KR20030047905A - Grooved polishing pads and methods of use - Google Patents

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KR20030047905A KR1020027017805A KR20027017805A KR20030047905A KR 20030047905 A KR20030047905 A KR 20030047905A KR 1020027017805 A KR1020027017805 A KR 1020027017805A KR 20027017805 A KR20027017805 A KR 20027017805A KR 20030047905 A KR20030047905 A KR 20030047905A
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Abstract

패드의 작업 표면이 라우터 비트와 라우터 비트에 인접하는 적어도 하나의 돌출하는 정지 부재에 대향하게 이격되어 있고, 비트의 외단부가 정지 부재를 지나 연장되는, 지지면상에 패드를 배치함으로써 홈이 CMP 패드내에 형성된다. 비트가 회전하면, 비트와 패드 사이의 상대적인 축방향 운동이 비트의 외단부가 패드에 최초 리세스를 절삭시킨다. 그 후 회전하는 비트와 패드 사이의 상대적 횡운동이 리세스로부터 횡방향으로 연장되고 리스세의 깊이와 실질적으로 동일한 깊이를 갖는 홈을 형성한다. 비트와 패드 사이의 다른 횡운동이 다양한 홈 패턴, 정지 부재에 의해 정밀하게 조절되는 깊이를 형성하는데 사용된다. 홈은 연마 표면내에 및/또는 패드의 반대쪽 배면에 형성될 수도 있으며 통로는 배면 홈을 연마 표면 또는 전면 홈에 연결하기 위해 제공될 수도 있다. 연마 표면내의 홈에는 연마 표면이 워크피스 표면과 접촉하는 동안 연마용 슬러리가 유출될 수 있는 출구가 제공될 수도 있다.The grooves are CMP pads by placing the pads on a support surface where the working surface of the pads is spaced apart from the router bit and at least one protruding stop member adjacent the router bit and the outer end of the bit extends beyond the stop member. It is formed within. As the bit rotates, the relative axial movement between the bit and the pad causes the outer end of the bit to cut the initial recess in the pad. The relative transverse motion between the rotating bit and the pad then forms a groove extending transversely from the recess and having a depth substantially equal to the depth of the recess. Different transverse motions between the bit and the pad are used to create various groove patterns, depths that are precisely controlled by the stop member. Grooves may be formed in the polishing surface and / or on the opposite back side of the pad and a passage may be provided to connect the back grooves to the polishing surface or the front groove. Grooves in the polishing surface may be provided with an outlet through which the polishing slurry can flow while the polishing surface is in contact with the workpiece surface.

Description

워크피스 연마 패드 및 워크피스 표면의 연마 방법{GROOVED POLISHING PADS AND METHODS OF USE}GROOVED POLISHING PADS AND METHODS OF USE

화학 기계적 연마는 광학 렌즈와 반도체 웨이퍼를 연마하기 위한 기술로서 다년간 사용되어 왔다. 최근, 화학 기계적 연마는 이산화실리콘의 금속간 유전층을 평탄화하고 집적회로 장치 내부의 도전층의 일부분을 이들이 여러 기판상에 제조될 때 제거하기 위한 수단으로서 개발되었다. 예를 들면, 이산화실리콘 층은 금속 상호접속(metal interconnect)을 공형적으로 덮을 수 있고, 따라서 이산화실리콘 층의 상면은 높이와 폭에서 하측의 금속 상호접속에 상응하는 일련의 평탄하지 않은 단차들을 특징으로 하게 된다.Chemical mechanical polishing has been used for many years as a technique for polishing optical lenses and semiconductor wafers. Recently, chemical mechanical polishing has been developed as a means to planarize the intermetallic dielectric layer of silicon dioxide and to remove a portion of the conductive layer inside the integrated circuit device when they are fabricated on various substrates. For example, the silicon dioxide layer can formally cover the metal interconnect, so that the top surface of the silicon dioxide layer features a series of uneven steps corresponding to the bottom metal interconnect in height and width. Will be done.

금속간 유전층의 상면에서의 단차 높이 변동은 몇 가지의 바람직하지 않은 특성을 갖는다. 이러한 평탄하지 않은 유전체 표면은 차후의 포토리소그래픽 처리단계의 광해상도와 간섭할 수도 있고, 그 결과 고해상 라인을 인쇄하기가 매우 곤란하게 된다. 또 다른 문제는 금속간 유전층 위로 제 2 금속층을 도포할 때 발생되는 단차이다. 단차 높이가 비교적 크다면, 금속의 도포가 불충분하게 될 수도 있고 따라서 제 2 금속층 위에 개방 회로가 형성될 수도 있다.Step height variations in the top surface of the intermetallic dielectric layer have some undesirable properties. Such uneven dielectric surfaces may interfere with the photo resolution of subsequent photolithographic processing steps, resulting in very difficult printing of high resolution lines. Another problem is the step that occurs when applying the second metal layer over the intermetal dielectric layer. If the step height is relatively large, the application of the metal may be insufficient and thus an open circuit may be formed over the second metal layer.

이러한 문제들을 해결하기 위해, 금속간 유전층의 상면을 평탄화하기 위한 다양한 기술이 개발되었다. 이러한 해결 방법 중의 하나는 유전층의 상면을 따라서 돌출하는 단차를 제거하는 연마제 연마(abrasive polishing)를 채용하는 것이다. 이 방법에 따르면, 실리콘 기판 웨이퍼는 캐리어 아래에 면을 아래로하여 장착되고, 슬러리 형태의 연마제로 연속적으로 코팅되어 있는 연마 패드로 덮인 테이블 또는 플래튼과 캐리어 사이에서 가압된다.To solve these problems, various techniques have been developed to planarize the top surface of the intermetal dielectric layer. One such solution is to employ abrasive polishing, which eliminates steps that protrude along the top surface of the dielectric layer. According to this method, a silicon substrate wafer is mounted face down under the carrier and is pressed between the carrier and the table or platen covered with polishing pads which are continuously coated with abrasive in the form of slurry.

또한, 연마제 슬러리를 패드의 상면에 위치시키고 기판 웨이퍼를 연마 패드에 대하여 가압하는 수단이 제공되며, 플래튼과 기판 웨이퍼의 슬러리 존재에서의 서로에 대한 운동에 의해 웨이퍼의 접촉된 면의 평탄화를 일으킨다. 웨이퍼와 테이블 양자는 서로에 대하여 회전되어 돌출 단차를 제거할 수 있다. 이 연마제 연마 공정은 유전층의 상면이 실질적으로 편평해질 때까지 계속된다.In addition, means are provided for placing the abrasive slurry on the top surface of the pad and forcing the substrate wafer against the polishing pad, resulting in planarization of the contacted surfaces of the wafer by movement relative to each other in the presence of the slurry of the platen and the substrate wafer. . Both the wafer and the table can be rotated with respect to each other to eliminate protruding steps. This abrasive polishing process continues until the top surface of the dielectric layer is substantially flat.

연마 패드는 폴리우레탄, 또는 합성수지 바인더(binder)로 함침된 부직 섬유와 같은 균일 재료로 제조될 수도 있거나, 또는 패드의 두께에 걸쳐 균일하지 않은 물리적 특성을 갖는 다층 적층체로부터 형성될 수도 있다. 폴리우레탄 연마 패드는 일반적으로, 반응성 조성물을 몰드내에 배치하고, 상기 조성물을 경화하여 패드 재료를 형성하고, 그 후 패드 재료를 소망의 크기와 형상으로 다이 커팅함으로써형성된다. 폴리우레탄 또는 합성수지 바인더를 형성하는 반응물은 또한 원통형 용기내에서 반응될 수도 있다. 성형 후, 패드 재료의 원통형으로 형성된 조각은 슬라이스로 절단되어 연마 패드로서 사용된다. 일반적인 적층형 패드는, 폴리우레탄 바인더로 펠트된 다공성 폴리에스테르를 포함하는 딱딱하지만 탄성이 있는 지지층상에 적층된 스폰지와 탄성 미공성 폴리우레탄 층과 같은 다수의 층을 가질 수도 있다. 연마 패드는 일반적으로 50 내지 80mil 범위의 두께, 바람직하게는 약 55mil의 두께와, 10 내지 36인치 범위의 직경, 바람직하게는 22.5인치의 직경을 가질 수도 있다.The polishing pad may be made of a uniform material, such as polyurethane or nonwoven fibers impregnated with a resin binder, or may be formed from a multilayer stack having non-uniform physical properties over the thickness of the pad. Polyurethane polishing pads are generally formed by placing a reactive composition into a mold, curing the composition to form a pad material, and then die cutting the pad material to the desired size and shape. The reactants forming the polyurethane or plastic binder may also be reacted in a cylindrical vessel. After molding, the cylindrically shaped pieces of pad material are cut into slices and used as polishing pads. Typical laminated pads may have multiple layers, such as sponges and elastic microporous polyurethane layers, laminated on a rigid but elastic support layer comprising porous polyester felt with a polyurethane binder. The polishing pad may generally have a thickness in the range of 50 to 80 mils, preferably about 55 mils, and a diameter in the range of 10 to 36 inches, preferably 22.5 inches.

연마 패드는 또한 다양한 기술을 사용하여 표면 가공에 의해 제조된 매크로텍스쳐된 워크피스 표면을 가질 수도 있으며, 이러한 기술의 다수는 고가이며 깊이가 크게 변하는 바람직하지 않은 표면 특징을 나타낸다. 표면 특징에는, 웨이브, 구멍, 크리스(crease), 리지(ridge), 슬릿, 함몰(depression), 돌기, 간극, 및 홈이 포함된다. 연마 패드의 매크로 범위의 표면 텍스쳐에 영향을 주는 다른 요인으로는, 크기, 형상 및 표면 특징들의 분포도 또는 간격이다. 또한, 연마 패드는 일반적으로 제조 공정에 내재하는 요인에서 기인하는 패드의 미크로 범위의 벌크 텍스쳐에 의해 유발되는 미크로텍스쳐 표면을 가질 수도 있다. 연마가 통상 전체 패드 표면에 걸쳐 일어나지 않기 때문에, 패드의 미크로텍스쳐(microtexture)와 표면 가공에 의해 형성된 매크로텍스쳐(macrotexture)는 연마가 일어나는 패드의 일부분에서만 형성될 수도 있다.The polishing pad may also have macrotextured workpiece surfaces produced by surface processing using various techniques, many of which exhibit undesirable surface characteristics that are expensive and vary greatly in depth. Surface features include waves, holes, creases, ridges, slits, depressions, protrusions, gaps, and grooves. Other factors influencing the surface texture of the macro pad of the polishing pad are the size, shape and distribution or spacing of surface features. The polishing pad may also have a microtextured surface caused by the bulk texture in the microrange of the pad resulting from factors inherent in the manufacturing process. Since polishing usually does not occur over the entire pad surface, the microtexture of the pad and the macrotexture formed by the surface treatment may be formed only in the portion of the pad where polishing occurs.

연마 공정 중, 웨이퍼 표면으로부터 제거된 재료와 슬러리내의 연마제, 예컨대 실리카는 압축되어 패드 표면 부근에서 연마 패드의 미크로 범위의 벌크 텍스쳐 및 매크로 범위의 벌크 텍스쳐내의 리세스, 구멍 및 다른 자유 공간에 매립되는 경향이 있다. 높고 안정적인 연마율을 달성하고 유지하기 위한 일 인자는 패드 표면을 청정한 조건으로 제공하고 유지하는 것이다. 다른 인자는 패드와 웨이퍼의 접촉 표면간의 수막의 형성에 의해 발생된 하이드로플레이닝(hydroplaning) 효과를 감소시키거나 방지하는 것이다. 또한, 패드의 가요성을 조절된 방식으로 증가시키는 것이 연마의 균일성, 예컨대 연마된 웨이퍼 표면의 균일성을 증가시키는 것으로 결정되었다.During the polishing process, the material removed from the wafer surface and the abrasive in the slurry, such as silica, are compressed and embedded in recesses, holes and other free spaces in the micro-range bulk texture of the polishing pad and the macro-range bulk texture near the pad surface. There is a tendency. One factor for achieving and maintaining high and stable polishing rates is to provide and maintain the pad surface in clean conditions. Another factor is to reduce or prevent the hydroplaning effect caused by the formation of a water film between the pad and the contact surface of the wafer. In addition, increasing the flexibility of the pad in a controlled manner has been determined to increase the uniformity of polishing, such as the uniformity of the polished wafer surface.

따라서, 종래의 패드에 의해 웨이퍼 표면의 균일하고 품질이 높은 연마를 일관되게 달성하는 것에는 3가지 문제가 있다. 이 문제의 첫 번째는 패드와 웨이퍼 양자에 불균등한 연마와 손상을 일으키는 연마제 입자 및 부스러기(debris)가 패드와 웨이퍼 사이에 축적되는 것이다. 두 번째로, 종래의 공정 중에 웨이퍼와 패드 사이의 하이드로플레이닝에 기인하는 불균등한 연마는 결과적인 웨이퍼 손상에서 기인하는 수율의 비교적 높은 손실을 초래한다는 것이다. 세 번째로, 불균등한 연마 및 웨이퍼 손상은 또한 종래의 제조 기술에 의해 생산된 과도하게 단단한 패드로부터 초래된다. 그러므로, 균일하게 연마된 표면을 갖는 고품질의 웨이퍼를 일관되게 생산할 수 있는 연마 패드를 제공하기 위한 방법 및 장치가 요구된다.Accordingly, there are three problems in consistently achieving uniform and high quality polishing of the wafer surface by conventional pads. The first of these problems is the accumulation of abrasive particles and debris that accumulate between pads and wafers, causing uneven polishing and damage to both pads and wafers. Secondly, uneven polishing due to hydroplaning between the wafer and the pad during conventional processing results in a relatively high loss of yield resulting from the resulting wafer damage. Third, uneven polishing and wafer damage also result from excessively rigid pads produced by conventional manufacturing techniques. Therefore, a need exists for a method and apparatus for providing a polishing pad capable of consistently producing high quality wafers with uniformly polished surfaces.

발명의 요약Summary of the Invention

그러므로, 본 발명은 고품질의 웨이퍼상에 균일하게 연마된 표면을 일관되게형성할 수 있는 홈형 연마 패드를 제공한다. 패드의 제조 장치는, 패드의 작업 표면내에 홈을 가공하는 라우터(router)에 의해 연마 패드를 결합 위치에 유지하기 위한 위치설정용 포스트를 구비한 플래튼을 포함한다. 홈이 패드내에 형성될 때 홈의 깊이를 정밀하게 조절하기 위해서, 이격용 메커니즘이 패드의 작업 표면과 라우터를 유지하고 회전시키는 척 사이에 일정하고 정확한 분리를 제공한다. 이 유형의 장치는, "연마 패드의 홈형성 방법 및 장치(Polishing Pad Grooving Method and Apparatus)"라는 명칭으로 2000년 6월 29일 출원된 미국 특허 출원 제 09/605,869 호에 개시되어 있으며, 상기 특허 출원의 전체 내용이 본 명세서에 참조로서 인용된다.Therefore, the present invention provides a grooved polishing pad capable of consistently forming a uniformly polished surface on a high quality wafer. The apparatus for manufacturing a pad includes a platen having positioning posts for holding the polishing pad in the engaged position by a router for processing grooves in the working surface of the pad. In order to precisely adjust the depth of the groove when the groove is formed in the pad, the spacing mechanism provides a constant and accurate separation between the pad's working surface and the chuck that holds and rotates the router. A device of this type is disclosed in US patent application Ser. No. 09 / 605,869, filed June 29, 2000, entitled “Polishing Pad Grooving Method and Apparatus”. The entire contents of the application are incorporated herein by reference.

패드는 플래튼의 지지면상에 배치되며, 그 작업 표면은 라우터 비트(bit)에 대향하게 이격되어 있다. 라우터 척 및 구동 모터는 프레임에 의해 패드에 대향되게 지지된다. 이격용 메커니즘은 적어도 하나의, 바람직하게는 2개 이상의 정지 부재를 포함하며, 이 정지 부재는 라우터 비트가 관통하는 개구에 인접하는 프레임상에 장착된다. 비트의 외단부는, 바람직하게는 축방향으로 조정 가능하도록 프레임내에 나사결합된 핀인 정지 부재를 지나 돌출한다. 패드를 먼저 라우터 비트의 외단부에 대하여 끌어당긴 후에 정지 부재에 대하여 끌어당기기 위해 패드의 작업 표면에 진공을 인가하는 진공 시스템이 제공된다.The pad is disposed on the support surface of the platen, the working surface of which is spaced apart from the router bit. The router chuck and the drive motor are supported opposite the pads by the frame. The spacing mechanism comprises at least one, preferably two or more stop members, which are mounted on a frame adjacent the opening through which the router bit passes. The outer end of the bit projects past the stop member, which is a pin screwed into the frame, preferably to be axially adjustable. A vacuum system is provided that first draws the pad against the outer end of the router bit and then applies a vacuum to the working surface of the pad to pull against the stop member.

진공이 패드에 인가되는 동안 모터에 의해 라우터 비트가 회전하면, 비트의 외단부가 패드의 작업 표면 아래에 소정 깊이로 패드에 최초 리세스(구멍)를 절삭하게 된다. 회전하는 비트가 패드를 절삭하여 최초 리세스를 형성할 때 패드의 작업 표면과 접촉하게 되는 정지 부재에 의해 리세스 깊이는 정밀하게 제한된다. 최초 리세스의 형성 후, 진공이 패드와 정지 부재의 접촉을 유지하는 동안 횡운동 메커니즘이 회전하는 라우터 비트와 패드 사이에 상대적인 횡운동을 일으킨다.When the router bit is rotated by the motor while vacuum is applied to the pad, the outer end of the bit cuts the initial recess (hole) in the pad to a predetermined depth below the pad's working surface. The depth of the recess is precisely limited by the stop member that comes into contact with the working surface of the pad when the rotating bit cuts the pad to form the initial recess. After the formation of the initial recess, the transverse mechanism creates a relative transverse motion between the rotating router bit and the pad while the vacuum maintains contact between the pad and the stop member.

이 횡운동에 의하여 회전하는 비트가 최초 리세스로부터 연장되고 초기 리세스의 깊이와 실질적으로 동일한 깊이를 갖는 홈을 패드내에 절삭하게 된다. 횡운동 메커니즘은 오버헤드 빔으로부터 현수되고 X-Y 평면에서의 상대적인 운동을 하도록 배치된 상판 및 하판을 포함할 수도 있다. 예를 들면, 상판은 오버헤드 빔상에 장착될 수도 있고 하나 이상의 동력 스크루에 의해 X방향(X축을 따르는 방향)으로 구동될 수도 있으며; 하판으로부터 현수되는 라우터 프레임은 상판상에 장착되고 하나 이상의 동력 스크루에 의해 Y방향으로 구동된다. 변형예로서, 플래튼이 마찬가지로 라우터 프레임 대신 이러한 X-Y 운동을 하도록 장착될 수도 있거나, 또는 플래튼과 라우터 프레임 양자 모두 이러한 운동을 하도록 장착될 수도 있다. 또한, 플래튼은 라우터 비트와 패드 사이에 횡운동을 일으키기 위한 추가 수단을 제공하도록 구동 모터에 의해 회전될 수도 있다.This transverse movement causes the rotating bit to extend into the pad and cut a groove having a depth substantially equal to the depth of the initial recess. The lateral motion mechanism may include a top plate and a bottom plate suspended from the overhead beam and arranged to perform relative movement in the X-Y plane. For example, the top plate may be mounted on the overhead beam and may be driven in the X direction (direction along the X axis) by one or more power screws; The router frame suspended from the bottom plate is mounted on the top plate and driven in the Y direction by one or more power screws. As a variant, the platen may likewise be mounted to do this X-Y movement instead of the router frame, or both the platen and the router frame may be mounted to do this movement. The platen may also be rotated by the drive motor to provide additional means for causing lateral motion between the router bit and the pad.

전술한 바로부터 정지 부재와 패드 사이의 Z방향(Z축을 따르는 방향)으로의 상대 운동은 진공이 패드를 라우터 비트와 정지 부재 쪽으로 끌어당길 때 진공에 의해 제공될 수도 있음을 알 수 있을 것이다. 연마 패드가 그 직경이 크고 두께가 작기 때문에 가요성인 경우, 이 패드의 운동을 안내할 필요는 없다. 더욱이, Z축을 따르는 중요한 패드 운동은 그 대신 라우터 비트를 Z축을 따라서 운동시키고 그 후 비트와 패드간의 횡운동시 비트 깊이를 유지하기 위해 진공을 사용함으로써 회피될 수도 있다.It will be appreciated from the foregoing that the relative motion in the Z direction (direction along the Z axis) between the stop member and the pad may be provided by the vacuum as the vacuum pulls the pad toward the router bit and the stop member. If the polishing pad is flexible because of its large diameter and small thickness, it is not necessary to guide the movement of the pad. Moreover, significant pad motion along the Z axis may instead be avoided by moving the router bit along the Z axis and then using a vacuum to maintain bit depth in the lateral motion between the bit and the pad.

그러나, Z축을 따르는 패드의 운동은 라우터 비트의 회전축에 평행한 축을 따라서 플래튼으로부터 외측으로 돌출하는 다수의, 바람직하게는 2개 이상의 포스트에 의해 안내될 수도 있다. 이들 안내 포스트는 또한 플래튼이 플래튼 구동 모터에 의해 회전되는 경우 패드를 회전에 대하여 고정할 수도 있으며, 두께가 보다 크고 직경이 보다 작은 강성 디스크와 같은, 연마 패드 이외의 홈 형성 디스크에 특히 유용하다. 이미 지적한 바와 같이, 상하의 횡운동 판이 X축과 Y축을 따라서 패드에 대한 라우터 비트의 횡운동을 제공한다. 그러므로, 라우터 비트는 X, Y 및 Z의 직각 좌표, 또는 R, θ 및 Z의 원통 좌표에 따라서 패드에 대하여 이동될 수도 있다.However, the movement of the pad along the Z axis may be guided by a plurality of, preferably two or more posts projecting outward from the platen along an axis parallel to the axis of rotation of the router bit. These guide posts may also hold the pad against rotation when the platen is rotated by the platen drive motor, which is particularly useful for grooved discs other than polishing pads, such as rigid disks of greater thickness and smaller diameter. Do. As already pointed out, the up and down transverse plates provide the transverse motion of the router bits relative to the pad along the X and Y axes. Therefore, the router bit may be moved relative to the pad according to the rectangular coordinates of X, Y and Z, or the cylindrical coordinates of R, θ and Z.

전술한 상대적 횡운동에 의하여 패드의 연마 표면 또는 반대쪽 배면내에 절삭된 홈이, 좌측 또는 우측 나선 패턴, 각각이 상이한 반경에서 패드 둘레에 일정 반경을 따르는 지그재그 패턴, 동심원의 홈, 십자형의 직선 홈, 나선 홈 또는 지그재그가 그 사이의 영역내에 있는 내측 원형 홈 및 외측 원형 홈, 상이한 반경에서 상이한 나선 또는 지그재그 패턴을 갖는 내외측 섹터 패턴, 또는 이들 및 다른 패턴의 조합을 가질 수 있게 되어, 연마 표면 위에 균일한 홈 밀도 또는 상이한 홈 밀도를 갖는 연마 표면 섹션을 제공하게 된다. 또한, 패드의 연마 표면의 패턴화된 부분은 웨이퍼의 연마가 일어나야 할 영역에만 국한될 수도 있다.The grooves cut in the polishing surface or the opposite back side of the pad by the relative lateral motion described above are left or right helical patterns, zigzag patterns each following a radius around the pad at different radii, concentric grooves, crosswise grooves, The spiral groove or zigzag can have inner and outer circular grooves in the region therebetween, inner and outer sector patterns having different spiral or zigzag patterns at different radii, or a combination of these and other patterns, so that the It will provide a polishing surface section having a uniform groove density or a different groove density. In addition, the patterned portion of the polishing surface of the pad may be limited to the area where the polishing of the wafer should occur.

패드의 배면 또는 후면에 홈 패턴을 절삭하는 목적은 그 가요성을 증가시키기 위함이다. 다른 목적은 드릴 가공된 또는 밀링 가공된 통로에 의해 전면 또는연마 표면 홈에 연결되는 후방 홈을 제공하여 연마 표면 홈으로부터 연마제 슬러리를 배출하기 위한 출구 유로를 형성한다.The purpose of cutting the groove pattern on the back or back of the pad is to increase its flexibility. Another object is to provide a back groove that is connected to the front or polishing surface groove by a drilled or milled passage to form an outlet flow path for discharging the abrasive slurry from the polishing surface groove.

전방 및/또는 후방 홈의 깊이는 또한, 바람직하게는 대칭형 핀인 정지 부재의 돌출 깊이를 축방향으로 조정함으로써, 또는 라우터 비트의 돌출 길이를 축방향으로 고정된 정지 부재에 대하여 조정함으로써 상이한 패턴에 대하여 변경할 수도 있다. 가요성이 증가된 패드를 제공하기 위해, 패드내에 패드 두께의 80%까지의 깊이로 홈을 뚫을 수도 있다. 패드 가요성은 또한, 예컨대 8개, 32개, 또는 64개의 나선 패턴과 같이, 제공된 홈의 총수에 의해 조정될 수도 있다.The depth of the front and / or rear grooves is also different for different patterns by axially adjusting the protruding depth of the stop member, which is preferably a symmetrical pin, or by adjusting the protruding length of the router bit relative to the axially fixed stop member. You can also change it. To provide pads with increased flexibility, grooves may be drilled to a depth of up to 80% of the pad thickness in the pads. Pad flexibility may also be adjusted by the total number of grooves provided, such as, for example, 8, 32, or 64 spiral patterns.

CMP 패드의 작업 표면 또는 연마 표면내의 홈은, 단독이거나 또는 배면 홈과 조합되든지 간에, 웨이퍼 연마 중에 하이드로플레이닝(hydroplaning) 효과를 현저하게 감소시키며, 그 결과, 매우 높은 연마율이 달성될 수 있다. 나선 홈의 수가 많은 패턴은, 동일한 시간에 보다 많은 홈이 연마될 웨이퍼 표면을 통과하기 때문에, 나선 홈의 수가 적은 패턴보다 효과적으로 하이드로플레이닝 효과를 감소시킬 수 있다. 선택된 홈 패턴으로 인한 패드 가요성의 증가는 또한 웨이퍼 표면의 연마 균일성을 향상시키는 것을 도울 수도 있다. 지그재그 홈 패턴의 홈 밀도는 또한 연마 패드 표면의 다른 세그먼트 내부의 연마율 분포를 조절하도록 변경할 수도 있으며, 이는 또한 웨이퍼 표면내의 연마 균일성을 향상시킬 수도 있다.The grooves in the working surface or polishing surface of the CMP pad, whether alone or in combination with the back grooves, significantly reduce the hydroplaning effect during wafer polishing, and as a result very high polishing rates can be achieved. . A pattern with a large number of spiral grooves can effectively reduce the hydroplaning effect than a pattern with a small number of spiral grooves because more grooves pass through the wafer surface to be polished at the same time. The increased pad flexibility due to the selected groove pattern may also help to improve the polishing uniformity of the wafer surface. The groove density of the zigzag groove pattern may also be altered to adjust the polishing rate distribution inside other segments of the polishing pad surface, which may also improve the polishing uniformity within the wafer surface.

연마 공정을 더 최적화하기 위해, 패드의 본체는, 강하게 가교결합되어 있어서 내구성이 매우 높은 폴리우레탄과 같은 고형 또는 다공성 유기 재료로부터 제조될 수도 있거나, 또는 레이온과 폴리에스테르 섬유 중의 적어도 하나와 같은 섬유상 유기 재료로부터 제조될 수도 있으며 이 재료는 또한 고형 또는 다공성 폴리우레탄뿐만 아니라 바인더(binder)를 함유할 수도 있다. 패드 본체는 단층으로서 제조될 수도 있거나, 또는 "다층 연마 패드와 그 제조 및 사용 방법(Multilayered Polishing Pad, Method for Fabricating, and Uses Thereof)"이라는 명칭으로 2000년 6월 23일 출원된 미국 특허 출원 제 09/599,514 호에 개시된 바와 같은 다층을 포함할 수도 있으며, 이 특허 출원의 전체 내용은 본 명세서에 참조로서 인용된다.To further optimize the polishing process, the body of the pad may be made from a solid or porous organic material, such as polyurethane, which is strongly crosslinked to be very durable, or fibrous organic such as at least one of rayon and polyester fibers. It may be made from a material and it may also contain binders as well as solid or porous polyurethanes. The pad body may be manufactured as a single layer, or may be prepared by US Patent Application, filed June 23, 2000, entitled "Multilayered Polishing Pad, Method for Fabricating, and Uses Thereof". Multi-layers as disclosed in 09 / 599,514, the entire contents of which are hereby incorporated by reference.

본 발명에 의해 제공된 연마 패드는 이산화실리콘, 다이아몬드형 탄소(diamond-like carbon; DLC), 스핀-온-글래스(spin-on-glass; SOG), 폴리실리콘 및 질화실리콘과 같은 유전체 재료의 웨이퍼를 연마하는데 이상적이다. 연마 패드는 또한 구리, 알루미늄, 텅스텐 및 이들과 다른 금속의 합금과 같은 그 밖의 웨이퍼 또는 디스크를 연마하는데 사용될 수도 있다.The polishing pad provided by the present invention can be used to fabricate wafers of dielectric materials such as silicon dioxide, diamond-like carbon (DLC), spin-on-glass (SOG), polysilicon, and silicon nitride. Ideal for grinding The polishing pad may also be used to polish other wafers or disks such as copper, aluminum, tungsten and alloys of these and other metals.

본 발명의 특징, 효과 및 장점은 첨부된 도면과 관련하여 바람직한 실시예의 하기의 상세한 설명으로부터 보다 잘 이해될 것이다.The features, effects and advantages of the invention will be better understood from the following detailed description of the preferred embodiments in conjunction with the accompanying drawings.

본 발명은 연마 패드의 제조 분야에 관한 것으로, 보다 상세하게는 반도체 기판의 화학 기계적 평탄화(chemical-mechanical planarization; CMP)에 사용되는 연마 패드상에 매크로텍스쳐된(macrotextured) 표면을 제공하는 것에 관한 것이다.TECHNICAL FIELD The present invention relates to the field of manufacturing polishing pads, and more particularly, to providing a macrotextured surface on a polishing pad used for chemical-mechanical planarization (CMP) of semiconductor substrates. .

도 1은 주요 구성요소가 개략적으로 도시되어 있는, 본 발명의 부분 단면 정면도,1 is a partial cross-sectional front view of the present invention, in which the main components are schematically illustrated,

도 2는 도 1의 2-2 선을 따라 취한 평단면도,FIG. 2 is a plan sectional view taken along line 2-2 of FIG. 1;

도 3은 도 1의 일부의 부분 확대 단면도,3 is a partially enlarged cross-sectional view of a portion of FIG. 1;

도 4는 홈 패턴이 패드의 중심 부근에서 시작하여 패드의 작업 표면의 외측에지 부근에서 종결되는 8개의 좌측 나선 홈을 포함하는, 본 발명에 따라 제조된 연마 패드의 도면,4 is an illustration of a polishing pad made in accordance with the present invention, wherein the groove pattern comprises eight left helix grooves starting near the center of the pad and ending near the outer edge of the pad's working surface;

도 5는 홈 패턴이 패드의 중심 부근에서 시작하여 패드의 작업 표면의 외측 에지 부근에서 종결되는 32개의 좌측 나선 홈을 포함하는, 본 발명에 따라 제조된 연마 패드의 도면,5 is an illustration of a polishing pad made in accordance with the present invention wherein the groove pattern comprises 32 left helix grooves starting near the center of the pad and ending near the outer edge of the pad's working surface;

도 6은 홈 패턴이 패드의 중심 부근에서 시작하여 패드의 작업 표면의 외측 에지 부근에서 종결되는 64개의 우측 나선 홈을 포함하는, 본 발명에 따라 제조된 연마 패드의 도면,6 is an illustration of a polishing pad made in accordance with the present invention wherein the groove pattern comprises 64 right helix grooves starting near the center of the pad and ending near the outer edge of the pad's working surface;

도 7은 홈 패턴이 패드 표면 둘레에 실질적으로 일정한 반경을 따라서 대칭으로 각각 형성된 다수의 반경방향으로 이격된 지그재그 홈을 포함하고, 최내측 홈과 최외측 홈의 홈 밀도가 서로 다르고 중간 홈과도 다른, 본 발명에 따라 제조된 연마 패드를 도시하는 도면,7 shows a plurality of radially spaced zigzag grooves each having a groove pattern symmetrically formed along a substantially constant radius around the pad surface, wherein the groove densities of the innermost groove and the outermost groove are different from each other and with the intermediate groove. Another figure showing a polishing pad made according to the invention,

도 8은 통로에 의해 패드의 연마 표면의 홈이 형성되지 않은 부분에 연결된 배면 홈을 개략적으로 도시하는 도면,8 schematically shows a back groove connected to a portion where a groove of the polishing surface of the pad is not formed by a passage;

도 9는 통로에 의해 패드의 연마 표면의 전면 홈에 연결된 배면 홈을 개략적으로 도시하는 도면,9 schematically illustrates a back groove connected by a passage to a front groove of the polishing surface of the pad;

도 10은 연마 패드의 배면상의 십자 홈을 개략적으로 도시하는 도면,10 is a view schematically showing the cross grooves on the rear surface of the polishing pad;

도 11은 균일한 재료의 단층으로 제조된 패드의 연마 표면내의 홈에 대한 상이한 단면을 개략적으로 도시하는 도면,FIG. 11 shows schematically a different cross section of a groove in a polishing surface of a pad made of a single layer of uniform material, FIG.

도 12는 하나의 재료의 상부 패드와 다른 재료의 하부 패드로부터 제조된 복합 패드의 연마 표면내의 상이한 깊이의 홈을 개략적으로 도시하는 도면,12 schematically shows grooves of different depths in the polishing surface of a composite pad made from an upper pad of one material and a lower pad of another material, FIG.

도 13은 하나의 재료의 상부 패드와 다른 재료의 하부 패드로부터 제조된 복합 패드의 연마 표면내의 홈에 대한 상이한 단면 형상을 개략적으로 도시하는 도면,13 schematically shows different cross-sectional shapes for grooves in the polishing surface of a composite pad made from an upper pad of one material and a lower pad of another material, FIG.

도 14는 본 발명에 따라 제조된 홈형성 패드로 워크피스를 연마하는 방법을 도시하는 도면.14 illustrates a method of polishing a workpiece with a grooving pad made in accordance with the present invention.

본 발명의 연마 패드 홈형성 방법 및 장치가 도 1 내지 도 3에 도시되어 있다. 연마 장치는 연마 패드(12)가 지지되고 다수의 유지 포스트(14)에 의해 고정된 반경방향 위치에 유지되는 플래튼(10)을 갖는다. 각 유지 포스트(14)는, 도 3에 도시된 화살표(Z)와 에어 갭(17)에 의해 도시된 바와 같이, 패드가 플래튼의 표면으로부터 멀어지는 축방향 운동을 위해 안내될 수 있도록 패드 본체내에 또는 패드의 외주부에 형성되고 패드의 중심 축(C)에 평행하게 연장되는 채널 또는 리세스(16)(도 4)내에 끼워진다. 그러나, 축방향으로 조정 가능한 라우터 및/또는 충분히 큰 직경과 작은 두께의 가요성 패드가 홈이 형성되는 그 부분의 운동을 허용하기 위해서, 유지 포스트(14)는 안내 기능이 없는 클램프로 치환될 수도 있다.The polishing pad groove forming method and apparatus of the present invention are shown in FIGS. The polishing apparatus has a platen 10 in which the polishing pad 12 is supported and held in a radial position fixed by a plurality of retaining posts 14. Each retaining post 14 is in the pad body such that the pad can be guided for axial movement away from the surface of the platen, as shown by arrow Z and the air gap 17 shown in FIG. 3. Or fit into a channel or recess 16 (FIG. 4) formed in the outer periphery of the pad and extending parallel to the center axis C of the pad. However, in order to allow movement of the axially adjustable router and / or flexible pads of sufficiently large diameter and small thickness to allow the grooves to be formed, the retaining posts 14 may be replaced with clamps without guiding functions. have.

패드(12)의 작업 표면(22)에 대향하게 배치된 라우터 비트(24)는 척(26)내에 교체 가능하게 유지되며 라우터 모터(28)에 의해 회전 구동된다. 라우터 모터(28)는 케이싱(32)으로 둘러싸인 프레임(30)에 의해 지지되고, 따라서 환상 공간(34)이프레임의 동심벽과 케이싱 사이에 제공되며, 이들 모두 원통형인 것이 바람직하다. 화살표(V)로 표현된 진공이 가요성 호스(38)에 의해 케이싱(32)에 부착된 송풍기(36)에 의해 환상 공간(34)에 제공된다. 플래튼(10)은 플래튼 모터(20)에 의해 구동되는 드라이브 샤프트(18)에 의해 어느 한 방향으로 회전하도록 지지된다. 따라서 라우터 비트(24)가 화살표(R1)로 표시된 바와 같이 어느 한 방향으로 회전될 수 있고, 그리고 플래튼(10)이 또한 화살표(R2)로 표시된 바와 같이 어느 한 방향으로 회전될 수도 있도록, 모터(20, 28)는 역방향 회전이 가능한 유형일 수도 있다.The router bit 24, which is disposed opposite the working surface 22 of the pad 12, remains replaceable in the chuck 26 and is rotationally driven by the router motor 28. The router motor 28 is supported by a frame 30 surrounded by a casing 32, so that an annular space 34 is provided between the concentric wall of the frame and the casing, all of which are preferably cylindrical. The vacuum represented by arrow V is provided to annular space 34 by blower 36 attached to casing 32 by flexible hose 38. The platen 10 is supported to rotate in either direction by a drive shaft 18 driven by the platen motor 20. Thus, the router bit 24 may be rotated in either direction as indicated by arrow R1 and the platen 10 may also be rotated in either direction as indicated by arrow R2. 20 and 28 may be of a type capable of reverse rotation.

라우터 비트 자체의 돌출 거리보다 작은 거리로 라우터 비트에 평행하게 돌출하는 다수의 정지 핀(33)이 라우터 비트(24)용 통로에 인접하는 프레임(30)의 바닥 벽(31)상에 장착되어 있다. 정지 핀(33)의 돌출 거리와 라우터 비트의 돌출 거리간의 차이가 비트의 단부(37)의 길이를 규정하는데, 이 길이는 이 단부에 의해 절삭되는 소망의 홈의 깊이에 해당하며, 본 발명의 작용과 관련하여 하기에 보다 충분하게 설명할 것이다. 비트 단부(37)의 돌출 길이는 도 1에 도시된 라우터 모터(28)상에 장착된 상응하는 쌍의 랙(29)과 결합하는 한 쌍의 피니언(27)을 회전시킴으로써 변경될 수도 있다. 비트 단부(37)의 돌출 길이를 변경하기 위한 다른 수단으로서, 정지 핀(33)은 축방향 조정을 위해 바닥 벽(31)에 나사결합되는 것이 바람직하다. 정지 핀(33)은 상응하는 공구에 의한 회전결합을 허용하는 육각형 헤드부(39)를 가질 수도 있다.A plurality of stop pins 33 protruding parallel to the router bits at a distance less than the protruding distance of the router bits themselves are mounted on the bottom wall 31 of the frame 30 adjacent the passage for the router bits 24. . The difference between the protruding distance of the stop pin 33 and the protruding distance of the router bit defines the length of the end 37 of the bit, which corresponds to the depth of the desired groove cut by this end, With respect to the action will be described more fully below. The protruding length of the bit end 37 may be changed by rotating a pair of pinions 27 that engage a corresponding pair of racks 29 mounted on the router motor 28 shown in FIG. As another means for changing the protruding length of the bit end 37, the stop pin 33 is preferably screwed to the bottom wall 31 for axial adjustment. The stop pin 33 may have a hexagonal head portion 39 that allows rotational engagement by a corresponding tool.

라우터는 횡운동 메커니즘(42)에 의해 오버헤드 지지 부재(40)에 장착되어,라우터 비트의 회전축과 연마 패드의 대응하는 중심축(C)에 수직한 X-Y 평면에서의 라우터 비트의 횡운동을 제공한다. 횡운동 메커니즘(42)은 X-Y 평면에서의 라우터(24)의 정확한 횡운동을 제공하는 임의의 구조일 수도 있고, 라우터 지지 부재(40)가 정밀하게 제어되는 로봇의 아암에 부착되거나 또는 그 일부가 되는 것과 같이, 라우터 지지 부재(40) 자체가 X-Y 평면에서 이동 가능한 경우에서는 필요하지 않을 수도 있다.The router is mounted to the overhead support member 40 by the transverse mechanism 42 to provide transverse movement of the router bit in the XY plane perpendicular to the axis of rotation of the router bit and the corresponding central axis C of the polishing pad. do. The lateral motion mechanism 42 may be any structure that provides accurate lateral motion of the router 24 in the XY plane, and the router support member 40 is attached to or part of an arm of the robot that is precisely controlled. As will be appreciated, it may not be necessary if the router support member 40 itself is movable in the XY plane.

예를 들면, 도 1 및 도 2에 도시된 운동 장치는 두 쌍의 나사가 형성된 아이렛(eyelets)(48, 50)에 의해 상판(46)으로부터 현수되는 하판(44)을 포함한다. 상판(46)은 다른 두 쌍의 나사가 형성된 아이렛(54, 56)에 의해 두 쌍의 브래킷(52, 53)으로부터 현수된다. 역회전 가능한 Y축 모터(59)에 의해 회전 구동되는 대응하는 드라이브 스크루(58)가 각 아이렛 쌍(48, 50)에 나사결합하여 화살표(Y)로 도시된 바와 같이 Y축을 따라서 하판(44)의 왕복 운동을 제공한다. 마찬가지로, 역회전 가능한 X축 전기 모터(62)에 의해 회전되는 대응하는 드라이브 스크루(60)가 아이렛 쌍(54, 56)에 각각 나사 결합되어 도 2에 화살표(X)로 도시된 바와 같이 X축을 따라서 상판(46)의 왕복 운동을 제공한다.For example, the exercise device shown in FIGS. 1 and 2 includes a lower plate 44 suspended from the upper plate 46 by two pairs of threaded eyelets 48, 50. Top plate 46 is suspended from two pairs of brackets 52, 53 by two other pairs of threaded eyelets 54, 56. A corresponding drive screw 58, which is rotationally driven by a reversely rotatable Y-axis motor 59, is screwed into each pair of eyelets 48, 50 to lower plate 44 along the Y-axis as shown by arrow Y. To provide reciprocating motion. Similarly, corresponding drive screws 60, which are rotated by the reversible X-axis electric motor 62, are respectively screwed into the pair of eyelets 54, 56 to move the X axis as shown by arrow X in FIG. Thus providing a reciprocating motion of the top plate 46.

도 1 내지 도 3을 참조하여 패드 홈형성 장치의 작용을 설명한다. 송풍기(36)가 작동되어 환상 통로(34)에 진공(V)을 발생시킨다. 이 진공이 화살표(Z) 방향으로 상방향의 힘을 발생시키고 및/또는 패드(12)를 홈 깊이를 조절하는데 사용되는 축방향으로 조정 가능한 정지 핀(33)에 대하여 유지한다. 라우터 비트(24)가 비트 단부(37)의 길이만큼 정지 핀(33)의 단부를 지나 연장되어, 비트가 라우터 모터(28)에 의해 회전될 때 패드(12)를 절삭할 것이다. 라우터는 진공이 인가된 후 작동되고 수직으로 조정되는 것이 바람직하다. 진공(V)에 응답하는 패드의 임의의 상방 운동은, 유지 포스트(14)와 패드(12)의 본체내에 또는 외주부에 있을 수도 있는 대응하는 리세스 또는 채널(16)간의 결합에 의해 안내된다. 비트(24)의 단부(37)는 패드 두께의 80%까지의 길이만큼 정지 핀(33)의 선단을 지나 돌출하여, 비트의 단부는 패드 두께의 80%까지의 깊이를 뚫을 수도 있다. 비트 단부(37)의 돌출 길이가 변경될 수 있으므로, 피니언(27)을 회전시키거나 정지 핀(33)을 회전시키거나 또는 이러한 조정을 조합함으로써 홈 깊이를 변경시킬 수 있다.An operation of the pad groove forming apparatus will be described with reference to FIGS. 1 to 3. The blower 36 is operated to generate a vacuum V in the annular passage 34. This vacuum generates an upward force in the direction of the arrow Z and / or holds the pad 12 against the axially adjustable stop pin 33 used to adjust the groove depth. The router bit 24 will extend past the end of the stop pin 33 by the length of the bit end 37 to cut the pad 12 as the bit is rotated by the router motor 28. The router is preferably operated after the vacuum is applied and adjusted vertically. Any upward movement of the pad in response to the vacuum V is guided by engagement between the retaining post 14 and the corresponding recess or channel 16, which may be in the body or outer periphery of the pad 12. The end 37 of the bit 24 protrudes past the tip of the stop pin 33 by a length of up to 80% of the pad thickness, such that the end of the bit may penetrate up to 80% of the pad thickness. Since the protruding length of the bit end 37 can be changed, the groove depth can be changed by rotating the pinion 27, rotating the stop pin 33, or combining these adjustments.

라우터 비트(24)가 패드를 충분히 뚫은 후, 정지 핀(33)의 선단과 패드(12)의 작업 표면(22) 사이의 접촉에 의해 결정되는 바와 같이, 비트는 도 2의 화살표(X, Y)로 도시된 바와 같이 X-Y 평면에서 패드에 대하여 반경방향으로 이동된다. 이 X-Y 이동은 단지 하판(44)과 상판(46)을 서로에 대하여 모터(59, 62)의 작동에 의해 이동시킴으로써 달성될 수도 있거나, 또는 이러한 횡이동은 라우터 비트(24)가 나선 홈을 형성하도록 반경방향으로 이동되는 동안, 중심 축(C)을 중심으로 하는 플래튼(10)의 회전과 조합될 수도 있다.After the router bit 24 has sufficiently penetrated the pad, the bit is indicated by the arrows X, Y of FIG. 2, as determined by the contact between the tip of the stop pin 33 and the working surface 22 of the pad 12. Is moved radially relative to the pad in the XY plane as shown by. This XY movement may be achieved by simply moving the lower plate 44 and the upper plate 46 relative to each other by the operation of the motors 59 and 62, or such lateral movement may form a groove in which the router bit 24 spirals. May be combined with the rotation of the platen 10 about the central axis C while being moved radially.

Y축을 따르는 하판(44)의 횡이동은 각각의 아이렛(48, 50)과 나사결합하는 스크루(58)의 회전에 의해 발생된다. X축을 따르는 상판(46)의 횡이동은 아이렛(54, 56)과 나사결합하는 스크루(60)에 회전에 의해 발생된다. 플래튼(10)의 회전은 플래튼 모터(20)에 의한 샤프트(18)의 회전에 의해 제공된다. 따라서,라우터 비트(24)는 직각 좌표 X, Y의 X-Y 평면에서 또는 원통 좌표 R,θ에서 연마 패드(12)에 대하여 횡방향으로 이동될 수도 있다. 또한, 라우터 비트는 도시되지 않은 종래의 메커니즘에 의한 피니언(27)의 동력에 의한 회전 또는 인력에 의한 회전에 의해 직각 좌표와 원통 좌표 양자에서 Z축을 따라서 상하 이동될 수도 있다.The transverse movement of the lower plate 44 along the Y axis is caused by the rotation of the screws 58 which screw into the respective eyelets 48 and 50. The transverse movement of the upper plate 46 along the X axis is generated by the rotation of the screw 60 which is screwed into the eyelets 54 and 56. Rotation of the platen 10 is provided by rotation of the shaft 18 by the platen motor 20. Thus, the router bit 24 may be moved transversely relative to the polishing pad 12 in the X-Y plane of the rectangular coordinates X, Y or in the cylindrical coordinates R, θ. Further, the router bit may be moved up and down along the Z axis in both rectangular and cylindrical coordinates by rotation of the pinion 27 by the power of the pinion 27 by a conventional mechanism (not shown) or rotation of the attraction force.

직각 좌표 및 원통 좌표 양자에서의 Z축을 따르는 상방 이동은 또한 환상 통로(34)내의 진공의 생성에 응답하여 플래튼(10)의 표면(22)으로부터 정지 핀(33)의 선단에 대한 패드(12)의 이동에 의해 제공된다. 송풍기(36)를 정지하여 진공 인가가 중지될 때 패드는 Z축을 따라서 하방으로 이동된다. 그러므로, Z축을 따르는 패드(12)의 이러한 이동은 진공(V)에 의해 발생되는 패드 두께를 가로지르는 압력차에 의해 발생된다. 변형예로서, 이러한 패드 이동을 일으키는 압력차는 일련의 공기 구멍 또는 노즐(도시되지 않음)을 통해 패드 아래로 가압 공기를 분출시킴으로써 발생될 수 있다.The upward movement along the Z axis in both rectangular and cylindrical coordinates also causes the pad 12 to the tip of the stop pin 33 from the surface 22 of the platen 10 in response to the creation of a vacuum in the annular passage 34. Is provided by the When the vacuum application is stopped by stopping the blower 36, the pad is moved downward along the Z axis. Therefore, this movement of the pad 12 along the Z axis is caused by the pressure difference across the pad thickness generated by the vacuum (V). As a variant, the pressure difference causing this pad movement can be generated by blowing pressurized air down the pad through a series of air holes or nozzles (not shown).

따라서, 본 발명에 의해 형성된 나선 홈은 패드의 중앙에서 시작하여 패드의 외측 에지 부근에서 종결되는 것이 바람직하다(반드시 그러한 것은 아니다). 나선 패턴의 방향은 도 4의 8개의 나선 홈과 도 5의 32개의 나선 홈으로 도시된 바와 같이 좌측일 수 있거나, 또는 도 6의 64개의 나선 홈으로 도시된 바와 같이 우측일 수 있다. 도 4 내지 도 7에 있어서, 실제의 홈의 대향 에지가 매우 근접해 있어 이중의 선으로서 나타낼 수 없기 때문에, 홈은 설명의 편의를 위해 홈은 굵은 검정 실선으로 표현되어 있다. 주의 깊게 살펴보면, 하나의 연속 홈이 도 4의 패턴(70), 도 5의 패턴(72) 및 도 6의 패턴(74)을 형성하므로, 라우터 비트가 일단삽입되면 패턴이 완성될 때까지 철수되어서는 안된다.Thus, the spiral groove formed by the present invention preferably starts at the center of the pad and ends near the outer edge of the pad (but not necessarily). The direction of the spiral pattern may be left as shown by the eight spiral grooves of FIG. 4 and 32 spiral grooves of FIG. 5, or may be right as shown by the 64 spiral grooves of FIG. 6. In Figs. 4 to 7, since the opposing edges of the actual grooves are so close that they cannot be represented as double lines, the grooves are represented by thick black solid lines for convenience of explanation. Carefully, since one continuous groove forms the pattern 70 of FIG. 4, the pattern 72 of FIG. 5, and the pattern 74 of FIG. 6, once the router bit is inserted, it is withdrawn until the pattern is completed and Should not be.

패드 표면의 나선 홈이 연마 중에 하이드로플레이닝(hydroplaning) 효과를 감소시킬 것이고, 그 결과, 매우 높은 연마율이 달성될 수 있다. 동일 표면적내에 나선 홈의 수가 많을수록 하이드로플레이닝 효과는 나선 홈의 수가 적은 것보다 보다 효과적으로 감소될 수 있으며, 그 이유는 동일 시간에서 패드 표면의 연마 중에 보다 많은 홈이 패드 표면에 대하여 가압된 웨이퍼의 표면을 가로질러 통과하기 때문이다. 이로부터, 웨이퍼 연마를 위해 패드와 함께 사용되는 슬러리 연마제의 제거율이 패드 작업 표면의 단위 면적당 나선 홈의 수가 높을수록 커지게 됨을 알 수 있다. 또한, 홈의 수가 많으면 패드를 보다 가요적으로 할 수 있고, 이는 웨이퍼 연마의 균일성을 향상시키는 것을 도울 수 있다.Spiral grooves on the pad surface will reduce the hydroplaning effect during polishing, and as a result very high polishing rates can be achieved. The greater the number of spiral grooves in the same surface area, the more effectively the hydroplaning effect can be reduced than the smaller number of spiral grooves, because at the same time more grooves are pressed against the pad surface during polishing of the pad surface. Because it passes across the surface. From this, it can be seen that the removal rate of the slurry abrasive used with the pad for polishing the wafer increases as the number of spiral grooves per unit area of the pad working surface increases. In addition, a large number of grooves can make the pad more flexible, which can help to improve the uniformity of wafer polishing.

도 7은 외측 홈(76), 내측 홈(78) 및 3개의 중간 홈(80, 81, 82)으로 구성되는 지그재그 홈 패턴을 도시한다. 이들 홈은 비트를 패드로부터 빼내기 위해 송풍기를 정지시키고, 비트를 패드에 대하여 횡방향으로 재위치시킨 후, 비트를 패트내로 삽입하기 위해 송풍기를 재가동시킴으로써 개별적으로 형성된다. 그러나, 홈(76, 78, 80, 81, 82)은 서로 연결될 수 있으며, 이 경우 패턴은 하나의 연속 홈으로 형성되어 패드로부터 비트를 중간에 빼내지 않아도 된다. 도 7의 홈 패턴은 홈 밀도가 패드 표면의 상이한 부분에 걸쳐서 변할 수도 있음을 도시하고 있다. 이러한 홈 밀도의 변화는 웨이퍼가 연마 패드 표면에 대하여 가압되는 장소에 따라서 연마율 분포를 조절하는데 사용될 수 있으며, 이것이 또한 웨이퍼 연마 균일성을 향상시키는데 도울 수 있다. 도 4 내지 도 7에 도시된 패턴 및 다른 복잡한 홈패턴을 형성하기 위해, 위치설정 모터(20, 59, 62)는 마이크로프로세서(도시되지 않음)에 의해 제어되는 것이 바람직하다.FIG. 7 shows a zigzag groove pattern consisting of an outer groove 76, an inner groove 78 and three intermediate grooves 80, 81, 82. These grooves are individually formed by stopping the blower to remove the bit from the pad, repositioning the bit transversely relative to the pad, and then restarting the blower to insert the bit into the pad. However, the grooves 76, 78, 80, 81, 82 can be connected to each other, in which case the pattern is formed into one continuous groove so that the bit does not have to be drawn out from the pad in the middle. The groove pattern of FIG. 7 shows that the groove density may vary over different portions of the pad surface. This change in groove density can be used to adjust the polishing rate distribution depending on where the wafer is pressed against the polishing pad surface, which can also help to improve wafer polishing uniformity. In order to form the patterns shown in Figs. 4 to 7 and other complicated groove patterns, the positioning motors 20, 59, 62 are preferably controlled by a microprocessor (not shown).

연마 균일성은 일반적으로, 웨이퍼의 회전속도, 연마 패드의 회전속도 또는 연마 벨트의 속도, 또는 웨이퍼의 뒤로부터의 또는 패드 또는 벨트의 아래로부터의 압력을 변화시킴으로써 발생되는 연마 압축력과 같은 파라미터를 변화시킴으로서, 또는 다른 툴 파라미터를 변화시킴으로써 조절된다. 연마 균일성에 영향을 미치는 다른 변수로는 소모품(예컨대, 패드, 하부 패드 및 슬러리)의 특성이 포함된다.Polishing uniformity is generally determined by varying parameters such as the polishing rate generated by varying the rotational speed of the wafer, the rotational speed of the polishing pad or the speed of the polishing belt, or the pressure from behind the wafer or from below the pad or belt. Or by changing other tool parameters. Other variables that affect polishing uniformity include the properties of consumables (eg, pads, bottom pads, and slurries).

패드 또는 벨트와 함께 슬러리를 사용하는 경우, 연마제 입자의 크기 및 유형(예컨대, 알루미나의 상이한 상 및 구조, 산화세륨 또는 실리카 입자)은 다른 연마율 및 평탄화율을 얻기 위해 변경될 수도 있다. 화학 첨가제가 연마제 입자를 현탁상태로 유지하고, 연마율을 높이고, 상이한 재료들의 상대적 연마율을 변경하고, 연마된 워크피스를 긁힘과 부식으로부터 보호하기 위해서 슬러리에 첨가될 수도 있다. 연마 슬러리내에 화학 약품과 연마제를 혼합하는 것에 의하여, 웨이퍼의 에지에서 연마를 빠르게 하고 중앙에서 느리게 하거나 또는 그 반대로 함으로써 연마 균일성에 영향을 줄 수 있다. 종종 상이한 재료들의 연마율간의 선택과 같은 핵심 파라미터가 슬러리 설계에 최우선적인 역할을 하며 또한 연마 균일도를 고정시킬 수도 있다. 또한, 당업계에서 현재 사용되는 상이한 연마 공구 세트에 가장 알맞은 약간 다른 슬러리 조성물을 개발하고 실시하는 것은 거의 불가능하다.When using slurries with pads or belts, the size and type of abrasive particles (eg, different phases and structures of alumina, cerium oxide or silica particles) may be varied to obtain different polishing rates and planarization rates. Chemical additives may be added to the slurry to keep the abrasive particles suspended, to increase the polishing rate, to change the relative polishing rate of different materials, and to protect the polished workpiece from scratches and corrosion. By mixing chemicals and abrasives in the polishing slurry, polishing uniformity can be affected by speeding up polishing at the edge of the wafer and slowing down at the center or vice versa. Often, key parameters such as the choice between polishing rates of different materials play a top role in slurry design and may also fix polishing uniformity. In addition, it is nearly impossible to develop and implement a slightly different slurry composition that is most suitable for the different sets of abrasive tools currently used in the art.

패드와 하부 패드에 있어서, 패드의 경도와 다공성이 연마 균일성에 가장 일반적인 제어 특성에 해당한다. 또한, 연마 도중 웨이퍼상의 모든 곳에서 균일한연마 제거율을 얻고자 할 때 웨이퍼 표면에의 슬러리의 균일한 분포를 확보하는 것을 돕는 천공, 홈 또는 함몰부가 있다. 패드 홈 형성의 경우, 현재로서 사용되는 모든 패턴은 균일하게 이격된 직선, 동심원 또는 격자형 패턴의 균일한 패턴이다.For pads and lower pads, the hardness and porosity of the pads are the most common control properties for polishing uniformity. In addition, there are perforations, grooves or depressions that help to ensure a uniform distribution of slurry on the wafer surface when trying to obtain a uniform removal rate of polishing everywhere on the wafer during polishing. In the case of pad groove formation, all patterns currently used are uniform patterns of uniformly spaced straight, concentric or lattice patterns.

본 발명은 연마 균일성을 향상하기 위해 패드를 가로질러 홈 밀도를 변화시킨다. 홈 패턴의 밀도를 변화시키는 것의 연마 균일성에 대한 효과를 이하에 설명한다. 다른 영역에 비해 한 영역에서 연마 패드의 연마 표면내의 홈 밀도를 증가시키면, 홈 밀도가 낮은 영역보다 홈 밀도가 높은 영역에 보다 많은 슬러리를 분배하는 것이 가능하다. 따라서, 홈 밀도가 낮은 영역보다 홈 밀도가 높은 영역에서 보다 높은 연마 제거율이 실현될 수도 있다. 패드상의 이러한 불균일한 홈 밀도가 연마 공구와 슬러리의 부족으로 인한 연마 균일성의 결여를 보상할 수 있으며, 또한 불균일한 두께 또는 이전의 불균일한 연마율을 갖는 사전 연마 막(film)을 보상할 수도 있다. 예를 들면, 초기 막 두께가 에지에서 두껍고 중앙에서 얇은 웨이퍼는, 홈 밀도가 패드의 에지와 중앙에서(예컨대, 연마 도중 웨이퍼 트랙의 내측 및 외측 에지에서) 가장 높은, 도 7의 패드와 유사한 패드를 사용함으로써 웨이퍼를 가로질러 균일한 두께로 연마될 수도 있다.The present invention changes groove density across the pad to improve polishing uniformity. The effect on the polishing uniformity of changing the density of the groove pattern will be described below. Increasing the groove density in the polishing surface of the polishing pad in one area as compared to the other area makes it possible to distribute more slurry in areas of higher groove density than areas of lower groove density. Therefore, a higher polishing removal rate may be realized in a region having a higher groove density than a region having a lower groove density. This nonuniform groove density on the pad can compensate for the lack of polishing uniformity due to the lack of polishing tools and slurries, and can also compensate for prepolishing films having nonuniform thicknesses or previous nonuniform polishing rates. . For example, a wafer whose initial film thickness is thick at the edge and thin at the center has a pad similar to the pad of FIG. 7, with the highest groove density at the edge and center of the pad (eg, at the inner and outer edges of the wafer track during polishing). It may be polished to a uniform thickness across the wafer by using.

변형예로서, 에지에 비해 중앙에서 홈 밀도가 높은 패드는 중앙에서 연마율이 빠를 것이고 따라서 중앙 프로파일이 보다 두꺼운 막(film)을 보상할 것이다. 또한, 홈 밀도를 패드에 걸쳐 변화시키는 이 개념은 선형 연마 벨트 또는 패드와 상이한 홈 패턴 및 형상에 적용될 수도 있다. 다른 가능한 홈 패턴에는 도 4 내지 도 6에 도시된 것과 유사하지만 인접하는 나선 사이의 간격이 상이한 홈 밀도를 달성하도록 패드의 다른 영역에서 변화되는 하나의 연속 나선 홈, 또는 일부 영역에서 미세하게 이격되어 있고 패드의 다른 영역에서는 굵게 이격되어 있는 동심원(또는 벨트형 연마 패드의 경우에는 직선)이 포함되나, 이것에 한정되지는 않는다.As a variant, a pad with a higher groove density at the center than the edge will have a faster removal rate at the center and thus a median profile will compensate for a thicker film. In addition, this concept of varying the groove density across the pad may be applied to different groove patterns and shapes than linear abrasive belts or pads. Another possible groove pattern is similar to that shown in FIGS. 4 to 6, but the spacing between adjacent spirals is finely spaced in one continuous spiral groove, or in some areas, that varies in different areas of the pad to achieve different groove densities. And concentric circles (or straight lines in the case of belt-type polishing pads) which are thickly spaced apart from other areas of the pads, but are not limited thereto.

홈 패턴 밀도를 변화시키는 것에 의하여 또한 연마 패드의 성질에 영향을 미칠수도 있다. 도 8 및 도 9에 각각 도시된 바와 같이, 홈(84)은 패드의 배면에 단독으로 추가되거나 또는 전면의 홈(86)과 조합되어 추가될 수 있다. 도 10에 도시된 바와 같이, 배면만의 홈(84, 85)은, 예를 들면 전면 홈이 소망되지 않는 경우 패드의 가요성을 증가시키기 위해 행해질 수도 있다. 패드의 배면상의 홈은 또한 웨이퍼 흡입을 경감시키거나 또는 공기, 가스, 또는 액체 또는 이들의 조합을 패드의 배면으로부터 전면으로 통과시키는 수단으로서 패드를 관통하는 하나 이상의 구멍(88)(도 8)을 사용함으로써 패드의 전면과 연통할 수 있다. 또한, 배면으로부터 전면 홈으로의 구멍 또는 개구는 연마 공정의 종료점 또는 완료, 또는 패드의 과도한 마모를 표시하는 최소 홈 깊이를 검출할 수 있는 탐침용 리셉터클로서 사용될 수도 있다. 이러한 구멍 또는 다른 개구는 또한 배면의 홈 없이 사용될 수도 있고, 그 대신 패드를 지지하는 플래튼의 배출 구멍 또는 통로와 정렬될 수도 있다. 패드의 배면상의 홈은, 상측 홈이 폐쇄되어 종결되는 도 9에 도시된 바와 같이, 웨이퍼 흡입을 경감하기 위해 하나 이상의 개구(89)를 통해 연마측상의 홈과 연통할 수 있다. 이것이 중요한 고려 대상이 되는데, 그 이유는 웨이퍼 흡입이 CMP 단계가 완료될 때 연마 패드로부터 웨이퍼의 제거를 방해할 수도 있기 때문이다. 배면으로부터 연통 통로를 통해 공기 또는 액체를 분출하는 것에 의하여 연마 패드로부터 웨이퍼의 적시 제거를 행할 수 있다.Changing the groove pattern density may also affect the properties of the polishing pad. As shown in FIGS. 8 and 9, respectively, the grooves 84 may be added alone to the back of the pad or in combination with the grooves 86 on the front side. As shown in FIG. 10, the back only grooves 84, 85 may be made to increase the flexibility of the pad, for example when no front groove is desired. Grooves on the back of the pad may also provide one or more holes 88 (FIG. 8) through the pad as a means to alleviate wafer suction or to pass air, gas, or liquid or a combination thereof from the back of the pad to the front. By using it, it can communicate with the front surface of the pad. In addition, a hole or opening from the back to the front groove may be used as a probe receptacle capable of detecting the end or completion of the polishing process, or a minimum groove depth indicating excessive wear of the pad. Such openings or other openings may also be used without back grooves and may instead be aligned with the exit holes or passages of the platen supporting the pads. The grooves on the back of the pad may be in communication with the grooves on the polishing side through one or more openings 89 to mitigate wafer suction, as shown in FIG. 9 where the upper grooves are closed and terminated. This is an important consideration because wafer suction may interfere with the removal of the wafer from the polishing pad when the CMP step is complete. Timely removal of the wafer from the polishing pad can be performed by blowing air or liquid through the communication passage from the back surface.

또한, 도 11 및 도 13에 도시된 바와 같이, 전면 및 배면 홈의 바닥은 연마 부스러기가 홈 내부에 쌓이는 것을 보다 어렵게 하고 및/또는 홈으로부터 부스러기를 제거하는 것을 용이하게 하도록 직사각형 형상(S1) 대신 반원 형상(S2) 또는 모서리가 둥근 형상(S3)으로 형성될 수 있다. 복합체(90)를 갖는 패드의 가요성을 최적화하기 위해, 홈의 깊이는 도 12의 각각의 홈(G1, G2, G3)으로 도시된 바와 같이 하부 패드(94)의 상면에 접착되거나 달리 고정된 상부 패드(92)의 두께 미만이거나 이상이 될 수 있다. 도 13에 있어서, 하부 패드(94) 또는 상부 패드(92)와 하부 패드(94) 사이의 중간층을 상부 패드(92)의 색과는 다른 색으로 구성하여 패드의 연마 서비스를 위해 허용 가능한 패드 마모의 최소 정도를 결정하는 수단을 제공하는 것도 고려된다. 변형예로서, 임의의 홈의 바닥이 색상화된 부분, 또는 홈 바닥상에 또는 그 부근에 다양한 유형의 바닥 색상 표시부가 이 목적을 위해 제공될 수 있다. 연마 균일성을 최적화하고 하이드로플레이닝 효과를 최소화하기 위해, 홈은 연속되거나(개방 종결) 또는 하나 이상의 폐쇄 종결되는 연속 세그먼트로 분할될 수 있다.In addition, as shown in FIGS. 11 and 13, the bottoms of the front and back grooves are instead of rectangular shape S1 to make it more difficult for abrasive debris to build up inside the grooves and / or to facilitate removal of debris from the grooves. It may be formed in a semi-circular shape (S2) or rounded corners (S3). In order to optimize the flexibility of the pad with the composite 90, the depth of the groove is bonded or otherwise fixed to the top surface of the lower pad 94 as shown by the respective grooves G1, G2, G3 of FIG. 12. It may be less than or greater than the thickness of the upper pad 92. In FIG. 13, lower pad 94 or an interlayer between upper pad 92 and lower pad 94 is constructed with a color different from that of upper pad 92 to allow for acceptable pad wear for polishing service of the pad. It is also contemplated to provide a means for determining the minimum degree of. As a variant, any type of bottom color indicator on or near the bottom of any groove may be provided for this purpose. To optimize polishing uniformity and minimize hydroplaning effects, the grooves may be continuous (open termination) or divided into one or more closed termination continuous segments.

상기의 설명은 CMP 연마 패드의 실행을 최적화하기 위한 방법에 관한 것이다. 이러한 최적 패드가 적합한 연마제 입자 크기, pH, 등의 선택된 슬러리와 조합될 때, 금속 및 유전체 막의 보다 향상된 CMP 연마 공정이 실현될 수 있다. 연마 공정을 더 최적화하기 위해, 패드의 본체는 강하게 가교 결합되어 있어 내구성 높은 폴리우레탄과 같은 고형 또는 다공성 유기 재료로부터 제조될 수 있거나, 또는 레이온과 폴리에스테르 섬유 중의 적어도 하나와 같은 섬유상 유기 재료로부터 제조될 수 있으며, 이 재료는 또한 고형 또는 다공성 폴리우레탄뿐만 아니라 바인더를 함유할 수도 있다.The above description relates to a method for optimizing the performance of a CMP polishing pad. When such an optimum pad is combined with a selected slurry of suitable abrasive particle size, pH, and the like, a more advanced CMP polishing process of metal and dielectric films can be realized. To further optimize the polishing process, the body of the pad is strongly crosslinked so that it can be made from a solid or porous organic material, such as a durable polyurethane, or from a fibrous organic material, such as at least one of rayon and polyester fibers. The material may also contain binders as well as solid or porous polyurethanes.

도 14는 2개의 나선 홈(97, 98)을 갖고 플래튼(100)에 부착되어 있는 연마 패드(96)와 슬러리(S)로 웨이퍼(95)를 연마하는 것을 도시한다. 도 14에서, 연마 패드(96) 위에는 웨이퍼(95)를 지지하고 웨이퍼를 연마 패드(96)의 연마 표면(99)에 대하여 가압하는 홀더(102)가 배치된다. 연마 중에, 홀더(102)는 드라이브 샤프트(104)에 의해 회전될 수도 있으며, 플래튼(100)은 드라이브 샤프트(106)에 의해 회전될 수도 있다. 홀더(102)와 플래튼(100)은 화살표(R1, R2)로 표시된 바와 같이 시계방향 또는 시계반대방향으로 회전할 수도 있으며, 홀더(102)는 플래튼(100)과 동일한 방향, 또는 반대 방향으로 회전할 수도 있다. 바람직하게는, 홀더(102)와 플래튼(100)은 모두, 예컨대 도 14에 도시된 홈을 따라 시계반대방향으로, 그 내단부로부터 그 외단부로 나선 홈의 방향과 동일한 방향으로 회전된다. 도 14에 또한 도시된 바와 같이, 홈(97, 98)은 출구(개방 단부)(114, 116)를 갖고, 패드(96)는 내측 홈 단부에 구멍(118, 120)을 가지며, 플래튼(100)은 홈으로부터 슬러리를 배출하기 위한 유로를 제공하기 위해 유체 통로(122, 124)를 갖는다.FIG. 14 illustrates polishing the wafer 95 with a slurry S and a polishing pad 96 having two spiral grooves 97 and 98 attached to the platen 100. In FIG. 14, a holder 102 is disposed over the polishing pad 96 to support the wafer 95 and to press the wafer against the polishing surface 99 of the polishing pad 96. During polishing, the holder 102 may be rotated by the drive shaft 104 and the platen 100 may be rotated by the drive shaft 106. Holder 102 and platen 100 may rotate clockwise or counterclockwise as indicated by arrows R1 and R2, holder 102 being in the same or opposite direction as platen 100. You can also rotate. Preferably, the holder 102 and the platen 100 are both rotated counterclockwise, for example along the groove shown in FIG. 14, in the same direction as the direction of the spiral groove from its inner end to its outer end. As also shown in FIG. 14, the grooves 97, 98 have outlets (open ends) 114, 116, the pads 96 have holes 118, 120 at the inner groove ends, and the platen ( 100 has fluid passageways 122 and 124 to provide a flow path for discharging the slurry from the groove.

홀더와 플래튼이 회전되는 동안, 홀더(102)는 화살표(O1)로 표시된 바와 같이 연마 패드를 가로질러 전후로 요동할 수도 있다. 연마제 입자의 슬러리는 호스(110)에 의해 공급되고 노즐(108)에 의해 방출되는 스프레이(S)로서 연마표면(99)상에 제공된다. 노즐(108)은 스프레이(S)가 또한 화살표(O2)로 표시된 바와 같이 연마 패드를 가로질러 전후로 요동하도록 요동 부재(112)상에 장착된다.While the holder and platen are rotated, the holder 102 may swing back and forth across the polishing pad as indicated by arrow O1. A slurry of abrasive particles is provided on abrasive surface 99 as spray S, which is supplied by hose 110 and discharged by nozzle 108. The nozzle 108 is mounted on the rocking member 112 so that the spray S may also rock back and forth across the polishing pad as indicated by arrow O2.

통상, CMP는 각각 W, SiO2, Al 또는 Cu과 같은 상이한 연마제를 갖는 별개의 연마 슬러리와 웨이퍼 또는 그 외의 워크피스의 각각의 유형에 대한 별개의 연마 패드의 개발을 포함한다. 이 접근법에 대한 주된 결점 중의 하나는 슬러리와 워크피스 사이의 화학 반응과, 패드, 슬러리 및 워크피스 사이의 기계적 상호작용에 CMP가 의존한다는 것이다. 이 때문에, 패드의 연마 표면에 출입하는 슬러리 유동을 개선하고, 연마될 패드와 워크피스가 마찰이 거의 없이 서로를 통과해 미끄러져 유효 연마율이 전혀 없게 되는 하이드로플레이닝과 같은 바람직하지 않은 기계적 효과를 방지하는, 본 발명의 홈형 연마 패드가 개발되었다.Typically, CMP involves the development of separate polishing slurries with different abrasives such as W, SiO 2 , Al or Cu and separate polishing pads for each type of wafer or other workpiece, respectively. One of the main drawbacks to this approach is that CMP depends on the chemical reaction between the slurry and the workpiece and the mechanical interaction between the pad, slurry and the workpiece. This improves the slurry flow entering and exiting the polishing surface of the pad, and undesirable mechanical effects such as hydroplaning, in which the pad and workpiece to be polished slide through each other with little friction, resulting in no effective polishing rate. To prevent the grooved polishing pad of the present invention was developed.

본 발명은 또한 여러 재료들의 연마율을 향상시키고 연마 균일성을 개선하기 위해 특별한 슬러리와 홈형 연마 패드를 조합한다. 특별한 슬러리/패드 조합을 선택함으로써, 하이드로플레이닝의 영역을 회피하여 기계적 마찰을 향상시킬 뿐만 아니라 연마될 재료에 출입하는 슬러리 유동을 향상시킴으로써 연마 공정을 효과적으로 향상시킬 수 있다. 산화물 웨이퍼 연마용으로 홈형 폴리우레탄을 기초로 하는 패드와 실리카를 기초로 하는 슬러리를 사용하는 것이 그 한 예가 된다. 다른 예는 바인더 및/또는 폴리우레탄 함침 섬유로부터 제조되고 Cu와 W 금속의 연마용의 알루미나를 기초로 하는 슬러리와 함께 사용되는 홈형 패드이다. 천연 또는 합성의 연질 섬유로부터 제조된 복합 패드의 인열을 해소하기 위해, 폴리우레탄 코팅섬유를 사용하는 것에 의하여 패드 컨드셔닝(conditioning) 및 홈 형성이 가능하다는 것을 발견하였다. 따라서, 본 발명의 홈형 패드와 특정한 워크피스용의 최적 연마 화학 작용을 결합시킴으로써, 실질적인 연마율과 연마 균일성의 장점이 얻어진다.The present invention also combines special slurry and grooved polishing pads to improve the polishing rate of various materials and to improve polishing uniformity. By selecting a particular slurry / pad combination, the polishing process can be effectively enhanced by avoiding areas of hydroplaning to improve mechanical friction as well as improving slurry flow in and out of the material to be polished. One example is using pads based on grooved polyurethane and slurry based on silica for oxide wafer polishing. Another example is a grooved pad made from binder and / or polyurethane impregnated fibers and used with a slurry based on alumina for polishing Cu and W metals. It has been found that pad conditioning and groove formation are possible by using polyurethane coated fibers to relieve tears of composite pads made from natural or synthetic soft fibers. Thus, by combining the grooved pad of the present invention with the optimum polishing chemistry for a particular workpiece, the advantages of substantial polishing rate and polishing uniformity are obtained.

당해 분야의 통상의 지식을 가진 자라면, 본 개시내용을 접했을 때 본 발명의 요소 및 단계에 대한 다양한 변형 및 변경이 이들의 기능에 영향을 주지 않고 가능함을 인식할 것이다. 예를 들면, 상기에서 모두 예로서 기재한 바와 같이, 패드용 지지 구조체와 라우터용 지지 구조체, 홈의 깊이를 조절하는 정지 부재의 성질과 형상, 패드를 정지 부재에 대하여 유지하기 위해 압력차를 인가하는 장치 및 라우터 비트와 패드 사이에 상대적 횡운동을 제공하기 위한 구조체는 이들 시스템 및 구성요소의 기능을 제공하는 현재 및 장래의 기술에 따라서 광범위하게 변할 수도 있다. 예를 들면, 플래튼은 패드를 정지 부재에 대하여 유지하기 위한 압력차의 전부 또는 일부를 제공하기 위해서 패드 아래에 가압 공기의 쿠션을 제공하기 위한 공기 통로 및 출구의 어레이를 구비할 수도 있다. 또한, 플래튼과 패드가 회전하는 것 이외에도, 상기한 바와 같은 라우터 모터를 장착하기 위한 메커니즘(42)에 유사한 횡운동 메커니즘상에 플래튼 구동 모터를 장착함으로써, 플래튼과 패드는 X-Y 평면에서 이동될 수도 있다. 또한 전면 및/또는 배면 홈 패턴의 결합, 상기 설명된 것 이외의 깊이 및/또는 형상, 및 패드 및/또는 그 지지 플래튼내의 유체 통로의 다른 유형들이 소망될 수도 있다. 따라서, 바람직한 실시예가 예로서 상기에 상세하게 나타내어지고 설명되었지만, 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 그 이상의 변형예 및 실시예가 가능하다.Those skilled in the art will appreciate that various modifications and alterations to the elements and steps of the present invention are possible without affecting their function upon encountering the present disclosure. For example, as described above as an example, the pressure difference is applied to maintain the pad with respect to the stop member, the nature and shape of the pad support structure and the router support structure, and the stop member for adjusting the depth of the groove. The structure for providing relative lateral motion between the device and router bits and the pad may vary widely depending on current and future techniques for providing the functionality of these systems and components. For example, the platen may have an array of air passages and outlets for providing a cushion of pressurized air under the pad to provide all or part of the pressure differential for holding the pad against the stop member. In addition to the rotation of the platen and pads, the platen and pads move in the XY plane by mounting the platen drive motor on a lateral motion mechanism similar to the mechanism 42 for mounting the router motor as described above. May be Combinations of front and / or back groove patterns, depths and / or shapes other than those described above, and other types of fluid passages within the pads and / or their support platens may also be desired. Accordingly, while the preferred embodiments have been shown and described in detail above by way of example, further modifications and examples are possible without departing from the scope of the invention as set forth in the claims below.

Claims (22)

워크피스(workpiece) 연마 패드에 있어서,In a workpiece polishing pad, 실질적으로 평탄한 연마 표면과 상기 연마 표면의 홈형성부에 배치된 적어도 하나의 기다란 홈을 갖는 본체를 포함하며, 상기 패드의 회전시, 상기 홈형성부가 상기 연마 표면과 접촉하는 전체 워크피스 표면에 걸쳐지게 되는A body having a substantially flat polishing surface and at least one elongated groove disposed in the grooved portion of the polishing surface, wherein, when the pad rotates, the grooved portion over the entire workpiece surface in contact with the polishing surface. Lost 워크피스 연마 패드.Workpiece Polishing Pads. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 연마 표면상에 제공되는 연마제 슬러리와 함께 사용되며, 상기 나선 홈은 적어도 하나의 유체 출구와 연통하여 상기 연마 표면이 상기 워크피스의 표면과 접촉하는 동안 상기 슬러리가 상기 출구를 통해 상기 홈의 외부로 유출할 수 있는Used with an abrasive slurry provided on the polishing surface, the spiral groove communicating with at least one fluid outlet such that the slurry is external to the groove through the outlet while the polishing surface is in contact with the surface of the workpiece. Can spill into 워크피스 연마 패드.Workpiece Polishing Pads. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 홈은 대향하는 측벽 사이로 연장되는 바닥면을 갖는The groove has a bottom surface extending between opposing side walls 워크피스 연마 패드.Workpiece Polishing Pads. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 회전하는 연마 표면과 접촉하는 동안 상기 워크피스 표면 위를 지나가도록 배치된 다수의 홈 채널을 제공하는, 다수의 반경방향으로 연장되는 홈 또는 하나의 연속적인 반경방향으로 연장되는 홈을 구비하고, 상기 채널의 수는 상기 패드의 중앙 부분으로부터의 거리의 함수인A plurality of radially extending grooves or one continuous radially extending groove providing a plurality of groove channels disposed to pass over the workpiece surface during contact with the rotating abrasive surface, The number of channels is a function of distance from the center portion of the pad 워크피스 연마 패드.Workpiece Polishing Pads. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 패드의 상기 연마 표면은 적어도 하나의 나선 홈을 갖는The polishing surface of the pad has at least one spiral groove 워크피스 연마 패드.Workpiece Polishing Pads. 제 5 항에 있어서,The method of claim 5, 상기 패드의 상기 연마 표면은 적어도 8개의 나선 홈을 갖는The polishing surface of the pad has at least eight spiral grooves 워크피스 연마 패드.Workpiece Polishing Pads. 제 5 항에 있어서,The method of claim 5, 상기 패드의 상기 연마 표면은 적어도 32개의 나선 홈을 갖는The polishing surface of the pad has at least 32 spiral grooves 워크피스 연마 패드.Workpiece Polishing Pads. 제 5 항에 있어서,The method of claim 5, 상기 패드의 상기 연마 표면은 적어도 64개의 나선 홈을 갖는The polishing surface of the pad has at least 64 spiral grooves 워크피스 연마 패드.Workpiece Polishing Pads. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 패드의 상기 연마 표면은 상기 연마 표면의 환상 세그먼트에 지그재그 홈 패턴을 제공하도록 실질적으로 일정한 반경의 어느 한 측면으로 연장되는 적어도 하나의 지그재그 홈을 갖는The polishing surface of the pad has at least one zigzag groove extending on either side of a substantially constant radius to provide a zigzag groove pattern in the annular segment of the polishing surface. 워크피스 연마 패드.Workpiece Polishing Pads. 제 9 항에 있어서,The method of claim 9, 상기 패드의 상기 연마 표면은, 상기 환상 세그먼트 사이의 홈 밀도를 변화시키기 위해 상기 연마 표면의 다수의 환상 세그먼트의 각각에 상이한 홈 패턴을 제공하도록 실질적으로 일정한 반경의 어느 한 측면으로 각각 연장되는 다수의 상기 지그재그 홈을 갖는The polishing surface of the pad has a plurality of surfaces each extending to either side of a substantially constant radius to provide a different groove pattern to each of the plurality of annular segments of the polishing surface to change the groove density between the annular segments. Having the zigzag groove 워크피스 연마 패드.Workpiece Polishing Pads. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 패드의 서비스에 의해 발생되는 상기 연마 표면의 마모 정도를 판단하기 위한 수단을 상기 홈내에 더 구비하는Further comprising means in the groove for determining the degree of wear of the polishing surface caused by the service of the pad. 워크피스 연마 패드.Workpiece Polishing Pads. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 패드 가요성을 증가시키기 위해 상기 패드의 배면에 적어도 하나의 홈을 더 구비하는Further comprising at least one groove in the back of the pad to increase pad flexibility 워크피스 연마 패드.Workpiece Polishing Pads. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 연마 표면과 주위 압력 사이에 유체 연통을 제공하도록 상기 패드의 배면상의 적어도 하나의 홈과 상기 배면 홈을 상기 연마측상의 적어도 하나의 홈에 연결하는 유체 통로를 더 구비하는Further comprising a fluid passage connecting at least one groove on the back of the pad and the at least one groove on the polishing side to provide fluid communication between the polishing surface and the ambient pressure. 워크피스 연마 패드.Workpiece Polishing Pads. 제 13 항에 있어서,The method of claim 13, 상기 패드의 배면의 상기 홈은 상기 슬러리를 상기 연마측 홈의 외부로 배출시키기 위해 상기 연마측상의 상기 홈과 연통하는The groove on the back side of the pad communicates with the groove on the polishing side to discharge the slurry out of the polishing side groove. 워크피스 연마 패드.Workpiece Polishing Pads. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 연마 표면과 주위 압력 사이에 유체 연통을 제공하도록 상기 패드의 배면을 상기 연마측에 연결하는 적어도 하나의 유체 통로를 더 구비하는Further comprising at least one fluid passageway connecting the back side of the pad to the polishing side to provide fluid communication between the polishing surface and ambient pressure 워크피스 연마 패드.Workpiece Polishing Pads. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 패드의 배면상에 적어도 하나의 홈을 더 구비하고, 상기 배면 홈은 가스, 액체 또는 그 조합을 통과시키는 유체 통로를 통해 상기 연마측과 연통하는And at least one groove on the back surface of the pad, the back groove communicating with the polishing side via a fluid passage through which gas, liquid or a combination thereof is passed. 워크피스 연마 패드.Workpiece Polishing Pads. 제 3 항에 있어서,The method of claim 3, wherein 상기 홈의 바닥면은 연마 부스러기가 상기 홈으로부터 용이하게 제거될 수 있도록 반원형 형상 또는 모서리가 둥근 형상을 갖는The bottom surface of the groove has a semi-circular shape or rounded corner shape so that abrasive debris can be easily removed from the groove. 워크피스 연마 패드.Workpiece Polishing Pads. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 패드의 본체는 상부 패드와 하부 패드를 포함하며, 상기 홈의 깊이는 상기 상부 패드의 두께 미만이거나 또는 그 이상이며, 상기 깊이는 상기 패드의 가요성을 최적하도록 선택되는The body of the pad includes an upper pad and a lower pad, and the depth of the groove is less than or equal to the thickness of the upper pad, and the depth is selected to optimize the flexibility of the pad. 워크피스 연마 패드.Workpiece Polishing Pads. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 홈은 연속이 되도록 개방 종결되거나, 또는 다수의 연속 홈 세그먼트를 제공하도록 다수의 폐쇄 종결부를 갖는The groove may be open terminated to be continuous, or have multiple closed terminations to provide a plurality of continuous groove segments. 워크피스 연마 패드.Workpiece Polishing Pads. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 패드의 본체는 고형의 유기 재료, 다공성 유기 재료, 또는 레이온과 폴리에스테르 섬유 중 적어도 하나와 바인더(binder)를 함유하는 섬유상 유기 재료를 포함하는The body of the pad includes a solid organic material, a porous organic material, or a fibrous organic material containing a binder and at least one of rayon and polyester fibers. 워크피스 연마 패드.Workpiece Polishing Pads. 워크피스의 표면을 연마하는 방법에 있어서,In the method of polishing the surface of the workpiece, ① 실질적으로 평탄한 연마 표면과 상기 연마 표면의 홈형성부에 배치된 적어도 하나의 기다란 홈을 갖는 본체를 포함하는 연마 패드를 선택하는 것으로, 상기 패드의 회전시, 상기 홈형성부가 상기 연마 표면과 접촉하는 전체 워크피스의 표면에 걸쳐지게 되는, 상기 연마 패드의 선택 단계와,(1) selecting a polishing pad comprising a substantially flat polishing surface and a body having at least one elongated groove disposed in the groove forming portion of the polishing surface, wherein the groove forming portion contacts the polishing surface when the pad is rotated. Selecting the polishing pad, which spans the surface of the entire workpiece, ② 상기 패드를 연마 툴내의 회전 가능한 플래튼상에 배치하는 단계와,(2) placing the pad on a rotatable platen in the polishing tool; ③ 상기 워크피스를 상기 연마 툴의 홀더(holder)내에 장착하는 단계와,(3) mounting said workpiece in a holder of said polishing tool; ④ 연마 슬러리를 상기 패드의 표면에 공급하는 단계와,④ supplying the polishing slurry to the surface of the pad, ⑤ 상기 연마 표면이 상기 워크피스 표면과 접촉하는 동안 상기 워크피스, 상기 패드, 또는 상기 워크피스 및 패드 양자를 이동시키는 단계를 포함하는⑤ moving the workpiece, the pad, or both the workpiece and the pad while the polishing surface is in contact with the workpiece surface. 워크피스 표면의 연마 방법.Method of polishing the workpiece surface. 제 21 항에 있어서,The method of claim 21, 상기 패드 또는 상기 패드 및 상기 플래튼 양자는 상기 슬러리를 상기 홈 외부로 배출하기 위한 적어도 하나의 유체 통로를 구비하는The pad or both the pad and the platen have at least one fluid passageway for discharging the slurry out of the groove. 워크피스 표면의 연마 방법.Method of polishing the workpiece surface.
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