KR20100097795A

KR20100097795A - Ｃｍｐ용 컨디셔너

Info

Publication number: KR20100097795A
Application number: KR1020090016621A
Authority: KR
Inventors: 맹주호
Original assignee: 새솔다이아몬드공업 주식회사
Priority date: 2009-02-27
Filing date: 2009-02-27
Publication date: 2010-09-06

Abstract

본 발명은 내식성이 우수하여 수명이 연장되며, 슬러리묻음이 방지되어 CMP공정의 효율을 증대시킬 수 있는 새로운 구조의 CMP용 컨디셔너에 대한 것이다.

본 발명에 따르면, 본체(10) 상면에 형성된 하지도금층(20)에 의해 다이아몬드입자(2)가 고착되고, 상기 하지도금층(20) 상면에는 보호피막(30)이 형성된 CMP용 컨디셔너에 있어서, 상기 보호피막(30)은 Ni-P의 합금으로 이루어진 것을 특징으로 하는 CMP용 컨디셔너가 제공된다.

CMP, 다이아몬드 연마구, 보호피막, Ni-P 합금, 하지도금층

Description

ＣＭＰ용 컨디셔너{Conditioner for CMP}

본 발명은 CMP용 컨디셔너에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 내식성이 우수하여 수명이 연장되며, 슬러리묻음이 방지되어 CMP공정의 효율을 증대시킬 수 있는 새로운 구조의 CMP용 컨디셔너에 관한 것이다.

반도체 웨이퍼의 평탄화를 위해 CMP(Chemical Mechanical Polishing) 장치가 사용된다. 그런데 CMP장치에 사용되는 폴리싱패드의 연마기능이 저하되면 웨이퍼의 평탄화가 제대로 이루어지지 않게 되므로 폴리싱패드의 표면 평탄도나 거칠기 등을 초기의 수준으로 회복시켜서 폴리싱패드의 연마기능을 적정수준으로 유지시켜야 한다. 이와 같이 폴리싱패드의 연마기능을 유지시키기 위해 사용되는 공구를 'CMP용 컨디셔너'라 하며, 주로 다이아몬드 연마구가 사용된다.

다이아몬드 연마구는 도 1에 도시된 바와 같이, 연마구본체 상면에 도금층에 의해 다이아몬드입자가 부착되어 이루어지는데, 흔히, 니켈도금에 의해 다이아몬드입자가 부착된다. 이러한 다이아몬드 연마구를 이용해 폴리싱패드를 컨디셔닝하는 과정에서는 슬러리액이라 불리우는 폴리싱유체를 공급하여 슬러리액에 의한 화학적 연마와 더불어 다이아몬드입자에 의한 기계적 연마가 동시에 이루어지도록 한다.

그런데 전술한 바와 같은 슬러리액은 강산성이나 강염기성을 띠기 때문에 다이아몬드를 부착시킨 도금층(이하, '하지도금층'이라 함)이 슬러리액에 의해 부식되며, 이와 같이 하지도금층이 부식되면 다이아몬드입자가 연마구에서 탈리되는데, 탈리된 다이아몬드입자는 웨이퍼의 스크랫치 불량의 주된 원인이 된다. 따라서 하지도금층이 부식되는 것을 방지하기 위해 흔히, 하지도금층 위에 보호피막이 코팅된다.

한편, 상기 하지도금층과 다이아몬드 입자 사이의 틈새로 슬러리액이 유입되어 하지도금층과 보호피막 간에 갈바닉부식이 일어나고 도금층과 다이아몬드입자 사이의 틈새로 슬러리액이 유입되어 하지도금층이 부식된다. 또한, 슬러리액에 포함된 금속분말과 보호피막 사이에 표준전극전위차에 의한 정전기적인 인력이 작용되면 보호피막에 슬러리묻음이 발생되며, 이에 의해 컨디셔너, 즉, 다이아몬드 연마구의 성능이 저하되고, 슬러리액의 흐름이 방해되어 폴리싱패드의 컨디셔닝과정에 의해 폴리싱패드의 연마력이 효과적으로 회복되지 못하며, 결국 이러한 이유로 CMP공정의 효율이 저하된다.

전술한 바와 같은 슬러리묻음은 보호피막과 슬러리액의 표준전극전위차가 클수록 심해진다. 따라서 슬러리묻음 현상을 없애기 위해서는 보호피막과 슬러리액에 함유된 금속분말 사이의 표준전극전위차가 최소화되도록 보호피막의 성분을 선택할 필요가 있다. 그러나 종래의 다이아몬드 연마구는 대부분 보호피막이 Pd과 같은 귀 금속으로 이루어지는데, 슬러액이 함유된 금속분말이 (-)표준전극전위를 가짐에 반해, 이들 귀금속들은 (+)표준전극전위를 가지므로 슬러리액에 포함된 금속분말들과 보호피막 사이에 정전기적인 인력이 작용되어 슬러리묻음이 심각한 수준으로 발생된다.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 다이아몬드입자를 부착시키는 하지도금층의 부식이 방지되어 다이아몬드입자가 탈리될 우려가 없으므로 다이아몬드 연마구의 수명이 연장되며, 슬러지묻음 현상이 감소되어 CMP장치를 효과적으로 컨디셔닝할 수 있는 새로운 구조의 CMP용 컨디셔너를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 보호피막(30)은 P 5~15 중량%, Ni 85~95중량%로 이루어지며, 비정질구조를 가지는 것을 특징으로 하는 CMP용 컨디셔너가 제공된다.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 보호피막(30)에는 Sn이 추가로 함유된 것을 특징으로 하는 CMP용 컨디셔너가 제공된다.

본 발명에 따르면, 상기 보호피막(30)에는 불소수지가 공석되어 있는 것을 특징으로 하는 CMP용 컨디셔너가 제공된다.

이상과 같은 구성을 가지는 본 발명은 보호피막(30)이 Ni-P합금으로 이루어지므로, 종래 보호피막(30)에 비해 내화학성 특히, 내식성이 우수하여 다이아몬드입자를 고착시키는 하지도금층(20)이 슬러리액에 의해 부식되는 것이 방지되며, 이에 따라 다이아몬드입자의 탈리가 방지되어 컨디셔너의 수명이 연장된다.

또한, 슬러리액에 함유된 금속분말과 보호피막(30)의 표준전극전위가 (-)를 유지하여 이들 사이에 표준전극전위차에 의한 정전기적 척력이 작용되므로 슬러리묻음이 최소화된다. 따라서 종래 다이아몬드 연마구에서 발생되는 슬러리묻음에 의한 문제점이 해소된다. 특히, 보호피막(30)이 결정질구조를 가지면 슬러리액이 결정질구조의 결정 사이로 침투되어 하지도금층(20)이 부식될 우려가 있으나, 보호피막(30)이 비정질구조를 가지면 이러한 우려가 해소되므로 보호피막(30)은 비정질구조를 가지는 것이 바람직하며, 이를 위해서는 보호피막의 P과 Ni의 함량이 각각 5~15 중량%와 85~95중량%로 조절되어야 한다.

뿐만 아니라 보호피막(30)에 Sn이 추가로 함유될 수 있는데, 이 경우에는 Sn의 내식성에 의해 보호피막(30)의 내식성이 한층 더 향상된다. 또, 보호피막(30)에 테프론과 같은 불소수지가 공석될 수 있는데, 불소수지에 의해 보호피막(30)의 윤활성이 증가되어 슬러리액이 다이아몬드입자(2)와 보호피막(30) 틈새로 스며드는 것과 슬러리묻음이 한층 더 효과적으로 방지되어 CMP장치의 폴리싱패드를 효과적으로 컨디셔닝할 수 있다.

이하에서 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다. 본 발명은 도 1에 도시된 바와 같이, 본체 상면에 다이아몬드입자가 고착되어 이루어진 CMP용 컨디셔너이다.

본 발명의 제조공정을 살펴보면, 먼저, 스테인레스스틸로 된 본체(10) 상면에 다이아몬드입자(2)를 배치시킨다. 이때에는 본체(10) 상면에 스크린을 놓고 다이아몬드입자(2)를 뿌려주고 진동을 가하여 다이아몬드입자(2)들이 스크린의 망눈에 수용되도록 한다. 그리고 스크린의 망눈에 수용되지 않은 다이아몬드입자(2)를 제거한 후 스크린도 제거한다. 이와 같이 하면 다이아몬드입자(2)가 본체(10) 상면에 소정형태로 배열된다.

이와 같이 다이아몬드입자(2)를 본체(10) 상면에 배치한 다음, 본체(10) 상면에 다이아몬드입자(2)를 고착시키기 위한 하지도금층(20)을 형성한다. 이 하지도금층(20)에 의해 다이아몬드입자(2)가 본체(10) 상면에 고착된다. 하지도금층(20)은 Ni로 이루어진다.

이와 같이 하지도금층(20)을 형성한 다음, 하지도금층(20) 위에 보호피막(30)을 형성한다. Ni은 저렴하기는 하나 내식성이 약하므로 슬러리액에 의해 부 식될 가능성이 높은데, 상기 보호피막(30)은 Ni로 된 하지도금층(20)이 슬러리액에 의해 부식되는 것을 방지하기 위한 것이다. 본 발명에 의한 보호피막(30)은 Ni-P의 합금으로 이루어진다. Ni-P의 합금은 내화학성 특히, 내식성이 우수할 뿐만 아니라 하지도금층(20)인 Ni과 보호피막(30) 사이의 전위차가 적어서 이들 사이의 갈바닉부식이 최소화된다. 또한, Ni-P의 합금은 표준전극전위가 -0.25v 정도이므로 보호피막(30)과 슬러리액에 함유된 금속분말과 사이에 전기적 척력이 발생되며, 이에 따라 슬러리묻음이 최소화된다.

바람직하게는 상기 보호피막(30)은 P 5~15중량%, Ni 85~95중량%의 성분비를 가진다. 보호피막(30)이 결정질구조를 가지면 결정질구조의 결정 사이로 슬러리액이 침투할 가능성이 있으나, 보호피막(30)이 비정질구조를 가지면 보호피막(30) 내부로 슬러리액이 침투할 가능성이 없으므로 보호피막(30)이 비정질구조를 가지는 것이 바람직하다. 그리고 이와 같이 보호피막(30)이 비정질구조를 가지기 위해서 보호피막(30)의 P과 Ni의 함량이 상기 수준으로 조절되어야 한다.

이러한 보호피막은(30)은 무전해도금에 의해 형성된다. Ni-P의 합금을 도금할 때에는 도금액 속의 인의 농도를 조절함으로써, 보호피막(30)의 인 함량이 조절된다. 바람직하게는 도금액 중의 인의 공급원으로 차아인산소다가 사용된다.

한편, 바람직하게는 상기 보호피막(30)에는 Sn이 함유된다. Sn은 내식성이 우수한 금속이므로 이러한 Sn이 보호피막(30)에 함유되면 보호피막(30)의 내식성이 한층 더 향상된다. Sn이 함유되는 경우에 보호피막(30)은 Sn 1~10중량%, P 5~15중량%, 나머지가 Ni로 이루어지도록 하며, 이들 성분의 조절은 도금욕 중의 P 공급원 과 Sn 공급원의 농도를 조절함으로써 이루어진다. Sn의 공급원으로는 SnSO₄ 등의 주석화합물이 사용된다.

또한, 경우에 따라서는, 상기 보호피막(30)에 테프론과 같은 불소수지가 공석되도록 할 수도 있다. 불소수지가 보호피막(30)에 공석되면, 보호피막(30)의 윤활성이 증가되어 슬러리액이 다이아몬드입자(2)와 보호피막(30) 틈새로 스며드는 것이나, 슬러리묻음이 한층 더 효과적으로 억제된다. 이러한 공석물이 함유된 보호피막(30)은 복합도금방법에 의해 형성된다.

실시예 1

P 5~15중량%, Ni 85~95중량%의 합금비를 가지는 두께 50㎛의 Ni-P합금층을 다이아몬드입자를 부착시킨 Ni 하지도금층 위에 무전해도금방식으로 도금하여 CMP용 컨디셔너를 제작하였다. 제작된 컨디셔너를 이용하여 슬러리액의 종류를 달리하여 슬러리묻음현상에 대해 마라톤 테스트하였다. 그 결과를 보호피막이 Ni로 된 경우와, Pb로 된 경우와 비교한 결과는 표 1 및 표 2와 같다.

< 표 1 > 제품수명테스트 : 다이아몬드탈락여부로 확인

* HPS공정용 슬러리 사용

표 1을 통해 알 수 있는 바와 같이, Ni-P합금피막이 형성된 컨디셔너는 종래 Ni피막을 가지는 컨디셔너에 비해 4배, Pd피막을 가지는 컨디셔너에 비해 2배 이상으로 제품수명이 연장되었다.

< 표 2 > 슬러리묻음 테스트

표 2를 통해 알 수 있는 바와 같이, Ni-P합금피막을 가지는 컨디셔너는 슬러리묻음이 없으며, 이에 따라 이러한 컨디셔너를 이용해 연마효율이 우수한 CMP장치를 얻을 수 있을 것으로 기대된다.

도 1은 본 발명에 의한 CMP용 컨디셔너의 단면도

Claims

본체(10) 상면에 형성된 하지도금층(20)에 의해 다이아몬드입자(2)가 고착되고, 상기 하지도금층(20) 상면에는 보호피막(30)이 형성된 CMP용 컨디셔너에 있어서, 상기 보호피막(30)은 Ni-P의 합금으로 이루어진 것을 특징으로 하는 CMP용 컨디셔너.
제1항에 있어서, 상기 보호피막(30)은 P 5~15 중량%, Ni 85~95중량%로 이루어지며, 비정질구조를 가지는 것을 특징으로 하는 CMP용 컨디셔너.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 보호피막(30)에는 Sn이 추가로 함유된 것을 특징으로 하는 CMP용 컨디셔너.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 보호피막(30)에는 불소수지가 공석되어 있는 것을 특징으로 하는 CMP용 컨디셔너.