KR20100028294A - 연마패드 및 그의 제조방법 - Google Patents

연마패드 및 그의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 실리콘 웨이퍼 등의 폴리싱 공정에 사용되는 연마패드 및 그의 제조방법에 관한 것으로서, 본 발명의 연마패드는 광반응성 수지들로 구성되어 다수의 기공(A1)들을 갖는 광반응성 수지층(A3)들이 2층 이상으로 적층된 구조인 연마층(A)을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 연마패드는 연마층의 표면과 내부에 기공들이 균일하게 형성되어 연마균일성과 폴리싱 재현성이 우수하다.
따라서, 본 발명은 실리콘 웨이퍼, 반도체 디바이스, 디스플레이용 판상유리 등의 폴리싱 공정에 사용되는 연마패드로 유용하다.
연마패드, 광반응성 수지, 폴리싱, 기공, 균일성

Description

연마패드 및 그의 제조방법{Polishing pad and method of manufacturing the same}
본 발명은 화학적 기계적 연마(Chemical Mechanical Polishing : 이하 "폴리싱"이라고 약칭한다), 특히 집적회로 칩이나 이와 유사한 물건의 제조에 사용되는 실리콘 웨이퍼 또는 디스플레이용 판상유리 또는 다른 기판을 평탄화하는 폴리싱 방법에 유용한 연마패드 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
실리콘 웨이퍼 등은 폴리싱 연마 장치에 의해 매끄럽게 처리되며, 폴리싱 연마장치는 연마패드가 장착되는 원형 회전판을 갖는 하부 보드, 실리콘 웨이퍼를 연마패드에 밀착시키는 상부보드 및 슬러리를 연마패드로 공급하는 장치를 포함한다.
화학-기계적 연마인 폴리싱 작업은 웨이퍼를 구동하는 연마패드와 반대 방향으로 밀어 보내서 퇴적된 Si계열을 포함한 산화물을 제거하고, 웨이퍼상에 매우 평활하고 평탄한 면을 생성하는 작업으로서, 폴리싱 작업 동안에 탈이온수 및/또는 화학적으로 활성인 시약을 연마액과 함께 웨이퍼와 연마패드의 계면에 도포한다.
폴리싱에 사용되는 종래의 다공성 연마패드로서는 일본공개특허 2003-012918 에서는 발포 경화에 제조되는 연마패드를 기술하고 있다.
그러나 이러한 패드는 발포과정에서 중력에 의한 기공의 불균일분포 등으로 폴리싱용으로 적합한 발포체의 수율이 낮아서 폐기물의 문제 및 비용의 상승 또한 제조 배치간의 편차가 발생할 가능성이 매우 높다고 할 수 있다.
일본공개특허 2005-074614에서는 마이크로 몰딩법에 의해서 기공(홈)이 형성되는 연마패드를 게재하고 있다.
그러나 이러한 방법에서는 마이크로몰딩을 선행하여 제작하여야 한다는 문제와 마이크로몰딩의 특성상 깊은 기공을 만들기가 곤란하며 또한 표층에서 심층으로 갈수록 기공의 직경이 작아야한다는 몰딩을 쉽게할 수 있으므로 표층과 심층의 기공의 분포가 달라질 수 있는 단점이 있다.
본 발명의 과제는 상기와 같은 종래의 문제점을 해결할 수 있도록 연마층의 표면과 내부에 기공들이 균일하게 형성되어 연마균일성과 폴리싱 재현성이 뛰어난 연마패드를 제공하기 위한 것이다.
상기 과제를 달성하기 위해서, 본 발명은 광반응성 수지들로 구성되어 다수의 기공(A1)들을 갖는 광반응성 수지층(A3)들이 2층 이상으로 적층된 구조인 연마층(A)을 포함하는 연마패드를 제공한다.
또한, 본 발명은 광방응성 수지로 수지층을 형성한 후 상기 수지층을 광원으로 경화시켜 광반응성 수지층을 제조한 다음, 상기와 같이 제조된 광반응성 수지층 위에 다시 광반응성 수지로 수지층을 형성한 후 상기 수지층을 광원으로 경화시켜 또 다른 광반응성 수지층을 제조하는 공정을 1회 이상 반복실시하여 연마패드를 제조하는 방법을 제공한다.
본 발명은 연마층이 다수의 기공(A1)들을 갖는 광반응성 수지층(A3)들이 2층 이상 적층된 구조이기 때문에 연마층의 표면과 내부에 기공들이 균일하게 형성되어 연마 균일성과 폴리싱 재현성이 우수하다.
이하, 첨부한 도면 등을 통하여 본 발명을 상세하게 설명한다.
먼저, 본 발명에 따른 연마패드는 도 1에 도시된 바와 같이 광반응성 수지들로 구성되어 다수의 기공(A1)들을 갖는 광반응성수지층(A3)들이 2층 이상으로 적층 된 구조인 연마층(A)을 포함하는 것을 특징으로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 연마패드 일례의 사시도 이다.
광반응성 수지층(A3)을 이루는 광반응성 수지로는 광반응성 개시제 및 광중합가능한 액상의 전구물로부터 개시되는 폴리우레탄 수지, 폴리우레아 수지, 폴리아크릴산 수지 등을 사용할 수 있지만, 가공성, 내마모성, 내가수분해성 등의 점에서 폴리우레탄 수지가 바람직하다
상기 광반응성 수지층(A3)의 두께는 0.1~5.0㎜인 것이 바람직하나, 연마패드의 용도에 따라 적절하게 조절할 수 있다.
한편, 본 발명은 상기 연마층(A) 하면에 접착보조층(B)이 형성된 연마패드와, 상기 연마패드의 접착보조층(B) 하면에 접착층(C)이 형성된 연마패드들도 포함한다.
상기 접착보조층(B)은 합성수지 필름, 직물, 편물 또는 부직포 등이다.
상기 접착보조층(B)은 전부가 경화될 수도 있고, 일부만 일정 패턴형태로 경화될 수도 있다.
다음으로는 본 발명에 따른 연마패드의 제조방법에 대하여 상세하게 설명한다.
본 발명에 따른 연마패드는 광방응성 수지로 수지층을 형성한 후 상기 수지층을 광원으로 경화시켜 광반응성 수지층을 제조한 다음, 상기와 같이 제조된 광반응성 수지층 위에 다시 광반응성 수지로 수지층을 형성한 후 상기 수지층을 광원으로 경화시켜 또 다른 광반응성 수지층을 제조하는 공정을 1회 이상 반복실시하여 제조할 수 있다.
상기의 광반응성 수지층(A3)은 광반응성 수지를 접착보조층(B) 상에 도포하거나 광반응성 수지를 용기내에 채워넣어 수지층을 형성한 다음, 광반응성 수지로 형성된 수지층 위에 패턴이 형성된 스크린 마스크를 올려놓은 후 광원을 조사하여 광반응성 수지로 형성된 상기 수지층의 일부만 선택적으로 경화하거나, 광반응성 수지로 형성된 상기 수지층 위에 상기 수지층의 표면에 초점을 국소적으로 형성하는 레이져 광원을 조사하여 광반응성 수지로 형성된 상기 수지층의 일부만 선택적으로 경화하여 제조할 수 있다.
구체적인 구현예로서, 액상의 광반응성 고분자 수지를 나이프 코팅기 등을 사용하여 일정한 두께로 필름상시트 기재, 부직포시트 기재, 직포시트 기재, 우레탄시트 기재 등의 표면에 균일한 두께로 도포한다.
원하는 연마성능을 발휘할 수 있는 기공의 크기분포 와 개수분포를 결정하고 이를 사진석판술에 사용되는 투명한 필름상 또는 스크린메쉬등에 패턴을 인자되게 한다.
이렇게 패턴이 그려진 마스크를 앞서의 액상의 광반응성 고분자 탄성체 수지가 도포된 시트기재의 위에 배치한 다음 광반응성 기재에 적당한 광원을 사용하여 광반응시켜서 경화한다.
이러한 과정을 반복하여 다층의 수지층을 만들면 자연스럽게 스크린마스크와 동일한 직경을 갖으며 깊이가 있는 탄성수지층을 얻을 수 있다.
탄성수지층을 얻는 방법으로 이렇게 스크린 마스크를 이용할 수도 있지만 레 이저 광원과 같은 조절 가능한 출력이 높으며 초점을 미소하게 맺을 수 있는 광원장치를 이용하고 또한 이 광원을 전자적으로 세기와 위치를 조절해가며 광원을 수지층에 조사하면 사진석판술에 의한 것과 유사한 결과를 얻을 수 있다.
또한 초점과 세기 그리고 위치를 조절 가능한 광원을 사용하며 내부와 외부의 기공구조를 보다 복잡하며 원하는 상태로 조절이 된 입체적인 기공구조를 쉽게 발현할 수 있다.
또한 통상적으로는 패드의 제조는 한번에 많은 생산품을 제조해야만 하지만 이러한 방식으로는 폴리싱 성능이 조절된 1장 또는 소량의 패드를 쉽게 수득할 수 있는 장점이 발휘된다.
이하, 실시예 및 비교실시예를 통하여 본 발명을 상세하게 설명한다.
그러나, 본 발명은 하기 실시예에 의해 그의 보호범위가 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
액체상태인 광반응성 폴리우레탄을 0.2㎜인 두께로 폴리에스테르 직물(접착보조층) 상에 나이프 코팅기로 코팅한 다음, 자외선 경화장치를 이용하여 경화하여 제1의 광경화성 수지층을 제조하였다. 제조된 제1의 광경화성 수지층 위에 다시 광반응성 폴리우레탄을 0.2㎜의 두께로 바른 다음 그위에 0.1 내지 2㎜의 흑색의 둥근 점이 인쇄된 스크린마스크를 위에 올려 다시 자외선 경화장치를 이용하여 경화하여 또 다른 광경화성 수지층을 제조하는 공정을 7회 반복하여 두께가 1.6㎜이 고, 0.1내지 2㎜의 기공이 상기의 스크린마스크의 모양과 일치되게 생성된 연마층을 형성한 후 형성된 연마층의 표면을 시험용 버핑기로 연마하여 연마층의 두께를 1.4㎜로 하였다. 다시 폴리에스테르 직물(접착보조층) 하면에 양면접착테이프를 접착하고 직경 500밀리미터의 원형으로 절개하여 연마 패드를 제조하였다.
실시예 2
액체상태인 광반응성 폴리우레탄을 0.2㎜의 두께로 폴리에스테르 필름(접착보조층)에 나이프 코팅기로 코팅한 다음 레이저 광원 조사장치를 이용하여 전체면적으로 순차적으로 조사, 경화하여 제1의 광경화성 수지층을 제조하였다. 제조된 제1의 광경화성 수지층 위에 다시 광반응성 폴리우레탄을 0.2㎜의 두께로 바른 다음 그 위에 0.1 내지 2㎜의 흑색의 둥근 점이 남도록 레이져 광원 조사 장치의 패턴을 조절하면서 레이져 광원을 조사하여 또 다른 광경화성 수지층을 제조하는 공정을 7회 반복하여 두께가 1.6㎜이고, 0.1내지 2밀리미터의 기공이 상하층이 일치되게 생성된 연마층을 제조하였다. 이렇게 만들어진 연마층의 표면을 시험용 버핑기로 연마하여 연마층의 두께를 1.4㎜로 하였다. 다시 폴리에스테르 필름(접착보조층) 하면에 양면접착테이프를 접착하고 직경 500밀리미터의 원형으로 절개하여 연마 패드를 제조하였다.
비교실시예 1
액체상태인 광반응성 폴리우레탄을 0.2㎜인 두께로 폴리에스테르 직물(접착 보조층) 상에 나이프 코팅기로 1.6㎜의 두께로 코팅한 다음, 그위에 0.1 내지 2㎜의 흑색의 둥근 점이 인쇄된 스크린마스크를 위에 올려 자외선 경화장치를 이용하여 경화하여 두께가 1.6㎜이고, 0.1내지 2㎜의 기공이 상기의 스크린마스크의 모양과 일치되게 생성된 1층 구조의 연마층을 형성한 후 형성된 연마층의 표면을 시험용 버핑기로 연마하여 연마층의 두께를 1.4㎜로 하였다. 다시 폴리에스테르 직물(접착보조층) 하면에 양면접착테이프를 접착하고 직경 500밀리미터의 원형으로 절개하여 연마 패드를 제조하였다.
연마시험
상기의 실시예 1, 2 및 비교실시예 1의 연마패드를 사용하여 200밀리미터 직경의 실리콘 웨이퍼를 아래와 같은 조건으로 각각 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 실리카 계 슬러리
- 다이아몬드 드레서를 이용하여 10분간 드레싱 후 연마시험을 실시
- 초기 3회의 시험값은 버리고 이후의 연마시험을 3회내지 6회 반복시험하여 평균 연마율을 구하여 초기 연마율(Start Removal Rate, nm/min)을 구함
- 다시 다이아몬드 드레서를 사용하여 30분간 드레싱 후 연마시험을 실시
- 초기 3회의 시험값은 버리고 이후의 연마시험을 3회내지 6회 반복시험하여 평균 연마율을 구하여 중기 연마율(Middle Removal Rate, nm/min)을 구함
- 다시 다이아몬드 드레서를 사용하여 30분간 드레싱 후 연마시험을 실시
- 초기 3회의 시험값은 버리고 이후의 연마시험을 3회내지 6회 반복시험하여 평균 연마율을 구하여 말기 연마율(End Removal Rate, nm/min)을 구함
상기와 같이 연마(폴리싱) 처리된 실리콘 웨이퍼의 연마율을 측정한 결과는 표 1과 같다.
연마 처리된 웨이퍼 연마율 측정결과
구분 실시예 1 실시예 2 비교실시예 1
초기연마율(SRR) 630nm 620nm 640nm
중기연마율(MRR) 620nm 618nm 620nm
말기연마율(ERR) 618nm 616nm 605nm
깊이에 따른 기공의 분포변화
상기의 실시예 1, 2 및 비교실시예 1의 연마패드를 표층 및 중층, 심층으로 나누어 측정하기 위하여 시편절단기를 사용하여 0.2밀리미터 간격으로 나누어 박편화하여 시료를 만든 다음 이 시료를 광학계 현미경을 사용하여 이미지를 동일한 배율로 촬영한 다음 기공의 크기분포를 이미지 분석 소프트웨어를 사용하여 측정하고 100마이크로미터 미만의 기공, 100이상 500 마이크로 미터 미만의 기공 500마이크로미터 이상에서 1밀리미터 미만까지의 기공, 1밀리미터 이상의 기공으로 4가지 영역으로 나누어 기공의 수를 카운팅하고 그 분포의 변화를 관찰하였다.
상기와 같이 기공의 분포를 측정한 결과는 표 2와 같다.
기공의 분포를 측정한 결과
구 분 실시예 1 실시예 2 비교실시예 1
100 ㎛ 미만 1,206 1,183 1,905
100 ㎛ -500 ㎛ 미만 452 445 144
500 ㎛ - 1 mm 미만 11 11 1
1 mm 이상 8 8 1
도 1은 본 발명에 따른 연마패드 일례의 사시도.
* 도면 중 주요부분에 대한 부호설명
A : 연마층 B : 접착보조층
C : 접착층
A1 : 연마층내 기공(Hole) A2 : 연마층의 표면(연마면)
A3 : 광반응성 수지층

Claims (13)

  1. 광반응성 수지들로 구성되어 다수의 기공(A1)들을 갖는 광반응성 수지층(A3)들이 2층 이상으로 적층된 구조인 연마층(A)을 포함하는 것을 특징으로 하는 연마패드.
  2. 제1항에 있어서, 광반응성 수지층(A3)의 두께는 0.1~5.0㎜인 것을 특징으로 하는 연마패드.
  3. 제1항에 있어서, 광반응성 수지는 폴리우레탄수지, 폴리우레아수지 및 폴리아크릴산수지로 이루어지는 그룹 중에서 선택되는 1종인 것을 특징으로 하는 연마패드.
  4. 제1항, 제2항 또는 제3항에 있어서, 연마층(A) 하면에 접착보조층(B)이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 연마패드.
  5. 제4항에 있어서, 접착보조층(B)은 합성수지 필름, 직물, 편물 및 부직포로 이루어지는 그룹 중에서 선택된 1종인 것을 특징으로 하는 연마패드.
  6. 제4항에 있어서, 접착보조층(B) 하면에 접착층(C)이 형성되어 있는 것을 특 징으로 하는 연마패드.
  7. 제1항에 있어서, 광반응 수지층(A3)은 전부가 경화된 것을 특징으로 하는 연마패드.
  8. 제1항에 있어서, 광반응성 수지층(A3)은 일부만 경화된 것을 특징으로 하는 연마패드.
  9. 광방응성 수지로 수지층을 형성한 후 상기 수지층을 광원으로 경화시켜 광반응성 수지층을 제조한 다음, 상기와 같이 제조된 광반응성 수지층 위에 다시 광반응성 수지로 수지층을 형성한 후 상기 수지층을 광원으로 경화시켜 또 다른 광반응성 수지층을 제조하는 공정을 1회 이상 반복실시 하는 것을 특징으로 하는 연마패드의 제조방법.
  10. 제9항에 있어서, 광반응성 수지를 도포하여 수지층을 형성하는 것을 특징으로 하는 연마패드의 제조방법.
  11. 제9항에 있어서, 광반응성 수지를 용기내에 채워넣어 수지층을 형성하는 것을 특징으로 하는 연마패드의 제조방법.
  12. 제9항에 있어서, 광반응성 수지로 형성된 수지층 위에 패턴이 형성된 스크린 마스크를 올려놓은 후 광원을 조사하여 광반응성 수지층의 일부분만 선택적으로 경화 시키는 것을 특징으로 하는 연마패드의 제조방법.
  13. 제9항에 있어서, 광반응성 수지로 형성된 수지층 위에 수지층의 표면에 초점을 구조적으로 형성하는 레이져 광원을 조사하여 광반응성 수지층의 일부분만 선택적으로 경화시키는 것을 특징으로 하는 연마패드의 제조방법.
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