KR20020036138A

KR20020036138A - 다이아몬드 그리드 화학 기계적 연마 패드 드레서

Info

Publication number: KR20020036138A
Application number: KR1020000066159A
Authority: KR
Inventors: 린프랑크에스.; 성치엔-민
Original assignee: 추후제출; 키니크 컴퍼니
Priority date: 2000-11-08
Filing date: 2000-11-08
Publication date: 2002-05-16
Also published as: KR100413371B1

Abstract

본 발명은 돌출하는 균일하게 일정한 간격을 이룬 다수의 연마 입자들(180)을 가진 CMP 패드 드레서를 나타낸다. 상기 연마 입자들(180)은 우수한 경질 재료로, 일반적으로 다이아몬드, 다결정 다이아몬드(PCD), 입방 보론 질화물(cBN), 또는 다결정 입방 보론 질화물(PcBN)이다. 연마 입자들(180)은 부가 내식 층(130)으로 코팅된 기판(40)에 착지된다. 상기 내식층(130)은 보통 CMP 패드와 연관되어 사용된 화학 슬러리에 의해 경납 합금(90)의 부식을 방지하기 위해 디스크의 표면위로 코팅되는 다이아몬드 또는 다이아몬드형 카본이다. 화학 부식에 대한 상기 면역은 작업편을 연마하는 동안 패드를 드레싱하기 위한 CMP 패드 드레서를 허용한다. 기판(40)상의 평탄한 일정한 간격에 더하여, 연마 입자들(180)은 수직과 수평방향으로 CMP 패드의 손질 또는 드레싱을 위해 허용하는 기판(40)으로부터 떨어진 균일한 거리로 연장한다. 또한 그러한 CMP 패드 드레서를 제조하는 방법이 나타내어졌다.

Description

다이아몬드 그리드 화학 기계적 연마 패드 드레서{A DIAMOND GRID CMP PAD DRESSER}

본 발명은 일반적으로 CMP(화학기계적 연마) 패드(pad)를 조절하고 또는 드레싱(dressing)하기 위한 장치 및 그의 제조 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 CMP 패드를 조절하고 또는 드레싱하기 위해 다이아몬드 또는 입방 보론 질화물과 같은 우수한 경질재료를 함유한 드레싱 디스크에 관한 것이다. 더욱 특이하게, 본 발명은 화학적 침식으로부터 보호하기위해 탄소와 같은 다이아몬드의 얇은 피막으로 코팅될 수 있는, 평탄하게 일정한 간격을 이룬 연마 입자들을 가진 드레싱 디스크에 관한 것이다.

많은 산업체에서는 현재 어떠한 작업편을 연마하기 위해 화학기계적 평탄화 (CMP) 방법을 사용하고 있다. 특히, 제조 산업은 세라믹, 실리콘, 유리, 석영 및 금속의 웨이퍼들을 연마하기 위해 대부분이 CMP 방법에 의존하고 있다. 일반적으로 그러한 연마공정은 폴리우레탄과 같은 내구성 유기물로 만들어진 회전 패드에 대항하여 웨이퍼 부착을 수반한다. 패드에 대하여, 웨이퍼 기판을 파괴시킬 수 있는 화학물질을 함유한 화학 슬러리 및 웨이퍼 표면을 물리적으로 침식시키기 위해 작용하는 많은 양의 연마 입자들이 첨가된다. 슬러리는 회전 CMP 패드에 연속적으로 첨가되고, 및 웨이퍼상에 발휘된 이중의 화학적 및 기계적 작용들은 바람직한 방법을 통해 연마되도록 한다.

제조된 연마 품질에 대해 특별한 중요성의 하나는, 전체 패드를 통한 연마 입자들의 분포에 있다. 패드의 최상부는 보통 폴리우레탄내에 공공과 같은 수단에 의해 입자들을 지지하고 및 패드의 최상부상에 거친 조직을 유지한다. 추가로 유연한 패드 최상부는 웨이퍼상에서 연마를 허용하기 위해 필요한 지지물을 제공한다.

패드의 최상부의 조직을 유지하는 것에 대한 문제는 작업편, 연마 슬러리 및 드레싱 디스크로부터 나오는 연마 부스러기(debris)의 축적때문이다. 상기 축적은 패드가 슬러리의 연마 입자들을 유지할 수 없게 만드는 패드의 최상부의 "글레이징 (glazing)" 또는 경화를 일으킨다.

따라서, 시도들이 다양한 장치들로 상기를 "빗질"하므로써 패드 최상부의 재생을 만든다. 상기 공정이 CMP 패드를 "드레싱" 또는 "조절"하는 것으로써 공지되어 왔다. 많은 형태의 장치들 및 공정들은 상기 목적을 위해 사용되었다. 그러한 장치중 하나는 그의 기판 또는 표면에 부착된 다이아몬드 입자들과 같은 매우 단단한 결정질 입자들을 가진 디스크(disk)이다.

불행이도, 종래 방법에 의해 만들어진 그러한 다이아몬드 디스크들은 몇 가지 문제점들을 나타내었다. 첫 번째, 다이아몬드들은 디스크의 기판으로부터 박리되어졌고 및 CMP 패드 표면에 포착되었다. 상기는 연마되는 작업편에 대하여 스크래치(scratch)를 유발한다. 두 번째, 종래 디스크들은 그룹으로 덩어리지고, 또는 기판의 표면위에 평탄하지 않게 일정한 간격을 이룬 다이아몬드를 가지기 쉬워진다. 상기 평탄하지 않은 그룹은 마모 영역을 발생하는 과다하게 드레싱될 CMP 패드의 약간의 부분들을 일으키고, 한편 다른 것들은 글레이징 층을 유발하는 드레이싱 결핍이 유발된다. 어느 경우에나, 패드 연마 효율은 감소되고, 및 평탄하지 않은 연마를 일으킨다. 마지막으로, 상기 디스크들의 다이아몬드들은 디스크의 기판 표면위의 균일한 높이로 연장하지 못한다. 상기 불균일함은 또한 단지 드레서로부터 충분한 높이로 돌출하는 상기 입자들이 패드에 접촉하기 때문에 CMP 패드의 평탄하지 않은 드레싱을 일으킨다. 패드 최상부의 평탄하지 않은 드레싱은 웨이퍼의 불균일함을 초래할 수 있다.

디스크 기판으부터 다이아몬드의 박리는 그들이 부착되어지는 열등한 방법 때문이다. 다이아몬드들이 기판에 전기도금된 니켈에 의해 유지될 때, 강력한 결합이 아닌 다이아몬드의 기계적 체결이 있게 된다. 따라서, 상기 입자들은 그들이 요동하여 느슨하게되자마자 박리되어질 것이다. 상기 박리 공정은 전기 도금재료상에 화학 슬러리의 화학적 침식에 의해 실행된다.

한편, 다이아몬드들이 기판위로 경납(brazing)될 때, 화학 작용력은 더욱 확고하게 다이아몬드를 지탱한다. 그러나, 화학 슬러리내 산은 입혀진 물질을 빠르게 용해시키고 및 다이아몬드를 박리시킨다. 따라서, 화학작용으로 경납의 노출을 최소화하기 위해, 연마 공정은 드레이싱이 발생하는 동안 중지되고, 및 그 후에 다시 시작되어야 한다. 상기는 다른 연마가 뒤따르고 및 그 후 드레싱은 시간을 소비하게 때문에 비효율적이다.

전술된 관점에서, CMP 패드의 평탄한 손질(grooming)을 제공하는 CMP 패드 드레서가 바람직할 수 있다. 또한, 평탄한 깊이로 CMP 패드를 손질하는 CMP 패드 드레서가 매우 바람직할 수 있다. 추가로, 다이아몬드 입자 박리에 덜 민감한 CMP 패드 드레서가 매우 바람직할 수 있다. 마지막으로, 화학 슬러리의 산 침식에 저항하고, 및 연속적으로 CMP 패드를 드레싱할 수 있고, 심지어 산 슬러리에서 연마가 수행되어지는 CMP 패드 드레서가 극히 바람직할 수 있다.

본 발명의 목적은 평탄하게 드레스 또는 조절을 위한 연마 입자들을 사용할 수 있는 CMP 패드 드레서, CMP 패드를 제공하는 것이 본 발명의 목적이다.

본 발명의 다른 목적은 연마 입자 박리에 덜 민감한 CMP 패드 드레서를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 CMP 패드를 일정하게 드레싱할 수 있고, 심지어는 패드가 산 슬러리내에서 연마 작용으로 체결되도록 내식성이 있는 CMP 패드 드레서를 제공하기 위한 것이다.

또한 본 발명의 목적은 연마되어진 웨이퍼를 오염시키는 디스크로부터 성분들의 용해를 방지하는 화학 베리어를 제공하기 위한 것이다.

추가로 본 발명의 목적은 평탄하게 CMP 패드를 드레싱하고 또는 조절하는 방법을 제공하기 위한 것이다.

또한 본 발명의 목적은 패드가 산 슬러지에 담궈질 때 연마 입자 박리에 대하여 CMP 패드 드레서의 민감성을 감소시키는 방법을 제공하기 위한 것이다.

상기 목적들 및 특별하게 인용되지 않은 다른 것들은 많은 평평하게 일정한 간격을 이룬 기판에 부착된 연마 입자들을 가지는 CMP 패드 드레서의 특별하게 설명된 실시예를 통해 이루어졌다. 일반적으로, 상기 입자들은 단결정 또는 다결정 형태에서, 다이아몬드, 또는 입방형 보론 질화물(cBN)과 같은 매우 단단한 기판중의 하나이다.

본 발명의 CMP 패드 드레서를 형성하는 하나의 방법에서, 브레이징 파우다 와 유기 결합제가 첫 번째 반죽(dough)을 형성하기 위해 완전히 혼합된다. 그 후상기 반죽은 경납 합금의 유연한 시트를 형성하기 위해 두 개의 롤러 사이를 통해 압연된다. 그 후 연마 입자들은 다수의 평평하게 일정한 간격을 이룬 구멍들을 포함하는 형판의 사용에 의해 경납 합금의 시트상에 평평하게 놓여진다. 상기 형판의 구멍들은 하나의 연마 입자 또는 "그리트(grit)"의 크기보다 크지만, 두 개의 크기보다 작다. 모든 구멍들이 연마 입자들로 채워질 때, 어느 과도한 연마 입자들은 제거되고, 및 연마 입자들은 강판과 같은 일반적으로 평평한 표면을 사용하므로써 그 안에 그들이 묻히도록 경납 합금 시트내부로 가압된다. 그 후 상기 형판은 제거되고, 및 연마 입자를 함유한 경납 합금은 아크릴 아교를 가진 기판에 부착된다. 마지막으로, 전체 조립체는 경납 공정을 완성하고 및 확고하게 기판에 연마 입자들을 고정시키기 위해 진공로에서 경납된다.

다른 방편으로, 연마 입자들은 상기에 기술된 것 처럼 형판을 사용하여 아크릴 아교를 가진 기판에 부착될 수 있다. 다음, 경납 합금 입자들은 연마 입자들과 기판위로 나타내어진다. 마지막으로, 전체 조립체는 경납 공정을 완성하고 및 확고하게 기판에 연마 입자들을 부착하기 위해 진공 경납로에서 가열된다.

제어된 방법에서 연마 입자들을 위치시키기 위해 형판을 사용하므로써, 어떠한 바람직한 형태의 배치는 이루어질 수 있다. 상기 패턴은 거의 어떠한 상상할 수 있는 패턴일 수 있지만, 그러나 대부분이 상당히 기판위에 연마 입자들을 평평하게 일정한 간격을 유지시킬 수 있는 능력을 제공한다. 또한, 균일한 크기인 구멍들을 가진 형판을 사용하므로써, 각 연마 입자의 균일한 크기가 확보된다. 마지막으로, 기판 내부로 연마 입자들을 가압하기 위한 평평한 표면의 사용은 기판 표면위로 돌출하는 연마 입자들의 균일한 높이를 만든다. 상기 균일한 높이의 연마 입자들은 균일한 깊이로 CMP 패드의 드레싱 또는 홈파기(plowing)를 확보한다. 추가로, 기판을 가로지른 연마 입자들의 균일한 분포는 그의 표면을 가로지른 패드의 균일한 드레싱을 위해 허용한다.

기판에 연마 입자들을 부착한 후, 부가적인 내식 재료의 얇은 코팅이 CMP 패드 드레이서에 적용될 수 있다. 그러한 코팅은 효과적으로 CMP 패드 드레서의 표면을 밀봉한다. 그러한 밀봉제는 연마 입자 및 경납을 보호하고, 또는 다른 정착제는 연마 슬러리, 특히 산을 함유한 상기 슬러리들의 화학물질로부터 화학 침식에 대한 그들의 민감성을 감소시킨다. CMP 패드 드레서의 표면이 화학 분해로 덜 민감하게 되는 것 처럼, 또한 연마 입자 박리에 대한 그의 민감성은 줄어든다. 따라서, CMP 패드 드레서는 기판에 대하여 연마 입자들을 결합하는 작용제가 화학 박리로부터 보호되기 때문에 연마 작용동안에도 CMP 패드를 연속적으로 드레서할 수 있다.

본 발명의 상기 및 다른 목적, 형태 및 장점들이 첨부된 도면들과 관련하여 나태내어진 다음의 상세한 설명으로부터 더욱 명백히 나타내어질 것이다.

도 1은 디스크 기판에 다이아몬드를 고정하기 위해 전기 도금 방법을 사용한 종래 기술의 CMP 패드 드레서의 측면도이고,

도 2는 디스크 기판에 다이아몬드 입자들을 고정하기 위한 종래 경납 방법을 사용하여 만들어진 종래 기술의 CMP 패드 드레서의 측면도이고,

도 3은 본 발명의 원리에 따라 만들어진 CMP 패드 드레서의 측면도이고,

도 4는 본 발명의 원리에 따라 만들어진 그의 표면위에 연마 입자들을 놓기 위한 형판을 가진 경납 합금의 시트에 대한 측면도이고,

도 5는 그의 표면위에 형판과 상기 형판의 구멍들을 채우는 연마 입자들을 가진 경납 합금 시트의 측면도로, 평평한 표면은 본 발명의 원리에 따라서 경납 합금의 시트내부로 연마 입자들을 가압하여 사용하기 위한 것을 나타내었고,

도 6은 본 발명의 원리에 따라서 상기 내부로 가압된 연마 입자들을 가진 경납 합금 시트의 측면도이다.

현재 CMP 패드 드레서 및 수반된 사용 방법 및 제조가 나타내어지고 및 기술되어지기전, 상기는 본 발명이 여기에서 나타내어진 특별한 공정 단계 및 재료에 제한을 두지 않았지만, 관계 기술에서 보통 기술된 것들에 의해 인식되어진 것 처럼 그의 대등한 연장으로 이해되어질 것이다. 또한 상기는 여기에서 사용된 용어는 단지 특별한 실시를 기술하기 위한 목적으로 사용되었고 및 제한되길 의도되지 않은 것으로 이해되어져야 한다.

상기 상기 명세서 및 첨부된 청구범위에서 사용된 것 처럼, 단일 형태들 "a", "and", "the"는 문맥이 분명하게 다른 것으로 규정되지 않는 한 복수의 지지 대상을 포함하는 것으로 주목되어야 한다. 따라서, 예를 들면, "연마 입자" 또는 "그리트"로 인용은 하나 이상의 그러한 연마 입자들 또는 그리트들에 대한 인용을 포함한다.

본 발명을 기술하고 및 청구함에 있어서, 다음의 용어는 아래 설명된 정의에 따라서 사용될 것이다.

여기에서 사용된 것으로, "연마 입자", 또는 "그리트", 또는 유사한 말들은 어떤 우수한 단단한 결정질, 또는 다결정 물질, 또는 물질의 혼합물을 의미하고 및 포함하지만 다이아몬드, 다결정 다이아몬드(PCD), 입방 보론 질화물, 및 다결정 입방 보론 질화물(PCBN)로 제한되지 않는다. 추가로, "연마 입자", "그리트", "다이아몬드", "다결정 다이아몬드(PCD)", "입방 보론 질화물" 및 "다결정 입방 보론 질화물(PCBN)"의 용어들은 서로 교환하여 사용될 수 있다.

여기에서 사용된 것으로써, "기판"은 연마 입자들이 부착될 수 있는 표면을 가진 CMP 드레서의 기부(基部)를 의미한다. 상기 기부는 어떠한 형상, 두께 또는 재료일 수 있고 및 포함하지만, 그러나 금속, 합금, 세라믹 및 그의 혼합물로 제한되지 않는다.

여기에서 사용된 것으로써, "자형(euhedral)"은 고유 형태를 가짐을 의미하고, 또는 성장된 결정학적면을 가진 변경되지 않은 자연 형상을 가짐을 의미한다.

여기에서 사용된 것으로써, "끝이 뾰족한(sharp point)"은 결정으로 되는 어떠한 협소한 정점을 의미하고, 포함하지만 모서리들, 융기들, 오벨리스크(obelisk)들, 및 다른 돌출부들로 제한되지 않는다.

여기에서 사용된 것으로써, "금속"은 어떠한 금속의 형태, 금속 합금 또는 그의 혼합물을 의미하고 및 특별하게 포함하지만 강, 철, 및 스테인레스강으로 제한되지 않는다.

발명자는 CMP 패드를 조절 또는 드레싱의 효율성 및 품질을 개선하기 위한 장치를 발견하였다. 장치를 사용하고 및 제조하기 위한 방법이 여기에 포함되었다. CMP 패드를 조절하고 드레싱하기 위한 장치를 사용하므로써, 디스크 수명 및 패드 수명이 연장될 뿐만 아니라 패드가 사용될 수 있는 동일성이 연장되었고, 따라서 작업이 완성되는 처리량이 향상되었다. 또한, 연마된 웨이퍼의 균일성 및 결함율이 개선되었다.

도 1을 참고로, 거기에는 다수의 다이아몬드 입자들(50), 전기 도금된 기판 (40)을 구비한 CMP 패드 드레서가 나타내어져있다. 전기 도금 재료(60)는 일반적으로 산 용액으로부터 석출된 니켈이다. 그러한 전기 도금 방법은 고가이고 및 시간이 소모될 뿐만 아니라, 공정에 의해 발생된 폐기물 때문에 환경적으로 위험하다.

전기 도금된 CMP 패드 드레서(10)는 도 1에 나타낸 것 처럼 나타내어진 많은 단점을 가지고 있다. 첫 번째, 전기 도금 재료(60)는 다이아몬드 입자(50)로 어떠한 화학 결합을 형성할 수 없다. 따라서, 단지 약한 가공력은 기판(60)위로 다이아몬드 입자들(50)을 유지한다. 그러한 가공력은 패드 드레서가 CMP 패드에 대항하여문질러질 때 공간(70)과 같은 전기 도금 재료(60)내에 공공들을 남겨 전기 도금 재료(60)로부터 쉽게 느슨해지는 다이아몬드 입자들(50)에 작용하는 큰 마찰력에 의해 빠르게 극복된다. 그러한 공공들은 슬러리로부터 화학 제품 및 연마 입자들 뿐만 아니라 작업편의 연마된 잔유물로 빠르게 채워지게된다. 그러나, 그러한 증착된 잔유물은 경화되고 및 떨어질 때, 종종 미세 스크래치를 발생시키고, 연마된 웨이퍼의 생산량을 감소시킨다.

전기 도금 재료(60)에 의해 생산된 가공력이 기판(40)상에서 다이아몬드 입자들(50)을 지지하고, 다이아몬드 입자(50)를 노출하는 유일한 수단이고, 상기 전기도금 재료가 최소로 유지되어야 한다. 따라서, 전기 도금 재료(60)와 CMP 패드사이의 접촉은 피할 수 없다. 그러한 접촉은 전기 도금 재료를 마모시키고 및 다이아몬드 입자(50)들의 방출을 촉진시킨다.

또한, 전기 도금 재료(60)는 볼록한 부분(80)과 같은 장소에서 다이아몬드 (50)위로 성장하는 경향이 있다. 상기 과도한 성장은 이미 낮은 노출 및 다이아몬드 입자(50)들의 빽빽한 간격에 더하여, 만약 불가능하지 않다면, 어려운 CMP 패드 내부로 다이아몬드 입자(50)의 상당한 관통을 만든다. 그러한 관통없이, 드레싱 공정은 심하게 방해를 받는다.

도 2를 참고로, 거기에는 경납 재료(90) 및 종래 경납 기술을 사용하여 기판(40)에 경납된 다이아몬드 입자(50)들을 가지고, 기판(40)을 가진 종래 기술의 CMP 드레서 패드를 나타내었다. 경납 재료들은 일반적으로 탄화물 형성자와 혼합된 금속 합금을 구성한다. 그러한 탄화물 형성자들은 차례로 기판과 결합하여, 재료(90)를 경납하기 위해 화학적 결합으로 다이아몬드 입자(50)들을 허용한다. 상기 결합 장치는 그리트 부착 강도를 상당히 증가시키지만, 약간의 바람직하지 않은 부작용에 의해 수반되어진다.

경납 재료(90)는 다이아몬드 입자(50)들을 완전히 덮는 것으로부터 유지하기 위해서 최소로 유지되어야 한다. 따라서, 다이아몬드 입자(50)들은 단지 경납 재료 (90)의 얇은 코팅으로 감싸진다. 상기 문제는 일반적인 경납 재료들이 기계적으로 약하다는 사실에 의해 혼합된다. 상기 기계적 약함은 경납 재료 그 자체가 분리된 다이아몬드 입자로 잘리워질 수 있기 때문에 다이아몬드 입자(50)들과 경납 재료 (90)사이의 화학 결합의 강도를 상쇄시킨다.

경납 재료(90)를 가진 부가적인 문제는, 상기에 언급된 전기 도금 니켈과 같이 연마 슬러리에 의해 화학 침식에 매우 민감하다는 것이다. 그러한 화학 침식은 경납 재료(90)를 약하게 하는 것과 같이 다이아몬드 입자(50)들의 분리에 기여한다. 따라서, 화학 슬러리에 CMP 패드 드레서(20)의 노출을 감소시키기 위해서, 작업편의 연마가 중지되어야 하고, 및 화학 슬러리는 패드 드레서(20)가 적용되기전 패드를 떠나는 것을 허용한다. 그러한 연마 공정에서 중지는 마무리 제품을 제조하기 위해 요구된 시간을 증가시키고, 및 따라서 비효율적이다.

종래 경납에 대한 다른 결점은 용융 금속 합금의 표면 장력이 기판(40)에 적용될 때 "덩어리"로 연마 입자(50)들을 발생시키는 경향이 있다는 것이다. 그러한 덩어리는 100으로 설명되었고, 틈(110)을 남긴다. 전체 효과는 비효율적이 손질을 만드는 다이아몬드 입자(20)들의 고르지 않은 분포를 남긴다. 상기 비효율성은 틈(110) 때문이고, 조절되지 않고 남아 있는 CMP 패드의 영역을 발생시킨다.

상기 고르지 않은 조절은 작업편의 마모 영역이 적당하게 조절된 영역보다 덜 효과적으로 연마되기 때문에 고르지 않은 연마를 받는 전체 결과로 다른 것 보다 빠르게 마모되는 CMP 패드의 영역을 발생시킨다.

연마 입자들의 덩어리를 만드는 다른 효과는 경납 재료(90)내에 작은 무더기 (mound)의 형성이다. 작은 무더기 형성은 약간의 다이아몬드 입자들을 다른 연마 입자들의 것보다 큰 기판(40)위로 높게 상승시킨다. 따라서, 높아진 돌출 입자들은 CMP 패드 내부로 깊게 관통하고, 그들은 어떠한 손질 효과에 의해 연마 입자들이 돌출하는 것을 더 적게 방지할 것이다. 상기는 또한 비효율성 및 부적합한 조절을 발생시킨다.

종래 기술의 CMP 패드 드레서와 대조적으로, 본 발명은 CMP 패드의 고른 드레싱을 허용한다. 도 3을 참고로, 거기에는 본 발명의 원리에 따라서 만들어진 CMP 패드 드레서를 나타낸다. 상기 CMP 패드 드레서는 경납 재료(90)로 기판(40)에 부착된 다수의 연마 입자(180)를 가진다. 연마 입자(180)들은 어떠한 우수한 경질 재료일 수 있다. 바람직한 재료들은 다이아몬드로 제한되지 않은 다결정질 다이아몬드(PCD), 입방 보론 질화물(CBN) 및 다결정 입방 보론 질화물(PCBN)을 포함한다.

또한 도 3에 나타내어진 것 처럼, 내식 층(130)이다. 상기 내식 층은 연마 입자(180)들이 아래에 기술된 방법을 통해 기판(40)에 부착되어진 후 CMP 패드 드레서의 표면위에 형성된다. 내식 층(130)은 다이아몬드, 또는 다이아몬드형 카본과 같은 다른 우수한 경질 재료이다. 바람직한 실시예에서, 내식 층(130)은 비다이아몬드 카본의 메트릭스내에 약 70% 이상의 다이아몬드로 구성되었다. 내식 층(130)은 임의의 두께일 수 있으나, 일반적으로 0.5 내지 3μm의 범위이다. 바람직한 실시예에서, 내식 층(130)은 약 1의 두께를 가진다. 그러한 얇은 내식 층(130)은 물리 증기 증착(PVD)방법에 의해 제조될 수 있다. 흑연 음극을 가진 음극 아크의 사용과 같은 PVD 방법은 기술내에서 공지되었고 및 내식 층(130)을 제조하기 위해 사용될 수 있다.

내식 층(130)에 의해 제공된 장점은 효과적으로 가공 표면을 "밀봉"하는 것이고, 및 또한 화학 침식에 취약할 수 있는 CMP 패드 드레서의 다른 바람직한 표면들을 밀봉할 수 있다. 밀봉제로써, 내식 층(130)은 CMP 패드내에 유지된 연마 화학 슬러리에 의해 화학 침식으로부터 경납 재료(90)를 보호한다. 상기 보호는 패드가 작업편을 연마할 때에도 CMP 패드 드레서(30)가 연속적으로 CMP 패드를 드레싱하는 것을 허용하고, 및 종래 기술의 CMP 패드 드레서의 수명을 연장하기 위해 사용된 제조 중지를 제거한다. CMP 패드의 연속적이고 및 고른 드레싱은 더 많은 제품 생산을 허용하고, 및 CMP 패드의 수명 및 효과를 연장한다.

기판(40)에 연마 입자(180)들을 부착하는 하나의 방법이 도 4-6에 나타내어졌다. 첫 번째, 구멍(150)을 가진 형판(140)은 경납 합금(90)의 시트위에 놓인다. 형판의 사용은 바람직한 형태로 구멍들을 가진 형판을 디자인하므로써 제어될 연마 입자(180)들의 배치를 허용한다. 연마 입자 배치를 위한 형태들은 CMP 패드 드레서가 사용될 특별하게 필요한 조건들을 맞추기 위한 기술에서 보통 기술된 하나에 의해 선택될 수 있다.

본 발명의 하나의 양상에서, 구멍들의 분포는 경납 합금(90)에 의해 결합된 연마 그리트(180)들 사이에 바람직한 양의 공간을 만들기 위해 미리 결정된 구멍들 사이에 공간을 가진 그리드(grid) 형태이다. 바람직한 실시예에서, 상기 그리트는 각 그리트 크기의 약 1.5 내지 약 10배의 거리로 고르게 일정한 간격을 이룬다.

형판(140)이 경납 합금 시트(90)에 놓인 후, 구멍(150)들은 연마 입자 (180)들로 채워진다. 구멍(150)들은 단지 하나의 연마 입자가 각 구멍에 채워지도록 바람직한 크기를 가진다. 어떠한 크기의 연마 입자, 또는 그리트는 수용할 수 있지만, 그러나 본 발명의 양상에서, 입자들 크기는 직경으로 약 100 내지 350 마이크로미터이다.

본 발명의 다른 양상에서, 형판내에 구멍들의 크기는 크기에서 변하거나 또는 실질적으로 균일한 크기인 연마 입자들의 형태를 얻기 위해서 요구되어질 수 있다. 바람직한 실시예에서, 형판의 구멍들은 서로의 크기에서 50 마이크로미터내에 있는 그리트를 단지 선택하기 위해 충분하다. 상기 그리트 크기의 균일성은 각 연마 입자의 가공 하중이 고르게 분포되는 것 처럼, CMP 패드 손질의 균일성에 기인한다. 차례로, 고른 가공 하중 분포는 개개의 연마 입자들상에 응력을 감소시키고, 및 CMP 패드 드레서(30)의 효과적인 수명을 연장한다.

형판(150)의 구멍들이 그리트(180)로 채워진 후, 어떤 과도한 연마 입자들은 제거되고, 및 평평한 표면(160)이 연마 입자(180)에 적용된다. 평평한 표면(160)은 경납 합금 시트(90)내부로 내려오는 연마 입자(180)들을 밀어낼 수 있는 것과 같은 강하고 단단한 재료로 이루어져야 한다. 그러한 재료들은 일반적으로 포함되지만,강, 철, 그의 합금등에 제한되지 않는다.

연마 입자(180)들은 도 6에서 경납 합금 시트(90)내에 포함되는 것으로 나타내어졌다. 표면(160)이 평평하기 때문에, 연마 입자(180)들은 기판(40)으로부터 균일한 거리로 떨어져 연장할 것이다. 상기 거리는 형판(140)의 두께에 의해 결정될 것이고, 및 바람직한 실시예에서, 각 연마 입자는 상기 거리의 50 마이크로미터내로 연장할 것이다.

도 4-6에서 나타내어진 것과 같이 연마 입자(180)들은 둥글다. 그러나, 도 3에서 그들은 뾰족하였다. 본 발명의 범위는 자형을 포함한 어떠한 형상, 또는 자연적으로 형상을 이룬 입자들의 연마 입자들을 포함한다. 그러나, 바람직한 실시예에서, 연마 입자(180)들은 기판(40)으로부터 떨어진 방향으로 연장하는 뾰족한 포인트 또는 가장자리를 가진다.

연마 입자(180)들이 경납 합금 시트(90)내에 포함되어진 후, 상기 시트는 도 3에 나타내어진 것 처럼, 기판(40)에 부착된다. 사용된 경납 합금은 기술내에서 공지된 어떠한 경납 재료일 수 있지만, 그러나 바람직하게 중량 %로 2% 이상의 크롬을 함유한 니켈 합금이다.

연마 입자(180)들이 경납 합금 시트(90)내에 포함되었기 때문에, 액체 경납 합금의 표면 장력은 입자 덩어리를 발생시키기에는 불충분하다. 또한, 경납의 두께는 훨씬 낮은 수준으로 발생하고 및 "무더기"가 형성되지 않는다. 반대로, 경납은 상당한 지지물과 슬러리 틈을 제공하는 각 연마 입자사이의 오목한 표면을 형성한다. 마지막으로, 바람직한 실시예에서, 경납 합금 시트(90)의 두께는 경납 재료(90)의 외부 표면위로 돌출하기 위한 각 연마 입자의 약 10 내지 약 90%를 허용하기 위해 선택되어진다.

경납 합금 시트(90)내에 연마 입자(180)를 포함하기 위한 방법의 결과로써, 고른 공간(120)이 만들어진다. 또한, 연마 그리트(180)들은 CMP 패드에 적용될 때를 의미하는 기판(40)위의 거리 또는 균일한 높이로 연장하고, 그들은 패드 섬유내부 균일한 깊이로 돌출할 것이다. 상기 고른 공간 및 균일한 돌출은 CMP가 고르게 드레싱되고 손질되는 것을 발생시키는 것으로, CMP 패드의 연마 효율성을 증가시키고 및 그의 사용 수명을 연장시킨다.

본 발명의 더 많은 이해를 위해서, 실시예들이 아래에 제공되어졌다. 이러한 실시예들은 본 발명의 범위의 제한내에서 사용됨을 의미하지는 않는다.

실시예 1

두 개의 CMP 패드 드레서 디스크들이 다음과 같이 제조되었다. 경납 합금 시트는 두개의 롤러사이에서 금속 파우다와 유기 결합체의 혼합물로 만들어진다. 135 및 225 마이크로미터의 평균 크기를 가진 제네럴 일렉트릭사에 의해 제조된 MBS970의 다이아몬드 그리트들은 경납 합금 시트내부로 형판의 도움에 의해 포함된다. 사용된 형판은 각 다이아몬드 그리트사이의 900 마이크로미터의 거리로 그리드 패턴 내부로 다이아몬드 그리트를 형성하였다.

경납 합금 시트내부에 다이아몬드 그리트 입자들의 배치 후, 상기 시트는 아크릴 아교를 사용하여 금속 기판에 부착된다. 그 후 상기 조립체는 1000℃의 온도로 진공로에서 경납된다. 얻어진 제품들은 약 100 밀리미터의 직경 및 약 6.5 밀리미터의 두께를 가진 두 개의 평평한 디스크이다.

그 후 상기 디스크들은 무질서한 형상으로 배치된 다이아몬드 입자들의 양을 5배 이상 가진 디스크에 대항하여 시험되어졌다. 상기 디스크들은 스트라우스바우 (STRAUSBOUGH) 기계상에 장착된 28 인치 CMP 패드를 드레싱하기 위해 사용되었다. 상기 패드는 알칼리성 슬러리내에 8 인치 실리콘 웨이퍼를 연마하기 위해 사용되었다. 시험 결과가 아래 표 1에 나타내어졌다. DG 135-900은 900μm의 거리로 분리된 135 마이크로미터 입자들을 가진 디스크이고, 및 DG 225는 900μm의 거리로 분리된 225 마이크로미터 입자들을 가진 디스크이다.

나타내어진 것 처럼, 균일한 입자 배치를 가진 두 개의 디스크들은 무질서하게 배치된 다이아몬드를 가진 디스크를 상당히 능가하였다. 또한, 135 마이크로미터 입자들을 가진 디스크는 거의 무질서한 입자 디스크의 수행력의 두배였다.

실시예 2

두 개의 부가 다이아몬드 디스크들은 실시예 1의 방법에 의해 제조되었다. 그러나, 225 마이크로미터 및 275 마이크로미터 크기의 다이아몬드가 사용되었다. 또한, 각 디스크는 경납 합금을 보화하기 위해 1 마이크로미터 두께 다이아몬드형 탄소 코팅으로 코팅되었다. 상기 다이아몬드형 탄소 피막은 음극 아크 방법에 의해 증착되었다.

그 후 상기 디스크들은 8 인치 실리콘 웨이퍼를 연마하기 위한 적용된 재료 기계(Mirra)상에 장착된 CMP 패드를 드레싱하므로써 종래 다이아몬드 디스크와 비교되었다. 상기 패드는 3.0 pH의 산성 슬러리에 담궈졌다. 상기 드레싱은 연마가 발생되는 동안 동시에 수행되었다. 결과가 아래 표 2에 나타내어졌다. DG 275-700은 고르게 간격을 유지한 크기에 있어서 275 마이크로미터의 700μm 그리트를 함유한 디스크이다. DG 225-700은 고르게 간격을 유지한 크기에 있어서 225 마이크로미터의 700μm 그리트를 함유한 디스크이고, 및 AT는 보호 코팅없이 무질서하게 분포된 그리트를 함유하는 종래 다이아몬드 디스크이다.

표 2로부터 볼 수 있는 것 처럼, 종래 제조된 다이아몬드 디스크는 연마된 웨이퍼의 제거 비율을 유지할 수 없다. 또한, 금속 결합은 단지 1.5 시간동안 연마 슬러리의 산성 분위기에서 유지된다. 그 후, 다이아몬드는 떨어지기 시작하고 및 고가의 웨이퍼상에 많은 스크래치를 발생시킨다. 그러나, 본 발명의 디스크들은 산성 분위기에서 30 시간이상동안 유지되었다. 그러한 수명의 범위는 더 나은 CMP 패드 드레싱 결과를 얻을 수 있고, 및 종래 기술보다 상당히 개선된 웨이퍼 제조의 전체 비용 및 생산량을 구성한다. 물론, 상기는 상기 기술된 실시예가 본 발명의 원리의 적용으로 단지 설명되는 것으로 이해되어졌다.

많은 변경 및 다른 장치들이 본 발명의 범위 및 범주로부터 벗어남 없이 본기술내에서 기술된 것들에 의해 발명되어졌고 및 첨부된 청구범위는 그러한 변경 및 장치들을 보호하기 위해 의도되어졌다. 따라서, 본 발명이 본 발명의 가장 실질적이고 및 바람직한 실시예로 간주되는 것과 관련하여 특별하고 및 상세하게 상기에 기술되어졌지만, 상기는 크기의 다양함, 재료, 형상, 형태, 기능, 작동 방법, 조립체, 및 용도에 제한을 두지 않고 포함된 많은 변경이 여기에서 설명된 개념 및 원리로부터 벗어남 없이 만들어질 수 있는 기술내에서 보통 기술의 것들로 명백해질 것이다.

상기한 바와 같이, 본 발명은 경납 합금 시트내에 연마 입자를 포함하기 위한 방법의 결과로써, 고른 공간이 만들어지고, 연마 그리트들은 CMP 패드에 적용될 때를 의미하는 기판 위의 거리 또는 균일한 높이로 연장하고, 그들은 패드 섬유내부 균일한 깊이로 돌출함에 따라, 상기 고른 공간 및 균일한 돌출로 CMP가 고르게 드레싱되고 손질되어 CMP 패드의 연마 효율성을 증가키고 및 그의 사용 수명을 연장시킨다.

Claims

기판 부재에 부착된 바람직한 크기 범위내에 크기를 가진 다수의 연마 입자를 구성하고,

상기 연마 입자들은 균일하게 일정한 간격을 이루고 및 기판 부재위에서 미리 결정된 높이로 연장되는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마(CMP) 패드 드레서.
제 1 항에 있어서,

상기 연마 입자들은 단결정 또는 다결정 형태로써 다이아몬드 또는 입방 보론 질화물의 결정 입자들인 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마(CMP) 패드 드레서.
제 1 항에 있어서,

상기 크기 범위는 50 내지 250 마이크로미터인 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마(CMP) 패드 드레서.
제 1 항에 있어서,

상기 연마 입자들은 크기에 있어서 실질적으로 균일하고, 모든 연마 입자들은 서로 10%내 크기를 가지는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마(CMP) 패드 드레서.
제 1 항에 있어서,

상기 다수의 균일하게 일정한 간격을 이룬 연마 입자들은 미리 결정된 형태에 따라서 분포되고, 미리 결정된 거리는 두 개의 입자들사이에 유지되는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마(CMP) 패드 드레서.
제 5 항에 있어서,

각 입자 사이의 미리 결정된 거리는 입자들의 평균 크기의 1.5 내지 10 배인 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마(CMP) 패드 드레서.
제 5 항에 있어서,

상기 미리 결정된 형태는 그리드(grid)인 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마(CMP) 패드 드레서.
제 1 항에 있어서,

기판위의 미리 결정된 높이는 모든 연마 입자들이 50 마이크로미터내로 연장하는 균일한 높이인 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마(CMP) 패드 드레서.
제 1 항에 있어서,

상기 기판위의 미리 결정된 높이는 평균 70μm 이상인 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마(CMP) 패드 드레서.
제 1 항에 있어서,

상기 연마 입자들은 자형(euhedral) 결정 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마(CMP) 패드 드레서.
제 1 항에 있어서,

상기 연마 입자들은 미리 결정된 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마(CMP) 패드 드레서.
제 1 항에 있어서,

상기 연마 입자들은 기판으부터 떨어져 방향지어진 가장자리 또는 예리한 지점을 구비하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마(CMP) 패드 드레서.
제 1 항에 있어서,

상기 기판은 금속 재료로 만들어진 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 (CMP) 패드 드레서.
제 12 항에 있어서,

상기 금속 재료는 스테인레스강인 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 (CMP) 패드 드레서.
제 1 항에 있어서,

상기 연마 입자들은 경납 합금에 의해 기판에 부착되는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마(CMP) 패드 드레서.
제 14 항에 있어서,

추가로 상기 경납 합금은 1 wt% 이상의 크롬 량을 가진 니켈 합금을 구성하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마(CMP) 패드 드레서.
제 14 항에 있어서,

상기 경납 합금은 기판의 표면위에 미리 결정된 두께이고, 각 연마 입자의 10 내지 90%가 노출되는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마(CMP) 패드 드레서.
내식층으로 코팅되는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마(CMP) 패드 드레서.
제 18 항에 있어서,

연마 입자들의 층은 전기 도금 니켈에 의해 기판에 결합되는 것을 특징으로하는 화학 기계적 연마(CMP) 패드 드레서.
제 18 항에 있어서,

상기 내식층은 다이아몬드형 카본으로 구성되는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마(CMP) 패드 드레서.
제 18 항에 있어서,

상기 다이아몬드형 카본은 다이아몬드 결합에 있어서 70% 이상을 함유한 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마(CMP) 패드 드레서.
제 18 항에 있어서,

상기 내식층은 3 마이크로미터 이하의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마(CMP) 패드 드레서.
제 18 항에 있어서,

상기 다이아몬드형 카본은 95% 이상의 원자 탄소 함량을 가지는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마(CMP) 패드 드레서.
a) 기판 부재를 제공하는 단계,

b) 상기 기판의 표면위에 다수의 연마 입자들을 균일하게 일정한 간격으로유지하는 단계, 및

c) 각 연마 입자들이 기판 부재위에 미리 결정된 높이로 연장하도록 기판에 상기 연마 입자들을 부착하는 단계를 구성하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마(CMP) 패드 드레서 제조 방법.
제 24 항에 있어서,

상기 연마 입자들은 단결정 또는 다결정 형태로써 다이아몬드 또는 입방 보론 질화물의 결정 입자들인 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마(CMP) 패드 드레서 제조 방법.
제 24 항에 있어서,

단계 b) 및 c)는 추가로,

a) 연마 입자의 배치가 구멍들의 위치에 의해 제어되도록 경납 합금의 시트상에 그 안에 형성된 구멍들의 미리 결정된 형태를 가지는 형판을 놓는 단계,

b) 연마 입자들로 상기 형판의 구멍을 채우는 단계,

c) 형판 구멍내에 있지않은 연마 입자들을 제거하는 단계,

d) 상기 연마 입자들이 경납 합금으로 부분적으로 애워싸여지게 되도록 경납 합금의 시트내부 구멍에 함유된 연마 입자들을 가압하는 단계,

e) 연마 입자들이 경납 합금의 시트상에 놓인 상태로 유지하도록 형판을 제거하는 단계,

f) 기판에 연마 입자들을 함유하는 경납 합금의 시트를 부착하는 단계, 및

g) 진공로에서 제품을 경납하는 단계를 구성하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마(CMP) 패드 드레서 제조 방법.
제 26 항에 있어서,

상기 구멍들은 단지 하나의 연마 입자를 수용하기에 충분한 크기를 가지는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마(CMP) 패드 드레서 제조 방법.
제 27 항에 있어서,

상기 구멍들은 미리 결정된 범위의 연마 입자들을 수용하기 위해 선택된 미리 결정된 크기를 가지는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마(CMP) 패드 드레서 제조 방법.
제 24 항에 있어서,

상기 연마 입자들은 50 내지 250 마이크로미터의 범위인 평균 크기를 가지는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마(CMP) 패드 드레서 제조 방법.
제 24 항에 있어서,

상기 연마 입자들은 모든 연마 입자들이 서로의 10%내 크기를 가지도록 크기에 있어서 실질적으로 균일한 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마(CMP) 패드 드레서 제조 방법.
제 26 항에 있어서,

미리 결정된 형태의 상기 구멍들은 두 개의 입자들 사이에 미리 결정된 거리를 만들기 위해 충분한 방법내에서 일정한 간격으로 유지되는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마(CMP) 패드 드레서 제조 방법.
제 31 항에 있어서,

상기 각 입자사이의 미리 결정된 거리는 입자들 크기의 1.5 내지 10배인 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마(CMP) 패드 드레서 제조 방법.
제 26 항에 있어서,

상기 미리 결정된 입자의 형태는 그리드인 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마(CMP) 패드 드레서 제조 방법.
제 24 항에 있어서,

기판으로부터 미리 결정된 높이는 모든 연마 입자들이 50 마이크로미터내로 연장하는 균일한 높이인 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마(CMP) 패드 드레서 제조 방법.
제 24 항에 있어서,

상기 연마 입자들은 자형 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마(CMP) 패드 드레서 제조 방법.
제 24 항에 있어서,

상기 연마 입자들은 미리 결정된 형상인 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마(CMP) 패드 드레서 제조 방법.
제 24 항에 있어서,

상기 연마 입자들은 상기 기판으로부터 떨어져 방향지어진 가장자리 또는 예리한 지점을 가지는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마(CMP) 패드 드레서 제조 방법.
제 24 항에 있어서,

상기 기판 부재는 금속 재료로 만들어진 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마(CMP) 패드 드레서 제조 방법.
제 38 항에 있어서,

상기 금속 재료는 스테인레스강인 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 (CMP) 패드 드레서 제조 방법.
제 26 항에 있어서,

상기 경납 합금의 시트는 유기 결합제로 서로 경납 합금 입자들을 결합하는 단계, 및

바람직한 두께의 시트로 상기 결합된 입자들을 형성하는 단계에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마(CMP) 패드 드레서 제조 방법.
제 40 항에 있어서,

상기 시트로 경납 합금 입자들을 형성하는 단계는 압연, 압출 또는 테이프 케스팅에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마(CMP) 패드 드레서 제조 방법.
제 26 항에 있어서,

상기 경납 합금은 1wt% 이상의 크롬 양을 가지는 니켈 합금을 구성하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마(CMP) 패드 드레서 제조 방법.
제 26 항에 있어서,

상기 경납 합금의 시트는 경납 합금위의 각 연마 입자의 10 내지 90% 사이의 노출을 허용하기 위해 충분한 경납 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마(CMP) 패드 드레서 제조 방법.
제 24 항에 있어서,

추가로 내식층을 가진 상기 경납 합금과 상기 연마 입자들을 코팅하는 단계를 구성하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마(CMP) 패드 드레서 제조 방법.
제 44 항에 있어서,

상기 내식층은 다이아몬드, 또는 다이아몬드형 카본으로 구성되는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마(CMP) 패드 드레서 제조 방법.
제 44 항에 있어서,

상기 내식층은 3 마이크로미터 이하의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마(CMP) 패드 드레서 제조 방법.
제 44 항에 있어서,

상기 다이아몬드형 카본은 90% 이상의 원자 탄소 함량을 가지는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마(CMP) 패드 드레서 제조 방법.
제 47 항에 있어서,

상기 코팅 단계는 음극 아크 방법을 사용하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마(CMP) 패드 드레서 제조 방법.