KR102570825B1 - 다공성 돌출 패턴을 포함하는 연마 패드 및 이를 포함하는 연마 장치 - Google Patents

다공성 돌출 패턴을 포함하는 연마 패드 및 이를 포함하는 연마 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR102570825B1
KR102570825B1 KR1020210071932A KR20210071932A KR102570825B1 KR 102570825 B1 KR102570825 B1 KR 102570825B1 KR 1020210071932 A KR1020210071932 A KR 1020210071932A KR 20210071932 A KR20210071932 A KR 20210071932A KR 102570825 B1 KR102570825 B1 KR 102570825B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
pattern
protruding
polishing
polishing pad
protruding pattern
Prior art date
Application number
KR1020210071932A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20220009864A (ko
Inventor
김형재
김도연
이태경
Original Assignee
한국생산기술연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국생산기술연구원 filed Critical 한국생산기술연구원
Priority to PCT/KR2021/008851 priority Critical patent/WO2022014978A1/ko
Priority to US17/928,617 priority patent/US20230226660A1/en
Publication of KR20220009864A publication Critical patent/KR20220009864A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102570825B1 publication Critical patent/KR102570825B1/ko

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B37/00—Lapping machines or devices; Accessories
    • B24B37/11—Lapping tools
    • B24B37/20—Lapping pads for working plane surfaces
    • B24B37/26—Lapping pads for working plane surfaces characterised by the shape of the lapping pad surface, e.g. grooved
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B37/00—Lapping machines or devices; Accessories
    • B24B37/11—Lapping tools
    • B24B37/20—Lapping pads for working plane surfaces
    • B24B37/22—Lapping pads for working plane surfaces characterised by a multi-layered structure
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/67092—Apparatus for mechanical treatment

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)
  • Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)

Abstract

다공성을 갖는 돌출 패턴을 포함하여 연마율을 향상시킴과 동시에 제조 비용을 절감할 수 있는 연마 패드 및 이를 포함하는 연마 장치가 제공된다. 상기 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.

Description

다공성 돌출 패턴을 포함하는 연마 패드 및 이를 포함하는 연마 장치{POLISHING PAD INCLUDING POROUS PROTRUDING PATTERN AND POLISHING APPARATUS INCLUDING THE SAME}
본 발명은 연마면에 형성된 돌출 패턴을 포함하는 연마 패드 및 이를 포함하는 연마 장치에 관한 것이다. 상세하게는, 다공성을 갖는 돌출 패턴을 포함하여 연마율을 향상시킴과 동시에 제조 비용을 절감할 수 있는 연마 패드 및 이를 포함하는 연마 장치에 관한 것이다.
일반적으로 반도체, 디스플레이 등 고집적 회로 디바이스의 제조를 위해 화학기계적 연마(Chemical Mechanical Polishing, CMP) 공정이 수반된다. 화학기계적 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. 화학기계적 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 우수한 연마율과 균일도를 가지고, 연마액 슬러리의 사용 효율을 향상시킬 수 있는 연마 패드를 포함하는 연마 장치를 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 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 장치는 회전하도록 구성된 연마 플레이튼; 및 상기 연마 플레이튼 상에 배치되는 연마 패드를 포함한다.
또 다른 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 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.
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 장치의 연마 패드의 돌출 패턴의 배열을 나타낸 평면도이다.
도 12 내지 도 18은 각각 본 발명의 또 다른 실시예들에 따른 연마 장치의 연마 패드의 돌출 패턴의 배열을 나타낸 평면도들이다.
도 19는 실험예 1에 따른 결과를 나타낸 이미지이다.
도 20 및 도 21은 실험예 2에 따른 결과를 나타낸 이미지들이다.
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 교차하는 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.
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 이격 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 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) 두께의 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 두께의 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 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다. 또, 돌출 패턴(230)은 대략 사각 형상을 가지되, 후술할 트렌치들(300)과 제3 방향(Z)으로 비중첩할 수 있다. 예를 들어, 트렌치(300)와 중첩하는 위치에는 돌출 패턴(230)이 형성되지 않거나, 이미 형성된 돌출 패턴(230)은 레이저 등을 이용해 제거 가공될 수 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 공극(P1) 및 제2 공극(P2)을 가질 수 있다. 이 경우 전술한 돌출 패턴(230)이 차지하는 면적은 제1 공극(P1)과 제2 공극(P2)이 차지하는 면적을 제외한 면적을 의미할 수 있다. 제1 공극(P1)과 제2 공극(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 공극(P1)과 제2 공극(P2)이 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 공극이 차지하는 면적 + 제2 공극이 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 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 공극(P1)과 제2 공극(P2)은 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 공극(P1)을 포함하는 가장자리(edge)에 의해 형성된 폐곡선의 내부에 위치한 제2 공극(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 실험예 등과 함께 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, 공극에 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 상면으로부터 돌출 패턴(230)의 상단까지의 수직 최단 거리를 의미한다. 돌출 패턴(230)의 최소 높이(H)는 약 0.01mm 이상 1.5mm 이하, 또는 약 0.01mm 이상 1.0mm 이하, 또는 약 0.01mm 이상 0.5mm 이하, 또는 약 0.01mm 이상 0.3mm 이하, 또는 약 0.01mm 이상 0.2mm 이하, 또는 약 0.01mm 이상 0.1mm 이하 범위에 있을 수 있다.
돌출 패턴(230)의 높이(H)는 돌출 패턴(230)이 갖는 최소폭(W)과 상관 관계에 있을 수 있으나, 예를 들어 돌출 패턴(230)의 높이(H)가 1.5mm를 초과할 경우 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 0.01mm에 미달할 경우 연마 공정이 반복됨에 따라 돌출 패턴(230) 상단에 발생하는 손상 또는 마모 등으로 인해 연마 패드(11)의 수명이 지나치게 짧아질 수 있다.
전술한 바와 같이 돌출 패턴(230)은 다공성을 가지고, 다수의 공극들(P)을 가질 수 있다. 상기 다수의 공극들(P)은 제1 공극(P1), 제2 공극(P2) 및 제3 공극(P3)을 포함할 수 있다.
제1 공극(P1)은 돌출 패턴(230)의 상면에 노출되며, 평면 시점에서 돌출 패턴(230)의 가장자리에 위치하여 둘레 길이(L)의 증가에 기여하는 공극을 의미한다. 즉, 제1 공극(P1)은 돌출 패턴(230) 평면 가장자리의 만입부를 형성할 수 있다. 제1 공극(P1)은 평면 시점에서 원호, 타원호 등의 형상일 수 있다.
제2 공극(P2)은 돌출 패턴(230)의 상면, 즉 연마면 상에 노출되어 어느 돌출 패턴(230)이 형성하는 연마면의 둘레 길이(L)의 증가에 기여한다는 점에서 제1 공극(P1)과 동일할 수 있다. 반면 제2 공극(P2)은 제1 공극(P1)과 같이 만입부를 형성하는 형상이 아니라, 평면 시점에서 대략 원, 타원, 또는 찌그러진 원이나 타원 형상 등의 폐곡선 형상인 점이 제1 공극(P1)과 상이한 점이다.
예시적인 실시예에서, 평면 시점에서, 어느 하나의 돌출 패턴(230)의 상면 전체 면적에 대해 돌출 패턴(230) 상부에 노출된 공극들이 차지하는 면적, 즉 제1 공극(P1)과 제2 공극(P2)이 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 공극(P1)과 제2 공극(P2)은 대략 균일하게 분산될 수 있다. 제1 공극(P1)과 제2 공극(P2)이 지나치게 많이 형성될 경우, 즉 배열 밀도 등이 지나치게 높을 경우 가장자리에 위치한 제1 공극(P1)이 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 공극(P1)과 제2 공극(P2)이 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 공극들(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 공극들(P)을 이용하여 연마 면적을 실질적으로 유지하면서도 단위 면적당 둘레 길이의 증가를 상대적으로 용이하게 달성할 수 있다. 전술한 것과 같은 제1 공극(P1)과 제2 공극(P2)의 면적 비율을 갖는 경우, 둘레 길이의 증가를 야기하는 제1 공극(P1) 및 제2 공극(P2)이 존재하지 않았을 경우에 비해 제1 공극(P1)을 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 제1 공극(P1)과 제2 공극(P2)이 차지하는 면적의 비율, 또는 단위 면적당 제1 공극(P1)과 제2 공극(P2)이 차지하는 면적의 비율은 약 0.01% 내지 25%, 또는 약 0.5% 내지 20%, 또는 약 1.0% 내지 15%일 수 있다.
본 발명이 이에 제한되는 것은 아니나, 몇몇 실시예에서 돌출 패턴(230)을 제외한 패턴층(200)의 나머지 부분, 즉 베이스(210)의 표면에도 공극이 존재할 수 있다. 그러나 전술한 제1 공극(P1)과 제2 공극(P2)의 정의에 따라 베이스(210) 표면의 공극을 제외한 제1 공극(P1)과 제2 공극(P2)이 차지하는 면적과 검사 면적(단위 면적) 또는 연마 패드(11) 전체 면적의 비율은 상기 범위에 있을 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 공극들(P)을 갖는 경우의 요소를 발굴하고 본 발명을 완성하기에 이르렀다. 즉, 전술한 것과 같은 공극들(P)의 점유 면적, 전체 면적에 대한 공극들(P)의 점유 면적, 돌출 패턴(230)의 상부 면적에서 공극들(P)이 차지하는 면적을 제외한 면적 비율이 상기 범위 내에 있을 때 우수한 연마 특성을 나타낼 수 있다.
제1 공극(P1)과 제2 공극(P2)은 실질적으로 동일한 크기를 가질 수 있다. 제1 공극(P1)이 돌출 패턴(230)의 가장자리에 위치하여 온전한 원 형상 내지는 타원 형상을 갖지 못하기 때문에, 제1 공극(P1)의 크기(예컨대, 직경, 입도)는 제1 공극(P1)이 형성하는 원호의 곡률 반경의 2배에 상응하는 크기로 이해될 수 있으나 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다. 만일 제1 공극(P1)과 제2 공극(P2)이 온전한 원 형상이 아니라 타원 내지는 찌그러진 형상을 갖는 경우 공극의 크기는, 타원 등의 형상 공극의 면적에 상응하는 가상의 원에 대한 직경, 즉 등가 직경을 의미한다.
공극들(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 공극들(P)의 배열 밀도 내지는 밀집도도 돌출 패턴(230) 가장자리 형상과 내구도에 영향을 미칠 수 있으나, 공극들(P)의 평균 직경도 영향을 미칠 수 있다.
예시적인 실시예에서, 공극들(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.
공극들(P)의 평균 직경이 너무 클 경우, 예컨대 돌출 패턴(230)의 최소폭을 형성하는 어느 하나의 변에 다수의 제1 공극(P1)이 위치하는 것이 아니라 어느 하나의 변에 1개 내지 3개 수준의 제1 공극(P1)만이 위치하거나, 심지어 제1 공극(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 공극(P1)의 면적만을 제외한 면적과, 돌출 패턴(230)의 상부 면적에서 공극들(P) 전체의 면적을 제외한 면적 간의 차이가 커지고, 최초 설계한 연마율을 나타내지 못할 수 있다.
반면 공극들(P)의 평균 직경이 너무 미세할 경우 돌출 패턴(230)의 가장자리에 위치한 제1 공극(P1)에 의해 돌출 패턴(230)의 내구성이 저하되고 연마 불량을 야기할 수 있다.
공극들(P)의 평균 직경 차이에도 불구하고 공극들(P)이 차지하는 면적 등 공극들의 배열 밀도와 분포 등을 전술한 것과 같이 구성하여 의도한 연마 특성의 향상을 도모할 수 있다.
본 발명이 이에 제한되는 것은 아니나, 제1 공극(P1)과 제2 공극(P2)을 포함하는 공극들(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 공극(P3)을 가질 수 있다. 즉, 제3 공극(P3)은 돌출 패턴(230)의 상면이 아닌 오직 측면에 노출된 공극을 의미한다. 돌출 패턴(230)이 내포하는 다수의 공극 중 적어도 일부는 돌출 패턴(230)의 측면으로 노출되어 함몰된 홈을 형성할 수 있다.
돌출 패턴(230)의 측면이 갖는 홈, 즉 제3 공극(P3)은 돌출 패턴(230) 상면, 즉 연마면으로 노출되지 않고 상단의 가장자리 둘레 길이 증가에 영향을 미치지 않는다는 점에서 제1 공극(P1) 및 제2 공극(P2)과 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 공극(P3)에 의해 형성된 소정의 홈을 가지며, 상기 홈을 이용해 슬러리(70)의 유동 증가에 기여할 수 있다. 제3 공극(P3)의 크기 등에 대해서는 제1 공극(P1) 및 제2 공극(P2)과 함께 설명한 바 있으므로 중복되는 설명은 생략한다. 예를 들어, 제3 공극(P3)의 평균 직경은 약 20㎛ 내지 150㎛, 또는 약 30㎛ 내지 130㎛, 또는 약 50㎛ 내지 110㎛, 또는 약 60㎛ 내지 100㎛ 범위 내에 있을 수 있다
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 공극(P3)이 노출되며 전술한 제1 공극(P1)으로 변화할 수 있다.
전술한 바와 같이, 제1 공극(P1)과 제2 공극(P2)은 어느 돌출 패턴(230)의 가장자리 둘레 길이 증가에 기여하고, 또한 돌출 패턴(230)이 형성하는 연마 면적에 영향을 줄 수 있다. 또, 제3 공극(P3)은 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.
이하, 연마 패드(11)의 트렌치(300)에 대해 설명한다. 연마 패드(11)의 일면, 예컨대 도 6 기준 상면은 트렌치(300)를 가질 수 있다. 트렌치(300)는 연마 패드(11)의 상면에 적하된 슬러리(70) 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 제1 트렌치(310)를 포함할 수 있다. 제1 트렌치(310)는 원형의 연마 패드(11)의 중심으로부터 대략 방사 방향(radial direction)으로 연장된 형상일 수 있다. 도 2는 제1 방향(X)과 제2 방향(Y) 및 45도 방향으로 경사진 8개의 제1 트렌치(310)가 형성된 경우를 예시하고 있다. 이에 따라 연마 패드(11)는 중심각이 대략 45도인 8개의 부채꼴 영역으로 구획될 수 있다. 본 실시예에 따른 연마 패드(11)의 제1 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.
제1 트렌치(310)는 연마 패드(11)의 회전에 따라 발생하는 원심력 등으로 인해 슬러리(70)가 연마 패드(11)의 방사측 외곽 방향으로 이동하거나, 내지는 유동하도록 유도할 수 있다. 이를 통해 노즐(60)이 이동하지 않고 슬러리(70)를 적하하는 경우에도 슬러리(70)가 연마 패드(11)의 전면(全面)에 도포되도록 할 수 있고, 일부분에 과도하게 뭉치는 것을 방지하여 슬러리의 활용 효율을 향상시킬 수 있다. 몇몇 실시예에서, 제1 트렌치(310)는 외곽 방향으로 갈수록 깊이가 깊어지도록 구성될 수도 있다.
또, 트렌치(300)는 원형의 연마 패드(11)의 중심을 기준으로 동심원(concentric circle) 배열된 제2 트렌치(320)를 더 포함할 수 있다. 도 2는 제2 트렌치(320)가 3개인 경우를 예시하고 있으나, 본 발명이 이에 제한되지 않음은 물론이다. 어느 제2 트렌치(320)는 복수의 제1 트렌치(310)와 교차하도록 마련될 수 있다. 제2 트렌치(320)는 연마 패드(11)의 회전에 따라 발생하는 원심력 등으로 슬러리(70)가 연마 패드(11)의 회전 방향, 즉 원주 방향으로 이동하거나, 내지는 유동하도록 유도할 수 있다.
본 발명이 이에 제한되는 것은 아니나, 우선적으로 제1 트렌치(310)에 의해 연마 패드(11)의 외곽 방향으로 유동하는 슬러리(70)는 제2 트렌치(320)에 의해 연마 패드(11)의 회전 방향으로 유동할 수 있다. 따라서 제1 트렌치(310)의 최대 폭을 제2 트렌치(320)의 최대 폭 보다 크게 형성하는 것이 슬러리(70)의 뭉침 방지 측면에서 유리할 수 있다.
도 6는 제1 트렌치(310)(및 제2 트렌치)가 베이스(210)의 두께(T2)와 실질적으로 동일한 깊이를 갖는 경우를 예시한다. 이에 따라 트렌치(300)를 통해 지지층(100)의 상면이 부분적으로 노출될 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 다른 실시예에서 트렌치(300)의 깊이는 베이스(210)의 두께 보다 작고, 이에 따라 지지층(100)이 노출되지 않을 수 있다. 또 다른 실시예에서, 트렌치(300)의 깊이는 베이스(210)의 두께 보다 크고, 이에 따라 지지층(100) 또한 부분적으로 트렌치를 갖는 형상일 수 있다.
뿐만 아니라, 본 실시예에서 제1 트렌치(310) 및 제2 트렌치(320)는 각 패턴층(200)에 소정의 유동성을 부여하고, 전술한 것과 같이 연마 패드(11)의 돌출 패턴(230)이 연마 대상 기판(50)의 굴곡을 따라 추종하도록 할 수 있다.
즉, 제1 트렌치(310) 및 제2 트렌치(320)에 의해 지지층(100)의 상면이 부분적으로 노출될 수 있고, 패턴층(200)은 제1 트렌치(310)를 기준으로 서로 이격될 수 있다. 즉, 하나의 지지층(100) 상에서 제1 트렌치(310) 등을 기준으로 구획되어 이격된 베이스(210)가 배치될 수 있다. 이에 따라 패턴층(200)에 가해지는 제3 방향(Z)으로의 압력에 의해 평면 방향으로의 유동성을 갖도록 할 수 있고, 연마 대상 기판(50)의 굴곡 표면을 따른 수직 추종을 더욱 유연하게 할 수 있다.
이를 위해 몇몇 실시예에서, 트렌치(300)의 최대 깊이, 예컨대 제1 트렌치(310)의 최대 깊이는 돌출 패턴(230)의 높이(H) 보다 클 수 있다. 패턴층(200)에 트렌치(300)가 형성된 예시적인 실시예에서, 제1 트렌치(310)의 최대 깊이가 돌출 패턴(230)의 높이 보다 큰 것이 패턴층(200)의 유동성 및 연마 대상 기판에 대한 추종 측면에서 유리할 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 대하여 설명한다. 다만, 전술한 실시예에 따른 연마 패드(11)와 동일하거나 극히 유사한 구성에 대한 설명은 생략하며, 이는 첨부된 도면 및 상세한 설명의 기재로부터 본 기술분야에 속하는 통상의 기술자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다. 또한 다른 실시예들에 따른 연마 패드가 적용된 연마 장치를 용이하게 생각해낼 수 있음은 물론이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 연마 장치의 연마 패드의 돌출 패턴의 배열을 나타낸 평면도이다.
도 11을 참조하면, 본 실시예에 따른 연마 패드(12)의 패턴층(202)의 돌출 패턴(232)은 평면 시점에서 사각 형상이 아니라 대략 '+'자 형상을 갖는 점이 도 4 등의 실시예에 따른 연마 패드와 상이한 점이다.
복수의 돌출 패턴(232)은 베이스(210) 상에 배치될 수 있다. 돌출 패턴(232)은 적어도 2개의 방향을 따라 반복 배열되어 대략 규칙적인 배열을 형성할 수 있음은 전술한 바와 같다. 예를 들어, 돌출 패턴(232)은 제1 방향(X) 및 제2 방향(Y)을 따라 동일한 이격 거리를 가지고 반복 배열될 수 있다. 도면으로 표현하지 않았으나, 방사 방향으로 연장된 제1 트렌치(미도시) 중 적어도 일부는 돌출 패턴(232)의 배열 방향과 실질적으로 평행할 수 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
돌출 패턴(232)은 대략 '+'자 형상을 가질 수 있다. 구체적으로, 임의의 지점을 기준으로 상기 배열 방향과 동일한 제1 방향(X) 및 제2 방향(Y)으로 연장된 연장부(232p)들을 가질 수 있다. 이에 따라 돌출 패턴(232)은 평면 시점에서 좌상부, 우상부, 우하부, 좌하부에 4개의 만입부(232v)를 가질 수 있다.
이 경우 돌출 패턴(232)의 최대폭(Wmax)은 대략 서로 반대 방향으로 연장된 두개의 연장부(232p)의 길이로 표현될 수 있다. 반면, 돌출 패턴(232)의 최소폭(Wmin)은 어느 연장부(232p)의 폭으로 표현될 수 있다.
어느 돌출 패턴(232)은 둘레 길이의 증가에 기여하는 제1 공극(P1)과 제2 공극(P2)을 가짐은 전술한 바와 같다. 또, 도면으로 표현하지 않았으나 돌출 패턴(232)은 측면 상에 위치한 제3 공극(미도시)을 가질 수 있다.
돌출 패턴(232)의 크기 등은 연마 패드(12)의 연마율, 연마 불균일도 등에 영향을 미칠 수 있다. 본 실시예와 같이 대략 정십자가 형상의 돌출 패턴(232)의 경우, 돌출 패턴(232)의 단위 면적당 둘레 길이는 전술한 도 4의 실시예와 실질적으로 동일할 수 있다. 반면 도 4와 상이한 연마 면적을 제공할 수 있으며, 본 실시예와 같은 돌출 패턴(232)의 형상을 이용해 설계 자유도를 확보할 수 있다.
또, 본 실시예와 같이 어느 돌출 패턴(232)이 만입부(232v)를 가질 경우, 연마 패드(12)의 상면 상에서 유동하는 슬러리(미도시)가 돌출 패턴(232)의 상면을 타고 반대 방향으로 유동하는 구조를 형성할 수 있다. 즉, 슬러리가 베이스(210)의 상면 뿐 아니라 돌출 패턴(232)의 만입부에 의해 흐름이 트랩(trap) 및/또는 제어되어 돌출 패턴(232)의 상면으로 강제적으로 유동하도록 구성할 수 있고, 이를 통해 슬러리의 활용 효율을 높일 수 있다.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 연마 장치의 연마 패드의 돌출 패턴의 배열을 나타낸 평면도이다.
도 12를 참조하면, 본 실시예에 따른 연마 패드(13)의 패턴층(203)의 돌출 패턴(233)은 평면 시점에서 대략 피봇된 '+'자 형상을 갖는 점이 도 11의 실시예에 따른 연마 패드와 상이한 점이다. 즉, 돌출 패턴(233)은 평면 시점에서 대략 'X'자 형상을 가질 수 있다. 본 명세서에서, '+'자 형상과 'X'자 형상은 피봇된 점을 제외하고는 동일한 형상으로 간주될 수 있다.
어느 돌출 패턴(233)은 둘레 길이의 증가에 기여하는 제1 공극(P1)과 제2 공극(P2)을 가짐은 전술한 바와 같다. 또, 도면으로 표현하지 않았으나 돌출 패턴(233)은 측면 상에 위치한 제3 공극(미도시)을 가질 수 있다.
돌출 패턴(233)은 임의의 지점을 기준으로 연장된 연장부(233p)들을 가지되, 연장부(233p)의 연장 방향(extending direction)은 돌출 패턴(233)들의 배열 방향(arranging direction), 즉 제1 방향(X) 및 제2 방향(Y)과 교차하는 방향일 수 있다. 또, 돌출 패턴(233)의 최대폭(Wmax)은 두개의 연장부(233p)의 길이의 합으로 표현되고, 최소폭(Wmin)은 어느 연장부(233p)의 폭으로 표현됨은 전술한 바와 같다. 본 실시예에 따른 돌출 패턴(233)의 단위 면적당 둘레 길이 및 평면상 면적은 도 11의 실시예와 실질적으로 동일할 수 있다.
본 실시예와 같이 돌출 패턴(233)이 평면상 피봇될 경우 만입부(233v)를 돌출 패턴(233)의 제1 방향(X) 일측과 타측, 그리고 제2 방향(Y) 일측과 타측에 위치하도록 할 수 있다. 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니나, 슬러리는 연마 패드(13)의 회전에 의해 발생하는 원심력에 의해 방사 방향으로 이동하는 경향이 클 수 있다. 또, 어느 위치에서 상기 방사 방향은 제1 방향(X)과 대략 일치할 수 있다. 따라서 만입부(233v)를 본 실시예와 같이 배열할 경우 슬러리의 유동 구조를 강화할 수 있고, 연마 효율 등을 향상시킬 수 있다.
도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 연마 장치의 연마 패드의 돌출 패턴의 배열을 나타낸 평면도이다.
도 13을 참조하면, 본 실시예에 따른 연마 패드(14)의 패턴층(204)의 복수의 돌출 패턴(234)들은 함께 돌출 패턴 군집(234N)을 형성하는 점이 도 12의 실시예에 따른 연마 패드와 상이한 점이다.
어느 하나의 돌출 패턴(234)은 도 4 등의 실시예와 동일한 형상을 가질 수 있다. 반면 복수의 돌출 패턴(234)는 서로 인접하여 돌출 패턴 군집(234N)을 형성할 수 있다. 복수의 돌출 패턴 군집(234N)은 제1 방향(X) 및 제2 방향(Y)을 따라 규칙적으로 배열될 수 있다.
어느 하나의 돌출 패턴 군집(234N)은 복수의 돌출 패턴(234)을 포함하되, 어느 하나의 돌출 패턴 군집(234N) 내에서 복수의 돌출 패턴(234)은 대략 규칙적으로 배열될 수 있다. 도 13은 하나의 돌출 패턴 군집(234N)이 5개의 돌출 패턴(234)으로 이루어진 경우를 예시한다.
전술한 바와 같이 어느 돌출 패턴(234)은 서로 독립한 형상을 갖는 단위 구조체를 의미하며, 돌출 패턴 군집(234N)이 규칙적으로 배열되는 경우에도 본 명세서에서 사용되는 용어 최소폭, 최대폭 등은 어느 하나의 돌출 패턴(234)에 대해 지칭하는 것으로 이해되어야 한다.
돌출 패턴 군집(234N)은 전체적으로 대략 'X'자 형상을 가질 수 있다. 어느 하나의 돌출 패턴 군집(234N)은 인접한 돌출 패턴(234)들이 형성하는 만입부(234v)를 가질 수 있다. 돌출 패턴(234)들은 대각 방향으로 맞닿은 상태일 수 있으나 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
각 돌출 패턴(234)들은 둘레 길이의 증가에 기여하는 제1 공극(P1)과 제2 공극(P2)을 가질 수 있다. 또, 도면으로 표현하지 않았으나 돌출 패턴(234)은 각각 측면 상에 위치한 제3 공극(미도시)을 가질 수도 있다.
본 실시예에 있어서 돌출 패턴(234)의 최대폭(Wmax)은 대략 사각 형상인 돌출 패턴(234)의 대각 방향으로의 길이로 표현되고, 돌출 패턴(234)의 최소폭(Wmin)은 어느 한 변의 길이로 표현될 수 있다.
본 실시예는 전체적으로 도 12와 같은 형상을 갖는 돌출 패턴 군집(234N)을 제공함에 있어서, 둘레 길이 증가 등을 위해 하나의 돌출 패턴 군집(234N)을 복수의 돌출 패턴(234)들로 구성한 것일 수 있다. 이 경우 도 12의 실시예와 대략 동일하거나 유사한 연마 면적을 제공하되, 단위 면적당 둘레 길이를 더욱 증가시킬 수 있다. 이를 통해 설계 자유도를 확보할 수 있다.
도 14는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 연마 장치의 연마 패드의 돌출 패턴의 배열을 나타낸 평면도이다.
도 14를 참조하면, 본 실시예에 따른 연마 패드(15)의 패턴층(205)의 돌출 패턴(235)이 서로 상이한 형상의 제1 돌출 패턴(235a) 및 제2 돌출 패턴(235b)을 포함하는 점이 도 13의 실시예에 따른 연마 패드와 상이한 점이다.
제1 돌출 패턴(235a)은 돌출 패턴 군집(235N)의 대략 중심에 위치하며, 도 4 등의 실시예에 따른 돌출 패턴과 실질적으로 동일한 형상일 수 있다. 반면 제2 돌출 패턴(235b)은 제1 돌출 패턴(235a)을 둘러싸도록 배열되고, 대략 'X'자 형상을 가질 수 있다.
복수의 돌출 패턴 군집(235N)은 제1 방향(X) 및 제2 방향(Y)을 따라 규칙적으로 배열될 수 있다. 도 14는 어느 하나의 돌출 패턴 군집(235N)이 1개의 제1 돌출 패턴(235a) 및 4개의 제2 돌출 패턴(235b)을 포함하여 이루어진 경우를 예시한다. 돌출 패턴 군집(235N)은 전체적으로 대략 'X'자 형상을 가질 수 있다. 어느 하나의 돌출 패턴 군집(235N)은 인접한 1개의 제1 돌출 패턴(235a) 및 2개의 제2 돌출 패턴(235b)이 형성하는 만입부(235v)를 가질 수 있다. 어느 제2 돌출 패턴(235b)과 제1 돌출 패턴(235a)은 대각 방향으로 맞닿은 상태일 수 있으나 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
어느 하나의 제2 돌출 패턴(235b)은 어느 지점을 기준으로 연장된 4개의 연장부(235p)를 포함할 수 있다. 제2 돌출 패턴(235b)이 대략 'X'자 형상을 가짐에 따라 제2 돌출 패턴(235b)들 각각 또한 세부 만입부를 형성할 수 있다. 상기 세부 만입부는 유동하는 슬러리가 돌출 패턴(235)의 상면을 타고 반대 방향으로 흐르도록 하여 슬러리의 이용 효율을 더욱 향상시킬 수 있다.
제1 돌출 패턴(235a) 및 제2 돌출 패턴(235b)은 각각 둘레 길이의 증가에 기여하는 제1 공극(P1)과 제2 공극(P2)을 가질 수 있다. 또, 도면으로 표현하지 않았으나 제1 돌출 패턴(235a) 및 제2 돌출 패턴(235b)은 각각 측면 상에 위치한 제3 공극(미도시)을 가질 수도 있다.
본 실시예에 있어서, 제1 돌출 패턴(235a)의 최대폭(Wmax-a)은 대략 사각 형상의 패턴의 대각선 길이로 표현되고, 최소폭(Wmin-a)은 한 변의 길이로 표현될 수 있다. 반면 제2 돌출 패턴(235b)의 최대폭(Wmax-b)은 서로 반대 방향으로 연장된 두개의 연장부(235p)의 연장 길이의 합으로 표현되고, 최소폭(Wmin-b)은 연장부(235p)의 폭으로 표현될 수 있다.
본 실시예에 따를 경우, 도 13의 연마 패드에 비해 더 작은 연마 면적을 제공하는 반면, 도 13의 연마 패드 보다 더 큰 단위 면적당 둘레 길이를 제공할 수 있다. 이를 통해 설계 자유도를 확보할 수 있다.
도 15는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 연마 장치의 연마 패드의 돌출 패턴의 배열을 나타낸 평면도이다.
도 15를 참조하면, 본 실시예에 따른 연마 패드(16)의 패턴층(206)의 돌출 패턴(236) 중 적어도 일부는 대략 'X'자 형상을 가지고, 적어도 다른 일부는 '+'자 형상인 점이 도 14의 실시예에 따른 연마 패드와 상이한 점이다. 이에 따라 어느 하나의 돌출 패턴 군집(236N) 내의 돌출 패턴(236)들은 서로 이격된 상태일 수 있다. 어느 돌출 패턴 군집(236N) 내에서 복수의 돌출 패턴(236)들이 서로 이격될 경우 상기 이격 공간을 통해 슬러리 내 큰 입자 내지는 불순물이 통과하는 경로를 제공할 수 있다. 즉, 연마 대상 기판에 손상을 유발하는 입자는 돌출 패턴(236)의 상면으로 유동하지 않고 이격 공간으로 통과하게 구성하여 연마 특성을 더욱 향상시킬 수 있다.
돌출 패턴 군집(236N)은 제1 방향(X) 및 제2 방향(Y)을 따라 규칙적으로 배열될 수 있다. 돌출 패턴 군집(236N)은 전체적으로 대략 'X'자 형상을 가질 수 있다. 어느 하나의 돌출 패턴 군집(236N)은 인접한 돌출 패턴(236)들이 형성하는 만입부(236v)를 가질 수 있다.
어느 하나의 돌출 패턴(236)은 복수의 연장부(236v)를 가질 수 있다.
한편, 돌출 패턴(236)들은 각각 둘레 길이의 증가에 기여하는 제1 공극(P1)과 제2 공극(P2)을 가질 수 있다. 또, 도면으로 표현하지 않았으나 돌출 패턴(236)들은 각각 측면 상에 위치한 제3 공극(미도시)을 가질 수도 있다.
본 실시예에 있어서, 돌출 패턴(236)의 최소폭(Wmin)은 어느 연장부(236p)의 폭으로 표현될 수 있다.
도 16은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 연마 장치의 연마 패드의 돌출 패턴의 배열을 나타낸 평면도이다.
도 16을 참조하면, 본 실시예에 따른 연마 패드(17)의 패턴층(207)의 돌출 패턴 군집(237N)은 9개의 돌출 패턴(237)으로 이루어진 점이 도 15의 실시예에 따른 연마 패드와 상이한 점이다. 본 실시예에 있어서, 돌출 패턴(237)의 최소폭(Wmin)은 어느 돌출 패턴(237)의 하나의 연장부(237p)의 폭으로 표현될 수 있다.
본 실시예에 따른 돌출 패턴(237)은 도 15와 대략 유사한 형상을 가지되, 더 큰 둘레 길이를 제공하기 위한 것일 수 있다.
도 17은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 연마 장치의 연마 패드의 돌출 패턴의 배열을 나타낸 평면도이다.
도 17을 참조하면, 본 실시예에 따른 연마 패드(18)의 패턴층(208)의 복수의 돌출 패턴 군집(238N)의 배열 방향과, 어느 돌출 패턴 군집(238N) 내의 돌출 패턴(238)들의 배열 방향이 서로 상이한 점이 도 16의 실시예에 따른 연마 패드와 상이한 점이다.
즉, 복수의 돌출 패턴 군집(238N)들은 제1 방향(X) 및 제2 방향(Y)을 따라 배열될 수 있다. 각 돌출 패턴(238)은 제1 방향(X) 및 제2 방향(Y)과 교차하는 방향으로 배열될 수 있다. 더 구체적으로, 돌출 패턴 군집(238N)은 전체적으로 피봇된 형상일 수 있다.
본 실시예에 따를 경우, 돌출 패턴(238) 또는 돌출 패턴 군집(238N)의 배열 밀도를 증가시킬 수 있고, 단위 면적당 연마 면적 또는 단위 면적당 둘레 길이 등을 제어할 수 있다. 예를 들어, 도 16과 같이 돌출 패턴 군집의 배열 방향과 각 돌출 패턴 군집의 연장 방향, 즉 단위 돌출 패턴의 배열 방향이 동일한 경우에 비해, 본 실시예와 같이 이들을 서로 상이한 방향으로 하여 배열 밀도를 보다 높일 수 있다.
도 18은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 연마 장치의 연마 패드의 돌출 패턴의 배열을 나타낸 평면도이다.
도 18을 참조하면, 본 실시예에 따른 연마 패드(19)의 패턴층(209)의 돌출 패턴 군집(239)의 배열 방향은 제1 방향(X) 및 제2 방향(Y)과 교차하는 방향인 점이 도 17의 실시예에 따른 연마 패드와 상이한 점이다.
전술한 바와 같이, 제1 방향(X) 및 제2 방향(Y)은 방사 방향으로 연장된 제1 트렌치(미도시) 중 일부가 연장된 방향과 대략 평행할 수 있다. 즉, 본 실시예에 따른 연마 패드(19)는 돌출 패턴 군집(239N)들의 배열 방향 및 어느 하나의 돌출 패턴 군집(239N)에 있어서 돌출 패턴(239)들의 배열 방향이, 제1 트렌치의 연장 방향과 상이한 방향일 수 있다.
도 18은 돌출 패턴 군집(239N)의 배열 방향과 돌출 패턴(239)의 배열 방향이 실질적으로 동일한 경우를 예시하고 있으나, 다른 실시예에서 상기 양자는 서로 교차하는 방향일 수도 있음은 물론이다.
이하, 구체적인 제조예, 비교예 및 실험예를 참조하여 본 발명에 대해 더욱 상세하게 설명한다.
제조예 1: 돌출 패턴을 갖는 연마 패드의 제조
도 18과 같은 형상의 돌출 패턴을 형성하였다. 이 때 돌출 패턴이 차지하는 면적은 전체 면적에 대해 약 10.0%가 되도록 하였다. 돌출 패턴의 최소폭은 약 20㎛였다. 돌출 패턴의 형성 방법은 레이저 가공을 이용하였다. 또, 패턴층은 다공성을 가지되, 공극의 평균 입도는 10㎛이고 체적 비율은 약 25%인 것을 이용하였다.
그리고 둘레 길이를 제어하기 위해 패턴 크기를 조절하며 다양한 연마 패드를 준비하였다.
제조예 2: 돌출 패턴을 갖는 연마 패드의 제조
돌출 패턴의 최소폭을 약 60㎛로 형성한 점을 제외하고는 제조예 1과 동일한 형상의 연마 패드를 제조하였다. 그리고 둘레 길이를 제어하기 위해 패턴 크기를 조절하며 다양한 연마 패드를 준비하였다.
제조예 3: 돌출 패턴을 갖는 연마 패드의 제조
공극의 평균 입도가 20㎛이고 체적 비율이 약 40%인 것을 이용한 점을 제외하고는 제조예 2와 동일한 형상의 연마 패드를 제조하였다. 그리고 둘레 길이를 제어하기 위해 패턴 크기를 조절하며 다양한 연마 패드를 준비하였다.
제조예 4: 돌출 패턴을 갖는 연마 패드의 제조
공극의 평균 입도가 40㎛이고 체적 비율이 약 40%인 것을 이용한 점을 제외하고는 제조예 2와 동일한 형상의 연마 패드를 제조하였다. 그리고 둘레 길이를 제어하기 위해 패턴 크기를 조절하며 다양한 연마 패드를 준비하였다.
제조예 5: 돌출 패턴을 갖는 연마 패드의 제조
공극의 평균 입도가 100㎛이고 체적 비율이 약 30%인 것을 이용한 점을 제외하고는 제조예 2와 동일한 형상의 연마 패드를 제조하였다.
제조예 6: 돌출 패턴을 갖는 연마 패드의 제조
공극의 평균 입도가 200㎛이고 체적 비율이 약 20%인 것을 이용한 점을 제외하고는 제조예 2와 동일한 형상의 연마 패드를 제조하였다.
실험예 1: 단위 면적당 둘레 길이에 따른 연마율
제조예 1 내지 제조예 4에 따른 연마 패드를 이용하여 단위 면적당 둘레 길이가 연마율 특성에 미치는 영향을 확인하였다. 약 10%의 연마 면적을 유지한 상태에서 패턴의 크기 등을 조절하여 약 1mm/mm2, 약 2mm/mm2, 약 3mm/mm2, 약 4mm/mm2, 약 5mm/mm2, 약 6mm/mm2, 약 7mm/mm2, 약 8mm/mm2, 약 10mm/mm2, 약 15mm/mm2, 약 25mm/mm2의 둘레 길이를 갖는 다양한 연마 패드를 준비하였다. 이 때 패턴의 최소폭과 공극 조건은 제조예 1 내지 제조예 4에서 제시한 조건을 유지하였다.
연마 실험은 8인치 옥사이드 웨이퍼와 옥사이드용 슬러리인 TSO-12(솔브레인)를 사용하였다. 겉보기 접촉 압력은 150g/cm2로 하였다. 겉보기 접촉 압력(apparent contact pressure, Pa)는 캐리어에 의해 연마 대상 기판에 가해진 전체 하중을 연마 대상 기판의 면적으로 나눈 값으로 정의될 수 있다. 연마 패드의 회전 속도는 61rpm으로 고정하였다.
그리고 그 결과를 도 19에 나타내었다. 도 19를 참조하면, 돌출 패턴의 단위 면적당 둘레 길이가 증가함에 따라 연마율이 증가하는 것을 확인할 수 있다. 다만 연마율의 증가는 선형으로 이루어지지 않고 둘레 길이가 증가함에 따라 점차 상승폭이 저하되고 둔화되어 소정의 값에 수렴하는 것을 확인할 수 있다. 예를 들어, 약 50mm/mm2 내에서 연마 효율이 수렴할 것으로 예상된다.
이를 통해 면적 비율과 둘레 길이에 따라 연마율을 제어할 수 있음을 확인할 수 있었다.
특히 돌출 패턴의 최소폭이 약 60㎛ 수준인 제조예 2 내지 제조예 4를 비교하면, 공극의 평균 입도가 증가함에 따라 둘레 길이가 동일한 경우에도 연마율이 점차 증가하는 것을 확인할 수 있다. 제조예 1과 제조예 3 및 제조예 4를 비교하면, 돌출 패턴의 최소폭이 더 작은 제조예 1에 비해 제조예 3 및 제조예 4의 경우 그 이상의 연마율을 나타내는 것을 확인할 수 있다.
실험예 2: 공극에 따른 연마율
제조예 1 내지 제조예 5에 따른 연마 패드를 이용하여 공극의 평균 크기가 연마율에 특성에 미치는 영향을 확인하였다. 연마 패드의 둘레 길이는 15mm/mm2로 고정하였다. 비교예로서 상용 연마 패드인 다우(Dow) 사의 IC1010 패드를 이용하였다.
연마 조건은 패드의 회전 속도를 61rpm, 93rpm 중 하나로 하고, 연마 압력을 150g/cm2 및 300g/cm2 중 하나로 하여 가로축을 회전 속도와 압력의 곱으로 표현하였다. 그리고 그 결과를 도 20 및 도 21에 나타내었다.
도 20 및 도 21을 참조하면, 동일한 돌출 패턴 최소폭을 갖는 경우 공극의 크기가 증가함에 따라 연마율이 증가하는 것을 확인할 수 있다. 특히 제조예 1과 제조예 3을 비교하면, 제조예 3의 경우 더 큰 최소폭을 가짐에도 불구하고 높은 수준의 연마율을 나타내었다. 한편 더 높은 수준의 연마 조건, 즉 연마 속도와 연마 압력이 증가할수록 본 발명의 제조예 3 내지 제조예 5에 따른 연마 패드의 연마 효율이 더욱 증가하는 것을 확인할 수 있었다.
공극의 평균 입도가 200㎛인 제조예 6의 경우 공극으로 인해 패턴 형상이 붕괴되었으며 연마 면적을 10%로 유지하기 곤란하였다. 또한 제조예 6의 경우 측정된 연마율이 낮을 뿐 아니라 연마 기판에 손상이 관찰되어 연마가 이루어지지 않은 것으로 판단할 수 있었다.
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.
1: 연마 장치
10: 연마 플레이튼
11: 연마 패드
40: 캐리어
50: 연마 대상 기판
60: 노즐
70: 슬러리
100: 지지층
200: 패턴층
210: 베이스
230: 돌출 패턴
300: 트렌치

Claims (15)

  1. 지지층; 및 상기 지지층 상에 배치된 패턴층으로서, 다수의 공극을 갖는 하나 이상의 돌출 패턴을 포함하는 패턴층을 포함하되,
    단위 면적당 상기 하나 이상의 돌출 패턴이 형성하는 연마면의 둘레 길이는 1.0mm/mm2 내지 30.0mm/mm2 범위이고,
    상기 돌출 패턴의 최소 폭은 30㎛ 이상이고,
    어느 하나의 상기 돌출 패턴의 평면상 둘레 길이는, 상기 돌출 패턴 최소 폭의 4배 내지 50배 범위에 있고,
    평면 시점에서, 단위 면적당, 상기 돌출 패턴의 실연마 면적은 5% 내지 30%인,
    연마 패드.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 패턴층은 이격된 복수의 돌출 패턴, 및 복수의 돌출 패턴을 서로 연결하는 베이스를 포함하고,
    상기 패턴층의 베이스는 일 방향으로 연장된 형상의 제1 트렌치를 가지되,
    상기 제1 트렌치는 적어도 부분적으로 상기 베이스를 관통하여 상기 지지층을 부분적으로 노출하는 연마 패드.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 지지층은 상기 제1 트렌치와 연결된 제2 트렌치를 갖는 연마 패드.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 패턴층은 이격된 복수의 돌출 패턴, 및 복수의 돌출 패턴을 서로 연결하는 베이스를 포함하고,
    상기 패턴층이 베이스는 평면상 중심으로부터 방사 방향으로 연장된 제1 트렌치를 가지되, 상기 제1 트렌치의 깊이는 외곽 방향으로 갈수록 깊어지는 연마 패드.
  5. 제1항에 있어서,
    단위 면적당 상기 돌출 패턴이 형성하는 연마면의 둘레 길이는 어느 돌출 패턴의 최소폭의 역수의 0.1배 내지 1.0배 범위에 있는 연마 패드.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 돌출 패턴의 다수의 공극은, 상기 돌출 패턴의 측면을 통해서만 노출된 제3 공극을 포함하되,
    적어도 일부의 상기 제3 공극은 원 또는 타원 형상의 폐곡선 형상인 연마 패드.
  7. 제6항에 있어서,
    어느 단면 시점에서, 상기 돌출 패턴의 어느 측면을 통해 노출된 제3 공극이 높이 방향으로 복수개 위치하도록, 상기 돌출 패턴의 높이가 구성되는 연마 패드.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 공극은 상기 돌출 패턴의 측면 상에 위치하여 돌출 패턴의 측면 홈을 형성하고 상기 측면 면적 증가에 기여하되, 상기 돌출 패턴의 연마면으로는 노출되지 않는 제3 공극을 포함하고,
    상기 제3 공극의 평균 직경은 20㎛ 내지 150㎛ 범위에 있고,
    어느 단면 시점에서, 상기 제3 공극은 상기 돌출 패턴의 높이 방향을 따라 복수개 배열되는 연마 패드.
  9. 삭제
  10. 제1항에 있어서,
    상기 패턴층은 수직 방향 압력에 대한 평면 방향으로의 최대 변화율이 10.0% 이하인 재료로 이루어지는, 연마 패드.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 지지층의 공극률은 상기 패턴층의 공극률 보다 큰 연마 패드.
  12. 제1항에 있어서,
    서로 이격된 복수의 상기 돌출 패턴은 함께 돌출 패턴 군집을 정의하고,
    상기 돌출 패턴 군집은 복수개로 구비되고,
    어느 하나의 돌출 패턴 군집에서, 복수의 돌출 패턴의 배열 방향, 및
    상기 복수의 돌출 패턴 군집의 배열 방향은 서로 교차하는 방향인 연마 패드.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 복수의 돌출 패턴의 배열 방향,
    상기 복수의 돌출 패턴 군집의 배열 방향, 및
    상기 연마 패드의 방사 방향은 모두 교차하는 연마 패드.
  14. 제1항에 있어서,
    서로 이격된 복수의 상기 돌출 패턴은 함께 돌출 패턴 군집을 정의하고,
    상기 어느 하나의 돌출 패턴 군집은, 제1 돌출 패턴 및 상기 제1 돌출 패턴과 최인접하여 이격된 제2 돌출 패턴을 포함하고,
    상기 제1 돌출 패턴은, 제1 방향으로 연장된 제1-1 연장부, 및 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 연장된 제1-2 연장부를 포함하고, 상기 제1-1 연장부와 제1-2 연장부는 평면상 제1 돌출 패턴의 만입부를 정의하고,
    상기 제2 돌출 패턴은, 제3 방향으로 연장된 제2-1 연장부, 및 상기 제3 방향과 교차하는 제4 방향으로 연장된 제2-2 연장부를 포함하고, 상기 제2-1 연장부와 제2-2 연장부는 평면상 제2 돌출 패턴의 만입부를 정의하고,
    상기 제3 방향은, 상기 제1 방향 및 제2 방향과 교차하는 방향이고,
    상기 제4 방향은, 상기 제1 방향 및 제2 방향과 교차하는 방향이고,
    상기 제1 돌출 패턴의 제1-1 연장부는, 상기 제2 돌출 패턴의 만입부를 향하는 방향으로 연장된 연마 패드.
  15. 회전하도록 구성된 연마 플레이튼; 및
    상기 연마 플레이튼 상에 배치되는 제1항 내지 제8항, 및 제10항 내지 제14항 중 어느 한 항에 따른 연마 패드를 포함하는 연마 장치.
KR1020210071932A 2020-07-16 2021-06-03 다공성 돌출 패턴을 포함하는 연마 패드 및 이를 포함하는 연마 장치 KR102570825B1 (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/KR2021/008851 WO2022014978A1 (ko) 2020-07-16 2021-07-10 연마 패드, 이를 포함하는 연마 장치, 그리고 연마 패드의 제조 방법
US17/928,617 US20230226660A1 (en) 2020-07-16 2021-07-10 Polishing pad, polishing device including same, and manufacturing method thereof

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200088114 2020-07-16
KR20200088114 2020-07-16

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20220009864A KR20220009864A (ko) 2022-01-25
KR102570825B1 true KR102570825B1 (ko) 2023-08-28

Family

ID=80049301

Family Applications (5)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020210071932A KR102570825B1 (ko) 2020-07-16 2021-06-03 다공성 돌출 패턴을 포함하는 연마 패드 및 이를 포함하는 연마 장치
KR1020210073591A KR102579552B1 (ko) 2020-07-16 2021-06-07 연마면에 형성된 패턴 구조를 갖는 연마 패드, 이를 포함하는 연마 장치 및 연마 패드의 제조 방법
KR1020210089568A KR102530402B1 (ko) 2020-07-16 2021-07-08 다공성 돌출 패턴을 포함하는 화학-기계적 연마 패드 및 레이저를 이용한 그 제조 방법
KR1020210091983A KR102526840B1 (ko) 2020-07-16 2021-07-14 증가된 둘레 길이를 갖는 돌출 패턴을 포함하는 화학-기계적 연마 패드 및 그 제조 방법
KR1020210093533A KR102522646B1 (ko) 2020-07-16 2021-07-16 만입부를 갖는 돌출 패턴을 포함하는 화학-기계적 연마 패드 및 그 제조 방법

Family Applications After (4)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020210073591A KR102579552B1 (ko) 2020-07-16 2021-06-07 연마면에 형성된 패턴 구조를 갖는 연마 패드, 이를 포함하는 연마 장치 및 연마 패드의 제조 방법
KR1020210089568A KR102530402B1 (ko) 2020-07-16 2021-07-08 다공성 돌출 패턴을 포함하는 화학-기계적 연마 패드 및 레이저를 이용한 그 제조 방법
KR1020210091983A KR102526840B1 (ko) 2020-07-16 2021-07-14 증가된 둘레 길이를 갖는 돌출 패턴을 포함하는 화학-기계적 연마 패드 및 그 제조 방법
KR1020210093533A KR102522646B1 (ko) 2020-07-16 2021-07-16 만입부를 갖는 돌출 패턴을 포함하는 화학-기계적 연마 패드 및 그 제조 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (5) KR102570825B1 (ko)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024210464A1 (ko) * 2023-04-03 2024-10-10 한국과학기술원 연마 패드, 연마가공장치 및 연마 패드 제조방법

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100377583B1 (ko) 1994-01-13 2003-08-21 미네소타 마이닝 앤드 매뉴팩춰링 캄파니 연마물품,이의제조방법및연마장치
JP2008540154A (ja) 2005-05-16 2008-11-20 チエン−ミン・ソン 超硬切削工具およびこれに関連する方法
JP2018502452A (ja) 2014-12-18 2018-01-25 アプライド マテリアルズ インコーポレイテッドＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ Ｕｖ硬化性ｃｍｐ研磨パッド及び製造方法

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2889124B2 (ja) * 1994-07-11 1999-05-10 株式会社ノリタケカンパニーリミテド ラッピング研磨装置の研磨定盤
JPH11156699A (ja) * 1997-11-25 1999-06-15 Speedfam Co Ltd 平面研磨用パッド
JP2002057130A (ja) * 2000-08-14 2002-02-22 Three M Innovative Properties Co Ｃｍｐ用研磨パッド
JP2007081322A (ja) * 2005-09-16 2007-03-29 Jsr Corp 化学機械研磨パッドの製造方法
KR101165114B1 (ko) * 2004-10-06 2012-07-12 라지브 바자즈 향상된 화학 기계적 평탄화 작업용 장치 및 방법
KR20070108546A (ko) * 2005-02-18 2007-11-12 네오패드 테크놀로지즈 코포레이션 화학적 기계적인 평탄화를 위해 적합화된 연마 패드와 그연마 패드의 제조 및 사용 방법
JP2007103602A (ja) * 2005-10-03 2007-04-19 Toshiba Corp 研磨パッド及び研磨装置
KR100761847B1 (ko) * 2005-12-07 2007-09-28 삼성전자주식회사 연마 입자가 내재된 연마 패드, 이의 제조 방법, 및 이를포함하는 화학적 기계적 연마 장치
WO2009123659A1 (en) * 2008-04-01 2009-10-08 Innopad, Inc. Polishing pad with controlled void formation
US8920219B2 (en) * 2011-07-15 2014-12-30 Nexplanar Corporation Polishing pad with alignment aperture
JP6188286B2 (ja) * 2012-07-13 2017-08-30 スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー 研磨パッド及びガラス、セラミックス、及び金属材料の研磨方法
KR101744694B1 (ko) * 2012-11-09 2017-06-09 주식회사 리온에스엠아이 혼합 기공 구조를 갖는 ｃｍｐ패드
US9649742B2 (en) * 2013-01-22 2017-05-16 Nexplanar Corporation Polishing pad having polishing surface with continuous protrusions
US10160092B2 (en) * 2013-03-14 2018-12-25 Cabot Microelectronics Corporation Polishing pad having polishing surface with continuous protrusions having tapered sidewalls
US10875146B2 (en) * 2016-03-24 2020-12-29 Rohm And Haas Electronic Materials Cmp Holdings Debris-removal groove for CMP polishing pad

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100377583B1 (ko) 1994-01-13 2003-08-21 미네소타 마이닝 앤드 매뉴팩춰링 캄파니 연마물품,이의제조방법및연마장치
JP2008540154A (ja) 2005-05-16 2008-11-20 チエン−ミン・ソン 超硬切削工具およびこれに関連する方法
JP2018502452A (ja) 2014-12-18 2018-01-25 アプライド マテリアルズ インコーポレイテッドＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ Ｕｖ硬化性ｃｍｐ研磨パッド及び製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
KR102579552B1 (ko) 2023-09-18
KR20220009877A (ko) 2022-01-25
KR102530402B1 (ko) 2023-05-10
KR20220009866A (ko) 2022-01-25
KR102522646B1 (ko) 2023-04-18
KR20220009864A (ko) 2022-01-25
KR20220009913A (ko) 2022-01-25
KR102526840B1 (ko) 2023-04-28
KR20220009888A (ko) 2022-01-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7232285B2 (ja) 特徴を含む内面を有する保持リング
US7867066B2 (en) Polishing pad
TWI458591B (zh) 高速溝槽圖案
US7255633B2 (en) Radial-biased polishing pad
US9308620B2 (en) Permeated grooving in CMP polishing pads
US6875096B2 (en) Chemical mechanical polishing pad having holes and or grooves
TWI449598B (zh) 高速研磨方法
JPH10249710A (ja) Ｃｍｐ用偏心溝付き研磨パッド
KR100723436B1 (ko) 연마패드의 컨디셔너 및 이를 구비하는 화학기계적연마장치
KR100818523B1 (ko) 연마 패드
US10201887B2 (en) Polishing pad having grooves on bottom surface of top layer
JP2005500689A (ja) ウェーブ形状のグルーブを有する化学的機械的研磨パッド
JP2006167907A (ja) 研磨媒体利用度を改善するために設けられた溝を有するｃｍｐ研磨パッド
KR102570825B1 (ko) 다공성 돌출 패턴을 포함하는 연마 패드 및 이를 포함하는 연마 장치
US20220080550A1 (en) Polishing pad having pattern structure formed on polishing surface, polishing device including same, and method for manufacturing polishing pad
US8721394B2 (en) Polishing pad and polishing method
JP2004327567A (ja) 研磨パッド
US6951510B1 (en) Chemical mechanical polishing pad with grooves alternating between a larger groove size and a smaller groove size
KR20050115526A (ko) 연마 패드 어셈블리, 이를 갖는 웨이퍼 연마 장치 그리고이들을 이용한 웨이퍼 연마 방법
KR102636521B1 (ko) 다공성 돌출 패턴을 포함하는 화학-기계적 연마 패드 및 그 제조 방법
US20230226660A1 (en) Polishing pad, polishing device including same, and manufacturing method thereof
US20220134507A1 (en) Chemical mechanical polishing pad having pattern substrate
KR20230134719A (ko) 수직 방향 홈을 갖는 돌출 패턴을 포함하는 연마 패드, 그 제조 방법 및 연마 장치
JP2022117934A (ja) 化学機械研磨パッドのコンディショナー及びその製造方法
KR200273586Y1 (ko) 그루브를 갖는 화학-기계적 연마용 연마패드

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E90F Notification of reason for final refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant