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KR20000049120A - 반도체 기판용 연마패드의 드레서, 그 제조방법 및 그것을 - Google Patents

반도체 기판용 연마패드의 드레서, 그 제조방법 및 그것을 Download PDF

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KR20000049120A
KR20000049120A KR1019990703204A KR19997003204A KR20000049120A KR 20000049120 A KR20000049120 A KR 20000049120A KR 1019990703204 A KR1019990703204 A KR 1019990703204A KR 19997003204 A KR19997003204 A KR 19997003204A KR 20000049120 A KR20000049120 A KR 20000049120A
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다무라모또노리
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아사무라 타카싯
신닛뽄세이테쯔 카부시키카이샤
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Abstract

반도체 기판용 연마패드의 연마표면에 슬라이딩 접촉시켜 연마패드의 컨디셔닝을 수행하기 위한 드레서에 있어서, 연마패드에 대향하는 표면을 갖는 지지부재와, 이 지지부재의 상기 표면을 피복하는 납합금재료층과, 이 납합금재료층에 분산하여 매몰, 지지되고, 그 각각의 일부가 상기 납합금재료층의 외부로 노출하고 있는 경질연마입자군을 포함하는 반도체 기판용 연마패드의 드레서. 각 경질연마입자와 상기 납합금의 접촉계면에서 경질연마입자의 표면이 금속탄화물층 및 금속질화물층 중 어느 한 층으로 피복되어 있다. 납합금으로는 Ag 계, Ag-Cu 계 등을 들 수 있다.

Description

반도체 기판용 연마패드의 드레서, 그 제조방법 및 그것을 사용한 화학적 기계적 연마방법{SEMICONDUCTOR SUBSTRATE POLISHING PAD DRESSER, METHOD OF MANUFACTURING THE SAME, AND CHEMICOMECHANICAL POLISHING METHOD USING THE SAME DRESSER}
웨이퍼의 폴리싱에 있어서는, 연마속도를 확보하면서 기계적 변형 등의 결함이 없는 연마법이 요구되는 종래의 기계적 연마법에서는 연마입자의 입경이나 연마하중을 크게함으로써 연마속도를 확보할 수 있다. 그러나, 연마에 의해 여러가지 결함이 생겨 연마속도의 확보와 피연마재를 결함없이 유지하는 일의 양립은 불가능하다. 그래서, 화학적이면서 기계적 평탄화 (CMP : Chemical Mechanical Planarization) 라고 불리는 연마법이 고안되었다. 이 방법은 기계적 연마작용에 화학적 연마작용을 중첩하여 작용시킴으로써, 연마속도의 확보와 피연마재를 결함없이 유지하는 일의 양립을 가능하게 한 것이다. CMP 는 연마속도의 확보와피연마재를 결함없이 유지하는 일의 양립이 필요한 실리콘 웨이퍼의 최종 폴리싱 공정에서 널리 사용되고 있다. 또한 최근에는 장치의 고집적화에 수반되어 집적회로를 제조하는 소정의 단계에서, 웨이퍼나 웨이퍼 표면에 도전체·유전체층이 형성된 반도체 기판의 표면을 연마하는 것이 필요해졌다. 반도체 기판은 연마되어 높은 융기나 거칠기 등의 표면결함이 제거된다. 통상 이 공정은 웨이퍼 위에 여러가지의 장치 및 집적회로를 형성하는 동안 이루어진다. 이 연마공정에서는 실리콘 웨이퍼의 최종 폴리싱 공정과 마찬가지로, 연마속도의 확보와 결함없이 유지하는 일의 양립이 필요하다. 화학 슬러리를 도입함으로써, 반도체 표면에 보다 큰 연마제거속도 및 결함이 없는 화학적 또한 기계적 평탄화가 이루어진다. 일반적으로 CMP 공정은 얇으면서 평탄한 반도체 재료를, 제어된 압력 및 온도하에서 촉촉한 연마표면에 대해 유지하면서 회전시키는 공정을 포함한다.
CMP 공정의 일례로서, 예컨대 5 내지 300 ㎚ 정도의 입경을 갖는 실리카입자를 가성소다, 암모니아 및 아민 등의 알칼리용액에 현탁시켜 pH 9 내지 12 정도로 만든 화학 슬러리와 폴리우레탄 수지 등으로 이루어지는 연마패드가 사용된다. 연마시에는 화학 슬러리를 흐르게 하면서 반도체 기판을 연마패드와 맞닿게 하여 상대회전시킴으로써 연마가 이루어진다. 그리고, 연마패드의 컨디셔닝법으로는 연마패드에 물 또는 화학 슬러리를 흐르게 하면서 다이아몬드 전착(電着) 연마재 또는 브러시 등을 사용한 브러싱에 의해 연마패드의 내부의 로딩, 이물질의 제거를 수행한다.
CMP 공정에서 사용되는 드레서는 절삭이나 연삭에서 사용되는 종래의 공구와는 다음의 점에서 본질적으로 차이가 있다. 절삭공구에서는 경질연마입자가 소량 탈락해도 연마입자 탈락후의 신생면에 다른 연마입자가 남아 있으면 절삭능력이 저하되지는 않는데 비해, CMP 드레서에서는 탈락한 연마입자가 연마패드나 반도체 기판표면을 손상시키기 때문에 연마입자의 소량의 탈락도 허용되지 않는다. 또한, 습식이고, 낮은 회전수로 사용되므로, 절삭공구에서 요구되는 내열성이나 극단적인 내마모성은 필요없다. 연마입자의 탈락이 문제가 되는 종래의 공구로서는 단일 입자가 비교적 큰 연마입자 (일반적으로는 직경 1 ㎜ 정도 이상) 를 금속지지재에 접합한 바이트가 있다. 그러나, CMP 공정에서 사용되는 드레서와는 다음의 점에서 본질적으로 차이가 있다. 종래의 바이트에서는 비교적 큰 연마입자 (일반적으로는 직경 1 ㎜ 정도 이상) 를 단일 입자로 접합하는데 비해, CMP 공정에서 사용되는 드레서는 비교적 작은 (직경 50 내지 300 ㎛) 연마입자를 단층의 면상으로 접합하고 있다. 또한 CMP 공정에서 사용되는 드레서는 습식으로 낮은 회전수로 사용되므로, 바이트에서 요구되는 내열성이나 극단적인 내마모성은 필요없다.
종래의 연마패드의 컨디셔닝법에서는 다이아몬드 입자를 니켈 전착한 연마재를 사용한 컨디셔닝을 수행하고 있다. 니켈의 전착은 비교적 용이하게 금속지지부재에 적용할 수 있으므로 널리 이용되어 왔다. 그러나, 다이아몬드와의 접합강도가 충분치 못하여 자주 다아아몬드 입자의 탈락이나 결손이 발생되기 때문에 연마패드나 반도체 기판을 손상시키는 원인이 된다. 따라서 다이아몬드 입자의 탈락이 없는 드레서가 요구되고 있다.
따라서, 본 발명은 연마패드의 컨디셔닝에 있어서, 스크래치 손상을 최소한으로 억제하여 수율을 높이고, 안정된 연마속도가 얻어지는 드레서를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 얕은 트랜치 격리(STI:Shallow Trench Isolation) 구조를 만들기 위해, CMP 연마나 층간절연막의 CMP 연마 등과 같이 특히 로딩으로 의한 연마속도의 저하가 문제가 되는 경우에는, 연마공정과 컨디셔닝공정이 별도인 경우에 비해 in situ 컨디셔닝이라고 불리는 연마하면서 동시에 컨디셔닝하는 방법이 효과적이다. 그러나, 한편으로 다이아몬드 탈락에 의한 스크래치 손상의 생성이 보다 현저해져서 다이아몬드 입자의 탈락이 없는 드레서에 의한 in situ 드레싱법의 확립이 요구되고 있다.
발명의 개시
이와 같은 기술적 배경하에서, 본 발명에 의하면 다음과 같은 반도체 기판용 연마패드의 드레서, 그 제조방법 및 이 드레서를 사용하는 웨이퍼의 화학적 기계적 연마방법이 제공된다.
본 발명에 따르면, 반도체 기판용 연마패드의 연마표면에 슬라이딩 접촉시켜 연마패드의 컨디셔닝을 수행하기 위한 드레서에 있어서, 연마패드에 대향하는 표면을 갖는 지지부재와, 이 지지부재의 상기 표면을 피복하는 납합금층과, 이 납합금층에 분산하여 매몰, 지지되고, 그 각각의 일부가 상기 납합금재료층의 외부로 노출하고 있는 경질연마입자군을 포함하고, 각 경질연마입자와 상기 납합금의 접촉계면에서 경질연마입자의 표면이 금속탄화물층 및 금속질화물층 중 어느 한 층으로 피복되어 있는 반도체 기판용 연마패드의 드레서가 제공된다.
상기 반도체 기판용 연마패드의 드레서는 다음과 같은 방법으로 제조될 수 있으며, 상기 방법은, 연마패드에 대향하는 표면을 갖는 지지부재, 활성금속을 함유하는 납합금재료, 및 경질연마입자로 이루어지는 분말을 준비하는 단계, 이 지지부재의 상기 표면을 따라 상기 납합금재료를 층상으로 형성하는 단계, 이 납합금재료층의 표면에 상기 경질연마입자 분말을 균일하게 분포시켜 배치하는 단계, 및 상기 납합금재료 및 상기 경질연마입자 분말이 적용된 상기 지지부재를 진공가열로중에 삽입하고 이 진공가열로의 배기를 수행하여 진공상태를 이루고, 로내 온도를 650 내지 1200 ℃ 의 범위로 상승시켜 소정시간 유지하고, 또한 용융한 상기 납합금중에 상기 경질연마입자를 부분적으로 집입시키고, 이어서 로내 온도를 실온까지 낮추는 단계를 포함한다.
또한, 반도체 기판용 연마패드의 드레서의 제조방법은, 연마패드에 대향하는 표면을 갖는 지지부재, 및 납합금재료를 준비하는 단계, 활성금속피막, 활성금속 탄화물피막 및 활성금속 질화물피막으로 이루어지는 군에서 선택된 어느 1 종의 피막이 각 입자표면에 부착된 경질연마입자로 이루어지는 분말을 준비하는 단계, 이 지지부재의 상기 표면을 따라 상기 납합금재료를 층상으로 형성하는 단계, 이 납합금재료층의 표면에 상기 경질연마입자 분말을 균일하게 분포시켜 배치하는 단계, 및 상기 납합금재료 및 상기 경질연마입자 분말이 적용된 상기 지지부재를 진공가열로중에 삽입하고 이 진공가열로의 배기를 수행하여 진공상태를 이루고, 로내 온도를 650 내지 1200 ℃ 의 범위로 상승시켜 소정시간 유지하고, 또한 용융한 상기 납합금중에 상기 경질연마입자를 부분적으로 진입시키고, 이어서 로내 온도를 실온까지 낮추는 단계를 포함한다.
납합금으로는 Ag 계, Ag-Cu 계 등을 들 수 있다. 바람직한 납합금의 융점은 650 내지 1200 ℃ 의 범위를 들 수 있다. 납합금재료의 형태로는 포일, 분말 등을 들 수 있다. 납합금중에 0.5 내지 20 wt% 의 활성금속, 특히 티탄, 크롬 및 지르코늄으로 이루어지는 군에서 선택된 1 종 이상이 함유되어 있는 경우에는 아무런 예비표면처리가 수행되지 않은 원료경질연마입자가 사용되는 경우가 많다. 납합금중에 활성금속이 함유되어 있지 않은 경우에는 원료경질연마입자에 예비표면처리를 수행해 둘 필요가 있다. 이 예비표면처리로서는 이온 플레이팅법, 진공증착법, 스퍼터링법, 혹은 CVD 법 등에 의해, 상기 활성금속으로 이루어지는 피막 또는 이 활성금속의 탄화물 또는 질화물로 이루어지는 피막을 원료경질연마입자의 표면에 형성하는 것이 바람직하다. 피막 두께의 바람직한 범위는 0.1 내지 10 ㎛ 이다. 경질연마입자로는 다이아몬드 입자, 입방정질화붕소 (BN) 입자, 탄화붕소 (B4C) 입자 또는 탄화규소 (SiC) 입자가 바람직하다. 입자의 바람직한 사이즈는 50 내지 300 ㎛ 의 범위이다. 또한 드레서에 부착되는 입자의 바람직한 평균입자간격은 입자 사이즈의 0.1 내지 10 배이고, 바람직하게는 0.3 내지 5 배이다.
또한, 상기 지지부재로는 내식성이 우수한 스테인레스강이 바람직하고, 특히 페라이트계 스테인레스강을 사용하면 자성을 이용한 드레서의 취급 (핸드링) 에 유리하다.
또한, 본 발명의 드레서에 의하면, 컨디셔닝 작업시에 경질연마입자의 탈락이 발생되기 힘들기 때문에, 웨이퍼 표면에 도전체층 및 유전체층으로 이루어지는 반도체 장치가 형성된 반도체 기판의 표면을 화학적 기계적 연마에 의해 평탄화하는 동안, 동시 병행작업으로서, 상기 드레서를 사용한 컨디셔닝 작업을 수행하여 연마패드의 로딩으로 인한 웨이퍼 연마속도의 저하를 효과적으로 억제할 수 있다.
본 발명은 반도체 기판의 평면화 연마공정에서 연마패드의 로딩이나 이물질을 제거할 때에 사용되는 드레서에 관한 것이다.
도 1 은 본 발명의 일실시형태에 관한 드레서의 모식적 단면도이다.
발명의 실시형태
본 발명에 의해 제조된 반도체 기판용 연마패드의 드레서는 경질연마입자의 탈락으로 인한 스크래치 손상을 최소한으로 억제할 수 있다. 그 결과, 가공정밀도가 높고, 수율이 높은 반도체 기판 및 반도체를 제조할 수 있게 된다.
다이아몬드 입자, 입방정 질화붕소 (BN) 입자, 탄화붕소 (B4C) 입자 또는 탄화규소 (SiC) 입자 등과 같은 경질연마입자와 납땜합금의 접합은, 경질연마입자와 납땜합금의 계면에 티탄, 크롬 또는 지르코늄 등과 같은 활성금속에서 선택된 1 종 이상의 금속의 탄화물층 또는 질화물층을 형성함으로써 현저하게 접합강도가 상승된다. 그리고, 계면의 금속탄화물층 또는 금속질화물층의 형성은 주사형 전자현미경에 부속된 에너지 분산형 X 선 분광법 및 ESCA (electron spectroscopy for chemical analysis) 를 사용하여 확인되었다. 본 발명자들은 납합금재료로서, 티탄, 크롬 또는 지르코늄 등과 같은 활성금속에서 선택된 1 종 이상을 0.5 내지 20 wt% 함유하는 합금재료를 사용함으로써, 경질연마입자와 납합금의 계면에 당해 금속의 탄화물층 또는 질화물층이 형성되는 것을 확인하였다. 또한, 경질연마입자로서, 티탄, 지르코늄 및 크롬 등과 같은 활성금속에서 선택된 1 종 이상으로 이루어지는 피막을 갖는 경질연마입자 또는 티탄, 지르코늄 및 크롬 등과 같은 활성금속의 탄화물 또는 질화물에서 선택된 1 종 이상으로 이루어지는 피막을 갖는 경질연마입자를 사용함으로써, 경질연마입자와 납합금의 계면에 금속탄화물층 또는 금속질화물층이 형성되는 것을 확인하였다.
납합금에 함유되는 티탄, 크롬 또는 지르코늄 등과 같은 활성금속에서 선택된 1 종 이상을 0.5 내지 20 wt% 로 하는 이유는 0.5 wt% 보다 적은 함유량으로는 경질연마입자 - 납합금재료의 계면에 당해 금속의 탄화물층 또는 질화물이 형성되지 않기 때문이고, 20 wt% 를 초과하여 첨가해도 접합강도를 한 층 더 향상시킬 수는 없기 때문이다.
납합금재료를 융점이 650 내지 1200 ℃ 인 합금으로 하는 이유는 융점이 650 ℃ 미만인 납합금으로는 충분한 접합강도를 얻을 수 없고, 1200 ℃ 를 초과하는 납땜온도에서는 경질연마입자 또는 지지부재의 열화가 발생하여 바람직하지 않기 때문이다. 납합금재료의 두께는 연마입자 입경의 0.2 내지 1.5 배의 두께가 적당하다. 너무 얇으면 연마입자와 납땜합금의 접합강도가 낮아지고, 너무 두꺼우면 납재와 지지부재가 박리되기 쉽다.
경질연마입자의 표면적의 40 % 이상은 납재로 피복되어 있을 필요가 있고, 표면적의 70 % 이상이 피복되어 있으면 바람직하다.
경질연마입자의 티탄, 크롬, 지르코늄 등과 같은 활성금속, 또는 활성금속의 탄화물, 또는 활성금속의 질화물 중에서 선택된 1 종 이상으로 이루어지는 피막의 두께에 대해서는, 계면에 금속탄화물층 또는 금속질화물층이 형성되기 위해서는 경질연마입자에는 두께 0.1 ㎛ 이상의 피복막이 필요하고, 계면에서의 금속탄화물층 또는 금속질화물층의 형성에 따른 접합강도향상은, 피복층의 두께가 10 ㎛ 이면 충분한 효과를 얻을 수 있으므로 0.1 ㎛ 이상, 10 ㎛ 이내로 한다.
경질연마입자의 직경은 50 ㎛ 이상 300 ㎛ 이하로 하는 것이 바람직하다. 50 ㎛ 미만인 경질연마입자로는 충분한 연마속도를 얻을 수 없으며, 50 내지 300 ㎛ 범위내이면 충분한 연마속도를 얻을 수 있다. 또한, 50 ㎛ 미만의 미립 경질연마입자는 응집되기 쉬운 경향이 있으며, 응집하여 클러스터를 형성하면 탈락하기 쉬어져서 스크래치 손상의 원인이 된다. 300 ㎛ 를 초과하는 조립 경질연마입자는 연마시의 응력집중이 커서 탈락하기 쉽다.
지지부재는 페라이트계 스테인레스강으로, 지지부재 한쪽면에만 경질연마입자가 납땜된 것이 바람직하다. 페라이트계 스테인레스강은 가공이 용이하다. 또한 한쪽면을 경질연마입자를 납땜하지 않는 면으로 함으로써, 예컨대 자석에 의한 착탈이 가능해져서 작업효율을 향상시키는 데 크게 기여할 수 있다.
본 발명의 드레서에 의하면 컨디셔닝 작업시에 경질연마입자의 탈락이 일어나기 어려우므로, 웨이퍼 표면에 도전체층 및 유전체층으로 이루어지는 반도체 장치가 형성된 반도체 기판의 표면을 화학적 기계적 연마에 의해 평탄화하는 동안, 동시 병행작업으로서, 상기 드레서를 사용한 컨디셔닝 작업을 수행하여 연마패드의 로딩으로 인한 웨이퍼 연마속도의 저하를 효과적으로 억제할 수 있다.
도 1 은 본 발명의 하나의 구체예에 관한 드레서를 모식적으로 나타내고 있다. 지지부재 (3) 의 표면을 납합금층 (2) 이 피복하고 있고, 이 납합금층 (2) 에 의해 경질연마입자 (1) 가 지지되어 있다. 각 입자 (1) 는 그 하부의 반이 납합금층 (2) 내에 매몰되어 지지되어 있다. 또한, 각 입자 (1) 와 납합금의 계면에는 금속탄화물층 또는 금속질화물층 (4) 이 존재하고, 이 계면층의 존재로 인해 입자 (1) 가 강고하게 납합금층 (2) 중에 지지된다.
예 1
본 발명의 드레서는 표 1 의 시료 (2) 에서 시료 (17) 까지 나타낸 바와 같은 입경의 다이아몬드, 입방정 질화붕소, 탄화붕소 및 탄화규소 등의 경질연마입자를 페라이트계 스테인레스로 제조된 기판에 표 1 에 기재된 납합금재료를 사용하여, 10－5Torr 의 진공중, 표 1 에 기재된 온도에서 30 분간 유지하고, 단층, 납땜함으로써 제조하였다. 얻어진 드레서를 사용하여 400 장의 반도체 웨이퍼의 연마실험을 수행하였다. 컨디셔닝은 1 회 연마할 때 마다 2 분간 수행하였다. 그 후, 400 장 연마후에 탈락한 경질연마입자에 의해 스크래치 손상이 발생된 웨이퍼 수를 조사하였다. 또한, 사용한 연마패드를 이용하여 2 시간 및 20 시간 연마후의 웨이퍼 연마속도를 조사하였다. 400 장의 웨이퍼의 연마에는 약 20 시간을 요한다. 결과를 표 1 에 도시하였다. 웨이퍼 표면 손상 및 연마입자의 입경은 전자현미경으로 관찰하였다.
본 발명에 의한 드레서는, 종래의 드레서에 비해 대폭 웨이퍼 표면의 스크래치 손상 발생이 저하되고, 연마속도의 저하도 개선되었다. 그러므로 높은 생산성과 높은 수율의 반도체 기판 제조를 실현할 수 있다.
예 2
이온 플레이팅법을 이용하여 평균입경 150 ㎛ 의 다이아몬드 입자 위, 및 입방정 질화붕소 입자 위에 두께 2 ㎛ 의 티탄과, 두께 2 ㎛ 의 크롬을 각각 피복한다. 그 티탄 피복 다이아몬드, 티탄 피복 입방정 질화붕소와 크롬 피복 다이아몬드, 크롬 피복 입방정 질화붕소를 사용하여, 10－5Torr 의 진공중, 850 ℃ 에서 납땜을 수행하여 4 종의 드레서를 제조한다.
상기 본 발명에 의한 4 종의 드레서 및 Ni 을 전착(電着)한 종래 드레서를 사용하여 400 장의 반도체 웨이퍼의 연마실험을 수행하였다. 컨디셔닝은 1 회 연마할 때 마다 2 분간 수행하였다. 그 후, 400 장 연마후에 탈락한 경질연마입자에 의한 스크래치 손상이 발생된 웨이퍼 수를 조사하였다. 또한, 5 시간 연마할 때 마다 웨이퍼 연마속도를 조사하였다. 400 장의 웨이퍼의 연마에는 약 20 시간을 요한다. 웨이퍼 표면 손상 및 연마입자의 입경은 전자현미경으로 관찰하였다.
본 발명에 의한 드레서는, 종래의 드레서에 비해 대폭 웨이퍼 표면의 스크래치 손상 발생이 저하되어, 스크래치 손상이 발생된 웨이퍼는 종래의 드레서에서는 9 장인데 비해 상기 2 종의 발명품에서는 0 장이었다. 또한 발명품에서, 400 장 연마후의 연마속도는 저하되지 않았다. 그러므로 높은 생산성과 높은 수율의 반도체 기판 제조를 실현할 수 있다.
예 3
이온 플레이팅법을 이용하여 평균입경 150 ㎛ 의 다이아몬드 입자 위, 및 입방정 질화붕소 입자 위에 두께 2 ㎛ 의 탄화티탄을 피복하였다. 그 탄화티탄 피복 다이아몬드 입자 및 탄화티탄 피복 입방정 질화붕소 입자를 사용하여, 10－5Torr 의 진공중, 850 ℃ 에서 납땜을 수행하여 2 종의 드레서를 제조하였다.
상기 본 발명예로서의 2 종의 드레서 및 Ni 를 전착한 종래 드레서를 사용하여 400 장의 반도체 웨이퍼의 연마실험을 수행하였다. 컨디셔닝은 1 회 연마할 때 마다 2 분간 수행하였다. 그 후, 400 장 연마후에 탈락한 경질연마입자에 의한 스크래치 손상이 발생된 웨이퍼 수를 조사하였다. 또한, 일정시간 연마후의 웨이퍼 연마속도를 조사하였다. 400 장의 웨이퍼의 연마에는 약 20 시간을 요한다. 웨이퍼 표면 손상 및 연마입자의 입경은 전자현미경으로 관찰하였다.
본 발명에 의한 드레서는, 종래의 드레서에 비해 대폭 웨이퍼 표면의 스크래치 손상 발생이 저하되어, 스크래치 손상이 발생된 웨이퍼는 종래의 드레서에서는 9 장인데 비해 발명품에서는 0 장이었다. 또한 발명품에서, 400 장 연마후의 연마속도는 저하되지 않았다. 그러므로 높은 생산성과 높은 수율의 반도체 기판 제조를 실현할 수 있다.
예 4
본 발명의 드레서는, 표 2 의 시료 (2) 에서 시료 (10) 까지 나타낸 바와 같은 입경의 연마입자를 페라이트계 스테인레스로 제조된 기판에 표 2 에 기재된 납땜금속을 사용하여, 10－5Torr 의 진공중, 표 2 에 기재된 온도에서 30 분간 유지하고, 단층, 납땜함으로써 제조하였다. 종래의 Ni 전착 드레서 및 본 발명의 드레서를 사용하여 400 장의 실리콘 웨이퍼의 연마실험을 수행하였다. 컨디셔닝은 10 회 연마할 때 마다 2 분간 수행하였다. 그 후, 400 장 연마후에 탈락한 경질연마입자에 의한 스크래치 손상이 발생된 웨이퍼 수를 조사하였다. 또한, 사용한 연마패드를 사용하여 3 시간 및 30 시간 연마후의 웨이퍼 연마속도를 조사하였다. 400 장의 웨이퍼의 연마에는 약 30 시간을 요한다. 결과를 표 2 에 도시하였다. 웨이퍼 표면 손상 및 연마입자의 입경은 전자현미경으로 관찰하였다.
본 발명에 의한 드레서는 종래의 드레서에 비해 대폭 웨이퍼 표면의 스크래치 손상 발생이 저하되고, 연마속도의 저하도 없었다. 그러므로 높은 생산성과 높은 수율의 실리콘 웨이퍼 제조를 실현할 수 있다.
예 5
본 발명의 드레서는, 평균입경 150 ㎛ 의 다이아몬드를 페라이트계 스테인레스로 제조된 기판에 Au-Cu-2wt% Ti 조성의 납합금재료를 사용하여, 10－5Torr 의 진공중, 850 ℃ 에서 30 분간 유지하고, 단층, 납땜함으로써 제조한다.
상기 본 발명에 의한 드레서 및 Ni 를 전착한 종래 드레서에 대해 400 장의 산화막 부착 반도체 웨이퍼의 연마실험을 수행하였다. 컨디셔닝은 1 회 연마할 때 마다 2 분간 연마하면서 in situ 로 수행하였다. 그 후, 400 장 연마후에 탈락한 다이아몬드 입자에 의한 스크래치 손상이 발생된 웨이퍼 수를 조사하였다. 또한, 사용한 연마패드를 이용하여 40 장 및 400 장 연마후의 웨이퍼 연마속도를 조사하였다. 웨이퍼 표면 손상 및 다이아몬드 입경은 전자현미경으로 관찰하였다.
본 발명에 의한 드레서는 종래의 드레서에 비해 대폭 웨이퍼 표면의 스크래치 손상 발생이 저하되어, 스크래치 손상이 발생된 웨이퍼는 종래의 드레서에서는 13 장인데 비해 상기 본 발명의 드레서는 0 장이었다. 또한 연마속도에 대해서는 발명품 드레서에서 400 장 연마후의 연마속도가 저하되지 않았다. 그러므로 높은 생산성과 높은 수율의 반도체 기판 제조를 실현하는 in situ 드레싱을 수행하는 CMP 연마기술이 가능해졌다.
드레서 No. 1 2 3 4 5 6
비교예 발명예 발명예 발명예 발명예 발명예
납합금재료(융점, ℃) Ni(1453) Ag-Cu-3wt%Zr(800) Ag-Cu-5wt%Cr(820) Ag-Cu-2wt%Ti(790) Ni-7wt%Cr-B-Si-Fe-C(1000) Ag-Cu-Ni-4wt%Ti(890)
연마입자의종류 다이아몬드 다이아몬드 다이아몬드 다이아몬드 다이아몬드 다이아몬드
연마입자의입경 (㎛) 130-170 150-210 140-170 150-190 130-160 250-300
납땜온도(℃) 전착 850 850 850 1050 950
400장 연마후손상발생웨이퍼수 9 0 0 0 0 0
2 시간후의연마속도(㎛/min) 0.15 0.15 0.15 0.15 0.15 0.15
20 시간후의연마속도(㎛/min) 0.14 0.15 0.15 0.15 0.15 0.15
표 1 에 계속
드레서 No. 7 8 9 10 11 12
발명예 발명예 발명예 발명예 발명예 발명예
납합금재료(융점, ℃) Ag-Cu-Sn-Ni-10wt%Zr(830) Ag-Cu-Sn-Ni-15wt%Ti(910) Ag-Cu-Li-2wt%Ti(790) Ag-Cu-Li-10wt%Cr(850) Ag-Cu-5wt%Cr(820) Ag-Cu-2wt%Ti(790)
연마입자의종류 다이아몬드 다이아몬드 다이아몬드 다이아몬드 입방정질화붕소 입방정질화붕소
연마입자의입경 (㎛) 130-170 60-90 200-300 140-180 130-170 150-180
납땜온도(℃) 850 950 850 900 850 850
400장 연마후손상발생웨이퍼수 0 0 0 0 0 0
2 시간후의연마속도(㎛/min) 0.15 0.15 0.15 0.15 0.15 0.15
20 시간후의연마속도(㎛/min) 0.15 0.15 0.15 0.15 0.15 0.15
표 1 에 계속
드레서 No. 13 14 15 16 17
발명예 발명예 발명예 발명예 발명예
납합금재료(융점, ℃) Ag-Cu-Li-2wt%Ti(790) Ag-Cu-3wt%Zr(800) Ag-Cu-Sn-Ni-15wt%Ti(910) Ni-B-Si-7wt%Cr-C-Fe(1000) Ag-Cu-Ni-4wt%Ti(890)
연마입자의종류 탄화붕소 입방정질화붕소 탄화규소 입방정질화붕소 탄화붕소
연마입자의입경 (㎛) 230-300 130-170 130-180 230-300 130-170
납땜온도(℃) 850 850 1000 1050 950
400장 연마후손상발생웨이퍼수 0 0 0 0 0
2 시간후의연마속도(㎛/min) 0.15 0.15 0.15 0.15 0.15
20 시간후의연마속도(㎛/min) 0.15 0.15 0.15 0.15 0.15
드레서 No. 1 2 3 4 5
비교예 발명예 발명예 발명예 발명예
납합금재료(융점, ℃) Ni(1453) Ag-Cu-3wt%Zr(800) Ag-Cu-5wt%Cr(820) Ag-Cu-2wt%Ti(790) Ni-7wt%Cr-B-Si-Fe-C(1000)
연마입자의종류 다이아몬드 다이아몬드 다이아몬드 다이아몬드 다이아몬드
연마입자의입경 (㎛) 130-170 150-210 140-170 150-190 130-160
납땜온도(℃) 전착 850 850 850 1050
400장 연마후손상발생웨이퍼수 4 0 0 0 0
3 시간후의연마속도(㎛/min) 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3
30 시간후의연마속도(㎛/min) 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3
표 2 에 계속
드레서 No. 6 7 8 9 10
발명예 발명예 발명예 발명예 발명예
납합금재료(융점, ℃) Ag-Cu-5wt%Cr(820) Ag-Cu-2wt%Ti(790) Ag-Cu-Li-2wt%Ti(790) Ag-Cu-3wt%Zr(800) Ag-Cu-Sn-Ni-15wt%Ti(910)
연마입자의종류 입방정질화붕소 입방정질화붕소 탄화붕소 입방정질화붕소 탄화규소
연마입자의입경 (㎛) 130-170 150-180 230-300 130-170 130-180
납땜온도(℃) 850 850 850 850 1000
400장 연마후손상발생웨이퍼수 0 0 0 0 0
3 시간후의연마속도(㎛/min) 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3
30 시간후의연마속도(㎛/min) 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3
본 발명의 드레서는 반도체 기판의 평탄화 연마에 사용되는 연마패드의 컨디셔닝, 즉 다수의 미세공을 갖는 연마패드의 구멍안으로 진입 퇴적된 이물질의 제거에 사용된다.

Claims (27)

  1. 반도체 기판용 연마패드의 연마표면에 슬라이딩 접촉시켜 연마패드의 컨디셔닝을 수행하기 위한 드레서에 있어서,
    연마패드에 대향하는 표면을 갖는 지지부재,
    상기 지지부재의 상기 표면을 피복하는 납합금층, 및
    상기 납합금층에 분산하여 매몰, 지지되고, 그 각각의 일부가 상기 납합금층의 외부로 노출하고 있는 경질연마입자군을 포함하고,
    상기 각 경질연마입자와 상기 납합금의 접촉계면에서 상기 경질연마입자의 표면이 금속탄화물층 및 금속질화물층 중 어느 한 층으로 피복되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 기판용 연마패드의 드레서.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 납합금의 융점이 650 내지 1200 ℃ 인 것을 특징으로 하는 드레서.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 납합금이 활성금속을 0.5 내지 20 wt% 함유하고 있는 것을 특징으로 하는 드레서.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 활성금속이 티탄, 크롬 및 지르코늄으로 이루어지는 군에서 선택된 1 종 이상인 것을 특징으로 하는 드레서.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 경질연마입자가 다이아몬드 입자인 것을 특징으로 하는 드레서.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 경질연마입자가 입방정 질화붕소 (BN) 입자인 것을 특징으로 하는 드레서.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 경질연마입자가 탄화규소 (SiC) 입자인 것을 특징으로 하는 드레서.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 경질연마입자의 표면을 피복하는 금속탄화물층 및 금속질화물층 중 어느 한 층은, 상기 납합금과 접촉하기 전의 원재료로서의 경질연마입자를 미리 피복한 금속의 반응생성물인 것을 특징으로 하는 드레서.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 경질연마입자를 미리 피복한 금속이 활성금속인 것을 특징으로 하는 드레서.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 활성금속이 티탄, 크롬 및 지르코늄으로 이루어진 군에서 선택된 1 종 이상인 것을 특징으로 하는 드레서.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 경질연마입자의 표면을 피복하는 금속탄화물층 및 금속질화물층 중 어느 한 층은 상기 납합금과 접촉하기 전의 원재료로서의 경질연마입자를 미리 피복한 층인 것을 특징으로 하는 드레서.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 경질연마입자의 표면을 피복하는 금속탄화물층 및 금속질화물층 중 어느 한 층을 형성하는 금속이 활성금속인 것을 특징으로 하는 드레서.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 활성금속이 티탄, 크롬 및 지르코늄으로 이루어진 군에서 선택된 1 종 이상인 것을 특징으로 하는 드레서.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 각 경질연마입자의 직경이 50 내지 300 ㎛ 범위내인 것을 특징으로 하는 드레서.
  15. 반도체 기판용 연마패드의 연마표면에 슬라이딩 접촉시켜 연마패드의 컨디셔닝을 수행하기 위한 드레서의 제조방법에 있어서,
    연마패드에 대향하는 표면을 갖는 지지부재, 활성금속을 함유하는 납합금재료, 및 경질연마입자로 이루어지는 분말을 준비하는 단계,
    상기 지지부재의 상기 표면을 따라 상기 납합금재료를 층상으로 형성하는 단계,
    상기 납합금재료층의 표면에 상기 경질연마입자 분말을 균일하게 분포시켜 배치하는 단계, 및
    상기 납합금재료 및 상기 경질연마입자 분말이 적용된 상기 지지부재를 진공가열로내에 삽입하고 상기 진공가열로의 배기를 수행하여 진공상태를 이루고, 로내 온도를 650 내지 1200 ℃ 의 범위로 상승시켜 소정시간 유지하고, 또한 용융한 상기 납합금중에 상기 경질연마입자를 부분적으로 진입시키고, 이어서 로내 온도를 실온까지 낮추는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 기판용 연마패드의 드레서의 제조방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 납합금재료를 상기 지지부재의 상기 표면을 따라 층상으로 형성하는 단계가, 상기 지지부재의 상기 표면을 대략 수평자세로 위를 향해 상기 표면 위에 상기 납합금재료를 올려놓는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 드레서의 제조방법.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 납합금재료의 융점이 650 내지 1200 ℃ 인 것을 특징으로 하는 드레서의 제조방법.
  18. 제 15 항에 있어서,
    상기 납합금재료가 활성금속을 0.5 내지 20 wt% 함유하는 것을 특징으로 하는 드레서의 제조방법.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 활성금속이 티탄, 크롬 및 지르코늄으로 이루어진 군에서 선택된 1 종 이상인 것을 특징으로 하는 드레서의 제조방법.
  20. 제 15 항에 있어서,
    상기 납합금재료가 포일인 것을 특징으로 하는 드레서의 제조방법.
  21. 제 15 항에 있어서,
    상기 각 경질연마입자의 직경이 50 내지 300 ㎛ 범위내인 것을 특징으로 하는 드레서의 제조방법.
  22. 반도체 기판용 연마패드의 연마표면에 슬라이딩 접촉시켜 연마패드의 컨디셔닝을 수행하기 위한 드레서의 제조방법에 있어서,
    연마패드에 대향하는 표면을 갖는 지지부재, 및 납합금재료를 준비하는 단계,
    활성금속피막, 활성금속 탄화물피막 및 활성금속 질화물피막으로 이루어지는 군에서 선택된 어느 1 종의 피막이 각 입자표면에 부착된 경질연마입자로 이루어지는 분말을 준비하는 단계,
    상기 지지부재의 상기 표면을 따라 상기 납합금재료를 층상으로 형성하는 단계,
    상기 납합금재료층의 표면에 상기 경질연마입자 분말을 균일하게 분포시켜 배치하는 단계, 및
    상기 납합금재료 및 상기 경질연마입자 분말이 적용된 상기 지지부재를 진공가열로내에 삽입하고 이 진공가열로의 배기를 수행하여 진공상태를 이루고, 로내 온도를 650 내지 1200 ℃ 의 범위로 상승시켜 소정시간 유지하고, 또한 용융한 상기 납합금중에 상기 경질연마입자를 부분적으로 집입시키고, 이어서 로내 온도를 실온까지 낮추는 단계를 포함하는 반도체 기판용 연마패드의 드레서의 제조방법.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 납합금재료의 융점이 650 내지 1200 ℃ 인 것을 특징으로 하는 드레서의 제조방법.
  24. 제 22 항에 있어서,
    상기 각 경질연마입자를 피복하는 피막이 기상법으로 입자표면에 형성되는 것으로서, 그 두께가 0.1 내지 10 ㎛ 인 것을 특징으로 하는 드레서의 제조방법.
  25. 제 22 항에 있어서,
    상기 경질연마입자를 피복하는 활성금속피막, 활성금속 탄화물피막 및 활성금속 질화물피막으로 이루어지는 군에서 선택된 어느 1 종의 피막을 형성하는 활성금속이, 티탄, 크롬 및 지르코늄으로 이루어지는 군에서 선택된 1 종 이상인 것을 특징으로 하는 드레서의 제조방법.
  26. 제 22 항에 있어서,
    상기 각 경질연마입자의 직경이 50 내지 300 ㎛ 범위내인 것을 특징으로 하는 드레서의 제조방법.
  27. 웨이퍼 표면에 도전체층 및 유전체층으로 이루어지는 반도체 장치가 형성된 반도체 기판의 표면을, 화학적 기계적 연마에 의해 평탄화하는 동안, 동시 병행작업으로서, 청구항 1 에 기재된 반도체 기판용 연마패드의 드레서를 사용한 컨디셔닝 작업을 수행하는 것을 특징으로 하는 반도체 기판의 화학적 기계적 연마방법.
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