KR20040066193A - 연마패드, 그의 제조방법 및 연마방법 - Google Patents

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KR20040066193A
KR20040066193A KR10-2004-7010014A KR20047010014A KR20040066193A KR 20040066193 A KR20040066193 A KR 20040066193A KR 20047010014 A KR20047010014 A KR 20047010014A KR 20040066193 A KR20040066193 A KR 20040066193A
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slurry
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KR10-2004-7010014A
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후루까와쇼이찌
나까무라아쯔시
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아사히 가세이 일렉트로닉스 가부시끼가이샤
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Abstract

본 발명에 따르면, 반도체 집적회로를 형성하기 위한 웨이퍼의 표면을 연마하는 연마패드가 제공되는데, 상기 연마패드는 높은 연마속도를 가지며, 상기 연마는 균일하며 긴 수명을 가진다. 바람직하게는, 본 발명의 연마패드는 부직포 패브릭 (베이스 매트릭스) 과, 이 부직포 패브릭 간의 공간을 충전시키는 비다공성 광경화성 수지를 포함하며, 베이스 매트릭스를, 친수성 광중합성 폴리머 또는 올리고머, 및/또는 친수성 광중합성 모노머로 이루어진 그룹 중에서 선택되는 하나 이상의 것을 포함하는 감광성 수지 조성물에 함침시키고 이 조성물을 광경화시킴으로써 제조될 수 있다.

Description

연마패드, 그의 제조방법 및 연마방법{POLISHING PAD, PROCESS FOR PRODUCING THE SAME, AND METHOD OF POLISHING}
기술분야
본 발명은 화학기계적 연마공정에 의해 반도체 집적회로를 형성하기 위한 웨이퍼 상의 비평탄 요철부 (non planar steps) 를 평탄화하는 단계에 이용하는 연마패드, 이 패드를 제조하는 방법 및 이 패드를 이용하여 연마하는 방법에 관한 것이다.
배경기술
반도체 집적회로를 제조하는 공정들은 웨이퍼의 표면 상에 도전성 막을 형성한 다음 포토리소그래피에 의해 배선패턴을 형성하며 에칭하는 공정, 및 상기 배선패턴 상에 층간절연막을 형성하는 공정을 포함한다. 이들 공정을 통하여 도전성 재료와 절연성 재료들로 구성되는 비평탄 요철부가 웨이퍼의 표면에 형성된다. 최근, 반도체 집적회로들의 더욱 높은 밀도를 획득하기 위하여 배선패턴의 미세화 및 다층화가 진행함에 따라서, 포토리소그래피 단계 동안에 초점심도를 보장하기 위하여 웨이퍼 표면 상의 비평탄 요철부를 평탄화하는 기술이 중요하게 되고 있다.
반도체 집적회로를 형성하기 위한 웨이퍼의 표면 상의 비평탄 요철부를 평탄화하는 방법으로는, 주로 화학기계적 연마 (이하, CMP 라 함) 가 이용된다. CMP 방법은 그 안에 마모 입자가 슬러리 형태로 분산되어 있는 공정액 (이하, 슬러리라 함) 을 이용하여, 그 공정액에 의한 화학적 작용과 마모 입자에 의한 기계적 작용의 조합에 의해 연마를 수행하는 방법을 포함한다.
CMP 방법에 이용하기 위한 연마장치는 플래턴 (platen), 웨이퍼 캐리어 헤드, 슬러리 공급 노즐, 및 드레서로 주로 구성된다. 연마패드는 상기 플래턴 상에 고착되어 있으며, 반도체 집적회로를 형성하기 위한 웨이퍼는 웨이퍼 캐리어 헤드에 부착된다. CMP 방법에 의한 연마는 웨이퍼 캐리어 헤드에 부착된 웨이퍼의 연마될 표면을 연마패드의 연마 표면에 대하여 가압한 다음 플래턴과 상기 웨이퍼 캐리어 헤드를 회전시킴과 동시에, 연마표면 상에서 피연마표면과 연마표면 사이에 슬러리를 넣음으로써 수행된다.
연마 단계 이전에 또는 연마 단계 동안에, 연마패드의 컨디셔닝은 그 위에 다이아몬드가 부착되어 있는 드레서로 수행된다. 컨디셔닝이 연마 단계 동안에 수행되는 경우, 컨디셔닝 처리는 연마 파편을 제거함으로써 연마패드의 연마표면층을 제거하며 이에 따라 연마패드의 깨끗한 표면을 회복하는 기능을 수행한다. 또한, 이 컨디셔닝 처리는 연마 단계 이전에 수행되는 경우, 연마면의 표면층 상의 슬러리를 이송하는데 유용한 (약 수 ㎛ 정도의) 미세 텍스처 (texture) 를 형성하는 기능을 수행한다.
일반적으로, 슬러리는 연마될 재료와 공정에 의존하여 변경되는 경우에도, 과산화수소 (H2O2) 및 질산 제 2 철 (Ferric Nitrate; Fe(NO3)3) 과 같은 산화제 및 용해제로 된 용액인 가공액 100-80 중량%와 실리카 (SiO2), 세리아 (Ceria; CeO2)및 알루미나 (Al2O3) 와 같은 마모입자 0-20중량%를 포함한다. 슬러리를 이용하는 연마단계에서, 가공액 내의 산화제, 용해제 등을 이용한 용해, 취화 등에 의한 화학적 연마 작용과, 마모입자에 의한 물리적 연마작용이 동시에 일어난다.
CMP방법에 의한 연마 단계에서, 연마패드에 대한 제 1 요건은 높은 연마속도이다. 높은 연마속도를 얻기 위하여, 연마패드의 연마표면은 연마패드의 연마 표면과 웨이퍼의 피연마 표면 사이의 접촉 계면의 전체면을 따라 슬러리 공급 노즐로부터 연마 표면으로 공급되는 슬러리의 효율적인 이송 및 유지가 가능하고 연마 영역에서 생성되는 연마생성물 또는 패드 파편의 배출이 가능한 구조를 가져야 한다. 이러한 목적을 위하여, 통상의 방법에 이용되는 연마패드는 제조 공정으로부터 발생되는 기포와 같은 (수 십 ㎛ 정도의) 국소적인 요철구조 뿐만 아니라 전체 패드표면 상에 동심원 형상의 또는 나선 형상의 그루브와 같은 (수 백 ㎛ 정도의) 요철구조를 가진다.
제 2 요건은 연마패드의 긴 수명, 즉, 복수의 웨이퍼들을, 연마패드를 교체하지 않고 연마할 수 있는 것이다. 이를 달성하기 위하여, 연마패드를 구성하는 재료는 내마모특성을 가져야 한다.
제 3 요건은 높은 평탄화능이다. 특히, 다마신 (damascene) 배선에서의 구리 도금배선의 연마공정에서 1000 nm 이상의 두께를 가진 구리 배선이 연마되어야 하기 때문에 도금 공정에서 트렌치들로부터 도금 표면 상으로 전사되는 비평탄 요철부들을 오프셋하기 위해서는 고평탄화능이 요구된다. 구리, 층간 절연막과배리어 금속과 같은 상이한 재료들을 포함하는 피연마 표면의 연마에서, 디싱부 (dishing) 및 부식부 (erosion) 와 같은 비평탄화부가 발생하기 쉽기 때문에, 자체가 매우 균일하고 비변형 특성을 가진 연마패드에 의해 비평탄화부를 최소화할 필요가 있다.
통상적으로 알려진 CMP용 연마패드는 클로즈형 셀 구조를 가진 수지를 이용한 연마패드, 오픈형 셀 구조를 가진 수지를 이용한 연마패드, 비다공성 (nonporous) 구조를 가진 수지를 이용한 연마패드, 또는 이 연마패드들 중 2개가 서로 고착되어 있는 2층의 연마패드로 나눌 수 있다.
클로즈형 셀 구조를 가진 수지를 이용한 연마패드로는, 발포상 (foam) 의 폴리우레탄을 포함하는 연마패드가 알려져 있다. 상기 연마패드는 블록형상의 우레탄 발포체가 일괄 (batch) 식 반응으로 생성된 다음 상기 블록형상의 발포체가 시트형태로 슬라이스되는 공정으로 제조된다. 상기 연마패드는 슬라이스된 기포들로부터 유도되는 (수 십 ㎛정도의) 반구형 오목부를 국소적인 요철 구조체로서 가지기 때문에, 이들은 절단 동작에 의해 형성된 그루브들과 같이 패드의 전체 표면을 덮고 있는 요철구조체로 항상 이용된다.
그러나, 상기 연마패드들의 제조에서 반응용기 전체에 걸쳐 반응온도의 균일성 및 발포 비율의 균일성을 보장하는 것이 어렵기 때문에, 연마패드 전체에 걸처 균일한 제조물을 제조하는 것이 어렵다. 또한, 슬러리 성분이나 연마 동안에 생성되는 생성물들은 상기 패드들의 상기 반구형 오목부에 침전되기 때문에, 이들은 비교적 짧은 기간에 침전됨으로써 응집되는 결함을 갖고 있다. 따라서, 높은 연마 속도를 유지하기 위해서는, 연마패드의 표면 상의 응집된 영역을 드레서로 자주 제거하는 것이 필요하다. 따라서, 이들은 연마 동안에 전체적으로 긴 드레서 기간이 필요하고 연마패드의 수명이 짧아진다는 문제를 가진다. 따라서, 이러한 폴리우레탄 발포체를 포함하는 연마패드들은 연마패드에 대한 3가지 요건 (즉, 높은 연마속도, 내마모성, 평탄화능) 을 항상 만족시킬 수 있는 것이 아니다.
오픈형 셀 구조를 가진 수지를 이용하는 대표적인 연마패드는 폴리에스테르 펠트상 섬유 시트에 폴리우레탄을 함침시킨 연마패드이다 (미국특허 제 4,927,432호를 참조할 것). 상기 연마패드는 디메틸폼아미드, 메틸에틸 케톤 및 테트라하이드로푸란과 같은 용매에 분해된 열가소성 폴리우레탄을 펠트상 섬유 시트내에 함침시킨 다음, 용매를 증발시킨 후 폴리우레탄을 열에 의해 경화시키는 공정으로 제조되고 있다. 상기 연마패드는 국소적인 요철구조체로서 펠트로부터 유도되는 (수 십 ㎛ 정도의) 연속 기포를 가진다. 또한, 슬러리가 상기 연속적인 기포들을 통하여 전체 연마패드로 침지되고 연마표면의 가압에 의해 배출되는 매카니즘을 통하여 슬러리가 이송되기 때문에 패드의 전체 표면 상에 그루브 등을 형성하지 않고 연마패드를 이용할 수 있다.
그러나, 상기 연마패드를 제조하는 공정은 건조단계 및 가열 반응 단계를 주로 포함하며 반응 혼합물이 응집되기 쉬운 상태에 있기 때문에 미시적 레벨에서 균일하게 연마패드 재료들의 조성과 물리적 특성을 유지시키는 것이 어렵다. 또한, 이 연마패드는 오픈형 셀 구조체로부터 압축성을 갖고 유도되기 때문에 열화된 평탄화능의 문제를 가진다. 또한, 펠트 시트에서의 단일 섬유들 간의 공간에연속 기포가 존재하기 때문에, 웨이퍼 연마에서 생성되는 연마 파편이 상기 섬유와 엉켜지게 되어 피연마제품에 종종 스크래치가 나타날 수 있다. 따라서, 폴리우레탄을 폴리에스테르 펠트 섬유 시트에 함침시킨 연마패드에서는, 연마 속도와 평탄화능의 면에서 만족스런 결과를 얻지 못하였다.
비다공성 구조를 가진 수지를 이용한 연마패드로는, 폴리우레탄과 같은 고체 균질 폴리머가 제안되어 있다 (미국특허 제 5,489,233호 참조할 것). 또한, 폴리우레탄 폴리머를 이용한 광경화성 수지로 생성되는 비다공성 구조를 가진 수지를 이용한 연마패드도 제안되어 있다 (미국특허 제 5,965,460호 참조할 것). 상기 두 연마패드들과 다르게, 이 제안된 연마패드들은 필수 요철 구조체를 가지지 않기 때문에, 컨디셔닝 처리 등에 의해 국소적인 요철구조체 (텍스쳐; 수 ㎛정도) 를 생성하는 것이 필요하다. 또한, 이 연마패드를 이용하는 경우, 그루브와 같이 전체 패드를 덮고 있는 (수 백 ㎛ 정도의) 요철 구조체가 절단 동작에 의해 형성될 수 있다. 광경화성 수지로 생성되는 비다공성 구조를 가진 수지를 이용한 상술한 연마패드의 경우에는, 또한, 그루브와 같은 요철구조체가 포토리소그래피 방법에 의해 생성될 수 있다.
그러나, 비다공성 구조만을 가진 수지를 이용한 상기 연마패드들은 컨디셔닝 처리 등에 의해 그 표면 상에 요철부를 가지기 때문에 슬러리를 유지할 수 있는 충분한 능력을 가지지 못하며 낮은 연마속도를 갖는다는 문제를 가진다. 이 외에도, 연마패드의 수명이 단축되는 문제를 가진다.
또한, 비다공성 구조를 가진 수지를 이용한 연마패드 상의 표면에 요철부를형성하여 슬러리를 유지할 수 있는 능력을 강화시키기 위하여, 폴리머 충전제, 알루미나, 실리카, 중공형 세라믹 밸룬 (balloon), 중공형 유리 비드 등이, 연마패드를 구성하는 광경화성 수지에 첨가될 수 있다 (미국특허 제 6,036,579호를 참조할 것). 그러나, 충전제가 수지에 첨가되는 경우에도, 각각의 충전제는 연마패드에 독립적으로 분산되고 연마에 의해 연마표면으로부터 제거되기 때문에, 연마표면의 내마모성을 강화시키는 효과가 작고 연마패드의 수명연장을 기대할 수 없다. 따라서, 클로즈형 또는 개방형 셀 구조를 가진 수지를 이용한 연마패드의 제조공정에서 발생하는 결함이 비다공성 구조를 가진 수지를 이용한 연마패드에 의해 제거될 수 있다 하더라도 연마패드들에 대한 위 3 가지 요건을 동시에 만족시킬 수는 없다. 따라서, 비다공성 구조를 가진 수지를 이용한 연마패드에서, 평탄화능에 기여하는 전체적인 균일성을 얻을 수 있지만, 높은 연마 속도 (슬러리를 이송하고 유지하는 능력) 나 내마모성의 면에서 만족스럽지 못했다.
발명의 개요
본 발명에 따르면, 종래의 연마패드들 보다도 높은 연마 속도, 연마에서 더 높은 균일성, 및 연장된 수명을 가진 연마패드가 제공된다 (즉, 이 연마패드는 상술한 3 개의 요건을 동시에 만족시킬 수 있다). 더욱 자세하게는, 구리 배선 패턴이나 상술한 다마신 배선에서의 알루미늄 배선 패턴과 같은 두꺼운 도체 패턴의 연마에 적합한 높은 평탄화능을 가진 연마패드가 제공된다. 본 발명에 따르면, 상술한 연마패드를 이용하여, 반도체 집적 회로를 형성하기 위한 웨이퍼의 표면상에 형성된 구리 또는 알루미늄을 포함하는 배선패턴을 연마하는 방법이 제공된다. 또한, 본 발명에 따르면, 반도체 집적 회로를 형성하기 위한 웨이퍼의 표면을 연마하는데 이용하는 상술한 연마패드를 제조하는 방법이 제공된다.
따라서, 본 발명의 제 1 태양은 패브릭 (fabric) 과, 패브릭의 구성섬유들 간의 공간을 충전시키는 비다공성 수지를 포함하는 연마패드를 제공한다.
본 발명의 연마패드에서, 상술한 연마패드로는, 폴리에스테르 섬유, 아크릴 섬유, 폴리아미드 섬유, 실크, 울, 셀룰로오스로 이루어진 그룹 중에서 선택되는 하나 이성의 것을 구성 섬유로서 포함하는 부직포 (nonwoven) 가 이용되는 것이 바람직하다. 또한, 21℃, 및 80% RH 에서 10% 이상의 수분함량을 가진 섬유를 포함하는 부직포가 이용되는 것이 바람직하다. 또한, 건조상태에서 3 g/D 이상의 인장강도를 가진 섬유를 포함하는 패브릭이 이용되는 것이 바람직하다.
상술한 수지는 친수성 광중합성 모노머, 친수성 광중합성 폴리머, 및 올리고머로 이루어진 그룹 중에서 선택되는 하나 이상의 것을 포함하는 감광성 수지 조성물을 광경화시킴으로써 제조되는 광경화성 수지인 것이 바람직하다.
본 발명의 제 2 태양은 패브릭과 슬러리로 강화된 비다공성 광경화성 수지를 포함하는 연마패드를 이용하여 연마하는 방법을 제공한다.
본 발명의 방법에 따르면, 상술한 패브릭으로는, 21℃ 및 80% RH 에서 10% 이상의 수분함량을 가진 섬유를 포함하는 패브릭, 또는 건조 상태에서 3g/D 이상의 인장강도를 가진 섬유를 포함하는 패브릭이 이용될 수 있는 것이 바람직하다. 또한, 1.2 이상의 이형률을 가진 단면형상을 가진 섬유를 포함하는 패브릭이 이용되는 것이 바람직하다.
본 발명의 제 3 태양은 연마패드를 제조하는 방법을 제공하는데, 이 방법은 감광성 수지 조성물을 가진 패브릭을 포함하는 베이스 매트릭스를 함침시키고 상기 수지 조성물을 자외선 또는 가시광선으로 조사하여 그 조성물을 경화시키는 것을 특징으로 한다.
종래 기술의 발포상 구조를 가진 수지를 이용하는 연마패드에서의 기포 밀도와 크기에서의 불균일성 및 이에 따라 관련되는 압축성의 불균일성으로 발생되는 연마에서의 불균일성을 제거하기 위해서는, 비다공성 구조를 가진 수지를 이용하는 연마패드가 바람직하다. 종래기술의 비다공성 구조를 가진 수지를 이용하는 연마패드에 충전제를 넣는 경우에도, 연마속도가 낮고 내마모성이 빈약하다.
따라서, 상술한 문제들을 해결하기 위하여, 본 발명자 등은 패브릭을 포함하는 베이스 매트릭스를 비다공성 구조를 가진 수지와 조합하는 생각을 도출하였다. 고체 균질 폴리머 (비다공성 구조) 를 포함하는 상술한 연마패드를 개시하는 미국특허 제 5,489,233호에는, 연마에서의 편차를 억제하기 위하여 벌크 물질에 원래 존재하는 불균질성은 바람직하지 않음이 개시되어 있다. 또한, 광경화성 수지 (비다공성 구조) 를 포함하는 연마패드를 개시하는 미국특허 제 6,036,579호에는, 충전제를 첨가하는 것이 바람직하지 않으며, 또한 첨가하는 경우, 평균크기가 1-1000nm인 특정한 충전제 또는 폴리머 충전제가 첨가될 수 있는 것이 개시되어 있다. 따라서, 이들 특허공보에 따른 감광성 수지 조성물들의 "감광화"를 위한 투명성 보장의 면에서 패브릭의 첨가를 전혀 예상하지 못했지만, 본 발명자 등은, 이용된 감광성 수지의 조성물과 반응조건을 최적화하여 상술한 문제들을 해결함으로써 본 발명을 완성하였다.
발명을 실시하는 최선의 형태
이하, 본 발명을 자세하게 설명한다.
도 1 은 본 발명에 따른 연마패드의 실시형태의 단면도를 나타낸다. 이 단면도는 연마패드의 두께 방향을 따라 절단한 단면도를 나타낸 것으로, 1 은 연마표면을 나타내며, 2 는 연마패드 전체에 걸쳐 형성된 (수 백 ㎛ 정도의) 그루브를 나타낸다. 연마 단계에서, 연마 표면 (1) 은 웨이퍼의 피연마표면에 대하여 가압된다. 그루브들 (2) 은 연마 표면의 전체 영역으로 슬러리를 이송하는 영역들이다. 연마패드 자체는 웨이퍼 연마에 의해 마모되며, 그루브 (2) 가 남겨지지 않을 때까지 마모되는 경우, 슬러리의 이송효율이 감소되며 이에 따라 통상적으로, 그루브 (2) 가 남겨지지 않기 전까지 새로운 연마패드로 교체된다.
본 발명의 연마패드는 패브릭을 포함하는 베이스 매트릭스 및 이 베이스 매트릭스의 구성섬유들 간의 공간을 충전시키는 비다공성 수지를 포함한다.
클로즈형 셀 구조를 가진 수지를 이용하는 연마패드나 오픈형 셀 구조를 가진 수지를 이용하는 연마패드와 다르게, 본 발명의 연마패드는 비다공성이며 이에 따라 기포의 분포와 압축성으로부터 발생되는 연마에서의 불균성이 발생되지 않는다. 또한, 비다공성 구조를 가진 수지를 이용하는 종래의 연마패드와 다르게, 본 발명의 연마패드는 연마패드 전체에 걸쳐 연속적인 패브릭을 포함하는 베이스 매트릭스를 이용하며 이에 따라 전체적인 연마패드를 강한 구조체로 제조할 수 있으며, 이는 마모를 억제하여 하나의 패드로 연마될 웨이퍼의 개수를 증가시킬 수있다.
또한, 더 높은 수분흡수율을 가진 상기 베이스 매트릭스를 이용하고 및/또는 높은 수분 흡수율을 가진 광경화성 수지를 가진 베이스 매트릭스를 결합함으로써, 연마단계에 이용되는 슬러리를 유지하는 능력과 연마속도가 증가될 수 있다. 특히, 후술할 화학적 작용에 의해 주로 연마를 수행하는 슬러리가 이용되는 경우, 이러한 수분 흡수율의 강화는 슬러리를 유지하는 효과를 발휘한다.
또한, 연마패드의 연마 표면의 부분 상에 노출되는 패브릭의 표면 상의 수 십 ㎛ 정도의 요철구조체 (이 요철구조체는 패브릭 자체의 구조체에서 유도됨) 는 슬러리의 효과적인 이송과 유지에 기여하며, 이에 따라 높은 연마속도를 획득할 수 있게 한다. 특히, 후술할 바와 같이 기계적 작용에 의해 주로 연마를 수행하는 슬러리가 후술할 바와 같이 이용되는 경우, 이러한 요철 구조체는 슬러리의 이송 및 유지에서 효과를 발휘한다. 또한, 패브릭 자체의 구조체로부터 생성되는 요철구조체를 이용함으로써, 상술한 기포의 응집 또는 연마된 파편과 연속 기포들과의 엉킴으로 인한 스크래치와 같은 문제를 회피할 수 있다.
본 발명의 연마패드에서 베이스 매트릭스로서 이용하기 위한 패브릭은 직포 또는 부직포 패브릭일 수 있으며, 부직포 패브릭을 이용하는 것이 바람직하다. 부직포 패브릭을 제조하는 방법으로는, 침지 부착방법, 니들 펀치 (needle punch) 방법, 스펀 본드 (spun bond) 방법, 스티치 본드 방법, 또는 웨트 타입 워터 제트 방법 등이 알려져 있다. 본 발명에 이용하는 패브릭은 높고 균일한 연마 속도를 유지하기 위하여 높은 밀도와 균질한 패브릭인 것이 바람직하다. 패브릭의바람직한 예는 워터 제트 방법에 의해 제조되는 부직포 패브릭이 있다. 또한, 또 다른 방법으로 형성되며 높은 밀도로 가압에 의해 압축되는 부직포 패브릭도 바람직하다.
상술한 베이스 매트릭스의 구성섬유로는, 폴리에스테르 섬유, 아크릴 섬유 및 폴리아미드 섬유와 같은 화학 합성섬유 및 셀룰로오스, 울 및 실크와 같은 자연섬유들이 이용될 수 있다. 이들 중에서, 높은 인장강도를 가진 섬유를 포함하는 패브릭, 높은 친수성을 가진 섬유를 포함하는 패브릭, 또는 다공성, 불규칙 형상의 단면 또는 초박막 섬유들을 포함하는 부직포 패브릭이 이용되는 것이 바람직하다. 특히, 이 베이스 매트릭스들 중에서, 나일론 부직포 패브릭, 레이온 부직포 패브릭 및 다공성 섬유를 포함하는 부직포 패브릭이 이용되는 것이 연마속도의 면에서 더욱 바람직하다.
본 발명의 연마 방법에서 상술한 다마신 배선에 이용하는 구리를 연마하기 위한 슬러리로는, 마모 입자로서 알루미늄 옥사이드를 이용하며 기계적 작용에 의해 주로 연마하는 슬러리와, 콜로이드 실리카를 마모 입자로서 이용하며 산화반응 및 착체형성과 같은 화학적 작용에 의해 주로 연마하는 슬러리인 2 종류의 슬러리가 이용되는 것이 바람직하다. 또한, 화학적 작용에 의해 주로 연마하는 슬러리가 이용되는 경우, 연마의 평탄화능, 즉, 피연마 표면의 모서리부의 구리 배선에서 디싱부라 하는 흠집 (dents), 또는 높은 구리배선 밀도의 영역에서 부식부라 하는 흠집을 최소화하는 것을 달성할 수 있다.
더욱 자세하게는, 본 발명의 베이스 매트릭스들 중에서, 우수한 인장강도를가진 섬유를 포함하는 패브릭은 기계적 작용에 의해 주로 연마하는 슬러리와 함께 우수한 연마 성능을 발휘한다. 이는 연마 표면에서 주로 돌출하는 섬유 자체 (상술한 연마 표면의 수 십 ㎛ 정도의 요철부) 가 연마재료로서 기능하기 때문이며, 이는 하중에 의해 매우 심하게 와핑 (warp) 하기 때문에 피연마 표면에 대하여 마모 입자를 효과적으로 가압할 수 있다. 특히, 건조상태에서 3g/D 이상의 인장강도를 가진 섬유들이 바람직하며 4.5g/D 이상의 인장강도를 가진 섬유들이 더욱 바람직하다. 이러한 섬유의 예들은 아크릴 수지, 나일론 수지, 또는 일부 폴리에스테르 섬유를 포함한다. 섬유들의 인장강도는 JIS L1013로 제공되는 결정방법 (화학섬유 필라멘트의 테스트 방법) 에 기초하여 결정될 수 있다.
또한, 높은 수분 흡수율을 가진 섬유를 포함하는 패브릭은 화학적 작용에 의해 주로 연마하는 슬러리와 함께 높은 연마 성능을 발휘한다. 이는 연마표면에 부분적으로 노출되는 섬유가 슬러리의 가공액을 흡수하며 그 흡수한 가공액을 피연마 표면에 공급하기 때문이다. 특히, 21℃ 및 80% RH의 조건에서 10% 이상의 수분함량을 가진 섬유들이 바람직하며 15% 이상의 수분함량을 가진 섬유들이 더욱 바람직하다. 이러한 섬유의 예들은 레이온과 같은 셀룰로오스 섬유를 포함한다. 섬유의 수분함량은 JIS L1013로 제공되는 결정방법 (화학섬유 필라멘트의 테스트 방법) 에 기초하여 결정될 수 있다.
21℃ 및 80% RH의 조건에서 10% 미만의 수분함량을 가진 섬유들이 이용되는 경우에도, 그 단면부에서 홀을 가진 다공성 섬유 또는 표면 상에 노치들 또는 갭들을 가진 섬유들을 포함하는 패브릭을 이용하는 연마패드는 화학적 작용에 의해 주로 연마하는 슬러리와 함께 우수한 연마 능력을 발휘한다. 이는, 연마 표면에 노출되는 섬유들이 컨디셔닝 처리 또는 웨이퍼에 의한 하중에 의해 작은 조각들로 부서지고 슬러리의 가공액을 흡수하거나 마모입자를 포획하는 장소로서 기능하기 때문이다. 원형 단면 대신에 큰 표면적을 가진 불규칙한 형상의 단면을 가진 섬유를 포함하는 패브릭이 이용되는 경우에도 이와 동일한 효과가 기대될 수 있다.
이형성의 정도는 다음과 같은 방법에 의해 결정되는 이형률로 규정된다. 먼저, 패브릭을 절단기로 절단하여 섬유의 단면을 노출시킨다. 이후, 단면의 사진을 광학 현미경 또는 전자 현미경을 이용하여 찍는다. 단면의 사진으로부터 패브릭을 구성하는 한 섬유의 단면의 외주길이 (S) 를 결정한다 (섬유의 단면이 하나 이상의 홀을 가진 경우 각각의 홀의 외주길이의 합을 S에 더한다). 섬유의 단면의 무게중심을 따르는 복수의 직선을 그리는 경우, 상기 단면의 외주까지 절단되는 선분의 최소값과 최대값의 평균의 1/2는 가상의 반지름 a 로서 설정된다. 외주길이 S 를 가진 원의 반경이 b로 설정된다 (b 는 b=S/2π에 의해 결정될 수 있다). 패브릭을 구성하는 각각의 섬유의 형상이 유사한 경향을 가진 경우에도, 이들은 약간은 상이하기 때문에 상술한 단면의 사진으로부터 어떤 5개의 섬유를 선택한 후 각각의 섬유에 대하여 b/a가 계산되며 그 평균이 결정된다. 이 값은 이형률로서 정의된다. 이형률이 1보다 큰 경우, 섬유는 불규칙한 형상을 가지며, 본 발명에 따르면, 1.2 이상의 이형률을 가진 섬유들로 구성되는 패브릭이 바람직하며, 1.4 이상의 이형률을 가진 섬유들로 구성되는 패브릭이 더욱 바람직하다.
상술한 베이스 매트릭스 (패브릭) 가 감광성 수지 조성물에 침지된 다음 자외선 또는 가시광선으로 조사받아 상기 수지 조성물이 경화되기 때문에, 감광성 수지 조성물에 침지되는 상태에서 광경화 반응을 충분히 트리거링할 수 있는 정도의 투명성이 얻어질 수 있다면, 베이스 매트릭스는 자체가 불투명인 경우에도, 본 발명에 이용될 수 있다.
본 발명에 이용하기 위한 수지들은 비다공성 수지인 것이 필요하며 (감광성 수지 조성물을 광경화하여 얻어지는) 비다공성 광경화성 수지인 것이 바람직하다. 열가소성 수지가 본 발명의 비다공성 연마패드를 제조하는데 이용되는 경우, 종종 연마패드는 열 분포 등으로부터 유도되는 사후 경화 잔여 응력에 의해 와핑할 수 있다. 이와 반대로, 광경화성 수지가 이용되는 경우, 감광성 수지 조성물들의 광경화 반응이 열경화 반응에 비하여 단기간 진행하기 때문에 와핑문제가 거의 발생하지 않는다. 또한, 광경화성 반응은 열경화 반응에 비하여 보다 균일하게 진행하기 때문에 그 결과, 광경화성 수지들, 반응 산물들은 열가소성 수지 보다도 더욱 균질한 조성을 가진다.
CMP 공정에서, 연마량은 광학적 방법에 의해 모니터링되며 따라서 종종 개구부를 연마패드의 연마 표면의 부분에 형성하여, 투명부재 (이하, 윈도우라 함) 를 형성한다 (예를 들면, 미국특허 제 5,893,796호를 참조할 것). 본 발명의 바람직한 실시형태들인 광경화성 수지와 패브릭이 이용되는 경우, 상술한 윈도우를 가진 연마패드를 제조하는 공정이 단순화될 수 있다. 따라서, 감광성 수지 조성물이, 그 내부에 개구부 대응 부분이 절단된 패브릭으로 함침되며, 광 조사에 의해경화되어, 그 결과 상기 윈도우가 연마패드 내에 형성될 수 있다.
상기 광경화성 수지가 자외선이나 가시광선으로 광경화성 조성물을 경화시킴으로써 경화되며 상기 광경화성 수지 조성물은 광중합성 폴리머 또는 올리고머 및 광중합성 모노머 중의 하나 이상의 것을 포함한다. 본 발명에 따르면, 패드의 수분흡수율을 강화시키기 위하여 친수성 광중합성 폴리머 또는 올리고머, 친수성 광중합성 모노머 중의 하나 이상의 것을 포함하는 광경화성 수지 조성물을 이용하는 것이 바람직하다.
상기 광중합성 폴리머 또는 올리고머로는, 불포화 폴리에스테르, 폴리에테르 (메스) 아크릴레이트, 폴리에스테르 (메스) 아크릴레이트, 폴리부타디엔 (메스) 아크릴레이트, 폴리에폭시 (메스) 아크릴레이트 등을 들 수 있다.
특히, 감광성 조성물의 구성성분으로는, 높은 수분 흡수율을 가진 광경화성 수지를 얻기 위하여, 측쇄에 또는 말단에 하이드록실 기, 카르복실기, 또는 인산기를 가진 것이 바람직하다. 예를 들면, 불포화 폴리에스테르로는, 폴리머 사슬의 측쇄에 또는 말단에 하이드록실 기 또는 카르복실기를 가진 것, 또는 에틸렌 불포화기를 가진 모노아이소 시아네이트가 카르복실기 만이 남겨진 불포화 폴리에스테르 폴리머의 하이드록실 기에 결합된 폴리머 또는 올리고머를 들 수 있다.
상술한 광중합성 모노머로는, 측쇄에 또는 말단에 하나 이상의 에틸렌 불포화 기를 가진 화합물이 바람직하다. 에틸렌 불포화기들은 아크릴레이트, 메타크릴레이트, 비닐, 알릴 등에 포함된 것을 의미한다. 더욱 자세하게는, 라우릴 메타크릴레이트, N-(3-디메틸아미노프로필)(메스)아크릴아미드, 하이드록시에틸(메스)아크릴레이트, 하이드록시프로필(메스)아크릴레이트, 에틸(메스)아크릴레이트, 프로필(메스)아크릴레이트 등과 같은 여러 에틸렌 불포화기들 중 하나 및 에틸렌글리콜 디(메스)아크릴레이트, 디에틸렌글리콜 디(메스)아크릴레이트, 1,4-부탄디올 디(메스)아크릴레이트, 1,6-헥산디올 디(메스)아크릴레이트, 트리메틸올프로판 트리(메스)아크릴레이트, 글리세린 디(메스)아크릴레이트, 트리에틸렌글리콜 디(메스)아크릴레이트, 폴리에틸렌 글리콜 #200 디(메스)아크릴레이트, 폴리에틸렌 글리콜 #400 디(메스)아크릴레이트, 1,3-부탄디올 디(메스)아크릴레이트, 네오펜틸글리콜 디(메스)아크릴레이트, 1,10-데칸디올 디(메스)아크릴레이트, 비스펜올 A의 에틸렌 옥사이드 첨가물의 디(메스)아크릴레이트, 트리알릴이소시아누레이트, 이소시아누르산 에틸렌 옥사이드 변성 디(메스)아크릴레이트, 이소시아누르산 에틸렌 옥사이드 변형 트리(메스)아크릴레이트, 에틸렌 옥사이드 변형 트리메틸올프로판 트리(메스)아크릴레이트, 펜타에리트리톨 트리(메스)아크릴레이트, 펜타에리트리톨 테트라(메스)아크릴레이트, 디펜타에리트리톨 헥사(메스)아크릴레이트, 1,9-노난디올 디(메스)아크릴레이트, 펜타에리트리톨의 3몰 에틸렌옥사이드 첨가물의 트리(메스)아크릴레이트, 올리고프로필렌글리콜 디(메스)아크릴레이트, 및 폴리테트라메틸렌글리콜 디(메스)아크릴레이트와 같은 다관능성 모노머들을 가진 화합물일 수 있다.
이들 광중합성 모노머 중에서, 광경화성 수지들의 수분흡수성을 강화시키기 위하여, 분자에 하이드록실 기를 포함하는 광중합성 모노머들 또는 알킬렌글리콜계 및 알킬렌에테르계 모너머들이 특히 바람직하다.
또한, 펜타에리트리톨 트리(메스)아크릴레이트, 2-하이드록시에틸(메스)아크릴레이트, 2-하이드록시프로필(메스)아크릴레이트, 및 2-하이드록시부틸(메스)아크릴레이트와 같은 하이드록시 (메스) 아크릴레이트를 모노이소시아네이트와 반응시켜 얻은 분자에 우레탄 기를 포함하는 광중합성 모노머가 바람직하다.
또한, 하이드록시 기 포함 화합물을 에틸렌 불포화기를 가진 모노이소시아네이트와 반응시켜 얻은 분자에 우레탄 기를 포함하는 포함하는 광중합성 모너머들도 바람직하다.
구체적인 예로는, 하이드록실기 포함 화합물을 에틸렌 불포화기를 가진 모노이소시아네이트와 반응시켜 얻은 광중합성 모노머를 들 수 있으며, 이 하이드록실기 포함 화합물은 폴리(옥시프로필렌)폴리올, 코폴리(옥시에틸렌-옥시프로필렌)디올 및 폴리테트라메틸렌에테르디올과 같은 폴리에테르 폴리올들, 폴리에스테르 폴리올, 폴리카프롤락톤 폴리올 및 폴리카보네이트 폴리올과 같은 폴리에스테르 폴리올들, 1,4-부탄디올, 1,5-펜탄디올, 1,6-헥산디올 및 폴리부타딘 폴리올과 같은 직쇄상 폴리올들, 트리메틸올 프로판, 네오펜틸 글리콜, 메틸펜탄 디올, 아크릴 폴리올, 페놀 수지 폴리올, 에폭시폴리올, 폴리에스테르-폴리에테르 폴리올, 아크릴, 스티렌, 비닐 첨가 및/또는 분산 폴리에테르 폴리올, 카보네이트 폴리올, 에틸렌 글리콜, 디에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 디프로필렌 글리콜, 카프롤락톤 디올, 하이드록시에톡실레이트 비스페놀 A, 하이드록시에톡실레이트 비스페놀 S, 단관능성 알코올, 및 포화 및 불포화 폴리에스테르를 포함한다.
또한, 복수의 하이드록실기 포함 화합물들 중에서 어느 하나 또는 조합이 이용될 수도 있다. 3,3-디클로로-4,4-디아미노페닐메탄과 같은 디아민들이 이들 하이드록실기 포함 화합물과 조합하여 이용될 수도 있다. 본 발명에서 이용되는 바와 같이, 상기 하이드록실기 포함 화합물은 분자에 복수의 하이드록실기를 가지는 것이 바람직하다.
상술한 모노이소시아네이트로는, 2-이소시아네이트 에틸메타크릴레이트, 페닐 이소시아네이트, 3-이소시아네이트 프로필 트리에톡시실란 등이 바람직하다. 이들 중에서, 2-이소시아네이트 에틸메타크릴레이트는 광경화 또는 열경화의 결합점으로서 기능하는 에틸렌 불포화기를 가지며, 에틸렌 불포화기를 갖지 않는 또 다른 모노이소시아네이트를 2-이소시아네이트 에틸메타크릴레이트와 혼합하는 비율을 조정함으로써, 연마패드의 경도를 조절할 수 있다.
이와 반대로, 디이소시아네이트의 말단에서의 이소시아네이트기를 하이드록실기 포함 화합물에 반응시켜 얻은 모노이소시아네이트가 이용되는 경우, 광경화 이후에 수지의 응집이 강하게 되므로 이는 바람직하지 못하다. 이는, 연마에 이용되는 경우, 큰 지름을 가진 연마 파편이 형성되기 쉽고 이에 따라 피연마대상에 스크래치가 발생될 수 있는 가능성이 높음을 의미한다.
본 발명에 이용하기 위한 감광성 수지 조성물에서, 바람직하게는, 광중합성 모노머 80-5중량%가 광중합성 폴리머 또는 올리고머 20-95중량%와 배합된다. 더욱 바람직하게는, 광중합성 모노머 70-20중량%가 광중합성 폴리머 또는 올리고머 30-80중량%와 배합된다. 더욱 자세하게는, 알킬렌글리콜, 알킬렌에테르계, 또는 분자에 하이드록실기, 카르복실기 및 인산기 중의 하나 이상의 것을 포함하는친수성 광중합성 폴리머 또는 올리고머 또는 친수성 광중합성 모노머가 20중량% 이상 배합되는 것이 바람직하다.
통상적으로, 본 발명에서 청구되는 감광성 수지 조성물은 광중합 개시제를 첨가하여 이용한다. 상기 광중합 개시제는 벤조페논, 아세토페논, α-디케톤, 아실로인, 아실로인에테르, 벤질알킬케탈, 다핵 퀴논, 티옥산톤, 아실포스핀 등을 포함한다. 벤조페논, 클로로벤조페논, 아세토페논, 벤질, 디아세틸, 벤조인, 피발로인, 벤조인메틸에테르, 벤조인에틸에테르, 벤질디에틸케탈, 벤질디이소프로필케탈, 안트라퀴논, 1,4-나프토퀴논, 2-클로로안트라퀴논, 티옥산톤, 2-클로로티옥산톤, 아실포스핀옥사이드 등이 특히 바람직하다. 이들은 단독으로 또는 조합하여 이용될 수 있다.
광중합 개시제들은 상술한 광중합성 폴리머 또는 올리고머 및 광중합성 모노머의 합의 100중량부에 대하여 1-20중량부로 이용되는 것이 바람직할 수 있다. 본 발명에 따르면, 패브릭의 존재는 광투과율을 감소시키기 때문에 높은 감광성을 가진 광개시제를 이용하는 것이 바람직하다.
또한, 상술한 감광성 수지 조성물에, 다른 첨가제가, 본 발명의 효과에 손상을 주지 않는 범위에서 적절하게 첨가될 수 있다.
본 발명의 연마패드는 상술한 감광성 수지 조성물에 상기 패브릭을 함침시키고, 코팅 또는 침지시킨 다음 상기 수지조성물을 경화시키도록 상기 수지 조성물의 감광도에 대응하는 파장의 자외선 또는 가시광선을 조사하여 광경화성 수지를 형성함으로써 얻을 수 있다.
본 발명의 연마패드에서의 다공성 수지는 10%미만의 공극률을 가진 수지를 의미한다. 공극률은 다음과 같이 정의될 수 있다. 공극률을 측정할 대상물로부터 샘플링을 수행한 다음 샘플 단편을 단면이 노출되도록 슬라이스하고 그 사진을 광학 현미경 또는 전자 현미경에 의해 60배로 찍는다. 길이 1mm와 폭 1mm 로 슬라이스된 샘플 단편의 단면적에 대한 홀의 면적의 비를 이미지 처리 등에 의해 결정한 다음, 그 결정값 10개의 평균을 공극률로 정의한다. 본 발명에 이용되는 바와 같이, 연마패드가 본 발명에서와 같이 패브릭부분과 수지부분으로 구성되는 경우, 연마패드의 공극률은 연마패드에서의 패브릭을 제외한 부분 (연마패드에서의 패브릭을 제외한 부분의 면적/홀들의 면적 (수지의 면적 + 홀들의 면적)) 에 기초하여 계산된 공극률을 의미한다. 본 발명의 연마패드에 이용하는 수지는 비다공성이며 함침공정 동안에 패브릭으로 침투하는 기포들이 존재하는 경우에도, 연마패드의 공극률은 10% 이하이다. 연마속도와 연마에서의 균일성을 유지하기 위하여, 연마패드의 공극률은 5% 이하인 것이 바람직하며 2% 이하인 것이 더욱 바람직하다.
본 발명의 연마패드가 상술한 바와 같이 비다공성 수지를 이용하기 때문에, 슬러리는 오픈형 셀 구조를 가진 수지를 이용하는 종래기술의 연마패드와 다르게 연속적인 기포를 통하여 유지 및 이송될 수 없다. 그러나, 패브릭을 기재로 이용함으로써, 웨이퍼의 표면 상에 슬러리를 효과적으로 유지 및 이송하는 능력을 가질 수 있다. 따라서, 상술한 바와 같이, 화학적 작용에 의해 주로 연마하는 슬러리가 이용되든, 또는 기계적 작용에 의해 주로 연마하는 슬러리가 이용되든지 간에, 패브릭의 특성 또는 구조에 의존하여 웨이퍼의 표면 상에 슬러리를 유지 및 이송하는 것이 가능하다. 또한, 베이스 매트릭스로 하는 패브릭은 연마표면 상의 노출되는 부분들을 제외하는 대부분이 수지에 매립되는 상태에서 연마를 수행받으며, 연마 표면 상으로의 융기가 최소화된다. 따라서, 웨이퍼의 표면에 대하여 돌출부들을 선택적으로 연마하고 평탄화하는 CMP 연마패드의 기본 요건을 만족시킬 수 있다.
본 발명의 연마패드에서의 패브릭과 수지의 비는 아래 정의되는 바와 같이, 패브릭의 종류와 구조 및 수지의 종류에 의존하여, 바람직하게는, 패브릭의 면적비가 5-80%를 포함하도록, 더욱 바람직하게는, 10-60%를 포함하도록 설정된다. 연마패드의 연마에 이용될 영역으로부터, 10회의 샘플링을 수행하여, 그 샘플 단편을 단면이 노출되도록 슬라이스한 다음, 그 사진을 광학 현미경 또는 전자현미경에 의해 60배로 찍는다. 길이 1mm와 폭 1mm인 패드의 단면적에 대한 패브릭의 면적의 비(%) 는 이미지 처리 등에 의해 결정되며, 그 결정값 10 개의 평균을 패브릭의 면적비로 정의한다.
베이스 매트릭스로서 이용되는 패브릭의 섬유들이 얇고, 패브릭이 낮은 밀도를 가지며 패브릭의 면적비는 5% 이하인 경우, 충분한 연마속도를 얻을 수 없으며 바람직하지 못하다. 패브릭의 면적비가 80%를 초과하는 경우, 수지의 함침이 어렵고 이에 따라 낮은 밀도를 가진 비다공성 수지가 얻어질 수 없고 바람직하지 못하다.
본 발명의 연마패드의 바람직한 실시형태에서는, 높은 수분 흡수율을 가진광경화성 수지 및/또는 높은 수분 흡수율 (특히, 화학적 작용에 의해 주로 연마하는 슬러리가 이용되는 경우에 필수적임) 을 가진 패브릭을 이용함으로써, 상술한 바와 같이, 연마를 위하여 이용되는 영역의 수분 흡수율은 높게 되고 그 결과, 슬러리를 보유하는 능력이 향상된다. 본 발명의 바람직한 실시형태의 연마패드의 수분흡수율은 1-15%이며, 더욱 바람직하게는, 2-10%이며, 가장 바람직하게는, 4-10%이다. 1% 이하의 수분흡수율을 가진 연마패드에서, 슬러리를 유지하는 능력은 불충분하게 되고 이에 따라 충분한 연마능력을 얻을 수 없다. 15% 이상의 수분흡수율에서는 연마패드의 강도가 감소하므로 평탄화능이 감소되고 연마패드의 마모가 빠르게 되어 단점으로 된다. 본 발명에 이용되는 바와 같이, 수분흡수율은 다음과 같이 결정된다. 즉, (1) 패드의 양면을 절단하여 표면에 패브릭을 노출시킴으로써 테스트 샘플을 준비한다. (2) 위 샘플을 50℃에서 1 시간동안 진공상태에서 건조한 다음, 중량 (A) 을 측정한다. (3) 23℃에서 24시간 동안 물에 침지시켜 샘플을 물에 함침시킨 다음, 위 샘플의 표면을 닦아내어 물방울을 제거하고, 중량 (B) 을 측정한다. (4) 샘플의 흡수율은 물의 흡수율 = {(B-A)/A}×100(%) 에 기초하여 결정된다.
상술한 바와 같이 이렇게 구한 연마패드에 대하여, 도 1 에 나타낸 바와 같이, 절단에 의해 연마표면 상에 그루브 (2) 를 형성한다. 대표적인 그루브는 약 200-1000㎛의 깊이와 약 100-500㎛의 폭을 가지며, 약 1-5mm 의 그루브 대 그루브 피치를 가진다.
본 발명의 연마패드를 이용하여 웨이퍼의 연마를 수행하는 경우, 그루브들은CMP 연마 장치의 플래턴 상에 고착될 연마패드 상에 먼저 형성된다. 이후, 연마 표면은 드레서로 컨디셔닝 처리를 수행받으며 (미세 텍스쳐 형성) 패브릭을 구성하는 섬유들이 표면 상에 동시에 노출된다. 반면, 웨이퍼는 웨이퍼 캐리어 헤드에 탑재된다. 연마는 웨이퍼가 연마패드에 대하여 가압되면서 웨이퍼 캐리어 헤드와 플래턴을 회전시킨 상태에서, 슬러리 공급 노즐로부터 연마 표면으로 슬러리를 공급함으로써 수행된다.
이때 화학적 작용에 의해 주로 연마하는 슬러리가 이용되는 경우, 높은 연마속도를 얻기 위해서는, 높은 수분함량을 가진 섬유를 포함하는 패브릭 또는 높은 이형률을 가진 섬유를 포함하는 패브릭이 이용되는 것이 바람직하다. 또한, 기계적 작용에 의해 주로 연마하는 슬러리가 이용되는 경우, 높은 연마속도를 얻기 위해서는, 상술한 바와 같이, 건조상태에서 높은 인장강도를 가진 섬유를 포함하는 패브릭이 이용되는 것이 바람직하다.
연마속도가 낮은 경우, 연마표면이 컨디셔닝 처리를 수행받아, 이용될 새로운 연마표면이 노출된다. 연마표면은 연마공정과 컨디셔닝 처리의 의해 마모되기 때문에, 위 그루브의 나머지 부분들이 없어지기 전에 새로운 연마패드로 교체되어야 한다.
본 발명에 이용되는 바와 같이, 필요에 따라 본 발명의 연마패드의 한 면에 또 다른 재료가 부착될 수 있으며, 2층 연마패드로 이용될 수도 있다. 이 때, 본 발명의 효과는 본 발명의 연마패드의 면을 연마면으로 이용함으로써 얻을 수 있다.
도면의 간단한 설명
도 1 은 본 발명에 따른 연마패드의 일 실시형태의 단면도를 나타낸다.
실시예
이하, 다음 실시예들을 통하여 본 발명을 설명한다. 그러나, 본 발명은 이들 실시예들로 한정되는 것이 아니다.
실시예 1
건조상태에서의 인장강도 3.1 g/D, 이형률 1.5 및 수분함량 1.2%를 가진 다공성 아크릴 섬유를 포함하는 두께 1mm 를 가진 부직포 패브릭 (Asahikasei K.K.사에서 제조된 "Shaleria") 을 포함하는 패브릭을, 불포화 폴리에스테르 올리고머 65중량%, 하이드록실기 포함 단관능성 모노머 17중량%, 또 다른 모노머 16 중량% 및 광중합 개시제 2중량%를 포함하는 감광성 수지 조성물로 함침시킨 다음, 양쪽으로부터 자외선 광을 조사하여 두께 1.5mm 및 지름 50cm인 연마패드를 준비하였다. 패브릭의 면적비 35%, 수분흡수율 5.6%, 및 공극률 (연마패드에서 패브릭을 제외한 영역에 대하여 계산된 값) 2.0%였다.
머시닝에 의하여 슬러리 이송을 위한 그루브를 형성한 후, 연마패드가 CMP 연마기에 배치되며, 실리콘 웨이퍼 상의 구리 박막의 평균 연마속도를, 알루미나 마모 입자의 슬러리를 이용하여 결정하여, 최대 520nm/min의 연마속도를 얻었다. 또한, 패드의 마모량은 100 그리드 다이아몬드 크기의 드레스 상태에서 0.5㎛/min이도록 결정되었다.
실시예 2
건조상태에서의 인장강도 2.1 g/D, 이형률 1.2 및 수분함량 21.3%를 가진 레이온 섬유를 포함하는 두께 1mm 를 가진 부직포 패브릭 (Asahikasei K.K.사에서 제조된 "ColdonR0260T") 을 포함하는 패브릭을, 실시예 1 과 같은 감광성 수지 조성물로 함침시킨 다음, 양쪽으로부터 자외선 광을 조사하여 두께 1.5mm 및 지름 50cm인 연마패드를 준비하였다. 패브릭의 면적비 13%, 수분흡수율 7.3%, 및 공극률 (연마패드에서 패브릭을 제외한 영역에 대하여 계산된 값) 0.1%이하였다.
머시닝에 의하여 슬러리 이송을 위한 그루브를 형성한 후, 연마패드가 CMP 연마기에 배치되며, 실리콘 웨이퍼 상의 구리 박막의 평균 연마속도를, 실리카 마모 입자의 슬러리를 이용하여 결정하여, 최대 660nm/min의 연마속도를 얻었다. 또한, 패드의 마모량은 100 그리드 다이아몬드 크기의 드레스 상태에서 0.5㎛/min이도록 결정되었다.
실시예 3
감광성 수지 조성물을 다음과 같은 과정으로 제조하였다.
(A) 디에틸렌 글리콜 1 몰부, 아디프 산 (adipic acid) 0.5 몰부 및 푸마르산 (fumaric acid) 0.5 몰부의 비에서 통상의 중축합반응에 의해 합성된 2400 분자량을 가진 불포화 폴리에스테르에, 우레탄화 촉매로서 디-N-부틸틴 라우레이트를 첨가한 다음, 상술한 폴리에스테르에 대하여 6.3중량% 비의 2-이소시아나토에틸 메타크릴레이트를 교반하면서 적하하여 첨가하여 우레탄화 처리를 수행하였다. 본 발명에 이용되는 바와 같이, 상술한 우레탄화 촉매는 2-이소시아나토에틸 메타크릴레이트에 대하여 5중량% 비로 첨가되었다.
(B) 3-메틸-1,5-펜탄디올에, 우레탄화 촉매제로서, 디-N-부틸틴 라우레이트를 첨가한 다음, 2-이소시아나토에틸 메타크릴레이트 2 몰부를 상술한 디올 1 몰부에 교반하면서 적하하여 첨가하여 우레탄화 처리를 수행하였다. 본 발명에 이용되는 바와 같이, 상술한 우레탄화 촉매는 2-이소시아나토에틸 메타크릴레이트에 대하여 5중량% 비로 첨가되었다.
(C) 카프로락톤 디올에, 디-N-부틸틴 라우레이트를 우레탄화 촉매로서 첨가한 다음, 2-이소시아나토에틸 메타크릴레이트 2 몰부 (중량비에 대하여 0.56 배량) 를 상술한 디올 1 몰부에 적하하여 첨가하여 우레탄화 처리를 수행하였다. 본 발명에 이용되는 바와 같이, 상술한 우레탄화 촉매는 2-이소시아나토에틸 메타크릴레이트에 대하여 5중량% 비로 첨가되었다.
이들 반응 후, 우레탄화 생성물 (A), (B) 및 (C) 와 (D) 트리알릴 이소시아누레이트가 1/1/1/0.2 의 중량비에서 혼합되며, 여기에 광중합 개시제로서 2,2-디메톡시-2-페닐아세토페논 및 중합 억제제로서 2,6-디-tert-부틸-4-메틸페놀이 (A), (B), (C) 및 (D) 의 총량에 대하여 각각 2% 및 0.038%의 중량비로 첨가되어, 점착성 감광성 수지 조성물을 준비하였다.
건조상태에서의 인장강도 4.9 g/D, 이형률 1.0 및 수분함량 5.2%를 가진 나일론 섬유를 포함하는 두께 0.6mm 를 가진 부직포 패브릭 (Asahikasei K.K.사에서 제조된 "ColdonL0170T") 을 포함하는 패브릭, 및 두께 0.6mm 를 가진 아크릴 섬유 부직포 패브릭 (Asahikasei K.K.사에서 제조된 "Shaleria") 을 겹쳐 가압시킨 것을 상술한 과정으로 제조된 감광성 수지 조성물로 함침시킨 다음, 양쪽으로부터 자외선 광을 조사하여 두께 1.5mm 및 지름 50cm인 연마패드를 UV 가교 방법에 의해 준비하였다.
연마 표면으로서 나일론 섬유 부직포 패브릭의 면에 대하여, 패브릭의 연마용 영역은 패브릭의 면적비 42%, 수분흡수율 2.1%, 및 공극률 (연마패드에서 패브릭을 제외한 영역에 대하여 계산된 값) 1.3%였다. 머시닝에 의하여 슬러리 이송을 위한 그루브를 형성한 후, 연마패드가 CMP 연마기에 배치되며, 실리콘 웨이퍼 상의 구리 박막의 평균 연마속도를, 실시에 1 과 같이 알루미나 마모 입자의 슬러리를 이용하여 결정하여, 최대 640nm/min의 연마속도를 얻었다. 또한, 패드의 마모량은 100 그리드 다이아몬드 크기의 드레스 상태에서 0.1㎛/min이도록 결정되었다.
비교실시예 1
감광성 수지 조성물이 패브릭 없이 단독으로 이용되는 것을 제외하고는 실시예 1 과 동일한 조건하에서, 두께 1.5mm 및 지름 50 cm 을 가지며, 그 안에 슬러리 이송을 위한 그루브가 연마 표면 상에 형성되어 있는 연마패드를 제조하였다. 상술한 광경화성 수지의 수분 흡수율은 3.0%였다.
실시예 1 과 동일한 조건에서 결정되는 웨이퍼의 평균 연마 속도는 250 nm/min였다. 실시예 1 과 동일한 드레스 조건에서 결정되는 패드의 마모량은 3㎛/min였다.
비교실시예 2
패브릭을 포함하는 베이스 매트릭스를 대신하여 요소 충전제를 혼합하는 것을 제외하고는 실시예 1 과 동일한 조건하에서, 두께 1.5mm 및 지름 50 cm 을 가지며, 그 안에 슬러리 이송을 위한 그루브가 연마 표면 상에 형성되어 있는 연마패드를 제조하였다.
실시예 1 과 동일한 조건에서 결정되는 웨이퍼 상의 구리막의 평균 연마 속도는 210 nm/min였다. 실시예 1 과 동일한 드레스 조건에서 결정되는 패드의 마모량은 3㎛/min였다.
비교실시예 3
그안에 폴리에스테르 섬유를 포함하는 펠트가 우레탄 엘라스토머로 함침되는 오픈형 셀 구조를 가진 공극률 (연마패드에서 패브릭을 제외한 영역에 대하여 계산된 값) 75%을 가진 수지를 포함하는 연마패드를 이용하여, 실시에 1 과 동일한 상태에서 웨이퍼의 평균 연마속도를 측정한 결과, 240 nm/min임을 알아내었다.
비교실시예 4
레이온 섬유 부직포 패브릭 (Asahikasei K.K.사에서 제조된 "ColdonR0260T") 이 감광성 수지 조성물로 함침되지 않고 연마패드로서 단독으로 이용된 것을 제외하고 또한 슬러리 이송을 위한 그루브가 형성되지 않은 것을 제외하고는, 실시예 2 와 동일하게 실리카 슬러리를 이용한 연마 조건하에서, 웨이퍼 상의 구리막의 결정된 평균 연마속도가 320nm/min 임을 알아내었다.
산업상 이용가능성
본 발명에 따르면, 우수한 내마모성, 우수한 연마속도, 및 마모에서의 균일성을 갖는 연마패드가 제공되며, 이에 따라, 반도체 집적회로를 형성하기 위한 웨이퍼들의 연마단계에 필요한 시간이 현저하게 단축될 수 있다. 또한, 본 발명에 따르면, 반도체 집적회로를 형성하기 위한 웨이퍼의 표면 상에 형성된 구리 또는 알루미늄을 포함하는 배선들 (예를 들면, 다마신 배선에서의 구리 배선 패턴 및 알루미늄 배선 패턴과 같은 두꺼운 도체 패턴들) 또는 실리콘 다이옥사이드 등의 절연체 패턴들에 대해서도, STI (Shallow Trench Isolation) 와 같은 평탄화 특성이 필요할 경우 바람직하게 이용될 수 있는 연마패드가 제공될 수 있다.

Claims (10)

  1. 반도체 집적회로를 형성하기 위한 웨이퍼의 표면연마에 이용되며, 패브릭과, 이 패브릭의 구성 섬유들 간의 공간을 충전시키는 비다공성 수지를 포함하는, 연마패드.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 패브릭은 폴리에스테르 섬유, 아크릴 섬유, 폴리아미드 섬유, 실크, 울 및 셀룰로오스로 이루어진 그룹 중에서 선택되는 하나 이상의 것을 구성섬유로서 포함하는 부직포 패브릭인, 연마패드.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 수지는 친수성 광중합성 모노머, 친수성 광중합성 폴리머 및 올리고머로 이루어진 그룹 중에서 선택되는 하나 이상의 것을 포함하는 감광성 수지 조성물을 광경화하여 제조되는 광경화성 수지인, 연마패드.
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    21℃ 및 80% RH에서 10% 이상의 수분함량을 가진 섬유를 포함하는 패브릭이 이용되는, 연마패드.
  5. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    건조상태에서 3 g/D 이상의 인장강도를 가진 섬유를 포함하는 패브릭이 이용되는, 연마패드.
  6. 반도체 집적회로를 형성하기 위한 웨이퍼의 표면 상에 형성된 구리 또는 알루미늄을 포함하는 배선을 연마하는 방법으로서,
    상기 연마는 패브릭, 및 이 패브릭의 구성 섬유들 간의 공간을 충전시키는 비다공성 광경화성 수지를 포함하는 연마패드 및 슬러리를 이용하여 수행되는, 연마방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 패브릭은 21℃ 및 80% RH에서 10% 이상의 수분함량을 가진 섬유를 포함하는 패브릭인, 연마방법.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 패브릭은 건조상태에서 3 g/D 이상의 인장강도를 가진 섬유를 포함하는 패브릭인, 연마방법.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 패브릭은 1.2 이상의 이형률을 가진 섬유를 포함하는 패브릭인, 연마방법.
  10. 반도체 집적회로를 형성하기 위한 웨이퍼의 표면을 연마하는데 이용하는 연마패드를 제조하는 방법으로서,
    패브릭을 포함하는 베이스 매트릭스를 감광성 수지 조성물에 함침한 다음 상기 수지 조성물을 자외선 또는 가시광선으로 조사함으로써 그 조성물을 경화하는 것을 포함하는, 연마패드의 제조방법.
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