KR20010002467A - 화학적 기계적 폴리싱 장치용 폴리싱 패드의 그루브 패턴 - Google Patents

Abstract

본 발명은 실리콘 웨이퍼 등의 대상 물품 표면을 연마함에 있어서, 연마작업 중 공급되는 슬러리가 폴리싱 패드의 전면에 대하여 계속적으로 균일하게 분포되도록 함으로써 연마 효율을 높이도록 하는 화학적 기계적 폴리싱 장치용 폴리싱 패드의 그루브 패턴에 관한 것으로서, 이를 위한 구성은, 폴리싱 패드의 중심 부위에 대한 슬러리의 유동 속도를 증대시키도록 그 중심 부위로부터 가장자리 방향으로 소정 폭과 깊이 및 길이를 갖는 적어도 하나 이상의 나선형 그루브가 연장 형성되고, 상기 폴리싱 패드의 중심과 가장자리 사이에 상기 슬러리의 유동 속도를 감소시키도록 소정 폭과 깊이 및 각기 다른 직경을 갖는 적어도 하나 이상의 동심원형 그루브 각각이 상기 폴리싱 패드의 가장자리에서 중심측 방향 소정 부위까지 소정 간격을 이루며 배치 형성됨을 특징으로 한다.

따라서, 본 발명에 의하면, 고속 회전하는 폴리싱 패드에 있어서, 원심력이 미약하게 제공되는 중심 부위에 슬러리의 유동 속도를 증대 시키기 위한 나선형 그루브가 형성되고, 비교적 원심력이 강하게 작용하는 폴리싱 패드의 가장자리 부위에 대응하여 슬러리의 유동 속도를 감소시키기 위한 동심원형 그루브가 소정 폭과 깊이 편차로 형성됨으로써 폴리싱 패드의 상면 전반에 걸쳐 슬러리의 유동 속도 및 분포 관계를 균일하게 형성되어 대상 물품의 연마 효율이 향상되는 효과가 있다.

Description

화학적 기계적 폴리싱 장치용 폴리싱 패드의 그루브 패턴 {groove-pattern of polishing pad for chemical-mechanical polishing equipment}

본 발명은 실리콘 웨이퍼 등 대상 물품의 표면을 연마함에 있어서, 연마작업 과정에서 공급되는 슬러리가 폴리싱 패드의 전면에 대하여 계속적이고 균일하게 분포되도록 함으로써 연마 효율을 높이도록 하는 화학적 기계적 폴리싱 장치용 폴리싱 패드의 그루브 패턴에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 웨이퍼 등의 대상 물품 표면을 연마하는데 사용되는 폴리싱 패드 상면 상에는 소정 폭과 깊이 및 형상을 갖는 그루브(groove)가 형성되고, 이들 그루브가 이루는 패턴은 연마작업 과정에서 계속적으로 공급되는 슬러리의 유동 및 분포 관계를 결정하는 주요 요인으로 작용하게 된다.

여기서, 상술한 바와 같이, 슬러리의 유동 및 분포 관계를 결정하는 그루브 패턴에 대한 종래 기술에 대하여 첨부된 도1 내지 도3을 참조하여 설명하기로 한다.

먼저 도1에 도시된 폴리싱 패드(10)의 상면에 형성된 복수개의 동심원형 그루브(12) 패턴은, 폴리싱 패드(10)의 중심 즉, 회전 중심을 기준하여 각기 다른 직경으로 상호 일정 간격을 이루며 형성된 것이다.

이렇게 동심원형 그루브(12)가 이루는 패턴에 의하면, 폴리싱 패드(10)의 중심 부위에 계속적으로 공급되는 슬러리는 폴리싱 패드(10)의 고속 회전에 따른 원심력에 의해 점차 가장자리 방향으로 유동하게 되고, 이 과정에서 일부의 슬러리는 각각의 동심원형 그루브(12)에 고인 상태로 존재하게 된다.

이렇게 각각의 동심원형 그루브(12) 상에 고이는 슬러리는 폴리싱 패드(10)의 계속적인 회전에 의해 그 가장자리 부위로 유동하려는 힘을 제공받게 되고, 이것은 대상 물품이 접촉 또는 근접 대향하는 관계에서도 작용하여 연마작업시 폴리싱 패드(10)와 대상 물품 사이에 계속적으로 슬러리를 분포시키는 기능을 수행하게 된다.

그러나, 상술한 각기 다른 직경의 동심원형 그루브(12)는 상호 일정 간격을 이루며 형성되어 있으나, 슬러리의 유동압은 폴리싱 패드(10)의 고속 회전에 따른 원심력에 의한 것으로서, 그 중심 부위와 가장자리 부위에 제공되는 원심력의 차이에 의해 슬러리의 유동에 따른 분포 정도가 상이하게 나타난다.

따라서, 폴리싱 패드(10)의 중심 부위는 슬러리의 계속적인 공급과 원심력이 미약하게 작용함에 의해 슬러리가 분포층이 두껍게 형성되고, 상대적으로 폴리싱 패드(10)의 가장자리 부위는 강한 원심력에 의해 얇게 분포됨으로써 연마작업에 따른 대상 물품 표면의 연마 정도가 광역적으로 불균일하게 형성되는 문제가 있었다.

또한, 상술한 바와 같이, 대상 물품이 반도체 웨이퍼의 경우 그 표면이 불균일하게 연마될 경우 이후의 공정 불량을 초래하는 등 제품 수율을 저하시키는 문제를 야기하게 된다.

한편, 도2 또는 도3의 폴리싱 패드(20a, 20b) 상에 형성되는 나선형 그루브(22) 패턴은, 상술한 동심원형 그루브(12)에 의한 문제점을 보완하기 위한 구성으로서, 상술한 동심원형 그루브(12)에 상대적으로 폴리싱 패드(20a, 20b)의 중심 부위의 슬러리 유동이 원활하게 이루어지도록 폴리싱 패드(20a, 20b)의 중심 부위에서부터 가장자리까지 나선 형상으로 연장된 나선형 그루브(22)가 적어도 하나 이상 형성된 것이다.

이러한 나선형 그루브(22)는 폴리싱 패드(20b)의 회전 방향에 대응하여 공급되는 슬러리의 분포 관계를 제어할 수 있는 구성으로서, 폴리싱 패드(20a, 20b) 상에 슬러리의 배출이나 폴리싱 패드(20a, 20b) 중심으로의 이송을 효과적으로 수행할 수 있는 구성이다.

여기서, 도2 또는 도3에 도시된 나선형 그루브(22)의 패턴에 대응하여 폴리싱 패드(20a, 20b)가 시계 방향으로 회전할 경우 공급되는 슬러리는 나선형 그루브(22)에 안내되어 폴리싱 패드(20a, 20b)의 중심 부위로 유도 유동하게 된다.

이것은 폴리싱 패드(20a, 20b)와 대상 물품 사이의 슬러리가 보다 장시간 유지되어 슬러리의 공급량을 절감할 수 있는 이점이 있으나 그 사이의 슬러리 층이 두꺼워져 연마되는 양 또한 증대되고, 이에 따라 대상 물품의 균일한 연마 정도를 기대하기 어렵게 된다.

한편, 도2 또는 도3에 도시된 나선형 그루브(22)의 패턴에 대응하여 폴리싱 패드(20a, 20b)가 시계 반대 방향으로 회전하게 되면, 폴리싱 패드(20a, 20b) 중심 부위의 슬러리는 집중되는 나선형 그루브(22)의 펌핑 작용에 의해 유동 속도가 향상되어 폴리싱 패드(20a, 20b) 상면에 전반적으로 얇게 분포되고, 폴리싱 패드(20a, 20b)의 가장자리 부위로 갈수로 더욱 얇게 형성된다.

그러나, 상술한 나선형 그루부(22)가 형성된 패턴 구성에 의하면, 비록 슬러리가 폴리싱 패드(20a, 20b) 상면에 전반적으로 얇게 분포되지만 폴리싱 패드(20a, 20b)의 가장자리 부위는 더욱 얇게 형성되어 동심원형 그루브(12)가 형성된 패턴의 문제를 충분히 해결하지 못하는 문제가 있었다.

또한, 연마 작업 과정에서 나선형 그루브(22)가 형성되지 않은 폴리싱 패드(20a, 20b)의 상면과 대상 물품 사이에 계속적이고 연속적인 슬러리의 분포를 기대하기 어려워 대상 물품의 연마 효율이 저하되는 문제가 있었다.

그리고, 대상 물품 표면의 연마되는 양이 감소되어 작업 시간이 지연되고, 폴리싱 패드(20a, 20b)의 가장자리 부위에 있어서, 원심력에 따른 슬러리의 배출되는 속도 정도가 더욱 심화됨으로써 슬러리의 소모가 증대되는 비경제적인 문제가 있었다.

본 발명의 목적은, 대상 물품 표면에 대향하며 고속 회전하도록 설치되는 폴리싱 패드의 상면 상에 형성되어 연마작업 과정에서 폴리싱 패드의 회전 속도 및 그에 따른 중심 부위와 가장자리 사이의 원심력 차이에 대한 슬러리의 유동을 제어하여 폴리싱 패드 상면에 대하여 광역적이고도 계속적으로 균일하게 분포되도록 함으로써 대상 물품의 연마에 따른 작업 시간 및 대상 물품에 대한 균일한 연마 정도를 얻도록 하고, 슬러리의 소모량을 절감함과 동시에 연마 효율을 높이도록 하는 화학적 기계적 폴리싱 장치용 폴리싱 패드의 그루브 패턴을 제공함에 있다.

도1은, 종래의 폴리싱 패드 상에 형성되는 동심원 형상의 그루브를 나타낸 평면도이다.

도2는, 하나의 나선형 그루브의 가공 패턴을 갖는 폴리싱 패드를 나타낸 평면 상태 사시도이다.

도3은, 하나 이상의 나선형 그루브 가공 패턴을 갖는 폴리싱 패드를 나타낸 평면 상태 사시도이다.

도4는, 본 발명의 일 실시예에 따른 중심부 하나의 나선형 그루브와 그 외측의 동심원 그루브가 복합 형성된 가공 패턴을 나타낸 폴리싱 패드의 평면도이다.

도5는, 본 발명의 다른 실시예에 따른 중심부 하나 이상의 나선형 그루브와 그 외측의 동심원 그루브가 복합 형성된 가공 패턴을 나타낸 폴리싱 패드의 평면도이다.

도6은, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 중심부 하나 이상의 나선형 그루브와 그 외측의 동심원 그루브 및 하나의 나선형 그루브가 가장자리 부위로 확장되어 복합 형성된 가공 패턴을 나타낸 폴리싱 패드의 평면도이다.

도7은, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 하나 이상의 나선형 그루브와 동심원 그루브가 복합 형성된 가공 패턴을 나타낸 폴리싱 패드의 평면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10, 20a, 20b, 30a, 30b, 30c, 30d: 폴리싱 패드

12, 34: 동심원형 그루브 14, 32: 나선형 그루브

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은, 폴리싱 패드의 상면에 형성되고, 상기 폴리싱 패드의 고속 회전에 의한 원심력으로 슬러리의 유동을 제어하도록 하는 화학적 기계적 폴리싱 장치용 폴리싱 패드의 그루브 패턴에 있어서, 상기 폴리싱 패드의 중심 부위에 대한 슬러리의 유동 속도를 증대시키도록 그 중심 부위로부터 가장자리 방향으로 소정 폭과 깊이 및 길이를 갖는 나선형 그루브가 적어도 하나 이상 연장 형성되고, 상기 폴리싱 패드의 중심과 가장자리 사이에 상기 슬러리의 유동 속도를 감소시키도록 소정 폭과 깊이의 편차 및 각기 다른 직경을 갖는 적어도 하나 이상의 동심원형 그루브 각각이 상기 폴리싱 패드의 가장자리에서 중심측 방향 소정 부위까지 소정 간격을 이루며 형성되어 이루어진다.

또한, 상기 나선형 그루브는 상기 폴리싱 패드의 중심으로부터 반지름의 3/4 범위 내에까지 연장 형성되도록 하고, 상기 동심원형 그루브는 상기 폴리싱 패드의 중심으로부터 2/4 범위 외측 부위에 형성함이 바람직하며, 나선형 그루브와 동심원형 그루브의 계면이 중첩되도록 형성할 수 있고, 상대적으로 상호 중첩되는 부위가 없도록 분리 구획되도록 형성할 수도 있으며, 이들 형상은 해당 연마시스템에 대응하여 선택적으로 결정된다.

그리고, 상기 나선형 그루브가 적어도 한 개 이상 형성되고, 이중 적어도 하나 이상의 일부는 해당 시스템의 연마 효율 특성에 따라 상기 폴리싱 패드의 가장자리까지 연장 형성될 수도 있다.

이하, 상기 구성에 따른 화학적 기계적 폴리싱 장치용 폴리싱 패드의 그루브 패턴에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.

도4 또는 도5는 본 발명의 일 실시예에 따른 폴리싱 패드의 중심부에 하나의 나선형 그루브가 형성되고, 가장자리 부위에 적어도 하나 이상의 동심원형 그루브가 복합 형성된 가공 패턴을 나타낸 폴리싱 패드의 평면도이고, 도6 또는 도7은 본 발명에 따른 나선형 그루브와 동심원형 그루브가 복합 형성된 가공 패턴의 다른 각 실시예를 나타낸 폴리싱 패드의 평면도로서, 종래와 동일한 부분에 대하여 동일한 부호를 부여하고, 그에 따른 상세한 설명은 생략하기로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 화학적 기계적 폴리싱 장치용 폴리싱 패드의 그루브 패턴은, 도4 또는 도5에 도시된 바와 같이, 폴리싱 패드(30a, 30b)의 상면 상에 소정 폭과 깊이 및 길이를 갖는 나선형 그루브(32)가 폴리싱 패드(30a, 30b)의 중심으로부터 가장자리 방향으로 소정 부위까지 하나 또는 적어도 두 개 이상 형성된다.

그리고, 이들 나선형 그루브(32)가 형성되지 않은 폴리싱 패드(30a, 30b)의 가장자리 소정 부위에는 가장자리로부터 내측 중심 방향으로 적어도 하나 이상의 동심원형 그루브(34)가 일정 간격을 이루며 형성되어 이루어진다.

여기서, 폴리싱 패드(30a, 30b)에 대한 상술한 나선형 그루브(32)의 형성되는 부위는 폴리싱 패드(30a, 30b)의 중심으로부터 가장자리 방향으로 즉 반경의 3/4 정도 이내의 범위에 형성되고, 동심원형 그루브(34)는 이렇게 형성된 나선형 그루브(32)의 형성 범위에 근접하는 부위에서 가장자리 부위까지 형성된 것이다.

한편, 도6 또는 도7에 도시된 패턴은, 도5에 도시된 나선형 그루브(32) 중 적어도 하나 이상의 일부가 폴리싱 패드(30c, 30d)의 가장자리까지 연장된 것으로서, 이들 구성은 폴리싱 패드(30c, 30d)의 고속 회전 및 슬러리의 공급량 조절에 대응하여 선택적으로 형성될 수 있는 구성이다.

그리고, 상술한 나선형 그루브(32)의 피치, 폭, 깊이 및 개수 등은 폴리싱 패드(30a, 30b, 30c, 30d)의 회전 속도와 슬러리의 공급량 및 대상 물품의 연마 정도에 대응하여 선택적으로 결정되는 것이다.

상술한 바와 같이, 나선형 그루브(32)와 동심원형 그루브(34)을 복합하여 형성된 본 발명의 작용 관계를 살펴보면, 상술한 나선형 그루브(32)는 원심력이 미약하게 작용하는 폴리싱 패드(30a, 30b, 30c, 30d) 중심 부위의 슬러리 이송 효율을 향상시키게 된다.

또한, 동심원형 그루브(34)는 상대적으로 원심력이 크게 작용하는 폴리싱 패드(30a, 30b, 30c, 30d) 가장자리 부위의 슬러리 이송 효율을 저하시키게 되며, 특히 이들 동심원형 그루브(34)는 폴리싱 패드(30a, 30b, 30c, 30d)의 가장자리 부위로 갈수록 점차 그 깊이가 깊게 형성되고, 이웃하는 동심원형 그루브(34) 상호간의 간격은 점차 그 폭이 좁게 형성된다.

이에 따라 나선형 그루브(32)와 동심원형 그루브(34)는 폴리싱 패드(30a, 30b, 30c, 30d) 중심 부위에서 가장자리 부위까지 전반적으로 슬러리 분포를 균일하게 형성 유도하게 된다.

한편, 상술한 슬러리의 분포 관계는, 도4 내지 도7에 도시된 패턴을 기준하여 폴리싱 패드(30a, 30b, 30c, 30d)의 시계 반대 방향으로 회전하는 경우로 설명되었으며, 이에 반하여 상기 도면을 기준하여 폴리싱 패드(30a, 30b, 30c, 30d)가 시계 방향으로 회전할 경우에는 폴리싱 패드(30a, 30b, 30c, 30d) 상에 분포되는 슬러리는 나선형 그루브(32)에 의해 폴리싱 패드(30a, 30b, 30c, 30d)의 중심 방향으로 유동하려는 힘을 받게 된다.

그리고, 원심력이 나선형 그루브(32)에 따른 영향력 보다 상대적으로 높게 형성되는 폴리싱 패드(30a, 30b, 30c, 30d)의 가장자리 부위는 동심원형 그루브(34)에 의해 그 유동 속도가 저하됨으로써 슬러리의 공급량을 절감함과 동시에 비교적 균일한 슬러리 분포 관계를 형성하게 된다.

따라서, 본 발명에 의하면, 화학적 기계적 폴리싱 장치에 의해 폴리싱 패드가 고속 회전함에 있어서, 원심력이 미약하게 제공되는 폴리싱 패드의 상면 중심 부위에 슬러리의 유동 속도를 증대 시키기 위한 나선형 그루브가 형성되고, 비교적 원심력이 강하게 작용하는 폴리싱 패드의 가장자리 부위에 대응하여 슬러리의 유동 속도를 감소시키기 위한 동심원형 그루브를 형성함으로써 폴리싱 패드의 상면 전반에 걸쳐 슬러리의 유동 속도 및 그 분포 관계가 균일하게 이루어짐에 따라 대상 물품의 연마 정도가 균일하게 형성되어 연마 효율이 향상되는 효과가 있다.

이상에서 본 발명은 기재된 구체예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

Claims (6)

1. 화학적 기계적 폴리싱 장치에 설치되는 폴리싱 패드의 상면에 형성되고, 상기 폴리싱 패드의 고속 회전에 의한 원심력으로 슬러리의 유동을 제어하도록 하는 화학적 기계적 폴리싱 장치용 폴리싱 패드의 그루브 패턴에 있어서,

   상기 폴리싱 패드의 중심 부위에 대한 슬러리의 유동 속도를 증대시키도록 그 중심 부위로부터 가장자리 방향으로 소정 폭과 깊이의 편차 및 길이를 갖는 적어도 하나 이상의 나선형 그루브가 연장 형성되고, 상기 폴리싱 패드의 중심과 가장자리 사이에 상기 슬러리의 유동 속도를 감소시키도록 소정 폭과 깊이 및 각기 다른 직경을 갖는 적어도 하나 이상의 동심원형 그루브 각각이 상기 폴리싱 패드의 가장자리에서 중심측 방향 소정 부위까지 소정 간격을 이루며 배치 형성됨을 특징으로 하는 화학적 기계적 폴리싱 장치용 폴리싱 패드의 그루브 패턴.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 나선형 그루브와 상기 동심원 그루브의 폭, 깊이, 길이, 개수 및 그 형성되는 범위는 상기 화학적 기계적 폴리싱 장치에 의한 상기 폴리싱 패드의 회전 속도와 상기 폴리싱 패드의 직경 크기 및 상기 슬러리의 상태에 대응하여 설정됨을 특징으로 하는 상기 화학적 기계적 폴리싱 장치용 폴리싱 패드의 그루브 패턴.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 나선형 그루브는 상기 폴리싱 패드의 중심으로부터 반지름의 3/4 범위 내에까지 연장 형성됨을 특징으로 하는 상기 화학적 기계적 폴리싱 장치용 폴리싱 패드의 그루브 패턴.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 동심원형 그루브는 상기 폴리싱 패드의 중심으로부터 2/4 범위 외측 부위에 형성됨을 특징으로 하는 상기 화학적 기계적 폴리싱 장치용 폴리싱 패드의 그루브 패턴.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 복수개의 동심원형 그루브는 상호간의 간격이 가장자리 부위로 갈수로 점차 좁게 형성되고, 그 폭은 점차 넓게 형성되며, 그 깊이는 점차 깊게 형성됨을 특징으로 하는 상기 화학적 기계적 폴리싱 장치용 폴리싱 패드의 그루브 패턴.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 나선형 그루브 중 적어도 하나 이상의 것은 상기 폴리싱 패드의 가장자리까지 연장 형성됨을 특징으로 하는 상기 화학적 기계적 폴리싱 장치용 폴리싱 패드의 그루브 패턴.