KR101819539B1 - 기초 레이어 및 연마면 레이어를 가진 연마 패드 - Google Patents

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알렉산더 윌리엄 심슨
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Abstract

기초 레이어 및 연마면 레이어를 가진 연마 패드가 개시된다. 하나의 실시예에 있어, 기판을 연마하기 위한 연마 패드는 기초 레이어를 포함한다. 연마면 레이어는 기초 레이어에 결합된다. 연마면 레이어가 기초 레이어에 결합된 연마 패드를 제조하는 방법도 개시된다.

Description

기초 레이어 및 연마면 레이어를 가진 연마 패드{POLISHING PAD WITH FOUNDATION LAYER AND POLISHING SURFACE LAYER}
본 발명은 화학적-기계적 연마(CMP; chemical-mechanical polishing) 기술분야에 관한 것이며, 특히, 기초 레이어 및 연마면 레이어를 가진 연마 패드에 관한 것이다.
통상 CMP라 약칭하는 화학적-기계적 평탄화 즉 화학적-기계적 연마는 반도체 제조에 있어 반도체 웨이퍼 또는 기타 기판을 평탄화하기 위해 사용되는 기술이다.
이 공정은 일반적으로 웨이퍼보다 큰 직경의 연마 패드 및 리테이닝 링과 함께 연마성이면서 부식성인 화학적 슬러리(통상 콜로이드(colloid)라 함)를 사용한다. 연마 패드와 웨이퍼는 동적 연마 헤드에 의해 함께 가압되고, 플라스틱 리테이닝 링에 의해 제 위치에 유지된다. 동적 연마 헤드는 연마 시에 회전된다. 이러한 접근법은 재료의 제거에 도움을 주고, 임의의 불규칙한 표면형상(topography)을 평탄화하기 쉬워, 웨이퍼를 편평하게 즉 평탄하게 만든다. 이는 추가적인 회로 소자의 형성을 위해 웨이퍼를 셋업하기 위해 필요할 수 있다. 예컨대, 이는 전체 표면이 포토리소그래피 시스템의 심도 내에 있게 만들거나 또는 그것의 위치에 기초하여 재료를 선택적으로 제거하기 위해 필요할 수 있다. 일반적인 심도 요건은 최신 50 nm 이하 기술 노드에 대해 옹스트롬까지 낮아진다.
재료 제거 공정은 목재 위의 샌드페이퍼와 같은 연마 스크레이핑처럼 단순하지가 않다. 슬러리 내의 화학 물질도 제거될 재료와 반응하는 작용 및/또는 제거될 재료를 연약화시키는 작용을 한다. 연마제는 이러한 연약화 과정을 가속시키고, 연마 패드는 표면으로부터 반응한 재료를 닦아내는 것을 돕는다. 슬러리 기술에 있어서의 향상에 더하여, 연마 패드가 복잡해져가는 CMP 작업에 있어 중요한 역할을 한다.
하지만, CMP 패드 기술의 발전에 있어 추가적인 개선이 요구되고 있다.
복합 재료 연마 패드는 연마면 레이어가 그 위에 배치되는, 안정적이고, 기본적으로 비압축성인 불활성 재료로 제조되는 기초 또는 벌크 레이어를 구비한다.
더 경질인 기초 레이어는 패드 완전성을 위한 지지력 및 강도를 제공할 수 있는 한편, 더 연질인 연마면 레이어는 스크래치를 감소시킬 수 있어, 연마 레이어와 연마 패드의 나머지 부분의 재료 특성들의 분리를 가능하게 해준다.
연질 패드의 평탄화 특성은 폴리카보네이트 시트와 같은 강성의 지지체 재료 또는 기초 레이어 상에 연질 연마면 레이어를 제작함으로써 얻어질 수 있다.
본 발명의 실시형태들은 기초 레이어 및 연마면 레이어를 가진 연마 패드를 포함한다.
하나의 실시형태에 있어서, 기판을 연마하기 위한 연마 패드는 제1 경도를 갖는 기초 레이어를 포함한다. 연마면 레이어가 기초 레이어에 직접적으로 결합된다. 연마면 레이어는 제1 경도보다 작은 제2 경도를 가진다.
또 다른 실시형태에 있어서, 기판을 연마하기 위한 연마 패드는 제1 경도를 갖는 기초 레이어를 포함한다. 연마면 레이어가 기초 레이어에 직접적으로 결합된다. 연마면 레이어는 제1 경도와 같거나 더 큰 제2 경도를 가진다.
또 다른 실시형태에 있어서, 기판을 연마하기 위한 연마 패드는 40℃에서 대략 100 KEL(1/Pa)보다 작은 에너지 손실 계수를 갖는 기초 레이어를 포함한다. 연마면 레이어가 기초 레이어에 부착된다. 연마면 레이어는 40℃에서 대략 1000 KEL(1/Pa)보다 큰 에너지 손실 계수를 가진다. 기초 레이어와 연마면 레이어는 함께 40℃에서 대략 100 KEL(1/Pa)보다 작은 에너지 손실 계수를 가진다.
또 다른 실시형태에 있어서, 기판을 연마하기 위한 연마 패드는 제1 경도를 갖는 기초 레이어를 포함한다. 연마면 레이어가 기초 레이어에 부착된다. 연마면 레이어는 제1 경도보다 작은 제2 경도를 가지고, 열경화성 재료로 이루어진다.
또 다른 실시형태에 있어서, 기판을 연마하기 위한 연마 패드는 비다공성 기초 레이어를 포함한다. 연마면 레이어가 기초 레이어에 직접적으로 결합된다. 연마면 레이어는 닫힌 셀 기공들의 기공 밀도(pore density)를 가진다.
또 다른 실시형태에 있어서, 기판을 연마하기 위한 연마 패드를 제조하는 방법는 성형 몰드 내에 기초 레이어 및 한 세트의 중합성 재료들을 혼합하는 것으로부터 형성된 혼합물을 제공하는 과정을 포함한다. 성형 몰드의 일정 패턴의 돌출부들이 혼합물과 결합된다. 일정 패턴의 돌출부들이 혼합물과 결합된 상태에서, 혼합물은 몰딩성형된 균일(homogeneous) 연마면 레이어를 기초 레이어 상에 직접적으로 형성하기 위해 적어도 부분적으로 경화된다. 몰딩성형된 균일 연마면 레이어는 성형 몰드의 일정 패턴의 돌출부들에 대응하는 일정 패턴의 그루브들을 포함한다.
또 다른 실시형태에 있어서, 기판을 연마하기 위한 연마 패드를 제조하는 방법는 성형 몰드 내에 기초 레이어 및 한 세트의 중합성 재료들을 혼합하는 것으로부터 형성된 혼합물을 제공하는 과정을 포함한다. 성형 몰드의 일정 패턴의 돌출부들이 혼합물과 결합된다. 일정 패턴의 돌출부들이 혼합물과 결합된 상태에서, 혼합물은 기초 레이어에 부착된 몰딩성형된 균일 연마면 레이어를 형성하기 위해 적어도 부분적으로 경화된다. 몰딩성형된 균일 연마면 레이어는 성형 몰드의 일정 패턴의 돌출부들에 대응하는 일정 패턴의 그루브들을 포함한다. 경화의 정도가 몰딩성형된 균일 연마면 레이어의 기하형상을 유지하기에는 충분하지만 몰딩성형된 균일 연마면 레이어가 기계적 응력을 견디기에는 불충분할 때, 몰딩성형된 균일 연마면 레이어를 그것에 부착시킨 기초 레이어가 성형 몰드의 베이스로부터 제거된다.
하나의 실시형태에 있어서, 기판을 연마하기 위한 연마 패드는 일정 패턴의 그루브들을 그 안에 배치시킨 기초 레이어를 포함한다. 연속형 연마면 레이어가 기초 레이어의 일정 패턴의 그루브들에 부착된다.
또 다른 실시형태에 있어서, 기판을 연마하기 위한 연마 패드는 일정 패턴의 돌출부들을 배치시킨 표면을 가진 기초 레이어를 포함한다. 각각의 돌출부는 상면 및 측벽들을 가진다. 불연속형 연마면 레이어가 기초 레이어에 부착되고, 이산형 부분들을 포함한다. 각각의 이산형 부분은 기초 레이어의 돌출부들 중의 대응하는 하나의 상면에 부착된다.
또 다른 실시형태에 있어서, 기판을 연마하기 위한 연마 패드를 제조하는 방법은 일정 패턴의 돌출부들을 형성시킨 표면을 가진 기초 레이어를 제공하는 과정을 포함한다. 각각의 돌출부는 상면 및 측벽들을 가진다. 연마면 레이어가 기초 레이어 위에 형성된다.
복합 재료 연마 패드는 연마면 레이어가 그 위에 배치되는, 안정적이고, 기본적으로 비압축성인 불활성 재료로 제조되는 기초 또는 벌크 레이어를 구비한다.
더 경질인 기초 레이어는 패드 완전성을 위한 지지력 및 강도를 제공할 수 있는 한편, 더 연질인 연마면 레이어는 스크래치를 감소시킬 수 있어, 연마 레이어와 연마 패드의 나머지 부분의 재료 특성들의 분리를 가능하게 해준다.
연질 패드의 평탄화 특성은 폴리카보네이트 시트와 같은 강성의 지지체 재료 또는 기초 레이어 상에 연질 연마면 레이어를 제작함으로써 얻어질 수 있다.
도 1은 본 발명의 하나의 실시형태에 따른, 기초 레이어 및 연마면 레이어를 가진 연마 패드의 단면도를 도시하고 있다.
도 2는 본 발명의 하나의 실시형태에 따른, 기초 레이어 및 연마면 레이어를 가진 또 다른 연마 패드의 단면도를 도시하고 있다.
도 3은 본 발명의 하나의 실시형태에 따른, 이산형 선형 선분 돌출부들을 구비한 연마면 레이어를 가진 연마 패드의 평면도를 도시하고 있다.
도 4는 본 발명의 하나의 실시형태에 따른, 개구부 및/또는 지시 영역을 갖는 연마면 레이어를 가진 연마 패드의 평면도를 도시하고 있다.
도 5a-5f는 본 발명의 하나의 실시형태에 따른, 기초 레이어 및 연마면 레이어를 가진 연마 패드의 제조에 사용되는 작업 단면도들을 도시하고 있다.
도 6은 본 발명의 하나의 실시형태에 따른, 그루브가 형성된 기초 레이어 및 연마면 레이어를 가진 연마 패드의 단면도를 도시하고 있다.
도 7의 본 발명의 하나의 실시형태에 따른, 그루브가 형성된 기초 레이어 및 연마면 레이어를 가진 또 다른 연마 패드의 단면도를 도시하고 있다.
도 8 본 발명의 하나의 실시형태에 따른, 기초 레이어 및 연마면 레이어를 가진 연마 패드와 함께 사용될 수 있는 연마 장치의 등각 측면도를 도시하고 있다.
여기에, 기초 레이어 및 연마면 레이어를 가진 연마 패드를 설명한다. 이하의 설명에서는, 본 발명의 실시형태들의 완전한 이해를 제공하기 위해, 특정의 연마 패드 조성들 및 디자인들과 같은 다수의 특정의 상세예들을 설명한다. 본 발명의 실시형태들은 이러한 특정의 상세예들에 한정되지 않고서도 실시될 수 있을 것이란 것은 당해 기술분야에 통상의 지식을 가진 자에게는 명백할 것이다. 그 밖에, 반도체 기판의 CMP 기술을 실행하기 위한 슬러리와 연마 패드의 조합과 관련한 자세한 내용과 같은 공지의 처리 기술에 대해서는 본 발명의 실시형태의 설명을 불필요하게 흐리지 않기 위해 자세히 설명하지 않기로 한다. 또한, 도면에 도시된 여러 실시형태는 설명을 위한 것으로 반드시 정비율로 도시된 것은 아니다.
CMP 작업용 연마 패드는 어크로스-웨이퍼 연마 균일도(across-wafer polishing uniformity) 대 위딘-다이 연마 균일도(within-die polishing uniformity) 간의 상반성(trade-off)과 같은 성능에 있어서의 상반성들을 가진다. 예컨대, 경질 연마 패드는 우수한 다이-레벨 평탄화(die-level planarization)를 나타내지만, 좋지 못한 어크로서-웨이퍼 균일도를 나타낼 수 있다. 경질 연마 패드는 또한 연마되는 기판에 스크래치를 낼 수 있다. 다른 한편, 연질 연마 패드는 좋지 못한 다이-레벨 평탄화를 나타내지만(예컨대, 연질 연마 패드는 다이 내에서 디싱(dishing)을 야기할 수 있다), 우수한 웨이퍼-레벨 균일도(wafer-level uniformity)를 나타낼 수 있다. 상기와 같은 성능에 있어서의 상반성을 완화시키기 위한 하나의 접근법은 위딘-웨이퍼 작용과 위딘-다이 작용을 분리시키는 것일 수 있다.
연질 패드를 제조하여 사용하는 종래의 접근법들은 한계점들을 가질 수 있다. 예컨대, 주조된 연질 패드는 낮은 결함 특성을 제공하지만, 저하된 평탄화 성능을 제공한다. 연마 작업 시에 낮은 결함 특성을 제공하면서도 높은 평탄화 성능도 제공하는 연마 패드에 대한 요구가 있을 수 있다. 마찬가지로, 경질 패드를 제조하여 사용하는 종래의 접근법들도 한계점들을 가질 수 있다 예컨대, 경질의 우레탄 조성물에 내재될 수 있는 급속한 갤화 속도는 패드 균일도에 큰 영향을 주고 조성 선택사항을 제한하는 공정상의 타협을 강요할 수 있다. 그와 같은 타협을 회피하는 경질 패드를 생산하고 구현하는 데 적합한 접근법에 대한 요구가 있을 수 있다. 또한, 상술한 바와 같이, 패드의 연마면의 특성들을 그것의 벌크 특성(bulk property)으로부터 분리시켜, 각각의 특성이 독립적으로 최적화될 수 있도록 하는 것이 바람직할 수 있다.
본 발명의 하나의 실시형태에 따라, 연마면의 재료와 상이한 벌크 또는 기초 재료를 가진 연마 패드가 여기에 설명된다. 이러한 연마 패드는 상술한 종래의 패드에 대해 이루어지는 타협을 해결하는 데 적합한 접근법으로 제조되거나 구현될 수 있다. 하나의 실시형태에 있어서, 복합 재료 연마 패드는 연마면 레이어가 그 위에 배치되는, 안정적이고, 기본적으로 비압축성인 불활성 재료로 제조되는 기초 또는 벌크 레이어를 구비한다. 더 경질인 기초 레이어는 패드 완전성을 위한 지지력 및 강도를 제공할 수 있는 한편, 더 연질인 연마면 레이어는 스크래치를 감소시킬 수 있어, 연마 레이어와 연마 패드의 나머지 부분의 재료 특성들의 분리를 가능하게 해준다.
아래에 더 상세히 설명되는 특정 실시형태에 있어서, 연질 패드의 평탄화 특성은 폴리카보네이트 시트와 같은 강성의 지지체 재료 또는 기초 레이어 상에 연질 연마면 레이어를 제작함으로써 얻어질 수 있다. 예컨대, 하나의 특정 실시형태에 있어서, 20 mil(1000분의 1인치) 두께의 폴리카보네이트 시트가 패드-제작 몰드의 캐스팅 베이스부 상에 배치되었고, 패드 조성물이 시트 상으로 직접적으로 분배되었다. 그런 다음, 연마 패드는 몰딩 작업, 디몰딩 작업 및 경화 작업을 통해 가공되었다. 그 결과물은 우레탄 연마 레이어와 폴리카보네이트 지지 시트 간의 우수한 접착성을 가진 균일한 패드였다.
본 발명의 실시형태들에 따라, 상술한 성능 상반성을 완화시키는 접근법들은 경질 기초 레이어와 결합되는 연질 연속형 연마면 레이어 또는 이산형 돌출부들로 이루어진 연질 연마면 레이어를 가진 연마 패드의 형성을 포함한다. 앞서의 배열이 바람직할 수 있지만, 예컨대 연질 하부 기초 레이어 상에 배치된 경질 연마면 레이어와 같은 반대 배열도 시도될 수 있으며, 여기에 설명된다.
제1 양태에 있어서, 연속형 연마면 레이어를 구비한 연마 패드가 제공된다. 예컨대, 도 1은 본 발명의 하나의 실시형태에 따른, 기초 레이어 및 연마면 레이어를 가진 연마 패드의 단면도를 도시하고 있다.
도 1을 참조하면, 기판을 연마하기 위한 연마 패드(100)가 제공되어 있다. 연마 패드(100)는 연마측(104) 및 배면측(106)을 갖는 기초 레이어(102)를 포함하고 있다. 기초 레이어(102)는 제1 경도를 갖는 재료로 이루어진다. 연마 패드(100)는 또한 기초 레이어(102)와 결합되는 연마면 레이어(108)를 포함하고 있다. 연마면 레이어(108)는 제2 경도를 갖는 재료로 이루어진다. 하나의 실시형태에 있어서, 도 1에 도시된 바와 같이, 연마면 레이어(108)는 복수의 연마 피쳐(polishing feature)(108B)가 돌출하고 있는 연속형 레이어부(108A)를 포함하고 있다. 기초 레이어(102)와 결합되는 것은 연속형 레이어부(108A)이다. 하나의 바람직한(이에 한정되는 것은 아닌) 실시형태에 있어서, 제2 경도(연마면 레이어(108)의 경도)는 제1 경도(기초 레이어(102)의 경도)보다 작다.
제2 양태에 있어서, 불연속형 연마면 레이어를 구비한 연마 패드가 제공된다. 예컨대, 도 2는 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른, 기초 레이어 및 연마면 레이어를 가진 또 다른 연마 패드의 단면도를 도시하고 있다.
도 2를 참조하면, 기판을 연마하기 위한 연마 패드(200)가 제공되어 있다. 연마 패드(200)는 연마측(204) 및 배면측(206)을 갖는 기초 레이어(202)를 포함하고 있다. 기초 레이어(202)는 제1 경도를 갖는 재료로 이루어진다. 연마 패드(200)는 또한 기초 레이어(202)와 결합되는 연마면 레이어(208)를 포함하고 있다. 연마면 레이어(208)는 제2 경도를 갖는 재료로 이루어진다. 하나의 실시형태에 있어서, 도 2에 도시된 바와 같이, 연마면 레이어(208)는 자체 돌출하고 있는 복수의 이산형 돌출부 또는 연마 피쳐만을 포함하고 있다. 기초 레이어(202)와 결합되는 것은 이산형 연마 돌출부들이다. 하나의 바람직한(이에 한정되는 것은 아닌) 실시형태에 있어서, 제2 경도(이산형 연마 돌출부들로 이루어진 연마면 레이어(208)의 경도)는 제1 경도(기초 레이어(202)의 경도)보다 작다.
연마면 레이어(108 또는 208)는 각각 기초 레이어(102 또는 202)와 결합되는 것으로서 설명된다는 것에 유의해야 한다. 그러한 제1 실시형태에 있어서, 연마면 레이어(108 또는 208)는 각각 기초 레이어(102 또는 202)에 직접적으로 결합된다. 즉, 연마면 레이어(108 또는 208)는 각각, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 기초 레이어(102 또는 202)와 직접 접촉하고 있다. 하나의 실시형태에 있어서, 그에 따라, "~에 직접적으로 결합된다"의 상당 표현은 어떠한 중간 레이어(감압 접착제 레이어와 같은) 또는 다른 방식의 글루(glue)형 또는 접작체 막이 없는 직접 접촉을 말한다. 연마면 레이어 및 대응하는 기초 레이어만이 그것들로 구성되는 패드의 연마 성능에 영향을 주도록, 연마면 레이어(108 또는 208)는 기초 레이어(102 또는 202)에 직접적으로 결합되는 것이 바람직할 수 있다.
그러한 하나의 특정 실시형태에 있어서, 연마면 레이어(108 또는 208)는 대응하는 기초 레이어(102 또는 202)에 공유결합된다. 하나의 실시형태에 있어서, "공유결합된다"의 상당 용어는 제1 재료(예컨대, 연마면 레이어의 재료)의 원자들이 제2 재료(예컨대, 기초 레이어의 재료)의 원자들과 가교결합되거나 전자들을 공유하여 실질적인 화학적 결합을 이루는 배열을 말한다. 나사, 못, 글루 또는 다른 접착제를 통한 결합과 같은 기계적 결합과 구별된다. 또 다른 특정 실시형태에 있어서, 연마면 레이어(108 또는 208)는 공유결합되는 대신, 기초 레이어(102 또는 202)에 정전기 결합된다. 그와 같은 정전기 결합은 기초 레이어와 연마면 레이어 간의 반데르발스식 상호작용(van der Waals type interaction)을 포함할 수 있다.
다른 결합이 선호될 수 있으며, 그러한 제2 실시형태에 있어서는, 연마면 레이어(108 또는 208)는 각각 기초 레이어(102 또는 202)에 부착된다. 즉, 연마면 레이어(108 또는 208) 및 대응하는 기초 레이어(102 또는 202)는 각각중간 레이어(감압 접착제 레이어와 같은) 또는 다른 방식의 글루형 또는 접착제 막을 포함할 수 있다. 따라서, "~에 부착된다"의 상당 표현은 어떠한 중간 레이어(감압 접착제 레이어와 같은) 또는 다른 방식의 글루(glue)형 또는 접작체 막이 없는 직접 접촉과, 그와 같은 중간 레이어가 기초 레이어와 대응하는 연마면 레이어 사이에 사용되는 상황의 모두를 말한다.
어떠한 경우에도, 박리 저항이 연마면 레이어가 기초 레이어에 결합되어 있는 강도 및 정도를 지시할 수 있다. 하나의 실시형태에 있어서, 기초 레이어(102 또는 202) 및 대응하는 연마면 레이어(108 또는 208)는 연마 패드의 가용 수명 동안에 가해지는 전단력을 견딜 만큼 충분한 박리 저항성을 가진다.
하나의 실시형태에 있어서, 연마 패드의 이 2부분의 결합 강도를 향상시키기 위해, 연마면 레이어와 기초 레이어의 경계면에 일정 표면 거칠기가 사용된다. 하나의 그와 같은 실시형태에 있어서, 기초 레이어(102 또는 202)는 대응하는 연마면 레이어(108 또는 208)가 기초 레이어에 직접적으로 결합되는 곳에서(예컨대, 경계면(104 또는 204)에서) 대략 1 ㎛ Ra(루트 민 스퀘어(root mean square))보다 큰 표면 거칠기를 가진다. 그러한 하나의 특정 실시형태에 있어서, 표면 거칠기는 대략 5-10 ㎛s Ra(루트 민 스퀘어)의 범위 내에 있다.
하지만, 또 다른 실시형태에 있어서, 실질적인 표면 거칠기는 구비되지 않고, 연마면 레이어와 기초 레이어의 경계면은 특히 매끄럽다. 그와 같은 매끄러운 경계면의 결합 강도는 표면 거칠기에 독립적일 수 있으며 또는 그와 같은 표면 거칠기의 구비에 의해 더 강화될 필요가 없을 수 있다. 하나의 그와 같은 실시형태에 있어서, 기초 레이어(102 또는 202)는, 대응하는 연마면 레이어(108 또는 208)가 기초 레이어에 직접적으로 결합되는 곳에서(예컨대, 경계면(104 또는 204)에서) 대략 1 ㎛ Ra(루트 민 스퀘어)보다 작은 표면 거칠기를 가지는 매끄러운 표면을 가진다. 기초 레이어와 연마면 레이어의 경계면에서 거칠기를 구비 또는 배제하는 결정이나 필요성은 경계면의 무오염성(예컨대, 오일 막과 같은 불순물의 배제) 또는 경계면에서의 재료의 성질에 좌우될 수 있다. 예컨대, 그러한 하나의 특정 실시형태에 있어서, 매끄러운 경계면에서의 연마면 레이어(108 또는 208)는 폴리우레탄으로 형성된 재료로 이루어진다.
연마면 레이어(108 또는 208) 및 대응하는 기초 레이어(102 또는 202)의 재료들은 각각 개별 구성요소들로서 또는 연마 패드 전체로서 집단적으로 소정의 연마 특성들을 제공하기에 적합한 정해진 파라미터들을 가질 수 있다. 예컨대, 그러한 하나의 실시형태에 있어서, 연마면 레이어(108 또는 208) 및 대응하는 기초 레이어(102 또는 202)는 그들의 에너지 손실 계수, 즉 KEL이 상이하다. KEL은 연마 성능을 예측하기 위한 파라미터이다. ASTM D4092-90("플라스틱의 동역학적 측정과 관련한 표준 용어(Standard Terminology Relating to Dynamic Mechanical Measurements of Plastics)")은 이 파라미터를 각 변형 사이클에서 손실되는 단위 체적당 에너지로서 정의한다. 다시 말해, 응력-변형 히스테리시스 루프 내의 면적의 측정값이다. 에너지 손실 계수(KEL)는 tanδ와 탄성 저장 계수(Ε')의 양자의 함수이며, KEL=tanδ*1012/[Ε'*(1+tanδ2)]의 방정식으로 정의될 수 있으며, 여기서 E'는 파스칼(Pa) 단위이다. 탄성 응력 대 변형의 비가 저장(또는 탄성) 계수이며, 점성 응력 대 변형의 비가 손실(또는 점성) 계수이다. 인장, 가요성 또는 압축 시험이 실행될 때, E' 및 E"는 각각 저장 계수 및 손실 계수를 나타낸다. 손실 계수 대 저장 계수의 비는 응력과 변형 간의 위상각 변화(δ)의 탄젠트 값이다. 따라서, E"/E'=tanδ이고, 재료의 감쇠 성능(damping ability)의 측정값이다. 하나의 실시형태에 있어서, 기초 레이어(102 또는 202)는 40℃에서 대략 100 KEL(1/Pa)보다 작은, 예컨대 대략 7 KEL(1/Pa)의 에너지 손실 계수를 가진다. 하나의 실시형태에 있어서, 연마면 레이어(108 또는 208)는 40℃에서 대략 1000 KEL(1/Pa)보다 큰, 예컨대 대략 8000 KEL(1/Pa)의 에너지 손실 계수를 가진다. 하나의 실시형태에 있어서, 기초 레이어(102 또는 202)는 40℃에서 대략 100 KEL(1/Pa)보다 작은 에너지 손실 계수를 가지고, 연마면 레이어(108 또는 208)는 40℃에서 대략 1000 KEL(1/Pa)보다 큰 에너지 손실 계수를 가지며, 기초 레이어(102 또는 202)와 대응하는 연마면 레이어(108 또는 208)는 함께 40℃에서 대략 100 KEL(1/Pa)보다 작은 에너지 손실 계수를 가진다.
또 다른 실시예에 있어서, 연마면 레이어(108 또는 208) 및 대응하는 기초 레이어(102 또는 202)의 재료들은 각각 개별 구성요소들로서 또는 연마 패드 전체로서 집단적으로 소정의 연마 특성들을 제공하기에 적합한 정해진 탄성 압축률을 가질 수 있다. 하나의 실시형태에 있어서, 기초 레이어(102 또는 202)는 5 PSI의 중심 압력 하에서 대략 1%보다 작은 압축률을 가진다. 하나의 실시형태에 있어서, 연마면 레이어(108 또는 208)는 5 PSI의 중심 압력 하에서 대략 0.1%보다 큰 압축률을 가진다. 하나의 실시형태에 있어서는, 예컨대 경질 기초 레이어 상의 비교적 경질인 연마면을 얻기 위해, 연마면 레이어(108 또는 208)는 제1 탄성계수를 가지고, 대응하는 기초 레이어(102 또는 202)는 제1 탄성계수의 대략 10배보다 더 큰 제2 탄성계수를 가진다. 하지만, 또 다른 실시형태에 있어서는, 예컨대 경질 기초 레이어 상의 비교적 연질인 연마면을 얻기 위해, 연마면 레이어(108 또는 208)는 제1 탄성계수를 가지고, 대응하는 기초 레이어(102 또는 202)는 제1 탄성계수의 대략 100배보다 더 큰 제2 탄성계수를 가진다.
또 다른 실시예에 있어서, 연마면 레이어(108 또는 208) 및 대응하는 기초 레이어(102 또는 202)의 재료들은 각각 개별 구성요소들로서 또는 연마 패드 전체로서 집단적으로 소정의 연마 특성들을 제공하기에 적합한 정해진 경도를 가질 수 있다. 하나의 실시형태에 있어서, 기초 레이어(102 또는 202)는 폴리카보네이트 기초 레이어에 대해 대략 75 쇼어 D보다 큰, 예컨대 대략 84-85 쇼어 D의 경도를 가진다. 하나의 실시형태에 있어서, 연마면 레이어(108 또는 208)는 대략 70 쇼어 D보다 작은, 바람직하게는 대략 60 쇼어 D보다 작은 경도를 가진다. 하나의 실시형태에 있어서, 기초 레이어(102 또는 202)는 대략 70-90 쇼어 D의 범위 내의 경도를 가지고, 대응하는 연마면 레이어(108 또는 208)는 예컨대 경질 폴리우레탄 연마면 레이어에 대해 대략 50-60 쇼어 D의 범위 내의 경도를 가진다. 또 다른 실시형태에 있어서, 기초 레이어(102 또는 202)는 대략 70-90 쇼어 D의 범위 내의 경도를 가지고, 대응하는 연마면 레이어(108 또는 208)는 예컨대 연질 폴리우레탄 연마면 레이어에 대해 대략 20-50 쇼어 D의 범위 내의 경도를 가진다.
또 다른 실시예에 있어서, 연마면 레이어(108 또는 208) 및 대응하는 기초 레이어(102 또는 202)의 재료들은 각각 개별 구성요소들로서 또는 연마 패드 전체로서 집단적으로 소정의 연마 특성들을 제공하기에 적합한 정해진 조성을 가질 수 있다. 하나의 실시형태에 있어서, 기초 레이어(102 또는 202)는 폴리카보네이트 재료로 이루어진다. 하나의 그와 같은 실시형태에 있어서, 폴리카보네이트 재료는 폴리카보네이트로 된 여러 개의 이산형 레이어들(서브 레이어(sub layer)들)의 스택(stack)으로 이루어지거나, 폴리카보네이트로 된 단일의 연속형 레이어로 이루어진다. 또 다른 실시형태에 있어서, 기초 레이어(102 또는 202)는 에폭시 보드 재료 또는 금속 시트(이에 한정되지 않음)와 같은 재료로 이루어진다.
하나의 실시형태에 있어서, 연마면 레이어(108 또는 208)는 균일 연마면 레이어이다. 하나의 그와 같은 실시형태에 있어서, 균일 연마면 레이어는 열경화성 폴리우레탄 재료로 이루어진다. 예컨대, 하나의 특정 실시형태에 있어서, 균일체는 열경화성의 닫힌 셀 폴리우레탄 재료로 이루어진다. 하나의 실시형태에 있어서, "균일(homogeneous)" 이라는 용어는 열경화성의 닫힌 셀 구조의 폴리우레탄 재료의 조성이 조성체의 전체 조성물에 걸쳐 일정하다는 것을 나타내는 데 사용된다. 예컨대, 하나의 실시형태에 있어서, "균일" 이라는 용어는 예컨대 상이한 재료로 이루어지는 다중 레이어로 된 함침성 펠트나 조성물(복합 재료)로 이루어진 연마 패드체를 배제한다. 하나의 실시형태에 있어서, "열경화성" 이라는 용어는 예컨대 재료의 전구체가 경화에 의해 불용융성, 불용성 폴리머 망상조직으로 비가역적으로 변화되는 것과 같이 비가역적으로 경화하는 폴리머 재료를 나타내는 데 사용된다. 예컨대, 하나의 실시형태에 있어서, "열경화성" 이라는 용어는 예컨대 가열될 때 액체로 전환되고 충분히 냉각될 때 유리질 상태로 복귀하는 폴리머로 이루어지는 "써모플라스트" 재료 또는 "열가소성 수지"로 이루어진 연마 패드를 배제한다. 열경화성 재료로 된 연마 패드는 일반적으로 화학 반응으로 폴리머를 형성하도록 반응하는 저분자량 전구체로부터 제조되는 한편, 열가소성 재료로 된 연마 패드는 일반적으로 연마 패드가 물리적 공정으로 형성되도록 상변화를 일으키도록 기존의 폴리머를 가열하는 것에 의해 제조된다는 것에 유의해야 한다. 물리적 공정. 폴리우레탄 열경화성 폴리머는 안정적인 열적 및 기계적 특성들, 화학적 환경에 대한 저항성 및 마모 저항성의 경향에 기초하여 여기에 설명되는 연마 패드를 제조하기 위해 선택될 수 있다. 하나의 실시형태에 있어서, 연마면 레이어(108 또는 208)는 열경화성 재료로 이루어지지만, 대응하는 기초 레이어(102 또는 202)는 폴리카보네이트와 같은 열가소성 수지 재료로 이루어진다.
연마면 레이어(108 또는 208)의 재료는 몰딩성형될 수 있다. "몰딩성형된다"의 상당 용어는 도 5a-5f와 관련하여 아래에 더 상세히 설명되는 바와 같이 연마면 레이어가 성형 몰드 내에서 성형된다는 것을 나타내는 데 사용될 수 있다. 하나의 실시형태에 있어서, 몰딩성형된 연마면 레이어(108 또는 208)는 컨디셔닝 및/또는 연마 시에 대략 1-5 미크론 루트 민 스퀘어의 범위 내의 연마면 거칠기를 가진다. 하나의 실시형태에 있어서, 몰딩성형된 연마면 레이어(108 또는 208)는, 컨디셔닝 및/또는 연마 시에, 대략 2.35 미크론 루트 민 스퀘어의 연마면 거칠기를 가진다. 하나의 실시형태에 있어서, 몰딩성형된 연마면 레이어(108 또는 208)는 25℃에서 대략 30-500 MPa의 범위 내의 저장 계수를 가진다. 또 다른 실시형태에 있어서, 몰딩성형된 연마면 레이어(108 또는 208)는 25℃에서 대략 30 MPa 미만의 저장 계수를 가진다.
연마면 레이어(108 또는 208)의 재료는 복수의 기공 형성 피쳐(pore-forming feature)를 구비할 수 있다. 하나의 실시형태에 있어서, 연마면 레이어(108 또는 208)는 대략 6%-50% 총 공극 체적의 범위 내의 닫힌 셀 기공들의 기공 밀도(pore density)를 가진다. 하나의 실시형태에 있어서, 복수의 닫힌 셀 기공은 복수의 포로겐(porogen)이다. 예컨대, "포로겐(porogen)"이란 용어는 "중공형(hollow)" 중심을 가진 마이크로 또는 나노 스케일의 구형 입자를 나타내는 데 사용된다. 중공형 중심은 고체 재료로 충전되지 않는 대신, 기체나 액체 코어를 포함할 수 있다. 하나의 실시형태에 있어서, 복수의 닫힌 셀 기공은 연마 패드의 연마면 레이어에 걸쳐, 예컨대, 추가적인 성분으로서, 분포되는 예비 발포되어 기체 충전된 EXPANCEL™으로 이루어진다. 하나의 특정 실시형태에 있어서, EXPANCEL™은 펜테인으로 충전된다. 하나의 실시형태에 있어서, 복수의 닫힌 셀 기공의 각각은 대략 10-100 미크론 범위 내의 직경을 가진다. 하나의 실시형태에 있어서, 복수의 닫힌 셀 기공은 서로 이산된 기공들을 포함한다. 이는 일반적인 스폰지의 기공들의 경우에서와 같이 터널을 통해 서로 연결될 수 있는 열린 셀 기공과 대비된다. 하나의 실시형태에 있어서, 닫힌 셀 기공들의 각각은 상술한 바와 같은 포로겐의 셸(shell)과 같은 피지컬 셸(physical shell)을 포함한다. 하지만, 또 다른 실시형태에 있어서는, 닫힌 셀 기공들의 각각은 피지컬 셸을 포함하지 않는다. 하나의 실시형태에 있어서, 복수의 닫힌 셀 기공은 기본적으로 균일 연마면 레이어의 열경화성 폴리우레탄 재료 전체에 걸쳐 균등하게 분포된다. 하나의 실시형태에 있어서는, 연마면 레이어(108 또는 208)는 기공 형성 피쳐들을 구비하지만, 대응하는 기초 레이어(102 또는 202)는 기공 형성 피쳐를 구비하지 않고 비다공성이다.
하나의 실시형태에 있어서, 연마 패드(100 또는 200)와 같은, 여기에 설명되는 연마 패드들은 불투명한 연마면 레이어(108 또는 208)를 포함한다. 하나의 실시형태에 있어서, "불투명"이란 용어는 대략 10% 이하의 가시광선의 통과를 허용하는 재료를 나타내는 데 사용된다. 하나의 실시형태에 있어서, 연마면 레이어(108 또는 208)는 대부분에서 불투명하다. 즉, 전적으로 연마면 레이어(108 또는 208)의 전체에 걸친 율활제와 같은 불투명화 입자 충전제(예컨대, 추가적인 성분으로서의)의 함유로 인해 불투명하다. 하나의 특정 실시형태에 있어서, 불투명화 입자 충전제는 보론 니트라이드, 세륨 플루오라이드, 그래파이트, 그래파이트 플루오라이드, 몰리브데넘 설파이드, 니오븀 설파이드, 탈크, 탄탈럼 설파이드, 텅스텐 디설파이드 또는 테플론®과 같은 재료이며, 이들에 한정되는 것은 아니다.
또 다른 실시예에 있어서, 연마면 레이어(108 또는 208) 및 대응하는 기초 레이어(102 또는 202)의 재료들은 각각 개별 구성요소들로서 또는 연마 패드 전체로서 집단적으로 소정의 연마 특성들을 제공하기에 적합한 정해진 치수를 가질 수 있다. 하나의 실시형태에 있어서, 연마면 레이어(108 또는 208)는 대략 2-50 mil의 범위 내의 두께(도 1 또는 도 2에서 각각 a 또는 a')를 가지며, 대응하는 기초 레이어(102 또는 202)는 대략 20 mil보다 큰 두께(도 1 또는 도 2에서 각각 b 또는 b')를 가진다. 하나의 실시형태에 있어서, 기초 레이어(102 또는 202)의 두께(b 또는 b')는 연마면 레이어(108 또는 208)의 두께(a 또는 a')보다 크다. 하나의 실시형태에 있어서, 기초 레이어(102 또는 202)는, 대응하는 연마 패드(100 또는 200)의 벌크 연마 특성(bulk polishing characteristic)에 영향을 주기에 충분한, 대응하는 연마면 레이어(108 또는 208)의 두께(a 또는 a') 및 경도에 대해 상대적인 두께(b 또는 b') 및 경도를 가진다. 하나의 실시형태에 있어서, 기초 레이어(102 또는 202)는 대응하는 연마 패드(100 또는 200)가 다이-레벨 연마 평탄도(die-level polishing planarity)를 제공할 만큼 충분히 두꺼우면서도, 대응하는 연마 패드(100 또는 200)가 웨이퍼-레벨 연마 균일도(wafer-level polishing uniformity)를 제공할 만큼 충분히 얇다.
하나의 실시형태에 있어서, 연마 패드(100 또는 200)는 또한 예컨대 CMP 분야에 알려진 통상적인 서브 패드(sub pad)와 같은 서브 패드를 포함한다. 기초 레이어(102 또는 202)는 서브 패드에 근접하여 배치된다. 하나의 그와 같은 실시형태에 있어서, 서브 패드는 대응하는 기초 레이어(102 또는 202)의 경도보다 작은 경도를 가진다. 하나의 그와 같은 실시형태에 있어서, 서브 패드는 폼(foam), 고무, 섬유, 펠트 또는 고다공성 재료와 같은 재료로 이루어지며, 이들에 한정되는 것은 아니다. 하나의 실시형태에 있어서, 기초 레이어(102 또는 202)는 대략 70-90 쇼어 D의 범위 내의 경도를 가지고, 대응하는 연마면 레이어(108 또는 208)는 대략 20-60 쇼어 D의 범위 내의 경도를 가지며, 대응하는 서브 패드는 대략 90 쇼어 A보다 작은 경도를 가진다. 하나의 실시형태에 있어서, 연마면 레이어(108 또는 208), 대응하는 기초 레이어(102 또는 202) 및 대응하는 서브 패드를 포함하는 연마 패드는 CMP 작업을 위한 다이-레벨 연마 평탄도 및 웨이퍼-레벨 연마 균일도를 제공한다.
상기 실시형태들은 주로 대응하는 하부 기초 레이어보다 더 연질인 연마면 레이어를 가진 연마 패드에 초점을 맞추고 있지만, 다른 구성들이 본 발명의 실시형태들의 기술사상 및 범위 내에서 시도될 수 있을 것이다. 예컨대, 하나의 실시형태에 있어서, 기판을 연마하기 위한 연마 패드는 제1 경도를 갖는 기초 레이어를 포함한다. 연마면 레이어가 기초 레이어와 결합된다. 연마면 레이어는 제1 경도와 같거나 더 큰 제2 경도를 가진다. 하나의 실시형태에 있어서, 연마면 레이어는 기초 레이어에 직접적으로 결합되어 기초 레이어에 공유결합된다. 하나의 실시형태에 있어서, 기초 레이어 및 연마면 레이어는 연마 패드의 가용 수명 동안에 가해지는 전단력을 견딜 만큼 충분한 박리 저항성을 가진다. 하나의 실시형태에 있어서, 연마면 레이어는 복수의 연마 피쳐가 돌출하고 있는 연속형 레이어부로 이루어지고, 연속형 레이어부는 기초 레이어에 직접적으로 결합된다. 하나의 실시형태에 있어서, 연마면 레이어는 기초 레이어에 직접적으로 결합되는 복수의 이산형 연마 돌출부로 이루어진다.
또 다른 실시예로, 하나의 실시형태에 있어서, 기판을 연마하기 위한 연마 패드는 40℃에서 대략 100 KEL(1/Pa)보다 작은 에너지 손실 계수를 갖는 기초 레이어를 포함한다. 연마면 레이어가 기초 레이어와 결합된다. 연마면 레이어는 40℃에서 대략 1000 KEL(1/Pa)보다 큰 에너지 손실 계수를 가진다. 기초 레이어 및 연마면 레이어는 함께 40℃에서 대략 100 KEL(1/Pa)보다 작은 에너지 손실 계수를 가진다. 하나의 실시형태에 있어서, 연마면 레이어는 복수의 연마 피쳐가 돌출하고 있는 연속형 레이어부로 이루어지고, 연속형 레이어부는 기초 레이어에 부착된다. 하나의 실시형태에 있어서, 연마면 레이어는 기초 레이어에 부착되는 복수의 이산형 연마 돌출부로 이루어진다. 하나의 실시형태에 있어서, 연마면 레이어는 열경화성 폴리우레탄 재료로 이루어진다.
또 다른 실시예로, 하나의 실시형태에 있어서, 기판을 연마하기 위한 연마 패드는 제1 경도를 갖는 기초 레이어를 포함한다. 연마면 레이어가 기초 레이어와 결합된다. 연마면 레이어는 제1 경도보다 작은 제2 경도를 가지고, 열경화성 재료로 이루어진다. 하나의 실시형태에 있어서, 연마면 레이어는 균일 연마면 레이어이다. 하나의 실시형태에 있어서, 열경화성 재료는 폴리우레탄이다. 하나의 실시형태에 있어서, 기초 레이어는 대략 70-90 쇼어 D의 범위 내의 경도를 가지고, 연마면 레이어는 대략 50-60 쇼어 D의 범위 내의 경도를 가진다. 하나의 실시형태에 있어서, 기초 레이어는 대략 70-90 쇼어 D의 범위 내의 경도를 가지고, 연마면 레이어는 대략 20-50 쇼어 D의 범위 내의 경도를 가진다. 하나의 실시형태에 있어서, 연마면 레이어는 복수의 연마 피쳐가 돌출하고 있는 연속형 레이어부로 이루어지고, 연속형 레이어부는 기초 레이어에 부착된다. 하나의 실시형태에 있어서, 연마면 레이어는 기초 레이어에 부착되는 복수의 이산형 연마 돌출부로 이루어진다. 하나의 실시형태에 있어서, 연마면 레이어는 대략 6%-50% 총 공극 체적의 범위 내의 닫힌 셀 기공들의 기공 밀도를 가진다.
또 다른 실시예로, 하나의 실시형태에 있어서, 기판을 연마하기 위한 연마 패드는 비다공성 기초 레이어를 포함한다. 연마면 레이어가 기초 레이어와 결합된다. 연마면 레이어는 닫힌 셀 기공들의 기공 밀도를 가진다. 하나의 실시형태에 있어서, 닫힌 셀 기공들의 기공 밀도는 대략 6%-50% 총 공극 체적의 범위 내에 있다. 하나의 실시형태에 있어서, 연마면 레이어는 복수의 연마 피쳐가 돌출하고 있는 연속형 레이어부로 이루어지고, 연속형 레이어부는 기초 레이어에 직접적으로 결합된다. 하나의 실시형태에 있어서, 연마면 레이어는 기초 레이어에 직접적으로 결합되는 복수의 이산형 연마 돌출부로 이루어진다.
또 다른 양태에 있어서, 연마면 레이어(108 또는 208)는 CMP 작업 중의 연마에 적합한 패턴을 가질 수 있다. 일반적인 제1 실시예에 있어서, 몇몇의 본 발명의 실시형태들은 일정 패턴의 선형 피쳐들을 갖는 복수의 돌출부를 포함한다. 그러한 하나의 특정 실시예에 있어서, 도 3은 본 발명의 하나의 실시형태에 따른, 이산형 선형 선분 돌출부들(302)을 구비한 연마면 레이어를 가진 연마 패드(300) 의 평면도를 도시하고 있다. 도시된 이산형 선형 선분 돌출부들은 기본적으로 연마면의 반경방향에 수직이다. 하지만, 본 발명의 실시형태들은 또한 연마면의 반경방향에 정확하게 수직하지 않는 이산형 선형 선분들을 포함할 수도 있다는 것을 이해해야 한다. 그러한 실시형태들에 있어서, 이산형 선형 선분들은 동심의 또는 대략 동심의 다각형 배열의 일부분(전체가 아님)을 형성할 수 있다. 대응하는 반경방향과의 상대적인 관계는 정확하게 90도가 아니며, 90도에서 몇분의 1도 내지 수도 정도 벗어난다. 그럼에도 불구하고, 그와 같은 수직에 가까운 또는 대략 수직인 이산형 선형 선분들은 본 발명의 기술사상 및 범위 내에 있는 것으로 간주된다.
일반적인 제2 실시예에 있어서, 몇몇의 본 발명의 실시형태들은 일정 패턴의 이산형 곡선형 피쳐들을 갖는 복수의 돌출부를 포함한다. 그러한 하나의 특정 실시예에 있어서, 이산형 아크형 돌출부들이 포함된다. 그러한 다른 특정 실시형태들은 실질적으로 원형인 연마 패드 상에 배치되는 복수의 부분적 원주방향 돌출부들을 포함하며, 이들에 한정되는 것은 아니다.
일반적인 제3 실시예에 있어서, 몇몇의 본 발명의 실시형태들은 일정 패턴의 이산형 타일들을 갖는 복수의 돌출부를 포함한다. 그러한 하나의 특정 실시형태에 있어서, 이산형 6각형 타일 돌출부들이 포함된다. 그러한 다른 특정 실시형태들은 복수의 원형 타일, 타원형 타일, 정사각형 타일, 직사각형 타일 또는 이들의 조합을 포함하며, 이들에 한정되는 것은 아니다.
상기 3개의 일반적인 실시예들이 돌출부들(예컨대, 패턴화된 연마면 레이어의 최고점들)의 관점에서 정의되었지만, 연마면 레이어는 또한 선택적으로 그루브들(예컨대, 패턴화된 연마면 레이어의 최하점들)의 관점에서 정의될 수도 있을 것이다. 개별 그루브는 각각의 그루브의 임의의 주어진 지점에서 약 4 내지 약 100 mil의 깊이일 수 있다. 몇몇의 실시형태에 있어서, 그루브들은 각각의 그루브의 임의의 주어진 지점에서 약 10 내지 약 50 mil의 깊이이다. 그루브들은 균일한 깊이, 가변의 깊이 또는 그들의 임의의 깊이의 조합으로 이루어질 수 있다. 몇몇의 실시형태에 있어서, 그루브들은 모두 균일한 깊이이다. 예컨대, 일정한 그루브 패턴의 그루브들은 동일한 깊이를 가질 수 있다. 몇몇의 실시형태에 있어서, 일정한 그루브 패턴의 그루브들의 몇몇은 특정 균일 깊이를 가질 수 있는 한편, 동일 패턴의 다른 그루브들은 상기 특정 균일 깊이와 다른 균일 깊이를 가질 수 있을 것이다. 예컨대, 그루브 깊이는 연마 패드의 중심으로부터의 거리가 증가함에 따라 증가할 수 있을 것이다. 하지만, 몇몇의 실시형태에 있어서, 그루브 깊이는 연마 패드의 중심으로부터의 거리가 증가함에 따라 감소한다. 몇몇의 실시형태에 있어서, 균일한 깊이의 그루브들이 가변의 깊이의 그루브들과 교대로 나타난다.
개별 그루브는 각각의 그루브의 임의의 주어진 지점에서 약 2 내지 약 100 mil의 폭일 수 있다. 몇몇의 실시형태에 있어서, 그루브들은 각각의 그루브의 임의의 주어진 지점에서 약 15 내지 약 50 mil의 폭이다. 그루브들은 균일한 폭, 가변의 폭 또는 그들의 임의의 폭의 조합으로 이루어질 수 있다. 몇몇의 실시형태에 있어서, 그루브들은 모두 균일한 폭으로 이루어진다. 하지만, 몇몇의 실시형태에 있어서, 일정한 그루브 패턴의 그루브들의 몇몇은 특정 균일 폭을 가지는 한편, 동일 패턴의 다른 그루브들은 상기 특정 균일 폭과 다른 균일 폭을 가진다. 몇몇의 실시형태에 있어서, 그루브 폭은 연마 패드의 중심으로부터의 거리가 증가함에 따라 증가한다. 몇몇의 실시형태에 있어서, 그루브 폭은 연마 패드의 중심으로부터의 거리가 증가함에 따라 감소한다. 몇몇의 실시형태에 있어서, 균일한 폭의 그루브들이 가변의 폭의 그루브들과 교대로 나타난다.
전술한 깊이 및 폭 치수에 따라, 개별 그루브는 균일한 체적, 가변의 체적 또는 그들의 임의의 체적의 조합으로 이루어질 수 있다. 몇몇의 실시형태에 있어서, 그루브들은 모두 균일한 체적으로 이루어진다. 하지만, 몇몇의 실시형태에 있어서, 그루브 체적은 연마 패드의 중심으로부터의 거리가 증가함에 따라 증가한다. 몇몇의 다른 실시형태에 있어서, 그루브 체적은 연마 패드의 중심으로부터의 거리가 증가함에 따라 감소한다. 몇몇의 실시형태에 있어서, 균일한 체적의 그루브들이 가변의 체적의 그루브들과 교대로 나타난다.
여기에 설명되는 그루브 패턴의 그루브들은 약 30 내지 1000 mil의 피치(pitch)를 가질 수 있다. 몇몇의 실시형태에 있어서, 그루브들은 약 125 mil의 피치를 가진다. 원형의 연마 패드에 대해서는, 그루브 피치는 원형의 연마 패드의 반경을 따라 측정된다. CMP 벨트(CMP belt)에 있어서는, 그루브 피치는 CMP 벨트의 중심으로부터 CMP 벨트의 에지까지 측정된다. 그루브들은 균일한 피치, 가변의 피치 또는 그들의 임의의 피치 조합으로 이루어질 수 있다. 몇몇의 실시형태에 있어서, 그루브들은 모두 균일한 피치로 이루어진다. 하지만, 몇몇의 실시형태에 있어서, 그루브 피치는 연마 패드의 중심으로부터의 거리가 증가함에 따라 증가한다. 몇몇의 다른 실시형태에 있어서, 그루브 피치는 연마 패드의 중심으로부터의 거리가 증가함에 따라 감소한다. 몇몇의 실시형태에 있어서, 하나의 섹터 내에서의 그루브들의 피치는 연마 패드의 연마 패드의 중심으로부터의 거리가 증가함에 따라 변경되는 한편, 인접한 섹터 내에서의 그루브들의 피치는 균일하게 유지된다. 몇몇의 실시형태에 있어서, 하나의 섹터 내에서의 그루브들의 피치는 연마 패드의 중심으로부터의 거리가 증가함에 따라 증가하는 한편, 인접한 섹터 내에서의 그루브들의 피치는 다른 비율로 증가한다. 몇몇의 실시형태에 있어서, 하나의 섹터 내에서의 그루브들의 피치는 연마 패드의 중심으로부터의 거리가 증가함에 따라 증가하는 한편, 인접한 섹터 내에서의 그루브들의 피치는 연마 패드의 중심으로부터의 거리가 증가함에 따라 감소한다. 몇몇의 실시형태에 있어서, 균일한 피치의 그루브들의 섹터들이 가변의 피치의 그루브들의 섹터들과 교대로 나타난다.
또 다른 양태에 있어서, 연마면 레이어 및 대응하는 기초 레이어를 가진 연마 패드는 또한 예컨대 와전류 검출 시스템과 함께 사용하기 위한 검출 영역을 포함한다. 예컨대, 도 4는 본 발명의 하나의 실시형태에 따른, 개구부 및/또는 지시 영역을 갖는 연마면 레이어를 가진 연마 패드의 평면도를 도시하고 있다.
도 4를 참조하면, 연마 패드(400)의 연마면 레이어(402)는 예컨대 대응하는 기초 레이어의 배면과 같은 연마 패드(400)의 배면에 배치되는 시스템 영역의 위치를 지시하는 지시 영역(404)을 포함하고 있다. 하나의 실시형태에 있어서, 지시 영역(404)은 도 4에 도시된 바와 같이 제2 패턴의 돌출부(408)로 일정 패턴의 돌출부(406)를 단절시키고 있다. 와전류 검출 영역과 같은 적합한 검출 영역의 예가 2010년 9월 30일자로 출원되어 넥스플래너 코퍼레이션(NexPlanar Corporation)에 양도된 미국 특허출원 12/895,465호에 개시되어 있다.
또 다른 양태에 있어서, 연마면 레이어 및 대응하는 기초 레이어를 가진 연마 패드는 또한 연마 패드 내에 배치되는 개구부를 포함하고 있다. 예컨대, 다시 도 4를 참조하면, 개구부(410)가 연마 패드(400)의 연마면 레이어(402) 내에 배치되어 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 개구부(410)는 일정 패턴의 돌출부(406)를 단절시키고 있다. 하나의 실시형태에 있어서, 개구부(410)는 연마면 레이어(402) 및 대응하는 기초 레이어를 통해 연마 패드(400)에 배치된다. 접착제 시트가 기초 레이어의 배면 상에 배치되면서도 개구부에는 배치되지 않는다. 접착제 시트는 기초 레이어의 배면에서 개구부(410)를 위한 불침투성 시일을 제공한다. 개구부의 예가 2011년 7월 15일자로 출원되어 넥스플래너 코퍼레이션(NexPlanar Corporation)에 양도된 미국 특허출원 13/184,395호에 개시되어 있다.
또 다른 양태에 있어서, 기초 레이어 및 대응하는 연마면 레이어를 가진 연마 패드는 몰딩 공정으로 제조될 수 있다. 예컨대, 상술한 것들과 같은 다중 레이어(예컨대, 표면 연마 레이어 + 하부 기초 레이어)는 표면 연마 레이어와 하부 기초 레이어 간의 직접적 결합을 용이하게 하기 위해 몰딩 공정으로 제조될 수 있다. 도 5a-5f는 본 발명의 하나의 실시형태에 따른, 기초 레이어 및 연마면 레이어를 가진 연마 패드의 제조에 사용되는 작업 단면도들을 도시하고 있다.
도 5a를 참조하면, 성형 몰드(500)가 준비된다. 다음으로, 기초 레이어(502)가 성형 몰드(500) 내에 제공된다. 기초 레이어(502)는 기초 레이어(102, 202)에 대해 상술한 재료 및 특성과 유사하거나 동일한 재료로 이루어지거나 특성을 가질 수 있다. 하나의 실시형태에 있어서, 기초 레이어(502)의 재료는 성형 몰드(500) 내에 제공될 때 예컨대 완전히 경화된 것과 같은 완성된 형태로 되어 있다. 예컨대, 하나의 실시형태에 있어서, 기초 레이어(502)는 동일 재료의 더 큰 시트로부터 절단되어 성형 몰드(500)에 대해 치수결정된다. 하나의 실시형태에 있어서, 기초 레이어(502)는 도 5b에 도시된 바와 같이 성형 몰드(500)의 베이스 내에 배치된다. 하나의 실시형태에 있어서, 기초 레이어(502)를 성형 몰드(500) 내에 제공하는 것은 먼저 예컨대 그 위에 연마면 레이어가 최종적으로 형성될 표면을 황삭하는 등과 같이 기초 레이어(502)의 표면을 황삭하는 것을 포함한다. 하나의 그와 같은 실시형태에 있어서, 황삭은 플라즈마 처리, 기계적 처리 또는 화학적 처리와 같은 기술에 의해 실행되며, 이들에 한정되는 것은 아니다.
한 세트의 중합성 재료들로부터 혼합물이 형성된다. 예컨대, 도 5c 및 5d를 참조하면, 성형 몰드(500) 내의 혼합물(506)을 형성하기 위해 프리폴리머(504)와 경화제(505)가 혼합된다. 하나의 실시형태에 있어서, 혼합물(506)을 형성하는 것은 도 5d에 도시된 바와 같이 성형 몰드(500)의 베이스 내의 기초 레이어(502) 상에 혼합물(506)을 제공하는 것을 포함한다. 하나의 실시형태에 있어서, 프리폴리머(504)와 경화제(505)를 혼합하는 것은 각각 이소시아네이트 및 방향족 디아민 화합물을 혼합하는 것을 포함한다. 하나의 실시형태에 있어서, 상기 혼합은 또한 최종적으로 연마 패드의 불투명한 몰딩성형된 연마면 레이어를 제공하기 위해 프리폴리머(504)와 경화제(505)에 불투명화 입자 충전제를 첨가하는 것을 포함한다. 하나의 특정 실시형태에 있어서, 불투명화 입자 충전제는 보론 니트라이드, 세륨 플루오라이드, 그래파이트, 그래파이트 플루오라이드, 몰리브데넘 설파이드, 니오븀 설파이드, 탈크, 탄탈럼 설파이드, 텅스텐 디설파이드 또는 테플론과 같은 재료이며, 이들에 한정되는 것은 아니다.
하나의 실시형태에 있어서, 혼합물(506)은 최종적으로 열경화성의 닫힌 셀 폴리우레탄 재료로 이루어진 몰딩성형된 연마면 레이어를 형성하기 위해 사용된다. 하나의 실시형태에 있어서, 혼합물(506)은 최종적으로 경질 연마면 레이어를 형성하기 위해 사용되고, 단일 종류의 경화제만이 사용된다. 또 다른 실시형태에 있어서, 혼합물(506)은 최종적으로 연질 연마면 레이어를 형성하기 위해 사용되고, 일차 경화제 및 이차 경화제의 조합이 사용된다. 예컨대, 하나의 특정 실시형태에 있어서, 프리폴리머는 폴리우레탄 전구체를 포함하고, 일차 경화제는 방향족 디아민 화합물을 포함하고, 이차 경화제는 에테르 결합을 포함한다. 하나의 특정 실시형태에 있어서, 폴리우레탄 전구체는 이소시아네이트이고, 일차 경화제는 방향족 디아민이고, 이차 경화제는 폴리테트라메틸렌 글리콜, 아미노-기능화된 글리콜 또는 아미노-기능화된 폴리옥시프로필렌과 같은 경화제이며, 이들에 한정되지는 않는다. 하나의 실시형태에 있어서, 프리폴리머, 일차 경화제, 및 이차 경화제는 대략 100 몰부 프리폴리머, 85 몰부 일차 경화제 및 15 몰부 이차 경화제의 몰비를 가진다. 다양한 경도값을 가지거나, 프리폴리머와 제1 및 제2 경화제의 특성에 기초한 몰딩성형된 연마면 레이어를 제공하기 위해, 다양한 몰비가 사용될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 하나의 실시형태에 있어서, 혼합물(506)을 형성하기 위해 프리폴리머와 임의의 경화제를 혼합하는 것은 혼합물(506)을 탈기시키는 것을 포함한다.
도 5e를 참조하면, 성형 몰드(500)의 덮개(510)가 혼합물(506) 내로 위치된다. 도 5e에서는 덮개(510)의 평면도가 위쪽에 도시되어 있는 한편, a-a' 축선을 따른 단면도가 아래쪽에 도시되어 있다. 도 5e에 도시된 바와 같이, 덮개(510)는 도 3과 관련하여 설명된 일정 패턴의 그루브들 또는 돌출부들에 대응하는 일정 패턴의 돌출부들과 같은 일정 패턴의 돌출부들을 표면에 배치시키고 ㅇ있다.
여기에 성형 몰드(500)의 덮개(510)를 하강시키는 것을 수반하는 것으로 설명되는 실시형태들은 단지 성형 몰드(500)의 덮개(510)와 베이스가 서로 결합되게 하는 것을 성취하기만 하면 된다는 것을 이해해야 한다. 다시 말해, 몇몇의 실시형태에 있어서는, 성형 몰드(500)의 베이스가 성형 몰드의 덮개(510)를 향해 상승되는 반면에, 다른 실시형태들에 있어서는, 베이스가 덮개(510)를 향해 상승되는 동시에 성형 몰드(500)의 덮개(510)가 성형 몰드(500)의 베이스를 향해 하강된다.
덮개(510)가 혼합물(506)에 위치된 상태에서, 혼합물(506)은 기초 레이어(502) 상에 배치된 연마면 레이어(508)를 형성하도록 적어도 부분적으로 경화된다. 덮개(510)의 일정 패턴의 돌출부들이 성형 몰드(500) 내의 혼합물(506)에 일정 패턴의 그루브들을 스탬핑한다. 혼합물(506)은 몰딩성형된 연마면 레이어(508)를 제공하도록 압력 하에(예컨대, 소정 위치의 덮개(510)에 의한 압력 하에) 가열될 수 있다. 하나의 실시형태에 있어서, 성형 몰드(500) 내에서의 가열은 성형 몰드(500) 내의 혼합물(506)을 에워싸는 덮개(510)의 존재 하에서의, 대략 200-260 ℉ 범위 내의 온도 및 대략 2-12 PSI 범위 내의 압력에서의 적어도 부분적인 경화를 포함한다.
하나의 실시형태에 있어서, 혼합물(506)을 적어도 부분적으로 경화시키는 것은 성형 몰드(500)의 베이스를 가열시키는 것을 포함한다. 하나의 실시형태에 있어서, 혼합물(506)을 적어도 부분적으로 경화시키는 것은 혼합물(506)과 기초 레이어(502)의 모두를 가열시키는 것을 포함한다. 이러한 접근법은 그렇게 하지 않고 기초 레이어(502)가 가열되지 않을 경우에 몰딩성형된 연마면 레이어의 냉각 시에 발생할 수 있는 압축 응력을 완화시킬 수 있다. 하나의 실시형태에 있어서, 혼합물(506)을 적어도 부분적으로 경화시키는 것은 기초 레이어(502)와 공유결합된 몰딩성형된 균일 연마면 레이어(508)을 형성한다.
도 5f를 참조하면, 성형 몰드(500)로부터 결합된 기초 레이어와 몰딩성형된 연마면 레이어(508)를 제거했을 때 연마 패드(550)가 제공된다. 연마면 레이어(508)는 덮개(510)의 일정 패턴의 돌출부들에 대응하는 일정 패턴의 그루부들을 가지고 있다. 도 5f에서는 연마 패드(550)의 평면도가 위쪽에 도시되어 있는 한편, b-b' 축선을 따라 취해진 단면도가 아래쪽에 도시되어 있다. 하나의 실시형태에 있어서, 도 5f에 도시된 바와 같이, 연마면 레이어(508)는 도 2와 관련하여 설명된 연마면 레이어(208)와 유사하거나 동일한 이산형 돌출부들(그루브 패턴을 형성하는)로 형성된다. 하지만, 또 다른 실시형태에 있어서, 연마면 레이어(508)는 도 1과 관련하여 설명된 연마면 레이어(108)과 유사하거나 동일하게 형성된 돌출부들을 구비한 연속형 레이어이다. 어느 경우에도, 연마면 레이어(508)는 연마면 레이어(108, 208)에 대해 상술한 재료 및 특성과 유사하거나 동일한 재료로 이루어지고 특성을 가질 수 있다.
몰딩 공정에 기초 레이어를 포함시킴으로써, 성형 몰드로부터 제조된 패드를 디몰딩하는 시기와 관련한 몰딩 공정의 효율화가 이루어질 수 있다. 예컨대, 하나의 실시형태에 있어서, 성형 몰드(500)로부터의 결합된 기초 레이어(502)와 몰딩성형된 연마면 레이어(508)의 제거(예컨대, 연마 패드(550)의 제거)는 경화의 정도가 몰딩성형된 균일 연마면 레이어(508)의 기하형상을 유지하기에는 충분하지만 몰딩성형된 균일 연마면 레이어(508)가 기계적 응력을 견디기에는 불충분할 때 실행된다. 다시 말해, 그렇게 하지 않을 경우에 몰딩성형된 균일 연마면 레이어가 기초 레이어 없이 단독으로 제거될 수 있게 되기 이전에 제거가 실행된다. 하나의 그와 같은 실시형태에 있어서, 몰딩성형된 균일 연마면 레이어(508)를 그것에 부착시킨 기초 레이어(502)는 성형 몰드의 덮개(510)의 일정 패턴의 그루브들을 혼합물(506)과 결합시킨 후 대략 4분 미만의 시간 내에 성형 몰드(500)의 베이스로부터 제거된다. 이러한 시기 조절은 몰딩 공정의 대략 3배의 시간 감소를 가져올 수 있어, 개별 몰드에 있어서의 더 많은 처리량을 가능하게 해준다. 하나의 실시형태에 있어서, 성형 몰드(500)로부터의 결합된 기초 레이어(502)와 몰딩성형된 연마면 레이어(508)의 제거는 몰딩성형된 균일 연마 레이어(508)의 재료가 겔화된 직후에 실행된다.
배후 지지를 추가하는 것에 더하여, 기초 레이어는 더 빠른 디몰딩 시간을 가능하게 해주기 위해 연마면 레이어(508)보다 더 크게 치수결정될 수 있다. 예컨대, 하나의 실시형태에 있어서, 기초 레이어(502)는 몰딩성형된 균일 연마면 레이어(508)의 범위를 초과하여 연장되어 있고, 몰딩성형된 균일 연마면 레이어(508)를 그 위에 형성시킨 기초 레이어(502)를 성형 몰드(500)의 베이스로부터 제거하는 과정은 기초 레이어(502)를 파지하지만 몰딩성형된 균일 연마면 레이어(508)는 파지하지 않는 과정을 포함한다.
가열을 통한 연마면 레이어(508)의 추가적인 경화가 바람직할 수 있으며, 이는 연마 패드(550)를 오븐 내에 위치시켜 가열함으로서 실행될 수 있다는 것에 유의해야 한다. 따라서, 하나의 실시형태에 있어서, 혼합물(506)을 경화시키는 것은 먼저 성형 몰드(500) 내에서 부분적으로 경화시키는 것과 그 이후에 오븐 내에서 추가적으로 경화시키는 것을 포함한다. 어느 경우든, 몰딩성형된 연마면 레이어(508)가 기초 레이어(502) 상에 형성된 연마 패드(550)가 최종적으로 제공된다. 하나의 실시형태에 있어서, 몰딩성형된 연마면 레이어(508)는 내부에 복수의 닫힌 셀 기공이 배치된 열경화성 폴리우레탄 재료로 이루어진다.
몰딩 공정에 기초 레이어를 포함시킴으로써, 제조된 패드의 추가적인 처리가 감소되거나 제거될 수 있다. 예컨대, 종래의 몰딩은 후속하는 연마 패드 보디의 후면 절단을 필요로 할 수 있다. 하지만, 하나의 실시형태에 있어서, 몰딩성형된 균일 연마면 레이어(508)를 그 위에 형성시킨 기초 레이어(502)를 포함하는 연마 패드(예컨대, 연마 패드(550))는 대개 기초 레이어(502)의 또는 연마 패드(550)의 후면 절단을 실행하는 일 없이 실행하는 데 적합하다.
몰딩 공정에 기초 레이어를 포함시킴으로써, 재료의 재활용 또는 재사용이 가능해질 수 있다. 예컨대, 하나의 실시형태에 있어서, 몰딩성형된 균일 연마면 레이어(508)가 기초 레이어(502)로부터 제거되고, 제2 균일 연마면 레이어가 기초 레이어 상에 형성된다. 그와 같은 기초 레이어(502)의 재사용 과정은 연마면 레이어의 수명이 다한 후에 실행될 수 있고, 따라서 연마 패드의 수명은 CMP 설비에서 끝난 것으로 결정된다. 또 다른 그와 같은 실시형태에 있어서, 성형 몰드(500)에 기초 레이어(502)를 제공하는 것은 먼저 이전에 형성되었던 연마면 레이어를 기초 레이어(502)로부터 제거하는 것을 포함한다.
하나의 실시형태에 있어서, 다시 도 5c를 참조하면, 혼합 과정은 또한 최종적으로 형성된 연마 패드(550)의 연마면 레이어(508) 내에 닫힌 셀 기공들을 제공하도록 프리폴리머(504)와 경화제(505)에 복수의 포로겐(520)을 첨가하는 것을 포함한다. 그에 따라, 하나의 실시형태에 있어서, 각각의 닫힌 셀 기공은 하나의 피지컬 셸을 가진다. 또 다른 실시형태에 있어서, 다시 도 5c를 참조하면, 혼합 과정은 또한 최종적으로 형성된 연마 패드(550)의 연마면 레이어(508) 내에 닫힌 셀 기공들을 제공하도록 프리폴리머(504)와 경화제(505) 내로 또는 그것들로부터 형성된 생성물 내로 기체(522)를 주입하는 것을 포함한다. 그에 따라, 하나의 실시형태에 있어서, 각각의 닫힌 셀 기공은 피지컬 셸을 가지지 않는다. 하나의 조합적인 실시형태에 있어서, 혼합 과정은 또한 각각이 피지컬 셸을 갖는 닫힌 셀 기공들로 이루어진 제1 부분을 제공하도록 프리폴리머(504)와 경화제(505)에 복수의 포로겐(520)을 첨가하는 것과, 또한 각각이 피지컬 셸을 갖지 않는 닫힌 셀 기공들로 이루어진 제2 부분을 제공하도록 프리폴리머(504)와 경화제(505) 내로 또는 그것들로부터 형성된 생성물 내로 기체(522)를 주입하는 것을 포함한다. 또 다른 실시형태에 있어서, 프리폴리머(504)는 이소시아네이트이고, 혼합 과정은 또한 각각이 피지컬 셸을 갖지 않는 닫힌 셀 기공들을 제공하도록 프리폴리머(504)와 경화제(505)에 물(H2O)을 첨가하는 것을 포함한다.
따라서, 본 발명의 실시형태들에 의도되는 돌출부 패턴들은 상황에 맞게 형성될 수 있다. 예컨대, 상술한 바와 같이, 돌출부들을 갖는 몰딩형성된 연마 레이어를 표면에 배치시킨 기초 레이어를 가진 연마 패드를 형성하기 위해 압축-몰딩 공정이 사용될 수 있다. 몰딩 공정을 사용함으로써, 패드 내의 매우 균일한 돌출부 치수가 성취될 수 있다. 또한, 치수 반복재생성이 매우 높고 매우 매끄럽고 청결한 돌출부 표면이 생산될 수 있다. 다른 장점들로는 감소된 결함 및 미소 스크래치와 매우 유용한 돌출부 깊이가 포함될 수 있다.
또한, 제조된 연마면 레이어의 돌출부들이 몰딩 중에 형성되기 때문에, 몰드 내에서의 성형 중의 최종 패드의 위치조정은 몰드로부터 패드를 제거한 후에 결정될 수 있다. 다시 말해, 이러한 연마면 레이어는 다시 몰딩 공정으로 생산이력을 제공하도록 설계될 수 있다(예컨대, 클라킹 마크(clocking mark) 등에 의해). 따라서, 하나의 실시형태에 있어서, 연마 패드의 연마면 레이어는 몰딩성형된 연마면 레이어이며, 그것 내에 구비되는 피쳐가 최종 연마 패드를 성형하는 데 사용되는 몰드 내의 일정 영역의 위치를 지시한다.
또 다른 양태에 있어서, 표면형상이 패턴화된 기초 레이어가 대응하는 연마면 레이어와 결합되어 있는 연마 패드가 제공된다. 예컨대, 도 6은 본 발명의 하나의 실시형태에 따른, 그루브가 형성된 기초 레이어 및 연마면 레이어를 가진 연마 패드의 단면도를 도시하고 있다.
도 6을 참조하면, 기판을 연마하기 위한 연마 패드(600)가 제공되어 있다. 연마 패드(600)는 연마측(604)과 배면측(606)을 갖는, 그루브가 형성된 기초 레이어(602)를 포함하고 있다. 그루브가 형성된 기초 레이어(602)의 연마측(604)은 일정 패턴의 그루브(614)(및 대응하는 돌출부들)를 그 안에 배치시키고 있다. 일정 패턴의 그루브(614)와 형상 일치하도록 연속형 연마면 레이어(608)가 그루브가 형성된 기초 레이어(602)에 부착되어 있다. 하나의 바람직한(이에 한정되는 것은 아닌) 실시형태에 있어서, 연마면 레이어(608)의 경도는 그루브가 형성된 기초 레이어(602)보다 작다. 하나의 실시형태에 있어서, 그루브가 형성된 기초 레이어(602)는 그것의 제조 중에 일정 패턴의 그루브들을 기초 레이어 내에 몰딩성형하거나 표면형상이 매끄러운 초기 레이어 내에 일정 패턴의 그루브들을 에칭함으로써 형성된다.
또 다른 실시예에 있어서, 도 7은 본 발명의 하나의 실시형태에 따른, 그루브가 형성된 기초 레이어 및 연마면 레이어를 가진 또 다른 연마 패드 의 단면도를 도시하고 있다.
도 7을 참조하면, 기판을 연마하기 위한 연마 패드(700)가 제공되어 있다. 연마 패드(700)는 연마측(704)과 배면측(706)을 갖는, 그루브가 형성된 기초 레이어(702)를 포함하고 있다. 그루브가 형성된 기초 레이어(702)의 연마측(704)은 일정 패턴의 돌출부(714)(및 대응하는 그루브들)를 배치시키고 있다. 각각의 돌출부(714)는 상면(714A) 및 측벽(714B)을 가진다. 불연속형 연마면 레이어(708)가 그루브가 형성된 기초 레이어(702)에 부착되어 있다. 불연속형 연마면 레이어(708)는 이산형 부분들로 이루어져 있고, 각각의 이산형 부분은 그루브가 형성된 기초 레이어(702)의 대응하는 하나의 돌출부(714)의 상면(714A)에 부착되어 있다. 하나의 바람직한(이에 한정되는 것은 아닌) 실시형태에 있어서, 불연속형 연마면 레이어(708)의 경도는 그루브가 형성된 기초 레이어(702)의 경도보다 작다.
이산형으로 유지되는 한, 불연속형 연마면 레이어(708)는 돌출부(714)의 상면(714A)에만 전적으로 제한되지 않을 수 있다는 것을 이해해야 한다. 불연속형 연마면 레이어(708)를 적용하는 데 사용되는 접근법에 따라, 돌출부(714)의 다른 영역이 의도치 않게 또는 의도적으로 불연속형 연마면 레이어(708)로 덮여질 수 있다. 예컨대, 하나의 실시형태(도시 안됨)에 있어서, 불연속형 연마면 레이어(708)의 각각의 이산형 부분이 추가적으로 기초 레이어(702)의 대응하는 돌출부(714)의 측벽(714B)의 일부분에 부착된다.
연마면 레이어(608 또는 708)는 기초 레이어(102, 202)에 대해 상술한 재료 및 특성과 유사하거나 동일한 재료로 이루어지거나 특성을 가질 수 있다는 것을 이해해야 한다. 마찬가지로, 기초 레이어(602 또는 702)는 기초 레이어(102, 202)에 대해 상술한 재료 및 특성과 유사하거나 동일한 재료로 이루어지거나 특성을 가질 수 있다. 그와 같은 재료 및/또는 특성으로는 기초 레이어(602 또는 702)와 대응하는 연마면 레이어(608 또는 708) 간의 결합 형태, 에너지 손실 계수(KEL), 압축률, 경도, 조성, 검출 영역의 구비, 개구부의 구비 또는 서브 패드의 구비가 포함될 수 있으며, 이들에 한정되는 것은 아니다.
연마 패드(600 또는 700)의 치수는 연마 성능 특성들에 기초하여 선택될 수 있다. 하나의 실시형태에 있어서, 연속형 연마면 레이어(608)는 대략 2-50 mil의 범위 내의 두께를 가지고, 기초 레이어(602)는 대략 20 mil보다 큰 두께를 가진다. 하나의 실시형태에 있어서, 불연속형 연마면 레이어(708)는 대략 2-50 mil의 범위 내의 두께를 가지고, 기초 레이어(702)는 대략 20 mil보다 큰 두께를 가진다. 하나의 실시형태에 있어서, 기초 레이어(602 또는 702)는 각각 대응하는 연마 패드(600 또는 700)의 벌크 연마 특성에 영향을 주기에 충분한, 연속형 연마면 레이어(608) 또는 불연속형 연마면 레이어(708)의 두께 및 경도에 대해 상대적인 두께 및 경도를 가진다. 하나의 실시형태에 있어서, 기초 레이어(602 또는 702)는 대응하는 연마 패드(600 또는 700)가 다이-레벨 연마 평탄도를 제공할 만큼 충분히 두꺼우면서도, 대응하는 연마 패드(600 또는 700)가 웨이퍼-레벨 연마 균일도를 제공할 만큼 충분히 얇다. 하나의 실시형태에 있어서, 매우 얇은 연마면 레이어의 경우에는, 경도 크기는 벌크 또는 기초 레이어 경도 크기에 상당한다.
하나의 실시형태에 있어서, 최상부 연속형 연마면 레이어(연속형 연마면 레이어(608)와 같은)를 구비한 2개 이상의 연속형 표면 레이어가 사용될 수 있다. 또 다른 실시형태에 있어서, 최상부 불연속형 연마면 레이어(불연속형 연마면 레이어(708)와 같은)를 구비한 2개 이상의 불연속형 표면 레이어가 사용될 수 있다. 또 다른 실시형태에 있어서, 복수의 연속형 표면 레이어 및 불연속형 표면 레이어의 조합이 사용될 수 있다. 그와 같은 조합은 균일 또는 불균일 재료들의 조합일 수 있다.
하나의 예로서 연마 패드(600, 700)를 참조하면, 하나의 실시형태에 있어서, 기판을 연마하기 위한 연마 패드를 제조하는 방법은 일정 패턴의 돌출부들을 형성시킨 표면을 가진 기초 레이어를 제공하는 것을 포함한다. 각각의 돌출부는 상면 및 측벽들을 가진다. 그런 다음, 연마면 레이어가 기초 레이어 위에 형성된다. 하나의 그와 같은 실시형태에 있어서, 연마면 레이어를 형성하는 과정은 도 6에 도시된 바와 같이 일정 패턴의 돌출부들과 형상 일치하도록, 기초 레이어에 부착되는 연속형 연마형 레이어를 형성하는 것을 포함한다. 또 다른 그와 같은 실시형태에 있어서, 연마면 레이어를 형성하는 과정은 기초 레이어에 부착되고 이산형 부분들을 갖는 불연속형 연마면 레이어를 형성하는 것을 포함한다. 각각의 이산형 부분은 도 7에 도시된 바와 같이 기초 레이어의 돌출부들 중의 대응하는 하나의 상면에 부착된다. 하나의 실시형태에 있어서, 연마면 레이어(연속형 또는 불연속형)를 형성하는 과정은 연마면 레이어를 기초 레이어 상에 직접적으로 형성하는 것을 포함한다.
하나의 실시형태에 있어서, 연마면 레이어를 형성하는 과정은 연마면 레이어 상에 압연하기, 연마면 레이어 상에 용사(spraying)하기, 연마면 레이어를 기초 레이어와 함께 이중 몰딩하기, 연마면 레이어를 프린팅하기 또는 연마 레이어 상에 스탬핑하기와 같은 기술을 사용하는 것을 포함하며, 이들에 한정되는 것은 아니다. 그와 같은 방법으로 제작된 연마 패드는 재사용하기에 용이하다. 예컨대, 하나의 실시형태에 있어서, 연마 패드의 수명의 종료 시점에, 연마면 레이어는 기초 레이어로부터 제거된다. 그런 다음, 제2 연마면 레이어가 그 기초 레이어 위에 형성된다. 하나의 실시형태에 있어서, 기초 레이어를 제공하는 과정은 먼저 이전에 형성되었던 연마면 레이어를 기초 레이어로부터 제거하는 것을 포함한다.
하나의 실시형태에 있어서, 여기에 설명되는 연마 패드(100, 200, 300, 400, 600 또는 700)와 같은 연마 패드는 기판을 연마하는 데 적합하다. 기판은 소자 또는 표면에 배치된 다른 레이어를 갖는 실리콘 기판과 같이 반도체 제조 산업에 사용되는 기판일 수 있을 것이다.
하지만, 기판은 MEMS 소자, 레티클 또는 솔라 모듈용 기판과 같은 기판일 수 있으며, 이들에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 여기서 사용되는 "기판을 연마하기 위한 연마 패드"라는 용어는 이들 기판들과 가능성이 있는 기판들을 포함하여 적용가능한 것으로 의도된다. 하나의 실시형태에 있어서, 연마 패드는 대략 20 인치 내지 30.3 인치의 범위 내의 직경(예컨대, 대략 50-77 cm의 범위 내의 직경)을 가지며, 대략 10 인치 내지 42 인치의 범위 내의 직경(예컨대, 대략 25-107 cm의 범위 내의 직경)을 가지는 것도 가능하다.
여기에 설명된 연마 패드들은 다양한 화학적-기계적 연마 장치와 함께 사용하기에 적합할 수 있다. 하나의 예로서, 도 8은 본 발명의 하나의 실시형태에 따른, 기초 레이어 및 연마면 레이어를 가진 연마 패드와 함께 사용될 수 있는 연마 장치의 등각 측면도를 도시하고 있다.
도 8을 참조하면, 연마 장치(800)는 플래튼(804)을 포함하고 있다. 플래튼(804)의 상면(802)은 기초 레이어 및 연마면 레이어를 가진 연마 패드를 지지하는 데 사용될 수 있다. 플래튼(804)은 스핀들 회전(806)과 슬라이더 요동(808)을 제공하도록 구성될 수 있다. 샘플 캐리어(810)가 예컨대 반도체 웨이퍼(811)를 연마 패드로 연마하는 동안에 반도체 웨이퍼를 정위치에 유지시키는 데 사용된다. 샘플 캐리어(810)는 또한 서스펜션 기구(812)에 의해 지지된다. 반도체 웨이퍼의 연마 전과 연마 중에 연마 패드의 표면에 슬러리를 공급하기 위해 슬러리 공급부(814)가 구비된다. 컨디셔닝 유닛(890)이 또한 구비될 수 있고, 하나의 실시형태에 있어서, 컨디셔닝 유닛(890)은 연마 패드를 컨디셔닝하기 위한 다이아몬드 팁을 구비한다.
이와 같이, 기초 레이어 및 연마면 레이어를 가진 연마 패드를 개시하였다. 본 발명의 하나의 실시형태에 따라, 기판을 연마하기 위한 연마 패드는 제1 경도를 가지는 기초 레이어를 포함한다. 연마면 레이어가 기초 레이어에 직접적으로 결합된다. 연마면 레이어는 제1 경도보다 작은 제2 경도를 가진다. 하나의 실시형태에 있어서, 연마면 레이어는 복수의 연마 피쳐가 돌출하고 있는 연속형 레이어부를 포함하고, 이 연속형 레이어부는 기초 레이어에 직접적으로 결합된다. 하나의 실시형태에 있어서, 연마면 레이어는 기초 레이어에 직접적으로 결합되는 복수의 이산형 연마 돌출부들을 포함한다.
100, 200, 300, 400, 600, 700: 연마 패드
102, 202, 502: 기초 레이어
108, 208, 508: 연마면 레이어
404: 지시 영역
406: 일정 패턴의 돌출부
408: 제2 패턴의 돌출부
500: 성형 몰드
504: 프리폴리머
505: 경화제
804: 플래튼
806: 스핀들 회전
810: 샘플 캐리어
811: 반도체 웨이퍼

Claims (7)

  1. 기판을 연마하기 위한 연마 패드를 제조하는 방법으로서,
    각각의 돌출부가 상면 및 측벽들을 갖는 일정 패턴의 돌출부들을 형성시킨 표면을 가진 기초 레이어를 제공하는 단계; 및
    기초 레이어 위에 연마면 레이어를 형성하는 단계;를 포함하고,
    상기 연마면 레이어를 형성하는 단계는 기초 레이어에 부착되고, 각각이 기초 레이어의 돌출부들 중의 대응하는 하나의 상면에 부착되는 이산형 부분들을 포함하는 불연속형 연마면 레이어를 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 연마면 레이어는 상기 기초 레이어와 함께 이중 몰딩 공정에 의하여 형성되고,
    상기 연마면 레이어를 형성하는 단계는, 한 세트의 중합성 재료들을 복수의 포로겐과 혼합하여 상기 연마면 레이어에 복수의 닫힌 셀 기공들을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서, 연마면 레이어를 형성하는 과정은 연마면 레이어를 기초 레이어 상에 직접적으로 형성하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    연마면 레이어를 기초 레이어로부터 제거하는 과정; 및
    기초 레이어 위에 제2 연마면 레이어를 형성하는 과정;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제 1 항에 있어서, 기초 레이어를 제공하는 과정은 먼저 이전에 형성되었던 연마면 레이어를 기초 레이어로부터 제거하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
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