(103)이 닿는 위치와 다른 위치에서 CMP 컨디셔너를 연마포(102)에 닿게 하여 행해진다.
종래의 연마포 컨디셔닝(블러싱(brushing))에 사용되는 CMP 컨디셔너에서는, 도 9에 나타내는 바와 같이, 원판 모양의 지지 부재(201) 표면에, 경질 지립으로서 다이아몬드 입자(202)를 사람이 직접 뿌려 적당히 균일하게 분포시킨 후, 이 다이아몬드 입자들(202)을 고정시켰다.
하지만, 이 경우 아무리 신중하게 다이아몬드 입자(202)를 살포했다하더라도, 그 분포 밀도의 차이가 생기게 된다. 이와 같이 다이아몬드 입자(202)의 분포 밀도에 차이가 생긴 드레서를 사용하면, 다이아몬드 입자(202)가 집합된 부분(빽빽한 부분)에 화학 슬러리 안의 지립이 쉽게 응집하게 된다. 그리고, 그 지립의 응집이 연마포(도 8의 102)에 부착하여, 반도체 기판(도 8의 103)에 미세한 스크래치 손상을 입히는 심각한 문제를 발생시켰다. 또한, 다이아몬드 입자(202)의 불균일한 분포는, 드레서 고체 사이에서의 불량의 원인이 되어, 안정한 드레서 특성을 발현하는데 장애가 되어왔다.
또한, 종래의 CMP 컨디셔너에서는, 슬러리의 흐름이 나쁘기 때문에, 미세한 스크래치가 많아졌다. 또한, 슬러리의 흐름을 개선하기 위해서는, 도 14에 나타내는 바와 같이, 지지부재(201)에 화학 슬러리(101)를 흘려보내기 위한 배출홈(203)등을 형성해 두고, 연마시에 이 배출홈(203)을 통하여 화학 슬러리(101)를 흘리는 것이 이루어졌었다. 하지만, 지지부재(201)에 배출홈(203)을 형성하는 것은 CMP 컨디셔너 특성에 악영향을 미칠 우려가 있으며, 그 배출홈의 가공에 시간이 걸려, 비용상승의 요인이 된다.
본 발명은 반도체 기판용 연마포의 눈이 막히는 것을 해소하고, 이물질을 제거하는데 사용되는 CMP 컨디셔너, CMP 컨디셔너에 사용하는 경질지립의 배열방법 및 CMP 컨디셔너 제조방법에 관한 것이다. 한편, CMP 컨디셔너는 당업계에서 CMP 드레서(dresser)라고도 불리는 것이다.
도 1은 본 발명의 제 1 태양에 의한 CMP 컨디셔너에 관하여 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 제 1 태양에 의한 다이아몬드 입자(2) 배열의 일예를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 제 1 태양에 의한 다이아몬드 입자(2) 배열의 일예를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 제 1 태양에서의 제 1 방법에 의한 다이아몬드 입자(2)의 배열방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 제 1 태양에 의한 배열판(5)을 설명하기 위한 도면이다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 제 1 태양에서의 제 2 방법에 의한 다이아몬드 입자(2)의 배열 방법을 설명하기 위한 도면으로, 도 6a는 상기 배열판(6) 위에 다이아몬드 입자(2)를 뿌리는 모양을 나타내고, 도 6b는 배열판(7)에서 점착시트(10)를 떼어냈을 때의 상태를 나타낸다.
도 7은 본 발명의 제 1 태양에서의 제 2 방법에 의한 다이아몬드 입자(2)의 배열방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 CMP 공정을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 종래의 CMP 컨디셔너에 대하여 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명의 제 2 태양에 의한 CMP 컨디셔너에 대하여 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 본 발명의 제 2 태양에 의한 다이아몬드 입자(12) 배열의 일예를 나타내는 도면이다.
도 12는 본 발명의 제 2 태양에 의한 다이아몬드 입자(12) 배열의 일예를 나타내는 도면이다.
도 13은 본 발명의 제 2 태양에 의한 배열판(15)을 설명하기 위한 도면이다.
도 14는 배출홈(203)을 형성한 CMP 컨디셔너를 나타내는 모식도이다.
본 발명은 상기와 같은 점에 감안하여 이루어진 것이며, 본 발명의 제 1 태양에서는 반도체 기판 표면의 미세한 스크래치 손상을 억제함과 동시에, 안정된 CMP 컨디셔너 특성이 얻어지도록 하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 제 1 태양에 의한 CMP 컨디셔너는 지지부재와, 상기 지지부재면위에 설치된 다수의 경질지립을 구비한 CMP 컨디셔너로서, 상기 다수의 경질지립이 상기 지지부재면 위에 규칙적으로 배열되어 이루어지는 점에 특징이 있다.
또한, 본 발명의 제 1 태양에 의한 CMP 컨디셔너의 다른 특징은, 상기 경질지립이 상기 지지부재면 위에서 정사각형으로 만들어진 단위 격자의 각 정점에 배치되어 이루어지는 점에 있다.
또한, 본 발명의 제 1 태양에 의한 CMP 컨디셔너의 다른 특징은, 상기 경질지립이 상기 지지부재면 위에서 정삼각형으로 만들어진 단위 격자의 각 정점에 배치되어 이루어지는 점에 있다.
또한, 본 발명의 제 1 태양에 의한 다른 CMP 컨디셔너는 지지부재와, 상기 지지부재면 위에 설치된 다수의 경질지립을 구비한 CMP 컨디셔너로서, 상기 경질지립이 존재하는 일정 면적의 영역 사이에서, 상기 경질지립의 밀도 편차가 ±50% 이내인 점에 특징이 있다.
또한, 본 발명의 제 1 태양에 의한 CMP 컨디셔너의 다른 특징은, 상기 경질지립이 다이아몬드 입자인 점에 있다.
또한, 본 발명의 제 1 태양에 의한 CMP 컨디셔너의 다른 특징은, 티탄, 크롬 및 지르코늄으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 0.5~20wt%을 포함하는 융점 650℃~1200℃의 합금을 사용하여, 상기 다이아몬드 입자가 금속 및/또는 합금으로 이루어진 상기 지지부재에 단층으로 납땜됨으로써, 상기 다이아몬드 입자와 상기 합금의 경계면에 티탄, 크롬 및 지르코늄으로 이루어진 군에서 선택되는 금속의 탄화물층이 형성되어 이루어진 점에 있다.
본 발명의 제 1 태양에 의한 CMP 컨디셔너에 사용하는 경질지립의 배열방법은, 규칙적으로 배열되어진 다수의 관통 구멍이 형성되어 이루어진 박판 형상의 배열부재를 피배열면 위에 배치하는 단계와, 상기 배열부재의 각 관통구멍에 경질지립을 넣는 단계를 포함하여 이루어진 점에 특징이 있다.
또한, 본 발명의 제 1 태양에 의한 CMP 컨디셔너에 사용하는 경질지립의 배열방법의 다른 특징은, 상기 피배열면은 CMP 컨디셔너를 구성하는 지지부재의 표면인 점에 있다.
또한, 본 발명의 제 1 태양에 의한 다른 CMP 컨디셔너에 사용하는 경질지립의 배열방법은, 다수의 경질지립을 규칙적으로 배열시킨 상태에서 보유부재에 보유하는 단계와, 상기 유지부재에 의해 보유된 경질지립을 CMP 컨디셔너를 구성하는 지지부재의 표면에 전사(轉寫)하는 단계를 포함하여 이루어진 점에 특징이 있다.
또한, 본 발명의 제 1 태양에 의한 CMP 컨디셔너에 사용하는 경질지립의 배열방법의 다른 특징은, 상기 보유부재에는 상기 경질지립을 보유하기 위한 제 1 접착수단을 설치하고, 상기 지지부재의 표면에는 제 2 접착수단을 설치하여, 이 제 1 및 제 2 접착수단의 성질에 차이를 두는 점에 있다.
본 발명의 제 1 태양에 의한 CMP 컨디셔너의 제조방법은, 상기 CMP 컨디셔너에 사용하는 경질지립의 배열방법을 이용하여 상기 경질지립을 상기 지지부재의 표면위에 배열시킨 후, 상기 경질지립을 상기 지지부재의 표면에 고정시키는 점에 특징이 있다.
위와 같이 한 본 발명의 제 1 태양에서는, 경질지립의 분포 밀도에 차이가없어지므로, 상기 CMP 컨디셔너를 사용하여도 경질지립의 밀도가 높은 부분에 슬러리 안의 지립이 응집해버리는 일이 없다.
한편, 본 발명의 제 2 태양에서는 안정된 CMP 컨디셔너 특성이 얻어짐과 동시에, 배출홈 등을 형성하지 않아도 연마시에 슬러리등을 흘려보낼 수 있고, 미세한 스크래치를 줄이도록 하는 것도 목적으로 한다.
본 발명의 제 2 태양에 의한 CMP 컨디셔너는 지지부재와 상기 지지부재면 위에 설치된 다수의 경질지립을 구비한 CMP 컨디셔너로서, 상기 다수의 경질지립이 상기 지지부재면 위에 규칙적이면서, 상기 지지부재의 내측에서 외측에 걸쳐서 밀도가 감소하도록 배열되어 이루어진 점에 특징이 있다.
본 발명의 제 2 태양에 의한 다른 CMP 컨디셔너는 지지부재와 상기 지지부재면 위에 설치된 다수의 경질지립을 구비한 CMP 컨디셔너로서, 상기 지지부재면 위에, 상기 다수의 경질지립이 존재하지 않은 영역을 대략 방사형으로 확보하고 있는 점에 특징이 있다.
본 발명의 제 2 태양에 의한 CMP 컨디셔너에 사용하는 경질지립의 배열방법은 규칙적이면서 내측에서 외측에 걸쳐서 밀도가 감소하도록 배열시킨 다수의 관통 구멍이 형성된 박판 형상의 배열부재를 피배열면 위에 위치시키는 단계와, 상기 배열부재의 각 관통구멍에 경질지립을 넣는 단계를 포함하여 이루어지는 점에 특징이 있다.
본 발명의 제 2 태양에 의한 다른 CMP 컨디셔너에 사용하는 경질지립의 배열방법은, 다수의 관통 구멍이 존재하지 않는 영역이 대략 방사형으로 확보된 박판형상의 배열부재를 피배열면 위에 위치시키는 단계와, 상기 배열부재의 각 관통공에 경질지립을 넣는 단계를 포함하여 이루어지는 점에 특징이 있다.
본 발명의 제 2 태양에 의한 다른 CMP 컨디셔너에 사용하는 경질지립의 배열방법은, 다수의 경질지립을 규칙적이면서 내측에서 외측에 걸쳐서 밀도가 감소하도록 배열시킨 상태에서 보유부재에 보유하는 단계와, 상기 보유부재에 의해 보유된 경질지립을 CMP 컨디셔너를 구성하는 지지부재의 표면에 전사하는 단계를 포함하여 이루어지는 점에 특징이 있다.
본 발명의 제 2 태양에 의한 다른 CMP 컨디셔너에 사용하는 경질지립의 배열방법은, 다수의 경질지립이 존재하지 않은 영역이 대략 방사형으로 확보된 상태에서 상기 다수의 경질지립을 보유부재에 보유하는 단계와, 상기 보유부재에 의해 보유된 경질지립을 CMP 컨디셔너를 구성하는 지지부재의 표면에 전사하는 단계를 포함하여 이루어지는 점에 특징이 있다.
본 발명의 제 2 태양에 의한 CMP 컨디셔너 제조방법은 상기 CMP 컨디셔너에 사용하는 경질지립의 배열방법을 이용하여 상기 경질지립을 상기 지지부재의 표면 위에 배치시킨 후, 상기 경질지립을 상기 지지부재의 표면에 고정시키는 점에 특징이 있다.
제 1 태양에 의한 CMP 컨디셔너
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 제 1 태양에 의한 반도체 기판용 연마포의 CMP 컨디셔너, 반도체 기판용 연마포의 CMP 컨디셔너에 사용하는 경질지립의 배열방법 및 CMP 컨디셔너 제조방법의 실시예에 대하여 설명한다.
도 1을 이용하여 CMP 컨디셔너에 대하여 설명한다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 스테인레스강 등으로 이루어진 원판 모양의 지지부재(1) 표면에는 경질지립으로서 다이아몬드 입자(2)가 붙어 있다. 한편, 도 1에 나타내는 외관은 일예이고, 지지부재(1)의 표면 전체에 다이아몬드 입자(2)가 존재하지 않아도 되며, 예를 들어 지지부재(1)의 표면에 화학 슬러리를 흘려보내기 위한 배출홈을 형성하여도 좋다.
도 2, 3은 지지부재(1)의 표면을 확대한 도면으로, 다이아몬드 입자(2)의 배열을 나타낸다. 도 2에 나타내는 것은 다이아몬드 입자(2)를 바둑판 모양으로 배열한 것으로, 지지부재(1)의 표면에서, 정사각형으로 만들어진 단위격자(A)의 각 정점(頂点)에 다이아몬드 입자(2)를 배치하고 있다. 다시 말하면, 상기 도면에서 일점 쇄선으로 나타내는 바와 같이, 일정 간격을 두고 평행하게 배열되는 제 1 직선군 L1과, 일정 간격을 두고 평행하게 배열되며, 상기 제 1 직선군 L1과 90도 각도로교차하는 제 2 직선군 L2(도 1의 가로선)을 고려하여, 이 직선군 L1, L2의 교점에 다이아몬드 입자(2)를 배치하고 있다.
도 3에 나타내는 것은 다이아몬드 입자(2)를 벌집 모양으로 배열한 것으로, 지지부재(1)의 표면에서 정삼각형으로 만들어진 단위 격자(B)의 각 정점에 다이아몬드 입자(2)를 배치하고 있다. 다시 말하면, 상기 도면에서 일점 쇄선으로 나타내는 바와 같이, 일정 간격을 두고 평행하게 배열되는 제 3 직선군 L3과, 일정 간격을 두고 평행하게 배열되며, 상기 제 3 직선군 L3과 120도 각도로 교차하는 제 4 직선군 L4을 고려하여, 이 직선군 L3, L4의 교점에 다이아몬드 입자(2)를 배치하고 있다.
도 2에 나타내는 배열에서는 한 다이아몬드 입자(2)에 대하여, 상하좌우 방향으로 인접하는 4개의 다이아몬드 입자(2)까지의 거리가 r이 되며, 또한 대각선 방향으로 인접하는 4개의 다이아몬드 입자(2)까지의 거리가 ()r이 된다.
도 3에 나타내는 배열에서는 한 다이아몬드 입자(2)에 대하여, 인접하는 6개의 다이아몬드 입자(2)까지의 거리가 모두 r이 된다. 따라서, 도 3에 나타내는 배열이 다이아몬드 입자(2)의 분포가 보다 엄밀한 의미에서 균일하게 되며, 보다 뛰어난 CMP 컨디셔너 특성을 얻을 수 있다.
이하, 도 4~7을 참조하여 본 발명의 제 2 태양에 의한 다이아몬드 입자(2)의 배열방법에 대하여 설명한다. 본 실시예에서는 다음의 두 가지 방법에 의해, 다이아몬드 입자(2)를 배열하고 있다.
제 1 방법에서는 도 4에 나타내는 바와 같이, 납재(3)가 설치된 지지부재(1)의 표면에, 접착제(4)를 도포해둔다. 그리고, 접착제(4)를 도포한 지지부재(1)의 표면위에 배열판(5)을 놓고 마스킹한다.
배열판(5)에는 도 5에도 나타내는 바와 같이, 다이아몬드 입자(2)를 배열시키기 위한 관통 구멍(6)이 형성되어 있다. 즉, 배열판(5)에는 도 2, 3에 나타내는 배열과 마찬가지로 관통 구멍(6)이 배열되어져 있다. 관통 구멍(6)의 입구 직경(X)은 다이아몬드 입자(2)의 사이즈(D)에 대하여 1.0D＜X＜2.0D이여서, 한 개의 관통 구멍(6)에 한 개 이상의 다이아몬드 입자(2)가 동시에 들어가지 않도록 하고 있다. 한편, 배열판(5)의 주위에는 비산(飛散)방지용 벽(5a)이 설치되어 있다.
도 4에 나타내는 바와 같이, 상기 배열판(5)을 지지부재(1)의 표면에 위치시킨 상태에서, 배열판(5) 위에 다이아몬드 입자(2)를 뿌린다. 이 때, 배열판(5)에 적당한 진동을 가하여, 다이아몬드 입자(2)가 모든 관통 구멍(6)으로 들어가도록 한다. 모든 관통 구멍(6)에 다이아몬드 입자(2)가 들어가면, 배열판(5) 위의 나머지 다이아몬드 입자(2)를 솔 등을 사용하여 제거한다. 그 후, 배열판(5)을 지지부재(1)의 표면으로부터 떼어내면, 다이아몬드 입자(2)는 도 2, 3에 나타내는 바와 같이 배열된 상태에서 지지부재(1)의 표면위에 남게 된다.
이상 설명한 바와 같이 하여 지지부재(1)의 표면에 다이아몬드 입자(2)를 배열시켰으면, 단층, 납땜을 행하여 다이아몬드 입자(2)를 고정시킨다. 이 납땜시에, 지지부재(1)의 표면에 도포된 접착제(4)는 납재(3)를 가열함으로써 승화하고, 지지부재(1)의 표면위에 잔류하지 않는다.
한편, 제 1 방법에서 배열판(5) 대신에 와이어로 짠 망을 사용하여도 좋다. 즉, 망의 각 개구부분을 배열판(5)의 관통 구멍(6)으로 사용하여, 상기 개구부분에 다이아몬드 입자(2)를 넣고, 지지부재(1)의 표면에 배열시킨다.
제 2 방법에서는 상기 제 1 방법과 같이 다이아몬드 입자(2)를 지지부재(1)의 표면에 직접적으로 배열하는 것이 아니라, 점착 시트 등의 보유부재에 일단 배열시키고, 지지부재(1)의 표면에 전사하도록 하고 있다.
도 6a에 나타내는 바와 같이, 배열판(7)에는 다이아몬드 입자(2)를 배열시키기 위한 오목한 부분(8)이 형성되어 있다. 즉, 배열판(7)에는 도 2, 3에 나타내는 배열과 마찬가지로 오목한 부분(8)이 배열되어져 있다. 또한, 오목한 부분(8)의 입구 직경(X)을 다이아몬드 입자 사이즈(D)에 대하여, 1.0D＜X＜2.0D로 하는 것은 상기 제 1 방법에서 설명한 관통 구멍(6)과 같다.
상기 배열판(7) 위에 다이아몬드 입자(2)를 뿌린다. 이 때도 상기 제 1 방법에서 설명한 바와 같이, 배열판(7)에 적당한 진동을 주어, 다이아몬드 입자(2)가 모든 오목한 부분(8)에 들어가도록 한다. 모든 오목한 부분(8)에 다이아몬드 입자(2)가 들어가면, 배열판(7) 위의 나머지 다이아몬드 입자(2)를 솔(9) 등을 이용하여 제거한다.
이어서, 배열판(7)의 오목한 부분(8)이 개구하는 면에 점착 시트(10)를 붙인다. 그리고, 도 6b에 나타내는 바와 같이, 배열판(7)의 상하를 반대로 하여, 점착 시트(10)를 벗겨내면, 점착 시트(10)에 다이아몬드 입자(2)가 배열된 상태로 유지되게 된다.
상기 점착 시트(10)이 다이아몬드 입자(2)를 유지하는 점착면을 접착제(4)가 도포된 지지부재(1) 표면에 합착되게 한다. 따라서, 도 7에 나타내는 바와 같이, 다이아몬드 입자(2)는 한 쪽 끝이 접착 시트(10)쪽에, 다른 쪽 끝이 지지부재(1)의 표면측에서 지지된 상태가 된다. 그 후, 지지부재(1)의 표면측에 다이아몬드 입자(2)를 남기고, 점착 시트(10)만을 제거하면, 다이아몬드 입자(2)를 지지부재(1) 표면위에 배열시킬 수 있다.
점착 시트(10)만을 제거하는 방법으로는 예를 들어, 점착 시트(10)의 접착제의 용해성과, 지지부재(1) 측의 접착제(4)의 용해성에 차이를 주면 된다. 이 경우, 도 7에서 나타내는 상태에서 점착 시트(10)의 접착제가 녹을 만한 환경으로 하면, 지지부재(1)측의 접착제(4)는 유지력을 유지한 채, 점착 시트(10)의 접착제만을 녹이고, 점착 시트(10)만을 제거할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이 하여, 지지부재(1)의 표면에 다이아몬드 입자(2)를 배열시켰다면, 단층, 납땜하여 다이아몬드 입자(2)를 고정시킨다. 이 납땜시에, 지지부재(1)의 표면에 도포된 접착제(4)는 납재(3)를 가열함으로써 승화하고, 지지부재(1)의 표면위에 잔류하지 않는다.
또한, 제 2 방법에서는 배열판(7)에 오목한 부분(8)을 형성하도록 하였지만, 관통 구멍으로 하여도 좋다. 이 경우, 도 4에 나타내는 지지부재(1)를 점착 시트(10)로 변경하면, 점착 시트(10)에 다이아몬드 입자를 배열시킬 수 있으므로, 그것을 지지부재(1)의 표면에 전사하면 좋다.
이상 설명한 바와 같이 본 실시예에 따르면, 다이아몬드 입자를 규칙적으로배열시키고 있기 때문에, 다이아몬드 입자의 분포에 밀도차이가 없고, 상기 CMP 컨디셔너를 사용하여도 다이아몬드 입자가 빽빽한 부분에 슬러리 안의 지립이 응집하는 일이 없어져, 반도체 기판 표면의 미세한 스크래치 손상을 최소한으로 억제할 수 있다. 또한, CMP 컨디셔너 간 고체차가 없어져, 안정된 CMP 컨디셔너 특성을 얻을 수 있다.
한편, 본 실시예에서는 도 2, 3에 나타내는 바와 같이 다이아몬드 입자를 배열시켰지만, 다이아몬드 입자의 분포에 밀도차이가 생기지 않도록 한다는 점에서 말하면, 도 2, 3에 나타내는 배열 이외에서도, 다이아몬드 입자의 밀도에 대하여 일정한 규칙을 가지도록 하면 좋다. 예를 들어, 지지부재(1)의 표면 중 다이아몬드 입자(2)가 존재하는 지역에서, 다이아몬드 입자(2)가 평균 수개~수십개, 예를 들어 20개 존재하는 어느 일정 면적의 영역사이에서, 다이아몬드 입자(2)의 밀도 편차가 ±50%이내로 조정되어 있으면 좋다.
또한, 본 실시예에서는 본 발명에서 말하는 경질지립으로서 다이아몬드 입자(2)를 이용하였는데, 그 외의 재질, 예를 들어 입방결정 질화붕소, 탄화붕소, 탄화규소 또는 산화 알루미늄 등으로 이루어진 것이어도 좋다.
또한, 다이아몬드 입자(2)를 지지부재(1)에 고착시키는 방법으로는, 납땜 이외의 방법, 예를 들어 니켈 전착(電着) 등에 의해 붙여도 좋다.
여기서, 적절한 일예로서, 다이아몬드 입자를 납땜에 의해 붙이는 방법에 대하여 설명하면, 납재로서 티탄, 크롬 또는 지르코늄에서 선택된 1종 이상을 0.5~20wt% 함유하는 융점 650℃~1200℃의 합금을 사용함으로써, 다이아몬드 입자와납땜 합금과의 경계면에 상기 금속의 탄화물층이 형성된다. 납재에 포함되는 티탄, 크롬 또는 지르코늄에서 선택된 1종 이상을 0.5~20wt%로 하는 것은, 0.5wt%보다 적은 함유량에서는 다이아몬드 납땜 합금의 경계면에 상기 금속의 탄화물층이 형성되지 않기 때문이며, 20wt% 첨가하면 충분한 접합 강도를 나타내는 탄화물층이 형성되기 때문이다.
납땜 합금을 융점 650℃~1200℃의 합금으로 하는 것은, 650℃ 미만의 납땜 온도에서는 접합강도가 얻어지지 않고, 1200℃를 넘는 납땜 온도에서는 다이아몬드의 열화가 일어나 바람직하지 않기 때문이다.
납땜 합금의 두께는 다이아몬드 입자의 0.2~1.5배의 두께가 적당하다. 너무 얇으면 다이아몬드와 납땜 합금과의 접합 강도가 낮아지고, 너무 두꺼우면 납재와 지지부재와의 박리가 일어나기 쉬어지기 때문이다.
다이아몬드 입자의 직경은 50㎛~300㎛으로 하는 것이 바람직하다. 50㎛미만의 미립 다이아몬드 입자에서는 충분한 연마속도가 얻어지지 않고, 또한 응집하기 쉬운 경향이 있으며, 탈락하기 쉬워지기 때문이다. 또한, 300㎛를 넘는 조립 다이아몬드 입자에서는, 연마시의 응력집중이 커져, 탈락하기 쉬어지기 때문이다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명의 제 1 태양에 따르면, 상기 CMP 컨디셔너를 사용하여도 경질지립이 빽빽한 부분에 슬러리중의 지립이 응집하는 일이 없어져, 반도체 기판 표면의 미세한 스크래치 손상을 최소한으로 억제할 수 있다. 또한, CMP 컨디셔너 간 고체차가 없어져, 안정된 CMP 컨디셔너 특성을 얻을 수 있기 때문에, 안정된 양산 CMP 프로세스를 실현할 수 있게 된다.
제 2 태양에 의한 CMP 컨디셔너
이하, 도면을 참조하여, 본 발명의 제 2 태양에 따른 반도체 기판용 연마포의 CMP 컨디셔너의 실시예에 대하여 설명한다. 또한, 본 태양에서의 반도체 기판용 연마포의 CMP 컨디셔너에 사용하는 경질지립의 배열방법 및 CMP 컨디셔너 제조방법에 대해서는 도 5에 나타나는 배열판(5) 대신에 도 13에 나타내는 배열판(15)을 사용하는 것을 빼고, 제 1 태양에서의 제 1 및 제 2 방법과 마찬가지로 행할 수 있기 때문에, 제 1 태양에서의 설명을 채용하는 것으로 한다.
도 10을 사용하여, CMP 컨디셔너에 대하여 설명한다. 상기 도면에 나타내는 바와 같이, 스테인레스강 등으로 이루어진 원판모양 지지부재(11)의 표면에는 경질지립으로서 다이아몬드 입자(12)가 붙어져 있다.
도 11, 12에는 지지부재(11)의 표면에서의 다이아몬드 입자(12)의 배열 개요를 나타낸다. 도 11에 나타내는 예는 원판모양의 지지부재(11)의 중심으로부터 방사형으로 뻗은 다수의 직선(일점 쇄선L)을 고려하여, 이 직선들 위에 다이아몬드 입자(12)를 배치한 것이다. 이와 같이 한 CMP 컨디셔너에서는 다이아몬드 입자(12)가 지지부재(11)의 내측에서 외측에 걸쳐서 밀도가 작아지도록 배열되어 있으며, 지지부재(11)의 표면위에는 다이아몬드 입자(12)가 존재하지 않는 영역이 방사형으로 확보되게 된다.
또한, 도 12에 나타내는 예는, 원판모양의 지지부재(11)의 중심으로부터 방사형으로 뻗은 다수의 곡선(일점 쇄선L)을 고려하여, 이 곡선들 위에 다이아몬드 입자(12)를 배치한 것이다. 이와 같이 한 CMP 컨디셔너에서는 다이아몬드 입자(12)가 지지부재(11)의 내측에서 외측에 걸쳐서 밀도가 작아지도록 배열되어 있으며, 지지부재(11)의 표면위에는 다이아몬드 입자(12)가 존재하지 않는 영역이 방사형으로 확보되게 된다. 본 발명에서 말하는 대략 방사형이라는 것은, 도 11에 나타내는 바와 같이 직선적으로 방사하는 경우뿐만 아니라, 도 12에 나타내는 바와 같이 곡선적으로 방사하는 경우도 포함하는 것이다.
한편, 실제 다이아몬드 입자(12)는 지지부재(11)에 비하여 매우 작은 것이지만, 도 10이나 후술하는 도 11, 12에서는 설명을 간략히 하기 위해 다이아몬드 입자(12)를 크게 도시하였다. 또한, 직선이나 곡선의 수에 대해서도, 보다 빽빽한 상태에서 방사시키도록 하는데, 도 11, 12에서는 간단히 도시한다.
본 발명의 제 2 태양에서의 다이아몬드 입자(12)의 배열방법 및 CMP 컨디셔너의 제조방법은 도 5에 나타내는 배열판(5) 대신에 도 13에 나타내는 배열판(15)을 사용하는 것을 제외하고, 제 1 태양에서 설명한 제 1 방법 및 제 2 방법과 같이 할 수 있다. 이 배열판(15)에서는 도 13에서도 나타내는 바와 같이, 다이아몬드 입자(12)를 배열시키기 위한 관통 구멍(16)이 형성되어 있다. 즉, 배열판(15)에는 도 11, 12에서 나타내는 배열과 마찬가지로 관통구멍(16)이 배열되어져 있다. 관통 구멍(16)의 입구 직경(X)은 다이아몬드 입자(12)의 사이즈(D)에 대하여, 1.0D＜X＜2.0D가 되도록 되어 있어, 하나의 관통 구멍(16)에 한 개 이상의 다이아몬드 입자(12)가 동시에 들어가지 못하게 하고 있다. 또한, 배열판(15)의 주위에는 비산방지용 벽(15a)이 설치되어 있다.
이상 설명한 바와 같이 본 실시예에 따르면, 다이아몬드 입자(12)를 규칙적으로 배열하고 있기 때문에, CMP 컨디셔너 간 고체차가 없어져, 안정된 CMP 컨디셔너 특성을 얻을 수 있다. 또한, 다이아몬드 입자(12)를 지지부재(11)의 중심으로부터 대략 방사형상으로 배열시킴으로써, 지지부재(11)의 내측에서 외측에 걸쳐서 밀도가 작아지도록 배열하고, 또한 다이아몬드 입자(12)가 존재하지 않는 영역을 방사형으로 확보하도록 하였기 때문에, 연마시에 슬러리를 지지부재(11)의 외측을 향하여 흘릴 수 있어 미세한 스크래치가 감소한다. 그리고, 슬러리를 흘려보내기 위한 특별한 가공을 지지부재(1)에 실시할 필요가 없어지므로, 가공 시간이나 비용을 경감시킬 수 있다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명의 제 2 태양에 따르면, CMP 컨디셔너 간 고체차가 없어져, 안정된 CMP 컨디셔너 특성을 얻을 수 있기 때문에, 안정된 양산 CMP 프로세스를 실현할 수 있게 된다. 또한, 연마시에 슬러리를 흘려보낼 수 있어, 미세한 스크래치를 줄일 수 있으며, 이를 위한 특별한 가공을 지지부재에 실시할 필요가 없어지므로, 가공 시간이나 비용을 경감시킬 수 있다.
이하, 본 발명의 제 1 태양을 실시예에 따라 상세히 설명하였는데, 본 발명은 이 실시예들에 한정되는 것은 아니다.
다이아몬드 입자 직경을 150~210㎛으로 하고, 페라이트(ferrite)계 스테인레스제의 지지부재에 Ag-Cu-3Zr (융점:800℃)의 납땜 금속을 사용하여, 10-5Torr의 진공중, 납땜 온도 850℃에서 30분간 유지하고, 단층, 납땜하였다. CMP 컨디셔너는 종래 타입 A(다이아몬드 입자를 사람이 직접 뿌린 것), 타입 B(도 2에 나타내는 바둑판 모양의 배열), 타입 C(도 3에 나타내는 벌집모양 배열)의 세가지 종류에 대하여 각각 10장씩 준비한다.
그리고, 각 CMP 컨디셔너에 대하여, 10장의 TEOS 막을 붙인 반도체 웨이퍼에 대하여 연마 실험을 행하였다. 즉, A, B, C 의 각 타입에 대하여, 100장 씩 연마를 행하였다. 드레싱은 1회 연마마다 2분간 행하였다.
그 후, 100장의 연마된 웨이퍼로부터 10장마다 1장씩, 총 10장의 웨이퍼에 대하여 미세한 스크래치의 수를 계측하였다. 타입 A의 CMP 컨디셔너를 사용한 경우의 미세 스크래치 손상의 수를 100으로 하면, 타입 B, C의 드레서를 사용한 경우에서의 미세 스크래치 손상의 수의 상대치는 각각 26,17이었다.
이 결과로부터도 B, C타입의 CMP 컨디셔너에서는, A 타입의 종래의 드레서에 비하여, 웨이퍼 표면의 미세한 스크래치 손상을 대폭 감소시킬 수 있음을 알 수 있었다. 또한, CMP 컨디셔너 간 CMP 컨디셔너의 특정 차이가 작기 때문에, 안정된 양산 CMP 프로세스를 실현할 수 있게 된다.
본 명세서 내에 기재.
Claims (24)
- 지지부재와, 상기 지지부재면 위에 설치된 다수의 경질지립을 구비한 CMP 컨디셔너로서,상기 다수의 경질지립이 상기 지지부재면 위에 규칙적으로 배열되어 이루어지는 CMP 컨디셔너.
- 제 1 항에 있어서,상기 경질지립이 상기 지지부재면 위에서 정사각형으로 만들어진 단위 격자의 각 정점에 배치되어 이루어지는 CMP 컨디셔너.
- 제 1 항에 있어서,상기 경질지립이 상기 지지부재면 위에서 정삼각형으로 만들어진 단위 격자의 각 정점에 배치되어 이루어지는 CMP 컨디셔너.
- 지지부재와, 상기 지지부재면 위에 설치된 다수의 경질지립을 구비한 CMP 컨디셔너로서,상기 경질지립이 존재하는 일정 면적의 영역 사이에서, 상기 경질지립의 밀도 편차가 ±50% 이내인 CMP 컨디셔너.
- 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 경질지립이 다이아몬드 입자인 CMP 컨디셔너.
- 제 5 항에 있어서,티탄, 크롬 및 지르코늄으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 0.5~20wt% 포함하는 융점 650℃~1200℃의 합금을 사용하여, 상기 다이아몬드 입자가 금속 및/또는 합금으로 이루어진 상기 지지부재에 단층으로 납땜됨으로써, 상기 다이아몬드 입자와 상기 합금의 경계면에 티탄, 크롬 및 지르코늄으로 이루어진 군에서 선택되는 금속의 탄화물층이 형성되어 이루어지는 CMP 컨디셔너.
- 규칙적으로 배열되어진 다수의 관통 구멍이 형성되어 이루어진 박판 형상의 배열부재를 피배열면 위에 배치하는 단계와,상기 배열부재의 각 관통구멍에 경질지립을 넣는 단계를 포함하여 이루어진 CMP 컨디셔너에 사용하는 경질지립의 배열방법.
- 제 7 항에 있어서,상기 피배열면이 CMP 컨디셔너를 구성하는 지지부재의 표면인 방법.
- 다수의 경질지립을 규칙적으로 배열시킨 상태에서 보유부재에 보유하는 단계와,상기 보유부재에 의해 보유된 경질지립을 CMP 컨디셔너를 구성하는 지지부재의 표면에 전사(轉寫)하는 단계를 포함하여 이루어진 CMP 컨디셔너에 사용하는 경질지립의 배열방법.
- 제 9 항에 있어서,상기 보유부재에는 상기 경질지립을 보유하기 위한 제 1 접착수단을 설치하고, 상기 지지부재의 표면에는 제 2 접착수단을 설치하여, 이 제 1 및 제 2 접착수단의 성질에 차이를 두는 방법.
- 제 7 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 기재된 CMP 컨디셔너에 사용하는 경질지립의 배열방법을 이용하여 상기 경질지립을 상기 지지부재의 표면위에 배열시킨 후, 상기 경질지립을 상기 지지부재의 표면에 고정시키는 것을 포함하여 이루어지는 CMP 컨디셔너의 제조방법.
- 지지부재와 상기 지지부재면 위에 설치된 다수의 경질지립을 구비한 CMP 컨디셔너로서,상기 다수의 경질지립이 상기 지지부재면 위에 규칙적이면서, 상기 지지부재의 내측에서 외측에 걸쳐서 밀도가 감소하도록 배열되어 이루어진 CMP 컨디셔너.
- 제 12 항에 있어서,상기 경질지립이 상기 지지부재의 중심으로부터 대략 방사형으로 배열되어 이루어지는 CMP 컨디셔너.
- 지지부재와 상기 지지부재면 위에 설치된 다수의 경질지립을 구비한 CMP 컨디셔너로서,상기 지지부재면 위에, 상기 다수의 경질지립이 존재하지 않은 영역을 대략 방사형으로 확보되어 이루어진 CMP 컨디셔너.
- 제 12 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 경질지립이 다이아몬드 입자인 CMP 컨디셔너.
- 제 15 항에 있어서,티탄, 크롬 및 지르코늄으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 0.5~20wt% 포함하는 융점 650℃~1200℃의 합금을 사용하여, 상기 다이아몬드 입자가 금속 및/또는 합금으로 이루어진 상기 지지부재에 단층으로 납땜됨으로써, 상기 다이아몬드 입자와 상기 합금의 경계면에 티탄, 크롬 및 지르코늄으로 이루어진 군에서 선택되는 금속의 탄화물층이 형성되어 이루어지는 CMP 컨디셔너.
- 제 16 항에 있어서,상기 융점 650℃~1200℃의 합금이 니켈기 합금인 CMP 컨디셔너.
- 규칙적이면서 내측에서 외측에 걸쳐서 밀도가 감소하도록 배열시킨 다수의 관통 구멍이 형성된 박판 형상의 배열부재를 피배열면 위에 위치시키는 단계와,상기 배열부재의 각 관통구멍에 경질지립을 넣는 단계를 포함하여 이루어지는 CMP 컨디셔너에 사용하는 경질지립의 배열방법.
- 다수의 관통공이 존재하지 않는 영역이 대략 방사형으로 확보된 박판 형상의 배열부재를 피배열면 위에 위치시키는 단계와,상기 배열부재의 각 관통구멍에 경질지립을 넣는 단계를 포함하여 이루어지는 CMP 컨디셔너에 사용하는 경질지립의 배열방법.
- 제 18 항 또는 제 19 항에 있어서,상기 피배열면이 CMP 컨디셔너를 구성하는 지지부재의 표면인 방법.
- 다수의 경질지립을 규칙적이면서 내측에서 외측에 걸쳐서 밀도가 감소하도록 배열시킨 상태에서 보유부재에 보유하는 단계와,상기 보유부재에 의해 보유된 경질지립을 CMP 컨디셔너를 구성하는 지지부재의 표면에 전사하는 단계를 포함하여 이루어지는 CMP 컨디셔너에 사용하는 경질지립의 배열방법.
- 다수의 경질지립이 존재하지 않은 영역이 대략 방사형으로 확보된 상태에서 상기 다수의 경질지립을 보유부재에 보유하는 단계와,상기 보유부재에 의해 보유된 경질지립을 CMP 컨디셔너를 구성하는 지지부재의 표면에 전사하는 단계를 포함하여 이루어지는 CMP 컨디셔너에 사용하는 경질지립의 배열방법.
- 제 21 항 또는 제 22 항에 있어서,상기 보유부재에는 상기 경질지립을 보유하기 위한 제 1 접착수단을 설치하고, 상기 지지부재의 표면에는 제 2 접착수단을 설치하여, 이 제 1 및 제 2 접착수단의 성질에 차이를 두는 방법.
- 제 18 항 내지 제 23 항 중 어느 한 항에 기재된 CMP 컨디셔너에 사용하는 경질지립의 배열방법을 이용하여 상기 경질지립을 상기 지지부재의 표면위에 배열시킨 후, 상기 경질지립을 상기 지지부재의 표면에 고정시키는 것을 포함하여 이루어지는 CMP 컨디셔너의 제조방법.
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