KR20190070198A - 내부 채널을 가지는 연마 패드 및 이의 제조 방법 - Google Patents

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KR20190070198A
KR20190070198A KR1020170170786A KR20170170786A KR20190070198A KR 20190070198 A KR20190070198 A KR 20190070198A KR 1020170170786 A KR1020170170786 A KR 1020170170786A KR 20170170786 A KR20170170786 A KR 20170170786A KR 20190070198 A KR20190070198 A KR 20190070198A
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김팔곤
이태우
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에프엔에스테크 주식회사
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Abstract

내부 채널을 포함하는, 연마 패드로서, 상기 내부 채널은 상기 연마 패드를 관통하는 것이고, 상기 내부 채널의 개구부는 상기 연마 패드의 연마 면에 위치되는 것인, 연마 패드, 및 이의 제조 방법을 제공한다.

Description

내부 채널을 가지는 연마 패드 및 이의 제조 방법{A POLISHING PAD HAVING INTERNAL CHANNEL, AND A METHOD OF PREPARING THE SAME}
본원은 내부 채널을 포함하는, 연마 패드로서, 상기 내부 채널은 상기 연마 패드를 관통하는 것이고, 상기 내부 채널의 모든 개구부들은 상기 연마 패드의 연마 면에 위치되는 것인, 연마 패드, 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
반도체 장치는 실리콘 등의 반도체 재료를 사용하여 편평하고 얇은 웨이퍼로 형성된다. 웨이퍼는 결함이 없거나 최소의 결함만을 갖는 충분히 편평한 표면을 갖도록 연마되어야 한다. 웨이퍼를 연마하기 위해 여러 화학적, 전기화학적, 및 화학 기계적 연마 기술이 사용된다. 여러 해 동안, 광학 렌즈와 반도체 웨이퍼는 화학적-기계적 수단에 의해 연마되어 왔다. 특히, 반도체 기술분야의 급속한 진보는 고도 대규모 집적(VLSI) 및 최고도 대규모 집적(ULSI) 회로의 도래를 맞게 되었고, 이로 인해 반도체 기판 내에 더 작은 영역에 더 많은 소자를 채워 넣을 수 있게 되었다. 소자의 밀도가 클수록 보다 높은 평탄도가 요구된다.
"화학 기계적 연마(chemical mechanical polishing, CMP)"에서, 우레탄 재료로 제조된 연마 패드는 웨이퍼를 연마하기 위해 슬러리와 함께 사용된다. 슬러리는 수성 매개물 내에 분산된 알루미늄 산화물, 세륨 산화물, 또는 실리카 입자 등의 연마 입자를 포함한다. 연마 입자는 일반적으로 100 내지 200 nm의 크기를 갖는다. 표면 작용제, 산화제, 또는 pH 조절제 등의 다른 작용제가 슬러리 내에 존재한다. 우레탄 패드는 패드 및 웨이퍼의 전체 면에 슬러리의 분포, 및 슬러리 및 슬러리 파쇄물의 제거에 도움을 주기 위한 채널 또는 천공을 가지도록 직조되어 있다. 일형태의 연마 패드에서는 공동의 구형 미소부재가 우레탄 재료의 전부분에 분포되어 있다. 패드 표면이 사용으로 인해 마모될 때, 미소부재는 계속하여 재생가능한 표면 조직을 제공한다.
통상의 연마 패드는, 상기 슬러리가 연마면의 표면에 오래 머무를 수 있도록, 연마면의 표면에 상기 슬러리를 함유할 수 있는 포어를 포함하고 있다. 그러나, 여전히 피연마체의 연마시에 슬러리가 연마면의 표면에 오래 머무르지 못하는 문제점이 있다.
대한민국 등록특허 제10-1109376 호는 개방 셀을 함유하는 화학-기계적 연마 패드를 개시하고 있다.
본원은 내부 채널을 포함하는, 연마 패드로서, 상기 내부 채널은 상기 연마 패드를 관통하는 것이고, 상기 내부 채널의 모든 개구부들은 상기 연마 패드의 연마 면에 위치되는 것인, 연마 패드, 및 이의 제조 방법을 제공하고자 한다.
그러나, 본원이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본원의 제 1 측면은, 내부 채널을 포함하는, 연마 패드로서, 상기 내부 채널은 상기 연마 패드를 관통하는 것이고, 상기 내부 채널의 모든 개구부들은 상기 연마 패드의 연마 면에 위치되는 것인,연마 패드를 제공한다.
본원의 제 2 측면은, 연마 패드에 상기 연마 패드를 관통하는 내부 채널을 형성하는 것; 및 상기 채널의 모든 개구부들을 상기 연마 패드의 일면에 형성하는 것을 포함하는, 내부 채널을 가지는 연마 패드의 제조 방법을 제공한다.
본원의 구현예들에 따른 연마 패드는, 상기 연마 패드를 이용하여 피연마체를 연마 시에, 반응되지 않은 슬러리 등을 상기 내부 채널에 저장시킨 후에 다시 공급함으로써, 연마 시에 낭비되는 슬러리 등 연마액의 양을 감소시킬 수 있는 효과를 나타낸다.
도 1 은, 본원의 구현예들에 따른 연마 패드의 개략도이다.
도 2 는, 본원의 일 실시예에 따른 연마 패드를 절단한 모습을 나타낸 사진이며, 네모 칸들은 내부 채널의 단면 및 개구부를 나타낸 것이다.
도 3 은, 본원의 구현예들에 따른 연마 패드의 개략도이다.
도 4 는, 본원의 구현예들에 따른 연마 패드의 내부 채널의 단면을 나타낸 개략도이다.
도 5 는, 본원의 일 실시예에 따른 연마 패드의 내부 채널의 단면을 나타낸 사진이다.
도 6 내지 도 12 는, 본원의 실시예들에 따른 연마 패드의 내부 채널의 단면의 확대 사진이다.
도 13 및 도 14 는, 본원의 구현예들에 따른, 두 개 이상의 내부 채널을 가지는 연마 패드의 내부 채널의 모양을 나타낸 개략도이다.
도 15 는, 본원의 일 실시예에 따른 연마 패드를 이용하여 피연마체 웨이퍼를 연마한 결과를 나타낸 그래프이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본원이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본원은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본원을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 "약", "실질적으로" 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본원의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다.
본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 "~(하는) 단계" 또는 "~의 단계"는 "~를 위한 단계"를 의미하지 않는다.
본원 명세서 전체에서, 마쿠시 형식의 표현에 포함된 "이들의 조합(들)"의 용어는 마쿠시 형식의 표현에 기재된 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 혼합 또는 조합을 의미하는 것으로서, 상기 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 의미한다.
본원 명세서 전체에서, "A 및/또는 B"의 기재는, "A 또는 B, 또는 A 및 B"를 의미한다.
이하, 본원의 구현예를 상세히 설명하였으나, 본원이 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 제 1 측면은, 내부 채널을 포함하는, 연마 패드로서, 상기 내부 채널은 상기 연마 패드를 관통하는 것이고, 상기 내부 채널의 모든 개구부들은 상기 연마 패드의 연마 면에 위치되는 것인, 연마 패드를 제공한다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 내부 채널은 상기 연마 패드를 관통하는 채널로서, 상기 내부 채널은 두 개 이상의 개구부를 포함하며, 상기 모든 개구부는 상기 연마 패드의 연마 면에 위치하는 것이다. 상기 내부 채널이 상기 연마 패드를 관통하려면, 두 개 이상의 개구부를 포함하여야 한다. 상기 내부 채널의 개구부가 연마 패드의 비-연마 면에 위치하는 경우, 슬러리 등의 연마액이 사용되지 못하고 배출되는 문제점이 발생할 수 있으므로, 상기 내부 채널의 모든 개구부는 상기 연마 패드의 연마 면에 위치하는 것이 바람직하다. 본원의 일 구현예에 있어서, 상기 연마 패드 및 슬러리를 이용하여 피연마체를 연마 시에, 상기 슬러리가 상기 내부 채널의 일 개구부로 유입되어 다른 개구부로 배출되는 것일 수 있다. 본원의 일 구현예에 따른 연마 패드는 내부 채널을 포함함으로써, 반응되지 않은 슬러리 등이 상기 일 개구부를 통하여 상기 내부 채널로 유입되어 저장될 수 있다. 이후, 상기 반응되지 않은 슬러리 등은 다른 개구부를 통하여 다시 연마 패드의 연마 면으로 공급될 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 내부 채널은 두 개 이상의 개구부를 포함하며, 연마 패드의 연마 면의 면적과 개구부 각각의 면적을 고려하여 적절한 수의 개구부를 포함할 수 있다. 예를 들어서, 두 개의 개구부를 가지는 본원의 일 구현예에 따른 연마 패드의 개략도는 도 1 에 나타내었으며, 세 개 이상의 개구부를 가지는 본원의 일 구현예에 따른 연마 패드의 개략도는 도 3 에 나타내었다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 개구부의 모양은 선형 및/또는 곡선형인 것일 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 개구부 각각의 면적은 상기 연마 면의 면적의 0.00001 내지 0.0002 인 것일 수 있다. 본원의 일 구현예에 있어서, 상기 개구부 각각의 면적은 상기 연마 면의 면적의 약 0.00005 내지 0.0002, 0.0001 내지 0.0002, 0.00015 내지 0.0002, 약 0.00001 내지 약 0.00015, 약 0.00001 내지 약 0.0001, 또는 약 0.00001 내지 약 0.00005 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 수치 범위 미만인 경우, 슬러리 등의 연마액의 상기 개구부로 잘 유입되지 못하는 등의 문제가 발생할 수 있다. 상기 수치 범위 초과인 경우, 연마 패드의 표면적 변화에 따라 개구부의 면적 변화가 심해져 피연마체의 연마속도 및 연마 후의 평탄도가 저하되는 문제가 발생할 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 개구부의 면적의 총 합은 상기 연마 면의 면적의 0.00002 내지 0.2 인 것 일 수 있다. 본원의 일 구현예에 있어서, 상기 개구부의 면적의 총 합은, 예를 들어서, 상기 연마 면의 면적의 0.0001 내지 0.2, 0.001 내지 0.2, 0.0015 내지 0.2, 0.00002 내지 0.015, 0.00002 내지 0.01, 0.00002 내지 0.001, 또는 0.00002 내지 0.0001 인 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 수치 범위 미만인 경우, 내부 통로에 의한 슬러리 등의 연마액의 보충효과가 미비한 문제가 발생할 수 있다. 상기 수치 범위 초과인 경우, 연마 패드의 연마 면적이 감소하여 피연마체의 연마속도 및 연마 후의 평탄도가 저하되는 문제가 발생할 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 내부 채널의 단면의 외형은 선형 및/또는 곡선형인 것일 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다. 본원의 일 구현예에 있어서, 상기 내부 채널의 단면이 반원형, 사각형인 연마 패드의 단면의 개략도는 도 4 에 나타내었다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 내부 채널은 연마 면에서 투시하였을 때 선형 또는 곡선의 형상인 것일 수 있다. 본원의 일 구현예에 있어서, 상기 내부 채널이 연마 면에서 투시하였을 때 선형 또는 곡선의 형상을 가지는 연마 패드의 개략도를 도 13 및 도 14 에 나타내었다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 내부 채널이, 연마 면에서 투시하였을 때, 상기 내부 채널이 상기 연마 패드의 회전 방향과 반대 방향을 가지는 나선형인 곡선의 형상을 가질 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 내부 채널의 깊이는 상기 연마 패드의 두께의 약 0.05 내지 약 0.95 인 것일 수 있다. 본원의 일 구현예에 있어서, 상기 내부 채널의 깊이는 상기 연마 패드의 두께의 약 0.05 내지 약 0.1, 약 0.05 내지 약 0.2, 약 0.05 내지 약 0.3, 약 0.05 내지 약 0.4, 약 0.05 내지 약 0.5, 약 0.05 내지 약 0.6, 약 0.05 내지 약 0.7, 약 0.05 내지 약 0.8, 또는 약 0.05 내지 약 0.9 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 수치 범위 미만인 경우, 슬러리 등의 연마액이 이동할 수 있는 충분한 거리의 통로를 제공하지 못하여, 내부 채널이 슬러리 등의 연마액에 의해 막힐 수 있는 문제가 발생할 수 있다. 상기 수치 범위 초과인 경우, 일 개구부를 통하여 내부 채널로 유입된 슬러리 등의 연마액이 다른 개구부로 배출되는 시간이 증가하여, 슬러리 등의 연마액의 이송이 지연되는 문제가 발생할 수 있다.
여기에서, 상기 내부 채널의 깊이는 상기 내부 채널의 상기 연마 면으로부터 가장 멀리 떨어진 지점으로부터 상기 연마 면까지의 직선 거리이다 (도 1 참조). 한편, 상기 연마 패드가 탑 패드(top pad)와 보조 패드를 포함하고, 상기 탑 패드의 일 면에 홈이 형성되며, 상기 홈이 형성된 탑 패드의 일 면을 상기 보조 패드의 일면과 부착 또는 접합시켜 내부 채널을 형성하는 경우, 상기 연마 패드의 두께는 상기 탑 패드(top pad)의 두께와 상기 보조 패드의 두께를 합한 값이다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 내부 채널의 표면은 방수제에 의하여 코팅된 것일 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 상기 방수제의 코팅 두께는 약 0.5 ㎛ 내지 약 1,000 ㎛인 것일 수 있다. 본원의 일 구현예에 있어서, 상기 상기 방수제의 코팅 두께는, 예를 들어서, 약 0.5 ㎛ 내지 약 900 ㎛, 약 0.5 ㎛ 내지 약 800 ㎛, 약 0.5 ㎛ 내지 약 700 ㎛, 약 0.5 ㎛ 내지 약 600 ㎛, 약 0.5 ㎛ 내지 약 500 ㎛, 약 0.5 ㎛ 내지 약 400 ㎛, 약 0.5 ㎛ 내지 약 300 ㎛, 약 0.5 ㎛ 내지 약 200 ㎛, 약 0.5 ㎛ 내지 약 100 ㎛, 약 0.5 ㎛ 내지 약 50 ㎛, 약 50 ㎛ 내지 약 1,000 ㎛, 약 100 ㎛ 내지 약 1,000 ㎛, 약 200 ㎛ 내지 약 1,000 ㎛, 약 300 ㎛ 내지 약 1,000 ㎛, 약 400 ㎛ 내지 약 1,000 ㎛, 약 500 ㎛ 내지 약 1,000 ㎛, 약 600 ㎛ 내지 약 1,000 ㎛, 약 700 ㎛ 내지 약 1,000 ㎛, 약 800 ㎛ 내지 약 1,000 ㎛, 또는 약 900 ㎛ 내지 약 1,000 ㎛ 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 수치 범위 미만인 경우, 방수제에 의한 방수 효과가 미비하여 슬러리 등의 연마 액이 연마 패드 내부로 스며들어 연마 패드의 연마 성능을 저하시키는 문제가 발생할 수 있다. 상기 수치 범위 초과인 경우, 방수제에 의한 코팅층이 연마 패드로부터 분리되어 내부 채널이 막히는 문제가 발생할 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 방수제는 소수성 물질을 포함하는 것일 수 있다. 상기 소수성 물질은, 예를 들어서, 아크릴계, 합성수지, 고무, 스치로폼, 에폭시, 폴리우레탄 및 이들의 조합들로부터 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 포함할 수 있으며, 예를 들어서, 캉가루사의 발수제(water & Stain Repellent) 오공사의 간편방수제, 극동씨앤씨사의 고무 방수제, 3M사의 방수코팅제(MP131), 다린산업사의 방수제(워터킵스) 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 제 2 측면은, 연마 패드에 상기 연마 패드를 관통하는 내부 채널을 형성하는 것; 및 상기 내부 채널의 모든 개구부들을 상기 연마 패드의 일면에 형성하는 것을 포함하는, 내부 채널을 가지는 연마 패드의 제조 방법을 제공한다.
본원의 제 2 측면에 따른 내부 채널을 가지는 여마 패드의 제조 방법에 대하여, 본원의 제 1측면 과 중복되는 부분들에 대해서는 상세한 설명을 생략하였으나, 그 설명이 생략되었더라도 본원의 제 1 측면에 기재된 내용은 본원의 제 2 측면에 동일하게 적용될 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 연마 패드에 상기 연마 패드를 관통하는 내부 채널을 형성하는 것은, 관 또는 막대를 이용하는 것을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 본원의 일 구현예에 있어서, 연마 패드가 탑 패드(top pad)와 보조 패드를 포함하는 경우, 상기 탑 패드 일 면에 밀링 또는 버핑 등으로 홈을 형성하고, 상기 홈이 형성된 면과 상기 보조 패드의 일면을 부착 또는 접합시켜 내부 채널을 형성할 수 있다. 이후, 상기 연마 패드의 연마 면에 개구부들을 형성하고, 상기 내부 채널의 말단들로부터 상기 개구부들까지 상기 내부 채널을 연장시킬 수 있다. 또한, 상기 연마 패드의 연마 면에 추가의 개구부들을 형성하여, 상기 내부 채널의 임의의 중간 지점으로부터 상기 추가의 개구부들까지 상기 내부 채널을 연장시킬 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 내부 채널의 모든 개구부들을 상기 연마 패드의 일면에 형성하는 것은, 상기 연마 패드의 일면에 개구부들을 형성하고 상기 개구부들을 상기 내부 채널과 연결시키는 것을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 있어서, 연마 패드에 상기 연마 패드를 관통하는 내부 채널을 형성하는 것과 상기 내부 채널의 모든 개구부들을 상기 연마 패드의 일면에 형성하는 것은 단일 공정으로 진행될 수 있다. 예를 들어, 관 또는 막대로 연마 패드를 관통하고 제거하게 되면, 내부채널 및 이의 개구부가 단일 공정으로 형성될 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 내부 채널은 상기 연마 패드의 두께의 약 0.05 내지 약 0.95 의 깊이로 형성되는 것일 수 있다. 본원의 일 구현예에 있어서, 상기 내부 채널의 깊이는 상기 연마 패드의 두께의 약 0.05 내지 약 0.1, 약 0.05 내지 약 0.2, 약 0.05 내지 약 0.3, 약 0.05 내지 약 0.4, 약 0.05 내지 약 0.5, 약 0.05 내지 약 0.6, 약 0.05 내지 약 0.7, 약 0.05 내지 약 0.8, 또는 약 0.05 내지 약 0.9 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 수치 범위 미만인 경우, 슬러리 등의 연마액이 이동할 수 있는 충분한 거리의 통로를 제공하지 못하여, 내부 채널이 슬러리 등의 연마액에 의해 막힐 수 있는 문제가 발생할 수 있다. 상기 수치 범위 초과인 경우, 일 개구부를 통하여 내부 채널로 유입된 슬러리 등의 연마액이 다른 개구부로 배출되는 시간이 증가하여, 슬러리 등의 연마액의 이송이 지연되는 문제가 발생할 수 있다.
여기에서, 상기 내부 채널의 깊이는 상기 내부 채널의 상기 연마 면으로부터 가장 멀리 떨어진 지점으로부터 상기 연마 면까지의 직선 거리이다 (도 1 참조). 한편, 상기 연마 패드가 탑 패드(top pad)와 보조 패드를 포함하고, 상기 탑 패드의 일 면에 홈이 형성되며, 상기 홈이 형성된 탑 패드의 일 면을 상기 보조 패드의 일면과 부착 또는 접합시켜 내부 채널을 형성하는 경우, 상기 연마 패드의 두께는 상기 탑 패드(top pad)의 두께와 상기 보조 패드의 두께를 합한 값이다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 내부 채널의 표면이 방수제에 의하여 코팅되는 단계를 포함할 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 방수제는 0.5 ㎛ 내지 1,000 ㎛ 의 두께로 코팅되는 것일 수 있다. 본원의 일 구현예에 있어서, 상기 상기 방수제의 코팅 두께는 약 0.5 ㎛ 내지 약 1,000 ㎛인 것일 수 있다. 본원의 일 구현예에 있어서, 상기 상기 방수제의 코팅 두께는, 예를 들어서, 약 0.5 ㎛ 내지 약 900 ㎛, 약 0.5 ㎛ 내지 약 800 ㎛, 약 0.5 ㎛ 내지 약 700 ㎛, 약 0.5 ㎛ 내지 약 600 ㎛, 약 0.5 ㎛ 내지 약 500 ㎛, 약 0.5 ㎛ 내지 약 400 ㎛, 약 0.5 ㎛ 내지 약 300 ㎛, 약 0.5 ㎛ 내지 약 200 ㎛, 약 0.5 ㎛ 내지 약 100 ㎛, 약 0.5 ㎛ 내지 약 50 ㎛, 약 50 ㎛ 내지 약 1,000 ㎛, 약 100 ㎛ 내지 약 1,000 ㎛, 약 200 ㎛ 내지 약 1,000 ㎛, 약 300 ㎛ 내지 약 1,000 ㎛, 약 400 ㎛ 내지 약 1,000 ㎛, 약 500 ㎛ 내지 약 1,000 ㎛, 약 600 ㎛ 내지 약 1,000 ㎛, 약 700 ㎛ 내지 약 1,000 ㎛, 약 800 ㎛ 내지 약 1,000 ㎛, 또는 약 900 ㎛ 내지 약 1,000 ㎛ 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 수치 범위 미만인 경우, 방수제에 의한 방수 효과가 미비하여 슬러리 등의 연마 액이 연마 패드 내부로 스며들어 연마 패드의 연마 성능을 저하시키는 문제가 발생할 수 있다. 상기 수치 범위 초과인 경우, 방수제에 의한 코팅층이 연마 패드로부터 분리되어 내부 채널이 막히는 문제가 발생할 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 방수제는 소수성 물질을 포함하는 것일 수 있다. 상기 소수성 물질은, 예를 들어서, 아크릴계, 합성수지, 고무, 스치로폼, 에폭시, 폴리우레탄 및 이들의 조합들로부터 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 포함할 수 있으며, 예를 들어서, 캉가루사의 발수제(water & Stain Repellent) 오공사의 간편방수제, 극동씨앤씨사의 고무 방수제, 3M사의 방수코팅제(MP131), 다린산업사의 방수제(워터킵스) 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 탑 패드는 물리적 기공형성제 및/또는 수용성 기공형성제가 혼합된 프리폴리머를 중합시켜 형성되는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 탑 패드 및 상기 보조 패드는 각각 우레탄 폼을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 프리폴리머(prepolymer)는 폴리이소시아네이트를 포함하는 것으로서, 연마 패드의 매트릭스를 구성하는 우레탄 폼을 제조하는데 사용되는 것일 수 있다. 본원의 일 구현예에 있어서, 상기 폴리이소시아네트는 1 분자 중에 이소시아네이트기를 2 개 이상 갖는 유기 화합물이면 특별히 한정되지 않고 사용될 수 있다. 예를 들어, 지방족계 폴리이소시아네이트, 지환족계 폴리이소시아네이트, 방향족계 폴리이소시아네이트, 또는 이들의 변성물을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 지방족계 폴리이소시아네이트 및 지환족계 폴리이소시아네이트는, 헥사메틸렌디이소시아네이트 또는 이소포론디이소시아네이트를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 상기 방향족계 폴리이소시아네이트는, 톨릴렌디이소시아네이트, 디페닐메탄디이소시아네이트, 폴리페닐렌폴리메틸렌 폴리이소시아네이트, 또는 이들의 카르보디이미드 변성물, 또는 프리폴리머 등의 변성물을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 우레탄 폼은 이소시아네이트와 예비 중합체 폴리올로부터의 이소시아네이트-종결 우레탄 예비중합체 반응으로부터 제조되는 것일 수 있다. 예를 들어, 상기 폴리올은 폴리프로필렌에테르글리콜, 폴리테트라메틸렌 에테르글리콜, 폴리에테르글리콜, 폴리프로필렌글리콜, 폴리카보네이트디올, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택된 것, 또는 이들의 공중합체를 포함하는 것을 포함하는 것일 수 있으나 이에 제한되지 않을 수 있다. 구체적으로, 상기 이소시아네이트-종결 우레탄 예비중합체 반응은, 이소시아네이트, 디-이소시아네이트, 및 트리-이소시아네이트 예비중합체와 같은 우레탄 예비중합체를 이소시아네이트 반응성 잔기를 함유하는 폴리올과 같은 예비중합체와 반응시킴으로써 형성될 수 있다. 상기 이소시아네이트 반응성 잔기는 바람직하게는 아민 및 폴리올을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 연마 패드는 상기와 같이 중합체 수지들을 사용하여 제조하는 것일 수 있으며, 해당 업계에 널리 알려진 합성 방법을 별다른 제한 없이 사용할 수 있다. 예를 들어, 상기 연마 패드 본체가 폴리우레탄계 화합물로부터 제조되는 경우에는, 프리폴리머법(prepolymer method) 또는 원-샷 법(one-shot method) 등을 사용하여 상기 연마 패드를 제조할 수 있다. 예를 들어, 상기 프리폴리머법에 의해 상기 연마 패드를 제조할 경우, 폴리올 성분 및 이소시아네이트 성분을 반응시켜 우레탄 프리폴리머를 형성한 후, 상기 우레탄 프리폴리머, 디아민 또는 다이올, 발포제 및 촉매 등을 혼합하여 경화시킴으로써 폴리우레탄계 수지를 형성할 수 있다. 예를 들어, 상기 원-샷법에 의해 상기 연마 패드를 제조할 경우, 폴리올 성분, 이소시아네이트 성분, 디아민 또는 다이올, 발포제 및 촉매 등을 혼합한 후 경화시킴으로써 폴리우레탄계 수지를 형성할 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 연마 패드는 프리폴리머에 상기 물리적 기공형성제 및/또는 수용성 기공형성제의 첨가시에 경화제도 첨가되는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 물리적 기공형성제는 연마 패드의 분야에서 통상적으로 사용되는 것을 의미하며, 예를 들어, 악조노벨 사의 익스판셀 등의 미발포의 가열 팽창성 미소 구형체를 가열 팽창시킨 것을 의미하는 것이나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 수용성 기공형성제는 연마 슬러리 또는 수계물질에 의하여 용해되어 연마 패드에 기공을 형성하는 물질로서, 수용성 단백질, 수용성 무기 염 또는 수용성 당일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 경화제는 우레탄 예비중합체를 경화시키거나 또는 경질화시키기 위하여 사용되는 화합물 또는 화합물의 혼합물을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 상기 경화제는 이소시아네이트기와 반응하여 예비중합체의 사슬을 함께 연결하여 폴리우레탄을 형성할 수 있다. 예를 들어, 상기 경화제는 종종 상표명 모카(MOCA; 등록상표)로 칭해지는 4,4'-메틸렌-비스(2-클로로아닐린) (MBCA), 4,4'-메틸렌-비스-(3-클로로-2,6-디에틸아닐린)(MCDEA), 디메틸 티오톨루엔디아민, 트리메틸렌글리콜 디-p-아미노벤조에이트, 폴리테트라메틸렌옥시드 디-p-아미노벤조에이트, 폴리테트라메틸렌옥시드 모노-p-아미노벤조에이트, 폴리프로필렌옥시드 디-p-아미노 벤조에이트, 폴리프로필렌옥시드 모노-p-아미노벤조에이트, 1,2-비스(2-아미노페닐티오)에탄, 4,4'-메틸렌-비스-아닐린, 디에틸톨루엔디아민, 5-tert-부틸-2,4- 톨루엔디아민, 3-tert-부틸-2,6-톨루엔디아민, 5-tert-아밀-2,4-톨루엔디아민, 3-tert-아밀-2,6-톨루엔디아민, 클로로톨루엔디아민, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 경화제는 상기 프리폴리머 약 100 중량부에 대하여 약 20 중량부 내지 약 50 중량부 포함되는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 프리폴리머 약 100 중량부에 대하여 상기 경화제는 약 20 중량부 내지 약 50 중량부, 약 20 중량부 내지 약 40 중량부, 약 20 중량부 내지 약 30 중량부, 약 30 중량부 내지 약 50 중량부, 또는 약 40 중량부 내지 약 50 중량부 포함되는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
또한, 본원의 일 구현예에 있어서, 상기 중합체 수지, 상기 물리적 기공형성제, 상기 수용성 기공형성제 및 상기 경화제 이외에, 용도에 따라서 첨가제 및/또는 보조제를 상기 중합체 수지, 예를 들면 폴리이소시아네이트 성분에 혼합하여 사용할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 상기 첨가제 및/또는 보조제는 통상의 수지에 있어서 물성 향상 또는 조작성 향상 등의 목적으로 사용되는 것으로서, 우레탄화 반응에 현저한 악영향을 미치는 것이 아니라면, 특별히 제한되지 않고 사용될 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 연마 패드는 이의 연마 면에 형성된 그루브를 포함할 수 있다. 상기 그루브의 구조는 XY 격자 홈, 동심원형 홈, 관통공, 관통되지 않은 구멍, 다각 기둥, 원기둥, 나선형 홈, 편심원형 홈, 방사형 홈, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 연마 패드는 상기 다공성 연마 패드에 형성된 윈도우를 포함할 수 있다. 상기 윈도우는 해당 업계에서 통상적으로 사용되는 것으로서, 상기 연마 패드에 형성되어 연마패드의 병진 운동 위치와 무관하게, 연마 헤드에 의해 보유 지지되는 기판에 대한 시야를 확보하도록 위치되어 연마 종점을 결정하기 위한 투광층으로 사용되는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 윈도우는 본원에 통합되어 전체로서 인용되는 대한민국 등록특허 제 10-1615547 호에 개시된 제조방법에 의하여 상기 연마 패드에 포함될 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 연마 패드를 이용하여 화학적 기계적으로 연마를 수행하기 위해서는 예를 들어, 피연마체 기재를 준비하고, 본원의 일 구현예에 따른 연마 패드와 연마 슬러리를 사용하여 상기 피연마체 기재를 화학적 기계적으로 연마하는 것일 수 있다. 이때, 상기 연마 패드는 접착제에 의해 연마 장치에 부착하는 것을 추가 포함할 수 있다.
이하, 본원에 대하여 실시예를 이용하여 좀더 구체적으로 설명하지만, 하기 실시예는 본원의 이해를 돕기 위하여 예시하는 것일 뿐, 본원의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
[ 실시예 ]
실시예 1: 내부 채널을 가지는 연마 패드의 제조
물리적 기공형성제 (익스판셀, 악조노벨사) 및/또는 수용성 기공형성제 (액상 마이크로쉘, 3M사) 를 포함하고, 직경이 812mm 인 우레탄 패드를 준비하였다. 이후, 상기 우레탄 패드의 일 면에 밀링 공정으로 각각 1.5mm x 0.632mm 의 단면을 가지는 15 개의 홈을 형성하였다.
상기 각 홈의 전체적인 형상은 연마 패드의 중심부와 말단부를 양 끝점으로 하며, 상기 호의 내각은 120 도 이고, 길이는400mm 이다. 상기 각 홈은 양 끝 점과 중간 200mm 지점의 총 3 개의 포인트에서, 상기 홈이 형성된 면과 반대쪽 면에서 1.5mm x 0.632mm 의 단면을 가지는 개구부를 가진다(도 6 참조). 이러한 홈15 개를 인접한 홈끼리 24°의 각도를 가지도록 형성하였다.
이후, 상기 10 개의 내부 채널의 표면을 방수제 (오공사의 간편방수제) 를 이용하여 약 50 ㎛ 의 두께로 코팅하였다.
다음에, 상기 우레탄 패드의 홈이 형성된 면과 방수제로 코팅된 서브 패드의 일면을 접착시켜 내부 채널을 가지는 연마 패드를 수득하였다.
실시예 2: 내부 채널을 가지는 연마 패드의 제조
내부채널의 단면으로서, 1.5mm x 0.632mm 의 단면 대신에 약 1.3 mm 내지 약 1.5mm 의 지름을 가지는 반원형을 가지는 것을 제외하고는, 실시예 1 과 동일한 연마 패드이다 (도 10 및 도 11 참조).
비교예 1: 내부 채널이 없는 연마 패드의 제조
비교예 1 에 따른 연마 패드는, 내부 채널이 없는 것을 제외하고는 실시예 1 과 동일한 연마 패드이다.
[ 실험예 ]
실험예 1 : 내부 채널을 가지는 연마 패드를 이용한 피연마체 웨이퍼의 연마
상기 실시예에서 제조한 연마 패드를 시판 중인 웨이퍼 연마기(AP-300)에 부착하여 피연마체로 300mm SiO2 웨이퍼를 연마하였다. 상기 연마패드는 웨이퍼 연마 전에 15 분 내지 20분 동안 컨디셔닝 시켰다. 상기 웨이퍼는 시판중인 실리카계 연마 슬러리를 이용하여 연마하였다. 연마 조건은 본 실시예 및 기타 모든 실시예에 대해 일정하게 유지함으로써 성능을 직접 대조하였다: 압력 9 psi, 가압판 속도 95 rpm, 캐리어 속도 90 rpm, 및 연마 시간 1분.
실험예 2. 연마율 및 광역 평탄화 측정
상기 실험예 1 의 방법에 따라 연마된 피연마체 웨이퍼의 연마율을 ST-3000 (K-mac사)을 이용하여 측정하여 표 1 및 도 15 에 나타내었다. 도 15 의 측정 포인트는 피연마체 웨이퍼 단면의 상대적인 거리를 나타낸 값이다(최초 1 포인트: 피연마체의 단부로부터 3 mm 떨어진 지점, 25 포인트: 피연마체의 중심, 각 포인트 간 거리는 16 mm 임).
하기 표 1 및 도 15 에 나타낸 바와 같이, 내부 채널을 가진 실시예 1 은 내부 채널이 없는 패드를 이용한 피연마체 웨이퍼의 연마에 관한 비교예 1 과 비교하여 우수한 연마성능을 나타냄을 알 수 있었다. 구체적으로, 연마 패드의 연마 면 전체에서의 연마율뿐만 아니라, 평균 연마율도 우수하였다.
[표 1]
Figure pat00001
전술한 본원의 설명은 예시를 위한 것이며, 본원이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본원의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수도 있다.
본원의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위, 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (17)

  1. 내부 채널
    을 포함하는, 연마 패드로서,
    상기 내부 채널은 상기 연마 패드를 관통하는 것이고,
    상기 내부 채널의 모든 개구부들은 상기 연마 패드의 연마 면에 위치되는 것인,
    연마 패드.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 내부 채널의 표면은 방수제에 의하여 코팅된 것인,
    연마 패드.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 방수제의 코팅 두께는 0.5 ㎛ 내지 1,000 ㎛ 인 것인,
    연마 패드.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 방수제는 소수성 물질을 포함하는 것인,
    연마 패드.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 내부 채널의 단면의 외형은 선형 및/또는 곡선인 것인,
    연마 패드.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 내부 채널은 연마 면에서 투시하였을 때 선형 또는 곡선의 형상인 것인,
    연마 패드.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 곡선의 형상은 상기 연마 패드의 회전 방향과 반대 방향을 가지는 나선형인 것인,
    연마 패드.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 내부 채널의 깊이는 상기 연마 패드의 두께의 0.05 내지 0.95 인 것인,
    연마 패드.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 내부 채널의 깊이는 상기 내부 채널의 상기 연마 면으로부터 가장 멀리 떨어진 지점으로부터 상기 연마 면까지의 직선 거리인 것인,
    연마 패드.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 개구부 각각의 면적은 상기 연마 면의 면적의 0.00001 내지 0.0002 인 것인,
    연마 패드.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 개구부의 면적의 총 합은 상기 연마 면의 면적의 0.00002 내지 0.2 인 것인,
    연마 패드.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 연마 패드 및 슬러리를 이용하여 피연마체를 연마 시에,
    상기 슬러리가 상기 내부 채널의 일 개구부로 유입되어 다른 개구부로 배출되는 것인,
    연마 패드.
  13. 연마 패드에 상기 연마 패드를 관통하는 내부 채널을 형성하는 것; 및
    상기 내부 채널의 모든 개구부들을 상기 연마 패드의 일면에 형성하는 것
    을 포함하는, 내부 채널을 가지는 연마 패드의 제조 방법.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 내부 채널의 표면이 방수제로 코팅되는 단계를 추가로 포함하는,
    내부 채널을 가지는 연마 패드의 제조 방법.
  15. 청구항 13에 있어서,
    상기 내부 채널은 상기 연마 패드의 두께의 0.05 내지 0.95 의 깊이로 형성되는 것인,
    내부 채널을 가지는 연마 패드의 제조 방법.
  16. 청구항 14에 있어서,
    상기 방수제는 0.5 ㎛ 내지 1,000 ㎛ 의 두께로 코팅되는 것인,
    내부 채널을 가지는 연마 패드의 제조 방법.
  17. 청구항 14에 있어서,
    상기 방수제는 소수성 물질을 포함하는 것인,
    내부 채널을 가지는 연마 패드의 제조 방법.
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