KR20060047248A - 화학 기계 연마 패드 및 그 제조 방법 및 화학 기계 연마방법 - Google Patents

화학 기계 연마 패드 및 그 제조 방법 및 화학 기계 연마방법 Download PDF

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Abstract

연마면이, 산술 표면 거칠기(Ra)가 0.1 내지 15 ㎛이고, 10점 평균 높이(Rz)가 40 내지 150 ㎛이고, 중핵 거칠기 깊이(Rk)가 12 내지 50 ㎛이고, 또한 감쇠산 높이(Rpk)가 7 내지 40 ㎛인 표면으로 이루어지는 화학 기계 연마 패드, 그 제조법 및 화학 기계 연마 방법이 제공된다. 이 패드에 따르면, 대구경 웨이퍼를 피연마체로서 화학 기계 연마를 한 경우라도 면내 균일성 및 평탄성이 우수한 피연마면을 형성할 수 있다.
표면 거칠기, 화학 기계 연마 패드, 피연마체, 피연마면, 웨이퍼

Description

화학 기계 연마 패드 및 그 제조 방법 및 화학 기계 연마 방법{CHEMICAL MECHANICAL POLISHING PAD, MANUFACTURING PROCESS THEREOF AND CHEMICAL MECHANICAL POLISHING METHOD}
도1은 10점 평균 높이(Rz)의 정의를 나타낸 설명도.
도2는 부하 곡선의 정의를 나타낸 설명도.
도3은 중핵 거칠기 깊이(Rk)의 정의를 나타낸 설명도.
도4는 감쇠산 높이(Rpk)의 정의를 나타낸 설명도.
[문헌 1] JP 11-70463 A
[문헌 2] JP 8-216029 A
[문헌 3] JP 2000-34416 A
[문헌 4] JP 2000-33552 A
[문헌 5] JP 2001-334455 A
본 발명은, 화학 기계 연마 패드 및 그 제조 방법 및 화학 기계 연마 방법에 관한 것이다.
더욱 상세하게는, 피연마면을 화학 기계 연마하였을 때에 면내 균일성 및 평탄성이 우수한 피연마면을 부여할 수 있는 화학 기계 연마 패드 및 그 제조 방법 및 상기 화학 기계 연마 패드를 이용하여 행하는 화학 기계 연마 방법에 관한 것이다.
반도체 제조 공정에 있어서, 고도의 평탄성을 갖는 웨이퍼 표면을 얻을 수 있는 기술로서, 화학 기계 연마(Chemical Mechanical Polising, 통상「CMP」라 약칭됨)가 채용되어 있다. 화학 기계 연마는, 피연마면을 화학 기계 연마 패드의 표면에 압박한 상태에서 서로 미끄럼 이동하면서 화학 기계 연마 패드 표면에, 지립(砥粒)이 분산된 수계(水系) 분산체인 화학 기계 연마용 슬러리를 유하(流下)시키면서 화학 기계적으로 연마를 행하는 기술이다. 이 화학 기계 연마에 있어서는, 화학 기계 연마 패드의 성상 및 특성이 연마 결과를 크게 좌우하는 것이 알려져 있다.
화학 기계 연마 패드로서는, 다수의 미세한 공공(空孔)을 내포하는 폴리우레탄폼 등의 발포 수지로 이루어지는 패드 및 비발포 매트릭스 중에 다수의 미세한 수용성 입자를 분산시킨 패드 등이 알려져 있다(전자에 대해서는 JP 11-70463 A 및 JP 8-216029 A 참조. 후자에 대해서는 JP 2000-34416 A, JP 2000-33552 A 및 JP 2001-334455호 A 참조).
그런데, 최근 반도체 제조 공정에 있어서 생산성의 향상이 요구되고 있고, 화학 기계 연마를 필요로 하는 웨이퍼의 구경이 커지는 경향이 있다.
이러한 대구경 웨이퍼에 대해, 종래 알려져 있는 방법으로 화학 기계 연마를 행하면, 화학 기계 연마 후의 피연마면의 면내 균일성 및 평탄성이 불충분한 경우가 있어 문제가 되고 있다.
본 발명은 상기 문제에 비추어 이루어진 것으로, 그 목적은 대구경 웨이퍼를 피연마체로서 화학 기계 연마를 행한 경우라도, 면내 균일성 및 평탄성이 우수한 피연마면을 부여할 수 있는 화학 기계 연마 패드 및 그 제조 방법 및 화학 기계 연마 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적 및 이점은 이하의 설명으로부터 명백해질 것이다.
본 발명에 따르면, 본 발명의 상기 목적 및 이점은 첫째로,
연마면과 비연마면을 갖고, 그리고 연마면이, 산술 표면 거칠기(Ra)가 0.1 내지 15 ㎛이고, 10점 평균 높이(Rz)가 40 내지 150 ㎛이고, 중핵 거칠기 깊이(Rk)가 12 내지 50 ㎛이고, 또한 감쇠산 높이(Rpk)가 7 내지 40 ㎛인 표면으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 화학 기계 연마 패드에 의해 달성된다.
본 발명의 상기 목적 및 이점은, 둘째로,
연마층을 성형하고, 계속해서 적어도 그 연마면이 되어야 할 면을 샌더 처리하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 상기 화학 기계 연마 패드의 제조 방법 에 의해 달성된다.
또한, 본 발명의 상기 목적 및 이점은 셋째로,
상기 화학 기계 연마 패드를 이용하여 피연마체를 화학 기계 연마하는 것을 특징으로 하는 화학 기계 연마 방법에 의해 달성된다.
본 발명의 화학 기계 연마 패드는, 연마면에 있어서의 표면의 산술 표면 거칠기(Ra)가 0.1 내지 15 ㎛이고, 10점 평균 높이(Rz)가 40 내지 150 ㎛이고, 중핵 거칠기 깊이(Rk)가 12 내지 50 ㎛이고, 또한 감쇠산 높이(Rpk)가 7 내지 40 ㎛이다.
이들의 값은, 패드면 상에 설정한 복수의 측정선의 각각에 대해 측정한 거칠기 곡선으로부터 계산되는 하기의 수치의 평균치로서 정의되는 것이며, 예를 들어 미타니 쇼우샤 가부시끼가이샤 발행,「LM 메뉴얼(아날로그판), Version 3.62」에 기재되어 있는 방법에 의해 계산할 수 있다.
산술 표면 거칠기(Ra)는 측정 길이(L)의 거칠기 곡선에 대해, x축을 거칠기 곡선의 평균선에 평행한 방향으로 취하고, y축을 거칠기 곡선의 세로 배율의 방향으로 취하여 측정된 거칠기 곡선을 방정식 y = f(x)로 나타내었을 때에, 하기 [수학식 1]에 의해 표시되는 값이다.
Figure 112005020447220-PAT00001
10점 평균 높이(Rz)는, 측정 길이(L)의 거칠기 곡선에 대해 x축을 거칠기 곡선의 평균선에 평행한 방향으로 취하고, y축을 거칠기 곡선의 세로 배율의 방향으로 취하였을 때, 평균선으로부터 세로 배율의 방향으로 측정한 가장 높은 산 정상으로부터 5번째까지의 산 정상의 평균선으로부터의 거리를 각각 P1 내지 P5로 하고, 가장 낮은 골짜기의 밑바닥으로부터 5번째까지의 골짜기의 밑바닥의 평균선으로부터의 거리를 각각 V1 내지 V5로 하였을 때에, 하기 [수학식 2]에 의해 표시되는 값이다(도1 참조).
Figure 112005020447220-PAT00002
중핵 거칠기 깊이(Rk) 및 감쇠산 높이(Rpk)는 측정 길이(L)의 거칠기 곡선으로부터 유도되는 부하 곡선에 의해 정의된다.
부하 곡선은 종축을 절단 레벨, 횡축을 부하 길이율로 하여 그래프화한 곡선을 말한다. 여기서, 절단 레벨이라 함은 거칠기 곡선을 상기 산술 표면 거칠기(Ra)에 있어서와 동일한 방정식 V = f(x)로 나타내었을 때의 특정한 y의 값을 말한다. 또한, 부하 길이율이라 함은 일정 절단 레벨로 거칠기 곡선을 절단하였을 때의 절 단 부분 길이의 측정 길이(L)에 대한 백분율이다. 단, 부하 길이율은 절단 레벨이 거칠기 곡선의 가장 높은 산 정상에 있을 때에 0 ％로 하고, 가장 낮은 골짜기의 밑바닥에 있을 때에 100 ％로 하는 것으로 한다(도2 참조).
중핵 거칠기 깊이(Rk)는, 상기에서 정의되는 부하 곡선 상에 있어서 부하 길이율의 값의 차가 40 ％가 되고, 또한 부하 곡선 상의 절단 레벨의 차가 최소가 되는 2점 A 및 B를 취하고, 직선 AB를 양방향으로 연장하였을 때에 부하 길이율 = 0 ％를 나타내는 선과의 교점을 C점으로 하고, 부하 길이율 = 100 ％를 나타내는 선과의 교점을 D점으로 하였을 때의 C점과 D점의 절단 레벨의 차를 말한다(도3 참조).
감쇠산 높이(Rpk)는 상기 중핵 거칠기 깊이(Rk)의 정의에 있어서의 C점을 지나는 절단 레벨과 부하 곡선의 교점을 H점으로 하고, 부하 곡선과 부하 길이율 = 0 ％를 나타내는 선과의 교점을 I점으로 하고, 그리고 선분 CH, 선분 CI 및 곡선 HI로 둘러싸이는 면적과, 삼각형 CHJ의 면적이 같아지도록 부하 길이율 = 0 ％를 나타내는 직선 상에 J점을 취하였을 때의 C점과 J점의 절단 레벨의 차를 말한다(도4 참조. 또한, 도4 중「A1」은 선분 CH, 선분 CI 및 곡선 HI로 둘러싸이는 면적, 즉 삼각형 CHJ의 면적임).
상기 산술 표면 거칠기(Ra), 10점 평균 높이(Rz), 중핵 거칠기 깊이(Rk) 및 감쇠산 높이(Rpk)를 측정하기 위한 복수의 측정선은, 패드 상에 이하와 같이 설정된다.
우선, 복수의 측정선의 중심점을 다음과 같이 설정한다. 측정선의 중심점은, 패드 연마면 단부의 임의의 1점으로부터 다른 1점을 향해 그 길이가 최대가 되도록 가상 직선을 긋고(패드 연마면이 원형인 경우에는, 상기 가상 직선은 패드면을 형성하는 원의 직경이 됨), 상기 가상 직선의 중심으로부터 양측에 각각 가상 직선 길이의 5 ％의 범위 및 양단부로부터 각각 가상 직선 길이의 5 ％의 범위를 제외하고, 상기 가상 직선 상에 대략 균등하게 10 내지 50점 설정된다. 측정선의 중심점의 수는, 바람직하게는 25 내지 50점이다.
여기서, 본 발명의 화학 기계 연마 패드의 연마면에는 후술하는 바와 같이 홈이 형성되어 있어도 좋지만, 그 경우의 측정선의 중심점은 후술하는 바와 같이 설정되는 측정선의 전부가 연마면 상의 홈 이외의 부분이 되도록 설정되어야 한다. 연마면에 형성되어 있는 홈의 형상에 따라서는, 전기 가상 직선 상에 균등 간격으로 10 내지 50점의 측정점을 설정할 수 없는 경우가 있지만, 그 때에는 대략 균등해지도록 설정한 점 중, 측정선의 일부가 홈부에 닿는 점을 제외하고 상기 점 수를 확보하면 충분하다. 계속해서, 이들 복수의 점을 설정하기 위해 상정된 가상 직선에 직교하고, 또한「측정선의 중심점」을 통과하는 직선을 상정하여 이를 측정선으로 할 수 있다. 측정선의 길이로서는, 상기 측정선의 중심점을 중심으로 하여 1 내지 15 ㎜ 정도로 할 수 있다.
또한, 상기 거칠기 곡선은 시판된 표면 거칠기계를 사용하여 측정할 수 있다.
본 발명의 화학 기계 연마 패드에 대해, 이와 같이 하여 측정되는 연마면 표 면의 산술 표면 거칠기(Ra)는 0.1 내지 15 ㎛이다. 이 값은, 바람직하게는 0.1 내지 12 ㎛이다. 또한, 10점 평균 높이(Rz)는 40 내지 150 ㎛이다. 40 내지 130 ㎛인 것이 바람직하다. 중핵 거칠기 깊이(Rk)는 12 내지 50 ㎛이다. 12 내지 45 ㎛인 것이 바람직하다. 감쇠산 높이(RPk)는 7 내지 40 ㎛이다. 7 내지 30 ㎛인 것이 바람직하다.
이들 값을 이 범위로 설정한 화학 기계 연마 패드를 사용함으로써 화학 기계 연마 공정을 행한 경우, 면내 균일성 및 평탄성이 우수한 피연마면을 얻을 수 있다. 이 효과는, 특히 대구경 웨이퍼를 화학 기계 연마하는 경우에 현저히 나타난다.
본 발명의 화학 기계 연마 패드는, 바람직하게는 그 두께 분포가 50 ㎛ 이하이다. 화학 기계 연마 패드의 두께 분포를 50 ㎛ 이하로 함으로써 본 발명의 효과가 더욱 유리하게 발휘되게 된다. 이 값은, 더욱 바람직하게는 40 ㎛ 이하이고, 특히 바람직하게는 30 ㎛ 이하이다. 화학 기계 연마 패드의 두께 분포를 이 범위로 함으로써 대구경 웨이퍼를 피연마체로서 화학 기계 연마를 한 경우라도, 면내 균일성 및 평탄성이 우수한 피연마면을 얻을 수 있다.
여기서, 두께 분포라 함은 패드면에 설정한 복수의 측정점에 대해 두께를 측정하여, 하기하는 계산식에 의해 계산할 수 있다.
두께 분포 = (두께의 측정치의 최대치) - (두께의 측정치의 최소치)
측정점은, 패드 연마면의 단부의 임의의 1점으로부터 다른 1점을 향해 그 길 이가 최대가 되도록 가상 직선을 긋고(패드 연마면이 원형인 경우에는, 상기 가상 직선은 패드면을 형성하는 원의 직경이 됨), 상기 가상 직선의 중심으로부터 양측에 각각 가상 직선 길이의 5 ％의 범위 및 양단부로부터 각각 가상 직선 길이의 5 ％의 범위를 제외하고, 상기 가상 직선 상에 대략 균등하게 10 내지 50점 설정된다. 측정점의 수는, 바람직하게는 25 내지 50점이다.
여기서, 본 발명의 화학 기계 연마 패드의 연마면에는 후술하는 바와 같이 홈이 형성되어 있어도 좋지만, 그 경우의 측정점은 연마면 상의 홈 이외의 부분에 설정되어야 한다. 연마면에 형성되어 있는 홈의 형상에 따라서는, 전기 가상 직선 상에 균등 간격으로 10 내지 50점의 측정점을 설정할 수 없는 경우가 있지만, 그 때에는 대략 균등해지도록 설정한 점 중, 홈부에 있는 점을 제외하고 상기 측정 점 수를 확보하면 충분하다.
각 측정점에 있어서의 두께는, 화학 기계 연마 패드를 수평면 상에 두고, 측정점과 수평면과의 거리를 측정함으로써 알 수 있다. 측정점과 수평면과의 거리의 측정에는, 접촉식 거리 측정 장치를 사용할 수 있다. 그 시판품으로서는, 예를 들어 「메뉴얼 3차원 측정기」(가부시끼가이샤 미쯔토요제) 등을 들 수 있다.
본 발명의 화학 기계 연마 패드의 형상은 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 원반 형상, 벨트 형상, 롤러 형상 등으로 할 수 있다. 연마 장치에 따라서 적절하게 선택하는 것이 바람직하다. 또한, 사용 전에 있어서의 화학 기계 연마 패드의 크기도 특별히 한정되지 않는다. 원반 형상의 화학 기계 연마 패드에서는, 직경은 예를 들어 0.5 내지 500 cm, 바람직하게는 1.0 내지 250 cm, 더욱 바람직하 게는 20 내지 200 cm이다. 두께는, 예를 들어 0.1 ㎜를 넘고 또한 100 ㎜ 이하, 바람직하게는 특히 1 내지 10 ㎜로 할 수 있다.
본 발명의 화학 기계 연마 패드는, 그 연마면에 임의의 형상의 홈 또는 오목부를 구비할 수 있다. 이 홈 또는 오목부는, 화학 기계 연마시에 공급되는 화학 기계 연마용 수계 분산체를 보유 지지하여 피연마체의 피연마면에 균일하게 분배하는 기능을 갖고, 또한 화학 기계 연마에 의해 발생된 마모 칩이나 연마 폐액 등의 폐기물을 일시적으로 체류시키고, 또한 당해 폐기물을 외부로 배출하는 경로가 되기도 한다.
상기 홈의 형상은 특별히 한정되지 않지만, 원 형상, 격자 형상, 방사 형상 등을 예로 들 수 있다. 상기 오목부의 형상으로서는, 원 형상 및 다각 형상 등을 예로 들 수 있다. 또한, 홈 또는 오목부의 단면 형상은 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 직사각 형상, 사다리꼴 형상, U자 형상, V자 형상 등일 수 있다.
이들 홈 또는 오목부는 1개라도 좋고, 다수개라도 좋다.
상기 홈 또는 오목부의 크기는 특별히 한정되지 않는다. 홈의 폭 또는 오목부의 최단 직경은, 예를 들어 0.1 ㎜ 이상일 수 있고, 또한 0.1 내지 0.5 ㎜로 할 수 있으며, 특히 0.2 내지 3.0 ㎜로 할 수 있다. 홈 또는 오목부의 깊이는, 예를 들어 0.1 ㎜ 이상일 수 있고, 또한 0.1 내지 2.5 ㎜일 수 있고, 특히 0.2 내지 2.0 ㎜일 수 있다.
상기 홈 또는 오목부의 내면의 표면 거칠기는 20 ㎛ 이하인 것이 바람직하고, 15 ㎛ 이하인 것이 더욱 바람직하다. 홈 또는 오목부의 내면의 표면 거칠기를 이 범위의 값으로 함으로써, 당해 패드를 이용하여 화학 기계 연마를 행한 경우, 피연마체의 피연마면 상에 클러치가 생성되는 것을 저감시킬 수 있는 동시에, 연마 속도의 향상 및 연마용 패드의 수명의 향상에도 이바지한다. 여기서, 홈 또는 오목부 내면의 표면 거칠기를 상기 범위로 함으로써 연마 속도의 향상은, 화학 기계 연마용 수계 분산체를 피연마면에 분배하는 기능이 보다 좋게 행해지기 때문이라 추찰된다. 또한, 홈 또는 오목부 내면의 표면 거칠기를 상기 범위로 함으로써 연마용 패드의 수명의 향상은 화학 기계 연마시 발생되는 폐기물의 배출 기능이 보다 효율적으로 행해지게 되기 때문이라 추찰된다.
상기 표면 거칠기는, 예를 들어 광학식 표면 거칠기 측정 장치 및 접촉식 표면 거칠기 측정 장치 등을 사용하여 측정할 수 있다. 상기 광학식 표면 거칠기 측정 장치로서는, 예를 들어 3차원 표면 구조 해석 현미경, 주사형 레이저 현미경, 전자선 표면 형태 해석 장치 등을 들 수 있다. 상기 접촉식 표면 거칠기 측정 장치로서는, 예를 들어 촉침식 표면 거칠기계 등을 들 수 있다.
본 발명의 화학 기계 연마 패드는, 또한 비연마면측(패드의 이면측)에 홈 또는 오목부를 갖는 것이라도 좋다.
이 홈 또는 오목부는, 화학 기계 연마 공정에 있어서 피연마면의 표면 결함 발생의 억제에 이바지한다. 이 오목부는, 연마용 패드와 피연마체와의 사이에 화학 기계 연마용 수계 분산체 내에 존재하는 경우가 있는 조대 입자나, 화학 기계 연마 패드의 제조 공정에 유래되는 절삭 칩 등의 이물질이 침입한 경우라도, 국소적으로 발생되는 과대한 압력을 완화하는 기능을 갖고, 이에 의해 피연마면의 표면 결함을 저감시키는 작용을 하는 것이라 추찰된다.
상기 홈 또는 오목부의 형상은 특별히 한정되지 않는다. 홈의 형상은, 예를 들어 나선 형상, 환상, 격자 형상 등일 수 있고, 오목부의 형상은 예를 들어 원 형상, 다각 형상 등일 수 있다.
홈 또는 오목부의 크기는 임의로 설정할 수 있다. 오목부가 원 형상인 경우에는, 예를 들어 직경 1 내지 300 ㎜일 수 있고, 또한 5 내지 200 ㎜일 수 있고, 특히 10 내지 150 ㎜일 수 있다. 홈이 나선 형상, 환상 또는 격자 형상인 경우의 폭은, 예를 들어 0.1 내지 20 ㎜일 수 있고, 또한 0.1 내지 10 ㎜일 수 있다. 상기 홈 또는 오목부의 깊이는, 그 형상과 관계없이 예를 들어 0.01 내지 2.0 ㎜일 수 있고, 또한 0.1 내지 1.5 ㎜일 수 있고, 특히 0.1 내지 1.0 ㎜일 수 있다.
이들 홈 또는 오목부는 1개만 형성되어 있어도 좋고, 2개 이상 형성되어 있어도 좋다.
본 발명의 화학 기계 연마 패드는, 상기한 바와 같이 두께 분포가 50 ㎛ 이하이고, 임의로 연마면 및/또는 비연마면에 홈 또는 오목부를 갖는 것이다. 그 제조 방법은 상관없지만, 예를 들어 이하의 공정을 포함하는 방법에 의해 제조할 수 있다.
(1) 화학 기계 연마 패드용 조성물을 준비하는 공정
(2) 상기 화학 기계 연마 패드용 조성물을 이용하여 연마층을 성형하는 공정 및
(3) 상기 연마층 중 적어도 연마면이 되어야 할 면을 샌더 처리하는 공정
이하, 각 공정에 대해 상세하게 서술한다.
(1) 화학 기계 연마 패드용 조성물을 준비하는 공정
본 발명의 화학 기계 연마 패드는, 본 발명의 목적을 달성할 수 있는 한 어떠한 소재로 구성되어 있어도 좋다. 화학 기계 연마 패드로서의 기능 중, 특히 화학 기계 연마시에 화학 기계 연마용 수계 분산체를 보유 지지하여, 연마 칩을 일시적으로 체류시키는 등의 기능을 갖는 포아가 연마시까지 형성되어 있는 것이 바람직하다. 이로 인해, 수용성 입자와 수용성 입자가 분산된 비수용성 매트릭스로 이루어지는 소재나, 또는 공동(空洞)과 공동이 분산된 비수용성 매트릭스재로 이루어지는 소재, 예를 들어 발포체 등을 구비하는 것이 바람직하다.
이 중, 전자의 소재는 수용성 입자가 연마시에 수계 매체와 고형분을 함유하는 슬러리의 수계 매체와 접촉하여 용해 또는 팽윤하여 탈리하고, 그리고 탈리에 의해 형성된 포아에 슬러리를 보유 지지할 수 있다. 한편, 후자의 소재는 공동으로서 미리 형성되어 있는 포아에 슬러리를 보유 지지할 수 있다.
상기「비수용성 매트릭스」를 구성하는 재료는 특별히 한정되지 않지만, 소정의 형상 및 성상에의 성형이 용이하고, 적절한 경도나 적절한 탄성 등을 부여할 수 있는 것 등으로부터 유기 재료가 바람직하게 이용된다. 유기 재료로서는, 예를 들어 열가소성 수지, 엘라스토머, 고무, 예를 들어 가교 고무 및 경화 수지, 예를 들어 열경화성 수지, 광경화성 수지 등 열 및 빛 등에 의해 경화된 수지 등을 단독 또는 조합하여 이용할 수 있다.
이 중, 열가소성 수지로서는 예를 들어 1, 2-폴리부타디엔 수지, 폴리에틸렌 과 같은 폴리올레핀 수지, 폴리스티렌 수지, 폴리아크릴 수지, 예를 들어 (메타)아크릴레이트계 수지 등, 비닐에스테르 수지(아크릴 수지를 제외함), 폴리에스테르 수지, 폴리아미드 수지, 폴리불화비닐리덴과 같은 불소 수지, 폴리카보네이트 수지, 폴리아세탈 수지 등을 들 수 있다.
엘라스토머로서는, 예를 들어 1, 2-폴리부타디엔과 같은 디엔엘라스토머, 폴리올레핀엘라스토머(TPO), 스틸렌-부타디엔-스틸렌 블록 공중합체(SBS), 그 수소 첨가 블록 공중합체(SEBS)와 같은 스틸렌계 엘라스토머, 열가소성 폴리우레탄엘라스토머(TPU), 열가소성 폴리에스테르엘라스토머(TPEE), 폴리아미드엘라스토머(TPAE)와 같은 열가소성 엘라스토머, 실리콘 수지 엘라스토머, 불소 수지 엘라스토머 등을 들 수 있다. 고무로서는, 예를 들어 부타디엔 고무, 예를 들어 고(高)시스부타디엔 고무, 저(低)시스부타디엔 고무 등, 이소프렌 고무, 스틸렌부타디엔 고무, 스틸렌-이소프렌 고무와 같은 공역 디엔 고무, 아크롤니트릴부타디엔 고무와 같은 니트릴 고무, 아크릴 고무, 에틸렌프로필렌 고무, 에틸렌-프로필렌-디엔 고무와 같은 에틸렌-α-올레핀 고무 및 부틸 고무나, 실리콘 고무, 불소 고무와 같이 그 밖의 고무를 들 수 있다.
경화 수지로서는, 예를 들어 우레탄 수지, 에폭시 수지, 아크릴 수지, 불포화 폴리에스테르 수지, 폴리우레탄-우레아 수지, 우레아 수지, 규소 수지, 페놀 수지, 비닐 에스테르 수지 등을 들 수 있다.
또한, 이들 유기 재료는 산무수물기, 카르복실기, 히드록실기, 에폭시기, 아미노기 등에 의해 변성된 것이라도 좋다. 변성에 의해, 후술하는 수용성 입자나 슬러리와의 친화성을 조절할 수 있다.
이들 유기 재료는 1 종류만을 이용해도 좋고, 2 종류 이상을 병용해도 좋다.
또한, 이들 유기 재료는 그 일부 또는 전부가 가교된 가교 중합체라도 좋고, 비가교 중합체라도 좋다. 따라서, 비수용성 매트릭스는 가교 중합체만으로 이루어져도 좋고, 가교 중합체와 비가교 중합체와의 혼합물이라도 좋고, 비가교 중합체만으로 이루어져도 좋다. 그러나, 가교 중합체만으로 이루어지거나, 또는 가교 중합체와 비가교 중합체와의 혼합물로 이루어지는 것이 바람직하다. 가교 중합체를 함유함으로써, 비수용성 매트릭스에 탄성 회복력이 부여되어 연마시에 화학 기계 연마 패드에 가해지는 미끄러짐 응력에 따른 변위를 작게 억제할 수 있다. 또한, 연마시 및 드레싱시에 비수용성 매트릭스가 과도하게 늘여져 소성 변형하여 포아가 메워지거나, 또는 화학 기계 연마 패드 표면이 과도하게 보풀이 일어나는 것 등을 효과적으로 억제할 수 있다. 따라서, 드레싱시에도 포아가 효율적으로 형성되어, 연마시의 슬러리의 보유 지지성의 저하를 방지할 수 있고, 또는 보풀이 적게 일어나 연마 평탄성을 저해하지 않는다. 또한, 상기 가교를 행하는 방법은 특별히 한정되지 않고, 예를 들어 유기 과산화물, 유황, 유황 화합물 등을 이용한 화학 가교, 전자선 조사 등에 의한 방사선 가교 등에 의해 행할 수 있다.
이 가교 중합체로서는, 상기 유기 재료 중에서도 가교 고무, 경화 수지, 가교된 열가소성 수지 및 가교된 엘라스토머 등을 이용할 수 있다. 또한, 이들 중에서도 많은 슬러리 중에 함유되는 강산이나 강알칼리에 대해 안정적이며, 또한 흡수에 의한 연화가 적으므로 가교 열가소성 수지 및/또는 가교 엘라스토머가 바람직하 다. 또한, 가교 열가소성 수지 및 가교 엘라스토머 중에서도 유기 과산화물을 이용하여 가교된 것이 특히 바람직하고, 또는 가교 1, 2-폴리부타디엔이 보다 바람직하다.
이들 가교 중합체의 함유량은 특별히 한정되지 않지만, 비수용성 매트릭스 전체의 바람직하게는 30 체적 ％ 이상, 보다 바람직하게는 50 체적 ％ 이상, 더욱 바람직하게는 70 체적 ％ 이상이며 100 체적 ％라도 좋다. 비수용성 매트릭스 중의 가교 중합체의 함유량이 30 체적 ％ 미만에서는 충분히 가교 중합체를 함유하는 효과를 발휘시킬 수 없는 경우가 있다.
가교 중합체를 함유하는 비수용성 매트릭스는, JIS K 6251에 준하여 비수용성 매트릭스로 이루어지는 시험 부재를 80 ℃에서 파단시킨 경우에, 파단 후에 잔류하는 여분(이하, 단순히「파단 잔류 여분」이라 함)이 100 체적 ％ 이하인 것으로 할 수 있다. 즉, 파단한 후의 표선간 합계 거리가 파단 전의 표선간 거리의 2배 이하가 된다. 이 파단 잔류 여분은, 바람직하게는 30 ％ 이하, 더욱 바람직하게는 10 ％ 이하, 특히 바람직하게는 5 ％ 이하이며, 통상 O ％ 이상인 것이 보다 바람직하다. 파단 잔류 여분이 100 ％를 넘으면, 연마시 및 면 갱신시에 화학 기계 연마 패드 표면으로부터 긁히거나 또는 늘여진 미세편이 포아를 막기 쉬워지는 경향이 있어 바람직하지 않다. 이「파단 잔류 여분」이라 함은, JIS K 6251「가류 고무의 인장력 시험 방법」에 준하여, 시험편 형상 덤벨 형상 3호형, 인장 속도 500 ㎜/분, 시험 온도 80 ℃에서 인장력 시험에 있어서 시험편을 파단시킨 경우에, 파단하여 분할된 시험편 각각의 표선으로부터 파단부까지의 합계 거리로부터 시험 전의 표선간 거리를 뺀 신장이다. 또한, 실제의 연마에 있어서는 미끄럼 이동에 의해 발열하므로 온도 80 ℃에 있어서의 시험이다.
상기「수용성 입자」는 화학 기계 연마 패드 중에 있어서 수계 분산체인 슬러리와 접촉함으로써 비수용성 매트릭스로부터 탈리하는 입자이다. 이 탈리는 슬러리 중에 함유되는 물 등과의 접촉에 의해 용해함으로써 발생되어도 좋고, 이 물 등을 함유하여 팽윤하고 겔 형상이 됨으로써 발생되는 것이라도 좋다. 또한, 이 용해 또는 팽윤은 물에 의한 것뿐만 아니라, 메탄올 등의 알코올계 용제를 함유하는 수계 혼합 매체와의 접촉에 의한 것이라도 좋다.
이 수용성 입자는 포아를 형성하는 효과 이외에도, 화학 기계 연마 패드 중에 있어서는 화학 기계 연마 패드의 압입 경도를 크게 하는 효과를 갖는다. 예를 들어, 수용성 입자를 함유함으로써 본 발명의 화학 기계 연마 패드의 쇼어 D 경도를, 바람직하게는 35 ％ 이상, 보다 바람직하게는 50 내지 90, 더욱 바람직하게는 60 내지 85, 그리고 통상 100 ％ 이하로 할 수 있다. 쇼어 D 경도가 35를 넘으면, 피연마체에 부하할 수 있는 압력을 크게 할 수 있고, 이에 수반하여 연마 속도를 향상시킬 수 있다. 게다가 또한, 높은 연마 평탄성을 얻을 수 있다. 따라서, 이 수용성 입자는 화학 기계 연마 패드에 있어서 충분한 압입 경도를 확보할 수 있는 중실체인 것이 특히 바람직하다.
이 수용성 입자를 구성하는 재료는 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 유기 수용성 입자 및 무기 수용성 입자를 들 수 있다. 유기 수용성 입자의 소재로서는, 예를 들어 당류, 예를 들어 전분, 덱스트린 및 시클로덱스트린과 같은 다당류, 유당, 만니톨 등, 셀룰로오스류, 예를 들어 히드록시프로필셀룰로오스, 메틸셀룰로오스 등, 단백질, 폴리비닐알코올, 폴리비닐피롤리든, 폴리아크릴산, 폴리에틸렌옥사이드, 수용성 감광성 수지, 술폰화폴리이소프렌, 술폰화폴리이소프렌 공중합체 등을 들 수 있다. 또한, 무기 수용성 입자의 소재로서는, 예를 들어 아세트산칼륨, 질산칼륨, 탄산칼륨, 탄산수소칼륨, 염화칼륨, 브롬화칼륨, 인산칼륨, 질산마그네슘 등을 들 수 있다. 이들 수용성 입자는, 상기 각 소재를 단독 또는 2 종류 이상을 조합하여 이용할 수 있다. 또한, 소정의 소재로 이루어지는 1 종류의 수용성 입자라도 좋고, 다른 소재로 이루어지는 2 종류 이상의 수용성 입자라도 좋다.
또한 수용성 입자의 평균 입경은, 바람직하게는 0.1 내지 500 ㎛, 보다 바람직하게는 0.5 내지 100 ㎛이다. 포아의 크기는, 바람직하게는 0.1 내지 500 ㎛, 보다 바람직하게는 0.5 내지 100 ㎛이다. 수용성 입자의 평균 입경이 0.1 ㎛ 미만이면, 형성되는 포아의 크기가 사용하는 지립보다 작아지므로 슬러리를 충분히 보유 지지할 수 있는 화학 기계 연마 패드를 얻기 어려워지는 경향이 있다. 한편, 500 ㎛를 넘으면 형성되는 포아의 크기가 과대해질 수 있는 화학 기계 연마 패드의 기계적 강도 및 연마 속도가 저하하는 경향이 있다.
이 수용성 입자의 함유량은, 비수용성 매트릭스와 수용성 입자와의 합계를 100 체적 ％로 한 경우에, 수용성 입자는 바람직하게는 1 내지 90 체적 ％, 보다 바람직하게는 1 내지 60 체적 ％, 더욱 바람직하게는 2 내지 40 체적 ％이다. 수용성 입자의 함유량이 1 체적 ％ 미만이면, 얻어지는 화학 기계 연마 패드에 있어서 포아가 충분히 형성되지 않아 연마 속도가 저하되는 경향이 있다. 한편, 90 체 적 ％를 넘어 수용성 입자를 함유하는 경우에는, 얻어지는 화학 기계 연마 패드에 있어서 화학 기계 연마 패드 내부에 존재하는 수용성 입자가 팽윤 또는 용해하는 것을 충분히 방지하기 어려워지는 경향이 있어, 화학 기계 연마 패드의 경도 및 기계적 강도를 적정한 값으로 유지하기 어려워진다.
또한, 수용성 입자는 화학 기계 연마 패드 내에 있어서 표층에 노출된 경우에만 물에 용해되고, 화학 기계 연마 패드 내부에서는 흡습하거나 또는 팽윤하지 않는 것이 바람직하다. 이로 인해, 수용성 입자는 최외부 중 적어도 일부에 흡습을 억제하는 외곽을 구비할 수 있다. 이 외곽은 수용성 입자에 물리적으로 흡착되어 있어도 좋고, 수용성 입자와 화학 결합되어 있어도 좋고, 또는 이 양방에 의해 수용성 입자에 접하고 있어도 좋다. 이러한 외곽을 형성하는 재료로서는, 예를 들어 에폭시 수지, 폴리이미드, 폴리아미드, 폴리실리케이트 등을 들 수 있다. 또한, 이 외곽은 수용성 입자의 일부에만 형성되어 있어도 충분히 상기 효과를 얻을 수 있다.
상기 비수용성 매트릭스는, 수용성 입자와의 친화성 및 비수용성 매트릭스 중에 있어서의 수용성 입자의 분산성을 제어하기 위해 상용화제를 함유할 수 있다. 상용화제로서는, 예를 들어 산무수물기, 카르복실기, 히드록실기, 에폭시기, 옥사졸린기 및 아미노기 등에 의해 변성된 중합체, 블록 공중합체 및 랜덤 공중합체, 또한 다양한 비이온계 계면 활성제, 커플링제 등을 들 수 있다.
한편, 후자의 공동이 분산하여 형성된 비수용성 매트릭스재(발포체 등)를 구비하는 화학 기계 연마 패드를 구성하는 비수용성 매트릭스재로서는, 예를 들어 폴 리우레탄, 멜라민 수지, 폴리에스테르, 폴리 술폰, 폴리비닐아세테이트 등을 들 수 있다.
이러한 비수용성 매트릭스재 중에 분산하는 공동의 크기는 평균치로, 바람직하게는 0.1 내지 500 ㎛, 보다 바람직하게는 0.5 내지 100 ㎛이다.
또한, 공동이 분산하여 형성된 비수용성 매트릭스재, 예를 들어 발포체 등을 구비하는 화학 기계 연마 패드는, 공동의 크기에 따라서는 본 발명의 화학 기계 연마 패드가 구비해야 할 바람직한 요건인 패드 표면의 산술 표면 거칠기(Ra), 10점 평균 높이(Rz), 중핵 거칠기 깊이(Rk) 및 감쇠산 높이(Rpk)의 규정을 충족시킬 수 없는 경우가 있으므로, 본 발명의 화학 기계 연마 패드는 수용성 입자와 수용성 입자가 분산된 비수용성 매트릭스로 이루어지는 소재로 형성된 연마층을 구비하는 것이 바람직하다.
상기한 바와 같은 재료로부터 화학 기계 연마 패드용 조성물을 얻는 방법은 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 소정의 유기 재료 등의 필요한 재료를 혼련기 등에 의해 혼련할 수 있다. 혼련기로서는 종래부터 공지의 것을 이용할 수 있다. 예를 들어, 롤, 니더, 밴버리 믹서, 압출기(단축, 다축) 등의 혼련기를 들 수 있다.
또한, 수용성 입자를 함유하는 화학 기계 연마 패드를 얻기 위한 수용성 입자를 함유하는 화학 기계 연마 패드용 조성물은, 예를 들어 비수용성 매트릭스, 수용성 입자 및 그 밖의 첨가제 등을 혼련하여 얻을 수 있다. 단, 통상 혼련시에는 가공하기 쉽도록 가열하여 혼련되지만, 이 때의 온도에 있어서 수용성 입자는 고체인 것이 바람직하다. 고체임으로써 보다 비수용성 매트릭스와의 상용성의 크기에 상관없이 수용성 입자를 상기한 바람직한 평균 입경으로 분산시킬 수 있다. 따라서 이 경우에는, 사용하는 비수용성 매트릭스의 가공 온도에 따라 수용성 입자의 종류를 선택하는 것이 바람직하다.
(2) 상기 화학 기계 연마 패드용 조성물을 이용하여 연마층을 성형하는 공정
본 발명의 화학 기계 연마 패드가 되어야 할 연마층의 제조 방법은 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 미리 연마층이 되는 화학 기계 연마 패드용 조성물을 준비하고, 이 조성물을 원하는 형태의 개형(槪形)으로 성형함으로써, 연마층을 제조할 수 있다. 이 때, 연마층의 표면 및/또는 이면에 형성되는 홈 및/또는 오목부가 되어야 할 패턴이 형성된 금형을 이용하여 화학 기계 연마 패드용 조성물을 금형 성형함으로써, 연마층의 개형과 함께 홈 및/또는 오목부를 동시에 형성할 수 있다. 금형 성형에 의해 홈 및/또는 오목부를 형성하면, 공정을 간략화할 수 있는 동시에 홈 및/또는 오목부의 내면의 표면 거칠기를 20 ㎛ 이하로 하는 것을 용이하게 할 수 있는 이점을 갖는다.
또한, 이러한 연마층의 표면 및/또는 이면의 홈 및/또는 오목부는 이들을 갖지 않는 연마층을 제조한 후에, 절삭 가공 및 스폿 페이싱 가공 등에 의해 형성할 수도 있다. 홈 및/또는 오목부를 절삭 가공 및 스폿 페이싱 가공 등에 의해 형성하는 경우에는, 홈 및/또는 오목부의 형성 공정은 다음에 서술하는 (3) 샌더 처리 공정 전에 행해도 좋고, (3) 샌더 처리 공정 후에 행해도 좋다.
(3) 상기 연마층 중 적어도 연마면이 되어야 할 면을 샌더 처리하는 공정
다음에, 상기와 같이 하여 성형한 연마층의, 적어도 연마면이 되어야 할 면이 샌더 처리된다.
여기서, 샌더 처리라 함은 샌드 페이퍼에 의한 연마 처리를 말한다. 샌드 페이퍼는, 시트 형상, 띠 형상 또는 벨트 형상의 종이 또는 천으로 이루어지는 베이스 부재에, 접착제에 의해 지립을 심은 줄을 말한다. 지립을 구성하는 재료로서는, 예를 들어 천연 광물의 미세한 결정 및 인조 무기 화합물의 미립을 들 수 있다. 천연 광물로서는, 예를 들어 에머리, 가넷 등을, 인조 무기 화합물로서는 예를 들어 산화알루미늄, 탄화규소 등을 각각 들 수 있다.
상기 샌더 처리에 사용하는 지립 사이즈는 20 내지 200 ㎛인 것이 바람직하고, 25 내지 150 ㎛인 것이 더욱 바람직하다. 샌드 페이퍼의 입도 메쉬는, # 80 내지 # 600인 것이 바람직하고, # 120 내지 # 400인 것이 더욱 바람직하다.
샌더 처리시에는, 상기 연마층의 연마면보다도 큰 폭을 갖는 샌드 페이퍼를 사용하는 것이 바람직하다.
상기 샌더 처리는 상기 연마층을 연마면이 되어야 할 면을 위로 하여 수평면 상에 고정하고, 연마면의 전체면이 샌드 페이퍼에 접하도록 하여 연마면과 샌드 페이퍼의 상대 속도가 바람직하게는 0.1 내지 100 m/분, 더욱 바람직하게는 0.5 내지 50 m/분이 되도록 샌드 페이퍼를 운동시켜 행할 수 있다. 이 운동은 연마층의 연마면과 샌드 페이퍼의 접촉부를 기준으로 하여, 회전 운동이라도 좋고 직선 운동이라도 좋다.
샌더 처리에 의해 깎아 넣는 양, 즉 제거되는 연마층의 두께는 0.05 내지 3.0 ㎜인 것이 바람직하고, 0.1 내지 2.0 ㎜인 것이 더욱 바람직하다.
샌더 처리는, 1 종류의 입도 메쉬의 샌드 페이퍼만을 사용하여 행해도 좋고, 다른 입도 메쉬의 샌드 페이퍼를 각각 사용하여 다단계로 행할 수도 있다. 이 중, 다른 입도 메쉬의 샌드 페이퍼를 각각 사용하여 다단계로 행하는 샌더 처리가 바람직하다. 단계의 수로서는, 2 내지 10 단계인 것이 바람직하고, 3 내지 6 단계인 것이 더욱 바람직하다. 각 단계에서 깎아 넣는 양, 즉 제거되는 연마층의 두께는, 바람직하게는 0.01 내지 1.5 ㎜이고, 더욱 바람직하게는 0.1 내지 1.0 ㎜이다. 또한 샌더 처리를, 다른 입도 메쉬의 샌드 페이퍼를 각각 사용하여 다단계로 행하는 경우에는, 거친 입도 메쉬의 샌드 페이퍼를 이용하는 단계에서 가는 입도 메쉬의 샌드 페이퍼를 이용하는 단계로 진행하는 것이 바람직하다.
상기 샌더 처리는, 예를 들어 샌드 블래스트 장치, 벨트 연마 장치, 배럴 연마기, 퍼프 연마기, 링형 연마기, 전해 연마 장치, 전해와 입자 연마 장치 등을 사용하여 행할 수 있다. 이들 중, 벨트 연마 장치를 사용하는 것이 바람직하다. 벨트 연마 장치의 시판품으로서는, 예를 들어 아미테크 가부시끼가이샤제 TS130D형 연마기, 가부시끼가이샤 기쿠가와 뎃꼬우죠제 T-142DG형 와이드 벨트 샌더, 가부시끼가이샤 메이난 세이사꾸쇼(Meinan Machinery Works, Inc.)제 와이드 벨트 샌더 등을 들 수 있다.
이러한 샌더 처리를 실시함으로써, 두께 분포가 50 ㎛ 이하이고, 연마면에 있어서의 표면의 산술 표면 거칠기(Ra)가 0.1 내지 15 ㎛이고, 10점 평균 높이(Rz)가 40 내지 150 ㎛이고, 중핵 거칠기 깊이(Rk)가 12 내지 50 ㎛이고, 또한 감쇠산 높이(Rpk)가 7 내지 40 ㎛인 화학 기계 연마 패드를 쉽게 얻을 수 있다.
다음에, 본 발명의 화학 기계 연마 방법에 대해 설명한다.
본 발명의 화학 기계 연마 방법은, 상기한 본 발명의 화학 기계 연마 패드를 시판된 연마 장치에 장착하여 사용하는 것 외에는, 공지의 화학 기계 연마 방법에 의해 실시할 수 있다.
그 경우의 피연마면의 종류는 상관없지만, 예를 들어 배선 재료인 금속막, 배리어 메탈막, 절연막 등을 들 수 있다. 상기 금속막을 구성하는 재료로서는, 예를 들어 텅스텐, 알루미늄, 구리 및 이들 금속 중 적어도 1 종류를 함유하는 합금 등을 들 수 있다. 상기 배리어 메탈막으로서는, 예를 들어 탄탈, 티탄, 질화탄탈, 질화티탄 등을 들 수 있다. 절연층을 구성하는 재료로서는, 예를 들어 산화실리콘 등을 들 수 있다. 사용하는 화학 기계 연마용 수계 분산체의 종류는, 피연마면의 종류나 화학 기계 연마의 목적 등에 따라서 적절하게 선택되어야 한다.
본 발명의 화학 기계 연마 방법의 피연마물로서는, 특히 상기한 바와 같은 재료 중 적어도 1 종류를 피연마면에 갖는 반도체 웨이퍼인 것이 바람직하다. 반도체 웨이퍼의 사이즈는 상관없지만, 대구경의 반도체 웨이퍼를 화학 기계 연마하는 경우에 본 발명의 화학 기계 연마 방법의 이점이 현저하게 나타난다. 여기서, 대구경의 반도체 웨이퍼라 함은, 8인치를 넘는 직경을 갖는 반도체 웨이퍼를 의미 하고, 바람직하게는 10인치 이상의 직경을 갖는 반도체 웨이퍼이다.
이상과 같이, 본 발명의 화학 기계 연마 패드는 표면 거칠기를 일정 범위 내로 함으로써, 웨이퍼 연마시의 안정성이 증가하는 이점을 갖는다. 즉, 종래 알려져 있는 연마 패드에서는, 신품의 패드를 연마 장치에 장착하기 시작하여 웨이퍼 연마를 행하기 전에 초기 드레싱(break-in dressing)이 필요하지만, 상기 표면 거칠기로 함으로써 초기 드레싱을 행하지 않거나, 내지는 종래보다도 단시간의 초기 드레싱에 의해 장착 후 최초의 웨이퍼로부터 안정된 연마 성능을 나타내게 된다.
본 발명에 따르면, 대구경 웨이퍼를 피연마체로서 화학 기계 연마를 행한 경우라도 면내 균일성 및 평탄성이 우수한 피연마면을 부여할 수 있는 화학 기계 연마 패드 및 그 제조 방법 및 화학 기계 연마 방법이 제공된다.
(제1 실시예)
1, 2-폴리부타디엔(JSR 가부시끼가이샤제, 품명「JSR RB830」) 98 체적 ％와, 수용성 물질로서 β-시클로덱스트린(가부시끼가이샤 요코하마 고꾸사이 바이오겐큐쇼제, 품명「덱시펄β-100」) 2 체적 ％를 155 ℃로 가열된 루더로 혼련하였다. 그 후, 파크밀 D40(상품명, 닛뽄 유시 가부시끼가이샤제. 디쿠밀퍼옥사이드를 40 질량 ％ 함유함)을 1, 2-폴리부타디엔의 양을 100 질량부로서 환산한 1.0 질량부[순(純)디쿠밀퍼옥사이드로 환산하여, 0.4 질량부에 상당함]를 첨가하여 다시 혼련한 후, 프레스 금형 내에서 170 ℃에서 18분간 가교 성형하고, 직경 810 cm, 두께 3.3 ㎜의 원반 형상의 성형체를 얻었다. 이 성형체를 와이드 벨트 샌더 기기(가부시끼가이샤 메이난 세이사꾸쇼제)의 삽입구에 세트하고, 0.1 m/초의 빠르기로 움직이면서 입도 메쉬 # 120, # 150, # 220, # 320의 샌드 페이퍼(노바테크사제)를 차례로 이용하여 롤러를 500 rpm로 회전시키면서 각 메쉬에 대해 0.04 ㎜씩 성형체 표면을 연삭함으로써 샌더 처리를 행하고, 평균 두께 2.5 ㎜, 두께 분포 20 ㎛, 산술 표면 거칠기(Ra)가 4.4 ㎛, 10점 평균 높이(Rz)가 125 ㎛, 중핵 거칠기 깊이(Rk)가 16 ㎛, 감쇠산 높이(Rpk)가 14 ㎛인 성형체를 얻었다.
또한, 상기 샌더 처리에 있어서 성형체와 샌드 페이퍼의 접촉면에 있어서의 성형체와 샌드 페이퍼의 상대 속도는 5 m/분이었다.
상기 두께 분포는, 성형체의 연마면이 되어야 할 면의 직경 방향으로, 중심으로부터 양측으로 각각 40 mm의 범위 및 양단부로부터 각각 40 mm의 범위를 제외하고 균등하게 취한 33점에 대해「메뉴얼 3차원 측정기」(가부시끼가이샤 미쯔토요제)에 의해 측정한 두께로부터 하기의 계산식에 의해 산출하였다.
두께 분포 = (두께의 측정치의 최대치) - (두께의 측정치의 최소치)
또한, 산술 표면 거칠기(Ra), 10점 평균 높이(Rz), 중핵 거칠기 깊이(Rk) 및 감쇠산 높이(Rpk)는, 성형체의 연마면이 되어야 할 면의 직경 방향으로 양단부로부터 각각 40 ㎜의 범위를 제외하고 균등하게 취한 10점을 각각 중심으로 하고, 패드의 직경 방향에 직교하는 10개의 측정선(측정 길이 10 ㎜)에 대해,「1LM21P」(레이저테크사제)에 의해 각각 측정한 거칠기 곡선으로부터 산출한 것의 평균치이다.
계속해서, 이 성형체의 면 중 샌더 처리를 실시한 면에 절삭 가공기(가부시끼가이샤 가토오 기까이제)를 이용하여, 폭 0.5 ㎜, 피치 2 mm, 깊이 1.0 ㎜의 동 심원 형상의 홈을 형성하여 화학 기계 연마 패드를 제조하였다. 또한, 여기서 형성한 홈의 내면의 표면 거칠기는 6 ㎛였다.
이 화학 기계 연마 패드를 어플라이드 매테리얼제 화학 기계 연마 장치「Applied Reflexion」에 장착하여 이하의 조건으로 탈이온수를 공급하면서 초기 드레싱을 행하였다.
정반 회전수 : 120 rpm
탈이온수 공급량 : 100 mL/분
연마 시간 : 600초
계속해서, 12인치 PETEOS막이 부착된 웨이퍼를 피연마체로서 이하의 조건으로 화학 기계 연마를 행하였다. 또한, PETEOS막이라 함은 테트라에틸실리케이트(TEOS)를 원료로 하여, 촉진 조건으로서 플라즈마를 이용하여 화학 기상 성장법으로 성막한 산화 규소막이다.
정반 회전수 : 120 rpm
연마 헤드 회전수 : 36 rpm
연마 압력 :
Retainer Ring압 = 7.5 psi
Zone 1의 압력 = 6.0 psi
Zone 2의 압력 = 3.0 psi
Zone 3의 압력 = 3.5 psi
수계 분산체 공급량 : 300 mL/분
연마 시간 : 60초
화학 기계 연마용 수계 분산체 : CMS1101(JSR 가부시끼가이샤제)
상기 피연마체인 12 인치 PETEOS막이 부착된 웨이퍼에 대해, 직경 방향으로 양단부로부터 각각 5 mm의 범위를 제외하고 균등하게 취한 33점에 대해 화학 기계 연마 전후의 PETEOS막의 두께를 측정하였다. 이 측정 결과로부터, 하기 식에 의해 연마 속도 및 면내 균일성을 계산하였다.
연마량 = 연마 전의 막 두께 - 연마 후의 막 두께
연마 속도 = ∑ (연마량)/연마시간
면내 균일성 = (연마량의 표준 편차 ÷ 연마량의 평균치) × 100(％)
결과를 표 1에 나타낸다. 면내 균일성이 3 이하일 때, 면내 균일성은 양호하다고 할 수 있다.
(제2 실시예)
제1 실시예에 있어서, 1, 2-폴리부타디엔의 사용량을 80 체적 ％로 하고, β-시클로덱스트린의 사용량을 20 체적 ％로 하고, 파크밀 D40의 사용량을, 1, 2-폴리부타디엔의 양을 100 질량부로서 환산한 0.8 질량부(순디쿠밀퍼옥사이드로 환산하여, 0.32 질량부에 상당함)로 한 것 외에는 제1 실시예와 마찬가지로 하여 평균 두께 2.5 ㎜, 두께 분포 20 ㎛, 산술 표면 거칠기(Ra)가 3.4 ㎛, 10점 평균 높이(Rz)가 108 ㎛, 중핵 거칠기 깊이(Rk)가 18 ㎛, 감쇠산 높이(Rpk)가 16 ㎛인 성형체를 얻었다.
계속해서, 이 성형체의 면 중 샌더 처리를 실시한 면에 제1 실시예와 마찬가지로 하여, 폭 0.5 ㎜, 피치 2 mm, 깊이 1.0 ㎜, 내면의 표면 거칠기 5 ㎛의 동심원 형상의 홈을 형성하여 화학 기계 연마 패드를 제조하였다.
이 화학 기계 연마 패드를 사용하여, 제1 실시예와 마찬가지로 하여 평가를 행하였다. 결과를 표 1에 나타낸다.
(제3 실시예)
제1 실시예에 있어서, 1, 2-폴리부타디엔의 사용량을 64 체적 ％로 하고, 스틸렌-부타디엔 블록 중합체(JSR 가부시까가이샤제, TR2827)를 16 체적 ％ 사용하고, β-시클로덱스트린의 사용량을 20 체적 ％로 한 것 외에는 제1 실시예와 마찬가지로 하여, 평균 두께 2.5 ㎜, 두께 분포 25 ㎛, 산술 표면 거칠기(Ra)가 3.8 ㎛, 10점 평균 높이(Rz)가 115 ㎛, 중핵 거칠기 깊이(Rk)가 15 ㎛, 감쇠산 높이(Rpk)가 14 ㎛인 성형체를 얻었다.
계속해서, 이 성형체의 면 중 샌더 처리를 실시한 면에, 제1 실시예와 마찬가지로 하여, 폭 0.5 ㎜, 피치 2 mm, 깊이 1.0 ㎜, 내면의 표면 거칠기 4.5 ㎛의 동심원 형상의 홈을 형성하여 화학 기계 연마 패드를 제조하였다.
이 화학 기계 연마 패드를 사용하여, 제1 실시예와 마찬가지로 하여 평가를 행하였다. 결과를 표 1에 나타낸다.
(제1 비교예)
제1 실시예에 있어서, 평균 두께가 2.5 ㎜가 되는 금형을 이용하여 성형하 고, 샌더 처리를 실시하지 않은 것 이외에는 제1 실시예와 마찬가지로 실시하여 평균 두께 2.5 ㎜, 두께 분포 70 ㎛, 산술 표면 거칠기(Ra)가 1.5 ㎛, 10점 평균 높이(Rz)가 25 ㎛, 중핵 거칠기 깊이(Rk)가 8 ㎛, 감쇠산 높이(Rpk)가 6 ㎛인 성형체를 얻었다.
계속해서, 이 성형체의 연마면으로 해야 하는 면에, 제1 실시예와 마찬가지로 하여 폭 0.5 ㎜, 피치 2 mm, 깊이 1.0 ㎜, 내면의 표면 거칠기 5.5 ㎛의 동심원 형상의 홈을 형성하여 화학 기계 연마 패드를 제조하였다.
이 화학 기계 연마 패드를 사용하여, 제1 실시예와 마찬가지로 하여 평가를 행하였다. 결과를 표 1에 나타낸다.
연마 속도(Å/분) 면내 균일성(％)
제1 실시예 2850 1.0
제2 실시예 2700 2.0
제3 실시예 2750 1.5
제4 실시예 2800 8.0
(제4 실시예)
제1 실시예에 있어서, 초기 드레싱을 행하지 않은 것 이외에는, 제1 실시예와 마찬가지로 하여 12인치 PETEOS막이 부착된 웨이퍼의 화학 기계 연마를 행하였다. 계속해서, 차례로 12인치 PETEOS막이 부착된 웨이퍼의 화학 기계 연마를 행하고, 합계 10매의 웨이퍼의 화학 기계 연마를 연속하여 행하였다. 각 웨이퍼의 연마 속도를 표 2에 나타냈다.
(제2 비교예)
제4 실시예에 있어서, 화학 기계 연마 패드로서 제1 비교예와 마찬가지로 하여 제조한 화학 기계 연마 패드를 사용한 것 외에는, 제4 실시예와 마찬가지로 하여 10매의 웨이퍼의 화학 기계 연마를 연속하여 행하였다. 각 웨이퍼의 연마 속도를 표 2에 나타냈다.
웨이퍼 연마 순서 연마 속도(Å/분)
제4 실시예 제2 비교예
1 2830 1830
2 2850 1850
3 2870 1910
4 2820 2100
5 2840 2510
6 2850 2840
7 2880 2860
8 2870 2870
9 2850 2840
10 2840 2830
본 발명에 따라 대구경 웨이퍼를 피연마체로서 화학 기계 연마를 행한 경우라도, 면내 균일성 및 평탄성이 우수한 피연마면을 부여할 수 있는 화학 기계 연마 패드 및 그 제조 방법 및 화학 기계 연마 방법이 제공된다.

Claims (4)

  1. 연마면과 비연마면을 갖고, 그리고 연마면이, 산술 표면 거칠기(Ra)가 0.1 내지 15 ㎛이고, 10점 평균 높이(Rz)가 40 내지 150 ㎛이고, 중핵 거칠기 깊이(Rk)가 12 내지 50 ㎛이고, 또한 감쇠산 높이(Rpk)가 7 내지 40 ㎛인 표면으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 화학 기계 연마 패드.
  2. 제1항에 있어서, 두께 분포가 50 ㎛ 이하인 화학 기계 연마 패드.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 연마층을 성형하고, 계속해서 적어도 그 연마면이 되어야 할 면을 샌더 처리하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 기계 연마 패드의 제조 방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 기재된 화학 기계 연마 패드를 이용하여 피연마체를 화학 기계 연마하는 것을 특징으로 하는 화학 기계 연마 방법.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20140016202A (ko) * 2012-07-30 2014-02-07 롬 앤드 하스 일렉트로닉 머티리얼스 씨엠피 홀딩스, 인코포레이티드 화학적 기계적 연마층 사전 텍스쳐링 방법
KR20200090215A (ko) * 2018-02-19 2020-07-28 후지 덴키 가부시키가이샤 반도체 모듈 및 그 제조 방법

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070161720A1 (en) * 2005-11-30 2007-07-12 Applied Materials, Inc. Polishing Pad with Surface Roughness
JP2007255277A (ja) * 2006-03-23 2007-10-04 Jtekt Corp カムフォロア
JP5347524B2 (ja) * 2008-01-24 2013-11-20 Ｊｓｒ株式会社 化学機械研磨パッドの研磨層形成用組成物、化学機械研磨パッドおよび化学機械研磨方法
TWI568541B (zh) * 2010-12-22 2017-02-01 Jsr Corp Chemical mechanical grinding method
JP2014095392A (ja) * 2012-11-07 2014-05-22 Toyota Motor Corp 歯車およびその製造方法
JP6010511B2 (ja) 2013-08-22 2016-10-19 株式会社荏原製作所 研磨パッドの表面粗さ測定方法
CN109804253B (zh) * 2016-10-31 2022-03-08 京瓷株式会社 探针卡用基板、探针卡和检测装置
WO2018101332A1 (ja) * 2016-11-29 2018-06-07 京セラ株式会社 時計ケース
WO2018181347A1 (ja) * 2017-03-31 2018-10-04 古河電気工業株式会社 研磨パッド
JP7118841B2 (ja) * 2018-09-28 2022-08-16 富士紡ホールディングス株式会社 研磨パッド
US11759909B2 (en) * 2020-06-19 2023-09-19 Sk Enpulse Co., Ltd. Polishing pad, preparation method thereof and method for preparing semiconductor device using same
CN112461265B (zh) * 2020-11-20 2023-03-24 大连理工大学 一种石英半球谐振子纳米制造方法
KR102512675B1 (ko) * 2020-12-30 2023-03-21 에스케이엔펄스 주식회사 연마 패드, 연마 패드의 제조 방법 및 이를 이용한 반도체 소자의 제조 방법

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08216029A (ja) 1995-02-07 1996-08-27 Daiki:Kk 精密研磨シート
US6126532A (en) * 1997-04-18 2000-10-03 Cabot Corporation Polishing pads for a semiconductor substrate
US5921855A (en) 1997-05-15 1999-07-13 Applied Materials, Inc. Polishing pad having a grooved pattern for use in a chemical mechanical polishing system
JP3668046B2 (ja) 1998-05-11 2005-07-06 株式会社東芝 研磨布及びこの研磨布を用いた半導体装置の製造方法
JP3918359B2 (ja) 1998-05-15 2007-05-23 Ｊｓｒ株式会社 研磨パッド用重合体組成物および研磨パッド
JP2000296461A (ja) * 1999-04-13 2000-10-24 Speedfam-Ipec Co Ltd バッキングパッド構造体
US6679769B2 (en) * 2000-09-19 2004-01-20 Rodel Holdings, Inc Polishing pad having an advantageous micro-texture and methods relating thereto
US6641471B1 (en) * 2000-09-19 2003-11-04 Rodel Holdings, Inc Polishing pad having an advantageous micro-texture and methods relating thereto
JP2003039329A (ja) * 2001-08-02 2003-02-13 Mitsubishi Materials Corp 単層砥石及びその製造方法
TW561541B (en) * 2001-10-09 2003-11-11 Hitachi Chemical Co Ltd Polishing pad for CMP, method for polishing substrate using it and method for producing polishing pad for CMP
TW200305482A (en) * 2002-03-25 2003-11-01 Thomas West Inc Smooth pads for CMP and polishing substrates
US20030216111A1 (en) * 2002-05-20 2003-11-20 Nihon Microcoating Co., Ltd. Non-foamed polishing pad and polishing method therewith
JP4790973B2 (ja) * 2003-03-28 2011-10-12 Ｈｏｙａ株式会社 研磨パッドを使用した情報記録媒体用ガラス基板の製造方法及びその方法で得られた情報記録媒体用ガラス基板
JP2004303983A (ja) * 2003-03-31 2004-10-28 Fuji Photo Film Co Ltd 研磨パッド

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20140016202A (ko) * 2012-07-30 2014-02-07 롬 앤드 하스 일렉트로닉 머티리얼스 씨엠피 홀딩스, 인코포레이티드 화학적 기계적 연마층 사전 텍스쳐링 방법
KR20200090215A (ko) * 2018-02-19 2020-07-28 후지 덴키 가부시키가이샤 반도체 모듈 및 그 제조 방법
US11749581B2 (en) 2018-02-19 2023-09-05 Fuji Electric Co., Ltd. Semiconductor module and method for manufacturing same

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Publication number Publication date
CN1699019A (zh) 2005-11-23
TW200600261A (en) 2006-01-01
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