KR20120087991A - 성분이 충전된 공극을 갖는 ｃｍｐ 다공성 패드 - Google Patents

성분이 충전된 공극을 갖는 ｃｍｐ 다공성 패드 Download PDF

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Abstract

본 발명은 공극을 갖는 중합체 물질 및 공극 내에 배치된 성분을 포함하는 연마 패드뿐만 아니라, 상기 연마 패드를 사용하여 제품을 연마하는 방법, 및 상기 연마 패드를 제조하는 방법를 제공한다.

Description

성분이 충전된 공극을 갖는 ＣＭＰ 다공성 패드 {CMP POROUS PAD WITH COMPONENT-FILLED PORES}
본 발명은 화학적-기계적 연마 계에서 사용하기에 적합한 연마 패드에 관한 것이다.
반도체 웨이퍼, 전계 방출 디스플레이, 및 기타 다수의 마이크로-전자 제품 상에 평탄한 표면을 형성하기 위해 마이크로-전자 장치의 제조시 화학적-기계적 연마 (chemical-mechanical polishing, "CMP") 공정을 사용한다. 예를 들면, 일반적으로 반도체 웨이퍼를 형성하는 반도체 장치의 제조는 다양한 가공 층의 형성, 이들 층 일부의 선택적인 제거 또는 패터닝 및 반도체 제품의 표면 상에 부가적인 가공 층의 침적을 포함한다. 가공 층은 예로서, 절연층, 게이트 산화 층, 전도 층, 및 금속 또는 유리 층 등을 포함할 수 있다. 일반적으로 일정 웨이퍼 가공 단계에서 다음 층의 침적을 위해 가공 층의 최상부 표면은 평면인 것, 즉, 편평한 것이 바람직하다. CMP를 사용하여 가공 층을 평탄화시키는데, 여기서는 다음 공정 단계를 위해서 전도성 또는 절연성 물질과 같은 침적된 물질을 연마하여 웨이퍼를 평탄화시킨다.
전형적인 CMP 공정에서, 웨이퍼를 CMP 장비에서 캐리어(carrier) 상에 위면을 아래쪽으로 탑재한다. 캐리어 및 웨이퍼가 연마 패드 쪽으로 향하게 아래로 힘을 가한다. 캐리어 및 웨이퍼를 CMP 장비의 연마 테이블 상의 회전 연마 패드 상에서 회전시킨다. 일반적으로 연마 조성물 (또한 연마 슬러리로도 명명함)을 연마 공정 동안 회전하는 웨이퍼와 회전하는 연마 패드 사이에 도입한다. 전형적으로 연마 조성물은 최상부 웨이퍼 층(들) 일부와 상호작용하거나 최상부 웨이퍼 층(들) 일부를 용해시키는 화학물질 및 물리적으로 층(들) 일부를 제거하는 연마 물질을 함유한다. 웨이퍼 및 연마 패드를 동일 방향 또는 반대 방향으로 회전시킬 수 있고, 어느 방향이든지간에 특정 연마 공정이 수행되는데 바람직하다. 또한 캐리어는 연마 테이블 상의 연마 패드를 교차하여 진동할 수 있다.
화학적-기계적 연마 가공에 사용된 연마 패드는 중합체-함침된 직물, 미세다공성 필름, 셀룰러(cellular) 중합체 발포물, 비다공성 중합체 시트(sheet), 및 소결된 열가소성 입자를 비롯한 연성 및 강성 패드 물질 모두를 사용하여 제조한다. 폴리에스테르 부직물에 함침된 폴리우레탄 수지를 함유하는 패드가 중합체-함침된 직물 연마 패드의 예시이다. 미세다공성 연마 패드는 종종 함침된 직물 패드인 기재 물질 상에 코팅된 미세다공성 우레탄 필름을 포함한다. 이들 연마 패드는 밀폐 기포의 다공성 필름이다. 셀룰러 중합체 발포 연마 패드는 3차원 모두에서 무작위적으로 균일하게 배분된 밀폐 기포 구조를 함유한다. 비다공성 중합체 시트 연마 패드는 고체 중합체 시트로 만들어진 연마 표면을 포함하고, 이는 슬러리 입자를 이송하는 고유 능력이 없다 (예를 들어, 미국 특허 제 5,489,233호 참조). 이들 고체 연마 패드는 화학적-기계적 연마 동안 슬러리의 통로가 될 경로를 제공하기 위한 것으로 알려진 패드의 표면에서 깎인 큰 및/또는 작은 홈으로 외관상 변형되어 있다. 이와 같은 비다공성 중합체 연마 패드는 미국 특허 제 6,203,407호에 개시되어 있고, 여기서 연마 패드의 연마 표면은 화학적-기계적 연마에서 선택성을 개선하는 것으로 알려진 방식으로 배향된 홈을 포함한다. 다공성 개방 기포의 구조를 포함하는 소결된 연마 패드를 열가소성 중합체 수지로부터 제조할 수 있다. 예를 들어, 미국 특허 제 6,062,968호 및 동 제 6,126,532호에는 열가소성 수지를 소결시킴으로써 생성된 개방 기포의 미세다공성 기재를 갖는 연마 패드가 개시되어 있다.
상기 기술된 여러 연마 패드가 의도한 목적에 부합하긴 하지만, 특히 화학적-기계적 연마에 의해서 연마된 제품에서 효율적인 평탄화를 제공하는 다른 연마 패드가 여전히 요구되고 있다. 또한, 제품을 연마하는 동안 생성되는 다수의 결점, 예를 들어 가장자리(edge-on) 효과 및 움푹 패임(dishing)을 최소화하는 개선된 연마 균일성을 갖는 연마 패드가 요구되고 있다.
본 발명은 이러한 연마 패드를 제공한다. 추가적인 발명의 특징뿐만 아니라, 본 발명의 이들 및 다른 이점은 본원에서 제공한 발명의 설명으로부터 명확해질 것이다.
본 발명은 공극 및 공극 내에 배치된 성분을 갖는 중합체 물질을 포함하는 연마 패드를 제공한다. 추가로, 본 발명은 (i) 연마할 제품을 제공하는 단계, (ii) 제품을 본 발명의 연마 패드를 포함하는 화학적-기계적 연마 계와 접촉시키는 단계, (iii) 연마 계로 제품의 표면의 일부 이상을 마멸시켜 제품을 연마하는 단계를 포함하는 제품의 연마 방법을 제공한다. 또한, 본 발명은 (i) 기체-충전된 공극을 갖는 다공성 중합체 물질을 제공하는 단계, (ii) 상기 물질에 압력 차를 적용하는 단계, (iii) 물질의 하나 이상의 표면을 성분을 포함하는 매체와 접촉시키는 단계, (iv) 매체가 공극의 일부 이상에 침투하도록 하는 단계, 및 (v) 성분-충전된 공극을 포함하는 중합체 물질을 연마 패드로 형성하는 단계를 포함하는 연마 패드의 제조 방법을 제공한다.
본 발명은 공극을 갖는 중합체 물질, 및 액체, 고체, 또는 이들의 혼합물로부터 선택된, 상기 공극 내에 배치된 성분을 포함하는 화학적-기계적 연마 패드를 제공한다. 용어 "공극"은 오로지 중합체 물질에 의해 적어도 부분적으로 경계가 지어진, 중합체 물질 매트릭스 내의 빈 공간을 나타낸다. 추가로, 용어 "공극"은 개방 기포 공극 및 밀폐 기포 공극 모두를 나타낸다.
본 발명의 연마 패드는 중합체 물질 및 성분을 포함하거나, 또는 이들을 주성분으로 포함하거나, 또는 이들로 이루어져 있다. 중합체 물질은 임의의 적합한 중합체 물질, 전형적으로 열가소성 중합체 또는 열경화성 중합체일 수 있다. 바람직하게는, 중합체 물질은 폴리우레탄, 폴리올레핀, 폴리비닐알코올, 폴리비닐아세테이트, 폴리카보네이트, 폴리아크릴산, 폴리아크릴아미드, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 나일론, 탄화 플루오르, 폴리에스테르, 폴리에테르, 폴리아미드, 폴리이미드, 폴리테트라플루오르에틸렌, 폴리에테르에테르케톤, 이들의 공중합체, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 열가소성 중합체 또는 열경화성 중합체이다. 바람직하게는, 열가소성 중합체 또는 열경화성 중합체는 폴리우레탄 및 폴리올레핀으로 구성된 군으로부터 선택한다.
성분은 임의의 적합한 액체, 고체, 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 성분은 임의의 적합한 액체, 예를 들어 물, 유기 용매 (예를 들어, 비방향족 탄화수소, 방향족 탄화수소, 예를 들어 m-피롤 메시틸렌, 알코올, 유기산, 할로겐-함유 탄화수소, 할로겐-함유 유기산, 티올, 또는 에테르), 무기산 (예를 들어 염산, 황산, 인산, 또는 질산), 규소 오일, 또는 이들의 임의의 조합물 또는 혼합물일 수 있다. 예를 들어, 액체는 용매 및 용질을 포함하는 용액일 수 있다. 용매는 임의의 적합한 액체 또는 액체의 혼합물, 예를 들어 상기한 것들일 수 있으며, 용질은 용매의 융점 및 비점에 의해 규정되는 온도 범위 내에서 적어도 부분적으로 용매 중에 가용성이거나 용매와 섞일 수 있는 임의의 물질 (즉, 고체, 액체, 또는 기체)일 수 있다. 예를 들면, 용액은 40 ℃ 이하의 온도에서 두 개 이상의 용액 상을 포함할 수 있거나, 또는 용액은 40 ℃ 이상의 온도에서 하나의 용액 상을 포함할 수 있다. 추가로, 용액은 열가역적 겔일 수 있다. 열가역적 겔은 일정 온도 범위(즉, 겔화 온도 범위) 내에서 겔을 형성하는 특성을 가지며, 열가역적 겔은 온도가 겔화 온도 범위 밖인 경우 액체 또는 고체일 수 있다. 열가역적 겔은 예를 들어 폴리에틸렌 및 크실렌을 포함할 수 있다.
또한, 성분은 임의의 적합한 고체 또는 고체 혼합물일 수 있다. 고체는 입자일 수 있고, 고체 입자는 임의의 적합한 평균 입자 직경을 가질 수 있다. 예를 들면, 평균 입자 직경은 5000 μm 이하 (예를 들어, 2500 μm 이하, 1000 μm 이하, 또는 500 μm 이하)일 수 있다. 별법으로, 평균 입자 직경은 1 μm 이상 (예를 들어, 100 μm 이상, 250 μm 이상, 또는 500 μm 이상)일 수 있다. 특히, 고체는 최대 직경이 1 μm 이하 (예를 들어, 0.8 μm 이하, 0.5 μm 이하, 또는 0.1 μm 이하)인 나노입자로 이루어질 수 있다. 추가로, 고체는 전도성일 수 있다. 또한, 고체는 연마 입자, 예를 들어 금속 산화물 (예를 들어, 알루미나, 실리카, 티타니아, 세리아, 지르코니아, 게르마니아, 마그네시아, 이들의 동시형성된 생성물, 및 이들의 조합물)일 수 있다.
또한, 성분은 임의의 적합한 액체 및 고체 혼합물일 수 있다. 예를 들면, 성분은 슬러리, 분산액, 콜로이드, 또는 현탁액일 수 있다.
본 발명의 연마 패드는 공극을 갖는 중합체 물질을 포함한다. 공극은 개방 기포 공극, 밀폐 기포 공극, 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다. 예를 들면, 공극은 70％ 이상의 개방 기포 공극 (예를 들어, 80％ 이상 또는 90％ 이상)을 포함할 수 있다. 또한, 공극은 70％ 이상의 밀폐 기포 공극 (예를 들어, 80％ 이상 또는 90％ 이상)을 포함할 수 있다. 공극은 임의의 적합한 공간 부피 (즉, 공극 부피)를 가질 수 있다. 예를 들면, 공간 부피는 75％ 이하 (예를 들어, 65％ 이하, 55％ 이하, 또는 45％ 이하)일 수 있다.
성분은 공극 내에 배치되고, 공극 내에 임의의 적합한 배열로 분포될 수 있다. 성분은 중합체 물질 중의 공극의 공간 부피의 70％ 이상 (예를 들어, 80％ 이상, 85％ 이상, 90％ 이상, 또는 95％ 이상)에 배치될 수 있다. 또다른 실시양태에서, 본 발명의 연마 패드는 중합체 물질 중의 공극 내에 균일하게 분포된 성분을 포함할 수 있다.
별법으로, 본 발명의 연마 패드는 연마 패드의 제1 영역에서 공극 내에 분포된 성분을 포함할 수 있다. 연마 패드는 제1 표면, 반대편 제2 표면, 및 이들 표면 사이의 두께를 포함한다. 연마 패드의 제1 영역은 연마 패드의 제1 표면 및 연마 패드 두께의 50％ 이하 (예를 들어, 40％ 이하, 20％ 이하, 10％ 이하, 또는 5％ 이하)에 의해서 규정될 수 있다. 연마 패드의 제2 영역은 연마 패드의 반대편 제2 표면 및 연마 패드 두께의 50％ 이하 (예를 들어, 40％ 이하, 20％ 이하, 10％ 이하, 또는 5％ 이하)에 의해서 규정될 수 있다. 제1 영역 및 제2 영역은 공극을 포함할 수 있고 임의의 적합한 부피를 가질 수 있다. 예를 들면, 제1 영역, 제2 영역, 또는 두 영역 모두는 50 cm3 이하(예를 들어, 40 cm3 이하, 30 cm3 이하, 20 cm3 이하, 10 cm3 이하, 또는 5 cm3 이하)의 부피를 가질 수 있다. 성분은 제1 영역, 제2 영역, 또는 두 영역 모두에서 공극의 공간 부피의 70％ 이상 (예를 들어, 80％ 이상, 85％ 이상, 90％ 이상, 또는 95％ 이상) 내에 배치될 수 있다.
또다른 실시양태에서, 성분은 연마 패드 표면의 1000 μm 이하 (예를 들어, 750 μm 이하, 500 μm 이하, 250 μm 이하, 또는 100 μm 이하) 내에 위치한 공극의 공간 부피의 70％ 이상 (예를 들어, 80％ 이상, 85％ 이상, 90％ 이상, 또는 95％ 이상) 내에 배치될 수 있다.
본 발명의 연마 패드는 임의의 적합한 공극 밀도를 가질 수 있다. 예를 들면, 공극 밀도는 10 공극/cm3 이상 (예를 들어, 15 공극/cm3 이상, 20 공극/cm3 이상, 또는 25 공극/cm3 이상)일 수 있다. 본 발명의 연마 패드는 또한 임의의 적합한 평균 공극 직경을 가질 수 있다. 예를 들면, 평균 공극 직경은 0.1 μm 이상 (예를 들어, 1 μm 이상, 5 μm 이상, 또는 10 μm 이상)일 수 있다. 별법으로, 평균 공극 직경은 5000 μm 이하 (예를 들어, 2500 μm 이하, 1000 μm 이하, 또는 500 μm 이하)일 수 있다.
본 발명의 연마 패드는 임의의 적합한 밀도를 가질 수 있다. 예를 들면, 밀도는 1 g/cm3 이하 (예를 들어, 0.8 g/cm3 이하 또는 0.5 g/cm3 이하)일 수 있다. 별법으로, 본 발명의 연마 패드는 중합체 물질의 이론적 밀도의 75％ 이하 (예를 들어, 65％ 이하, 55％ 이하, 또는 45％ 이하)인 밀도를 가질 수 있다.
본 발명의 연마 패드는 단독으로 사용될 수 있고, 또는 임의적으로 또다른 연마 패드와 짝을 이룰 수 있다. 두 연마 패드가 짝을 이룰 경우, 연마될 제품과 접촉하도록 의도된 연마 패드는 연마 층으로서 작용하고, 다른 연마 패드는 부 패드 (sub pad)로서 작용한다. 예를 들면, 본 발명의 연마 패드가, 연마 층으로서 작용하는, 연마 표면을 갖는 통상적인 연마 패드와 짝을 이룬 부 패드일 수 있다. 별법으로, 본 발명의 연마 패드는 연마 표면을 포함할 수 있고, 연마 층으로 작용할 수 있으며, 부 패드로 작용하는 통상적인 연마 패드와 짝을 이룰 수 있다. 본 발명의 연마 패드와 함께 연마 층으로 사용하기에 적합한 연마 패드는 이들 중 다수가 당업계에 널리 공지되어 있는 고체 또는 다공성 폴리우레탄 패드를 포함한다. 적합한 부 패드는 우레탄 발포 부 패드, 함침된 펠트 (felt) 부 패드, 미세다공성 폴리우레탄 부 패드, 또는 소결된 우레탄 부 패드를 포함한다. 연마 층 및/또는 부 패드는 임의적으로 홈, 채널, 중공 구역, 창, 및 구경(aperture) 등을 포함한다. 부 패드를 임의의 적합한 수단으로 연마 층에 고정시킬 수 있다. 예를 들면, 연마 층 및 부 패드는 접착제를 통해 고정시키거나, 또는 용접 또는 유사 기술을 통해 부착시킬 수 있다. 전형적으로, 중간 지지 층, 예를 들어 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름을 연마 층 및 부 패드 사이에 배치한다. 본 발명의 연마 패드가 통상적인 연마 패드와 짝을 이룰 경우, 또한 복합 연마 패드는 본 발명의 연마 패드로 간주된다.
완충 또는 조절에 의해, 예를 들어 연마 표면에 대해 패드를 이동시킴으로써 연마 층을 변형할 수 있다. 조절을 위한 바람직한 연마 표면은 바람직하게는 1 μm 내지 0.5 mm 범위의 크기를 갖는 다이아몬드가 개재되어 있고 바람직하게는 금속인 디스크이다. 임의적으로, 조절은 조절 유체, 바람직하게는 연마 입자를 함유한 수계 유체의 존재하에서 수행될 수 있다.
임의적으로는, 연마 패드는 홈, 채널, 및/또는 천공을 더 포함한다. 이러한 특징은 연마 층의 표면을 교차하는 연마 조성물의 측면 이송을 용이하게 할 수 있다. 홈, 채널, 및/또는 천공은 임의의 적합한 패턴일 수 있고, 임의의 적합한 깊이와 폭을 가질 수 있다. 연마 패드는 두 개 이상의 상이한 홈 패턴, 예를 들어 미국 특허 제 5,489,233호에 기술된 것처럼 큰 홈 및 작은 홈의 조합을 가질 수 있다. 홈은 선형 홈, 경사 홈, 동심 홈, 나선 또는 원형 홈, 또는 XY 망상 패턴의 형태일 수 있으며, 접속성에서 연속 또는 불연속일 수 있다.
임의적으로, 본 발명의 연마 패드는 하나 이상의 구경, 투명 영역, 또는 반투명의 영역 (예를 들어, 미국 특허 제 5,893,796호에 기술된 것과 같은 창)을 추가로 포함한다. 이러한 구경 또는 반투명 영역(즉, 광학적 투과 영역)을 포함하는 것은 연마 패드 기판이 원 위치 (in-situ) CMP 공정 모니터링 기술과 결합하여 사용될 경우 바람직하다. 구경은 임의의 적합한 형상을 가질 수 있으며, 연마 표면 상에 여분의 연마 조성물을 최소화하거나 제거하기 위해 배수 채널과 조합하여 사용될 수 있다. 광학적 투과 영역 또는 창은 이들 중 다수가 당업계에 공지되어 있는 임의의 적합한 창일 수 있다. 예를 들면, 광학적 투과 영역은 연마 패드의 구경에 삽입된 유리 또는 중합체-기재 플러그를 포함할 수 있거나 연마 패드의 나머지 부분에서 사용된 동일한 중합체 물질을 포함할 수 있다. 전형적으로, 광학적 투과 영역은 190 nm 내지 10,000 nm (예를 들어 190 nm 내지 3500 nm, 200 nm 내지 1000 nm, 또는 200 nm 내지 780 nm) 사이의 하나 이상의 파장에서 10 ％ 이상 (예를 들어, 20 ％ 이상, 또는 30％ 이상)의 광투과성을 가진다.
광학적 투과 영역은 임의의 적합한 구조 (예를 들어, 결정성), 밀도, 및 공극률을 가질 수 있다. 예를 들어, 광학적 투과 영역은 고체 또는 다공성 (예를 들어, 평균 공극 크기가 1 μm 미만인 미세다공성 또는 나노다공성)일 수 있다. 바람직하게는, 광학적 투과 영역은 고체 또는 유사 고체(예를 들어, 3％ 이하의 공간 부피를 가짐)이다. 광학적 투과 영역은 임의적으로 중합체 입자, 무기 입자, 및 이들의 조합물로부터 선택된 입자를 추가로 포함한다. 광학적 투과 영역은 임의적으로 공극을 함유한다.
광학적 투과 영역은 임의적으로 연마 패드 물질이 특정 파장(들)의 빛을 선택적으로 투과시키는 것을 가능하게 하는 염료를 추가로 포함한다. 염료는 목적하지 않은 파장의 빛 (예를 들어, 배경 빛)을 걸러내어 검출의 신호 대 잡음 비를 개선한다. 광학적 투과 영역은 임의의 적합한 염료를 포함할 수 있거나 또는 염료의 조합물을 포함할 수 있다. 적합한 염료는 폴리메틴 염료, 디- 및 트리-아릴메틴 염료, 디아릴메틴 염료의 아자 유사물, 아자(18) 아눌렌 염료, 천연 염료, 니트로 염료, 니트로소 염료, 아조 염료, 안트라퀴논 염료, 및 황화 염료 등을 포함한다. 바람직하게는, 염료의 투과 스펙트럼이 원 위치 종말점 검출을 위해 사용되는 빛의 파장과 일치하거나 겹친다. 예를 들어, 종말점 검출(EPD) 계용 광원이 633 nm의 파장을 갖는 가시광을 생성하는 HeNe 레이저일 경우, 바람직하게는 염료는 633 nm의 파장을 갖는 빛을 투과시킬 수 있는 적색 염료이다.
본 발명의 연마 패드는 임의적으로 입자, 예를 들어 중합체 물질에 혼입되는 입자를 함유한다. 입자는 연마 입자, 중합체 입자, 복합물 입자 (예를 들어, 캡슐에 싸인 입자), 유기 입자, 무기 입자, 청정 입자, 수용성 입자, 및 이들의 혼합물일 수 있다. 또한, 중합체 입자, 복합물 입자, 유기 입자, 무기 입자, 청정 입자, 및 수용성 입자는 사실상 연마 작용이 있거나 또는 연마 작용이 없을 수 있다.
연마 입자는 임의의 적합한 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 연마 입자는 금속 산화물, 예를 들어 알루미나, 실리카, 티타니아, 세리아, 지르코니아, 게르마니아, 마그네시아, 이들의 동시형성된 생성물, 및 이들의 조합물로 이루어진 군으로부터 선택된 금속 산화물, 또는 규소 탄화물, 붕소 질화물, 다이아몬드, 석류석, 또는 세라믹 연마 물질을 포함할 수 있다. 연마 입자는 금속 산화물 및 세라믹의 혼성물 또는 무기 및 유기 물질의 혼성물일 수 있다. 또한, 입자는 이들 중 다수가 미국 특허 제 5,314,512호에 기술되어 있는 중합체 입자, 예를 들어 폴리스티렌 입자, 폴리메틸메타크릴레이트 입자, 액정 중합체 (LCP), 폴리에테르에테르케톤 (PEEK's), 미립자 열가소성 중합체 (예를 들어, 미립자 열가소성 폴리우레탄), 미립자 가교 중합체 (예를 들어, 미립자 가교 폴리우레탄 또는 폴리에폭사이드), 또는 이들의 조합물일 수 있다. 다공성 재-혼입 물질이 중합체 수지를 포함할 경우, 바람직하게는 중합체 입자는 다공성 발포물의 중합체 수지 융점보다 높은 융점을 가진다. 복합물 입자는 코어 및 외부 코팅을 함유하는 임의의 적합한 입자일 수 있다. 예를 들어, 복합물 입자는 고체 코어 (예를 들어, 금속 산화물, 금속, 세라믹, 또는 중합체) 및 중합체 껍질 (예를 들어, 폴리우레탄, 나일론, 또는 폴리에틸렌)을 함유할 수 있다. 청정 입자는 필로실리케이트 (phyllosilicate) (예를 들어, 플루오르화 운모와 같은 운모, 및 활석, 카올리나이트, 몬트모릴로나이트, 헥토라이트와 같은 점토), 유리 섬유, 유리 비드, 다이아몬드 입자, 및 탄소 섬유 등일 수 있다.
본 발명의 연마 패드는 임의의 적합한 방식으로 제조될 수 있다. 본 발명의 연마 패드를 생성하는 바람직한 방법은 (i) 기체-충전된 공극을 포함하는 중합체 물질을 제공하는 단계, (ii) 중합체 물질에 압력 차를 적용하는 단계, (iii) 중합체 물질의 하나 이상의 표면을 액체, 고체, 또는 이들의 혼합물로부터 선택된 성분을 포함하는 매체와 접촉시키는 단계, (iv) 성분을 포함하는 매체가 중합체 물질의 공극의 일부 이상에 침투되도록 하는 단계, 및 (v) 성분-충전된 공극을 포함하는 중합체 물질을 화학적-기계적 연마 패드로 형성하는 단계를 포함한다.
압력 차는 대기압보다 높거나 또는 낮은 압력이다. 예를 들면, 압력 차는 1 atm보다 높은 압력 (예를 들어, 2 atm 이상, 5 atm 이상, 10 atm 이상, 또는 20 atm 이상)일 수 있다. 또다른 실시양태에서, 압력 차는 1 atm보다 낮은 압력 (예를 들어, 0.5 atm 이하, 0.2 atm 이하, 0.1 atm 이하, 0.05 atm 이하, 또는 0.005 atm 이하)일 수 있다. 중합체 물질에 압력 차를 적용하기 전에 또는 적용한 후에 중합체 물질을 성분을 포함하는 매체와 접촉시킬 수 있다.
성분을 포함하는 매체는 압력 차에 의해 중합체 물질의 공극에 분포된다. 예를 들면, 성분을 포함하는 매체는 압력 차에 의해서 중합체 물질의 공극 내에 균일하게 분포될 수 있다.
성분을 함유하는 공극(즉, 성분-충전된 공극)을 포함하는 중합체 물질이 연마 패드, 예를 들어 화학적-기계적 연마 계에 사용되는 연마 패드로 형성될 수 있다. 연마 패드는 임의의 적합한 형상 (예를 들어, 원형 또는 선형)을 가질 수 있다. 추가로, 또한 연마 패드로 형성하기 전 또는 후에 성분-충전된 공극을 포함하는 중합체 물질을 변형할 수 있다. 예를 들면, 용매를 건조하여 공극 내에 용질 입자를 남길 수 있고, 성분-충전된 공극을 포함하는 중합체 물질을 압축하여 중합체 물질의 유리 전이 온도 (Tg)와 융점 온도 (Tm) 사이의 온도에서 성형하여 중합체 시트를 형성할 수 있다.
본 발명의 연마 패드는 특히 화학적-기계적 연마(CMP) 장비와 함께 사용하는데 적합하다. 전형적으로, 장비는 (a) 사용시 움직이며, 궤도, 선형, 또는 원형 운동의 결과로 생성된 속도를 갖는 압반(platen), (b) 압반과 접촉하며 운전시 압반과 함께 움직이는 본 발명의 연마 패드, 및 (c) 연마될 제품과 접촉하도록 의도된 연마 패드의 표면에 관해서 접촉 및 구동하는 것에 의해 연마될 제품을 유지시키는 캐리어(carrier)를 포함한다. 제품을 연마 패드와 접촉하도록 위치시키고 이어서 연마 패드를 제품에 대해, 전형적으로는 그 사이에 연마 조성물을 두어 이동시켜 제품의 일부 이상을 마멸시켜 제품을 연마함으로써 제품의 연마가 일어난다. CMP 장비는 그중 다수가 당업계에 공지되어 있는 임의의 적합한 CMP 장비일 수 있다. 또한, 본 발명의 연마 패드는 선형 연마 도구와 함께 사용할 수 있다.
본 발명의 연마 패드를 사용하여 연마할 수 있는 적합한 제품은 메모리 저장 장치, 유리 기판, 메모리 또는 고정 디스크, 금속 (예를 들어, 귀금속), 자기 헤드, 층간 절연층 (ILD), 중합체 필름 (예를 들어, 유기 중합체), 저 및 고 유전상수 필름, 강유전체, 마이크로-전자기계 시스템(MEMS), 반도체 웨이퍼, 전계 방출 디스플레이, 및 다른 마이크로-전자 제품, 특히 절연층 (예를 들어, 금속 산화물, 규소 질화물, 또는 저 유전체 물질) 및/또는 금속-함유 층 (예를 들어, 구리, 탄탈, 텅스텐, 알루미늄, 니켈, 티타늄, 백금, 루테늄, 로듐, 이리듐, 은, 금, 이들의 합금, 및 이들의 혼합물)을 포함하는 마이크로-전자 제품을 포함한다. 용어 "메모리 또는 고정 디스크"는 전자기 형태로 정보를 보유하기 위한 임의의 자기 디스크, 하드 디스크, 고정 디스크, 또는 메모리 디스크를 지칭한다. 전형적으로, 메모리 또는 고정 디스크는 니켈-인을 포함한 표면을 가지나, 표면은 임의의 다른 적합한 물질을 포함할 수 있다. 적합한 금속 산화물 절연층은 예를 들어, 알루미나, 실리카, 티타니아, 세리아, 지르코니아, 게르마니아, 마그네시아, 및 이들의 조합물을 포함한다. 추가로, 제품은 임의의 적합한 금속 복합물을 포함하거나, 또는 그를 주성분으로 포함하거나, 또는 그로 이루어져 있을 수 있다. 적합한 금속 복합물은, 예를 들어 금속 질화물 (예를 들어, 탄탈 질화물, 티타늄 질화물, 및 텅스텐 질화물), 금속 탄화물 (예를 들어, 규소 탄화물 및 텅스텐 탄화물), 금속 규화물 (예를 들어, 텅스텐 규화물 및 티타늄 규화물), 니켈-인, 알루미노-보로실리케이트, 붕규산 유리 (borosilicate glass), 포스포실리케이트 유리 (PSG), 보로포스포실리케이트 유리 (BPSG), 규소/게르마늄 합금, 및 규소/게르마늄/탄소 합금을 포함한다. 또한, 제품은 임의의 적합한 반도체 기재 물질을 포함하거나, 또는 그를 주성분으로 포함하거나, 또는 그로 이루어져 있을 수 있다. 적합한 반도체 기재 물질은 단결정 규소, 다결정 규소, 무정형 규소, 절연체 상 규소 (silicon-on-insulator), 및 갈륨 비화물을 포함한다. 바람직하게는, 제품은 금속 층, 보다 바람직하게는 구리, 텅스텐, 탄탈, 백금, 알루미늄, 및 이들의 조합물로 이루어진 군에서 선택된 금속 층을 포함한다. 보다 더 바람직하게는, 금속 층은 구리를 포함한다.
본 발명의 연마 패드와 함께 사용될 수 있는 연마 계의 연마 조성물은 전형적으로 액상 캐리어 (예를 들어, 물), 및 임의적으로 연마제 (예를 들어, 알루미나, 실리카, 티타니아, 세리아, 지르코니아, 게르마니아, 마그네시아, 및 이들의 조합물), 산화제 (예를 들어, 과산화 수소 및 암모늄 퍼술페이트), 부식 방지제 (예를 들어, 벤조트리아졸), 도막 형성제 (예를 들어, 폴리아크릴산 및 폴리스티렌술폰산), 착화제 (예를 들어, 모노-, 디-, 및 폴리-카르복실산, 포스폰산, 및 술폰산), pH 조절제 (예를 들어, 염산, 황산, 인산, 수산화나트륨, 수산화칼륨, 및 수산화암모늄), 완충제 (예를 들어, 인산염 완충액, 아세트산염 완충액, 및 황산염 완충제), 계면활성제 (예를 들어, 비이온성 계면활성제), 이들의 염, 및 이들의 조합물로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 첨가제를 포함한다. 연마 조성물 성분의 선택은 연마될 제품의 유형에 따라 부분적으로 좌우된다.
바람직하게는, CMP 장비는 그중 다수가 당업계에 공지되어 있는 원 위치 연마 종말점 검출 시스템을 추가로 포함한다. 제품의 표면으로부터 반사된 빛 또는 다른 복사선을 분석함으로써 연마 공정을 조사 및 모니터링하는 기술은 당업계에 공지되어 있다. 이러한 방법은 예를 들어, 미국 특허 제 5,196,353호, 동 제 5,433,651호, 동 제 5,609,511호, 동 제 5,643,046호, 동 제 5,658,183호, 동 제 5,730,642호, 동 제 5,838,447호, 동 제 5,872,633호, 동 제 5,893,796호, 동 제 5,949,927호, 및 동 제 5,964,643호에 기술되어 있다. 바람직하게는, 제품이 연마되는 것과 관련하여 연마 공정의 진행을 조사 또는 모니터링함으로써 연마 종말점을 결정할 수 있다. 즉, 특정 제품과 관련하여 연마 공정을 종료할 시점을 결정할 수 있다.
본원발명에 따르면 제품을 연마하는 동안 생성되는 다수의 결점, 예를 들어 가장자리(edge-on) 효과 및 움푹 패임(dishing)을 최소화하는 개선된 연마 균일성을 갖는 연마 패드가 제공될 수 있다.
도 1은 고정된 적용 진공압 0.67 atm에서 젖음 시간에 따른 밀폐 기포의 공극을 가진 패드로의 물 및 규소 오일의 흡입(uptake)을 나타낸 그래프이다.
도 2는 고정된 젖음 시간 2 분에서 적용 진공압에 따른 밀폐 기포의 공극을 가진 패드로의 물 및 규소 오일의 흡입을 나타낸 그래프이다.
도 3은 수 중의 고정된 젖음 시간 2분 후 밀폐 기포의 공극을 가진 패드에 대한 적용 진공압 대 벌크 모듈러스의 그래프이다.
하기 실시예는 추가로 발명을 예시하고 있으나, 당연히 어떠한 식으로든 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 해석해서는 안된다.
<실시예>
실시예 1-4
본 실시예는 다양한 조건 하에서 중합체 발포물 내로 성분이 흡입되는 것, 특히 폴리올레핀 발포물 내로 카본 블랙이 흡입되는 것을 예시한다. 각각 실시예에서, 발포물 시료를 성분을 함유하는 매체 중에 놓았고, 이어서 진공 챔버 내에서 0.5 atm의 압력을 가하였다. 각각 실시예의 상세한 사항을 표 1에 나타냈다.
실시예 발포물 유형 함침 방법 매체 중의 성분 시료 중량％ 증가분
1 밀폐 기포 연속 진공, 22 ℃, 1시간 m-피롤 중의
5％ 카본 블랙		 7.9％
2 밀폐 기포 진공 켬/끔, 50 ℃, 1시간 메시틸렌 중의
0.8％ 카본 블랙		 4.4％
3 개방 기포 진공 켬/끔, 22 ℃, 1시간,
발포물의 한 면을 액체 매체에 침지시킴		 메시틸렌 중의
0.8％ 카본 블랙		 22.9％
4 개방 기포 진공 켬/끔, 22 ℃, 1시간,
발포물을 액체 매체에 완전히 침지시킴		 메시틸렌 중의
0.8％ 카본 블랙		 116％
각 시료에 대한 획득된 중량％ (즉, 시료 중량％ 증가분)은 표 1에 나타내었으며 이는 발포물 공극 내에 카본 블랙이 흡입된 정도를 나타낸다. 본 실시예의 결과는 카본 블랙과 같은 성분의 상당한 양이 중합체 발포물 공극 내에 분배될 수 있다는 것을 예시한다.

Claims (24)

  1. 공극을 갖는 중합체 물질, 및 공극 내에 배치된, 액체, 고체, 또는 이들의 혼합물로부터 선택된 성분을 포함하는 화학적-기계적 연마 패드로서,
    성분이 연마 패드의 표면 1000 μm 이하 내에 위치하는 공극의 70％ 이상 내에 배치되고, 액체가 용매 및 용질을 포함하는 용액인 연마 패드.
  2. 제1항에 있어서, 중합체 물질이 열가소성 중합체 또는 열경화성 중합체인 연마 패드.
  3. 제2항에 있어서, 열가소성 중합체 또는 열경화성 중합체가 폴리우레탄, 폴리올레핀, 폴리비닐알코올, 폴리비닐아세테이트, 폴리카보네이트, 폴리아크릴산, 폴리아크릴아미드, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 나일론, 탄화 플루오르, 폴리에스테르, 폴리에테르, 폴리아미드, 폴리이미드, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리에테르에테르케톤, 이들의 공중합체 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 것인 연마 패드.
  4. 제1항에 있어서, 용액이 열가역적 겔인 연마 패드.
  5. 제4항에 있어서, 열가역적 겔이 폴리에틸렌 및 크실렌을 포함하는 것인 연마 패드.
  6. 제1항에 있어서, 고체가 최대 직경이 1 μm 이하인 입자를 주성분으로 포함하는 것인 연마 패드.
  7. 제1항에 있어서, 고체가 연마 입자를 주성분으로 포함하는 것인 연마 패드.
  8. 제7항에 있어서, 연마 입자가 알루미나, 실리카, 티타니아, 세리아, 지르코니아, 게르마니아, 마그네시아, 이들의 동시형성된 생성물, 및 이들의 조합물로 이루어진 군으로부터 선택된 금속 산화물을 포함하는 것인 연마 패드.
  9. 제1항에 있어서, 밀도가 2 g/cm3 이하인 연마 패드.
  10. 제1항에 있어서, 공간 부피가 75％ 이하인 연마 패드.
  11. 제1항에 있어서, 공극 밀도가 10 공극/cm3 이상인 연마 패드.
  12. 제1항에 있어서, 평균 공극 직경이 0.1 μm 내지 5000 μm인 연마 패드.
  13. 제1항에 있어서, 연마 입자를 더 포함하는 연마 패드.
  14. 제13항에 있어서, 연마 입자가 알루미나, 실리카, 티타니아, 세리아, 지르코니아, 게르마니아, 마그네시아, 이들의 동시형성된 생성물, 및 이들의 조합물로 이루어진 군으로부터 선택된 금속 산화물을 포함하는 것인 연마 패드.
  15. 제1항에 있어서, 공극이 70％ 이상의 개방 기포 공극을 포함하는 것인 연마 패드.
  16. 제1항에 있어서, 공극이 70％ 이상의 밀폐 기포 공극을 포함하는 것인 연마 패드.
  17. 제1항에 있어서, 적어도 공극의 일부가 연마 패드의 제1 표면 및 연마 패드 두께의 10％ 이하에 의해 규정되는 연마 패드의 제1 영역 내에 위치하고, 성분이 상기 제1 영역 내의 공극의 공간 부피의 70％ 이상 내에 배치되며, 제1 표면, 반대편 제2 표면, 및 제1 및 제2 표면 사이의 두께를 갖는 연마 패드.
  18. 제17항에 있어서, 적어도 공극의 일부가 제2 표면 및 연마 패드 두께의 10％ 이하에 의해 규정되는 연마 패드의 제2 영역 내에 위치하고, 성분이 상기 제2 영역 내의 공극의 공간 부피의 70％ 이상 내에 배치되는 연마 패드.
  19. 제17항에 있어서, 제1 영역의 부피가 10 cm3 이하인 연마 패드.
  20. 제17항에 있어서, 제2 영역의 부피가 10 cm3 이하인 연마 패드.
  21. (i) 연마할 제품을 제공하는 단계,
    (ii) 제품을 제1항의 연마 패드를 포함하는 화학적-기계적 연마 계와 접촉시키는 단계, 및
    (iii) 연마 계로 제품의 표면의 적어도 일부를 마멸시켜 제품을 연마하는 단계를 포함하는, 기판을 연마하는 방법.
  22. 제21항에 있어서, 연마 패드가 연마 입자, 중합체 입자, 복합물 입자, 수용성 입자, 및 이들의 조합물로 이루어진 군으로부터 선택된 연마 입자를 더 포함하는 것인 방법.
  23. 제22항에 있어서, 연마 입자가 알루미나, 실리카, 티타니아, 세리아, 지르코니아, 게르마니아, 마그네시아, 이들의 동시형성된 생성물, 및 이들의 조합물로 이루어진 군으로부터 선택된 금속 산화물을 포함하는 것인 방법.
  24. 제21항에 있어서, 원 위치 연마 종말점을 검출하는 단계를 더 포함하는 방법.
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