KR20120096059A - 연마 패드 - Google Patents

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쓰요시 기무라
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도요 고무 고교 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은, 연마를 행하고 있는 상태에서 고정밀도로 광학 종점 검지를 가능하게 하고, 장기간 사용한 경우라도 연마층(10) 측으로부터 쿠션층(12) 측으로의 슬러리 누출을 방지할 수 있는 연마 패드(1)를 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 상기 연마 패드를 사용한 반도체 디바이스의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 본 발명의 연마 패드는, 연마 영역(8) 및 광투과 영역(9)을 가지는 연마층과 관통공(11)을 가지는 쿠션층이, 상기 광투과 영역과 상기 관통공이 중첩되도록 양면 접착 시트(15)를 사이에 두고 적층되어 있고, 상기 관통공 내의 양면 접착 시트의 접착제층(14)에 투광 부재(16)가 부착되어 있는 것을 특징으로 한다.

Description

연마 패드{POLISHING PAD}
본 발명은, 반도체 웨이퍼 등의 피연마재 표면의 요철을 화학 기계적 연마(CMP)로 평탄화할 때 사용되는 연마 패드에 관한 것이며, 상세하게는, 연마 상황 등을 광학적 수단에 의해 검지하기 위한 창(광투과 영역)을 가지는 연마 패드, 및 상기 연마 패드를 사용한 반도체 디바이스의 제조 방법에 관한 것이다.
반도체 장치를 제조할 때는, 반도체 웨이퍼(이하, 웨이퍼라고도 함) 표면에 도전성 막을 형성하고, 포토리소그래피, 에칭 등을 행함으로써 배선층을 형성하는 공정이나, 배선층 상에 층간 절연막을 형성하는 공정 등이 행해지고, 이들 공정에 의해 웨이퍼 표면에 금속 등의 도전체나 절연체로 이루어지는 요철이 생긴다. 최근, 반도체 집적 회로의 고밀도화를 목적으로 하여 배선의 미세화나 다층 배선화가 진행되고 있으며, 이에 따라 웨이퍼 표면의 요철을 평탄화하는 기술이 중요해지고 있다.
웨이퍼 표면의 요철을 평탄화하는 방법으로서는, 일반적으로 CMP법이 채용되고 있다. CMP는, 웨이퍼의 피연마면을 연마 패드의 연마면에 가압한 상태로, 연마재가 분산된 슬러리상(狀)의 연마제(이하, 슬러리라고 함)를 사용하여 연마하는 기술이다.
CMP에서 일반적으로 사용하는 연마 장치는, 예를 들면, 도 1에 나타낸 바와 같이, 연마 패드(1)를 지지하는 연마 정반(2)과, 피연마재(웨이퍼 등)(4)를 지지하는 지지대(폴리싱헤드)(5)와, 웨이퍼에 대하여 균일한 가압을 행하기 위한 백킹재(backing material)와, 연마제(3)의 공급 기구를 구비하고 있다. 연마 패드(1)는, 예를 들면, 양면 테이프로 접합함으로써, 연마 정반(2)에 장착된다. 연마 정반(2)과 지지대(5)는, 각각에 지지된 연마 패드(1)와 피연마재(4)가 대향하도록 배치되고, 각각에 회전축(6, 7)을 구비하고 있다. 또한, 지지대(5) 측에는, 피연마재(4)를 연마 패드(1)에 가압하기 위한 가압 기구가 설치되어 있다.
이와 같은 CMP를 행하는 데 있어서, 웨이퍼의 표면 평탄도를 판정하는 문제가 있다. 즉, 희망하는 표면 특성이나 평면 상태에 도달한 시점을 검지할 필요가 있다. 종래, 산화막의 막 두께나 연마 속도 등에 관해서는, 테스트 웨이퍼를 정기적으로 처리하고, 결과를 확인한 후 제품이 될 웨이퍼를 연마 처리하는 것이 행해져 왔다.
그러나, 전술한 방법으로는, 테스트 웨이퍼를 처리하는 시간과 비용이 낭비되고, 또한, 사전에 가공이 전혀 행해져 있지 않은 테스트 웨이퍼와 제품 웨이퍼 사이에는, CMP 특유의 로딩 효과에 의해, 연마 결과가 상이하며, 제품 웨이퍼를 실제로 가공해 보지 않으면, 가공 결과를 정확하게 예상하기가 곤란하다.
그러므로, 최근에는 전술한 문제점을 해소하기 위하여, CMP 프로세스 시에, 바로 그 자리에서, 희망하는 표면 특성이나 두께를 얻은 시점을 검출할 수 있는 방법이 요구되고 있다. 이와 같은 검지에 대해서는 다양한 방법이 사용되고 있지만, 측정 정밀도나 비접촉 측정 시의 공간 분해능의 면에서 광학적 검지 수단이 주류로 되고 있다.
광학적 검지 수단은, 구체적으로는 광빔을 창(광투과 영역)을 통해 연마 패드 너머의 웨이퍼에 조사하여, 그 반사에 의해 발생하는 간섭 신호를 모니터링함으로써 연마 종점을 검지하는 방법이다.
이와 같은 광학적 수단에 의한 연마의 종점 검지법 및 그 방법에 사용되는 연마 패드에 대해서는 다양한 것이 제안되어 있다.
예를 들면, 연마층과, 상기 연마층의 일부에 일체로 형성된 연마 상태를 광학적으로 측정하기 위한 1개 이상의 투광창 부재를 가지는 연마 패드로서, 상기 투광창 부재는, 마이크로 고무 A 경도 60도 이하의 연질 투광층과 마이크로 고무 A 경도가 80도 이상인 경질 투광층이 적어도 적층되고, 또한 상기 연질 투광층은 연마면 측의 가장 표층에 위치하는 것을 특징으로 하는 연마 패드가 제안되어 있다(특허 문헌 1).
또한, 피연마물을 연마하는 연마층과, 상기 연마층을 지지하는 하지층(下地層)을 가지고, 상기 연마층에는, 두께 방향으로 광을 투과시키는 제1 창 부재가 형성되어 있고, 상기 하지층에는, 상기 제1 창 부재에 대응하는 위치에, 두께 방향으로 광을 투과시키는 제2 창 부재가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 연마 패드가 제안되어 있다(특허 문헌 2).
한편, 슬러리가 연마층 측으로부터 쿠션층 측으로 누출되지 않도록 하는 제안도 되어 있다.
예를 들면, 패드 하층의 개구 부분 및 패드 상층의 개구 부분을 덮도록, 이들 패드층 사이에 투명 시트를 배치한 폴리싱 패드가 제안되어 있다(특허 문헌 3).
또한, 상층 패드와 하층 패드 사이에, 투명 필름을 배치한 연마 패드가 제안되어 있다(특허 문헌 4).
상기 투명 시트(투명 필름)로서는, 양면에 접착제층을 가지는 시트(필름)가 사용되고 있지만, 이와 같은 시트(필름)를 광투과 영역을 가지는 연마층과 쿠션층 사이에 설치한 경우, 광학적 종점 검지 정밀도가 악화되는 문제가 있었다.
일본 특허출원 공개번호 2003-285259호 공보 일본 특허출원 공개번호 2007-44814호 공보 일본 특허출원 공개번호 2001-291686호 공보 일본 특허출원 공개번호 2003-68686호 공보
본 발명은, 연마를 행하고 있는 상태에서 높은 정밀도로 광학 종점 검지를 가능하게 하고, 장기간 사용한 경우라도 연마층 측으로부터 쿠션층 측으로의 슬러리 누출을 방지할 수 있는 연마 패드를 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 상기 연마 패드를 사용한 반도체 디바이스의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자들은, 상기 과제를 해결하기 위해 검토를 거듭한 결과, 이하에서 나타내는 연마 패드에 의해 상기 목적을 달성할 수 있는 것을 발견하고 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
즉, 본 발명은, 연마 영역 및 광투과 영역을 가지는 연마층과 관통공(貫通孔)을 가지는 쿠션층이, 상기 광투과 영역과 상기 관통공이 중첩되도록 양면 접착 시트를 사이에 두고 적층되어 있는 연마 패드에 있어서, 상기 관통공 내의 양면 접착 시트의 접착제층에 투광 부재가 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 연마 패드에 관한 것이다.
도 2는, 종래의 연마 패드의 구조를 개략적으로 나타낸 단면도이다. 상세하게는, 연마 영역(8) 및 광투과 영역(9)을 가지는 연마층(10)과 관통공(11)을 가지는 쿠션층(12)이, 상기 광투과 영역(9)과 상기 관통공(11)이 중첩되도록 양면 접착 시트(15)를 사이에 두고 적층되어 있다. 양면 접착 시트(15)는, 투명 시트(13)의 양면에 접착제층(14)을 가지는 것이며, 통상적으로 사용 전에는 접착제층(14)의 표면에 박리 시트가 설치되어 있다. 종래의 연마 패드(1)는, 양면 접착 시트(15)의 각 접착제층(14)의 표면에 설치된 박리 시트를 박리하고, 노출된 각 접착제층(14)을 연마층(10) 및 쿠션층(12)에 접합함으로써 제조되고 있다.
이와 같은, 종래의 연마 패드의 광학적 종점 검지 정밀도가 좋지 못한 이유로서는 다음과 같은 점을 생각할 수 있다.
관통공(11) 내의 접착제층(14)은 접착면이 노출되어 있으므로, 연마 패드 제조 시 및 연마 조작 시에 상기 접착면에 미세한 먼지 등이 부착되며, 이로써, 광투과율이 저하되거나 또는 광의 반사가 일어나, 광학적 종점 검지 정밀도가 악화되는 것으로 여겨진다. 또한, 연마 패드를 플래튼(platen)에 부착시킬 때, 상기 접착면이 플래튼에 접촉되어 접착면이 거칠어짐으로써, 광학적 종점 검지 정밀도가 악화되는 것으로 여겨진다. 또한, 연마 조작 중에 광투과 영역(9)에 압력이 가해질 때, 상기 접착면이 플래튼에 부착되어 광투과 영역(9)이 왜곡되어, 광학적 종점 검지 정밀도가 악화되는 것으로 여겨진다. 연마 패드를 제조한 후, 관통공(11) 내의 접착제층(14)을 완전하게 제거하면, 전술한 문제는 해결될 것으로 여겨지지만, 접착제층(14)을 완전히 제거하는 것은 사실상 불가능하다.
본 발명의 연마 패드는, 도 3에 나타낸 바와 같이, 상기 관통공(11) 내의 접착제층(14)에 투광 부재(16)가 부착되어 있으므로, 전술한 바와 같은 문제가 일어나지 않아, 광학적 종점 검지 정밀도의 저하를 방지할 수 있다.
상기 투광 부재는, 반사 방지 처리 및/또는 광 산란 처리된 수지 필름인 것이 바람직하다. 상기 수지 필름을 사용함으로써, 입사되는 측정 광의 직접 반사를 방지할 수 있으므로, 광학적 종점 검지 정밀도를 높게 유지할 수 있다.
또한, 상기 투광 부재는, 오염 방지 처리된 수지 필름인 것이 바람직하다. 상기 수지 필름을 사용함으로써, 필름 표면에 먼지 등이 부착되기 어려워지기 때문에, 광학적 종점 검지 정밀도를 높게 유지할 수 있다.
또한, 상기 투광 부재로서 필요에 따라 대역 통과(band-pass) 기능을 가지는 수지 필름을 사용해도 된다. 상기 수지 필름을 사용하면, 불필요한 파장의 광을 차단하여, 필요한 파장의 광만을 투과시킬 수 있으므로, 광학적 종점 검지에 있어서 필요한 파장의 광만을 검출할 수 있기 때문에 유용하다.
또한, 본 발명은, 상기 연마 패드를 사용하여 반도체 웨이퍼의 표면을 연마하는 공정을 포함하는 반도체 디바이스의 제조 방법에 관한 것이다.
도 1은 CMP 연마에서 사용하는 연마 장치의 일례를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 종래의 연마 패드의 구조를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 3은 본 발명의 연마 패드의 구조를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 3은, 본 발명의 연마 패드의 구조를 개략적으로 나타낸 단면도이다. 도 3에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 연마 패드(1)는, 연마 영역(8) 및 광투과 영역(9)을 가지는 연마층(10)과, 관통공(11)을 가지는 쿠션층(12)이, 상기 광투과 영역(9)과 상기 관통공(11)이 중첩되도록 양면 접착 시트(15)를 사이에 두고 적층되어 있고, 상기 관통공(11) 내의 접착제층(14)에 투광 부재(16)가 부착되어 있는 것을 특징으로 한다.
광투과 영역의 형성 재료는 특별히 제한되지 않지만, 연마를 행하고 있는 상태에서 고정밀도의 광학 종점 검지를 가능하게 하고, 파장 400?700 nm의 전체 범위에서 광투과율이 20% 이상인 재료를 사용하는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 광투과율이 50% 이상인 재료이다. 이와 같은 재료로서는, 예를 들면, 폴리우레탄 수지, 폴리에스테르 수지, 페놀 수지, 요소 수지, 멜라민 수지, 에폭시 수지, 및 아크릴 수지 등의 열경화성 수지, 폴리우레탄 수지, 폴리에스테르 수지, 폴리아미드 수지, 셀룰로오스계 수지, 아크릴 수지, 폴리카보네이트 수지, 할로겐계 수지(폴리염화비닐, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리 불화 비닐리덴 등), 폴리스티렌, 및 올레핀계 수지(폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등) 등의 열가소성 수지, 부타디엔 고무나 이소프렌 고무 등의 고무, 자외선이나 전자선 등의 광에 의해 경화되는 광경화성 수지, 및 감광성 수지 등이 있다. 이들 수지는 단독으로 사용해도 되고, 2종 이상을 병용해도 된다. 그리고, 열경화성 수지는 비교적 저온에서 경화되는 것이 바람직하다. 광경화성 수지를 사용하는 경우에는, 광 중합 개시제를 병용하는 것이 바람직하다.
광경화성 수지는, 광에 의해 반응하여 경화되는 수지이면 특별히 제한되지 않는다. 예를 들면, 에틸렌성 불포화 탄화수소기를 가지는 수지가 있다. 구체적으로는, 디에틸렌글리콜디메타크릴레이트, 테트라에틸렌글리콜디아크릴레이트, 헥사프로필렌글리콜디아크릴레이트, 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트, 펜타에리트리톨트리아크릴레이트, 1,6-헥산디올디아크릴레이트, 1,9-노난디올디아크릴레이트, 디펜타에리트리톨펜타아크릴레이트, 트리메틸올프로판트리메타크릴레이트, 및 올리고 부타디엔디올디아크릴레이트 등의 다가 알코올계(메타)아크릴레이트, 2,2-비스(4-(메타)아크릴옥시에톡시페닐)프로판, 비스페놀 A 또는 에피클로로히드린계 에폭시 수지의 (메타)아크릴산 부가물 등의 에폭시(메타)아크릴레이트, 무수 프탈산-네오펜틸글리콜-아크릴산의 축합물 등의 저분자 불포화 폴리에스테르, 트리메틸올프로판트리글리시딜에테르의 (메타)아크릴산 부가물, 트리메틸헥사메틸렌디이소시아네이트와 2가 알코올과 (메타)아크릴산 모노 에스테르의 반응으로 얻어지는 우레탄(메타)아크릴레이트 화합물, 메톡시폴리에틸렌글리콜(메타)아크릴레이트, 메톡시폴리프로필렌글리콜(메타)아크릴레이트, 페녹시폴리에틸렌글리콜(메타)아크릴레이트, 페녹시폴리프로필렌글리콜(메타)아크릴레이트, 노닐페녹시폴리에틸렌글리콜(메타)아크릴레이트, 및 노닐페녹시폴리프로필렌글리콜(메타)아크릴레이트 등을 예로 들 수 있다. 이들은 단독으로 또는 2종 이상을 조합하여 사용된다.
광경화성 수지의 광경화성을 높이기 위하여, 광 중합 개시제나 증감제 등을 첨가할 수 있다. 이들은, 특별히 제한되는 것이 아니며, 사용하는 광원, 파장 영역에 따라 선택적으로 사용한다.
i선(365 nm) 부근의 자외선을 광원으로 사용하는 경우에는, 예를 들면, 벤조페논, 4,4'-비스(디메틸아미노)벤조페논, 4,4'-비스(디에틸아미노)벤조페논, 4-메톡시-4'-디메틸아미노벤조페논, 2-벤질-2-디메틸아미노-1-(4-모르폴리노페닐)-부탄-1-온, 2-에틸안트라퀴논, 및 페난트렌퀴논 등의 방향족 케톤류, 메틸벤조인, 에틸벤조인 등의 벤조인류, 벤질디메틸케탈 등의 벤질 유도체, 2-(o-클로로페닐)-4,5-디페닐이미다졸 2량체, 2-(o-클로로페닐)-4,5-디(m-메톡시페닐)이미다졸 2량체, 2-(o-플루오로페닐)-4,5-페닐이미다졸 2량체, 2-(o-메톡시페닐)-4,5-디페닐이미다졸 2량체, 2-(p-메톡시페닐)-4,5-디페닐이미다졸 2량체, 2-(2,4-디메톡시 페닐)-4,5-디페닐이미다졸 2량체 등의 이미다졸류, 9-페닐아크리딘, 1,7-비스(9,9'-아크리디닐)헵탄 등의 아크리딘 유도체, N-페닐글리신 등이 있다. 이들은 단독으로 또는 2종 이상을 조합하여 사용된다.
감광성 수지로서는, 광에 의해 화학 반응하는 수지이면 특별히 제한되지 않으며, 구체적으로는, (1) 활성 에틸렌기를 포함하는 화합물이나 방향족 다환 화합물을 고분자의 주쇄나 측쇄에 도입한 것; 폴리비닐신나메이트, p-페닐렌디아크릴산을 글리콜과 중축합 반응시킨 불포화 폴리에스테르, 신나밀리덴아세트산을 폴리비닐알코올로 에스테르화시킨 것, 신나모일기, 신나밀리덴기, 카르콘 잔기, 이소쿠마린 잔기, 2,5-디메톡시스틸벤 잔기, 스티릴피리디늄 잔기, 티민 잔기,α-페닐말레이미드, 안트라센 잔기, 및 2-피론 등의 감광성 관능기를 고분자의 주쇄나 측쇄에 도입한 것 등을 예로 들 수 있다.
(2) 디아조기나 아지드기를 고분자의 주쇄나 측쇄에 도입한 것; p-디아조디페닐아민의 파라포름알데히드 축합물, 벤젠디아조늄-4-(페닐아미노)-포스페이트의 포름알데히드 축합물, 메톡시벤젠디아조늄-4-(페닐아미노)의 염 부가물의 포름알데히드 축합물, 폴리비닐-p-아지드벤잘 수지, 아지드아크릴레이트 등을 예로 들 수 있다.
(3) 주쇄 또는 측쇄 중에 페놀에스테르가 도입된 고분자; (메타)아크릴로일기 등의 불포화 탄소-탄소 이중 결합이 도입된 고분자, 불포화 폴리에스테르, 불포화 폴리우레탄, 불포화 폴리아미드, 측쇄에 에스테르 결합으로 불포화 탄소-탄소 이중 결합이 도입된 폴리(메타)아크릴산, 에폭시(메타)아크릴레이트, 및 노볼락(메타)아크릴레이트 등을 예로 들 수 있다.
또한, 각종 감광성 폴리이미드, 감광성 폴리아미드산, 감광성 폴리아미드이미드, 또한 페놀 수지와 아지드 화합물의 조합으로 사용할 수 있다. 또한, 에폭시 수지나 화학 가교형 부위를 도입한 폴리아미드와 광 양이온 중합 개시제의 조합으로 사용할 수 있다. 또한, 천연 고무, 합성 고무, 또는 환화 고무와 비스아지드 화합물의 조합으로 사용할 수 있다.
광투과 영역에 사용하는 재료는, 연마 영역에 사용하는 재료와 비교하여 연삭성이 같거나 큰 것이 바람직하다. 연삭성이란, 연마 중에 피연마재나 드레서에 의해 깎이는 정도를 말한다. 전술한 바와 같은 경우, 광투과 영역이 연마 영역으로부터 돌출되지 않아, 피연마재로의 스크래치나 연마 중의 디척킹(dechucking) 에러를 방지할 수 있다.
또한, 연마 영역에 사용되는 형성 재료나 연마 영역의 물성과 유사한 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 특히, 연마 중의 드레싱 자국에 의한 광투과 영역의 광 산란을 억제할 수 있는 내마모성이 높은 폴리우레탄 수지가 바람직하다.
상기 폴리우레탄 수지는, 이소시아네이트 성분, 폴리올 성분(고분자량 폴리올이나 저분자량 폴리올 등), 및 사슬 연장제로 이루어지는 것이다.
이소시아네이트 성분으로서는, 2,4-톨루엔디이소시아네이트, 2,6-톨루엔디이소시아네이트, 2,2'-디페닐메탄디이소시아네이트, 2,4'-디페닐메탄디이소시아네이트, 4,4'-디페닐메탄디이소시아네이트, 1,5-나프탈렌디이소시아네이트, p-페닐렌디이소시아네이트, m-페닐렌디이소시아네이트, p-크실렌디이소시아네이트, m-크실렌디이소시아네이트, 헥사메틸렌디이소시아네이트, 1,4-시클로헥산디이소시아네이트, 4,4'-디시클로헥실메탄디이소시아네이트, 이소포론디이소시아네이트 등을 예로 들 수 있다. 이들은 단독으로 사용해도 되고, 2종 이상을 병용해도 된다.
고분자량 폴리올로서는, 폴리테트라메틸렌에테르글리콜로 대표되는 폴리에테르폴리올, 폴리부틸렌아디페이트로 대표되는 폴리에스테르폴리올, 폴리카프로락톤폴리올, 폴리카프로락톤과 같은 폴리에스테르글리콜과 알킬렌카보네이트의 반응물 등으로 예시되는 폴리에스테르폴리카보네이트폴리올, 에틸렌카보네이트를 다가 알코올과 반응시키고, 이어서 얻어진 반응 혼합물을 유기 디카르복시산과 반응시킨 폴리에스테르폴리카보네이트폴리올, 및 폴리하이드록실 화합물과 아릴카보네이트의 에스테르 교환 반응에 의해 얻어지는 폴리카보네이트폴리올 등을 예로 들 수 있다. 이들은 단독으로 사용해도 되고, 2종 이상을 병용해도 된다.
또한, 폴리올로서 전술한 고분자량 폴리올 외에, 에틸렌글리콜, 1,2-프로필렌글리콜, 1,3-프로필렌글리콜, 1,4-부탄디올, 1,6-헥산디올, 네오펜틸글리콜, 1,4-시클로헥산디메탄올, 3-메틸-1,5-펜탄디올, 디에틸렌글리콜, 트리에틸렌글리콜, 1,4-비스(2-하이드록시에톡시)벤젠 등의 저분자량 폴리올을 병용해도 된다.
사슬 연장제로서는, 에틸렌글리콜, 1,2-프로필렌글리콜, 1,3-프로필렌글리콜, 1,4-부탄디올, 1,6-헥산디올, 네오펜틸글리콜, 1,4-시클로헥산디메탄올, 3-메틸-1,5-펜탄디올, 디에틸렌글리콜, 트리에틸렌글리콜, 1,4-비스(2-하이드록시에톡시)벤젠 등의 저분자량 폴리올류, 또는 2,4-톨루엔디아민, 2,6-톨루엔디아민, 3,5-디에틸-2,4-톨루엔디아민, 4,4'-디-sec-부틸디아미노디페닐메탄, 4,4'-디아미노디페닐메탄, 3,3'-디클로로-4,4'-디아미노디페닐메탄, 2,2',3,3'-테트라클로로-4,4'-디아미노디페닐메탄, 4,4'-디아미노-3,3'-디에틸-5,5'-디메틸디페닐메탄, 3,3'-디에틸-4,4'-디아미노디페닐메탄, 4,4'-메틸렌비스메틸안트라닐레이트, 4,4'-메틸렌비스안트라닐산, 4,4'-디아미노디페닐설폰, N,N'-디-sec-부틸-p-페닐렌디아민, 4,4'-메틸렌비스(3-클로로-2,6-디에틸아닐린), 3,3'-디클로로-4,4'-디아미노-5,5'-디에틸디페닐메탄, 1,2-비스(2-아미노페닐티오)에탄, 트리메틸렌글리콜디-p-아미노벤조에이트, 3,5-비스(메틸티오)-2,4-톨루엔디아민 등으로 예시되는 폴리아민류를 들 수 있다. 이들은 1종으로 사용해도 되고, 2종 이상을 혼합해도 된다. 단, 폴리아민류에 대해서는 자신이 착색되어 있거나, 이들을 사용하여 이루어지는 수지가 착색되는 경우도 많기 때문에, 물성이나 광투과성을 손상시키지 않을 정도로 배합하는 것이 바람직하다. 또한, 방향족 탄화 수소기를 가지는 화합물을 사용하면 단파장 측에서의 광투과율이 저하되는 경향이 있으므로, 이와 같은 화합물을 사용하지 않는 것이 특히 바람직하다. 또한, 할로겐기나 티오기 등의 전자 공여성기(electrodonating group) 또는 전자 흡인성기(electrowithdrawing group)가 방향환 등에 결합되어 있는 화합물은, 광투과율이 저하되는 경향이 있으므로, 이와 같은 화합물을 사용하지 않는 것이 특히 바람직하다. 단, 단파장 측에서 요구되는 광투과성을 손상시키지 않을 정도로 배합해도 된다.
상기 폴리우레탄 수지에 있어서의 이소시아네이트 성분, 폴리올 성분, 및 사슬 연장제의 비는, 각각의 분자량이나 이들로부터 제조되는 광투과 영역의 바람직한 물성 등에 의해 적절하게 변경할 수 있다. 폴리올과 사슬 연장제의 합계 관능기(수산기＋아미노기) 수에 대한 유기 이소시아네이트의 이소시아네이트기 수는, 0.95?1.15인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 0.99?1.10이다. 상기 폴리우레탄 수지는, 용융법, 용액법 등 공지의 우레탄화 기술을 응용하여 제조할 수 있지만, 비용, 작업 환경 등을 고려할 경우, 용융법으로 제조하는 것이 바람직하다.
상기 폴리우레탄 수지의 중합 수순으로서는, 프리폴리머법, 원샷(one-shot)법 중 어느 쪽 방법을 사용해도 되지만, 연마 시의 폴리우레탄 수지의 안정성 및 투명성의 관점에서, 사전에 유기 이소시아네이트와 폴리올로부터 이소시아네이트 말단 프리폴리머를 합성해 두고, 여기에 사슬 연장제를 반응시키는 프리폴리머법이 바람직하다. 또한, 상기 프리폴리머의 NCO 중량%는 2?8 중량% 정도인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 3?7 중량% 정도이다. NCO 중량%가 2 중량% 미만인 경우에는, 반응 경화에 지나치게 시간이 걸려 생산성이 저하되는 경향이 있으며, 한편 NCO 중량%가 8 중량%를 초과하는 경우에는, 반응 속도가 지나치게 빨라져 공기가 혼입되어, 폴리우레탄 수지의 투명성이나 광투과율 등의 물리적 특성이 악화되는 경향이 있다. 그리고, 광투과 영역에 기포가 있는 경우에는, 광의 산란에 의해 반사광의 감쇠가 커져 연마 종점 검출 정밀도나 막 두께 측정 정밀도가 저하되는 경향이 있다. 따라서, 이와 같은 기포를 제거하여 광투과 영역을 무발포체로 만들기 위해, 전술한 재료를 혼합하기 전에 10 Torr 이하로 감압함으로써 재료 중에 포함되는 기체를 충분히 제거하는 것이 바람직하다. 또한, 혼합 후의 교반 공정에 있어서는 기포가 혼입되지 않도록, 통상적으로 사용되는 교반 날개식 믹서인 경우에는, 회전수 100 rpm 이하에서 교반하는 것이 바람직하다. 또한, 교반 공정도 감압 하에서 행하는 것이 바람직하다. 또한, 자전 공전식 혼합기는, 고회전에서도 기포가 혼입되기 어렵기 때문에, 상기 혼합기를 사용하여 교반, 탈포를 행하는 것도 바람직한 방법이다.
광투과 영역의 제조 방법은 특별히 제한되지 않으며, 공지의 방법에 의해 제조할 수 있다. 예를 들면, 전술한 방법에 의해 제조한 폴리우레탄 수지의 블록을 밴드 쏘(band saw) 방식이나 대패 방식의 슬라이서를 사용하여 소정 두께로 하는 방법이나 소정 두께의 캐비티를 가진 금형에 수지를 주입하여 경화시키는 방법이나, 코팅 기술이나 시트 성형 기술을 사용한 방법 등이 사용된다.
광투과 영역의 형상, 크기는 특별히 제한되는 것은 아니지만, 연마 영역의 개구부와 동일한 형상, 크기로 하는 것이 바람직하다. 또한, 광투과 영역은, 쿠션층의 관통공과 동일한 크기라도 되고, 관통공보다 커도 되며, 또는 관통공보다 작아도 된다.
광투과 영역의 두께는 특별히 제한되는 것은 아니지만, 연마 영역의 두께와 동일한 두께, 또는 그 이하로 하는 것이 바람직하다. 광투과 영역이 연마 영역보다 두꺼운 경우에는, 돌출된 부분에 의해 연마중에 피연마재를 손상시킬 우려가 있다. 또한, 연마 시에 걸리는 응력에 의해 광투과 영역이 변형되고, 광학적으로 크게 왜곡되기 때문에 연마의 광학 종점 검지 정밀도가 저하될 우려가 있다. 한편, 지나치게 얇은 경우에는 내구성이 불충분하게 되거나, 광투과 영역의 상면에 큰 오목부가 생겨 다량의 슬러리가 쌓여서, 광학 종점 검지 정밀도가 저하될 우려가 있다.
광투과 영역의 아스카 D 경도는, 30?75 도인 것이 바람직하다. 전술한 경도의 광투과 영역을 사용함으로써, 웨이퍼 표면의 스크래치의 발생이나 광투과 영역의 변형을 억제할 수 있다. 또한, 광투과 영역 표면의 흠집의 발생도 억제할 수 있으며, 이로써, 고정밀도의 광학 종점 검지를 안정적으로 행할 수 있게 된다. 광투과 영역의 아스카 D 경도는 40?60 도인 것이 더욱 바람직하다.
연마 영역의 형성 재료로서는, 예를 들면, 폴리우레탄 수지, 폴리에스테르 수지, 폴리아미드 수지, 아크릴 수지, 폴리카보네이트 수지, 할로겐계 수지(폴리 염화 비닐, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리 불화 비닐리덴 등), 폴리스티렌, 올레핀계 수지(폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등), 에폭시 수지, 및 감광성 수지 등이 있다. 이들은 단독으로 사용해도 되고, 2종 이상을 병용해도 된다. 그리고, 연마 영역의 형성 재료는, 광투과 영역과 동일한 조성이라도 되고 상이한 조성이라도 되지만, 광투과 영역에 사용되는 형성 재료와 동종의 재료를 사용하는 것이 바람직하다.
폴리우레탄 수지는 내마모성이 우수하며, 원료 조성을 다양하게 변경함으로써 원하는 물성을 가지는 폴리머를 용이하게 얻을 수 있으므로, 연마 영역의 형성 재료로서 특히 바람직한 재료이다.
사용하는 이소시아네이트 성분은 특별히 제한되지 않으며, 상기 이소시아네이트 성분을 예로 들 수 있다.
사용하는 고분자량 폴리올은 특별히 제한되지 않으며, 상기 고분자량 폴리올을 예로 들 수 있다. 그리고, 이들 고분자량 폴리올의 수평균 분자량은, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 얻어지는 폴리우레탄의 탄성 특성 등의 관점에서 500?2000인 것이 바람직하다. 수평균 분자량이 500 미만이면, 이것을 사용한 폴리우레탄은 충분한 탄성 특성을 가지지 않고, 부서지기 쉬운 폴리머가 된다. 그러므로 이러한 폴리우레탄으로부터 제조되는 연마 영역은 지나치게 경질이 되어 웨이퍼 표면의 스크래치의 원인이 된다. 또한, 마모되기 쉬워지기 때문에, 패드 수명의 관점에서도 바람직하지 않다. 한편, 수평균 분자량이 2000을 초과하면, 이것을 사용한 폴리우레탄은 지나치게 연질이 되므로, 이러한 폴리우레탄으로부터 제조되는 연마 영역은 평탄화 특성이 뒤떨어지는 경향이 있다.
또한, 폴리올로서는, 고분자량 폴리올 외에, 상기 저분자량 폴리올을 병용할 수도 있다.
사슬 연장제로서는, 4,4'-메틸렌비스(o-클로로아닐린)(MOCA), 2,6-디클로로-p-페닐렌디아민, 4,4'-메틸렌비스(2,3-디클로로아닐린), 3,5-비스(메틸 티오)-2,4-톨루엔디아민, 3,5-비스(메틸티오)-2,6-톨루엔디아민, 3,5-디에틸톨루엔-2,4-디아민, 3,5-디에틸톨루엔-2,6-디아민, 트리메틸렌글리콜-디-p-아미노벤조에이트, 폴리테트라메틸렌옥시드-디-p-아미노벤조에이트, 1,2-비스(2-아미노페닐티오)에탄, 4,4'-디아미노-3,3'-디에틸-5,5'-디메틸디페닐메탄, N,N'-디-sec-부틸-4,4'-디아미노디페닐메탄, 4,4'-디아미노-3,3'-디에틸디페닐메탄, 4,4'-디아미노-3,3'-디에틸-5,5'-디메틸디페닐메탄, 4,4'-디아미노-3,3'-디이소프로필-5,5'-디메틸디페닐메탄, 4,4'-디아미노-3,3',5,5'-테트라에틸디페닐메탄, 4,4'-디아미노-3,3',5,5'-테트라이소프로필디페닐메탄, m-크실렌디아민, N,N'-디-sec-부틸-p-페닐렌디아민, m-페닐렌디아민, 및 p-크실렌디아민 등으로 예시되는 폴리아민류, 또는 전술한 저분자량 폴리올 성분을 예로 들 수 있다. 이들은 1종으로 사용해도 되고, 2종 이상을 혼합해도 된다.
상기 폴리우레탄 수지의 이소시아네이트 성분, 폴리올 성분, 및 사슬 연장제의 비는, 각각의 분자량이나 이들로부터 제조되는 연마 영역의 바람직한 물성 등에 따라 다양하게 변경할 수 있다. 연마 특성이 우수한 연마 영역을 얻기 위해서는, 폴리올 성분과 사슬 연장제의 합계 관능기(수산기＋아미노기) 수에 대한 이소시아네이트 성분의 이소시아네이트기 수는 0.95?1.15인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 0.99?1.10이다.
상기 폴리우레탄 수지는, 전술한 방법과 동일한 방법에 의해 제조할 수 있다. 그리고, 필요에 따라 폴리우레탄 수지에 산화 방지제 등의 안정제, 계면활성제, 윤활제, 안료, 중실(中實) 비즈나 수용성 입자나 에멀젼 입자 등의 충전제, 대전 방지제, 연마 연마재, 그 외의 첨가제를 첨가해도 된다.
연마 영역은, 미세 발포체인 것이 바람직하다. 미세 발포체로 함으로써 표면의 미세공에 슬러리를 유지할 수 있고, 연마 속도를 높일 수 있다.
상기 폴리우레탄 수지를 미세 발포시키는 방법은 특별히 제한되지 않지만, 예를 들면, 중공(中空) 비즈를 첨가하는 방법, 기계적 발포법, 및 화학적 발포법 등에 의해 발포시키는 방법 등이 있다. 그리고, 각각의 방법을 병용해도 되지만, 폴리알킬실록산과 폴리에테르의 공중합체인 실리콘계 계면활성제를 사용한 기계적 발포법이 특히 바람직하다. 상기 실리콘계 계면활성제로서는, SH-192, L-5340(도레이다우코닝실리콘사 제조) 등이 바람직한 화합물로서 예시된다.
미세 기포 타입의 폴리우레탄 발포체를 제조하는 방법의 예에 대하여 이하에서 설명한다. 전술한 폴리우레탄 발포체의 제조 방법은, 이하의 공정을 포함한다.
1) 이소시아네이트 말단 프리폴리머의 기포 분산액을 제조하는 발포 공정
이소시아네이트 말단 프리폴리머(제1 성분)에 실리콘계 계면활성제를 첨가하고, 비반응성 기체의 존재 하에서 교반하고, 비반응성 기체를 미세 기포로서 분산시켜 기포 분산액으로 만든다. 상기 프리폴리머가 상온에서 고체인 경우에는 적절한 온도로 예열하고, 용융시켜 사용한다.
2) 경화제(사슬 연장제) 혼합 공정
상기 기포 분산액에 사슬 연장제(제2 성분)를 첨가하고, 혼합하고, 교반하여 발포 반응액으로 만든다.
3) 주형 공정
상기 발포 반응액을 금형에 주입한다.
4) 경화 공정 금형에 주입된 발포 반응액을 가열하여, 반응 경화시킨다.
미세 기포를 형성하기 위해 사용되는 비반응성 기체는, 가연성이 아닌 것이 바람직하고, 구체적으로는 질소, 산소, 탄산 가스, 헬륨이나 아르곤 등의 희가스나 이들의 혼합 기체가 예시되며, 건조시켜 수분을 제거한 공기를 사용하는 것이 비용면에서 가장 바람직하다.
비반응성 기체를 미세 기포상으로 만들어 실리콘계 계면활성제를 포함하는 이소시아네이트 말단 프리폴리머에 분산시키는 교반 장치로서는, 공지의 교반 장치를 특별히 한정하지 않고 사용 가능하며, 구체적으로는 호모지나이저, 분산기(dissolver), 2축 유성형 믹서(planetary mixer) 등이 예시된다. 교반 장치의 교반 날개의 형상도 특별히 한정되지 않지만, 휘퍼형의 교반 날개를 사용하면 미세 기포를 얻을 수 있으므로 바람직하다.
그리고, 교반 공정에 있어서 기포 분산액을 제조하는 교반과, 혼합 공정에 있어서의 사슬 연장제를 첨가하여 혼합하는 교반은, 상이한 교반 장치를 사용하여 실시하는 것도 바람직한 태양이다. 특히 혼합 공정에 있어서의 교반은 기포를 형성하는 교반이 아니라도 되며, 큰 기포를 끌어들이지 않는 교반 장치를 사용하는 것이 바람직하다. 이와 같은 교반 장치로서는, 유성형 믹서가 매우 적합하다. 교반 공정과 혼합 공정의 교반 장치로서 동일한 교반 장치를 사용해도 상관없으며, 필요에 따라 교반 날개의 회전 속도를 조정하는 등의 교반 조건의 조정을 행하여 사용하는 것도 매우 적합하다.
상기 폴리우레탄 발포체의 제조 방법에 있어서는, 발포 반응액을 형(型)에 주입하고 유동하지 않게 될 때까지 반응시킨 발포체를, 가열하고, 포스트큐어링(post-curing)하는 것은, 발포체의 물리적 특성을 향상시키는 효과가 있으므로, 매우 적합하다. 금형에 발포 반응액을 주입하고, 즉시 가열 오븐 중에 넣어 포스트큐어링을 행하는 조건이라도 되고, 이와 같은 조건 하에서도 바로 반응 성분에 열이 전달되지 않기 때문에, 기포 직경이 커지지는 않는다. 경화 반응은, 상압(常壓)에서 행하면 기포 형상이 안정되므로 바람직하다.
상기 폴리우레탄 수지의 제조에 있어서, 제3급 아민계, 유기 주석계 등의 공지의 폴리우레탄 반응을 촉진하는 촉매를 사용해도 된다. 촉매의 종류, 첨가량은, 혼합 공정 후, 소정 형상의 형에 주입하는 유동 시간을 고려하여 선택한다.
상기 폴리우레탄 발포체의 제조는, 각 성분을 계량하여 용기에 투입하고, 교반하는 배치(batch) 방식이라도 되고, 또한 교반 장치에 각 성분과 비반응성 기체를 연속적으로 공급하여 교반하고, 기포 분산액을 송출하여 성형품을 제조하는 연속 생산 방식이라도 된다.
연마 영역은, 이상과 같이 하여 제조된 폴리우레탄 발포체를, 소정의 사이즈로 재단하여 제조된다.
연마 영역은, 웨이퍼와 접촉하는 연마측 표면에, 슬러리를 유지?갱신하기 위한 요철 구조(홈, 구멍)가 형성되어 있는 것이 바람직하다. 연마 영역이 미세 발포체에 의해 형성되어 있는 경우에는 연마 표면에 많은 개구를 가지고, 슬러리를 유지하는 기능을 가지고 있지만, 슬러리의 유지성과 슬러리의 갱신을 더욱 효율적으로 행하기 위해, 또한 웨이퍼의 흡착에 의한 디척킹 에러의 유발이나 웨이퍼의 파괴나 연마 효율의 저하를 방지하기 위해서도, 연마측 표면에 요철 구조를 가지는 것이 바람직하다. 요철 구조는, 슬러리를 유지?갱신하는 표면 형상이면 특별히 한정되지 않고, 예를 들면, XY 격자 홈, 동심원형 홈, 관통공, 관통하고 있지 않은 구멍, 다각 기둥, 원기둥, 나선형 홈, 편심원상 홈, 방사상 홈, 및 이들 홈을 조합한 것이 있다. 또한, 홈 피치, 홈 폭, 홈 깊이 등도 특별히 제한되지 않으며 적절하게 선택하여 형성된다. 또한, 이들 요철 구조는 일반적으로 규칙성이 있지만, 슬러리의 유지?갱신성을 바람직한 정도로 하기 위해서, 소정 범위마다 홈 피치, 홈 폭, 홈 깊이 등을 변화시킬 수도 있다.
연마 영역의 두께는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 통상적으로 0.8?4 mm 정도이며, 1.5?2.5 mm인 것이 바람직하다. 상기 두께의 연마 영역을 제조하는 방법으로서는, 상기 미세 발포체의 블록을 밴드 쏘 방식이나 대패 방식의 슬라이서를 사용하여 소정 두께로 하는 방법, 소정 두께의 캐비티를 가진 금형에 수지를 주입하여 경화시키는 방법, 및 코팅 기술이나 시트 성형 기술을 사용한 방법 등을 예로 들 수 있다.
쿠션층은, 연마 영역의 특성을 보충하는 것이다. 쿠션층은, CMP에 있어서, 트레이드 오프(trade-off)의 관계에 있는 평탄성(planarity)과 균일성(uniformity)의 양자를 양립시키기 위해 필요한 것이다. 평탄성은, 패턴 형성 시에 발생하는 미소 요철이 있는 피연마재를 연마할 때의 패턴부의 평탄성을 말하여, 균일성은, 피연마재 전체의 균일성을 말한다. 연마 영역의 특성에 의해 평탄성을 개선하고, 쿠션층의 특성에 의해 균일성을 개선한다. 본 발명의 연마 패드에 있어서는, 쿠션층은 연마 영역보다 연질의 것을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 쿠션층의 형성 재료는 특별히 제한되지 않지만, 예를 들면, 폴리에스테르 부직포, 나일론 부직포, 아크릴 부직포 등의 섬유 부직포, 폴리우레탄을 함침(含浸)시킨 폴리에스테르 부직포와 같은 수지 함침 부직포, 폴리우레탄 폼, 폴리에틸렌 폼 등의 고분자 수지 발포체, 부타디엔 고무, 이소프렌 고무 등의 고무성 수지, 및 감광성 수지 등이 있다.
본 발명의 연마 패드의 제조 방법은 특별히 제한되지 않는다. 예를 들면, 개구부가 형성된 연마 영역과 관통공이 형성된 쿠션층을, 개구부와 관통공이 중첩되도록 양면 접착 시트의 접착제층에 각각 접합시킨 후, 연마 영역의 개구부 내의 접착제층에 광투과 영역을 접합시키고, 또한 쿠션층의 관통공 내의 접착제층에 투광 부재를 접합시킴으로써 제조할 수 있다.
상기 연마 패드의 제조 방법에 있어서, 연마 영역에 개구부를, 쿠션층에 관통공을 형성하는 수단은 특별히 제한되는 것은 아니지만, 예를 들면, 절삭 공구로 프레스 또는 연삭하는 방법, 탄산 레이저 등에 의한 레이저를 이용하는 방법, 개구부 또는 관통공의 형상을 구비한 금형에 원료를 주입하고 경화시켜 형성하는 방법 등이 있다. 그리고, 개구부 및 관통공의 크기나 형상은 특별히 제한되지 않는다.
양면 접착 시트는, 부직포 또는 필름 등의 기재(基材)의 양면에 접착제층을 설치한 일반적인 구성을 가지는 것이며, 일반적으로 양면 테이프로 불리는 것이다. 접착제층의 조성으로서는, 예를 들면, 고무계 접착제나 아크릴계 접착제 등이 있다. 통상적으로, 양면 접착 시트의 접착제층 상에는 박리 시트가 설치되어 있다.
투광 부재는, 광학적 종점 검지 정밀도를 저하시키지 않기 위해서, 광투과 영역과 동등한 광투과율을 가지는 재료로 형성되어 있는 것이 바람직하고, 예를 들면, 유리, 광을 투과하는 수지 필름 등이 있다. 광투과 영역과 동일한 재료로 형성된 수지 필름을 사용하는 것이 특히 바람직하다. 투광 부재의 두께는 특별히 제한되지 않지만, 광투과율을 고려하면 가능한 한 얇은 편이 바람직하다.
투광 부재로서, 반사 방지 처리 및/또는 광 산란 처리된 수지 필름을 사용하는 것이 바람직하다.
반사 방지 처리는, 예를 들면, 필름 상에, 상기 필름보다 낮은 굴절률의 반사 방지막을 부여함으로써 행할 수 있다. 반사 방지막의 형성 재료로서는, 예를 들면, 자외선 경화형 아크릴 수지 등의 수지계 재료, 수지 중에 콜로이달 실리카 등의 무기 미립자를 분산시킨 하이브리드계 재료, 테트라에톡시실란, 티탄테트라에톡시드 등의 금속 알콕시드를 사용한 졸-겔계 재료 등이 있다. 또한, 각 재료는, 막 표면의 오염 방지성을 부여하기 위해 불소기를 함유하는 것을 사용해도 된다.
광 산란 처리는, 예를 들면, 샌드블러스트(sand blast) 방식이나 엠보싱 가공 방식에 의한 조면화(粗面化) 방식, 투명 미립자의 배합 방식 등의 적절한 방식에 의해 필름의 표면에 미세 요철 구조를 부여함으로써 행할 수 있다. 또한, 필름 상에 광 산란막을 별도로 설치해도 된다. 상기 미립자로서는, 예를 들면, 평균 입경이 0.5?50 ㎛인 실리카, 알루미나, 티타니아, 지르코니아, 산화 주석, 산화 인듐, 산화 카드뮴, 산화 안티몬 등의 무기계 미립자, 가교(架橋) 또는 미가교의 폴리머 등으로 이루어지는 유기계 미립자(비즈를 포함함) 등이 있다.
또한, 투광 부재로서 오염 방지 처리된 수지 필름을 사용해도 된다. 오염 방지 처리는, 예를 들면, 필름 상에 불소 수지 피막을 부여함으로써 행할 수 있다.
또한, 투광 부재로서 대역 통과 기능을 가지는 수지 필름을 사용해도 된다. 대역 통과 기능은, 다색 광으로부터 특정 파장의 광을 선택적으로 투과시키고, 그 이외의 파장의 광은 블록킹(반사?흡수)하는 기능을 말한다. 대역 통과 기능을 가지는 수지 필름으로서는, 예를 들면, 셀로판 등의 색 부여 필름이 있다.
쿠션층의 플래튼과 접착하는 면에는 양면 테이프가 설치되어 있어도 된다.
반도체 디바이스는, 상기 연마 패드를 사용하여 반도체 웨이퍼의 표면을 연마하는 공정을 거쳐 제조된다. 반도체 웨이퍼는, 일반적으로 실리콘 웨이퍼 상에 배선 금속 및 산화막이 적층된 것이다. 반도체 웨이퍼의 연마 방법, 연마 장치는 특별히 제한되지 않고, 예를 들면, 도 1에 나타낸 바와 같이 연마 패드(1)를 지지하는 연마 정반(2)과, 반도체 웨이퍼(4)를 지지하는 지지대(5)(폴리싱헤드)와 웨이퍼로의 균일한 가압을 행하기 위한 백킹재와, 연마제(3) 공급 기구를 구비한 연마 장치 등을 사용하여 행해진다. 연마 패드(1)는, 예를 들면, 양면 테이프로 접착함으로써, 연마 정반(2)에 장착된다. 연마 정반(2)과 지지대(5)는, 각각에 지지된 연마 패드(1)와 반도체 웨이퍼(4)가 대향하도록 배치되고, 각각에 회전축(6, 7)을 구비하고 있다. 또한, 지지대(5) 측에는, 반도체 웨이퍼(4)를 연마 패드(1)에 가압하기 위한 가압 기구가 설치되어 있다. 연마 시에는, 연마 정반(2)과 지지대(5)를 회전시키면서 반도체 웨이퍼(4)를 연마 패드(1)에 가압하고, 슬러리를 공급하면서 연마를 행한다. 슬러리의 유량, 연마 하중, 연마 정반 회전수, 및 웨이퍼 회전수는 특별히 제한되지 않고, 적절하게 조정하여 행한다.
이로써, 반도체 웨이퍼(4)의 표면의 돌출된 부분이 제거되어 평탄형으로 연마된다. 그 후, 다이싱(dicing), 본딩(bonding), 패키징(packaging) 등을 행하여 반도체 디바이스가 제조된다. 반도체 디바이스는, 연산 처리 장치나 메모리 등에 사용된다.
[실시예]
이하, 본 발명의 구성과 효과를 구체적으로 나타내는 실시예 등에 대하여 설명한다.
실시예 1
[광투과 영역의 제조]
아디프산과 헥산디올과 에틸렌글리콜로 이루어지는 폴리에스테르폴리올(수평균 분자량 2400) 128 중량부, 및 1,4-부탄디올 30 중량부를 혼합하고, 70℃로 온도 조절했다. 이 혼합액에, 사전에 70℃로 온도 조절된 4,4'-디페닐메탄디이소시아네이트 100 중량부를 부가하여, 약 1분간 교반했다. 그리고, 100℃로 보온된 용기 중에 상기 혼합액을 주입하고, 100℃에서 8시간 포스트큐어링을 행하여 폴리우레탄 수지를 제조하였다. 제조된 폴리우레탄 수지를 사용하여, 사출(injection) 성형에 의해 광투과 영역(세로 56 mm, 가로 20 mm, 두께 1.25 mm)을 제조하였다.
[연마 영역의 제조]
반응 용기 내에, 폴리에테르계 프리폴리머(유니로얄사 제조, 아디프렌 L-325, NCO 농도: 2.22 meq/g) 100 중량부, 및 실리콘계 계면활성제(도레이다우코닝 실리콘사 제조, SH-192) 3 중량부를 혼합하고, 온도를 80℃로 조정하였다. 교반 날개를 사용하여, 회전수 900 rpm으로 반응계 내에 기포를 받아들이도록 약 4분간 강하게 교반을 행하였다. 거기에 사전에 120℃에서 용융시킨 4,4'-메틸렌비스(o-클로로아닐린)(이하라케미컬사 제조, 이하라큐아민 MT) 26 중량부를 첨가했다. 그 후, 약 1분간 교반을 계속하여 팬 형의 오픈 몰드에 반응 용액을 주입하였다. 이 반응 용액의 유동성이 없어진 시점에서 오븐 내에 넣어 110℃에서 6시간 포스트큐어링을 행하여, 폴리우레탄 발포체 블록을 얻었다. 이 폴리우레탄 발포체 블록을 밴드 쏘 타입의 슬라이서(펙켄사 제조)를 사용하여 슬라이스하여, 폴리우레탄 발포체 시트(비중: 0.86, D 경도: 52도)를 얻었다. 다음으로, 이 시트를 버핑기(아미텍사 제조)를 사용하여, 소정 두께로 표면 버핑을 행하고, 두께 정밀도가 균일한 시트로 만들었다(시트 두께: 1.27 mm). 이 버핑 처리를 행한 시트의 표면에, 홈 가공기(도호강기사(東邦鋼機社) 제조)를 사용하여 동심원형의 홈 가공(홈 폭: 0.25 mm, 홈 깊이: 0.45 mm, 홈 피치: 1.5 mm)를 행하였다. 이 시트를 직경 60 cm의 크기로 타발(打拔)하고, 이어서, 타발된 시트의 중심으로부터 약 12 cm의 위치에 개구부(56 mm×20 mm)를 형성하여 연마 영역을 제조하였다.
[연마 패드의 제조]
제조된 연마 영역의 홈 가공면과 반대측 면에 라미네이트 가공기를 사용하여, 양면 테이프(세키스이화학공업사 제조, 더블택 테이프)를 접합하여 양면 테이프 접합 연마 영역을 제조하였다.
표면을 버핑 처리하고, 코로나 처리한 폴리에틸렌 폼(도레이사 제조, 도레이페프, 두께: 0.8 mm)으로 이루어지는 쿠션층의 한쪽 면(연마 정반측의 면)에 라미네이트 가공기를 사용하여, 연마 정반에 접착하기 위한 양면 테이프를 접합시켜, 직경 60 cm의 크기로 타발하여 양면 테이프 접합 쿠션층을 제조하였다. 양면 테이프 접합 쿠션층의 중심으로부터 약 12 cm의 위치에 관통공(50 mm×14 mm)을 형성하였다.
양면 테이프 접합 연마 영역과 양면 테이프 접합 쿠션층을, 개구부와 관통공이 중첩되도록 접합시키고, 또한 제조된 광투과 영역을 개구부 내의 접착제층에 접합시켰다. 그 후, 투광 부재(폴리에틸렌테레프탈레이트 필름, 세로 50 mm, 가로 14 mm, 두께 50㎛)를 관통공 내의 접착제층에 접합하여 연마 패드를 제조하였다.
실시예 2
[연마 패드의 제조]
양면에 폴리에틸렌 테레프탈레이트로 이루어지는 이형(離型) 필름(두께 38㎛)을 가지는 양면 테이프(세키스이화학공업사 제조, 더블택 테이프)의 한쪽 면의 이형 필름을 박리하여 접착제층을 노출시키고, 상기 접착제층을 실시예 1에서 제조한 연마 영역의 홈 가공면과 반대측의 면에 라미네이트 가공기를 사용하여 접합하여 양면 테이프 접합 연마 영역을 제조하였다. 양면 테이프 접합 연마 영역의 개구부 내의 접착제층에, 실시예 1에서 제조한 광투과 영역을 접합하여 양면 테이프 접합 연마층을 제조하였다. 그 후, 상기 양면 테이프의 다른 면의 이형 필름의 상기 광투과 영역에 대응하는 부분에, 톰슨 커터를 사용하여 컷 자국을 내어 투광 부재(50 mm×14 mm)를 형성하고, 투광 부재 이외의 이형 필름을 박리하여 접착제층을 노출시킨다.
표면을 버핑 처리하고, 코로나 처리된 폴리에틸렌 폼(도레이사 제조, 도레이 페프, 두께: 0.8 mm)으로 이루어지는 쿠션층의 한쪽 면(연마 정반 측의 면)에 라미네이트 가공기를 사용하여, 연마 정반에 접합하기 위한 양면 테이프를 접합시켜, 직경 60 cm의 크기로 타발된 양면 테이프 접합 쿠션층을 제조하였다. 양면 테이프 접합 쿠션층의 중심으로부터 약 12 cm의 위치에 관통공(50 mm×14 mm)을 형성하였다.
그리고, 상기 양면 테이프 접합 연마층의 노출시킨 접착제층에, 투광 부재와 관통공이 중첩되도록 상기 양면 테이프 접합 쿠션층을 접합하여 연마 패드를 제조하였다.
실시예 3
투광 부재로서 반사 방지 필름(니치유(주)사 제조, 리어룩)을 사용한 점 이외는 실시예 1과 동일한 방법으로 연마 패드를 제조하였다.
비교예 1
투광 부재를 관통공 내의 접착제층에 접합하지 않은 점 이외는 실시예 1과 동일한 방법으로 연마 패드를 제조하였다.
(평가 방법)
연마 장치로서 SPP600S(오카모토공작기계사 제조)를 사용하여, 제조된 연마 패드를 연마 정반에 접합하였다. 그리고, 8 인치의 더미 웨이퍼를 1시간 연마하였다. 연마 조건으로서는, 슬러리로서 실리카 슬러리(SS12, 캐봇사 제조)를 연마 중에 유량 150 ml/min로 첨가했다. 연마 하중으로서는 350 g/cm2, 연마 정반 회전수 35 rpm, 웨이퍼 회전수 30 rpm으로 하였다. 그 후, 연마 패드를 연마 정반으로부터 박리하고, 쿠션층의 관통공 내의 투광 부재 또는 접착제층에 찌꺼기가 부착되어 있는지의 여부, 및 그 표면이 거칠어져 있는지의 여부를 육안 관찰에 의해 관찰했다. 실시예 1?3의 연마 패드에는, 찌꺼기의 부착 또는 표면의 거침은 인식되지 않았다. 한편, 비교예 1의 연마 패드에는, 찌꺼기의 부착 및 표면의 거침이 인식되었다. 연마 패드 제조 시 및 연마 조작 시에 접착제층에 미세한 먼지 등이 부착된 것으로 여겨진다. 또한, 연마 패드를 연마 정반에 접합할 때 또는 연마 조작 중에, 접착제층이 연마 정반에 접촉되거나 들러붙어, 그 표면이 거칠어진 것으로 여겨진다.
[산업상 이용 가능성]
본 발명의 연마 패드는, 렌즈, 반사 미러 등의 광학 재료나 실리콘 웨이퍼, 하드디스크용의 유리 기판, 알루미늄 기판, 및 일반적인 금속 연마 가공 등의 고도의 표면 평탄성이 요구되는 재료의 평탄화 가공에 사용된다. 본 발명의 연마 패드는, 특히 실리콘 웨이퍼 및 그 위에 산화물층, 금속층 등이 형성된 디바이스를 평탄화하는 공정, 나아가서는 이들 산화물층이나 금속층을 적층?형성하기 전에 평탄화하는 공정에 바람직하게 사용된다.
1: 연마 패드 2: 연마 정반
3: 연마제(슬러리) 4: 피연마재(반도체 웨이퍼)
5: 지지대(폴리싱헤드) 6, 7: 회전축
8: 연마 영역 9: 광투과 영역
10: 연마층 11: 관통공
12: 쿠션층 13: 투명 시트
14: 접착제층 15: 양면 접착 시트
16: 투광 부재

Claims (5)

  1. 연마 영역 및 광투과 영역을 가지는 연마층과 관통공(貫通孔)을 가지는 쿠션층이, 상기 광투과 영역과 상기 관통공이 중첩되도록 양면 접착 시트를 사이에 두고 적층되어 있는 연마 패드에 있어서,
    상기 관통공 내의 양면 접착 시트의 접착제층에 투광 부재가 부착되어 있는, 연마 패드.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 투광 부재는, 반사 방지 처리 및/또는 광 산란 처리된 수지 필름인, 연마 패드.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 투광 부재는, 오염 방지 처리된 수지 필름인, 연마 패드.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 투광 부재는, 대역 통과(band-pass) 기능을 가지는 수지 필름인, 연마 패드.
  5. 제1항에 기재된 연마 패드를 사용하여 반도체 웨이퍼의 표면을 연마하는 공정을 포함하는 반도체 디바이스의 제조 방법.
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