KR-20260060691-A - EVALUATION METHOD FOR POLISHING PAD

Abstract

연마패드 컨디셔닝 공정에서의 연마패드 평가방법에 있어서, 상기 연마패드 평가방법은 (1) 디스크와 연마패드를 서로 마주보도록 고정시키는 단계; (2) 상기 디스크와 연마패드를 상대 회전시키는 단계; (3) 초순수를 공급하는 단계; (4) 상기 디스크와 연마패드를 접촉시켜 연마패드의 표면을 연마하는 단계; (5) 상기 연마패드에서 발생한 불순물을 회수하는 단계; 및 (6) 상기 불순물을 분석하는 단계;를 포함하는 연마패드 평가방법에 관한 것이다. 상기 연마패드 평가방법은 연마패드 컨디셔닝 과정에서 간단하고 편리하게 연마패드의 연마성능을 추정할 수 있다.

Inventors

• 전은돈
• 서건식
• 추정선
• 임대현

Assignees

• 케이피엑스일렉트로켐 주식회사

Dates

Publication Date

20260506

Application Date

20241025

Claims (7)

1. (1) 디스크와 연마패드를 서로 마주보도록 고정시키는 단계; (2) 상기 디스크와 연마패드를 상대 회전시키는 단계; (3) 초순수를 공급하는 단계; (4) 상기 디스크와 연마패드를 접촉시켜 연마패드의 표면을 연마하는 단계; (5) 상기 연마패드에서 발생한 불순물을 회수하는 단계; 및 (6) 상기 불순물을 분석하는 단계;를 포함하는 연마패드 평가방법.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 연마패드 평가방법은 연마패드 컨디셔닝 공정 중에 수행되는 것을 특징으로 하는 연마패드 평가방법.
3. 청구항 1에 있어서, 상기 (3) 단계에서, 초순수의 온도는 40℃ 내지 70℃인 것을 특징으로 하는 연마패드 평가방법.
4. 청구항 1에 있어서, 상기 (6) 단계에서, 불순물의 평균 크기를 측정하는 것을 특징으로 하는 연마패드 평가방법.
5. 청구항 1에 있어서, 상기 (6) 단계에서, 불순물의 중위 크기를 측정하는 것을 특징으로 하는 연마패드 평가방법.
6. 청구항 4에 있어서, 상기 불순물의 평균 크기가 35.0㎛ 내지 60.0㎛인 경우 연마성능 합격품으로 판정하는 것을 특징으로 하는 연마패드 평가방법.
7. 청구항 5에 있어서, 상기 불순물의 중위 크기가 30.0㎛ 내지 50.0㎛인 경우 연마성능 합격품으로 판정하는 것을 특징으로 하는 연마패드 평가방법.

Description

연마패드 평가방법{EVALUATION METHOD FOR POLISHING PAD} 본 발명은 연마패드 평가방법에 관한 것이다. 구체적으로, 연마패드의 컨디셔닝 과정에서 연마패드로부터 발생한 불순물을 회수하고, 이를 분석하여 연마패드를 평가하는 방법에 관한 것이다. 반도체 기판의 재료로 이용되는 실리콘 웨이퍼의 제조방법은 일반적으로 단결정 실리콘 잉곳을 제조하는 공정, 단결정 실리콘 잉곳을 잘라 웨이퍼 형태로 만드는 슬라이싱(Slicing) 공정, 슬라이싱된 웨이퍼를 평탄화하는 랩핑(Lapping) 공정, 랩핑된 웨이퍼에 존재하는 가공 뒤틀림 등을 제거하는 식각 공정(Etching), 웨이퍼 표면을 경면화하는 연마(Polishing) 공정 및 연마된 웨이퍼의 불순물을 제거하는 세정 공정 등으로 이루어진다. 상기 공정 중 연마 공정은 웨이퍼 표면을 평탄화 하기 위한 화학적, 기계적 평탄화(Chemical Mechanical Polishing, 이하 CMP) 공정으로 이루어진다. 구체적으로, 상기 CMP 공정은 웨이퍼 표면과 연마패드가 접촉한 상태에서 연마 슬러리를 공급하고, 이를 웨이퍼 상에 균일하게 분산시켜 슬러리 내의 화학성분에 의한 웨이퍼 막질의 화학적 제거 작용과 더불어 슬러리 내의 연마입자에 의한 웨이퍼 막질의 물리적인 제거 작용이 동시에 진행되는 공정이다. 상기 CMP 공정에서 연마패드는 웨이퍼 표면과 직접 접촉하는 자재로, 일반적으로 폴리우레탄 계열로 이루어진다. 웨이퍼와 직접적으로 접촉하는 연마패드의 표면은 슬러리 유동을 담당하는 그루브(Groove)와 포어(Pore)를 포함한다. 특히, 포어의 크기, 분포도에 따라 슬러리의 유동량 및 이에 따른 연마품질이 달라지며, 일반적으로 포어의 크기가 작고, 분포도가 균일할수록 CMP 공정에 있어, 우수한 연마 특성이 구현된다. 다만, 고속으로 회전하는 연마패드는 웨이퍼와의 마찰에 의해 쉽게 마모되므로, 주기적으로 교체할 필요성이 있다. 이때, 새로운 연마패드를 이용하여 웨이퍼를 연마하기 이전에 우수한 연마 특성을 가지도록 연마패드의 포어를 가공하는 연마패드 컨디셔닝 공정이 필요하다. 다만, 기존의 연마패드 평가방법은 컨디셔닝 공정을 마친 연마패드의 연마성능 테스트를 위해 실제 웨이퍼를 사용하여 CMP 공정을 수행했다. 이러한 기존의 연마패드 평가방법은 평가과정에서 연마패드가 다시 마모되므로 연마패드의 수명이 단축되며, 평가를 위해 오랜 시간이 걸리는 문제점이 있었다. 따라서, 본 발명자는 연마패드를 컨디셔닝 하는 과정에서 연마패드에서 발생한 불순물을 분석하여, CMP 공정 전에 웨이퍼의 불량률을 평가하는 방법에 대한 지속적인 연구 끝에 본 발명을 완성하였다. 본 발명에 따라 제공되는 구체예는 하기의 설명에 의하여 모두 달성될 수 있다. 하기의 설명은 본 발명의 바람직한 구체예를 기술하는 것으로 이해되어야 하며, 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아님을 이해해야 한다. 본 명세서에 기재된 물성에 대하여, 측정 조건 및 방법이 구체적으로 기재되어 있지 않은 경우, 상기 물성은 해당 기술 분야에서 통상의 기술자에 의해 일반적으로 사용되는 측정 조건 및 방법에 따라 측정된다. 이하에서는 본 발명의 이해를 돕기 위해, 본 발명이 안출된 배경에 대해 설명하도록 한다. 종래의 연마패드 평가방법은 (1) 연마패드 표면을 젖은 상태(Wetting)로 만들고, 디스크를 활용해 표면 거칠기를 초기화 하는 단계, (2) 연마패드 표면 위에 슬러리를 공급하며 웨이퍼를 활용해 평탄화를 진행하는 단계, (3) 웨이퍼의 박막 변화량을 통해 연마패드의 성능을 확인하고, 웨이퍼의 표면 결함을 확인하는 단계, (4) 웨이퍼 표면 위에 발생한 이물질을 제거하는 단계 및 (5) 웨이퍼 전용 결함 분석 장치를 활용하여 결함을 분석하는 단계를 포함할 수 있다. 이와 같이, 종래의 연마패드 평가방법은 슬러리 및 세정 용액을 사용하므로 별도의 폐수 처리 과정이 필요했다. 또한, 종래의 연마패드 평가방법은 슬러리 내에 포함된 연마재에 의해 디스크의 수명이 감소하여, 연마패드 하나당 한 개의 디스크를 사용해야 하므로, 많은 비용이 소모되는 문제점이 있었다. 이러한 문제를 해소하기 위하여, 본 발명은 초순수를 공급하며 디스크로 연마패드의 표면을 연마하여 발생한 불순물을 회수한 후, 이를 분석하는 단계를 포함하는 연마패드 평가방법을 제공한다. 이를 통해, 본 발명은 별도의 폐수 처리 과정이 필요 없어 친환경적이며, 디스크의 교체주기를 늦춰 소모품 교체 비용을 줄일 수 있는 연마패드 평가방법을 제공할 수 있다. 또한, 본 발명은 CMP 공정 전 연마패드 컨디셔닝 과정에서 간단하고 편리하게 연마패드의 연마성능을 추정하여, 추후 CMP 공정에서의 웨이퍼 불량률을 간접적으로 예측할 수 있다. 이하, 본 발명의 연마패드 평가방법에 대해 구체적으로 설명한다. 본 발명에서는 CMP 공정 전 연마패드를 컨디셔닝(Conditioning) 하는 과정에서 연마패드에서 발생한 불순물의 여러 인자들을 측정 후 분석하여, 추후 CMP 공정에서 정상 제품 여부를 판단하는 간접적 인자로 판단하는 평가 방법을 제공한다. 본 발명의 일 구체예에 따르면, 연마패드 컨디셔닝 공정에서의 연마패드 평가방법에 있어서, 상기 연마패드 평가방법은 (1) 디스크와 연마패드를 서로 마주보도록 고정시키는 단계; (2) 상기 디스크와 연마패드를 상대 회전시키는 단계; (3) 초순수를 공급하는 단계; (4) 상기 디스크와 연마패드를 접촉시켜 연마패드의 표면을 연마하는 단계; (5) 상기 연마패드에서 발생한 불순물을 회수하는 단계; 및 (6) 상기 불순물을 분석하는 단계;를 포함한다. (1) 단계 본 발명의 일 구체예에 따르면, 연마패드 컨디셔닝 공정에서의 연마패드 평가방법에 있어서, 상기 연마패드 평가방법은 디스크와 연마패드를 서로 마주보도록 고정시키는 단계를 포함한다. 상기 연마패드는 폴리우레탄 예비중합체, 경화제 및 포어 형성제를 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 폴리우레탄 예비중합체는 톨루엔 디이소시아네이트, 4,4'-디페닐메탄 디이소시아네이트, 나프탈렌-1,5-디이소시아네이트, 톨루이딘 디이소시아네이트, 파라페닐렌 디이소시아네이트, 자일렌 디이소시아네이트, 이소포론 디이소시아네이트, 헥사메틸렌 디이소시아네이트, 4,4'-디사이클로헥실메탄 디이소시아네이트, 및 사이클로헥산디이소시아네이트 등으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 이소시아네이트 화합물; 및 폴리에테르 폴리올(예를 들어, 폴리(옥시테트라메틸렌)글리콜, 폴리(옥시프로필렌)글리콜, 폴리(옥시에틸렌)글리콜), 폴리카보네이트 폴리올, 폴리에스테르 폴리올, 및 폴리카프로락톤 폴리올 등으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 폴리올 화합물 성분을 포함하는 조성물의 중합반응을 이용해 제조할 수 있다. 그러나, 상기 이소시아네이트 화합물 및 폴리올 화합물이 상기 예시된 화합물로 한정되는 것은 아니며, 이 분야에 공지된 물질들이 제한없이 사용될 수 있다. 상기 이소시아네이트 화합물로는 톨루엔 디이소시아네이트(toluene diisocyanate, TDI), 4,4'-디페닐 메탄 디이소시아네이트(4,4'-diphenyl methane diisocyanate), 4,4'-디사이클로헥실메탄 디이소시아네이트(dicyclohexylmethane diisocyanate) 중 어느 하나가 사용될 수 있으며, 폴리올 화합물로는 폴리카프로락톤 폴리올, 폴리테트라메틸렌 에테르 글리콜(PTMEG), 폴리프로필렌 에테르 글리콜(PPG), 폴리에틸렌 에테르 글리콜(PEG) 중 어느 하나가 사용될 수 있다. 상기 폴리우레탄 예비중합체의 중량평균분자량은 500g/mol 내지 3000g/mol 또는 800g/mol 내지 2500g/mol일 수 있다. 상기 폴리우레탄 예비중합체는 이소시아네이트 화합물과 폴리올 화합물을 3:5 내지 5:7의 중량비로 포함할 수 있다. 상기 경화제는 4,4'-메틸렌-비스-(2-클로로아닐린)(MBOCA); 디에틸톨루엔디아민(DETDA); 3,5-디메틸티오-2,4-톨루엔디아민 및 이의 이성질체; 3,5-디에틸톨루엔-2,4-디아민 및 이의 이성질체;4,4'-비스-(sec-부틸아미노)-디페닐메탄; 1,4-비스-(sec-부틸아미노)-벤젠; 4,4'-메틸렌-비스-(2-클로로아닐린); 4,4'-메틸렌-비스-(3-클로로-2,6-디에틸아닐린)(MCDEA);폴리테트라메틸렌옥사이드-디-p-아미노벤조에이트; N,N'-디알킬디아미노 디페닐 메탄; p,p'-메틸렌 디아닐린(MDA); m-페닐렌디아민(MPDA); 4,4'-메틸렌-비스-(2,6-디에틸아닐린)(MDEA); 4,4'-메틸렌-비스-(2,3-디클로로아닐린)(MDCA); 4,4'-디아미노-3,3'-디에틸-5,5'-디메틸 디페닐메탄; 2,2',3,3'-테트라클로로 디아미노 디페닐메탄; 및 트리메틸렌 글리콜 디-p-아미노벤조에이트으로 등으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 경화제를 사용할 수 있다. 상기 포어 형성제는 휘발성 액상 발포제와 불활성 기체를 포함할 수 있다. 상기 휘발성 액상 발포제는 폴리우레탄 조성물 내에서 화학반응에 참여하지 않고, 일정량의 불활성 기체의 혼입상태에서 우레탄 반응열에 의한 기화에 의해 다량의 기포를 발생시키는 기능을 수행할 수 있다. 이를 위해, 상기 휘발성 액상 발포제는 50℃ 내지 170℃ 끓는점을 가지는 물질을 사용할 수 있다. 구체적으로, 상기 휘발성 액상 발포제로 탄화수소 화합물로서 메틸 셀로솔브(methyl cellosolve), 에틸 셀로솔브(ethyl cellosolve), 사이클로 헥사논(cyclohexanone) 등으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 탄화수소 화합물을 사용할 수 있으며, 퍼플루오로 화합물로서 비스(노나플루오로부틸)(트리플루오로메틸)아민(bis(nonafluorobutyl)(trifluoromethyl)amine) 및 퍼플루오로트리부틸아민(perfluorotributylamine), 퍼플루오로-N-메틸모르폴린(perfluoro-N-methylmorpholine), 퍼플루오로트리펜틸아민(perfluorotripentylamine) 및 퍼플루오로헥산(perfluorohexane) 등으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 퍼플루오로 화합물을 사용할