KR-20260061638-A - POLISHING PAD, PREPARATION METHOD THEREOF AND PREPARATION METHOD OF SEMICONDUCTOR DEVICE USING THE SAME

Abstract

본 발명의 구현예들에 따르면, 제 1 면 및 이면인 제 2 면을 포함하고 무발포 구조를 갖는 연마 층을 포함하며, 상기 연마 층은 상기 제 1 면에서 상기 제 2 면을 향하여 연장하며 상기 연마 층을 관통하지 않는 복수 개의 홀을 포함하며, 상기 복수 개의 홀 각각의 폭은 3 ㎛ 이하인, 연마패드가 제공된다.

Inventors

• 김경환
• 오신일
• 신유진
• 윤종욱
• 서장원

Assignees

• 엔펄스 주식회사

Dates

Publication Date

20260506

Application Date

20241028

Claims (20)

1. 제 1 면 및 이면인 제 2 면을 포함하고 무발포 구조를 갖는 연마 층을 포함하며, 상기 연마 층은 상기 제 1 면에서 상기 제 2 면을 향하여 연장하며 상기 연마 층을 관통하지 않는 복수 개의 홀을 포함하며, 상기 복수 개의 홀 각각의 폭은 3 ㎛ 이하인, 연마패드.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 복수 개의 홀은 상기 연마 층의 제 1 면의 전 영역에 분포하는, 연마패드.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 연마 층은 상기 홀을 포함하는 제 1 영역 및 상기 홀을 포함하지 않는 제 2 영역을 포함하는, 연마패드.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 연마 층의 제 1 면에서 관찰할 때, 상기 제 1 영역 및 상기 제 2 영역은 상기 연마 층의 중심으로부터 외곽을 향하여 동심원 형상을 갖는, 연마패드.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 제 1 영역 및 상기 제 2 영역은 상기 연마 층의 중심으로부터 외곽을 향하여 서로 교대로 반복적으로 배치되는, 연마패드.
6. 제 3 항에 있어서, 상기 연마 층의 제 1 면에서 관찰할 때, 상기 제 1 영역 및 상기 제 2 영역은 각각 상기 연마 층의 중심에서 외곽까지 연장하는 부채꼴 형상을 갖는, 연마패드.
7. 제 6 항에 있어서, 상기 제 1 영역 및 상기 제 2 영역은 상기 연마 층의 외곽 둘레를 따라 서로 교대로 반복적으로 배치되는, 연마패드.
8. 제 1 항에 있어서, 상기 복수 개의 홀 각각의 깊이는 100 ㎛ 내지 1,000 ㎛인, 연마패드.
9. 제 1 항에 있어서, 상기 복수 개의 홀 각각의 폭은 0.1 ㎛ 내지 3.0 ㎛인, 연마패드.
10. 제 1 항에 있어서, 상기 복수 개의 홀은 1.0 ㎛ 이하의 폭을 갖는 제 1 홀 및 1.0 ㎛ 초과의 폭을 갖는 제 2 홀을 포함하는, 연마패드.
11. 제 10 항에 있어서, 상기 제 1 홀에 대한 상기 제 2 홀의 개수의 비는 0.5 내지 2.0인, 연마패드.
12. 제 10 항에 있어서, 상기 연마 층의 제 1 면의 면적을 기준으로, 상기 제 1 홀의 개수는 5 개/324mm 2 내지 30 개/324mm 2 이며, 상기 제 2 홀의 개수는 5 개/324mm 2 내지 30 개/324mm 2 인, 연마패드.
13. 제 10 항에 있어서, 상기 연마 층의 제 1 면에서 관찰할 때, 상기 복수 개의 홀이 제 1 방향을 따라 배열되어 홀 그룹이 정의되며, 복수 개의 상기 홀 그룹이 상기 제 1 방향과 수직한 제 2 방향을 따라 배열되는, 연마패드.
14. 제 13 항에 있어서, 상기 홀 그룹은 상기 제 1 방향을 따라 서로 교대로 반복적으로 배치된 상기 제 1 홀 및 상기 제 2 홀을 포함하는, 연마패드.
15. 제 13 항에 있어서, 상기 제 1 홀 및 상기 제 2 홀은 상기 제 2 방향을 따라 서로 교대로 반복적으로 배치되는, 연마패드.
16. 제 1 항에 있어서, 상기 연마패드는 윈도우를 포함하지 않는, 연마패드.
17. 제 1 항에 있어서, 상기 연마패드는 상기 연마 층을 제외하고 다른 패드 층은 포함하지 않는, 연마패드.
18. 프리폴리머 및 경화제를 포함하며, 발포제를 포함하지 않는 원료 조성물로부터 연마층 용 시트를 제조하는 단계; 및 상기 연마층 용 시트의 일면 상에 레이저를 조사하여 상기 연마층 용 시트를 관통하지 않는 복수 개의 홀을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 복수 개의 홀 각각의 폭은 3 ㎛ 이하인, 연마패드의 제조방법.
19. 제 1 항에 따른 연마패드를 정반 상에 장착하는 단계; 연마 대상을 캐리어에 장착하는 단계; 상기 연마 층의 상기 제 1 면 및 상기 연마 대상의 피연마면이 서로 맞닿도록 배치하는 단계; 및 상기 정반 및 상기 캐리어를 각각 회전시키는 단계를 포함하는, 반도체 소자의 제조방법.
20. 제 19 항에 있어서, 상기 연마 층 중 상기 홀이 형성되지 않은 영역이 광 투과 영역으로 제공되며, 상기 광 투과 영역을 통해 반도체 기판의 두께를 검지하여 연마 공정의 종료 시점을 검출하는 단계를 더 포함하는, 반도체 소자의 제조방법.

Description

연마패드, 이의 제조방법 및 이를 이용한 반도체 소자의 제조방법{POLISHING PAD, PREPARATION METHOD THEREOF AND PREPARATION METHOD OF SEMICONDUCTOR DEVICE USING THE SAME} 본 발명은 연마패드, 이의 제조방법 및 이를 이용한 반도체 소자의 제조방법에 관한 것이다. 화학적 기계적 평탄화(Chemical Mechanical Planarization, CMP) 공정은 다양한 기술 분야에서 다양한 목적을 위해 수행될 수 있다. 예를 들어, CMP 공정은 반도체 소자, 전자부품, 광학부품 등에 사용되는 재료, 기판 등의 표면을 대상으로 평탄화, 응집된 물질의 제거, 결정 격자의 손상의 해소, 표면 결함 및 오염원의 제거 등을 위해 이용될 수 있다. CMP 공정에 있어서, 연마 대상의 표면을 연마하기 위하여 연마패드가 사용될 수 있다. 예를 들면, 반도체 제조 공정에 있어서, CMP 공정은 웨이퍼(wafer) 또는 다이(die)와 같은 반도체 기판을 헤드에 부착하고, 상기 반도체 기판을 정반(platen) 상에 배치된 연마패드의 표면에 접촉시킨 상태에서 상기 헤드 및 상기 정반을 상대 회전시켜 반도체 기판의 표면을 연마하는 공정이다. 종래의 연마패드는 슬러리의 유동을 지원하기 위해 중공체 또는 발포법을 통해 미세한 기공 또는 마이크로 셀(micro cell) 등이 연마층의 내부에 형성되었다. 한편, CMP 공정에서 연마 대상인 반도체 기판의 두께를 검지하고 이를 통해 CMP 공정의 종료 시점을 검출하는 것이 필요하다. 예를 들어, 반도체 기판의 두께 및 평탄성을 광 센서 등에서 조사된 레이저의 간섭계에 의해 발생된 반사빔을 통한 인-시츄(in-situ) 방식으로 반도체 기판의 평탄성 및 두께 등을 측정할 수 있다. 그러나, 연마층이 발포법 등을 통해 형성되는 경우, 다공성 구조 또는 발포체 구조로 인해 레이저 등의 광이 연마층을 투과할 수 없어 연마층 내에 광 투과성을 갖는 윈도우(window)가 삽입되어야 한다. 연마층 내에 윈도우가 삽입되는 경우, 윈도우가 삽입되는 부분을 통해 슬러리의 유출 등이 발생하거나 연마층의 내구성이 저하될 수 있으며, 나아가 윈도우와 연마층 사이의 물성 차이로 인해 연마 평탄도, 연마율 등의 연마 특성이 원하는 범위로 조절하기 어려워질 수 있으며 연마 대상의 가공 품질에 영향을 줄 수 있다. 따라서, 연마 특성을 원하는 수준으로 확보하면서도 CMP 공정 중에 반도체 기판의 두께, 연마량, 공정 종료 시점 등을 용이하게 검지할 수 있는 연마패드에 대한 연구가 필요하다. 도 1은 본 발명의 일부 구현예들에 따른 연마패드를 나타내는 개략적인 사시도이다. 도 2는 본 발명의 일부 구현예들에 따른 연마패드를 나타내는 개략적인 단면도이다. 도 3은 본 발명의 일부 구현예들에 따른 연마패드를 나타내는 개략적인 사시도이다. 도 4는 본 발명의 일부 구현예들에 따른 연마패드를 나타내는 개략적인 평면도이다. 도 5는 본 발명의 일부 구현예들에 따른 연마패드를 나타내는 개략적인 평면도이다. 도 6은 본 발명의 일부 구현예들에 따른 연마패드를 나타내는 개략적인 단면도이다. 도 7은 본 발명의 일부 구현예들에 따른 반도체 소자의 제조공정을 나타내는 개략적인 공정도이다. 도 8은 본 발명의 일부 구현예들에 따른 반도체 소자의 제조공정을 나타내는 개략적인 공정도이다. 도 9a 및 도 9b는 각각 비교예 1의 연마패드의 연마 층 내에 삽입된 윈도우의 사진 이미지이다. 이하, 다양한 구현예를 통해 본 발명을 상세하게 설명한다. 구현예는 이하에서 개시된 내용에 한정되는 것이 아니라 발명의 요지가 변경되지 않는 한, 다양한 형태로 변형될 수 있다. 본 명세서에서 각 구성요소를 지칭하는 용어는 다른 구성요소들과 구별하기 위해 사용되는 것이며, 구현예를 한정하려는 의도로 사용되는 것은 아니다. 또한 본 명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에 있어서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 본 명세서에서 하나의 구성요소가 다른 구성요소의 상(on) 또는 하(under)에 배치 또는 형성되거나 서로 연결 또는 결합된다는 기재는, 이들 구성요소 간에 직접 또는 다른 구성요소를 개재하여 간접적으로 배치, 형성, 연결 또는 결합되는 것을 모두 포함한다. 또한 각 구성요소의 상/하에 대한 기준은 대상을 관찰하는 방향에 따라 달라질 수 있는 것으로 이해하여야 한다. 본 명세서에 기재된 구성요소의 물성 값, 치수 등을 나타내는 모든 수치 범위는 특별한 기재가 없는 한 모든 경우에 "약"이라는 용어로 수식되는 것으로 이해하여야 한다. 본 명세서에 기재되는 구성 요소의 크기, 물성 등을 한정하는 수치 범위에서, 상한 값만 한정된 수치 범위와 하한 값만 한정된 수치 범위가 별개로 예시되어 있을 경우에, 이들 상한 값과 하한 값이 조합된 수치 범위도 예시적 범위에 포함되는 것으로 이해하여야 한다. 본 명세서에서 "제1", "제2" 등의 용어는 다양한 구성 요소를 설명하기 위해 사용되는 것이고, 상기 구성 요소들은 상기 용어에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로 구별하는 목적으로 사용된다. 연마패드 본 발명의 구현예들에 따른 연마패드는 제 1 면 및 이면인 제 2 면을 포함하고 무발포 구조를 갖는 연마 층을 포함하며, 상기 연마 층은 상기 제 1 면에서 상기 제 2 면을 향하여 연장하며 상기 연마 층을 관통하지 않는 복수 개의 홀을 포함하며, 상기 복수 개의 홀 각각의 폭은 3 ㎛ 이하이다. 이하, 본 발명의 구현예들에 대해 도면을 참조로 설명한다. 그러나, 이는 본 발명의 바람직한 구현예들을 설명하기 위한 것이며, 본 발명이 도면에 도시된 구조, 구성요소, 형태, 배치관계 등으로 제한되는 것은 아니다. 도면에서의 각 구성요소들의 크기는 설명을 위하여 과장될 수 있으며, 실제로 적용되는 크기를 의미하는 것은 아니다. 도 1은 본 발명의 일부 구현예들에 따른 연마패드를 나타내는 개략적인 사시도이다. 도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 연마패드를 나타내는 개략적인 단면도이다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 연마패드(100)는 제 1 면(101) 및 제 2 면(102)을 갖는 연마 층(110)을 포함할 수 있다. 제 1 면(101) 및 제 2 면(102)은 연마 층(110)의 서로 마주하는 면일 수 있으며, 예를 들면, 제 1 면(101)은 연마 대상과 접촉하는 연마 면으로 제공되며, 제 2 면(102)은 상기 연마 면의 이면일 수 있다. 연마 층(110)은 무발포 구조를 가질 수 있다. 예를 들면, 연마 층(110)은 기공(pore)이나 마이크로 셀(micro cell) 등을 포함하지 않는 비다공성 물질로 구성될 수 있다. 종래의 연마패드는 일반적으로 중공법 또는 발포법 등을 통하여 형성되며, 이에 따라 연마패드의 내부에 기공이나 마이크로 셀이 형성될 수 있다. 연마패드가 기공 등을 포함하는 경우에 연마패드가 연성화될 수 있으면서 슬러리가 연마패드 표면에 수용될 수는 있으나, 다공성 구조 또는 발포 구조로 인해 레이저 등의 광이 연마패드를 투과하지 못하므로, 연마 공정 중 연마 대상의 두께나 연마 특성을 검출하기 위해서는 연마 층에 광 투과성 구조물인 윈도우가 삽입되어야 한다. 그러나, 윈도우가 연마 층 내에 삽입됨으로 인해 삽입된 부분에서 슬러리의 유출 등이 발생하거나 윈도우의 탈락, 박리 등으로 인해 연마 층의 내구성이 저하될 수 있으며, 연마 면에서 연마 층과 윈도우의 물성 차이로 인해 연마 특성 및 연마 품질이 달라질 수 있다. 본 발명의 구현예들에 따르면, 연마 층(110)이 무발포 구조를 가짐에 따라, 연마 층(110)이 레이저 등의 광에 대하여 높은 투과성을 가질 수 있다. 따라서, 연마 층(110)에 윈도우가 장착되지 않아도 인-시츄(in-situ) 방식 등으로 연마 대상의 두께 및 연마 평탄성 등을 검지하고 연마 공정의 종료 시점 등을 검출할 수 있다. 또한, 연마 층(110) 내에 윈도우가 삽입되지 않음에 따라, 윈도우의 삽입으로 인해 누수 및 슬러리 유출을 방지할 수 있으며, 연마 층(110)의 내구성이 향상될 수 있으며, 연마 영역에서 보다 균일한 연마 특성이 제공될 수 있다. 나아가, 연마 층(110)이 기공 등을 포함하지 않으므로 보다 높은 밀도 및 낮은 반복압축률을 가질 수 있으며, 단단한 물성을 가짐에 따라 연마 마모율이 감소할 수 있다. 일 구현예에서,　연마 층(110)은 약 2 mm의 두께에서 약 500 nm 내지 약 700 nm 파장 범위 내 하나의 파장을 갖는 광에 대하여 30% 내지 90%, 30% 내지 85%, 50% 내지 80%, 60% 내지 80%, 또는 65% 내지 75%의 광 투과율을 가질 수 있다. 또한, 연마 층(110)은 약 2 mm의 두께에서 1.40 내지 1.65, 1.45 내지 1.60, 또는 1.48 내지 1.58의 굴절률을 가질 수 있다. 연마 층(110)의 광 투과율 및 굴절률이 상기 범위 내임에 따라 연마 대상의 두께 및 연마 종점을 보다 정확하게 검출할 수 있다. 연마 층(110)이 무발포 구조를 가짐에 따라 향상된 광 투과성 및 상술한 범위의 굴절률을 가질 수 있다. 연마 층(110)의 제 1 면(101)에는 복수 개의 홀(112)이 형성될 수 있다. 구체적으로, 연마 층(110)은 제 1 면(101)에서 제 2 면(102)을 향하여 연장하며 상기 연마 층(110)을 관통하지 않는 복수 개의 홀(112)을 포함할 수 있다. 상기 복수 개의 홀(112) 각각은 소정의 폭(WH) 및 깊이(DH)를 가질 수 있다. 상기 폭(WH)은 제 1 면(101)에서 관찰할 때 측정된 홀(112)의 최장 너비 또는 직경일 수 있다. 상기 깊이(DH)는 제 1 면(101)으로부터 제 2 면(102)을 향한 홀(112)의 길이일 수 있다. 상기 복수 개의 홀(112) 각각의 폭(WH)은 3 ㎛ 이하일 수 있다. 연마 층(110)이 연마 면인 제 1 면