KR101412874B1 - 제품 및 제품 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 기판, 기판 위의 강화 층 및 기판 위의 연마 입자를 포함하는 제품에 관한 것이다. 연마 입자는 강화 층에 부분적으로 매립된다. 연마 입자의 상부 팁은 사실상 동일 평면 상에 존재한다.

Description

제품 및 제품 제조 방법{MANUFACTURE AND METHOD OF MAKING THE SAME}
본 발명은 제품(manufacture) 및 제품 제조 방법에 관한 것이다.
반도체 집적 회로(IC) 산업은 급속히 성장하고 있다. IC 재료 및 디자인에 있어서의 기술적 진보는 각각의 세대가 이전 세대보다 소형이고 복잡한 회로를 갖는 세대의 IC를 제조하였다. 그러나, 이런 진보는 IC의 처리 및 제조를 더 복잡하게 하여, 이런 진보를 실현하기 위해선 IC 처리 및 제조에 있어서도 마찬가지로 발전할 필요가 있다. 예컨대, 화학 기계적 연마(CMP) 공정과 같은 평판화 기술은, 처리된 표면의 결함을 제거하고 그리고/또는 후속적으로 기판에 수행되는 리소그래픽 공정의 해상도를 증가시키기 위해, 기판 또는 기판 위의 하나 이상의 구성요소 층을 평탄화하도록 수행되었다.
본 발명에 따르면, 다이아몬드 연마 입자의 레벨링이 0이어서(즉, 연마 입자들의 팁이 동일 평면 상에 존재하여) 다이아몬드 연마 입자들이 100% 기능하는 패드 컨디셔너를 제공함으로써, 평탄화 패드의 브레이크인 시간이 감소되고 제거율 랩프업 시간이 단축되며, 다이아몬드 연마 입자의 파손율이 감소되어 패드 컨디셔너의 수명이 증가하고 비용이 절감될 수 있다.
도 1a는 하나 이상의 실시예에 따라 반도체 웨이퍼를 내부에 갖는 평탄화 장치의 일부분의 단면도.
도 1b는 하나 이상의 실시예에 따른 도 1a에 도시된 패드 컨디셔너의 단면도.
도 2는 하나 이상의 실시예에 따라 연마 플레이트를 제조하는 방법의 흐름도.
도 3a 내지 도 3b는 하나 이상의 실시예에 따른 다양한 제조 스테이지에서의 연마 플레이트의 단면도.
하나 이상의 실시예가 첨부된 도면을 참조하여 비제한적인 예로서 개시되어 있는데, 전체 도면에서 동일한 도면 부호를 갖는 요소는 동일한 요소를 나타낸다.
이하의 상세한 설명은 본 발명의 다른 구성요소들을 실시하기 위한 다양한 실시예 또는 예를 제공한다. 구성요소 및 배열체의 특정 예가 본 발명을 단순화하기 위해 이하에 개시되어 있다. 물론, 이런 예는 제한적인 것이 아니다. 산업상 표준 실시에 따라, 도면의 다양한 구성요소는 일정한 비율로 도시되진 않았으며, 예시만을 위해 이용된다.
이하의 개시 내용에서 다른 구성요소 상의, 구성요소에 연결된 그리고/또는 구성요소에 결합된 구성요소의 형성은 구성요소가 직접 접촉되게 형성된 실시예는 물론, 구성요소들이 직접 접촉되지 않도록 추가의 구성요소가 구성요소들에 개재되어 형성된 실시예도 포함할 수도 있다. 또한, 공간적으로 상대적인 용어들, 예컨대 "하부", "상부", "수평", "수직", "위에", "아래에", "상향", "하향", "최상부", "바닥부" 등뿐만 아니라 이런 용어들의 파생어(예컨대, "수평으로", "하방으로" "상방으로" 등)는 본 발명에서 다른 구성요소에 대한 하나의 구성요소의 관계를 위해 이용된다. 공간적으로 상대적인 용어들은 구성요소들을 포함하는 장치의 다양한 배향을 포함할 수 있다.
도 1a는 하나 이상의 실시예에 따라 웨이퍼(110)를 내부에 갖는 평탄화 장치(100)의 일부분의 단면도이다. 평탄화 장치(100)는 플랫폼(120)과, 플랫폼(120) 상의 평탄화 패드(130)와, 플랫폼(120) 위에 존재하며 웨이퍼(110)를 지지하는 웨이퍼 홀더(140)와, 플랫폼(120) 위의 패드 컨디셔너(pad conditioner; 150)와, 플랫폼(120) 위의 슬러리 디스펜서(160)를 포함한다. 또한, 평탄화 장치(100)의 작동 중에, 슬러리 재료(110)의 층은 평탄화 패드(130) 위에 존재하고, 평탄화 패드(130), 웨이퍼(110)의 표면(112) 및 패드 컨디셔너(150)와 접촉된다. 임의의 실시예에서, 웨이퍼(110)는 반도체 웨이퍼이다.
슬러리 디스펜서(160)는 슬러리 재료 층(170)을 형성하기 위해 평탄화 패드(130)의 상부면(132) 상으로 슬러리 재료(172)를 전달한다. 임의의 실시예에서, 슬러리 재료 층(170)은 부식제 및/또는 연마 그릿을 함유하는 용액을 포함한다. 평탄화 패드(130)의 상부면(132)은 평탄도의 기준 레벨을 한정하고 슬러리 재료 층(170)을 지지한다. 평탄화 장치(100)의 작동 중에, 웨이퍼 홀더(140) 및 평탄화 패드(130)는 서로에 대해 이동될 수 있다. 슬러리 재료 층(170)은 사전 결정된 제거율(removal rate)로 웨이퍼(110)의 표면(112)을 평탄화(또한, "연마"라고도 지칭됨)하기 위해 웨이퍼(110)의 표면(112)을 화학적으로 에칭하고 기계적으로 마멸시킨다.
임의의 실시예에서, 웨이퍼 홀더(140)는 플랫폼(120) 위에 회전가능하게 장착된다. 적어도 하나의 실시예에서, 플랫폼(120)은 회전가능하다.
패드 컨디셔서(150)는 샤프트(154) 상에 장착된 연마 부재(152)를 갖는다. 임의의 실시예에서, 패드 컨디셔서(150)는 플랫폼(120) 위에 장착되고 샤프트(154)를 중심으로 회전될 수 있다. 임의의 실시예에서, 평탄화 패드(130)의 상부면(132)은 사전 결정된 범위의 조도를 갖도록 마련된다. 그러나, 평탄화 장치(100)의 작동 중에, 평탄화 패드(130)의 상부면(132)은 더 원활하게 된다. 상부면(132)의 조도를 사전 결정된 범위 내로 유지시키기 위해, 연마 부재(152)는 상부면(132)의 조도를 유지시키고 그리고 상부면(132) 상에 형성된 임의의 잔류물을 제거하기 위해 평탄화 패드(130)의 상부면(132)을 스크래치하는데 이용될 수 있다.
임의의 실시예에서, 평탄화 패드(130)의 상부면(132)의 리컨디셔닝(reconditioning)은 웨이퍼(110)의 표면(112)의 연마 중에 또는 표면(112)의 연마 후에 수행된다.
도 1b는 하나 이상의 실시예에 따른 도 1a에 도시된 패드 컨디셔너(150)의 단면도이다. 패드 컨디셔너(150)는 샤프트(154) 상에 장착된 연마 부재(152)를 갖는다. 연마 플레이트(152)는 제1 표면(182a) 및 제2 표면(182b)을 갖는 기판(182)과, 기판(182)의 제1 표면(182a) 상의 강화 층(184)과, 강화 층(184)에 부분적으로 매립된 연마 입자(186)를 갖는다. 제2 표면(182b)은 연마 플레이트(152)를 샤프트(154)에 장착시키는데 이용될 수 있다. 연마 입자(186)의 팁(186a)은 사실상 동일 평면 상에 존재하며 가상 컨디셔닝 표면(188)을 형성한다. 임의의 실시예에서, 팁(186a)과 컨디셔닝 표면(188) 사이의 거리는 컨디셔닝 표면(188)과 기판(182)의 제1 표면(182a) 사이의 거리 D의 0% 내지 2%의 범위이다. 임의의 실시예에서, 팁(186a)과 컨디셔닝 표면(188) 사이의 거리는 거리 D의 0% 내지 0.05%의 범위이다.
임의의 실시예에서, 컨디셔닝 표면(188)과 제1 표면(182a) 사이의 거리 D는 연마 입자(186)의 팁(186a)과 기판(182)의 제1 표면(182a) 사이의 평균 거리와 동일하다. 임의의 실시예에서, 컨디셔닝 표면(188)과 기판(182)의 제1 표면(182a) 사이의 거리 D는 200㎛ 내지 350㎛의 범위이다. 임의의 실시예에서, 팁(186a)과 컨디셔닝 표면(188) 사이의 거리들 중 최대 거리와 최소 거리 사이의 차이는 1㎛ 이하이다.
임의의 실시예에서, 기판(182)은 금속 재료를 포함한다. 적어도 하나의 실시예에서, 금속 재료는 스테인레스강이다. 임의의 실시예에서, 강화 층(184)은 코발트, 니켈 또는 연납을 포함한다.
임의의 실시예에서, 연마 입자(186)는 자기 재료를 포함함으로써, 자력에 의해 견인될 수 있다. 임의의 실시예에서, 연마 입자(186)는 강자성 재료 또는 상자성 재료를 포함한다. 적어도 하나의 실시예에서, 연마 입자(186)는 강자성 재료를 포함하는 다이아몬드이다. 임의의 실시예에서, 강자성 재료는 코발트, 철 또는 니켈을 포함한다.
임의의 실시예에서, 기판(182)은 원형 또는 대칭 다각형이다. 임의의 실시예에서, 연마 입자(186)는 기판(182)의 제1 표면(182a) 상에 형성된 컨디셔닝 구역 내에 균등하게 분포된다. 임의의 실시예에서, 컨디셔닝 구역은 도넛형 구역 또는 원형 구역이다. 적어도 하나의 실시예에서, 컨디셔닝 구역은 기판(182)의 제1 표면(182a) 전체를 포함한다. 적어도 하나의 실시예에서, 기판(182)은 비대칭 형상을 갖는다.
도 2는 하나 이상의 실시예에 따라 (도 1a 및 도 1b의 연마 플레이트(152)와 같은)연마 플레이트를 제조하는 방법(200)의 흐름도이다. 도 3a 내지 도 3g는 하나 이상의 실시예에 따른 다양한 제조 스테이지에서의 연마 플레이트(300)의 단면도이다. 임의의 실시예에서, 연마 플레이트(300)는 도 1a 및 도 1b의 연마 부재(152)로서 이용될 수 있다. 도 1b의 연마 플레이트(152)에 비해, 연마 플레이트(300)는 실시예의 용이한 이해를 위해 뒤집힌 상태로 도시되어 있다. 추가적인 공정들이 도 2에 도시된 방법(200) 이전에, 방법(200) 동안에 그리고/또는 방법(200) 이후에 수행될 수도 있으며, 임의의 다른 공정들은 본 명세서에 간략하게만 기술될 수도 있다.
도 2 및 도 3a에 도시된 바와 같이, 작동 단계 210에서, 기판(310)이 연마 플레이트(300)를 형성하도록 제공되고, 콜리메이팅 부재(collimating member; 320)가 기판(310) 위에 위치설정된다. 콜리메이팅 부재(320)는 상부면(322)과, 하부면(324)과, 콜리메이팅 부재 내부에 형성되고 그리고 기판(310)의 상부면(312)의 일부분을 노출시키는 관통공(326)을 갖는다. 콜리메이팅 부재(320)의 하부면(324)은 기판(310)의 상부면(312)에 인접하게 배치된다. 각각의 관통공(326)은 상부면(322)에 있는 상부 개구(326a)와, 하부면(324)에 있는 하부 개구(326b)를 가지며, 상부 개구(326a)의 단면적은 하부 개구(326b)의 단면적보다 크다. 임의의 실시예에서, 상부 개구(326a)의 단면적은 하부 개구(326b)의 단면적 이하이다.
콜리메이팅 부재(320)의 관통공(326)의 위치는 연마 입자(330)의 위치를 한정하는데 이용될 수 있다(도 3b 참조). 임의의 실시예에서, 기판(310) 및 콜리메이팅 부재(320)는 동일한 크기 및 형상을 갖는다. 임의의 실시예에서, 기판(310) 및 콜리메이팅 부재(320)는 원형이거나 대칭 다각형이다. 임의의 실시예에서, 관통공(326)의 위치는 콜리메이팅 부재(320)에 형성된 도넛형 컨디셔닝 구역 또는 원형 컨디셔닝 구역 내에 균등하게 분포된다. 적어도 하나의 실시예에서, 관통공(326)의 위치는 콜리메이팅 부재(320) 전체에 걸쳐 균등하게 분포된다.
도 2 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 작동 단계 220에서, 연마 입자(330)가 기판(310)의 상부면(312) 위에 그리고 콜리메이팅 부재(320)의 관통공(326) 내에 배치된다. 임의의 실시예에서, 연마 입자(330)들 중 하나의 연마 입자만이 관통공(326)들 중 대응하는 하나의 관통공 내에 배치된다. 적어도 하나의 실시예에서, 콜리메이팅 부재(320)의 상부면(322)에 있는 상부 개구(326a)는 사실상 기판(310)의 평면 방향에 수직인 방향을 따라 모든 연마 입자(330)를 정렬시키는데 이용될 수 있다. 임의의 실시예에서, 연마 입자(330)는 콜리메이팅 부재(320)의 상부면(322)의 일부분에 무작위로 배치되고, 브러시에 의해 상부면(322)의 다른 부분으로 스위핑된다. 콜리메이팅 부재(320)의 상부면(322)을 따라 스위핑되는 동안, 연마 입자(330)는 관통공(326) 내로 무작위로 낙하된다.
임의의 실시예에서, 연마 입자(330)는 다이아몬드이다. 임의의 실시예에서, 다이아몬드의 치수는 150㎛ 내지 300㎛의 범위이다.
도 2 및 도 3c에 도시된 바와 같이, 작동 단계 230에서, 강화 재료(340)가 관통공(326) 내에 충전되어 관통공(326)을 적어도 부분적으로 충전한다. 임의의 실시예에서, 강화 재료(340)는 외부 힘이나 압력의 인가시 변형되는 페이스트 또는 겔이다. 임의의 실시예에서, 강화 재료(340)는 코발트 또는 니켈을 함유하는 페이스트를 포함한다. 임의의 실시예에서, 강화 재료(340)는 주석 및/또는 은을 포함하는 연납 페이스트이다.
임의의 실시예에서, 강화 재료(340)는 맨 처음 콜리메이팅 부재(320)의 상부면(322)의 일부분에 배치된 다음, 블레이드에 의해 상부면(322)의 다른 부분으로 스위핑된다. 콜리메이팅 부재(320)의 상부면(322)을 따라 스위핑되는 동안, 강화 재료(340)는 관통공(326)에 유입되어 관통공(326)을 부분적으로 충전한다.
도 2 및 도 3d에 도시된 바와 같이, 작동 단계 240에서, 콜리메이팅 부재(320)가 기판(310)의 상부면(312)으로부터 제거된다. 도 2 및 도 3e에 도시된 바와 같이, 작동 단계 250에서, 정렬 플레이트(350)가 기판(310) 위에 위치설정된다. 정렬 플레이트(350)는 하부면(352)을 가지며, 연마 입자(330)의 상부 팁(332)은 정렬 플레이트(350)의 하부면(352)을 이용하여 정렬된다. 임의의 실시예에서, 기판의 상부면(312)에 대한 하부면(352)의 임의 지점의 거리는 정렬 플레이트(350)의 하부면(352)과 기판(310)의 상부면(312) 사이의 평균 수직 거리 H의 98% 내지 100%의 범위이다. 임의의 실시예에서, 기판의 상부면(312)에 대한 하부면(352)의 임의 지점의 거리는 평균 수직 거리 H의 99.95% 내지 100%의 범위이다. 임의의 실시예에서, 거리 H는 200㎛ 내지 350㎛의 범위이다.
임의의 실시예에서, 정렬 플레이트(350)는, 기판(310)도 또한 지지하는 클램핑 장치(360)에 의해 지지된다. 임의의 실시예에서, 스페이서가 사전 결정된 평균 거리 H로 기판(310)을 정렬 플레이트(350)로부터 분리시키도록 기판(310) 위에 배치된 다음, 정렬 플레이트(350)가 스페이서 위에 배치된다.
정렬 플레이트(350)는, 연마 입자(330)의 상부 팁(332)과 정렬 플레이트(350)의 하부면(352)이 접촉될 수 있도록, 연마 입자(330)를 견인할 수 있다. 임의의 실시예에서, 연마 입자(330)는 원래 도 3d에 도시된 바와 같이 중력으로 인해 기판(310)의 상부면(312)과 접촉되어 있었다. 정렬 플레이트(350)는 연마 입자(330)의 상부 팁(332)을 정렬시키기 위해 연마 입자(330)를 상방으로 견인하고 잡아당긴다.
임의의 실시예에서, 연마 입자(330)는 자기 재료를 포함함으로써 자력에 의해 견인될 수 있으며, 연마 입자(330)의 견인은 자력을 이용하여 수행된다. 적어도 하나의 실시예에서, 정렬 플레이트(350)는 자석이며, 연마 입자(330)는 코발트, 철 또는 니켈과 같은 강자성 불순물을 갖는 다이아몬드이다.
도 2 및 도 3f에 도시된 바와 같이, 작동 단계 260에서, 프로세스(370)는 강화 재료(340)를 경화시켜 강화 재료 층(342)을 형성하도록 수행된다. 임의의 실시예에서, 프로세스(370)는 1000℃ 이상의 온도를 갖는 환경에서 강화 재료(340)를 가열하는 단계를 포함한다. 임의의 실시예에서, 프로세스(370)는, 연마 입자(330)들이 기판(310)의 상부면(312)에 기초하여 정렬된 후에, 연마 입자(330)들을 연마 입자(330)들의 각각의 위치에 지지하는데 필요한 정도의 강성을 갖는 상태로 강화 재료(340)를 변환시키는데 충분한 사전 결정된 기간 동안 사전 결정된 온도에서 강화 재료(340)를 가열하는 단계를 포함한다. 임의의 실시예에서, "경화시키는"이란 용어는 강화 재료 층(342)을 형성하기 위해 강화 재료(340)를 "재유동시키는" 것을 또한 의미한다.
도 3g에 도시된 바와 같이, 클램핑 장치(360) 및 정렬 플레이트(350)는 강화 재료 층(342)의 형성 후에 후속적으로 제거된다. 정렬은 정렬 플레이트(350)에 기초하여 수행되기 때문에, 연마 입자(330)의 상부 팁(332)들은 연마 플레이트(300)의 컨디셔닝 표면(380)으로도 지칭되는 기준면(380)을 따라 사실상 동일 평면 상에 존재한다. 연마 플레이트(300)는 도 1b의 연마 플레이트(152)로서 이용될 수 있으며, 상부 팁(332), 컨디셔닝 평면(380) 및 기판(310) 간의 관계는 도 1b에 도시된 팁(186a), 컨디셔닝 평면(188) 및 기판(182) 간의 관계와 유사하다.
임의의 실시예에 따르면, 제품은 기판, 기판 위의 강화 층 및 기판 위의 연마 입자를 포함한다. 연마 입자는 강화 층에 부분적으로 매립된다. 연마 입자의 상부 팁은 사실상 동일 평면 상에 존재한다.
임의의 실시예에 따르면, 제품 제조 방법은 콜리메이팅 부재를 기판 위에 위치설정하는 단계를 포함하고, 콜리메이팅 부재는 관통공을 포함한다. 연마 입자는 기판 위에 그리고 콜리메이팅 부재의 관통공 내에 배치된다. 강화 재료가 관통공을 적어도 부분적으로 충전하도록 배치된다. 후속적으로, 콜리메이팅 부재가 제거되고, 정렬 플레이트가 기판 위에 배치된다. 정렬 플레이트는 하부면을 갖는다. 연마 입자의 상부 팁은 정렬 플레이트의 하부면을 이용하여 정렬되고, 강화 재료는 경화된다.
임의의 실시예에 따르면, 연마 부재는 기판과, 기판의 상부면 위의 연마 입자와, 연마 입자 및 기판의 상부면을 지지하는 강화 층을 포함한다. 기판은 기판 상에 형성된 컨디셔닝 구역을 갖는다. 연마 입자는 컨디셔닝 구역 내에 균등하게 분포된다. 연마 입자의 상부 팁은 컨디션닝 표면을 형성하고, 상부 팁들과 컨디셔닝 표면 사이의 거리들 중 최대 거리와 최소 거리 사이의 차이는 1㎛ 이하이다.
상술된 내용은 당업자가 본 발명의 양태를 더 잘 이해하도록 몇몇 실시예의 구성요소를 개략적으로 개시하고 있다. 당업자는 본 명세서에 개시된 실시예의 동일한 목적을 수행하고 그리고/또는 동일한 이점을 달성하기 위해 다른 공정 및 구조체를 설계하거나 변경하는 기초로서 본 발명의 개시 내용을 용이하게 이용할 수 있다는 것을 알아야 한다. 또한, 당업자는 이러한 등가 구성이 본 발명의 개시 내용의 기술 사상 및 범주를 벗어나지 않는다는 것도 알아야 하며, 당업자는 본 발명의 개시 내용의 기술 사상 및 범주를 벗어나지 않고 본 발명의 다양한 변화예, 대체예 및 변경예를 실시할 수도 있다.
100 : 평탄화 장치 112 : 웨이퍼 표면
110 : 웨이퍼 120 : 플랫폼
130 : 평탄화 패드 132 : 상부면
140 : 웨이퍼 홀더 150 : 패드 컨디셔너
152 : 연마 부재 154 : 샤프트
160 : 슬러리 디스펜서 170 : 슬러리 재료 층
172 : 슬러리 재료

Claims (10)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 연마 부재 제조 방법이며,
    관통공을 포함하는 콜리메이팅 부재를 기판 위에 위치설정하는 단계와,
    연마 입자를 상기 기판 위에 그리고 콜리메이팅 부재의 관통공 내에 배치하는 단계와,
    상기 관통공을 적어도 부분적으로 충전하기 위해 강화 재료를 충전하는 단계와,
    상기 콜리메이팅 부재를 제거하는 단계와,
    하부면을 갖는 정렬 플레이트를 기판 위에 위치설정하는 단계와,
    상기 연마 입자의 상부 팁들을 상기 정렬 플레이트의 하부면에 접촉시킴으로써 상기 연마 입자의 상부 팁들이 동일 평면상에 위치하도록 하는 단계와,
    상기 강화 재료를 경화시키는 단계를 포함하는, 연마 부재 제조 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 정렬 플레이트를 위치설정하는 단계는,
    스페이서를 상기 기판 위에 배치하는 단계와,
    상기 정렬 플레이트를 스페이서 위에 배치하는 단계를 포함하는, 연마 부재 제조 방법.
  5. 제3항에 있어서, 상기 정렬 플레이트는, 상기 기판의 상부면에 대한 상기 하부면의 임의 지점의 거리가 정렬 플레이트의 하부면과 기판의 상부면 사이의 거리의 99.95% 내지 100%의 범위이도록, 위치설정되는, 연마 부재 제조 방법.
  6. 제3항에 있어서, 상기 관통공 내에 연마 입자를 배치하는 단계는, 연마 입자들 중 하나의 연마 입자를 관통공들 중 대응하는 하나의 관통공 내에 배치하는 단계를 포함하는, 연마 부재 제조 방법.
  7. 제3항에 있어서, 상기 연마 입자의 상부 팁들이 동일 평면상에 위치하도록 하는 단계는, 상부 팁들과 정렬 플레이트의 하부면이 접촉될 수 있도록 연마 입자를 견인하는 단계를 포함하는, 연마 부재 제조 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 연마 입자는 자기 재료를 포함하고, 상기 연마 입자를 견인하는 단계는 자력을 이용하여 수행되는, 연마 부재 제조 방법.
  9. 제3항에 있어서, 상기 강화 재료를 경화시키는 단계는 1000℃ 이상의 온도를 갖는 환경에서 강화 재료를 가열하는 단계를 포함하는, 연마 부재 제조 방법.
  10. 삭제
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