KR102530402B1 - 다공성 돌출 패턴을 포함하는 화학-기계적 연마 패드 및 레이저를 이용한 그 제조 방법 - Google Patents

다공성 돌출 패턴을 포함하는 화학-기계적 연마 패드 및 레이저를 이용한 그 제조 방법 Download PDF

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Abstract

다공성을 갖는 돌출 패턴을 포함하여 연마율을 향상시킴과 동시에 제조 비용을 절감할 수 있는 화학-기계적 연마 패드 및 레이저를 이용한 제조 방법이 제공된다. 상기 연마 패드는 지지층; 및 상기 지지층 상에 배치된 패턴층으로서, 다수의 포어를 갖는 돌출 패턴을 포함하는 패턴층을 포함하되, 상기 돌출 패턴은 측면에 노출된 포어를 가지고, 상기 돌출 패턴의 수직 높이에 대해 상기 측면 포어들이 차지하는 높이의 합의 비율은 10% 내지 50% 범위에 있다.

Description

다공성 돌출 패턴을 포함하는 화학-기계적 연마 패드 및 레이저를 이용한 그 제조 방법{CHEMICAL-MECHANICAL POLISHING PAD INCLUDING POROUS PROTRUDING PATTERN AND METHOD FOR PREPARING THE SAME USING LASER}
본 발명은 연마면에 형성된 돌출 패턴을 포함하는 연마 패드 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 구체적으로, 다공성을 갖는 돌출 패턴을 포함하여 연마율을 향상시킴과 동시에 제조 비용을 절감할 수 있는 화학-기계적 연마 패드 및 레이저를 이용한 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 반도체, 디스플레이 등 고집적 회로 디바이스의 제조를 위해 화학-기계적 연마(Chemical-Mechanical Polishing, CMP) 공정이 수반된다. 화학-기계적 연마 공정은 연마 대상 기판, 예컨대 웨이퍼 기판을 회전하는 연마 패드(polishing pad)와 가압 접촉시킴과 동시에 슬러리(slurry)와의 화학적 반응을 이용하여 연마를 수행한다. 화학-기계적 연마 공정은 주로 연마 대상 표면의 평탄화 또는 불필요한 층(layer)의 제거를 목적으로 한다.
연마 공정의 특성은 연마율(Removal Rate, RR), 연마 불균일도(Non-Uniformity, NU), 연마 대상의 손상(scratch) 및 연마 대상의 평탄화도(planarization) 등으로 표현될 수 있다. 이 중에서 연마율은 연마 공정의 가장 중요한 특성 중 한가지로, 연마 패드의 연마면(polishing surface) 형태(morphology, topography), 슬러리 조성, 연마 플레이트(polishing platen)의 온도 등이 주요 요인으로 알려져 있다.
종래의 연마 장치는 연마 패드의 표면, 즉 연마면 특성을 유지하기 위해 컨디셔너(conditioner)를 포함하여 구성된다. 컨디셔너는 연마 패드의 회전축에 대해 편심하여 위치하고, 컨디셔너는 연마 패드의 연마면과 접촉할 수 있도록 구성될 수 있다. 컨디셔너의 연마 패드와 맞닿는 면에는 다이아몬드 등으로 이루어진 절삭 입자가 배치되고, 상기 절삭 입자에 의해 연마 패드 표면에 요철 구조가 형성 내지는 유지될 수 있다. 즉, 연마 공정이 진행되는 과정에서 컨디셔너는 연마 패드의 연마면을 지속적으로 연마하여 연마 패드의 표면 조도(surface roughness)를 일정 수준 이상으로 유지하고, 연마 패드를 포함하는 연마 장치가 대략 일정한 연마율을 나타내도록 할 수 있다.
그러나 연마 공정을 수행함에 따라 연마 패드가 지속적으로 마모되며 표면의 요철 구조 및 그 표면 조도가 일정치 않은 문제가 발생할 수 있다. 만일 표면 조도가 지나치게 작을 경우 연마 대상 기판과 실제로 접촉하는 실접촉 면적이 증가하거나 연마액 슬러리의 유동이 어려워지는 문제가 있다. 반면 표면 조도가 지나치게 클 경우 연마 대상 기판과의 불균일한 접촉으로 인해 요구되는 평탄화도를 만족하지 못하고 연마 대상에 스크래치가 발생할 수 있다. 이러한 연마면의 불균일성 문제는 연마 패드의 수명과 내구성을 짧게 만드는 요인이다.
특히 반도체 등의 패턴 기판이 고집적화됨에 따라 위와 같은 문제는 심화될 수 있다. 예컨대 반도체의 고집적화를 위한 쉘로우 트렌치 분리(Shallow Trench Isolation, STI) 구조 형성을 위해서는 광역 평탄화(global planarization) 수준의 평탄화도가 요구되며, 연마 공정은 반도체 특성에 직접적인 영향을 줄 수 있다.
그러나 종래의 연마 패드의 경우 내구성 문제로 인해 디싱(dishing)과 에로젼(erosion)등의 결함(defect)에 취약한 문제가 있으며, 웨이퍼 등의 표면이 미세한 굴곡을 갖는 경우 이러한 문제는 매우 심각한 공정 불량을 야기할 수 있다. 따라서 쉘로우 트렌치 분리 공정과 같이 높은 수준의 평탄화도를 요구하는 경우에도 적용 가능한 연마 패드의 개발이 절실하게 요구되는 실정이다.
이에 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 연마 공정이 지속됨에도 불구하고 연마면의 안정적인 모폴로지 내지는 토포그래피를 나타낼 수 있는 연마 패드를 제공하는 것이다. 또, 이를 통해 우수한 연마율과 균일도를 가지고, 연마액 슬러리의 사용 효율을 향상시킬 수 있는 연마 패드를 제공하는 것이다.
나아가 연마율에 영향을 줄 수 있는 것으로 새롭게 발견된 요인(factor)으로부터 연마 대상에 따라 연마율을 제어할 수 있는 연마 패드를 제공하는 것이다.
동시에, 위와 같은 연마 특성 향상에도 불구하고 보다 저렴한 비용으로 제조할 수 있는 연마 패드를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 보다 간편한 방법으로 다공성을 갖는 다공성 돌출 패턴을 포함하는 연마 패드를 제조할 수 있는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 연마 패드는 지지층; 및 상기 지지층 상에 배치된 패턴층으로서, 다수의 포어를 갖는 돌출 패턴을 포함하는 패턴층을 포함하되, 상기 돌출 패턴은 측면에 노출된 포어를 가지고, 상기 돌출 패턴의 수직 높이에 대해 상기 측면 포어들이 차지하는 높이의 합의 비율은 10% 내지 50% 범위에 있다.
상기 포어의 평균 직경은 상기 돌출 패턴의 수직 높이의 20% 내지 40% 범위에 있을 수 있다.
또, 상기 패턴층은 베이스 및 베이스 상에 배치된 상기 복수의 돌출 패턴을 포함하고, 상기 베이스 상면의 표면 왜도(Rsk_base)에서 상기 돌출 패턴 표면의 표면 왜도(Rsk_pattern) 를 뺀 값이 0 보다 클 수 있다.
상기 패턴층은 베이스 및 베이스 상에 배치된 상기 복수의 돌출 패턴을 포함하고, 상기 베이스 상면의 포어의 배열 밀도는, 상기 돌출 패턴 표면의 포어의 배열 밀도 보다 작을 수 있다.
상기 패턴층은 베이스 및 베이스 상에 배치된 상기 복수의 돌출 패턴을 포함하고, 상기 베이스는 적어도 부분적으로 함몰된 제1 트렌치를 가질 수 있다.
또, 상기 베이스는 상기 제1 트렌치의 내측벽 상에 노출된 포어를 가지고, 상기 제1 트렌치의 내측벽 상에 노출된 포어의 평균 직경은 30㎛ 내지 150㎛ 범위에 있을 수 있다.
또한 상기 제1 트렌치는 상기 베이스를 관통하고, 상기 제1 트렌치에 의해 상기 지지층의 상면이 적어도 부분적으로 노출될 수 있다.
상기 지지층은 적어도 부분적으로 함몰된 제2 트렌치로서, 상기 제1 트렌치와 연결된 제2 트렌치를 가질 수 있다.
상기 베이스는 상기 제1 트렌치의 내측벽 상에 노출된 포어를 가지고, 상기 지지층은 상기 제2 트렌치의 내측벽 상에 노출된 포어를 가지되, 상기 제2 트렌치의 내측벽의 포어의 평균 직경은, 상기 제1 트렌치의 내측벽의 포어의 평균 직경 보다 클 수 있다.
또한 상기 제1 트렌치는, 원형의 연마 패드 중심으로부터 방사상으로 연장된 복수의 방사 트렌치, 및 상기 중심을 기준으로 동심원 형상을 가지고 복수의 방사 트렌치를 연결하는 동심원 트렌치를 포함하되, 상기 방사 트렌치의 폭은 상기 동심원 트렌치의 폭 보다 클 수 있다.
상기 제1 트렌치는 상기 베이스를 관통하지 않고, 상기 제1 트렌치의 기저면의 표면 조도는, 제1 트렌치의 내측벽의 표면 조도 보다 작을 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 연마 패드는 지지층; 및 상기 지지층 상에 직접 배치된 패턴층으로서, 다수의 공극을 갖는 돌출 패턴을 포함하는 패턴층을 포함하되, 상기 공극은 상기 돌출 패턴의 평면상 둘레 길이의 증가에 기여하고, 단위 면적당 상기 돌출 패턴이 형성하는 연마면의 둘레 길이는 1.0mm/mm2 내지 50.0mm/mm2 범위에 있다.
상기 패턴층의 강성은 상기 지지층의 강성 보다 클 수 있다.
평면 시점에서, 어느 하나의 돌출 패턴의 상면 전체 면적에 대해 상기 공극이 차지하는 면적의 비율은 10% 내지 50%일 수 있다.
또, 어느 하나의 돌출 패턴의 둘레 길이는, 상기 어느 돌출 패턴 최소폭의 4배 내지 50배일 수 있다.
단위 면적당 상기 돌출 패턴이 형성하는 연마면의 둘레 길이는 어느 돌출 패턴의 최소폭의 역수의 0.1배 내지 1.0배 범위에 있을 수 있다.
어느 돌출 패턴의 둘레 길이는, 상기 제1 공극이 존재하지 않았을 때의 둘레 길이에 비해 1.5배 내지 3.5배 증가한 것일 수 있다.
상기 돌출 패턴의 최소 폭은 20㎛ 이상이고, 상기 공극의 평균 직경은 10㎛ 내지 150㎛ 범위에 있을 수 있다.
평면 시점에서, 단위 면적당, 상기 공극이 차지하는 면적은 0.5% 내지 20%일 수 있다.
평면 시점에서, 단위 면적당, 상기 돌출 패턴의 실연마 면적은 5% 내지 30%일 수 있다.
또, 상기 공극은 상기 돌출 패턴의 측면 상에 위치하여 돌출 패턴의 측면 홈을 형성하고 상기 측면 면적 증가에 기여하며 연마 공정시 슬러리의 유동에 영향을 주는 제3 공극을 포함할 수 있다.
상기 제3 공극의 평균 직경은 20㎛ 내지 150㎛ 범위에 있을 수 있다.
상기 지지층의 공극률은 상기 패턴층의 공극률과 상이할 수 있다.
상기 다른 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 연마 패드의 제조 방법은 다공성을 갖는 패턴층을 준비하는 단계; 및 레이저를 이용해 상기 패턴층을 부분적으로 제거하는 단계로서, 베이스 및 베이스 상에 배치된 복수의 돌출 패턴을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 돌출 패턴의 측면에 노출된 포어를 갖도록 패턴층을 부분적으로 제거하는 단계를 포함한다.
상기 패턴층을 부분적으로 제거하는 단계는, 상기 베이스에 트렌치를 형성하는 단계로서, 상기 제1 트렌치의 내측벽에 노출된 포어를 갖도록 트렌치를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또, 상기 패턴층을 부분적으로 제거하는 단계는, 상기 베이스에 트렌치를 형성하는 단계로서, 상기 베이스를 관통하는 트렌치를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
몇몇 실시예에서, 상기 패턴층을 지지층 상에 배치하는 단계; 및 상기 베이스를 관통하는 트렌치를 통해 상기 지지층을 적어도 부분적으로 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 다른 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 연마 패드의 제조 방법은 연마에 필요한 접촉 압력과 돌출 패턴의 평면상 형상과 길이 요소를 결정하는 단계; 상기 접촉 압력을 고려하여 연마 대상 기판과 접촉이 이루어지는 상기 돌출 패턴의 연마 면적을 결정하는 단계; 상기 접촉 압력 및 결정된 상기 연마 면적을 고려하여, 상기 돌출 패턴의 단위 면적당 둘레 길이를 결정하는 단계; 및 상기 돌출 패턴을 포함하는 패턴층을 제조하는 단계를 포함한다.
상기 패턴층은 다수의 공극을 갖는 돌출 패턴을 포함하고, 상기 공극은 상기 돌출 패턴의 둘레 길이 증가에 기여할 수 있다. 공극은 돌출패턴의 둘레 길이 증가에 기여할 수 있으며, 또한 연마면적을 감소시키는 역할을 하게 되어 동일 연마하중인 경우 실접촉 압력의 향상을 가져올 수 있다.
또, 상기 패턴층을 제조하는 단계에서, 제조된 상기 돌출 패턴의 길이 요소는 결정된 길이 요소 보다 클 수 있다.
상기 패턴층을 제조하는 단계 전에, 돌출 패턴이 내포하는 공극의 크기를 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 또 다른 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 연마 장치는 회전하도록 구성된 연마 플레이튼; 및 상기 연마 플레이튼 상에 배치되는 연마 패드를 포함한다.
기타 실시예의 구체적인 사항들은 상세한 설명에 포함되어 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 연마 공정이 지속됨에도 불구하고 연마면의 표면 조도 내지는 토포그래피를 안정적으로 유지하고, 연마율과 연마 균일도를 향상시킬 수 있다. 또, 연마 대상의 표면이 미세한 굴곡을 갖는다 하더라도 대상 표면의 굴곡을 따른 수직 방향 추종(follow)이 가능하여 연마율과 연마 균일도를 개선하는 효과가 있다.
뿐만 아니라, 연마 패드 표면의 패턴 구조, 패턴의 길이, 패턴의 접촉면 등의 인자로부터 연마율을 제어할 수 있고, 본 발명의 실시예들에 따른 특유의 돌출 패턴의 형상과 배열을 통해 슬러리의 사용 효율을 개선할 수 있다
더욱이 위와 같이 돌출 패턴의 구조, 길이 및/또는 접촉 면적 등의 요소가 소정의 범위 내를 만족하도록 구성하면서도, 돌출 패턴이 특정된 크기의 기공 크기를 가져 기공을 형성하는 가장자리가 돌출 패턴의 둘레 길이 등의 증가에 기여할 수 있다. 따라서 돌출 패턴을 형성하기 위한 공정 설비의 단순화를 도모할 수 있고 연마 패드 및 연마 장치의 제조 비용 절감에 기여할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연마 장치의 사시도이다.
도 2는 도 1의 연마 패드의 평면 레이아웃이다.
도 3은 도 2의 A 부분을 확대하여 나타낸 확대사시도이다.
도 4는 도 2의 돌출 패턴의 배열을 나타낸 평면도이다.
도 5는 도 2의 어느 돌출 패턴을 확대하여 나타낸 확대사시도이다.
도 6은 도 2의 B-B' 선을 따라 절개한 단면도이다.
도 7은 도 2의 연마 패드가 연마 대상 기판과 접촉한 상태를 나타낸 모식도이고, 도 8은 도 7과 비교되는 모식도이다.
도 9는 도 2의 연마 패드가 연마 대상 기판과 접촉한 상태를 나타낸 다른 모식도이고, 도 10은 도 9과 비교되는 모식도이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 연마 패드의 평면 레이아웃이다.
도 12는 도 11의 A 부분을 확대하여 나타낸 확대사시도이다.
도 13은 도 12의 B-B' 선을 따라 절개한 단면도이다.
도 14 내지 도 18은 각각 본 발명의 또 다른 실시예들에 따른 연마 패드의 단면도들이다.
도 19 내지 도 22는 본 발명의 일 실시예에 따른 연마 패드의 제조 방법을 순서대로 나타낸 도면들이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 즉, 본 발명이 제시하는 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있다. 아래 설명하는 실시예들은 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 이들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도면에 도시된 구성요소의 크기, 두께, 폭, 길이 등은 설명의 편의 및 명확성을 위해 과장 또는 축소될 수 있으므로 본 발명이 도시된 형태로 제한되는 것은 아니다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
공간적으로 상대적인 용어인 '위(above)', '상부(upper)', ‘상(on)’, '아래(below)', '아래(beneath)', '하부(lower)' 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 소자 또는 구성 요소들과 다른 소자 또는 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 소자의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들면, 도면에 도시되어 있는 소자를 뒤집을 경우, 다른 소자의 '아래(below 또는 beneath)'로 기술된 소자는 다른 소자의 '위(above)'에 놓일 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 '아래'는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다.
본 명세서에서, '및/또는'은 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 또, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 본 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. '내지'를 사용하여 나타낸 수치 범위는 그 앞과 뒤에 기재된 값을 각각 하한과 상한으로서 포함하는 수치 범위를 나타낸다. '약' 또는 '대략'은 그 뒤에 기재된 값 또는 수치 범위의 20% 이내의 값 또는 수치 범위를 의미한다.
본 명세서에서, 제1 방향(X)은 평면 내 임의의 방향을 의미하고, 제2 방향(Y)은 상기 평면 내에서 제1 방향(X)과 교차하거나 수직한 다른 방향을 의미한다. 또, 제3 방향(Z)은 상기 평면과 수직한 방향을 의미한다. 다르게 정의되지 않는 한, '평면'은 제1 방향(X)과 제2 방향(Y)이 속하는 평면을 의미한다. 또, 다르게 정의되지 않는 한, '중첩'은 상기 평면 시점에서 구성요소들이 제3 방향(Z)으로 중첩하는 것을 의미한다.
본 명세서에서, 사용되는 용어 '돌출 패턴'은 어느 기준면으로부터 돌출된 형상의 구조체를 의미한다. 상기 패턴의 평면상 배열은 규칙적이거나 불규칙적일 수 있다. 복수의 돌출 패턴이 모여 특정한 형상의 군집 패턴을 형성하고, 상기 군집 패턴이 실질적으로 규칙적으로 배열되는 경우에도, 상기 용어 돌출 패턴은 하나의 군집 패턴을 형성하는 복수의 돌출 패턴 중 어느 하나를 의미하는 것으로 사용될 수 있다.
본 명세서에서, 왜도(skewness)로 정의되는 표면 조도, 또는 표면 왜도는 평균값에 관한 비대칭의 방향와 그 정도를 나타내는 특성값을 의미할 수 있다. 즉, 표면 조도에 있어서, 표면 왜도(Rsk)가 음의 값을 가질 경우, 대략 또는 상대적으로 평평한 면으로부터 함몰된 부분이 형성된 면의 경향이 큰 것을 의미한다. 반면 표면 조도에 있어서, 표면 왜도가 양의 값을 가질 경우 대략 또는 상대적으로 평평한 면으로부터 돌출된 부분이 형성된 면의 경향이 큰 것을 의미한다. 또, 표면 왜도가 0일 경우 조도가 평균값으로부터 위아래로 대칭적인 것을 의미한다. 왜도에 대해서는 하기 이미지를 참조할 수 있다.
Figure 112021078801416-pat00001
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연마 장치의 사시도이다.
도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 연마 장치(1)는 회전축과 연결된 연마 플레이튼(10) 및 연마 플레이튼(10) 상에 배치된 연마 패드(11)를 포함하고, 연마 패드(11)의 연마면 상에 슬러리(70)를 공급하는 노즐(60) 및/또는 캐리어(40)를 더 포함할 수 잇다. 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니나, 본 실시예에 따른 연마 장치(1)는 연마 패드(11)의 연마면 표면 조도를 조절하기 위한 컨디셔너는 불필요할 수 있다.
연마 플레이튼(10)은 대략 원판 형태로 구성되어 회전, 예컨대 반시계 방향으로 회전할 수 있다. 또, 연마 플레이튼(10)은 그 상부의 연마 패드(11)를 안정적으로 지지할 수 있다. 즉, 연마 플레이튼(10)은 회전 테이블과 같은 기능을 제공할 수 있다.
연마 패드(11)는 연마 플레이튼(10) 상에 배치될 수 있다. 연마 패드(11)의 연마 대상 기판(50)과 맞닿는 상면은 연마면을 형성할 수 있다. 도 1에는 표현되지 않았으나, 연마 패드(11)의 연마면, 즉 상면에는 미세한 크기의 패턴(pattern)들 및/또는 트렌치(trench)가 형성된 상태일 수 있다. 연마 패드(11)의 연마면의 형상, 모폴로지 내지는 토폴로지에 대해서는 도 2 등과 함께 상세하게 후술된다.
연마 대상 기판(50)은 연마 플레이튼(10)의 회전축 또는 연마 패드(11)의 회전축과 편심하여 위치가 고정된 상태일 수 있다. 연마 대상 기판(50)은 회전축과 연결된 캐리어(40)에 의해 고정되고 캐리어(40)에 의해 회전하는 상태일 수 있다. 연마 대상 기판(50)의 회전 방향은 연마 패드(11)의 회전 방향과 동일 방향일 수 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며 연마 대상 기판(50)과 연마 패드(11)의 회전 방향은 반대 방향일 수도 있다. 연마 패드(11)와 맞닿아 연마되는 연마 대상 기판(50)은 반도체 웨이퍼 기판, 디스플레이 기판 등을 예시할 수 있으나 본 발명이 이에 제한되지 않음은 물론이다.
노즐(60)은 연마 패드(11) 상에 배치되어 연마 패드(11)의 연마면에 슬러리(70)를 공급할 수 있다. 본 명세서에서, 용어 '슬러리'는 연마액 내지는 연마 입자 등과 대략 동일한 의미로 사용될 수 있다. 슬러리(70)는 연마 패드(11)의 회전에 의해 발생하는 원심력에 의해 연마 패드(11)의 연마면 상에서 유동하며, 적어도 일부는 연마 패드(11)와 연마 대상 기판(50) 사이에 침투하여 화학 반응을 통해 연마에 기여할 수 있다.
이하, 도 2 내지 도 6를 더 참조하여 연마 패드(11)에 대해 보다 상세하게 설명한다. 도 2는 도 1의 연마 패드의 평면 레이아웃이다. 도 3은 도 2의 A 부분을 확대하여 나타낸 확대사시도이다. 도 4는 도 2의 돌출 패턴의 배열을 나타낸 평면도이다. 도 5는 도 2의 어느 돌출 패턴을 확대하여 나타낸 확대사시도이다. 도 6은 도 2의 B-B' 선을 따라 절개한 단면도이다.
도 2 내지 도 6을 더 참조하면, 본 실시예에 따른 연마 패드(11)는 평면 시점에서 대략 원형일 수 있다. 또, 연마 패드(11)는 지지층(100) 및 지지층(100) 상에 배치된 패턴층(200)을 포함할 수 있다. 패턴층(200)의 돌출 패턴(230)의 상면은 전체적으로 연마면(polishing surface)을 형성할 수 있다. 지지층(100) 및 패턴층(200)은 각각 소정의 유연성(flexibility)을 갖는 재질을 포함하여 이루어질 수 있다.
예시적인 실시예에서, 지지층(100)의 강도(strength), 강성(rigidity) 및/또는 경도는 패턴층(200)의 강도, 강성 및/또는 경도 보다 작을 수 있다. 즉, 지지층(100)은 패턴층(200) 보다 유연성이 크고 탄성 계수(modulus of elasticity)가 작을 수 있다. 상기 탄성 계수는 손실 탄성 계수(loss modulus) 및/또는 저장 탄성 계수(storage modulus)를 포함하는 의미이다.
이를 통해 연마 대상 기판(50)의 표면이 미세한 굴곡을 갖는 경우, 연마 대상 기판(50)에 요구되는 평탄화 특성이 고도한 경우, 및/또는 연마 패드(11)가 미세한 굴곡을 갖는 경우에도 연마 패드(11)의 상면에 형성된 돌출 패턴(230)이 연마 대상 기판(50)의 굴곡을 따라 밀착하여 연마를 수행하도록 할 수 있다. 즉, 연마 패드(11)가 연마 대상 기판(50)의 표면을 따라 추종(follow)하도록 할 수 있다. 이에 대해서는 도 7 등과 함께 후술된다.
지지층(100) 및 패턴층(200)은 서로 동일하거나 상이한 재질로 이루어질 수 있다. 비제한적인 예시로, 지지층(100) 및 패턴층(200)은 실질적으로 동일한 고분자 소재를 포함하여 이루어질 수 있다. 상기 고분자 재료의 예로는 (폴리)우레탄((poly)urethane, PU), (폴리)(메트)아크릴레이트((poly)(meth)acrylate), (폴리)에폭시((poly)epoxy), 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌(ABS), (폴리)에테르이미드((poly)etherimide), (폴리)아미드((poly)amide), (폴리)프로필렌((poly)propylene), (폴리)부타디엔((poly)butadiene), 폴리알킬렌옥사이드(polyalkylene oxide), (폴리)에스테르((poly)ester), (폴리)아이소프렌((poly)isoprene), (폴리)스티렌((poly)styrene), (폴리)에틸렌((poly)ethylene), (폴리)카보네이트((poly)carbonate), 폴리플루오렌, 폴리페닐렌, 폴리아줄렌, 폴리피렌, 폴리나프탈렌, 폴리-p-페닐렌비닐렌, 폴리피롤, 폴리카바졸, 폴리인돌, 폴리아닐린, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
지지층(100)과 패턴층(200)의 강성 등은 고분자 재료의 가교도 등을 통해 제어될 수 있으나 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
지지층(100)은 평면 시점에서 대략 원형을 가지고, 그 상부의 패턴층(200)을 지지하는 기능을 제공할 수 있다. 지지층(100)의 최소 두께(T1)의 하한은 약 1mm 이상, 또는 약 2mm 이상, 또는 약 3mm 이상일 수 있다. 지지층(100)의 두께가 상기 범위 보다 작을 경우 지지층(100)이 충분한 탄성 또는 변형율을 나타내지 못하고 연마 대상 기판(50)의 굴곡을 따라 연마 패드(11)가 추종하기 곤란할 수 있다. 지지층(100) 두께(T1)의 상한은 특별히 제한되지 않으나, 예를 들어 약 5mm 이하, 또는 약 4mm 이하일 수 있다. 본 명세서에서, 어느 수치 범위의 상한과 하한이 각각 복수개 기재된 경우, 본 명세서가 개시하는 수치 범위는 복수의 상한 중 임의로 선택된 어느 하나의 상한과 복수의 하한 중 임의로 선택된 어느 하나의 하한 사이의 수치 범위를 개시하는 것으로 이해되어야 한다.
몇몇 실시예에서, 지지층(100)의 공극률은 후술할 패턴층(200)의 공극률과 상이할 수 있다. 비제한적인 예시로, 지지층(100)은 후술할 패턴층(200)에 비해, 구체적으로 돌출 패턴(230)에 비해 더 큰 공극률을 가질 수 있다. 예컨대, 지지층(100)의 공극률은 패턴층(200) 공극률의 약 1.3배 이상, 또는 약 1.4배 이상, 또는 약 1.5배 이상일 수 있다. 앞서 설명한 것과 같이 지지층(100)은 패턴층(200) 보다 유연성이 클 수 있다. 이를 구현하기 위해 소재의 종류, 물성 등을 제어할 수도 있으나, 공극률을 이용하여 제어할 수도 있다. 다만, 본 발명이 이에 제한되지 않음은 물론이며, 다른 실시예에서, 지지층(100)의 공극률은 패턴층(200)의 공극률 보다 작을 수도 있다.
패턴층(200)은 지지층(100) 상에 배치될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 패턴층(200)은 별도의 접합층 없이 지지층(100) 상에 직접 배치될 수 있다. 패턴층(200)은 베이스(210) 및 베이스(210) 상에 배치된 복수의 돌출 패턴(230)을 포함할 수 있다. 돌출 패턴(230)은 베이스(210) 상에서 서로 이격되어 복수개일 수 있다.
베이스(210)와 돌출 패턴(230)은 물리적 경계 없이 일체로 및 연속적으로 형성되며, 동일한 재질로 이루어질 수 있다. 다른 실시예에서, 베이스(210)와 돌출 패턴(230)은 물리적 경계를 가지고 서로 다른 재질로 이루어질 수도 있다. 이 경우 베이스(210)의 강도, 강성 및/또는 경도 등은 돌출 패턴(230)의 그것 보다 작을 수 있다.
베이스(210)는 서로 이격된 복수의 돌출 패턴(230)과 제3 방향(Z)으로 중첩하는 부분일 수 있다. 또, 베이스(210)는 평면 시점에서, 연마 패드(11)와 상응하는 대부분의 면적을 차지하며 지지층(100)을 커버하는 부분일 수 있다. 또는, 베이스(210)는 후술할 돌출 패턴(230)을 제외한 패턴층(200)의 나머지 부분을 의미할 수 있다.
베이스(210) 최대 두께(T2)의 하한은 약 0.01mm 이상, 또는 약 0.05mm 이상, 또는 약 0.1mm 이상, 또는 약 0.5mm 이상, 또는 약 1.0mm 이상일 수 있다. 베이스(210)의 두께가 상기 범위 보다 작을 경우 연마 대상 기판(50)의 굴곡을 따라 연마 패드(11)가 추종하기 곤란할 수 있다. 베이스(210)의 두께(T2)의 상한은 특별히 제한되지 않으나, 예를 들어 약 약 3.0mm 이하, 또는 약 2.5mm 이하, 또는 약 2.0mm 이하, 또는 약 1.5mm 이하일 수 있다.
복수의 돌출 패턴(230)은 하나의 베이스(210) 상에 배치될 수 있다. 돌출 패턴(230)은 연마 패드(11)의 최상단 레벨을 형성하며 연마면을 형성하는 부분일 수 있다. 즉, 패턴층(200)이 다단 구조를 갖는 경우에도 돌출 패턴(230)은 실제 연마에 기여하는 돌출 부분을 의미할 수 있다.
예시적인 실시예에서, 돌출 패턴(230)은 평면 시점에서 대략 사각 형상일 수 있다. 다른 실시예에서, 돌출 패턴(230)은 평면 시점에서 대략 '+'자 형상, 또는 대략 'X'자 형상 등을 가질 수도 있다. 또 다른 실시예에서, 복수의 돌출 패턴들은 소정의 규칙성을 가지고 군집을 이루며, 상기 군집 패턴들이 규칙적 또는 불규칙적으로 배열될 수도 있다.
또, 도 2 등은 평면 시점에서 복수의 돌출 패턴(230)이 실질적으로 규칙적으로 배열된 상태를 예시하고 있으나, 다른 실시예에서 복수의 돌출 패턴(230)은 실질적으로 불규칙하게 배열되거나, 또는 임의의 배열(random arrangement)을 가질 수 있다. 또 다른 실시예에서, 복수의 돌출 패턴(230)이 모여 하나의 군집 패턴을 형성하고, 상기 군집 패턴이 실질적으로 규칙적으로 배열될 수 있다. 이 경우 어느 군집 패턴 내의 복수의 돌출 패턴(230)은 규칙성을 가지고 배열될 수 있다.
본 실시예에서 돌출 패턴(230)들은 적어도 2개의 방향을 따라 반복 배열되어 규칙적 배열을 형성할 수 있다. 예를 들어, 돌출 패턴(230)은 제1 방향(X) 및 제2 방향(Y)을 따라 실질적으로 동일한 이격 거리를 가지고 반복 배열되어 대략 매트릭스(matrix) 배열될 수 있다.
돌출 패턴(230)의 크기 등은 연마 패드(11)의 연마율(polishing rate), 연마 불균일도(NU) 등에 영향을 미치는 주요 요인이 될 수 있다. 본 발명의 발명자들은 돌출 패턴(230)의 둘레 길이 및/또는 면적에 의해 연마율을 제어할 수 있음을 확인하고 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
예시적인 실시예에서, 평면 시점에서, 돌출 패턴(230)이 차지하는 연마 면적, 또는 실연마 면적, 즉 돌출 패턴(230)의 상면이 차지하는 면적은 전체 면적에 대해 약 1.0% 이상 80% 이하, 또는 약 1.0% 이상 70% 이하, 또는 약 1.0% 이상 60% 이하, 또는 약 1.0% 이상 50% 이하, 또는 약 1.0% 이상 45.0% 이하, 또는 약 1.0% 이상 40% 이하, 또는 약 1.0% 이상 35% 이하, 또는 약 1.0% 이상 30% 이하, 또는 약 3.0% 이상 30.0% 이하, 또는 약 5.0% 이상 30.0% 이하, 또는 약 10.0% 이상 30.0% 이하일 수 있다. 즉, 전체 면적에 대한 연마 면적의 하한은 약 1.0%, 또는 약 3.0%, 또는 약 5.0% 일 수 있다. 전체 면적에 대한 연마 면적의 상한은 약 80%, 또는 약 70%, 또는 약 60%, 또는 약 50%, 또는 약 45%, 또는 약 40%, 또는 약 35%, 또는 약 30%일 수 있다.
본 명세서에서, 사용되는 용어 '연마 면적' 또는 '실연마 면적'은 돌출 패턴(230)의 상단이 연마 대상 기판(50)과 맞닿아 연마에 기여하는 면적을 의미한다. 즉, 연마 패드(11)의 패턴층(200) 중에 최대 높이를 형성하는 부분이 차지하는 면적을 의미한다. 상기 연마 면적은 연마 패드(11)의 전체 면적에 대한 돌출 패턴(230)들의 상부 면적의 합으로 계산될 수도 있으나, 일부의 단위 면적에 대해 그 단위 면적 내에 위치하는 돌출 패턴(230)들의 상부 면적의 합 또한 실질적으로 동일한 의미로 사용될 수 있다.
또, 후술할 바와 같이 돌출 패턴(230)은 가장자리의 둘레 길이 증가에 기여하는 제1 포어(P1) 및 제2 포어(P2)를 가질 수 있다. 이 경우 전술한 돌출 패턴(230)이 차지하는 면적은 제1 포어(P1)와 제2 포어(P2)가 차지하는 면적을 제외한 면적을 의미할 수 있다. 제1 포어(P1)와 제2 포어(P2)에 대해서는 상세하게 후술된다.
예를 들어, 도 4에 도시된 것과 같이 어느 돌출 패턴(230)의 평면상 형상이 한변의 길이가 W인 대략 정사각형 형상인 경우, 해당 돌출 패턴(230)이 차지하는 평면상 면적은 W×W에서 제1 포어(P1)와 제2 포어(P2)가 차지하는 면적을 제외한 면적일 수 있다. 따라서 돌출 패턴(230)이 차지하는 면적(S)은 W×W 보다 다소 작을 수 있다. 구체적으로, 어느 하나의 돌출 패턴(230)이 형성하는 연마 면적(S)은 (W×W)-(제1 포어가 차지하는 면적 + 제2 포어가 차지하는 면적)일 수 있다.
다른 예를 들어, 어느 하나의 돌출 패턴(230)이 차지하는 평면상 면적이 S로 표현되는 경우, 연마 면적이 차지하는 비율은 연마 패드(11)의 평면상 전체 면적에 대한 S×n으로 표현될 수 있다. 여기서 n은 연마 패드(11)에 포함된 돌출 패턴(230)의 총 개수이다.
또 다른 예를 들어, 상기 연마 면적의 비율은 연마 패드(11)의 임의의 확인 대상 면적에 대해, 상기 확인 대상 면적에 속하는 돌출 패턴(230)들이 차지하는 면적으로 표현될 수 있다. 이 경우 확인 대상 면적(예컨대, 검사 면적)을 x 축으로 하고 그 경우의 돌출 패턴(230)이 차지하는 면적을 y 축으로 하는 경우, 상기 연마 면적의 비율은 상기 그래프의 기울기(slope)로 표현될 수도 있다.
전술한 연마 면적의 비율(%)이 상기 범위에 있을 때 우수한 연마율을 나타내며, 돌출 패턴(230)의 배열, 형상 및/또는 크기의 변형을 통해 연마율 등의 연마 특성을 제어할 수 있다. 또, 연마 면적이 너무 클 경우 실접촉 압력의 감소와 슬러리의 유동 제한에 의해 연마율이 되려 감소할 수 있다.
한편, 평면 시점의 단위 면적, 예컨대 1mm2에 있어서, 돌출 패턴(230)의 평면상 둘레가 형성하는 단위 면적당 둘레 길이는 약 1.0mm/mm2 이상 250.0mm/mm2 이하, 또는 약 1.0mm/mm2 이상 200.0mm/mm2 이하, 또는 약 1.0mm/mm2 이상 150.0mm/mm2 이하, 또는 약 1.0mm/mm2 이상 100.0mm/mm2 이하, 또는 약 1.0mm/mm2 이상 50.0mm/mm2 이하, 또는 약 1.0mm/mm2 이상 30.0mm/mm2 이하, 또는 약 1.0mm/mm2 이상 25.0mm/mm2 이하, 또는 약 1.0mm/mm2 이상 20.0mm/mm2 이하, 또는 약 1.0mm/mm2 이상 16.0mm/mm2 이하, 또는 약 1.0mm/mm2 이상 10.0mm/mm2 이하, 또는 약 3.0mm/mm2 이상 10.0mm/mm2 이하, 또는 약 5.0mm/mm2 이상 10.0mm/mm2 이하일 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 용어 '단위 면적당 둘레 길이'는 단위 면적(1mm2) 당 돌출 패턴(230)들의 연마 면적이 형성하는 외곽 길이를 의미한다.
예를 들어, 도 4에 도시된 전체 사각형이 1mm2의 면적을 갖는 것으로 가정할 경우, 상기 단위 면적당 둘레 길이는 4개의 돌출 패턴×L로 표현될 수 있다. 여기서 L은 어느 하나의 돌출 패턴(230)이 형성하는 둘레 길이를 의미한다. 예를 들어, L은 4개변×W 보다 다소 클 수 있다. 전술한 바와 같이 제1 포어(P1)와 제2 포어(P2)는 돌출 패턴(230)의 둘레 길이의 증가를 야기하기 때문이다. 즉, 본 명세서에서, 돌출 패턴(230)의 둘레 길이는 외곽 가장자리 뿐 아니라, 평면상 임의의 형상을 갖는 돌출 패턴(230)의 제1 포어(P1)를 포함하는 가장자리(edge)에 의해 형성된 폐곡선의 내부에 위치한 제2 포어(P2)의 둘레 길이를 포함하여 형성된다.
다른 예를 들어, 상기 단위 면적당 둘레 길이는 연마 패드(11)의 임의의 확인 대상 면적에 대한 상기 확인 대상 면적에 속하는 돌출 패턴(230)이 형성하는 둘레 길이로 표현될 수 있다. 이 경우 확인 대상 면적(예컨대, 검사 면적)을 x 축으로 하고 그 경우의 돌출 패턴(230)이 형성하는 총 둘레 길이를 y 축으로 하는 경우, 상기 단위 면적당 둘레 길이는 상기 그래프의 기울기(slope)로 표현될 수도 있다.
전술한 단위 면적당 둘레 길이(mm/mm2)가 상기 범위에 있을 때 우수한 연마율을 나타낼 수 있다. 이에 대해서는 후술한다.
돌출 패턴(230)이 평면상 대략 사각형인 예시적인 실시예에서, 돌출 패턴(230)의 최대폭(Wmax)은 대략 대각선 방향으로 형성될 수 있다. 반면 돌출 패턴(230)의 최소폭(W)은 어느 한 변의 길이에 상응할 수 있다. 본 명세서에서, 돌출 패턴의 최소폭은 다른 돌출 패턴과 물리적으로 분리 및 이격되어 독립된 어느 하나의 돌출 패턴(230)이 갖는 평면상 길이, 너비 내지는 폭 중에서 가장 최소의 길이를 갖는 부분의 폭을 의미한다. 또, 최소폭은 돌출 패턴(230)을 형성하기 위한 공정 및/또는 공정 설비에서 제어가 필요한 최소 길이를 의미하며, 포어에 의해 증가되는 길이를 제외하고, 일점과 타점간의 최단 거리를 의미할 수 있다.
돌출 패턴(230)의 최대폭(Wmax)은 돌출 패턴(230)의 평면상 형상에 따라 달라질 수 있으나, 예를 들어 돌출 패턴(230)의 최대폭(Wmax)은 약 1.0mm 이하, 또는 약 0.8mm 이하, 또는 약 0.5mm 이하, 또는 약 0.3mm 이하일 수 있다.
돌출 패턴(230)의 최소폭은 어느 한 변의 길이(W)에 상응할 수 있다. 돌출 패턴(230)의 최소폭(W)의 하한은 약 20㎛ 이상, 또는 약 30㎛, 이상, 또는 약 40㎛ 이상, 또는 약 50㎛ 이상, 또는 약 60㎛ 이상, 또는 약 70㎛ 이상, 또는 약 80㎛ 이상, 또는 약 90㎛ 이상, 또는 약 100㎛ 이상일 수 있다. 최소폭(W)의 상한은 특별히 제한되지 않으나, 최대폭(Wmax) 미만일 수 있다.
돌출 패턴(230)의 높이(H)는 연마 패드(11)의 연마 특성 및 내구성에 영향을 줄 수 있다. 돌출 패턴(230)의 최소 높이(H)는 베이스(210)의 상면(210s)으로부터 돌출 패턴(230)의 상단까지의 수직 최단 거리를 의미한다.
돌출 패턴(230)의 높이(H)는 돌출 패턴(230)이 갖는 최소폭(W)과 상관 관계에 있을 수 있다. 즉 수직 단면 상에서 돌출 패턴(230)의 장폭비가 너무 커지면 연마 패드(11)가 회전하며 연마 대상 기판(50)과 밀착하는 과정에서 평면 방향, 예컨대 제1 방향(X)과 제2 방향(Y)이 속하는 평면 내 임의 방향으로의 기울어짐 또는 찌그러짐이 발생할 수 있고 설계된 연마를 온전히 수행하지 못할 수 있다. 반면 돌출 패턴(230)의 높이(H)가 지나치게 작을 경우 연마 공정이 반복됨에 따라 돌출 패턴(230) 상단에 발생하는 손상 또는 마모 등으로 인해 연마 패드(11)의 수명이 지나치게 짧아질 수 있다.
위와 같은 관점에서 돌출 패턴(230)의 최소 높이(H)는 돌출 패턴(230)의 최소폭의 약 0.5배 내지 2.5배, 또는 약 0.6배 내지 2.0배, 또는 약 0.7배 내지 1.8배, 또는 약 0.8배 내지 1.7배, 또는 약 0.9배 내지 1.6배, 또는 약 1.0배 내지 1.5배 범위에 있을 수 있다.
전술한 바와 같이 돌출 패턴(230)은 다공성을 가지고, 다수의 포어들(P)을 가질 수 있다. 상기 다수의 포어들(P)은 제1 포어(P1), 제2 포어(P2) 및 제3 포어(P3)를 포함할 수 있다. 본 명세서에서 용어 '포어'는 '공극' 등의 용어와 혼용될 수 있다.
제1 포어(P1)는 돌출 패턴(230)의 상면에 노출되며, 평면 시점에서 돌출 패턴(230)의 가장자리에 위치하여 둘레 길이(L)의 증가에 기여하는 포어를 의미한다. 즉, 제1 포어(P1)는 돌출 패턴(230) 평면 가장자리의 만입부를 형성할 수 있다. 제1 포어(P1)는 평면 시점에서 원호, 타원호 등의 형상일 수 있다.
제2 포어(P2)는 돌출 패턴(230)의 상면, 즉 연마면 상에 노출되어 어느 돌출 패턴(230)이 형성하는 연마면의 둘레 길이(L)의 증가에 기여한다는 점에서 제1 포어(P1)와 동일할 수 있다. 반면 제2 포어(P2)는 제1 포어(P1)와 같이 만입부를 형성하는 형상이 아니라, 평면 시점에서 대략 원, 타원, 또는 찌그러진 원이나 타원 형상 등의 폐곡선 형상인 점이 제1 포어(P1)와 상이한 점이다.
예시적인 실시예에서, 평면 시점에서, 어느 하나의 돌출 패턴(230)의 상면 전체 면적에 대해 돌출 패턴(230) 상부에 노출된 포어들이 차지하는 면적, 즉 제1 포어(P1)와 제2 포어(P2)가 차지하는 면적의 비율은 약 10% 내지 80%, 또는 약 10% 내지 70%, 또는 약 10% 내지 60%, 또는 약 10% 내지 50%, 또는 약 20% 내지 40%, 또는 약 25% 내지 35% 범위에 있을 수 있다.
다시 말해서, 어느 하나의 돌출 패턴(230)에 있어서, 전술한 하나의 돌출 패턴이 형성하는 연마 면적(S)은 어느 하나의 돌출 패턴의 외관상 면적, 예컨대 (W×W)의 약 20% 내지 90%, 또는 약 30% 내지 90%, 또는 약 40% 내지 90%, 또는 약 50% 내지 90%, 또는 약 60% 내지 80%, 또는 약 65% 내지 75% 범위에 있을 수 있다.
제1 포어(P1)와 제2 포어(P2)는 대략 균일하게 분산될 수 있다. 제1 포어(P1)와 제2 포어(P2)가 지나치게 많이 형성될 경우, 즉 배열 밀도 등이 지나치게 높을 경우 가장자리에 위치한 제1 포어(P1)가 너무 많이 형성될 수 있다. 이 경우 돌출 패턴(230)의 상면, 다시 말해서 연마면이 온전한 형상을 구비하지 못하고 연마 과정에서 돌출 패턴(230)이 붕괴되는 등 내구성이 감소할 수 있다. 반면, 제1 포어(P1)와 제2 포어(P2)가 지나치게 적게 형성될 경우 돌출 패턴(230)의 가장자리 둘레 길이 증가가 미미할 수 있다.
본 실시예에 따른 다공성을 갖는 돌출 패턴(230)을 포함하는 연마 패드(11)를 제조하는 과정에 있어서, 우선 연마에 필요한 접촉 압력과 돌출 패턴(230)의 평면상 형상 및 길이 요소를 결정하고, 돌출 패턴(230)이 내포하는 포어들(P)의 크기를 결정할 수 있다. 그리고 접촉 압력을 고려하여 돌출 패턴(230)의 연마 면적, 즉 상부 면적을 결정할 수 있다. 그 다음 결정된 접촉 압력과 연마 면적을 고려하여 돌출 패턴(230)의 단위 면적당 둘레 길이를 결정하고, 이에 따라 돌출 패턴(230)을 포함하는 패턴층(200)을 포함하는 연마 패드(11)를 제조할 수 있다.
이 경우 전술한 바와 같이 연마율에 영향을 주는 요소, 즉 돌출 패턴(230)의 연마 면적의 비율과 단위 면적당 둘레 길이를 동시에 제어하는 것은 쉽지 않은 일이다. 특히 요구되는 연마 면적이 결정된 상태에서 단위 면적당 둘레 길이를 증가시키는 데에는 한계가 있다. 패턴 형상 변경으로 둘레 길이를 증가시키려는 경우, 연마 면적의 감소를 야기하거나, 적어도 패턴의 최소폭 감소로 인해 제조 비용 상승을 야기할 수 있다.
그러나 본 실시예에 따를 경우 돌출 패턴(230)의 포어들(P)을 이용하여 연마 면적을 실질적으로 유지하면서도 단위 면적당 둘레 길이의 증가를 상대적으로 용이하게 달성할 수 있다. 전술한 것과 같은 제1 포어(P1)와 제2 포어(P2)의 면적 비율을 갖는 경우, 둘레 길이의 증가를 야기하는 제1 포어(P1) 및 제2 포어(P2)가 존재하지 않았을 경우에 비해 제1 포어(P1)를 갖는 본 실시예에 따른 돌출 패턴(230)의 둘레 길이는 약 1.5배 내지 3.5배, 또는 약 2.0배 내지 3.0배, 또는 약 2.2배 내지 2.7배 증가될 수 있다.
또, 돌출 패턴(230)의 평면상 형상에 따라 다소 차이가 발생할 수 있으나, 본 실시예와 같이 돌출 패턴(230)이 제1 방향(X) 및 제2 방향(Y)으로 연장된 가장자리를 갖는 경우, 어느 하나의 돌출 패턴(230)이 갖는 전체 둘레 길이는 돌출 패턴(230)의 최소폭(W)의 약 4배 내지 50배, 또는 약 5배 내지 50배, 또는 약 8배 내지 40배, 또는 약 10배 내지 30배, 또는 약 15배 내지 25배일 수 있다.
또는, 단위 면적당 돌출 패턴(230)이 형성하는 둘레 길이는 어느 하나의 돌출 패턴(230)의 최소폭(W)의 역수의 약 0.1배 내지 1.0배, 또는 약 0.2배 내지 0.9배, 또는 약 0.3배 내지 0.8배일 수 있다.
한편, 전술한 것과 같이 연마 패드(11)의 전체 면적에 대한 돌출 패턴(230)들이 차지하는 연마 면적 비율의 하한은 약 1.0%, 또는 약 3.0%, 또는 약 5.0%, 또는 약 10%이고, 상한은 약 80%, 또는 약 70%, 또는 약 60%, 또는 약 50%, 또는 약 45%, 또는 약 40%, 또는 약 35%, 또는 약 30%일 수 있다.
이 경우 연마 패드(11)의 전체 면적에 대한 돌출 패턴 상면에서의 제1 포어(P1)와 제2 포어(P2)가 차지하는 면적의 비율, 또는 단위 면적당 제1 포어(P1)와 제2 포어(P2)가 차지하는 면적의 비율은 약 0.01% 내지 25%, 또는 약 0.5% 내지 20%, 또는 약 1.0% 내지 15%일 수 있다.
본 발명의 발명자들은 연마율 등에 영향을 주는 요소로서 돌출 패턴(230)의 상부 면적(즉, 실 연마 면적)의 비율과 단위 면적당 둘레 길이에 더하여, 본 실시예와 같이 돌출 패턴(230)이 소정 크기 이상의 포어들(P)을 갖는 경우의 요소를 발굴하고 본 발명을 완성하기에 이르렀다. 즉, 전술한 것과 같은 포어들(P)의 점유 면적, 전체 면적에 대한 포어들(P)의 점유 면적, 돌출 패턴(230)의 상부 면적에서 포어들(P)이 차지하는 면적을 제외한 면적 비율이 상기 범위 내에 있을 때 우수한 연마 특성을 나타낼 수 있다.
제1 포어(P1)와 제2 포어(P2)는 실질적으로 동일한 크기를 가질 수 있다. 제1 포어(P1)가 돌출 패턴(230)의 가장자리에 위치하여 온전한 원 형상 내지는 타원 형상을 갖지 못하기 때문에, 제1 포어(P1)의 크기(예컨대, 직경, 입도)는 제1 포어(P1)가 형성하는 원호의 곡률 반경의 2배에 상응하는 크기로 이해될 수 있으나 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다. 만일 제1 포어(P1)와 제2 포어(P2)가 온전한 원 형상이 아니라 타원 내지는 찌그러진 형상을 갖는 경우 포어의 크기는, 타원 등의 형상 포어의 면적에 상응하는 가상의 원에 대한 직경, 즉 등가 직경을 의미한다.
포어들(P)의 크기, 즉 직경의 분포 범위 및 평균 직경 모두 연마율에 영향을 미칠 수 있으나, 특히 평균 직경은 매우 중요한 요소일 수 있다. 전술한 바와 같이 포어들(P)의 배열 밀도 내지는 밀집도도 돌출 패턴(230) 가장자리 형상과 내구도에 영향을 미칠 수 있으나, 포어들(P)의 평균 직경도 영향을 미칠 수 있다.
예시적인 실시예에서, 포어들(P)의 평균 직경은 약 10㎛ 내지 150㎛, 또는 약 20㎛ 내지 150㎛, 또는 약 30㎛ 내지 130㎛, 또는 약 50㎛ 내지 110㎛, 또는 약 60㎛ 내지 100㎛ 범위 내에 있을 수 있다.
포어들(P)의 평균 직경이 너무 클 경우, 예컨대 돌출 패턴(230)의 최소폭을 형성하는 어느 하나의 변에 다수의 제1 포어(P1)가 위치하는 것이 아니라 어느 하나의 변에 1개 내지 3개 수준의 제1 포어(P1)만이 위치하거나, 심지어 제1 포어(P1)의 크기가 돌출 패턴(230)의 어느 하나의 변의 길이 보다 클 수 있다. 이 경우 실질적인 둘레 길이 증가 효과를 나타내기 어려울 뿐 아니라 되려 돌출 패턴(230)의 연마 면적의 감소를 유발할 수 있다. 또, 돌출 패턴(230)의 상부 면적에서 제1 포어(P1)의 면적만을 제외한 면적과, 돌출 패턴(230)의 상부 면적에서 포어들(P) 전체의 면적을 제외한 면적 간의 차이가 커지고, 최초 설계한 연마율을 나타내지 못할 수 있다.
반면 포어들(P)의 평균 직경이 너무 미세할 경우 돌출 패턴(230)의 가장자리에 위치한 제1 포어(P1)에 의해 돌출 패턴(230)의 내구성이 저하되고 연마 불량을 야기할 수 있다.
포어들(P)의 평균 직경 차이에도 불구하고 포어들(P)이 차지하는 면적 등 포어들의 배열 밀도와 분포 등을 전술한 것과 같이 구성하여 의도한 연마 특성의 향상을 도모할 수 있다.
본 발명이 이에 제한되는 것은 아니나, 제1 포어(P1)와 제2 포어(P2)를 포함하는 포어들(P)의 직경 분포는 약 1㎛ 내지 500㎛, 또는 약 5㎛ 내지 400㎛, 또는 약 80㎛ 내지 300㎛ 범위 내에 있을 수 있다.
몇몇 실시예에서, 돌출 패턴(230)의 측면은 제3 포어(P3)를 가질 수 있다. 즉, 제3 포어(P3)는 돌출 패턴(230)의 상면이 아닌 오직 측면에 노출된 포어를 의미한다. 돌출 패턴(230)이 내포하는 다수의 포어 중 적어도 일부는 돌출 패턴(230)의 측면으로 노출되어 함몰된 홈을 형성할 수 있다.
돌출 패턴(230)의 측면이 갖는 홈, 즉 제3 포어(P3)는 돌출 패턴(230) 상면, 즉 연마면으로 노출되지 않고 상단의 가장자리 둘레 길이 증가에 영향을 미치지 않는다는 점에서 제1 포어(P1) 및 제2 포어(P2)와 차이를 갖는다.
서로 인접한 돌출 패턴(230)들 간에는 소정의 이격 거리를 가질 수 있다. 상기 이격 공간을 통해 연마액, 즉 슬러리(70)가 유동하며 연마 특성에 영향을 줄 수 있다. 만일 돌출 패턴(230)들 사이의 슬러리 유로가 너무 작을 경우 슬러리(70)가 부분적으로 뭉치는 등의 문제가 발생할 수 있다. 소정의 형상을 갖는 돌출 패턴(230) 간의 이격 거리를 제어함에 한계가 있으며, 자칫 돌출 패턴(230) 상부의 면적 감소를 야기할 수 있다.
본 실시예에 따른 돌출 패턴(230)의 측면은 제3 포어(P3)에 의해 형성된 소정의 홈을 가지며, 상기 홈을 이용해 슬러리(70)의 유동 증가에 기여할 수 있다. 제3 포어(P3)의 크기 등에 대해서는 제1 포어(P1) 및 제2 포어(P2)와 함께 설명한 바 있으므로 중복되는 설명은 생략한다.
한편 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니나, 본 실시예에 따른 연마 패드(11)를 이용하여 연마 공정을 진행할 경우 돌출 패턴(230)의 상단부부터 깎이며 돌출 패턴(230)의 높이(H)가 점차 낮아질 수 있다. 이 때 돌출 패턴(230)의 높이가 낮아지며 제3 포어(P3)가 노출되며 전술한 제1 포어(P1)로 변화할 수 있다.
전술한 것과 같이, 포어들(P)의 크기는 평면 시점에서, 연마면에서 둘레 길이 증가 및 포어들(P1, P2)에 의한 연마 면적의 변화를 야기하여 연마 효율에 영향을 준다는 점에서 매우 중요한 요소이다. 뿐만 아니라, 특히 제3 포어(P3)의 경우 돌출 패턴(230)의 측면에 노출되어 돌출 패턴(230)의 내구성 등에 영향을 줄 수 있다.
이 같은 관점에서, 어느 단면 상에서, 돌출 패턴(230)의 수직 높이(H)에 대해 제3 포어(P3)이 차지하는 높이의 합의 비율은 약 10% 내지 50%, 또는 약 15% 내지 50%, 또는 약 20% 내지 50%, 또는 약 20% 내지 45%, 또는 약 20% 내지 40% 범위에 있을 수 있다. 또, 제3 포어(P3)의 평균 직경은 돌출 패턴(230)의 높이(H)의 약 5% 내지 15%, 또는 약 10% 내지 15% 범위에 있을 수 있다.
제3 포어(P3) 하나의 직경, 또는 제3 포어(P3) 직경들의 합이 너무 클 경우 돌출 패턴(230)이 제3 방향(Z)으로 너무 큰 유동성을 가지거나, 및/또는 돌출 패턴(230)의 내구성이 저하될 수 있다. 따라서 제3 포어(P3) 하나의 직경 및 제3 방향(Z)으로 배열된 복수의 제3 포어(P3)들이 차지하는 제3 방향(Z)으로의 길이의 합을 상기 범위 내에 있도록 하는 것이 바람직할 수 있다.
전술한 바와 같이, 제1 포어(P1)와 제2 포어(P2)는 어느 돌출 패턴(230)의 가장자리 둘레 길이 증가에 기여하고, 또한 돌출 패턴(230)이 형성하는 연마 면적에 영향을 줄 수 있다. 또, 제3 포어(P3)는 돌출 패턴(230)의 측면 상에 노출되어 슬러리(70)의 유동에 영향을 미칠 수 있다.
연마 패드(11)의 제조에 있어서, 예를 들어 설계에 있어서 연마 면적을 결정한 후에 돌출 패턴(230)의 둘레 길이를 제어할 때 돌출 패턴(230)의 폭 등의 크기가 매우 제한적이게 된다. 또, 충분한 둘레 길이를 확보하기 위해 돌출 패턴(230)을 세밀하게 형성할 경우 제조 비용의 증가를 야기한다.
그러나 본 실시예와 같이 돌출 패턴(230)이 다공을 형성할 경우 계산한 것 이상의 둘레 길이를 형성할 수 있다. 따라서 종래와 같이 제조 비용을 높여서라도 돌출 패턴(230)을 세밀하게 형성할 경우 더 큰 둘레 길이의 증가를 달성할 수 있다. 예를 들어, 최초 결정된 단위 면적당 둘레 길이 보다 실제 제조된 연마 패드(11)의 돌출 패턴(230)이 갖는 둘레 길이는 더 클 수 있다. 반면 종래에 비해 더 큰 돌출 패턴(230)을 형성하더라도, 즉 제조 비용을 절감하더라도 종래 수준의 둘레 길이를 확보할 수 있는 이점이 있다.
몇몇 실시예에서 돌출 패턴(230)을 제외한 패턴층(200)의 나머지 부분, 즉 베이스(210)의 상면(210s) 등 표면에는 포어가 실질적으로 존재하지 않거나, 상대적으로 적은 수, 또는 상대적으로 작은 크기의 포어가 존재할 수 있다.
예를 들어, 베이스(210) 상면(210s)의 왜도(skewness)로 정의되는 표면 조도(Rsk_base)는 돌출 패턴(230) 표면의 제1 포어(P1) 내지 제3 포어(P3)에 의해 형성되는 왜도(skewness)로 정의되는 표면 조도(Rsk_pattern) 보다 클 수 있다. 돌출 패턴(230) 표면의 표면 왜도는 음의 값을 가지고, 베이스(210)의 상면(210s)은 음의 값, 또는 0 또는 양의 값을 가질 수 있다.
본 발명이 이에 제한되는 것은 아니나, 연마 패드(11)의 패턴층(200)을 레이저 등을 이용해 형성할 경우, 베이스(210) 표면에 레이저가 조사되는 과정에서 포어의 적어도 일부가 용융 내지는 붕괴되는 특징을 이용하여 베이스 상면(210s)의 왜도를 돌출 패턴(230) 상의 왜도 보다 양의 방향으로 조절할 수 있기 때문일 수 있다. 상기 표면 조도는 약 0.1mm2 또는 그 이상의 검사 면적을 대상으로 측정된 것일 수 있다.
따라서 베이스 상면(210s)의 왜도(Rsk_base)에서 돌출 패턴(230) 표면, 예컨대 상면의 왜도(Rsk_pattern)를 뺀 값은 0 보다 큰 양의 값을 가질 수 있다. 즉, 패드를 연마에 적용 전 표면 상태 혹은 연마에 적용하여 가공 중 표면 상태의 값이 (Rsk_base - Rsk_pattern) > 0 이 될 수 있다.
돌출 패턴(230)의 상부는 음의 왜도(skewness)를 가지도록 제조하면 포어를 제외한 돌출 패턴(230)부위는 평평하기 때문에 연마 대상 웨이퍼 표면에 형성된 소자 패턴(50b) 및 그 상부의 오버코팅층(50c) 패턴을 평탄하게 연마하는데 특성을 향상시킬 수 있음과 동시에 베이스 상면(210s)의 왜도를 돌출패턴(230)의 왜도에 비해 양의 방향으로 증가시킴으로써 베이스 상면(210s)에서 너무 깊은 포어에 의해 슬러리 유동이 정체되거나 깊은 포어에 잔류 연마 입자 및 연마 부산물이 정체하지 않고 베이스(210)로부터 쉽게 제거될 수 있도록 제어할 수 있는 특성을 향상시킬 수 있다.
다른 예를 들어, 베이스(210) 상면(210s)에 위치하는 포어(미도시)의 배열 밀도는 돌출 패턴(230) 표면의 제1 포어(P1) 내지 제3 포어(P3)에 의해 형성되는 포어들의 배열 밀도 보다 작을 수 있다. 구체적으로, 연마 패드(11)의 전체 면적에 대해, 제1 포어(P1)와 제2 포어(P2)를 제외하고 베이스(210) 상면의 포어가 차지하는 면적의 비율은 약 5% 내지 50%, 또는 약 10% 내지 30%일 수 있다.
이하, 도 7 내지 도 10를 더 참조하여 본 실시예에 따른 연마 패드(11)가 갖는 추종(follow) 특성 및 연마 특성에 대해 설명한다.
도 7은 연마 패드(11)가 연마 대상 기판(50)과 접촉한 상태를 나타낸 예시적인 모식도이고, 도 8은 종래의 컨디셔너에 의해 연마된 연마 패드가 연마 대상 기판(50)과 접촉한 상태를 나타낸 예시적인 모식도이다.
우선 도 7을 참조하면, 연마 대상 기판(50)의 하면 표면이 미세한 굴곡을 갖는 경우에, 본 실시예에 따른 연마 패드(11)는 지지층(100)이 충분한 유연성을 가짐으로써 수직 방향, 예컨대 중력 방향으로의 탄성 변형이 가능할 수 있다. 이를 통해 연마면을 형성하는 돌출 패턴(230)의 상면은 연마 대상 기판(50)의 굴곡면에 밀착할 수 있고, 패턴층(200)과 연마 대상 기판(50) 사이에는 슬러리가 고르게 분포하며 우수한 연마율을 달성할 수 있다.
또한 상대적으로 하측으로 볼록하게 돌출된 연마 대상 기판(50)이 연마 패드(11)와 접촉하는 부분은, 상대적으로 상측으로 오목하게 만입된 연마 대상 기판(50)이 연마 패드(11)와 접촉하는 부분에 비해 상대적으로 더 큰 압력이 작용할 수 있고, 이에 따라 연마 불균일도(NU)를 최소화하고 균일한 연마를 달성할 수 있다.
특히 본 실시예에 따른 연마 패드(11)는 패턴층(200)의 강성을 지지층(100)의 강성 보다 크게 형성함으로써 연마 패드(11)가 연마 대상 기판(50)과 가압되는 경우 패턴층(200)의 돌출 패턴(230) 및 베이스(210)의 변형 정도 보다 지지층(100)의 변형 정도를 크게 구성할 수 있다. 비제한적인 예시로, 패턴층(200)은 실질적으로 변형되지 않거나, 최소한의 변형만 야기하며 지지층(100)만이 유연하게 변형되도록 구성할 수 있다. 만일 돌출 패턴(230)이 과도한 유연성을 가지고 수직 압력에 의해 변형이 쉽게 발생할 경우, 돌출 패턴(230)의 연마 면적이 변형되고, 수평 방향으로 기울어지는 등의 형상 변형으로 인해 의도한 연마율을 나타내지 못할 수 있다.
따라서 패턴층(200)이 아닌 지지층(100)이 변형되도록 하여 연마 대상 기판(50) 표면의 굴곡을 추종하도록 하는 동시에 우수한 연마율을 나타낼 수 있다. 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니나, 비제한적인 예시로서 돌출 패턴(230)을 포함하는 패턴층(200), 또는 패턴층(200)을 구성하는 재료의 수직 방향 압력에 대한 평면 방향으로의 최대 변화율은 약 20.0% 이하, 또는 약 15.0% 이하, 또는 약 10.0% 이하, 또는 약 5.0% 이하가 되도록 재료를 선정할 수 있다.
반면 도 8을 더 참조하면, 종래의 연마 패드(11')의 경우 컨디셔너(미도시)에 의해 표면 조도가 유지됨에도 불구하고 연마 패드(11')의 전면(全面)에 걸쳐 균일한 조도를 나타내기가 실질적으로 곤란하고, 이에 따라 굴곡진 표면을 갖는 연마 대상 기판(50)에 밀착할 수 없어 연마 불균일도가 증가하며 심지어 스크래치(scratch) 불량(defect)을 야기하기도 한다.
도 9은 연마 패드(11)가 연마 대상 기판(50)에 접촉한 상태를 나타낸 다른 예시적인 모식도이고, 도 10는 종래의 컨디셔너에 의해 연마된 연마 패드가 연마 대상 기판(50)과 접촉한 상태를 나타낸 예시적인 모식도이다. 도 9 및 도 10는 연마 대상 기판(50)이 베이스 기판(50a) 상에 배치된 소자 패턴(50b) 및 그 상부의 오버코팅층(50c)을 포함하는 경우를 예시한다. 소자 패턴(50b)은 금속 등으로 이루어진 배선 패턴, 반도체 물질을 포함하는 액티브 패턴 등일 수 있으나 특별히 제한되는 것은 아니다.
우선 도 9을 참조하면, 연마 대상 기판(50)의 하면 표면에 매우 미세한 정도의 굴곡 또는 단차(step)를 갖는 오버코팅층(50c)이 위치한 경우에, 본 실시예에 따른 연마 패드(11)는 패턴층(200)의 상단이 균일한 높이를 가지고 오버코팅층(50c)을 균일하게 평탄화할 수 있다. 즉, 상대적으로 하측으로 볼록하게 돌출된 오버코팅층(50c)만을 선택적으로 연마하고, 상대적으로 상측으로 오목하게 만입된 오버코팅층(50c)에는 물리적 가압을 최소화함으로써 연마 대상 기판(50)의 소자의 손상 없이 광역 평탄화(global planarization)를 달성할 수 있다. 따라서 본 실시예에 따른 연마 패드(11)는 STI 구조 공정 등에 적용 가능할 수 있다. 이에 대해서는 실험예와 함께 후술한다.
반면 도 10를 더 참조하면, 종래의 연마 패드(11')의 경우 전면에 걸쳐 균일한 조도를 나타내기가 실질적으로 곤란하고, 경우에 따라 상대적으로 상측으로 오목하게 만입된 오버코팅층(50c)까지 연마하게 될 수 있다. 이에 따라 연마 대상 기판(50)의 소자에 손상이 발생하거나, 부분적 평탄화(partial planarization) 정도만을 달성할 수 있기 때문에 정밀 평탄화 공정에 이용하기 적합하지 않다.
이하, 본 발명의 다른 실시예들에 대해 설명한다. 다만 전술한 실시예와 동일하거나, 극히 유사한 구성에 대한 설명은 생략하며 이는 첨부된 도면으로부터 본 기술분야에 속하는 통상의 기술자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 연마 패드의 평면 레이아웃이다. 도 12는 도 11의 A 부분을 확대하여 나타낸 확대사시도이다. 도 13은 도 12의 B-B' 선을 따라 절개한 단면도이다.
도 11 내지 도 13을 참조하면, 본 실시예에 따른 연마 패드(12)는 패턴층(202)에 형성된 트렌치(300)를 갖는 점이 전술한 실시예와 상이한 점이다.
트렌치(300)는 연마 패드(12)의 상면에 적하된 슬러리 등을 이송 및 배출하는 채널 기능을 수행할 수 있다. 필요한 경우 본 명세서에서 사용되는 용어 '트렌치(trench)'는 채널(channel), 그루브(groove), 홈 등의 용어와 혼용될 수 있다.
트렌치(300)는 제1 방향(X), 제2 방향(Y) 및/또는 대각 방향으로 연장된 직선 형상의 방사 트렌치(310)를 포함할 수 있다. 방사 트렌치(310)는 원형의 연마 패드(12)의 중심으로부터 대략 방사 방향(radial direction)으로 연장된 형상일 수 있다. 도 11은 제1 방향(X)과 제2 방향(Y) 및 45도 방향으로 경사진 8개의 방사 트렌치(310)가 형성된 경우를 예시하고 있다.
이에 따라 연마 패드(12)는 중심각이 대략 45도인 8개의 부채꼴 영역으로 구획될 수 있다. 본 실시예에 따른 연마 패드(12)의 방사 트렌치(310) 중 적어도 일부는 돌출 패턴(230)의 배열 방향, 즉 제1 방향(X)과 제2 방향(Y)으로 연장된 상태일 수 있다. 다만 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
방사 트렌치(310)는 연마 패드(12)의 회전에 따라 발생하는 원심력 등으로 인해 슬러리가 연마 패드(12)의 방사측 외곽 방향으로 이동하거나, 내지는 유동하도록 유도할 수 있다. 이를 통해 연마 장치의 노즐이 이동하지 않고 슬러리를 적하하는 경우에도 슬러리가 연마 패드(12)의 전면(全面)에 도포되도록 할 수 있고, 일부분에 과도하게 뭉치는 것을 방지하여 슬러리의 활용 효율을 향상시킬 수 있다. 몇몇 실시예에서, 방사 트렌치(310)는 외곽 방향으로 갈수록 깊이가 깊어지도록 구성될 수도 있다.
또, 트렌치(300)는 원형의 연마 패드(12)의 중심을 기준으로 동심원(concentric circle) 배열된 동심원 트렌치(320)를 더 포함할 수 있다. 도 11은 동심원 트렌치(320)가 3개인 경우를 예시하고 있으나, 본 발명이 이에 제한되지 않음은 물론이다.
어느 동심원 트렌치(320)는 복수의 방사 트렌치(310)와 교차하도록 마련될 수 있다. 동심원 트렌치(320)는 연마 패드(12)의 회전에 따라 발생하는 원심력 등으로 슬러리가 연마 패드(12)의 회전 방향, 즉 원주 방향으로 이동하거나, 내지는 유동하도록 유도할 수 있다.
본 발명이 이에 제한되는 것은 아니나, 우선적으로 방사 트렌치(310)에 의해 연마 패드(12)의 외곽 방향으로 유동하는 슬러리는 동심원 트렌치(320)에 의해 연마 패드(12)의 회전 방향으로 유동할 수 있다. 따라서 방사 트렌치(310)의 최대 폭을 동심원 트렌치(320)의 최대 폭 보다 크게 형성하는 것이 슬러리의 뭉침 방지 측면에서 유리할 수 있다. 비제한적인 예시로, 방사 트렌치(310)의 폭은 약 0.1mm 이상 3.0mm 이하, 또는 약 0.3mm 이상 2.5mm 이하, 또는 약 0.5mm 이상 2.0mm 이하, 또는 약 1.0mm 이상 1.5mm 이하의 범위에 있을 수 있다.
예시적인 실시예에서, 패턴층(202)에 형성된 트렌치(300)의 내측벽은 노출된 포어를 가질 수 있다. 트렌치(300)의 내측벽에 노출된 포어는 제4 포어(P4)로 정의될 수 있다. 제4 포어(P4)의 평균 직경은 약 10㎛ 내지 150㎛, 또는 약 20㎛ 내지 150㎛, 또는 약 30㎛ 내지 150㎛, 또는 약 50㎛ 내지 130㎛, 또는 약 60㎛ 내지 100㎛ 범위 내에 있을 수 있다.
반면, 트렌치(300)의 기저면에는 포어가 실질적으로 존재하지 않거나, 상대적으로 적은 수, 또는 상대적으로 작은 크기의 포어가 존재할 수 있다.
예를 들어, 트렌치(300)의 기저면의 표면 왜도(Rsk)는 트렌치(300)의 내측벽의 제4 포어(P4)에 의해 형성되는 표면 왜도 보다 클 수 있다. 트렌치(300)의 내측벽 표면의 표면 왜도는 음의 값을 가지고, 기저면은 음의 값, 또는 0 또는 양의 값을 가질 수 있다. 더 구체적으로, 기저면의 표면 왜도에서 내측벽의 표면 왜도를 뺀 값은 0 보다 큰 양의 값을 가질 수 있다.
다른 예를 들어, 트렌치(300)의 기저면에 위치하는 포어(미도시)의 배열 밀도는 트렌치(300)의 내측벽의 제4 포어(P4)에 의해 형성되는 포어들의 배열 밀도 보다 작을 수 있다. 구체적으로, 트렌치(300)의 기저면의 포어가 차지하는 면적의 비율은 약 5% 내지 50%, 또는 약 10% 내지 30%일 수 있다.
트렌치(300)의 깊이(D1)는 베이스(210)의 두께, 예컨대 최대 두께 보다 작을 수 있다. 이에 따라 트렌치(300)를 통해 지지층(100)은 시인되지 않고, 잔존하는 패턴층(202)에 의해 커버된 상태일 수 있다. 본 명세서에서 트렌치(300)의 깊이(D1)는 기준면, 즉 베이스(210)의 상면으로부터 트렌치(300)의 최하측 기저면까지의 수직 최단 길이를 의미한다.
또, 트렌치(300)의 깊이, 예컨대 방사 트렌치(310)의 깊이(D1)는 돌출 패턴(230)의 최대 높이 보다 클 수 있다. 후술할 바와 같이 트렌치(310)는 패턴층(202)의 유동성에 기여할 수 있다. 따라서 트렌치(310)가 충분한 깊이를 갖는 것이 패턴층(202)의 유동성 및 연마 대상 기판의 추종 측면에서 바람직할 수 있다.
도 14는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 연마 패드의 단면도로서, 전술한 도 6 및 도 13과 동일한 위치를 나타낸 단면도이다.
도 14를 참조하면, 본 실시예에 따른 연마 패드(13)는 트렌치(313)를 통해 지지층(100)의 상면이 부분적으로 시인되는 점이 전술한 도 13 등의 실시예와 상이한 점이다.
트렌치, 예컨대 방사 트렌치(313)의 깊이(D1)는 베이스(210)의 두께, 예컨대 최대 두께와 실질적으로 동일할 수 있다. 이에 따라 트렌치(313)를 통해 지지층(100)의 상면이 노출될 수 있다.
본 실시예에서 방사 트렌치(313) 및/또는 동심원 트렌치(미도시)를 포함하는 트렌치는 패턴층(203)에 소정의 유동성을 부여하고, 전술한 것과 같이 연마 패드(13)의 돌출 패턴(230)이 연마 대상 기판의 굴곡을 따라 추종하도록 할 수 있다. 즉, 트렌치(313)에 의해 지지층(100)의 상면이 부분적으로 노출될 수 있고, 패턴층(203)의 베이스(210)는 방사 트렌치를 기준으로 서로 이격될 수 있다. 서로 이격된 어느 하나의 패턴층(203)은 평면상 대략 부채꼴 형상인 점은 전술한 바와 동일하다.
하나의 지지층(100) 상에서 방사 트렌치(313) 등을 기준으로 구획되어 서로 분리되고 이격된 베이스(210)에 의해 이에 따라 패턴층(200)에 가해지는 제3 방향(Z)으로의 압력에 의해 평면 방향으로의 유동성을 갖도록 할 수 있고, 연마 대상 기판의 굴곡 표면을 따른 수직 추종을 더욱 유연하게 할 수 있다.
그 외 돌출 패턴(230)의 제1 포어(P1) 내지 제3 포어(P1), 베이스(210)의 제4 포어(P4)에 대해서는 전술한 바 있으므로 중복되는 설명은 생략한다.
도 15는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 연마 패드의 단면도로서, 전술한 도 6 및 도 13과 동일한 위치를 나타낸 단면도이다.
도 15를 참조하면, 본 실시예에 따른 연마 패드(14)는 지지층(100) 또한 부분적으로 함몰된 트렌치를 갖는 점이 전술한 도 14의 실시예와 상이한 점이다.
예시적인 실시예에서, 패턴층(204)은 제1 트렌치(314)를 가지고, 지지층(100)은 제2 트렌치(414)를 가질 수 있다. 제1 트렌치(314)의 깊이(D1)은 베이스(210)의 두께와 실질적으로 동일할 수 있다. 제2 트렌치(414)의 깊이(D2)는 지지층(100)의 두께 보다 작을 수 있다.
제1 트렌치(314)와 제2 트렌치(414)는 서로 제3 방향(Z)으로 중첩하며 서로 연결된 상태일 수 있다. 제1 트렌치(314) 및 제2 트렌치(414)는 각각 전술한 방사 트렌치 및/또는 동심원 트렌치를 포함할 수 있다.
지지층(100)은 제2 트렌치(414)를 가지고 슬러리가 유동하는 채널을 제공할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 지지층(100)의 제2 트렌치(414)의 내측벽 또한 포어를 가지거나, 또는 갖지 않을 수 있다. 예를 들어, 지지층(100)의 제2 트렌치(414)의 내측벽의 포어(미도시)의 평균 직경은 제4 포어(P4)의 평균 직경 보다 클 수 있다. 다른 예를 들어, 제2 트렌치(414)의 내측벽의 포어(미도시)의 배열 밀도는 제1 트렌치(314)의 내측벽의 제4 포어(P4)의 배열 밀도 보다 클 수 있다.
그 외 돌출 패턴(230)의 제1 포어(P1) 내지 제3 포어(P1), 베이스(210)의 제4 포어(P4)에 대해서는 전술한 바 있으므로 중복되는 설명은 생략한다.
도 16은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 연마 패드의 단면도로서, 전술한 도 6 및 도 13과 동일한 위치를 나타낸 단면도이다.
도 16을 참조하면, 본 실시예에 따른 연마 패드(15)는 트렌치에 의해 지지층(100)이 관통된 형태인 점이 전술한 도 15의 실시예와 상이한 점이다.
패턴층(205)은 제1 트렌치(315)를 가지고 지지층(100)은 제2 트렌치(415)를 가지며, 제1 트렌치(315)와 제2 트렌치(415)는 서로 중첩하여 연결됨은 앞서 설명한 것과 같다. 본 실시예에서 제2 트렌치(415)는 지지층(100)을 완전히 관통할 수 있다. 즉, 제2 트렌치(415)의 깊이(D2)는 지지층(100)의 두께와 실질적으로 동일할 수 있다. 이에 따라 연마 패드(15) 하부의 다른 구성요소(미도시)가 트렌치들(315, 415)을 통해 시인될 수 있다.
그 외 돌출 패턴(230)의 제1 포어(P1) 내지 제3 포어(P1), 베이스(210)의 제4 포어(P4)에 대해서는 전술한 바 있으므로 중복되는 설명은 생략한다.
도 17은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 연마 패드의 단면도로서, 전술한 도 6 및 도 13과 동일한 위치를 나타낸 단면도이다.
도 17을 참조하면, 본 실시예에 따른 연마 패드(16)는 패턴층(206)의 베이스(210)의 상면이 포어들을 갖는 점이 전술한 도 6 등의 실시예와 상이한 점이다.
도 18은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 연마 패드의 단면도로서, 전술한 도 6 및 도 13과 동일한 위치를 나타낸 단면도이다.
도 18을 참조하면, 본 실시예에 따른 연마 패드(17)는 패턴층(207)이 베이스 없이 돌출 패턴으로 형성된 점이 전술한 도 6 등의 실시예와 상이한 점이다. 즉, 본 실시예에서, 지지층(100) 상에 배치된 복수의 돌출 패턴들은 서로 이격되며 물리적으로 연결되지 않을 수 있다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 연마 패드의 제조 방법에 대해 설명한다. 도 19 내지 도 22는 본 발명의 일 실시예에 따른 연마 패드의 제조 방법을 순서대로 나타낸 도면들이다. 도 19 내지 도 22는 각각 도 6 등과 상응하는 위치를 나타낸 단면도이다.
우선 도 19를 참조하면, 다공성을 갖는 프리-패턴층(200a)을 준비한다. 도 19는 지지층(100) 상에 프리-패턴층(200a)을 배치한 경우를 예시하고 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며 지지층(100) 없이 프리-패턴층(200a)만을 준비할 수도 있다.
프리-패턴층(200a)은 소정의 다공성을 갖도록 미리 경화된 상태일 수 있다. 프리-패턴층(200a)이 갖는 포어(P)들의 평균 직경은 약 10㎛ 내지 150㎛ 범위에 있을 수 있다. 또, 포어들(P)의 직경 분포는 약 1㎛ 내지 500㎛, 또는 약 5㎛ 내지 400㎛, 또는 약 80㎛ 내지 300㎛ 범위 내에 있을 수 있다.
다음으로 도 20을 더 참조하면, 레이저(L)를 이용해 프리-패턴층(200a)을 적어도 부분적으로 제거한다. 레이저(L)에 의해 제거된 패턴층(200b)은 베이스(210) 및 베이스(210) 상에 배치된 복수의 돌출 패턴(230)들을 포함할 수 있다.
레이저(L)에 의해 형성된 돌출 패턴(230)의 측면은 제3 포어(P3)를 가질 수 있다. 또, 돌출 패턴(230)의 상면은 제1 포어(P1) 및 제2 포어(P2)를 가짐은 전술한 바와 같다. 반면, 레이저(L)에 의해 형성된 베이스(210)의 상면(210s)은 실질적으로 포어를 갖지 않거나, 돌출 패턴(230)의 표면에 비해 상대적으로 더 적은 수의, 또는 상대적으로 더 작은 크기의 포어만을 가질 수 있다. 이는 레이저(L)에 의해 조사된 부분에서 프리-패턴층(200a)의 부분적인 용융 등으로 인해 포어가 붕괴되기 때문일 수 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
다음으로 도 21을 더 참조하면, 레이저(L)를 이용해 패턴층(200c)을 부분적으로 제거하여 패턴층(200c)에 트렌치(300a)를 형성한다. 구체적으로, 패턴층(200c)의 베이스(210)에 트렌치(300a)를 형성한다.
레이저(L)에 의해 형성된 트렌치(300a)의 내측벽은 제4 포어(P4)를 가질 수 있다. 반면, 레이저(L)에 의해 형성된 트렌치(300a)의 기저면은 실질적으로 포어를 갖지 않거나, 트렌치(300a)의 내측벽에 비해 상대적으로 더 적은 수의, 또는 상대적으로 더 작은 크기의 포어만을 가질 수 있다.
다음으로 도 22를 더 참조하면, 레이저(L)를 이용해 패턴층(200d)을 관통하는 제1 트렌치(300b)를 형성하고, 지지층(100)을 부분적으로 제거하여 지지층(100)에 제2 트렌치(300c)를 형성한다.
도면으로 표현하지 않았으나, 몇몇 실시예에서 레이저를 이용해 지지층(100)을 관통하는 제2 트렌치를 형성할 수도 있다.
이상에서 본 발명의 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다.
따라서 본 발명의 범위는 이상에서 예시된 기술 사상의 변경물, 균등물 내지는 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, 본 발명의 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성요소는 변형하여 실시할 수 있다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 지지층
200: 패턴층
210: 베이스
230: 패턴층
P1: 제1 포어
P2: 제2 포어
P3: 제3 포어

Claims (15)

  1. 지지층; 및
    상기 지지층 상에 배치된 패턴층으로서, 베이스 및 베이스로부터 돌출된 복수의 돌출 패턴을 포함하는 패턴층을 포함하되,
    상기 베이스는, 상기 지지층을 적어도 부분적으로 노출시키는 제1 트렌치를 가지고,
    상기 지지층은, 부분적으로 함몰되어 상기 제1 트렌치와 연결된 제2 트렌치를 가지고,
    상기 지지층의 제2 트렌치의 내측벽 상에 노출된 포어의 평균 직경은, 상기 베이스의 제1 트렌치의 내측벽 상에 노출된 포어의 평균 직경 보다 큰 연마 패드.
  2. 지지층; 및
    상기 지지층 상에 배치된 패턴층으로서, 베이스 및 베이스로부터 돌출된 복수의 돌출 패턴을 포함하는 패턴층을 포함하되,
    상기 베이스는, 부분적으로 함몰되되, 상기 베이스를 관통하지 않는 제1 트렌치를 가지고,
    상기 제1 트렌치의 기저면의 표면 조도는, 제1 트렌치의 내측벽의 표면 조도 보다 작은 연마 패드.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    어느 하나의 상기 베이스 상에는 복수의 돌출 패턴이 배치되고,
    상기 베이스 상면의 표면 왜도(Rsk_base)에서 상기 돌출 패턴 표면의 표면 왜도(Rsk_pattern)를 뺀 값이 0 보다 큰 연마 패드.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    어느 하나의 상기 베이스 상에는 복수의 돌출 패턴이 배치되고,
    상기 베이스 상면의 포어의 배열 밀도는, 상기 돌출 패턴 표면의 포어의 배열 밀도 보다 작은 연마 패드.
  5. 삭제
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1 트렌치의 내측벽 상에 노출된 포어의 평균 직경은 30㎛ 내지 150㎛ 범위에 있는 연마 패드.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 돌출 패턴의 측면에 노출된 어느 포어의 평균 직경은, 상기 돌출 패턴 수직 높이의 20% 내지 40% 범위에 있는 연마 패드.
  8. 삭제
  9. 지지층; 및
    상기 지지층 상에 배치된 패턴층으로서, 베이스 및 베이스로부터 돌출된 복수의 돌출 패턴을 포함하는 패턴층을 포함하되,
    상기 돌출 패턴은 측면에 노출된 포어를 가지고,
    상기 돌출 패턴의 수직 높이에 대해, 상기 측면 포어들이 차지하는 높이의 합의 비율은 10% 내지 50% 범위에 있고,
    상기 베이스는 상기 지지층을 적어도 부분적으로 노출하는 제1 트렌치를 가지고,
    상기 지지층은, 적어도 부분적으로 함몰되어 상기 제1 트렌치와 연결된 제2 트렌치를 가지고,
    상기 베이스는 상기 제1 트렌치의 내측벽 상에 노출된 포어를 가지고,
    상기 지지층은 상기 제2 트렌치의 내측벽 상에 노출된 포어를 가지되,
    상기 제2 트렌치의 내측벽의 포어의 평균 직경은, 상기 제1 트렌치의 내측벽의 포어의 평균 직경 보다 큰 연마 패드.
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1 트렌치는,
    원형의 연마 패드 중심으로부터 방사상으로 연장된 복수의 방사 트렌치, 또는
    원형의 연마 패드 중심을 기준으로 동심원 형상을 갖는 동심원 트렌치를 포함하는 연마 패드.
  11. 지지층; 및
    상기 지지층 상에 배치된 패턴층으로서, 베이스 및 베이스로부터 돌출된 복수의 돌출 패턴을 포함하는 패턴층을 포함하되,
    상기 돌출 패턴은 측면에 노출된 포어를 가지고,
    상기 돌출 패턴의 수직 높이에 대해, 상기 측면 포어들이 차지하는 높이의 합의 비율은 10% 내지 50% 범위에 있고,
    상기 베이스는, 적어도 부분적으로 함몰된 제1 트렌치를 가지고,
    상기 제1 트렌치는 상기 베이스를 관통하지 않고,
    상기 제1 트렌치의 기저면의 표면 조도는, 제1 트렌치의 내측벽의 표면 조도 보다 작은 연마 패드.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 제1 트렌치는, 상기 방사 트렌치 및 복수의 상기 방사 트렌치를 연결하는 동심원 트렌치를 포함하고,
    상기 방사 트렌치의 폭은 상기 동심원 트렌치의 폭 보다 큰 연마 패드.
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
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