KR20090089263A - 화학 기계 연마 패드 - Google Patents

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KR20090089263A
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마사유끼 모또나리
도미까즈 우에노
마사히로 야마모또
유우고 다이
히로유끼 미야우찌
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제이에스알 가부시끼가이샤
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Abstract

본 발명은 연마시에 발생하는 피연마면의 스크래치를 감소시킬 수 있는 화학 기계 연마 패드를 제공한다.
본 발명에 따른 화학 기계 연마 패드는, 화학 기계 연마에 이용되며, 연마면과, 상기 연마면의 반대측에 있는 비연마면과, 상기 연마면의 외연과 상기 비연마면의 외연을 접속하는 측면과, 상기 연마면측에 설치된 복수개의 홈을 포함하고, 상기 측면은 상기 연마면과 접속하는 경사면을 가지며, 상기 홈의 깊이는 상기 경사면의 높이 이하이다.
화학 기계 연마 패드, 실리콘 기판

Description

화학 기계 연마 패드{CHEMICAL MECHANICAL POLISHING PAD}
본 발명은 화학 기계 연마 패드에 관한 것이다.
최근 반도체 장치의 형성 등에 있어서, 실리콘 기판 또는 그 위에 배선이나 전극 등이 형성된 실리콘 기판(이하, "반도체 웨이퍼"라 함)에 관하여, 우수한 평탄성을 갖는 표면을 형성할 수 있는 연마 방법으로서, 화학 기계 연마 방법(Chemical Mechanical Polishing, 일반적으로 "CMP"라 약칭됨)이 주목받고 있다. 화학 기계 연마 방법은 화학 기계 연마 패드와 피연마면을 접동시키면서, 패드 표면에 화학 기계 연마용 수계 분산체(지립이 분산된 수계 분산체: 슬러리)를 유하시켜 연마를 행하는 기술이다. 이 화학 기계 연마 방법에 있어서는, 화학 기계 연마 패드의 성상 및 특성 등에 의해 연마 결과가 크게 좌우되는 것이 알려져 있어, 종래부터 여러가지 화학 기계 연마 패드가 제안되어 있다.
예를 들면, 미세한 기포를 함유하는 폴리우레탄폼을 화학 기계 연마 패드로서 이용하고, 이 패드의 표면에 뚫는 구멍(이하, "공극"이라 함)에 화학 기계 연마용 수계 분산체를 유지시켜 연마를 행하기 위한 화학 기계 연마 패드가 옛부터 알려져 있다(예를 들면, 일본 특허 공개 (평)11-70463호 공보, 일본 특허 공개 (평)8-216029호 공보, 일본 특허 공개 (평)8-39423호 공보 참조).
이러한 패드를 이용한 종래의 CMP는, 반도체 웨이퍼를 연마 패드의 표면에 압접시킨 상태에서 연마 패드 상에 슬러리를 공급하여 연마하기 때문에, 연마 처리 후에 연마 패드 표면으로부터 부하를 제공하지 않고 반도체 웨이퍼를 격리하는 것이 곤란하였다. 또한, 연마 패드 표면으로부터의 반도체 웨이퍼의 박리가 원인으로, 연마 패드와, 연마 패드를 얹어 놓은 연마 정반과의 밀착력이 약해지고, 연마 패드와 드레서 또는 반도체 웨이퍼 사이에 마찰이 발생하는 결과, 연마 패드 주단부가 연마 정반으로부터 박리되거나, 연마 패드를 구성하는 연마층과 쿠션층 사이에 박리가 발생한다는 문제가 생긴다. 그 결과, 반도체 웨이퍼의 탈락, 연마 패드의 파괴, 연마 패드 표면의 이상 마모가 발생하여, 연마 패드의 내구성이나 연마 특성이 악화된다는 문제가 발생한다.
이 문제를 해결하기 위해서, 일본 특허 공개 제2006-196836호 공보에는, 주단에 연마 표면부보다 높이가 낮은 저위(低位) 외주부를 갖는 연마 패드를 이용함으로써 박리를 개선할 수 있는 기술이 기재되어 있다.
그러나, 상기 기술에 의해 박리는 개선된다고 해도, 피연마물인 반도체 웨이퍼의 표면 결함(스크래치)의 감소는 불충분하여, 개선을 도모할 필요가 있다.
본 발명은 연마시에 발생하는 피연마면의 스크래치를 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라, 내구성이 양호한 화학 기계 연마 패드를 제공한다.
본 발명의 한 양태에 따른 화학 기계 연마 패드는,
화학 기계 연마에 이용되는 화학 기계 연마 패드이며,
연마면과,
상기 연마면의 반대측에 있는 비연마면과,
상기 연마면의 외연과 상기 비연마면의 외연을 접속하는 측면과,
상기 연마면측에 설치된 복수개의 홈
을 포함하고,
상기 측면은 상기 연마면과 접속하는 경사면을 가지며,
상기 홈의 깊이는 상기 경사면의 높이 이하이다.
상기 화학 기계 연마 패드에 있어서,
상기 화학 기계 연마 패드의 내부에서 상기 연마면과 상기 경사면이 이루는 각(상기 각은 상기 비연마면에 대향하는 각임)이 90°보다 크고 180°보다 작은 각도 θ일 수 있다.
상기 화학 기계 연마 패드에 있어서,
상기 연마면은 원형상이고,
해당 화학 기계 연마 패드는, 상기 연마면측에 복수개의 환상의 홈을 추가로 포함하며,
상기 연마면과 상기 복수개의 환상의 홈은 동심원상이고,
상기 외연에 가장 가까운 상기 홈과 상기 외연과의 거리 e의, 서로 인접하는 홈의 간격 d에 대한 비율 e/d가 0.3 내지 2의 범위 내일 수 있다.
상기 화학 기계 연마 패드에 있어서,
상기 경사면은, 상기 연마면과 이루는 각의 각도가 상이한 제1의 경사면과 제2의 경사면을 포함하고,
상기 제1의 경사면은, 해당 화학 기계 연마 패드의 내부에서 상기 연마면과 이루는 각(상기 각은 상기 비연마면에 대향하는 각임)이 90°보다 크고 180°보다 작은 각도 θ1로 상기 연마면 및 상기 제2의 경사면과 접속하고,
상기 제2의 경사면은, 해당 화학 기계 연마 패드의 내부에서 상기 연마면과 이루는 각(상기 각은 상기 비연마면에 대향하는 각임)이 90°보다 크고 180°보다 작은 각도 θ2로 상기 제1의 경사면과 접속할 수 있다.
상기 화학 기계 연마 패드에 있어서,
상기 측면은, 상기 외연측으로부터 순서대로 제1의 면과, 제2의 면과, 제3의 면과, 제4의 면을 갖고,
상기 제1의 면은, 해당 화학 기계 연마 패드의 내부에서 상기 연마면과 이루는 각(상기 각은 상기 비연마면에 대향하는 각임)이 90°보다 크고 180°보다 작은 각도 θ3으로 상기 연마면 및 상기 제2의 면과 접속하고,
상기 제2의 면은, 해당 화학 기계 연마 패드의 내부에서 상기 연마면과 이루는 각(상기 각은 상기 비연마면에 대향하는 각임)이 상기 제1의 면보다 작은 각도 θ4로 상기 제1의 면 및 상기 제3의 면과 접속하고,
상기 제3의 면은, 상기 연마면과 평행인 각도로 상기 제2의 면 및 상기 제4의 면과 접속하고,
상기 제4의 면은, 해당 화학 기계 연마 패드의 내부에서 상기 연마면과 이루는 각(상기 각은 상기 비연마면에 대향하는 각임)이 상기 제1의 면보다 작은 각도 θ5로 상기 제3의 면 및 상기 비연마면과 접속할 수 있다.
상기 화학 기계 연마 패드에 있어서,
상기 경사면은, 상기 연마면의 외연의 전체를 둘러싸도록 설치되어 있을 수 있다.
상기 화학 기계 연마 패드는 연마면과, 상기 연마면의 반대측에 있는 비연마면과, 연마면의 외연과 비연마면의 외연을 접속하는 측면과, 연마면측에 설치된 복수개의 홈을 포함한다. 그리고 상기 측면은 연마면과 접속하는 경사면을 갖고, 홈의 깊이는 경사면의 높이 이하이다.
화학 기계 연마 패드는 연마면측에 홈을 가짐으로써, 효율적으로 기판 등을 연마할 수 있다. 그리고 연마 공정이 진행됨으로써 연마면이 마모되어 홈이 없어 질 때까지 연마 성능이 유지된다. 또한, 화학 기계 연마 패드는 연마면측에 경사면을 가짐으로써, 기판 등의 피연마면에 발생하는 스크래치를 감소시킬 수 있다. 경사면도 홈과 마찬가지로, 연마면의 마모에 의해서 깎여, 이 효과도 없어지는 경우가 있다.
그러나, 상기 화학 기계 연마 패드에 따르면, 경사면의 높이를 홈의 깊이 이상으로 함으로써, 연마면의 마모가 진행된 경우에도, 홈이 존재하는 사이는 경사면이 존재하게 되어, 상술한 스크래치 감소 효과를 계속 유지할 수 있다.
1. 화학 기계 연마 패드
도 1은, 본 실시 형태에 따른 화학 기계 연마 패드를 나타내는 단면도이다(도 1에서는 연마면에 설치된 후술하는 홈은 생략함). 본 실시 형태에 따른 화학 기계 연마 패드 (10)은 연마층 (11)과, 연마층 (11)과 연마 장치 정반 (13) 사이에 설치되는 지지층 (12)를 포함한다.
이하, 연마층 (11)과 지지층 (12)의 상세에 대해서 각각 설명한다.
1.1. 연마층의 형상
도 2는, 도 1에 있어서의 영역 II의 확대도이고, 연마층의 상세한 형상을 도시한 도면이다. 도 7은, 연마층 (11)의 상면을 도시한 도면이다. 연마층 (11)은, 피연마면과 접촉하여 화학 기계 연마를 행하기 위한 연마면 (20)과, 연마면의 반대측에 있는 비연마면 (22)와, 연마면 (20)의 외연 (26)과 비연마면 (22)의 외연을 접속하는 측면 (24)와, 연마면 (20)측에 설치된 복수개의 홈 (16)을 포함한다. 도 1에서는, 화학 기계 연마 패드 (10)의 상면이 연마면 (20)이고, 하면이 비연마면 (22)이다.
연마면 (20)은 평탄면이다. 연마층 (11)의 평면 형상은 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면 원형상일 수 있다. 연마층 (11)의 크기는 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면 직경 150 mm 내지 1200 mm일 수 있고, 바람직하게는 500 mm 내지 800 mm일 수 있다. 연마층 (11)의 두께는, 예를 들면 0.5 mm 내지 5.0 mm일 수 있고, 바람직하게는 1.0 mm 내지 3.0 mm일 수 있으며, 보다 바람직하게는 1.5 mm 내지 3.0 mm일 수 있다.
화학 기계 연마 패드 (10)의 연마층 (11)은, 연마면 상에 복수개의 홈 (16)을 가질 수 있다. 이 홈은 화학 기계 연마시에 공급되는 화학 기계 연마용 수계 분산체를 유지하고, 이것을 연마면에 의해 균일하게 분배함과 동시에, 연마 먼지나 사용 종료 수계 분산체 등의 폐기물을 일시적으로 체류시키고, 외부로 배출하기 위한 경로가 되는 기능을 갖는다.
또한 홈 (16)의 형상에 대해서도 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면 도 7에 도시한 바와 같이, 연마면 (20)의 중심에서 외연 (26) 방향을 향해서 서서히 직경이 확대되는 복수개의 환상일 수 있다. 이 복수개의 환상의 홈 (16)은 서로 교차하지 않는 원형, 타원형, 또는 다각형 등일 수 있다. 이들 환상의 형상은, 도 7에 도시한 바와 같이, 연마면 (20)의 형상과 동심인 것이 바람직하다. 환상의 홈 (16)은, 예를 들면 20 내지 400개일 수 있다.
본 실시 형태에 있어서 홈 (16)은, 중앙부에 대하여 균일하게 압력이 가해지 도록, 연마층 (11)의 중앙부를 중심으로 한 점대칭의 형상을 갖는 것이 바람직하다. 따라서 홈 (16)의 형상은, 상술한 환상 이외에 와권상 또는 방사상 등, 또는 이들의 조합일 수도 있다.
또한, 연마층 (11)의 비연마면 (22)측이 일면에 형성되어 있는 것이 바람직하다. 이에 따라, 기계적 강도를 높게 유지할 수 있다. 또한, 비연마면 (22)측이 동일면으로 형성되어 있음으로써, 연마층 (11)은 상술한 연마면 (20)측의 홈 (16)의 형성 영역의 자유도를 유지할 수 있다.
홈 (16)의 단면 형상은 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면 도 2에 도시한 바와 같이, 직사각형 등의 다각 형상, U자 형상 등으로 할 수 있다. 또한 홈 (16)은, 깊이 a를 갖는다. 구체적으로 깊이 a는 0.1 mm 이상으로 할 수 있고, 바람직하게는 0.1 mm 내지 2.5 mm, 더욱 바람직하게는 0.2 mm 내지 2.0 mm로 할 수 있다. 또한, 홈 (16)의 홈 폭 g는 0.1 mm 이상으로 할 수 있고, 바람직하게는 0.1 mm 내지 5.0 mm, 더욱 바람직하게는 0.2 mm 내지 3.0 mm로 할 수 있다. 복수개의 홈 (16)에 있어서, 인접하는 홈 (16)의 간격 d는 서로 동일할 수 있다. 간격 d는, 예를 들면 0.05 mm 이상으로 할 수 있고, 바람직하게는 0.05 mm 내지 100 mm, 더욱 바람직하게는 0.1 mm 내지 10 mm로 할 수 있다. 이들 범위의 크기의 홈 (16)으로 함으로써, 피연마면의 스크래치 감소 효과가 우수하고, 수명이 긴 화학 기계 연마 패드를 용이하게 제조할 수 있다.
또한, 홈 (16)의 간격 d와 홈 폭 g의 합인 피치는, 예를 들면 0.15 mm 이상으로 할 수 있고, 바람직하게는 0.15 mm 내지 105 mm, 더욱 바람직하게는 0.5 mm 내지 13 mm, 특히 바람직하게는 0.5 mm 내지 5.0 mm, 가장 바람직하게는 1.0 mm 내지 2.2 mm로 할 수 있다.
측면 (24)는, 그 상부에 경사면 (15)를 갖는다. 경사면 (15)는 연마면 (20)의 외연 (26)의 전체를 둘러싸도록, 경사면 (15)가 연속적으로 설치되어 있고, 화학 기계 연마 패드 (10)의 내부에서 연마면 (20)과 이루는 각(상기 각은 상기 비연마면에 대향하는 각임)의 각도 θ가 90°보다 크고 180°보다 작은 각도, 즉 둔각으로 연마면 (20)과 접속하고 있다. 각도 θ는 100°이상 170°이하인 것이 바람직하고, 110°이상 150°이하인 것이 가장 바람직하다. 이와 같이 연마면 (20)과 측면 (24)가 이루는 각 θ를 둔각으로 함으로써, 연마면 (20)의 단부가 피연마면에 접촉함으로써 피연마면에 제공하는 스크래치를 감소시킬 수 있다.
또한 경사면 (15)는, 도 2에 도시한 바와 같이 연마면 (20)과 수직인 단면에 있어서 직선상일 수 있다. 또한 홈 (16)의 깊이 a는, 경사면 (15)의 높이 b 이하이다. 화학 기계 연마 공정의 진행에 따라, 연마면이 마모함으로써 경사면 (15)의 높이 b와 홈 (16)의 깊이 a가 함께 감소된다. 그러나, 본 실시 형태의 화학 기계 연마 패드 (10)과 같이 a≤b임으로써, 마모되어 홈의 깊이가 변화된 경우에도, 연마면 (20)과 경사면 (15)가 이루는 각을 각도 θ로 유지한 채로의 상태로 할 수 있다. 이 때문에, 스크래치의 발생을 연마면의 마모가 진행된 경우에도 억제하는 것이 가능해진다.
구체적으로 높이 b는 0.1 mm 이상으로 할 수 있고, 바람직하게는 0.1 mm 내지 2.5 mm, 더욱 바람직하게는 0.2 mm 내지 2.0 mm로 할 수 있다.
특히 경사면 (15)의 높이 b와 홈 (16)의 깊이 a를 동일하게 함으로써, 측면 (24)의 하부 영역의 두께 c를 연마층 (11)의 전체면에 있어서 균일하게 할 수 있기 때문에, 화학 기계 연마 패드 (10)의 강도를 높여 파손을 억제할 수 있다.
외연 (26)에 가장 가까운 홈 (16)과 외연 (26)의 거리 e의, 간격 d에 대한 비율 e/d는 0.3 내지 2가 바람직하고, 0.35 내지 1.9가 더욱 바람직하다. 비율 e/d가 0.3 미만인 경우, 최외주의 홈 (16)보다 외측의 영역이 얇아지기 때문에 연마시에 받는 중압에 견딜 수 없어 화학 기계 연마 패드 (10)의 외연 (26) 부근의 연마면 (20)이 평탄한 상태를 유지할 수 없고, 피연마면의 스크래치의 원인이 된다. 비율 e/d가 2보다도 큰 경우, 슬러리액을 유지하기 위한 홈이 없는 부분이 광범위하게 가능하게 되어, 슬러리가 불충분한 상태에서의 연마를 행하게 되기 때문에, 스크래치가 많아져 바람직하지 않다. 또한 연마에 의해서 연마면 (20)의 마모가 진행되면 홈이 없는 부분의 확대가 진행되기 때문에, 스크래치가 보다 많아지는 경우가 있다.
또한, 홈 (16) 및 경사면 (15)의 표면 조도(Ra)는, 예를 들면 20 ㎛ 이하로 할 수 있고, 바람직하게는 0.05 ㎛ 내지 15 ㎛, 더욱 바람직하게는 0.05 ㎛ 내지 10 ㎛로 할 수 있다. 이러한 표면 조도로 함으로써, 화학 기계 연마 공정시에 피연마면에 발생하는 스크래치를 효과적으로 방지할 수 있다.
또한, 표면 조도(Ra)는, 하기 수학식 1에 의해 정의된다.
Ra=Σ│Z-Zav│/N
단, 수학식 1에 있어서, N은 측정점 수이고, Z는 조도 국면의 높이이며, Zav는 조도 곡면의 평균 높이이다.
또한, 화학 기계 연마 패드 (10)은, 연마를 행하기 위한 연마부 이외에 다른 기능을 갖는 부분을 구비할 수 있다. 다른 기능을 갖는 부분으로는, 예를 들면 광학식 종점 검출 장치를 이용하여 종점을 검출하기 위한 창(窓)부 등을 들 수 있다. 창부로는, 예를 들면 두께 2 mm에서, 파장 100 nm 내지 300 nm 사이 중 어느 파장의 빛의 투과율이 0.1 ％ 이상(바람직하게는 2 ％ 이상)이거나, 또는 파장 100 nm 내지 3000 nm 사이 중 어느 파장 영역에 있어서의 적산 투과율이 0.1 ％ 이상(바람직하게는 2 ％ 이상)인 재료를 사용할 수 있다. 창부의 재료는 상기 광학 특성을 만족시키고 있으면 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면 연마층 (11)과 마찬가지의 하기 조성을 사용할 수 있다.
화학 기계 연마 패드 (10)을 구성하는 연마층 (11)의 제조 방법은 특별히 한정되지 않으며, 또한 연마층 (11)이 임의적으로 가질 수도 있는 홈이나 오목부의 형성 방법도 특별히 한정되지 않는다. 예를 들면, 미리 화학 기계 연마 패드 (10)의 연마층 (11)이 되는 화학 기계 연마 패드용 조성물을 준비하고, 이 조성물을 소망 형태의 개형으로 성형한 후, 절삭 가공에 의해 홈 등을 형성할 수 있다. 또한, 홈 등이 되는 패턴이 형성된 금형을 이용하여 화학 기계 연마 패드용 조성물을 금형 성형함으로써, 연마층 (11)의 개형과 함께 홈 등을 동시에 형성할 수 있다.
이어서, 연마층 (11)의 형상에 대한 변형예를 설명한다. 우선 도 3 내지 도 6을 이용하여 연마층의 외연 부근에 특징을 갖는 변형예에 대해서 설명한다.
도 3은, 제1의 변형예에 따른 연마층 (111)의 외연 부근의 단면을 나타내고, 도 2에 대응하는 도면이다. 상술한 본 실시 형태에 따른 연마층 (11)의 측면 (24)는, 경사면 (15)를 포함하는 2개의 면에 의해서 구성되어 있었지만, 이 대신에 제1의 변형예에 따른 측면 (124)는, 서로 4개의 면에 의해서 구성된다. 구체적으로 측면 (124)는 외연 (26)측으로부터 순서대로, 제1의 면 (115)와, 제2의 면 (116)과, 제3의 면 (117)과, 제4의 면 (118)을 갖는다.
제1의 면 (115)는, 화학 기계 연마 패드 (10)의 내부에서 연마면 (20)과 이루는 각(상기 각은 상기 비연마면에 대향하는 각임)이 90°보다 크고 180°보다 작은 각도 θ3으로 연마면 (20) 및 제2의 면 (116)과 접속하고 있다. 또한 각도 θ3은 100°이상 170°이하인 것이 바람직하다.
제2의 면 (116)은, 화학 기계 연마 패드 (10)의 내부에서 연마면 (20)과 이루는 각(상기 각은 상기 비연마면에 대향하는 각임)이 제1의 면 (115)보다 작은 각도 θ4로 제1의 면 (115) 및 제3의 면 (117)과 접속하고 있다. 또한, 각도 θ4는, 예를 들면 직각일 수 있다.
제3의 면 (117)은, 연마면 (20)과 평행인 각도로 제2의 면 (116) 및 제4의 면 (118)과 접속하고 있다. 또한 제3의 면 (117)은, 홈 (16)의 저면 (119)과 동일한 높이에 있다. 이에 따라, 측면 (124)의 하부 영역의 두께를 연마층 (111)의 전 체면에 있어서 균일하게 할 수 있기 때문에, 화학 기계 연마 패드 (10)의 강도를 높여 파손을 억제할 수 있다.
제4의 면 (118)은, 화학 기계 연마 패드 (10)의 내부에서 연마면과 이루는 각(상기 각은 상기 비연마면에 대향하는 각임)이 제1의 면 (115)보다 작은 각도 θ5로 제3의 면 (117) 및 비연마면 (22)와 접속하고 있다. 각도 θ5는, 예를 들면 직각일 수 있다.
제1의 변형예에 따른 연마층 (111)의 형상에 대해서는 이상과 같지만, 그 밖의 구성에 대해서는, 도 1 및 도 2를 이용하여 설명한 연마층 (11)의 구성과 마찬가지이기 때문에 설명을 생략한다.
도 4는, 제2의 변형예에 따른 연마층 (211)의 외연 부근의 단면을 나타내고, 도 2에 대응하는 도면이다. 상술한 본 실시 형태에 따른 연마층 (11)에 있어서는, 연마면 (20)의 외연 (26)과 홈 (16)의 거리 e가 인접하는 홈 (16)의 간격 d보다 작았지만, 이 대신에 제2의 변형예에 따른 연마층 (211)에 있어서는, 연마면 (20)의 외연 (26)과 홈 (16)의 거리 e는 인접하는 홈 (16)의 간격 d보다 크다. 이에 따라 경사면 (15)와 홈 (16)의 거리가 커지기 때문에, 경사면 (15)와 홈 (16)이 지나치게 근접하여 외연 (26) 부근이 대략 예각 형상이 됨으로써, 연마시에 피연마면에 손상을 입히는 것을 방지할 수 있다.
제2의 변형예에 따른 연마층 (211)의 형상에 대해서는 이상과 같지만, 그 밖의 구성에 대해서는, 도 1 및 도 2를 이용하여 설명한 연마층 (11)의 구성과 마찬 가지이기 때문에 설명을 생략한다.
도 5는, 제3의 변형예에 따른 연마층 (311)의 외연 부근의 단면을 나타내고, 도 2에 대응하는 도면이다. 제3의 변형예에 따른 연마층 (311)의 측면 (324)는 경사면 (315)가 2개의 경사면을 포함한다는 점에서, 상술한 본 실시 형태에 따른 연마층 (11)의 측면 (24)와 상이하다. 구체적으로 경사면 (315)는, 연마면 (20)과 이루는 각의 각도가 상이한 제1의 경사면 (316)과 제2의 경사면 (317)을 포함한다.
제1의 경사면 (316)은, 화학 기계 연마 패드 (10)의 내부에서 연마면 (20)과 이루는 각(상기 각은 상기 비연마면에 대향하는 각임)이 90°보다 크고 180°보다 작은 각도 θ1로 연마면 (20) 및 제2의 경사면 (317)과 접속하고 있다.
제2의 경사면 (317)은, 화학 기계 연마 패드 (10)의 내부에서 연마면 (20)과 이루는 각(상기 각은 상기 비연마면에 대향하는 각임)이 90°보다 크고 180°보다 작은 각도 θ2로 제1의 경사면 (316)과 접속하고 있다. 또한 각도 θ2는 θ2<θ1을 만족시키는 것이 바람직하다. 이에 따라, 경사면 (315)의 폭을 크게 하지 않고 θ1을 크게 할 수 있기 때문에, 연마면 (20)의 영역을 넓힐 수 있어 연마 성능을 향상시킬 수 있다.
제3의 변형예에 따른 연마층 (311)의 형상에 대해서는 이상과 같지만, 그 밖의 구성에 대해서는, 도 1 및 도 2를 이용하여 설명한 연마층 (11)의 구성과 마찬가지이기 때문에 설명을 생략한다.
도 6은, 제4의 변형예에 따른 연마층 (411)의 외연 부근의 단면을 나타내고, 도 2에 대응하는 도면이다. 제4의 변형예에 따른 연마층 (411)의 측면 (424)에 있어서는, 경사면 (415)의 단면이 곡선을 포함한다는 점에서, 상술한 본 실시 형태에 따른 연마층 (11)의 측면 (24)와 상이하다.
도 6에 도시한 바와 같이, 경사면 (415)의 단면이 곡선을 포함함으로써, 연마층 (11)의 테두리가 파손되는 것을 억제할 수 있어, 장기 수명화를 도모할 수 있다. 또한, 도 6에 도시한 바와 같이, 경사면 (415)의 단면이 곡선을 포함하는 경우, 연마면 (20)의 외연 (26)과 경사면 (415)에 있어서의 홈 (16)의 깊이의 1/2의 위치 (416)을 연결한 직선을 직선 L로 한 경우에, 직선 L과 연마면 (20)이 이루는 각(상기 각은 상기 비연마면에 대향하는 각임)의 각도를 θ로 한다.
제4의 변형예에 따른 연마층 (411)의 형상에 대해서는 이상과 같지만, 그 밖의 구성에 대해서는, 도 1 및 도 2를 이용하여 설명한 연마층 (11)의 구성과 마찬가지이기 때문에 설명을 생략한다.
이어서, 도 8 및 도 9를 이용하여 연마층의 홈의 형상에 특징을 갖는 변형예에 대해서 설명한다.
도 8은, 제5의 변형예에 따른 연마층 (511)의 상면을 도시한 도면이고, 도 7에 대응하는 도면이다. 제5의 변형예에 따른 연마층 (511)은, 환상의 홈 (16) 이외에, 연마면 (20)의 중심부로부터 외연 방향을 향해서 방사상으로 신장하는 복수개의 홈 (517) 및 홈 (518)을 더 포함한다는 점에서 상술한 연마층 (11)과 상이하다. 여기서 중심부란, 연마층 (511)의 무게 중심을 중심으로 한 반경 50 mm의 원으로 둘러싸인 영역을 말한다. 홈 (517) 및 홈 (518)은, 이 "중심부" 중 임의의 위치로부터 외연 방향으로 신장되고 있을 수 있고, 그 형상은, 예를 들면 직선상 또는 원호상 또는 이들을 조합한 형상일 수도 있다.
홈 (517) 및 홈 (518)은, 예를 들면 전체적으로 4개 내지 65개일 수 있고, 바람직하게는 8개 내지 48개일 수 있다. 홈 (517) 및 홈 (518)의 단면 형상 및 표면 조도는 상술한 홈 (16)과 마찬가지일 수 있다.
구체적으로는, 도 8에 도시한 바와 같이, 홈 (517)은 직선상으로 4개 설치되어 있고, 연마층 (511)의 중심으로부터 방사상으로 신장되어, 연마층 (511)의 측면에 도달하고 있다. 홈 (518)은, 직선상으로 홈 (517) 사이에 7개씩 합계 28개 설치되어 있고, 중심으로부터 약간 측면측으로 후퇴한 위치(중심부 영역내)로부터 방사상으로 신장되어, 연마층 (511)의 측면에 도달하고 있다.
제5의 변형예에 따른 연마층 (511)의 형상에 대해서는 이상과 같지만, 그 밖의 구성에 대해서는, 도 1 및 도 2를 이용하여 설명한 연마층 (11)의 구성과 마찬가지이기 때문에 설명을 생략한다.
도 9는, 제6의 변형예에 따른 연마층 (611)의 상면을 도시한 도면이고, 도 7에 대응하는 도면이다. 제6의 변형예에 따른 연마층 (611)은, 환상의 홈 (16) 이외에, 연마면 (20)의 중심으로부터 외연 방향을 향해서 방사상으로 신장하는 복수개의 홈 (617)을 더 포함한다는 점에서 상술한 연마층 (11)과 상이하다.
구체적으로는, 도 9에 도시한 바와 같이, 홈 (617)은 직선상으로 8개 설치되어 있고, 연마층 (611)의 중심으로부터 방사상으로 신장되어, 최외주의 홈 (16)에 도달하고 있다. 홈 (617)은 연마층 (611)의 측면에는 도달하지 않았다. 홈 (617) 의 단면 형상 및 표면 조도는, 상술한 홈 (16)과 마찬가지일 수 있다.
제6의 변형예에 따른 연마층 (611)의 형상에 대해서는 이상과 같지만, 그 밖의 구성에 대해서는, 도 1 및 도 2를 이용하여 설명한 연마층 (11)의 구성과 마찬가지이기 때문에 설명을 생략한다.
또한, 연마층에 설치되는 홈의 형상은 상기한 것으로 한정되지 않는다. 예를 들면 환상, 방사상의 홈 이외에, 나선상, 다각형상 등일 수 있고, 홈의 단면 형상에 대해서도 상기한 것으로 한정되지 않고, 예를 들면 V자형 형상 등일 수도 있다.
1.2. 연마층의 재질
연마층 (11)은, 상기한 요건을 구비하고 있는 한, 화학 기계 연마 패드 (10)으로서의 기능을 발휘할 수 있는 것이면 어떠한 소재로 구성되어 있을 수도 있다. 화학 기계 연마 패드 (10)으로서의 기능 중에서도, 특히 화학 기계 연마시에 화학 기계 연마용 수계 분산체를 유지하고, 연마 먼지를 일시적으로 체류시키는 등의 기능을 갖는 공극(미세한 공공)이 연마시까지 형성되어 있는 것이 바람직하다. 이 때문에, (I) 비수용성 부재와 상기 비수용성 부재 중에 분산된 수용성 입자를 포함하는 소재 또는 (II) 비수용성 부재와 상기 비수용성 부재 중에 분산된 공공을 포함하는 소재를 구비하는 것이 바람직하다.
이 중, 상기 소재 (I)은 화학 기계 연마 공정시, 수용성 입자가 화학 기계 연마용 수계 분산체와 접촉하고, 용해 또는 팽윤하여 이탈함으로써 비수용성 부재에 형성되는 공극에 화학 기계 연마용 수계 분산체 등을 유지할 수 있게 되고, 한 편 소재 (II)는 공공으로서 미리 형성되어 있는 부분이 화학 기계 연마용 수계 분산체 등의 유지 능력을 갖는다.
이하, 이들 소재에 대해서 상술한다.
(I) 비수용성 부재와 상기 비수용성 부재 중에 분산된 수용성 입자를 포함하는 소재
(A) 비수용성 부재
상기 (A) 비수용성 부재를 구성하는 재료는 특별히 한정되지 않지만, 소정의 형상 및 성상으로의 성형이 용이하고, 적절한 경도나, 적절한 탄성 등을 부여할 수 있다는 것 등으로부터, 유기 재료가 바람직하게 이용된다. 유기 재료로는, 예를 들면 열가소성 수지, 엘라스토머 또는 생고무, 경화 수지 등을 들 수 있다.
상기 열가소성 수지로는, 예를 들면 올레핀계 수지(예를 들면 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등), 스티렌계 수지(예를 들면 폴리스티렌 등), 아크릴계 수지(예를 들면 (메트)아크릴레이트계 수지 등), 비닐에스테르 수지(단 (메트)아크릴레이트계 수지에 해당하는 것을 제외함), 폴리에스테르 수지(단 비닐에스테르 수지에 해당하는 것을 제외함), 폴리아미드 수지, 불소 수지, 폴리카르보네이트 수지, 폴리아세탈 수지 등을 들 수 있다.
상기 엘라스토머 또는 생고무로는, 디엔계 엘라스토머(예를 들면 1,2-폴리부타디엔 등), 올레핀계 엘라스토머(예를 들면 에틸렌-프로필렌 고무와 폴리프로필렌 수지를 동적으로 가교한 것 등), 우레탄계 엘라스토머, 우레탄계 고무(예를 들면 우레탄 고무 등), 스티렌계 엘라스토머(예를 들면 스티렌-부타디엔-스티렌 블록 공 중합체(이하, "SBS"라고도 함), 스티렌-부타디엔-스티렌 블록 공중합체의 수소 첨가물(이하, "SEBS"라고도 함) 등), 공액 디엔계 고무(예를 들면 고(高)시스 부타디엔 고무, 저(低)시스 부타디엔 고무, 이소프렌 고무, 스티렌-부타디엔 고무, 스티렌-이소프렌 고무, 아크릴로니트릴-부타디엔 고무, 클로로프렌 고무 등), 에틸렌-α-올레핀 고무(예를 들면 에틸렌-프로필렌 고무, 에틸렌-프로필렌-비공액 디엔 고무 등), 부틸 고무, 그 밖의 고무(예를 들면 실리콘 고무, 불소 고무, 니트릴 고무, 클로로술폰화폴리에틸렌, 아크릴 고무, 에피클로로히드린 고무, 다황화 고무 등) 등을 들 수 있다.
상기 경화 수지로는 열 경화 수지, 광 경화 수지 등을 들 수 있으며, 이들 구체예로는, 예를 들면 우레탄 수지, 에폭시 수지, 불포화 폴리에스테르 수지, 폴리우레탄-요소 수지, 요소 수지, 규소 수지, 페놀 수지 등을 들 수 있다.
이들 유기 재료는 1종만을 사용할 수도 있고, 또한 2종 이상을 병용할 수도 있다.
또한, 이들 유기 재료는 적당한 관능기를 갖도록 변성된 것일 수도 있다. 여기서 적당한 관능기로는, 예를 들면 산 무수물 구조를 갖는 기, 카르복실기, 수산기, 에폭시기, 아미노기 등을 들 수 있다.
이들 유기 재료는, 그의 일부 또는 전부가 가교된 것인 것이 바람직하다. 비수용성 부재가 가교된 유기 재료를 함유함으로써, 비수용성 부재에 알맞은 탄성 회복력이 부여되고, 화학 기계 연마시에 화학 기계 연마 패드 (10)에 가해지는 전단 응력에 의한 변위를 억제할 수 있다. 또한, 화학 기계 연마 공정 및 드레싱(화 학 기계 연마와 교대로 또는 동시에 행해지는 화학 기계 연마 패드 (10)의 "이음매" 처리)시에 비수용성 부재가 과도하게 신장되어 소성 변형하여 공극이 메워지는 것, 또한 화학 기계 연마 패드 (10) 표면이 과도하게 보풀이 이는 것 등을 효과적으로 억제할 수 있게 된다. 따라서, 드레싱시에도 공극이 효율적으로 형성되고, 연마시의 화학 기계 연마용 수계 분산체의 유지성의 저하를 방지할 수 있으며, 보풀이 적고 연마 평탄성을 장기간에 걸쳐 유지할 수 있는 화학 기계 연마 패드 (10)을 얻을 수 있게 된다.
상기 가교된 유기 재료로는, 가교된 열가소성 수지 및 가교된 엘라스토머 또는 가교된 고무(여기서 "가교된 고무"란, 상기 "생고무"의 가교물을 의미함) 중으로부터 선택되는 1종 이상을 함유하는 것이 보다 바람직하고, 가교된 디엔계 엘라스토머, 가교된 스티렌계 엘라스토머 및 가교된 우레탄계 엘라스토머 및 가교된 공액 디엔계 고무 중으로부터 선택되는 1종 이상을 함유하는 것이 더욱 바람직하고, 가교된 1,2-폴리부타디엔, 가교된 SBS, 가교된 SEBS, 가교된 폴리우레탄, 가교된 스티렌부타디엔 고무, 가교된 스티렌-이소프렌 고무 및 가교된 아크릴로니트릴-부타디엔 고무 중으로부터 선택되는 1종 이상을 함유하는 것이 특히 바람직하고, 가교된 1,2-폴리부타디엔, 가교된 SBS, 및 가교된 SEBS 및 가교된 폴리우레탄 중으로부터 선택되는 1종 이상을 함유하는 것이 바람직하다.
유기 재료의 일부가 가교된 것이고, 다른 부분이 비가교된 것인 경우에는, 이러한 비가교의 유기 재료로는 비가교의 열가소성 수지 및 비가교의 엘라스토머 또는 생고무 중으로부터 선택되는 1종 이상을 함유하는 것이 바람직하고, 비가교의 올레핀계 수지, 비가교의 스티렌계 수지, 비가교의 디엔계 엘라스토머, 비가교의 스티렌계 엘라스토머, 비가교 우레탄계 엘라스토머, 비가교의 공액 디엔계 고무 및 비가교의 부틸 고무 중으로부터 선택되는 1종 이상을 함유하는 것이 보다 바람직하고, 비가교의 폴리스티렌, 비가교의 1,2-폴리부타디엔, 비가교의 SBS, 비가교의 SEBS, 비가교의 폴리우레탄, 비가교의 스티렌-부타디엔 고무, 비가교의 스티렌-이소프렌 고무 및 비가교의 아크릴로니트릴-부타디엔 고무 중으로부터 선택되는 1종 이상을 함유하는 것이 더욱 바람직하고, 비가교의 폴리스티렌, 비가교의 1,2-폴리부타디엔, 비가교의 SBS, 비가교의 폴리우레탄 및 비가교의 SEBS 중으로부터 선택되는 1종 이상을 함유하는 것이 특히 바람직하다.
유기 재료의 일부가 가교된 것이고, 다른 부분이 비가교된 것인 경우에는, 비수용성 부재 중에 차지하는 가교된 유기 재료의 비율은 30 질량％ 이상인 것이 바람직하고, 50 질량％ 이상인 것이 보다 바람직하며, 70 질량％ 이상인 것이 특히 바람직하다.
유기 재료는, 그 일부 또는 전부가 가교된 경우, 가교의 방법은 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면 화학 가교법, 방사선 가교법, 광 가교법 등의 방법에 의한 것이 가능하다. 상기 화학 가교법으로는, 가교제로서 예를 들면 유기 과산화물, 황, 황 화합물 등을 이용하여 행할 수 있다. 상기 방사선 가교법은, 예를 들면 전자선 조사 등의 방법에 의해 행할 수 있다. 상기 광 가교법은, 예를 들면 자외선 조사 등의 방법에 의해 행할 수 있다.
이들 중에서, 화학 가교법에 의한 것이 바람직하고, 취급성이 양호한 점 및 화학 기계 연마 공정에서의 피연마물에의 오염성이 없다는 점에서 유기 과산화물을 사용하는 것이 보다 바람직하다. 유기 과산화물로는, 예를 들면 과산화디쿠밀, 과산화디에틸, 과산화디-t-부틸, 과산화디아세틸, 과산화디아실 등을 들 수 있다.
가교가 화학 가교법에 의한 경우, 가교제의 사용량으로는, 가교 반응에 제공하는 비수용성 부재의 전량 100 질량부에 대하여 바람직하게는 0.01 내지 3 질량부이다. 이 범위의 사용량으로 함으로써, 화학 기계 연마 공정에서 스크래치의 발생이 억제된 화학 기계 연마 패드 (10)을 얻을 수 있다.
또한 가교는, 비수용성 부재를 구성하는 재료의 전부에 대해서 일괄하여 행할 수도 있고, 비수용성 부재를 구성하는 재료의 일부에 대해서 가교를 행한 후에 잔부와 혼합할 수도 있다. 또한, 각 별도의 가교를 행한 여러 종류의 가교물을 혼합할 수도 있다.
또한, 가교가 화학 가교법에 의한 경우에는 가교제의 사용량이나 가교의 조건을 조정함으로써, 또는 가교가 방사선 가교법에 의한 경우에는 방사선의 조사량을 조정함으로써, 1회의 가교 조작에 의해 일부가 가교되어 다른 부분이 비가교된 유기 재료의 혼합물을 용이하게 얻을 수 있다.
(A) 비수용성 부재는, 후술하는 (B) 수용성 입자와의 친화성 및 비수용성 부재 중에서의 (B) 수용성 입자의 분산성을 제어하기 위해서, 적당한 상용화제를 함유할 수 있다. 여기서 상용화제로는, 예를 들면 비이온계 계면활성제, 커플링제 등을 들 수 있다.
(B) 수용성 입자
(B) 수용성 입자는 화학 기계 연마 패드 (10) 중에서, 화학 기계 수계 분산체와 접촉함으로써 비수용성 부재로부터 이탈하고, 비수용성 부재 중에 공극을 형성하는 것 이외에, 화학 기계 연마 패드 (10)의 연마 기체의 압입 경도를 크게 하는 효과를 갖고, 상기한 연마 기체에 대한 쇼어 D 경도를 실현하는 것이다.
상기 이탈은, 화학 기계 연마용 수계 분산체 내에 함유되는 물 또는 수계 혼합 매체와의 접촉에 의한 용해, 팽윤 등에 의해서 발생한다.
(B) 수용성 입자는, 상기한 화학 기계 연마 패드 (10)의 연마층 (11)의 압입 경도를 확보하기 위해서, 중실체인 것이 바람직하다. 따라서, 이 수용성 입자는 화학 기계 연마 패드 (10)에 있어서 충분한 압입 경도를 확보할 수 있는 중실체인 것이 특히 바람직하다.
(B) 수용성 입자를 구성하는 재료는 특별히 한정되지 않지만, 유기 수용성 입자 및 무기 수용성 입자를 들 수 있다. 상기 유기 수용성 입자로는, 예를 들면 당류(다당류(예를 들면 전분, 덱스트린, 시클로덱스트린 등), 젖당, 맨니트 등), 셀룰로오스류(히드록시프로필셀룰로오스, 메틸셀룰로오스 등), 단백질, 폴리비닐알코올, 폴리비닐피롤리돈, 폴리아크릴산, 폴리에틸렌옥시드, 수용성의 감광성 수지, 술폰화폴리이소프렌, 술폰화폴리이소프렌 공중합체 등을 들 수 있다. 상기 무기 수용성 입자로는, 예를 들면 아세트산칼륨, 질산칼륨, 탄산칼륨, 탄산수소칼륨, 염화칼륨, 브롬화칼륨, 인산칼륨, 질산마그네슘 등을 들 수 있다. 이들 중에서, 유기 수용성 입자가 바람직하고, 다당류가 보다 바람직하며, 시클로덱스트린이 더욱 바람직하고, β-시클로덱스트린이 특히 바람직하다.
이들 수용성 입자는, 상기 각 소재를 단독 또는 2종 이상을 조합하여 사용할 수 있다. 또한, 소정의 재료를 포함하는 1종의 수용성 입자일 수도 있고, 다른 재료를 포함하는 2종 이상의 수용성 입자일 수도 있다.
(B) 수용성 입자의 평균 입경은, 바람직하게는 0.1 내지 500 ㎛, 보다 바람직하게는 0.5 내지 100 ㎛이다. 이 범위의 입경의 (B) 수용성 입자로 함으로써, (B) 수용성 입자의 이탈에 의해 발생하는 공극의 크기를 적당한 범위로 제어할 수 있고, 이에 따라 화학 기계 연마 공정시의 화학 기계 연마용 수계 분산체의 유지능 및 연마 속도가 우수하고, 게다가 기계적 강도가 우수한 화학 기계 연마 패드 (10)을 얻을 수 있다.
(B) 수용성 입자의 함유량은, (A) 비수용성 부재와 (B) 수용성 입자와의 합계에 대하여, 바람직하게는 10 내지 90 부피％이고, 보다 바람직하게는 15 내지 60 부피％이며, 더욱 바람직하게는 20 내지 40 부피％이다. (B) 수용성 입자의 함유량을 이 범위로 함으로써, 기계적 강도와 연마 속도와의 균형이 우수한 화학 기계 연마 패드 (10)을 얻을 수 있다.
상기 (B) 수용성 입자는 화학 기계 연마 패드 (10) 내에서, 화학 기계 연마용 수계 분산체와 접촉하는 표층에 노출된 경우에만 물에 용해 또는 팽윤하여 이탈하고, 연마층 (11) 내부에서는 흡습하지 않는 것이 바람직하다. 이 때문에 (B) 수용성 입자는 최외부의 적어도 일부에 흡습을 억제하는 외피를 구비하는 것일 수도 있다. 이 외피는 수용성 입자에 물리적으로 흡착하고 있을 수도, 수용성 입자와 화학적으로 결합하고 있을 수도, 또한 이 양쪽에 의해 수용성 입자에 붙어 있을 수 도 있다. 이와 같은 외피를 형성하는 재료로는, 예를 들면 에폭시 수지, 폴리이미드, 폴리아미드, 폴리실리케이트 등을 들 수 있다.
(II) 비수용성 부재와 상기 비수용성 부재 중에 분산된 공공을 포함하는 소재
연마층 (11)이 비수용성 부재와 상기 비수용성 부재 중에 분산된 공공을 포함하는 경우에는, 예를 들면 폴리우레탄, 멜라민 수지, 폴리에스테르, 폴리술폰, 폴리비닐아세테이트 등의 발포체를 들 수 있다.
상기한 바와 같은 비수용성 부재 중에 분산하는 공공의 평균 직경으로는, 바람직하게는 0.1 ㎛ 내지 500 ㎛이고, 보다 바람직하게는 0.5 내지 100 ㎛이다.
연마층 (11)의 형상은 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면 원반상, 다각 기둥상 등으로 할 수 있고, 화학 기계 연마 패드 (10)을 장착하여 사용하는 연마 장치에 따라서 적절하게 선택할 수 있다.
화학 기계 연마 패드용 조성물을 얻는 방법은 특별히 한정되지 않는다. 예를 들면, 소정의 유기 재료 등의 필요한 재료를 혼련기 등에 의해 혼련하여 얻을 수 있다. 혼련기로는 종래부터 공지된 것을 이용할 수 있다. 예를 들면, 롤, 니이더, 벤버리 믹서, 압출기(단축, 다축) 등의 혼련기를 들 수 있다.
수용성 입자를 함유하는 연마 패드 (10)을 얻기 위한 수용성 입자를 함유하는 연마 패드용 조성물은, 예를 들면 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, 비수용성 매트릭스와의 상용성의 크기에 관계없이 수용성 입자를 상기 바람직한 평균 입경으로 분산시킬 수 있다. 따라서, 사용하는 비수용성 매트릭스의 가공 온도에 의해, 수용성 입자의 종류를 선택하는 것이 바람직하다.
1.3. 지지층
지지층 (12)는, 화학 기계 연마 패드 (10)에 있어서, 연마 장치 정반 (13)에 연마층 (11)을 지지하기 위해서 이용되고 있다. 지지층 (12)는, 접착층을 포함할 수도 있고, 접착층을 상하면에 갖는 쿠션층일 수도 있다.
접착층은, 예를 들면 점착 시트를 포함할 수 있다. 점착 시트의 두께는, 50 ㎛ 내지 250 ㎛인 것이 바람직하다. 50 ㎛ 이상의 두께를 가짐으로써, 연마층 (11)의 연마면측으로부터의 압력을 충분히 완화시킬 수 있고, 250 ㎛ 이하의 두께를 가짐으로써, 요철의 영향을 연마 성능에 제공하지 않을 정도로 균일한 두께의 화학 기계 연마 패드 (10)을 제공할 수 있다.
점착 시트의 재질로는, 연마층 (11)을 연마기 정반에 고정시킬 수 있으면 특별히 한정되지 않지만, 연마층 (11)보다 탄성률이 낮은 아크릴계, 고무계가 바람직하고, 보다 구체적으로는 아크릴계가 바람직하다.
점착 시트의 접착 강도는, 화학 기계 연마용 패드를 연마기 정반에 고정시킬 수 있으면 특별히 한정되지 않지만, JIS Z0237의 규격으로 점착 시트의 접착 강도를 측정한 경우, 접착 강도가 3 N/25 mm 이상, 바람직하게는 4 N/CM 이상, 또한 10 N/25 mm 이상이 보다 바람직하다.
쿠션층은, 연마층 (11)보다 경도가 낮은 재질로 이루어지면, 그 재질은 특별 히 한정되지 않으며, 다공질체(발포체)일 수도, 비다공질체일 수도 있고, 예를 들면 발포 폴리우레탄 등으로 이루어질 수 있다. 쿠션층의 두께는, 예를 들면 0.1 mm 내지 5.0 mm가 바람직하고, 0.5 mm 내지 2.0 mm가 보다 바람직하다.
2. 실시예 및 비교예
본 실시 형태의 실시예에 따른 화학 기계 연마 패드 및 비교예에 따른 화학 기계 연마 패드를 제조하고, 화학 기계 연마를 실시하였다. 연마 후, 화학 기계 연마 패드의 스크래치수를 측정하였다.
2.1. 화학 기계 연마 패드의 제조 (실시예 1 내지 14, 비교예 4, 5)
1,2-폴리부타디엔(JSR(주)제조, 상품명 "JSR RB830")을 72.8 질량부에 및 β-시클로덱스트린((주)요코하마 고꾸사이 바이오 겡뀨쇼 제조, 상품명 "덱시펄 β-100", 평균 입경 20 ㎛) 27.2 질량부를, 160 ℃로 조온된 루더에 의해 2 분간 혼련하였다. 이어서, "파쿠밀 D40"(상품명, 닛본 유시(주)제조. 디쿠밀퍼옥시드를 40 질량％ 함유함)을 0.55 질량부(1,2-폴리부타디엔 100 질량부당 디쿠밀퍼옥시드량으로 환산하여, 0.30 질량부에 상당함)를 첨가하고, 추가로 120 ℃에서 60 rpm으로 2 분간 혼련하고, 화학 기계 연마 패드용 조성물의 펠릿을 얻었다. 이 펠릿 1500 g을 2.5 mm의 갭을 구비한 금형으로 170 ℃, 18 분간 가열하여 성형하고, 직경 762 mm, 두께 2.5 mm의 원형의 평판을 얻었다. 이것을 시판되고 있는 홈 가공기를 이용하여, 도 7 또는 도 8에 나타내는 형상의 홈 및 도 2 내지 6 중 어느 하나에 나타내는 형상의 경사면을 형성하여 실시예 1 내지 14 및 비교예 4, 5에 따른 연마층을 얻었다.
각 연마층의 홈 폭 g, 홈의 깊이 a, 피치(d+g), 홈과 경사면과의 거리 e 및 경사면의 각도 θ에 대해서는, 하기 표 1에 나타내는 바와 같다. 또한, 어느 실시예에 대해서도 환상의 홈의 홈수는 147개이고, 최소 원형의 직경은 10 mm로 하였다. 방사상의 홈수는, 도 8에 도시한 바와 같이 합계 32개로 하였다.
또한 홈이 없는 측에, 연마층의 외형과 동일한 형상(원형)의, 접착층으로서의 세키스이 가가꾸 고교사 제조 양면 테이프, 상품명 #5673JX(접착 강도, 10 N/25 mm)를 접착하였다.
2.2. 화학 기계 연마 패드의 제조(실시예 15)
공기 분위기하에서, 교반기를 구비한 2 ℓ의 4구 세퍼러블 플라스크에, 폴리테트라메틸렌글리콜(Mn=1000, 호도가야 가가꾸 고교(주)제조, 상품명 "PTMG-1000SN")을 50.2 중량부, 및 말단이 수산기화된 폴리부타디엔(Mn=1500, 니혼소다(주)제조, 상품명 "NISSO PB G-1000")을 15.6 중량부 투입하고, 60 ℃로 조온하여 교반하였다.
이어서, 상기 플라스크에 80 ℃의 오일욕에서 용해시킨 4,4'-디페닐메탄디이소시아네이트(닛본 폴리우레탄 고교(주)제조, 상품명 "MILLIONATE MT")를 28.8 중량부 첨가하고, 10 분간 교반·혼합한 후, 1,4-부탄디올(미쯔비시 가가꾸(주)제조, 상품명 "14BG")을 5.5 중량부 첨가하고, 교반·혼합하였다.
이어서, 얻어진 혼합물을 표면 가공된 SUS제의 배트에 펼치고, 110 ℃에서 1 시간, 추가로 80 ℃에서 16 시간 동안 어닐링하여 폴리우레탄을 얻었다.
이어서, 이 폴리우레탄 72.8 질량부에 및 β-시클로덱스트린((주)요코하마 고꾸사이 바이오 겡뀨쇼 제조, 상품명 "덱시펄 β-100", 평균 입경 20 ㎛) 27.2 질량부를, 160 ℃로 조온된 루더에 의해 2 분간 혼련하였다. 이어서, "파쿠밀 D40"(상품명, 닛본 유시(주)제조. 디쿠밀퍼옥시드를 40 질량％ 함유함)을 2.8 질량부(폴리우레탄 100 질량부당 디쿠밀퍼옥시드량으로 환산하여 1.5 질량부에 상당함)를 첨가하고, 추가로 120 ℃에서 60 rpm으로 2 분간 혼련하고, 화학 기계 연마 패드용 조성물의 펠릿을 얻었다. 이 펠릿을 이용하여 "2.1. 화학 기계 연마 패드의 제조(실시예 1 내지 14, 비교예 4, 5)"에 기재된 제조 방법과 마찬가지로 화학 기계 연마 패드를 얻었다.
2.3. 화학 기계 연마 패드의 제조(비교예 1, 2)
경사면을 형성하지 않는 것 이외에 대해서는, "2.1. 화학 기계 연마 패드의 제조(실시예 1 내지 14, 비교예 4, 5)"에 기재된 제조 방법과 마찬가지로 화학 기계 연마 패드를 얻었다.
2.4. 화학 기계 연마 패드의 제조(비교예 3)
경사면을 형성하지 않는 것 이외에 대해서는, "2.2. 화학 기계 연마 패드의 제조(실시예 15)"에 기재된 제조 방법과 마찬가지로 화학 기계 연마 패드를 얻었다.
2.5. 화학 기계 연마 공정
2.1. 내지 2.4. 중 어느 하나에 있어서 제조한 화학 기계 연마 패드를 화학 기계 연마 장치 "Reflexion-LK"(어플라이드 머티리얼즈(Applied Materials)사 제조)의 정반 상에 장착하고, P-TEOS 블랭킷 웨이퍼를 화학 기계 연마하였다. 또한, 화학 기계 연마는 패드 주단부가 연마 정반으로부터 박리될 때까지 계속하고, 사용 개시부터 박리 발생까지의 시간을 측정하였다. 화학 기계 연마의 조건은 이하와 같다.
화학 기계 연마용 수계 분산체: JSR 가부시끼가이샤 제조 실리카 지립 함유 슬러리, CMS-1101.
수계 분산체 공급량: 300 ㎖/분
정반 회전수: 63 rpm
헤드 회전수: 60 rpm
헤드 압박압
리테날링압: 8 psi
멤브레인압: 4.0 psi
연마 시간: 60 초
연마 매수: 72매/177매
2.6. 평가
화학 기계 연마 패드에 의해서 72매 및 177매의 웨이퍼를 연마한 후의 피연마면의 스크래치수를 측정하였다. 측정 결과를 표 1에 나타낸다.
Figure 112009009666864-PAT00001
표 1에 있어서, 실시예 9의 각도 θ란, 각도 θ1에 대응하고, 각도 θ2는 115°로 하였다. 또한, 실시예 10의 각도 θ는 180°미만이다.
표 1에 나타낸 바와 같이, 실시예 1 내지 15에 따른 화학 기계 연마 패드에 의해서 72매의 웨이퍼를 연마한 후의 피연마면의 스크래치수는 약 200 내지 약 450이었지만, 경사면을 형성하지 않은 비교예 1 내지 3에 따른 화학 기계 연마 패드에 의해서 연마된 피연마면의 스크래치수는 500 이상이었다. 177매의 웨이퍼를 연마한 후의 스크래치수에 대해서도, 경사면의 유무에 의해서 스크래치수가 최대 약 430의 차가 발생하였다. 또한 경사면을 갖고 있지만 홈의 깊이 a가 경사면의 높이 b보다 큰 형상을 갖는 화학 기계 연마 패드를 이용하여 연마를 행한 비교예 4, 5에서는, 72매의 웨이퍼 연마 후의 스크래치수를 억제할 수는 있지만, 177매의 웨이퍼 연마 후에는, 스크래치수가 실시예 1 내지 15보다 현저하게 많았다.
또한 각도 θ가 125°이하인 경우, 비율 e/d가 0.3 내지 2의 범위 내의 실시예 1 내지 8, 12, 15에 있어서의 스크래치수는, 비율 e/d가 0.3 내지 2의 범위밖인 실시예 11, 13, 14의 스크래치수에 비하여 현저히 적었다.
따라서, 상기 실시예 및 비교예에 의해, 화학 기계 연마 패드가 상술한 경사면을 갖고, 또한 홈의 깊이 a가 경사면의 높이 b 이하임으로써, 스크래치의 발생을 대폭 감소시키고, 그 효과를 장기간 유지할 수 있는 것이 확인되었다.
특히 비율 e/d가 0.3 내지 2의 범위 내이고, 각도 θ가 125°이하로 환상의 홈만(도 7 참조)을 갖는 화학 기계 연마 패드에 의해서 연마된 피연마면의 스크래치수를 보다 효과적으로 억제할 수 있는 것이 확인되었다.
본 발명에 따른 실시 형태의 설명은 이상과 같다. 본 발명은 실시 형태에서 설명한 구성과 실질적으로 동일한 구성(예를 들면, 기능, 방법 및 결과가 동일한 구성, 또는 목적 및 결과가 동일한 구성)을 포함한다. 또한, 본 발명은 실시 형태에서 설명한 구성의 본질적이지 않은 부분을 치환한 구성을 포함한다. 또한, 본 발명은 실시 형태에서 설명한 구성과 동일한 작용 효과를 발휘하는 구성 또는 동일한 목적을 달성할 수 있는 구성을 포함한다. 또한, 본 발명은 실시 형태에서 설명한 구성에 공지 기술을 부가한 구성을 포함한다.
도 1은 본 실시 형태에 따른 화학 기계 연마 패드를 나타내는 단면도이다.
도 2는 도 1에 있어서의 영역 II의 확대도이고, 연마층의 상세한 형상을 나타내는 단면도이다.
도 3은 제1의 변형예에 따른 연마층의 상세한 형상을 나타내는 단면도이다.
도 4는 제2의 변형예에 따른 연마층의 상세한 형상을 나타내는 단면도이다.
도 5는 제3의 변형예에 따른 연마층의 상세한 형상을 나타내는 단면도이다.
도 6은 제4의 변형예에 따른 연마층의 상세한 형상을 나타내는 단면도이다.
도 7은 본 실시 형태에 따른 연마층 (11)의 상면을 도시한 도면이다.
도 8은 제5의 변형예에 따른 연마층 (11)의 상면을 도시한 도면이다.
도 9는 제6의 변형예에 따른 연마층 (11)의 상면을 도시한 도면이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 간단한 설명>
10: 화학 기계 연마 패드
11, 111, 211, 311, 411, 511, 611: 연마층
12: 지지층
13: 연마 장치 정반
15, 315, 415: 경사면
316: 제1의 경사면
317: 제2의 경사면
16, 517, 518, 617: 홈
20: 연마면
22: 비연마면
24, 124, 324, 424: 측면
26: 외연
115: 제1의 면
116: 제2의 면
117: 제3의 면
118: 제4의 면
316: 제1의 경사면
317: 제2의 경사면

Claims (6)

  1. 화학 기계 연마에 이용되는 화학 기계 연마 패드이며,
    연마면과,
    상기 연마면의 반대측에 있는 비연마면과,
    상기 연마면의 외연과 상기 비연마면의 외연을 접속하는 측면과,
    상기 연마면측에 설치된 복수개의 홈
    을 포함하고,
    상기 측면은 상기 연마면과 접속하는 경사면을 갖고,
    상기 홈의 깊이는 상기 경사면의 높이 이하인 화학 기계 연마 패드.
  2. 제1항에 있어서, 상기 화학 기계 연마 패드의 내부에서 상기 연마면과 상기 경사면이 이루는 각(상기 각은 상기 비연마면에 대향하는 각임)이 90°보다 크고 180°보다 작은 각도 θ인 화학 기계 연마 패드.
  3. 제1항에 있어서, 상기 연마면은 원형상이고, 해당 화학 기계 연마 패드는 상기 연마면측에 복수개의 환상의 홈을 더 포함하며, 상기 연마면과 상기 복수개의 환상의 홈은 동심원상이고, 상기 외연에 가장 가까운 상기 홈과 상기 외연의 거리 e의, 서로 인접하는 홈의 간격 d에 대한 비율 e/d가 0.3 내지 2의 범위 내인 화학 기계 연마 패드.
  4. 제1항에 있어서, 상기 경사면은 상기 연마면과 이루는 각의 각도가 상이한 제1의 경사면과 제2의 경사면을 포함하고, 상기 제1의 경사면은 해당 화학 기계 연마 패드의 내부에서 상기 연마면과 이루는 각(상기 각은 상기 비연마면에 대향하는 각임)이 90°보다 크고 180°보다 작은 각도 θ1로 상기 연마면 및 상기 제2의 경사면과 접속하고, 상기 제2의 경사면은 해당 화학 기계 연마 패드의 내부에서 상기 연마면과 이루는 각(상기 각은 상기 비연마면에 대향하는 각임)이 90°보다 크고 180°보다 작은 각도 θ2로 상기 제1의 경사면과 접속하는 화학 기계 연마 패드.
  5. 제1항에 있어서, 상기 측면은 상기 외연측으로부터 순서대로 제1의 면과, 제2의 면과, 제3의 면과, 제4의 면을 갖고, 상기 제1의 면은 해당 화학 기계 연마 패드의 내부에서 상기 연마면과 이루는 각(상기 각은 상기 비연마면에 대향하는 각임)이 90°보다 크고 180°보다 작은 각도 θ3으로 상기 연마면 및 상기 제2의 면과 접속하고, 상기 제2의 면은 해당 화학 기계 연마 패드의 내부에서 상기 연마면과 이루는 각(상기 각은 상기 비연마면에 대향하는 각임)이 상기 제1의 면보다 작은 각도 θ4로 상기 제1의 면 및 상기 제3의 면과 접속하고, 상기 제3의 면은 상기 연마면과 평행인 각도로 상기 제2의 면 및 상기 제4의 면과 접속하고, 상기 제4의 면은 해당 화학 기계 연마 패드의 내부에서 상기 연마면과 이루는 각(상기 각은 상기 비연마면에 대향하는 각임)이 상기 제1의 면보다 작은 각도 θ5로 상기 제3의 면 및 상기 비연마면과 접속하는 화학 기계 연마 패드.
  6. 제1항에 있어서, 상기 경사면은 상기 연마면의 외연의 전체를 둘러싸도록 설치되어 있는 화학 기계 연마 패드.
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