KR20220061704A - 연마 패드, 연마 패드의 제조 방법 및 이를 이용한 반도체 소자의 제조 방법 - Google Patents

연마 패드, 연마 패드의 제조 방법 및 이를 이용한 반도체 소자의 제조 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20220061704A
KR20220061704A KR1020200147984A KR20200147984A KR20220061704A KR 20220061704 A KR20220061704 A KR 20220061704A KR 1020200147984 A KR1020200147984 A KR 1020200147984A KR 20200147984 A KR20200147984 A KR 20200147984A KR 20220061704 A KR20220061704 A KR 20220061704A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
polishing
layer
polishing pad
weight
equation
Prior art date
Application number
KR1020200147984A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102488115B1 (ko
Inventor
허혜영
서장원
안재인
윤종욱
Original Assignee
에스케이씨솔믹스 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 에스케이씨솔믹스 주식회사 filed Critical 에스케이씨솔믹스 주식회사
Priority to KR1020200147984A priority Critical patent/KR102488115B1/ko
Priority to TW110141284A priority patent/TWI796825B/zh
Priority to CN202111303514.0A priority patent/CN114434318A/zh
Priority to US17/520,206 priority patent/US11951591B2/en
Priority to JP2021181530A priority patent/JP7437368B2/ja
Publication of KR20220061704A publication Critical patent/KR20220061704A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102488115B1 publication Critical patent/KR102488115B1/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B37/00—Lapping machines or devices; Accessories
    • B24B37/11—Lapping tools
    • B24B37/20—Lapping pads for working plane surfaces
    • B24B37/24—Lapping pads for working plane surfaces characterised by the composition or properties of the pad materials
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24D—TOOLS FOR GRINDING, BUFFING OR SHARPENING
    • B24D18/00—Manufacture of grinding tools or other grinding devices, e.g. wheels, not otherwise provided for
    • B24D18/0072—Manufacture of grinding tools or other grinding devices, e.g. wheels, not otherwise provided for using adhesives for bonding abrasive particles or grinding elements to a support, e.g. by gluing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/67092—Apparatus for mechanical treatment

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)
  • Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)

Abstract

본 발명은 연마 속도, 연마 프로파일과 같은 연마 공정에 요구되는 연마 성능을 유지하고, 연마 공정 상에서 웨이퍼에 발생될 수 있는 결함을 최소화하며, 디싱을 감소할 수 있는 연마 패드 및 이의 제조 방법을 제공한다.

Description

연마 패드, 연마 패드의 제조 방법 및 이를 이용한 반도체 소자의 제조 방법{POLISHING PAD, MANUFACTURING METHOD THEREOF AND PREPARING METHOD OF SEMICONDUCTOR DEVICE USING THE SAME}
본 발명은 화학적 기계적 평탄화(Chemical Mechanical Planarization, CMP) 공정에 사용되는 연마 패드, 이의 제조 방법 및 이를 이용한 반도체 소자의 제조 방법에 관한 것이다.
반도체 제조공정 중 화학적 기계적 평탄화(CMP) 공정은, 웨이퍼(wafer)를 헤드에 부착하고 플래튼(platen) 상에 형성된 연마 패드의 표면에 접촉하도록 한 상태에서, 슬러리를 공급하여 웨이퍼 표면을 화학적으로 반응시키면서 플래튼과 헤드를 상대 운동시켜 기계적으로 웨이퍼 표면의 요철부분을 평탄화하는 공정이다.
"디싱(dishing)"이란, CMP 연마가 금속 층이 CMP 연마 후 기판 웨이퍼의 하부 층과 평행하게 또는 동일 평면 상에 남아 있어야 하지만 그렇지 않은 산화물 공동 또는 트로프와 같은 낮은 영역에서 금속 리세스(recess)를 야기하는 현상을 지칭한다.
디싱 문제는 반도체 웨이퍼 및 장치가 미세한 특징부 및 더 많은 금속화 층에 의해 점점 더 복잡해짐에 따라 최근 중요한 문제로 인식되고 있다. 이러한 추세는 평탄성을 유지하고 연마 결함을 제한하기 위해 연마 공정에 사용되는 소모품에 대해 보다 향상된 성능을 요구한다.
이러한 웨이퍼 및 장치의 결함은 반도체 장치가 작동 불능이 되게 하는 전도성 라인에 전기적 절연 또는 단락을 일으킬 수 있다. 마이크로-스크래치 또는 채터(chatter) 마크와 같은 연마 결함을 줄이기 위해 연질의 연마 패드를 사용하여, 연마 결함을 줄일 수 있다.
또한, 연질 금속 층의 CMP 연마는 보다 연질의 CMP 연마 패드의 사용을 통해, 연마 결합을 줄일 수 있을 것이다.
그러나, 연질 패드를 사용한 CMP 연마는 연마된 기판에서 결함을 개선시킬 수 있지만, 이러한 연질 패드는 연질 패드의 유연한 특성으로 인해 금속화된 반도체 웨이퍼 표면에서 디싱을 증가시키는 문제를 발생할 수 있다.
이에, 반도체 웨이퍼 또는 장치 기판 내의 금속 표면에 대한 CMP 연마공정으로 인해 발생될 수 있는 기판 표면상의 디싱을 감소시킬 수 있고, 웨이퍼에 발생할 수 있는 연마 결함을 최소화할 수 있으며, 공정에 맞는 연마 성능을 나타낼 수 있는 연마 패드에 대한 개발이 필요하다.
본 발명의 목적은 연마 패드 및 이의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 연마 속도, 연마 프로파일과 같은 연마 공정에 요구되는 연마 성능을 유지하고, 연마 공정 상에서 웨이퍼에 발생될 수 있는 결함을 최소화하며, 디싱을 방지할 수 있는 연마 패드 및 이의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 CMP 공정 내 연마 패드의 적용 시, 직접적인 연마 테스트 없이 연마 패드의 물성 값을 통해 연마 공정 상의 성능과 더불어 디싱을 방지할 수 있는 연마패드를 판별할 수 있는 연마 패드 및 이의 제조 방법을 제공할 수 있다.
본 발명의 다른 목적은 연마 패드를 적용한 반도체 소자의 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 연마패드는 연마층을 포함하고, 하기 식 1에 따른 값이 1 내지 1.7인 것을 특징으로 한다:
[식 1]
Figure pat00001
여기서,
M은 상기 연마층의 탄성 모듈러스(N/mm2)이고,
E는 상기 연마층의 신율(%)이다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 연마패드의 제조 방법은, ⅰ) 프리폴리머 조성물을 제조하는 단계; ⅱ) 상기 프리폴리머 조성물, 발포제 및 경화제를 포함하는 연마층 제조용 조성물을 제조하는 단계; 및 ⅲ) 상기 연마층 제조용 조성물을 경화하여 연마층을 제조하는 단계;를 포함하며, 상기 연마층은 하기 식 1에 따른 값이 1 내지 1.7이다:
[식 1]
Figure pat00002
여기서,
M은 상기 연마층의 탄성 모듈러스(N/mm2)이고,
E는 상기 연마층의 신율(%)이다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 반도체 소자의 제조 방법은 1) 연마층을 포함하는 연마패드를 제공하는 단계; 및 2) 상기 연마층의 연마면에 반도체 기판의 피연마면이 맞닿도록 상대 회전시키면서 상기 반도체 기판을 연마시키는 단계;를 포함하고, 상기 연마층은 하기 식 1에 따른 값이 1 내지 1.7이다:
[식 1]
Figure pat00003
여기서,
M은 상기 연마층의 탄성 모듈러스(N/mm2)이고,
E는 상기 연마층의 신율(%)이다.
본 발명의 연마 패드 및 이의 제조 방법은 연마 속도, 연마 프로파일과 같은 연마 공정에 요구되는 연마 성능을 유지하고, 연마 공정 상에서 웨이퍼에 발생될 수 있는 결함을 최소화하며, 디싱을 감소할 수 있고, CMP 공정 내 연마 패드의 적용 시, 직접적인 연마 테스트 없이 연마 패드의 물성 값을 통해 연마 공정 상의 성능과 더불어 디싱을 방지할 수 있는 연마패드를 판별할 수 있다.
또한, 연마 패드를 적용한 반도체 소자의 제조 방법을 제공할 수 있다.
도 1는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자 제조 공정의 개략적인 공정도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연마 공정에 의한 디싱 측정을 위한 개략적인 공정도이다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
본 발명에서 사용되는 성분, 분자량과 같은 특성, 반응 조건 등의 양을 표현하는 수는 모든 사례에서 용어 "약"으로 수식되는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명에서 달리 기술되지 않는다면, 모든 백분율, 부, 비 등의 중량 기준이다.
본 발명에서 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 추가로 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 발명에서 "복수의"는 하나 초과를 지칭한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 연마패드는 연마층을 포함하고, 하기 식 1에 따른 값이 1 내지 1.7인 것을 특징으로 한다:
[식 1]
Figure pat00004
여기서,
M은 상기 연마층의 탄성 모듈러스(N/mm2)이고,
E는 상기 연마층의 신율(%)이다.
상기 연마층은 우레탄계 프리폴리머, 경화제 및 발포제를 포함하는 조성물을 경화시켜 제조하는 것으로, 상기 우레탄계 프리폴리머는, 폴리올, 이소시아네이트를 반응시켜 제조될 수 있다.
상기 연마층의 제조 시 포함될 수 있는 경화제 종류 및 함량 등에 의하여 경화제의 아민기(-NH2) 및 알코올기(-OH)와 같은 경화 반응기 및 프리폴리머의 이소시아네이트기(-NCO)의 당량이 결정되고, 몰드의 성형 온도에 따라 경화 속도 및 화학적 반응의 순차적 순서가 결정된다.
상기 이러한 요소들에 의하여 연마패드의 최종적인 우레탄계 경화 구조가 결정된다. 상기 최종적인 우레탄계 경화 구조에 의해, 연마층의 물리적/기계적 물성인 경도, 탄성 모듈러스 및 신율 등으로 특성으로 발현될 수 있다.
특히, 본 발명의 연마층은 연마면의 경도, 탄성 모듈러스 및 신율에 의한 상기 식 1의 값이 1 내지 1.7에 해당되면, 본 발명의 연마패드를 이용하여 연마 공정을 진행하면, 막질의 종류에 관계없이 평탄도에서 벗어난 정도인 디싱(Dishing)을 방지할 수 있다.
또한, 상기 연마층은 하기 식 2에 따른 값이 1 내지 1.7인 것을 특징으로 한다:
[식 2]
Figure pat00005
여기서,
M은 상기 식 1과 같고,
H는 상기 연마층의 연마면의 표면 경도이다.
앞서 설명한 바와 같이 연마층의 물리적/기계적 특성 중 경도, 탄성 모듈러스 및 신율은 대상막질의 연마 성능에 영향을 미치는 중요한 요소로, 경도, 탄성 모듈러스 및 신율의 값이 조화되어야 원하는 연마 성능의 발휘가 가능하다고 할 것이다.
이에, 본 발명에서는 상기 식 1 및 식 2와 같이 경도, 탄성 모듈러스 및 신율에 대한 가중치를 부여하고, 이에 대한 값을 특정하여, 막질의 종류에 관계없이 평탄도에서 벗어난 정도인 디싱(Dishing)을 방지할 수 있다.
보다 구체적으로 본 발명의 연마패드를 이용하여 연마 시, 디싱 값을 측정하면, 상기 디싱의 절대 값이 1 내지 35Å의 범위로 조절될 수 있다.
상기 디싱은 앞서 정의한 바와 같이, 연마 공정을 진행하여 제거되는 부분의 중간 부분이 가장 자리보다 많이 또는 적게 연마되어, 오목한 형상 또는 볼록한 형상으로 중간 부분과 가장자리 부분에 연마되지 않고 남은 막질과의 높이를 측정한 것으로, 평탄도에서 벗어나는 정도이다.
최근 반도체 공정 상에서 금속 배선의 다층화, 반도체 소자의 집적도 증가 등의 이유로, 고도한 연마 공정이 필요한다.
이러한 이유로 인해, 연마 공정에 의한 웨이퍼의 결함을 최소화하고, 디싱을 저감할 수 있는 연마 패드의 개발이 필요하며, 이에 본 발명의 연마 패드는 연마층에 대한 물성 값의 관계를 제어하여, 연마 속도, 연마 프로파일과 같은 연마 공정에 요구되는 연마 성능을 유지하고, 연마 공정 상에서 웨이퍼에 발생될 수 있는 결함을 최소화하며, 디싱을 방지할 수 있다.
본 발명의 연마패드는 연마 공정에 적용 시, 산화막 및 질화막을 동시에 포함하는 연마 대상을 연마함에 있어서, 서로 다른 재질의 막질들이 동시에 동등한 수준의 평탄도를 갖도록 연마할 수 있다.
구체적으로, 본 발명의 연마패드는 연마 공정에 적용 시, 산화규소막 및 질화규소막을 동시에 포함하는 연마 대상을 연마하는 것으로, 도 2와 같은 패턴으로 산화막 및 질화막이 증착된 직경이 300mm인 웨이퍼이며, 연마 하중이 4.0psi이고, 세리아 슬러리를 300㎖/분의 조건 하에서 연마면으로 투입하면서, 연마패드가 정착된 정반을 87 rpm으로 회전하면서, 60초 동안 연마하며, 이후 40초 동안 추가 연마 공정을 진행하여 디싱 정도를 측정하였다.
상기 디싱 값(Å)은 질화규소막의 최대 높이에서 산화 규소막의 최대 높이까지의 거리를 측정한 것으로, 절대값을 기준으로 하여, 1 내지 35Å의 범위로 조절되어, 디싱 방지 효과가 우수하다.
즉, 종래 연마 패드의 경우, 동일 조건 하에서 연마 공정을 진행하고 이의 디싱을 측정하면, 100 내지 200Å로 나타나, 디싱 저감 효과가 떨어진다.
상기 연마패드는 서로 다른 재질의 막질에 대해 동시에 동등한 수준의 평탄도를 가질 수 있도록 하기 위해서는, 연마층의 기계적 물성에 대한 조절이 매우 중요한 요소이다. 연마패드가 상기 식 1 및/또는 식 2의 값이 1 내지 1.7인 조건을 만족하는 경우, 산화막 및 질화막 함유의 연마 대상의 연마 성능이 특히, 디싱 방지 측면에서 목적 수준으로 구현될 수 있다.
상기 식 1 및/또는 식 2는 연마 패드 자체의 기계적 물성 값을 구성 요소로 하는 파라미터로서, 이를 만족하는 경우에는, 연마 속도, 연마 프로파일과 같은 연마 공정에 요구되는 연마 성능을 유지하고, 연마 공정 상에서 웨이퍼에 발생될 수 있는 결함을 최소화하며, 디싱을 방지할 수 있다.
또한, CMP 공정을 직접 적용하는 현장에서도, 연마 패드의 특정 성능에 맞는 연마 패드의 선택이 필요한 경우가 발생하는 경우, 직접적인 연마 테스트 없이도 연마패드의 물성 값을 통해 상기 식 1 및/또는 2의 값을 통해 연마 패드의 성능을 직접적으로 판별할 수 있다.
이는, 현장에서 연마 패드를 적용하고자 하는 경우, 직접적인 연마 테스트를 통해 성능 확인을 거쳐야 하는 번거로움을 벗어날 수 있고, 상기 식 1 및/또는 식 2의 값을 만족하는 연마 패드를 쉽게 선택하고, 이를 공정에 적용하게 되면, 연마 패드로의 성능뿐 아니라 디싱 방지 효과를 나타낼 수 있다.
일 실시예에서, 상기 연마층은 우레탄계 프리폴리머, 경화제 및 발포제를 포함하는 조성물로부터 형성된 경화물을 포함하는 연마층을 포함할 수 있다.
상기 조성물에 포함되는 각 성분을 이하에 구체적으로 설명한다.
'프리폴리머(prepolymer)'란 경화물 제조에 있어서, 성형하기 쉽도록 중합도를 중간 단계에서 중지시킨 비교적 낮은 분자량을 갖는 고분자를 의미한다. 프리폴리머는 그 자체로 또는 다른 중합성 화합물과 반응시킨 후 최종 경화물로 성형될 수 있다.
일 구현예에서, 상기 우레탄계 프리폴리머는 이소시아네이트 화합물과 폴리올을 반응시켜 제조될 수 있다.
상기 우레탄계 프리폴리머의 제조에 사용되는 이소시아네이트 화합물은, 방향족 디이소시아네이트, 지방족 디이소시아네이트, 지환족 디이소시아네이트 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 사용할 수 있다.
상기 이소시아네이트 화합물은, 예를 들어, 2,4-톨루엔디이소시아네이트(2,4-toluenediisocyanate, 2,4-TDI), 2,6-톨루엔디이소시아네이트(2,6-toluenediisocyanate, 2,6-TDI) 나프탈렌-1,5-디이소시아네이트(naphthalene-1,5-diisocyanate), 파라-페닐렌디이소시아네이트(p-phenylenediisocyanate), 토리딘디이소시아네이트(tolidinediisocyanate), 4,4'-디페닐메탄 디이소시아네이트(4,4'-diphenylmethanediisocyanate), 헥사메틸렌디이소시아네이트(hexamethylenediisocyanate), 디사이클로헥실메탄디이소시아네이트(dicyclohexylmethanediisocyanate), 이소포론디이소시아네이트(isoporone diisocyanate) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다.
'폴리올'이란 분자 당 히드록시기(-OH)를 적어도 2 이상 포함하는 화합물을 의미한다. 상기 폴리올은 예를 들어, 폴리에테르계 폴리올(polyether polyol), 폴리에스테르계 폴리올(polyester polyol), 폴리카보네이트계 폴리올(polycarbonate polyol), 아크릴계 폴리올(acryl polyol) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다.
상기 폴리올은 예를 들어, 폴리테트라메틸렌에테르글리콜, 폴리프로필렌에테르글리콜, 에틸렌 글리콜, 1,2-프로필렌 글리콜, 1,3- 프로필렌 글리콜, 1,2-부탄디올, 1,3-부탄디올, 2-메틸-1,3-프로판디올, 1,4-부탄디올, 네오펜틸 글리콜, 1,5-펜탄디올, 3-메틸-1,5-펜탄디올, 1,6-헥산디올, 디에틸렌 글리콜, 디프로필렌 글리콜, 트리프로필렌 글리콜 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다.
상기 폴리올은 약 100g/mol 내지 약 3,000g/mol의 중량평균분자량(Mw)을 가질 수 있다. 상기 폴리올은 예를 들어, 약 100g/mol 내지 약 3,000g/mol, 예를 들어, 약 100g/mol 내지 약 2,000g/mol, 예를 들어, 약 100g/mol 내지 약 1,800g/mol의 중량평균분자량(Mw)을 가질 수 있다.
일 구현예에서, 상기 폴리올은 중량평균분자량(Mw)이 약 100g/mol 이상, 약 300g/mol 미만인 저분자량 폴리올 및 중량평균분자량(Mw)이 약 300g/mol 이상, 약 1800g/mol 이하인 고분자량 폴리올을 포함할 수 있다.
상기 우레탄계 프리폴리머는 약 500g/mol 내지 약 3,000g/mol의 중량평균분자량(Mw)을 가질 수 있다. 상기 우레탄계 프리폴리머는 예를 들어, 약 600g/mol 내지 약 2,000g/mol, 예를 들어, 약 800g/mol 내지 약 1,000g/mol의 중량평균분자량(Mw)을 가질 수 있다.
일 구현예에서, 상기 우레탄계 프리폴리머를 제조하기 위한 이소시아네이트 화합물은 방향족 디이소시아네이트 화합물을 포함할 수 있고, 상기 방향족 디이소시아네이트 화합물은 예를 들어, 2,4-톨루엔디이소시아네이트(2,4-TDI) 및 2,6-톨루엔디이소시아네이트(2,6-TDI)를 포함할 수 있다. 상기 우레탄계 프리폴리머를 제조하기 위한 폴리올 화합물은 폴리테트라메틸렌에테르글리콜(PTMEG) 및 디에틸렌글리콜(DEG)을 포함할 수 있다.
다른 구현예에서, 상기 우레탄계 프리폴리머를 제조하기 위한 이소시아네이트 화합물은 방향족 디이소시아네이트 화합물 및 지환족 디이소시아네이트 화합물을 포함할 수 있고, 예를 들어, 상기 방향족 디이소시아네이트 화합물은 2,4-톨루엔디이소시아네이트(2,4-TDI) 및 2,6-톨루엔디이소시아네이트(2,6-TDI)를 포함하고, 상기 지환족 디이소시아네이트 화합물은 디사이클로헥실메탄 디이소시아네이트(H12MDI)을 포함할 수 있다. 상기 우레탄계 프리폴리머를 제조하기 위한 폴리올 화합물은 폴리테트라메틸렌에테르글리콜(PTMEG) 및 디에틸렌글리콜(DEG)을 포함할 수 있다.
상기 우레탄계 프리폴리머는 이소시아네이트 말단기 함량(NCO%)이 약 5중량% 내지 약 11중량%, 예를 들어, 약 5중량% 내지 약 10중량%, 예를 들어, 약 5중량% 내지 약 8중량%, 예를 들어, 약 8중량% 내지 약 10중량%일 수 있다. 상기 범위로 NCO%를 갖는 경우 적절한 연마패드 내 연마층의 물성을 나타내, 연마 속도, 연마 프로파일과 같은 연마 공정에 요구되는 연마 성능을 유지하고, 연마 공정 상에서 웨이퍼에 발생될 수 있는 결함을 최소화할 수 있다.
또한, 산화막(Oxide) 및 질화막(Nitride)의 연마 선택비(Ox RR/Nt RR)를 조절하여, 디싱(dishing), 리세스(recess) 및 이로젼(erosion) 현상을 방지하고 웨이퍼 내 표면 평탄화를 달성할 수 있다.
상기 우레탄계 프리폴리머의 이소시아네이트 말단기 함량(NCO%)은 상기 우레탄계 프리폴리머를 제조하기 위한 이소시아네이트 화합물 및 폴리올 화합물의 종류 및 함량, 상기 우레탄계 프리폴리머를 제조하는 공정의 온도, 압력, 시간 등의 공정 조건 및 상기 우레탄계 프리폴리머의 제조에 이용되는 첨가제의 종류 및 함량 등을 종합적으로 조절하여 설계될 수 있다.
상기 경화제는 상기 우레탄계 프리폴리머와 화학적으로 반응하여 상기 연마층 내의 최종 경화 구조를 형성하기 위한 화합물로서, 예를 들어, 아민 화합물 또는 알콜 화합물을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 경화제는 방향족 아민, 지방족 아민, 방향족 알콜, 지방족 알코올 및 이들의 조합으로 이루어지는 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 경화제는 4,4'-메틸렌비스(2-클로로아닐린)(4,4'-methylenebis(2-chloroaniline);　MOCA), 디에틸톨루엔디아민(diethyltoluenediamine; DETDA), 디아미노디페닐메탄(diaminodiphenylmethane), 디메틸티오톨루엔디아민(dimethyl thio-toluene diamine; DMTDA), 프로판디올 비스 p-아미노벤조에이트(propanediol bis p-aminobenzoate), Methylene bis-methylanthranilate, 디아미노디페닐설폰(diaminodiphenylsulfone), m-자일릴렌디아민(m-xylylenediamine), 이소포론디아민(isophoronediamine), 에틸렌디아민(ethylenediamine), 디에틸렌트리아민(diethylenetriamine), 트리에틸렌테트라아민(triethylenetetramine), 폴리프로필렌디아민(polypropylenediamine), 폴리프로필렌트리아민(polypropylenetriamine), 비스(4-아미노-3-클로로페닐)메탄(bis(4-amino-3-chlorophenyl)methane) 및 이들의 조합으로 이루어지는 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다.
상기 경화제의 함량은 상기 우레탄계 프리폴리머 100 중량부를 기준으로 약 18 중량부 내지 약 27 중량부, 예를 들어, 약 19 중량부 내지 약 26 중량부, 예를 들어, 약 20 중량부 내지 약 26 중량부일 수 있다. 상기 경화제의 함량이 상기 범위를 만족하는 경우, 목적하는 연마패드의 성능을 구현하는 데에 더욱 유리할 수 있다.
상기 발포제는 상기 연마층 내의 기공 구조를 형성하기 위한 성분으로서 고상 발포제, 기상 발포제, 액상 발포제 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다. 일 구현예에서 상기 발포제는 고상 발포제, 기상 발포제 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
상기 고상 발포제의 평균 입경은 약 5㎛ 내지 약 200㎛, 예를 들어, 약 20㎛ 내지 약 50㎛, 예를 들어, 약 21㎛ 내지 약 50㎛, 예를 들어, 약 25㎛ 내지 약 45㎛일 수 있다. 상기 고상 발포제의 평균 입경은 상기 고상 발포제가 후술하는 바에 따른 열팽창된(expanded) 입자인 경우 열팽창된 입자 자체의 평균 입경을 의미하며, 상기 고상 발포제가 후술하는 바에 따른 미팽창된(unexpanded) 입자인 경우 열 또는 압력에 의해 팽창된 이후 입자의 평균 입경을 의미할 수 있다.
상기 고상 발포제는 팽창성 입자를 포함할 수 있다. 상기 팽창성 입자는 열 또는 압력 등에 의하여 팽창이 가능한 특성을 갖는 입자로서, 상기 연마층을 제조하는 과정에서 가해지는 열 또는 압력 등에 의하여 최종 연마층 내에서의 크기가 결정될 수 있다. 상기 팽창성 입자는 열팽창된(expanded) 입자, 미팽창된(unexpanded) 입자 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 상기 열팽창된 입자는 열에 의해 사전 팽창된 입자로서, 상기 연마층의 제조 과정에서 가해지는 열 또는 압력에 의한 크기 변화가 작거나 거의 없는 입자를 의미한다. 상기 미팽창된 입자는 사전 팽창되지 않은 입자로서, 상기 연마층의 제조 과정에서 가해지는 열 또는 압력에 의하여 팽창되어 최종 크기가 결정되는 입자를 의미한다.
상기 팽창성 입자는 수지 재질의 외피; 및 상기 외피로 봉입된 내부에 존재하는 팽창 유발 성분을 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 외피는 열가소성 수지를 포함할 수 있고, 상기 열가소성 수지는 염화비닐리덴계 공중합체, 아크릴로니트릴계 공중합체, 메타크릴로니트릴계 공중합체 및 아크릴계 공중합체로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다.
상기 팽창 유발 성분은 탄화수소 화합물, 클로로플루오로 화합물, 테트라알킬실란 화합물 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 탄화수소 화합물은 에탄(ethane), 에틸렌(ethylene), 프로판(propane), 프로펜(propene), n-부탄(n-butane), 이소부탄(isobutene), n-부텐(butene), 이소부텐(isobutene), n-펜탄(n-pentane), 이소펜탄(isopentane), 네오펜탄(neopentane), n-헥산(n-hexane), 헵탄(heptane), 석유 에테르(petroleum ether) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다.
상기 클로로플루오로 화합물은 트리클로로플루오로메탄(trichlorofluoromethane, CCl3F), 디클로로디플루오로메탄(dichlorodifluoromethane, CCl2F2), 클로로트리플루오로메탄(chlorotrifluoromethane, CClF3), 테트라플루오로에틸렌(tetrafluoroethylene, CClF2-CClF2) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다.
상기 테트라알킬실란 화합물은 테트라메틸실란(tetramethylsilane), 트리메틸에틸실란(trimethylethylsilane), 트리메틸이소프로필실란(trimethylisopropylsilane), 트리메틸-n-프로필실란(trimethyl-n-propylsilane) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다.
상기 고상 발포제는 선택적으로 무기 성분 처리 입자를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 고상 발포제는 무기 성분 처리된 팽창성 입자를 포함할 수 있다. 일 구현예에서, 상기 고상 발포제는 실리카(SiO2) 입자 처리된 팽창성 입자를 포함할 수 있다. 상기 고상 발포제의 무기 성분 처리는 복수의 입자 간 응집을 방지할 수 있다. 상기 무기 성분 처리된 고상 발포제는 무기 성분 처리되지 않은 고상 발포제와 발포제 표면의 화학적, 전기적 및/또는 물리적 특성이 상이할 수 있다.
상기 고상 발포제의 함량은 상기 우레탄계 프리폴리머 100 중량부를 기준으로 약 0.5 중량부 내지 약 10 중량부, 예를 들어, 약 1 중량부 내지 약 3 중량부, 예를 들어, 약 1.3 중량부 내지 약 2.7 중량부, 예를 들어, 약 1.3 중량부 내지 약 2.6 중량부일 수 있다.
상기 연마층의 목적하는 기공 구조 및 물성에 따라 상기 고상 발포제의 종류 및 함량을 설계할 수 있다.
상기 기상 발포제는 불활성 가스를 포함할 수 있다. 상기 기상 발포제는 상기 우레탄계 프리폴리머와 상기 경화제가 반응하는 과정에서 투입되어 기공 형성 요소로 사용될 수 있다.
상기 불활성 가스는 상기 우레탄계 프리폴리머와 상기 경화제 간의 반응에 참여하지 않는 가스라면 종류가 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 상기 불활성 가스는 질소 가스(N2), 아르곤 가스(Ar), 헬륨 가스(He) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 불활성 가스는 질소 가스(N2) 또는 아르곤 가스(Ar)를 포함할 수 있다.
상기 연마층의 목적하는 기공 구조 및 물성에 따라 상기 기상 발포제의 종류 및 함량을 설계할 수 있다
일 구현예에서, 상기 발포제는 고상 발포제를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 발포제는 고상 발포제만으로 이루어질 수 있다.
상기 고상 발포제는 팽창성 입자를 포함하고, 상기 팽창성 입자는 열팽창된 입자를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 고상 발포제는 열팽창된 입자로만 이루어질 수 있다. 상기 미팽창된 입자를 포함하지 않고 열팽창된 입자로만 이루어지는 경우, 기공 구조의 가변성은 저하되지만 사전 예측 가능성이 높아져 상기 연마층의 전 영역에 걸쳐 균질한 기공 특성을 구현하기에 유리할 수 있다.
일 구현예에서, 상기 열팽창된 입자는 약 5㎛ 내지 약 200㎛의 평균 입경을 갖는 입자일 수 있다. 상기 열팽창된 입자의 평균 입경은 약 5㎛ 내지 약 100㎛, 예를 들어, 약 10㎛ 내지 약 80㎛, 예를 들어, 약 20㎛ 내지 약 70㎛, 예를 들어, 약 20㎛ 내지 약 50㎛, 예를 들어, 약 30㎛ 내지 약 70㎛, 예를 들어, 약 25㎛ 내지 45㎛, 예를 들어, 약 40㎛ 내지 약 70㎛, 예를 들어, 약 40㎛ 내지 약 60㎛일 수 있다. 상기 평균 입경은 상기 열팽창된 입자의 D50으로 정의된다.
일 구현예에서, 상기 열팽창된 입자의 밀도는 약 30kg/㎥ 내지 약 80kg/㎥, 예를 들어, 약 35kg/㎥ 내지 약 80kg/㎥, 예를 들어, 약 35kg/㎥ 내지 약 75kg/㎥, 예를 들어, 약 38kg/㎥ 내지 약 72kg/㎥, 예를 들어, 약 40kg/㎥ 내지 약 75kg/㎥, 예를 들어, 약 40kg/㎥ 내지 약 72kg/㎥일 수 있다.
일 구현예에서, 상기 발포제는 기상 발포제를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 발포제는 고상 발포제 및 기상 발포제를 포함할 수 있다. 상기 고상 발포제에 관한 사항은 전술한 바와 같다.
상기 기상 발포제는 질소 가스를 포함할 수 있다.
상기 기상 발포제는 상기 우레탄계 프리폴리머, 상기 고상발포제 및 상기 경화제가 혼합되는 과정 중에 소정의 주입 라인을 통하여 주입될 수 있다. 상기 기상 발포제의 주입 속도는 약 0.8L/min 내지 약 2.0L/min, 예를 들어, 약 0.8L/min 내지 약 1.8L/min, 예를 들어, 약 0.8L/min 내지 약 1.7L/min, 예를 들어, 약 1.0L/min 내지 약 2.0L/min, 예를 들어, 약 1.0L/min 내지 약 1.8L/min, 예를 들어, 약 1.0L/min 내지 약 1.7L/min일 수 있다.
상기 연마층을 제조하기 위한 조성물은 계면활성제, 반응속도조절제 등의 기타 첨가제를 더 포함할 수 있다. 상기 '계면활성제', '반응속도조절제' 등의 명칭은 해당 물질의 주된 역할을 기준으로 임의 지칭하는 명칭이며, 각각의 해당 물질이 반드시 해당 명칭으로 역할에 국한된 기능만을 수행하는 것은 아니다.
상기 계면활성제는 기공들의 응집 또는 중첩 등의 현상을 방지하는 역할을 하는 물질이면 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어, 상기 계면활성제는 실리콘계 계면활성제를 포함할 수 있다.
상기 계면활성제는 상기 우레탄계 프리폴리머 100 중량부를 기준으로 약 0.2 중량부 내지 약 2 중량부의 함량으로 사용될 수 있다. 구체적으로, 상기 계면활성제는 상기 우레탄계 프리폴리머 100 중량부를 기준으로 약 0.2 중량부 내지 약 1.9 중량부, 예를 들어, 약 0.2 중량부 내지 약 1.8 중량부, 예를 들어, 약 0.2 중량부 내지 약 1.7 중량부, 예를 들어, 약 0.2 중량부 내지 약 1.6 중량부, 예를 들어, 약 0.2 중량부 내지 약 1.5 중량부, 예를 들어, 약 0.5 중량부 내지 1.5 중량부의 함량으로 포함될 수 있다. 상기 범위 내의 함량으로 계면활성제를 포함할 경우, 기상 발포제 유래 기공이 몰드 내에서 안정하게 형성 및 유지될 수 있다.
상기 반응속도조절제는 반응 촉진 또는 반응 지연의 역할을 하는 것으로서 목적에 따라 반응촉진제, 반응지연제 또는 이들 모두를 사용할 수 있다. 상기 반응속도조절제는 반응촉진제를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 반응촉진제는 3차 아민계 화합물 및 유기금속계 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 반응 촉진제일 수 있다.
구체적으로, 상기 반응속도조절제는 트리에틸렌디아민, 디메틸에탄올아민, 테트라메틸부탄디아민, 2-메틸-트리에틸렌디아민, 디메틸사이클로헥실아민, 트리에틸아민, 트리이소프로판올아민, 1,4-디아자바이사이클로(2,2,2)옥탄, 비스(2-메틸아미노에틸) 에테르, 트리메틸아미노에틸에탄올아민, N,N,N,N,N''-펜타메틸디에틸렌트리아민, 디메틸아미노에틸아민, 디메틸아미노프로필아민, 벤질디메틸아민, N-에틸모르폴린, N,N-디메틸아미노에틸모르폴린, N,N-디메틸사이클로헥실아민, 2-메틸-2-아자노보네인, 디부틸틴 디라우레이트, 스태너스 옥토에이트, 디부틸틴 디아세테이트, 디옥틸틴 디아세테이트, 디부틸틴 말리에이트, 디부틸틴 디-2-에틸헥사노에이트 및 디부틸틴 디머캅타이드로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 반응속도 조절제는 벤질디메틸아민, N,N-디메틸사이클로헥실아민 및 트리에틸아민으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
상기 반응속도조절제는 상기 우레탄계 프리폴리머 100 중량부를 기준으로 약 0.05 중량부 내지 약 2 중량부의 양으로 사용될 수 있다. 구체적으로, 상기 반응속도조절제는 상기 우레탄계 프리폴리머 100 중량부를 기준으로 약 0.05 중량부 내지 약 1.8 중량부, 예를 들어, 약 0.05 중량부 내지 약 1.7 중량부, 예를 들어, 약 0.05 중량부 내지 약 1.6 중량부, 예를 들어, 약 0.1 중량부 내지 약 1.5 중량부, 예를 들어, 약 0.1 중량부 내지 약 0.3 중량부, 예를 들어, 약 0.2 중량부 내지 약 1.8 중량부, 예를 들어, 약 0.2 중량부 내지 약 1.7 중량부, 예를 들어, 약 0.2 중량부 내지 약 1.6 중량부, 예를 들어, 약 0.2 중량부 내지 약 1.5 중량부, 예를 들어, 약 0.5 중량부 내지 약 1 중량부의 양으로 사용될 수 있다. 상기 반응속도조절제가 전술한 함량 범위로 사용될 경우, 프리폴리머 조성물의 경화 반응속도를 적절하게 조절하여 원하는 크기의 기공 및 경도를 갖는 연마층을 형성할 수 있다.
상기 연마패드가 쿠션층을 포함하는 경우, 상기 쿠션층은 상기 연마층을 지지하면서 상기 연마층에 가해지는 외부 충격을 흡수하고 분산시키는 역할을 함으로써 상기 연마패드를 적용한 연마 공정 중의 연마 대상에 대한 손상 및 결함의 발생을 최소화시킬 수 있다.
상기 쿠션층은 부직포 또는 스웨이드를 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
일 구현예에서, 상기 쿠션층은 수지 함침 부직포일 수 있다. 상기 부직포는 폴리에스테르 섬유, 폴리아미드 섬유, 폴리프로필렌 섬유, 폴리에틸렌 섬유 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함하는 섬유 부직포일 수 있다.
상기 부직포에 함침된 수지는 폴리우레탄 수지, 폴리부타디엔 수지, 스티렌-부타디엔 공중합 수지, 스티렌-부타디엔-스티렌 공중합 수지, 아크릴로니트릴-부타디엔 공중합 수지, 스티렌-에틸렌-부타디엔-스티렌 공중합 수지, 실리콘 고무 수지, 폴리에스테르계 엘라스토머 수지, 폴리아미드계 엘라스토머 수지 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다.
이하, 상기 연마패드를 제조하는 방법을 자세히 설명하기로 한다.
본 발명에 따른 다른 구현예에서, 프리폴리머 조성물을 제조하는 단계; 상기 프리폴리머 조성물, 발포제 및 경화제를 포함하는 연마층 제조용 조성물을 제조하는 단계; 및 상기 연마층 제조용 조성물을 경화하여 연마층을 제조하는 단계를 포함하는 연마패드의 제조방법을 제공할 수 있다.
상기 프리폴리머 조성물을 제조하는 단계는 디이소시아네이트 화합물 및 폴리올 화합물을 반응시켜 우레탄계 프리폴리머를 제조하는 공정일 수 있다. 상기 디이소시아네이트 화합물 및 상기 폴리올 화합물에 관한 사항은 상기 연마패드에 관하여 전술한 바와 같다.
상기 프리폴리머 조성물의 이소시아네이트기(NCO기) 함량은 약 5중량% 내지 약 15중량%, 예를 들어, 약 5중량% 내지 약 8중량%, 예를 들어, 약 5중량% 내지 약 7중량%, 예를 들어, 약 8중량% 내지 약 15중량%, 예를 들어, 약 8중량% 내지 약 14중량%, 예를 들어, 약 8중량% 내지 약 12중량%, 예를 들어, 8중량% 내지 약 10중량%일 수 있다.
상기 프리폴리머 조성물의 이소시아네이트기 함량은 상기 우레탄계 프리폴리머의 말단 이소시아네이트기, 상기 디이소시아네이트 화합물 중 반응하지 않은 미반응 이소시아네이트기 등으로부터 유래될 수 있다.
상기 프리폴리머 조성물의 점도는 약 80℃에서 약 100cps 내지 약 1,000cps일 수 있고, 예를 들어, 약 200cps 내지 약 800cps일 수 있고, 예를 들어, 약 200cps 내지 약 600cps일 수 있고, 예를 들어, 약 200cps 내지 약 550cps일 수 있고, 예를 들어, 약 300cps 내지 약 500cps일 수 있다.
상기 발포제가 고상 발포제 또는 기상 발포제를 포함할 수 있다.
상기 발포제가 고상 발포제를 포함하는 경우, 상기 연마층 제조용 조성물을 제조하는 단계는 상기 프리폴리머 조성물 및 상기 고상 발포제를 혼합하여 제1 예비 조성물을 제조하는 단계; 및 상기 제1 예비 조성물과 경화제를 혼합하여 제2 예비 조성물을 제조하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 제1 예비 조성물의 점도는 약 80℃에서 약 1,000cps 내지 약 2,000cps일 수 있고, 예를 들어, 약 1,000cps 내지 약 1,800cps일 수 있고, 예를 들어, 약 1,000cps 내지 약 1,600cps일 수 있고, 예를 들어, 약 1,000cps 내지 약 1,500cps일 수 있다.
상기 발포제가 기상 발포제를 포함하는 경우, 상기 연마층 제조용 조성물을 제조하는 단계는 상기 프리폴리머 조성물 및 상기 경화제를 포함하는 제3 예비 조성물을 제조하는 단계; 및 상기 제3 예비 조성물에 상기 기상 발포제를 주입하여 제4 예비 조성물을 제조하는 단계를 포함할 수 있다.
일 구현예에서, 상기 제3 예비 조성물은 고상 발포제를 더 포함할 수 있다.
일 구현예에서, 상기 연마층을 제조하는 공정은 제1 온도로 예열된 몰드를 준비하는 단계; 및 상기 예열된 몰드에 상기 연마층 제조용 조성물을 주입하여 경화시키는 단계; 및 경화된 상기 연마층 제조용 조성물을 상기 예열 온도보다 높은 제2 온도 조건 하에서 후경화하는 단계를 포함할 수 있다.
일 구현예에서, 상기 제1 온도는 약 60℃ 내지 약 100℃, 예를 들어, 약 65℃ 내지 약 95℃, 예를 들어, 약 70℃ 내지 약 90℃일 수 있다.
일 구현예에서, 상기 제2 온도는 약 100℃ 내지 약 130℃일 수 있고, 예를 들어, 약 100℃ 내지 125℃일 수 있고, 예를 들어, 약 100℃ 내지 약 120℃일 수 있다.
상기 연마층 제조용 조성물을 상기 제1 온도 하에서 경화시키는 단계는 약 5분 내지 약 60분, 예를 들어, 약 5분 내지 약 40분, 예를 들어, 약 5분 내지 약 30분, 예를 들어, 약 5분 내지 약 25분동안 수행될 수 있다.
상기 제1 온도 하에서 경화된 연마층 제조용 조성물을 상기 제2 온도 하에서 후경화하는 단계는 약 5시간 내지 약 30시간, 예를 들어, 약 5시간 내지 약 25시간, 예를 들어, 약 10시간 내지 약 30시간, 예를 들어, 약 10시간 내지 약 25시간, 예를 들어, 약 12시간 내지 약 24시간, 예를 들어, 약 15시간 내지 약 24시간동안 수행될 수 있다.
상기 연마패드의 제조방법은 상기 연마층의 적어도 일면을 가공하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 가공 단계는 그루브(groove)를 형성하는 것일 수 있다.
다른 일 실시예로, 상기 연마층의 적어도 일면을 가공하는 단계는 상기 연마층의 적어도 일면 상에 그루브(groove)를 형성하는 단계 (1); 상기 연마층의 적어도 일면을 선삭(line turning)하는 단계(2); 및 상기 연마층의 적어도 일면을 조면화하는 단계 (3) 중 적어도 하나의 단계를 포함할 수 있다.
상기 단계 (1)에서, 상기 그루브(groove)는 상기 연마층의 중심으로부터 소정의 간격으로 이격형성되는 동심원형 그루브; 및 상기 연마층의 중심으로부터 상기 연마층의 엣지(edge)까지 연속 연결되는 방사형 그루브 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 단계 (2)에서, 상기 선삭(line turning)은 절삭 공구를 이용하여 상기 연마층을 소정의 두께만큼 깎아내는 방법으로 수행될 수 있다.
상기 단계 (3)에서 상기 조면화는 상기 연마층의 표면을 샌딩 롤러(Sanding roller)로 가공하는 방법으로 수행될 수 있다.
상기 연마패드의 제조방법은 상기 연마층의 연마면의 이면 상에 쿠션층을 적층하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 연마층과 상기 쿠션층은 열융착 접착제를 매개로 적층될 수 있다.
상기 연마층의 연마면의 이면 상에 상기 열융착 접착제를 도포하고, 상기 쿠션층의 상기 연마층과 맞닿을 표면 상에 상기 열융착 접착제를 도포하며, 각각의 열융착 접착제가 도포된 면이 맞닿도록 상기 연마층과 상기 쿠션층을 적층한 후, 가압 롤러를 이용하여 두 층을 융착시킬 수 있다.
또 다른 일 실시예에서, 연마층을 포함하는 연마패드를 제공하는 단계; 및 상기 연마층의 연마면에 연마 대상의 피연마면이 맞닿도록 상대 회전시키면서 상기 연마 대상을 연마시키는 단계;를 포함한다.
도 1은 일 구현예에 따른 반도체 소자 제조 공정의 개략적인 공정도를 도시한 것이다. 도 1을 참조할 때, 상기 일 실시예에 따른 연마패드(110)를 정반(120) 상에 장착한 후, 연마 대상인 반도체 기판(130)을 상기 연마패드(110) 상에 배치한다. 이때, 상기 반도체 기판(130)의 피연마면은 상기 연마패드(110)의 연마면에 직접 접촉된다. 연마를 위해 상기 연마패드 상에 노즐(140)을 통하여 연마 슬러리(150)가 분사될 수 있다. 상기 노즐(140)을 통하여 공급되는 연마 슬러리(150)의 유량은 약 10 ㎤/분 내지 약 1,000 ㎤/분 범위 내에서 목적에 따라 선택될 수 있으며, 예를 들어, 약 50 ㎤/분 내지 약 500 ㎤/분일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
이후, 상기 반도체 기판(130)과 상기 연마패드(110)는 서로 상대 회전하여, 상기 반도체 기판(130)의 표면이 연마될 수 있다. 이때, 상기 반도체 기판(130)의 회전 방향 및 상기 연마패드(110)의 회전 방향은 동일한 방향일 수도 있고, 반대 방향일 수도 있다. 상기 반도체 기판(130)과 상기 연마패드(110)의 회전 속도는 각각 약 10 rpm 내지 약 500 rpm 범위에서 목적에 따라 선택될 수 있으며, 예를 들어, 약 30 rpm 내지 약 200 rpm 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 반도체 기판(130)은 연마헤드(160)에 장착된 상태로 상기 연마패드(110)의 연마면에 소정의 하중으로 가압되어 맞닿게 한 뒤 그 표면이 연마될 수 있다. 상기 연마헤드(160)에 의하여 상기 반도체 기판(130)의 표면에 상기 연마패드(110)의 연마면에 가해지는 하중은 약 1 gf/㎠ 내지 약 1,000 gf/㎠ 범위에서 목적에 따라 선택될 수 있으며, 예를 들어, 약 10 gf/㎠ 내지 약 800 gf/㎠일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
일 구현예에서, 상기 반도체 소자의 제조 방법은, 상기 연마패드(110)의 연마면을 연마에 적합한 상태로 유지시키기 위하여, 상기 반도체 기판(130)의 연마와 동시에 컨디셔너(170)를 통해 상기 연마패드(110)의 연마면을 가공하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 구체적인 실시예들을 제시한다. 다만, 하기에 기재된 실시예들은 본 발명을 구체적으로 예시하거나 설명하기 위한 것에 불과하며, 이로서 본 발명이 제한되어서는 아니된다.
실시예 1
연마패드의 제조
우레탄계 프리폴리머, 경화제, 고상 발포제의 혼합물 주입 라인이 구비된 캐스팅 장비에서, 프리폴리머 탱크에 미반응 NCO를 9 중량%로 갖는 우레탄계 프리폴리머를 충진하고, 경화제 탱크에 비스(4-아미노-3-클로로포닐)메탄(bis(4-amino-3-chlorophenyl)methane, Ishihara 사 제품)을 충진하였다. 또한, 상기 우레탄계 프리폴리머 100 중량부에 대하여 3 중량부의 고상 발포제를 미리 혼합한 후 프리폴리머 탱크에 주입하였다
각각의 투입 라인을 통해 우레탄계 프리폴리머 및 경화제를 믹싱 헤드에 일정한 속도로 투입하면서 교반하였다. 이때, 우레탄계 프리폴리머의 NCO기의 몰 당량과 경화제의 반응성 기의 몰 당량을 1:1로 맞추고 합계 투입량을 10 kg/분의 속도로 유지하였다.
교반된 원료는 예열된 금형에 주입하고, 1매의 다공성 폴리우레탄 시트로 제조하였다. 이후 제조된 다공성 폴리우레탄 시트의 표면을 연삭기를 사용하여 연삭하고, 팁을 사용하여 그루브(groove)하는 과정을 거쳐 평균 두께 2 mm, 평균 직경 76.2 cm의 크기로 제조하였다.
상기 폴리우레탄 시트 및 스웨이드(기재층, 평균 두께: 1.1 mm)를 핫멜트 필름(제조사: SKC, 제품명: TF-00)을 이용하여 120℃에서 열 융착하여 연마 패드를 제조하였다.
말단에 NCO 관능기를 가진 우레탄계 프리폴리머는 다음과 같이 제조하였다. 디이소시아네이트 성분 총 100 중량부 대비 톨루엔 디이소시아네이트 82중량부 및 디시클로헥실메탄 디이소시아네이트 18중량부로 혼합하였다. 폴리올 성분 총 중량 100중량부 대비 PTMEG(분자량(MW) 1,000) 90중량부 및 DEG 10 중량부를 혼합하였다. 상기 디이소시아네이트 총량 100중량부 대비 상기 폴리올 총량을 145중량부로 각 혼합 원료를 준비하였다. 상기 각 혼합 원료를 4구 플라스크에 투입 후 80℃에서 반응시켜 우레탄기를 가진 예비 조성물을 제조하였다. 상시 예비 조성물 중의 이소시아네이트기(NCO기) 함량은 8.8 내지 9.4%로 제조하였다.
실시예 2 내지 4, 비교예 1 및 비교예 2
상기 금형 내 교반된 원료를 주입 시, 하기 표 1과 같이 가열 온도를 달리한 것을 제외하고 실시예 1과 동일하게 제조하였다.
실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 비교예 1 비교예 2
Prepolymer 말단 NCO 함량 8.8~9.4%
경화제
(중량부)		 25 26 24.5 23 23 25
주형 공정 온도 (℃) 80 80 80 100 80 130
(경화제 중량부는 우레탄계 프리폴리머 100 중량부 기준)
시험예
연마 패드의 물성 측정
(1) 경도
1) 상기 실시예 및 비교예에 따라 제조된 연마 패드의 Shore D 경도를 측정하였으며, 연마 패드를 2 cm Х 2 cm(두께: 2 mm)의 크기로 자른 후 온도 25 ℃ 및 습도 50±5 %의 환경에서 16 시간 정치하였다. 이후 경도계(D 형 경도계)를 사용하여 연마 패드의 경도를 측정하였다.
(2) 탄성 모듈러스
상기 실시예 및 비교예에 따라 제조된 연마 패드 각각에 대해, 만능시험계(UTM)를 사용하여 500 mm/분의 속도로 테스트하면서 파단 직전의 최고 강도 값을 취득한 후, 취득한 값을 통해 Strain-Stress 곡선의 20 내지 70% 영역에서의 기울기를 계산하였다.
(3) 신율
상기 실시예 및 비교예에 따라 제조된 연마 패드 각각에 대해, 만능시험계(UTM)를 사용하여 500 mm/분의 속도로 테스트하면서 파단 직전의 최대 변형량을 측정한 뒤, 최초 길이 대비 최대 변형량의 비율을 퍼센트(%)로 나타냈다.
(4) 디싱(Dishing) 측정
CMP 연마 장비를 사용하여, 도 2와 같은 패턴 웨이퍼(SKW 3-1, 패턴밀도 50%) 직경 300 mm의 실리콘 웨이퍼를 설치하였다. 이후 상기 연마패드를 붙인 정반 상에 실리콘 웨이퍼의 고밀도 플라즈마(HDP)막을 아래로 세팅하였다. 이후, 연마 하중이 4.0 psi가 되도록 조정하고 연마패드 상에 연마 슬러리(세리아 슬러리)를 300 ㎖/분의 속도로 투입하면서 정반을 87 rpm으로 60 초간 회전시켜 HDP 막을 연마하였다. 연마 후 실리콘 웨이퍼를 캐리어로부터 떼어내어, 회전식 탈수기(spin dryer)에 장착하고 정제수(DIW)로 세정한 후 공기로 15 초 동안 건조하였다. 건조된 실리콘 웨이퍼를 광간섭식 두께 측정 장치(제조사: Kyence 사, 모델명: SI-F80R)를 사용하여 연마 전후 두께 차이를 측정하였다.
본 연마에서 산화규소막의 단차가 1,200 내지 1,400 Å이고, 질화규소막의 단차가 1,000 Å로 초기 단차가 제거되었는지 확인한 후, 다시 동일한 연마 과정을 40초간 추가 진행(오버폴리싱)한 후 디싱 정도를 확인하였다.
상기 디싱(Å)은 질화규소막의 최대 높이에서 산화규소막의 최대 높이까지의 거리를 측정한 것이다.
상기 물성 측정 방법에 의해 실시예 및 비교예의 연마 패드에 대한 물성 및 상기 연마패드를 이용한 연마 공정의 진행 후, 디싱(Dishing)을 측정하였으며, 그 결과는 하기 표 2와 같다.
실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 비교예 1 비교예 2
경도
(H, shore D)		 57.7 56.2 56.9 57.5 56 56.2
모듈러스(M, N/㎟) 110.3 123.1 135.2 121.1 102.1 182.7
신율(E, %) 80.3 80.1 81.1 81.9 80.3 66.3
Dishing (Å) 15 31 24 -4 227 105
(0.8M + 0.2E)/100 1.043 1.145 1.244 1.133 0.977 1.594
(0.9M + 0.1H)/100 1.050 1.164 1.274 1.147 0.975 1.701
상기 표 2에서 나타낸 값에 따르면, 실시예 1 내지 4의 연마패드의 경우, 비교예에 비해 경도, 모듈러스 및 신율에서 일부 차이가 나타났다. 특히 연마패드의 물성 간의 관계에 따른 식에 따라 그 값을 확인한 결과, 본 발명의 실시예의 경우, 특정 범위 내로 값을 나타내는 것을 확인하였으며, 해당 범위 내 값을 나타내는 경우, 디싱 방지 효과가 우수함을 확인하였다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
110: 연마패드
120: 정반
130: 반도체 기판
140: 노즐
150: 연마 슬러리
160: 연마헤드
170: 컨디셔너

Claims (10)

  1. 연마층을 포함하고,
    하기 식 1에 따른 값이 1 내지 1.7인
    연마패드:
    [식 1]
    Figure pat00006

    여기서,
    M은 상기 연마층의 탄성 모듈러스(N/mm2)이고,
    E는 상기 연마층의 신율(%)이다.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 연마층은 하기 식 2에 따른 값이 1 내지 1.7인
    연마패드:
    [식 2]
    Figure pat00007

    여기서,
    M은 제1항과 같고,
    H는 상기 연마층의 연마면의 표면 경도이다.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 연마패드는 연마 공정에 의해 대상 막이 평탄도에서 벗어나는 정도를 측정한 디싱(Dishing)의 절대값이 1 내지 35Å인
    연마패드.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 연마층의 연마면은 25℃에서의 표면 경도가 45 내지 65 shore D인
    연마패드.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 연마층의 탄성 모듈러스(Modulus)가 80 내지 160 N/mm2인
    연마패드.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 연마층의 신율이 60 내지 140%인
    연마패드.
  7. ⅰ) 프리폴리머 조성물을 제조하는 단계;
    ⅱ) 상기 프리폴리머 조성물, 발포제 및 경화제를 포함하는 연마층 제조용 조성물을 제조하는 단계; 및
    ⅲ) 상기 연마층 제조용 조성물을 경화하여 연마층을 제조하는 단계;를 포함하며,
    상기 연마층은 하기 식 1에 따른 값이 1 내지 1.7인
    연마패드의 제조 방법:
    [식 1]
    Figure pat00008

    여기서,
    M은 상기 연마층의 탄성 모듈러스(N/mm2)이고,
    E는 상기 연마층의 신율(%)이다.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 ⅲ) 단계는 예열된 몰드에 연마층 제조용 조성물을 주입하고 경화하는 것이며,
    상기 몰드의 예열 온도는 60 내지 80℃인
    연마패드의 제조 방법.
  9. 1) 연마층을 포함하는 연마패드를 제공하는 단계; 및
    2) 상기 연마층의 연마면에 반도체 기판의 피연마면이 맞닿도록 상대 회전시키면서 상기 반도체 기판을 연마시키는 단계;를 포함하고,
    상기 연마층은 하기 식 1에 따른 값이 1 내지 1.7인
    반도체 소자의 제조 방법:
    [식 1]
    Figure pat00009

    여기서,
    M은 상기 연마층의 탄성 모듈러스(N/mm2)이고,
    E는 상기 연마층의 신율(%)이다.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 연마층은 하기 식 2에 따른 값이 1 내지 1.7인
    반도체 소자의 제조 방법:
    [식 2]
    Figure pat00010

    여기서,
    M은 제9항과 같고,
    H는 상기 연마층의 연마면의 표면 경도이다.
KR1020200147984A 2020-11-06 2020-11-06 연마 패드, 연마 패드의 제조 방법 및 이를 이용한 반도체 소자의 제조 방법 KR102488115B1 (ko)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200147984A KR102488115B1 (ko) 2020-11-06 2020-11-06 연마 패드, 연마 패드의 제조 방법 및 이를 이용한 반도체 소자의 제조 방법
TW110141284A TWI796825B (zh) 2020-11-06 2021-11-05 拋光墊及其製備方法以及使用其的半導體器件的製造方法
CN202111303514.0A CN114434318A (zh) 2020-11-06 2021-11-05 抛光垫及其制备方法以及使用其的半导体器件的制造方法
US17/520,206 US11951591B2 (en) 2020-11-06 2021-11-05 Polishing pad, method for producing the same and method of fabricating semiconductor device using the same
JP2021181530A JP7437368B2 (ja) 2020-11-06 2021-11-05 研磨パッド、研磨パッドの製造方法及びそれを用いた半導体素子の製造方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200147984A KR102488115B1 (ko) 2020-11-06 2020-11-06 연마 패드, 연마 패드의 제조 방법 및 이를 이용한 반도체 소자의 제조 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20220061704A true KR20220061704A (ko) 2022-05-13
KR102488115B1 KR102488115B1 (ko) 2023-01-12

Family

ID=81583310

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020200147984A KR102488115B1 (ko) 2020-11-06 2020-11-06 연마 패드, 연마 패드의 제조 방법 및 이를 이용한 반도체 소자의 제조 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102488115B1 (ko)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20070034640A (ko) * 1998-12-25 2007-03-28 히다치 가세고교 가부시끼가이샤 Ｃｍｐ 연마제, ｃｍｐ 연마제용 첨가액 및 기판의 연마방법
KR20130035225A (ko) * 2011-09-29 2013-04-08 다우 글로벌 테크놀로지스 엘엘씨 아크릴레이트 폴리우레탄 화학기계 연마 층
JP2013239737A (ja) * 2000-05-27 2013-11-28 Rohm & Haas Electronic Materials Cmp Holdings Inc 化学機械平坦化用溝付き研磨パッド
KR101835087B1 (ko) * 2017-05-29 2018-03-06 에스케이씨 주식회사 다공성 폴리우레탄 연마패드 및 이를 사용하여 반도체 소자를 제조하는 방법
KR20190135449A (ko) * 2019-11-28 2019-12-06 에스케이씨 주식회사 다공성 연마 패드 및 이의 제조방법
JP2020105499A (ja) * 2018-12-26 2020-07-09 エスケイシー・カンパニー・リミテッドＳｋｃ Ｃｏ．， Ｌｔｄ． 研磨パッド用組成物、研磨パッドおよびその製造方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20070034640A (ko) * 1998-12-25 2007-03-28 히다치 가세고교 가부시끼가이샤 Ｃｍｐ 연마제, ｃｍｐ 연마제용 첨가액 및 기판의 연마방법
JP2013239737A (ja) * 2000-05-27 2013-11-28 Rohm & Haas Electronic Materials Cmp Holdings Inc 化学機械平坦化用溝付き研磨パッド
KR20130035225A (ko) * 2011-09-29 2013-04-08 다우 글로벌 테크놀로지스 엘엘씨 아크릴레이트 폴리우레탄 화학기계 연마 층
KR101835087B1 (ko) * 2017-05-29 2018-03-06 에스케이씨 주식회사 다공성 폴리우레탄 연마패드 및 이를 사용하여 반도체 소자를 제조하는 방법
JP2020105499A (ja) * 2018-12-26 2020-07-09 エスケイシー・カンパニー・リミテッドＳｋｃ Ｃｏ．， Ｌｔｄ． 研磨パッド用組成物、研磨パッドおよびその製造方法
KR20190135449A (ko) * 2019-11-28 2019-12-06 에스케이씨 주식회사 다공성 연마 패드 및 이의 제조방법

Also Published As

Publication number Publication date
KR102488115B1 (ko) 2023-01-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3974109B1 (en) Polishing pad, manufacturing method thereof and preparing method of semiconductor device using the same
KR102488115B1 (ko) 연마 패드, 연마 패드의 제조 방법 및 이를 이용한 반도체 소자의 제조 방법
KR102245260B1 (ko) 연마패드 및 이를 이용한 반도체 소자의 제조방법
KR102488112B1 (ko) 연마 패드, 연마 패드의 제조 방법 및 이를 이용한 반도체 소자의 제조 방법
KR102293781B1 (ko) 연마패드, 이의 제조방법 및 이를 이용한 반도체 소자의 제조방법
KR102421888B1 (ko) 연마 패드, 연마 패드의 제조 방법 및 이를 이용한 반도체 소자의 제조 방법
KR102512675B1 (ko) 연마 패드, 연마 패드의 제조 방법 및 이를 이용한 반도체 소자의 제조 방법
KR102497825B1 (ko) 연마 패드, 연마 패드의 제조 방법 및 이를 이용한 반도체 소자의 제조 방법
KR102420673B1 (ko) 연마 패드, 연마 패드의 제조 방법 및 이를 이용한 반도체 소자의 제조 방법
US11951591B2 (en) Polishing pad, method for producing the same and method of fabricating semiconductor device using the same
KR102423956B1 (ko) 연마 패드, 연마 패드의 제조 방법 및 이를 이용한 반도체 소자의 제조 방법
KR102502516B1 (ko) 연마 패드, 연마 패드의 제조 방법 및 이를 이용한 반도체 소자의 제조 방법
KR102421208B1 (ko) 연마 패드 및 이를 이용한 반도체 소자의 제조 방법
KR102446023B1 (ko) 조립식 연마 패드, 연마패드의 제조 방법 및 이를 이용한 반도체 소자의 제조 방법
KR102488101B1 (ko) 연마 패드, 연마 패드의 제조 방법 및 이를 이용한 반도체 소자의 제조 방법
KR102431390B1 (ko) 연마패드 및 이를 이용한 반도체 소자의 제조방법
KR20220045683A (ko) 연마패드 및 이를 이용한 반도체 소자의 제조방법
KR20220080238A (ko) 연마패드용 시트, 연마패드 및 반도체 소자의 제조방법

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant