KR102502899B1 - Cmp 연마 패드 컨디셔너 - Google Patents

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라지브 케이. 싱
디피카 싱
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엔테그리스, 아이엔씨.
유니버시티 오브 플로리다 리서치 파운데이션, 인크.
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Abstract

화학 기계적 연마 (CMP) 패드 컨디셔너의 가공 방법은, 컨디셔너 기판의 상단 표면에 결합된 3,000 Kg/mm2 초과의 비커스 경도를 갖는 복수의 경질 컨디셔너 입자들을 갖는 금속, 세라믹, 또는 금속-세라믹 재료를 포함한 컨디셔너 기판을 포함하는 상기 CMP 패드 컨디셔너, 및 수성 매질 및 3,000 Kg/mm2 초과의 경도를 갖는 복수의 경질 슬러리 입자들을 포함한 슬러리를 제공하는 것을 포함한다. 패드 컨디셔너의 표면은 CMP 장치에서 연마 패드를 사용하여 연마된다. 연마 후 각각의 컨디셔너 입자는 적어도 1개의 노출된 패싯을 갖고, 복수의 경질 컨디셔너 입자들은 20 마이크로미터의 최대 평균 돌출부-대-돌출부 평탄도 (PPF) 차이, 및 패싯들의 적어도 80%에 대해 패싯의 에지에 있는 절삭 에지 반경 (CER)의 값에 의해 측정된 가장 예리한 에지를 갖는다.

Description

CMP 연마 패드 컨디셔너
개시된 실시양태는 화학 기계적 연마 (CMP)를 위해 사용되는 연마 패드를 컨디셔닝하는 패드 컨디셔너에 관한 것이다.
CMP 연마 패드 컨디셔너 (CMP 패드 컨디셔너)는 연마 패드의 표면을 재생하기 위한 CMP 공정에서 광범위하게 사용되며, 여기서 연마 패드는 통상 중합체 재료를 포함한다. CMP 패드 컨디셔너는 일반적으로, 기판 상에 고정된 복수의 표면 돌출부들을 포함한 금속 기판을 포함한다.
제품 웨이퍼에 적용되는 생산 연마 공정 동안, CMP 연마 패드와 전형적으로 연마 입자들을 포함하는 슬러리와 연마하고자 하는 기판 (예를 들어, 웨이퍼) 표면과의 연속적인 마찰공학적 상호작용으로 인해, CMP 연마 패드는 더 평활해지며, 글레이징된 마감재를 획득할 수 있다. 이는 시간 경과에 따른 CMP 제거 속도의 변동으로 이어질 수 있고, 연마 공정에서 기타 가변성을 도입할 수 있다. 연마 패드의 이와 같은 성능 저하를 해결하기 위해, 일반적으로 금속인 패드 컨디셔너 기판에 부착되어 있는 다이아몬드 또는 다른 경질 재료 돌출 표면을 포함하는 CMP 패드 컨디셔너를 CMP 연마 패드에 대고 문지른다.
CMP 패드 컨디셔너 표면 상의 돌출 경질 재료 (예를 들어, 다이아몬드)는 일반적으로, 금속을 포함하는 컨디셔너 기판의 표면 상에 복수의 다이아몬드 입자들 또는 다른 경질 입자들을 물리적으로 부착시킴으로써, 또는 컨디셔너 기판 상에서 예컨대 화학적 증착 또는 물리적 증착에 의해 다결정질 다이아몬드 필름 또는 다른 경질 재료 필름 (예컨대, 탄화물, 질화물, 산화물 또는 이들의 조합)을 성장시켜 패터닝된 컨디셔너 기판 또는 비-패터닝된 컨디셔너 기판 상의 필름을 형성시킴으로써 제조된다. 경질 재료 층 침착 후 소결 단계가 사용될 수 있다. 컨디셔너 기판의 상단 표면에 돌출 경질 재료 입자들이 기계적으로 및/또는 화학적으로 결합된다.
컨디셔너 기판 상으로의 다이아몬드 또는 다른 경질 입자들의 물리적 부착을 위해, 다이아몬드 입자들 또는 다른 경질 입자들의 크기는 10 마이크로미터 내지 5 mm로 다양할 수 있고, 다이아몬드 입자들 또는 다른 경질 입자들의 표면 밀도는 10개/cm2 내지 100,000개/cm2로 다양할 수 있다. 돌출 입자들 사이 또는 패터닝된 돌출 표면들 사이의 평균 거리는 1 마이크로미터 내지 10 mm로 다양할 수 있다. 부착된 경질 입자들 또는 패터닝된 경질 표면들의 높이는 1 마이크로미터 내지 3 mm로 다양할 수 있다. 패터닝된 영역 상에 침착된 다이아몬드 필름 또는 다른 경질 재료 필름의 경우, 돌출부들의 면적 (돌출부들의 기저부로부터 또는 상단으로부터 측정됨)은 1 마이크로미터2 내지 100 mm2로 다양할 수 있다.
패터닝된 컨디셔너 기판 배열에 있어서, 패턴은 본래 거칠기를 제공한다. 비-패터닝된 CMP 패드 컨디셔너 배열과 관련하여, CMP 패드 컨디셔너는 금속 또는 세라믹 컨디셔너 기판 상에 다이아몬드 층과 같은 경질 재료의 거친 블랭킷 필름을 가질 수 있으며, 여기서 다이아몬드 층은 돌출 다이아몬드 입자들을 제공한다. 패터닝되지 않았음에도 불구하고, 예를 들어, 화학적 증착 (CVD)에 의해 매우 거친 모폴로지를 갖는 다이아몬드 층을 침착시킴으로써 거칠기가 다이아몬드 필름의 두께와 함께 증가하기 때문에 기판이 패턴화되어 있지 않더라도 거친 표면이 가능하다. 예를 들어, CVD에 의한 성장된 그대로의 다이아몬드 필름의 거칠기 (예컨대, 그의 Ra에 의해 정량화됨, 거칠기 프로파일의 산술 평균임)는 1 nm 내지 200 μm의 범위일 수 있으며, 전형적으로 > 0.1 μm이다.
패드 컨디셔닝은 생산 웨이퍼의 연마를 위해 사용되는 연마 패드 상에서 CMP 패드 컨디셔너에 의해 수행되는 공정이다. 전형적인 CMP 웨이퍼 연마 공정 동안, 중합체 연마 패드는 연마 패드와 생산 웨이퍼 (기판)의 마찰공학적 작용으로 인해 글레이징된다 (즉, 거칠기가 손실됨). 이는 웨이퍼 연마 공정의 균일성 및/또는 CMP 제거 속도의 감소로 이어질 수 있다. 따라서, CMP 패드 컨디셔너를 사용하여 연마 패드의 거칠기를 주기적으로 회복시킨다. CMP 패드 컨디셔너는 기계적 부착을 사용하여 생산 연마 실행 동안 동시에 또는 생산 로트 연마 실행 후에 슬러리와 함께 연마 패드에 대고 문지른다.
연마 패드와 CMP 패드 컨디셔너 간의 문지름 작용으로 인한 패드 컨디셔닝 동안의 마찰공학적 작용은 일반적으로 연마 패드의 표면 상의 스크래치를 야기한다. 이 스크래칭 공정은 유익하게는 연마 패드의 거칠기를 증가시키고, 웨이퍼 연마 공정의 시간-기반 가변성을 감소시킨다. 그러나, 시간 경과에 따라 CMP 컨디셔너 패드의 돌출 다이아몬드 표면들 또는 비-패터닝된 거친 표면은 슬러리와 연마 패드의 화학 기계적 작용으로 인해 둔해지고 무뎌져 그의 연마 패드 재컨디셔닝 능력이 저하될 수 있다. 이와 같은 문제가 발생하면, CMP 패드 컨디셔너가 고안된 패드 컨디셔닝 공정에서 효과적으로 작동하지 못한다. 이어서, 종래 CMP 패드 컨디셔너는 그의 표면이 둔해지고 무뎌질 때 교체된다.
본 개요는 본 개시내용의 성질과 본질을 간략하게 보여준다. 이는 청구범위의 범주 또는 의미를 해석하거나 제한하는데 사용되지 않음을 이해하고 제출된다.
개시된 실시양태는, 초기의 제조된 대로의 (새로운) 상태의 원래 CMP 패드 컨디셔너와 비교하여 패드 컨디셔닝에 있어서 훨씬 더 유용한 표면 특징부를 갖는 개시된 CMP 패드 컨디셔너를 초래하는, 생산 사용 후 CMP 패드 컨디셔너의 재활용 또는 형성을 위한 CMP-기반 방법을 포함한다. 생산 사용 후 CMP 패드 컨디셔너의 표면을, CMP 장치에서 본원에 '컨디셔너 재컨디셔닝 단계'라 지칭되는 공정으로 연마한다. CMP 패드 컨디셔너의 가공 방법은 CMP 패드 컨디셔너, 및 슬러리 및 연마 패드를 포함한 CMP 장치를 제공하는 것을 포함한다. CMP 패드 컨디셔너는, 컨디셔너 기판의 상단 표면에 결합된 3,000 Kg/mm2 초과의 비커스 경도를 갖는 복수의 경질 컨디셔너 입자들을 기판 상에 갖는, 본원에서 '컨디셔너 기판'이라 지칭되는 기판, 또는 패터닝된 기판인 컨디셔너 기판 상의 3,000 Kg/mm2 초과의 비커스 경도를 갖는 경질 필름을 포함한다. 컨디셔너 기판은 금속, 세라믹 또는 금속-세라믹 복합 재료를 포함한다. 슬러리는 수성 매질, 및 3,000 Kg/mm2 초과의 경도를 갖는 복수의 경질 슬러리 입자들을 포함한다.
연마 패드는 일반적으로, 50 Kg/mm2 초과의 비커스 경도를 갖는 금속, 예컨대 강철, 구리 또는 황동, 세라믹 재료, 예컨대 실리카, 또는 알루미나를 포함한다. CMP 패드 컨디셔너의 표면의 개시된 연마 후, 복수의 경질 컨디셔너 입자들은 최대 20 마이크로미터의 광학적 또는 기계적 프로파일측정법에 의해 측정된 본원에 정의된 바와 같은 평균 돌출부-대-돌출부 평탄도 (PPF), 및 돌출부들의 적어도 80%에 대해 에지에서부터 돌출부의 평균 치수의 20% 이내에 또는 돌출부 에지로부터 5 마이크로미터 이내에 있는 절삭 에지 반경 (CER)의 값에 의해 측정된 가장 예리한 에지를 갖는다. 돌출부 내의 평탄도 (WIPF)는 적어도 20 마이크로미터 또는 그 미만이며, 여기서 본원에 정의된 바와 같은 WIPF는 돌출부의 에지로부터 2 마이크로미터 이내의 임의의 지점에서부터 돌출부에서 가장 높은 지점까지의 높이 차이이며, 이는 일반적으로 5 마이크로미터 이하이다.
CMP 패드 컨디셔너가 다결정질 다이아몬드 표면을 포함하는 경우에 재컨디셔닝 연마 단계 후, 표면 거칠기는 또한, 가장 큰 그레인들의 적어도 80%가 (111) 배향으로부터 20° 이내인 배향을 보유하는 고유한 시그니처를 갖고, 가장 작은 그레인들의 적어도 50%는 밸리 영역에서 (100) 및 (110) 그레인으로부터 20° 이내에 있는 그레인들을 포함한다. 가장 큰 그레인들은 본원에서 그 높이가 광학적 높이 프로파일측정법 또는 다른 적합한 방법에 의해 측정된 피크-밸리 (PV) 범위의 상위 20%에 있는 그레인들로 정의되는 반면, 가장 작은 그레인들은 본원에서 광학적 프로파일측정법 또는 다른 방법에 의해 측정된 PV 범위의 하위 20% 내에 있는 그레인들로 정의된다. 대조적으로, 재컨디셔닝되지 않은 표면들은 그레인들의 랜덤 배향을 나타내거나, 또는 복수의 가장 큰 그레인들이 (111) 배향을 포함하지 않는 표면을 갖는다.
도 1은 컨디셔너 기판 상에 결합된 여러가지 형상의 다이아몬드 돌출부들에 대한 표면 특징부를 나타내는 개략도이며, 이는 어떻게 돌출부 평탄도 파라미터, PFF 및 WIPF가 본원에서 정의되는지를 보여주는 것을 포함한다.
도 2a는 개시된 패드 컨디셔닝 후 확대 없이 패드 컨디셔닝 기판 표면 상에 결합된 다이아몬드 입자의 에지에 대한 도시를 나타내고, 도 2b는 약 1,000 X의 배율로 상기 다이아몬드 입자에 대한 CER 및 웨지 각도에 대한 도시를 나타낸다.
도 3a는, 도 3b에 나타낸 표준 다이아몬드 돌출부-기반 컨디셔너와 비교한, 금속, 세라믹 또는 금속-세라믹 복합 컨디셔너 기판 상의 다이아몬드 또는 다른 경질 재료 돌출부들을 포함하는 개시된 패드 컨디셔너의 개략도이다. 도 3a에 의하면, 돌출부의 가장 예리한 에지가 수평면과 수직면의 교차부에 의해 형성되고, 돌출부 에지에 있어, 돌출부 에지로부터 5 마이크로미터 이내에 위치하는 것으로 나타났다. 도 3b에 나타낸 표준 CMP 패드 컨디셔너에서는, 가장 예리한 표면이 돌출부의 에지 또는 그 근처에 있지 않다. 또한, 도 3b에 나타낸 가장 예리한 표면은 수평면과 수직면의 교차부에 의해 형성되지 않는다.
도 4는 개시된 CMP 패드 컨디셔너 재컨디셔닝 후 기판 상에 다이아몬드의 표면 필름을 갖는 패터닝된 컨디셔너 기판의 개략도를 나타낸다. 다이아몬드 필름의 두께는 0.1 마이크로미터 내지 200 마이크로미터로 다양할 수 있고, 수평 표면의 표면 거칠기 (Ra)는 일반적으로 200 nm 미만이며, 에지에서의 CER 값은 5 마이크로미터 이하이다.
도 5a는 개시된 패드 재컨디셔닝 전 컨디셔너 기판 상에 복수의 돌출 다이아몬드 입자들을 갖는 CMP 패드 컨디셔너의 표면 상에 결합된 돌출 다이아몬드 입자들 중 1개의 스캐닝된 이미지이며, 여기서 패싯형 에지 또는 코너는 관찰되지 않는다 (배율은 200X임).
도 5b는 개시된 CMP 패드 컨디셔너 재컨디셔닝 후 편평한 패싯형 표면을 나타내는 컨디셔너 기판의 표면 상의 돌출 다이아몬드 입자들의 스캐닝된 이미지이며, 여기서 2개의 다이아몬드 입자들이 나타나 있으며, 각각의 코너들을 갖는 여러개의 패싯형 에지가 관찰된다 (배율은 200X임).
도 6a는 개시된 연마 전 CMP 패드 컨디셔너의 다이아몬드 필름의 광학적 프로파일측정법 유래의 표면 거칠기와 함께 그의 거칠기 파라미터들의 플롯을 나타내며, 여기서 Rt (가장 낮은 및 가장 높은 지점들의 높이의 차이)는 대략 2.54 마이크로미터임을 알 수 있고, Ra는 대략 100 nm이다. 도 6b는 개시된 CMP 패드 컨디셔너 재컨디셔닝 공정 후 편평한 표면의 표면 거칠기를 나타내며, 이에 의하면 표면 거칠기가 0.22 마이크로미터의 Ra 값 및 6 마이크로미터의 거칠기의 PV 높이를 갖는 것으로 나타났다.
도 7a는 개시된 컨디셔너 재컨디셔닝 단계 후 개시된 패터닝된 컨디셔너 기판 상의 여러가지 두께의 다이아몬드 필름의 스캐닝된 백색광 2차원 (2D) 간섭측정법 수득 이미지를 나타낸다. 다이아몬드 필름의 두께는 연마된 후 100 마이크로미터이다. 도 7b는 동일한 필름의 스캐닝된 백색광 3D 간섭측정법 수득 이미지를 나타낸다. 도 7c는 30 마이크로미터 다이아몬드 필름의 스캐닝된 2D 광학적 프로파일측정법 수득 이미지를 나타낸다.
본 발명의 실시양태는 첨부 도면을 참조하여 기재되며, 여기서 유사하거나 동등한 요소를 지정하기 위해 도면 전반에 걸쳐 유사 참조 번호가 사용된다. 도면은 제 척도로 작성되어 있지 않으며, 단지 특정 특징을 예시하기 위해 제공된다. 본 개시내용의 몇몇 측면은 예시를 위해 예시 적용예를 참조하여 하기에 기재된다.
본 개시내용에서 대상에 대한 완전한 이해를 제공하기 위해 수많은 구체적인 세부사항, 관계 및 방법이 기술되어 있음을 이해해야 한다. 그러나, 관련 기술분야의 통상의 기술자라면 본 발명의 실시양태가 하나 이상의 구체적인 세부사항 없이 또는 다른 방법으로 실시될 수 있음을 용이하게 인지할 것이다. 어떤 경우, 대상을 모호하게 하는 것을 피하기 위해, 널리 공지된 구조 또는 조작을 상세히 나타내지 않았다. 본 발명의 실시양태는, 일부 행위가 상이한 순서로 및/또는 다른 행위 또는 사건들과 동시에 발생할 수 있으므로 행위 또는 사건들의 예시된 순서에 의해 제한되지 않는다. 아울러, 본 개시내용에 따른 방법을 구현하기 위해 예시된 모든 행위 또는 사건이 필요한 것은 아니다.
본 개시내용의 폭넓은 범주를 기술하는 수치 범위 및 파라미터들이 근사치 임에도 불구하고, 구체적인 예에서 기술된 수치 값들은 가능한 한 정확하게 기록되어 있다. 그러나, 임의의 수치 값에는 본래, 그의 각 시험 측정에서 발견된 표준 편차로 인해 필연적으로 초래되는 특정 오차가 함유된다. 또한, 본원에 개시된 모든 범위는 그 안에 포함된 임의의 모든 하위범위를 포괄하는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, "10 미만"의 범위는 0의 최소값과 10의 최대값 사이 (및 그들을 포함)의 임의의 모든 하위범위, 즉, 0 이상의 최소값 및 10 이하의 최대값을 갖는 임의의 모든 하위범위, 예를 들어 1 내지 5를 포함할 수 있다.
개시된 실시양태는, 생산 사용 후 컨디셔너 재컨디셔닝 단계에서, 일반적으로 플레이트의 형태인 컨디셔너 기판의 상단 표면 상에 결합 (기계적으로 결합 및/또는 화학적으로 결합)된 다이아몬드 입자들과 같은 돌출 경질 재료 입자들을 포함하는 CMP 패드 컨디셔너의 표면을 재컨디셔닝하거나 또는 제작하기 위한 가공 방법을 포함한다. 컨디셔너 기판은 금속, 세라믹 또는 금속-세라믹 복합 재료를 포함하며, 이는 패터닝 또는 비-패터닝된 컨디셔너 기판일 수 있다. 개시된 방법에서 CMP 패드 컨디셔너는 일반적으로, 한 예에서의 다이아몬드 입자들과 같은 경질 슬러리 입자들을 함유하는 슬러리를 사용하여 통상의 CMP 장치에 의해 연마된다.
개시된 CMP 패드 컨디셔너는 전형적으로, 3,000 Kg/mm2 초과의 비커스 경도를 갖는 다이아몬드 입자들 또는 다른 경질 재료(들)가 개재된 표면을 갖는 컨디셔너 기판을 포함한다. 다이아몬드 입자들은 전형적으로, 컨디셔너의 총 면적의 0.01% 표면 적용범위에서부터 CMP 패드 컨디셔너의 총 면적의 100%까지 다양한 돌출 표면들의 표면적과 함께, 최대 또는 최소 치수가 1 마이크로미터 내지 5,000 마이크로미터 범위인 크기를 갖는다. 상기 기재된 바와 같이, CMP 패드 컨디셔너의 돌출 표면은 또한 다이아몬드 또는 경질 필름에 의해 박막 침착 방법으로 형성될 수 있으며, 여기서 금속, 금속 합금, 세라믹 또는 금속-세라믹과 같은 컨디셔너 기판 재료의 비-패터닝된 또는 패터닝된 표면 상에 3,000 g/mm2 초과의 비커스 경도를 갖는 경질 재료의 필름이 있다. 다이아몬드 입자들은 (111), (100) 또는 (110) 결정학적 면으로부터의 임의의 각도의 범위의 배향을 갖는 임의의 결정학적 배향을 가질 수 있다.
패드 컨디셔너 표면 상의 3,000 Kg/mm2 초과의 경도를 갖는 다이아몬드 필름 또는 다른 경질 재료 필름은 일반적으로 0.5 마이크로미터 이상 (예를 들어, 0.5 μm 내지 400 μm)의 두께를 갖는 단일 층이다. 다이아몬드 또는 다른 경질 입자들의 기계적 부착을 위해, 다이아몬드 입자들의 크기는 1 마이크로미터 내지 5 mm로 다양할 수 있고, 경질 입자의 표면 밀도는 10개/cm2 내지 100,000개/cm2로 다양할 수 있다. 돌출 입자들 사이의 평균 거리는 1 마이크로미터 내지 10 mm로 다양할 수 있다. 경질 입자들의 높이는 1 마이크로미터 내지 3 mm로 다양할 수 있다. 패터닝된 컨디셔너 기판 돌출 표면 상의 다이아몬드 필름의 경우, 돌출부들에 대한 높이는 1 마이크로미터 내지 10,000 마이크로미터로 다양할 수 있고, 돌출부들의 면적은 1 μm2 내지 100 mm2로 다양할 수 있다.
컨디셔너 재컨디셔닝 단계를 포함한 개시된 방법에서 사용된 슬러리를 위한 경질 입자 표면들의 예는 적어도 3,000 Kg/mm2의 비커스 경도를 가지며, 질화붕소, 탄화붕소, 탄화규소, 알루미나, 다이아몬드, 금속의 산화물, 특정 질화물 및 탄화물, 또는 이들 재료의 혼합물을 포함한다. 슬러리를 위한 경질 입자들의 평균 크기는 5 nm 내지 5,000 μm로 다양할 수 있으며, 전형적으로 1 마이크로미터 내지 5,000 μm이다. 슬러리 중의 경질 입자들의 농도는 0.1 중량% 내지 80 중량%로 다양할 수 있다. 임의로 연마 슬러리는 다이아몬드 입자들과 적어도 1종의 다른 입자 재료, 예컨대 실리카, 알루미나 또는 티타니아, 또는 2,000 Kg/mm2 미만의 경도를 갖는 입자들과의 혼합물을 함유할 수 있다.
CMP 장치는, 중합체, 세라믹 또는 금속을 포함하는 CMP 연마 패드를 가질 수있다. 중합체 패드의 예는 폴리우레탄, PVC 및 폴리카보네이트를 포함하며, 여기서 연마 패드의 쇼어(Shore) A 또는 쇼어 D 경도는 5 내지 100으로 다양할 수 있다. 금속 CMP 연마 패드의 예는 강철, 주철, 구리, 주석, 및 이들 금속 중 1종을 함유하는 알루미늄 합금을 포함한다. 세라믹 CMP 연마 패드의 예는 알루미나, 유리, 금속의 산화물, 탄화물, 질화물, 및 이들의 혼합물을 포함한다. 금속 연마 패드의 비커스 경도는 50 Kg/mm2 내지 2,000 Kg/mm2로 다양할 수 있고, 세라믹 패드의 비커스 경도는 100 Kg/mm2 내지 6,000 Kg/mm2로 다양할 수 있다.
또 다른 실시양태에서, CMP 컨디셔닝 패드는, 적어도 2개의 층을 포함하는 스택형 다층 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 스택은 50 초과의 쇼어 A 경도를 갖는 중합체 재료 또는 50 Kg/mm2 내지 10,000 kg/mm2의 경도를 갖는 금속 또는 세라믹의 상단 층, 및 상단 층에 비해 더 연질의 표면을 갖는 상단 층 아래의 적어도 1개의 층을 포함할 수 있다. 상단 층의 두께는 0.1 마이크로미터 내지 5 mm일 수 있고, 하단 층의 두께는 0.1 mm 내지 5 cm일 수 있다. 상단 층의 예는 다이아몬드, 강철, 주철, 구리, 황동, 주석 및 알루미나를 포함한다.
슬러리는 1 내지 13 범위의 pH (2 내지 6의 산성 범위, 6 내지 8.5의 중성 포함 범위, 또는 9.0 내지 12.5의 알칼리성 범위의 전형적인 pH 범위)로 1종 이상의 유형의 입자들을 함유할 수 있다. 임의로 슬러리는 또한 첨가제, 예컨대 산화제, 계면활성제, pH 개질제를 함유할 수 있다. 패드 컨디셔너 상의 연마 공정은 0.01 psi 내지 1000 psi 범위의 공칭 압력 (1 psi 내지 100 psi, 또는 2 psi 내지 20 psi의 전형적인 범위)에서 수행될 수 있으며, 여기서 연마 영역은 돌출 및 비-돌출된 영역 둘 다의 합계로서 산정된다. CMP 패드 컨디셔너 연마를 수행하는 연마 패드와 CMP 패드 컨디셔너 간의 상대 속도는 0.01 m/sec 내지 100 m/sec의 범위일 수 있으며, 전형적인 범위는 0.5 m/s 내지 10 m/s 또는 0.5 m/s 내지 2 m/s이다. 패드 컨디셔너 연마 동안 압력은 0.5 psi 내지 100 psi의 범위일 수 있고, 테이블 속도는 0.5 rpm 내지 600 rpm의 범위일 수 있다.
컨디셔너 재컨디셔닝 단계 동안 개시된 CMP 패드 컨디셔너 연마 후, CMP 패드 컨디셔너 표면 상의 돌출부들에서 새로운 특징부가 관찰되며, 여기서 돌출부의 표면들이 훨씬 더 편평해지고, 돌출부의 에지로부터 전형적으로 5 마이크로미터 이내에 가장 예리한 에지를 보유한다. 도 1은 컨디셔너 기판(100) 상에 결합된 여러가지 형상의 다이아몬드 돌출부들에 대한 표면 특징부를 나타내는 개략도이며, 이는 어떻게 여러 돌출부 평탄도 파라미터들이 본원에서 정의되는지를 보여준다. 나타낸 각각의 돌출부에 있어서, 가장 높은 (가장 큰) 피크 특징부는 Hi로 라벨링되며, 이는 컨디셔너 기판(100) 반대측에 있는 가상의 편평한 면(160)으로부터 측정된다. 이와 같은 평탄도 측정을 위한 돌출부들의 수는 2 내지 200개로 다양할 수 있다. Hi max란 가상의 면(160)에 가장 가까운 피크를 지칭하고, Hi min는 가상의 면(160)으로부터 가장 먼 피크를 지칭한다. PV란 돌출부들의 거칠기인 피크-밸리를 지칭한다. 상기 언급된 바와 같은 WIPF란, 돌출부 내의 가장 높은 피크 및 가장 낮은 피크 간의 높이의 차이인 돌출부 내의 평탄도를 지칭하고, 상기 언급된 바와 같이 PPF 차이란, 상기 평탄도 측정을 위해 고려되는 돌출부들의 수 (상기 언급된 바와 같이 2 내지 200개의 돌출부들로 다양할 수 있음)에 대한 상이한 돌출부들 간의 Hi max의 최대 차이인 돌출부 대 돌출부 평탄도 차이를 지칭한다.
컨디셔너 재컨디셔닝 단계 후, WIPF는 200 마이크로미터 미만, 예컨대 100 마이크로미터 미만, 50 마이크로미터 미만, 10 마이크로미터 미만, 또는 1 마이크로미터 미만이다. PPF는 200 마이크로미터 미만, 예컨대 50 마이크로미터 미만, 10 마이크로미터 미만, 또는 1 마이크로미터 미만이다. 5개의 가장 근접한 이웃들에 기반한 PPF는 200 마이크로미터 미만, 예컨대 50 마이크로미터 미만, 10 마이크로미터 미만, 또는 1 마이크로미터 미만이다. 20개의 가장 근접한 이웃들에 기반한 PPF는 200 마이크로미터 미만, 예컨대 50 마이크로미터 미만, 10 마이크로미터 미만, 또는 1 마이크로미터 미만이다. 100개의 가장 근접한 이웃들에 기반한 PPF는 200 마이크로미터 미만, 예컨대 50 마이크로미터 미만, 10 마이크로미터 미만, 또는 1 마이크로미터 미만이다. 2개 이상의 가장 근접한 돌출부들 이웃들의 WIPF의 표준 편차는 패드 컨디셔너 재컨디셔닝 공정 전에 비해 적어도 10%, 예컨대 적어도 20% 또는 적어도 50%만큼 감소한다. 5개 이상의 가장 근접한 이웃 돌출부들 간의 PFF는 CMP 패드 컨디셔너 재컨디셔닝 공정 전에 비해 적어도 10%, 예컨대 적어도 20% 또는 적어도 50%만큼 감소한다.
CMP 패드 컨디셔너에 대한 각 돌출부들의 수평 표면과 수직 표면 사이에 형성된 에지들의 CER 또한 재컨디셔닝 공정 후에 감소한다. 하기 기재된 도 2b에 나타낸 CER을 참조한다. CER의 값이 작을수록 돌출부의 절삭 특성이 더 예리해진다. CER 값은 본원에서, 적어도 1,000 X의 배율로 바라볼 때 단일 돌출부로부터의 수직 및 수평 표면이 직선에서 벗어나는 지점을 연결함으로써 형성되는 직선의 길이로 정의된다. CER은 돌출부의 편평한 수평 연마면과 돌출부의 수직-유사 (비-수평) 면들 사이에서, 또는 돌출부의 2개의 비-수평면들 사이에서 측정될 수 있다.
컨디셔너 재컨디셔닝 단계 동안 다이아몬드 입자 기반 슬러리를 사용하는 개시된 CMP 패드 컨디셔너 연마 후, 돌출부들에 대한 CER 값은 적어도 10%만큼 감소하고, 예컨대 적어도 30% 또는 50% 또는 80%만큼 감소한다. 5개의 가장 근접한 이웃 돌출부들로부터의 평균 CER 값은 재컨디셔닝 단계 후 (재컨디셔닝 단계 이전에 비해) 적어도 10%, 예컨대 30% 또는 50%만큼 감소한다. 재컨디셔닝 단계 후, 수직 및 수평 표면 사이에서 측정된 CER 값은 200 마이크로미터 미만, 예컨대 100 마이크로미터 미만, 50 마이크로미터 미만, 10 마이크로미터 미만, 5 마이크로미터 미만, 또는 1 마이크로미터 미만이다. 재컨디셔닝 공정 후의 하기 기재된 도 2b에 나타낸 웨지 각도는 20° 내지 120°, 예컨대 75° 내지 100°로 다양할 수 있다. CMP 패드 컨디셔너의 재컨디셔닝 후, CMP 패드 컨디셔너의 표면은 적어도 1개의 패싯을 갖는 패싯형이 되어, 적어도 100의 배율로 광학 현미경에 의해 바라볼 때 더 예리해진다 (둥글지 않음). 재컨디셔닝 단계 후 패싯형 코너 에지의 수는 적어도 1개이며, 예컨대 적어도 2개, 또는 적어도 4개이다.
도 2a는 개시된 패드 컨디셔닝 후 확대 없이 컨디셔닝 기판(100) 상에 결합된 다이아몬드 입자(105)의 에지에 대한 도시를 나타내고, 도 2b는 약 1,000 X의 배율로 상기 다이아몬드 입자(105)에 대한 CER 및 웨지 각도에 대한 도시를 나타낸다.
개시된 CMP 패드 컨디셔너 재컨디셔닝 공정의 또 다른 특징은, 돌출부들의 가장 예리한 에지 (따라서 가장 낮은 CER 값)가 일반적으로 돌출부들의 에지에 있다는 것이다. 이는 돌출부들의 에지에서 가장 예리한 에지 (따라서 가장 낮은 CER 값)가 더 낮은 백분율로 있는 패드 컨디셔너의 표면들 상의 통상의 돌출부들과 대조적이다. 개시된 패드 컨디셔너 연마 단계 후, 적어도 10개의 가장 근접한 이웃 돌출부들, 예컨대 10 내지 100개의 가장 근접한 이웃 돌출부들에 대한 가장 낮은 CER 값들의 > 80%, 예컨대 90%, 95% 또는 99%가 돌출부의 평균 치수의 20% 이내에 또는 5 마이크로미터 이내 (어느 쪽이든 돌출부의 에지로부터 더 작은 것)에 있다. 이는, 컨디셔닝된 CMP 패드 컨디셔너에서 100개의 돌출부들을 검사하면, 평균 크기 100 마이크로미터의 적어도 80개의 돌출부들에 대해 돌출부의 가장 예리한 에지가 에지로부터 5 마이크로미터 이내에 있을 것임을 의미한다. 통상의 재컨디셔닝되지 않은 컨디셔너 패드와 달리, 가장 낮은 CER 값의 < 80%, 예컨대 65%, 또는 50% 미만, 또는 20% 미만이 돌출부들의 에지에서 발생한다 (측정을 위한 돌출부들의 수가 적어도 10개인 경우). 이는, 통상의 CMP 패드 컨디셔너에서 100개의 돌출부들을 검사하면, 평균 크기 100 마이크로미터의 적어도 80개의 돌출부들에 대해 돌출부의 가장 예리한 에지가 돌출부 에지로부터 적어도 5 마이크로미터 떨어져 있을 것임을 의미한다.
도 3a 및 3b에는, 도 3a에 나타낸 개시된 CMP 패드 컨디셔너(320)가 2개의 중요한 측면에서 도 3b에 나타낸 바와 같은 통상의 CMP 패드 컨디셔너(370)와 어떻게 상이한지가 나타나 있다. 도 3a 및 3b 내의 컨디셔너 기판은 (300)으로 나타나 있다. 도 3a에 나타낸 바와 같은 개시된 CMP 패드 컨디셔너(320)에 있어서 돌출부들(310)의 가장 예리한 에지들은 돌출부 에지들(310a)에 있는 반면, 도 3b에 나타낸 바와 같은 통상의 CMP 패드 컨디셔너(370)에 있어서 (360a)로 나타낸 돌출부(360)의 가장 예리한 에지는 돌출부 에지들(360b) 사이에 있다. 또한, 개시된 CMP 패드 컨디셔너(320)에 있어서 돌출부(310)의 가장 예리한 에지(310a)는 수직면과 수평면의 교차부로부터 형성되는 반면, 통상의 CMP 패드 컨디셔너(370)에 있어서 돌출부(360)의 가장 예리한 에지(360a)는 2개의 비-수평면들의 교차부에 의해 형성된다. 상기 언급된 바와 같이, 수평면은 돌출부들이 부착되어 있는 컨디셔너 기판(300)의 바닥 표면에 대해 평행하게 20°이내에 있는 면이다.
도 4는 개시된 CMP 패드 컨디셔너 재컨디셔닝 후 기판 상에 개시된 다이아몬드 표면 필름(410)을 갖는 패터닝된 컨디셔너 기판(400)의 개략도를 나타낸다. 다이아몬드 필름(410)의 두께는 0.1 마이크로미터 내지 200 마이크로미터로 다양할 수 있고, 다이아몬드 필름(410)의 수평 표면의 표면 거칠기 (Ra)는 일반적으로 200 nm 미만이다. 다이아몬드 필름(410)의 패턴 에지(415)에서의 CER 값은 5 마이크로미터 이하이다.
CMP 패드 컨디셔너 재컨디셔닝 공정은 다결정질 다이아몬드 필름들 및 다이아몬드 돌출부들의 표면 거칠기를 변경시킬 수 있다. CMP 패드 컨디셔너 재컨디셔닝 단계 후, 평균 Ra 값은 적어도 0.15 마이크로미터, 예컨대 적어도 0.2 마이크로미터, 또는 적어도 1 마이크로미터이다. 컨디셔너 재컨디셔닝 단계 후, Ra 값은 일반적으로 재컨디셔닝 공정 이전에 비해 적어도 10%, 예컨대 적어도 20%만큼 증가한다.
다결정질 다이아몬드 필름을 갖는 패드 컨디셔너에 대한 개시된 CMP 패드 컨디셔너 재컨디셔닝 공정의 또 다른 유의한 측면은, 재컨디셔닝 공정 후 다결정질 다이아몬드 필름의 표면 구조의 변화이다. 상기 기재된 바와 같은 이러한 다결정질 다이아몬드 필름은 패터닝 및 비-패터닝된 컨디셔너 기판 표면들 둘 다 상에 적용될 수 있다. 다결정질 다이아몬드 필름에서 표면 거칠기의 한 측면은 상이한 높이를 가질 수 있는 상이한 그레인들로 이루어진다. 예를 들어, (100) 그레인들 및 (111) 그레인의 평균 높이는 표면 거칠기에 기여하도록 동일하지 않을 수 있다. 이들 다이아몬드 필름은 일반적으로 화학적 증착 (CVD) 공정에 의해 침착되므로, 필름에서의 가장 높은 높이의 그레인들은 랜덤할 수 있다. 이는, 다이아몬드의 표면인 가장 높은 지점이 (100), (111), (110) 그레인들 또는 임의의 배향의 그레인들의 혼합물일 수 있음을 의미한다. 재컨디셔닝 단계 후, 다이아몬드의 표면 거칠기의 텍스쳐는 변하고, 평균 높이가 PV 피크의 피크 값에서 PV 피크의 피크 값보다 작은 PV 거리의 20% 사이의 거리 이내에 있는 그레인들으로 정의되는 가장 높은/가장 큰 그레인들의 적어도 80%는, 컨디셔너 재컨디셔닝 공정 후, (111) 그레인들, 또는 (111) 배향으로부터 20°이내로 경사진 그레인들으로 표현된다.
유사하게, 평균 높이가 가장 낮은 값으로부터 PV (피크-밸리) 거리의 20%까지의 밸리 위치로 표현되는 거리 내에 있는 그레인들으로 정의되는 가장 작은 그레인들의 적어도 50%는, 재컨디셔닝 공정 후, (100) 또는 (110) 그레인들, 또는 (100) 또는 (110) 배향으로부터 20° 이내로 경사진 그레인들으로 표현된다. 이 현상은 도 7a, 7b 및 7c에 나타나 있는 광학적 프로파일측정법 측정치들에서 유래된 스캐닝된 이미지로 나타나 있다. 가장 높은 그레인들은 (111) 배향으로부터 20° 미만, 예컨대 10° 미만, 예컨대 5° 미만이다. (111) 배향으로부터 20° 이내에 있는 가장 높은 높이의 그레인들은 가장 낮은 그레인들에 비해 평균 높이가 적어도 5 nm 더 높다 (예컨대, 10 nm 또는 100 nm 또는 1 마이크로미터 더 높음).
컨디셔너 재컨디셔닝 단계 후 다이아몬드 필름에서의 이러한 표면 거칠기 텍스쳐는, 다이아몬드 필름이 다이아몬드 입자들 함유 슬러리 (평균 입자 크기 범위 10 nm 내지 100 마이크로미터, 슬러리 중의 다이아몬드 입자 농도 0.01 중량% 내지 20 중량%, 수성 슬러리의 경우에 슬러리 pH 1 내지 13, 다이아몬드 입자들이 물 또는 비-물, 예컨대 오일, 글리세롤 또는 임의의 다른 비-유기 용매 중에 현탁됨), 연마 플레이트, 경질 금속, 세라믹 또는 금속-세라믹 복합체, 또는 중합체 패드에 의해 연마될 때 (111) 배향으로부터 20° 이내에 있는 그레인들이 재컨디셔닝 단계 동안 (100) 및 (110) 그레인들보다 재컨디셔닝 단계 동안 연마 속도가 더 낮기 때문에 발생한다. 이러한 텍스쳐는 패터닝 및 비-패터닝된 컨디셔너 기판 둘 다 상의 다이아몬드 다결정질 필름에 대해 수득될 수 있다.
(111) 배향으로부터 20° 이내에 있는 다이아몬드 그레인들의 평균 크기는 1 마이크로미터 내지 150 마이크로미터로 다양할 수 있다. 다결정질 다이아몬드 필름의 두께는 0.5 마이크로미터 내지 500 마이크로미터로 다양할 수 있고, 보다 바람직한 두께는 2 마이크로미터 내지 100 마이크로미터이고, 더욱 더 바람직하게는 5 마이크로미터 내지 100 마이크로미터이다.
다이아몬드 CMP 패드 컨디셔너가 (111) 면으로부터 20° 이내의 배향을 갖는 가장 큰/가장 높은 그레인들을 갖는 것은 여러 이점이 있다. 본원에서 다이아몬드에서의 (111) 면들이 가장 낮은 화학적 반응성을 갖고, 또한 가장 높은 경도를 보유하는 것으로 인지되어 있다. 이에 따라, (111) 그레인들이 가장 큰인 다결정질 다이아몬드의 표면은 CMP 연마 단계로부터의 화학적 및 기계적 열화에 대해 더 안정할 것이다. 따라서, 다결정질 다이아몬드 필름을 갖는 개시된 CMP 패드 컨디셔너를 사용하는 연마 패드 컨디셔닝을 위한 CMP 공정은 시간 의존적 가변성이 더 적을 것으로 예상되며, 패드 컨디셔너는 랜덤 다이아몬드 배향을 갖는 다이아몬드-기반 패드 컨디셔너와 비교할 때 더 오래 유지될 것으로 예상된다.
개시된 방법은 또한, 표면에 대해 평행하게 측정 시 CMP 패드 컨디셔너 표면 상의 돌출된 면들 간에 20° 내지 160°의 패싯 각도를 생성할 수 있다.
실시예
개시된 실시양태를 하기 구체적인 실시예에 의해 추가로 예시하며, 이는 어떠한 식으로든 본 개시내용의 범주 또는 내용을 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다.
실시예 1. 금속 컨디셔너 기판(500) 상에 돌출 다이아몬드 입자들을 갖는 CMP 패드 컨디셔너는, 20X의 배율로 도 5a 내의 스캐닝된 이미지로 나타나 있는 입자들(501) 중 하나를 기판 상에 갖는다. CMP 패드 컨디셔너의 표면은 미리, 통상의 CMP 제조 작업 동안 900분의 CMP 연마를 거쳤다. 본 실시예에서, pH 3.0인 콜로이드성 실리카 5 중량%를 함유하는 과산화수소-기반 슬러리를 사용하여 구리 및 탄탈럼 웨이퍼 표면들을 5 psi의 압력 및 1.2 m/sec 또는 선속도로 연마하였다. 다이아몬드 CMP 패드 컨디셔너를 또한 동일한 슬러리에 (그러나, 3 psi의 더 낮은 압력에서) 노출시켰다. 도 5a에 나타나 있는 다이아몬드 입자(501)의 스캐닝된 이미지는 블록형 둥근 표면을 가짐을 알 수 있다. 패싯형 에지 또는 코너가 관찰되지 않는다. 패드 컨디셔너 표면 상의 개재된 다이아몬드 입자들의 최대 및 최소 치수를 평균화함으로써 측정된 다이아몬드 입자(501) 상의 다이아몬드 돌출부들의 평균 치수는 300 마이크로미터였다.
이어서, 컨디셔너 재컨디셔닝 단계에서 도 5a에 나타나 있는 패드 컨디셔너를, 구리 복합체 연마 패드를 사용하여 2 psi의 공칭 인가 압력 및 30 rpm의 테이블 속도로 랩마스터(Lapmaster) CMP 기계 (랩마스터 볼터스 인터내셔널 엘엘씨(Lapmaster Wolters International LLC)) 상에서 연마하였다. 구리 복합체 패드는, 다이아몬드 슬러리가 분출된 벌크 플래튼을 형성하도록 소결된 코팅된 구리 입자들을 포함하였다. 따라서, 이 경우에 구리 플래튼은 컨디셔너 재컨디셔닝 단계 동안 패드로서 작용한다. 슬러리는 25 마이크로미터의 평균 크기를 갖는 다이아몬드 입자들을 2 중량% 함유하였고, 재컨디셔닝 시간은 20분이었다. 슬러리의 유속은 10 ml/min이었다. 슬러리의 pH는 5.0이었다. CMP 패드 컨디셔너를 연마하는 동안 압력은 3 psi였고, 플래튼의 회전 속도는 20 rpm이었다. 도 5b는 개시된 CMP 패드 컨디셔너 재컨디셔닝 후 금속 컨디셔너 기판(500)의 표면 상의 2개의 돌출 다이아몬드 입자들(551, 552)의 스캐닝된 이미지이며, 이들 둘 다 편평한 패싯형 표면을 나타내고, 이 경우에 여러 개의 패싯형 에지가 존재하며 이들의 각 코너 (에지)를 관찰가능하다 (배율 200x). 입자(501)에 대해 도 5a에 나타나 있는 상기 기재된 바와 같은 재컨디셔닝 전에는, 패싯형 에지 또는 코너들이 관찰되지 않는 것으로 나타났다. 이하 도 5b에 나타나 있는 컨디셔너 기판(500) 상의 입자들(551, 552)은 각각 관찰가능한 이들의 각 코너들로 가시화되는 패싯형 에지들의 증거가 된다. 컨디셔너 재컨디셔닝 단계 후, WIPF 값은 (프로파일측정법 사용) 10 마이크로미터 미만인 것으로 결정되었고, 2 내지 10개의 인접 돌출부들에 대해 측정 시 PPF 값은 10 마이크로미터 미만인 것으로 결정되었다.
수평 및 수직 다이아몬드 입자 표면들 사이의 CER은 수직면 및 수평면 사이의 패싯 코너에서 측정 시 10 마이크로미터 미만이었다. 재컨디셔닝 단계 후 가장 낮은 CER 값으로 정의되는 가장 예리한 다이아몬드 돌출부 지점은, 인접한 6개의 돌출부들을 여러 상이한 돌출부 구성에 대해 측정 시 다이아몬드 그레인들의 83% 초과에 대해 돌출부들의 에지로부터 5 마이크로미터 이내에 발생하는 것으로 확인되었다. CMP 패드 컨디셔너 재컨디셔닝 단계 후 CER 값은 컨디셔너 재컨디셔닝 단계 전에 비해 50% 초과만큼 감소하였다.
유사한 예리화 효과 (더 낮은 CER 값)는 일반적으로, 연마 슬러리에서의 평균 다이아몬드 입자 크기가 1 마이크로미터 내지 500 마이크로미터로 다양하고 다이아몬드 입자들의 농도가 0.001 중량%에서 80 중량%로 변하는 경우에 얻어질 수 있음을 참고한다. 상기 언급된 바와 같이, 슬러리는 다이아몬드 이외의 다른 경질 입자들, 예컨대 알루미나, 실리카, 또는 3,000 Kg/mm2 이하의 비커스 경도를 갖고 20 nm 내지 500 마이크로미터, 예컨대 0.1 μm 내지 10 μm 범위의 평균 크기를 갖는 입자들을 함유할 수 있다. 한 실시양태에서, 비-다이아몬드 슬러리 입자들의 평균 크기는 다이아몬드 입자들의 평균 크기보다 적어도 10%, 예컨대 20% 또는 50% 내지 90% 더 작다. 비-다이아몬드 입자들의 농도는 1 중량% 내지 70 중량%로 다양할 수 있다. 다이아몬드, 또는 2차 입자들을 갖는 다이아몬드가 있는 슬러리의 점도는 1 센티포아즈 (cP) 내지 2000 cP로 다양할 수 있다. 점도는 입자 또는 유기 용매, 예컨대 글리세린, 전분, 글리세롤 및 카르보폴 또는 다른 탄소 함유 화합물을 첨가함으로써 증가시킬 수 있다. 다이아몬드 슬러리는 또한 유기 용매, 예컨대 오일, 또는 1,000 미만의 분자량을 갖는 비-유기 화합물을 포함할 수 있다. 비-다이아몬드 입자들의 평균 크기는 10 nm 내지 10 마이크로미터, 예컨대 100 nm 내지 5 마이크로미터로 다양할 수 있다. 상기 기재된 바와 같이, 재컨디셔닝 단계에서 사용되는 연마 패드는 50 Kg/mm2 초과의 비커스 경도를 갖거나 또는 순수한 구리보다 더 경질인 금속, 금속 합금 또는 세라믹을 포함할 수 있다.
CMP 패드 컨디셔너가 > 3,000 Kg/mm2의 경도를 갖는 다이아몬드 이외의 경질 입자들로 제조되거나, 또는 컨디셔너가 패터닝된 기판 상에 다이아몬드 또는 경질 재료의 필름을 침착시켜 제조되고, 실시예 1에 나타낸 가공 조건에 의해 재컨디셔닝되는 경우, 동일한 거칠기 파라미터 및 범위가 예상됨을 참고한다.
재컨디셔닝된 CMP 패드 컨디셔너는 또한, CMP로부터의 연마 패드에 대해 상당히 감소된 절삭 속도를 제공하는 것으로 밝혀졌다. CMP 연마 패드의 절삭 속도는, 폴리우레탄-기반 연마 패드 (예컨대, 다우 케미칼(Dow Chemical)로부터의 IC 1000 패드)가 CMP 패드 컨디셔너의 연속적 사용에 의해 침식되는 속도로 정의된다. IC 1000 패드의 절삭 속도는, 다이아몬드 돌출부들을 갖는 개시된 CMP 패드 컨디셔너의 사용 시, 비-컨디셔닝된 다이아몬드 돌출부 CMP 패드 컨디셔너와 비교할 때 32%만큼 감소한 것으로 밝혀졌다. 이들 실험을 위한 연마 공정에 사용된 슬러리는 1.5 m/sec의 선속도 및 3 psi의 압력으로 70 nm의 입자 크기를 갖는 15%의 콜로이드-기반 실리카 슬러리였다. 슬러리의 pH는 9.5였고, CMP 연마를 위한 기판은 실리카였다.
실시예 2. 도 6a는, 개시된 연마 전 CMP 패드 컨디셔너의 다이아몬드 필름의 광학적 프로파일측정법 유래의 표면 거칠기와 함께 그의 거칠기 파라미터들의 플롯을 나타내며, 여기서 Rt는 대략 2.54 마이크로미터 및 Ra는 대략 100 nm임을 알 수 있다.
20 마이크로미터 다이아몬드 입자들 2%의 슬러리 및 구리 패드를 사용하는 개시된 CMP 패드 컨디셔너 재컨디셔닝 공정 후 편평한 표면의 표면 거칠기는 도 6b에 나타나 있다. 도 6b에 의하면, 표면 거칠기는 약 0.22 마이크로미터의 Ra 값, 및 6 마이크로미터의 거칠기의 PV 높이를 갖는 것으로 나타났다. 다이아몬드 돌출부들의 상기 거칠기는 연마 다이아몬드 입자들의 크기에 좌우될 것이다. 다이아몬드 돌출부들의 Ra 값은 120 nm 내지 10 마이크로미터로 다양할 수 있고, PV 높이는 1 마이크로미터 내지 60 마이크로미터로 다양할 수 있다.
도 7a는, 구리 복합체 패드를 사용하고 100 nm의 평균 입자 크기를 갖는 다이아몬드 입자들 1%를 함유하는 슬러리로 재컨디셔닝된 후 개시된 패터닝된 컨디셔너 기판 상의 여러가지 두께의 다이아몬드 필름에 대한 스캐닝된 백색광 2D 프로파일측정법 수득 이미지를 나타낸다. 100 nm의 평균 다이아몬드 입자 크기와 함께 1%의 다이아몬드 슬러리를 사용하여 재컨디셔닝된 후 다이아몬드 필름의 두께는 100 마이크로미터였다. 도 7b는 동일한 필름의 스캐닝된 백색광 3D 프로파일측정법 수득 이미지를 나타낸다. 도 7c는 30 마이크로미터 다이아몬드 필름의 스캐닝된 2D 광학적 프로파일측정법 수득 이미지를 나타낸다.
본 발명의 다양한 실시양태가 상기에 기재되어 있지만, 이들은 제한이 아니라 단지 예로서 제시되었음을 이해하여야 한다. 본원에 개시된 대상의 취지 및 범주로부터 벗어나지 않으면서 본 개시내용에 따라 개시된 실시양태에 대한 수많은 변화가 이루어질 수 있다. 따라서, 본 개시내용의 폭 및 범주는 상기 기재된 실시양태들 중 어느 하나로 제한되어서는 안된다. 그보다는, 본 개시내용의 범주는 하기 청구범위 및 그의 등가물에 따라 규정되어야 한다.

Claims (17)

  1. 화학 기계적 연마 (CMP) 패드 컨디셔너로서,
    금속, 세라믹 또는 금속-세라믹 재료를 포함하는 컨디셔너 기판;
    상기 컨디셔너 기판의 상단 표면에 결합된 3,000 Kg/mm2 초과의 비커스 경도를 갖는 복수의 돌출 경질 입자들로서, 이들 각각은 적어도 1개의 노출된 패싯을 갖는 것인 복수의 돌출 경질 입자들
    을 포함하며;
    상기 패싯은 복수의 편평한 표면들을 가지고,
    상기 복수의 경질 입자들은, 20 마이크로미터의 최대 평균 돌출부-대-돌출부 평탄도 (PPF) 차이를 갖고, 상기 복수의 경질 입자들 각각은 가장 낮은 절삭 에지 반경 (CER)을 갖는 가장 예리한 에지를 가지며, 상기 가장 예리한 에지는 상기 복수의 경질 입자들의 적어도 80%에 대해 상기 복수의 경질 입자들 각각의 최외부 에지에 있고,
    상기 복수의 경질 입자들은 복수의 다이아몬드 입자들을 포함한 다결정질 다이아몬드 필름의 성장에 의해 형성되며,
    상기 다결정질 다이아몬드 필름은 피크-밸리 범위의 상위 20%에 있는 높이를 갖는 가장 큰 그레인들을 가지고, 상기 가장 큰 그레인들의 적어도 80%가 (111) 배향으로부터 20° 이내의 배향을 갖는 것인
    CMP 패드 컨디셔너.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 컨디셔너 기판 상에 상기 복수의 경질 입자들을 갖지 않는 영역이 있는 CMP 패드 컨디셔너.
  4. 삭제
  5. 화학 기계적 연마 (CMP) 패드 컨디셔너로서,
    금속, 세라믹 또는 금속-세라믹 재료를 포함하는 컨디셔너 기판
    을 포함하며;
    상기 컨디셔너 기판은, 복수의 다이아몬드 입자들을 포함한 다결정질 다이아몬드 필름으로 코팅된 패터닝된 표면을 갖고;
    상기 다결정질 다이아몬드 필름은 피크-밸리 범위의 상위 20%에 있는 높이를 갖는 가장 큰 그레인들을 가지고, 상기 가장 큰 그레인들의 적어도 80%가 (111) 배향으로부터 20° 이내의 배향을 갖는 것인
    CMP 패드 컨디셔너.
  6. 화학 기계적 연마 (CMP) 패드 컨디셔너의 가공 방법으로서,
    (i) 금속, 세라믹 또는 금속-세라믹 재료를 포함한 컨디셔너 기판,
    (ii) 상기 컨디셔너 기판의 상단 표면에 결합된 3,000 Kg/mm2 초과의 비커스 경도를 갖는 복수의 경질 컨디셔너 입자들, 및
    (iii) 수성 매질 및 3,000 Kg/mm2 초과의 경도를 갖는 복수의 경질 슬러리 입자들을 포함한 슬러리
    를 포함하는 CMP 패드 컨디셔너를 제공하는 단계; 및
    상기 CMP 패드 컨디셔너의 표면을 CMP 장치에서 연마 패드를 사용하여 연마하는 단계
    를 포함하며, 상기 연마 후에:
    상기 복수의 경질 컨디셔너 입자들 각각은, 적어도 1개의 노출된 패싯 및 20 마이크로미터의 최대 평균 돌출부-대-돌출부 평탄도 (PPF) 차이를 갖고, 상기 복수의 경질 컨디셔너 입자들 각각은 가장 낮은 절삭 에지 반경 (CER)을 갖는 가장 예리한 에지를 가지며, 상기 가장 예리한 에지는 상기 복수의 경질 컨디셔너 입자들의 적어도 80%에 대해 상기 복수의 경질 컨디셔너 입자들 각각의 최외부 에지에 있고,
    상기 복수의 경질 컨디셔너 입자들은 복수의 다이아몬드 입자들을 포함한 다결정질 다이아몬드 필름의 성장에 의해 형성되며,
    상기 다결정질 다이아몬드 필름은 피크-밸리 범위의 상위 20%에 있는 높이를 갖는 가장 큰 그레인들을 가지고, 상기 가장 큰 그레인들의 적어도 80%가 (111) 배향으로부터 20° 이내의 배향을 갖는 것인
    방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 복수의 경질 슬러리 입자들이 다이아몬드 입자들을 포함하는 것인 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 다이아몬드 입자들의 평균 크기가 10 마이크로미터 내지 200 마이크로미터의 범위인 방법.
  9. 제7항에 있어서, 상기 슬러리 중의 상기 다이아몬드 입자들의 농도가 1 중량% 내지 20 중량%인 방법.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 화학 기계적 연마 (CMP) 패드 컨디셔너의 가공 방법으로서,
    다결정질 다이아몬드 필름이 위에 있는 패터닝된 표면을 갖는 금속, 세라믹, 또는 금속-세라믹 재료를 포함한 컨디셔너 기판을 포함하는 상기 CMP 패드 컨디셔너, 및 수성 매질 및 3,000 Kg/mm2 초과의 경도를 갖는 복수의 경질 슬러리 입자들을 포함한 슬러리를 제공하는 단계, 및
    상기 다결정질 다이아몬드 필름을 CMP 장치에서 연마 패드를 사용하여 연마하는 단계
    를 포함하며,
    상기 연마 후 상기 다결정질 다이아몬드 필름은 피크-밸리 범위의 상위 20%에 있는 높이를 갖는 가장 큰 그레인들을 가지고, 상기 가장 큰 그레인들의 적어도 80%가 (111) 배향으로부터 20° 이내의 배향을 갖는 것인
    방법.
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