KR100195831B1 - 개선된 연마패드 및 이의 사용방법 - Google Patents

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KR100195831B1
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멜본 쿡 리
브이. 에이치. 로버츠 존
윌리엄 젠킨스 챨스
라가브 필라이 라즈
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콘라드 에이취. 캐딩
로델, 인코포레이티드
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Abstract

슬러리를 연마 패드의 전체 표면에 걸쳐 이동시키는, 재료 구조의 일부는 아니지만 패드 표면에 기계적으로 형성되는 대형 유동 채널(7)과 소형 유동 채널(6)이 동시에 존재하는 표면 조직 또는 패턴을 사용하는 동안 보유하는, 본래 슬러리 입자를 흡착하거나 이동시키는 성능이 없는 균일한 고체 중합체 시트(5)를 포함하는 개선된 연마 패드가 제공된다. 본 발명의 바람직한 양태에 있어서, 패드 조직은 패드를 사용하는 동안 규칙적으로 선택된 막간에 다수의 마모 지점에 의해 마모시켜 형성된 거대조직으로 구성된다.

Description

[발명의 명칭]
개선된 연마 패드 및 이의 사용방법
[도면의 간단한 설명]
이후 발명의 상세한 설명의 바람직한 실시 양태 뿐만 아니라 발명의 요약은 첨부되는 도면과 관련하여 살펴보는 경우 더욱 잘 이해될 것이다. 본 발명을 설명하기 위해, 도면에서는 바람직하게 존재하는 실시 양태를 나타내지만, 본 발명은 기술된 특정 양태로 한정되지 않음을 이해해야 할 것이다.
도면에 있어서, 제1도는 위에서 언급한 바와 같은, 선행 문헌에 따른 제3의 연마 패드의 횡단면도를 나타낸다.
제2도는 본 발명에 따른 연마 패드의 횡단면도를 나타낸다.
[발명의 상세한 설명]
[발명의 배경]
본 발명은 유리, 반도체, 유전체/금속 복합체 및 집적 회로와 같은 물품에 평활하고 극도로 편평한 표면을 형성하기 위해 사용되는 연마 패드(polishing pad)에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 이러한 패드의 표면 텍스쳐(texture)에 관한 것이다.
연마는 일반적으로 본래 거친 표면을 조절 마모하여 거울같은 평활한 후처리 표면을 형성하는 것이다. 이는 통상적으로 연마할 제품(공정 소재)의 표면에 대해 반복적이고, 규칙적인 조작으로 패드를 문지르는 동안 미립자의 현탁액(슬러리)을 함유하는 용액이 연마 패드와 공정 소재 사이의 계면에 존재함으로써 성취된다. 통상적으로 사용되는 패드는 양모와 같은 천연 펠트 섬유 또는 천연 제직 섬유, 우레탄 혼입된 펠트 폴리에스테르 또는 각종 형태의 충전된 폴리 우레탄 플라스틱으로부터 제조한다.
이러한 시스템에 대한 연마율은 임의의 시간에 공정소재와 접촉하는 미립자의 농도, 슬러리의 화학적 반응도 및 사용되는 압력과 속도에 의해 결정된다. 연마율을 증가시키기 위해, 유동 채널의 패턴을 통상적으로 연마 패드의 표면이 되도록 절단함으로써, 공정 소재의 표면 전체에 걸쳐 슬러리의 유동성을 개선시킨다. 또한, 이러한 패턴화에 의해 수행되는 접촉 표면 영역에서의 환원에 의해 연마하는 동안 더욱 높은 접촉압이 제공되어 연마율이 추가로 증진된다. 텍스쳐드 패드의 전형적인 예는 로델, 인코포레이티드(Rodel, Inc.; Newark, Delaware 소재)가 상표명 수바(Suba)와 폴리텍스(Politex)로 시판하는, 홈이 파여 있는 요철 모양의 천공된 형태이다. 홈이 파여 있는 패턴 또는 요철 모양의 패턴은 오목부의 깊이가 전형적으로 0.008 내지 0.014in인 0.100in²격자이다.
관련 문헌에 기술된 텍스쳐의 치수는 일반적으로 고정된 큰 치수로 이루어진다. 텍스쳐의 간격과 깊이는 육안으로 분명히 식별할 수 있는, 즉 거대 텍스쳐(macrotexture)라고 할 수 있는 치수이다. 대부분의 관련 문헌에서, 거대 텍스쳐는 홈 또는 간격의 규칙적인 기하학적 배열로 구성되어 단순한 다각형, 구형, 선형, 교차형 또는 원형 영역의 융기된 양각을 형성한다. 이의 전형적인 예는 규칙적인 간격의 동심상, 방사상 및 교차형 홈의 용도가 기재되어 있는 미합중국 특허 제2,701,192호이다. 보다 최근의 특허 문헌으로서 미합중국 특허 제5,232,875호는 슬러리가 패드를 통해 공정 소재와 패드 사이의 계면으로 유동하게 하는 패드를 통과하는 천공의 규칙적인 배열을 나타낸다. 미합중국 특허 제5,177,908호는 공정 소재에 대해 일정하거나 거의 일정한 표면 접촉을 제공하기 위한 목적으로 연마 패드의 중심으로부터 원주까지의 크기 또는 밀도가 변하는 패드 표면에서의 홈 또는 천공의 패턴을 나타낸다.
일반적으로, 거대 텍스쳐는 패드를 사용하기 전에 적용 되지만, 미합중국 특허 제5,081,051호는 연마하는 동안 다수의 원주상 거대 텍스쳐를 연속적으로 형성하기 위한 방법을 기술하고 있다. 당해 명세서(제3컬럼, 제63행 및 제64행)에 나타낸바와 같이, 사용되는 패드는 구체적으로 자체가 실리카 또는 기타의 마모재와 같은 미립자 물질을 흡착할 수 있는 패드이다. 즉, 패드는 기존의 공극 또는 표면 텍스쳐를 갖는다.
상이한 치수의 홈과 패턴을 동시에 사용하는 용도를 교시하고 있는 관련 문헌은 미합중국 특허 제5,216,843호로서, 연마 공정중 패드의 표면에 작은 치수의 홈을 연속적으로 형성하는 방법이 기술되어 있다. 당해 특허 문헌의 명세서(제4컬럼, 제23행 내지 제25행)에 나타낸 바와 같이, 사용되는 패드는 구체적으로 실리카 입자와 같은 마모성 미립자 물질을 이동시킬 수 있는패드이다. 즉, 제2형태의 미소 텍스쳐(microtexture)를 패드의 기존의 공극 또는 표면 텍스쳐에 부가한다. 이러한 미소 텍스쳐는 예비 형성된 더욱 큰 홈(거대홈)들 사이에 융기된 영역에 걸쳐 절단되어 전적으로 슬러리 이동을 촉진시킨다. 상기 특허 문헌에 나타낸 전형적인 거대 홈은 원형 연마 패드의 표면이 되도록 절단한 깊이 약 0.3㎜와 폭 0.3㎜의 다수의 원주상 중심 홈이다. 패드가 회전하는 동안, 다이아몬드 팁(tip)이 장착된 컨디셔닝기의 암(arm)은 연마하는 동안 진동 방사상 방식으로 전체 패드 표면에 걸쳐 이동하여 전체 패드 표면에 걸쳐 일련의 얕은 방사상 미소 홈을 형성한다. 폭이 약 0.04㎜이고 깊이가 0.04㎜인 이들 미소 홈은 거대 홈 사이의 영역에서의 슬러리의 이동을 촉진시킨다.
미합중국 특허 제5,216,843호는 거대 텍스쳐와 미소 텍스쳐 둘 다 슬러리 이동에 기여하는 것으로 생각되어지지만, 각각의 치수 또는 농도의 상호관계에 관해서는 교시하지 않았다. 따라서, 거대 홈의 밀도는 lin당 2 내지 32개의 거대 홈으로 구체화되는 반면, 미소 홈의 밀도는 나타나있지 않다. 더욱이, 발명자들은 거대 홈은 임의로 존재하고 방사상 미소 홈 자체 만으로 슬러리 이동에 충분함을 특별히 언급하였다. 또한, 발명자들은 당해 공정이 패드 표면 위에 슬러리 입자를 이동시킬 수 있는 패드로 제한되는 것을 구체적으로 교시 하였다. 바람직한 실시 양태에 의해 전형화된 이러한 패드는 로델, 인코포레이티드(Newark, Delaware 소재)가 제조한 IC60패드로서 슬러리를 이동시킬 수 있는, 양호하게 한정된 표면 텍스쳐를 보유하고, 패드는 거대 홈 또는 미소 홈이 존재하지 않는 경우에도 자체만으로 상당한 연마 활성이 가능하다. 실제로 하나의 예로서 IC60패드는 개질되지 않은 상태로도 양호한 효과로 유리 연마 산업 분야에 널리 사용된다.
본 발명자들에게 공지된 모든 선행문헌의 연마 패드는 이들의 제조방법으로 인해 고유의 미소 텍스쳐를 보유하고 있는 복합재 또는 다중상(multiphase) 재료이다. 표면의 미소 텍스쳐는 패드를 제조하는 동안 신중하게 도입되는 벌크 불균일성으로부터 유도된다. 횡단면 절단, 연마 또는 기타의 방식으로 노출되는 경우, 상기한 벌크 텍스쳐는 표면 미소 텍스쳐가 된다. 사용하기 전에 존재하는 이러한 미소 텍스쳐는 슬러리 입자의 흡착과 이동을 가능하게 하고, 패드에 추가의 미소 텍스쳐 또는 거대 텍스쳐의 부가없이 연마 활성을 부여 한다. 선행 문헌에 따른 각종 부류의 연마 패드의 예는 다음과 같다:
1. 벌크 복합재 내에, 관련 공극과 함께, 돌출 섬유의 말단으로부터 유도된 미소 텍스쳐를 보유하고 있는 우레탄 혼입된 폴리에스테르 펠트(미합중국 특허 제4,927,432호에 기재된 예).
2. 우레탄 펠트 기재에서 생성된 우레탄 필름의 벌크내에서 원통형 공극 구조의 말단으로부터 유도된 표면 텍스쳐를 보유하고 있는, 로델, 인코포레이티드가 폴리텍스로서 시판 하고 있는 형태의 미소공극성 우레탄 패드.
3. 노출된 중공 구형 부재 또는 혼입된 기체 기포의 횡단면으로부터 유도된 반원상 함몰부로 이루어진 표면구조를 갖는, 로델 인코포레이티드가 제조한 IC계, MH계 및 LP계 연마 패드와 같은 충전되고/되거나 취입된 복합 우레탄.
4. 충전제 입자가 존재하거나 부재하는 돌출부와 오목부로 이루어진 특징적인 표면구조를 보유하고, 있는 미합중국 특허 제5,209,760호의 패드와 같은 마모 충전된 중합체성 패드.
이와는 대조적으로, 폴리우레탄, 폴리카보네이트, 나일론 또는 폴리에스테르와 같은 중합체의 균질한 고체 시트는 연마 활성이 없는 것으로 입증되었으므로, 연마 패드로서 사용되지 않았다.
복합 구조체에 대한 요청의 결과, 선행문헌에 따라 연마 패드를 제조하는 방법은 동일한 치수와 두께의 균일한 고체 플라스틱의 제조에 대해서는 매우 복잡하다. 또한, 이들의 제조상의 결과로서 선행 문헌의 연마 패드의 구조는 상당히 가변적일 수 있다. 따라서, 예를 들면, 위에서 언급한 부류(1)의 패드에 대한 펠트의 밀도에 있어서의 변수 또는 위의 부류(3)의 패드에 대한 충전제 밀도에 있어서의 변수는 표면 텍스쳐를 상당히 변화시켜 연마 성능을 변화시킨다. 이러한 변수는 당해 기술 분야의 숙련자들에게 공지되어 있고, 선행 문헌에 따른 연마 패드의 가장 큰 결점중의 하나이다.
더욱이, 본 발명자들에게 공지된 모든 선행문헌의 연마 패드는 추가의 거대 텍스쳐 또는 미소 텍스쳐가 존재하지 않으면서 현저한 연마 활성을 보유한다. 즉 둘 다 연마 성능에 대한 보강재 또는 개선재로서 부가되며, 연마 활성을 위해 필요한 것은 아니다.
따라서, 벌크 재료에 대해 기존의 불균일성에 어떤 방식으로든 의존하지 않는 표면 텍스쳐를 제공하는 것이 매우 바람직하다. 이러한 표면 텍스쳐는 연마 패드로서 미리 사용할 수는 없지만, 연마 활성, 성능상의 안정성, 성능상의 가변성 및 비용 면에서 상당히 개선된 매우 바람직한 재료를 사용할 수 있게 한다.
[발명의 요약]
재료 구조의 일부는 아니지만 패드 표면에서 기계적으로 형성되는, 연마 패드의 전체 표면에 걸쳐 슬러리를 이동시키는 대형 유동 채널과 소형 유동 채널 둘 다로 동시 구성된 표면 텍스쳐 또는 패턴을 사용할 때 갖는, 슬러리 입자를 흡착시키거나 이동시키는 성능이 본래 없는 균일한 고체 중합체 시트를 포함하는 개선된 연마 패드를 제공한다. 본 발명의 바람직한 양태에 있어서, 패드 텍스쳐는 사용하기 전에 생성된 거대 텍스쳐와, 패드를 사용하는 동안 규칙적으로 선택된 간격의 다수의 소형 마모지점들에 의한 마모에 의해 형성된 미소 텍스쳐로 이루어진다.
[바람직한 양태의 설명]
본 발명에 따른 연마 패드의 필수적인 특징은 필수적으로 기존의 벌크 또는 표면 텍스쳐가 없는 균질한 고체 재료의 표면에 외부 수단에 의해서만 형성된 구조인, 대형 유동 채널과 소형 유동 채널을 동시에 갖는 표면 텍스쳐를 보유하고 있다는 점이다. 본 발명에 따른 놀랍고도 예측하지 못한 특징은 패드의 표면에 대형 유동 채널과 소형 유동 채널이 동시에 존재함으로써 패드 자체만으로 목적하는 높은 연마 활성을 제공하기에 충분하다는 것이다. 다음의 실시예에서 나타내는 바와 같이, 통상적으로 연마 성능을 보유하지 않는 재료는 용이 하고 신속하게 활성화되어, 시판중인 선행기술의 제품과 충분히 동등한, 목적하는 높은 연마 활성을 제공할 수 있다.
패드가 다수의 구형 공극으로 이루어진 벌크 플라스틱(1) 또는 기포(2)로 이루어진 복합재인 선행기술에 따른 제품의 예를 제1도에 나타내었다. 연마 패드(3)의 최외각 표면에서, 내부 공극(2)의 노출된 잔여부 또는 단면은 패드 재료의 기존의 복합체 특성으로부터 필수적으로 유도되는 패드 표면의 고유의 미소 구조를 형성하는 일련의 표면 오목부(4)를 형성한다. 본 발명에 따른 패드는 이의 표면에 외부 수단에 의해 형성된 텍스쳐를 갖고, 소형 유동 채널 또는 미소 오목부(6)와 대형 유동 채널 또는 거대 오목부(7)가 동시에 존재하는, 필수적으로 벌크 미소 구조가 없는 고체 균질 중합체 패드(5)로서 제2도에 나타내었다.
본 발명의 패드에 의해 제공되는 추가의 잇점은 연마율이 벌크 미소구조에 의해 조절되고 제조시 널리 고정되는 선행 기술의 연마 패드와는 달리, 적용되는 미소 텍스쳐와 거대 텍스쳐의 패턴과 밀도를 변화시킴으로써 연마율을 용이하게 간단히 임의로 조절할 수 있다는 것이다. 텍스쳐는 용이하게 조절 적용되고, 더욱이, 고도로 재생 가능하기 때문에, 성능면에서의 가변성을 현저히 감소시킨다. 이와는 대조적으로, 동일한 텍스쳐를 선행 기술의 연마 패드의 표면에 제공 하는 경우, 당해 패드의 복합적인 특성으로부터 유도되는 표면 텍스쳐에 있어서의 기존의 가변성으로 인해 현저히 증가된 가변성이 제공된다.
본 발명에 따른 패드의 거대 텍스쳐는 슬러리의 비함침된 유동에 대한 채널로서 작용하는 선택된 치수의 오목부(거대 오목부)에 의해 분리된 융기 영역으로 이루어 진다. 본 발명에 따른 거대 텍스쳐의 가장 중요한 특징은 거대 오목부들 사이의 거리이며, 슬러리 이동이 제공된 미소 텍스쳐에 의해 조절되는 거대 오목부들 사이의 거리를 나타낸다. 실제로, 거대 오목부 간격에 대한 상한치는 5㎜이다. 사실상 측면 치수가 더욱 큰 돌출부는 사용되는 미소 텍스쳐의 형태와 상관 없이 현저히 감소된 연마율을 나타낼 것이다. 거대 오목부 간격에 대한 하한치는 0.5㎜이다. 하한치 미만에서, 거대 오목부는 형성하기가 복잡해지고 시간 소모적이다. 또한, 크기의 하한치 미만에서, 거대 오목부들 사이의 돌출 표면의 구조적 강도가 약화되고, 연마 성능을 저해하는 편향 또는 변형이 일어난다.
거대 오목부의 폭과 깊이 뿐만 아니라 이의 패턴은 위의 한계치가 관측되는 한 실제로 목적하는 임의의 패턴 또는 크기일 수 있다. 실제로, 거대 오목부의 폭과 깊이는 일반적으로 거대 오목부의 깊이가 폭과 적어도 동일한, 거대 오목부들 사이의 돌출 패드 표면의 가장 큰 측면 크기의 50% 미만으로 유지된다. 거대 채널은 패드 두께의 90%를 초과하지 않는 임의의 목적하는 깊이일 수 있다. 거대 채널이 더욱 깊을수록, 패드 수명이 더 길어져 한정된 부식율을 제공한다. 깊이가 패드 두께의 90%를 초과하는 경우, 패드의 기계적 강도는 심각하게 저하되므로 피해야 한다. 선행 문헌에 기술된 임의의 패턴, 예를 들면, 동심원, 정사각형 격자, 삼각형 격자 등은 거대 오목부의 밀도가 증가함에 따라 전체적인 연마율이 증가 하는 동심원, 직사각형, 삼각형 등과 같은 돌출 표면 형태를 제공하기 위해 유리하게 사용될 수 있다. 패드 표면에 거대 오목부를 형성하는 방법은, 이로 제한되지는 않지만, 기재 중합체가 하기 수단에 의해 후처리될 수 있는 한, 압착, 엠보싱, 주조, 절단 또는 석판 수단을 포함할 수 있다. 사용되는 패턴, 거대오목부의 치수 및 패드 재료의 특성에 따라, 연마 공정을 수행하는 동안 또는 수행하기 직전에 절단 기구 또는 적합한 치수와 간격의 기타 마모 장치에 의해 형성될 수 있다. 이러한 기술은 치수의 범위가 더운 작은 거대 오목부에 대해 대부분 유효하다. 또한, 이미 기존의 거대 오목부가 마모 제거되는 정도로 마모되는 패드에서 거대 오목부를 재생시키는 수단으로서 유효하게 사용된다. 이러한 경우에 있어서, 적용 가능한 가장 단순한 거대 오목부 패턴은 동심원이거나, 바람직하게는 불규칙하게 배열된 선이다. 또한, 거대 오목부는 간격, 폭 및 깊이가 단일적으로 고정된 세트로 제한되지 않는다. 이들 모두는 위에서 언급한 치수 한계 내에서 효과가 양호한 목적하는 임의의 패턴 및 조합으로 배합될 수 있다.
본 발명의 패드 중 미소 텍스쳐는 소형임에도 불구하고, 슬러리의 방해되지 않는 유동을 위한 채널로서 또한 작용하는 거대 텍스쳐의 융기 영역의 표면에 존재하는 더욱 미세한 세트의 구조로 이루어진다. 따라서, 미소 텍스쳐는 슬러리가 유동하는 돌출 표면의 형태와 오목부(미소 오목부)의 더욱 작은 규모의 조합을 나타낸다. 이는 패드 표면의 모든 부분에 대해 슬러리를 완전히, 방해받지 않고, 균일하게 유동시키며 동시에 존재하는 거시적 유동 채널과 미시적 유동 채널의 독특한 조합이다.
정의에 있어서, 미소 오목부의 크기는 거대 오목부의 크기 보다 현저히 작다. 따라서, 미소 오목부 치수에 대한 사실상의 상한치는 0.25㎜이거나 또는 거대 오목부들 사이의 돌출 형태의 최소 치수의 절반 이상, 즉 상기한 돌출 면적의 1/2이다. 미소 오목부 크기의 하한치는 연마에 사용되는 슬러리의 평균 입자 직경의 10배 이상이다. 이러한 하한치는 미소 오목부가 슬러리 유동이 방해받지 않는 요건에 의해 설정된다. 사실상 하한치 미만의 채널 크기에 대해, 팽창 거동의 가능성, 즉 슬러리 점도가 증가함에 따라 전단율을 증가시키는 내부 입자의 충돌이 바람직하지 않게 높아진다. 따라서, 예를 들면, 평균입자크기가 0.15μ인 슬러리에 대해, 0.15μ인 최소 미소 텍스쳐의 치수가 사용될 수 있다.
미소 텍스쳐의 제조방법은, 이로 한정되지는 않지만, 기재 중합체가 후처리될 수 있는 한, 엠보싱, 압착, 주조, 절단 또는 석판 인쇄 수단을 포함한다. 실질적으로, 플라스틱 기재가 사용하는 동안 미리 설정된 간격으로 위에서 한정된 치수와 간격의 불규칙하게 배열된 일련의 홈을 절단하기 위해 예리한 마모 장치를 사용하는 것이 바람직하다. 따라서, 기존의 미소 텍스쳐는 단기간의 용도를 위해 사용될 수 있는 반면, 사용하는 동안 플라스틱 재료의 저온 유동 또는 부식은 미소 텍스쳐를 전체에 걸쳐 신속하게 평활화하여 연마율을 현저하고 신속하게 감소시킨다. 결국, 본 발명의 바람직한 실시양태는 사용되는 특정 패드 재료와 연마 조작 시간에 따라 조절되는 방식으로 사용 중간 또는 사용하는 동안 연속적으로 미소 구조를 재생시키기 위한 기술을 사용한다. 따라서, 저온 유동 효과에 대해 비교적 내성이 있는 나일론 또는 폴리 우레탄과 같은 비교적 경질의 내구성 재료에 대해, 패드를 각각 사용하기 직전에 미소 구조를 간헐적으로 재생하면 높고 균일한 연마 활성을 보장하기에 충분함이 본 발명에 의해 밝혀졌다. 기타의 패드 재료, 예를 들면, 연마 공정이 수행되는 동안 플라스틱 유동성이 보다 큰 폴리에틸렌 또는 폴리 테트라플루오로에틸렌에 대해, 미소 텍스쳐를 연속적으로 생성하는 것이 더욱 바람직하다. 임의의 특정 기재에 대해 거대 텍스쳐와 미소 텍스쳐 둘 다의 가장 양호한 생산 방식은 이들의 특정 목적에 대해 당해 기술 분야의 숙련가들에 의해 용이하게 결정될 수 있다.
거대 오목부에 대한 경우에서와 마찬가지로, 패드의 전체 돌출 표면을 균일하게 커버링하고 위에서 언급한 크기 한계 내에 포함되는 한, 사실상 임의의 미소 오목부 패턴이 사용될 수 있다. 바람직한 미소오목부 패턴은 일련의 불규칙하게 배열된 직선 또는 폭과 깊이가 불규칙하게 변하는 홈이다. 이러한 불규칙 효과는 패드의 전체 표면에 걸쳐 특별히 목적하는 균일한 연마율을 제공한다. 또한, 이러한 형태의 패턴은, 다수의 절단 톱니를 보유하고 있는 회전식 마모 디스크 또는 패드를 사용하여 패드의 표면을 마모시킴으로써 용이하고 저렴하게 형성될 수 있기 때문에 특히 유용하다. 이러한 디스크는 선행기술에 따른 패드용 컨디셔닝 장치로서 통상적으로 사용 되므로 경제적인 면에 있어서 추가로 유효하다. 본 발명자들은 본 발명의 일부로서 컨디셔닝 디스크 자체를 청구하지는 않았지만, 패드의 표면에 목적하는 미소 텍스쳐를 제공하기 위한 하나의 수단으로서 이의 사용을 간단히 교시하고 있다.
균질한 플라스틱 재료의 단일층에 적용되는 것으로서 본 발명의 필수적인 양태를 위에 기술하였지만, 기계적 특성이 상이한 추가의 하부층을 부가하여 패드의 굴절 특성을 개질 시킬 수 있다[참조 : 미합중국 특허 제 5,257,478호, 제5,212,910호 및 제5,287,663호]. 이러한 다층 연마 패드는 웨이퍼 표면의 모든 지점에 매우 균일한 방식으로 제거되어야 하는 다수의 미소 돌출 부위가 있는 직접 회로 웨이퍼와 같은 반도체 장치의 균일한 연마에 특히 적합하다. 이러한 다층 패드의 외부 접촉 소자로서 본 발명의 패드를 사용하면, 성취가능한 현저하게 증진된 범위의 기계적 특성을 습득할 수 있다. 특히, 본 발명은 연마 재료로서, 지금까지 이러한 용도로는 사용할 수 없었던 고경직성 플라스틱 박막을 사실상 사용할 수 있게 한다. 다층 패드에 있어서의 외부 접촉요소로서 사용되는 이러한 얇은 고경직성 재료는 최소 규모의 변형을 제공함으로써 극도의 소규모 표면 돌출부의 효율적인 제거를 촉진시키는 동시에 고도의 대규모 표면 돌출부를 제거함으로써 웨이퍼의 전체 표면에 걸쳐 제거율상의 균일도를 현저히 개선시킬 수 있다. 이는 선행 기술의 상당한 진보와 향상을 나타내는 것이다.
다음 실시예는 선행 기술과 대조되는 본 발명의 본질적인 특징을 나타내는 것이다. 실시예는 어떤 방식으로든 제한하는 것을 의미하지 않는다. 당해 기술 분야의 숙련가들에게는, 이들 실시예와 첨부된 특허청구의 범위를 검토하면, 추가의 보강 내용과 용도가 분명해질 것이다.
[실시예 1]
선행 기술의 연마 패드의 조작방식을 설명하기 위해, 구형 미소벌룬(microballoon)이 충전된 폴리우레탄 매트릭스로 이루어진, 전술한 패드류(3)의 시판중인 연마 패드(Rodel IC1000)를 깊이가약 1μ인 열적으로 산화된 표면층을 갖는 25개의 일련의 실리콘 웨이퍼를 연마하기 위해 사용한다. 표면층의 조성물은 이산화규소이다. 웨이퍼는 시판중인 실리카계 연마 슬러리(Cabot SC-112)와 연마기의 부품으로서 공급되는 결합된 다이아몬드 패드 콘테이너(RPCl)을 사용하는 시판중인 웨이퍼 연마기(Westech 모델 372) 상에서 연마한다. 패드는 각각의 웨이퍼를 연마하기 전에 30초 동안 컨디셔닝 시킨다. 위에서 기술한 바와 같이, 컨디셔닝기의 작용은 일련의 불규칙하게 배열된 미소균열 또는 홈을 패드 표면에 형성하는 것이다. 아래에서 요약되는 바와 같은 연마기의 설정은 인용되는 본 실시예 및 기타의 모든 실시예에 대해 일정하게 유지함으로써 성능을 직접 대조할 수 있게 한다. 사용되는 연마조건은 압력 9psi, 가압판 속도 20rpm, 캐리어 속도 46rpm 및 연마 시간 2분이다. 시험 웨이퍼에 대해 1400Å/min 이하의 제거율이 관찰된다.
[실시예 2]
기존의 표면 텍스쳐가 전혀 없고, 충전되지 않았으며 필수적으로 균질하고 평활한 고형 폴리우레탄(Rodel JR111)의 시트를, 다이아몬드 컨디셔닝 장치를 사용하지 않는 것을 제외 하고는 실시예 1에서 언급한 동일한 연마기와 조건을 사용하여 일련의 25개 샘플의 열적으로 산화된 실리콘 웨이퍼를 연마하기 위해 사용한다. 따라서, 본 시험에 있어서, 미소 텍스쳐는 패드 표면에 더 이상 존재하지 않는다. 측정 가능한 연마 활성도 관찰되지 않는다(즉, 제거율이 50Å/min 미만이다). 다이아몬드 컨디셔닝 장치로 회수하여 패드 표면에 미소 텍스쳐를 형성한 후, 추가의 웨이퍼를 후처리한다. 평균 연마율 564Å/min이 관찰된다. 이 연마율은 매우 가변적이다. 또한, 전체 웨이퍼 표면에 걸친 제거율은 매우 불균일한 것으로 관찰된다.
[실시예 3]
피치가 0.055in이고 깊이가 0.012in인 일련의 환상 홈을 실시예 2의 패드와 동일한 치수와 조성을 갖는 충전되지 않고, 필수적으로 균질하며 평활한 고형 폴리우레탄의 2개의 시트로 절단한다. 하나의 시트는 각각의 샘플을 연마하기 전에 미소 텍스쳐를 생성하기 위해 다이아몬드 컨디셔닝기를 사용 하지 않는 것을 제외하고는 실시예 1에서 언급한 동일한 연마기와 조건을 사용하여 일련의 25개 샘플의 열적으로 산화된 실리콘 웨이퍼를 연마하기 위해 사용한다. 따라서, 사용하는 동안 패드 표면에 단지 미소 텍스쳐가 존재할 뿐이다. 일반적으로 양호한 연마 활성이 부족한 매우 낮은 연마율 570Å/min이 관찰된다. 전체 웨이퍼에 걸쳐 연마율은 매우 불균일하다.
이어서, 제2시트는 실시예1에서 언급한 동일한 연마기와 연마조건, 즉 다이아몬드 컨디셔닝기를 사용하여 미소텍스쳐와 거대 텍스쳐 둘다가 사용하는 동안 패드 표면에 존재하도록 각각의 샘플을 연마하기 전에 미소 텍스쳐를 제공하여 열적으로 산화된 일련의 25개 샘플의 실리콘 웨이퍼를 연마 하기 위해 사용한다. 본 실시예의 제1패드와 뚜렷하게 대조되는 1300Å/min의 높고 균일한 연마율이 관찰된다. 전체 웨이퍼에 걸쳐 연마율의 불균일성이 매우 낮고, 실시예1과 전적으로 동일하다.
[실시예 4]
본 발명의 패드에 미소 텍스쳐와 거대 텍스쳐 둘 다를 동시에 유지하는 중요성을 추가로 설명하기 위해, 피치가 0.055in이고 깊이가 0.010in인 일련의 환상 홈을 위의 실시예들과 상이한 조성의 충전되지 않고, 필수적으로 균질한 고형 폴리우레탄[다우 이소플라스트(Dow Isoplast) 302EZ]의 시트로 절단한다. 사용되는 거대 텍스쳐는 실시예3의 패드와 크기 및 패턴이 동일하다. 이어서, 실시예 1에서 언급한 동일한 연마기와 조건, 즉 각각의 샘플을 연마하기 전에 미소 텍스쳐를 형성하기 위해 사용되는 다이아몬드 컨디셔닝기를 사용하여 열적으로 산화된 일련의 100개 규소 웨이퍼 샘플을 연마하기 위해 사용한다. 따라서, 본 실시예의 패드는 사용하는 동안, 본 발명의 교시내용을 충분히 따르는 표면 텍스쳐를 보유한다. 높고 균일한 연마율 1584Å/min이 관찰된다. 전체 웨이퍼에 걸친 불균일한 연마율은 실시예1과 같이 매우 낮다. 이 시점에서, 컨디셔닝기를 단전시키고(즉, 미소 텍스쳐를 재생시키지 않고), 추가의 6개의 웨이퍼를 후처리한다. 즉시 연마율이 200Å/min으로 저하된다. 컨디셔닝, 즉 저온 유동 또는 패드 마모를 사용하지 않는 경우, 미소 텍스쳐의 부재를 나타내는 연마 후 패드 시험은 거대 텍스쳐가 영향을 주지 않음에도 불고하고 미소 텍스쳐가 완전히 제거되었음을 나타낸다.
[실시예 5]
층상 패드는 두께가 0.003in인 폴리에스테르 필름을 실시예2와 동일한 조성과 치수의 텍스쳐링되지 않은 폴리우레탄 시트의 표면에 결합시켜 제조한다. 또한, 일련의 25개의 웨이퍼를 전술한 실시예들과 동일한 조건을 사용하여 연마한다. 각각의 웨이퍼를 연마하기 전에 위에서 기술한 다이아몬드 컨디셔닝기를 사용하여 미소 텍스쳐를 형성한다. 따라서, 사용하는 동안 패드 표면에는 미소 텍스쳐만 존재한다. 평균 제거율 63Å/min이 관찰된다.
[실시예 6]
실시예 5와 동일한 조성의 층상 패드를 제조한다. 폴리에스테르 표면층을 결합시킨 후, 피치가 0.055in이고 깊이가 0.010in인 일련의 환상 홈을 패드 표면으로 절단하여 거대 텍스쳐를 생성한다. 다시 일련의 25개의 웨이퍼를 전술한 실시예들과 동일한 조건을 사용하여 연마한다. 각각의 웨이퍼를 연마하기 전에 위에서 기술한 다이아몬드 컨디셔닝기를 사용하여 미소 텍스쳐를 형성한다. 따라서, 사용하는 동안 본 실시예의 패드는 본 발명의 교시 내용을 충분히 따르는 표면 텍스쳐를 갖는다. 전술한 실시예의 낮은 제거율과는 매우 대조적으로, 평균 제거율 1359Å/min이 관찰된다.
[실시예 7]
본 발명의 교시 내용을 이용하여 사용될 수 있는 각종 재료를 추가로 나타냄에 따라, 연마 성능이 전혀 없는 것으로 통상적으로 관찰되는 각종 플라스틱 재료를 시험한다. 피치가 0.055in이고 깊이가 0.010in인 일련의 환상 홈으로 이루어진 거대 텍스쳐를 전술한 실시예와 동일한 방식으로 각각 패드 표면으로 절단한다. 25개의 산화 웨이퍼를 연마하는데 패드를 사용하여 연마율을 측정한다. 동일한 연마 조건을 재차 사용한다. 미소 텍스쳐는 위에 실시예1에서 나타낸 조건을 사용하여 각각의 웨이퍼를 연마하기 전에 다이아몬드 컨디셔닝기를 사용하여 패드 표면을 컨디셔닝하여 형성한다. 따라서, 시험 되는 모든 패드는 사용하는 동안, 본 발명의 교시내용을 충분히 따르는 표면 텍스쳐를 보유한다. 결과를 다음에 요약하였다:
모든 재료는 화학적 조성과 물리적 특성 면에서 상당히 다름에도 불구하고, 바랍직하게 높은 연마율을 나타낸다. 이러한 재료들은 이들 자체만으로는 현저한 연마 활성을 갖는 것으로 보고된 바가 없었다.

Claims (28)

  1. 입자를 함유하는 연마 슬러리를 연마 패드의 전체 표면에 걸쳐 함께 이동시키는 대형 유동 채널과 소형 유동 채널을 둘 다 포함하는 표면 텍스쳐(texture) 또는 패턴(여기서, 표면 텍스쳐는 외부 수단에 의해서만 균일한 고체 중합체 시트의 표면에 형성된다)을 사용하는 동안 보유하는, 슬러리 입자를 흡착하거나 이동시키는 고유한 성능을 지니지 않는 균일한 고체 중합체 시트를 포함하는 개선된 연마 패드.
  2. 제1항에 있어서, 대형 유동 채널들 사이의 돌출 표면의 가장 큰 측면 치수 범위가 0.5 내지 5㎜인 패드.
  3. 제1항에 있어서, 대형 유동 채널의 폭과 깊이가 동일 하고, 대형 유동 채널들 사이의 돌출 표면의 가장 큰 측면 치수의 1/2을 초과하지 않는 패드.
  4. 제1항에 있어서, 대형 유동 채널의 깊이가 폭보다 크고, 깊이가 패드의 전체 두께의 90%를 초과하지 않는 패드.
  5. 제1항에 있어서, 대형 유동 채널의 폭과 깊이가 다양한 상태로 공존하는 패드.
  6. 제1항에 있어서, 균일한 고체 중합체 시트가 폴리우레탄인 패드.
  7. 제1항에 있어서, 균일한 고체 중합체 시트가 폴리카보네이트인 패드.
  8. 제1항에 있어서, 균일한 고체 중합체 시트가 나일론인 패드.
  9. 제1항에 있어서, 균일한 고체 중합체 시트가 아크릴계 중합체인 패드.
  10. 제1항에 있어서, 균일한 고체 중합체 시트가 폴리에스테르인 패드.
  11. 제1항 내지 제5항 중의 어느 한 항에 있어서, 대형 유동 채널이 동심 환상 방식으로 배열되어 있는 패드.
  12. 제1항 내지 제5항 중의 어느 한 항에 있어서, 대형 유동 채널이 규칙적인 정사각형 격자 패턴으로 배열되어 있어, 외형이 사실상 직사각형인 돌출 표면 형태를 제공하는 패드.
  13. 제1항 내지 제5항 중의 어느 한 항에 있어서, 대형 유동 채널이 규직적인 격자 패턴으로 배열되어 있어, 외형이 사실상 삼각형인 돌출 표면 형태를 제공하는 패드.
  14. 제1항 내지 제5항 중의 어느 한 항에 있어서, 대형 유동 채널이 직선형으로 서로에 대해 불규칙하게 배열되어 있는 패드.
  15. 제1항 내지 제5항 중의 어느 한 항에 있어서, 소형 유동 채널의 폭이 일정하고, 0.25㎜ 내지 연마 슬러리 중 입자의 평균 크기의 10배 이상의 범위의 치수로 이루어진 패드.
  16. 제1항 내지 제5항 중의 어느 한 항에 있어서, 소형 유동 채널의 폭과 깊이가 0.25㎜ 내지 연마 슬러리 중 입자의 평균 크기의 10배 이상의 범위의 다양한 폭과 깊이로 이루어진 패드.
  17. 제15항에 있어서, 소형 유동 채널이 직선형으로 서로에대해 불규칙하게 배열되어 있는 패드.
  18. 제16항에 있어서, 소형 유동 채널이 직선형으로 서로에 대해 불규칙하게 배열되어 있는 패드.
  19. 표면층이, 입자를 함유하는 연마 슬러리를 연마 패드의 전체 표면에 걸쳐 함께 이동시키는 대형 유동 채널과 소형 유동 채널을 둘 다 포함하는 표면 텍스쳐 또는 패턴(여기서, 표면 텍스쳐는 외부 수단에 의해서만 균일한 고체 중합체 시트의 표면에 형성된다)을 사용하는 동안 보유하는, 슬러리 입자를 흡착하거나 이동시키는 고유한 성능을 지니지 않는 균일한 고체 중합체 시트로 이루어진, 중합체 재료의 층을 2개 이상 포함하는 층상 연마 패드.
  20. 제19항에 있어서, 비표면 층 또는 비표면층들이 표면층 보다 사실상 더욱 유연한 층상 연마 패드.
  21. 제19항에 있어서, 비표면 층 또는 비표면층들이 표면층 보다 사실상 덜 유연한 층상 연마 패드.
  22. 입자를 함유하는 연마 슬러리가 패드에 존재하고 제품과 패드 사이에 상대 측면운동을 개입시키면서, 입자를 함유하는 연마 슬러리를 연마 패드의 전체 표면에 걸쳐 함께 이동시키는 대형 유동 채널과 소형 유동 채널을 둘 다 포함 하는 표면 텍스쳐 또는 패턴(여기서, 표면 텍스쳐는 외부 수단에 의해서만 균일한 고체 중합체 시트의 표면에 형성 된다)을 사용하는 동안 보유하는, 슬러리 입자를 흡착하거나 이동시키는 고유한 성능을 지니지 않는 균일한 고체 중합체 시트로 이루어진 연마 패드에 제품을 압착시킴을 포함하여, 제품 표면을 연마하는 방법.
  23. 제22항에 있어서, 대형 유동 채널이 사용하기 전에 형성되는 방법.
  24. 제22항에 있어서, 대형 유동 채널이 연마공정 도중에 간격을 두고, 형성되는 방법.
  25. 제22항에 있어서, 대형 유동 채널이 연마공정 도중에 연속적으로 형성되는 방법.
  26. 제23항 내지 제25항 중의 어느 한 항에 있어서, 소형 유동 채널이 사용하기 전에 형성되는 방법.
  27. 제23항 내지 제25항 중의 어느 한 항에 있어서, 소형 유동 채널이 연마공정 도중에 간격을 두고, 형성되는 방법.
  28. 제23항 내지 제25항 중의 어느 한 항에 있어서, 소형 유동 채널이 연마공정 도중에 연속적으로 형성되는 방법.
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