KR20040087945A - 연마 패드, 그의 제조 방법 및 제조용 금형, 및 반도체웨이퍼의 연마 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 광학식 종점 검출 장치를 사용하는 반도체 웨이퍼의 연마에서 연마 효율을 저하시키지 않고 종점 검출용 광을 투과시킬 수 있는 연마 패드, 그의 제조 방법, 연마 패드 제조용 금형, 및 반도체 웨이퍼의 연마 방법에 관한 것이다.
본 연마 패드는 연마 기재 및 투광성 부재를 포함한다. 투광성 부재는 가교된 1,2-폴리부타디엔 등의 가교 중합체 및 가교 중합체 중에 분산된 β-시클로덱스트린 등의 수용성 물질을 포함한다. 투광성 부재 및 연마 기재가 일체형으로 융착되기 때문에, 연마 패드 사용시 그의 배면부에 슬러리가 누출되지 않는다. 본 제조 방법은 삽입 성형용 금형 내에 투광성 부재를 위치시킨 후, 연마 기재를 형성하는 매트릭스 분산물을 이 금형 내에서 가교시키는 것을 포함한다. 이 연마 패드를 사용하는 연마 방법은 광학식 종점 검출 장치를 사용한다.
Description
본 발명은 연마 패드, 그의 제조 방법 및 연마 패드 제조용 금형, 및 반도체 웨이퍼의 연마 방법에 관한 것이다.
보다 구체적으로, 본 발명은 연마 효율을 저하시키지 않고 빛을 투과시킬 수 있는 연마 패드, 그의 제조 방법, 연마 패드 제조용 금형, 빛을 투과시킬 수 있는 연마 적층 패드 및 반도체 웨이퍼의 연마 방법에 관한 것이다.
본 발명은 광학식 종점 검출 장치를 사용하여 반도체 웨이퍼를 연마하기 위해 사용된다.
반도체 웨이퍼의 연마에 있어서, 연마 목적을 달성한 후, 연마를 종료하기 위한 연마 종점은 경험적으로 얻어진 시간을 기준으로 결정할 수 있다. 그러나, 피연마 표면을 형성하는 데 사용되는 재료는 다양하고, 각 재료에 따라 연마 시간은 상이하다. 또한, 피연마 표면을 형성하는 재료는 금후 변할 것으로 생각된다. 또한, 연마에 사용되는 슬러리 및 연마기에 있어서도 동일하다고 말할 수 있다. 따라서, 여러 가지 연마로부터 각각의 연마 시간을 경험적으로 얻는 것은 매우 비효율적이다. 이에 대하여, 피연마 표면의 상태를 직접 관찰할 수 있는 광학적 방법을 사용하는 광학식 종점 검출 장치 및 방법에 관한 연구가 진행되고 있다 (JP-A 9-7985, JP-A 2000-326220 및 JP-A 11-512977) (본 원에서 사용되는 "JP-A"라는 용어는 "일본 특허 공개"를 의미함).
광학식 종점 검출 장치 및 방법에서, 종점 검출용 광을 투과시킬 수 있는 경질 및 균질 수지로 이루어지고, 슬러리 물질을 흡수 및 수송하는 능력을 실질상 갖지 않는 창을 통상 연마 패드 내에 형성시키고, 이 창을 통해서만 피연마 표면을 관찰한다 (JP-A 11-512977).
그러나, 창은 상기 연마 패드 중의 슬러리를 유지하고 배출하는 능력을 실질상 갖지 않기 때문에, 창을 설치함으로써 연마 패드의 연마 효율이 저하되거나 불균일화되는 것이 염려된다. 따라서, 큰 고리형의 창을 설치하거나 창의 개수를 늘리는 것은 곤란하다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하여 반도체 웨이퍼의 연마시 연마 효율을 저하시키지 않고 종점 검출용 광을 투과시킬 수 있는 연마 패드 및 그의 제조 방법, 연마 패드 제조용 금형, 연마 적층 패드 및 반도체 웨이퍼의 연마 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적 및 이점은 하기의 발명의 구성으로부터 명백해 질 것이다.
본 발명의 발명자들은 광학식 종점 검출 장치를 사용하는 연마에 사용되는 연마 패드에 관해서 예의 연구를 수행하여, 슬러리를 유지하고 배출하는 능력을 실질상 갖지 않는 경질 및 균질 수지로 이루어지는 종래 기술의 창을 대신하여 투광성을 갖는 투광성 부재를 창으로서 사용하는 경우, 만족스러운 투광성을 확보할 수 있고, 추가로 연마 종점의 검출이 가능하다는 것을 마침내 발견하였다. 또한, 창을 구성하는 매트릭스 재료 중에 수용성 물질을 분산 및 함유시키는 경우, 그 창이 연마시 슬러리를 유지하고 배출하는 능력을 가질 수 있다는 것을 드디어 발견하였다. 또한, 연마 기재 및 투광성 부재를 서로 융착 및 고정시키는 경우, 연마 표면으로부터 슬러리가 누출되지 않는 것을 발견하였다.
즉, 본 발명에 따르면, 첫째, 본 발명의 상기 목적 및 이점은 연마 표면을 갖는 연마 기재, 및 연마 기재에 융착되고, 비수용성 매트릭스 재료 및 그 중에 분산된 수용성 물질을 포함하는 투광성 부재를 포함하는 연마 패드에 의해 얻어진다.
본 발명에 따르면, 둘째, 본 발명의 상기 목적 및 이점은 미리 형성된 연마 패드용 투광성 부재를 삽입 성형 (insert molding)용 금형의 공동 내의 소정 위치에 유지시키고, 공동 내의 잔존 공간으로 연마 기재의 재료를 주입하여 투광성 부재를 연마 기재에 융착시키는 것을 포함하는 본 발명의 연마 패드의 제조 방법에 의해 얻어진다.
본 발명에 따르면, 셋째, 본 발명의 상기 목적 및 이점은 미리 형성된 투광성 부재 장착용 구멍을 갖는 연마 기재를 삽입 성형용 금형의 공동 내에 유지시키고, 투광성 부재의 재료를 투광성 부재 장착용 구멍에 주입하여 연마 기재를 투광성 부재에 융착시키는 것을 포함하는 본 발명의 연마 패드의 제조 방법에 의해 얻어진다.
본 발명에 따르면, 넷째, 본 발명의 상기 목적 및 이점은 공동 내에 연마 패드용 연마 기재 또는 투광성 부재를 유지시키기 위한 돌출부(들) 및(또는) 함몰부(들)를 갖는 본 발명의 연마 패드를 제조하기 위한 삽입 성형용 금형에 의해 얻어진다.
본 발명에 따르면, 다섯째, 본 발명의 상기 목적 및 이점은 본 발명의 연마패드, 및 이 연마 패드의 연마 표면에 대향하는 배면상에 형성된 투광성을 갖는 지지층을 포함하는 연마 적층 패드에 의해 얻어진다.
본 발명에 따르면, 여섯째, 본 발명의 상기 목적 및 이점은 본 발명의 연마 패드, 이 연마 패드의 연마 표면에 대향하는 배면상에 형성된 지지층, 및 연마 패드에 대향하는 지지층의 면상에 형성되고 연마기상에 패드를 고정하기 위한 고정층을 포함하는 연마 적층 패드에 의해 얻어진다.
본 발명에 따르면, 최종적으로, 본 발명의 상기 목적 및 이점은 본 발명의 연마 패드 또는 연마 적층 패드를 사용하고, 연마 패드 또는 연마 적층 패드의 투광성 부재를 통해서 광학식 종점 검출 장치로 반도체 웨이퍼의 연마 종점을 검출하는 것을 특징으로 하는, 연마 패드로 반도체 웨이퍼를 연마하는 방법에 의해 얻어진다.
도 1은 연마 기재 및 투광성 부재의 형상 및 융착 상태를 나타내는 모식도이다.
도 2는 연마 기재 및 투광성 부재의 형상 및 융착 상태를 나타내는 모식도이다.
도 3은 연마 기재 및 투광성 부재의 형상 및 융착 상태를 나타내는 모식도이다.
도 4는 연마 기재 및 투광성 부재의 형상 및 융착 상태를 나타내는 모식도이다.
도 5는 연마 기재 및 투광성 부재의 형상 및 융착 상태를 나타내는 모식도이다.
도 6은 연마 기재 및 투광성 부재의 형상 및 융착 상태를 나타내는 모식도이다.
도 7은 연마 기재 및 투광성 부재의 형상 및 융착 상태를 나타내는 모식도이다.
도 8은 연마 기재 및 투광성 부재의 형상 및 융착 상태를 나타내는 모식도이다.
도 9는 본 발명의 연마 패드의 한 예의 평면도이다.
도 10은 본 발명의 연마 패드의 다른 예의 평면도이다.
도 11은 본 발명의 연마 패드의 또 다른 예의 평면도이다.
도 12는 본 발명의 연마 패드 성형용 금형의 일부 단면도이다.
도 13은 연마 패드 성형용 금형에 투광성 부재를 고정시킨 단면도이다.
도 14는 투광성 부재를 고정시킨 연마 패드 성형용 금형 내로 주입시킨 연마 기재 분산물을 나타내는 단면도이다.
도 15는 본 발명의 연마 패드의 단면도이다.
도 16은 본 발명의 돌출부를 갖는 금형의 일부 단면도이다.
도 17은 돌출부를 갖는 연마 패드 성형용 금형 내에 고정시킨 연마 기재를 나타내는 단면도이다.
도 18은 연마 기재를 고정시킨 연마 패드 성형용 금형 내로 주입시킨 투광성 부재 분산물을 나타내는 단면도이다.
도 19는 함몰부를 갖는 금형의 일부 단면도이다.
도 20은 투광성 부재를 고정시킨 연마 패드 성형용 금형 내로 주입시킨 연마 기재 분산물을 나타내는 단면도이다.
도 21은 본 발명의 연마 패드의 모식도이다.
도 22는 고정층을 갖는 연마 패드의 모식도이다.
도 23은 지지층을 갖는 연마 패드의 모식도이다.
도 24는 지지층 및 고정층을 갖는 연마 패드의 모식도이다.
도 25는 본 발명의 연마 패드 또는 연마 적층 패드를 사용하는 연마 방법을 설명하는 모식도이다.
도 26은 본 발명의 연마 방법에 의해 적절히 연마된 재료의 단면도이다.
도 27은 실시예 4 내지 실시예 7의 연마 패드 기재에 대해 형성된 관통 구멍의 위치를 나타내는 모식도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 간단한 설명>
1: 연마 패드 (연마 적층 패드)
2: 정반
3: 가압 헤드
4: 반도체 웨이퍼
5: 슬러리 공급부
6: 광학식 종점 검출부
7: 금형
8: 연마 적층 패드.
9: 적층 기재
11: 연마 패드 기재
12: 투광성 부재
13: 고정층
71: 상부 금형
72: 하부 금형
81: 지지층
91: 규소 기재
92: SiO2필름
93: Si3N4필름
94: PTEOS 필름
95: 차단 금속 필름
96: 구리 필름
131: 접착층
132: 박리층
721: 돌출부
722: 함몰부
a: 중심점
b: 관통 구멍
R1: 종점 검출용 광
R2: 반사광
이하, 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.
연마 패드
본 발명의 연마 패드는 연마 기재 및 투광성 부재를 포함한다.
연마 기재
연마 기재는 표면상에 슬러리를 유지할 수 있고, 연마 후 잔류 더스트를 일시적으로 체류시킬 수 있다. 이 연마 기재의 투광성의 유무는 중요하지 않다. 연마 기재의 평면 형태는 특별히 한정되지 않으며 원형 또는 다각형 (사변형 등)으로 할 수 있다. 또한, 연마 기재의 크기도 특별히 한정되지 않는다.
바람직하게는, 연마시 연마 기재의 표면상에 슬러리를 유지하고 잔류 더스트를 일시적으로 체류시킬 수 있는 것이다. 따라서, 연마 기재는 미세한 구멍 (이하, "기공"이라 지칭함), 홈 및 드레싱에 의해 형성되는 보풀로부터 선택되는 1종 이상을 가질 수 있다. 이들은 미리 형성시키거나 연마시에 형성시킬 수 있다. 즉, 연마 기재는 (1) 비수용성 매트릭스 재료 및 그 중에 분산된 수용성 물질을 포함하는 연마 기재, (2) 비수용성 매트릭스 재료 및 그 중에 분산된 기공을 포함하는 연마 기재 (발포 재료), 및 (3) 비수용성 매트릭스 (비발포 재료)만으로 이루어지고 드레싱에 의해 보풀이 일 수 있는 연마 기재로부터 선택될 수 있다.
상기 연마 기재 (1) 내지 (3)의 비수용성 매트릭스의 재료는 특별히 한정되지 않으며, 여러 가지 재료를 사용할 수 있다. 소정 형태 및 특성을 갖도록 성형하는 것이 용이하고 적절한 탄력성을 부여할 수 있기 때문에, 유기 재료가 바람직하다. 유기 재료로서는, 후술하는 연마 기재의 매트릭스 재료로서 적절히 사용되는 여러 가지 재료를 사용할 수 있다.
연마 기재를 형성하는 재료의 종류는 투광성 부재를 형성하는 재료의 종류와 동일하거나 상이할 수 있다. 투광성 부재를 형성하는 재료와 그 종류가 다른 재료로 만들어진 연마 기재 또는 투광성 부재를 형성하는 재료와 그 종류는 동일하지만 조성 비율이 다른 재료로 만들어진 연마 기재가 바람직하게 사용된다.
연마시 투광성 부재가 돌출되거나 함몰되는 것을 방지하기 위해, 연마 기재의 내마모성은 투광성 부재의 내마모성과 크게 다르지 않는 것이 바람직하다.
상기 "비수용성 매트릭스 재료" (이하, "매트릭스 재료"라고 약칭함)로서는,열가소성 수지, 열경화성 수지, 엘라스토머 및 고무를 단독으로 또는 조합하여 사용하는 것이 바람직하다.
상기 열가소성 수지의 예에는 폴리올레핀 수지, 폴리스티렌 수지, {(메트)아크릴레이트 수지} 등의 폴리아크릴계 수지, 비닐 에스테르 수지 (아크릴계 수지는 제외함), 폴리에스테르 수지, 폴리아미드 수지, 불소 수지, 폴리카보네이트 수지 및 폴리아세탈 수지가 포함된다.
상기 열경화성 수지의 예에는 페놀계 수지, 에폭시 수지, 불포화 폴리에스테르 수지, 폴리우레탄 수지, 폴리우레탄-우레아 수지, 우레아 수지 및 규소 수지가 포함된다.
상기 엘라스토머의 예에는 스티렌-부타디엔-스티렌 블록 공중합체 (SBS) 및 그의 수소첨가 블록 공중합체 (SEBS) 등의 스티렌 엘라스토머, 폴리올레핀 엘라스토머 (TPO), 열가소성 폴리우레탄 엘라스토머 (TPU), 열가소성 폴리에스테르 엘라스토머 (TPEE), 폴리아미드 엘라스토머 (TPAE) 및 디엔 엘라스토머 (1,2-폴리부타디엔 등) 등의 열가소성 엘라스토머, 실리콘 수지 엘라스토머 및 불소 수지 엘라스토머가 포함된다.
상기 고무의 예에는 부타디엔 고무, 스티렌ㆍ부타디엔 고무, 이소프렌 고무, 이소부틸렌ㆍ이소프렌 고무, 아크릴계 고무, 아크릴로니트릴ㆍ부타디엔 고무, 에틸렌ㆍ프로필렌 고무, 에틸렌ㆍ프로필렌ㆍ디엔 고무, 실리콘 고무 및 불소 고무가 포함된다.
매트릭스 재료는 가교 중합체 또는 비가교 중합체일 수 있다. 매트릭스 재료의 적어도 일부는 가교 중합체인 것이 바람직하다. 예를 들면, 매트릭스 재료는 2종 이상의 재료의 혼합물이고 매트릭스 재료의 1종 이상의 적어도 일부는 가교 중합체이거나, 매트릭스 재료가 오직 하나이고 재료의 적어도 일부는 가교 중합체이다.
매트릭스 재료의 적어도 일부가 가교 구조를 갖는 경우, 매트릭스 재료에 탄성 회복력을 부여할 수 있다. 따라서, 연마시 연마 패드에 가해지는 전단 응력에 의한 변위를 억제할 수 있고, 연마 및 드레싱시 매트릭스 재료가 과도히 신장되는 경우 그의 소성 변형에 의해 기공이 막히는 것을 방지할 수 있다. 또한, 연마 패드 표면에 과도하게 보풀이 이는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 연마시 슬러리의 유지성이 높고, 슬러리의 유지성을 드레싱으로 용이하게 회복시키고, 추가의 스크래치의 발생도 방지할 수 있다.
상기 가교 중합체의 예에는 상기 열가소성 수지, 열경화성 수지, 엘라스토머 및 고무 중에서 폴리우레탄 수지, 에폭시 수지, 폴리아크릴계 수지, 불포화 폴리에스테르 수지 및 비닐 에스테르 수지 (폴리아크릴계 수지는 제외함) 등의 수지, 디엔-기재 엘라스토머 (1,2-폴리부타디엔), 부타디엔 고무, 이소프렌 고무, 아크릴계 고무, 아크릴로니트릴-부타디엔 고무, 스티렌-부타디엔 고무, 에틸렌-프로필렌 고무, 실리콘 고무, 불소 고무 및 스티렌-이소프렌 고무를 가교시켜 얻은 중합체, 및 가교제가 존재하거나 자외선 또는 전자선에 노출시킴으로써 폴리에틸렌 또는 폴리불화 비닐리덴을 가교시켜 얻은 중합체가 포함된다. 또한, 이오노머를 사용할 수 있다.
이들 매트릭스 재료는 2종 이상 조합하여 사용할 수 있다.
또한, 슬러리와의 친화성을 향상시키기 위해, 산 무수물기, 카르복실기, 히드록실기, 에폭시기 또는 아미노기 등의 친수성 관능기의 1종 이상에 의해 변성된 중합체를 매트릭스 재료로서 사용할 수 있다.
상기 매트릭스 재료의 예에는 말레산 무수물 변성 폴리에틸렌, 말레산 무수물 변성 폴리프로필렌, 말단 히드록실기를 갖는 폴리부타디엔 및 말단 카르복실기를 갖는 폴리부타디엔 등의 중합체; 및 상기 관능기를 갖는 단량체를 중합시켜 얻은 중합체 및 공중합체가 포함된다. 말단 히드록실기를 갖는 폴리부타디엔 및 말단 카르복실기를 갖는 폴리부타디엔이 특히 바람직하다. 이들은 단독으로 또는 2종 이상 조합하여 사용할 수 있다.
또한, 매트릭스 재료는 상기 관능기 중 어느 하나를 갖는 중합체 및 상기 관능기를 갖지 않는 중합체의 혼합물일 수 있다.
상기 "변성"은, 예를 들면 (a) 산 무수물기 및 과산화물 (과산화수소, 유기 과산화물 등)을 갖는 단량체의 존재하에 중합체를 가열하여 주쇄에 산 무수물 구조를 갖지 않는 중합체에 산 무수물 구조를 갖는 측쇄를 첨가하는 방법, 또는 (b) 분자 내에 산 무수물 구조를 2개 이상 갖는 화합물 및(또는) 분자 내에 산 무수물 구조 및 카르복실기를 갖는 화합물 및 산성, 알칼리성 또는 금속성 촉매 등의 촉매의 존재하에 중합체를 가열하여 주쇄에 산 무수물 구조를 갖지 않는 중합체에 산 무수물 구조를 갖는 측쇄를 첨가하는 방법으로 수행된다.
방법 (a)에서 사용된 산 무수물 구조를 갖는 단량체의 예에는 말레산 무수물, 이타콘산 무수물, 시트라콘산 무수물 및 엔도메틸렌테트라히드로프탈산 무수물이 포함된다.
방법 (b)에서 사용된 분자 내에 산 무수물 구조를 2개 이상 갖는 화합물의 예에는 피로멜리트산 무수물 및 3,3',4,4'-벤조페논테트라카르복실산 이무수물이 포함되고; 분자 내에 산 무수물 구조 및 카르복실기를 갖는 화합물의 예에는 트리멜리트산 무수물이 포함된다.
상기 연마 기재를 구성하는 부재는 수용성 물질을 추가로 포함한다.
이 수용성 기재가 물과 접촉하는 경우, 수용성 기재를 매트릭스 재료의 표면으로부터 분리시켜 연마용 슬러리를 유지하는 기공을 형성할 수 있다. 수용성 물질을 연마 패드로부터 분리시킨 후 형성된 기공의 평균 입경, 즉 제거시키기 전 매트릭스 내에 함유된 수용성 물질의 평균 입경은 0.1 내지 500 ㎛, 바람직하게는 0.5 내지 100 ㎛, 더욱 바람직하게는 5 내지 50 ㎛일 수 있다.
수용성 물질은 수용성 중합체 등의 수용성 물질 이외에 수분 흡수 수지 등과 같이 물과 접촉하여 겔화될 때 유리화될 수 있는 것을 포함한다. 이 수용성 물질은 물을 주요 구성 성분으로 하고 메탄올 등을 함유하는 매질 중에서 용해 또는 겔화될 수 있다. 수용성 물질은 통상 매트릭스 재료 중에서 분산된다.
수용성 물질은 종종 고체이지만 액체일 수도 있다. 고체 수용성 물질은 통상 입자상이지만 위스커형, 다른 선형 또는 테트라포드형 등의 기형의 섬유상일 수 있다. 수용성 물질은 바람직하게는 입자상, 더욱 바람직하게는 열혼련 온도에서도 그 형태를 유지할 수 있도록 고체 입자상이다.
수용성 입자의 평균 입경은 0.1 내지 500 ㎛, 바람직하게는 0.5 내지 100 ㎛, 더욱 바람직하게는 5 내지 50 ㎛일 수 있다. 평균 입경이 0.1 ㎛보다 작은 경우, 형성된 기공이 작고 지립을 유지할 수 있는 연마 패드를 완벽히 얻을 수 없다. 평균 입경이 500 ㎛보다 큰 경우, 얻어진 연마 패드의 기계적 강도가 저하될 수 있다. 평균 입경은 매트릭스 중에 함유된 수용성 입자의 최대 길이를 평균한 값이다.
수용성 물질은 무기 또는 유기일 수 있다. 이들 중에서, 유기인 것이 바람직하다.
유기 수용성 물질의 예에는 덱스트린, 시클로덱스트린, 만니톨, 락토오스 등의 당류, 히드록시프로필 셀룰로오스 및 메틸 셀룰로오스 등의 셀룰로오스, 전분, 단백질, 폴리비닐 알코올, 폴리비닐 피롤리돈, 폴리비닐술폰산, 폴리아크릴산, 산화폴리에틸렌, 수용성 감광성 수지 및 술폰화 폴리이소프렌이 포함된다. 이들은 단독으로 또는 2종 이상의 조합물로 사용할 수 있다.
무기 수용성 물질의 예에는 아세트산칼륨, 질산칼륨, 탄산칼륨, 탄산수소칼륨, 브롬화칼륨, 인산칼륨, 황산칼륨, 황산마그네슘 및 질산칼슘이 포함된다. 이들은 단독으로 또는 2종 이상의 혼합물로 사용할 수 있다.
액상 수용성 물질은 특별한 종류로 한정되지 않지만, 사용시 슬러리에 용해되는 경우 연마 효율에 악영향을 주지 않는 것이 바람직하다. 액상 수용성 물질은 액체 자체인 수용성 물질 및 상온에서 액체가 아니고 고체이지만 물에 용해되어 수용액이 되는 수용성 물질을 포함한다. 액상 수용성 물질의 예에는 포름산, 아세트산, 타르타르산 수용액, 숙신산 수용액 및 말론산 수용액 등의 유기산 및 과산화수소 수용액, 과아세트산 수용액 및 질산 등의 산화제가 포함된다.
비수용성 매트릭스 재료 중에 수용성 물질이 함유되는 경우, 매트릭스 재료 전체에 수용성 물질이 분산된다. 이 수용성 물질이 함유된 매트릭스를 포함하는 연마 패드에서 물과 접촉하여 연마 패드의 최표층에 존재하는 수용성 물질을 용해시킴으로써 기공을 형성한다. 기공은 슬러리를 유지하고 연마 후 잔류 더스트를 일시적으로 체류시키는 기능을 갖는다. 수용성 물질은 연마 패드 중에 함유된 수성 분산물인 슬러리와 접촉하는 경우 용해 또는 겔화되어 매트릭스 재료로부터 분리된다.
바람직하게는, 수용성 물질이 연마 패드의 표층에 노출된 경우에만 물 중에 용해 또는 겔화되고, 연마 패드 중에서는 흡습 또는 겔화되지 않는 것이다. 따라서, 수용성 물질은 외부 표면상의 적어도 일부에 흡습을 억제하는 외피를 갖는 것이 바람직하다. 이러한 외피는 수용성 물질에 물리적으로 흡착하거나 화학적으로 결합할 수 있고, 또는 물리적 흡착 또는 화학적 결합에 의해 수용성 물질과 접촉할 수 있다. 이러한 외피를 형성하는 물질의 예에는 에폭시 수지, 폴리이미드, 폴리아미드 및 폴리실리케이트가 포함된다. 이러한 외피가 수용성 물질의 일부에만 형성되어 있더라도, 상기 효과를 충분히 얻을 수 있다.
연마 패드 중의 수용성 물질은 기공을 형성하는 상기 기능 이외에, 연마 패드의 압입 경도를 증가 (쇼어 (Shore) D 경도 35 내지 100)시키는 기능을 갖는다. 압입 경도가 크기 때문에, 연마 패드에 의해 피연마면에 인가되는 압력을 증가시킬수 있다. 따라서, 연마 속도를 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 높은 연마 평탄성을 얻을 수 있다. 따라서, 이 수용성 물질은 연마 패드를 위해 충분히 큰 압입 강도를 확보할 수 있는 고상물인 것이 특히 바람직하다.
이 연마 기재 중의 수용성 물질의 함량은 비수용성의 매트릭스 재료 및 수용성 물질의 총 부피 100 부피％를 기준하여 바람직하게는 90 부피％ 이하, 더욱 바람직하게는 80 부피％ 이하, 보다 바람직하게는 0.1 내지 80 부피％, 특히 바람직하게는 1 내지 50 부피％, 이상적으로는 1 내지 30 부피％이다. 수용성 물질의 함량이 90 부피％를 초과하는 경우, 매트릭스 재료 중에 함유된 수용성 물질이 차례로 겔화 또는 용해되는 것을 완벽히 방지할 수 없게 되어, 연마 패드의 경도 및 기계적 강도를 적정값으로 유지하기 곤란해질 수 있다.
제조시 상기 친수성 물질 및 수용성 물질을 매트릭스 재료 중으로 분산시키는 방법은 특별히 한정되지 않는다. 예를 들면, 매트릭스 재료, 친수성 물질, 수용성 물질 및 임의로 다른 첨가제를 서로 혼련시켜 분산물을 얻는다. 얻어진 분산물의 형태는 특별히 한정되지 않는다. 예를 들면, 펠릿, 조각 또는 분체 형태로 얻어진다. 매트릭스 재료는 가공하기 쉽게 가열하고 혼련시키는 것이 바람직하다. 가열 온도에서, 친수성 물질 및 수용성 물질은 고체인 것이 바람직하다.
이들이 고체인 경우, 매트릭스 재료와의 상용성에 관계 없이 친수성 부분을 분산시키기 용이하고, 수용성 물질을 상기 바람직한 평균 입경을 나타내는 상태로 분산시키기 용이하다. 따라서, 사용하는 매트릭스 재료의 가공 온도에 따라서 친수성 물질 및 수용성 물질의 종류를 선택하는 것이 바람직하다.
투광성 부재
투광성 부재는 연마 패드의 일부에 투광성을 갖는 부분을 형성하는 부재를 지칭한다. 투광성 부재를 첨부된 도면을 참조하여 이어서 설명하기로 한다.
이 투광성 부재의 형태는 특별히 한정되지 않는다. 연마 패드의 연마 표면측의 투광성 부재의 평면 형태를 원형, 타원형, 삼각형, 사변형 또는 다각형으로 할 수 있다. 투광성 부재의 연마 표면에 수직인 단면 형태는 특별히 한정되지 않는다. 연마 표면측 및 비연마 표면측 사이를 빛이 투과할 수 있는 경우 어떠한 형태도 가능하다. 예를 들면, 도 1 내지 도 8에 나타낸 단면 형태로 할 수 있다. 이 투광성 부재 (12) 및 연마 기재 (11)는 일체형으로 서로 융착되어 있다.
"융착"이란 접착제를 사용하지 않고 투광성 부재 및 연마 기재 둘 다 또는 어느 한쪽의 결합 표면(들)을 용융시켜 서로 결합되어 있는 상태를 의미한다. 연마 패드를 제조하기 위해, 결합 표면뿐만 아니라 투광성 부재 전체를 용융하여 결합시키거나, 연마 기재 전체를 용융하여 결합시킬 수 있다.
투광성 부재 및 연마 기재를 융착시키는 방법은 특별히 한정되지 않는다. 예를 들면, (1) 투광성 부재 및 연마 기재의 한편을 금형 중에 유지시키고 다른 한편을 주입하여 융착시키는 삽입 성형 방법, (2) 투광성 부재 및 연마 기재를 소정 형태로 제조한 후 회합시키고, 적외선 용접, 고주파 용접, 마이크로파 용접 또는 초음파 용접에 의해 그들의 접촉 표면을 용융 결합시키는 방법, 또는 (3) 투광성 부재 및 연마 기재의 결합 표면에 용매를 도포하여 서로 결합시키는 방법을 들 수 있다.
본 발명의 연마 패드의 투광성 부재 및 연마 기재는 서로 융착되어 있기 때문에, 투광성 부재 및 연마 기재 사이에 간극이 없어서 연마 패드의 배면부로 슬러리가 누출되지 않는다.
이 투광성 부재의 두께는 도 1 및 도 3에 나타낸 바와 같이 연마 기재의 두께 이상, 도 2, 도 4, 도 5, 도 6 및 도 8에 나타낸 바와 같이 연마 기재의 최대 두께 미만일 수 있거나, 투광성 부재의 투광부의 일부가 도 7에 나타낸 바와 같이 두께 미만일 수 있다.
투광성 부재를 통해 빛을 투과시키기 위해, 빛의 강도는 투광성 부재의 두께의 제곱에 비례하여 감소한다. 따라서, 투광성 부재의 두께를 감소시킴으로써, 투광성을 비약적으로 향상시킬 수 있다. 예를 들면, 광학식 종점 검출을 이용하는 연마용으로 사용되는 연마 패드의 다른 부분과 동일한 두께를 갖는 투광성 부재로부터 종점의 검출에 충분한 강도의 빛을 얻기가 곤란한 경우에도, 투광성 부재의 두께를 감소시킴으로써 종점 검출에 충분한 빛의 강도를 확보할 수 있다. 얇게 만든 투광성 부재의 두께는 바람직하게는 0.1 ㎜ 이상, 더욱 바람직하게는 0.2 ㎜ 내지 4 ㎜, 보다 바람직하게는 0.3 ㎜ 내지 3 ㎜이다. 그 두께가 0.1 ㎜ 미만인 경우, 투광성 부재를 위해 충분히 높은 기계적 강도를 확보하는 것이 곤란할 수 있다.
투광성 부재의 두께를 감소시켜 형성된 투광성 부재가 존재하지 않는 부분인 함몰부 (예를 들면, 도 2에서 투광성 부재 (12)의 하측 부분) 또는 투광성 부재의 함몰부 (예를 들면, 도 7에서 투광성 부재 (12)로 둘러싸인 상측, 우측 및 좌측 부분)는 연마 패드의 정면부 및 배면부의 어느 한측상에 형성될 수 있다. 함몰부가 연마 패드의 배면부상에 형성되는 경우, 연마 효율에 영향을 주지 않고 투광성 부재의 두께를 감소시킬 수 있다.
투광성 부재의 수는 특별히 한정되지 않으며 하나 이상일 수 있다. 투광성 부재의 위치도 특별히 한정되지 않는다. 예를 들면, 연마 패드가 1개의 투광성 부재를 갖는 경우, 도 9 및 도 10의 평면도에 나타낸 바와 같이 배치할 수 있다. 또한, 연마 패드가 2개 이상의 투광성 부재를 갖는 경우, 도 11의 평면도에 나타낸 바와 같이 서로 동심원형으로 배치될 수 있다.
투광성 부재의 투광성에 있어서, 투광성 부재의 두께가 2 ㎜인 경우, 파장 100 내지 3000 ㎚ 사이에서 투과율 0.1 ％ 이상, 파장 100 내지 3000 ㎚ 사이에서 적산 투과율이 0.1 ％ 이상인 것이 바람직하다. 투과율 또는 적산 투과율은 더욱 바람직하게는 1 ％ 이상, 보다 바람직하게는 2 ％ 이상, 특히 바람직하게는 3 ％ 이상, 이상적으로는 4 ％ 이상이다. 투과율 또는 적산 투과율은 필요 이상으로 높을 필요는 없으며, 50 ％ 이하, 바람직하게는 30 ％ 이하, 특히 바람직하게는 20 ％ 이하일 수 있다.
광학식 종점 검출 장치를 사용하는 연마용 연마 패드에서, 투광성 부재는 종점 검출용 광으로서 사용 빈도가 높은 파장 영역 400 내지 800 ㎚에서 높은 투과율을 갖는 것이 바람직하다. 따라서, 파장 400 내지 800 ㎚ 사이에서의 투과율이 상기 조건을 만족시키는 것이 바람직하다.
투과율은 소정의 파장에서 두께 2 ㎜의 시험편의 흡광도를 측정할 수 있는UL 흡광도계로 각 파장에서 측정한 값이다. 유사하게 측정한 소정의 파장 영역에서의 투과율을 적산하여 적산 투과율을 얻을 수 있다.
상기 투광성 부재를 형성하는 "비수용성 매트릭스 재료" (이하, "매트릭스 재료"로 약칭됨)는 바람직하게는 투광성을 부여할 수 있는 열가소성 수지, 열경화성 수지, 엘라스토머, 고무 또는 이들의 조합물이다. 이러한 매트릭스 재료가 투광성 (가시광만을 투과하는 것을 의미하지는 않음)을 갖는 경우 매트릭스 재료가 투명 또는 반투명일 필요는 없지만, 높은 투광성, 더욱 바람직하게는 투명성을 갖는 것이 바람직하다.
투광성을 부여할 수 있는 열가소성 수지, 열경화성 수지, 엘라스토머, 고무 등은 상기 연마 기재 중 사용되는 비수용성 매트릭스 재료의 목록과 동일하다. 이들 매트릭스 재료는 2종 이상 조합하여 사용할 수 있다. 또한, 비수용성 매트릭스 재료는 상기 연마 기재에서 상세히 설명한 바와 같이, 관능기를 갖는 중합체 및 관능기를 갖지 않는 중합체의 혼합물일 수 있다.
이러한 매트릭스 재료는 필요한 경우 수용성 물질, 지립, 수성 매질 등과의 상용성을 향상시키기 위해 관능기를 갖는 친수성 물질을 함유하는 것이 바람직하다. 상기 연마 기재용으로 열거된 물질들을 친수성 물질로서 사용할 수 있다.
이들 친수성 물질은 2종 이상 조합하여 사용할 수 있다.
매트릭스 재료는 가교 중합체 또는 비가교 중합체일 수 있다. 매트릭스 재료의 적어도 일부는 가교 중합체인 것이 바람직하다. 예를 들면, 매트릭스 재료가 2종 이상의 재료의 혼합물이고 매트릭스 재료의 1종 이상의 적어도 일부는 가교 중합체이거나, 매트릭스 재료가 오직 하나이고 재료의 적어도 일부는 가교 중합체이다.
매트릭스 재료의 적어도 일부가 가교 구조를 갖는 경우, 매트릭스 재료에 탄성 회복력을 부여할 수 있다. 따라서, 연마시 연마 패드에 가해지는 전단 응력에 의한 변위를 억제할 수 있고, 연마 및 드레싱시 매트릭스 재료가 과도히 신장되는 경우, 매트릭스 재료의 소성 변형에 의해 기공이 막히는 것을 방지할 수 있다. 또한, 연마 패드 표면에 과도하게 보풀이 이는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 연마시 슬러리의 유지성이 높고, 슬러리의 유지성을 드레싱으로 용이하게 회복시키고, 추가의 스크래치의 발생도 방지할 수 있다.
이들 가교 중합체는 상기 연마 기재의 목록과 동일하다.
이들 가교 중합체 중에서, 충분히 높은 투광성을 부여할 수 있고, 다수 종의 슬러리 중에 함유되는 강산 또는 강알칼리에 대해 안정하며, 추가로 수분 흡수에 의한 연화도 거의 없기 때문에, 가교된 1,2-폴리부타디엔이 특히 바람직하다. 이 가교된 1,2-폴리부타디엔을 부타디엔 고무 또는 이소프렌 고무 등의 다른 고무와 혼합하여 사용할 수 있다. 또한, 매트릭스 재료로서 1,2-폴리부타디엔을 단독으로 사용할 수 있다.
적어도 일부가 가교 중합체인 매트릭스 재료의 파단시킨 후의 잔류 신장률을 (이하 "파단 잔류 신장률"로 약칭됨)은 매트릭스 재료의 시험편이 JIS K 6251에 따라 80 ℃에서 파단되는 경우 100 ％ 이하로 설정할 수 있다. 이는 파단 후 시험편의 표선 사이의 합계 거리가 파단 전 표선 사이의 거리의 2배 이하라는 것을 의미한다. 파단 잔류 신장률은 바람직하게는 30 ％ 이하, 더욱 바람직하게는 10 ％ 이하, 보다 바람직하게는 5 ％ 이하 및 0 ％ 이상이다. 파단 잔류 신장률이 100 ％를 초과하면, 연마 또는 표면 갱신시 연마 패드 표면으로부터 긁혀져 나오거나 신장된 미세 조각이 기공을 막는 경향이 있다.
"파단 잔류 신장률"이라는 용어는 JIS K 6251에 명시된 "가황 고무의 인장력 시험 방법"에 따라 덤벨형 시험편 3호를 인장 속도 500 ㎜/분 및 시험 온도 80 ℃에서 파단시키는 인장력 시험에서, 각 표선과 파단 및 분할된 시험편의 파단부 사이의 총거리로부터 시험 전의 표선 사이 거리를 빼서 얻어진 것이다. 실제 연마시 미끄럼 접촉에 의해 도달하는 온도가 약 80 ℃이기 때문에 시험 온도를 80 ℃로 한다.
수용성 물질은 투광성 부재 중에 분산된다. 이는 상기와 같이 연마시 외부에서 공급되는 수성 매질과 접촉하여 기공을 형성할 수 있는 물질이다.
수용성 물질의 형태, 크기, 투광성 부재 중의 함량 및 재료는 상기 연마 기재에서 상세히 기재한 수용성 물질과 동일하다.
투광성 부재의 표면에 노출된 수용성 물질은 물에 용해 또는 겔화되고, 표출되지 않고 투광성 부재 중에 함유된 수용성 물질은 연마 패드 중에 흡습 또는 겔화되지 않는 것이 바람직하다. 따라서, 수용성 물질의 외부 표면상의 적어도 일부에 흡습을 억제하는 에폭시 수지, 폴리이미드, 폴리아미드 또는 폴리실리케이트로 구성되는 외피를 형성할 수 있다.
이 수용성 물질은 기공을 형성하는 기능 이외에, 투광성 부재의 압입 경도를연마 패드의 다른 부분의 압입 경도와 조화시키는 기능을 갖는다. 연마시 인가되는 압력을 증가시키고, 연마 속도를 향상시켜 높은 평탄성을 얻기 위해서 전체 연마 패드의 쇼어 D 경도는 35 내지 100인 것이 바람직하다. 그러나, 바람직한 쇼어 D 경도를 매트릭스 재료로부터만 얻는다는 것은 종종 곤란하다. 이런 경우, 기공 형성 이외에 수용성 물질을 함유시킴으로써 쇼어 D 경도를 연마 패드의 다른 부분의 쇼어 D 경도와 동일한 정도로 향상시킬 수 있다. 이러한 이유 때문에, 수용성 물질은 연마 패드를 위해 충분히 높은 압입 경도를 확보할 수 있는 고상물이 바람직하다.
제조시 상기 친수성 물질 및 수용성 물질을 매트릭스 재료 중에 분산시키는 방법은 상기 연마 기재에 기재된 방법과 동일하다.
매트릭스 재료 및 수용성 물질이외에, 제조시 임의로 첨가되어 매트릭스 재료 및 수용성 물질의 상용성 및 수용성 물질의 매트릭스 재료 중의 분산성을 향상시키기 위해 산 무수물기, 카르복실기, 히드록실기, 에폭시기, 옥사졸린기 또는 아미노기에 의해 변성된 단독 중합체, 블록 공중합체 또는 랜덤 공중합체 등의 상용화제, 비이온계 계면활성제 및 커플링제를 함유할 수 있다.
매트릭스 재료 및 수용성 물질이외에, 슬러리에 함유되어 있는 지립, 산화제, 다가 금속 이온, 유기산, 알칼리 금속의 수산화물 또는 산, pH 조절제, 계면활성제 및 스크래치 방지제 전체로부터 선택되는 1종 이상을 본 발명의 연마 패드, 즉 투광성 부재 및 연마 패드 기재 중에 함유시킬 수 있다. 따라서, 이 연마 패드를 사용하는 경우, 물만을 공급하여 연마를 행할 수 있다. 또한, 본 발명의 연마패드에는 발명의 효과를 손상하지 않는 범위 내에서 충전제, 연화제, 산화 방지제, 자외선 흡수제, 대전 방지제, 윤활제 및 가소제 등의 첨가제를 임의로 첨가할 수 있다.
상기 지립의 예에는 실리카 입자, 알루미나 입자, 세리아 입자, 지르코니아 입자 및 티타니아 입자 등의 무기 입자, 폴리스티렌 등의 유기 입자, 및 폴리스티렌/실리카 등의 유기/무기 복합 입자가 포함된다.
상기 산화제는 수용성인 경우 특별히 제한되지 않는다. 산화제의 예에는 과산화수소, 과아세트산, 과벤조산 및 tert-부틸 히드로퍼옥시드 등의 유기 과산화물, 과망간산칼륨 등의 과망간산 화합물, 중크롬산칼륨 등의 중크롬산 화합물, 요오드산칼륨 등의 할로겐산 화합물, 질산 및 질산철 등의 질산 화합물, 과염소산 등의 과할로겐산 화합물, 페리시안화칼륨 등의 전이 금속염, 과황산암모늄 등의 과황산염, 질산철 및 질산세륨암모늄 등의 다가 금속염, 및 텅스토규산, 텅스토인산, 몰리브도규산 및 몰리브도인산 등의 이종 다중산이 포함된다. 이들은 단독으로 또는 2종 이상 조합하여 사용할 수 있다. 이들 중에서, 금속 원소를 함유하지 않고 그 분해 생성물이 무해하기 때문에 과산화 수소 및 유기 과산화물이 특히 바람직하다. 이러한 산화제 중 하나를 함유시킴으로써, 특히 웨이퍼의 피가공막 등의 금속층을 연마하는 경우 연마 속도를 크게 향상시킬 수 있다.
산화제의 함량은 본 발명의 효과를 손상하지 않는 한, 전체 패드 100 중량부 (이하, "부"라고 약칭됨)에 기준하여 0 내지 10 중량부, 특히 바람직하게는 0 내지 5 중량부이다.
상기 다가 금속 이온의 예에는 알루미늄, 티타늄, 바나듐, 크롬, 망간, 철, 코발트, 니켈, 구리, 아연, 게르마늄, 지르코늄, 몰리브덴, 주석, 안티몬, 탄탈, 텅스텐, 납 및 세륨 등의 금속 이온을 포함한다. 이들은 단독으로 또는 2종 이상 조합하여 사용할 수 있다. 높은 연마 속도를 얻을 수 있기 때문에 다가 금속 이온은 알루미늄, 티타늄, 크롬, 망간, 철, 구리, 아연, 주석 및 세륨으로부터 선택되는 1종 이상의 금속 이온이 바람직하다. 이들 중에서, 철 이온 및 구리 이온이 특히 바람직하다. 상기 다가 금속 이온을 구성하는 금속염(류)으로서 알루미늄의 질산염, 황산염, 아세트산염 및 글루콘산염, 철 (Ⅲ)의 질산염, 황산염, 아세트산염 및 글루콘산염, 및 구리 (Ⅱ)의 질산염, 황산염, 아세트산염 및 글루콘산염 중 1종 이상을 사용할 수 있다. 질산철 (Ⅲ)은 산화제로서도 작용한다. 전체 패드 중 다가 금속 이온의 함량은 0 내지 10 중량％, 특히 바람직하게는 0 내지 5 중량％이다.
상기 유기산은 상기 산화제를 안정화할 수 있고 추가로 연마 속도를 향상시킬 수 있다. 유기산의 바람직한 예에는 파라톨루엔술폰산, 도데실벤젠술폰산, 이소프렌술폰산, 글루콘산, 락트산, 시트르산, 타르타르산, 말산, 글리콜산, 말론산, 포름산, 옥살산, 숙신산, 푸마르산, 말레산 및 프탈산이 포함된다. 이들 중에서, 글루콘산, 락트산, 시트르산, 타르타르산, 말산, 글리콜산, 말론산, 포름산, 옥살산, 숙신산, 푸마르산, 말레산 및 프탈산이 바람직하다. 특히 바람직한 것은 타르타르산, 말산, 숙신산 및 프탈산이다. 이들 유기산은 단독으로 또는 2종 이상 조합하여 사용할 수 있다. 전체 패드 중 유기산의 함량은 바람직하게는 0 내지 10중량％, 특히 바람직하게는 0 내지 5 중량％이다.
상기 계면활성제는 양이온계, 음이온계 또는 비이온계일 수 있다. 양이온계 계면활성제의 예에는 지방족 아민염 및 지방족 암모늄염이 포함된다. 음이온계 계면활성제의 예에는 지방산 비누, 알킬 에테르 카르복실산염 등의 카르복실산염, 알킬벤젠술폰산염, 알킬나프탈렌술폰산염 및 α-올레핀술폰산염 등의 술폰산염, 고급 알코올 황산 에스테르염, 알킬 에테르 황산염 및 폴리옥시에틸렌 알킬페닐 에테르 등의 황산 에스테르염, 및 알킬 인산염 등의 인산 에스테르염이 포함된다. 비이온계 계면활성제의 예에는 폴리옥시에틸렌 알킬 에테르 등의 에테르류, 글리세린 에스테르의 폴리옥시에틸렌 에테르 등의 에테르 에스테르류, 및 폴리에틸렌 글리콜 지방산 에스테르, 글리세린 에스테르 및 소르비탄 에스테르 등의 에스테르류가 포함된다. 전체 패드 중 계면활성제의 함량은 바람직하게는 0 내지 10 중량％, 특히 바람직하게는 0 내지 5 중량％이다.
상기 충전제의 예에는 탄산칼슘, 탄산마그네슘, 활석 및 점토 등의 강성을 향상시키는 재료, 및 이산화망간, 삼산화망간 및 탄산바륨 등의 연마 효과를 갖는 재료가 포함된다.
본 발명의 연마 패드는 도 22에 나타낸 바와 같이 연마 표면에 대향하는 배면상에 연마시 연마기상에 연마 패드를 고정하기 위한 고정층 (13)을 가질 수 있다. 고정층은 연마 패드 자체를 고정시킬 수 있다면 특별히 한정되지 않는다.
이 고정층은 양면 접착 테이프를 사용하여 형성된 층으로 구성되는 층, 예를 들면 접착층 (131) 및 이 접착층 (131)의 외부 표면상에 형성된 박리층 (132), 또는 접착제를 도포하여 형성된 접착층 (131)일 수 있다. 접착제를 도포하여 형성된 접착층의 외부 표면상에 박리층 (132)을 형성시킬 수 있다.
고정층을 형성하는 접착 재료는 특별히 한정되지 않는다. 예를 들면 열가소성, 열경화성 또는 광경화성 아크릴계 접착제 또는 합성 고무 접착제를 사용할 수 있다. 접착 재료의 시판품은 쓰리엠사 (3M Limited) 제조의 #442, 세키스이 가가꾸 가부시끼가이샤 (Sekisui Chemical Co., Ltd.) 제조의 #5511 및 #5516을 포함한다.
이들 고정층 중에서, 양면 접착 테이프를 사용하여 형성된 층은 미리 박리층을 갖고 있기 때문에 바람직하다. 박리층을 갖는 고정층은 사용 전 접착층을 보호할 수 있고, 사용시 박리층을 제거함으로써 연마기상에 연마 패드를 용이하게 고정할 수 있다.
고정층을 구성하는 재료의 투광성은 특별히 한정되지 않는다. 고정층의 재료가 투광성을 갖지 않거나 낮은 경우, 투광성 부재에 대응하는 위치에 관통 구멍을 형성할 수 있다. 이 관통 구멍은 투광성 부재의 면적 초과, 미만 또는 동일할 수 있다.
고정층에 관통 구멍을 형성하는 경우, 투과광의 통로에 고정층을 형성하지 않는 것이 바람직하다.
또한, 양면 접착 테이프를 사용하여 고정층을 형성하는 경우, 양면 접착 테이프의 소정 위치에 관통 구멍을 형성할 수 있다. 관통 구멍을 형성하는 방법은 특별히 한정되지 않는다. 관통 구멍은 레이저 커터 또는 펀칭 블레이드로 형성할수 있다. 레이저 커터를 사용하는 경우, 양면 접착 테이프를 사용하여 고정층을 형성시킨 후에 관통 구멍을 형성시킬 수 있다.
슬러리에 함유되어 있는 상기 첨가제를 본 발명의 연마 패드 전체, 특히 그의 연마 기재 또는 투광성 부재 중에 함유시킬 수 있다. 다른 첨가제를 추가로 함유시킬 수 있다. 연마 표면상에 홈 또는 도트 패턴을 소정의 형태로 형성시킬 수 있다.
연마 패드의 평면 형태는 특별히 한정되지 않으며, 원형 (원반형) 또는 사변형 (벨트형, 롤러형) 등의 다각형으로 할 수 있다. 연마 패드의 크기는 특별히 한정되지 않지만 원반형의 경우 직경 500 내지 900 ㎜로 할 수 있다.
본 발명의 연마 패드의 제조 방법은 특별히 한정되지 않지만, 본 발명의 연마 패드는 주로 하기의 삽입 성형용 금형을 사용하여 제조된다.
삽입 성형용 금형
본 발명의 삽입 성형용 금형은 미리 성형된 투광성 부재 또는 연마 기재의 위치를 결정하기 위한 돌출부(들) 및(또는) 함몰부(들)를 갖는다.
투광성 부재 또는 연마 기재의 위치를 결정하기 위한 돌출부 및(또는) 함몰부는 투광성 부재 또는 연마 기재의 위치를 결정할 수 있는 경우 그 위치, 형태, 크기 및 개수는 특별히 한정되지 않는다.
투광성 부재의 위치를 결정하기 위한 돌출부로서, (1) 복수의, 예를 들면 3 도트 또는 4 도트형, 점형 또는 연장형 돌출부를 도 12 및 도 13에 나타낸 바와 같이 투광성 부재 주위에 배치하고, (2) 상기 돌출부를 투광성 부재의 기저부 중심에형성된 함몰부에 각각 맞도록 배치하고, 또는 (3) 원형 기저부 또는 사변형 기저부를 갖는 투광성 부재에 적합하도록 고리형 돌출부, 일부 고리형 돌출부 또는 사변형 돌출부, 예를 들면 연장형 돌출부를 고리형 또는 사변형 형태로 투광성 부재 주위에 배치시킨다. 연마 기재의 위치를 결정하기 위한 돌출부로서, 도 16 및 도 17에 나타낸 바와 같이 원반형 또는 작은 사각기둥형 돌출부를 연마 기재 내의 투광성 부재 장착용 구멍에 맞도록 배치하거나, 도트형, 점형 또는 연장형 돌출부를 연마 기재에 형성된 함몰부에 맞도록 배치한다.
연마 기재 고정용 돌출부의 표면은 투광성 부재의 표층을 형성하는 표면이기 때문에, 용기부의 표면은 투광성 부재의 투광성을 향상시키기 위해 우수한 평탄성을 갖는 것이 바람직하다. 거울 마감질면이 특히 바람직하다.
투광성 부재의 위치를 결정하기 위한 함몰부로서, 도 19 및 도 20에 나타낸 바와 같이, 원형 또는 사변형 함몰부가 투광성 부재에 적합하도록 형성되거나, 투광성 부재에 형성된 도트형, 점형 또는 연장형 돌출부에 적합하도록 함몰부를 배치한다.
또한, 연마 기재의 위치를 결정하기 위한 함몰부로서, 연마 기재의 기저부상에 형성된 도트형, 점형 및 연장형 돌출부에 적합하도록 함몰부를 배치한다.
연마 패드의 제조 방법
금형 내에 투광성 부재 또는 연마 기재를 유지시킬 수 있고 투광성 부재 또는 연마 기재를 형성하는 재료를 공동 내로 주입할 수 있는 경우 본 발명의 연마 패드의 제조 방법은 특별히 한정되지 않는다. 본 발명의 연마 패드의 제조를 촉진하기 위해서, 상기 삽입 성형용 금형을 사용하는 것이 바람직하다.
제조 방법은 주로 하기의 방법 (1) 및 (2)이다.
(1) 투광성 부재를 형성하는 매트릭스 및 수용성 물질 등을 미리 혼련시켜 분산물을 얻는다. 얻어진 분산물을 성형용 공동을 갖는 금형 내에서 성형하여 투광성 부재를 제조한다.
그 후, 이 투광성 부재를 공동을 갖는 금형 내에 셋팅하고, 혼련 등에 의해 얻어진 연마 기재를 형성하는 분산물을 주입 및 성형하여 연마 패드를 얻는다.
상기 방법 (1)을 도 13 내지 도 15를 참조하여 상세하게 설명하기로 한다. 도 13에 나타낸 바와 같이, 위치를 결정하기 위한 돌출부 (721)를 갖는 삽입 성형용 금형의 돌출부 사이에 성형된 투광성 부재를 유지시킨다. 그 후, 금형 (71)을 고착시키고, 혼련 등에 의해 얻어진 연마 기재를 형성하는 분산물을 도 14에서 이해될 수 있는 바와 같이 주입구 (도시하지 않음)로부터 주입시킨다. 이 분산물을 냉각에 의해 고화시켜 연마 패드를 성형한다. 상기 금형을 고착시키기 전에, 연마 기재를 형성하는 분산물을 직접 주입한 후 상기 금형 (71)을 성형 전에 고착시킬 수 있다.
따라서, 도 15의 단면 형태를 갖는 연마 패드가 얻어진다.
(2) 투광성 부재 장착용 구멍을 갖는 연마 기재를 먼저 성형한 후 공동을 갖는 금형 내에 셋팅하고, 혼련 등에 의해 얻어진 투광성 부재를 형성하는 분산물을 연마 기재의 구멍 내로 주입하고 금형 내에서 성형하여 투광성 부재를 제조함으로써 연마 패드를 얻는다. 상기 구멍은 기저부가 있는 구멍 또는 기저부가 없는 관통 구멍일 수 있다. 관통 구멍을 갖는 연마 기재를 통상 사용한다.
상기 방법 (2)를 도 17을 참조하여 설명하기로 한다. 도 17에 나타낸 바와 같이, 위치를 결정하기 위한 돌출부를 갖는 삽입 성형용 금형의 돌출부 (721)상에 소정의 형태로 성형된 연마 기재를 유지시킨다. 그 후, 금형 (71)을 고착시키고, 혼련 등에 의해 얻어진 연마 기재를 형성하는 분산물을 성형될 주입구 (도시하지 않음)로부터 주입시킨다. 상기 금형을 고착시키기 전에, 연마 기재를 형성하는 분산물을 직접 주입한 후 상기 금형 (71)을 고착시켜 성형할 수 있다.
따라서, 도 2에 나타낸 연마 패드가 얻어진다.
상기 방법 (1) 및 (2)에서, 삽입 성형용 금형 내의 온도는 바람직하게는 30 ℃ 내지 300 ℃, 보다 바람직하게는 40 ℃ 내지 250 ℃, 더욱 바람직하게는 50 ℃ 내지 200 ℃이다.
투광성 부재의 높이 및 연마 기재의 두께가 동일할 필요는 없다. 또한, 연마지 등으로 바람직한 두께로 가공할 수 있다.
이러한 삽입 성형 방법에 의해, 도 1 내지 도 8에 나타낸 복합 단면을 갖는 연마 패드를 용이하게 제조할 수 있다. 연마 기재 및 투광성 부재를 견고하고 용이하게 결합시킬 수 있다.
사용된 슬러리의 배출을 촉진하기 위해서 필요한 경우 본 발명의 연마 패드의 연마 표면상에 소정의 형태로 홈 또는 도트 패턴을 형성할 수 있다. 홈 또는 도트 패턴이 요구되는 경우, 상기 투광성 부재의 두께를 감소시킴으로써 연마 패드의 정면부상에 함몰부를 형성하여 이를 얻을 수 있다.
연마 적층 패드
본 발명의 연마 적층 패드는 본 발명의 연마 패드 및 연마 패드의 배면상에 형성된 지지층을 포함하고, 적층 방향으로 투광성을 갖는다.
상기 "지지층"은 도 23에 나타낸 바와 같이 연마 패드의 연마 표면에 대향하는 배면상에 형성된 층 (81)이다. 지지층의 투광성의 유무는 중요하지 않다. 예를 들면, 투광성 부재와 동일하거나 보다 높은 투광성을 갖는 재료로 이루어지는 지지층을 사용하여 연마 적층 패드를 위한 투광성을 확보할 수 있다. 이런 경우, 절결 (관통 구멍)이 형성될 수도 있고 그렇지 않을 수도 있다. 또한, 투광성을 갖지 않는 지지층을 사용하는 경우, 투광용 지지층의 일부를 절결함으로써 연마 적층 패드의 투광성을 확보할 수 있다.
지지층의 형태는 특별히 한정되지 않으며 그의 평면 형태는 정방형, 예를 들면 사변형 또는 원형일 수 있다. 통상 얇은 시트로 형성될 수 있다. 이 지지층은 연마 패드와 동일하게 평면 형태일 수 있다. 투광성을 확보하기 위해 절결부를 갖는 경우, 그 부분은 제외한다.
지지층을 형성하는 재료는 특별히 한정되지 않으며 여러 가지 재료를 사용할 수 있다. 소정의 형태 및 소정의 특성을 갖도록 성형하는 것이 용이하고 적절한 탄력성을 부여할 수 있기 때문에, 유기 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 유기 재료로서 상술한 투광성 부재의 매트릭스 재료로서 사용되는 것과 동일한 재료를 사용할 수 있다. 지지층을 형성하는 재료는 투광성 재료 및(또는) 연마 기재의 매트릭스 재료(들)와 동일하거나 상이할 수 있다.
지지층의 개수는 특별히 한정되지 않으며 단일층 이상일 수 있다. 2층 이상의 지지층을 형성하는 경우, 각 층은 동일하거나 상이할 수 있다. 지지층의 경도는 특별히 한정되지 않지만 연마 패드의 경도보다 낮은 것이 바람직하다. 따라서, 연마 적층 패드는 전체로서 피연마 표면의 요철에 대해 충분히 높은 유연성 및 적절한 추수성 (追隨性)을 갖는다.
도 24에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 연마 적층 패드상에 연마 패드와 동일한 고정층 (131) 및 고정층 (132)을 형성할 수 있다. 고정층은 통상 연마 적층 패드의 지지층의 배면, 즉 연마 표면에 대향하는 표면상에 형성시킬 수 있다. 고정층은 상기 연마 패드에서 사용한 것과 동일할 수 있다.
또한, 연마 적층 패드는 특정 형태로 한정되지 않으며 상기와 동일한 형태 및 크기로 할 수 있다.
반도체 웨이퍼의 연마 방법
본 발명의 반도체 웨이퍼의 연마 방법은 반도체 웨이퍼의 연마 종점을 검출하기 위한 광학식 종점 검출 장치를 사용해서 본 발명의 연마 패드 또는 연마 적층 패드로 반도체 웨이퍼를 연마하는 것이다.
상기 "광학식 종점 검출 장치"는 연마 패드의 배면으로부터 투광성 부재를 통해서 연마 표면에 빛을 투과시켜, 피연마체 표면에서 반사된 빛으로부터 피연마 표면의 연마 종점을 검출할 수 있다. 그 밖의 측정원리는 특별히 한정되지 않는다.
본 발명의 반도체 웨이퍼의 연마 방법에서, 연마 효율을 저하시키지 않고 종점 검출을 행할 수 있다. 예를 들면, 연마 패드 또는 연마 적층 패드가 원반형인 경우, 원반의 중심에 동심원 및 루프 내에 투광성 부재를 배치하여 연마 종점을 항상 관찰하면서 연마를 행할 수 있다. 따라서, 최적의 연마 종점에서 연마를 확실히 종결할 수 있다.
본 발명의 반도체 웨이퍼의 연마 방법에서, 도 25에 나타낸 연마기를 사용할 수 있다. 즉, 회전 가능한 정반 (2), 수직 및 수평 이동이 가능한 가압 헤드 (3), 슬러리를 단위 시간당 소정량씩 정반 (2)상에 적가할 수 있는 슬러리 공급부 (5) 및 정반 (2)의 하부에 설치된 광학식 종점 검출부 (6)를 구비하는 기계이다.
이 연마기에서, 본 발명의 연마 패드 (연마 적층 패드를 포함함) (1)를 정반 (2)상에 고정시키고, 가압 헤드 (3)의 하단면에 반도체 웨이퍼 (4)를 고정하고, 연마 패드상에 소정의 압력을 가한다. 슬러리 공급부 (5)로부터 슬러리를 소정량씩 정반 (2)상에 적가하고, 정반 (2) 및 가압 헤드 (3)를 회전시켜 연마시 반도체 웨이퍼를 연마 패드와 미끄럼 접촉시킨다.
연마시 광학식 종점 검출부 (6)로부터 소정의 파장 또는 파장 영역을 갖는 종점 검출용 광 (R1)을 정반 (2)의 뒤에서 투광성 부재 (11)를 통해 반도체 웨이퍼 (4)의 피연마면을 향해 조사한다. 즉, 정반 (2) 자체가 투광성을 갖거나 종점 검출용 광이 정반 (2)의 절결부를 통해 투과될 수 있다. 이 종점 검출용 광 (R1)이 반도체 웨이퍼 (4)의 피연마 표면에서 반사된 반사광 (R2)을 광학식 종점 검출부 (6)에서 포착하여, 이 반사광으로부터 피연마 표면의 상태를 관찰하면서 연마를 행할 수 있다.
본 발명의 연마 방법에 의해 바람직한 피연마재료는, 예를 들면 도 26에 나타낸 구조를 갖는 적층 기재이다. 이러한 적층 기재는 규소 등으로 이루어지는 기재, 산화규소 등으로 이루어지는 제1 절연 필름, 홈을 갖는 제2 절연 필름 (절연 재료는 TEOS 산화 필름 (원료로서 테트라에톡시 실란을 사용하는 화학 증착법에 의해 제조되는 산화규소-기재 절연 필름), 유전 상수가 낮은 절연 필름 (실세퀴옥산, 불소첨가 SiO2, 폴리이미드-기재 수지, 벤조시클로부텐 등) 등), 차단 금속 필름 및 배선 재료로서의 금속 필름 (순수한 구리 필름, 순수한 텅스텐 필름, 순수한 알루미늄 필름, 합금 필름 등)을 포함한다.
피연마체는, 예를 들면 매립 재료를 포함하는 피연마체 또는 매립 재료를 포함하지 않는 피연마체이다.
매립 재료를 포함하는 피연마체는, 예를 들면 적어도 그 정면상에 홈을 갖는 반도체 장치가 될 기재 (통상, 적어도 웨이퍼 및 그 웨이퍼의 정면상에 형성된 절연 필름을 포함함. 절연 필름상에 형성된 연마용 정지제로서 정지층을 추가로 포함할 수 있음)의 홈에 적어도 원하는 재료를 매립시킬 수 있도록 CVD 등에 의해 원하는 재료를 적층시킨 적층체이다. 이 피연마체의 연마에서, 과도하게 적층된 매립 재료를 본 발명의 연마 패드로 연마하여 제거하고, 그 표면을 평탄하게 연마할 수 있다. 피연마체가 매립 재료 아래에 정지층을 갖는 경우, 정지층을 후기 단계에서 동시에 연마할 수 있다.
매립 재료는, 예를 들면 (1) STI (Shallow Trench Isolation) 단계에 사용되는 절연 재료, (2) 상감 단계에서 사용되는 Al 및 Cu로부터 선택되는 1종 이상의 금속 배선 재료, (3) 비아 플러그 형성 단계에서 사용되는 W, Al 및 Cu로부터 선택되는 1종 이상의 비아 플러그 재료, 또는 (4) 층간 절연 필름 형성 단계에서 사용되는 절연 재료이다.
상기 정지층을 형성하는 정지제 재료는 Si3N4, TaN 또는 TiN 등의 질화물-기재 재료, 또는 탄탈, 티타늄 또는 텅스텐 등의 금속-기재 재료이다.
상기 절연 필름은 산화규소 (SiO2) 필름, SiO2, 및 붕소 및 인을 소량 포함하는 붕소 인 규산염 필름 (BPSG film), SiO2를 불소로 도핑시켜 형성된 "FSG (불소가 도핑된 규산염 유리; Fluorine doped Silicate)"로 지칭되는 절연 필름, 또는 작은 유전 상수를 갖는 산화규소-기재 절연 필름이다.
산화규소 필름의 예에는 열산화 필름, PETEOS 필름 (플라즈마 강화-TEOS 필름; Plasma Enhanced-TEOS film), HDP 필름 (고밀도 플라즈마 강화-TEOS 필름; High Density Plasma Enhanced-TEOS film) 및 열CVD로 얻어지는 산화규소 필름이 포함된다.
상기 열산화 필름은 고온의 규소를 산화 분위기에 노출시키고 규소를 산소와 또는 규소를 물과 화학반응시켜 형성될 수 있다.
상기 PETEOS 필름은 촉진 수단으로서 플라즈마를 사용하는 CVD에 의해 테트라에틸오르토실리케이트 (TEOS)로부터 형성될 수 있다.
상기 HDP 필름은 촉진 수단으로서 고밀도 플라즈마를 사용하는 CVD에 의해 테트라에틸오르토실리케이트 (TEOS)로부터 형성될 수 있다.
열CVD로 얻어지는 상기 산화규소 필름은 정상압 CVD (AP-CVD) 또는 저압 CVD (LP-CVD)에 의해 얻을 수 있다.
상기 붕소 인 규산염 필름 (BPSG film)은 정상압 CVD (AP-CVD) 또는 저압 CVD (LP-CVD)에 의해 얻을 수 있다.
"FSG"로 지칭되는 상기 절연 필름은 촉진제로서 고밀도 플라즈마를 사용하는 CVD에 의해 형성될 수 있다.
또한, 작은 유전 상수를 갖는 상기 산화규소-기재 절연 필름은 원료를 회전 코팅 등으로 기재에 도포하고 산화 분위기에서 가열하여 얻을 수 있다. 산화규소-기재 절연 필름은 트리에톡시실란으로 이루어지는 HSQ 필름 (수소 실세퀴옥산 필름; Hydrogen Silsequioxane film) 및 테트라에톡시실란 및 메틸 트리메톡시실란을 함유하는 MSQ 필름 (메틸 실세퀴옥산 필름; Methyl Silsequioxane film)을 원료의 하나로서 포함한다.
또한, 폴리아릴렌-기재 중합체, 폴리아릴렌 에테르-기재 중합체, 폴리이미드-기재 중합체 또는 벤조시클로부텐 중합체 등의 유기 중합체로부터 만들어지는 유전 상수가 작은 절연 필름도 포함된다.
플러쉬형 적층체는 도 26에 표시된다. 즉, 적층 기재 (9)는 규소 등으로 이루어진 기재 (91), 규소 기재 (91)상에 형성된 산화규소 등으로 이루어진 절연 필름 (92), 절연 필름 (92)상에 형성된 질화규소 등으로 이루어진 절연 필름 (93),홈을 형성하기 위해 절연 필름 (93)상에 형성된 PTEOS (테트라에톡시실란으로부터 CVD로 합성한 재료) 등으로 이루어진 절연 필름 (94), 절연 필름 (94) 및 홈을 덮기 위해 형성된 탄탈 등으로 이루어지는 차단 금속 필름 (95), 및 상기 홈을 막기 위해 상기 차단 금속 필름 (95)상에 형성된 금속 구리 등의 배선 재료로 이루어지는 필름 (96) (홈은 요철면상에 형성됨)을 포함한다.
매립 재료를 포함하지 않는 피연마체는 폴리규소 및 나규소 등으로 이루어진 기재이다.
실시예
하기의 실시예는 본 발명을 추가로 예시하기 위해 제공되는 것이다.
실시예 1
(1) 투광성 부재의 제조
1,2-폴리부타디엔 (제이에스알 가부시끼가이샤 (JSR Corporation) 제조의 JSR RB830) 97 부피％ 및 수용성 물질로서 β-시클로덱스트린 (요코하마 바이오 연구소 (Bio Research Corporation of Yokohama) 제조의 덱시 펄 (Dexy Pearl) β-100) 3 부피％를 120 ℃에서 가열된 혼련기로 혼련시켰다. 그 후, 1,2-폴리부타디엔 및 β-시클로덱스트린의 총량 100 중량부에 기준하여 디쿠밀 퍼옥시드 (NOF 가부시끼가이샤 (NOF Corporation) 제조의 퍼쿠밀 (Percumyl) D) 0.8 중량부를 혼련 생성물에 첨가하고 추가로 혼련시킨 후, 프레스 금형 내에서 170 ℃에서 20분 동안 가교 반응을 수행하여 혼련 생성물을 성형하고, 성형 생성물을 절단하여 58 ㎜ ×21 ㎜ ×2.5 mm의 투광성 부재를 얻었다.
(2) 연마 기재 재료의 혼련
후에 가교되어 매트릭스 재료가 되는 1,2-폴리부타디엔 (제이에스알 가부시끼가이샤 제조의 JSR RB830) 80 부피％ 및 수용성 물질로서 β-시클로덱스트린 (요코하마 바이오 연구소 제조의 덱시 펄 β-100) 20 부피％를 120 ℃에서 가열된 혼련기로 혼련시켰다. 그 후, 1,2-폴리부타디엔 및 β-시클로덱스트린의 총량 100 중량부에 기초하여 디쿠밀 퍼옥시드 (NOF 가부시끼가이샤 제조의 퍼쿠밀 D) 0.8 중량부를 혼련 생성물에 첨가하고 추가로 혼련시켰다.
(3) 연마 패드의 제조
상기 (1)에서 얻어진 투광성 부재를 도 13에 나타낸 삽입 성형용 금형의 돌출부 (721) 사이에 셋팅하고, 상기 금형의 공동 내의 잔존 공간을 상기 (2)에서 혼련시킨 연마 기재 재료로 충전한 후, 금형 (71)을 고착시키고, 170 ℃에서 20분 동안 가교 반응을 수행하여 직경 60 ㎝, 두께 2.5 ㎜의 원반형 연마 패드를 성형하였다.
(4) 연마 패드의 평가
상기와 같이 제조한 연마 패드는 쇼어 D 경도 70 및 인장 잔류 신장률 2 ％였다.
이 연마 패드를 연마기의 정반상에 설치하여 열산화 필름수를 정반 회전수 50 rpm 및 슬러리 유속 100 cc/분으로 연마하였다. 연마 속도를 측정하였을 때, 이는 980 Å/분이었다.
UV 흡광도계 (히타치사 (Hitachi, Ltd.) 제조의 U-2010)로 파장 650 ㎚에서의 상기 실시예 1에서 얻어진 투광성 부재의 투과율을 측정했다. 그 결과, 5회의 평균 적산 투과율은 30 ％였다.
비교예 1
후에 가교되어 매트릭스 재료가 되는 1,2-폴리부타디엔 (제이에스알 가부시끼가이샤 제조의 JSR RB830) 80 부피％ 및 수용성 물질로서 β-시클로덱스트린 (요코하마 바이오 연구소 제조의 덱시 펄 β-100) 20 부피％를 120 ℃에서 가열된 혼련기로 혼련시켰다. 그 후, 1,2-폴리부타디엔 및 β-시클로덱스트린의 총량 100 중량부에 기초하여 디쿠밀 퍼옥시드 (NOF 가부시끼가이샤 제조의 퍼쿠밀 D) 0.8 중량부를 혼련 생성물에 첨가하고 추가로 혼련시킨 후, 프레스 금형 내에서 170 ℃에서 20분 동안 가교 반응을 수행하여 직경 60 ㎝, 두께 2.5 ㎜의 원반형 연마 패드를 성형하였다.
이 연마 패드의 연마 속도는 1,010 Å/분이었다.
비교예 2
시판의 투광성을 갖지 않는 발포 폴리우레탄 연마 패드 (로델사 (Rodel Co., Ltd.) 제조의 IC1010; 롬 앤드 하스 일렉트로닉 머트리얼즈사 (Rhom and Haas Electronic Materials))를 비교예 2로서 나타내었다. 이 연마 패드의 연마 속도는 950 Å/분이었다.
비교예 1 및 비교예 2의 연마속도 및 실시예 1의 연마속도를 비교해 보았을 때, 본 발명의 연마 패드가 투광성 부재를 갖지 않는 연마 패드와 연마속도 면에서 결코 뒤떨어지지 않는다는 것을 알 수 있었다.
투광성 부재 및 연마 기재가 본 발명의 연마 패드 중에서 융착되기 때문에, 연마 패드를 사용하고 도 25에 나타낸 광학식 종점 검출부 (6)를 오염시키지 않으면서 연마 패드의 배면부로 슬러리가 누출되지 않았다.
실시예 2
(1) 투광성 부재의 제조
1,2-폴리부타디엔 (제이에스알 가부시끼가이샤 제조의 JSR RB830) 95 부피％ 및 수용성 물질로서 β-시클로덱스트린 (요코하마 바이오 연구소 제조의 덱시 펄 β-100) 5 부피％를 160 ℃에서 가열된 혼련기로 혼련시켰다. 그 후, 1,2-폴리부타디엔 및 β-시클로덱스트린의 총량 100 중량부에 기준하여 디쿠밀 퍼옥시드 (NOF 가부시끼가이샤 제조의 퍼쿠밀 D) 1.0 중량부를 혼련 생성물에 첨가하고 추가로 혼련시킨 후, 프레스 금형 내에서 170 ℃에서 20분 동안 가교 반응을 수행하여 혼련 생성물을 성형하고, 성형 생성물을 절단하여 58 ㎜ ×21 ㎜ ×2.5 mm의 투광성 부재를 얻었다.
(2) 연마 기재 재료의 혼련
1,2-폴리부타디엔 (제이에스알 가부시끼가이샤 제조의 JSR RB830) 80 중량％를 스티렌-부타디엔 엘라스토머 (제이에스알 가부시끼가이샤 제조의 JSR TR2827) 20 중량％와 건조 혼합하여 혼합물을 제조했다. 후에 가교되어 매트릭스 재료가 되는 혼합물 70 부피％를 수용성 물질로서 β-시클로덱스트린 (요코하마 바이오 연구소 제조의 덱시 펄 β-100) 30 부피％와 2축 압출기로 혼련시켰다. 그 후, 1,2-폴리부타디엔, 스티렌-부타디엔 엘라스토머 및 β-시클로덱스트린의 총량 100 중량부에 기준하여 디쿠밀 퍼옥시드 (NOF 가부시끼가이샤 제조의 퍼쿠밀 D) 0.8 중량부를 혼련 생성물에 첨가하고 추가로 혼련시켰다.
(3) 연마 패드의 제조
상기 (1)에서 얻어진 투광성 부재를 도 13에 나타낸 삽입 성형용 금형의 돌출부 (721) 사이에 셋팅하고, 금형의 공동 내의 잔존 공간을 상기 (2)에서 혼련시킨 연마 기재 재료로 충전하였다. 금형 (71)을 고착시키고, 170 ℃에서 20분 동안 가교 반응을 수행하여 직경 60 ㎝, 두께 2.5 ㎜의 원반형 연마 패드를 성형하였다.
(4) 연마 패드의 평가
상기와 같이 제조한 연마 패드는 쇼어 D 경도 65 및 인장 잔류 신장률 2 ％였다.
실시예 3
β-시클로덱스트린을 대신하여 황산칼륨 (오츠카 가가꾸 가부시끼가이샤 (Otsuka Chemical Co., Ltd.) 제조)을 사용하는 것 이외에는, 실시예 1과 동일한 방법으로 직경 60 ㎝, 두께 2.5 ㎜의 원반형 연마 패드를 얻었다.
이 연마 패드는 쇼어 D 경도 68 및 인장 잔류 신장률 2 ％였다.
실시예 4
(1) 연마 패드 기재의 제조
후에 가교되어 매트릭스 재료가 되는 1,2-폴리부타디엔 (제이에스알 가부시끼가이샤 제조의 JSR RB830) 80 부피％ 및 수용성 물질로서 β-시클로덱스트린 (요코하마 바이오 연구소 제조의 덱시 펄 β-100) 20 부피％를 120 ℃에서 가열된 혼련기로 혼련시켰다. 그 후, 1,2-폴리부타디엔 및 β-시클로덱스트린의 총량 100 중량부에 기준하여 디쿠밀 퍼옥시드 (NOF 가부시끼가이샤 제조의 퍼쿠밀 D) 0.8 중량부를 혼련 생성물에 첨가하고 추가로 혼련시킨 후, 프레스 금형 내에서 170 ℃에서 10분 동안 가교 반응을 수행하여 직경 820 ㎜의 연마 기재를 얻었다. 도 27에 나타낸 바와 같이 성형 생성물의 중심에서 195 ㎜ 떨어진 위치에 59.4 ㎜ ×21.0 ㎜의 구멍을 형성하였다. 도 27에서 "a"는 연마 패드 기재의 중심점이고, "b"는 연마 패드 기재의 중심점에 대해 형성된 관통 구멍의 중심점이다.
(2) 투광성 부재 재료의 혼련
1,2-폴리부타디엔 (제이에스알 가부시끼가이샤 제조의 JSR RB830) 97 부피％ 및 수용성 물질로서 β-시클로덱스트린 (요코하마 바이오 연구소 제조의 덱시 펄 β-100) 3 부피％를 120 ℃에서 가열된 혼련기로 혼련시켰다. 그 후, 1,2-폴리부타디엔 및 β-시클로덱스트린의 총량 100 중량부에 기준하여 디쿠밀 퍼옥시드 (NOF 가부시끼가이샤 제조의 퍼쿠밀 D) 0.8 중량부를 혼련 생성물에 첨가하고 추가로 혼련시켰다.
(3) 연마 패드의 제조
상기 (1)에서 얻어진 연마 패드 기재를 도 17에 나타낸 삽입 성형용 금형의 돌출부 (721)상에 셋팅하여, 연마 기재의 구멍이 투광성 부재에 상응하는 위치로 정해지는 것을 확보하였다.
또한, 상기 (2)에서 혼련시킨 투광성 부재 재료를 금형의 공동 내의 돌출부 위의 공간으로 주입하고, 금형 (71)을 고착시킨 후, 170 ℃에서 20분 동안 가교 반응을 수행하여, 투광성 부재의 배면이 연마 기재의 배면으로부터 침하되는 직경 820 ㎜의 연마 패드를 성형하였다.
(4) 연마 패드의 평가
이 연마 패드는 쇼어 D 경도 70 및 인장 잔류 신장률 2 ％였다.
실시예 5
(1) 연마 패드 기재의 제조
1,2-폴리부타디엔 (제이에스알 가부시끼가이샤 제조의 JSR RB830) 80 중량％를 스티렌-부타디엔 엘라스토머 (제이에스알 가부시끼가이샤 제조의 JSR TR2827) 20 중량％와 건조 혼합하여 혼합물을 제조했다. 후에 가교되어 매트릭스 재료가 되는 혼합물 70 부피％를 수용성 물질로서 β-시클로덱스트린 (요코하마 바이오 연구소 제조의 덱시 펄 β-100) 30 부피％와 2축 압출기로 혼련시켰다. 그 후, 1,2-폴리부타디엔, 스티렌-부타디엔 엘라스토머 및 β-시클로덱스트린의 총량 100 중량부에 기준하여 디쿠밀 퍼옥시드 (NOF 가부시끼가이샤 제조의 퍼쿠밀 D) 0.8 중량부를 혼련 생성물에 첨가하고 추가로 혼련시킨 후, 상기 투광성 부재를 갖는 삽입 성형용 금형 내에서 170 ℃에서 20분 동안 가교 반응을 수행하여 직경 820 ㎜의 연마 기재를 얻었다. 도 27에 나타낸 바와 같이 성형 생성물의 중심에서 195 ㎜ 떨어진 위치에 59.4 ㎜ ×21.0 ㎜의 구멍을 형성하였다.
(2) 투광성 부재 재료의 혼련
1,2-폴리부타디엔 (제이에스알 가부시끼가이샤 제조의 JSR RB830) 97 부피％ 및 수용성 물질로서 β-시클로덱스트린 (요코하마 바이오 연구소 제조의 덱시 펄β-100) 3 부피％를 120 ℃에서 가열된 혼련기로 혼련시켰다. 그 후, 1,2-폴리부타디엔 및 β-시클로덱스트린의 총량 100 중량부에 기준하여 디쿠밀 퍼옥시드 (NOF 가부시끼가이샤 제조의 퍼쿠밀 D) 0.8 중량부를 혼련 생성물에 첨가하고 추가로 혼련시켰다.
(3) 연마 패드의 제조
상기 (1)에서 얻어진 연마 패드 기재를 도 17에 나타낸 삽입 성형용 금형의 돌출부 (721)상에 셋팅하고, 상기 (1)에서 제조한 연마 기재의 구멍이 투광성 부재에 상응하는 위치로 정해지는 것을 확보하였다.
또한, 상기 (2)에서 혼련시킨 투광성 부재 재료를 금형의 공동 내의 돌출부 위의 공간으로 주입하고, 금형 (71)을 고착시킨 후, 170 ℃에서 20분 동안 가교 반응을 수행하여, 투광성 부재의 배면이 연마 기재의 배면으로부터 침하되는 직경 820 ㎜의 연마 패드를 성형하였다.
(4) 연마 패드의 평가
이 연마 패드는 쇼어 D 경도 70 및 인장 잔류 신장률 2 ％였다.
실시예 6
연마 패드를 실시예 5와 동일한 방법으로 제조한 후, 필수적으로 발포 폴리에틸렌으로 구성되는 양단 테이프 (세키스이 가가꾸 가부시끼가이샤 제조의 양단 테이프 #512)를 연마 패드의 비연마부상에 지지층으로서 형성시켰다. 또한, 60 ㎜ ×23 ㎜의 관통 구멍을 투광성 부재에 대응하는 위치에 지지층 중에 제조하여 투광성을 확보하였다.
실시예 7
(1) 연마 패드 기재의 제조
1,2-폴리부타디엔 (제이에스알 가부시끼가이샤 제조의 JSR RB830) 70 중량％를 시판의 폴리스티렌 (피에스 저팬 가부시끼가이샤 (PS Japan Co., Ltd.) 제조의 HF55) 30 중량％와 건조 혼합하여 혼합물을 제조했다. 후에 가교되어 매트릭스 재료가 되는 혼합물 95 부피％를 수용성 물질로서 β-시클로덱스트린 (요코하마 바이오 연구소 제조의 덱시 펄 β-100) 5 부피％와 2축 압출기로 혼련시켰다. 그 후, 1,2-폴리부타디엔, 폴리스티렌 및 β-시클로덱스트린의 총량 100 중량부에 기준하여 디쿠밀 퍼옥시드 (NOF 가부시끼가이샤 제조의 퍼쿠밀 D40) 0.4 중량부를 혼련 생성물에 첨가하고 추가로 혼련시킨 후, 상기 투광성 부재를 갖는 삽입 성형용 금형 내에서 170 ℃에서 10분 동안 가교 반응을 수행하여 직경 820 ㎜의 연마 기재를 얻었다. 도 27에 나타낸 바와 같이 성형 생성물의 중심에서 195 ㎜ 떨어진 위치에 59.4 ㎜ ×21.0 ㎜의 사각형 구멍을 형성하였다.
(2) 투광성 부재 재료의 혼련
후에 가교되어 매트릭스 재료가 되는 1,2-폴리부타디엔 (제이에스알 가부시끼가이샤 제조의 JSR RB830) 98 부피％ 및 수용성 물질로서 β-시클로덱스트린 (요코하마 바이오 연구소 제조의 덱시 펄 β-100) 2 부피％를 160 ℃에서 가열된 2축 압출기로 혼련시켰다. 그 후, 1,2-폴리부타디엔 및 β-시클로덱스트린의 총량 100 중량부에 기준하여 디쿠밀 퍼옥시드 (NOF 가부시끼가이샤 제조의 퍼쿠밀 D40) 0.3 중량부를 혼련 생성물에 첨가하고 추가로 혼련시켰다.
(3) 연마 패드의 제조
상기 (1)에서 제조한 연마 패드 기재를 도 17에 나타낸 삽입 성형용 금형의 돌출부 (721)상에 셋팅하고, 상기 (1)에서 제조한 연마 기재의 구멍이 투광성 부재에 상응하는 위치로 정해지는 것을 확보하였다.
또한, 상기 (2)에서 혼련시킨 투광성 부재 재료를 금형의 공동 내의 돌출부 위의 공간으로 주입하였다. 금형 (71)을 고착시킨 후, 170 ℃에서 18분 동안 가교 반응을 수행하여, 투광성 부재의 배면이 연마 패드 기재의 배면으로부터 침하되는 직경 820 ㎜의 연마 패드를 성형하였다.
본 실시예에서 사용된 금형의 돌출부 (721)의 상부 표면은 거울 마감질면이었다.
(4) 연마 패드의 평가
상기 연마 패드는 쇼어 D 경도 65 및 인장 잔류 신장률 2 ％였다.
상기와 같이, 본 발명의 연마 패드를 사용하는 경우, 연마 효율을 저하시키지 않고 광학식 종점 검출을 행할 수 있다. 연마 종점뿐만 아니라 연마 상태 모두를 광학적으로 관찰할 수 있다. 연마 패드 사용 중에 슬러리가 연마 패드의 배면부로 누출되지 않는다.
투광성 부재를 구성하는 비수용성 매트릭스 재료의 적어도 일부가 가교 중합체인 경우, 연마 및 드레싱시 기공이 막히는 것을 방지할 수 있다. 또한, 연마 패드 표면에 과도하게 보풀이 이는 것도 방지할 수 있다. 따라서, 연마시 슬러리의유지성이 높고, 슬러리의 유지성을 드레싱으로 용이하게 회복시킬 수 있으며, 스크래치의 발생을 방지할 수 있다.
투광성 부재를 형성하는 가교 중합체가 가교된 1,2-폴리부타디엔인 경우, 상기 가교 중합체를 함유시킴으로써, 상기 효과를 완전히 발휘할 수 있고 충분히 높은 투광성을 발휘할 수 있다. 가교된 1,2-폴리부타디엔은 다수 종의 슬러리에 함유되는 강산 또는 강알칼리에 대하여 안정하고, 수분 흡수에 의한 연화가 거의 없어서 내구성이 우수하다.
투광성 부재의 두께를 감소시킴으로써 투광성을 향상시킬 수 있다. 투광성 부재 및 연마 기재를 형성하는 재료가 그 종류가 상이하고, 또는 동일한 종류라도 조성 비율이 다른 경우, 투광성 부재를 형성하는 재료를 바꿀 수 있으므로 필요한 경우 투광성 부재의 투광성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 연마 패드의 제조 방법으로, 금형을 사용하여 투광성 부재 및 연마 기재를 일체형으로 제조하기 때문에 복잡한 형태의 연마 패드를 용이하게 제조할 수 있고, 투광성 부재 및 연마 기재가 융착되기 때문에, 슬러리가 배면부로 누출되지 않는다.
본 발명의 삽입 성형용 금형은 연마 기재 및 투광성 부재를 포함하는 연마 패드를 용이하게 제조하도록 한다.
본 발명의 연마 적층 패드를 사용하는 경우, 연마 효율을 저하시키지 않고 광학식 종점 검출을 행할 수 있다. 연마 종점뿐만 아니라 연마 상태 모두를 광학적으로 관찰할 수 있다. 연마 적층 패드는 충분히 높은 유연성을 가지며, 피연마표면의 요철에 대해 적절한 추수성을 갖는다.
또한, 연마 적층 패드가 고정층을 갖는 경우, 연마 적층 패드를 용이하고 빠르게 연마기에 고정시킬 수 있다. 연마 적층 패드는 투광성을 갖기 때문에, 투광성 부재의 투광성을 저해하지 않는다.
본 발명의 연마 방법에 의하면, 연마 효율을 저하시키지 않고 광학식 종점 검출을 행할 수 있다.
Claims (12)
- 연마 표면을 갖는 연마 기재, 및 연마 기재에 융착되고, 비수용성 매트릭스 재료 및 그 중에 분산된 수용성 물질을 포함하는 투광성 부재를 포함하는 연마 패드.
- 제1항에 있어서, 비수용성 매트릭스 재료의 적어도 일부가 가교 중합체인 연마 패드.
- 제2항에 있어서, 가교 중합체가 가교된 1,2-폴리부타디엔인 연마 패드.
- 제1항에 있어서, 투광성 부재가 연마 기재의 연마 표면에 대해 수직 방향으로 얇게 만들어진 연마 패드.
- 제1항에 있어서, 투광성 부재 및 연마 기재를 구성하는 재료의 종류 및(또는) 그 조성 비율이 서로 상이한 연마 패드.
- 제1항에 있어서, 연마 패드의 연마 표면에 대향하는 배면상에 형성되어 있고 연마기상에 연마 패드를 고정하기 위한 고정층을 갖는 연마 패드.
- 미리 형성된 연마 패드용 투광성 부재를 삽입 성형 (insert molding)용 금형의 공동 내의 소정 위치에 유지시키고, 공동 내의 잔존 공간으로 연마 기재의 재료를 주입하여 투광성 부재를 연마 기재에 융착시키는 것을 포함하는 제1항의 연마 패드의 제조 방법.
- 미리 형성된 투광성 부재 장착용 구멍을 갖는 연마 기재를 삽입 성형용 금형의 공동 내에 유지시키고, 투광성 부재의 재료를 투광성 부재 장착용 구멍에 주입하여 연마 기재를 투광성 부재에 융착시키는 것을 포함하는 제1항의 연마 패드의 제조 방법.
- 공동 내에 연마 패드용 연마 기재 또는 투광성 부재를 유지시키기 위한 돌출부(들) 및(또는) 함몰부(들)를 갖는 제1항의 연마 패드를 제조하기 위한 삽입 성형용 금형.
- 제1항의 연마 패드, 및 이 연마 패드의 연마 표면에 대향하는 배면상에 형성된 투광성을 갖는 지지층을 포함하는 연마 적층 패드.
- 제1항의 연마 패드, 이 연마 패드의 연마 표면에 대향하는 배면상에 형성된 지지층, 및 연마 패드에 대향하는 지지층의 면상에 형성되고 연마기상에 패드를 고정하기 위한 고정층을 포함하는 연마 적층 패드.
- 제1항의 연마 패드 또는 제10항 또는 제11항의 연마 적층 패드를 사용하고, 연마 패드 또는 연마 적층 패드의 투광성 부재를 통해서 광학식 종점 검출 장치로 반도체 웨이퍼의 연마 종점을 검출하는 것을 특징으로 하는, 연마 패드로 반도체 웨이퍼를 연마하는 방법.
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