KR100642423B1 - 웨이퍼 연마패드 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 웨이퍼 연마패드 및 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로, 반도체 소자의 평탄화공정인 화학적 기계적 연마공정에서 사용되는 연마패드는 경도에 따른 연마압력의 차이에 의하여 웨이퍼의 균일성 및 평탄도에 큰 영향을 미치므로, 본 발명은 웨이퍼 내의 연마 압력분포의 변화가 많은 가장자리 부분의 패드지역에 기공형성을 달리하여 압축탄성변형을 최소화하고, 경도가 다른 패드를 동일 연마패드에 동시에 형성하므로 최적의 연마특성을 얻을 수 있는 웨이퍼 연마패드 제조방법을 제공한다.

웨이퍼 연마패드, 발포제

Description

웨이퍼 연마패드 및 그 제조방법{Wafer polishing pad and Method of manufacturing the same}

도 1은 종래 웨이퍼 연마공정을 도시한 단면도.

도 2는 종래 웨이퍼 연마공정 후 웨이퍼의 평면도.

도 3는 본 발명에 따른 패드 케이크를 형성하기 위한 틀의 평면도.

도 4는 본 발명에 따른 웨이퍼 연마 패드를 이용한 연마공정을 도시한 단면도.

〈도면의 주요 부분에 대한 부호 설명〉

1 및 30 : 웨이퍼 2 및 31 : 케리어 필름

3 및 32 : 리테이너 링 4 및 33 : 패드

100 : 패드 케이크를 형성하기 위한 틀

본 발명은 웨이퍼 연마패드 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히 화학적 기 계적 연마공정 패드의 탄성율 변형을 고려한 새로운 연마 패드 모듈을 디자인하여 탄성변형에 의한 압력 불균일로 초래되는 이상연마현상을 방지할 수 있는 웨이퍼 연마패드 및 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로, 연마공정은 유리나 실리콘 단결정의 연마에서부터 시작되었으며 반도체 소자와 같은 단차를 지니는 패턴에 연마공정을 적용하면서부터 고유의 연마기능을 지니면서 일정한 연마특성 확보와 표면 결함을 유발시키지 않는 연마패드(연마포)의 중요성이 부각되고 있으며 새로운 연마패드들이 계속 개발되고 있다.

반도체 소자의 전면 평탄화 공정에 채택되고 있는 화학적 기계적 연마(CMP) 패드는 슬러리에 의해 화학적으로 에칭된 막과의 반응 생성물을 제거하기 위해 단단하고 거친 표면을 지니며 표면에는 글루브(groove)라 불리우는 홈이 형성되어 있고 이들은 슬러리를 웨이퍼면 내로 이송하는 기능과 반응물을 제거하는 기능을 한다. 또한, 연마패드의 경도는 연마시 가해지는 연마압력에 따른 패드의 압축변형량(탄성변형)에 직접적으로 관계가 있어 연마 후 균일성 및 평탄도에 크게 영향을 미친다.

또한, 화학적 기계적 연마공정에 사용되는 연마 패드는 슬러리 성분에 의해 화학적으로 에칭된 연마대상막과의 반응 생성물을 쉽게 제거하기 위해 단단해야할 필요가 있는데, 대부분의 연마패드는 어느 정도 탄성을 지니는 경질의 폴리우레탄이나, 폴리우레탄이 섞인 폴리에스테르가 주성분으로 구성되고, 기공의 크기가 30 내지 100 ㎛ 정도인 다공성 발포체이다. 이러한 패드는 패드의 연마시 가해지는 연마압력에 의한 압축변형의 정도에 따라 압축변형율이 큰 연질 패드(soft pad)와 압 축변형율이 작은 경질 패드(hard pad)로 크게 나누어져 있으며 각각의 패드의 압축변형율 조절은 패드제작시 도입되는 발포특성에 따라 결정되며 대부분의 패드는 독립발포체 연마패드가 주이다. 현재 가장 널리 사용되는 패드는 경도가 다소 높은 폴리우레탄 재질의 IC1000 하부에 압축율이 높은 SubalⅤ를 겹친형태의 2중구조의 복합패드가 주종이다. 일반적으로 경질패드는 평탄화 능력이 뛰어난 반면 연마균일도 측면에서 불리한 것으로 알려져 있어 균일도 측면을 보강하기 위하여 하부에 압축율이 높은 패드를 사용한다.

종래 웨이퍼 연마방법을 도 1 및 2를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 1은 종래 웨이퍼 연마공정을 도시한 단면도로서, 케리어 필름(carrier film;2) 하부에 위치한 웨이퍼(1) 및 리테이너 링(retainer ring; 3) 및 패드(4)가 형성되어 있다.

상기에서, 패드(4) 연마시 웨이퍼(1) 위치에 따라 가해지는 압력분포가 달라 웨이퍼(1) 중심과 가장자리에 서로 다른 압력분포가 발생되는데(도표참조), 웨이퍼(1) 끝부분에서 10mm 정도 까지 이상연마 특성이 나타난다.

도 2는 종래 웨이퍼 연마공정 후 웨이퍼(1)의 평면도로서, 웨이퍼(1) 연마시 서로 다른 압력분포에 따라일정한 압력을 받는 부분(B)과 과도 압력을 받는 부분(A)으로 인하여 웨이퍼(1) 끝부분에 있는 다이(die; C)가 과도연마(Over-polishing)된다.

종래 상기한 웨이퍼(1)가 이상 연마되는 것을 최소화하기 위하여 경도가 다른 패드(4)를 선택하여 사용하는데, 경도가 높은 경질패드(Hard Pad)는 웨이퍼 내 부의 단차 개선 효과가 뛰어나 연마 후 평탄도를 향상시키는데는 우수하나 균일도 향상에는 단점이 있고, 경도가 낮은 연질패드(soft pad)는 웨이퍼 내의 평탄도 보다는 웨이퍼 전체를 고르게 연마할 수 있어 균일도의 개선효과가 우수하나 연마면의 패턴의 크기와 분포에 따라 연마 제거 속도의 편차가 발생하는 단점이 있다.

이와같이, 패드의 종류에 따라 연마특성이 각기 다르게 나타나 이를 보상하기 위하여 서로 다른 패드를 적층시킨 적층형 패드등이 사용되고 있지만 근본적인 연마압력분포에 의한 패드 압축변형에 의한 문제는 완전한 해결책이 되지 못하고 있는 실정이다.

따라서, 본 발명은 웨이퍼 연마시 패드가 받는 탄성 변형량을 최소화하여 연마특성을 향상시킬 수 있고, 생산공정의 안정화를 실현시킬 수 있는 웨이퍼 연마패드 및 그 제조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 웨이퍼 연마 패드는 동심원으로 내부 및 외부로 분리되되, 외부에는 발포제가 첨가되어 있고, 내부에는 발포제가 첨가되지 않도록 하여 내부 및 외부 각각의 기공율이 서로 다르게 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 웨이퍼 연마 패드 제조방법은 동심원으로 내부 및 외부가 분리된 패드 케이크를 형성하기 위한 틀을 제공하는 단계; 상기 외부에는 발포제를 첨가하지 않는 출발원료를 주입하고, 상기 내부에는 발포제가 첨가된 출발원료를 주입하여 포밍하는 단계; 교반 및 반응 공정을 실시한 후 상기 패드 케이크를 큐링하는 단계; 및 상기 패드 케이크를 컷팅하여 패드를 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

화학적 기계적 연마공정시 이용되는 본 발명에 따른 웨이퍼 연마 패드 제조방법은 폴리우레탄 또는 폴리우레탄이 함유된 폴리에스테르 물질로 이루어진 출발원료와 연마 패드내의 기공을 형성시키는 발포제를 혼합하는 포밍(forming)과정에서, 연마 패드 케이크를 형성하기 위한 틀을 동심원으로 이분화하여 발포제 함유를 서로 다르게 조정하여 서로 다른 기공율을 갖도록 형성한 후 반응시켜 패드 폼 케이크(Form cake)를 제작한다.

제작된 케이크를 큐링(curing)한 후 프러덕트 시트(product sheet)로 케이크를 컷팅(cutting)하여 패드를 형성한다.

그후, 컷팅된 패드에 홈(Groove)를 형성한 후 패드를 스페시픽 사이징( Specific sizing) 한다.

상기에서, 연마 패드 케이크를 형성하기 위한 틀을 분할하는 과정을 도 3을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 3는 본 발명에 따른 패드 케이크를 형성하기 위한 틀(100)의 평면도로서, 틀(100)의 끝 부분에서 10mm 두께로 동심원(101)으로 이분화하여 틀의 끝부분에서 10mm 까지의 동심원(101)에는 발포제를 첨가하지 않은 출발원료를 주입시키고, 나머지 부분은 발포제가 첨가된 출발원료의 혼합물을 넣어 혼합/주입/교반 반응시켜 각기 다른 기공율을 갖는 패드를 제작한다.

발포제로 황산나트륨(sodium lauryl sulfate)의 발포제를 0.0 내지 0.02 몰(mole)% 범위에서 첨가하고, 0.005몰% 간격으로 4가지 타입을 준비한다.

도 4는 본 발명에 따른 웨이퍼(30) 연마패드(33)를 이용한 연마공정을 도시한 단면도로서, 연마패드(33)의 끝부분에서 일정면적(10mm)이 경질 패드(34)가 형성되고, 나머지 부분은 연질 패드가 형성되도록 전체 패드를 분할하여 각기 다른 기공형성법으로 서로다른 기공율을 가지도록 제작함으로써 패드타입에 따른 연마특성을 확보하도록 한다.

본 발명은 웨이퍼 내의 연마 압력분포의 변화가 많은 가장자리 부분의 패드지역에 기공형성을 달리하여 압축탄성변형을 최소화하고, 경도가 다른 패드를 동일 연마패드에 동시에 형성하므로 최적의 연마특성을 얻을 수 있고, 결과적으로 생산 공정의 안정화를 이룰 수 있다.

Claims (9)

1. 웨이퍼 연마패드에 있어서,

   동심원으로 내부 및 외부로 분리되되, 외부에는 발포제가 첨가되어 있고, 내부에는 발포제가 첨가되지 않도록 하여 내부 및 외부 각각의 기공율이 서로 다르게 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마 패드.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 발포제로 황산나트륨(Sodium lauryl sulfate) 발포제인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마패드.
3. 제 1 또는 2 항에 있어서,

   상기 발포제인 황산나트륨의 첨가량은 0.0 내지 0.02몰% 범위에서 0.005몰% 간격으로 4가지 타입으로 형성하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마패드.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 연마패드의 외부의 두께는 10mm 인것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마패드.
5. 동심원으로 내부 및 외부가 분리된 패드 케이크를 형성하기 위한 틀을 제공하는 단계;

   상기 외부에는 발포제를 첨가하지 않는 출발원료를 주입하고, 상기 내부에는 발포제가 첨가된 출발원료를 주입하여 포밍하는 단계;

   교반 및 반응 공정을 실시한 후 상기 패드 케이크를 큐링하는 단계; 및

   상기 패드 케이크를 컷팅하여 패드를 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마패드 제조방법.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 출발원료는 폴리우레탄 또는 폴리우레탄이 함유된 폴리에스테르 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마패드 제조방법.
7. 제 5 항에 있어서,

   상기 발포제로 황산나트륨을 이용하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마패드 제조방법.
8. 제 5 항 및 7 항에 있어서,

   상기 발포제인 황산나트륨의 첨가량은 0.0 내지 0.02몰% 범위에서 0.005몰% 간격으로 4가지 타입으로 형성하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마패드 제조방법.
9. 제 5 항에 있어서,

   상기 패드 케이크를 형성하기 위한 틀의 외부의 두께는 10mm 인것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마패드 제조방법.

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