KR100348525B1 - 다양한 표면 그루브패턴을 갖는 연마패드 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 웨이퍼의 평탄화 공정인 화학적 - 기계적 연마공정에 사용되는 연마패드의 표면에 다양한 유형의 그루브패턴을 가공형성 함으로써 웨이퍼 연마시 슬러리 입자를 포함한 슬러리 용액 및 연마 잔류물들의 원활한 이송 및 배출을 유도하여 웨이퍼의 연마속도의 상승과 아울러 웨이퍼의 연마 효율을 높일 수 있도록 한 것으로, 대상 물품에 대한 연마시 슬러리의 유동 및 분포가 지속적으로 유지되도록 표면에 일정깊이의 홈으로 되는 그루브패턴을 형성하여서 되는 연마패드(A)에 있어서,

상기 연마패드(A)의 표면에 패드(A)의 중심으로부터 외측으로 갈수록 그 간격이 조밀해지는 직선그루브(1)를 X-Y축선에 대해 각각 나란하게 다수 형성하고 패드의 중심으로부터 외측으로 갈수록 간격을 달리하는 다수의 원그루브(2)를 동심으로 함께 형성한 것을 특징으로 하는 다양한 표면 그루부패턴을 갖는 연마패드이다.

Description

다양한 표면 그루브패턴을 갖는 연마패드{POLISHING PAD WITH VARIOUS GROOVE-PATTERN}

본 발명은 다양한 표면 그루브패턴을 갖는 연마패드에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 반도체 웨이퍼의 평탄화 공정인 화학적 - 기계적 연마공정에 사용되는 연마패드의 표면에 다양한 유형의 그루브패턴을 가공형성 함으로써 웨이퍼 연마시 슬러리 입자를 포함한 슬러리 용액 및 연마 잔류물들의 원활한 이송 및 배출을 유도하여 웨이퍼의 연마속도의 상승과 아울러 웨이퍼의 연마 효율을 높일 수 있도록 한 것이다.

일반적으로 반도체 웨이퍼 등의 대상 물품 표면을 연마하기 위해 평탄화 공정에 사용되는 연마패드(polishing pad) 상면에는 일정 폭 및 깊이를 갖는 특정형상의 그루브(groove)가 다수 형성되어 있는바, 이들 연마패드에 형성되는 그루브는 반도체 웨이퍼의 연마 작업 과정에서 연마 효율을 높이기 위해 지속적으로 공급되는 슬러리의 유동 및 분포관계를 결정하는 주요 요인으로 되어 나아가서는 이들 그루브의 형태에 따라서 연마 대상물인 반도체 웨이퍼의 연마효율에 아주 큰 영향을 미치게 되는 것이었다.

이와 같이 연마대상물에 대해 막대한 영향을 끼치는 그루브패턴을 갖는 종래의 연마패드는 도16∼도19에 도시한 바와 같이 그 대부분이 동심원이나 단순격자 형상 또는 동심원과 격자를 결합한 형상 등의 그루브패턴을 갖는 것이어서, 동심원의 직경이 크면 클수록 내측과 외측, 중간부위와의 차이로 인해 웨이퍼를 연마한 수 웨이퍼의 연마면을 각각 측정기로 측정해 보면 그 표면의 일부가 오목하게 들어가거나 볼록하게 튀어나오는 등 그 표면의 평탄화 정도가 불균일하여 균일한면을 얻을 수 없을 뿐만 아니라 패드 자체의 연마율을 저하시킴에 따라 연마패드의 수명을 단축시키게 되며 연마된 제품으로서의 반도체 웨이퍼의 성능을 크게 떨어뜨려 상품성을 해치게 되는 문제가 있는 것이었다.

따라서 본 발명의 목적은, 상기와 같은 종래 연마패드가 지닌 제반 문제점을 해결하기 위하여, 연마패드면에 보다 진보된다양한 형태, 즉 웨이퍼와 패드간 마찰빈도가 높은 곳은 패드의 면적을 넓게 하고 마찰빈도가 낮은 곳은 패드의 면적을 좁게 하는 그루브패턴을 형성함으로써 웨이퍼 표면 연마시 연마패드의 웨이퍼 접촉면에 대한 마모가 균일하게 이루어지게 하여 연마패드의 사용 수명을 연장할 수 있을 뿐만 아니라 슬러리의 유동과 분포관계 및 그루브가 이루는 단차에 의한 연마정도를 향상시킬 수 있도록 하는 것에 의해 마이크로 스크래치를 감소시킴과 동시에 슬러리의 배출을 원활히 하여 연마속도 및 웨이퍼 내 균일성과 웨이퍼간의 재현성 등을 향상시킬 수 있는 다양한 표면 그루브패턴을 갖는 연마패드를 제공함에 있다.

도 1 내지 도 3은 본 발명의 그루브패턴일예를 나타내는 평면도

도 4 및 도 5는 도 3의 그루브패턴의 변형 예를 나타내는 평면도

도 6 및 도 7은 본 발명의 그루브패턴의 다른 예를 나타내는 평면도

도 8a 및 도 8b는 도 6의 그루브패턴의 변형 예를 나타내는 평면도

도 9a 내지 도 9c는 본 발명의 그루브패턴의 또 다른 예를 나타내는 평면도

도 10은 도 9a 내지 도 9c의 그루브패턴의 변형 예를 나타내는 평면도

도 11은 도 10의 그루브패턴의 변형 예를 나타내는 평면도

도 12는 본 발명의 그루브패턴의 또 다른 예를 나타내는 평면도

도 13은 도 12의 그루브패턴 변형 예를 나타내는 평면도

도 14는 본 발명의 그루브패턴의 또 다른 예를 나타내는 평면도

도 15는 도 14의 그루브패턴 변형 예를 나타내는 평면도

도 16 내지 도 19는 종래 연마패드의 그루브패턴예를 나타내는 평면도

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

a,b,c,d : 소그루브패턴 1 : 직선그루브 2 : 원그루브

3 : 사선그루브 4 : 타원그루브 5 : 인벌류트 곡선그루브

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 의한 다양한 표면 그루브패턴을 갖는 연마패드는, 대상물품에 대한 연마시 슬러리의 유동 및 분포가 지속적으로 유지되도록 표면에 일정깊이의 홈으로 되는 그루브패턴을 형성하여서 되는 연마패드(A)에 있어서, 상기 연마패드(A)의 표면에 패드(A)의 중심으로부터 외측으로 갈수록 그 간격이 조밀해지는 직선 그루브(1)를 X축선에 대해 나란하거나, Y축선에 대해 나란하게 또는 X-Y축선에 대해 각각 나란하게 다수 형성하여서 되는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 직선그루브(1)가 형성된 연마패드(A)의 표면에 다수의 원그루브 (2)를 동심으로 일정간격을 두고 함께 형성한 것을 특징으로 한다.

또한 직선그루브(1)가 형성된 상기 연마패드(A)의 표면에 패드의 중심으로부터 외측으로 갈수록 조밀해지는 간격을 갖는 다수의 원그루브(2)를 동심으로 함께 형성한 것을 특징으로 한다.

또한 연마패드 외경을 이루는 원에 내접하는 다수의 삼각형을 이루도록 삼각형상의 사선그루브(3)를 다수 형성한 패드표면에 다수의 원그루브(2)를 동심으로 일정간격을 두고 함께 형성한 것을 특징으로 한다.

또한 삼각형상의 사선그루브(3)가 형성된 상기 연마패드(A)의 표면에 패드의 중심으로부터 외측으로 갈수록 조밀해지는 간격을 갖는 다수의 원그루브(2)를 동심으로 함께 형성한 것을 특징으로 한다.

또한 삼각형상의 사선그루브(3)와 일정간격 또는 외측으로 갈수록 조밀해지는 간격으로 원그루브(2)가 형성된 상기 연마패드(A)의 표면에, 다수의 직선그루브(1)와 사선그루브(3)를 등간격으로 추가로 함께 형성한 것을 특징으로 한다.

또한 상기 연마패드(A)의 표면에 미시적(微視的) 등간격을 갖는 다수의 직선그루브(1)를 하나의 소그루브패턴(a)으로 하며, 이 소그루부패턴(a)을 X축선 또는Y축선에 대해 나란하거나 또는 X-Y축선 모두에 대해 각각 나란하게 일정간격을 두고 형성한 것을 특징으로 한다.

또한 상기 연마패드(A)의 표면에 서로 다른 미시적간격을 갖는 다수의 직선그루브(1)를 하나의 소그루브패턴(b)으로 하여, 이 소그루브패턴(b)을 X-Y축선에 대해 나란한 상태로 패드(A) 중심으로부터 외측으로 갈수록 그 간격이 조밀해지도록서로 간격을 두고 형성하여서 된 것을 특징으로 한다.

또한 표면에 X-Y축선에 대해 나란한 상태로 패드(A) 중심으로부터 외측으로 갈수록 그 간격이 조밀해지도록 일정간격을 두고 소그루브패턴(b)을 다수 형성한 연마패드(A)의 표면에, 패드 중심으로부터 외측으로 갈수록 조밀해지는 간격을 갖는 다수의 원그루브(5)를 동심으로 함께 형성한 것을 특징으로 한다.

또한 상기 연마패드(A)의 표면에 동심으로 일정간격을 갖는 다수의 타원그루브(4)를 하나의 소그루브패턴(c)으로 하여 형성한 것을 특징으로 한다.

또한 소그루브패턴(c)을 형성한 상기 연마패드(A)의 표면에, 상기 소그루브패턴(c)과 교차되게 다수의 소그루브패턴(c)을 함께 형성한 것을 특징으로 한다.

또한 연마패드(A)의 표면에, 대략 타원형태의 인벌류트 곡선그루브(5)를 하나의 소그루브패턴(d)으로 형성 한 것을 특징으로 한다.

또한 소그루브패턴(d)을 형성한 상기 연마패드(A) 표면에, 상기 소그루브패턴(d)과 교차되게 다수의 소그루브패턴(d)을 함께 형성하는 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1 내지 도 3은 본 발명의 그루브패턴일예를 나타내는 패드의 평면도로서, 이는 연마패드(A)의 표면에 패드(A)의 중심으로부터 외측으로 갈수록 그 간격이 조밀해지는 직선그루브(1)를 X축선에 대해 나란하게 다수 형성하거나(도1), Y축선에 대해 나란하게 다수 형성하거나(도2), X-Y축선 모두에 대해 나란하게 다수 형성하여, 웨이퍼와 패드간의 마찰빈도가 높은 곳은 패드의 면적을 넓게 하고 마찰빈도가 낮은 곳은 패드의 면적을 좁게 하여 패드의 원심력에 따른 슬러리용액 및 입자들의 이송 및 배출을 유리하게 하며 패드가 받는 영향성을 고려하여 균일한 연마환경을 조성하게 된다.

도 4 및 도 5는 상기한 도3의 X-Y축선에 대해 나란하게 다수의 직선그루브(1)가 형성된 패드 표면에, 다수의 원그루브(2)를 등간격으로 동심으로 형성하거나(도4), 다수의 원그루브(2)를 패드(A)의 중심으로부터 바깥쪽으로 갈수록 조밀해지는 간격을 갖도록 동심으로 형성하여(도5), 직선그루브(1)와 아울러 원그루브(2)가 함께 각 부위에서의 원심력 작용차이에 따라 슬러리용액이나 입자들의 이송 및 배출역할을 하게 하여 웨이퍼에 대한 미세연마가 이루어지도록 하고 있다.

도 6 및 도 7은 그 외경에 내접하는 다수의 정삼각형을 이루도록 다수의 사선그루브(3)를 형성한 패드(A)의 표면에 다수의 원그루브(2)를 등간격으로 동심으로 형성하거나(도6), 그 외경에 내접하는 다수의 정삼각형을 이루도록 다수의 사선그루브(3)를 형성한 패드(A)의 표면에 다수의 원그루브(2)를 패드(A)의 중심으로부터 바깥쪽으로 갈수록 조밀해지는 간격을 갖도록 동심으로 형성하여(도7) 연마시 연마 속도 및 웨이퍼내 균일성과 웨이퍼간의 재현성 등을 향상시킬 수 있게 하고 있다.

도 8a 및 도 8b는 도 6의 패드 외경에 내접하는 다수의 정삼각형을 이루도록 다수의 사선그루브(3)를 형성한 패드표면에 다수의 직선그루브(1)와 사선그루브(3)를 등간격으로 함께 형성하거나(도8a), 패드 외경에 내접하는 다수의 정삼각형을 이루도록 다수의 사선그루브(3)를 형성한 패드표면에 직선그루브(1)와 다수의 사선그루브(3)가 패드의 중심을 방사상으로 교차되게 형성하여(도 8b) 앞서 도 6 및 도 7에서의 그루브패턴에 의한 연마패드(A)의 연마속도 및 웨이퍼내의 균일성과 웨이퍼간의 재현성을 더욱 향상시킬 수 있게 하고 있다.

도 9a, 도 9b 및 도 9c 는 본 발명의 다른 직선그루브 패턴 예를 나타내는 패드의 평면도로서, 이는 연마패드(A)의 표면에 미시적 등간격을 갖는 다수의 직선그루브(1)를 하나의 소그루브패턴(a)으로 하여, 이 소그루브패턴(a)을 X축선에 대해 나란하게 일정간격을 두고 다수 형성하거나(도 9a), 상기 소그루브패턴(a)을 Y축선에 대해 나란하게 일정간격을 두고 다수형성하거나(도 9b), 상기 소그루브패턴(a)을 X-Y축선 모두에 대해 나란하게 일정간격을 두고 다수 형성하는 식으로 그루브패턴의 유형을 다양하게 하여 연마슬러리 사용 시 슬러리 입자를 포함한 슬러리 용액 및 연마잔류물들의 원활한 이송 및 배출을 유도하여 웨이퍼에 대한 연마효율을 높일 수 있게 된다.

도 10은 서로 다른 미시적 간격을 갖는 다수의 직선그루브(1)를 또 다른 하나의 소그루브패턴(b)으로 하여, 이 소그루브패턴(b)을 X-Y축선에 대해 나란한 상태로 패드(A) 중심으로부터 외측으로 그 간격이 조밀해지도록 서로 간격을 두고 서로교차되게 다수 형성하고 있는 것으로, 이는 도9c에 나타나 있는 미시적 등간격의 직선그루브(1)로 되는 소그루브패턴(a)과는 달리 서로 다른 미시적 간격을 갖는 직선그루브(1)로 되는 소그루브패턴(b)을 패드 외측으로 갈수록 조밀한 간격이 유지되도록 형성한 것이며,

도 11은 도 10에 표현된 그루브패턴에 대해 패드의 중심으로부터 외측으로 갈수록 조밀해지는 간격을 갖는 다수의 원그루브(2)를 동심으로 함께 형성하여 연마패드상에 영역별로 차별화 된 밀도의 그루브를 갖게 하여 패드상의 웨이퍼 궤적 및 접촉 밀도에 따라 그루브 밀도를 달리하고 있다.

도 12 및 도 13은 동심원그루브와는 달리 동심으로 일정간격을 갖는 다수의 타원그루브(4)를 하나의 소그루브패턴(c)으로하여, 이 소그루브패턴(c)을 연마패드(A)의 표면에 하나 형성하거나(도 12), 상기 소그루브패턴(c)을 그 중심이 서로교차되게 다수게 형성하여(도 13) 웨이퍼 연마 시 오비할 방법에 능동적으로 대응토록하여 웨이퍼연마 작업성을 좋게 하고 있다.

도 14 및 도 15는 상기 도 12 및 도 13과 유사하게 타원형태의 인벌류트 곡선그루브(5)를 하나의 소그루브패턴(d)으로 하여, 이 소그루브패턴(d)을 연마패드(A) 표면에 하나 형성하거나(도 14), 상기 소그루브패턴(d)을 그 중심이 서로 교차되게 다수개 형성하여(도 15) 타원형 동심원그루브에 대한 변형 예로서 형성하여, 패드(A)의 중앙부와 내측, 외측부와의 그루브차이를 줄여 연마시 발생되는 운동에너지를 골고루 분산시켜 줌으로써 슬러리의 운동에너지 및 유속운동시 발생하는 유속차를 일정하게 할 수 있게 된다.

상기 근성에 있어서, 연마패드(A)의 중심으로부터 외측으로 갈수록 조림한 간격을 갖도록 다수 형성되는 직선그루브(1)나 원그루브(2) 또는 소그루브패턴(6)의 각각의 간격은, 반드시 패드의 바깥쪽으로 갈수록 조밀하게 형성되어야 하는 것은 아니며, 예를 들면 반대로 패드(A)의 중심측으로 갈수록 조밀한 간격이 유지되게 형성할 수 있는 등, 각각의 간격을 임의방향으로 서로 달리하여 형성할 수 있음은 물론이다.

이상에서와 같이 본 발명은 비록 상기의 실시예에 한하여 설명하였지만 반드시 여기에만 한정되는 것은 아니며 본 발명의 범주와 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형실시가 가능함은 물론이다.

이상의 설명에서 분명히 알 수 있듯이, 본 발명의 다양한 그루브패턴을 갖는 연마패드에 의하면, 반도체 웨이퍼의 평탄화공정인 화학적-기계적 연마공정에 사용되는 연마패드상의 표면에 가공되는 그루브패턴의 유형을 보다 다양하게 하여 각부위에서의 원심력 작용차이에 따라 연마 슬러리 사용시 슬러리 입자를 포함함 슬러리 용액 및 연마잔류물들의 원활한 이송 및 배출을 유도함과 동시에 연마패드가 회전할 때 패드상의 슬러리 용액이나 연마잔류물들을 골고루 배출하여 마이크로스크래치의 발생을 최소화할 수 있을 뿐만 아니라 연마속도 및 웨이퍼 내 균일성과 웨이퍼간의 재현성 등을 향상시킬 수 있게 되는 등의 유용한 효과를 제공한다.본 발명은 기재된 구체적인 예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

Claims (13)

1. 연마패드(A)의 표면에 패드(A)의 중심으로부터 외측으로 갈수록 그 간격을 달리하는 직선그루브(1)를X-Y축선에 대해 각각 나란하게 다수 형성하여서 되는 것을 특징으로 하는 다양한 표면 그루브패턴을 갖는 연마패드.
2. 청구항 1에 있어서,

   직선그루브(1)가 형성된 상기 연마패드(A) 표면에 다수의 원그루브(2)를 동심으로 일정간격을 두고 함께 형성한 것을 특징으로 하는 다양한 표면 그루브패턴을 갖는 연마패드
3. 청구항 1에 있어서,

   직선그루브(1)가 형성된 상기 연마패드(A)의 표면에 패드의 중심으로부터 외측으로 갈수록 그 간격을 달리하는 다수의 원그루브(2)를 동심으로 함께 형성한 것을 특징으로 하는 다양한 표면 그루브패턴을 갖는 연마패드
4. 연마패드(A)의 표면에 패드(A)의 외경을 이루는 원에 정삼각형 형태의 사선그루브93)를 다수 형성함과 동시에 상기 사선그루브(3)와 교차되게 다수의 원그루브(2)를 동심으로 일정간격을 두고 함께 형성한 것을 특징으로 하는 다양한 표면 그루브패턴을 갖는 연마패드.
5. 청구항 4에 있어서,

   정삼각형태의 사선그루브(3)가 다수 형성된 연마패드(A)의 표면에 패드의 중심으로부터 외측으로 갈수록 그 간격을 달리하는 다수의 원그루브(2)를 동심으로 함께 형성한 것을 특징으로 하는 다양한 표면 그루브패턴을 갖는 연마패드.
6. 청구항 4 또는 청구항 5에 있어서,

   상기 정삼각형태의 사선그루브(3)와 일정간격 또는 외측으로 갈수록 그 간격을 달리하는 원그루브(2)가 형성된 연마패드(A)의 표면에 다수의 직선그루브(1)와 사선그루브(3)를 등간격으로 추가로 함께 형성한 것을 특징으로 다양한 표면 그루브패턴을 갖는 연마패드
7. 연마패드(A)의 표면에 미시적 등간격을 갖는 다수의 직선그루브(1)를 하나의 소그루브패턴(a)으로 하여, 이 소그루브패턴(a)을 X-Y축선에 대해 각각 나란하게 일정간격을 두고 형성한 것을 특징으로 하는 다양한 표면 그루브패턴을 갖는 연마패드
8. 연마패드(A)의 표면에 서로 다른 미시적 간격을 갖는 다수의 직선그루브(1)를 하나의 소그루브패턴(b)으로 하여, 이 소그루브패턴(b)을 X-Y축선에 대해 나란한 상태로 패드(A) 중심으로부터 외측으로 갈수록 그 간격을 달리하여 서로 간격을 두고 서로 교차되게 다수 형성하여서 된 것을 특징으로 하는 다양한 표면 그루브패턴을 갖는 연마패드
9. 청구항 8에 있어서,

   표면에 X-Y축선에 대해 나란한 상태로 패드(A) 중심으로부터 외측으로 갈수록 그 간격이 조밀해지도록 일정간격을 두고 소그루브패턴(b)을 다수 형성한 상기 연마패드(A)의 표면에, 패드의 중심으로부터 외측으로 갈수록 그 간격을 달리하는 다수의 원그루브(2)를 동심으로 함께 형성한 것을 특징으로 하는 다양한 표면 그루브패턴을 갖는 연마패드
10. 연마패드(A)의 표면에, 동심으로 일정간격을 갖는 다수의 타원그루브(4)를 하나의 소그루브패턴(c)으로 하여 형성한 것을 특징으로 하는 다양한 표면 그루브패턴을 갖는 연마패드
11. 청구항 10에 있어서,

    상기 소그루브패턴(c)를 형성한 연마패드(A) 표면에 상기 소그루브패턴(c)과 교차되게 다수의 소그루브패턴(c)을 함께 형성한 것을 특징으로 하는 다양한 표면 그루브패턴을 갖는 연마패드
12. 연마패드(A)의 표면에, 대략 타원형태의 인벌류트 곡선그루브(5)를 하나의 소그루브패턴(d)으로 하여 형성한 것을 특징으로 하는 다양한 표면 그루브패턴을 갖는 연마패드
13. 청구항 12에 있어서,

    상기 소그루브패턴(d)을 형성한 연마패드(A) 표면에 상기 소그루브패턴 (d)과 교차되게 다수의 소그루브패턴(d)을 함께 형성한 것을 특징으로 하는 다양한 표면 그루브패턴을 갖는 연마패드