KR20110060045A - Ｃｍｐ 패드용 컨디셔너의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체 소자의 고집적화를 위한 웨이퍼의 광역평탄화 작업에 필요한 CMP 패드(Chemical mechanical Planarization Pad)용 컨디셔너에 관한 것으로서, 치수 재현성 및 생산성이 우수한 CMP 패드 컨디셔너의 제조방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.
본 발명은 다수의 다각기둥을 기판 표면에 형성시키는 다각기둥 형성단계; 및 상기와 같이 다각기둥이 형성된 기판의 표면을 다이아몬드 층으로 코팅하는 코팅단계를 포함하는 연마패드용 컨디셔너의 제조방법으로서,
상기 다각기둥 형성단계가 다각기둥이 형성될 기판표면 부분을 포토 리소그래피(photo lithography)한 후, 에칭에 의해 도랑을 형성하여 다각기둥의 일부 또는 전체를 돌출시키고, 일부 돌출의 경우에는 가공에 의하여 나머지 다각기둥 부분을 돌출시키는 것으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 CMP 패드용 컨디셔너의 제조방법을 그 요지로 한다.
본 발명에 의하면, 치수 재현성이 우수한 CMP 패드 컨디셔너를 생산성 좋게 제조할 수 있다.
CMP, 패드, 컨디셔너, 다각기둥, 돌출, 마스킹, 에칭, 가공
Description
본 발명은 반도체 소자의 고집적화를 위한 웨이퍼의 광역평탄화 작업에 필요한 CMP 패드(Chemical mechanical Planarization Pad)용 컨디셔너에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 치수 재현성 및 생산성이 우수한 CMP 패드용 컨디셔너의 제조방법에 관한 것이다.
현재 반도체 산업은 회로의 고속·고집적화가 이루어지고 있으며, 집적 용량이 점점 커짐에 따라서 칩의 크기는 점점 더 커지게 되고, 한계를 극복하기 위하여 배선 폭의 최소화와 웨이퍼의 대직경화를 거쳐 배선의 다층화와 같은 구조적인 변화를 하고 있다.
하지만, 소자의 집적도가 높아지고 최소 선폭이 줄어들면서 종래의 부분적인 평탄화 기술들로는 극복하지 못할 한계에 도달하였으며 가공능률이나 고품질화를 위해 웨이퍼 전면에 걸친 평탄화, 즉 광역평탄화(Global Planarization) 연마가공기술(CMP: Chemical Mechanical Planarization)이 유일한 해결책으로 사용되고 있 다. CMP에 의한 광역평탄화의 요구는 현재의 웨이퍼 프로세스에서는 필연적이다.
CMP는 화학·기계적 연마가공으로 연마 제거 가공과 화학액의 용해 작용을 동시에 이용하여 반도체 웨이퍼의 평탄도를 얻게 되는 연마가공이다.
가공 원리는 연마 패드와 웨이퍼를 가압, 상대 운동시키면서 패드 위에 연마입자와 화학액이 혼입된 연마액(slurry)을 공급하게 되며, 이때 폴리우레탄 연마 패드 표면에 있는 수많은 발포 기공들이 새로운 연마액을 담아두는 역할을 하여 일정한 연마 효율과 웨이퍼 전면에 연마 균일성을 얻을 수 있게 된다.
그러나, 연마중에 압력과 상대 속도가 부가되므로, 가공시간이 지남에 따라 패드의 표면은 불균일하게 변형되고, 연마패드 상의 기공이 연마 잔류물들로 막히게 되어 연마패드가 제 역할을 잃게 된다.
이러한 이유에서 전 가공시간 동안 웨이퍼 전면에서의 광역평탄화, 웨이퍼간의 연마 균일성 등을 달성할 수 없게 된다.
이러한 패드의 불균일 변형과 기공의 막힘을 해결하기 위하여 컨디셔너를 사용하여 표면을 미세하게 연마해줌으로써 새로운 마이크로 기공이 나오도록 해주는 컨디셔닝 작업을 해준다.
도 1 (a) 및 (b)에는 연마패드를 컨디셔닝하는데 보편적으로 사용되는 전착법으로 제작된 다이아몬드 컨디셔너의 구조의 일례가 도시되어 있다,
도 1에 나타난 바와 같이, 컨디셔너는 스테인레스 스틸 등으로 된 몸체부(10)와 이 몸체부(10)위에 고정된 다이아몬드 입자(16) 및 이 다이아몬드 입자(16)를 고정시키는 니켈과 같은 금속결합재(18)를 포함한다.
상기 다이아몬드 입자(16)의 고정은 전착 혹은 브레이징 방법 등에 의해 이루어진다.
이러한 전착 혹은 브레이징 방법에 의해 제조된 컨디셔너는 도 1(b)에도 나타나 있는 바와 같이 다이아몬드 입자들(16)이 불규칙적으로 분포되어 있을 뿐만 아니라 다이아몬드 입자들은 크기가 서로 다른 것이 사용되므로써 그 절삭부(12)의 표면 높이가 균일하지 않게 된다. 즉, 다이아몬드 입자는 그 직경이 대략 150-250㎛의 범위 내에서 크기가 일정하지 않은 것이 사용되므로, 커디셔닝된 연마패드의 표면조도가 거칠다.
이와 같은 구조에 따르면 컨디셔닝 작업 시 다이아몬드 입자의 일부의 점 접촉에 의한 가공이 제공됨과 동시에 다이아몬드 입자의 절삭이 대개 둔각이므로 절삭성능이 떨어지게 된다.
이러한 낮은 절삭력을 보완하기 위하여 종래의 컨디셔너를 이용하여 연마패드를 컨디셔닝 할 때에는 큰 압력을 필요로 하게 된다.
상용적으로 널리 사용되는 연마패드 등의 재질은 합성 폴리우레탄 계열의 물질인데 이는 상하 복층 패드로 구성되며 CMP작업이 이루어지는 것은 상층 패드(top pad)에 의하며, 하층패드(bottom pad)는 압축력을 제공한다.
컨디셔너가 연마패드에 큰 압력을 가하면서 컨디셔닝을 하면 연마패드의 하층 패드의 압축력으로 인해 컨디셔닝이 원활하게 행해지지 않을 뿐만 아니라 그로 인해 연마패드의 평탄도를 유지하는데 커다란 어려움이 있었다.
한편, 종래의 컨디셔너에는 칩(chip)배출을 위한 통로 [홀(groove), 도 랑(ditch)]가 없다.
전착이나 브레이징과 같은 제작방법의 특성상 계획적인 배출통로를 배치하기가 용이하지 않기 때문이다.
그 결과 컨디셔닝 부산물(연마패드의 절삭물)에 의한 컨디셔너의 눈메움 현상이 발생하여 컨디셔닝 효율이 떨어지게 된다.
컨디셔닝 작업은 생산성을 높이고자 본 작업인 CMP작업과 동시에 행할 수 있다. 이를 소위 인 시튜 컨디셔닝(In-situ Conditioning)이라 한다.
이때, CMP작업에 사용되는 연마액은 실리카, 알루미나, 또는 세리아 등과 같은 연마입자를 포함하며, CMP공정은 사용되는 연마액의 종류에 따라 크게 옥사이드 CMP와 메탈(Metal)CMP로 구분된다.
전자에 사용되는 옥사이드 CMP용 연마액은 pH값이 주로 10~12이고, 후자에 사용되는 메탈 CMP용 연마맥의 pH는 4이하이다.
또한, 컨디셔너 기판상의 다이아몬드 입자(16)를 잡아주는 금속결합재(18)의 재질은 주로 니켈 또는 크롬 등과 같은 금속이 사용된다,
CMP공정이 어떤 방식에 따르던지 인 시튜 컨디셔닝을 할 경우에는 컨디셔닝과 본 작업이 동시에 진행되기 때문에 연마입자에 의해 연마패드 뿐만 아니라 다이아몬드 입자를 기판에 결합시켜 주는 니켈과 같은 금속결합재(18)도 함께 연마되어 버린다.
그 결과 다이아몬드 입자가 기판으로부터 탈락되는 형상이 일어난다.
나아가, 메탈 CMP의 경우에는 그 연마액이 강산성이므로 금속결합재(18)의 부식현상이 함께 진행되어 결합력이 악화되고 종국에는 다이아몬드 입자(16)의 탈락을 초래한다.
탈락된 다이아몬드 입자(16)는 주로 연마과정에서 연마패드에 박히게 된다. 연마패드에 박힌 다이아몬드 입자는 웨이퍼 표면에 치명적인 스크래치를 유발하여 공정불량률을 높이는 한편, 결국에는 연마패드를 교환해야 하는 원인이 되기도 한다.
문제는 이 뿐만 아니다. 위와 같은 부식에 의해 금속결합재(18)로부터 이탈된 금속이온은 메탈 CMP 공정중 반도체 회로의 메탈라인으로 이동하여 회로단락을 일으키는 이른바 금속이온오염현상(metal ion contamination)의 주원인으로 작용하기도 한다.
이러한 금속오염현상으로 인한 단락 불량은 회로를 만드는 모든 공정이 완료된 후 발견되기 때문에 그 생산 손실비용은 참으로 막대하다.
이러한 종래의 컨디셔너의 문제점을 개선시키고자 하는 기술이 국내 공개특허공보 제2000-24453호에 제시되어 있다.
상기 공개공보에는 도 2(a) 및 (b)에 나타난 바와 같이 적어도 한쪽 표면에 거의 균일한 높이로 돌출된 다수의 다각기둥(28)이 배치된 기판(50); 및 상기 표면 전체에 실질적으로 균일한 두께로 코팅된 다이아몬드 층(52)을 구비하는 CMP 패드용 컨디셔너 및 그 제조방법이 제시되어 있다.
도 2에서 미설명 부호 20은 몸체부를, 22는 절삭부를, 24 및 26은 도랑을 나타낸다.
상기 컨디셔너는 절삭 휠 등의 절삭공구에 의해 기판을 가공하여 상부면의 높이가 거의 균일한 높이로 돌출된 다수의 다각기둥을 형성한 후, 가공된 기판의 표면을 CVD 증착공정에 의해 다이아몬드층으로 코팅함으로써 제조된다.
그러나, 상기와 같이, 다이아몬드 휠 등의 연마공구에 의해 기판을 가공하여 다각기둥을 형성함으로써 치핑(chipping)이 발생하며, 치수 재현성이 떨어져 불량율이 높아진다. 또한, 치핑을 줄이기 위해서는 연마가공 시 이송속도를 매우 느리게 해야 하므로 생산성이 저하되는 문제점이 있다.
본 발명은 치수 재현성 및 생산성이 우수한 CMP 패드 컨디셔너의 제조방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.
이하, 본 발명에 대하여 설명한다.
본 발명은 기판을 준비하는 단계;
상기 기판의 표면에 다수 개의 도랑을 형성하여 상부면의 높이가 균일한 높이로 돌출된 다수의 다각기둥을 상기 기판 표면에 형성시키는 다각기둥 형성단계; 및 상기와 같이 다각기둥이 형성된 기판의 표면을 다이아몬드 층으로 코팅하는 코팅단계를 포함하는 연마패드용 컨디셔너의 제조방법으로서,
상기 다각기둥 형성단계가 다각기둥이 형성될 기판표면 부분을 포토 리소그래피(photo lithography)한 후, 에칭에 의해 도랑을 형성하여 다각기둥을 일부를 돌출시킨 다음, 가공에 의하여 나머지 다각기둥 부분을 돌출시키는 것으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 CMP 패드용 컨디셔너의 제조방법에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 기판을 준비하는 단계;
상기 기판의 표면에 다수 개의 도랑을 형성하여 상부면의 높이가 균일한 높이로 돌출된 다수의 다각기둥을 상기 기판 표면에 형성시키는 다각기둥 형성단계; 및 상기와 같이 다각기둥이 형성된 기판의 표면을 다이아몬드 층으로 코팅하는 코팅단계를 포함하는 연마패드용 컨디셔너의 제조방법으로서,
상기 다각기둥 형성단계가 다각기둥이 형성될 기판표면 부분을 포토 리소그래피(photo lithography)한 후, 에칭에 의해 도랑을 형성하여 다각기둥 전체를 형성하도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 CMP 패드용 컨디셔너의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 의하면, 치수 재현성이 우수한 CMP 패드 컨디셔너를 생산성 좋게 제조할 수 있다.
본 발명은 기판의 표면에 다수 개의 도랑, 예를 들면, 가로 및/또는 세로 방향으로 가로지르는 다수 개의 도랑을 형성하여 상부면의 높이가 균일한 높이로 돌출된 다수의 다각기둥을 상기 기판 표면에 형성시키는 다각기둥 형성단계; 및 상기와 같이 다각기둥이 형성된 기판의 표면을 다이아몬드 층으로 코팅하는 코팅단계를 포함하는 연마패드용 컨디셔너의 제조방법에 바람직하게 적용된다.
상기 기판의 재질로는 세라믹 또는 초경합금 등을 들 수 있다.
상기 다각기둥의 모양은 사각형, 원형, 삼각형, 마름모, 육각형등 어느 것이나 무방하지만, 바람직한 모양은 정사각형 형태를 갖는 것이다.
본 발명은 다각기둥 형성단계를 개선시킨 것으로서, 도 3 및 도 4를 통해 본 발명을 상세히 설명한다.
도 3은 모양이 정사각형인 형태의 다각기둥을 갖는 CMP 패드용 컨디셔너를 제조하는 공정의 일례를 나타내고, 도 4는 모양이 육각형인 형태의 다각기둥을 갖는 CMP 패드용 컨디셔너를 제조하는 공정의 일례를 나타낸다.
본 발명에서는 도 3 (a)및 도 4(a)에 나타난 바와 같이, 다각기둥이 형성될 기판(60),(70) 표면 부분을 포토 리소그래피(photo lithography)공정을 행하여 패턴의 상부에 포토 마스크(photo mask)(61),(71)을 형성한다.
다음에, 도 3 (b) 및 도 4 (b)에 나타난 바와 같이, 에칭공정에 의해 도랑을 형성하여 패턴의 상부를 형성하여 다각기둥(62),(72)을 돌출시킨다.
상기 에칭공정에 의해 돌출된 다각기둥(62)의 돌출높이는 다각기둥의 총 돌출 높이(h)의 1~50% 정도가 바람직하다.
상기 에칭 시 사용되는 가스로는 예를 들면, CF4, CHF3, SF6, O2, N2, Ar등을 들 수 있다.
본 발명에서 이용될 수 있는 에칭법은 습식 에칭법(wet etching)이나 건식 에칭법(dry etching) 모두 가능하지만, 에칭 속도를 고려할 때 건식 에칭법이 바람직하다.
다음에, 도 3 (c) 및 도 4 (c)에 나타난 바와 같이, 가공에 의하여 나머지 다각기둥(63),(73)부분을 돌출시킨다.
예를 들면, 다각기둥의 총 돌출높이(h)가 100㎛인 경우, 바람직하게는 에칭에 의하여 1~50㎛ 정도 노출시킨 다음, 나머지 높이 즉, 99~50㎛를 가공에 의하여 돌출시킨다.
상기 에칭 후의 가공은 연삭 및/또는 절삭 가공(이하, 단순히, '절삭가공'이라고도 함) 등에 의하여 행해질 수 있다.
상기 절삭가공에 바람직하게 사용될 수 있는 절삭공구로는 절삭 휠, 엔드 밀, 밀링 커터, 드릴 및 탭 등을 들 수 있다.
또한, 본 발명에서는 다각기둥이 형성될 기판표면 부분을 포토리소그래피한 후, 에칭에 의해 도랑을 형성하여 다각기둥 전체를 형성할 수도 있다.
이러한 경우에는 상기와 같은 절삭가공 등이 필요 없게 된다.
다음에, 상기와 같이 다각기둥이 형성된 기판을 전처리하고 다이아몬드 층을 코팅하게 된다.
상기 다각기둥이 형성된 기판의 표면을 다이아몬드 층으로 코팅하는 코팅방법으로는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 바람직하게는 CVD 증착공정 등을 들 수 있다.
상기 다각기둥 형성단계 전에, 상기 기판의 적어도 한쪽 표면을 정밀 연삭가공과 래핑가공 할 수 있다.
예를 들면, 상기 다각기둥 형성단계 전에, 상기 기판의 적어도 한쪽 표면이 실질적으로 균일한 평탄도를 갖고 상기 기판의 양쪽 표면이 실질적으로 평행을 유지하도록 상기 기판의 표면에 대한 정밀 연삭가공과 래핑가공을 수행할 수 있다.
상기 코팅단계 전에, 상기 다수의 다각기둥의 상부면 각각에 다수의 미세 입체돌기를 형성할 수 있다.
예를 들면, 상기 코팅단계 전에, 상기 다수의 다각기둥의 상부면 각각에 소정의 방향으로 가로지르는 소정라인의 홈을 연삭 및/또는 절삭 가공하여 높이가 거의 균일하게 돌출된 다수의 미세 입체돌기를 형성할 수 있다.
도 1은 종래의 CMP 패드용 컨디셔너를 나타내는 개략도
도 2는 종래의 다른 CMP 패드용 컨디셔너를 나타내는 개략도
도 3은 본 발명에 따라 CMP 패드용 컨디셔너를 제조하는 공정을 나타내는 개략도
도 4는 본 발명에 따라 다른 CMP 패드용 컨디셔너를 제조하는 공정을 나타내는 개략도
Claims (13)
- 기판을 준비하는 단계;상기 기판의 표면에 다수 개의 도랑을 형성하여 상부면의 높이가 균일한 높이로 돌출된 다수의 다각기둥을 상기 기판 표면에 형성시키는 다각기둥 형성단계; 및 상기와 같이 다각기둥이 형성된 기판의 표면을 다이아몬드 층으로 코팅하는 코팅단계를 포함하는 연마패드용 컨디셔너의 제조방법으로서,상기 다각기둥 형성단계가 다각기둥이 형성될 기판표면 부분을 포토 리소그래피(photo lithography)한 후, 에칭에 의해 도랑을 형성하여 다각기둥의 일부를 돌출시킨 다음, 가공에 의하여 나머지 다각기둥 부분을 돌출시키는 것으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 CMP 패드용 컨디셔너의 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 에칭에 의해 돌출되는 다각기둥의 돌출높이는 총 돌출높이(h)의 1~50%인 것을 특징으로 하는 CMP 패드용 컨디셔너의 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 다각기둥이 사각형, 원형, 삼각형, 마름모 및 육각형으로 이루어진 형태그룹으로부터 선택된 어느 하나의 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 CMP 패드용 컨디셔너의 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 다각기둥이 정사각형 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 CMP 패드용 컨디셔너의 제조방법.
- 제1항에서 제4항중의 어느 한 항에 있어서, 상기 에칭은 건식 에칭법에 의해 행해지고, 상기 가공은 절삭 휠, 엔드 밀, 밀링 커터, 드릴 및 탭중의 어느 하나에 의해 행해지고, 그리고 상기 코팅은 CVD증착법에 의해 행해지는 것을 특징으로 하는 CMP 패드용 컨디셔너의 제조방법
- 제1항에서 제4항중의 어느 한 항에 있어서, 상기 다각기둥 형성단계 전에, 상기 기판의 적어도 한쪽 표면을 정밀 연삭가공 및 래핑가공하는 것을 특징으로 하는 CMP 패드용 컨디셔너의 제조방법.
- 제1항에서 제4항중의 어느 한 항에 있어서, 상기 코팅단계 전에, 상기 다수의 다각기둥의 상부면 각각에 다수의 미세 입체돌기를 형성하는 것을 특징으로 하는 CMP 패드용 컨디셔너의 제조방법.
- 기판을 준비하는 단계;상기 기판의 표면에 다수 개의 도랑을 형성하여 상부면의 높이가 균일한 높이로 돌출된 다수의 다각기둥을 상기 기판 표면에 형성시키는 다각기둥 형성단계; 및 상기와 같이 다각기둥이 형성된 기판의 표면을 다이아몬드 층으로 코팅하는 코팅단계를 포함하는 연마패드용 컨디셔너의 제조방법으로서,상기 다각기둥 형성단계가 다각기둥이 형성될 기판표면 부분을 포토 리소그래피(photo lithography)한 후, 에칭에 의해 도랑을 형성하여 다각기둥 전체를 형성하도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 CMP 패드용 컨디셔너의 제조방법
- 제8항에 있어서, 상기 다각기둥이 사각형, 원형, 삼각형, 마름모 및 육각형으로 이루어진 형태그룹으로부터 선택된 어느 하나의 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 CMP 패드용 컨디셔너의 제조방법.
- 제8항에 있어서, 상기 다각기둥이 정사각형 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 CMP 패드용 컨디셔너의 제조방법.
- 제8항에서 제10항중의 어느 한 항에 있어서, 상기 에칭은 건식 에칭법에 의해 행해지고, 그리고 상기 코팅은 CVD증착법에 의해 행해지는 것을 특징으로 하는 CMP 패드용 컨디셔너의 제조방법
- 제8항에서 제10항중의 어느 한 항에 있어서, 상기 다각기둥 형성단계 전에, 상기 기판의 적어도 한쪽 표면을 정밀 연삭가공 및 래핑가공하는 것을 특징으로 하는 CMP 패드용 컨디셔너의 제조방법.
- 제8항에서 제10항중의 어느 한 항에 있어서, 상기 코팅단계 전에, 상기 다수 의 다각기둥의 상부면 각각에 다수의 미세 입체돌기를 형성하는 것을 특징으로 하는 CMP 패드용 컨디셔너의 제조방법.
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