KR200331353Y1 - 전기화학적 기계적 연마를 위한 전도성 연마 부품 - Google Patents

전기화학적 기계적 연마를 위한 전도성 연마 부품 Download PDF

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KR200331353Y1
KR200331353Y1 KR20-2003-0025012U KR20030025012U KR200331353Y1 KR 200331353 Y1 KR200331353 Y1 KR 200331353Y1 KR 20030025012 U KR20030025012 U KR 20030025012U KR 200331353 Y1 KR200331353 Y1 KR 200331353Y1
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리앙-유 첸
용키 휴
안토니피. 매넨스
라시드 마브리브
스탠디. 티사이
펭큐. 리유
랄프 와덴스웨일러
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어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드
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Abstract

볼 조립체에 대한 실시예들이 제공된다. 일 실시예에서, 볼 조립체는 하우징, 볼, 전도성 어댑터 및 접촉 부재를 포함한다. 이 하우징은 내부 통로의 제1 단부 속으로 연장하는 환형 안착부를 포함한다. 이 전도성 어댑터는 하우징의 제2 단부에 결합된다. 이 접촉 부재는 어댑터와 볼을 전기적으로 결합시키며, 이 볼은 안착부와 어댑터 사이의 하우징 속에 유지된다.

Description

전기화학적 기계적 연마를 위한 전도성 연마 부품{CONDUCTIVE POLISHING ARTICLE FOR ELECTROCHEMICAL MECHANICAL POLISHING}
본 고안은 기판 표면을 평탄화하기 위한 제조 부품 및 장치에 관한 것이다.
화학 기계적 평탄화, 즉 화학 기계적 연마(ＣＭＰ)는 기판을 평탄화하는 데에 사용되는 통상적인 기법이다. ＣＭＰ는 기판으로부터 재료를 선택적으로 제거하기 위해 화학적 조성물, 통상적으로는 슬러리 또는 기타 유체 매체를 사용한다. 종래의 ＣＭＰ 기법에서, 기판 캐리어 또는 연마 헤드는 캐리어 조립체에 장착되고 나서, ＣＭＰ 장치의 연마 패드와 접촉 상태로 위치 조정된다. 이 캐리어 조립체는 기판에 제어 가능한 압력을 제공하여 기판을 연마 패드 쪽으로 가압한다. 이 패드는 외부의 구동력에 의해 기판에 대해 상대적으로 움직인다. ＣＭＰ 장치는 화학적 처리와 기계적 처리 중의 적어도 하나와, 기판의 표면으로부터 재료의 최종적인 제거를 수행하기 위해 연마 조성물을 분산시키는 동안, 기판의 표면과 연마 패드 사이에서 연마 또는 러빙(rubbing) 운동을 수행한다.
집적 회로를 제조하는 데에 차츰 많이 사용되는 하나의 재료는 구리이며, 이는 구리의 바람직한 전기적 특성들 때문이다. 그러나, 구리는 자체의 특별한 제조 문제점들을 가지고 있다. 예를 들면, 구리를 패터닝하고 에칭하는 것이 어려워서, 새로운 공정 및 기법들, 가령 다마신(damascene) 또는 듀얼 다마신 공정이 구리 기판 피처를 형성하는 데에 사용되고 있다.
구리 재료를 연마할 때 등장하는 도전들 중의 하나는 전도성 재료와 장벽층사이의 계면이 일반적으로 평탄하지 않게 되고, 잔류 구리 재료가 비평탄한 계면에 의해 형성된 불규칙한 부분에 남게 된다. 또한, 전도성 재료와 장벽(障壁) 재료는 종종 기판 표면으로부터 상이한 비율로 제거되며, 이들 전도성 재료와 장벽 재료 양자는 기판 표면에 잉여물로서 남게 되는 과잉 전도성 재료에 이를 수 있다. 이 외에도, 기판 표면은 그 내부에 형성된 피처의 밀도 또는 크기에 따라 상이한 표면 형태를 가질 수 있다. 구리 재료는 기판 표면의 상이한 표면 형태를 따라 상이한 제거율로 제거되며, 이는 기판 표면에 대한 구리의 효과적인 제거와 기판 표면의 최종 평탄도를 달성하는 것을 곤란하게 만든다.
낮은 유전성 재료들 속의 구리를 연마하기 위한 하나의 해결책은 전기화학 기계적 연마(ＥＣＭＰ) 기법으로 구리를 연마하는 것이다. ＥＣＭＰ 기법은 종래의 ＣＭＰ 공정과 비교하여 감소된 기계적 마모로 동시에 기판을 연마하는 동안, 전기화학적 용해에 의해 기판 표면으로부터 전도성 재료를 제거한다. 이 전기화학적 용해는 캐소드와 기판 표면 사이에 바이어스를 인가하여 기판 표면으로부터 전도성 재료를 주변 전해질 속으로 제거함으로써 수행된다.
ＥＣＭＰ 시스템에 대한 일 실시 형태에서, 바이어스는 전도성 접촉 링에 의해 인가되어 기판 캐리어 헤드와 같은 기판 지지 소자에서 기판 표면과 전기적인 도통 상태로 된다. 그러나, 이 접촉 링은 기판 표면에 걸쳐 전류의 불균일한 분포를 보여주는 것으로 관찰되었는데, 이는 특히 전도성 접촉 링이 잉여물을 효과적으로 제거하지 못하는 과잉 연마 동안 불균일한 용해에 이르게 한다. 기계적인 마모는 기판을 종래의 연마 패드와 접촉함으로써, 그리고 기판과 연마 패드 사이의 상대적인 운동을 제공함으로써 일어난다. 그러나, 종래의 연마 패드들은 종종 기판의 표면으로 전해액 흐름을 제한한다. 또한, 연마 패드는 기판 표면에 바이어스를 인가하는 것을 방해하여 기판 표면으로부터 재료의 불균일한 또는 가변적 용해에 이르게 할 수 있는 절연재로 구성될 수 있다.
그 결과, 기판 표면에 있는 전도성 재료의 제거를 위해 개선된 연마 부품에 대한 필요성이 있다.
일반적으로, 본 고안의 실시예들은 전기화학적 증착 기법, 전기화학적 용해 기법, 연마 기법 및/또는 이의 조합을 사용하여 기판에 있는 층을 평탄화하기 위한 제조 부품과 장치를 제공한다.
본 고안의 일 실시예에 따르면, 볼 조립체가 제공된다. 일 실시 형태에서, 이 볼 조립체는 하우징, 볼, 전도성 어댑터 및 접촉 부재를 포함한다. 이 하우징은 내부 통로의 제1 단부 속으로 연장하는 환형 안착부를 포함한다. 이 전도성 어댑터는 하우징의 제2 단부에 결합된다. 이 접촉 부재는 어댑터와 볼을 전기적으로 결합시키며, 이 볼은 안착부와 어댑터 사이의 하우징 속에 유지된다.
도 1은 본 고안의 프로세싱 장치에 대한 일 실시 형태의 평면도이며,
도 2는 ＥＣＭＰ 스테이션에 대한 일 실시 형태의 단면도이며,
도 3은 연마 부품에 대한 일 실시 형태의 부분 횡단면도이며,
도 4a 내지 도 4d는 전도성 부품에 대한 다른 실시 형태의 평면도 및 단면도이며,
도 5는 전도성 부품에 대한 다른 실시 형태의 단면도들이며,
도 6은 볼 조립체에 대한 일 실시 형태를 가진 전도성 부품에 대한 다른 실시 형태의 단면도이며,
도 7a 및 도 7b는 도 19의 볼 조립체의 측면도 및 분해도이며,
도 8은 도 6과 도 7a 및 도 7b의 볼 조립체의 접촉 부재에 대한 일 실시 형태이며,
도 9 내지 도 11은 볼 조립체에 대한 다른 실시 형태를 가진 전도성 부품에 대한 다른 실시 형태의 사시도 및 측면도이다.
이해를 촉진시키기 위해, 동일한 참조 부호들은 가능한 한 도면에 공통하는 동일한 부재를 지칭하는 데에 사용되고 있다.
본원에 사용되는 단어들과 문구들에 대해서 당해 기술 분야의 숙련자는 기술 분야에서 통상적이면서 관용적인 의미를 제공하고 있는데, 그렇지 못한 경우에는 추가로 한정되어 있다. 화학 기계적 연마은 넓게 해석되어야 하며, 화학적 처리, 기계적 처리 또는 이들 양자의 화학적 및 기계적 처리의 조합에 의해 기판 표면을마모시키는 것을 포함하지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 전해연마(electro-polishing)도 넓게 해석되어야 하고, 전기화학적 처리, 예컨대 애노드 용해의 적용에 의해 기판을 평탄화하는 것을 포함하지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
전기화학 기계적 연마(ＥＣＭＰ)은 넓게 해석되어야 하며, 전기화학적 처리, 화학적 처리, 기계적 처리 또는 전기화학적, 화학적 및 기계적 처리의 조합을 적용하여 기판 표면으로부터 재료를 제거함으로써 기판을 평탄화하는 것을 포함하지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
전기화학 기계적 도금 공정(ＥＣＭＰＰ)은 넓게 해석되어야 하며, 전기화학적으로 재료를 기판에 증착하는 것과, 일반적으로 전기화학적 처리, 화학적 처리, 기계적 처리 또는 전기화학적, 화학적 및 기계적 처리의 조합의 적용에 의해 증착된 재료를 평탄화하는 것을 포함하지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
애노드 용해는 넓게 해석되어야 하며, 애노드 바이어스를 기판에 직접 또는 간접으로 인가하여 기판 표면으로부터, 그리고 주변 전해질 용액 속으로 전도성 재료를 제거하게 되는 것을 포함하지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 연마 표면은 프로세싱 동안에 기판 표면에 적어도 부분적으로 접촉하거나, 접촉을 통해 직접적으로 또는 전기 전도성 매체를 통해 간접적으로 기판 표면에 제조 부품을 전기적으로 결합시키는 제조 부품의 일부로서 넓게 한정된다.
연마 장치
도 1은 프로세싱 장치(100)를 나타내며, 이 프로세싱 장치는 전기화학적 증착 및 화학 기계적 연마에 적합한 적어도 하나의 스테이션, 예컨대 전기화학 기계적 연마(ＥＣＭＰ) 스테이션(102)과, 단일의 플랫폼 또는 도구에 배치된 적어도 하나의 종래의 연마 또는 버핑(buffing) 스테이션(106)을 포함한다. 본 고안으로부터 이익을 얻도록 채용될 수 있는 하나의 연마 도구는 캘리포니아 산타클라라(Santa clara)에 소재를 두고 있는 어플라이드 머티리얼사(applied Materials, Inc)로부터 입수할 수 있는 상표명 MIRRaMesa이라는 화학 기계적 연마기이다.
예를 들면, 도 1에 도시된 장치(100)에서, 이 장치(100)는 2개의 ＥＣＭＰ 스테이션(102)과 하나의 연마 스테이션(106)을 포함한다. 이들 스테이션은 기판 표면을 처리하는 데에 사용될 수 있다.
예컨대, 내부에 형상 설계가 포함되고 장벽층으로 채워지며 이 장벽층 상에 전도성 재료가 배치된 기판에서, 상기 전도성 재료는 2개의 ＥＣＭＰ 스테이션(102)에서 2단계로 제거되고 상기 장벽층은 연마 스테이션(106)에서 연마됨으로서 평탄화된 표면을 형성할 수 있다.
예시적인 장치(100)는 일반적으로 하나 이상의 ＥＣＭＰ 스테이션(102), 하나 이상의 연마 스테이션(106), 이송 스테이션(110) 및 캐루젤(carousel)(112)을 지지하는 베이스(108)를 포함한다. 이송 스테이션(110)은 일반적으로 로딩 로봇(116)를 통해 장치(100)에 대해 기판의 이송을 촉진시킨다. 로딩 로봇(116)은 통상적으로 이송 스테이션(11)과 제작소 인터페이스(120) 사이에서 기판(114)을 이송시키며, 이 제작소 인터페이스는 세정 모듈(122), 계량 디바이스(104) 및 하나이상의 기판 저장 카세트(118)을 포함할 수 있다. 계량 디바이스(104)의 일례는 애리조나 피닉스에 소재를 두고 있는 노바 메저링 인스트루먼츠사(Nova Measuring Instruments, Inc.)로부터 입수 가능한 상표명 NovaScan이라는 통합형 두께 모니터링 시스템이다.
선택적으로, 로딩 로봇(116) [또는 제작소 인터페이스(120)]는 화학적 기상 증착 도구, 물리적 기상 증착 도구, 에칭 도구 등과 같은 하나 이상의 처리 도구(도시하지 않음) 쪽으로 기판들을 이송할 수 있다.
하나의 실시 형태에서, 이송 스테이션(110)은 적어도 입력 버퍼 스테이션(124)과, 출력 버퍼 스테이션(126)과, 이송 로봇(132)과 로드 컵 조립체(load cup assembly)(128)를 포함한다. 이 로딩 로봇(116)은 기판(114)을 입력 버퍼 스테이션(124) 상에 위치시킨다. 이 이송 로봇(132)은 2개의 그립퍼 조립체(gripper assembly)를 포함하며, 각각의 그립퍼 조립체는 기판(114)을 그 가장자리에 유지시키는 공압식 그립퍼 핑거를 포함한다. 이송 로봇(132)은 기판을 입력 버퍼 스테이션(124)으로부터 들어올리고, 그립퍼와 기판(114)을 회전시켜 로드 컵 조립체(128) 상측에 기판(114)을 위치 조정하고 나서, 기판(114)을 내려 로드 컵 조립체(128)에 위치시킨다.
상기 캐루젤(112)은 일반적으로 복수의 연마 헤드(130)를 지지하며, 각각의 연마 헤드는 프로세싱 동안에 하나의 기판(114)을 보유한다. 이 캐루젤(112)은 이송 스테이션(110), 하나 이상의 ＥＣＭＰ 스테이션(102) 및 하나 이상의 연마 스테이션(106) 사이에서 연마 헤드(130)를 이송시킨다. 본 고안으로부터 이익을 얻도록 채용될 수 있는 하나의 캐루젤(112)은 톨레(Tolles) 등에게 1998년 9월 8일 자로 허여된 미국 특허 제5,804,507호에 개괄적으로 기재되어 있다.
일반적으로, 캐루젤(112)은 베이스(108)의 중심에 배치된다. 이 캐루젤(112)은 통상적으로 복수의 아암(138)을 포함한다. 각각의 아암(138)은 일반적으로 연마 헤드(130)들 중의 하나를 지지한다. 도 1에 도시된 아암(138)들 중의 하나가 도시되지 않았는데, 그 결과 이송 스테이션(110)이 보일 수 있다. 이 캐루젤(112)은 연마 헤드(130)가 사용자에 의해 정의된 순서대로 스테이션들(102, 106) 및 이송 스테이션(110) 사이에서 이동될 수 있도록 인덱싱될 수 있다.
일반적으로, 연마 헤드(130)는 기판(114)을 보유하며, 그 동안에 기판(114)은 ＥＣＭＰ 스테이션(102) 또는 연마 스테이션(106) 내에 배치되어 있다. ＥＣＭＰ 스테이션(102) 및 연마 스테이션(106)이 장치(100)에 배치되면, 기판(114)은 동일한 연마 헤드(130)에 보유되어 있는 동안 이들 스테이션 사이에서 이동됨으로써 순차적으로 도금 또는 연마될 수 있다. 본 고안에 채용될 수 있는 연마 헤드는 캘리포니아 산타클라라에 소재를 두고 있는 어플라이드 머티어리얼스사에 의해 제작된 상표명 TITaN Head라는 기판 캐리어이다.
연마 장치(100)와 이에 대해 실시되는 공정들의 제어를 돕기 위해, 중앙처리장치(CPU; 142), 메모리(144), 지원 회로(146)을 포함하는 컨트롤러(140)가 연마 장치(100)에 접속된다. 이 CPU(142)는 다양한 구동 장치와 압력을 제어하기 위한 산업 설비(industrial setting)에 사용될 수 있는 어떤 형태의 컴퓨터 프로세서 중의 하나가 될 수 있다. 이 메모리(144)는 CPU(142)에 접속된다. 지원회로들(146)은 종래의 방식으로 프로세서를 지지하기 위해 CPU(142)에 접속된다.
연마 장치(100) 및/또는 컨트롤러(140)를 동작시킬 동력은 전력 공급기(150)에 의해 제공된다. 예시적으로, 전력 공급기(150)은 연마 장치(100)의 다수의 구성 부재에 접속되는 것으로 도시되어 있는데, 이들 구성부재는 이송 스테이션(110), 제작소 인터페이스(120), 로딩 로봇(116) 및 컨트롤러(140)를 포함한다. 다른 실시 형태에서, 개별의 전력 공급기이 연마 장치(100)의 2개 이상의 구성 부재용으로 제공된다.
도 2는 ＥＣＭＰ 스테이션(102) 상측에 지지되어 있는 연마 헤드(130)의 단면도를 나타내고 있다. 이 ＥＣＭＰ 스테이션(102)은 포괄적으로 용기(202), 전극(204), 연마 부품(205), 디스크(206) 및 덮개(208)를 포함한다. 일 실시 형태에서, 상기 용기(202)는 연마 장치(100)의 베이스(108)에 결합된다. 이 용기(202)는 일반적으로 전해액(220)과 같은 전도성 유체가 내부에 수용될 수 있는 컨테이너 또는 전해액 셀을 형성한다. 기판(114)을 처리하는 데에 사용되는 전해액(220)은 구리, 알루미늄, 텅스텐, 금, 은, 또는 기타 어떤 재료와 같은 금속들을 처리하는 데에 사용될 수 있으며, 이들 금속은 기판(114)에 전기화학적으로 증착될 수 있거나, 기판(114)으로부터 전기화학적으로 제거될 수 있다.
상기 용기(202)는 전해 도금과 전해 연마용 화학 물질로 만들어진 사발 모양의 부재가 될 수 있다. 이 용기(202)는 소구멍(216)과 배수구(214)를 포함하는 바닥(210)을 가지고 있다. 이 소구멍(216)은 일반적으로 바닥(210)의 중앙에 배치되고, 샤프트(212)가 관통하는 것을 허용한다. 이 소구멍(216)과 샤프트(212) 사이에는 시일(seal; 218)이 배치되며, 이 시일은 용기(202)에 배치된 유체가 소구멍(216)을 통과하는 것을 방지하면서 샤프트(212)가 회전할 수 있게 해준다.
통상적으로, 상기 용기(202)는 그 내부에 배치되어 있는 전극(204), 디스크(206) 및 연마 부품(205)을 포함한다. 이 연마 부품(205), 예컨대 연마 패드는 용기(202) 내부에서 디스크(206) 상에 배치 및 지지된다.
상기 전극(204)은 기판(114) 및/또는 기판 표면에 접촉하는 연마 부품(205)에 대한 대향 전극이다. 이 연마 부품(205)은 적어도 부분적으로는 전도성을 가지며, 전기화학 기계적 도금 공정(ＥＣＭＰＰ)와 같은 전기화학적 공정들 동안에 기판과 결합하여 전극으로서 역할을 할 수 있는데, 이들 전기화학적 공정은 전기화학적 증착, 화학 기계적 연마 또는 전기화학적 용해를 포함한다. 상기 전극(204)은 자신(204)과 연마 부품(205) 사이에 인가되는 양성 바이어스(애노드) 또는 음성 바이어스(캐소드)에 따라 애노드 또는 캐소드가 될 수 있다.
예를 들면, 전해액으로부터 나온 재료를 기판 표면에 증가하는 경우, 상기 전극(204)은 애노드로서 역할을 하지만, 기판 표면 및/또는 연마 부품(205)은 캐소드로서 역할을 한다. 인가된 바이어스로부터 용해에 의한 것과 같이 기판 표면으로부터 재료를 제거하는 경우, 전극(204)은 캐소드로서 역할을 하지만, 기판 표면 및/또는 연마 부품(205)은 애노드로서 역할을 할 수 있다.
일반적으로, 상기 전극(204)은 디스크(206)와 용기(202)의 바닥(210) 사이에 위치 조정된다. 여기에서 전극은 전해액(220) 속에 잠길 수 있다. 상기 전극(204)은 판 모양 부재, 다수의 소구멍이 내부를 통과하여 형성된 판, 또는 투과성 멤브레인 또는 용기 내에 배치된 다수의 전극편이 될 수 있다. 투과성 멤브레인(도시하지 않음)은 디스크(206)와 전극(204) 사이 또는 전극(204)과 연마 부품(205) 사이에 배치되어 웨이퍼 표면으로부터 수소 기포와 같은 기포를 걸러내고, 결함 형성을 감소시키고, 이것들 사이의 전류 또는 동력을 안정화시키거나, 더욱 균일하게 인가한다.
전해 증착 공정들의 경우, 상기 전극(204)은 기판(114)에 전기화학적으로 증착될 수 있는 구리, 알루미늄, 금, 은, 텅스텐 및 기타 재료와 같은, 증착 또는 제거 대상 재료로 제조된다. 애노드 용해와 같은 전기화학적 제거 공정의 경우, 상기 전극(204)은 구리 용해를 위해 예컨대 백금, 탄소 또는 알루미늄과 같은 증착된 재료 이외의 재료로 된 비소비형 전극을 포함할 수 있다.
상기 연마 부품(205)은 유체 환경 및 프로세싱 세부 사항과 양립할 수 있는 재료로 된 패드, 편직물(web) 또는 벨트가 될 수 있다. 도 2에 도시된 실시 형태에서, 연마 부품(205)은 적어도 프로세싱 동안에 기판 표면과 접촉을 위해 하나 이상의 전도성 부재와 같은 전도성 재료의 전도성 표면의 일부분을 포함한다. 연마 부품(205)은 종래의 연마 재료 속에 매립되거나 그 상에 증착된 전도성 연마 재료의 일부 또는 전부, 또는 혼성물이 될 수 있다. 예들 들면, 이 전도성 재료는 디스크(206)와 연마 부품(205) 사이에 배치된 "백킹(backing)" 재료 상에 배치되어 프로세싱 동안에 연마 부품(205)의 순응도(compliance) 및/또는 경도계(durometer)를 조정할 수 있다.
상기 용기(202), 덮개(208) 및 디스크(206)는 베이스(108)에 움직일 수 있게배치될 수 있다. 상기 용기(202), 덮개(208) 및 디스크(206)는 베이스(108)를 향해 축방향으로 이동되어, 상기 캐루젤(112)이 ＥＣＭＰ 스테이션(102)과 연마 스테이션(106) 사이에 기판(114)을 인덱싱함에 따라 연마 헤드(130)의 클리어런스(clearance)를 용이하게 할 수 있다. 상기 디스크(206)는 용기(202) 내에 배치되고, 샤프트(212)에 결합된다. 이 샤프트(212)는 일반적으로는 베이스(108) 아래에 배치된 모터(224)에 결합된다. 이 모터(224)는 컨트롤러(140)으로부터의 신호에 응답하여 미리 정해진 속도로 디스크(206)를 회전시킨다.
이 디스크(206)는 연마에 불리하게 영향을 미치지 않는, 전해액(220)과 양립할 수 있는 재료로 제조된, 천공 부품 지지체가 될 수 있다. 이 디스크(206)는 폴리머, 예컨대 플루오로폴리머, Pe, TeFLON, PFa, PeS, HdPe, UHMW 또는 유사물로 제조된다. 이 디스크(206)는 나사와 같은 체결구에 고정될 수 있고, 용기 및 유사물 내에 현수될 수 있다. 이 디스크(206)는 전극(204)으로부터 이격하여 보다 넓은 공정 윈도우를 제공하는 것이 바람직하며, 이에 따라 기판 표면으로부터 전극(204) 구조물까지 재료를 증착 제거하는 감도(感度)를 감소시킨다.
이 디스크(206)는 일반적으로 전해액(220)에 대해 투과성을 가진다. 일 실시 형태에서, 이 디스크(206)는 그 내부에 형성된 복수의 천공 또는 채널(222)을 포함한다. 천공은 연마 부품과 같은 물체를 부분적으로 또는 완전하게 통과하여 형성된 소구멍, 홀, 개구 또는 통로를 포함한다.
이 연마 부품(205)은 기계적 클램프(clamp) 또는 전도성 접착제에 의해 디스크(206) 표면에 배치될 수 있다.
비록 연마 부품이 본 명세서에서 전기화학 기계적 연마(ＥＣＭＰ)과 관련하여 설명되었지만, 본 고안은 전기화학적 처리를 포함한 기타의 제조 공정에서 전도성 연마 부품을 사용하는 것도 고려하고 있다. 전기화학적 처리를 이용한 그와 같은 공정의 예들은 전기화학적 증착을 포함하며, 이 전기화학적 증착은 가장자리 접촉부와 같은 종래의 바이어스 인가 장치를 사용하는 일도 없고, 전기화학적 증착과 화학 기계적 연마의 조합을 포함하는 전기화학 기계적 도금 공정(ＥＣＭＰＰ)을 사용하는 일없이, 전도성 재료를 증착하기 위한 기판 표면에 균일한 바이어스를 인가하는 데에 사용되는 연마 부품(205)을 필요로 한다.
동작할 때, 연마 부품(205)은 용기(202)에 담긴 전해액 속의 디스크(206)상에 배치된다. 연마 헤드의 기판(114)은 전해액 속에 배치되고, 연마 부품(205)과 접촉된다. 이 전해액은 디스크(206)와 연마 부품(205)의 천공들을 통과하고, 내부에 형성된 홈에 의해 기판 표면에 분배된다. 다음에, 전원으로부터의 동력이 전도성 연마 부품(205)과 전극(204)에 인가되고 나서, 전해액 속에 들어 있는 구리와 같은 전도성 재료는 애노드 용해법에 의해 제거된다.
전해질 용액은 상업적으로 입수 가능한 전해액을 포함할 수 있다. 예를 들면, 구리 함유 재료를 제거하는 경우, 전해액은 황산계 전해액, 인산칼륨(K3PO4)과 같은 인산계 전해액, 또는 이의 조합물을 포함할 수 있다.
이 외에, 본 고안은 광택제 등과 같이 종래에 사용되었던 전해도금 또는 전해 연마 첨가제를 포함하여, 종래 전해도금 또는 전해 연마 공정에 사용되었던 전해질 조성물을 사용하는 것도 고려하고 있다. 구리 도금, 구리 애노드 용해 또는 이의 조합과 같이 전기화학적 공정에 사용되는 전해질 용액을 위한 하나의 공급기는 Ultrafill 2000이라는 상표명을 가진, 펜실베니아 필라델피아에 본부를 두고 있는 부서 롬 앤드 하스(Rohm and Haas)의 쉽플레이 레오넬(Shipley Leonel)이다.
연마 공정에서 기계적 마모를 이용하는 경우, 기판(114)과 연마 부품(205)은 서로에 대해 상대적으로 회전하여 기판 표면으로부터 재료를 제거한다. 이러한 기계적 마모는 본원에 기재되어 있는 바와 같이, 전도성 연마 재료와 종래의 연마 재료와의 물리적인 접촉에 의해 이루어질 수 있다. 기판(114)과 연마 부품(205)은 각각 약 5 rpm 이상, 예컨대 약 10 rpm과 약 50 rpm 사이에서 회전한다.
연마 부품(205)을 약 150 rpm 이상의 압반(platen) 속도로 회전시키는 것을 포함하며, 기판(114)은 약 150 rpm과 약 500 rpm 사이의 회전 속도로 회전될 수 있다. 궤도 운동 또는 기판 표면을 가로지르는 쓸기 운동을 포함하여 기타의 운동도 역시 공정 중에 수행될 수 있다.
기판 표면에 접촉하는 경우, 약 6 psi 이하, 예컨대 약 2 psi 이하의 압력이 연마 부품(205)과 기판 표면 사이에 인가된다. 낮은 유전 상수 재료를 함유한 기판이 연마되는 경우, 약 2 psi 이하, 예컨대 약 0.5 psi 이하의 압력이 기판을 연마하는 동안에 연마 부품(205)을 향해 기판(114)을 가압하는 데에 사용된다.
애노드 용해에서, 전위차 또는 바이어스가 캐소드로서 실시하는 전극(204)과 애노드로서 실시하는 연마 부품(205)의 연마 표면(310)(도 3 참조) 사이에 인가된다. 연마 부품과 접촉하고 있는 기판은 전도성 연마 표면(310)에 의해 분극화하고, 이와 동시에 바이어스가 전도성 부품 지지 부재에 인가된다. 바이어스를 인가함으로써, 구리 함유 재료와 같이 기판 표면에 형성된 전도성 재료가 제거될 수 있다. 바이어스를 형성하는 것은 기판 표면에 약 15 볼트 이하의 전압을 인가하는 것을 포함할 수 있다. 또한, 바이어스는 약 0.1 ㎃/㎠과 약 50 ㎃/㎠ 사이의 전류 밀도, 또는 200 ㎜ 기판에 대해 약 0.1 암페어와 약 20 암페어 사이의 전류 밀도를 생성시킬 수 있다.
연마 부품 물질
본원에 기재된 연마 부품은 전도성 연마 재료를 포함할 수 있고, 유전성 또는 전도성 연마 재료 속에 배치된 전도성 부재를 포함할 수 있는 전도성 재료로부터 형성될 수 있다. 일 실시 형태에서, 연마 재료는 전도성 섬유, 전도성 충전재 또는 이의 조합물을 포함할 수 있다. 이들 전도성 섬유, 전도성 충전재 또는 이의 조합물은 폴리머 재료 속에 분산될 수 있다.
이들 전도성 섬유는 금속, 탄소계열 재료, 전도성 세라믹 재료, 전도성 합금, 또는 이의 조합물을 포함하는 전도성 재료로 적어도 부분적으로 코팅 또는 피복된, 유전성 또는 전도성 폴리머 또는 탄소계 재료와 같은 전도성 또는 유전성 재료를 포함할 수 있다. 이 전도성 섬유는 섬유 또는 필라멘트(filament), 전도성 직물 또는 천, 하나 이상의 루프, 코일, 또는 전도성 섬유의 고리의 형태로 될 수 있다. 다층의 전도성 재료, 예컨대 다층의 전도성 천 또는 직물이 전도성 연마 재료를 성형하는 데에 사용될 수 있다.
이들 전도성 섬유는 전도성 재료로 코팅된 유전성 또는 전도성 섬유 재료를 포함한다. 유전성 폴리머 재료들은 섬유 재료로서 사용될 수 있다.
전도성 섬유 재료는 고유한 전도성 폴리머 재료를 포함할 수 있다. 전도성 폴리머에 대한 다른 예는 폴리머/귀금속 혼성 재료이다. 전도성 섬유를 포함한 전도성 연마 재료에 대한 예들은 2001년 12월 27일 자로 출원되고, "전기화학 기계적 연마을 위한 전도성 연마 부품(conductive Polishing article for electrochemical Mechanical Polishing)"이라는 명칭을 가진, 공동 계류중인 미국 특허 출원 제10/033,732호에 더욱 충분하게 기재되어 있다.
전도성 또는 유전성 섬유 재료 상에 배치된 전도성 재료는 일반적으로 금속, 금속 합금, 탄소계열 재료, 전도성 세라믹 재료, 금속 무기질 화합물, 또는 이의 조합물과 같은 전도성 무기질 화합물을 포함한다. 본 명세서에서 전도성 재료 코팅물용으로 사용될 수 있는 금속에 대한 예들은 귀금속, 주석, 납, 구리, 니켈, 코발트 및 이의 조합물을 포함한다. 귀금속은 금, 백금, 팔라듐, 이리듐, 레늄, 로듐, 루테늄, 오스뮴 및 이의 조합물을 포함하는데, 이들 중에서 금과 백금이 바람직하다. 또한, 본 고안은 본 명세서에 예시된 재료 외에, 전도성 재료 코팅물용의 다른 금속의 사용도 고려한다. 탄소 계열 재료는 섬유 표면에 부착될 수 있는 카본블랙, 흑연 및 탄소 입자를 포함한다. 세라믹 재료에 대한 예들은, 니오븀 카바이드(Nbc), 지르코늄 카바이드(Zrc), 탄탈륨 카바이드(Tac), 티탄늄 카바이드(Tic), 텅스텐 카바이드(Wc) 및 이의 조합물을 포함한다. 또한, 본 고안은 본 명세서에 예시된 재료들 외에, 전도성 재료 코팅물을 위한 다른 금속, 다른탄소계열 재료 및 다른 세라믹 재료의 사용도 고려한다. 금속 무기질 화합물은 예컨대 아크릴 또는 나일론 섬유와 같은 폴리머 섬유 상에 배치된 황화구리 또는 단제나이트(cu9S5)를 포함한다. 단제나이트 코팅 섬유들은 일본의 니혼 산모 다잉사(Nihon Sanmo dyeing co. Ltd)의 Thunderon이라는 상표명으로 상업적으로 입수할 수 있다. 이 Thunderon섬유들은 약 0.03㎛과 약 0.1㎛ 사이의 단제나이트(Cu9S5)로 된 코팅물을 포함하고, 약 40Ω/㎝의 전도도를 가진 것으로 관찰되었다. 전도성 코팅물은 전도성 재료의 도금, 코팅, 물리적 기상 증착, 화학적 증착, 바인딩 또는 본딩에 의해 섬유 표면에 직접 배치될 수 있다. 또한, 전도성 재료, 예컨대 구리, 코발트 또는 니켈로 된 결정핵 생성 또는 종자 층이 전도성 재료와 섬유 재료 사이의 접착을 개선하는 데에 사용될 수 있다. 전도성 재료는 다양한 길이를 가진 개개의 유전성 또는 전도성 섬유 상에, 그리고 유전성 또는 전도성 섬유 재료로 제조된 형상을 가진 루프, 포움(foam) 및 천 또는 직물 상에 배치될 수 있다.
적합한 전도성 섬유에 대한 일례들은 금으로 코팅된 폴리우레탄 섬유, 금으로 피복된 아크릴 섬유와, 로듐으로 코팅된 나일론 섬유를 포함한다.
전도성 충전재는 단소 계열 재료 또는 전도성 입자 및 섬유를 포함한 수 있다. 이 전도성 탄소 계열 재료에 대한 예들은 탄소 분말, 탄소 섬유, 탄소 나노튜브, 탄소 나노포움, 탄소 에어로겔, 흑연 및 이의 조합물을 포함한다. 전도성 입자 또는 섬유에 대한 예들은 고유한 전도성 폴리머, 전도성 재료로 코팅된 유전성또는 전도성 입자들, 그리고 금, 백금, 주석, 납 및 다른 금속 또는 금속 합금 입자, 전도성 세라믹 입자 및 이의 조합물과 같은 금속 입자를 포함한 전도성 무기질 입자를 포함한다.
이 전도성 재료들은 전도성 연마 재료를 성형하기 위한 원하는 수준의 전도도를 제공하기 위해 유전성 및 전도성 섬유 및 충전재를 코팅하는 데에 사용된다. 이 코팅물은 통상적으로 약 100Ω-㎝ 이하의 저항, 예컨대 0.001Ω-㎝과 32Ω-㎝ 사이의 저항을 가진 섬유 또는 충전재로 된다.
전도성 섬유 재료, 전도성 충전재 재료 또는 이의 조합물은 바인더 재료 속에 분산되거나, 혼성 전도성 연마 재료를 형성할 수 있다. 바이더 재료의 일 형태는 유전성 폴리머 재료와 같은 종래의 연마 재료이다. 본 고안은 어떠한 종래의 연마 재료도 본 명세서에서 설명되는 전도성 섬유 및 충전재와 더불어 바인더 재료(매트릭스로서 알려져 있기도 함)로서 사용될 수 있다.
선택적으로, 전도성 섬유 및/또는 충전재는 약 50 Ω-㎝ 이하의 벌크 또는 표면 저항, 예컨대 약 3 Ω-㎝ 이하의 저항을 가진 전도성 연마 재료 또는 부품을 성형하는 데에 사용될 수 있다.
연마 부품 구조
본 고안의 일 실시예에 따르면, 연마 부품은 지지체 상에 배치되는, 본 명세서에서 설명되는 전도성 연마 재료의 단일 층을 포함한다. 다른 실시예에서, 연마 부품은 기판 표면에 적어도 하나의 전도성 재료를 포함하거나 적어도 하나의 부품지지 부분 또는 서브 패드와 기판에 접촉하기 위한 전도성 표면을 제공하는 복수의 재료 층을 포함할 수 있다.
도 3은 연마 부품(205)에 대한 일 실시 형태의 부분 횡단면도이다. 도 3에 예시된 연마 부품(205)은 기판 표면과 부품 지지체 또는 서브 패드 부분(320)을 연마하기 위한 전도성 연마 부분(310)을 가진 혼성 연마 부품을 포함한다.
전도성 연마 부분(310)은 본 명세서에서 설명되는 바와 같이 전도성 섬유 및/또는 전도성 충전재를 포함하여 전도성 연마 재료를 포함할 수 있다. 예를 들면, 전도성 연마 부분(310)은 폴리머 재료 속에 분산된 전도성 섬유 및/또는 전도성 충전재를 포함하여 전도성 재료를 포함할 수 있다. 전도성 충전재는 폴리머 바인더 속에 배치될 수 있다. 이 전도성 충전재는 폴리머 바인더 속에 배치된 연질의 전도성 재료를 포함할 수 있다. 연질의 전도성 재료는 일반적으로 구리의 경도 및 모듈러스(modulus)와 대략 동일하거나 작은 경도 및 모듈러스를 가진다. 연질의 전도성 재료에 대한 예들은 금, 주석, 팔라듐, 팔라듐-주석 합금, 백금 및 납과, 기타의 전도성 금속 중에서 구리보다 더 연질의 합금 및 세라믹 합성물을 포함한다. 본 고안은 연마 기판에 흠집을 내지 않을 정도로 충분히 작은 크기라면, 구리보다 더 경질의 다른 전도성 충전재의 사용도 고려한다. 또한, 전도성 연마 부분은 하나 이상의 루프, 코일, 또는 전도성 섬유의 링, 또는 전도성 직물 또는 천을 형성하기 위해 섞어 짜여진 전도성 섬유의 링을 포함할 수 있다. 전도성 연마 부분(310)은 또한 전도성 재료로 된 복수 층, 예컨대 전도성 천 또는 직물로 된 복수 층을 포함할 수 있다.
전도성 연마 부분(310)에 대한 일례는 우레탄 속에 배치된 금 코팅된 나일론 섬유와 흑연 입자를 포함한다. 다른 예는 폴리우레탄 또는 실리콘 속에 배치된 흑연 입자 및/또는 탄소 섬유를 포함한다. 또 다른 예는 우레탄 매트릭스 속에 분산된 금 또는 주석 입자들을 포함한다.
다른 실시 형태에서, 전도성 연마 부분(310)은 내부에 배치된 연마용 입자(360)를 가질 수 있다.
부품 지지체 부분(320)은 일반적으로 전도성 연마 부분(310)의 직경 또는 너비와 동일하거나 더 작다. 그러나, 본 고안은 전도성 연마 부분(310)보다 더 큰 너비 또는 직경을 가진 부품 지지체 부분(320)도 고려하고 있다. 본 명세서의 도면들에는 원형의 전도성 연마 부분(310)과 부품 지지체 부분(320)을 예시하고 있지만, 본 고안은 전도성 연마 부분(310), 부품 지지체 부분(320), 또는 이들 양자가 직사각형 표면 또는 타원형 표면과 같은 사이한 형상을 가질 수도 있다는 것도 고려하고 있다. 또한, 본 고안은 전도성 연마 부분(310), 부품 지지체 부분(320), 또는 이들 양자가 재료로 된 선형 편직물(web) 또는 벨트를 형성할 수도 있다는 것도 고려하고 있다.
상기 부품 지지체 부분(320)은 연마 공정에서 불활성 재료를 포함할 수 있고, ＥＣＭＰ 동안에 소비되거나 손상되는 것에 저항력을 가지고 있다. 예를 들면, 상기 부품 지지체 부분은 예컨대 폴리우레탄과 충전재와 혼합된 폴리우레탄, 폴리카보네이트, 폴리레닐렌 설피드(PPS), 에틸렌-프로필렌-디엔-메틸렌(ePdM), Teflon폴리머, 또는 이의 조합물과 같은 폴리머 재료를 포함하는 종래의 연마재료와, 기판 표면을 연마하는 데에 사용되는 기타의 연마 재료로 구성될 수 있다. 상기 부품 지지체 부분(320)은 프로세싱 동안에 연마 부품(205)과 캐리어 헤드(130) 사이에 인가된 압력의 일부를 흡수하기 위해 우레탄과 함침된 압축 펠트 섬유와 같은 종래의 연질 재료가 될 수 있다. 이 연질 재료는 약 20과 약 90 사이의 쇼어 a 경도를 가질 수 있다.
선택적으로, 상기 부품 지지체 부분(320)은 연마 부품을 가로질러 전기적 전도성을 제공하기 위해 전도성 귀금속 또는 전도성 폴리머를 포함하여 연마 후에 불리하게 영향을 미치지 않는 주변 전해액과 양립할 수 있는 전도성 재료로부터 만들어질 수 있다.
상기 부품 지지체 부분(320)이 전도성을 가진 경우, 이 부품 지지체 부분(320)은 전도성 연마 부분(310)보다 더 큰 전도도, 즉 더 낮은 저항을 가질 수 있다. 예를 들면, 전도성 연마 부분(310)은 0℃에서 9.81 μΩ-㎝의 저항을 가진 백금을 포함한 부품 지지체 부분(320)과 비교한 경우, 약 1.0 Ω-㎝ 이하의 저항을 가질 수 있다. 전도성 부품 지지체 부분(320)은 기판 표면을 가로질러 균일한 애노드 용해를 위한 연마 동안에 부품의 표면, 예컨대 부품의 반경을 따라 전도성 저항을 최소화하기 위해 균일한 바이어스 또는 전류를 공급할 수 있다. 이 전도성 부품 지지체 부분(320)은 전도성 연마 부분(310)에 동력을 전달하기 위한 전력 공급기에 결합될 수 있다.
상기 연마 부품(205)의 전도성 연마 부분(310)과 부품 지지체 부분(320)은 일반적으로 전해액에 투과성을 가진다. 복수의 천공이 전도성 연마 부분(310)과부품 지지체 부분(320) 각각에 형성되어 이를 통과하는 유체 흐름을 촉진시킬 수 있다.
연마 표면으로부터 연장하는 전도성 볼
도 4a 내지 도 4d는 전도성 부품(1500)에 대한 다른 실시 형태의 평면도 및 단면도들이다. 이 전도성 부품(1500)은 전도성 롤러(1506)를 포함하며, 이 전도성 롤러는 전도성 부품(1500)의 상부(1504)의 연마 표면(1502)으로부터 연장한다. 이들 롤러(1506)는 연마 동안 기판에 의해 연마 표면(1502)과 동일한 평면 아래로 강제될 수 있다. 전도성 부품(1500) 속에 매립된 전도성 롤러들은 프로세싱 동안 벌크 연마 기판의 높은 제거율을 위해 고전압으로 외부 전원(1536)에 결합된다.
이들 전도성 롤러(1506)는 상부(1504)에 고정될 수 있거나, 자유롭게 롤링할 수 있다. 이들 전도성 롤러(1506)는 프로세싱 동안에 기판을 긁지 않도록 구성된 볼, 원통체, 핀, 타원체 또는 기타 형상일 수 있다.
도 4b에 도시된 실시 형태에서, 상기 전도성 롤러(1506)는 하나 이상의 전도성 캐리어(1520) 속에 배치된 복수의 볼이다. 각각의 전도성 캐리어(1520)는 슬롯(1508) 속에 배치되며, 이 슬롯은 전도성 부품(1500)의 연마 표면(1502) 속에 형성되어 있다. 일반적으로, 이들 전도성 롤러(1506)는 어떤 전도성 재료로부터 성형될 수 있거나, 전도성 피복물(1524)로 부분적으로 코팅된 코어(1522)로부터 성형될 수 있다. 도 4b에 도시된 실시 형태에서, 상기 전도성 롤러(1506)는 연질 전도성 재료(1524)에 의해 적어도 부분적으로 피복된 폴리머 코어(1522)를 포함하며,그 일례는 ＴＯＲＬＯＮ또는 구리 또는 기타의 전도성 재료의 층으로 코팅된 다른 폴리머 코어이다. 기타의 연질 전도성 재료(1524)는 은, 구리, 주석 등을 포함하지만, 이들에 한정되지는 않는다.
일 실시 형태에서, 폴리머 코어(1522)는 폴리우레탄과 같은 탄력적 또는 탄성적 재료로부터 선택될 수 있으며, 이 재료는 롤러(1506)가 연마 동안 기판과 접촉 상태로 될 때 변형된다. 코어(1522)용으로 이용될 수 있는 재료에 대한 일부 예들은 탄성 유기질 폴리머, 에틸렌-프로필렌-디엔(EDPM), 폴리알켄, 폴리알킨, 폴리에스테르, 폴리아로매틱 알켄/알킨, 폴리이미드, 폴리카보네이트, 폴리우레탄, 및 이의 조합물을 포함한다. 코어 재료에 대한 기타의 예들은 실록산과 같은 무기질 폴리머, 또는 폴리실리콘 및 폴리실란과 같은 유기질 및 무기질 조합형 물질을 포함한다. 롤러(1506)가 변형함에 따라, 롤러(1506)와 기판 사이의 접촉 영역이 층가하고, 이에 따라 롤러(1506)와, 기판 상에 배치된 전도층 사이의 전류 흐름을 향상시키며, 이에 의해 연마 결과를 개선시킨다.
선택적으로, 상기 폴리머 코어(1522)는 연질 전도성 재료(1524)를 가진 코어(1522)의 피복물을 선택적으로 만들기 위해 전도성을 가지게 할 수 있다. 예를 들면, 상기 폴리머 코어(1522)는 기타 전도성 재료들 중에서 금속, 전도성 탄소 또는 흑연과 같은 기타 전도성 원소들에 의해 도핑될 수 있다.
상기 전도성 롤러(1506)는 연마 표면(1502)에 다양한 기하학적 또는 무작위 구성으로 배열될 수 있다. 일 실시 형태에서, 이들 전도성 롤러(1506)는 연마 표면(1502)에 반경 방향으로 배향된다. 그러나, 이들 전도성 롤러(1506)의 다른 배향, 예컨대 나선형, 격자형, 병렬형 및 동심형 배향도 기타의 배향들 중에서 고려되고 있다.
도 4b에 도시된 실시 형태에서, 탄성 부재(1510)는 전도성 캐리어들(1520)과 전도성 부분(1504) 사이의 개개의 슬롯(1508) 속에 배치될 수 있다. 이 탄성 부재(1510)로 인해, 이들 전도성 롤러(1506) [및 캐리어(1520)]는 전도성 부분(1504)에 대해 상대적으로 운동할 수 있으며, 이에 따라 상기 탄성 부재는 연마 동안 더욱 균일한 전기적 접촉을 위해 높은 순응도를 기판에 제공한다.
도 4c에 도시된 실시 형태에서, 상기 전도성 롤러(1506)는 각각 디스크(206)에 결합된 복수의 전기적 절연 하우징(1530) 속에 배치된다. 각각의 하우징(1530)은 용접, 접착제, 스테이킹(staking), 또는 다른 방법에 의해 디스트(206)에 결합될 수 있다. 도 4c에 도시된 실시 형태에서, 이들 하우징(1530)은 디스크(206) 속으로 나사 결합된다.
상기 하우징(1530)은 일반적으로 디스크(206)와 연마 표면(1502)의 평면에 대해 수직 방향으로, 즉 직각 방향으로 전도성 롤러(1506)가 움직일 수 있는 중공 원통체이다. 상기 하우징(1530)의 상단부는 경사진 안착부(1532)를 포함하는데, 이 안착부는 전도성 롤러(1506)가 하우징(1530)의 상단부를 통해 빠져나오는 것을 방지한다. 이 안착부(1532)는 프로세싱 동안에 전도성 롤러(1506)의 외주 중의 적어도 일부가 하우징(1530) 밖으로 연장해서 기판(114)에 접촉할 수 있도록 구성되어 있다.
접촉 수단(1534)은 전도성 롤러(1506)와 전원(1536) 사이에 전기적 접촉을유지하도록 구성되어 있다. 이 접촉 수단(1534)은 스프링 성형체, 압축 스프링, 전도성 베어링 등과 같은 어떤 형태의 전도성 탄성 부재, 또는 하우징(1530) 내에서 전도성 롤러(1506)의 상이한 위치들 사이에서 전기적 접속을 유지시킬 수 있는 다른 디바이스일 수 있다. 이 접촉 수단(1534)은 각각의 하우징(1530)의 하단부 속에 배치된다. 일 실시 형태에서, 이 접촉 수단(1534)은 판 스프링이다. 이 접촉 수단(1534)은 디스크(206)로부터 멀리 전도성 롤러(1506)를 바이어싱시키고, 안착부(1532)에 대해 전도성 롤러(1506)를 바이어싱시키는 데에 이용될 수 있다.
선택적으로, 전해액 공급기(1544)로부터 공급된 전해액은 하우징(1530)을 통과하고, 안착부(1532)와 롤러(1506) 사이의 하우징(1530)을 빠져 나온다. 하우징(1530)을 빠져 나온 전해액의 흐름은 디스크(206)로부터 멀리 전도성 롤러(1506)를 바이어싱시킨다.
또 다른 실시 형태에서, 상기 전도성 롤러(1506)는 전해액보다 작은 비중(specific gravity)으로 구성될 수 있으며, 그 결과 하우징(1530)이 전해액으로 적어도 부분적으로 채워지는 경우에 전도성 롤러(1506)의 부력은 디스크(206)로부터 멀리 전도성 롤러(1506)를 바이어싱시킨다. 선택적으로, 이 전도성 롤러(1506)는 자신(1506)의 부력을 증가시키지만 관성을 감소시키기 위해 중공(中空)일 수 있다. 본 고안에서 이익을 얻도록 구성될 수 있는 접촉 부재를 통해 전원에 결합된 롤러를 포함한 하우징은 미국 특허 출원 제10/211,626호에 기재되어 있다.
패드 조립체(1540)가 디스크(206) 상에 배치된다. 이 패드 조립체(1540)는복수의 제1 소구멍(1542)를 포함하며, 이들 소구멍은 자신을 통해 하우징(1530)이 적어도 부분적으로 연장할 수 있도록 구성되어 있다. 일반적으로, 이 하우징(1530)은 전도성 롤러(1506)의 외주의 일부분이 패드 조립체(1540) 위로 연장할 수 있도록 구성된 높이를 가지며, 그 결과 전도성 롤러(1506)는 프로세싱 동안에 기판(114)에 의해 패드 조립체(1540)의 연마 표면(1502)과 실질적으로 동일한 높이의 위치로 변위될 수 있다.
도 4c에 도시된 실시 형태에서, 상기 패드 조립체(1540)는 유전층(1550), 서브패드(1552) 및 전극(1544)을 포함한다. 이들 유전층(1550), 서브패드(1552) 및 전극(1544)은 예컨대 가압 몰딩, 스테이킹, 파스닝, 접착, 본딩 또는 다른 결합 방법에 의해 대체형 유닛으로서 함께 결합될 수 있다.
이 유전층(1550)은 전술한 전도성 부분(310)과 비슷할 수 있다. 상기 서브패드(1552)는 전술한 부품 지지체 부분(320)과 비슷할 수 있다. 상기 전극(1554)은 전술한 전극(204)와 비슷할 수 있다.
제2 세트의 소구멍들(1544)(이들 중의 하나가 도 4c에 도시되어 있음)은 적어도 유전층(1550)과 서브패드(1552)를 관통 형성될 수 있고, 이에 따라 패드 조립체(1540) 상에 배치된 전해액이 전극(1554)과 기판(114) 사이의 전류 경로를 제공할 수 있다. 선택적으로, 소구멍(1544)은 전극(1554) 속으로 또는 통과하여 연장할 수 있다. 윈도우(도시 생략)는 또한 공정 제어를 돕기 위해 패드 조립체(1540) 속에 형성될 수 있다.
도 4d에 도시된 실시 형태에서, 패드 조립체(1560)는 적어도 전도층(1562),서브패드(1564) 및 전극(1544)을 포함한다. 이들 전도층(1562), 서브패드(1564) 및 전극(1544)은 대체형 유닛으로서 함께 결합될 수 있다. 이 패드 조립체(1560)는 하우징(1530)과 제2 소구멍(1572)을 수용하도록 구성된 제1 소구멍(1570)을 포함할 수 있고, 이에 따라 패드 조립체(1560) 상에 배치된 전해액이 전극(1554)과 기판(114) 사이의 전류 경로를 형성할 수 있다. 윈도우(도시 생략)는 또한 전술한 바와 같이, 패드 조립체(1560) 속에 형성될 수 있다.
일 실시 형태에서, 전도층(1562)과 서브패드(1564)는 전술한 연마 부품(205)의 전도층(310) 및 부품 지지체 부분(320)과 유사하게 구성될 수 있다. 선택적으로, 상기 패드 조립체(1560)는 전도성 백킹(1566)과 전도층(1562)과 서브패드(1564) 사이에 배치된 중간 패드(1568)를 포함할 수 있다. 이들 전도성 백킹(1566)과 중간 패드(1568)는 이하에서 "중간 패드를 포함한 전도성 부품"이라는 표제 하에서 설명되는 전도성 백킹과 중간 패드와 유사하게 구성될 수 있다.
이 전도성 백킹(1566)은 일반적으로 스위치(1574)를 통해 전원(1536)에 결합된다. 이 전도성 백킹(1566)은 전도층(1562)의 뒤쪽을 가로질러 전위차를 균일하게 분포시키며, 그 결과 균일한 전류가 프로세싱 동안에 전도층(1562)과 기판(114) 사이에서 기판(114)의 직경부를 가로질러 공급된다.
프로세싱 동안, 상기 스위치(1574)는 롤러(1506)를 전원(1536)에 전기적으로 결합시키는 제1 상태로 배치되며, 이때 상기 스위치는 전도성 백킹(1566)과 전원(1536) 사이의 회로를 개방시킨다. 롤러들(1506)은 기판(114)과 전극(1554) 사이에 상대적으로 많은 전류 흐름을 허용하고, 이에 의해 기판으로부터 전도층의벌크 제거를 촉진시킨다. 일단 전도층이 거의 제거되면, 스위치(1574)는 전도성 백킹(1566)을 전원(1536)에 전기적으로 결합시키는 제2 상태로 배치되며, 이때 상기 스위치는 롤러(1506)과 전원(1536) 사이의 회로를 개방시킨다. 이 전도성 백킹(1566)은 전도층(1562)의 너비를 가로질러 실질적으로 균일한 전위차를 제공하여 기판으로부터 잔류 잔도성 재료의 제거를 촉진시킨다. 따라서, 기판에 대해 벌크 및 잔류 양자의 전도성 재료의 제거는 패드 조립체(1540)로부터 기판을 상승시키는 일없이 단일의 압반 상에서 수행될 수 있다. 본 고안으로부터 이익을 얻도록 구성될 수 있는 기타 패드 조립체에 대한 예들은 도 5 내지 도 7을 참조로 하여 후술된다. 또한, 전술한 패드 조립체들과 연마 성능을 감지하는 것을 지원하는 윈도우를 합체한 패드 조립체들을 포함하여 기타 패드 조립체들이 이용될 수 있다는 것도 고려되고 있다.
중간 패드를 포함한 전도성 부품
도 5는 전도성 부품(1600)에 대한 다른 실시 형태의 단면도이다. 이 전도성 부품(1600)은 일반적으로 연마 동안에 기판에 접촉하도록 된 전도성 부분(1602)과, 부품 지지체 부분(1604)과, 이들 전도성 부분(1602)과 부품 지지체 부분(1604) 사이에 샌드위치식 삽입된 중간 패드(1606)를 포함한다. 이들 전도성 부분(1602)과 부품 지지체 부분(1604)은 본 명세서에서 설명되는 실시 형태들의 하나, 또는 이들의 균등물과 유사하게 구성될 수 있다. 접착제(1608)의 층이 중간 패드(1606)의 모든 측면에 제공되어, 중간 패드(1606)를 부품 지지체 부분(1604)과 전도성부분(1602)에 결합시킬 수 있다. 이들 전도성 부분(1602), 부품 지지체 부분(1604) 및 중간 패드(1606)는 다른 방법에 의해 결합될 수도 있고, 이에 의해 전도성 부품(1600)의 구성 부재들을 그 수명을 다한 후에 단일 유닛으로서 쉽게 교체될 수 있게 해주며, 전도성 부품(600)의 교체, 재고 및 주문 관리를 단순화시킨다.
선택적으로, 상기 지지체 부분(1604)은 전극(204)에 결합될 수 있고, 단일 유닛으로서 전도성 부품(1600)과 교체될 수 있다. 이 전도성 부품(1600)은 선택적으로 전극(204)을 포함하여 윈도우를 포함할 수도 있으며, 이 윈도우는 전도성 부품을 통해 형성된다.
상기 중간 패드(1606)는 일반적으로 부품 지지체 부분(1604)보다 더 경질이고, 전도성 부분(1602)보다 훨씬 더 경질이다. 본 고안은 중간 패드(1606)가 선택적으로 전도성 부분(1602)보다 더 연질일 수 있다는 것도 고려하고 있다. 중간 패드(1606)의 경도는 전도성 부품(1600)에 강성을 제공하도록 선택되며, 이는 전도성 부분(1602)과 부품 지지체 부분(1604)의 기계적 수명을 연장시키면서 전도성 부품(1600)의 완충 특성을 개선시키며, 연마된 기판이 더 광범위하게 평탄해진다. 일 실시 형태에서, 상기 중간 패드(1606)는 약 80 쇼어 d 이하 또는 이와 동일한 경도를 가지며, 상기 부품 지지체 부분(1604)은 약 80 쇼어 a 이하 또는 이와 동일한 경도를 가지지만, 상기 전도성 부분(1602)은 약 100 쇼어 d 이하 또는 이와 동일한 경도를 가진다. 다른 실시 형태에서, 상기 중간 패드(1606)는 약 35 mil 이하 또는 이와 동일한 두께를 가지지만, 상기 전도성 부분(1602)은 약 100 mil 이하또는 이와 동일한 두께를 가진다.
상기 중간 패드(1606)는 유전성 재료로 제조될 수 있으며, 이 유전성 재료는 전도성 부품(1600)을 구성하는 라미네이트 [즉, 전도성 부분(1602), 중간 패드(1606) 및 부품 지지체 부분(1604)의 적층부]를 통해 전기 통로가 형성되는 것을 허용한다. 이 전기 통로는 상기 전도성 부품(1600)이 전해액과 같은 전도성 유체에 침지되거나 덮힐 때에 형성될 수 있다. 전도성 부품(1600)을 통해 전기 통로가 형성되는 것을 촉진하기 위해, 중간 패드(1606)는 투과 가능형 및 천공형 중의 적어도 하나일 수 있고, 이에 따라 전해액이 중간 패드를 통과할 수 있다.
일 실시 형태에서, 상기 중간 패드(1606)는 전해액과 전기화학적 공정과 양립할 수 있는 유전성 재료로 제조된다. 적합한 재료들은 폴리우레탄, 폴리에스테르, 마일라 시트, 에폭시, 폴리카보네이트 등과 같은 폴리머를 포함한다.
선택적으로, 전도성 백킹(1610)은 중간 패드(1606)와 전도성 부분(1602) 사이에 배치될 수 있다. 이 전도성 백킹(1610)은 일반적으로 전도성 부분(1602)을 가로질러 전위차를 동일하게 만들고, 이에 의해 연마 균일성을 향상시킨다. 전도성 부분(1602)의 연마 표면을 가로질러 동일한 전위차를 가지면, 특히 전도성 재료가 더 이상 연속 필름이 아닌 잔류 재료(즉, 개별적인 섬 모양의 필름 잔류물)인 경우에도 전도성 부분(1602)과 연마되는 전도성 재료 사이에 우수한 전기적 접촉이 보장된다. 게다가, 상기 전도성 백킹(1610)은 전도성 부분(1602)에 기계적 강도를 제공하며, 이에 의해 전도성 부품(1600)의 수명을 증가시킨다. 이 전도성 백킹(1610)의 이용은 전도성 부분에 걸리는 저항이 약 500 m-Ω보다 더 크고, 전도성 부분(1602)의 기계적인 완전함을 향상시키는 실시 형태에서 유리하다. 또한, 이 전도성 백킹(1610)은 전도 균일성을 향상시키고, 전도성 부분(1602)의 전기적 저항을 낮추는 데에 이용될 수 있다. 이 전도성 백킹(1610)은 연마 공정과 양립할 수 있는 다른 적합한 전도성 재료들 중에서 금속 호일, 금속 스크린, 금속 코팅 직조 또는 무직조 직물 등으로 제조될 수 있다. 일 실시 형태에서, 상기 전도성 백킹(1610)은 전도성 부분(1602)에 가압 몰딩된다. 이 전도성 백킹(1610)은 전도성 부분(1602)과 중간 패드(1606) 사이에서 전해액의 흐름을 방해하지 않도록 구성된다. 이 전도성 부분(1602)은 가압 몰딩, 라미네이션, 사출 몰딩 및 기타 적합한 방법에 의해 전도성 백킹(1610) 상으로 장착될 수 있다.
도 6은 ＥＣＭＰ 스테이션(1990)에 대한 다른 실시 형태의 부분 단면도이고, 도 7a 및 도 7b는 도 6의 ＥＣＭＰ 스테이션(1990)의 볼 조립체(1900)의 측면도 및 분해도이다. 이 ＥＣＭＰ 스테이션(1990)은 연마 패드 조립체(1960)를 지지하는 압반(1950)을 포함하며, 이 연마 패드 조립체(1960) 상에서는 연마 헤드(130) 내에 유지된 기판(114)이 처리된다. 이 압반(1950)은 이로부터 돌출한 적어도 하나의 볼 조립체(1900)를 포함하고, 프로세싱 동안에 기판(114)의 표면을 바이어싱하도록 되어 있는 전원(1972)에 결합된다. 비록 2개의 볼 조립체(1900)가 도 6에 도시되어 있지만, 어떤 개수의 볼 조립체도 이용될 수 있고, 압반(1950)의 중심선에 대해 임의의 개수의 구성으로 분포될 수 있다.
상기 연마 패드 조립체(1960)는 전술한 실시 형태들중의 어느 것도 포함하여 기판을 처리하는 데에 적합한 어떤 패드 조립체일 수 있다. 이 연마 패드 조립체(1960)는 전극(1962)과 연마 층(1966)을 포함할 수 있다. 일 실시 형태에서, 상기 연마 패드 조립체(1960)의 연마 층(1966)은 폴리우레탄 패드와 같이, 유전성을 띠는 연마 표면(1964)을 포함할 수 있다. 다른 실시 형태에서, 상기 연마 패드 조립체(1960)의 연마 층(1966)은 전도성 입자가 내부에 분산된 폴리머 매트릭스, 전도성 코팅 직물 등과 같이, 전도성을 띠는 연마 표면(1964)을 포함할 수 있다. 상기 연마 표면(1964)이 전도성인 실시 형태에서, 이 연마 표면(1964)과 전극(1962)은 스위치(1974)를 경유하여 전원(1972)(점선으로 도시하였음)에 결합될 수 있으며, 이 스위치는 동력이 볼 조립체(1900)와 전도성 연마 표면(1964)에 선택적으로 스위칭할 수 있게 해주며, 따라서 연마 패드 조립체(1960)로부터 기판(114)을 상승시키는 일없이 기판(114)으로부터 벌크 금속 제거와 잔류 금속 제거가 각각 용이하게 된다.
상기 볼 조립체(1900)는 일반적으로 압반(1950)에 결합되고, 적어도 부분적으로는 연마 패드 조립체(1960)에 형성된 각각의 소구멍(1968)을 통과한다. 각각의 볼 조립체(1900)는 중공 하우징(1902), 어댑터(1904), 볼(1906), 접촉 부재(1914) 및 클램프 부싱(1916)을 포함한다. 이 볼(1906)은 하우징(1902) 내에 이동 가능하게 배치되고, 볼(1906)의 적어도 일부가 연마 표면(1964) 위로 연장하는 제1 위치와, 볼(1906)이 연마 표면(1964)과 동일한 높이에 있는 적어도 제2 위치에 배치될 수 있다. 이 볼(1906)은 일반적으로 기판(114)을 전기적으로 바이어싱시키는 데에 적합하고, 전술한 바와 같이 구성될 수 있다.
상기 하우징(1902)은 공정 화학 물질과 양립할 수 있는 유전성 재료로 제조된다. 일 실시 형태에서, 이 하우징(1902)은 PEEK로 만들어진다. 이 하우징(1902)은 제1 단부(1908)와 제2 단부(1910)를 포함한다. 구동 피처(drive feature; 1912)가 제1 단부(1908) 내부 및/또는 표면에 형성되어 압반(1950)에 볼 조립체(1900)를 설치하는 것을 용이하게 한다. 구동 피처(1912)는 스패너 렌치용 홀, 슬롯 또는 슬롯들, 홈을 가진 구동 피처[예컨대, TORX또는 6각(hex drive), 등을 위한], 돌출 구동 피처[예컨대, 렌치 플랫(wrench flat), 6각 헤드(hex head) 등], 등일 수 있다. 상기 제1 단부(1908)는 볼(1906)이 하우징(1902)의 제1 단부(1908)로부터 벗어나는 것을 방지하는 안착부(1926)를 더 포함한다.
상기 접촉 부재(1914)는 클램프 부싱(1916)과 어댑터(1906) 사이에 결합된다. 이 접촉 부재(1914)는 일반적으로 하우징(1902) 내의 볼 위치들의 범위에서 실질적으로 또는 완전하게 어댑터(1906)와 볼(1906)을 전기적으로 접속시키도록 구성된다. 이 접촉 부재(1914)는 전술한 바와 같이 구성될 수 있다.
도 6, 도 7a 및 도 7b에 도시되어 있고 도 8에 세부적으로 도시된 실시 형태에서, 상기 접촉 부재(1914)는 복수의 굴곡부(1944)가 극 배열로 연장하는 환형 베이스(1942)를 포함한다. 이 굴곡부(1944)는 베이스(1942)에서 원위(遠位) 단부(2108)까지 연장하는 2개의 지지 부재(2102)를 포함한다. 이들 지지 부재(2102)는 복수의 가로대(rung; 2104)에 의해 결합되어, 이하에서 추가로 논의되는 바와 같이 작은 압력 강하로 접촉 부재(1914)를 지나가는 흐름을 촉진시키는 소구멍(2110)을 형성한다. 볼(1906)에 접촉하도록 되어 있는 접촉 패드(2106)가 굴곡부(1944) 각각의 원위 단부(2108)에서 지지 부재(2102)를 결합시킨다. 일반적으로, 상기 굴곡부(1944)는 공정 화학 물질과 함께 사용하는 데에 적합한 탄성 및 전도성 재료로 제조된다. 일 실시 형태에서, 이 굴곡부(1944)는 금 도금 베릴륨 구리로 제조된다.
도 6 내지 도 7b로 돌아가면, 상기 클램프 부싱(1916)은 나사진 기둥(1922)이 연장하는 깔대기형 헤드(flared head; 1924)를 포함한다. 이 클램프 부싱(1916)은 유전성 또는 전도성 재료로 제조될 수 있고, 일 실시 형태에서는 하우징(1902)과 동일한 재료로 제조된다. 상기 깔대기형 헤드(1924)는 볼 조립체(1900)의 중심선에 대해 예각으로 굴곡부(1944)를 유지시키며, 그 결과 접촉 부재(1914)의 접촉 패드(2106)가 볼(1906)의 표면 주위에 전개되도록 위치 조정되고, 이에 따라 볼 조립체(1900)의 조립 중에, 그리고 볼(1906)의 이동 범위에서 굴곡부(1944)에 대한 만곡, 결합 및/또는 손상을 방지한다.
상기 클램프 부싱(1916)의 기둥(1922)은 베이스(1942)의 홀(1946)을 관통하여 배치되고, 어댑터(1906)를 통과하여 형성된 통로(1936)의 나사진 부분(1940)에 나사 결합한다. 이 클램프 부싱(1916)을 통과하는 통로(1918)는 깔대기형 헤드(1924)에 위치하는 단부에 구동 피처(1920)를 포함한다. 유사하게, 상기 통로(1936)는 나사진 부분(1940)에 대향하는 단부에 구동 피처(1938)를 포함한다. 이들 구동 피처(1920, 1938)은 전술한 구동 피처들과 비슷할 수 있고, 일 실시 형태에서는 6각 드라이버와 함께 사용하기에 적합한 6각형 홀이다. 상기 클램프 부싱(1916)은 접촉 부재(1914) 또는 다른 구성 부재를 손상시키는 일없이 접촉 부재(1914)와 어댑터(1904) 사이에 우수한 전기적인 접촉을 보장하는 정도로 조여진다.
일반적으로, 상기 어댑터(1904)는 공정 화학 물질과 양립할 수 있는 전기 전도성 재료로 제조되며, 일 실시 형태에서는 스테인리스강으로 제조된다. 이 어댑터(1904)는 나사진 기둥(1930)이 일측으로부터 연장하고, 보스(boss; 1934)가 타측으로부터 연장하는 환형 플랜지(1932)를 포함한다. 상기 나사진 기둥(1930)은 전원(1972)에 볼 조립체(1900)의 각각의 볼(1906)을 결합시키는 압반(1950)에 배치된 접촉 판(1980)과 결합하도록 되어 있다.
상기 보스(1934)는 하우징(1902)의 제2 단부(1910) 속에 수용되고, 접촉 부재(1914)를 클램핑하기 위한 표면을 포함한다. 이 보스(1934)의 측면에 배치되고 적어도 하나의 나사진 홀(2006)이 보스(1934)에 추가로 형성되어 있고, 이 홀(2006)은 하우징(1902)에 형성된 홀(2004)을 통과해서 배치된 파스너(2002)에 맞물리며, 이에 따라 하우징(1902)을 어댑터(1904)에 고정시키고, 볼(1906)을 하우징(1902) 속에 포획한다. 도 7a에 도시된 실시 형태에서, 접시머리(counter-sunk) 홀(2004)을 통해 하우징(1902)을 어댑터(1904)에 결합시키기 위해 3개의 파스너가 도시되어 있다. 이들 하우징(1902)과 어댑터(1904)는 스테이킹, 접착, 본딩, 억지끼워맞춤, 다월핀(dowel pins), 스프링 핀, 리벳, 리테이닝 링(retaining ring) 등과 같은 다른 방법 또는 디바이스에 의해 체결될 수 있다.
상기 볼(1906)은 일반적으로 스프링력, 부양력 및 유동력 중의 적어도 하나에 의해 연마 표면(1964)을 향해 작동한다. 도 6에 도시된 실시 형태에서, 어댑터(1904)와 클램프 부싱(1916)을 통과하는 통로들(1936, 1918)는 압반(1950)을통해 전해액 공급기(1970)에 결합된다. 이 전해액 공급기(1970)는 통로(1936, 1918)를 통해 중공 하우징(1902)의 내부로 전해액을 공급한다. 이 전해액은 안착부(1926)와 볼(1906) 사이의 하우징(1902)을 빠져나가고, 따라서 프로세싱 동안 볼(1906)이 연마 표면(1964)을 향해 바이어싱되게 하고, 기판(114)과 접촉하게 한다.
상기 볼(1906)에 가하는 힘이 하우징(1902) 내에서 볼(1906)의 상이한 높이전체에서 일정하도록, 릴리프 또는 홈(1928)이 굴곡부(1944)의 원위 단부(2108)(도 21)을 수용하도록 하우징(1902)의 내벽에 형성되어 볼(1906)을 지나는 전해액의 흐름을 구속하는 것을 방지한다. 안착부(1926)로부터 멀리 배치된 홈(1928)의 단부는 일반적으로 볼(1906)이 하강한 위치에 있을 때 볼(1906)의 직경 위치 또는 그 아래에 있도록 구성된다.
도 9는 ＥＣＭＰ 스테이션(2290)에 대한 다른 실시 형태의 사시도이고, 도 10 및 도 11은 도 9의 ＥＣＭＰ 스테이션(2290)의 볼 조립체(2200)의 사시도 및 부분 단면도이다. 이 ＥＣＭＰ 스테이션(2290)은 연마 패드 조립체(2260)(도 9에 부분적으로 도시)를 지지하는 압반(2250)을 포함한다. 이 압반(2250)은 이로부터 돌출한 적어도 하나의 볼 조립체(2200)를 포함하고, 전원(1972)에 결합된다. 이 볼 조립체(2200)는 프로세싱 동안 기판(114)의 표면(도 11에 도시)을 전기적으로 바이어싱하도록 되어 있다. 비록 1개의 볼 조립체(2200)가 압반(2250)의 중심에 결합되는 것으로 도 9에 도시되어 있지만, 어떤 개수의 볼 조립체도 이용될 수 있고, 압반(2250)의 중심선에 대해 임의의 개수의 구성으로 분포될 수 있다.
상기 연마 패드 조립체(2260)는 전술한 실시 형태들중의 어느 것도 포함하여 기판을 처리하는 데에 적합한 어떤 패드 조립체일 수 있다. 이 연마 패드 조립체(2260)는 전극(2462)과 연마 층(2466)을 포함할 수 있다. 일 실시 형태에서, 상기 연마 패드 조립체(2260)의 연마 층(2466)은 폴리우레탄 패드와 같이, 유전성을 띠는 연마 표면(2464)을 포함할 수 있다. 다른 실시 형태에서, 상기 연마 패드 조립체(2260)의 연마 층(2466)은 전도성 입자가 내부에 분산된 폴리머 매트릭스, 전도성 코팅 직물 등과 같이, 전도성을 띠는 연마 표면(2464)을 포함할 수 있다. 상기 연마 표면(2464)이 전도성인 실시 형태에서, 이들 연마 표면(2464)과 전극(2462)은 스위치(1974)를 경유하여 전원(1972)(점선으로 도시하였음)에 결합될 수 있으며, 이 스위치는 동력이 볼 조립체(2200)와 전도성 연마 표면(2464)에 선택적으로 스위칭할 수 있게 해주며, 따라서 연마 패드 조립체(2260)로부터 기판(114)을 상승시키는 일없이 기판(114)으로부터 벌크 금속 제거와 잔류 금속 제거가 각각 용이하게 된다.
일반적으로, 상기 볼 조립체(2200)는 압반(2250)에 결합되고, 적어도 부분적으로는 연마 패드 조립체(2260)에 형성된 각각의 소구멍(2468)을 통과한다. 이 볼 조립체(2200)는 복수의 볼(1906)을 보유하는 하우징(2302)을 포함한다. 이 볼(1906)은 하우징(2302) 내에 이동 가능하게 배치되고, 볼(1906)의 적어도 일부가 연마 표면(2464) 위로 연장하는 제1 위치와, 볼(1906)이 연마 표면(2464)과 동일한 높이에 있는 적어도 제2 위치에 배치될 수 있다. 일반적으로, 상기 볼(1906)은 기판(114)을 전기적으로 바이어싱시키는 데에 적합하고, 전술한 바와 같이 구성될 수있다.
상기 하우징(2302)은 압반(2250)에 분리 가능하게 결합되어, 다수의 연마 싸이클 후에 본 조립체(2200)의 교체를 용이하게 한다. 일 실시 형태에서, 상기 하우징(2302)은 복수의 나사(2308)에 의해 압반(2250)에 결합된다. 상기 하우징(2302)은 하부 하우징(2306)에 결합된 상부 하우징(2304)를 포함하고, 이들 상하부 하우징들 사이에 볼(1906)을 유지시킨다. 이 상부 하우징(2304)은 공정 화학 물질과 양립할 수 있는 유전성 재료로 제조된다. 일 실시 형태에서, 이 상부 하우징(2304)은 PEEK로 만들어진다. 이 하부 하우징(2306)은 공정 화학 물질과 양립할 수 있는 전도성 재료로 제조된다. 일 실시 형태에서, 이 하부 하우징(2306)은 스테인리스강으로 만들어진다. 이 하부 하우징(2306)은 전력원(1972)에 결합된다. 이들 하우징(2304, 2306)은 나사결합(screwing), 볼트결합(bolting), 리벳팅, 본딩, 스테이킹, 클렘핑 등을 포함하되 이들에 한정되지 않는 임의의 개수의 방법으로 결합될 수 있다. 도 9 내지 도 11에 도시된 실시 형태에서, 이들 하우징(2304, 2306)은 복수의 나사(2408)에 의해 결합된다.
상기 볼(1906)은 이들 하우징(2304, 2306)을 관통하는 복수의 소구멍(2402) 속에 배치된다. 이들 소구멍(2402) 각각의 상부는 상부 하우징(2304)으로부터 소구멍(2402) 속으로 연정하는 안착부(2404)를 포함한다. 이 안착부(2404)는 볼(1906)이 소구멍(2402)의 상단부를 빠져 나오지 못하도록 구성된다.
접촉 부재(1914)는 각각의 소구멍(2402) 속에 배치되어 볼(1906)을 하부 판(2306)에 전기적으로 결합시킨다. 각각의 접촉 부재(1914)가 개개의 클램프 부싱(1916)에 의해 하부 판(2306)에 결합된다. 일 실시 형태에서, 상기 클램프 부싱(1916)의 기둥(1922)은 하우징(2302)을 통과하는 소구멍(2402)의 나사진 부분(2410)에 나사 결합된다.
이들 소구멍(2402) 각각의 상부는 상부 하우징(2304) 속에 형성된 릴리프 또는 홈(2406)을 포함한다. 이 홈(2406)은 접촉 부재(1914)의 원위 부분을 수용하도록 구성되고, 이에 의해 전해액 공급기(1970)로부터 볼(1906)과 하우징(2302) 사이로 흐르는 전해액의 구속을 방지한다. 이 전해액 공급기(1970)는 프로세싱 동안에 소구멍(2402)을 통해 전해액을 공급하고, 기판(114)과 접촉하게 한다.
프로세싱 동안, 상기 하우징(2302) 내부에 배치된 볼(1906)은 일반적으로 스프링력, 부양력 및 유동력 중의 적어도 하나에 의해 연마 표면(2464)을 향해 작동한다. 이들 볼(1906)은 기판(114)을 접촉 부재(1914)와 하부 판(2306)을 통해 전력 공급기(1972)에 전기적으로 결합시킨다. 하우징(2302)을 통과하는 전해액은 전극(2462)과 바이어싱된 기판(114) 상에 전도성 경로를 제공하며, 이에 의해 전기화학적 연마 공정을 가동시킨다.
따라서, 기판의 전기화학적 연마에 적합한 전도성 부품에 대한 다양한 실시 형태가 제공되었다. 이들 전도성 부품은 기판의 표면에 대해 양호한 순응도를 제공하여 연마 성능을 높이는 균일한 전기 접촉을 향상시킨다. 게다가, 이들 전도성 부품은 프로세싱 동안에 흠집 형성을 최소화하도록, 바람직하게는 결함 발생을 감소시키도록 구성되어 있으며, 이에 의해 프로세싱의 단위 비용을 낮춘다.
상술한 바는 본 고안의 다양한 실시 형태에 관한 것이지만, 본 고안에 대한기타의 추가 실시 형태들도 본 고안의 기본적인 범위로부터 벗어나지 않고 고려될 수 있고, 본 고안의 범위는 첨부한 청구범위에 의해 결정된다.
따라서, 본 고안의 실시예들은 전기화학적 증착 기법, 전기화학적 용해 기법, 연마 기법 및/또는 이의 조합을 사용하여 기판에 있는 층을 평탄화하기 위한 제조 부품과 장치를 제공할 수 있는 효과가 있다.

Claims (39)

  1. 내부 통로를 포함하는 하우징;
    상기 하우징의 제1 단부에서 상기 내부 통로 속으로 연장하는 환형 안착부;
    상기 하우징 속에 배치되고, 상기 안착부에 의해 상기 하우징을 빠져 나가는 것이 방지되는 볼;
    상기 하우징의 제2 단부에 결합되는 전도성 어댑터; 및
    상기 어댑터와 상기 볼을 전기적으로 결합시키는 접촉 부재를 포함하는 볼 조립체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 볼은 연질 전도성 재료로 구성된 외면을 포함하는 것을 특징으로 하는 볼 조립체.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 볼은 연질 탄성 코어인 것을 특징으로 하는 볼 조립체.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 코어는 탄성 유기질 폴리머, 에틸렌-프로필렌-디엔(EDPM), 폴리알켄, 폴리알킨, 폴리에스테르, 폴리아로매틱 알켄/알킨, 폴리이미드, 폴리카보네이트,폴리우레탄, 유기질 폴리머, 실록산, 폴리실리콘 및 폴리실란으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 재료를 적어도 부분적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 볼 조립체.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 볼은 전도성 폴리머와 내부에 전도성 재료가 배치된 폴리머 중에서 적어도 하나로 구성되는 것을 특징으로 하는 볼 조립체.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 볼은 자신의 적어도 일부가 상기 하우징의 제1 단부 너머로 노출된 제1 위치와, 상기 하우징의 제1 단부와 높이가 동일한 적어도 제2 위치 사이에서 이동 가능하며, 상기 접촉 부재는 상기 제1 및 제2 위치 사이에서 볼과 전기적인 접촉을 유지하는 것을 특징으로 하는 볼 조립체.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 볼은 금 외부 표면과 구리 외부 표면 중에서 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 볼 조립체.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 하우징은 상기 제1 단부에 배치된 구동 피처를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 볼 조립체.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 구동 피처는 6각형 돌출부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 볼 조립체.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 하우징은 PEEK로 제조되는 것을 특징으로 하는 볼 조립체.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 접촉 부재는,
    환형 베이스; 및
    상기 베이스로부터 원위 단부까지 연장하는 복수의 굴곡부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 볼 조립체.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 하우징은, 상기 굴곡부의 원위 단부를 수용하기 위해 상기 하우징의 내벽에 형성된 환형 홈을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 볼 조립체.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 굴곡부 각각은,
    제1 단부가 상기 베이스에 결합되고, 상기 제1 단부로부터 상기 굴곡부의 원위 단부까지 연장하는 2개의 부재;
    상기 부재를 결합시키는 복수의 가로대; 및
    상기 굴곡부의 원위 단부에서 상기 부재를 결합시키는 접촉 패드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 볼 조립체.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 접촉 부재를 상기 어댑터에 결합시키는 클램프 부싱을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 볼 조립체.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 클램프 부싱은,
    헤드; 및
    상기 헤드로부터 상기 접촉 부재의 베이스를 통해 연장하며, 상기 어댑터를 적어도 부분적으로 통과하는 통로의 나사진 부분에 맞물리는 나사진 기둥을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 볼 조립체.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 헤드는 구동 피처를 포함하는 것을 특징으로 하는 볼 조립체.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 클램프 부싱의 구동 피처는 상기 클램프 부싱을 통과하여 배치된 통로의 적어도 일부분에 형성된 6각 홀인 것을 특징으로 하는 볼 조립체.
  18. 제 11 항에 있어서,
    상기 접촉 부재는 금 코팅된 베릴륨 구리인 것을 특징으로 하는 볼 조립체.
  19. 제 1 항에 있어서,
    상기 어댑터는,
    상기 하우징의 제2 단부와 결합하는 보스; 및
    상기 보스로부터 상기 하우징에 대향하면서 연장하는 나사진 기둥을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 볼 조립체.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 어댑터는 상기 헤드와 상기 나사진 기둥을 통과하여 형성된 통로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 볼 조립체.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 어댑터는 구동 피처를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 볼 조립체.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 구동 피처는 상기 나사진 기둥 속에 배치된 통로의 일부분에 형성된 6각 홀을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 볼 조립체.
  23. 제 1 항에 있어서,
    상기 볼은 중공된 것을 특징으로 하는 볼 조립체.
  24. 제 1 항에 있어서,
    상부면이 그 위의 기판을 처리하도록 되어 있는 연마 재료;
    상기 연마 재료를 지지하는 압반; 및
    상기 전도성 어댑터의 일부분을 수용하는 홀을 갖춘 상기 압반 속에 배치된 전도성 접촉 판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 볼 조립체.
  25. 비전도성 연마 표면을 갖는 상부층;
    상기 상부층에 결합되는 전도층;
    상기 전도층을 상기 연마 표면으로 노출시키기 위해 상기 상부층을 관통하여 형성되는 제 1 세트의 홀; 및
    상기 상부층과 전도층을 통하여 형성되는 적어도 하나의 구멍을 포함하는 기판을 연마하기 위한 연마 부품.
  26. 제 25 항에 있어서,
    상기 제 1 세트의 홀들은 상기 전도층의 상면을 노출시키는 것을 특징으로 하는 기판을 연마하기 위한 연마 부품.
  27. 제 26 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 구멍은 상기 상부층과 전도층의 중심을 통해 형성되는 단일 통로인 것을 특징으로 하는 기판을 연마하기 위한 연마 부품.
  28. 제 26 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 구멍은 상기 상부층과 전도층을 통해 형성되는 다수의 통로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판을 연마하기 위한 연마 부품.
  29. 제 25 항에 있어서,
    상기 상부층과 상기 전도층 사이에 끼워지는 서브패드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판을 연마하기 위한 연마 부품.
  30. 제 29 항에 있어서,
    상기 서브패드, 전도층 및 상부층은 압축 몰딩, 스테이킹, 패스닝, 접착 및 본딩 중 작어도 하나에 의해 결합되는 것을 특징으로 하는 기판을 연마하기 위한연마 부품.
  31. 제 29 항에 있어서,
    상기 서브패드는 적어도 하나의 폴리우레탄, 충전제 혼합된 폴리우레탄, 폴리카보네이트, 폴리피넬린 설파이드(PPS), 에틸렌-프로플렌-디엔-메틸렌(EDPM), TeflonTM폴리머, 우레탄 주입된 압축성 섬유 및 이들의 조합으로부터 제조되는 것을 특징으로 하는 기판을 연마하기 위한 연마 부품.
  32. 제 29 항에 있어서,
    상기 서브패드는 약 20 내지 90 Shore A 스케일의 경도를 갖는 것을 특징으로 하는 기판을 연마하기 위한 연마 부품.
  33. 제 25 항에 있어서,
    상기 전도층은 스테인레스 스틸인 것을 특징으로 하는 기판을 연마하기 위한 연마 부품.
  34. 제 25 항에 있어서,
    상기 전도층은 다수의 전기적 영역을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판을 연마하기 위한 연마 부품.
  35. 제 34 항에 있어서,
    상기 전기적 영역은 동심 링을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판을 연마하기 위한 연마 부품.
  36. 제 25 항에 있어서,
    상기 전도층은 전원에 결합하기 위한 단자를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판을 연마하기 위한 연마 부품.
  37. 제 25 항에 있어서,
    상기 상부층은 폴리우레탄으로 제도되는 것을 특징으로 하는 기판을 연마하기 위한 연마 부품.
  38. 비전도성 연마 표면을 갖는 상부층;
    상기 연마 표면의 반대편상의 상기 상부층에 결합되는 서브패드;
    상기 서브패드를 상기 상부층에 끼워넣고 전원에 결합하기 위한 단자를 갖는 전도층;
    상기 전도층을 상기 연마 표면으로 노출시키기 위해 상기 상부층과 서브패드를 관통하여 형성되는 제 1 세트의 홀; 및
    상기 상부층, 서브패드 및 전도층을 통하여 형성되는 적어도 하나의 구멍을포함하는 기판을 연마하기 위한 연마 부품.
  39. 제 38 항에 있어서,
    상기 전도층은 개별적으로 바이어스할 수 있는 다수의 전기적 영역을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판을 연마하기 위한 연마 부품.
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