KR101044279B1 - Ｃｍｐ 연마패드와 그의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 CMP 연마패드와 그의 제조방법에 관한 것으로서, 내부 또는 표면에 광흡수재가 분산되어 있고 레이저 빔을 광흡수재에 흡수시켜 홀을 형성시키는 방법으로 CMP 연마패드를 제조하며, 홀의 직경은 레이저 빔의 파장에 의하여 결정되는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 CMP 연마패드는 표면 또는 내부에 분산된 광흡수재에 레이저 빛을 흡수시킴으로써 홀을 형성하며, 광흡수재의 종류에 따라 다양한 파장대의 레이저 빔을 효과적으로 흡수할 수 있고, 이로써 원하는 직경의 홀을 CMP 연마패드에 형성할 수 있으므로 연마 특성이 뛰어난 CMP 연마패드를 저렴한 비용으로 제조할 수 있다.
Description
본 발명은 CMP 연마패드 및 그의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 CMP 공정의 안정성을 향상시키기 위하여 레이저 빔으로 표면에 홀을 형성한 CMP 연마패드와 그의 제조방법에 관한 것이다.
반도체는 실리콘과 같은 반도체 기판 위에 트랜지스터나 캐패시터와 같은 전자소자를 고밀도로 집적한 소자로 증착기술, 포토리소그라피기술 및 에칭기술 등을 이용하여 제조된다. 이와 같이 증착, 포토리소그라피 및 에칭 공정이 반복되면 기판에는 특정한 모양의 패턴이 형성되는데, 이러한 패턴의 형성이 층을 이루며 반복되면 상부에는 단차가 점차 심해지게 된다. 상부에 단차가 심해지면 이후의 포토리소그라피 공정에서 포토마스크 패턴의 초점이 흐려져 결과적으로 고정세의 패턴 형성이 어려워진다.
기판 위의 단차를 줄여 포토리소그라피의 해상도를 증가시킬 수 있는 기술 중 하나가 CMP(Chemical Mechanical Polishing) 공정이다. CMP 공정은 단차가 형성된 기판을 화학적 기계적으로 연마하여 기판의 상부를 평탄화하는 기술이다. 도 1 은 CMP 공정을 도식적으로 나타낸 것이다. 도 1을 참조하면, CMP 공정은 회전하는 CMP 연마패드(102)에 웨이퍼(103)가 접촉한 상태로 회전하며 웨이퍼(103)의 상부에 형성된 층이 폴리싱됨으로써 진행된다. CMP 연마패드(102)는 회전하는 평판테이블(101) 위에 결합되고, 웨이퍼(103)는 캐리어(104)에 의하여 CMP 연마패드(102)에 접촉한 상태로 회전한다. 이때, CMP 연마패드(102)의 상부에는 슬러리 공급노즐(105)로부터 슬러리(106)가 공급된다.
CMP 연마패드는 웨이퍼의 표면을 연마하는데 사용되는 소모품으로, CMP 공정의 진행에 없어서는 안 될 중요한 부품이다. 슬러리는 CMP 공정이 진행되는 동안 CMP 연마패드와 웨이퍼 표면 사이에 존재하며 웨이퍼의 표면을 화학적 기계적으로 연마하게 되고, 사용된 슬러리는 외부로 배출된다. 슬러리가 일정시간 동안 CMP 연마패드 위에 남기 위하여, CMP 연마패드는 슬러리를 저장할 수 있어야 한다. 이러한 CMP 연마패드의 슬러리 저장 기능은 연마패드에 형성된 기공(pore)이나 홀(hole)에 의하여 수행될 수 있다. 즉, CMP 연마패드에 형성된 기공이나 홀에 슬러리가 침투하여 장시간 효율적으로 반도체 표면을 연마하게 되는 것이다. CMP 연마패드가 슬러리의 유출을 최대한 억제하고 좋은 연마 효율을 내기 위해서는 기공이나 홀의 형상이 잘 제어되어야 하고, 연마패드의 경도와 같은 물성이 최적의 조건을 유지할 수 있어야 한다.
종래의 CMP 연마패드는 물리적인 방법이나 화학적인 방법에 의하여 연마패드 내부에 불규칙한 크기와 배열의 기공을 형성함으로써 제조되었다. 도 2는 종래의 방법에 의하여 제조된 CMP 연마패드의 단면구조를 도시한 것이다. 도 2를 참조하 면, 고분자 재질의 연마패드(102) 표면과 내부에 다양한 형태와 크기의 기공(102a)이 불규칙하게 흩어진 형태로 배열되어 있다.
CMP 연마패드에 기공이나 구멍을 형성하는 종래의 방법 중 물리적인 방법은 연마패드의 형성물질에 마이크로 크기의 물질을 섞는 것이다. 이 경우 동공이 있는 마이크로 크기의 물질들이 연마패드 제조 초기에 연마패드 재질과 잘 섞이도록 넣어야 한다. 그러나 물리적인 방법에서 마이크로 크기의 물질이 연마패드 재질과 초기에 균일하게 잘 섞이게 하는 것이 어렵고, 마이크로 크기 물질의 크기도 일정하지 않다. 일반적으로 물리적인 방법으로 형성된 평균 기공의 직경은 100 마이크로미터 정도인데 각 기공의 직경은 수십 마이크로미터에서 수백 마이크로미터에 이른다. 이것은 기공을 만드는 기술의 한계 때문에 일어나는 현상이다. 또한 연마패드의 제조 시에 중력에 의해 위치마다 분포도 달라져 균일한 성능의 연마패드를 제조하는 것을 어렵게 한다. CMP 연마패드에 형성되는 기공의 크기나 분포가 일정하지 않으면 웨이퍼를 초정밀도로 연마할 때 연마의 효율이 부위나 시간에 따라 달라지는 문제점을 보인다.
화학적 방법으로 CMP 연마패드에 기공을 형성하는 방법은 물이나, 기체 상태로 쉽게 변할 수 있는 액체를 폴리우레탄 용액에 함께 넣어 낮은 온도로 가열하면 액체가 기체로 변하면서 기공이 생기는 현상을 이용한다. 그러나 이렇게 기체를 이용하여 내부에 기공을 형성시키는 방법도 기공의 크기를 일정하게 유지하는 것이 어려운 문제점을 가지고 있다. 따라서, CMP 연마패드에 형성되는 기공이나 홀의 형태를 일정하게 유지하고, 분포를 원하는 대로 조절할 수 있는 기술의 개발에 대한 필요성이 대두되고 있다.
따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 첫 번째 과제는 표면에 형성된 홀의 직경이 원하는 크기로 제어된 CMP 연마패드를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 두 번째 과제는 표면에 형성된 홀의 직경이 원하는 크기로 제어된 CMP 연마패드의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 상기 첫 번째 과제를 달성하기 위하여, 내부 또는 표면에 광흡수재가 분산되어 있고, 상기 광흡수재에 레이저 빔이 조사되어 적어도 일면에 복수개의 홀이 형성된 CMP 연마패드를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 복수개의 홀의 직경은 레이저 빔의 파장에 의하여 결정될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 홀의 직경은 레이저의 파장에 비례할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 상기 레이저 빔의 중심파장은 300 내지 20,000㎚의 범위에 있는 것이 바람직하다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 상기 복수개의 홀의 직경은 1 내지 200㎛인 것이 바람직하다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 상기 광흡수재는 300 내지 15,000㎚ 파 장대에서 광을 흡수하는 것이 바람직하다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 상기 광흡수재는 시아닌(cyanine)계 염료, 디티올렌(dithiolene)계 염료, 디이모늄(diimmonium)계 염료, 퀴논(quinone)계 염료 및 로다민(rhodamine)계 염료, 빅토리아(victoria)계 염료, 메틸렌(methylene)계 염료, 브릴리언트(brilliant)계 염료, 나프탈렌(naphthalene)계 염료, 레피드-필터 겔브(repid-filter gelb), 에크트블로(echtblau), 피나올톨(pinaorthol) 염료, 피리리움(pyrylium)계 염료, 티오닌(thionin)계 염료, 닐 블루(nile blue)계 염료, 크레실(cresyl)계 염료, 옥사진(oxazine)계 염료, 레소루핀(resorufin)계 염료, 레사주린(resazurin계 염료, 피로닌(pyronin)계 염료, 아트리딘(acridine)계 염료 및 키톤(kiton)계 염료로 구성된 군에서 선택된 적어도 하나일 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 연마패드의 표면에 광흡수재층이 형성되어 있고, 상기 광흡수재층에 레이저 빔이 조사됨으로써 상기 광흡수재층을 관통하여 연마패드의 소정의 깊이까지 복수개의 홀이 형성된 CMP 연마패드를 제공한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 상기 광흡수재층은 연마패드 표면에 광흡수재를 도포하거나, 광흡수재가 분산된 필름을 연마패드의 표면에 결합하여 형성될 수 있다.
본 발명은 상기 두 번째 과제를 달성하기 위하여, CMP 연마패드에 형성될 홀의 직경을 결정하는 단계와, 상기 결정된 홀의 직경에 따라 사용될 레이저의 종류를 결정하는 단계와, 상기 결정된 레이저의 종류에 따라 광흡수재의 종류를 결정하 는 단계와, 상기 결정된 광흡수재를 CMP 연마패드에 분산시키는 단계와, 상기 레이저의 빔을 광흡수재가 분산된 CMP 연마패드에 조사하여 홀을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 CMP 연마패드의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 홀의 직경은 레이저의 파장에 비례할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 광흡수재는 시아닌(cyanine)계 염료, 디티올렌(dithiolene)계 염료, 디이모늄(diimmonium)계 염료, 퀴논(quinone)계 염료, 로다민(rhodamine)계 염료, 빅토리아(victoria)계 염료, 메틸렌(methylene)계 염료, 브릴리언트(brilliant)계 염료, 나프탈렌(naphthalene)계 염료, 레피드-필터 겔브(repid-filter gelb), 에크트블로(echtblau), 피나올톨(pinaorthol) 염료, 피리리움(pyrylium)계 염료, 티오닌(thionin)계 염료, 닐 블루(nile blue)계 염료, 크레실(cresyl)계 염료, 옥사진(oxazine)계 염료, 레소루핀(resorufin)계 염료, 레사주린(resazurin계 염료, 피로닌(pyronin)계 염료, 아트리딘(acridine)계 염료 및 키톤(kiton)계 염료로 구성된 군에서 선택된 적어도 하나일 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 상기 CMP 연마패드에 형성될 홀은 복수개이고, 상기 홀들의 분포형태 및 깊이는 연마패드의 위치를 변화시켜 조절할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 상기 CMP 연마패드에 형성될 홀은 복수개이고, 상기 홀들의 분포형태 및 깊이는 레이저의 위치를 변화시켜 조절할 수 있다.
본 발명의 CMP 연마패드는 표면 또는 내부에 특정 파장대의 광을 흡수하는 광흡수재가 분산되어 있어 레이저 빔을 이용한 홀의 형성이 가능하다. 따라서 형성하고자 하는 홀의 직경에 따라 레이저 빔의 파장과 이를 흡수하는 광흡수재를 선택함으로써 특정한 크기의 직경을 가지는 홀을 CMP 연마패드에 효과적으로 형성할 수 있다. 또한 레이저 빔을 이용하여 홀을 형성하므로 연마패드에 원하는 깊이와 분포로 홀을 형성할 수 있고, 연마대상물질의 종류나 슬러지의 성분에 따라 가장 효율적인 연마효율 및 공정안정성을 가지는 CMP 공정을 수행할 수 있다.
이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.
본 발명에 따른 CMP 연마패드는 내부 또는 표면에 광흡수재가 분산되어 있고, 상기 광흡수재에 레이저 빔이 조사되어 적어도 일면에 복수개의 홀이 형성된 것을 특징으로 한다.. 이때, 복수개의 홀은 레이저 빔에 의하여 형성되고 홀의 직경은 레이저 빔의 파장에 의하여 결정되는 것을 특징으로 한다.
레이저 빔을 이용하여 CMP 연마패드에 홀을 형성하면 홀의 직경을 일정하게 유지할 수 있다. CMP 연마패드에 일정한 직경으로 형성된 홀은 CMP 연마패드가 일정시간동안 슬러리를 함유하도록 하여 CMP 공정의 효율과 공정안정성을 높은 수준에서 확보할 수 있게 해준다. 레이저 빔을 이용한 홀의 형성은 CMP 연마패드가 흡수할 수 있는 파장대의 강한 레이저 빔을 연마패드에 조사하여 연마패드 재질을 부분적으로 용융시킴으로써 이루어진다.
CMP 연마패드에 형성된 홀의 분포와 깊이는 연마패드의 위치나 레이저의 위치를 제어하여 조절될 수 있다. 도 3은 레이저를 이용하여 CMP 연마패드에 원하는 분포와 깊이로 홀을 형성하는 방법을 도시한 것이다. 도 3을 참조하면, 연마패드에 형성될 홀의 분포 형태 및 깊이를 결정하고, 이를 프로그램화하여 CNC(Computer Numerical Control) 방법에 의하여 레이저 유닛 또는 CMP 연마패드에 결합된 위치이동기를 제어함으로써 홀의 분포와 형성 깊이를 제어한다. CMP 연마패드에 형성되는 홀의 분포는 레이저 유닛 또는 위치이동기의 수평방향 이동에 의하여 조절되고, 홀의 깊이는 레이저 빔의 세기나 빔의 노출시간 또는 수직방향 이동에 의하여 조절된다.
도 4는 레이저 빔을 이용하여 일정 깊이로 홀을 형성한 CMP 연마패드의 단면을 도시한 것이다. 도 4를 참조하면, CMP 연마패드의 상부면에는 일정한 직경을 가지는 홀이 일정한 깊이로 형성되어 있다. 도면에는 홀의 깊이가 모두 동일하고, 홀 간의 간격 또한 동일하도록 도시되었지만, 레이저 유닛 또는 위치이동기의 수평 및 수직이동 등을 조절하여 다양한 분포와 깊이로 CMP 연마패드에 홀을 형성하는 것이 가능하다.
레이저 빔으로 CMP 연마패드에 홀을 형성하는 경우, 레이저 빔의 파장대와 CMP 연마패드의 재질에 따라 일정한 제약이 따른다. 이 제약은 CMP 연마패드의 레이저 빔에 대한 흡수율이다. 일반적으로 CMP 연마패드는 폴리우레탄 계열의 고분자로 이루어져 있는데, 폴리우레탄 계열의 고분자는 원적외선 광에 대한 흡수율과 자외선 계열 광에 대한 흡수율이 크다. 폴리우레탄 계열의 고분자로 이루어진 CMP 연마패드에 홀을 형성하는 경우에, 파장이 10.64㎛인 이산화탄소 레이저 빔을 사용하면 이산화탄소 레이저 빔의 파장 때문에 홀의 직경을 100㎛ 이하로 조절하기 어렵다. CMP 연마패드에 형성되는 홀의 직경이 100㎛보다 크면 CMP 공정의 연마 효율이 낮아진다. 이산화탄소 레이저 빔 대신에 파장대가 짧은 자외선 레이저 빔을 이용하면 CMP 연마패드에 형성되는 홀의 직경을 수 ㎛ 대로 조절할 수 있는데, 수십 ㎛ 대의 크기로는 조절하기는 어렵다. CMP 패드에 형성되는 홀의 직경이 수 ㎛ 대로 작으면 단위 면적당 지나치게 많은 수의 홀을 형성하여야 하므로 공정시간이 오래 걸리고, 결과적으로 생산 효율이 낮아진다. 이와 같이 레이저 빔을 이용하여 CMP 연마패드에 홀을 형성하는 경우 조절이 가능한 홀의 직경 범위와 레이저 빔의 파장대는 상호 비례하는 관계에 있다. 따라서, 수십 ㎛ 대의 직경을 가지는 홀을 CMP 연마패드에 형성하기 위해서는 근적외선이나 가시광선 영역의 레이저를 이용할 수 있어야 하고, 이 경우 CMP 연마패드의 재질 또한 이러한 파장대의 광을 흡수할 수 있는 것으로 이루어져야 한다.
본 발명에서는 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 CMP 연마패드에 광흡수재를 분산시킨다. 홀을 형성하는데 사용하는 레이저 빔의 파장대에 따라 CMP 연마패드에 적절한 광흡수재를 분산시키면 형성되는 홀의 직경을 수 내지 수백 ㎛의 범위에서 자유롭게 조절할 수 있다. 즉, CMP 연마패드에 레이저 빔의 파장에 따른 광흡수재를 연마패드 표면 또는 내부에 분포시켜 근적외선에서 가시광선 영역대의 광 흡수율을 증가시킴으로써 보다 효율적으로 연마패드에 홀을 형성할 수 있게 하는 것이다.
도 5는 본 발명에 따라 CMP 연마패드에 분산되는 광흡수재를 선택하는 과정을 나타낸 것이다. 도 5를 참조하면, 먼저 CMP 공정의 종류 및 연마 대상물질의 종류에 따라 연마패드에 형성할 홀의 직경을 결정하고, 이어서 결정된 홀의 직경에 따라 적절한 레이저 빔의 파장대와 구체적인 레이저의 종류를 결정하며, 마지막으로 결정된 레이저 빔의 파장대에 따라 그 파장대의 광을 흡수할 수 있는 광흡수재를 결정한다. CMP 연마패드의 재질인 폴리우레탄 계열 고분자는 원적외선과 자외선에 대한 흡수율이 높은 편이나, 근적외선과 가시광선 영역의 광에 대한 흡수율은 그다지 높은 편이 아니므로, 근적외선과 가시광선 영역의 광을 흡수할 수 있는 광흡수재를 연마패드 표면 또는 내부에 분산시킬 필요가 있다. 가시광선 영역이나 근적외선 영역의 광을 발생시키는 레이저로는 GaAs 레이저(0.83㎛), Nd-YAG 레이저(1.06㎛) 또는 HF 레이저(2.8㎛)와 같은 종류의 레이저가 사용될 수 있고, 그 외에도 적절한 파장대의 광을 발생시킬 수 있는 다양한 종류의 레이저가 사용될 수 있다. 광흡수재는 레이저에서 발생되는 광의 파장대에 따라 선택되는 것이 바람직한데, 공지된 염료 또는 특정 파장대의 광을 흡수할 수 있다고 알려진 유기물 또는 무기물 등이 이용될 수 있다. 근적외선 파장대의 광을 흡수하는 광흡수재는 시아닌(cyanine)계열의 염료, 디티올렌(dithiolene)계열 염료 또는 퀴논(quinone)계 염료, 빅토리아(victoria)계 염료, 메틸렌(methylene)계 염료, 브릴리언트(brilliant)계 염료, 나프탈렌(naphthalene)계 염료, 레피드-필터 겔브(repid-filter gelb), 에크트블로(echtblau), 피나올톨(pinaorthol) 염료, 피리리움(pyrylium)계 염료, 티오닌(thionin)계 염료, 닐 블루(nile blue)계 염료, 크레 실(cresyl)계 염료, 옥사진(oxazine)계 염료, 레소루핀(resorufin)계 염료, 레사주린(resazurin계 염료, 피로닌(pyronin)계 염료, 아트리딘(acridine)계 염료 및 키톤(kiton)계 염료 등이 이용될 수 있다. 시아닌계열 염료로는 프탈로시아닌(phthalocyanine) 화합물, 나프탈로시아닌(naphthalocyanine) 화합물, 아미노기를 갖는 프탈로시아닌 화합물 또는 함불소 프탈로시아닌 화합물 등을 예로 들 수 있고, 디티올렌계열 염료로는 비스(디티오벤질)니켈 착체 화합물, 비스(1,2-아세나프틸렌 디티오라이트)니켈 착체 화합물, 4-tert-부틸-1,2-벤젠 디티올 니켈 착체 또는 알콕시기를 갖는 비스(디티오벤질)니켈 착체 화합물 등을 예로 들 수 있다. 상기에서 몇 가지 계열의 염료에 대한 예시를 들었지만, 그 외에도 다양한 종류의 염료가 사용될 수 있고, 0.95 내지 1.1㎛ 파장대의 광을 흡수하는 디이모늄(diimmonium)계 염료 또한 본 발명에서 광흡수재로 사용될 수 있다. 가시광선 파장대의 광을 흡수하는 광흡수재로는 0.532㎛ 파장대의 녹색광을 흡수하는 로다민(rhodamine)계 염료 등과 같이 다양한 종류의 물질이 사용될 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 광흡수재가 내부에 분산된 CMP 연마패드의 단면을 도시한 것이다. 도 6을 참조하면, 광흡수재는 (a)와 같이 연마패드 내부에 혼용되어 분산된 형태일 수도 있고, (b)와 같이 입자의 형태로 균일하게 내부에 분산된 형태일 수도 있다. (a)와 같이 광흡수재가 연마패드를 이루는 물질에 혼용되기 위해서는 폴리우레탄 계열의 고분자와 상용성(miscibility)이 좋은 물질이 선택되어야 한다. 또한 (b)와 같이 광흡수재가 폴리우레탄계열의 고분자에 입자 형태로 분산되는 경우는 광흡수재가 최대한 균일하게 분산되어야 홀의 직경이 깊이 방 향으로 일정하게 유지될 수 있다. 입자 형태의 광흡수재는 레이저 빔의 의하여 스스로 용융되거나, 용융되지 않더라도 주변에 열을 전달하여 폴리우레탄계열의 고분자가 용융되도록 하며, 입자의 크기는 레이저 빔 직경의 1/10 이하의 크기로 제어되는 것이 바람직하다.
본 발명에서 광흡수재는 CMP 연마패드의 표면에 분산될 수도 있다. 광흡수재가 연마패드의 내부에 분산된 경우는 광흡수재가 연마패드를 이루는 폴리우레탄계 고분자 등에 상용되거나 입자 형태로 내부에 균일하게 분산된 경우를 의미하는 반면에, 광흡수재가 연마패드의 표면에 분산된 경우는 입자 형태의 광흡수재가 연마패드의 표면에 주로 분포하도록 분산된 경우이거나, 연마패드의 표면에 도포된 경우를 의미한다. 입자 형태의 광흡수재가 연마패드의 표면에 주로 분포한 경우는 연마패드의 제조과정에서 입자 형태의 광흡수재가 중력에 의하여 바닥면에 더 많이 분포된 경우를 가정할 수 있고, 연마패드에 형성되는 홀의 깊이가 그다지 깊지 않은 경우에 유리하게 적용될 수 있다. 또한 광흡수재가 연마패드의 표면에 도포된 경우는 연마패드의 재질과 상용성이 적은 광흡수재를 연마패드에 분산시키는데 유리한 방법이 될 수 있다.
본 발명에서 광흡수재는 CMP 연마패드의 표면 위에 별도의 층으로 형성될 수 있다. CMP 연마패드에 별도의 층으로 광흡수재를 형성하는 방법은 광흡수재를 연마패드 위에 도포하는 방법과 광흡수재를 포함하는 필름을 연마패드 위에 코팅하는 방법이 있다. 전자는 액상의 광흡수재를 스프레이법이나 스핀코팅법과 같은 방법을 사용하여 연마패드의 표면에 도포하거나, 고상의 광흡수재를 기상증착법으로 연마 패드의 표면에 도포하거나, 입자형태의 광흡수재를 고분자 수지 및 용매 등을 포함하는 도포물질에 첨가하여 연마패드의 표면에 도포하는 방법으로 수행될 수 있다. 후자의 방법은 필름의 내부에 광흡수재를 분산시킨 후 상기 필름을 연마패드의 표면에 코팅하거나, 필름 표면에 광흡수재를 도포한 후 필름을 연마패드 표면에 코팅하는 방법으로 수행될 수 있다. 이때, 필름은 고분자 수지로 이루어질 수 있으며, 필름을 연마패드에 코팅하는 방법에는 접착제가 이용되거나 열압착 등의 방법이 사용될 수 있다. CMP 연마패드의 표면 위에 별도의 층으로 광흡수재를 형성하는 경우, 연마패드에 조사되는 레이저 빛은 연마패드 위에 형성된 광흡수재에 먼저 흡수되어 광흡수재를 관통하여 연마패드의 일정 깊이까지 홀이 형성될 수 있다. 이와 같이 CMP 연마패드의 표면 위에 별도의 층으로 광흡수재를 형성하면, CMP 연마패드의 내부 물성을 변화시키지 않으면서 광흡수도를 증가시킬 수 있는 효과를 가질 수 있다.
도 7은 광흡수재가 CMP 연마패드의 표면 위에 별도의 층으로 형성된 CMP 연마패드의 단면을 도시한 것이다. 도 7을 참조하면, CMP 연마패드(301) 위에 광흡수재층(302)이 별도의 층을 이루며 형성되어 있다. 도면에 표시된 광흡수재층의 두께는 연마패드와의 구분을 위하여 과장되어 두껍게 표시된 것이다. 광흡수재층(302)이 필름 형태로 이루어진 경우에는 광흡수재층(302)과 연마패드(301) 사이에 접착제층(미도시)이 형성되어 있을 수 있다.
도 8은 본 발명에 따라 광흡수재가 포함된 CMP 연마패드에 홀을 형성한 단면을 도시한 것이다. 도 8을 참조하면, CMP 연마패드에 직경 70 ㎛의 홀이 2,000 ㎛ 의 깊이로 형성되어 있는 것을 알 수 있다. 따라서, 광흡수재를 연마패드의 내부에 분산시키면 광흡수재의 분산없이는 형성하기 어려웠던 직경의 홀을 CMP 연마패드에 효과적으로 형성할 수 있음을 알 수 있다.
CMP 연마패드에 형성되는 홀의 직경은 CMP 공정의 종류와 연마대상 물질의 종류에 따라 다양하게 조절될 수 있다. CMP 연마패드에 형성되는 홀의 직경은 1 내지 200㎛의 크기를 가지는 것이 바람직한데, 홀의 직경이 1㎛ 미만이면 하나의 연마패드에 형성되어야 할 홀의 개수가 지나치게 많아서 연마패드의 제조효율이 낮아지고, 200㎛를 초과하면 슬러리가 효과적으로 연마패드에 저장되기 어렵다. 홀을 형성하는데 사용되는 레이저빔의 파장대는 300 내지 20,000㎚인 것이 바람직하고, 연마패드에 분산되는 광흡수재는 300 내지 15,000㎚ 파장대의 광을 흡수하는 물질로 이루어지는 것이 바람직하다. 상기 레이저 빔의 파장대는 CMP 연마패드에 형성되는 홀의 직경을 고려한 범위의 수치이고, 광흡수재의 흡수 파장대는 폴리우레탄계 고분자의 광흡수대역에서 부족한 부분을 보충하기 위한 것이다.
레이저 빔을 이용하여 CMP 연마패드에 홀을 형성할 때, 홀의 분포는 다양한 방법으로 이루어질 수 있다. 홀 배열 형태는 규칙적 배열, 마구잡이 배열, 카오스적 배열 및 프랙탈적 배열 중 어느 하나이거나, 이들의 조합으로 이루어질 수 있다. 상기 홀의 배열은 CMP 연마대상 물질, 슬러리의 종류 또는 웨이퍼의 크기 등을 고려하여 다양하게 선택될 수 있다. 예를 들어 CMP 연마패드에 형성되는 홀의 분포는 중심부에는 홀의 개수가 많고, 주변부로 갈수록 홀의 개수가 적어지거나, 이와는 반대로 CMP 연마패드의 중심부에는 홀의 개수가 적고, 주변부로 갈수록 홀의 개 수가 많아질 수 있다. 전자의 경우는 CMP 연마패드의 경도가 중심부에서 낮고, 슬러리의 공급액 또한 중심부에 집중되는 효과를 가질 수 있고, 후자의 경우에는 이와 반대의 효과를 가질 수 있는데, CMP 대상물질의 패턴 형태나 장비의 구조에 따라 이와 같이 다양하게 홀의 분포를 조절할 수 있다.
도 1은 CMP 공정을 도식적으로 나타낸 것이다.
도 2는 종래의 방법에 의하여 제조된 CMP 연마패드의 단면구조를 도시한 것이다.
도 3은 레이저를 이용하여 CMP 연마패드에 원하는 분포와 깊이로 홀을 형성하는 방법을 도시한 것이다.
도 4는 레이저 빔을 이용하여 일정 깊이로 홀을 형성한 CMP 연마패드의 단면을 도시한 것이다.
도 5는 본 발명에 따라 CMP 연마패드에 분산되는 광흡수재를 선택하는 과정을 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 광흡수재가 분산된 CMP 연마패드의 단면을 도시한 것이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따라 광흡수재가 분산된 CMP 연마패드의 단면을 도시한 것이다.
도 8은 본 발명에 따라 광흡수재가 포함된 CMP 연마패드에 홀을 형성한 단면을 도시한 것이다.
Claims (14)
- 내부 또는 표면에 광흡수재가 분산되어 있고,상기 광흡수재에 레이저 빔이 조사되어 적어도 일면에 복수개의 홀이 형성되어 있으며,상기 광흡수재는 근적외선 내지 가시광선 영역의 레이저 빔을 흡수하도록 선택된 것을 특징으로 하는 CMP 연마패드.
- 제1항에 있어서,상기 복수개의 홀의 직경은 레이저 빔의 파장에 의하여 결정되는 것을 특징으로 하는 CMP 연마패드.
- 제2항에 있어서,상기 홀의 직경은 레이저의 파장에 비례하는 것을 특징으로 하는 CMP 연마패드.
- 제1항에 있어서,상기 레이저 빔의 중심파장은 300 내지 20,000㎚의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 CMP 연마패드.
- 제1항에 있어서,상기 복수개의 홀의 직경은 1 내지 200㎛인 것을 특징으로 하는 CMP 연마패드.
- 제1항에 있어서,상기 광흡수재는 300 내지 15,000㎚ 파장대에서 광을 흡수하는 것을 특징으로 하는 CMP 연마패드.
- 제1항에 있어서,상기 광흡수재는 시아닌(cyanine)계 염료, 디티올렌(dithiolene)계 염료, 디이모늄(diimmonium)계 염료, 퀴논(quinone)계 염료, 로다민(rhodamine)계 염료, 빅토리아(victoria)계 염료, 메틸렌(methylene)계 염료, 브릴리언트(brilliant)계 염료, 나프탈렌(naphthalene)계 염료, 레피드-필터 겔브(repid-filter gelb), 에크트블로(echtblau), 피나올톨(pinaorthol) 염료, 피리리움(pyrylium)계 염료, 티오닌(thionin)계 염료, 닐 블루(nile blue)계 염료, 크레실(cresyl)계 염료, 옥사진(oxazine)계 염료, 레소루핀(resorufin)계 염료, 레사주린(resazurin계 염료, 피로닌(pyronin)계 염료, 아트리딘(acridine)계 염료 및 키톤(kiton)계 염료로 구성된 군에서 선택된 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 CMP 연마패드.
- 연마패드의 표면에 광흡수재층이 형성되어 있고,상기 광흡수재층에 레이저 빔이 조사됨으로써 상기 광흡수재층을 관통하여 연마패드의 소정의 깊이까지 복수개의 홀이 형성되며,상기 광흡수재층은 근적외선 내지 가시광선 영역의 레이저 빔을 흡수하는 것을 특징으로 하는 CMP 연마패드.
- 제8항에 있어서,상기 광흡수재층은 연마패드 표면에 광흡수재를 도포하거나, 광흡수재가 분산된 필름을 연마패드의 표면에 결합하여 형성된 것을 특징으로 하는 CMP 연마패드.
- CMP 연마패드에 형성할 홀의 직경을 결정하는 단계;상기 결정된 홀의 직경에 따라 사용될 레이저의 종류를 결정하는 단계;상기 결정된 레이저의 종류에 따라 근적외선 내지 가시광선 영역의 레이저 빔을 흡수하도록 광흡수재의 종류를 결정하는 단계;상기 결정된 광흡수재를 CMP 연마패드에 분산시키는 단계; 및상기 레이저의 빔을 광흡수재가 분산된 CMP 연마패드에 조사하여 홀을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 CMP 연마패드의 제조방법.
- 제10항에 있어서,상기 홀의 직경은 레이저의 파장에 비례하는 것을 특징으로 하는 CMP 연마패드의 제조방법.
- 제10항에 있어서,상기 광흡수재는 시아닌(cyanine)계 염료, 디티올렌(dithiolene)계 염료, 디이모늄(diimmonium)계 염료, 퀴논(quinone)계 염료, 로다민(rhodamine)계 염료, 빅토리아(victoria)계 염료, 메틸렌(methylene)계 염료, 브릴리언트(brilliant)계 염 료, 나프탈렌(naphthalene)계 염료, 레피드-필터 겔브(repid-filter gelb), 에크트블로(echtblau), 피나올톨(pinaorthol) 염료, 피리리움(pyrylium)계 염료, 티오닌(thionin)계 염료, 닐 블루(nile blue)계 염료, 크레실(cresyl)계 염료, 옥사진(oxazine)계 염료, 레소루핀(resorufin)계 염료, 레사주린(resazurin계 염료, 피로닌(pyronin)계 염료, 아트리딘(acridine)계 염료 및 키톤(kiton)계 염료로 구성된 군에서 선택된 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 CMP 연마패드의 제조방법.
- 제10항에 있어서,상기 CMP 연마패드에 형성될 홀은 복수개이고, 상기 홀들의 분포형태 및 깊이는 연마패드의 위치를 변화시켜 조절하는 것을 특징으로 하는 CMP 연마패드의 제조방법.
- 제10항에 있어서,상기 CMP 연마패드에 형성될 홀은 복수개이고, 상기 홀들의 분포형태 및 깊이는 레이저의 위치를 변화시켜 조절하는 것을 특징으로 하는 CMP 연마패드의 제조방법.
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