KR20100041160A - Polishing pad and method of manufacturing the same - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A polishing pad and a method for manufacturing the same are provided to improve the thickness uniformity of a wafer by controlling the hole density of the polishing pad. CONSTITUTION: A cake shape polishing pad(210) is formed by mixing polishing pad materials. A rotation process, a baking process and a slicing process for the polishing pad are successively performed. The rotation process using a centrifugal force causes the distribution of holes in the polishing pad. Hole densities of a center part(214) and a peripheral part(212) are different by the rotation process.

Description

연마 패드 및 그의 제조 방법{POLISHING PAD AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}Polishing pad and manufacturing method therefor {POLISHING PAD AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은 반도체 소자에 관한 것으로, 특히 연마 패드 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.TECHNICAL FIELD The present invention relates to semiconductor devices, and more particularly, to a polishing pad and a method of manufacturing the same.

최근의 반도체 분야는 고집적화, 고기능화의 추세에 따르고 있다. Recently, the semiconductor field is following the trend of high integration and high functionalization.

즉, 고집적화에 따른 선폭의 감소로 필요로 하는 용량의 메모리 셀(cell)을 구현하기 위해서는 3차원적 입체구조를 가지는 캐패시터 등으로 구성된 셀을 필요료 하게 되었고, 그에 따라 주변부(periphery)의 회로와 메모리 셀 간의 높이 차가 발생되며, 층간 절연막(inter layer dielectric)의 증착 후 미세 구조가 밀집된 지역과 주변부 회로간에 발생되는 단차로 인하여 이후의 공정 진행을 어렵게 하는 문제점이 있다.In other words, in order to realize a memory cell having a capacity required by the reduction of the line width due to the high integration, a cell composed of a capacitor having a three-dimensional solid structure is required, and accordingly, a peripheral circuit and A height difference occurs between the memory cells, and there is a problem that it is difficult to proceed with the subsequent process due to the step difference between the region where the microstructure is dense and the peripheral circuit after the deposition of the inter layer dielectric.

이와 같은 국소적인 영역별로 단차가 존재할 경우, 리소그래피(lithography) 공정에서 표면의 평탄도 불량으로 초점심도(Depth of Focus)의 여유(margin)가 적어 모든 영역에서의 정확한 패턴의 정의가 어렵게 된다. When there is a step for each of these local areas, the margin of focus is low due to poor surface flatness in the lithography process, so that it is difficult to define accurate patterns in all areas.

따라서, 층간절연막을 증착한 이후의 표면의 평탄도는 반도체 집적 기술의 발전과 더불어 반드시 해결하여야 하는 과제가 되고 있다. Therefore, the flatness of the surface after the deposition of the interlayer insulating film is a problem that must be solved with the development of semiconductor integrated technology.

이와 같이 표면의 평탄도 문제를 해결하기 위한 기술로서 CMP(Chemical Mechnical Polishing,화학 기계적 연마) 공정이 있으며, 현재는 상기 층간절연막의 평탄화뿐만 아니라 소자 분리(isolation)용 트렌치(trench)의 갭필링(gap filling), 텅스텐 플러그(W-plug) 형성 및 배선을 위한 다마신(damascene) 공정에도 본격적으로 적용이 되고 있다. As a technique for solving the surface flatness problem as described above, there is a chemical mechanical polishing (CMP) process, and at present, the gap filling of the trench for isolation of the device as well as the planarization of the interlayer insulating film is performed. It is also being applied to the damascene process for gap filling, tungsten plug (W-plug) formation and wiring.

도 1에 도시된 바와 같이, CMP 장치는 크게 폴리셔(polisher)와 크리너(cleaner)로 나눌 수 있고, 폴리셔에는 테이블(table,10), 헤드(head,20), 패드 컨디셔닝 디스크 모듈(pad conditioning disk module,30), 슬러리 공급장치(slurry supply module,40)로 구성되어 있다.As shown in FIG. 1, the CMP apparatus can be roughly divided into a polisher and a cleaner, and the polisher includes a table 10, a head 20, and a pad conditioning disk module. conditioning disk module 30, and slurry supply module 40.

CMP 공정은 웨이퍼 표면과 슬러리가 인가된 연마 패드(50)간의 물리적 마찰에 의한 연마작용에 의해 진행된다. 웨이퍼 표면과 접촉하는 연마 패드(50)는 그 형성과 규격에 의해 CMP 공정 특성에 많은 영향을 미친다.The CMP process is performed by polishing by physical friction between the wafer surface and the polishing pad 50 to which the slurry is applied. The polishing pad 50 in contact with the wafer surface greatly influences the CMP process characteristics by its formation and specification.

도 2에 도시된 바와 같이, 일반적인 연마 패드(50)는 발포성 재질로 제작되고, 다수의 미세한 기공을 포함한다. 연마 패드내 기공의 역할은 웨이퍼 전면에 균일한 압력을 인가하고, 연마 패드에 탄성을 증가시키는 것이다. As shown in FIG. 2, the general polishing pad 50 is made of a foamable material and includes a plurality of fine pores. The role of pores in the polishing pad is to apply a uniform pressure to the front surface of the wafer and to increase the elasticity of the polishing pad.

일반적인 연마 패드(50) 내의 기공은 여러가지 형태와 크기의 기공이 균일하게 혼재하고 있다. The pores in the general polishing pad 50 are uniformly mixed with pores of various shapes and sizes.

그런데, 만약 CMP 공정을 진행하는 웨이퍼내 박막의 가장자리의 두께가 두껍거나 얇은 경우 기존의 CMP 장치 및 상기와 같은 연마 패드(50)로서는 대응에 한계 가 있다. 왜냐하면 CMP 공정의 목적인 광역평탄화의 스케일은 불과 수 마이크로미터에 불과하기에 웨이퍼 전체면에 대한 평탄화에는 한계가 있기 때문이다. However, if the thickness of the edge of the thin film in the wafer undergoing the CMP process is thick or thin, there is a limit to the conventional CMP apparatus and the polishing pad 50 as described above. Because the scale of wide area flattening, which is the purpose of the CMP process, is only a few micrometers, the planarization of the entire wafer surface is limited.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 CMP 공정시 웨이퍼의 연마균일도를 향상하는 연마 패드 및 그의 제조 방법을 제공하는데 있다.The technical problem to be achieved by the present invention is to provide a polishing pad and a method of manufacturing the same to improve the polishing uniformity of the wafer during the CMP process.

본 발명의 목적을 이루기 위한 연마 패드 제조 방법은 연마 패드 재료를 혼입하여 케이크 형태의 연마 패드를 형성하는 단계; 상기 케이크 형태의 연마 패드를 회전 공정하는 단계; 상기 케이크 형태의 연마 패드를 베이크하는 단계; 상기 케이크 형태의 연마 패드를 슬라이싱 하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.A polishing pad manufacturing method for achieving the object of the present invention comprises the steps of incorporating polishing pad material to form a polishing pad in the form of a cake; Rotating the cake pad polishing pad; Baking the polishing pad in the form of a cake; And slicing the cake pad polishing pad.

본 발명의 또 다른 목적을 이루기 위한 연마 패드는 여러가지 형태와 크기의 기공이 혼재하는 내각부; 및 상기 내각부보다 기공의 밀도가 상대적으로 낮고, 연마 패드의 재질 밀도가 상대적으로 높은 외각부;를 포함함을 특징으로 한다. Polishing pad for achieving another object of the present invention is a cabinet portion in which pores of various shapes and sizes are mixed; And an outer shell portion having a relatively lower density of pores than the inner shell portion, and having a relatively high material density of the polishing pad.

본 발명은 CMP 대상 박막의 외각의 두께가 높은 경우, 연마 패드의 기공의 밀도를 임의 제어함으로써, 웨이퍼 내부의 두께 균일도를 향상시킬 수 있다. In the present invention, when the thickness of the outer shell of the CMP target thin film is high, the thickness uniformity inside the wafer can be improved by arbitrarily controlling the density of pores of the polishing pad.

CMP 공정은 가공 효율을 높이기 위한 빠른 연마 속도와 웨이퍼 전면에 대한 연마 균일도, 세부적으로는 칩 크기에 해당하는 다이(die) 내의 평탄도, 그리고 연마재현성 확보가 요구된다. The CMP process requires fast polishing speed to improve processing efficiency, polishing uniformity on the entire surface of the wafer, and in particular, flatness in the die corresponding to chip size, and abrasive reproducibility.

이러한 CMP 결과에 영향을 미치는 인자로는 장치의 가압 정밀도, 가압 방식, 웨이퍼와 패드의 접촉 궤적, 연마입자 종류, 크기, 함량, 슬러리 내의 산화제, 착화제, pH, 부식 방지제, 공정 온도, 웨이퍼 표면에 형성되어 있는 패턴의 균일성 등의 여러가지 요인들이 있다. Factors influencing these CMP results include pressurization accuracy, pressurization method, contact trajectory of wafer and pad, abrasive grain type, size and content, oxidant in slurry, complexing agent, pH, corrosion inhibitor, process temperature, wafer surface. There are various factors such as the uniformity of the pattern formed on the substrate.

특히, 웨이퍼와 직접적으로 접촉하여 상대 운동을 하게 되는 폴리우레탄 발포체인 연마 패드의 경우는 연마 패드 상의 표면 거칠기의 분포, 패드 표면과 내부에 형성되어 있는 마이크로 기공의 연마 잔류물 제거 상태, 패드의 두께의 균일성 등이 중요한 인자로써 작용하게 된다.  In particular, in the case of a polishing pad, which is a polyurethane foam which is in direct contact with a wafer to perform relative movement, the distribution of surface roughness on the polishing pad, the removal of polishing residues of the micropores formed on the surface of the pad, and the thickness of the pad, and the thickness of the pad The uniformity of and the like act as an important factor.

본 발명은 연마 패드에 포함된 기공의 밀도에 관련한 것이다. The present invention relates to the density of pores included in a polishing pad.

이하, 본 발명에 의한 연마 패드를 첨부한 도면들을 참조하여 다음과 같이 설명한다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, a polishing pad according to the present invention will be described as follows.

도 3은 본 발명에 따른 연마 패드의 구조 단면도이다.3 is a structural cross-sectional view of the polishing pad according to the present invention.

도 3에 도시된 바와 같이, 연마 패드(210)의 외각부(212)에 형성된 기공의 밀도는 내각부(214)에 형성된 기공의 밀도보다 낮게 형성되어 있다. As shown in FIG. 3, the density of pores formed in the outer shell portion 212 of the polishing pad 210 is lower than the density of the pores formed in the inner shell portion 214.

여기서, 연마 패드(210) 내부의 기공들은 형태와 크기가 여러가지이며, 균일하게 혼재한다. Here, the pores in the polishing pad 210 have various shapes and sizes, and are uniformly mixed.

이와 같이 내각부(214)의 기공의 밀도보다 낮은 기공 밀도의 외각부(212)는 연마 패드(210) 외각부(212)의 강도를 높이게 된다. As described above, the outer shell portion 212 having a lower pore density than the pore density of the inner shell portion 214 increases the strength of the outer shell portion 212 of the polishing pad 210.

이러한 높은 강도의 외각부(212)는 CMP 공정 진행시 공정 대상인 웨이퍼의 외각부에서 높은 절삭률을 갖게 한다.The outer shell portion 212 of high strength has a high cutting rate at the outer shell portion of the wafer to be processed during the CMP process.

이하, 본 발명에 의한 연마 패드의 제조 방법을 첨부한 도면들을 참조하여 다음과 같이 설명한다. Hereinafter, a method of manufacturing a polishing pad according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

도 4a 내지 도 4b는 본 발명의 연마 패드를 제조하는 과정을 도시한 공정을 도시한 공정 단면도이다.4A to 4B are cross-sectional views illustrating a process illustrating a process of manufacturing the polishing pad of the present invention.

먼저, 연마 패드를 제조하기 위해 매트릭스 물질을 형성한다. 매트릭스 물질은 열경화성 물질, 예를 들어 가교된 폴리우레탄, 에폭시, 폴레에스테르, 폴리이미드, 폴리올레핀, 폴리부타디엔 및 이의 혼합물을 포함할 수 있다. First, a matrix material is formed to produce a polishing pad. The matrix material may comprise thermoset materials such as crosslinked polyurethanes, epoxies, polyesters, polyimides, polyolefins, polybutadienes and mixtures thereof.

연마패드는 초기 상태에서 통상적인 방법, 예를 들어 캐스팅, 사출 성형, 동축(co-axial) 사출, 압출, 소결, 접착 등에 의해 형성될 수 있다.The polishing pad may be formed in the initial state by conventional methods, for example casting, injection molding, co-axial injection, extrusion, sintering, bonding, and the like.

이와 같이 연마패드가 형성된 경우, 혼합물은 붓기 또는 주입에 의해 개방되거나 폐쇄될수 있는 몰드로 전달된다.When the polishing pad is thus formed, the mixture is transferred to a mold that can be opened or closed by pouring or pouring.

임의로, 시트는 생산 속도를 증가시키기 위해 연속적으로 롤(roll)로 캐스팅된다. Optionally, the sheets are cast continuously into rolls to increase production speed.

이어서 혼합물은 바람직하게는 광-활성화, 열-활성화, 시간-활성화 또는 화학적-활성화될 수 있는 경화제를 사용하여 경화된다. The mixture is then cured using a curing agent which can preferably be photo-activated, heat-activated, time-activated or chemically-activated.

경화후, 배치는 몰드로부터 제거되고 기계적 수단, 예를 들어 스카이빙(skiving) 또는 스탬핑 또는 레이저 커팅에 의해 개별 연마 패드로 전달된다. After curing, the batch is removed from the mold and transferred to individual polishing pads by mechanical means such as skiving or stamping or laser cutting.

임으로, 연마 패드는 몰드에서 혼합물 캐스팅, 경화 및 스카이빙하여 형성된 다. The polishing pad is thus formed by casting, curing and skiving the mixture in a mold.

도 4a에 도시된 바와 같이, 연마패드의 초기 상태는 재료 혼입후 연성을 가진 젤 상태의 케이크형태를 일예로 한다. 기공을 생성하는 발포제를 투입후 케이크 상태에서 강제회전 공정을 진행하여 질량이 높은 고분자 패드 재료가 케이크의 외부에 모이도록 유도한다. As shown in Figure 4a, the initial state of the polishing pad is an example of a cake in the form of a gel with ductility after material incorporation. After the foaming agent that creates the pores is added, a forced rotation process is performed in the cake state to induce a polymer pad material having a high mass to collect on the outside of the cake.

강제 회전 공정을 진행하면 기공의 밀도가 케이크 외각부에서 가장 낮으며, 회전 속도(ω)에 의해 기공의 분포는 조절 가능하다.When the forced rotation process is performed, the density of the pores is the lowest at the cake outer part, and the distribution of the pores is adjustable by the rotational speed (ω).

도 4b에 도시된 바와 같이, 베이크 과정을 거친 연마 패드 케이크는 고체로 안정화된 상태에서 슬라이싱을 거쳐 연마 패드로 제작된다. As shown in Figure 4b, the baked polishing pad cake is made into a polishing pad after slicing in a stabilized state.

본 발명의 연마 패드 제조 방법은 기존의 연마 패드 제조 방법 대비 차이점은 재료 혼입후 베이크 과정을 거치기 전에 강제 회전 과정을 거친다는 것이다.The difference between the polishing pad manufacturing method of the present invention and the conventional polishing pad manufacturing method is that the material undergoes a forced rotation process before the baking process after mixing the material.

강제 회전 과정을 통해서 연마 패드 케이크 내에 존재하는 기공의 분포에 변화를 주고, 기공 밀도 변화를 통해 연마 패드 가장자리의 밀도 변화를 제어할 수 있다. Through the forced rotation process, the distribution of pores existing in the polishing pad cake may be changed, and the change in density of the edge of the polishing pad may be controlled by changing the pore density.

도 5는 본 발명의 연마 패드를 이용한 웨이퍼 연마 공정을 도시한 단면도이다.5 is a cross-sectional view showing a wafer polishing process using the polishing pad of the present invention.

연마 패드의 외각부는 내각부보다 기공 밀도가 상대적으로 낮고, 기공 밀도가 낮기 때문에 상대적으로 연마 패드의 밀도와 탄성이 높다. 따라서, CMP 공정시 웨이퍼의 외각부 절삭율이 상승한다. The outer shell portion of the polishing pad has a relatively lower pore density and lower pore density than the inner shell portion, so that the polishing pad has a higher density and elasticity. Therefore, the cutting rate of the outer portion of the wafer during the CMP process increases.

따라서, CMP 대상 박막의 두께가 외각부가 높은 경우, 본 발명의 제조 방법 으로 제작된 연마 패드를 사용시 CMP 진행 후 웨이퍼 내부의 두께 균일도를 향상시킬 수 있다.Therefore, when the thickness of the CMP target thin film is high, the thickness uniformity inside the wafer may be improved after the CMP process when the polishing pad manufactured by the manufacturing method of the present invention is used.

도 1은 일반적인 CMP 장치를 도시한 도면.1 shows a typical CMP apparatus.

도 2는 일반적인 연마 패드의 단면도. 2 is a cross-sectional view of a general polishing pad.

도 3은 본 발명에 의한 연마 패드의 단면도. 3 is a cross-sectional view of the polishing pad according to the present invention.

도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따른 연마 패드를 제조하는 공정 단면도. 4A and 4B are cross-sectional views of a process for manufacturing a polishing pad according to the present invention.

도 5는 본 발명의 연마 패드가 웨이퍼를 식각하는 공정 단면도. 5 is a cross-sectional view of the polishing pad of the present invention for etching a wafer.

Claims (10)

연마 패드 재료를 혼입하여 케이크 형태의 연마 패드를 형성하는 단계;Incorporating the polishing pad material to form a cake-shaped polishing pad; 상기 케이크 형태의 연마 패드를 회전 공정하는 단계;Rotating the cake pad polishing pad; 상기 케이크 형태의 연마 패드를 베이크하는 단계;Baking the polishing pad in the form of a cake; 상기 케이크 형태의 연마 패드를 슬라이싱 하는 단계;Slicing the cake pad polishing pad; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 연마 패드 제조 방법. Polishing pad manufacturing method comprising a. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 회전 공정 단계는The rotating process step 질량이 상대적으로 높은 고분자의 연마 패드 재료가 상기 케이크 형태의 연마 패드의 외부에 모일 때까지 수행하는 것을 특징으로 하는 연마 패드 제조 방법. A method of producing a polishing pad, characterized in that the polishing pad material of a relatively high mass is collected until the outside of the cake-shaped polishing pad is collected. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 회전 공정 단계는The rotating process step 원심력을 이용하여 상기 연마 패드 내의 기공의 분포에 변화가 유발되도록 하는 것을 특징으로 하는 연마 패드 제조 방법. Method for producing a polishing pad, characterized in that to cause a change in the distribution of pores in the polishing pad by using a centrifugal force. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 회전 공정 단계는 The rotating process step 회전 속도를 임의로 변화시켜 상기 연마 패드의 내각부 및 외각부의 기공 밀도를 서로 다르게 하는 것을 특징으로 하는 연마 패드 제조 방법. And optionally varying the rotational speed to vary the pore densities of the inner and outer portions of the polishing pad. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 연마 패드 재료는The polishing pad material is 열경화성 물질임을 특징으로 하는 연마 패드 제조 방법. A polishing pad manufacturing method, characterized in that the thermosetting material. 제 5 항에 있어서,The method of claim 5, 상기 열경화성 물질은The thermosetting material is 폴리우레탄, 에폭시, 폴리에스테르, 폴리이미드, 폴리올레핀, 폴리부타디엔 및 이의 혼합물임을 특징으로 하는 연마 패드 제조 방법. A method for producing a polishing pad, characterized in that the polyurethane, epoxy, polyester, polyimide, polyolefin, polybutadiene and mixtures thereof. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 케이크 형태의 연마패드는 The cake pad polishing pad 캐스팅, 사출 성형, 동축 사출, 압출, 소결, 접착의 방법으로 형성됨을 특징으로 하는 연마 패드 제조 방법. A method of manufacturing a polishing pad, characterized in that it is formed by casting, injection molding, coaxial injection, extrusion, sintering, or bonding. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 케이크 형태의 연마 패드 형성 단계는 The polishing pad forming step of the cake type 광-활성화, 열-활성화, 시간-활성화 또는 화학적-활성화될 수 있는 경화제를 사용하여 경화하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 연마 패드 제조 방법. And curing with a curing agent that can be photo-activated, heat-activated, time-activated or chemically-activated. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 케이크 형태의 연마 패드는The cake pad polishing pad 스카이빙(skiving) 또는 스탬핑 또는 레이저 커팅에 의해 개별 연마 패드로 형성됨을 특징으로 하는 연마 패드 제조 방법.A method for manufacturing a polishing pad, characterized in that it is formed into individual polishing pads by skiving or stamping or laser cutting. 여러가지 형태와 크기의 기공이 혼재하는 내각부; 및A cabinet part in which pores of various shapes and sizes are mixed; And 상기 내각부보다 기공의 밀도가 상대적으로 낮고, 연마 패드의 재질 밀도가 상대적으로 높은 외각부;An outer shell portion having a relatively lower density of pores than the inner shell portion, and a relatively high material density of the polishing pad; 를 포함함을 특징으로 하는 연마 패드. Polishing pads comprising a.
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