KR100339637B1 - 화학적 기계적 폴리싱 장치용 폴리싱 패드의 그루브 - Google Patents

Abstract

본 발명은 실리콘 웨이퍼 등의 대상 물품 표면을 연마함에 있어서, 연마작업 중 공급되는 슬러리가 폴리싱 패드의 전면에 대하여 계속적으로 균일하게 분포되도록 함으로써 연마 효율을 높이도록 하는 화학적 기계적 폴리싱 장치용 폴리싱 패드의 그루브에 관한 것으로서, 이를 위한 구성은, 화학적 기계적 폴리싱 장치에 설치되는 폴리싱 패드의 상면에 형성되고, 상기 폴리싱 패드의 고속 회전에 의한 원심력에 대응하여 슬러리의 이송 및 배출 통로로 사용되며, 상기 폴리싱 패드의 중심 부위에서 가장자리 부위까지 각기 다른 직경을 갖는 동심원 형상으로 복수개가 상호 소정 간격으로 배치 형성되는 화학적 기계적 폴리싱 장치용 폴리싱 패드의 그루브에 있어서, 상기 폴리싱 패드의 중심 부위에서 가장자리 부위까지 일정 간격으로 배치 형성되는 단면 형상이 상기 폴리싱 패드의 고속 회전에 따른 슬러리의 유동 속도를 제어하도록 각기 다른 형상과 깊이를 갖는 것이 복합적으로 형성되어 이루어진다.

또한, 상기 단면 형상은 상기 폴리싱 패드의 회전에 따른 원심력에 대응하여 상기 폴리싱 패드 중심 부위에서 가장자리 부위로 점차 그 깊이가 깊게 형성함이 바람직하고, 상기 단면 형상의 상기 폴리싱 패드의 가장자리 방향 측벽의 경사각이 5∼90。 각도로 완만한 경사각에서 점차 수직한 경사각을 이루도록 형성함이 효과적이다.

따라서, 본 발명에 의하면, 고속 회전하는 폴리싱 패드에 있어서, 원심력이미약하게 제공되는 중심 부위에 슬러리의 유동 속도를 증대시키기 위하여 폴리싱 패드의 가장자리 방향에 대한 그루브 측벽이 폴리싱 패드의 중심 부위에서 가장자리 부위에 위치될수록 그 깊이가 낮고 완만한 경사각에서 점차 그 깊이가 깊고 수직하게 형성됨에 따라 폴리싱 패드의 회전에 따른 원심력의 차이에 대한 슬러리의 유동을 보완하게 되어 슬러리가 폴리싱 패드 상에 균일하게 분포되고, 이에 따라 대상 물품의 표면이 균일하게 연마되는 효과가 있다.

Description

화학적 기계적 폴리싱 장치용 폴리싱 패드의 그루브 {groove of polishing pad for chemical-mechanical polishing equipment}

본 발명은 실리콘 웨이퍼 등 대상 물품의 표면을 연마함에 있어서, 연마작업 과정에서 공급되는 슬러리가 폴리싱 패드의 전면에 대하여 계속적이고 균일하게 분포되도록 함으로써 연마 효율을 높이도록 하는 화학적 기계적 폴리싱 장치용 폴리싱 패드의 그루브에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 웨이퍼 등의 대상 물품 표면을 연마하는데 사용되는 폴리싱 패드 상면에는 소정 폭과 깊이 및 형상으로 된 그루브(groove)가 형성되어 있고, 이들 그루브는 연마작업 과정에서 계속적으로 공급되는 슬러리의 유동 및 분포 관계를 결정하는 주요 요인으로 작용하게 된다.

여기서, 상술한 바와 같이, 슬러리의 유동 및 분포 관계를 결정하는 그루브에 대한 종래 기술을 첨부된 도1 내지 도3을 참조하여 설명하기로 한다.

도1에 도시된 폴리싱 패드(10a)의 상면에는 각기 다른 직경을 갖는 복수개의 동심원형 그루브(12)가 일정 간격을 이루면서 형성되어 있다.

이러한 동심원형 그루브(12)에 있어서, 폴리싱 패드(10a)의 중심 부위에 계속적으로 공급되는 슬러리는 폴리싱 패드(10a)의 고속 회전에 따른 원심력에 의해 점차 가장자리 방향으로 유동하게 되고, 이 과정에서 일부의 슬러리는 각각의 동심원형 그루브(12)에 고인 상태로 존재하게 된다.

이렇게 고인 상태로 존재하는 슬러리는 연마작업 과정에서 폴리싱 패드(10a)의 고속 회전에 의해 동심원형 그루브(12)의 수직한 측벽(12a, 12b)을 통해 넘쳐 작업 표면으로 유동하게 됨으로써 대상 물품의 표면에 대응하여 계속적인 분포 관계가 유지될 수 있게 된다.

상술한 바와 같이, 공급되는 슬러리가 고이는 각각의 동심원형 그루브(12)의 단면 형상은, 도2에 도시된 바와 같이, 폴리싱 패드(10a)의 가장자리 방향으로의 측벽(12a, 12b)이 일률적으로 수직하게 형성된 역삼각 형상을 이룬다.

한편, 도3에 도시된 바와 같이, 폴리싱 패드(10b)의 전면에 대하여 다수의 X 축과 Y 축이 교차하는 형상의 격자형 그루브(14)가 있으며, 이 격자형 그루브(14)는 상술한 동심원형 그루브(12)와 동일하게 계속적으로 공급되는 슬러리가 고이도록 하는 것으로서, 상술한 동심원형 그루브(12)와 마찬가지의 기능을 수행하게 된다.

또한, 상술한 격자형 그루브(14)의 단면 형상은, 도4에 도시된 바와 같이, 폴리싱 패드(10b)의 가장자리 방향으로의 측벽(14a)과 그 상대측 측벽(14b)이 일률적으로 상호 마주보도록 수직하게 형성된 사각형 형상을 이룬다.

여기서, 종래의 그루브(12, 14) 형상은, 도2 또는 도4에 도시된 바와 같이, 폴리싱 패드(10a, 10b)의 중심 부위에서 가장자리 부위의 반경 방향에 대하여 그 깊이와 가장자리 방향에 대한 측벽이 일률적으로 수직하게 형성된 것이다.

이렇게 폴리싱 패드(10a, 10b)의 가장자리 방향에 대한 측벽이 수직하게 형성된 것은 슬러리의 유동을 고인 상태로 존재함에 있어서, 폴리싱 패드(10a, 10b)의 고속 회전에 의해 제공되는 원심력으로부터 슬러리의 유동량을 제어하기 위한 기능을 수행하기 위한 것이다.

또한, 상술한 그루브(12, 14)의 깊이 또한 폴리싱 패드(10a, 10b)의 고속 회전에 대한 일정량의 슬러리가 작업 표면으로 유동할 수 있도록 슬러리의 고이는 양을 제어하기 위한 것이다.

도5에 도시된 바와 같이, 원호형상 그루브(22)가 이루는 양측벽(22a, 22b)의 대향면이 소정의 경사각을 이루게 됨에 따라 원호형상 그루브(22)의 내부 및 외부에 대하여 슬러리 유입과 유동 배출이 원활하게 이루어지도록 되어 있다.

따라서, 원호형상 그루브(22)는 폴리싱 패드의 상면에 대한 원심력이 미약하게 작용하는 폴리싱 패드의 중심에 근접하는 소정 부위와 연마작업 과정에서 슬러리의 분포가 미약하게 형성되는 부위에 별도로 형성된다.

한편, 도6은 역삼각형상 그루브(24)를 보인 것이다. 이러한 역삼각형 그루브(24)가 이루는 양측벽 즉, 폴리싱 패드의 중심측 방향 측벽과 이에 대향하는 폴리싱 패드의 가장자리측 방향의 측벽이 소정의 각도로 경사진 형상을 이루고 있다.

이러한 역삼각형 그루브(24)의 측벽(24a, 24b)은 상술한 원호형상 그루브(22)와 마찬가지로 폴리싱 패드의 작업 표면에 대응하여 완만한 경사각을 이루므로 이 부위에 대응하여 슬러리의 유입과 유동 배출이 원활하게 이루어진다.

따라서, 역삼각형상 그루브(24)는 폴리싱 패드의 상면에 대한 원심력이 미약하게 작용하는 폴리싱 패드의 중심에 근접하는 부위 또는 폴리싱 패드의 중심과 가장자리 사이의 소정 부위 및 연마작업 과정에서 슬러리의 분포 관계가 미약하게 형성되는 부위 등에 별도로 형성된다.

또 도7에 도시된 육각형상 그루브(26)의 단면 형상은 육각 형상으로 함몰 형성된 것이다. 이러한 육각 형상으로 함몰된 단면을 갖는 육각형상 그루브(26)는 그 깊이가 상술한 원호 또는 역삼각 형상의 그루브(22, 24)에 비교하여 상대적으로 깊게 형성되고, 상호 대향하는 측벽은 유동하여 고이는 슬러리의 유동 배출되는 정도를 억제하기 위하여 수직하게 형성된다.따라서, 육각형상 그루브(26)는 폴리싱 패드의 상면에 대한 원심력이 강하게 작용하는 폴리싱 패드의 가장자리 부위에 형성된다.여기서, 상술한 원호형상 또는 역삼각형상 및 육각형상의 그루브(22)·(24)·(26) 형상은 폴리싱 패드에 대하여 중심 부위에서 가장자리 부위로 순차적으로 일정 구간 범위에 형성된다.이러한 구성에 의하면, 폴리싱 패드가 회전하는 과정에서 원심력이 미약하게 형성되는 중심 부위에서의 슬러리의 유동은 원호형상 그루브(22) 또는 역삼각형상 그루브(24)에 의해 그 유동 속도가 향상되고, 상대적으로 폴리싱 패드의 가장자리 부위는 육각형상 그루브(26)에 의해 슬러리의 유동 속도가 저하되어 폴리싱 패드상에서 슬러리가 원활하게 유동함과 동시에 균일한 분포된다.그러나, 슬러리의 유동은 폴리싱 패드의 고속 회전에 의한 원심력에 기인하는 것으로서, 그 중심 부위와 가장자리 부위에 제공되는 원심력의 차이에 의해 슬러리의 유동에 따른 분포 정도가 상이하게 나타난다.따라서, 폴리싱 패드의 중심 부위는 슬러리의 계속적인 공급과 원심력이 미약하게 작용함에 의해 슬러리의 분포 층이 두껍게 형성되고, 상대적으로 폴리싱 패드의 가장자리 부위는 강한 원심력에 의해 얇게 분포됨으로써 연마작업에 따른 대상 물품 표면의 연마 정도가 광역적으로 불 균일하게 형성되는 문제가 있었다.또한, 상술한 각 그루브 측벽의 경사각이 수직하게 형성됨과 동시에 그 깊이 또한 깊게 형성됨에 따라 공급되는 슬러리는 폴리싱 패드가 고속으로 회전할 때에 그루브의 단면 형상의 측벽과 그 깊이에 의해 슬러리의 유동 속도를 절감되도록 하고, 동시에 연마작업 과정에서 계속적인 슬러리의 공급이 유지되도록 하는 것이다.이 경우 슬러리가 계속적으로 공급되는 폴리싱 패드의 중심 부위는 공급되는 슬러리의 양과 미약하게 작용하는 원심력에 대응하여 슬러리의 유동 속도가 향상될 것이 요구되고, 상대적으로 폴리싱 패드의 가장자리 부위는 원심력이 크게 작용함에 대응하여 슬러리의 유동 속도가 저하될 것이 요구된다.따라서, 상술한 각 그루브의 측벽 형상에 의하면 슬러리의 계속적인 공급과 폴리싱 패드의 고속 회전에 대응하여 폴리싱 패드의 가장자리 방향으로의 그루브 측벽이 수직하게 형성되고, 또 그 깊이가 일정하게 형성됨으로써 원심력에 대한 슬러리의 유동 및 분포가 균일하게 이루어지지 못하였으며, 이에 따라 대상 물품의 연마 정도가 불 균일하게 형성되는 문제가 있었다.한편, 상술한 바와 같이, 대상 물품이 반도체 웨이퍼의 경우 그 표면이 불균일하게 연마될 경우 이후의 공정 불량을 초래하는 등 제품 품질을 저하시키는 문제가 있었다.

본 발명의 목적은, 대상 물품 표면에 대향하며 고속 회전하도록 설치되는 폴리싱 패드의 상면 상에 형성되어 연마작업 과정에서 슬러리의 공급량과 폴리싱 패드의 회전 속도 및 그에 따른 중심 부위와 가장자리 사이의 원심력 차이에 대한 슬러리의 유동을 제어할 수 있도록 하여 폴리싱 패드 상면에 대하여 슬러리가 광역적이고도 계속적으로 균일하게 분포되도록 함으로써 대상 물품의 연마에 따른 균일한 연마 정도를 향상시키도록 하는 화학적 기계적 폴리싱 장치용 폴리싱 패드의 그루브를 제공함에 있다.

도1은 종래의 폴리싱 패드 상에 형성되는 동심원 형상의 그루브를 나타낸 폴리싱 패드의 평면도.

도2는 도1의 폴리싱 패드에 형성된 그루브의 부분 단면도.

도3은 격자 형상의 그루브가 형성된 종래의 폴리싱 패드의 평면도.

도4는 도3의 폴리싱 패드에 형성된 격자형 그루브의 부분 단면도.

도5 내지 도7은 폴리싱 패드에 형성되는 그루브의 다른 형상을 보인 단면도.

도8 내지 도10은 본 발명에 따른 실시예로서 폴리싱 패드에 형성되는 각 다른 형상의 그루브를 복합적으로 형성한 상태의 부분 단면도.

도11 내지 도13은 도5 내지 도8에 도시된 그루브 형상을 일정 구간씩 복합적으로 형성한 상태를 보인 부분 단면도.

도14는 본 발명에서 폴리싱 패드에 형성되는 그루브를 내측에서부터 외측으로 점진적으로 깊게 형성한 상태를 보인 부분 단면예시도.

＜도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명＞

10a, 10b: 폴리싱 패드 12: 동심원형 그루브

14: 격자형 그루브 22: 원호 형상 그루브

24: 역삼각 형상 그루브 26: 육각 형상 그루브

12a, 12b, 14a, 14b, 22a, 22b, 24a, 24b, 26a, 26b: 그루브 측벽

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은, 화학적 기계적 폴리싱 장치에 설치되는 폴리싱 패드의 상면에 형성되고, 상기 폴리싱 패드의 고속 회전에 의한 원심력에 대응하여 슬러리의 이송 및 배출 통로로 사용되며, 상기 폴리싱 패드의 중심 부위에서 가장자리 부위까지 각기 다른 직경을 갖는 동심원 형상으로 복수개가 상호 소정 간격으로 배치 형성되는 화학적 기계적 폴리싱 장치용 폴리싱 패드의 그루브에 있어서, 상기 폴리싱 패드의 중심 부위에서 가장자리 부위까지 일정 간격으로 배치 형성되는 그루브의 단면 형상을 상기 폴리싱 패드의 고속 회전에 따른 슬러리의 유동 속도를 제어하도록 각기 다른 형상과 깊이를 갖는 것이 복합적으로 형성되어 이루어진다.

또한, 상기 단면 형상은 상기 폴리싱 패드의 회전에 따른 원심력에 대응하여 상기 폴리싱 패드 중심 부위에서 가장자리 부위로 점차 그 깊이가 깊게 형성함이 바람직하고, 상기 단면 형상의 상기 폴리싱 패드의 가장자리 방향 측벽의 경사각이 5∼90。 각도로 완만한 경사각에서 점차 수직한 경사각을 이루도록 형성함이 효과적이다.

그리고, 상기 폴리싱 패드 중심에 근접하는 부위의 상기 단면 형상은 원호의 함몰된 형상으로 형성되고, 상기 폴리싱 패드 반경 중간 부위의 상기 단면 형상은 삼각형의 함몰된 형상으로 형성되며, 상기 폴리싱 패드 가장자리에 근접하는 부위의 단면 형상은 사각형의 함몰된 형상으로 형성되어 이루어질 수 있다.

이하, 상기 구성에 따른 본 발명의 화학적 기계적 폴리싱 장치용 폴리싱 패드의 그루브에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.

도8 내지 도10은 본 발명의 변형 실시예로서 폴리싱 패드의 상에 형성되는 각 단면 형상의 그루브를 복합 적용하여 형성한 상태를 나타낸 부분 단면도이고, 도11 내지 도13은 도5 내지 도8에 도시된 그루브 형상을 폴리싱 패드의 반경에 대하여 일정 구간에 복합 형성된 관계를 나타낸 부분 단면도이며, 도14 또는 도15는 도5 내지 도13에 도시된 그루브의 적용 관계를 나타낸 부분 단면도이다.종래와 동일한 부분에 대하여 동일한 부호를 부여하고, 그에 따른 상세한 설명은 생략하기로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 화학적 기계적 폴리싱 장치용 폴리싱 패드의 그루브(22, 24, 26)의 형상은 도8 내지 도10에 도시된 바와 같이 상술한 원호 또는 역삼각 및 육각형상 그루브(26)를 폴리싱 패드의 각 부위에 대하여 조합하여 형성한 것을 나타낸 것이다.

한편, 상술한 각 형상 즉, 원호형상·역삼각형상·육각형상 그루브(22)·(24)·(26) 등을 형성하되 도14에 도시된 바와 같이 폴리싱 패드의 중심 부위에서 가장자리 부위로 갈수록 점차 그루브의 깊이를 점진적으로 깊게 형성할 수 있다.

또한, 이렇게 점차 그 깊이가 깊어지는 각 원호형상·역삼각형상·육각형상 그루브(22)·(24)·(26) 등에 있어서, 폴리싱 패드의 작업 표면에 대응하여 중심 부위에서 가장자리 부위에 위치되는 그루브 측벽(22a, 22b, 24a, 24b, 26a, 26b)을 폴리싱 패드의 가장자리 방향에 대한 측벽이 5∼90。 사이의 각으로 완만한 경사각에서 점차 수직한 형상으로 형성할 수 있다.

이렇게 형성되는 각 원호형상·역삼각형상·육각형상 그루브(22)·(24)·(26)의 형상과 이들 원호형상·역삼각형상·육각형상 그루브(22)·(24)·(26)의 그루브 측벽(22a, 22b, 24a, 24b, 26a, 26b)에 의해 슬러리의 유동 속도가 제어되어 폴리싱 패드 상에 계속적으로 균일하게 분포되어 연마작업을 수행할 수 있게 된다.

따라서, 본 발명에 의하면, 화학적 기계적 폴리싱 장치에 의해 폴리싱 패드가 고속 회전함에 있어서, 원심력이 미약하게 제공되는 폴리싱 패드의 상면 중심 부위에 슬러리의 유동 속도를 증대시키기 위하여 그루브의 깊이가 낮게 형성하고, 비교적 원심력이 강하게 작용하는 폴리싱 패드의 가장자리 부위에 대응하는 그루브의 깊이는 점차적으로 깊게 형성되며, 또 폴리싱 패드의 가장자리 방향에 대한 측벽이 폴리싱 패드의 중심 부위에서 가장자리 방향으로 점차 그 경사각이 완만한 것에서 수직하게 형성됨에 따라 폴리싱 패드의 상면 전반에 걸쳐 슬러리의 유동 속도 및 그 분포 관계가 균일하게 이루어짐에 따라 대상 물품의 연마 정도가 균일하게 형성되어 연마 효율을 향상시킬 수 있다.

Claims (4)

1. 화학적 기계적 폴리싱 장치에 설치되는 폴리싱 패드(10a)의 상면에 형성되고, 상기 폴리싱 패드(10a)의 고속 회전에 의한 원심력에 대응하여 슬러리의 이송 및 배출 통로로 사용되며, 폴리싱 패드(10a)의 고속 회전에 따른 슬러리의 유동 속도를 제어하도록 상기 폴리싱 패드(10a)의 중심 부위에서 가장자리 부위까지 원호 형상 그루브(22)·역삼각형상 그루브(22)·육각형상 그루브(26) 등의 그루브를 형성함에 있어서,

   상기 폴리싱 패드(10a)의 중심 부위에서 가장자리 부위까지 각기 다른 형상의 그루브를 일정 간격으로 배치 형성한 것과,

   그루브의 깊이를 폴리싱 패드(10a)의 중심 부위에서 가장자리 방향으로 점진적으로 깊게 형성한 것이 포함되는 것을 특징으로 하는 화학적 기계적 폴리싱 장치에 설치되는 폴리싱 패드의 그루브.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 그루브는 측벽이 경사각을 5∼90。 각도 범위 내에서 형성하되 외측 그루브의 경사각을 내측 그루브의 경사각보다 점진적으로 수직하도록 큰 경사각으로 형성한 것을 특징으로 하는 상기 화학적 기계적 폴리싱 장치에 설치되는 폴리싱 패드의 그루브.
4. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,

   그루브는 폴리싱 패드(10a)의 중심부와 중간부 및 외측부에 통상의 원호형상 그루브(22)와 역삼각형상 그루브(22) 및 육각형상 그루브(26)를 순차적으로 형성한 것을 특징으로 하는 상기 화학적 기계적 폴리싱 장치에 설치되는 폴리싱 패드의 그루브.