KR20130069418A - Membrane for chemical mechanical polishing having a hydrophobic layer - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A membrane for a chemical and mechanical polishing device coated with a hydrophobic layer is provided to prevent a CMP membrane from being unable to detach from the rear side of a wafer after a CMP process by reducing the surficial friction of a hydrophobic layer coated on a CMP membrane body. CONSTITUTION: A membrane(100) for a chemical and mechanical polishing device coated with a hydrophobic layer comprises a membrane body(110b) and a hydrophobic coated layer(110a). The membrane body is composed of a silicon polymer compound. The hydrophobic coated layer is formed on the surface of the membrane body. The hydrophobic coated layer is composed of a silicon polymer compound in which a silica particle is dispersed.

Description

소수성층이 코팅된 화학적 기계적 연마장치용 멤브레인{Membrane for Chemical Mechanical Polishing having a hydrophobic layer}Membrane for Chemical Mechanical Polishing having a hydrophobic layer

본 발명은 화학적 기계적 연마장치용 멤브레인에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 화학적 기계적 연마장치의 폴리싱 헤드에 적용되어 반도체 기판의 복수 영역에 동일한 또는 서로 다른 압력을 가하여 화학적 기계적 연마 공정의 균일도를 향상시킬 수 있는 화학적 기계적 연마장치용 멤브레인에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a membrane for a chemical mechanical polishing apparatus, and more particularly, may be applied to a polishing head of a chemical mechanical polishing apparatus to apply the same or different pressure to multiple regions of a semiconductor substrate to improve uniformity of the chemical mechanical polishing process. And a membrane for a chemical mechanical polishing machine.

반도체 소자는 기판 상에 미세한 크기의 소자를 집적하여 형성한 전자소자이고, 이러한 반도체 소자의 제조에는 박막증착 공정, 포토리쏘그라피 공정, 식각 공정, 이온주입 공정 등이 적용된다. 반도체 소자에서 트랜지스터, 캐패시터와 같은 소자를 고집적도로 형성하기 위해서는 반도체층, 금속층, 절연층들이 복잡한 구조로 적층되어 형성되는데, 이를 위하여 박막의 증착과 식각 과정이 반복적으로 이루어지면서 표면의 단차가 점차적으로 증가되게 된다. 표면의 단차가 증가되면 이후의 포토리쏘그라피 공정에서 포토리지스트를 좁은 선폭으로 형성하는데 제한을 받게 되므로 공정의 중간 중간에 평탄화 공정을 추가하여야 한다.A semiconductor device is an electronic device formed by integrating a device having a fine size on a substrate, and a thin film deposition process, a photolithography process, an etching process, an ion implantation process, and the like are applied to manufacture such a semiconductor device. In order to form devices such as transistors and capacitors with high integration in semiconductor devices, semiconductor layers, metal layers, and insulating layers are formed by a complicated structure. For this purpose, the steps of the surface gradually increase as the thin film deposition and etching processes are repeatedly performed. Will be increased. If the step height of the surface is increased, the photoresist will be limited in forming a narrow line width in the subsequent photolithography process, so the planarization process should be added in the middle of the process.

반도체 표면을 평탄화하는 기술로 최근에는 화학적 기계적 연마(Chemical Mechanical Polishing, 이하에서 'CMP'라 한다)가 널리 이용되고 있다. CMP는 연마 입자와 식각제를 포함하는 슬러리를 머금은 패드의 표면과 기판의 표면을 접촉시키면서 회전시켜서 기판의 상부층에서 화학적 기계적 연마가 동시에 이루어지도록 하는 공정이다. 이러한 CMP 공정에서는 웨이퍼 형태의 기판 상에서 균일하게 연마가 일어나도록 하는 것이 중요한데, 만약 웨이퍼의 중앙부와 외곽부에서 연마가 균일하게 이루어지지 않는다면 웨이퍼의 부위별로 층간절연막의 두께가 달라질 수 있고, 이는 컨택홀 내부에서의 오픈 불량 등을 유발할 수 있기 때문이다.Recently, chemical mechanical polishing (hereinafter referred to as 'CMP') has been widely used as a technology for planarizing a semiconductor surface. CMP is a process in which a surface containing a slurry containing abrasive particles and an etchant is rotated while contacting a surface of a pad with a surface of a substrate to simultaneously perform chemical mechanical polishing on an upper layer of the substrate. In such a CMP process, it is important to uniformly polish on a wafer-type substrate. If the polishing is not uniformly performed at the center and the outer portion of the wafer, the thickness of the interlayer insulating layer may be changed for each part of the wafer. This can cause open defects in the interior.

CMP용 멤브레인은 웨이퍼의 뒷면을 가압하여 웨이퍼와 CMP 패드와의 압력을 균일하게 유지시킬 수 있도록 하는 부분이다. CMP용 멤브레인은 실리콘 고무로 이루어지고, 폴리싱 헤드에 결합된 후에 복수개의 영역으로 나누어져 외부에서 기체가 주입될 수 있도록 구성되어 있다. 외부에서 기체가 일정 압력으로 주입되면 복수개의 영역으로 구분된 멤브레인의 각 영역이 부풀어 오르면서 웨이퍼의 서로 다른 영역에 독립적으로 압력을 전달할 수 있다. CMP용 멤브레인의 구조 및 기능에 대해서는 선행문헌인 한국공개특허 제2004-74269호에 자세히 개시되어 있다. 선행문헌은 CMP 장치에 관한 것으로서, 플레이튼, 상기 플레이튼 상에 설치되는 연마 패드, 상기 연마 패드에 반도체 기판을 가압하여 상기 반도체 기판을 연마하는 폴리싱 헤드를 구비하되, 상기 폴리싱 헤드는 상기 폴리싱 헤드의 저면에 위치되며 복수의 홀들이 형성된 지지 플레이트와, 상기 지지 플레이트의 아래에 위치되며 복수의 홀들이 형성된 가압부, 상기 가압부의 가장자리로부터 상부로 연장된 제 1고정부 및 상기 복수의 홀들로부터 상부로 연장된 제 2고정부를 가지는 멤브레인과, 상기 지지 플레이트의 상부에 위치되며 상기 멤브레인을 고정하는 클램프를 구비하여 웨이퍼의 연마 균일성을 향상시킬 수 있는 것을 특징으로 한다.The membrane for CMP is a part that pressurizes the back side of the wafer so as to maintain a uniform pressure between the wafer and the CMP pad. The membrane for CMP is made of silicone rubber, and after being bonded to the polishing head, is divided into a plurality of regions so that gas can be injected from the outside. When the gas is injected from the outside at a constant pressure, each region of the membrane divided into a plurality of regions may swell, and may independently transmit pressure to different regions of the wafer. The structure and function of the membrane for CMP are disclosed in detail in Korean Patent Laid-Open Publication No. 2004-74269. The prior art relates to a CMP apparatus, comprising a platen, a polishing pad provided on the platen, and a polishing head for pressing the semiconductor substrate onto the polishing pad to polish the semiconductor substrate, wherein the polishing head includes the polishing head. A support plate having a plurality of holes formed on a bottom surface of the support plate, a pressing part positioned below the support plate and having a plurality of holes formed therein, a first fixing part extending upward from an edge of the pressing part, and an upper portion from the plurality of holes And a clamp having a second fixing part extended to the support plate, and a clamp positioned on the support plate to fix the membrane, thereby improving polishing uniformity of the wafer.

CMP용 멤브레인은 일반적으로 폴리실록산과 같은 실리콘 고분자 화합물로 이루어지는데, 폴리실록산은 친수성이 강하여 CMP 공정을 진행한 후에 CMP용 멤브레인과 웨이퍼 뒷면이 탈착되지 않는 경우가 종종 발생한다. 특히 이러한 현상은 더미 웨이퍼나 불산액으로 세정한 웨이퍼의 경우에 더욱 빈번하게 발생된다. 이와 같이 CMP용 멤브레인과 웨이퍼가 분리되지 않으면 장비에서 알람이 발생하면서 공정 진행이 단절되는 등의 문제점을 가지고 있다. 따라서, CMP용 멤브레인의 표면 마찰력을 조절하여 상기와 같은 문제점을 해결할 수 있으면서도 코팅층의 결합력을 강화시켜서 CMP용 멤브레인의 내구성을 향상시킬 수 있는 기술에 대한 필요성이 매우 크다. Membranes for CMP are generally made of a silicone polymer compound such as polysiloxane. Polysiloxanes are highly hydrophilic, and thus, the CMP membrane and the wafer backside often do not detach after the CMP process. In particular, this phenomenon occurs more frequently in the case of a dummy wafer or a wafer cleaned with hydrofluoric acid. As such, if the CMP membrane and the wafer are not separated, an alarm occurs in the equipment and the process progress is interrupted. Therefore, there is a great need for a technology that can improve the durability of the CMP membrane by improving the bonding force of the coating layer while controlling the surface frictional force of the membrane for CMP, while solving the above problems.

따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 CMP용 멤브레인에서 기판 접촉부의 물성을 개선하여 공정 진행 후에 CMP용 멤브레인과 웨이퍼 뒷면이 용이하게 탈착될 수 있고, CMP용 멤브레인의 몸체와 소수성 코팅층의 결합력이 강하여 코팅층이 쉽게 분리되지 않으며, 내마모성이 뛰어난 CMP용 멤브레인을 제공하는 것이다.Therefore, the problem to be solved by the present invention is to improve the properties of the substrate contact portion in the membrane for CMP can be easily removable after the process and the membrane for CMP membrane, the bonding strength of the body and hydrophobic coating layer of the membrane for CMP is strong The coating layer is not easily separated and provides a membrane for CMP having excellent abrasion resistance.

본 발명은 상기 과제를 달성하기 위하여, 화학적 기계적 연마장치의 폴리싱 헤드에 적용되어 기판의 복수 영역에 동일한 또는 서로 다른 압력을 가하기 위한 멤브레인으로서, 실리콘 고분자 화합물로 이루어진 멤브레인 몸체 및 상기 기판과 접촉하는 멤브레인 몸체의 표면에 형성된 소수성 코팅층을 포함하는 화학적 기계적 연마장치용 멤브레인을 제공한다. In order to achieve the above object, the present invention is applied to a polishing head of a chemical mechanical polishing apparatus to apply the same or different pressure to a plurality of regions of a substrate, a membrane body made of a silicone polymer compound and a membrane in contact with the substrate It provides a membrane for a chemical mechanical polishing apparatus including a hydrophobic coating layer formed on the surface of the body.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 소수성 코팅층은 실리카 입자가 분산된 실리콘 고분자 화합물로 이루어질 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the hydrophobic coating layer may be made of a silicon polymer compound in which silica particles are dispersed.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 실리카 입자는 하기의 구조식 1 또는 구조식 2로 표시되는 실록산 결합을 가지는 구상 실리카 입자일 수 있다.
According to another embodiment of the present invention, the silica particles may be spherical silica particles having a siloxane bond represented by Structural Formula 1 or Structural Formula 2 below.

구조식 1Structure 1

Figure pat00001
Figure pat00001

(R은 지방족 탄화수소기, 방향족 탄화수소기, 불포화 탄화수소기 또는 이들이 조합된 탄화수소기)
(R is an aliphatic hydrocarbon group, aromatic hydrocarbon group, unsaturated hydrocarbon group or a combination of these hydrocarbon groups)

구조식 2Structural Formula 2

Figure pat00002
Figure pat00002

(R과 R'는 지방족 탄화수소기, 방향족 탄화수소기, 불포화 탄화수소기 또는 이들이 조합된 탄화수소기)
(R and R 'is an aliphatic hydrocarbon group, aromatic hydrocarbon group, unsaturated hydrocarbon group or a combination thereof)

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 실리카 입자는 실세스콰이옥산으로 이루어질 수 있다.According to another embodiment of the present invention, the silica particles may be made of silsesquaoxane.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 실리카 입자의 함량은 소수성 코팅층의 5 내지 40중량%인 것이 바람직하다.According to another embodiment of the present invention, the content of the silica particles is preferably 5 to 40% by weight of the hydrophobic coating layer.

본 발명의 CMP용 멤브레인은 아래의 효과를 가진다.The membrane for CMP of the present invention has the following effects.

1. CMP용 멤브레인 몸체에 코팅된 소수성 코팅층이 표면의 마찰력을 감소시켜서 CMP 진행 후에 CMP용 멤브레인이 웨이퍼 뒷면에서 탈착되지 못하는 현상이 발생하는 것을 방지할 수 있다.1. The hydrophobic coating layer coated on the CMP membrane body reduces the frictional force of the surface, thereby preventing the CMP membrane from detaching from the back side of the wafer after the CMP process.

2. CMP용 멤브레인의 몸체와 소수성 코팅층이 모두 실리콘 고분자 화합물 계열로 이루어져 상호 결합력이 높으므로, CMP 진행 또는 핸들링 과정에서 받는 스트레스로 인하여 코팅층이 벗겨지는 것을 방지할 수 있다.2. Since both the body of the membrane for CMP and the hydrophobic coating layer are made of a series of silicone polymer compounds, the mutual bonding force is high, and thus the coating layer can be prevented from peeling off due to stress received during CMP progress or handling.

3. 소수성 코팅층의 실리카 입자는 내마모성이 뛰어나므로 CMP용 멤브레인의 내구성을 향상시킬 수 있다. 3. Since the silica particles of the hydrophobic coating layer have excellent abrasion resistance, the durability of the membrane for CMP can be improved.

도 1은 CMP용 멤브레인의 사진이다.
도 2는 본 발명에 따라 기판 접촉부에 소수성 코팅층이 형성된 CMP용 멤브레인을 도시한 것이다.
1 is a photograph of a membrane for CMP.
Figure 2 shows a membrane for CMP with a hydrophobic coating layer formed on the substrate contact portion in accordance with the present invention.

이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

본 발명은 화학적 기계적 연마장치의 폴리싱 헤드에 적용되어 기판의 복수 영역에 동일한 또는 서로 다른 압력을 가하기 위한 멤브레인에 관한 것으로서, 멤브레인은 실리콘 고분자 화합물로 이루어진 멤브레인 몸체 및 상기 멤브레인 몸체의 표면에 형성된 소수성 코팅층을 포함하는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a membrane applied to a polishing head of a chemical mechanical polishing apparatus to apply the same or different pressure to a plurality of regions of a substrate, the membrane comprising a membrane body made of a silicone polymer compound and a hydrophobic coating layer formed on the surface of the membrane body. Characterized in that it comprises a.

CMP용 멤브레인은 CMP 폴리싱 헤드에 결합되어 반도체 웨이퍼의 뒷면에 접촉된 채로 CMP 패드 방향으로 웨이퍼에 일정 압력을 가하는 기능을 수행한다. CMP용 멤브레인은 이와 같은 기능을 수행하기 위하여 외부에서 주입된 기체에 의하여 복수개의 영역으로 구분된 부분이 독립적으로 부풀어 오를 수 있도록 탄성을 가져야 하고, 오랜 시간 동안의 사용에 따른 노화도 적어야 한다. CMP용 멤브레인은 이와 같은 요구를 만족할 수 있도록 실리콘 고무와 같은 실리콘 고분자 화합물로 제조된다. 실리콘 고무는 탄소 원자가 주 사슬을 구성하는 탄소계 고분자와 달리 실리콘 원자와 산소 원자가 결합하여 주 사슬을 구성하며, 탄성을 가지기 위하여 주 사슬이 가교된 형태를 가진다. The membrane for CMP is coupled to the CMP polishing head to perform a function of applying a certain pressure to the wafer in the direction of the CMP pad while being in contact with the backside of the semiconductor wafer. In order to perform such a function, the membrane for CMP must have elasticity so that the portion divided into a plurality of regions can be independently swelled by the gas injected from the outside, and there must be little aging due to long use. The membrane for CMP is made of a silicone polymer compound such as silicone rubber to satisfy this requirement. Unlike carbon-based polymers in which carbon atoms make up the main chain, silicone rubber forms a main chain by combining silicon atoms with oxygen atoms, and has a main chain crosslinked to have elasticity.

본 발명의 CMP용 멤브레인은 실리콘 고분자 화합물로 이루어진 멤브레인 몸체 중 기판의 뒷면에 접촉되는 기판 접촉부의 표면에 소수성 코팅층이 형성되어 있다. 도 1은 본 발명의 CMP용 멤브레인의 사진이고, 도 2는 기판 접촉부에 소수성 코팅층이 형성된 CMP용 멤브레인을 도시한 것이다. 도 1 및 도 2를 참조하면, CMP용 멤브레인(100)은 탄성을 가지는 재질로 이루어지고, 기판의 후면에 접촉되는 기판 접촉부(110)와 상기 기판 접촉부(110)에서 연장되어 형성된 복수개의 압력 조절부들(111~115)을 포함하여 이루어진다. CMP용 멤브레인(100)은 서로 다른 압력 조절부와 기판 접촉부 사이의 빈 공간에 기체가 주입되면서 기판 접촉부의 서로 다른 영역에 독립적으로 압력을 가할 수 있다. CMP용 멤브레인 몸체(110b)는 실리콘 고분자 수지로 이루어질 수 있는데, 프레스 몰딩 또는 사출 몰딩의 방법으로 성형될 수 있다. CMP용 멤브레인 몸체(110b) 중 기판의 뒷면과 접촉하는 기판 접촉부(100)의 표면에는 소수성 코팅층(110a)이 형성된다. 소수성 코팅층은 CMP용 멤브레인 몸체(110b)보다 상대적으로 소수성이 큰 물성을 가지는 층으로서, 기판 접촉부(100) 표면의 마찰력 계수를 감소시키는 기능을 한다. In the membrane for CMP of the present invention, a hydrophobic coating layer is formed on the surface of the substrate contact portion which is in contact with the back side of the substrate of the membrane body made of a silicone polymer compound. Figure 1 is a photograph of the membrane for CMP of the present invention, Figure 2 shows a membrane for CMP with a hydrophobic coating layer formed on the substrate contact portion. 1 and 2, the membrane 100 for CMP is made of a material having elasticity, and a plurality of pressure control parts formed by extending from the substrate contact part 110 and the substrate contact part 110 contacting the rear surface of the substrate. It consists of the parts (111 ~ 115). The membrane 100 for CMP may independently apply pressure to different areas of the substrate contact while gas is injected into the empty space between the different pressure regulators and the substrate contact. The membrane body 110b for CMP may be made of a silicone polymer resin, and may be molded by press molding or injection molding. Hydrophobic coating layer (110a) is formed on the surface of the substrate contact portion 100 in contact with the back of the substrate of the membrane body (110b) for CMP. The hydrophobic coating layer is a layer having a relatively hydrophobic physical property than the membrane body 110b for CMP, and serves to reduce the coefficient of friction of the surface of the substrate contact portion 100.

CMP용 멤브레인 몸체는 원료물질이 되는 반응물인 A 부분과 B 부분을 금형에 주입하고, 일정한 온도로 가열하여 열 가교시키는 액상 사출 성형 방법으로 제조될 수 있다. 이때, A 부분은 실리카, 베이스 고분자, 헥사메틸디실라잔 및 백금촉매를 포함할 수 있고, B 부분은 실리카, 베이스 고분자, 헥사메틸디실라잔, 중합억제제 및 가교제를 포함할 수 있다.The membrane body for CMP may be manufactured by a liquid injection molding method of injecting A and B portions, which are reactants as raw materials, into a mold, and heat-crosslinking by heating to a predetermined temperature. In this case, part A may include silica, a base polymer, hexamethyldisilazane, and a platinum catalyst, and part B may include silica, a base polymer, hexamethyldisilazane, a polymerization inhibitor, and a crosslinking agent.

소수성 코팅층은 실리카 입자가 분산된 실리콘 고분자 화합물로 이루어질 수 있는데, 실리카 입자는 하기의 구조식 1 또는 구조식 2로 표시되는 실록산 결합을 가지는 구상 실리카 입자일 수 있다. 구조식 1 및 구조식 2에서 R은 지방족 탄화수소기, 방향족 탄화수소기, 불포화 탄화수소기 또는 이들이 조합된 탄화수소기일 수 있고, 지방족 탄화수소기는 예를 들어 메틸기, 에틸기, 부틸기일 수 있고, 방향족 탄소기는 예를 들어 페닐기일 수 있으며, 불포화 탄화수소기는 예를 들어 비닐기일 수 있다. 실리카 입자는 3차원으로 가교된 네트워크 구조의 실록산 결합을 가질 수 있고, 구체적으로 실세스콰이옥산(silsesquioxane)으로 이루어질 수 있다. The hydrophobic coating layer may be formed of a silicon polymer compound in which silica particles are dispersed, and the silica particles may be spherical silica particles having a siloxane bond represented by the following Formula 1 or Formula 2. In formulas 1 and 2, R may be an aliphatic hydrocarbon group, an aromatic hydrocarbon group, an unsaturated hydrocarbon group or a hydrocarbon group in combination thereof, and the aliphatic hydrocarbon group may be, for example, a methyl group, an ethyl group, a butyl group, and the aromatic carbon group may be, for example, a phenyl group. The unsaturated hydrocarbon group may be, for example, a vinyl group. The silica particles may have siloxane bonds in a network structure crosslinked in three dimensions, and may be specifically made of silsesquioxane.

실리카 입자는 소수성 코팅층에 소수성을 부여하고 그 정도를 조절하는 기능을 하는데, 실리카 입자의 함량에 따라 소수성의 정도가 달라진다. 실리카 입자의 함량은 소수성 코팅층의 5 내지 40중량%인 것이 바람직하다. 실리카 입자의 함량이 5중량% 미만이면 소수성 코팅층의 소수성이 충분하지 못하여 CMP 공정 후 멤브레인이 기판의 뒷면에서 분리되지 못하는 현상이 발생할 수 있고, 실리카 입자의 함량이 40중량%를 초과하면 소수성이 너무 강하여 멤브레인이 기판의 뒷면에서 미끌어지는 에러가 발생하거나 멤브레인 몸체와 소수성 코팅층간의 결합력이 약하여 필링(peeling) 또는 크랙(crack) 현상이 발생할 수 있다.
The silica particles provide a hydrophobicity to the hydrophobic coating layer and control the degree thereof, and the degree of hydrophobicity varies depending on the content of the silica particles. The content of the silica particles is preferably 5 to 40% by weight of the hydrophobic coating layer. If the content of silica particles is less than 5% by weight, the hydrophobicity of the hydrophobic coating layer may not be sufficient, and thus the membrane may not be separated from the back side of the substrate after the CMP process. If the content of the silica particles exceeds 40% by weight, the hydrophobicity may be too high. It may be so strong that an error in sliding the membrane from the back side of the substrate may occur, or a peeling or cracking phenomenon may occur due to a weak bonding force between the membrane body and the hydrophobic coating layer.

구조식 1Structure 1

Figure pat00003
Figure pat00003

(R은 지방족 탄화수소기, 방향족 탄화수소기, 불포화 탄화수소기 또는 이들이 조합된 탄화수소기)
(R is an aliphatic hydrocarbon group, aromatic hydrocarbon group, unsaturated hydrocarbon group or a combination of these hydrocarbon groups)

구조식 2Structural Formula 2

Figure pat00004
Figure pat00004

(R과 R'는 지방족 탄화수소기, 방향족 탄화수소기, 불포화 탄화수소기 또는 이들이 조합된 탄화수소기)
(R and R 'is an aliphatic hydrocarbon group, aromatic hydrocarbon group, unsaturated hydrocarbon group or a combination thereof)

본 발명에서 CMP용 멤브레인 몸체에 소수성 코팅층을 형성하는 방법은 스프레이 방식, 디핑 방식, 브러슁 방식과 같은 다양한 방법에 의하여 진행될 수 있다. 소수성 코팅층을 형성하는 구체적 방법은 실리콘 오일(베이스 고분자로서 상온에서 액상인 저점도 실리콘 러버)과 실리카가 혼합된 제1원료와 촉매 등이 포함된 제2원료를 믹싱하고, 믹싱된 코팅 재료를 스프레이, 디핑, 브러슁 등의 방법으로 도포하고, 고온에서 경화시키는 것이다. 보다 상세한 소수성 코팅층 형성방법은 실시예를 이용하여 설명하기로 한다.
In the present invention, the method of forming a hydrophobic coating layer on the membrane body for CMP may be performed by various methods such as spraying, dipping, and brushing. A specific method of forming a hydrophobic coating layer is to mix a silicone oil (a low viscosity silicone rubber which is liquid at room temperature as a base polymer) and a first material containing silica and a second material including a catalyst and spray the mixed coating material. It is apply | coated by methods, such as dipping and brushing, and it hardens at high temperature. More detailed hydrophobic coating layer forming method will be described by using an embodiment.

본 발명에 따라 CMP용 멤브레인의 기판 접촉부에 소수성 코팅층을 형성하면 아래와 같은 효과가 발생한다.
According to the present invention, when the hydrophobic coating layer is formed on the substrate contact portion of the membrane for CMP, the following effects occur.

1. 본 발명에서는 CMP용 멤브레인의 기판 접촉부의 마찰력 계수를 조절하여 CMP 공정 진행 후 CMP용 멤브레인이 기판의 뒷면에 스티킹(sticking)되는 문제점을 해결할 수 있다. 반도체 제조공정에서 기판인 웨이퍼는 증착 공정, 세정 공정이 진행됨에 따라 기판의 앞면 또는 뒷면의 재질이 달라진다. 이때, 기판의 뒷면 재질에 따라서 CMP용 멤브레인 기판 접촉부와의 상호 작용력(interaction)이 달라지는데, 예를 들어 베어 웨이퍼(bare wafer) 또는 불산으로 세정된 웨이퍼의 경우에는 상호 작용력이 커서 CMP 진행 후에 CMP용 멤브레인 기판 접촉부와 웨이퍼 뒷면이 스티킹되어 분리되지 못하는 경우가 발생할 수 있다. 그러나 본 발명과 같이 CMP용 멤브레인 기판 접촉부에 소수성 코팅층을 형성한 경우에는 기판 접촉부와 기판 뒷면과의 마찰력 계수(coefficient of friction) 또는 부착 계수(coefficient of adhesion)를 적절하게 조절할 수 있으므로 상기와 같은 문제점을 해결할 수 있다.
1. In the present invention, it is possible to solve the problem that the CMP membrane sticks to the back side of the substrate after the CMP process by adjusting the frictional force coefficient of the substrate contact portion of the membrane for CMP. In the semiconductor manufacturing process, the wafer, which is a substrate, has a different material on the front or back side of the substrate as the deposition process and the cleaning process are performed. At this time, the interaction force with the contact portion of the membrane substrate for CMP is different depending on the backside material of the substrate. For example, in the case of a bare wafer or a wafer cleaned with hydrofluoric acid, the interaction force is large, and thus the CMP Sticking of the membrane substrate contacts and the back side of the wafer may occur, preventing separation. However, when the hydrophobic coating layer is formed on the CMP membrane substrate contact portion as in the present invention, the coefficient of friction or the coefficient of adhesion between the substrate contact portion and the back side of the substrate can be appropriately adjusted. Can be solved.

2. 본 발명에서는 CMP용 멤브레인 몸체와 소수성 코팅층이 모두 실리콘 고분자 화합물로 이루어지므로 CMP용 멤브레인 몸체와 소수성 코팅층간의 결합력이 향상된다. 만약 CMP용 멤브레인 몸체와 소수성 코팅층이 서로 다른 계열의 고분자 수지로 이루어지면 계면에서의 결합력이 상대적으로 약하여 공정 진행 중 또는 핸들링 과정에서 발생하는 스트레스로 인하여 소수성 코팅층이 CMP용 멤브레인 몸체에서 벗겨지거나 크랙이 발생할 수 있다.
2. In the present invention, since both the membrane body for CMP and the hydrophobic coating layer are made of a silicone polymer compound, the bonding force between the membrane body for CMP and the hydrophobic coating layer is improved. If the membrane body for CMP and the hydrophobic coating layer are made of polymer resins of different series, the bonding strength at the interface is relatively weak, and the hydrophobic coating layer is peeled off or cracked from the membrane body for CMP due to stress generated during the process or handling. May occur.

이하에서 실시예를 이용하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 이러한 실시예는 본 발명을 용이하게 실시하기 위하여 제시된 일 구현예로서 실시예에 의하여 본 발명의 권리범위가 제한되어서는 안된다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail using examples. This embodiment is an embodiment presented to facilitate the present invention should not be limited to the scope of the present invention by the embodiment.

실시예Example

1 단계(CMP용 멤브레인 몸체의 성형)Step 1 (forming the membrane body for CMP)

먼저, VTP4M(하기 화학식 1로 표시되는 고분자, 시영테크에서 구매) 69.5g, Aerosil300(Evonik에서 구매) 24g, 헥사메틸디실라잔(Evonik에서 구매) 6g, Pt(0)-1,3-디비닐-1,1,3,3-테트라메틸디실록산 복합체(백금 촉매) 0.5g을 혼합한 원료 물질의 A 부분과, VTP4M(하기 화학식 2로 표시되는 고분자, 시영테크에서 구매) 64.5g, Aerosil300(Evonik에서 구매) 24g, 헥사메틸디실라잔 6g, 1-에티닐-1-시클로헥산올(중합 억제제) 0.5g, YC483(하기의 화학식 5로 표시되는 가교제, 시영테크에서 구매) 5g을 혼합한 원료 물질의 B 부분을 준비하였다. 이어서, 준비된 원료물질 A 부분과 B 부분을 혼합한 후 혼합된 원료물질을 압출기로 공급하고, 압출기 전단에 연결된 금형으로 투입하였다. 이때, 압출기의 온도는 25℃였고, 금형의 온도는 120℃였다. 금형에 투입된 원료는 5분 동안 경화되고 금형이 분리되면서 성형된 멤브레인이 이젝트되었다. 이어서 금형에서 분리된 멤브레인을 200℃의 오븐에서 240분 동안 방치하여 잔류 휘발성분을 제거하였다.
First, 69.5 g of VTP4M (polymer represented by Chemical Formula 1, purchased from Siyoung Tech), 24 g of Aerosil300 (purchased from Evonik), 6 g of hexamethyldisilazane (purchased from Evonik), Pt (0) -1,3-di Part A of the raw material mixed with 0.5 g of vinyl-1,1,3,3-tetramethyldisiloxane complex (platinum catalyst), VTP4M (a polymer represented by the following Chemical Formula 2, purchased from Siyoung Tech) 64.5 g, Aerosil300 24 g (purchased from Evonik), 6 g of hexamethyldisilazane, 0.5 g of 1-ethynyl-1-cyclohexanol (polymerization inhibitor), 5 g of YC483 (crosslinking agent represented by the following formula (5), purchased from Siyoung Tech) Part B of one raw material was prepared. Subsequently, the prepared raw material A part and the B part were mixed, and then the mixed raw material was supplied to the extruder, and fed into a mold connected to the extruder front end. At this time, the temperature of the extruder was 25 degreeC and the temperature of the metal mold | die was 120 degreeC. The raw material introduced into the mold was cured for 5 minutes and the molded membrane was ejected as the mold was separated. The membrane separated from the mold was then left in an oven at 200 ° C. for 240 minutes to remove residual volatiles.

화학식 1Formula 1

Figure pat00005
Figure pat00005

(n은 1000 내지 1300의 정수)
(n is an integer from 1000 to 1300)

화학식 2(2)

Figure pat00006
Figure pat00006

(m은 10 내지 30의 정수이고, l은 10 내지 30의 정수)
(m is an integer of 10 to 30, l is an integer of 10 to 30)

2 단계(소수성 코팅층의 형성)Step 2 (formation of hydrophobic coating layer)

모멘티브 퍼포먼스 머터리얼스(Monetive Performance Materials)에서 제조한 엘에스알 탑 코트(LSR TOP Coat, 제품명)의 A 성분(고형분이 약 73%로서, 실리콘 오일에 구상실리카인 Tospearl이 20%로 첨가됨)과 B 성분(고형분이 약 0.45%로서, 촉매 등이 포함된 성분)을 1:1의 혼합비로 혼합하였다. 이어서, 혼합된 엘에스알 탑 코트를 실시예 1-1에 따라 제조된 CMP용 멤브레인 몸체의 기판 접촉부에 스프레이 방식으로 도포하였고, 180℃의 오븐에서 30분간 경화시켰다.
A component of LSR TOP Coat (product name) manufactured by Momentive Performance Materials (solid content is about 73%, globular silica tospearl added to silicone oil by 20%) And B component (components containing a catalyst and the like as about 0.45% of solid content) were mixed at a mixing ratio of 1: 1. The mixed LS top coat was then applied by spraying to the substrate contact of the membrane body for CMP prepared according to Example 1-1, and cured in an oven at 180 ° C. for 30 minutes.

비교예 1Comparative Example 1

실시예의 1 단계(CMP용 멤브레인 몸체의 성형)만을 수행하여 CMP 멤브레인을 제조하였다.
Only one step of the example (molding of the membrane body for CMP) was performed to prepare a CMP membrane.

비교예 2Comparative Example 2

실시예의 1 단계(CMP용 멤브레인 몸체의 성형)를 수행하고, 진공 중에서 패릴린(parylene, type C)을 가열하여 반응시킴으로써 고분자 형태의 패릴린 C 피막을 형성하였다.
The first step (molding of the membrane body for CMP) of Example was carried out, and parylene (type C) was heated and reacted in a vacuum to form a polymer of parylene C in polymer form.

상기 실시예와 비교예들에 따라 제조된 CMP용 멤브레인에 대하여 아래의 실험을 진행하였다.
The following experiment was performed on the membrane for CMP prepared according to the Examples and Comparative Examples.

평가예 1(스티킹 특성 평가)Evaluation example 1 (sticking characteristic evaluation)

실시예와 비교예들에 따라 제조된 CMP용 멤브레인에 대하여 실리콘 웨이퍼의 스티킹(sticking) 여부에 관한 실험을 진행하였다. 구체적으로, 더미 웨이퍼를 이용하여 어플라이드 머티어리얼즈의 CMP 장비로 공정을 진행하였고, 각 싸이클을 진행한 후에 물로 웨이퍼를 세정하고 다시 이를 헤드에 로딩하여 웨이퍼 표면에 물이 존재하게 한 상태에서 웨이퍼의 스티킹 여부를 관찰하였다. 아래의 표 1은 21회의 공정 싸이클을 진행하는 동안 스티킹(웨이퍼 미탈착 발생)이 발생한 횟수를 표시한 것이다.
Experiments were carried out on the sticking of the silicon wafer with respect to the membrane for CMP prepared according to Examples and Comparative Examples. Specifically, the process was performed using CMP equipment of Applied Materials using dummy wafers, and after each cycle, the wafer was washed with water and loaded on the head again so that water was present on the wafer surface. The sticking was observed. Table 1 below shows the number of times sticking occurred during 21 process cycles.

샘플Sample 스티킹 횟수Sticking Count 실시예Example 00 비교예 1Comparative Example 1 66 비교예 2Comparative Example 2 1One

표 1을 참조하면, 실시예와 비교예 1의 샘플은 스티킹이 발생하지 않거나 1회 발생하여 스티킹 특성이 우수한 것으로 평가되었고, 코팅층을 형성하지 않은 비교예 2는 스티킹 현상이 6회 발생하여 스티킹 특성이 나쁜 것으로 평가되었다.
Referring to Table 1, the sample of Example and Comparative Example 1 was evaluated as having no sticking or one-time sticking property, and Comparative Example 2, in which no coating layer was formed, had six sticking phenomenon. The sticking property was evaluated as bad.

평가예 2(내구성 평가)Evaluation example 2 (durability evaluation)

양면 테이프를 이용하여 베어 실리콘 웨이퍼를 뒷면이 위로 향하도록 실험대 위에 고정시켰다. 베어 실리콘 웨이퍼 뒷면에 실시예와 비교예 2에 따라 제조된 CMP용 멤브레인을 접촉시키고, CMP용 멤브레인 위에 금속 추(직경 100mm, 무게 2kg의 원기둥 모양)를 올리고 100회 회전시킨 후 CMP용 멤브레인에 형성된 코팅층의 크랙 발생 여부를 관찰하였다. 실시예의 CMP용 멤브레인에서는 코팅층의 크랙이 전혀 관찰되지 않았으나, 비교예 2의 CMP용 멤브레인에서는 패릴린 C 피막의 크랙이 다수 관찰되었다.
The double sided tape was used to fix the bare silicon wafer on the bench with the back side up. The CMP membrane prepared according to Example and Comparative Example 2 was brought into contact with the back side of the bare silicon wafer, a metal weight (100 mm in diameter, cylindrical shape of 2 kg in weight) was placed on the CMP membrane, rotated 100 times, and formed on the CMP membrane. Cracking of the coating layer was observed. Cracks of the coating layer were not observed at all in the CMP membrane of the example, but a large number of cracks in the parylene C film were observed in the CMP membrane of Comparative Example 2.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 일 구현예를 이용하여 설명한 것으로써, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 갖는 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에서 설명된 구현예는 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이런 구현예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, . Therefore, the embodiments described in the present invention are not intended to limit the scope of the present invention but to limit the scope of the present invention. The scope of protection of the present invention should be construed according to the claims, and all technical ideas within the scope of equivalents should be construed as falling within the scope of the present invention.

100: CMP용 멤브레인 110: 기판 접촉부
110a: 소수성 코팅층 110b: 멤브레인 몸체
111~115: 압력 조절부
100: membrane for CMP 110: substrate contact portion
110a: hydrophobic coating layer 110b: membrane body
111-115: pressure regulator

Claims (5)

화학적 기계적 연마장치의 폴리싱 헤드에 적용되어 기판의 복수 영역에 동일한 또는 서로 다른 압력을 가하기 위한 멤브레인에 있어서,
실리콘 고분자 화합물로 이루어진 멤브레인 몸체; 및
상기 멤브레인 몸체의 표면에 형성된 소수성 코팅층;을 포함하는 화학적 기계적 연마장치용 멤브레인.
A membrane applied to a polishing head of a chemical mechanical polishing apparatus to apply the same or different pressure to multiple regions of a substrate,
A membrane body made of a silicone polymer compound; And
And a hydrophobic coating layer formed on the surface of the membrane body.
청구항 1에 있어서,
상기 소수성 코팅층은 실리카 입자가 분산된 실리콘 고분자 화합물로 이루어진 것을 특징으로 하는 화학적 기계적 연마장치용 멤브레인.
The method according to claim 1,
The hydrophobic coating layer is a membrane for chemical mechanical polishing apparatus, characterized in that made of a silicon polymer compound in which silica particles are dispersed.
청구항 2에 있어서,
상기 실리카 입자는 하기의 구조식 1 또는 구조식 2로 표시되는 실록산 결합을 가지는 구상 실리카 입자인 것을 특징으로 하는 화학적 기계적 연마장치용 멤브레인.

구조식 1
Figure pat00007

(R은 지방족 탄화수소기, 방향족 탄화수소기, 불포화 탄화수소기 또는 이들이 조합된 탄화수소기)

구조식 2
Figure pat00008

(R과 R'는 지방족 탄화수소기, 방향족 탄화수소기, 불포화 탄화수소기 또는 이들이 조합된 탄화수소기)
The method according to claim 2,
The silica particle is a membrane for chemical mechanical polishing apparatus, characterized in that the spherical silica particles having a siloxane bond represented by the following formula (1) or (2).

Structural Formula 1
Figure pat00007

(R is an aliphatic hydrocarbon group, aromatic hydrocarbon group, unsaturated hydrocarbon group or a combination of these hydrocarbon groups)

Structural Formula 2
Figure pat00008

(R and R 'is an aliphatic hydrocarbon group, aromatic hydrocarbon group, unsaturated hydrocarbon group or a combination thereof)
청구항 2에 있어서,
상기 실리카 입자는 실세스콰이옥산으로 이루어진 것을 특징으로 하는 화학적 기계적 연마장치용 멤브레인.
The method according to claim 2,
Membrane for the mechanical mechanical polishing apparatus, characterized in that the silica particles made of silsesquaoxane.
청구항 2에 있어서,
상기 실리카 입자의 함량은 소수성 코팅층의 5 내지 40중량%인 것을 특징으로 하는 화학적 기계적 연마장치용 멤브레인.
The method according to claim 2,
The content of the silica particles is a membrane for chemical mechanical polishing apparatus, characterized in that 5 to 40% by weight of the hydrophobic coating layer.
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