KR101108024B1 - 화학 기계적 평탄화를 위한 기능적으로 그레이딩된 패드의합성 - Google Patents

화학 기계적 평탄화를 위한 기능적으로 그레이딩된 패드의합성 Download PDF

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Abstract

CMP 공정의 재료 제거율, 결함도, 부식 및 디싱 및 효과적인 평탄화 길이는 패드 재료의 로컬 트라이벌러지(경도, 컴플라이언스) 및 물리적 특성(구멍 크기 및 밀도, 거칠기)에 의존한다. 그레이딩된 패드는 (i) 연마 및 나노토포그래피에서 최소 디싱, 부식을 갖는 금속/배리어 또는 산화물/질화물[STI]과 같은 상이한 재료 스택 (ii) 최소 부식 및 슬러리 선택도를 가진 특정화된 재료(낮은 k, 스트레인 실리콘 및 SOI), (iii) 다양한 패턴 밀도 및 칩 크기를 갖는 복잡한 설계 및 구조를 갖는 디바이스(칩상의 시스템 및 수직 게이트)를 평탄화하기 위해 맞춤된 다양한 재료/마찰 특성에서의 공간적 모듈레이션을 나타낸다. 여기에 기술된 복수 타입의 그레이딩은 환형상, 아일랜드, 스텝 및 연속 그레이딩을 포함한다. 패드상의 웨이퍼 스위프 및 특정 슬러리 화학작용을 위한 CMP 공정을 위한 패드 그레이딩 설계는 로컬 패드 재료(경도, 컴플라이언스, 구멍 크기 및 거칠기)에 의존한다. 이러한 기능적으로 그레이딩된 중합 패드는 스케일된 (서브-100nm) 실리콘 ICs, 디스크 드라이브, 마이크로머신(MEMs) 및 나노조성 기판을 평탄화하는데 상당한 영향을 줄 것으로 기대된다.
연마 패드, 기능적으로 그레이딩된 패드, 평탄화, CMP, 경도, 컴플라이언스, 마찰, 거칠기

Description

화학 기계적 평탄화를 위한 기능적으로 그레이딩된 패드의 합성{SYNTHESIS OF A FUNCTIONALLY GRADED PAD FOR CHEMICAL MECHANICAL PLANARIZATION}
반도체 웨이퍼의 화학 기계적 평탄화(CMP)에 적합한 연마 패드가 개시되어 있다. 특히, 재료/마찰 특성에서 공간 그레이딩을 주기 위해 합성된 연마 패드에 관한 것이다. 이러한 차등 그레이딩은 실리콘 집적 회로(IC) 프로세싱 동안 다양한 유전막 및 금속막을 주문식으로 연마하기 위해 사용될 수 있다.
화학 기계적 평탄화(CMP)는 반도체 웨이퍼상의 집적 회로(IC) 제조 동안 개별적인 층(유전층 또는 금속층)을 평탄화하는데 사용된다. CMP는 상감 공정에 이은 금속 퇴적과 같은, 웨이퍼상의 IC의 바람직하지 않은 토포그래피컬 특징을 제거한다. CMP는 샐로우 트렌치 이솔레이션 단계 동안 생성된 산소의 초과분을 제거하고 낮은 유전상수(낮은 k)의 재료를 갖는 것을 포함하는 층간절연막(ILD) 및 층간절연막(IMD)을 평탄화하기 위해 사용될 수 있다.
CMP는 보통 평탄화를 달성하는데 적합한 기계 및 화학적 제어를 제공하기 위해 반응성 액체 매체 및 연마 패드면을 조합하여 사용한다. 반응성 액체 및 연마패드면의 하나 또는 모두는 웨이퍼상의 CMP 공정의 화학적 반응성 및/또는 기계적 활동을 강화시키기 위해 보통 나노 크기의 치수를 갖는 무기 입자를 포함할 수 있 다. 오늘날 널리 사용되는 연마 패드는 균일한 슬러리 트랜스포트를 제공하고, 최종 미립자 제품의 분포 및 제거를 제공하고, 그리고 웨이퍼에 인가된 압력의 균일한 분포를 제공하는, 동시적인 기능을 달성하기 위해 선택된 실질상 강성의, 마이크로 다공성 폴리우레탄 재료로 구성되어 있다.
CMP 공정에서, 웨이퍼와의 슬러리 플로이드의 화학적 상호작용으로 인해 연마면에 화학적으로 수정되는 층이 형성된다. 동시에, 슬러리에서의 부식은 화학적으로 수정된 표면과 상호작용하여 재료가 제거되는 결과를 초래한다. 부식 입자는 보통 재료 제거의 단계에서 기계적 부식에 의해 생성된다. 나노 스케일 레벨에서 볼 때, 얇은 표면층의 형성 및 연속 제거의 동력학은 CMP 출력, 즉, 제거율(RR), 표면 평탄성, 표면 결합성, 및 슬러리 선택성을 제어한다. 따라서, 연마 패드 로컬 재료/마찰/기계 특성은 CMP 공정 동안 로컬 및 글로벌 평탄화 모두에 중요하다. CMP 공정에서의 재료 제거율(RR)은 복수의 팩터의 함수이지만, 특히 슬러리 부식 집중도 및 연마 패드/슬러리/웨이퍼 인터페이스 영역에서의 평균 마찰계수("f")의 함수이다. CMP 동안의 정상 및 전단응력의 정보 및 '실시간 f'는 연마패드 마찰 및 슬러리 레올러지에 종속되어 있다. 최근 연구(인용 1 및 2)에 의하면 패드 재료의 컴플라이언스, 웨이퍼와 슬러리 부식 입자 사이의 접촉 면적, 및 시스템의 윤활정도 모두 임의의 CMP 공정 동안 상당한 역할을 하는 것으로 알려져 있다.
CMP 공정에서의 이러한 팩터의 역할을 양자화하는 방법으로서, 스트리벡 곡선이 사용될 수 있다. 배경기술로서, 스트리벡 곡선은 소머필드 넘버, So[So=μV/pㆍdeff]에 대한 평균 마찰계수 "f"의 도면이고, 웨이퍼, 회전 패드 및 인케이싱된 부식 입자 사이의 접촉 정도를 도시한다. (여기에서 μ는 슬러리 점성 계수이고, V는 상대적 패드-웨이퍼 점도이고 deff=αㆍRa+[1-α]ㆍdgroove이다.), 여기에서, Ra는 평균 패드 조도이고, dgroove는 패드 그루브 깊이이고, 'α'(웨이퍼 압력을 스케일링하는 크기가 없는 에어리어 파라미터)=Aup-features/Aflat pad;peff=p/α이다.
도 1에 제공된 일반적인 스트리벡 곡선은 3개의 이산적인 레짐(regime): "바운더리 윤활 레짐", "전이 레짐" 및 "하이드로다이내믹 윤활 레짐"을 나타내고 있다. 먼저, '바운더리 윤활 레벨'에서, 모든 고체는 슬러리 부식 입자와 친밀한 접촉상태에 있게 되고 'f'는 So와 대해 일정한 상태로 남는다. 이러한 레짐에서, 'f' 와 'RR'의 보다 큰 값이 나타난다.
둘째로, 중간 'So' 값에서 또는 "부분 윤활 레짐" 또는 "전이 영역 레짐"에서, 패드 및 웨이퍼는 부분적으로 패드의 거칠기에 의해 또는 플로이드 막층의 존재로 인해 직접 접촉하지 않게 된다. 이러한 전이 레짐에서, 'f'의 경도는 음의 값을 갖는다.
마지막으로, "하이드로다이내믹 윤활" 레짐에서 또는 So의 보다 큰 값에서, 보다 두꺼운 플로이드 층의 존재로 인해 보다 작은 'RR' 와 'f' 값이 나타난다. 증가하는 So에 대한 'f'의 임의의 경미한 증가는 플로이드 플로우 필드(f=kㆍSo β,여기에서, k는 상수이고 β는 윤활 레짐의 마찰 메커니즘 지시자이다.)에서의 에디 (eddies)의 발생으로 인해 발생할 가능성이 높다. β>0에 대하여, 바운더리 윤활 메커니즘이 지배적이다. β의 마이너스 값에 대하여, 부분 윤활 레짐은 명백하고 보다 낮은 RR이다(RR=KPrㆍpeffㆍV이고, 여기에서 KPr은 프로세스의 화학 기계적 태양에 의존하는 프레스톤의 상수이다.)
이 부분 윤활 레짐(또는 전이 영역 레짐)은 증가된 패드 수명을 제공한다. 그러나, 바운더리 윤활 레짐에서의 동작은 RR 및 웨이퍼 균일도에서 보다 큰 안정도, 제어 및 예측도를 제공한다. 'f' 및 'β'는 모두 KPr과 선형 관계를 갖고 그래서 RR과 선형관계를 갖는다. KPr은 연마 패드 저장 모듈러스에 반비례한다. 따라서, 보다 높은 압축도를 가진 소프터 연마 패드가 보다 큰 RR를 제공하고 보다 낮은 압축도를 가진 하더 연마 패드가 보다 낮은 RR를 제공한다. 소프터 패드는 비교적 보다 압축되고 따라서 웨이퍼의 모션동안 연속으로 극복해야 할 배리어를 생성하기 때문에, 연마 동안 웨이퍼의 리딩 에지에서 보다 큰 전단응력을 받게 된다. 마이크로스케일에서, 웨이퍼/패드 인터페이스에서의 연마 패드 거칠기는 붕괴되고 따라서, 전단응력 및 f, β의 성분을 증가시키게 된다.
슬러리 레올로지를 따른 연마 재료의 컴플라이언스, 마이크로마찰, 나노마찰, 다양하게는, 윤활도, 그루빙 또는 퍼포레이션의 구성, 부식 집중도, pH 및 온도 각각은 특정 스트리벡 곡선의 형상을 변경시킬 수 있고, 상이한 윤활 레짐의 상대적인 정도를 변경할 수 있고, KPr, f 및 β의 값을 변경시킬 수 있다.
여기에 기술된 연마 패드는 패드 트라이볼러지의 상이한 영역을 가지고 있을 수 있다. 패드 트라이볼러지를 모듈레이팅하고 이 모듈레이팅되거나 상이한 영역에 대한 스트리벡 곡선 윤활도의 적합한 동작 레짐을 선택함으로써, (샐로우 트렌치 이솔레이션(STI)에서 발견되는 금속/배리어, 산화물/질화물 구조에서 발견되는 바와 같은) 상이한 재료 스택을 가지고 있는 웨이퍼; 또는, (낮은 k 및 스트레인-Si 재료 및 절연기판상의 실리콘(SOI) 구조와 같은) 서브-90nm 기술에 대하여 적용된 재료를 갖는 웨이퍼 및, "칩상의 시스템(SoC)" 및 다양한 수직 게이트 구조(예를 들어 FinFET)에서 분명한 것과 같은 복잡한 디바이스 설계 및 구조를 갖는 웨이퍼에 대해서도 로컬 및 글로벌 평탄화를 동시에 얻을 수 있다. 본원의 모듈레이팅되거나 기능적으로 그레이딩된 패드는 광범위한 다양한 패턴 밀도 및 칩 크기를 갖는 웨이퍼를 위해 설계될 수 있다.
실질상 동종인 트라이볼러지컬, 화학 및 마찰 특성을 갖는 종래 개방된 구멍 및 닫혀진 구멍 중합 패드는 CMP에 사용하기에 적합하였다. 그러나, 250nm CMOS 기술의 도입으로 이러한 패드의 적합성의 한계가 발견되었다. 서브-250nm 기술에 대하여, 예를 들어, 특히 칩 패턴 밀도에서의 실질적인 변화 및 증가된 칩 크기와 결합되었을 때 증가된 복잡도의 설계(예를 들어, SoC), 프로세스(예를 들어, SOI, FinFETs), 또는 재료(예를 들어, Cu 또는 낮은 k 재료)를 갖는 기술에 대하여, 종래 개방된 구멍 및 닫혀진 구멍 동종 중합 패드의 사용은 이전의 웨이퍼 세대에서의 동일한 측정과 비교하여 칩 생산성, 디바이스 성능, 및 디바이스 신뢰도의 열화를 수반하였다.
패드 두께(스태킹된 것과 언스태킹된 것) 및 패드 표면 배열(예를 들어, 퍼 포레이팅된, K-그루브, 및 K-그루브/X-Y 그루브 조합)을 변경하려는 다양한 시도는 칩 패턴 밀도, 칩 크기, 구조의 복잡도 및 유전/금속 프로세스 플로우가 궁극적인 칩 생산성, 디바이스 성능, 및 집적 회로의 신뢰도에 대해 갖는 충격에 대해 구체적으로 언급하지 않았다.
연마 패드 마찰/재료 특성의 공간적 변화를 갖는, 여기에 기술된, 기능적으로 그레이딩된 패드는 이러한 새로운 기술에서의 CMP 프로세스, 심지어 서브-130nm 기술 노드를 사용하는 프로세스에 조차 적합하다.
실리콘 함유 웨이퍼를 연마하기 위한 연마면을 가지고 있고 CMP 프로시저에 사용하기 위해 구성된 연마 패드로 구성되고, 상기 연마면은, 실질상 평면인 일 피스이고, 상이한 물리 특성을 갖는 적어도 2개의 에어리어를 포함하는, CMP 공정을 위해 기능적으로 그레이딩된 연마 패드가 기술되어 있다. 상기 적어도 2개의 에어리어는 성분 중합체의 혼합물로 형성된 이산적인 경계를 가질 수 있다. 상기 적어도 2개의 에어리어는 각각 조성이 상이한 중합 재료를 포함하고, 상기 적어도 2개의 에어리어 사이의 영역은 조성이 상이한 중합 재료의 혼합물을 포함할 수 있다.
상기 적어도 2개의 에어리어의 적어도 하나의 형상은 환형상, 아일랜드 또는 랜덤 형상일 수 있다. 상기 적어도 2개의 에어리어의 각각은 상이한 물리적 파라미터를 갖는 상이한 중합 재료를 포함하고, 상기 적어도 2개의 에어리어 사이의 조성 변화는 스텝 변화, 연속 변화, 및 그 조합일 수 있다. 상기 연마 패드는 에지와 센터를 가질 수 있고 상기 에지는 하나의 에어리어를 포함하고 상기 센터는 또 다른 에어리어를 포함하고, 상기 에지와 상기 센터 사이의 조성 변화는 연속 변화 또는 스텝 또는 다른 형태일 수 있다.
상기 기능적으로 그레이딩된 연마 패드는 상기 적어도 2개의 에어리어를 형성하기 위해 적어도 2개의 중합체 조성물의 연속 또는 동시 사출성형의 공정에 의해 제조될 수 있다. 상기 기능적으로 그레이딩된 연마 패드는 블록 공중합체를 포함하는 적어도 2개의 중합체 조성물의 적어도 하나를 가질 수 있고, 이 블록 공중합체는 거리에 따라 블록 공중합체내의 상이한 성분 중합체 조성물을 갖는다.
그레이딩된 패드에서, 다른 것중 경도, 모듈러스와 같은 핵심 패드 기계적 특성 및 다공성과 같은 물리적 특성은 공간적으로 변화하게 된다. 환형상 그레이딩, 아일랜드 그레이딩 및 스텝 그레이딩으로 분류될 수 있는 패턴을 포함하는 복수 타입의 그레이딩이 고려될 수 있다. 많은 다른 그레이딩 패턴이 동작 유형에 따라 가능하다. 특정 동작에 대한 가장 적합한 패드 그레이딩이 웨이퍼 스위프 및 CMP 동안의 그 잔류 시간 분포, 마찰계수 및 다른 물리적 특성을 포함하는 파라미터에 기초한 시뮬레이션 방법을 사용하여 개발되었다.
도 1은 다양한 윤활 상황에서 회전 웨이퍼, 회전 패드와 인케이싱된 연마재 입자 사이의 접촉의 정도를 나타내는 일반적인 스트리벡 곡선의 예를 도시한 도면,
도 2는 이소시아네이트, 폴리아민/폴리올, 체인 익스텐더, 및 다른 접착제 모두 함께 블렌딩된 그레이딩된 연마 패드를 생성하기 위한 개략적인 원 숏 기술을 도시한 도면,
도 3은 그레이딩된 연마 패드를 생성하기 위한 개략 프리폴리머 또는 "투 숏" 기술을 도시한 도면,
도 4는 원 포뮬레이션의 외부 링 및 상이한 마찰 특성을 가지고 있는 제2 포뮬레이션의 내부 영역을 가지고 있는 개략적인 스텝 그레이딩된 패드를 도시한 도면,
도 5는 하나의 중합체 포뮬레이션의 아일랜드 및 상이한 마찰을 가지고 있는 중합체 매트릭스의 주변 영역을 가지고 있는 스텝 그레이딩된 패드를 도시한 도면,
도 6은 다양한 형상, 크기 및 마찰특성을 갖는 재료를 갖는 컴플렉스 그레이딩을 가지고 있는 그레이딩된 패드를 도시한 도면,
도 7은 센터가 센터에서 제1 포뮬레이션을 포함하고 에지가 제2 포뮬레이션을 포함하는 연속 그레이딩된 패드를 도시한 도면, 이러한 변화에서 이 두개의 포뮬레이션은 완전히 혼합될 수 있다.
도 8은 그레이딩이 블록 또는 그래프팅된 공중합체의 주입을 사용한 텍스쳐인 그레이딩된 패드를 도시한 도면, 및
도 9는 상이한 평형 구조(bcc,hcp 및 라멜라)를 가진 블록 공중합체의 상 다이어그램(온도-조성)를 개략적으로 도시한 도면.
기능적으로 그레이딩된 연마 패드
상술된 실리콘 함유 웨이퍼를 연마하기 위한 CMP 프로시저에서 사용하기에 적합한 연마 패드가 아래에 기술되어 있다. 이러한 패드는 상이한 재료 특성을 가지고 있는, 연마되는 실리콘 웨이퍼에 인접한 연마면상에 적어도 2개의 에어리어를 가지고 있다. 이러한 에어리어는 분리되고 뚜렷한 경계를 가지고 잘 구별될 수 있다. 이 에어리어는 재료 특성이 거리에 따라 변하는 타입일 수 있다. 본원의 연마 패드는 각각이 다음, 즉 특정 분자 중량 또는 분자 중량 분포를 가진 니트 중합체, 하나 이상의 중합체의 홉합물 또는 합금, 2개 이상의 종의 공중합체, 및 2개 이상의 블록 공중합체중 하나 이상을 포함할 수 있는 하나 이상의 중합체를 포함한다. 중합체 조성물은 다른 중합체 또는 비중합체, 예를 들어, 중합 고무, 천연 고무, 중합체의 이산 "부스러기(crumbs)"와 같은 특정 재료등으로 채워질 수 있다.
연마된 웨이퍼 표면에 인접한 연마 패드의 표면은 여기에 기술된 합성 단계 종료 후에 실질적으로 평면일 수 있다. 그루빙되고 힐링된 표면은 여기에 기술된 특성을 가지고 있다.
기술된 CMD 연마 패드에 적합한 재료는 폴리우레탄, 폴리우레아, 폴리카보네이트, 나일론, 다양한 다른 폴리에스테르, 폴리설폰, 다양한 폴리아세탈 등과 같은 다양한 중합체를 포함하는, 광범위한 중합체를 포함한다. 이러한 중합체 및 이들의 화학적으로 관련된 동종이 CMP 패드의 제조를 위해 사용될 수 있다. 물론, 다른 중합체 화학물질이 사용될 수 있다. 이러한 재료를 사용하는 단계의 포뮬레이션은 필연적으로 중합체의 구조와 최종 물리적 특성 사이의 관계의 이해를 수반한다. 다양한 구성물 및 조성체의 처리 특성은 예를 들어, 다양한 에어리어 상의 중합체간 호환성, 반응성, 점성이 있다.
상당히 과학적이고, 공학적이고 상업적인 내력을 가지고 있는 하나의 중합체계는 폴리우레탄 및 폴리우레아 화학계이다. 이러한 중합체 제품은 자주 이소시아네이트, 폴리올, 폴리아민, 체인 익스텐더등을 포함한다. 상업적으로 말하면, 90%가 넘는 이소시아네이트는 톨루엔-디이소시아네이트(TDI) 또는 디페닐메탄-디이소시아네이트(MDI) 및 그 유도체이다. 다른 것은 폴리메틸렌 폴리페닐 이소시아네이트(PAPI)를 포함한다. 이소시아네이트 기능은 그것이 크로스링킹에 이르고 따라서 다른 패드 컴플라이언스는 물론 경도에 이르기 때문에 중요하다. 폴리아민/폴리올 반응물의 크기 및 분자 중량은 가변성, 저온특성, 친수성, 라이트 안정성 및 최종 중합체의 처리 특성에 기여한다.
체인 익스텐더는 자주 최종 중합체내의 우레아/우레탄 함유물을 증가시키는데 사용되는 저분자중량 디아민 또는 다이올이다. 이들은 이소시아네이트와 반응하고 최종 중합체내의 "하드 세그먼트"의 일부가 되고 자주 실질적으로 탄성 컴플라이언스는 물론 경도에 영향을 준다. 많은 유용한 체인 익스텐더는 또한 겔 타임 및 점성 빌드업과 같은 처리 특성을 수정할 것이다. 궁극적인 제품의 강도가 또한 자주 영향을 받는다. 크로스링커는 분자 중량 및 기능성에 의해 특징지어진다. 낮은 분자 중량 분자는 몰 기준으로 중합체 매트릭스를 크로스링킹하는데 효과적이고, 증가된 저항을 스웰링, 저온도 가요성, 및 처리 동력으로 변화시킨다.
폴리우레아/폴리우레탄을 포뮬레이팅하는 주지된 2개의 방법이 있다. 이들은 (i) "원 숏" 기술, 및 (ii) "투 숏" 기술로 알려져 있다. 도 2는 원 숏 기술의 개략도이다. 요컨대, 성분(예를 들어, 롱 체인 다이올, 디이소시아네이트, 및 필요한 대로 체인 익스텐더)가 혼합되고 함께 반응된다. 그러나, 이러한 공정은 제어하기 곤란하다. 반응물 혼합에서의 반응물의 로컬 집중도 및 랜덤 열 제어는 때로 광범위한 중합체 제품 특성을 얻게 한다.
도 3은 투 숏 기술의 개략도이다. 이소시아네이트는 "프리폴리머"로 보통 알려진, 고 분자중량 이소시아네이트를 형성하기 위해 롱 체인 디아민/다이올과 제1 단계에서 사전 반응된다. 이러한 기능화된 프리폴리머는 이후 폴리우레아/폴리우레탄 포메이션을 완성하기 위해 체인 익스텐더 또는 디아민/다이올 경화물과 더 반응된다. 이러한 처리는 보다 용이하게 제어되지만 보통 100℃의 근방의 보다 높은 처리 온도를 요구한다.
본원의 연마 패드는 바로 위에서 설명된 폴리우레탄 또는 폴리우레아 재료와 같은 니트 중합체를 포함하거나 연마면상의 상이한 에어리어내에 2개 이상의 상이한 분자 중량 제품 폴리우레탄 또는 폴리우레아 재료를 포함할 수 있다는 것이 명백하다.
폴리우레탄 또는 폴리우레아 재료를 생성하는 2가지 방법의 이러한 설명은 이러한 중합체를 생성하는 일예로서 그리고 그레이딩된 패드의 합성에 다른 중합체를 놓는 일예로서 생각되어져야 한다. 이러한 예는 본원을 제한하는 것으로 생각되어서는 안된다.
멀티플 사출성형
기능적으로 그레이딩된 패드를 제조하는 다른 다양한 처리는 멀티플 포인트 사출성형(또한 공사출 샌드위치 성형으로 불린다)로서 알려진 처리를 포함한다. 멀티플 사출성형은 2개 이상의 중합체가 사용되는 연속 공정이지만, 각각의 중합체는 상이한 시간에 몰드내에 주입된다. 이러한 공정은 하술된 인-시투 멀티플 사출성형 공정과 상이하다.
각각의 에어리어에 대해 하나씩 2개의 상이한 중합조성물이 사용된 2개의 에어리어 그레이딩된 패드를 합성하는 프로시저의 일예는 이것이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 패드의 제1 외부 환형상 링이 사출성형 공정을 사용하여 몰딩된다. 완성된 외부 링은 이후 제2 몰드에 놓이고 패드 링의 중심은 이후 제2 중합체로 채워진다. 제1 및 제2 몰딩 단계에서, 2개의 상이한 재료가 사용되어 상이한(기계적 및 물리적으로) 2개의 뚜렷한 지역 또는 에어리어를 가진 최종 패드가 생성된다. 2개의 재료 사이의 인터페이스에서의 적합한 결합은 서로 호환될 수 있는 재료의 선택을 필요로 할 수 있다. 이러한 정보는 공개 문헌에서 용이하게 얻을 수 있다. 2개의 중합체 사이의 인터페이스 호환성은 보통 양호하다.
이러한 방법은 2개 보다 많은 에어리어 및 2개 보다 많은 단계를 가지고 그레이딩된 패드를 형성하는데 사용될 수 있다. 또한, 이러한 방법은 가장 단순하고 가장 잘 한정된 환형상 패턴으로부터 가장 복잡하고 랜덤한 패턴에 이르끼까지 임의의 스텝 그레이딩 패턴을 달성하는데 사용될 수 있다.
도 5 및 도 6은 이러한 공정을 사용하여 제조될 수 있는 보다 복잡한 패턴을 도시한다. 도 5에 도시된 크로스(영역 2와 같음)는 어느 중합체도 다른 공간을 침입하지 않도록 크로스 형상화된 폼 또는 디바이더에 의해 펜싱된다. 크로스 형상 화된 몰드 또는 폼은 영역의 일측 또는 타측이 채워진 후에 부분 몰딩 패드로부터 제거된다.
도 6은 다양한 선택된 에어리어: 오벌(202,203,204) 및 플래그(205)를 CMD 연마 패드(200)상에 형성한 비정규적인 세트의 패턴을 도시한다. 각각의 표시된 에어리어에서, 각각의 중합체는 각각 상술된 타입의 상이한 중합체 또는 적어도 2개의 상이한 중합체일 수 있다. 다시, 이러한 패턴은 적합한 몰드 지오매트리를 사용함으로써 달성될 수 있다.
멀티플 라이브-피드(또는 인-시투) 사출성형
멀티플 인-시투 주입 포트를 포함하는 몰드는 그레이딩된 패드를 제조하는데 사용될 수 있다. 이러한 방법에서, 몰드는 중합체의 주입을 위해, 일반적으로 독립적인 적어도 2개의 포트가 선택된다. 적어도 2개의 상이한 중합체가 몰드를 채우기 위해, 자주 동시에, 동일한 주입 스텝 동안 포트를 통해 주입된다. 패드에 필요한 그레이딩 필요에 따라, 보통의 중합체 공학적 계산이 몰드내에 공급되는 상이한 중합체에 대한 주입 유량 및 적합한 주입 포인트의 선택을 위해 필요한 열 전달 및 플로이드 유량을 계산하기 위해 사용될 수 있다.
도 7은 중심으로부터 제2 중합체를 동시에 주입하는 동안 몰드의 외부 주변부(212)로부터 제1 중합체를 주입함으로써 이러한 공정을 사용하여 제조되는 연속적으로 그레이딩된 중합체 패드(210)를 도시한다.
블록 공중합체
블록 공중합체 시스템은 그레이딩된 패드를 생성하는데 사용될 수 있다. 도 8은 최종 제품의 크리스탈 구조(BCC,HCP등)와 블록 공중합체 조성물(상대 % 구성물로서) 사이의 관계를 기능적 방법으로 표현한 상 다이어그램을 도시한다. 특성의 점층성을 얻기 위해, 블록 공중합체의 조성물은 점층적이다. 그래서, 제어된 방식으로, 기하학적인 차이는 공간 변화에 의해 블록 공중합체에서 달성된다. A 및 B가 상이한 유닛이라는 사실은 물론, (A 또는 B)에서의 지오매트리 및 %가 공간적으로 변하기 때문에, 이러한 변화로 경도, 모듈러스, 다공성(A 또는 B의 솔루션 제거에 의함), 조도 및 거칠기와 같은 물리적 특성에서의 점층성이 얻어진다.
구체적으로, 경도 점층성은 패드를 제조하는데 사용되는 분자 유닛 A 및 B가 상이한 경도 값일 것이기 때문에 거리에 따라 블록 공중합체의 분자 유닛의 집중도를 변화시킴으로써 달성될 수 있다. 또한, 도 9에 도시된 조성 관계의 결과로서 생성된 크리스탈 구조의 변화는 물리적 파라미터에서 부가가능하고 제어가능한 변화를 생성한다.
블록 공중합체를 포함하는 이러한 프로시저에 적합한 분자 유닛은 스티렌, 이소프렌, 부타디엔, 우레탄/우레아, 롱-체인 다이올 및 디아민 등과 같은 재료를 포함한다.
가스 보조 사출성형
마이크로다공성을 포함한 그레이딩된 패드를 생성하는 방법은 중합체 연마 패드에서의 다공성의 기능적 그레이딩을 얻기 위해 사출성형 스텝 동안 가스를 포함한다. 가스는 그레이딩을 얻기 위해 상이한 유속을 갖는 상이한 포트로부터 몰드내로 분산되고 주입될 수 있다. 최종 패드는 상이한 포인트에서, 포함된 가스의 상이한 양을 포함할 것이고 상이한 경도 또는 밀도를 얻게 될 것이다.
반응 사출성형(RIM)
특정 중합체 시스템(예를 들어, 폴리우레탄)은 RIM 기술을 사용하여 몰딩 단계에 수정가능하다. 이러한 몰딩 공정에서, 이전에 합성된 중합체를 주입하는 대신에, 개시제 및 체인 익스텐더는 물론 구성 단위체 재료 및 적합한 크로스링킹제(예를 들어, 글리세롤)가 추가되고 최종 혼합물은 몰딩동안 중합된다. 그레이딩된 패드를 제조하기 위해, 복수의 포트가 화학적 구조에서의 점층성을 얻기 위해 단성 유닛(및 상응하는 체인 익스텐더)의 2개이상의 타입을 주입하는데 사용된다. 화학적 구조에서의 점층성은 기계 및 물리적 특성의 점층성을 유도할 것이다.
몰드에 단위체를 차등적으로 추가함으로써, 이러한 방법은 상술된 연속 패드는 물론 스텝 그레이딩된 패드를 생성하는데 사용될 수 있다.
라멜라 사출성형
상술된것과 같은 사출성형 프로시저로, 아마도 층으로, 이전에 압출된 중합체의 혼합물을 사용함으로써, 그레이딩된 특성을 갖는 연마 패드를 생성할 수 있다. 중합체의 단순 물리적 혼합물을 생성하는 이러한 방법은 제조자의 변하는 요구에 직접적이고 용이하게 적용된다. 특성의 최종 점층성은 개별적인 중합체의 기계 및 물리적 특성에 따를 것이다.
이러한 방법으로 마이크로도메인 점층성에 이를 수 있다.
마이크로셀룰러( 뮤셀 몰딩)
이러한 기술에서 몰딩된 중합체 플로이드는 솔루션 혼합물을 형성하기 위해 가스와 혼합된다. 상이한 화학특성을 가진 이러한 솔루션을 2개 이상 사용함으로써 기계적 특정 및 다공성 모두의 점층성에 이를 수 있다.
CMP 프로세스를 위해, 그레이딩된 패드를 사용하는 목적은 선택된 방식으로 중합체 패드의 상이한 선택된 영역에 노출되도록 연마되는 웨이퍼의 상이한 영역을 허용하기 위한 것이다. 예를 들어, 마찰 전단응력이 패드의 하더 영역보다 높은 패드의 소프터 영역에 웨이퍼의 외부 주변부가 노출되는 것에 유리하고, 이에 비교하여, 보다 높은 평탄화 길이를 달성하기 위해 웨이퍼의 내부 영역이 패드의 하더 영역에 노출되는 것에 유리하다. 웨이퍼 및 패드가 레지던스 시간과 관련하여 이러한 그레이딩된 중합체 패드를 사용하는 임의의 CMP 공정 동안 모션 상태(회전, 진동)에 있기 때문에 분포 모델은 동시 로컬 글로벌 평탄화를 달성하게 된다. CMP 공정의 효율적인 평탄화 길이 및 웨이퍼의 재료 제거율, 결함성, 부식 및 디싱은 패드 재료의 로컬 마찰[경도, 컴플라이언스] 및 물리 특성[구멍 크기 및 밀도, 거칠기]에 의존한다. 본원의 기능적으로 그레이딩된 연마 패드에 의해 로컬 및 글로벌 물리적 패드 파라미터의 선택이 가능하여 이러한 CMP 단점을 개선할 수 있다.

Claims (13)

  1. CMP 공정을 위해 기능적으로 그레이딩된 연마 패드로서,
    실리콘 함유 웨이퍼를 연마하기 위한 연마면을 가지고 있고 CMP 프로시저에 사용하기 위해 구성된 연마 패드를 포함하고,
    상기 연마면은, 평면인 일 피스이고, 2개의 에어리어를 포함하고,
    상기 2개의 에어리어의 각각은, 먼저 이소시아네이트 프리폴리머를 형성하기 위해 이소시아네이트가 롱 체인 디아민/다이올과 반응하고, 그 후 상기 이소시아네이트 프리폴리머가 디아민/다이올 경화물 또는 체인 익스텐더와 반응함으로써 형성된 상이한 분자 중량 폴리우레탄 또는 폴리우레아를 포함하고,
    상기 2개의 에어리어 사이의 조성 변화는 연속 변화인 것을 특징으로 하는 기능적으로 그레이딩된 연마 패드.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서, 상기 2개의 에어리어 사이의 영역은 조성이 상이한 중합 재료의 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 기능적으로 그레이딩된 연마 패드.
  5. 제1항에 있어서, 상기 2개의 에어리어의 적어도 하나는 환형상인 것인 것을 특징으로 하는 기능적으로 그레이딩된 연마 패드.
  6. 제1항에 있어서, 상기 2개의 에어리어의 적어도 하나는 아일랜드인 것을 특징으로 하는 기능적으로 그레이딩된 연마 패드.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제1항에 있어서, 상기 연마 패드는 에지와 센터를 갖는 원형상이고, 상기 에지는 하나의 에어리어를 포함하고, 상기 센터는 또 다른 에어리어를 포함하고, 상기 에지와 상기 센터 사이의 조성 변화는 연속 변화인 것을 특징으로 하는 기능적으로 그레이딩된 연마 패드.
  10. 제1항에 있어서, 상기 2개의 에어리어를 형성하기 위해 적어도 2개의 중합체 조성물의 연속 사출성형의 공정에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는 기능적으로 그레이딩된 연마 패드.
  11. 제1항에 있어서, 상기 2개의 에어리어를 형성하기 위해 적어도 2개의 중합체 조성물의 동시 사출성형의 공정에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는 기능적으로 그레이딩된 연마 패드.
  12. 삭제
  13. 삭제
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