KR20090020740A - 연마패드 및 그의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 실리콘 웨이퍼, 디스플레이용 판상유리 등의 CMP 공정에 사용되는 연마패드 및 그의 제조방법에 관한 것으로서, 고분자 탄성체 층(3)과 상기 고분자 탄성체 층(3)의 길이방향에 대해 수직 또는 경사진 방향으로 고분자 탄성체 층(3)의 전체깊이 중 일부깊이까지만 배열되어 있는 중공섬유(5)들로 구성되어 표면에 미세기공(L)들이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 표면에 기공(Pore)들이 보다 미세하고도 균일하게 형성되어 연마성능이 우수하고 연마시 스크래치 발생율도 크게 낮출 수 있다.

또한 본 발명은 별도의 기재층이 없어 연마시 연마층과 기재층이 분리되는 문제가 없고, 표면에 형성된 기공내에 연마입자가 채워져 연마 슬러리 사용량을 감소시킬 수 있다.

연마, 패드, CMP, 웨이퍼, 기공, 중공섬유, 플로킹.

Description

연마패드 및 그의 제조방법{Polishing pad and method of manufacturing the same}

도 1은 본 발명에 따른 연마패드의 단면 모식도.

도 2는 종래 연마패드의 단면 모식도.

도 3은 중공섬유(5)의 단면도.

* 도면 중 주요부분에 대한 부호설명

1 : 기재 2 : 접착제 층 3 : 고분자 탄성제 층

5 : 플로킹된 중공섬유

F : 섬유형성성분

L : 기공(중공부)

본 발명은 화학적 기계적 연마(Chemical Mechanical Polishing : 이하 "CMP" 라고 약칭한다), 특히 집적회로 칩이나 이와 유사한 물건의 제조에 사용되는 실리콘 웨이퍼 또는 디스플레이용 판상유리 또는 다른 기판을 평탄화하는 CMP 방법에 유용한 연마패드 및 그의 제조방법에 관한 것이다.

실리콘 웨이퍼 등을 CMP 연마 장치에 의해 매끄럽게 처리되며, CMP 연마장치는 연마패드가 장착되는 원형 회전판을 갖는 하부 보드, 실리콘 웨이퍼를 연마패드에 밀착시키는 상부보드 및 슬러리를 연마패드로 공급하는 장치를 포함한다.

화학-기계적 연마인 CMP 작업은 표면에 집적회로가 제작될 반도체 웨이퍼를 구동하는 연마패드와 반대 방향으로 밀어 보내서 퇴적된 Si계열을 포함한 산화물을 제거하고, 웨이퍼상에 매우 평활하고 평탄한 면을 생성하는 작업으로서, CMP 작업 동안에 탈이온수 및/또는 화학적으로 활성인 시약을 연마액과 함께 웨이퍼와 연마패드의 계면에 도포한다.

CMP방법이 사용되는 종래의 연마패드로서 미국특허 제6,454,633에서는 도 2에 도시된 바와 같이 기재(1)상에 하나의 중공부(L)를 갖는 중공섬유(5)들이 플로킹(Flocking)되어 있으며, 상기 기재(1)의 표면에서 플로킹된 중공섬유(5)의 높이까지 고분자 탄성체 층(3)이 형성되어 있고, 상기 중공섬유(5) 일측 말단부가 열려져 있는 연마패드를 게재하고 있다.

도 2는 상기의 종래 연마패드의 단면도이다.

상기의 종래 연마패드는 기재(1) 상에 중공섬유(5)를 플로킹한 후, 여기에 고분자 탄성체를 플로킹된 중공섬유(5)가 덮히는 높이까지 함침하고, 상기 중공섬유(5) 일측이 보일때 까지 함침된 고분자 탄성체의 표면을 버핑하는 방법등으로 제 조된다.

도 3은 상기 중공섬유(5)의 단면도이다.

그러나, 상기의 종래 연마패드는 도 2에 도시된 바와 같이 플로킹된 중공섬유(5)가 접착제 층(2)까지 관통되어 있어서, 연마시 상기 중공섬유의 중공부(L)를 통해 연마액이 접착제 층(2) 내로 침투되어 기재(1)와 고분자 탄성체 층(3)인 연마층이 쉽게 박리되는 문제가 있었다.

한편, 일본 공개특허 제2005-330621호에서는 폴리우레탄 수지가 함침된 부직포 표면을 상기 폴리우레탄 수지의 연화온도 보다 고온으로 열처리하여 연마패드의 표면을 평탄화하는 버핑작업 시간을 단축하는 연마패드의 제조방법을 게재하고 있다.

그러나, 상기 종래방법은 버핑공정에 필요한 시간을 단축할뿐 버핑공정을 생략하지는 못하기 때문에 공정을 간소화하는데는 한계가 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결할 수 있도록, 기재(1)의 표면에 접착제 층(2)을 형성한 후 그 위에 중공섬유(5)를 플로킹하고, 여기에 플로킹된 중공섬유(5)의 최대높이보다 더 높은 높이까지 고분자 탄성체를 함침하고, 이로부터 상기 기재(1)를 박리한 후 양면을 버핑하여 별도의 기재층과 접착층이 없는 연마패드를 제공한다.

또한, 본 발명은 표면에 미세기공들이 균일하게 형성되어 연마 슬러리 사용 량이 감소하고, 연마성능이 우수하고 스크래치 발생율이 낮고, 제조공정이 간소화된 연마패드 및 그의 제조방법을 제공한다.

이하, 첨부된 도면 등을 통하여 본 발명을 상세하게 설명한다.

먼저, 본 발명에 따른 연마패드는 도 1에 도시된 바와 같이 고분자 탄성체 층(3)과 상기 고분자 탄성체 층(3)의 길이방향에 대해 수직 또는 경사진 방향으로 고분자 탄성체 층(3)의 전체깊이 중 일부깊이까지만 배열되어 있는 중공섬유(5)들로 구성되어 표면에 미세기공(L)들이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 연마패드는 단면 모식도이다.

상기 중공섬유(5)는 고분자 탄성체 층(3) 내에 상기 층의 전체깊이보다 짧은길이, 바람직하기로는 1~2㎜ 짧은길이로 배열되어 있다.

상기 고분자 탄성체로는 폴리우레탄 수지, 폴리우레아 수지 등이 사용될 수 있으나 가공성 등의 관점에서 폴리우레탄 수지가 가장 바람직하다.

상기 기재(1)는 직물, 편물 또는 필름 등이다.

상기 중공섬유(5)는 단사섬도가 1~5 데니어이고, 중공율이 10~40%인 것이 좋다.

중공섬유(5)로는 폴리아미드 섬유 또는 폴리에스테르 섬유 등이 사용될 수 있으나, 연마액과의 친화성을 고려시 폴리아미드 섬유인 것이 더욱 바람직하다.

다음으로, 본 발명에 따른 연마패드를 제조하는 방법을 구체적으로 살펴본 다.

본 발명에 따른 연마패드의 제조방법은 기재(1)의 표면에 접착제 층(2)을 형성한 후 그 위에 중공섬유(5)를 플로킹하고, 여기에 플로킹된 중공섬유(5)의 최대높이보다 더 높은 높이까지 고분자 탄성체를 함침하고, 이로부터 상기 기재(1)를 박리한 후 양면을 버핑하는 것을 특징으로 한다.

먼저, 본 발명은 기재(1)의 표면에 접착제를 도포 또는 스프레이하여 접착제 층(2)을 형성한다.

다음으로는, 상기 접착제 층(2)위에 도 3과 같은 단면 구조를 갖는 중공섬유(5)를 통상적인 플로킹(Flocking) 방법에 따라 플로킹 한다.

다음으로는, 중공섬유(5)가 플로킹된 기재(1)상에 고분자 탄성체를 상기 중공섬유(5)의 최대높이보다 더 높은 높이, 바람직하기로는 1~2㎜ 더 높은 높이까지 함침한다.

다음으론, 상기 고분자 탄성체 층(3)으로 부터 기재(1)를 박리한 다음, 박리면 또는 양면을 버핑하여 접착제 층(2)을 완전히 제거하여 일측 표면에 중공섬유(5)가 드러나도록하여 연마패드를 제조한다.

상기 고분자 탄성체로는 폴리우레탄수지, 폴리우레아수지, 폴리아크릴산수지 등을 사용할 수 있지만, 가공정, 내마모성, 내가수분해성 등의 점에서 폴리우레탄수지가 바람직하다.

상기와 같은 방법으로 제조된 본 발명의 연마패드는 표면에 평균직경이 미세기공(L)들이 균일하게 분포되어 있어서 연마성능이 우수하고 연마시 스크래치 발생 율이 저하된다.

또한 연마패드 표면의 평활화 작업공정을 생략할 수 있고, 표면에 형성된 기공내에 연마입자가 채워져 연마 슬러리의 사용액을 절감할 수 있다.

본 발명에서는 연마처리된 실리콘 웨이퍼의 표면 조도와 스크래치 발생율을 아래와 같이 평가하였다.

실리콘 웨이퍼의 표면평균 조도

공초점 레이져 스캐닝 마이크로스코프(Confocal laser scanning microscope: 이하"LSM"이라고 한다)의 설비 일종인 칼 짜이스(Carl zeiss) 회사의 제품 LSM 5 PASCAL과 LSM용 토포그라피(Topography)인 소프트웨어 패키지 또는 이와 유사한 성능을 가진 LSM장비를 이용하여 측정한다.

구체적으로, 폴리싱 가공된 실리콘 웨이퍼의 표면면적 범위 (가로 1,000㎛ x 세로 1,000㎛)를 레이져로 주사(Scanning)하여 JIS B 0601 에 근거하여 표면에 형성된 요철을 10곳의 중심선평균조도(Ra)값을 측정하여 그 산술평균값으로 폴리싱 가공된 실리콘 웨이퍼의 표면의 십점평균조도(Rz)를 구한다.

이하 십점평균조도(Rz)를 표면평균조도로 칭한다.

스크래치 발생율(%)

실리콘 웨이퍼를 100 평방인치면적을 연마패드로 연마시 스크래치 결점이 발생되는 스크래치 건수를 파악하여 이를 다음 식에 대입하여 계산한다.

스크래치발생율(%) = (스크래치 건수/100 평방인치) X 100

단, 스크래치 건수가 100을 초과하는 경우는 100으로 둔다.

여기서 스크래치 판독은 숙련된 전문가의 육안판정에 의하여 판정을 하게 되며 육안으로 스크래치인지 아닌지 판독이 어려운 희미한 결점의 경우는 암시야조명과 이미지분석 소프트웨어가 설치된 광학계 현미경의 부가적인 측정에 의존할 수 있다.

또한 스크래치는 길이방향과 폭방향의 길이의 비가 10 대 1 이상이 되는 흠을 스크래치로 판단한다.

이하, 실시예 및 비교실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 살펴본다.

그러나, 본 발명은 하기 실시예에 의해 그의 권리범위가 특별하게 한정되는 것은 아니다.

실시예 1

직물인 기재(1)상에 접착제를 도포하여 접착제 층(2)을 형성한 다음, 단사섬도가 0.005데니어이고, 중공율이 30%인 폴리아미드 중공섬유(5)를 통상의 방법에 따라 플로킹 하였다.

다음으로는, 중공섬유가 플로킹된 기재(1)에 폴리우레탄 수지를 상기 중공섬유의 최대 높이보다 2㎜ 더 높게 함침하여 폴리우레탄 층(3)을 형성하였다.

다음으로는, 상기 기재(1)를 폴리우레탄 층(3)으로 부터 박리한 후 박리면을 버핑하여 표면에 평균직경이 1.0㎛인 미세기공들이 형성된 연마패드를 제조하였다.

제조된 상기의 연마패드를 사용하여 실리콘 웨이퍼 100 평방인치를 아래와 같은 조건으로 연마하였다.

연마조건

- 폴리싱 기계 : GNP Technology사의 Poli-500 Polisher

- 연마시간 : 10분

- 하방력 : 웨이퍼 표면에서 250g/㎠(3.5psi)

- 연마정반 속도 : 120rpm

- 웨이퍼 캐리어 속도 : 120rpm

- 슬러리 유동량 : 700㎖/분

- 슬러리 타입 : 날코(Nalco)2371, DIW와 슬러리를 15:1로 희석시킨 실리카계 슬러리

상기와 같이 연마(폴리싱) 처리된 실리콘 웨이퍼의 표면 평균조도와 스크래치 발생율을 측정한 결과는 표 1과 같다.

비교실시예 1

직물인 기재(1)상에 접착제를 도포하여 접착제 층(2)을 형성한 다음, 그 위에 중공율이 30%인 폴리아미드 중공섬유(단사섬도 : 1.5데니어)를 통상의 방법에 따라 플로킹 하였다.

다음으로는, 상기 중공섬유가 플로킹된 기재(1)에 폴리우레탄 수지를 상기 폴리아미드 중공섬유가 함몰되는 높이까지 함침하여 폴리우레탄 층(3)을 형성하였 다.

다음으로는, 함몰된 중공섬유의 일측 말단부가 나타날때 까지 상기 폴리우레탄 층(3)을 버핑하여 표면에 평균직경이 10.5㎛인 기공들이 형성된 연마패드를 제조하였다.

제조된 상기의 연마패드를 사용하여 실시예 1과 동일한 연마조건으로 실리콘 웨이퍼 300개를 연마하였다.

상기와 같이 연마(폴리싱) 처리된 실리콘 웨이퍼의 표면평균조도와 스크래치 발생율을 측정한 결과는 표 1과 같다.

연마 처리된 웨이퍼 물성 측정결과

구분	실시예 1	비교실시예 1
연마처리된 웨이퍼의 표면 평균조도(Å)	13.60	14.88
스크래치 발생율(%)	0.09	0.16

실시예 1은 표면에 미세한 기공들이 균일하게 배열되어 스크래치 발생율과 연마성능(연마처리된 웨이퍼의 표면평균조도)이 비교실시예 1보다 양호하였다.

또한, 실시예 1은 별도의 기재가 부착되지 않아 연마시 기재와 연마층이 분리되는 현상이 발생되지 않았다.

본 발명은 종래의 연마패드의 비해서 표면에 기공(Pore)들이 보다 미세하고도 균일하게 형성되어 연마성능이 우수하고 연마시 스크래치 발생율도 크게 낮출 수 있다.

또한 본 발명은 별도의 기재층에 없어 연마시 연마층과 기재층이 분리되는 문제가 없고, 표면에 형성된 기공내에 연마입자가 채워져 연마 슬러리 사용량을 감소시킬 수 있다.

Claims (5)

1. 고분자 탄성체 층(3)과 상기 고분자 탄성체 층(3)의 길이방향에 대해 수직 또는 경사진 방향으로 고분자 탄성체 층(3)의 전체깊이 중 일부깊이까지만 배열되어 있는 중공섬유(5)들로 구성되어 표면에 미세기공(L)들이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 연마패드.
2. 제1항에 있어서, 고분자 탄성체가 폴리우레탄 수지 및 폴리우레아 수지 중에서 선택된 1종인 것을 특징으로 하는 연마패드.
3. 기재(1)의 표면에 접착제 층(2)을 형성한 후 그 위에 중공섬유(5)를 플로킹하고, 여기에 플로킹된 중공섬유(5)의 최대높이보다 더 높은 높이까지 고분자 탄성체를 함침하고, 이로부터 상기 기재(1)를 박리한 후 양면을 버핑하는 것을 특징으로 하는 연마패드의 제조방법.
4. 제 3항에 있어서, 기재가 필름, 직물 및 편물 중에서 선택된 1종인 것을 특징으로 하는 연마패드의 제조방법.
5. 제3항에 있어서, 고분자 탄성체를 플로킹된 중공섬유(5)의 최대높이보다 1~2㎜ 더 높게 함침하는 것을 특징으로 하는 연마패드의 제조방법.

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