KR20060026437A - 전기화학적-기계적 연마용 연마 패드 - Google Patents

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KR20060026437A
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롤랜드 케이 세빌라
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캐보트 마이크로일렉트로닉스 코포레이션
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Abstract

본 발명은, (a) 제1 깊이와 제1 폭을 갖는 제1 세트의 홈을 포함하는 상부 표면; 및 (b) 제2 깊이와 제2 폭을 갖는 제2 세트의 홈을 포함하는 기저 표면을 갖는 바디를 포함하며, 상기 제1 세트의 홈과 제2 세트의 홈이 상호연결되고 정렬되지 않도록 배향된 것인 연마 패드를 제공한다.
전기화학적 연마, 연마 패드, 기저표면, 홈

Description

전기화학적-기계적 연마용 연마 패드{POLISHING PAD FOR ELECTROCHEMICAL-MECHANICAL POLISHING}
본 발명은 전기화학적-기계적 연마에 사용하기 위한 연마 패드에 관한 것이다.
연마 방법은 반도체 웨이퍼, 필드 이미션 디스플레이 및 다수의 기타 마이크로엘렉트로닉 기판 상에 편평한 표면을 형성하기 위해 마이크로엘렉트로닉 소자의 제조에 사용된다. 예컨대, 반도체 소자의 제조는 일반적으로, 반도체 웨이퍼를 형성하기 위하여 다양한 프로세스 층의 형성, 이들 층 일부의 선택적 제거 또는 패터닝, 및 반도체 기판의 표면위에 추가의 프로세스 층의 증착을 포함한다. 상기 프로세스 층으로는, 예컨대, 절연층, 게이트 산화물 층, 전도 층, 및 금속 또는 글래스 층 등이 포함된다. 일반적으로 웨이퍼 공정의 특정 단계에서 프로세스 층의 가장 윗면이 평면, 즉 편평한 것이 이후의 층의 증착을 위해 바람직하다. 화학기계적 연마(CMP)와 같은 연마 공정은 프로세스 층을 평탄화하기 위해 사용되며, 여기서 전도성 또는 절연성 물질과 같은 증착된 물질은 연마되어 이후의 공정 단계를 위해 웨이퍼를 평탄화한다.
구리는 그의 바람직한 전기적 특성으로 인해 마이크로엘렉트로닉 소자의 제 조에의 사용이 증가하고 있다. 상감기법 (adamantane) 또는 이중 상감기법 방법과 같은 기술이 현재 구리 기판 특성부의 제작에 사용되고 있다. 상감기법 방법에서 특성부가 유전 물질에 정의되고, 배리어층 재료는 상기 특성부의 표면위에 증착되고, 구리가 상기 배리어층 및 주위의 필름 위에 증착된다. 그러한 공정은 이후의 가공 전에, 예컨대 연마에 의해 제거되어야 할 기판 표면 상에 과량의 구리 증착을 야기한다.
과량의 구리의 제거는 전도성 물질과 배리어층 사이의 계면이 일반적으로 비평면이라는 점에 의해 문제가 된다. 잔여 구리가 비평면 계면에 의해 형성된 요철에 잔류할 수 있다. 전도성 및 배리어 재료는 빈번히 상이한 속도로 기판 표면으로부터 제거되고, 이는 기판 표면 상에 잔기로서 잔류하는 과량의 전도성 물질을 야기할 수 있다. 부가적으로, 상기 기판 표면은, 그에 형성된 특성부의 밀도 또는 크기에 따라 다양한 표면 국소학을 가질 수 있으며, 이는 기판 표면의 상이한 표면 국소학을 따라 상이한 구리 제거 속도를 야기한다. 이들 모든 면이 기판 표면으로부터의 구리의 효과적인 제거 및 기판 표면의 최종 평면성을 달성하기 어렵게 한다.
기판 표면으로부터 원하는 구리 모두는 기판 표면의 과도연마 (overpolishing)에 의해 제거될 수 있다. 그러나, 과도연마는 특성부에서 요면부 또는 함몰부 ("디싱") 또는 유전 물질의 과다한 제거 ("침식")와 같은 국소학적 결함을 야기할 수 있다. 디싱 및 침식으로부터 국소학적 결함은 추가로 그아래에 위치하는 배리어층과 같은 다른 층의 비균일한 제거를 추가로 야기할 수 있다.
기판 표면에서 구리 상감기법을 형성하기 위한 저유전상수 (로우-K) 재료의 사용은 구리 표면의 연마와 함께 또 다른 문제를 일으킨다. 로우-K 유전물질, 예컨대 탄소-도핑된 실리콘 옥사이드는 통상적인 연마 다운포스 압력 (즉, 40 kPa)하에서 변형 또는 파손될 수 있으며, 이는 기판 연마 품질 및 소자 형성에 악영향을 줄 수 있다. 예컨대, 기판과 연마 패드사이에 상대적인 회전 이동은 기판 표면을 따른 전단력을 유도하고 로우-K 재료가 국소학적 결함을 형성하도록 변형될 수 있다.
구리 및 로우-K 유전 물질을 포함하는 기판에서의 연마 결함을 최소화하기 위한 접근법은 전기화학적-기계적 연마 (ECMP)를 사용하여 구리를 연마하는 것이다. ECMP는 통상적인 CMP 방법에 비해 감소된 기계적 연삭으로 기판을 연마시킴과 동시에 전기화학적 용출에 의해 기판 표면으로부터 전도성 물질을 제거할 수 있다. 전기화학적 용출은 캐소드와 기판 표면사이에 바이오스를 인가하여 전도성 물질을 기판 표면에서 주위의 전해질 용액 또는 슬러리로 제거함으로써 수행된다. ECMP 시스템의 일 실시태양에서, 상기 바이어스는 기판 서포트 장치, 예컨대 기판 캐리어 헤드에서 기판 표면과 전기적 전달되는 전도성 컨택트의 링에 의해 인가된다. 그러나, 상기 컨택트 링은 기판 표면에 걸쳐 전류의 불균일한 분포를 나타내어 불균일한 용출을 야기하는 것으로 밝혀졌다. 기계적 연삭은 통상적인 연마 패드와 기판을 접촉하도록 위치시키고 그 사이에 상대적 이동을 제공함으로써 수행된다. 그러나, 통상적인 연마 패드는 기판의 표면에 전해질 용액의 흐름을 빈번히 제한한다. 부가적으로, 연마 패드는 기판 표면에 바이어스의 인가를 저해하여 기판 표면 으로부터 물질의 불균일한 또는 일정치않은 용출을 야기할 수 있는 절연 물질로 이루어질 수도 있다.
결과로서, ECMP 동안에 기판 표면상에 전도성 물질의 제거를 위한 개선된 연마 패드에 대한 요구가 있다. 본 발명은 그러한 연마 패드를 제공한다. 본 발명의 이들 및 기타 장점, 및 부가적인 본 발명의 기술적 특징은, 본원에 제공된 본 발명의 상세한 설명으로부터 명확할 것이다.
본 발명의 요약
본 발명은 (a) 제1 세트의 홈을 포함하는 상부 표면; 및 (b) 제2 세트의 홈을 포함하는 기저 표면을 갖는 바디를 포함하며, 상기 제1 세트의 홈과 제2 세트의 홈이 상호연결되고 정렬되지 않도록 배향된 것인 연마 패드를 제공한다. 본 발명은 추가로 상기 연마 패드의 사용을 포함하는 전기화학적-기계적 연마 방법을 제공한다.
도 1a는 제1 세트의 선형 홈(12)을 포함하는 상부 표면(10) 및 제2 세트의 선형 홈(16) (제1 세트의 홈에 대해 90도 배향됨)을 포함하는 기저 표면(14)을 갖는 본 발명의 연마패드를 도시하는 부분 단면 사시도이며, 여기서 상기 제1 세트 및 제2 세트의 홈의 교차점은 1차 채널(20)을 생성한다.
도 1b는 제1 세트의 선형 홈(12) 및 제2 세트의 선형 홈(16) (제1 세트의 홈 에 대해 90도 배향됨)을 포함하는 본 발명의 연마 패드를 도시하는 부분 평면도이며, 여기서 상기 제1 세트 및 제2 세트의 홈의 교차점은 1차 채널(20)을 생성한다.
도 2는 제1 세트의 커브형 홈(12) 및 제2 세트의 커브형 홈(16) (제1 세트의 홈에 대해 45도 배향됨)을 포함하는 본 발명의 연마 패드를 도시하는 부분 평면도이며, 여기서 상기 제1 세트 및 제2 세트의 홈의 교차점은 1차 채널(20)을 생성한다.
도 3은 제1 세트의 원형 홈(12) 및 제2 세트의 원형 홈(16) (상기 원형 홈의 직경의 반인 거리로 이격됨)을 포함하는 본 발명의 연마 패드를 도시하는 부분 평면도이며, 여기서 상기 제1 세트 및 제2 세트의 홈의 교차점은 1차 채널(20)을 생성한다.
도 4는 제1 세트의 선형 홈(12), 제2 세트의 선형 홈(16), 및 2차 채널(22)을 포함하는 본 발명의 연마 패드를 도시하는 부분 평면도이다.
도 5a는 제1 세트의 선형 홈(12)을 포함하는 상부 표면(10) 및 제2 세트의 선형 홈을 포함하는 기저 표면(14) (제1 세트의 홈에 대해 90도 배향됨)을 갖는 본 발명의 연마 패드를 도시하는 부분 단면 사시도이며, 여기서 상기 제1 세트 및 제2 세트의 홈의 교차점은 1차 채널(20)을 생성하고, 연마 패드는 2차 채널(22)을 더 포함한다.
도 5B는 제1 세트의 선형 홈(12) 및 제2 세트의 선형 홈(16) (제1 세트의 홈에 대해 90도 배향됨)을 포함하는 본 발명의 연마 패드를 도시하는 부분 평면도이며, 여기서 연마 패드는 1차 채널(20) 및 2차 채널(22)를 더 포함한다.
도 6은 제1 세트의 선형 홈(12) 및 제2 세트의 선형 홈(16) (제1 세트의 홈에 대해 90도 배향됨)을 포함하는 본 발명의 연마 패드를 도시하는 부분 평면도이며, 여기서 제1 세트 및 제2 세트의 홈의 폭은 연마 패드의 일측으로부터 다른 측까지 증가한다.
도 7은 본 발명의 연마 패드를 포함하는 전기화학적-기계적 연마 장치의 단면도이다.
본 발명의 상세한 설명
본 발명은 전기화학적-기계적 연마 ("EMP")에 사용하기 위한 연마 패드에 관한 것이다. 상기 연마 패드는 상부 표면 및 기저 표면을 갖는 바디를 포함한다. 상부 표면 및 기저 표면 모두는 홈을 가진다. 상부 표면은 제1 세트의 홈을 포함하고, 상기 기저 표면은 제2 세트의 홈을 포함한다. 상기 제1 세트 및 제2 세트의 홈은 상호연결된다. 바람직하게는, 상기 제1 세트 및 제2 세트의 홈은 연마 패드의 바디를 통해 그리고 가로질러 전해질의 최대 흐름을 제공하도록, 그리고 연마 패드의 바디 전반에 걸쳐 전해질 흐름의 최대 균일성을 제공하도록 서로에 대해 배향된다.
상기 홈은 임의의 적절한 단면 형상을 가질 수 있다. 예컨대, 제1 세트 및 제2 세트의 홈의 단면 형상은 선형 (예컨대, 평행선, XY 그물형), 커브, 원 (예컨대, 동심원), 타원, 정사각형, 직사각형, 삼각형, 다이아몬드, 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있다. 제1 세트의 홈의 단면 형상은 제2 세트의 홈의 단면 형상과 동일 또는 상이할 수 있다. 또한, 제1 세트 및 제2 세트의 홈은 상이한 단면 홈 형상의 조합을 각각 포함할 수 있다. 바람직하게는, 상기 제1 세트 및 제2 세트의 홈 중 적어도 하나는 선형 홈을 포함한다. 더욱 바람직하게는 상기 제1 세트 및 제2 세트의 홈 모두가, 선형 홈을 포함, 필수적으로 포함, 또는 그로 이루어진다.
제1 세트 및 제2 세트의 홈은 그들이 정렬되지 않도록 배향된다. 따라서, 제1 세트 및 제2 세트의 홈은 실질적으로 또는 완전히 서로를 덮지 않아야 한다. 제1 세트 및 제2 세트의 홈은, 연마 패드의 동일 표면에 있어야 할 경우 교차 (예컨대, 가로지름)하도록 서로에 대해 배향되어야 한다.
제1 세트 및 제2 세트의 홈의 특정 배향은 홈의 형상 및 수에 적어도 부분적으로 좌우된다. 예컨대, 제1 세트 및 제2 세트의 홈이 선형 홈으로 이루어질 때, 상기 제1 세트 및 제2 세트의 홈은 상기 선들이 비평행이도록 (예컨대, 비스듬한) 배향된다. 통상적으로, 제1 세트 및 제2 세트의 홈은, 상부 또는 기저 표면을 향하여 볼 때 (즉, 상부 및 기저 표면에 수직인 시선으로) 제1 세트의 홈이 제2 세트의 홈에 대해 10 내지 90도의 각도로 회전되도록 배향된다. 바람직하게는 제1 세트의 홈은 제2 세트의 홈에 대해 45 내지 90도 (예컨대, 60 내지 90도)의 각도로 회전된다. 그러한 연마 패드가 도 1a 및 도 1b에 도시되어 있다. 상기 연마 패드는 제1 세트의 홈(12)을 포함하는 상부 표면(10) 및 제2 세트의 홈(16) (제1 세트의 홈(12)이 제2 세트의 홈(16)에 대해 90도 각도로 배향됨)을 포함하는 기저 표면(14)을 갖는다. 상기 제1 세트 및 제2 세트의 홈이 커브형 홈일 경우, 상기 제1 세트 및 제2 세트의 홈은 바람직하게는 상이한 방향으로 배향된다. 예컨대, 제1 세트의 홈은 제2 세트의 홈에 대해 10 내지 180 (예컨대, 90, 120 또는 180도)의 각도로 회전될 수 있다. 그렇게 제2 세트의 커브형 홈(16)에 대해 45도 회전된 제1 세트의 커브형 홈(12)를 포함하는 연마 패드가 도 2에 도시된다.
상기 제1 및 제2 세트의 홈이 각각 원, 타원, 정사각형, 직사각형, 삼각형의 단면 형상을 가지는 홈을 포함하는 경우, 제1 세트의 홈이 적절한 거리에 의해 제2 세트의 홈으로부터 측면으로 이격되도록 상기 홈은 배향될 수 있다. 예컨대, 제2 세트의 홈은 개별 홈의 대칭축사이의 거리의 10% 이상 (예컨대, 20% 이상, 또는 40% 이상)인 거리로 제1 세트의 홈으로부터 이격될 수 있다. 다르게는, 제1 세트의 홈은 제2 세트의 홈에 대해 10 내지 180 (예컨대, 90, 120, 또는 180)의 각도로 회전될 수 있다. 도 3은 제1 세트의 원형 홈(12) 및 제2 세트의 원형 홈(16)을 포함하는 연마 패드를 도시하며, 여기서 제1 세트의 원형 홈은 개별 홈의 대칭축사이의 거리의 50%인 거리로 제2 세트의 원형 홈으로부터 이격된다.
상기 홈은 임의의 적절한 폭을 가질 수 있다. 제1 세트 및 제2 세트의 홈에서 각 홈의 폭은 동일 또는 상이할 수 있다. 통상적으로, 상기 홈 폭은 0.1 내지 2 mm 일 것이다. 상기 홈 폭은 연마 패드의 표면에 걸쳐 홈으로부터 홈까지 변화할 것이다. 제1 세트의 홈에 대한 평균 폭을 제1 홈 폭으로 정의한다. 유사하게, 제2 세트의 홈에 대한 평균 폭을 제2 홈 폭으로 정의한다. 상기 제1 및 제2 홈 폭은 동일 또는 상이할 수 있다.
상기 홈은 임의의 적절한 깊이를 가질 수 있다. 제1 세트 및 제2 세트의 홈에서 각 홈의 깊이는 동일 또는 상이할 수 있다. 제1 세트의 홈에 대한 평균 깊이를 제1 홈 깊이로 정의한다. 유사하게, 제2 세트의 홈에 대한 평균 깊이를 제2 홈 깊이로 정의한다. 상기 제1 및 제2 홈 깊이는 동일 또는 상이할 수 있다. 예컨대, 제1 홈 깊이는 제2 홈 깊이 이상이거나, 제2 홈 깊이가 제1 홈 깊이 이상일 수 있다.
제1 및 제2 홈 깊이의 합이 총 홈 깊이이다. 일 실시태양에서, 상기 총 홈 깊이는 연마 패드의 총 두께 (즉, 연마 패드의 상부 표면에서 기저 표면까지의 총 거리) 이상이다. 예컨대, 제1 홈 깊이 및 제2 홈 깊이는 각각 연마 패드의 두께의 1 내지 1.5배일 수 있다. 다르게는, 제1 홈 깊이는 연마 패드의 두께의 55% 이상 (예컨대, 60% 이상 또는 65% 이상)이고 제2 홈 깊이가 연마 패드의 두께의 45% 이하 (예컨대, 40% 이하, 또는 35% 이하)일 수 있다. 또다른 실시태양에서, 총 홈 깊이는 연마 패드의 총 두께 미만이다. 예컨대, 총 홈 깊이는 연마 패드의 총 두께의 90% 이상 (또는 80% 이상, 70% 이상 또는 60% 이상)일 수 있다.
바람직하게는, 총 홈 깊이는 연마 패드의 총 두께 이상이다. 총 홈 깊이가 연마 패드의 두께 이상일 때, 제1 세트 및 제2 세트의 홈은, 연마 패드의 상부 및 기저 표면에 수직으로 배향된 1차 채널에 의해 상호연결될 것이다. 이들 1차 채널의 치수는 제1 세트 및 제2 세트의 홈의 폭에 의해 정의된다. 1차 채널은 연마 패드의 바디를 통해 전해질이 흐를 수 있게 한다. 그러한 1차 채널(20)은 도 1a, 도 1b, 도 2 및 도 3에 도시되어 있다.
총 홈 깊이가 연마 패드의 총 두께 미만일 경우, 1차 채널이 연마 패드의 상부 및 기저 표면의 홈상에 형성되지 않도록 제1 세트 및 제2 세트의 홈은 2차 채널에 의해 상호연결되어 연마 패드의 두께를 통해 전해질의 흐름을 촉진시킬 수 있 다. 1차 채널과 마찬가지로, 2차 채널은 연마 패드의 상부 표면으로부터 기저표면까지로 연장되고, 상부 및 기저 표면에 수직으로 배향된다. 2차 채널은 임의의 적절한 단면 형상 (예컨대, 원형, 타원형, 정사각형, 삼각형, 다이아몬드 등) 및 임의의 적절한 치수를 가질 수 있다. 2차 채널의 직경은 임의의 직경일 수 있다. 예컨대, 2차 채널의 직경은 1차 채널과 동일 또는 상이할 수 있다. 2차 채널은 연마 패드를 가로질러 임의의 적절한 위치에 위치될 수 있다. 예컨대, 2차 채널은 홈내에 또는 홈외측 (예컨대 홈사이)에 위치될 수 있다. 2차 채널의 수 및 크기는, 적어도 부분적으로 연마되는 기판의 타입에 좌우될 것이다. 제1 세트의 홈(2), 제2 세트의 홈(16) 및 다수의 2차 채널(22) (제1 세트 및 제2 세트의 홈의 교차점에 위치함)을 포함하는 본 발명의 연마 패드가 도 4에 도시되어 있다.
물론, 2차 채널은 1차 채널과 결합하여 사용될 수 있다. 바람직한 실시태양에서, 제1 세트 및 제2 세트의 홈 모두는, 상기 홈이 1차 채널에 의해 상호연결되도록 연마 패드의 두께 이상의 총 홈 깊이를 갖는 선형 홈을 포함하며, 여기서 이들 세트의 홈은 90도의 각도를 형성하도록 배향된다. 도 5a 및 도 5b는 제1 세트의 홈(12)을 포함하는 상부 표면(10)과 제2 세트의 홈(16)을 포함하는 기저 표면을 포함하는 또다른 바람직한 연마 패드를 도시하며, 여기서 상기 제1 세트 및 제2 세트의 홈의 교차점이 1차 채널(20)을 생성하고, 상기 연마 패드는 다수의 2차 채널(22)를 더 포함한다.
바람직하게는, 연마 패드는 연마 패드를 통해 전해질의 흐름을 최대화하기 위해 높은 공동 부피를 가진다. 예컨대, 상기 공동 부피는 30% 이상 (예컨대, 50% 이상, 70% 이상, 또는 80% 이상)일 수 있다. 통상적으로, 상기 연마 패드의 공동 부피는 95% 이하 (예컨대, 90% 이하)일 것이다. 연마 패드의 공동 부피는, 연마 패드의 바디에서의 제1 세트 및 제2 세트의 홈, 1차 및 2차 채널, 및 임의의 공동 공간 (즉, 포아)에 의해 이루어진다. 연마 패드의 바디에서의 상기 공동 공간의 공동 부피는 상기 홈의 공동 부피 이상, 동일, 또는 미만일 수 있다. 바람직하게는, 연마 패드의 바디는, 전해질을 흡수 및 운송할 수 있는 개구형-셀 포아 구조를 포함한다.
바람직하게는, 제1 세트 및 제2 세트의 홈의 수, 폭, 깊이 및 배향은 연마 패드의 x, y 및 z 방향 각각의 전체에 걸쳐 전해질의 균일한 흐름을 생성하기 위해 최적화된다. 상기 연마 패드를 통한 전해질의 흐름은 연마 동안 연마 패드의 펌핑 작용에 의해 보조될 수 있다. 예컨대, 다공성 연마 패드는 연마 동안 전해질을 흡수한 후 연마 툴의 다운포스 압력이 증가함에 따라 전해질 슬러리를 방출할 수 있다. 상기 펌핑 작용은 연마 패드를 통한 전해질의 흐름을 연마 패드(및 애노드) 및(또는) 기판 캐리어의 회전 속도의 함수로서 주기적으로 변화하게 할 것이다. 제1 세트 및 제2 세트의 홈의 수, 폭, 깊이 및 배향은 최적화되어 이것이 연마 장치의 펌핑 작용과의 공명을 최대화시킬 수 있다. 연마 패드를 통한 전해질의 흐름도 또한 전해질 중 기체 버블의 존재에 의해 보조될 수 있다. 상기 기체 버블은 임의의 적절한 기체, 바람직하게는 공기를 포함할 수 있다.
일 실시태양에서, 홈의 폭 및(또는) 깊이, 따라서 홈의 부피 용량은 점진적으로 연마 패드의 일측으로부터 연마 패드의 다른측 (즉, 반대측)까지 감소한다. 도 6은 제1 세트의 선형 홈(12)와 제2 세트의 선형 홈(16) (제1 세트의 홈에 대해 90도 배향됨)을 갖는 본 실시태양의 연마 패드를 도시하며, 여기서 상기 제1 세트 및 제2 세트의 홈의 폭은 연마 패드의 일측으로부터 다른 측까지 증가하여 홈 부피 구배를 생성한다. 상기 구배 홈 구성을 갖는 연마 패드는, 연마 패드의 표면상으로 전해질을 국소적 도입하기 위해 하나 이상의 펌프를 사용하는 ECMP장치에 특히 바람직하다. 전해질이 보다 작은 전해질 용량을 갖는 연마 패드의 영역으로 국소적 도입되는 경우, 연마 패드의 디자인은 전해질의 흐름을 제한하고 전해질이 연마 패드를 빠져나가기전에 연마 패드의 다른 영역으로 흐르게 할 것이다. 그러한 패드 저항성의 부재에서는, 상기 전해질은 연마 패드의 작은 영역을 통해서만 흐를 수 있다. 연마 패드를 통한 전해질 흐름의 균일성은 기판 제거의 균일성을 달성하기 위해 중요하다.
제1 세트 및 제2 세트의 홈은 각이 질 수 있다. 상기 홈의 각도는 임의의 적절한 각도일 수 있으며, 상기 홈 각도의 예는 연마 패드의 면에 대해 75, 60, 45 또는 30도일 수 있다. 상기 제1 세트 및 제2 세트의 홈의 각도는 바람직하게는 전해질 흐름이 연마 패드 전체를 걸쳐 유도되도록 한다. 바람직하게는, 상기 제1 세트 및 제2 세트의 홈은 1차 채널(존재하는 경우)가 연마 패드의 바디를 통해 직선으로 연장되지 않도록 반대각도를 가지지만. 전해질의 흐름을 제한하기 위해 작용할 수 있는 벤드를 가진다.
본 발명의 연마 패드의 바디는, 임의의 적절한 물질을 포함할 수 있다. 통상적으로 연마 패드의 바디는 중합체 수지를 포함한다. 바람직하게는, 상기 중합 체 수지는, 열가소성 엘라스토머, 열가소성 폴리우레탄, 열가소성 폴리올레핀, 폴리카르보네이트, 폴리비닐알코올, 나일론, 엘라스토머 고무, 엘라스토머 폴리에틸렌, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리이미드, 폴리아라미드, 폴리아릴렌, 폴리아크릴레이트, 폴리스티렌, 폴리메틸메타크릴레이트, 이들의 공중합체 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된다. 더욱 바람직하게는 중합체 수지는 열가소성 폴리우레탄 수지이다.
고도로 홈이 파인 연마 패드의 특성 및 수반하는 높은 공동 부피 때문에, 중합체 수지의 타입 및 물리적 특성은 연마 패드의 물리적 일체성을 유지하는데 중용하다. 상기 연마 패드의 바디는 고체 물질, 폐쇄형 셀 물질 또는 개구형 셀 물질일 수 있다. 연마 패드에 존재하는 다공성의 정도 및 타입은, 적어도 부분적으로 연마되는 기판의 타입에 좌우될 것이다.
몇 실시태양에서, 연마 패드의 바디는 전도성이다. 이러한 점에서, 연마 패드의 바디는 전도성 중합체 또는 임베디드되거나 그안에 형성된 전도성 요소를 포함하는 비전도성 중합체를 포함할 수 있다. 상기 전도성 중합체는 임의의 적절한 전도성 중합체일 수 있다. 전도성 요소는 임의의 적절한 요소일 수 있다. 예컨대, 전도성 요소는 중합체 수지 전체에 걸쳐 균일하게 분산되는 입자, 섬유, 와이어, 코일 또는 시트로 이루어질 수 있다. 상기 전도성 요소는 임의의 적절한 전도성 물질을 포함할 수 있으며, 그로는 탄소 및 전도성 금속 (구리, 백금, 백금-코팅된 구리 및 알루미늄 등)이 포함된다. 적절한 전도성 연마 패드 요소의 예는 미국 특허 출원 공개 2002/0119286에 기재되어 있다.
연마 패드의 바디는 2이상의 연마 패드 층을 포함할 수 있다. 예컨대, 제1 세트의 홈은 제1 연마 패드 층에 함유되고 제2 세트의 홈은 제2 연마 패드 층에 함유될 수 있다. 상이한 연마 패드 층은 상이한 화학적 및 물리적 특성을 가질 수 있다. 몇 실시태양에서, 상기 제1 연마 패드 층이 제2 연마 패드 층보다 더 경성인 것이 바람직할 수 있다. 다중 패드 층이 접착제를 사용하거나 용접 또는 압출을 통해 함께 결합될 수 있다.
본 발명의 연마 패드는 바람직하게는 ECMP에 의해 기판을 연마하는 방법에 사용된다. 상기 방법은, (i) 본 발명의 연마 패드를 포함하는 전기화학적-기계적 연마 (ECMP) 장치를 제공하는 단계; (ii) 연마될 기판을 제공하는 단계; (iii) 상기 ECMP 장치에 전해질 전도성 유체를 공급하는 단계; (iv) 기판의 표면에 전기화학적 전위를 인가하는 단계; 및 (v) 기판에 대해 연마 패드를 이동시켜 기판을 연삭하여 그로써 기판을 연마하는 단계를 포함한다. 기판에 인가될 전기화학적 전위는 용도에 따라 고정되거나 시간에 걸쳐 변동될 수 있다.
상기 ECMP 장치는 임의의 적절한 ECMP 장치일 수 있으며, 이중 다수가 당업계에 공지되어 있다. 통상적으로, 상기 ECMP 장치는 ECMP 스테이션 및 캐리어 어셈블리를 포함한다. 상기 ECMP 스테이션은 바람직하게는, 전해질 챔버, 캐소드, 애노드, 기준 전극, 반투과성 멤브래인 및 본 발명의 연마 패드를 포함한다. 도 7에 도시된 바와 같이, 캐리어 어셈블리(36)는, ECMP 스테이션 위에 지지된다. 상기 캐소드(32)는 바람직하게는 전해질 챔버(30)의 기저에 배치되고, 전해질(42)에 침지된다. 애노드는 본 발명의 연마 패드(40)가 놓인 전도성 디스크(34)일 수 있 다. 다르게는, 애노드는 본 발명의 전도성 연마 패드일 수 있다. 상기 캐소드는 임의의 적절한 형상 및 치수를 가질 수 있으며, 임의의 적절한 전극 재료를 포함할 수 있다. 통상적으로, 상기 캐소드는, 애노드 용출에 의해 제거될 증착된 물질 이외의 물질을 포함하는 비소모성 전극이다. 예컨대, 상기 캐소드는, 백금, 구리, 알루미늄, 금, 은, 텅스텐 등을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 상기 캐소드는 백금을 포함한다. 상기 기준 전극(44)은 임의의 적절한 전극 물질을 포함할 수 있고, 바람직하게는 전해질(42)에 위치될 수 있다.
반투과성 멤브래인(38)은 바람직하게는 애노드 디스크(34) 및 캐소드(32) 사이에 위치된다. 상기 반투과성 멤브래인은, 전해질을 투과하게 하나 연마 파편 및 연마 동안 캐소드로부터 발생하는 공기 버블 (예컨대, 수소 버블)의 투과를 억제하는 기공 크기를 가진다. 바람직하게는, 반투과성 멤브래인은 5 내지 150 미크론의 기공 크기를 갖는 글래스 프릿이다.
상기 전해질 전도성 유체 (즉, 전해질)은 통상적으로 액체 캐리어 및 하나 이상의 전해질 염을 포함한다. 상기 액체 캐리어는 임의의 적절한 용매일 수 있고 바람직하게는 물을 포함하거나 물이다. 상기 전해질 염은 임의의 적절한 전해질 염일 수 있으며, 임의의 적절한 양으로 액체 캐리어에 존재할 수 있다. 통상적으로, 상기 전해질 염은 술폰산계, 인산계, 과염소산계 또는 아세트산계이다. 적절한 전해질 염으로는, 황산, 염화수소, 인산, 인산 칼륨 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 것들이 포함된다. 바람직하게는, 상기 전해질 염은 인산 칼륨이다. 상기 전해질은 또한 염기 화합물, 예컨대 수산화 칼륨을 추가로 포함할 수 있 다. 상기 전해질은 바람직하게는 0.2 M 이상 (예컨대, 0.5 M 이상, 또는 1.0 M 이상)의 농도를 가진다. 상기 전해질은 임의의 적절한 pH를 가질 수 있다. 통상적으로, 상기 전해질은 2 내지 11 (예컨대, 3 내지 10, 또는 4 내지 9)의 pH를 가진다.
상기 전해질은 임의로 연마재 입자 및 연마 첨가제를 포함한다.
상기 연마재는 임의의 적절한 연마재일 수 있으며, 실리카, 알루미나, 지르코니아, 티타니아, 게르마니아, 마그네시아, 세리아 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택될 수 있다. 연마 첨가제는 침식 억제제, 필름 형성제, 계면활성제 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.
본 발명의 연마 패드는 많은 타입의 기판 (예컨대, 웨이퍼) 및 기판 재료의 연마 방법에 사용하기 적절하다. 예컨대, 상기 연마 패드는 메모리 저장 소자, 글래스 기판, 메모리 또는 경성 디스크, 금속 (예컨대, 귀금속), 자기 헤드, 층간 절연 (ILD) 층, 중합체 필름, 저 및 고유전상수 필름, 강유전체, 마이크로-엘렉트로-미캐니칼 시스템 (MEMS), 반도체 웨이퍼, 필드 이미션 디스플레이, 및 기타 마이크로엘렉트로닉 기판, 특히 절연층 (예컨대, 금속산화물, 실리콘 질화물, 또는 저유전물질) 및(또는) 전도성 물질-함유층(예컨대, 금속함유 층)을 포함하는 기판 등을 연마하는데 사용될 수 있다. 용어 "메모리 또는 경성 디스크"는 전자기 형태로 정보를 보존하기 위한 임의의 자기 디스크, 하드 디스크, 경성 디스크 또는 메모리 디스크를 지칭한다. 메모리 또는 경성 디스크는 통상적으로 니켈-인을 포함하는 표면을 가지나, 상기 표면은 임의의 기타 적절한 재료를 포함할 수 있다. 통상적 으로, 기판은 하나 이상의 전도성 물질을 포함한다. 적절한 전도성 물질로는, 예컨대 구리, 탄탈륨, 텅스텐, 알루미늄, 니켈, 티타늄, 백금, 루테늄, 로듐, 이리듐, 이들의 알로이, 및 이들의 혼합물이 포함된다. 또한, 상기 기판은 금속 산화물 절연층을 통상적으로 함유한다. 적절한 금속산화물 절연층으로는, 예컨대, 알루미나, 실리카, 티타니아, 세리아, 지르코니아, 게르마니아, 마그네시아 및 이들의 조합을 포함한다. 또한, 상기 기판은 임의의 적절한 금속 복합체를 포함, 필수적으로 포함, 또는 그로 이루어질 수 있다. 적절한 금속 복합체로는, 예컨대, 금속 질화물 (예컨대, 탄탈륨 질화물, 티타늄 질화물, 및 텅스텐 질화물), 금속 카바이드 (예컨대, 실리콘 카바이드 및 텅스텐 카바이드), 니켈-인, 알루미노-보로실리케이트, 보로실리케이트 글래스, 포스포실리케이트 글래스(PSG), 보로포스포실리케이트 글래스 (BPSG), 실리콘/게르마늄 알로이, 및 실리콘/게르마늄/탄소 알로이가 포함된다. 상기 기판은 또한 임의의 적절한 반도체 베이스 재료를 포함, 필수적으로 포함, 또는 그로 이루어질 수 있다. 적절한 반도체 베이스 재료로는, 단결정 실리콘, 폴리-결정성 실리콘, 비정질 실리콘, 실리콘-온-절연체, 및 갈륨 아르세나이드가 포함된다.
당업자는 본 발명의 연마 패드가 전기화학적 활성과 관련된 또는 그렇지 않으면 연마 패드를 통해 연마 조성물 (예컨대, 액체 캐리어 및 연마 첨가제)의 상당한 양의 흐름을 요구하는 다른 제조 방법에 사용될 수 있다는 것을 용이하게 이해할 것이다. 예컨대, 본 발명의 연마 패드는 전기화학적 증착 및 전기화학적 기계적 도금 방법 (ECMPP) 및 전기화학적 증착 및 전기화학적 기계적 연마의 조합에 사 용될 수 있다.

Claims (26)

  1. (a) 제1 깊이와 제1 폭을 갖는 제1 세트의 홈을 포함하는 상부 표면; 및
    (b) 제2 깊이와 제2 폭을 갖는 제2 세트의 홈을 포함하는 기저 표면
    을 갖는 바디를 포함하며, 상기 제1 세트의 홈과 제2 세트의 홈이 상호연결되고 정렬되지 않도록 배향된 것인 연마 패드.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 세트의 홈과 제2 세트의 홈이 선형, 커브형, 원형, 타원형, 정사각형, 직사각형, 삼각형, 다이아몬드 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 단면 형상을 갖는 것인 연마 패드.
  3. 제2항에 있어서, 상기 홈이 선형 홈인 연마 패드.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제1 세트의 홈과 제2 세트의 홈이 평행하지 않은 것인 연마 패드.
  5. 제1항에 있어서, 30% 이상의 공동 부피를 갖는 연마 패드.
  6. 제5항에 있어서, 70% 이상의 공동 부피를 갖는 연마 패드.
  7. 제1항에 있어서, 상기 제1 세트의 홈이 제2 세트의 홈에 대해 10 내지 90도의 각도로 회전된 것인 연마 패드.
  8. 제7항에 있어서, 상기 각도가 90도인 연마 패드.
  9. 제1항에 있어서, 제1 세트의 홈의 제1 깊이 및 제2 세트의 홈의 제2 깊이가 결합하여 연마 패드의 두께 이상인 총 홈 깊이를 갖는 것인 연마 패드.
  10. 제9항에 있어서, 상기 제1 세트의 홈 및 제2 세트의 홈이, 연마 패드의 상부 표면에 수직으로 배향된 1차 채널에 의해 상호연결된 것인 연마 패드.
  11. 제10항에 있어서, 연마 패드의 두께를 통해 연장되는 다수의 2차 채널을 더포함하는 연마 패드.
  12. 제1항에 있어서, 상기 제1 세트의 홈의 제1 홈 깊이 및 제2 세트의 홈의 제2 홈 깊이가 결합하여 연마 패드의 두께 미만의 총 홈 두께를 갖는 것인 연마 패드.
  13. 제12항에 있어서, 상기 제1 세트의 홈 및 제2 세트의 홈이, 연마 패드의 두께를 통해 연장되는 다수의 2차 채널에 의해 상호연결된 것인 연마 패드.
  14. 제1항에 있어서, 상기 제1 세트의 홈, 제2 세트의 홈, 또는 이들의 조합이 0.1 내지 2 mm의 평균 홈 폭을 갖는 것인 연마 패드.
  15. 제1항에 있어서, 상기 제1 홈 폭 및 제2 홈 폭이 연마 패드의 한쪽 측으로부터 다른 측까지 증가하는 것인 연마 패드.
  16. 제1항에 있어서, 상기 바디가, 열가소성 엘라스토머, 열가소성 폴리우레탄, 열가소성 폴리올레핀, 폴리카르보네이트, 폴리비닐알코올, 나일론, 엘라스토머 고무, 엘라스토머 폴리에틸렌, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리이미드, 폴리아라미드, 폴리아릴렌, 폴리아크릴레이트, 폴리스티렌, 폴리메틸메타크릴레이트, 이들의 공중합체, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 중합체 수지를 포함하는 것인 연마 패드.
  17. 제16항에 있어서, 상기 중합체 수지가 열가소성 폴리우레탄 수지인 연마 패드.
  18. 제1항에 있어서, 상기 연마 패드의 바디가 연마재 입자를 더 포함하는 것인 연마 패드.
  19. 제1항에 있어서, 전도성인 연마 패드.
  20. 제19항에 있어서, 상기 연마 패드의 바디가 전도성 요소를 더 포함하는 것인 연마 패드.
  21. 제19항에 있어서, 상기 연마 패드의 바디가 전도성 중합체를 더 포함하는 것인 연마 패드.
  22. (i) 제1항의 연마 패드를 포함하는 전기화학적-기계적 연마 (ECMP) 장치를 제공하는 단계;
    (ii) 연마될 기판을 제공하는 단계;
    (iii) 상기 ECMP 장치에 전해질 전도성 유체를 공급하는 단계;
    (iv) 기판의 표면에 전기화학적 전위를 인가하는 단계; 및
    (v) 기판에 대해 연마 패드를 이동시켜 기판을 연삭하여 그로써 기판을 연마하는 단계
    를 포함하는 전기화학적-기계적 연마에 의해 기판을 연마하는 방법.
  23. 제22항에 있어서, 상기 전기화학적 전위가 시간에 따라 변동하는 것인 방법.
  24. 제22항에 있어서, 상기 전해질 전도성 유체가 하나 이상의 펌프에 의해 공급되는 것인 방법.
  25. 제22항에 이어서, 상기 전해질 전도성 유체가 기체 버블을 포함하는 것인 방법.
  26. 제22항에 있어서, 상기 연마 패드가 전도성인 방법.
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