KR20100014817A - 연마 패드의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 슬러리 누출을 방지할 수 있으며, 광학적 검지 정밀도가 우수한 연마 패드를 제조하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 본 발명의 연마 패드의 제조 방법은, 연마층의 연마 배면측에 광 투과 영역 형성 재료를 주입하기 위한 홈을 형성하는 공정, 상기 홈 내에 광 투과 영역 형성 재료를 주입하여 경화시킴으로써 광 투과 영역을 형성하는 공정, 및 연마층의 연마 표면측을 버프 처리함으로써 상기 광 투과 영역을 연마 표면에 노출시키는 공정을 포함한다.

Description

연마 패드의 제조 방법{POLISHING PAD MANUFACTURING METHOD}
본 발명은 렌즈, 반사 미러 등의 광학 재료나 실리콘 웨이퍼, 하드 디스크용 유리 기판, 알루미늄 기판, 및 일반적인 금속 연마 가공 등의 고도의 표면 평탄성을 요구하는 재료의 평탄화 가공을 안정하고도 높은 연마 효율로 행할 수 있는 연마 패드의 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명의 제조 방법에 따라 얻어지는 연마 패드는, 특히 실리콘 웨이퍼 및 그 위에 산화물층, 금속층 등이 형성된 디바이스를, 이들 산화물층이나 금속층을 적층하여 형성하기 전에 평탄화하는 공정에 바람직하게 사용된다.
반도체 장치를 제조할 때는, 웨이퍼 표면에 도전성 막을 형성하고, 포토리소그래피, 에칭 등을 행함으로써 배선층을 형성하는 공정이나, 배선층 상에 층간 절연막을 형성하는 공정 등이 행해지고, 이들 공정에 의해 웨이퍼 표면에 금속 등의 도전체나 절연체 등으로 이루어지는 요철이 생긴다. 최근, 반도체 집적 회로의 고밀도화를 목적으로 배선의 미세화나 다층 배선화가 진행되고 있지만, 이에 따라 웨이퍼 표면의 요철을 평탄화하는 기술이 중요해지고 있다.
웨이퍼 표면의 요철을 평탄화하는 방법으로서는, 일반적으로 화학기계적 연마(이하, "CMP"라고 함)이 채용되고 있다. CMP는, 웨이퍼의 피연마면을 연마 패드 의 연마면에 가압한 상태에서, 연마 알갱이가 분산된 슬러리 상태의 연마제(이하, "슬러리"라고 함)를 사용하여 연마하는 기술이다. CMP로 일반적으로 사용하는 연마 장치는, 예를 들면 도 1에 나타낸 바와 같이, 연마 패드(1)를 지지하는 연마 정반(定盤)(2)과, 피 연마재(반도체 웨이퍼)(4)를 지지하는 지지대(폴리싱 헤드)(5)와 웨이퍼의 균일 가압을 행하기 위한 백킹(backing)재와, 연마제의 공급 기구를 구비하고 있다. 연마 패드(1)는, 예를 들면 양면 테이프로 부착됨으로써, 연마 정반(2)에 장착된다. 연마 정반(2)과 지지대(5)는, 각각에 지지된 연마 패드(1)와 피 연마재(4)가 대향하도록 배치되고, 각각에 회전축(6, 7)을 구비하고 있다. 또한, 지지대(5) 측에는 피연마재(4)를 연마 패드(1)에 가압하기 위한 가압 기구가 설치되어 있다.
CMP를 행하는데 있어서, 웨이퍼 표면의 평탄도 판정의 문제점이 있다. 즉, 원하는 표면 특성이나 평면 상태에 도달한 시점을 검지할 필요가 있다. 종래, 산화막의 두께나 연마 속도 등에 관해서는, 테스트 웨이퍼를 정기적으로 처리하고, 결과를 확인한 후에 제품이 될 웨이퍼를 연마 처리하였다.
그러나, 전술한 방법으로는, 테스트 웨이퍼를 처리하는 시간과 비용이 낭비되고, 또한 사전에 전혀 가공되어 있지 않은 테스트 웨이퍼와 제품 웨이퍼는, CMP 특유의 로딩 효과에 의해, 연마 결과가 상이하며, 제품 웨이퍼를 실제로 가공해 보지 않으면, 가공 결과를 정확하게 예상하기 곤란하다.
그러므로, 최근에는 전술한 문제점을 해소하기 위하여, CMP 프로세스 시에, 바로 거기에서, 원하는 표면 특성이나 두께를 얻을 수 있는 시점을 검출할 수 있는 방법이 요구되고 있다. 이와 같은 검지에 대해서는, 다양한 방법이 사용되고 있지만, 측정 정밀도나 비접촉 측정에 있어서의 공간 분해능의 측면에서, 회전 정반 내에 레이저 광에 의한 막 두께 모니터 기구를 내장한 광학적 검지 방법이 주류를 이루고 있다.
상기 광학적 검지 수단은, 구체적으로는 광 빔을 창(광 투과 영역)을 통해 연마 패드를 통과하여 웨이퍼에 조사하여, 그 반사에 의해 발생하는 간섭 신호를 모니터링함으로써 연마 종점을 검지하는 방법이다.
전술한 바와 같은 방법에서는, 웨이퍼 표면층의 두께의 변화를 모니터링하여, 표면 요철의 근사적인 깊이를 알게 됨으로써 종점이 결정된다. 이와 같은 두께의 변화가 요철의 깊이와 동등해진 시점에서, CMP 프로세스를 종료시킨다. 또한, 이와 같은 광학적 수단에 의한 연마 종점 검지법 및 이 방법을 사용하는 연마 패드에 대해서는 다양하게 제안되어 왔다.
예를 들면, 고체이며 균질한, 190nm 내지 3500nm의 파장 광을 투과하는 투명한 폴리머 시트를 적어도 일부분에 가지는 연마 패드가 개시되어 있다(특허 문헌 1). 또한, 단차를 가진 투명 플러그가 삽입된 연마 패드가 개시되어 있다(특허 문헌 2). 또한, 폴리싱 면과 동일한 면인 투명 플러그를 가지는 연마 패드가 개시되어 있다(특허 문헌 3). 또한, 지방족 폴리이소시아네이트, 하이드록실 함유 재료 및 경화제로 형성되는 창을 가지는 연마 패드가 개시되어 있다(특허 문헌 4).
한편, 슬러리가 연마 영역과 광 투과 영역의 경계(이음매)로부터 누출되지 않도록 하기 위한 제안(특허 문헌 5, 6)도 하고 있다.
또한, 제1 수지의 봉 또는 플러그를 액상(液狀)의 제2 수지 내에 배치하고, 상기 제2 수지를 경화시켜서 성형물을 제작하고, 상기 성형물을 슬라이스하여 광 투과 영역과 연마 영역이 일체화된 연마 패드를 제조하는 방법이 개시되어 있다(특허 문헌 7). 그러나, 전술한 제조 방법은, 불투명 수지가 액체인 상태에서 투명 플러그를 불투명 수지 내에 삽입하여 경화시키는 방법이므로, 불투명 수지가 경화될 때 불투명 수지로부터 투명 플러그에 과도한 압력 또는 응력이 가해져서, 투명 플러그에 잔류 응력에 의하여 변형되거나 또는 부풀어질 우려가 있다. 이 잔류 응력에 의한 변형 또는 부풀림에 의해 투명 플러그의 평탄성이 저해되고, 광학적 검지 정밀도에 문제가 생긴다. 또한, 성형 시에 양측 재료 사이의 열 수축 차이에 기인하는 응력이 양측 재료의 접착계면에 잔류하여, 상기 접착계면으로부터 쉽게 박리되기 때문에 슬러리 누출이 발생할 우려가 있다.
또한, 폴리머 재료가 투명한 영역과, 폴리머 재료가 불투명한 인접한 영역을 가지는 일체로 성형된 연마 패드가 개시되어 있다(특허 문헌 8). 상기 연마 패드는, 유동성 폴리머 재료를 성형용 캐비티(cavity) 내에서 각 영역마다 경화 속도를 변경하여 경화시킴으로써 투명 영역과 불투명 영역을 일체로 성형하여 제조되고 있다. 그러나, 전술한 제조 방법은, 경화 속도를 변경시키기 위한 온도 제어가 곤란하며, 이에 따라 투명 영역의 광 투과율에 편차가 발생하거나, 충분한 광 투과율을 얻을 수 없을 우려가 있다
특허 문헌 1: 일본 특허출원 공표번호 평 11-512977호 공보
특허 문헌 2: 일본 특허출원 공개번호 평 9-7985호 공보
특허 문헌 3: 일본 특허출원 공개번호 평 10-83977호 공보
특허 문헌 4: 일본 특허출원 공개번호 2005-175464호 공보
특허 문헌 5: 일본 특허출원 공개번호 2001-291686호 공보
특허 문헌 6: 일본 특허출원 공표번호 2003-510826호 공보
특허 문헌 7: 일본 특허출원 공개번호 2005-210143호 공보
특허 문헌 8: 일본 특허출원 공표번호 2003-507199호 공보
[발명이 해결하고자 하는 과제]
본 발명은, 슬러리 누출을 방지할 수 있으면서 광학적 검지 정밀도가 우수한 연마 패드를 제조하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
[과제를 해결하기 위한 수단]
본 발명자들은, 전술한 과제를 해결하기 위해 연구 검토를 거듭한 결과, 이하에 나타내는 연마 패드에 의해 상기 목적을 달성할 수 있음을 발견하여 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
즉, 본 발명의 연마 패드의 제조 방법은, 연마층의 연마 배면 측에 광 투과 영역 형성용 재료를 주입하기 위한 홈을 형성하는 공정, 상기 홈 내에 광 투과 영역 형성용 재료를 주입하여 경화시킴으로써 광 투과 영역을 형성하는 공정, 및 연마층의 연마 표면 측을 버프 처리함으로써 상기 광 투과 영역을 연마 표면에 노출시키는 공정을 포함한다.
전술한 제조 방법에 의하면, 광 투과 영역의 두께를 용이하게 조정할 수 있다. 또한, 두께가 얇은 광 투과 영역을 형성할 수 있으므로 광 투과율을 향상시킬 수 있다. 또한, 연마 영역과 광 투과 영역을 간극없이 일체로 성형할 수 있으므로 연마 시에 슬러리가 누출되지 않는다.
광 투과 영역의 두께는, 버프 처리 후의 연마층의 두께의 20∼90%인 것이 바람직하다. 20% 미만인 경우에는, 연마 패드의 장시간의 사용에 의해, 광 투과 영역이 마모에 의해 소실되거나 지나치게 얇아져서 광학적 검지가 불가능하게 되거나, 슬러리 누출에 의해 광학적 검지 정밀도가 저하되는 경향이 있다. 한편, 90%를 초과하는 경우에는, 광 투과 영역이 지나치게 두꺼워지므로 광 투과율의 향상 효과를 충분히 얻을 수 없는 경향이 있다.
또한, 본 발명은, 전술한 방법에 따라 제조되는 연마 패드, 및 상기 연마 패드를 사용하여 반도체 웨이퍼의 표면을 연마하는 공정을 포함하는 반도체 디바이스의 제조 방법에 관한 것이다.
도 1은 CMP 연마에서 사용하는 연마 장치의 일례를 나타내는 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명의 연마 패드의 제조 방법의 일례를 나타낸 공정도이다.
[부호의 설명]
1: 연마 패드 2: 연마 정반
3: 연마제(슬러리) 4: 피연마재(반도체 웨이퍼)
5: 지지대(폴리싱 헤드) 6, 7: 회전축
8: 연마층 9: 연마 배면
10: 홈 11: 광 투과 영역
12: 연마 표면 13: 연마 영역
14: 쿠션층
본 발명의 연마 패드의 제조 방법은, 연마층의 연마 배면 측에 광 투과 영역 형성용 재료를 주입하기 위한 홈을 형성하는 공정, 상기 홈 내에 광 투과 영역 형성용 재료를 주입하여 경화시킴으로써 광 투과 영역을 형성하는 공정, 및 연마층의 연마 표면 측을 버프 처리함으로써 상기 광 투과 영역을 연마 표면에 노출시키는 공정을 포함한다. 본 발명의 연마 패드는, 상기 연마층 뿐일 수도 있고, 연마층과 다른 층(예를 들면, 쿠션층 등)과의 적층체일 수도 있다.
상기 연마층은, 미세 기포를 가지는 발포체이면 특별히 한정되지 않는다. 발포체의 원료로서는, 예를 들면 폴리우레탄 수지, 폴리에스테르 수지, 폴리아미드 수지, 아크릴 수지, 폴리카보네이트 수지, 할로겐계 수지(폴리염화비닐, 폴리테트라플루오르에틸렌, 폴리불화 비닐리덴 등), 폴리스티렌, 올레핀계 수지(폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등), 에폭시 수지, 감광성 수지 등의 1종 또는 2종 이상의 혼합물을 예로 들 수 있다. 폴리우레탄 수지는 내마모성이 우수하며, 원료 조성을 여러 가지로 변경함으로써 원하는 물성을 가지는 폴리머를 용이하게 얻을 수 있으므로, 연마층의 형성 재료로서 특히 바람직한 재료이다. 이하, 발포체를 대표하여 폴리우레탄 수지에 대하여 설명한다.
폴리우레탄 수지는, 이소시아네이트 성분, 폴리올 성분(고분자량 폴리올, 저분자량 폴리올), 및 사슬 연장제로 이루어진다.
이소시아네이트 성분으로서는, 폴리우레탄의 분야에 있어서 공지된 화합물을 특별히 한정하지 않고 사용할 수 있다. 이소시아네이트 성분으로서는, 2,4-톨루엔 디이소시아네이트, 2,6-톨루엔 디이소시아네이트, 2,2'-디페닐메탄 디이소시아네이트, 2,4'-디페닐메탄 디이소시아네이트, 4,4'-디페닐메탄 디이소시아네이트, 1,5-나프탈렌 디이소시아네이트, p-페닐렌 디이소시아네이트, m-페닐렌 디이소시아네이트, p-크실릴렌 디이소시아네이트, m-크실릴렌 디이소시아네이트 등의 방향족 디이소시아네이트, 에틸렌 디이소시아네이트, 2,2,4-트리메틸헥사메틸렌 디이소시아네이트, 1,6-헥사메틸렌 디이소시아네이트 등의 지방족 디이소시아네이트, 1,4-시클로헥산 디이소시아네이트, 4,4'-디시클로헥실메탄 디이소시아네이트, 이소포론 디이소시아네이트, 노르보르난 디이소시아네이트 등의 지방환식 디이소시아네이트 등을 들 수 있다. 이것들은 1종으로 사용해도, 2종 이상을 혼합해도 된다.
고분자량 폴리올로서는, 폴리테트라메틸렌에테르글리콜로 대표되는 폴리에테르 폴리올, 폴리부틸렌 아디페이트로 대표되는 폴리에스테르 폴리올, 폴리카프로락톤 폴리올, 폴리카프로락톤과 같은 폴리에스테르 글리콜과 알킬렌 카보네이트의 반응물 등으로 예시되는 폴리에스테르폴리카보네이트 폴리올, 에틸렌 카보네이트를 다가 알코올과 반응시키고, 계속해서 얻어진 반응 혼합물을 유기 디카르복시산과 반응시킨 폴리에스테르폴리카보네이트 폴리올, 및 폴리하이드록실 화합물과 아릴 카보네이트의 에스테르 교환 반응에 의해 얻어지는 폴리카보네이트 폴리올 등을 들 수 있다. 이들은 단독으로 사용할 수도 있고, 2종 이상을 병용할 수도 있다.
폴리올 성분으로서 전술한 고분자량 폴리올 외에, 에틸렌글리콜, 1,2-프로필렌글리콜, 1,3-프로필렌글리콜, 1,4-부탄디올, 1,6-헥산디올, 네오펜틸글리콜, 1, 4-시클로헥산디메탄올, 3-메틸-1,5-펜탄디올, 디에틸렌글리콜, 트에틸렌글리콜, 1,4-비스(2-하이드록시에톡시)벤젠 등의 저분자량 폴리올을 병용하는 것이 바람직하다. 에틸렌디아민, 트릴렌디아민, 디페닐메탄디아민, 디에틸렌트리아민 등의 저분자량 폴리아민을 사용해도 된다.
폴리우레탄 발포체를 프리폴리머법에 의해 제조하는 경우에 있어서, 프리폴리머의 경화에는 사슬 연장제를 사용한다. 사슬 연장제는, 적어도 2개 이상의 활성 수소기를 가지는 유기 화합물이며, 활성 수소기로서는, 수산기, 제1급 또는 제2급 아미노기, 티올기(SH) 등을 예시할 수 있다. 구체적으로는, 4,4'-메틸렌비스(o-클로로아닐린)(MOCA), 2,6-디클로로-p-페닐렌디아민, 4,4'-메틸렌비스(2,3-디클로로아닐린), 3,5-비스(메틸티오)-2,4-톨루엔디아민, 3,5-비스(메틸티오)-2,6-톨루엔디아민, 3,5-디에틸톨루엔-2,4-디아민, 3,5-디에틸톨루엔-2,6-디아민, 트리메틸렌글리콜-디-p-아미노벤조에이트, 1,2-비스(2-아미노페닐티오)에탄, 4,4'-디아미노-3,3'-디에틸-5,5'-디메틸디페닐메탄, N,N'-디-sec-부틸-4,4'-디아미노디페닐메탄, 3,3'-디에틸-4,4'-디아미노디페닐메탄, m-크실릴렌디아민, N,N'-디-sec-부틸-p-페닐렌디아민, m-페닐렌디아민, 및 p-크실릴렌디아민 등으로 예시되는 폴리 아민류, 또는 전술한 저분자량 폴리올이나 저분자량 폴리 아민 등을 들 수 있다. 이들은 1종으로 사용해도, 2종 이상을 혼합해도 된다.
이소시아네이트 성분, 폴리올 성분, 및 사슬 연장제의 비율은, 각각의 분자량이나 연마층의 원하는 물성 등에 의해 여러 가지로 바꿀 수 있다. 원하는 연마 특성을 가지는 연마층을 얻기 위해서는, 폴리올 성분과 사슬 연장제의 합계 활성 수소기(수산기+아미노기) 수에 대한 이소시아네이트 성분의 이소시아네이트 기수는, 0.80∼1.20인 것이 바람직하고, 0.99∼1.15가 더 바람직하다. 이소시아네이트 기수가 전술한 범위 밖의 경우에는, 경화 불량이 생겨서 요구되는 비중 및 경도를 얻지 못하고, 연마 특성이 저하되는 경향이 있다.
폴리우레탄 발포체의 제조는, 프리폴리머법, 원숏(one-shot)법 중 어느 방법도 가능하지만, 사전에 이소시아네이트 성분과 폴리올 성분으로부터 이소시아네이트 말단 프리폴리머를 합성해 두고, 여기에 사슬 연장제를 반응시키는 프리폴리머법이, 얻어지는 폴리우레탄의 물리적 특성이 우수하여 매우 적합하다.
폴리우레탄 발포체의 제조 방법으로서는, 중공(中空) 비즈를 첨가시키는 방법, 기계적 발포법, 화학적 발포법 등을 들 수 있다.
특히, 폴리알킬실록산과 폴리에테르의 공중합체인 실리콘계 계면활성제를 사용한 기계적 발포법이 바람직하다. 상기 실리콘계 계면활성제로서는, B-8443, B-8465(골드슈미트사 제품) 등을 바람직한 화합물로서 예시할 수 있다.
폴리우레탄 발포체로 이루어지는 연마층을 제조하는 방법의 예에 대하여 이하에 설명한다. 전술한 연마층의 제조 방법은, 이하의 공정을 가진다.
1) 이소시아네이트 말단 프리폴리머의 기포 분산액을 제조하는 발포 공정
이소시아네이트 말단 프리폴리머(제1 성분)에 실리콘계 계면활성제를 첨가하 고, 비반응성 기체의 존재 하에서 교반하고, 비반응성 기체를 미세 기포로서 분산시켜 기포 분산액으로 만든다. 상기 프리폴리머가 상온에서 고체인 경우에는 적절한 온도로 예열하고 용융하여 사용한다.
2) 경화제(사슬 연장제) 혼합 공정
상기 기포 분산액에 사슬 연장제(제2 성분)를 첨가, 혼합, 교반하여 발포 반응액으로 만든다.
3) 주형(注型) 공정
상기의 발포 반응액을 금형에 주입한다.
4) 경화 공정
금형에 주입된 발포 반응액을 가열하고, 반응 경화시킨다.
상기 미세 기포를 형성하기 위해 사용되는 비반응성 기체는, 가연성을 가지지 않운 것이 바람직하고, 구체적으로는 질소, 산소, 탄산 가스, 헬륨이나 아르곤 등의 희가스나 이들의 혼합 기체를 예시할 수 있고, 건조하여 수분을 제거한 공기의 사용이 비용 측면에서도 가장 바람직하다.
비반응성 기체를 미세 기포형으로 해서 실리콘계 계면활성제를 포함하는 제1 성분에 분산시키는 교반 장치로서는, 공지된 교반 장치이면 특별히 한정되지 않고 사용 가능하며, 구체적으로는 균질화기(homogenizer), 용해기(dissolver), 2축 유성형 믹서(planetary mixer) 등을 들 수 있다. 교반 장치의 교반 날개의 형상도 특별히 한정되지 않지만, 휘퍼형 교반 날개의 사용으로 미세 기포를 얻을 수 있으므로 바람직하다.
폴리우레탄 발포체의 제조 방법에 있어서는, 발포 반응액을 금형에 주입하여 유동하지 않게 될 때까지 반응한 발포체를, 가열, 포스트큐어(post-cure)하는 것은, 발포체의 물리적 특성을 향상시키는 효과가 있으므로, 매우 바람직하다. 금형에 발포 반응액을 주입하는 즉시 가열 오븐에 넣어서 포스트큐어를 행하는 조건으로 해도 되고, 이와 같은 조건 하에서도 반응 성분에 열이 곧 바로는 전달되지 않으므로, 기포 직경이 커지지는 않는다. 기포 형상이 안정되므로, 경화 반응은 상압(常壓)에서 행하는 것이 바람직하다.
폴리우레탄 발포체의 제조는, 각 성분을 계량해서 용기에 투입하고, 교반하는 배치(batch) 방식으로 해도 되고, 교반 장치에 각 성분과 비반응성 기체를 연속적으로 공급하여 교반하고, 기포 분산액을 송출하면서 제조하는 연속 생산 방식으로 해도 된다.
또한, 폴리우레탄 발포체의 원료가 되는 프리폴리머를 반응 용기에 넣은 후, 사슬 연장제를 투입, 교반 후, 소정 크기의 금형에 주입하여 블록을 제조하고, 이 블록을 대패 모양, 또는 밴드쏘(band saw)형 슬라이서를 사용하여 슬라이스하는 방법, 또는 전술한 금형의 단계에서 얇은 시트형으로 만들어도 된다. 또한, 원료가 되는 수지를 용해시키고, T 다이로부터 압출 성형하여 직접 시트형 폴리우레탄 발포체를 얻을 수도 있다.
상기 폴리우레탄 발포체의 평균 기포 직경은, 30∼80㎛인 것이 바람직하고, 30∼60㎛이면 더 바람직하다. 이 범위로부터 벗어나는 경우에는, 연마 속도가 저하되거나, 연마 후의 피연마재(웨이퍼)의 플러네러티(평탄성)가 저하되는 경향이 있다.
상기 폴리우레탄 발포체의 비중은 0.5∼1.3인 것이 바람직하다. 비중이 0.5 미만인 경우, 연마층의 표면 강도가 저하되고, 피연마재의 평탄성이 저하되는 경향이 있다. 또한, 1.3보다 큰 경우에는, 연마층 표면의 기포 수가 적어져서, 평탄성은 양호하지만, 연마 속도가 저하되는 경향이 있다.
상기 폴리우레탄 발포체의 경도는, 아스카 D 경도계로, 45∼70도인 것이 바람직하다. 아스카 D 경도가 45도 미만인 경우에는, 피연마재의 평탄성이 저하되고, 또한 70도보다 큰 경우에는, 평탄성은 양호하지만, 피연마재의 유니포미티(균일성)가 저하되는 경향이 있다.
버프 처리 전의 연마층의 두께는 특별히 한정되지 않지만, 통상 0.8∼4mm 정도이며, 1.5∼2.5mm인 것이 바람직하다. 전술한 두께의 연마층을 제작하는 방법으로서는, 상기 발포체의 블록을 밴드쏘 방식이나 플레인(plane) 방식의 슬라이서를 사용하여 소정 두께로 하는 방법, 소정 두께의 캐비티를 가진 금형에 수지를 주입하여 경화시키는 방법, 및 코팅 기술이나 시트 성형 기술을 사용한 방법 등을 들 수 있다.
이하, 도 2를 참조하면서, 본 발명의 연마 패드의 제조 방법에 대하여 상세하게 설명한다. 도 2는 본 발명의 연마 패드의 제조 방법의 일례를 나타낸 공정도이다. 그리고, 각 공정의 상단은 단면도이며, 하단은 평면도이다.
공정 (a)는, 연마층(8)의 연마 배면(9) 측에 광 투과 영역 형성용 재료를 주입하기 위한 홈(10)을 형성하는 공정이다. 공정 (a)에 있어서, 연마층의 형상은 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면 정사각형, 직사각형, 또는 원형 등이 될 수 있다. 또한, 필요에 따라 연마층(8)의 두께를 조정해 두는 것이 바람직하다. 홈의 형성 위치나 개수는 특별히 제한되지 않지만, 연마층이 원형인 경우에는, 중심과 주위단 사이에 1개 형성하는 것이 바람직하다. 홈의 형상은 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면, 정사각형, 직사각형, 또는 원형 등이 될 수 있다. 홈의 크기는 연마층의 크기에 따라서 적절하게 조정할 수 있다. 예를 들면, 직경 60cm의 연마층의 경우, 홈의 크기는 2×4cm정도이다. 홈은, 연마층을 관통하지 않아야 하며, 그 후의 공정에서 연마층의 연마 표면 측을 버프 처리함으로써 광 투과 영역을 연마 표면에 노출시킬 것을 고려하면, 홈의 깊이는 가능한 깊은 것이 바람직하다. 구체적으로는, 홈의 깊이는, 연마층의 두께의 70% 이상인 것이 바람직하고, 80% 이상인 것이 더 바람직하다.
홈(10)의 형성 방법은 특별히 제한되지 않고, 예를 들면 소정 크기의 바이트와 같은 지그를 사용하여 기계 절삭하는 방법, 소정의 표면 형상을 가진 금형에 수지를 주입하고, 경화시킴으로써 형성하는 방법, 소정의 표면 형상을 가진 프레스판으로 수지를 프레스하여 형성하는 방법, 포토리소그래피를 사용하여 형성하는 방법, 인쇄 방법을 사용하여 형성하는 방법, 및 탄산 가스 레이저 등의 레이저 광을 사용하여 형성하는 방법 등을 들 수 있다.
공정 (b)는, 홈(10) 내에 광 투과 영역 형성용 재료를 주입하여 경화시킴으로써 광 투과 영역(11)을 형성하는 공정이다.
광 투과 영역 형성용 재료는 특별히 제한되지 않지만, 연마를 행하고 있는 상태에서 고정밀도로 광학 종점 검지를 가능하게 하고, 파장 300∼800nm의 전체 범위에서 광 투과율이 40% 이상인 재료를 사용하는 것이 바람직하며, 광 투과율이 50% 이상인 재료를 사용하는 것이 더 바람직하다. 이와 같은 재료로서는, 예를 들면 폴리우레탄 수지, 폴리에스테르 수지, 페놀 수지, 요소 수지, 멜라민 수지, 에폭시 수지, 및 아크릴 수지 등의 열 강화성 수지; 폴리우레탄 수지, 폴리에스테르 수지, 폴리아미드 수지, 셀룰로오스계 수지, 아크릴 수지, 폴리카보네이트 수지, 할로겐계 수지(폴리염화비닐, 폴리테트라플루오르에틸렌, 폴리불화 비닐리덴 등), 폴리스티렌, 및 올레핀계 수지(폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등) 등의 열가소성 수지; 자외선이나 전자선 등의 광에 의해 경화되는 광 경화성 수지, 및 감광성 수지 등을 들 수 있다. 이들 수지는 단독으로 사용해도 되고, 2종 이상을 병용해도 된다. 그리고, 열 강화성 수지는 비교적 저온에서 경화하는 것이 바람직하다. 광 경화성 수지를 사용하는 경우에는, 광 중합 개시제를 병용하는 것이 바람직하다. 방향족 탄화 수소기를 가지는 수지를 사용하면 단 파장 측에서의 광 투과율이 저하되는 경향이 있으므로, 이와 같은 수지를 사용하지 않는 것이 바람직하다. 이들 중, 열 강화성 수지를 사용하는 것이 바람직하고, 특히 열 강화성 폴리우레탄 수지를 사용하는 것이 바람직하다.
광 투과 영역 형성용 재료의 주입량은 특별히 제한되지 않지만, 홈(10) 깊이의 20∼90%가 바람직하고, 30∼60%가 더 바람직하다.
광 투과 영역 형성용 재료로서 열 강화성 폴리우레탄 수지를 사용한 경우에는, 홈 내에 주입하여 두께를 균일하게 조정한 후에, 40∼100℃ 정도에서 5∼10분 정도 가열함으로써 경화시킨다. 또한, 광 투과 영역 형성용 재료로서 열가소성 수지를 사용한 경우에는, 용융된 상태의 열가소성 수지를 홈 내에 주입하여 두께를 균일하게 조정한 후, 냉각함으로써 경화시킨다. 또한, 광 투과 영역 형성용 재료로서 광 경화성 수지를 사용한 경우에는, 자외선이나 전자선 등의 광을 조사하여 경화시킨다. 광 투과 영역은, 광 투과율을 높이는 관점에서 가능한 기포가 포함되어 있지 않은 것이 바람직하다.
공정 (c)는, 연마층(8)의 연마 표면(12) 측을 버프 처리함으로써 상기 광 투과 영역을 연마 표면에 노출시키는 공정이다. 버프 처리할 때는, 노출된 광 투과 영역 표면이 손상되지 않도록, 입도 등이 상이한 연마재로 단계적으로 행하는 것이 바람직하다.
연마 표면(12)은, 두께 불균일이 100㎛ 이하로 되도록 버프 처리하는 것이 바람직하다. 또한, 연마 표면(12)과 함께 연마 배면(9)도 버프 처리하여 두께 불균일을 100㎛ 이하로 하는 것이 바람직하다. 두께 불균일이 100㎛를 초과하면, 연마 영역(13)이 큰 파형을 가지게 되어, 피연마재에 대한 접촉 상태가 상이한 부분이 생기고 연마 특성에 악 영향을 미친다. 또한, 연마 영역의 두께 불균일을 해소하기 위하여, 일반적으로는, 연마 초기에 연마 표면을 다이아몬드 연마 알갱이를 전착(電着), 융착시킨 드레서를 사용하여 드레싱하지만, 전술한 범위를 넘는 것은, 드레싱 시간이 길어져서, 생산 효율을 저하시킨다.
버프 처리 후의 연마층의 두께는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 통상 0.5∼3mm 정도이며, 1∼2.5mm인 것이 바람직하다. 또한, 광 투과 영역의 두께는, 버 프 처리 후의 연마층의 두께의 20∼90%인 것이 바람직하고, 30∼60%인 것이 더 바람직하다.
공정 (d)는, 연마층(8)을 목적으로 하는 형상으로 재단하는 공정이다. 일반적으로 연마층은 원형으로 재단되지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 그리고, 공정 (d)는 임의의 공정으로서, 공정 (a)를 행하기 전에 목적으로 하는 형상으로 재단해도 된다. 연마층(8)의 크기는, 사용하는 연마 장치에 따라서 적절하게 조정할 수 있으며, 원형의 경우에는 통상적으로 직경은 30∼120cm 정도이다.
연마 영역(13)의 연마 표면(12)은, 슬러리를 유지·갱신하기 위한 요철 구조를 가지는 것이 바람직하다. 발포체로 이루어지는 연마 영역은, 연마 표면에 많은 개구를 가지고, 슬러리를 유지·갱신하는 기능을 가지고 있지만, 연마 표면에 요철 구조를 형성함으로써, 슬러리의 유지와 갱신을 더 효율적으로 행할 수 있고, 또한 피연마재와의 흡착에 의한 피연마재의 파괴를 방지할 수 있다. 요철 구조는, 슬러리를 유지·갱신할 수 있는 형상이면 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면, XY 격자 홈, 동심원형 홈, 관통 구멍, 관통되지 않은 구멍, 다각 기둥, 원기둥, 나선형 홈, 편심원형 홈, 방사상 홈, 및 이러한 홈을 조합한 것을 들 수 있다. 또한, 이들 요철 구조는 규칙성이 있는 것이 일반적이지만, 슬러리의 유지·갱신성을 바람직하게 하기 위해서, 소정의 범위마다 홈 피치, 홈 폭, 홈 깊이 등을 변화시킬 수도 있다.
공정 (e)는, 연마층(8)과 쿠션층(14)을 접합하여 적층 타입의 연마 패드(1)를 제작하는 공정이다. 그리고, 공정 (e)는 임의의 공정이며, 연마 패드에는 쿠션층이 적층되어 있지 않아도 된다.
쿠션층(14)은 연마층(8)의 특성을 보충한다. 쿠션층은, CMP에 있어서, 트레이드 오프(trade-off)의 관계에 있는 평탄성과 균일성의 양자를 양립시키기 위해서 필요한 것이다. 평탄성은, 패턴 형성 시에 발생하는 미소 요철이 있는 웨이퍼를 연마했을 때의 패턴부의 평탄성을 말하여, 균일성은 웨이퍼 전체의 균일성을 말한다. 연마층의 특성에 따라 평탄성을 개선하고, 쿠션층의 특성에 따라 균일성을 개선한다. 본 발명의 연마 패드에 있어서는, 쿠션층은 연마 영역보다 부드러운 것을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 쿠션층으로서는, 예를 들면, 폴리에스테르 부직포, 나일론 부직포, 아크릴 부직포 등의 섬유 부직포나 폴리우레탄을 함침한 폴리에스테르 부직포와 같은 수지 함침 부직포, 폴리우레탄 폼, 폴리에틸렌 폼 등의 고분자 수지 발포체, 부타디엔 고무, 이소프렌 고무 등의 고무성 수지, 감광성 수지 등을 들 수 있다.
연마층과 쿠션층을 접합시키는 수단으로서는, 예를 들면, 연마층과 쿠션층을 양면 테이프를 사이에 두고 적층하고 가압하는 방법을 들 수 있다. 그리고, 쿠션층에는, 광 투과 영역에 대응하는 크기의 관통 구멍을 형성해 둔다.
본 발명의 연마 패드는, 연마층 또는 쿠션층의 플라텐(platen)과 접착하는 면 측에 양면 테이프가 설치되어 있어도 된다.
반도체 디바이스는, 상기 연마 패드를 사용하여 반도체 웨이퍼의 표면을 연마하는 공정을 거쳐 제조된다. 반도체 웨이퍼는, 일반적으로 실리콘 웨이퍼 상에 배선 금속 및 산화막을 적층한 것이다. 반도체 웨이퍼의 연마 방법 및 연마 장치는 특별히 제한되지 않고, 예를 들면 도 1에 나타낸 바와 같이 연마 패드(1)를 지 지하는 연마 정반(2)과, 반도체 웨이퍼(4)를 지지하는 지지대(폴리싱 헤드)(5)와 웨이퍼에 대한 균일한 가압을 행하기 위한 백킹(backing)재와, 연마제(3)의 공급 기구를 구비한 연마 장치 등을 사용하여 행해진다. 연마 패드(1)는, 예를 들면 양면 테이프로 접합시킴으로써, 연마 정반(2)에 장착된다. 연마 정반(2)과 지지대(5)는, 각각에 지지된 연마 패드(1)와 반도체 웨이퍼(4)가 대향하도록 배치되고, 각각 회전축(6, 7)을 구비하고 있다. 또한, 지지대(5) 측에는, 반도체 웨이퍼(4)를 연마 패드(1)에 가압하기 위한 가압 기구가 설치되어 있다. 연마 시에는, 연마 정반(2)과 지지대(5)를 회전시키면서 반도체 웨이퍼(4)를 연마 패드(1)에 가압하고, 슬러리를 공급하면서 연마를 행한다. 슬러리의 유량, 연마 하중, 연마 정반 회전수, 및 웨이퍼 회전수는 특별히 제한되지 않고, 적절하게 조정해서 행한다.
이로써, 반도체 웨이퍼(4)의 표면의 돌출된 부분이 제거되어 평탄한 상태로 연마된다. 그 후, 다이싱, 본딩(bonding), 패키징(packaging) 등을 행함으로써 반도체 디바이스가 제조된다. 반도체 디바이스는, 연산 처리 장치나 메모리 등에 사용할 수 있다.
[실시예]
이하, 본 발명을 실시예를 제시하여 설명하는데, 본 발명은 이들 실시예로 한정되는 것은 아니다.
(광 투과율의 측정)
제작된 연마 패드로부터 광 투과 영역을 10mm×50mm의 크기로 잘라내어 샘플을 얻었다. 샘플을 초순수가 충전된 유리 셀(소고 이화학 유리 제작소 제품, 광 파장: 10mm, 광로 폭: 10mm, 높이: 45mm)에 넣고 분광 광도계(시마즈 제작소 제품, UV-1600PC)를 사용하여, 측정 파장 300nm로 광 투과율을 측정하였다. 얻어진 광 투과율의 측정 결과를 Lambert-Beer의 법칙을 사용하여, 두께 1mm의 광 투과율로 환산했다.
(막 두께 검출 평가)
웨이퍼의 막 두께의 광학적 검출 평가는 다음과 같은 방법으로 행하였다. 웨이퍼로서 8인치의 실리콘 웨이퍼에 열 산화막을 1㎛로 제조한 것을 사용하고, 그 위에, 제조한 연마 패드로부터 잘라낸 광 투과 영역을 설치하였다. 간섭식 막 두께 측정 장치(오오쓰카전자사 제품)를 사용하여, 파장 영역 300nm에 있어서 막 두께 측정을 수회 행하였다. 산출된 막 두께 결과, 및 간섭 광의 산과 골의 상황을 확인하고, 광 투과 영역의 막 두께 검출을 하기 기준으로 평가했다.
◎: 매우 우수한 재현성으로 막 두께가 측정됨
○: 우수한 재현성으로 막 두께가 측정됨
×: 재현성이 좋지 못하며, 검출 정밀도가 불충분함
(누수 평가)
연마 장치로서 SPP600S(오카모토 공작기계사 제품)를 사용하여 제조한 연마 패드를 사용하여, 누수 평가를 행하였다. 8인치의 더미 웨이퍼를 30분간 연속 연마한 후, 연마 패드 배면 측의 광 투과 영역을 육안 관찰에 의해 관찰하고, 누수의 유무를 확인하였다. 연마 조건으로서는, 알칼리성 슬러리로서 실리카 슬러리(SS12, 캐벗 마이크로일렉트로닉스사 제품)를 연마 도중에 유량 150ml/min으로 첨가하고, 연마 하중 350g/cm2, 연마 정반 회전수 35rpm, 및 웨이퍼 회전수 30rpm으로 하였다. 또한, 웨이퍼의 연마는, #100 드레서를 사용하여 연마 패드 표면의 드레싱을 행하면서 실시하였다. 드레싱 조건은, 드레스 하중 80g/cm2, 드레서 회전수 35rpm으로 하였다.
[실시예 1]
70℃로 온도 조정한 이소시아네이트 말단 프리폴리머(유니로얄사 제품, 아디프렌 L-325) 100중량부, 실리콘계 계면활성제(도레다우코닝실리콘사 제품, SH-192) 3중량부를 용기 내에 첨가하여 혼합하고, 80℃로 조정하여 감압 탈포했다. 그 후, 2축 믹서를 사용하여, 회전수 900rpm으로 용기 내에 기포가 들어가도록 약 4분간 강하게 교반을 행하였다. 거기에 사전에 120℃로 용융한 4,4'-메틸렌비스(o-클로로아닐린)(이하라케미칼사 제품, 큐아민 MT) 26.2중량부를 첨가하고, 전술한 혼합액을 약 70초간 교반하여 발포 반응액을 제조했다. 그 후, 상기 발포 반응액을 팬형의 오픈 금형[주형(注型) 용기]에 주입했다. 상기 발포 반응액의 유동성이 없어진 시점에서 오븐 내에 넣고, 80∼85℃에서 12시간 포스트 큐어를 행하고, 폴리우레탄 발포체 블록을 얻었다.
80℃로 가열한 상기 폴리우레탄 발포체 블록을 슬라이서(아미텍사 제품, VG W-125)를 사용하여 슬라이스하고, 두께 1.8mm의 연마층(평균 기포 직경: 50㎛, 비중: 086, 경도: 52도)을 얻었다. 다음으로, 연마층의 연마 배면 측에 세로 2cm, 가로 4cm, 깊이 1.5mm의 홈을 절삭에 의해 형성하였다.
80℃로 온도를 조정한 이소시아네이트 말단 프리폴리머(일본폴리우레탄사 제품, C-2612) 70중량부, 트리메티롤프로판 9중량부, 및 수평균 분자량 650의 폴리테트라메틸렌에테르글리콜 21중량부를 혼합하고, 탈포하여 광 투과 영역 형성용 재료를 제조했다. 상기 광 투과 영역 형성용 재료를 상기 연마층의 홈 내에 주입하고, 100∼105℃에서 12시간 포스트큐어를 행하여 광 투과 영역을 형성하였다. 그 후, 연마층의 양면을 버핑기(아미텍사 제품)를 사용하여 버프 처리하고, 연마 표면 측에 광 투과 영역을 노출시켰다. 버프 처리 후의 연마층의 두께는 1.27mm이며, 광 투과 영역의 두께는 1.10mm였다. 그 후, 연마층을 K(동심원)홈 가공기(테크노사 제품)를 사용하여 직경 60cm의 크기로 절단하고, 연마층 표면에 홈 폭 0.25mm, 홈 피치 1.50mm, 홈 깊이 0.40mm의 동심원형의 슬러리 홈을 형성하였다. 그 후, 연마층의 연마 배면에 적층기를 사용하여, 양면 테이프(세키스이화학공업사 제품, #5782W)를 부착하였다. 그리고, 광 투과 영역에 대응하는 위치의 상기 양면 테이프를 NT 커터로 잘라냈다. 또한, 코로나 처리한 폴리에틸렌 폼(도레사 제품, 토레 페프, 두께: 0.8mm)으로 이루어지고, 광 투과 영역에 대응하는 관통 구멍을 가지는 쿠션층을, 적층기를 사용하여 상기 양면 테이프에 접합하여 연마 패드를 제작하였다.
[실시예 2]
광 투과 영역의 두께를 1.10mm에서 0.75mm로 변경한 점 외는 실시예 1과 동일한 방법으로 연마 패드를 제작하였다.
[실시예 3]
광 투과 영역의 두께를 1.10mm에서 0.40mm로 변경한 점 외는 실시예 1과 동일한 방법으로 연마 패드를 제작하였다.
[표 1]
Figure 112009051190379-PCT00001

Claims (4)

  1. 연마층의 연마 배면 측에 광 투과 영역 형성용 재료를 주입하기 위한 홈을 형성하는 공정;
    상기 홈 내에 상기 광 투과 영역 형성용 재료를 주입하여 경화시킴으로써 광 투과 영역을 형성하는 공정; 및
    상기 연마층의 연마 표면 측을 버프 처리함으로써 상기 광 투과 영역을 연마 표면에 노출시키는 공정
    을 포함하는 연마 패드의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    광 투과 영역의 두께는, 버프 처리 후의 연마층 두께의 20∼90%인, 연마 패드의 제조 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 기재된 방법에 따라 제조되는 연마 패드.
  4. 제3항에 기재된 연마 패드를 사용하여 반도체 웨이퍼의 표면을 연마하는 공정을 포함하는 반도체 디바이스의 제조 방법.
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