KR20060067139A - 연마 매개체 이용을 향상시키도록 배열된 그루브들을포함하는 씨엠피 연마 패드 - Google Patents

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Abstract

연마 패드(104, 304, 404 및 504)는 웨이퍼(120, 316, 416 및 516)를 연마시키는 고리 형상의 연마 트랙(152, 312, 412 및 512)을 포함한다. 복수의 그루브들(112, 320, 420 및 520)은 그들이 패드의 회전 속성에 대하여 방사적이며 원주적으로 서로 이격되며 상기 패드에 대하여 적어도 부분적으로 비원주적이 되도록 상기 웨이퍼 트랙 내에 배열된다.
CMP, 연마 패드, 그루브

Description

연마 매개체 이용을 향상시키도록 배열된 그루브들을 포함하는 씨엠피 연마 패드{CMP POLISHING PAD HAVING GROOVES ARRANGED TO IMPROVE POLISHING MEDIUM UTILIZATION}
도 1은 본 발명의 화학적 기계적 연마(CMP) 시스템에 대한 부분 사시도이다.
도 2는 도 1의 상기 연마 패드를 도시한 평면도이다.
도 3은 3가지 다른 그루브 배열들을 도시한 본 발명의 3가지 연마 패드들의 복합물(composite)의 평면도이다.
본 발명은 일반적으로는 화학적 기계적 연마(CMP) 분야에 관련된 것이다. 더 상세하게는, 본 발명은 연마 매개체 이용을 향상시키도록 배열되는 그루브들을 가지는 연마 CMP 패드에 관한 것이다.
집적회로 및 다른 전자 소자들의 제조에 있어서, 다층의 도전성 물질, 반도체 물질 및 유전 물질이 반도체 웨이퍼의 표면에 증착되거나 이로부터 제거된다. 도전성 물질, 반도체 물질 및 유전 물질들의 박막들은 많은 증착 기술들을 사용하 여 증착될 수 있다. 현대의 웨이퍼 처리 공정에서의 일반적인 증착 기술들은 스퍼터링으로도 알려진 물리증기증착법(PVD), 화학기상성장법(CVD), 플라즈마 화학기상성장법(PECVD) 및 전기화학 도금 등을 포함한다. 일반적인 제거 기술은 습식 및 건식 등방성 및 이방성 식각 등을 포함한다.
물질층들이 순차적으로 증착되고 제거되면서, 웨이퍼의 최상부 면은 평평하지 않게 된다. 후속 반도체 공정(예를 들면, 배선공정)은 웨이퍼가 평탄한 면을 가질 것을 요구하기 때문에, 웨이퍼는 평탄화될 필요가 있다. 평탄화는 거친 표면, 응집된 물질, 결정 격자 손상, 스크래치 및 오염된 층이나 물질 등의 표면 결함 및 원하지 않는 표면 토폴로지(topology)를 제거하는 데에 유용하다.
화학적 기계적 평탄화, 또는 화학적 기계적 연마(CMP)는 반도체 웨이퍼와 같은 소재(workpieces)를 평탄화하기 위해 쓰이는 일반적인 기술이다. 종래의 CMP에서, 웨이퍼 캐리어 또는 연마 헤드는 캐리어 어셈블리 상에 탑재된다. 상기 연마 헤드는 웨이퍼를 잡아서 연마기 내의 연마 패드의 연마층과 접촉하도록 위치시킨다. 캐리어 어셈블리는 웨이퍼와 연마 패드의 사이에 제어 가능한 압력을 제공한다. 이와 동시에, 슬러리 또는 다른 연마 매개체가 연마 패드 위로 유입되어 웨이퍼와 연마층의 사이로 흘러들어온다. 연마를 하기 위해, 연마 패드와 웨이퍼는 통상 서로에 대해 회전하는 방식으로 운동한다. 웨이퍼 표면은 표면에서 연마 매개체와 연마층 간의 화학적 기계적 활동에 의해 연마되어 평탄화된다. 연마 패드가 웨이퍼의 밑에서 회전하기 때문에, 웨이퍼는 통상적으로 고리 모양의 연마 트랙, 또는 연마 영역을 휩쓸고 지나가되, 웨이퍼의 표면은 연마층과 직면하게 된다.
연마층을 설계하는 데에 있어야 고려해야 할 중요한 사항에는, 연마층의 표면에서의 연마 매개체의 분포, 연마 트랙으로의 새로운 연마 매개체의 흐름, 연마 트랙으로부터 사용된 연마 매개체의 흐름 및 본래 활용되지 않는 연마 존을 통해 흐르는 연마 매개체의 양 등이 포함된다. 이러한 고려 사항들에 대처하기 위한 방법 중의 하나는 연마층에 그루브들(grooves)을 제공하는 것이다. 수년에 걸쳐, 많은 다양한 그루브 패턴 및 형상들이 구현되었다. 종래의 그루브 패턴들은 방사형, 동심원형, 데카르트적 격자(Cartesian-grid) 및 나선형 등이 있다. 종래의 그루브 형상들은 모든 그루브들의 깊이가 모든 그루브에서 동일한 형상과 그루브의 깊이가 그루브마다 변하는 다른 형상들을 포함한다.
특정 그루브 패턴들은 비슷한 물질 제거율을 달성하기 위해 다른 패턴들보다도 더 높은 슬러리 소비를 초래한다는 것은 CMP 업에 종사하는 사람들 사이에서 일반적으로 인정되는 것이다. 연마층의 외부 원주(outer periphery)와 연결되지 않는 원형 그루브는 패드의 회전으로부터 발생하는 힘 하에서 슬러리가 패드 주변에 도달하기 위한 최단 경로를 제공하는 방사형 그루브보다 슬러리를 적게 소비한다. 연마층의 주변 가장자리까지 다양한 길이 경로를 제공하는 데카르트적 격자형 그루브는 중간적 지위를 차지한다.
연마층에서의 슬러리 소비량을 절감하고 슬러리 유지 시간을 극대화시키기 위한 차원에서 다양한 그루브 패턴들이 종래에 개시되었다. 예를 들면, 오스테르헬드(Osterheld) 등의 미국특허 제 6,241,596 호는 패드의 중심으로부터 외측으로 방사하는 지그재그로 굽은 채널들을 규정하는 그루브들을 구비한 회전형 연마 패드를 개시한다. 일 실시예에서, 오스테르헬드 등의 패드는 직사각형의 "x-y" 그리드(grid)로 된 그루브들을 포함한다. 지그재그로 굽은 채널들은 x-방향 및 y-방향 그루브들 사이에서의 교차점들 중에서 선택된 교차점들을 차단하고, 반면 다른 교차점들은 차단하지 않음으로써 규정된다. 다른 실시예에서, 오스테르헬드 등의 패드는 복수의 분리된 대체로 방사형으로 지그재그로 굽은 그루브들을 포함한다. 일반적으로, 위와 같은 x-y 격자로 된 그루브들 내에서 또는 분리된 지그재그로 굽은 그루브들에 의해 규정되는 지그재그로 굽은 채널들은 적어도 연속적인 직각사각형의 x-y 격자로 된 그루브들 및 직선의 방사형 그루브들에 대해, 대응하는 그루브들을 통한 슬러리의 흐름을 방해한다. 슬러리 유지 시간을 증가시키는 것으로 기술된 종래의 다른 그루브 패턴은 패드 회전력 하에서 연마층의 중심을 향해 슬러리를 밀어내는 것으로 여겨지는 나선형의 그루브 패턴이다.
최신 컴퓨터 유체 역학 시뮬레이션을 포함하여 CPM에 관한 최신 연구 및 모델링에 의하면 고정 또는 점진적으로 변화하는 깊이를 갖는 그루브 망에서는, 현저한 양의 연마 슬러리가 웨이퍼와 접촉하지 않을 수 있다고 밝혀졌으며, 이는 각 그루브의 가장 깊은 부분에서의 슬러리가 웨이퍼의 밑으로 접촉하지 않으면서 흐르기 때문이다. 연마층의 표면이 마모되어 감에 따라 슬러리를 신뢰성 있게 전달하기 위해서는 그루브들이 최소한의 깊이로 제공되어야 하지만, 과도한 깊이는 연마층에 제공되는 슬러리 중 일부가 활용되지 않는 결과를 초래하는데, 이는 종래의 연마층들에서는 슬러리가 연마에 참여하지 않고 흐르는 연속된 흐름의 경로가 소재의 밑에 존재하기 때문이다.
본 발명은 연마 매개체의 이용을 향상시키도록 배열된 그루브들을 가지는 연마 CMP 패드를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 제 1 양상에서, 연마 패드는, a) 연마 매개체의 존재 하에 자성, 광학 또는 반도체 기판 중 적어도 어느 하나의 표면을 연마하도록 형성되며, 회전축, 외부 원주 및 상기 회전축과 동심의 고리 형상의 연마 트랙을 포함하는 연마층; 및 b) 상기 연마층상에 형성되며, 상기 고리 형상의 연마 트랙 내에 전적으로 위치되는 제 1 세트의 그루브들을 포함하는 복수의 그루브들을 포함하되, 상기 제 1 세트의 그루브들에서 각 그루브는, ⅰ) 상기 제 1 세트의 그루브들 내의 다른 그루브들로부터 상기 회전축에 대하여 방사형 방향으로 이격되고; ⅱ) 상기 제 1 세트의 그루브들 내의 다른 그루브들로부터 상기 연마 패드에 대하여 원주 방향으로 이격되며; ⅲ) 길이 방향 축을 포함하되, 상기 길이 방향 축의 일부분은 랜드 영역들이 상기 외부 원주로 흐르는 것을 차단시키는 상기 연마 매개체를 위한 불연속적인 흐름을 형성하는 상기 연마 패드에 대하여 비원주적인 방향으로 향하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 양상에서, 연마 패드는, a) 연마 매개체의 존재 하에 자성, 광학 또는 반도체 기판 중 적어도 어느 하나의 표면을 연마하도록 형성되는 연마층; 및 b) 상기 연마층에 형성되는 복수의 그루브들을 포함하되, 상기 연마층은, ⅰ) 회전축; ⅱ) 외부 원주; ⅲ) 상기 회전축과 동심의 고리 형상의 연마 트랙; 및 ⅳ) 상기 고리 형상의 연마 트랙과 상기 외부 원주 사이에 위치되는 외부 영역을 포함하며, 상기 복수의 그루브들은, ⅰ) 상기 고리 형상의 연마 트랙 내에 전적으로 위치되는 제 1 세트의 그루브들, 상기 제 1 세트의 그루브들 내의 상기 그루브들 중 적어도 몇개의 그루브들 각각은 A) 상기 제 1 세트의 그루브들 내의 상기 그루브들 중 다른 것들로부터 상기 연마층의 상기 회전축에 대하여 방사형 방향으로 이격되고, B) 상기 제 1 세트의 그루브들 내의 상기 그루브들 중 다른 것들로부터 상기 연마 패드에 대하여 원 주 방향으로 이격되며; 및 ⅱ) 상기 고리 형상의 연마 트랙 및 랜드 영역들이 상기 외부 원주로 흐르는 것을 차단시키는 상기 연마 매개체를 위한 불연속적인 흐름을 형성하는 상기 주변 영역 내에만 단지 각기 위치되는 제 2 세트의 그루브들을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이제 도면들을 참조하면, 도 1은 도면 부호 100으로 표시된 본 발명에 따른 화학적 기계적 연마(CMP) 시스템을 나타내고 있다. CMP 시스템(100)은 반도체 웨이퍼(120) 또는 글라스, 실리콘 웨이퍼 및 자성 정보 저장 디스크와 같은 다른 소재들의 연마 중에 연마 패드에 공급되는 연마 매개체(116)의 활용도를 향상시킬 수 있도록 배열되고 형성된 복수의 그루브들(112)을 포함하는 연마층(108)을 갖는 연마 패드(104)를 포함한다. 편의상, 이하의 기재에서는 "웨이퍼"라는 용어를 사용하도록 한다. 그러나, 본 기술분야에 숙달된 자라면 웨이퍼가 아닌 다른 소재들이 본발명의 범위에 속하다는 것을 이해할 것이다. 연마 패드(104) 및 그 독자적인 특징들이 이하 상세히 기재된다.
CMP 시스템(100)은 테이블 구동부(미도시)에 의해 축(128)에 대해 회전 가능한 연마 테이블(124)을 포함할 수 있다. 테이블(124)은 연마 패드(104)가 탑재되는 상부 면을 구비할 수 있다. 축(136)에 대해 회전 가능한 웨이퍼 캐리어(132)는 연마층(108) 위에서 지지될 수 있다. 웨이퍼 캐리어(132)는 웨이퍼(120)와 결합하는 하부 면을 구비할 수 있다. 웨이퍼(120)는 연마층(108)과 직면하여 연마 중에 평탄화되는 표면(140)을 구비한다. 웨이퍼 캐리어(132)는 웨이퍼(120)를 회전시키고 또 연마 중에 웨이퍼 표면(140)과 연마층(108)의 사이에 원하는 압력이 존재하도록 연마층(108)에 대해 웨이퍼 표면(140)을 압박하는 하향 힘 F를 제공하기에 적합한 캐리어 지지 어셈블리(미도시)에 의해 지지될 수 있다.
또한, CMP 시스템(100)은 연마층(108)에 연마 매개체(116)를 공급하기 위한 공급 시스템(144)을 포함할 수 있다. 공급 시스템(144)은 연마 매개체(116)를 수용하는, 예를 들면 온도 제어 저장고와 같은 저장고(미도시)를 포함할 수 있다. 도관(148)은 상기 저장고로부터 연마 매개체(116)가 연마층(108) 위로 분배되는 연마 패드(104)에 인접한 지점까지 연마 매개체(116)를 운반할 수 있다. 흐름 제어 밸브(미도시)는 패드(104) 위로의 연마 매개체(116)의 분배를 제어하는 데에 이용될 수 있다.
연마 작업 중에, 상기 테이블 구동부는 테이블(124) 및 연마 패드(104)를 회전시키고, 공급 시스템(144)은 연마 매개체(116)를 회전하는 상기 연마 패드 위로 분배하도록 구동된다. 연마 매개체(116)는, 웨이퍼(120)와 연마 패드(104) 사이의 간격을 포함하여, 연마 패드(104)의 회전으로 인해 연마층(108)의 위에서 퍼진다. 웨이퍼 캐리어(132)는 임의로 속도, 예를 들면, 0 rpm 내지 150 rpm으로 회전되어 웨이퍼 표면(140)이 연마층(108)에 대해 이동할 수 있다. 또한, 웨이퍼 캐리어(132)는, 웨이퍼(120) 및 연마 패드(104)의 사이에 원하는 압력, 예를 들면, 0 psi 내지 15 psi를 유도할 수 있는 하향 힘 F를 제공하도록 제어될 수 있다. 연마 테이블(124)은 통상 0 내지 150 rpm으로 회전된다. 연마 패드(104)가 웨이퍼(120)의 밑에서 회전되면서, 상기 웨이퍼의 표면(140)은 연마층(108) 상에서 통상 고리 형상의 웨이퍼 트랙, 또는 연마 트랙(152)을 쓸고 지나간다.
특정 상황에서는, 연마 트랙(152)이 정확하게 고리 형상이 아닐 수 있다. 예를 들면, 만일 웨이퍼(120)의 표면(140)이 어느 한 치수에서 다른 치수보다 더 길고, 이러한 치수들이 연마층(108) 상의 동일한 위치들에서 동일한 방향으로 항상 배향되도록 웨이퍼와 연마 패드(104)가 특정 속도로 회전되면, 연마 트랙(152)은 대체로 고리 형상이지만, 더 긴 치수로부터 더 짧은 치수까지 변화하는 폭을 가질 것이다. 웨이퍼(120)의 표면(140)이 원 또는 정사각 형상으로 쌍축 대칭(bi-axially symmetric)이지만, 웨이퍼가 상기 표면의 회전 중심에 대해 중심을 벗어나 탑재되는 경우라면 특정 회전 속도에서 유사한 결과가 발생할 것이다. 연마 트랙(152)이 완전히 고리 형상이 아닐 경우의 또 다른 예는 웨이퍼(120)가 연마층(108)에 평행한 평면에서 진동하고, 상기 진동으로 인한 상기 연마층에 대한 상기 웨이퍼의 상대적 위치가 연마 패드의 매 회전마다 동일하게 되는 속도로 연마 패드(104)가 회전되는 경우이다. 통상적으로 예외적인 이러한 모든 경우에서, 연마 트랙(152)은 사실상 여전히 고리 형상이어서, 이들은 첨부된 특허청구범위에서 사용 되는 "고리 형상"이라는 용어의 범위에 속하는 것이라 여겨진다.
도 2는 도 1의 연마 패드를 더 상세하게 도시하고 있다. 그루브들(112)은 반경 방향(156)과 연마 패드(104)의 회전성에 대한 원주 방향 양 방향으로 서로 이격되도록 연마 트랙(152) 내에서 배열된다. 연마 동안, 상기 연마 매개체, 예를 들어 도 1의 연마 매개체(116)는 주로 상기 웨이퍼가 연마 패드(104)와 직면하는 관계로 회전될 때, 예를 들어 회전 방향(166)으로 회전될 때 웨이퍼(120)의 영향하에서만 (화살표들(164)에 의해 도시된 바와 같이) 연마 트랙(152) 내에서 그루브(112)로부터 그루브(112)로 이동한다. 상기 연마 매개체가 웨이퍼(112)가 존재할 때만 일반적으로 이동하기 때문에, 상기 연마 매개체는 상기 연마 트랙을 통하여 연속적으로 연장된 그루브들을 가지는 종래 패드들(미도시)을 사용할 때보다 좀 더 효율적으로 활용되는 경향이 있다. 이는 상기 웨이퍼가 존재하는 지의 여부에 관계없이 상기 패드의 회전 영향 하에서 이러한 연속적인 그루브들에 연마 매개체가 상기 연마 트랙을 통하여 자주 흐르기 때문이다. 결과적으로, 이러한 환경들 하에서, 연마 매개체는 종종 본 발명의 패드(104)와 같은 연마 패드에서 보다는 종래의 연마 패드에서 좀 더 빠르게 자주 사용될 것이다. 종래 연마 패드들에 의한 연마 매개체의 이러한 빠른 사용은 최적으로 필요한 것 이상의 연마 매개체의 소비, 및 연마 부산물들에 의해 향상되는 연마를 위한, 최적보다 낮은 부산물들 레벨과 같은 많은 결점을 가질 수 있다.
반경적으로 원주적으로 서로 이격된 그루브들(112)에 더하여, 각 그루브의 길이방향 축(168)의 적어도 일부분이 연마 패드(104)에 대하여 비원주적으로 향해 지는 것이 바람직하다. 즉, 그루브들(112)의 길이 방향 축들(168)이 단지 연마 패드(104)의 회전 축(128)과의 동심 원들의 아크들(arcs)이 아닌 것이 바람직하다. 그러한 그루브들(112)을 제공하는 것은 연마 패드(104)가 상기 회전에 의해 일어나는 원심력의 영향 때문에 회전될 때 연마 매개체의 흐름을 촉진시킬 수 있다. 본 발명의 실시예에서, 그루브들(112)은 일반적으로 나선들의 아크들이며, 그래서 그들의 전 길이들을 따라서 비원주적이다. 필수적이지는 않지만 본 발명의 몇 그루브 배열들에서, 종점들을 연결시키는 직선을 따르는 각 그루브의 종점들 사이의 거리가 그 표면의 회전 중심을 통하여 연장하며 연마되는 상기 기판의 표면의 최소 치수보다 작은 것이 바람직하다. 예를 들어, 그의 동심 센터(concentric center)에 대하여 회전되는 원형 표면에 대해, 이러한 기준을 이용하는 각 그루브의 종점들 사이의 직선 거리는 상기 표면의 직경보다 더 적은 값을 가질 것이다. 한편, 길이 L의 장측들과 길이 S의 단측들을 가지는 직사각형을 위해서, 이러한 기준하에서 그루브의 종점들 사이의 직선 거리는 단측 길이 S보다 더 적은 값을 가질 것이다.
또한, 그루브들(112)은 연마 트랙(152)의 반지름 방향 내부로 향하는 연마층(108)의 중심 지역(176) 및 상기 연마 트랙에 부분적으로 위치되는 서브셋(172)을 포함할 수 있다. 그루브들(112)의 이러한 서브셋(172)은 예를 들어 도 1의 CMP 시스템(100)과 같은 연마 시스템들 환경들에 유용하며, 상기 CMP 시스템에서 연마 매개체는 상기 중심 지역으로부터 연마 트랙(152)으로 상기 연마 매개체의 흐름을 향상시키기 위하여 중심 지역(176)으로 분배된다. 또한, 그루브들(112)은 연마 트랙(152)으로부터 (만일 있다면) 상기 연마 트랙의 반지름 방향 외부로 향하는 주변 영역(184)까지 연장되는 그루브들의 서브셋(180)을 포함할 수 있다. 또한, 서브셋(180) 내의 그루브들(112)은 원하는 만큼 연마 패드(104)의 주변 가장자리(188)로 연장될 수 있다. 그루브들(112)의 서브셋(180)은 예를 들어 연마 트랙(152)으로부터 상기 연마 매개체의 흐름을 향상시키는 데 유용하다.
이하에서 서술되는 도 3으로부터 명백해 지듯이, 그루브들(112)은 매우 다양한 배열들 및 환경들 중 어떤 것을 가질 수 있다. 그러나, 도 2에서, 각 그룹(192)의 각 그루브들(112)이 상응하는 매끄러운 경로(smooth path)를 따라 연장되도록, 그루브들(112)은 그룹들(192)에서 종점으로부터 종점까지 배열되며, 이 경우 나선 경로(194)는 연마 트랙(152)을 통하여 중심 지역(176)으로부터 주변 가장자리(188)까지 연장된다. 당업자가 이해하듯이, 그루브들(112)의 그룹들(192)은 많은 다른 것들 중에서 직선이며 원형인 것, 직선이며 연마 패드(104)의 설계된 회전 방향(198)으로 또는 회전 방향(198)로부터 기울어진 것, 원형으로 아크되며 일반적으로 원형인 것, 원형으로 아크되며 비원형인 것 등과 같은 다른 모양들 및 배치들의 매끄러운 경로들을 따라서 비슷한 방법으로 배열될 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 연마 패드들(304, 404 및 504)의 세가지 원형 세그먼트들(300, 400 및 500)의 복합물(composite, 200)을 도시하였다. 세그먼트들(300, 400 및 500)은 서로 다른 세가지 각각의 그루브 배열들(308, 408 및 508)을 포함한다. 그러나, 세가지 모두는 도 2에 관하여 위에서 서술된 바와 같이 상기 웨이퍼가 연마 패드(304, 404 및 504)와 직면하여 회전될 때 상응하는 웨이퍼 (316, 416 및 516)의 영향하에서 연마 매개체가 각각의 연마 트랙(312, 412 및 512) 내부로 이동 하도록 하는 "중단된(broken)" 경로를 제공한다. 위에서 서술된 바와 같이, 이러한 중단된 경로들은 일반적으로 상기 연마 매개체가 연마 패드들(304, 404 및 504)의 회전의 영향하에서 흐르도록 하는 서로 이격된 그루브들(320, 420 및 520)에 의해 제한된다. 반면, 그루브들(320, 420 및 520) 사이의 랜드 영역들(324, 424 및 524, land areas)은, 각 웨이퍼들(316, 416 및 516)이 상기 랜드 영역들과 직접 직면하여 회전될 때를 제외하고는 연마 매개체의 이동을 일반적으로 방해한다. 각 세그먼트(300, 400 및 500) 내의 각 화살표들(328, 428 및 528)은 상기 상응하는 웨이퍼(316, 416 및 516)의 도시된 회전 방향(332, 432 및 532)으로 회전에 의한 랜드 영역들을 가로지르는 연마 매개체의 이동을 나타낸다. 바람직한 일 실시예에서, 각 그루브들(320, 420 및 520)의 종점들 사이의 직선 거리는 상기 상응하는 웨이퍼(316, 416 및 516)의 직경보다 적다. 일반적으로, 이러한 특징은 상기 연마 슬러리가 연마에 참가함이 없이 상기 상응하는 웨이퍼(316, 416 및 516)의 하부로 (방해 받지 않고) 그냥 흐르는 것을 방지한다.
각 그루브 배열(308, 408 및 508)은 상응하는 연마 트랙(312, 412 및 512) 내로부터 적어도 상응하는 주변 영역(340, 440 및 540)까지, 몇몇의 경우에는 주변 가장자리(344, 444 및 544)까지 연장되는 그루브들(336, 436 및 536)을 각기 포함한다. 그루브들(336, 436 및 536)은 일반적으로 연마 트랙(312, 412 및 512)으로부터 상기 연마 매개체의 수송을 향상시킨다. 또한, 각 그루브 배열(308, 408 및 508)은 상응하는 중심 영역(352, 452 및 552)으로부터 연마 트랙(312, 412 및 512)까지 연장되는 그루브들(348, 448 및 548)을 각기 포함한다. 이러한 패드들(304, 404 및 504) 중 어느 하나가 각 중심 영역(352, 452 및 552)에서 상기 패드에 연마 매개체를 공급하는 도 1의 CMP 시스템(100)과 같은 연마 시스템을 가지고 사용될 때, 상응하는 그루브들(348, 448 및 548)은 상기 중심 영역으로부터 연마 트랙(312, 412 및 512)으로의 상기 연마 매개체의 수송을 향상시킬 것이다. 그루브들(320, 420 및 520)과 유사하게, 상응하는 연마 트랙(312, 412 및 512) 내의 각 그루브들(336, 436, 536, 348, 448 및 548)의 종점과 상기 동일한 그루브가 상기 연마 트랙의 경계와 교차하는 지점 사이의 직선 거리는 또한 각 웨이퍼(316, 416 및 516)의 직경보다 바람직하게는 더 적다. 도 2의 연마 패드(104)와 같이, 그루브들(336, 436 및 536) 또는 그루브들(348, 448 및 548) 또는 이들 모두는 반드시 다른 실시예들에서 제공될 필요가 없다.
각 배열들(308 및 408)은 규칙적인 패턴으로 배열되는 그루브들(320, 336, 348, 420, 436 및 448)을 포함한다. 배열(308)의 경우, 그루브들(320, 336 및 348)은 2개의 일반적인 배치들, 부분 원형 배치 및 선형 배치를 가진다. 도 2의 그루브들(112)과 같이, 그루브들(320)은 방사적 및 원주적으로 서로 이격되며, 비원주적인 부분들을 가진다. 위에서 언급된 바와 같이, 각 그루브(320)의 종점들 사이의 직선 거리는 바람직하게는 웨이퍼(316)의 직경보다 작다. 완전한 원형의 그루브들(미도시)을 이용하는 다른 실시예들은 예를 들어 그루브들(320, 336 및 348) 중 중간에 삽입된 것들을 배열로부터 제거하고 남아 있는 부분적으로 원형인 그루브들을 완전하게 원형으로 만듦에 의해 용이하게 생각되어질 수 있다. 다각형, 타원형 등과 같은 다른 부분적 또는 완전하게 폐쇄된 그루브 모양들이 원한다면 사용될 수 있다.
배열(408)은 일반적으로 그루브들의 직사각형 그리드(rectangular grid)에 대한 변화이다. 그러나, 교차점들을 형성하도록 서로 십자형으로 교차하는 그러한 그리드의 연속적인 그루브들 대신에, 배열(408)의 그루브들(420, 436 및 448)은 상기 교차점들을 제거하도록 배치된다. 게다가, 도 2의 그루브들(112)과 같이, 배열(408)의 그루브들(420)은 상기 배열의 연마 트랙(412) 내에서 그루브들(420) 중 다른 것들로부터 방사적이며 원주적으로 이격되며, 연마 패드(404)에 대하여 전적으로 비원주적이다. 위에서 언급된 바와 같이, 각 그루브들(420, 436 및 448)은 바람직하게는 웨이퍼(416)의 직경보다 작은 길이를 가진다. 장사방형 그리드들(rhomboidal grids) 및 웨이브형(wavy), 곡선형 또는 지그재그(zigzag)로 굽은 그루브들을 포함하는 그리드들은 다른 십자형으로 교차하는 배열들에 기초한 다른 실시예들은 용이하게 생각되어질 수 있다.
여기에 공개된 상기 몇 배열들 중, 배열(508)은 아마도 본 발명의 근본적인 개념들이 최대로 받아들여질 수 있는 것을 가장 잘 도시하였다. 배열(508)의 그루브들(520)은 일반적으로 다양한 배치들, 배향들(orientations) 및 길이들을 가지며 자유롭게 형성된다. 그러나, 배열(508)을 가질 때 조차, 연마 트랙(512) 내의 그루브들(520)이 방사적이며 원주적으로 서로 이격되며, 연마 패드(504)에 대하여 (대다수) 비원주적이라고 보여질 수 있다. 게다가, 웨이퍼 트랙(512) 내에 완전히 놓이는 어떤 자유로운 형태의 그루브(520)의 종점들 사이의 직선 거리는, 비록 몇몇의 경우에는 상기 그루브의 모양을 따르는 거리가 상기 웨이퍼의 직경을 초과할 지 라도 바람직하게는 웨이퍼(516)의 직경보다 작다. 더욱이, 웨이퍼 트랙(512)의 내부 및 외부에 부분적으로 놓이는 어떤 그루브(548 및 536)에 대해, 상기 웨이퍼 트랙 내의 그러한 각 그루브의 종점과 그루브가 상기 웨이퍼 트랙의 경계와 교차하는 지점 사이의 거리는 또한 바람직하게는 상기 웨이퍼의 직경보다 작다. 결과적으로, 이러한 자유로운 형태의 그루브들(520, 536 및 548)은 웨이퍼(516)의 영향하에서만 하나의 그루브로부터 다음 그루브로 실제적으로 연마 매개체를 이동함에 의해 연마 매개체 이용을 향상시키도록 서로간 공동으로 작용한다.
본 발명의 연마 CMP 패드는 그루브들을 배열시켜 연마 매개체의 이용을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

Claims (10)

  1. a) 연마 매개체의 존재 하에 자성, 광학 또는 반도체 기판 중 적어도 어느 하나의 표면을 연마하도록 형성되며, 회전축, 외부 원주 및 상기 회전축과 동심의 고리 형상의 연마 트랙을 포함하는 연마층; 및
    b) 상기 연마층상에 형성되며, 상기 고리 형상의 연마 트랙 내에 전적으로 위치되는 제 1 세트의 그루브들을 포함하는 복수의 그루브들을 포함하되,
    상기 제 1 세트의 그루브들에서 각 그루브는,
    ⅰ) 상기 제 1 세트의 그루브들 내의 다른 그루브들로부터 상기 회전축에 대하여 방사형 방향으로 이격되고;
    ⅱ) 상기 제 1 세트의 그루브들 내의 다른 그루브들로부터 상기 연마 패드에 대하여 원주 방향으로 이격되며;
    ⅲ) 길이 방향 축을 포함하되, 상기 길이 방향 축의 일부분은 랜드 영역들이 상기 외부 원주로 흐르는 것을 차단시키는 상기 연마 매개체를 위한 불연속적인 흐름을 형성하는 상기 연마 패드에 대하여 비원주적인 방향으로 향하는 것을 특징으로 하는 연마 패드.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 기판의 표면은 회전 중심을 가지며 상기 회전 중심을 통하여 연장되는 라인을 따르는 최소 치수(dimension)를 포함하며, 상기 제 1 세트의 그루브들 내의 각 그루브는 제 1 종점 및 상기 표면의 최소 치수보다 작은 거리에 의해 상기 제 1 종점으로부터 이격되는 제 2 종점을 가지는 것을 특징으로 하는 연마 패드.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 복수의 그루브들은 매끄러운 경로(smooth path)를 따라서 종점으로부터 종점까지 배열된 상기 복수의 그루브들 중 일부를 각기 포함하는 복수의 그룹들 내에 배열되는 것을 특징으로 하는 연마 패드.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 각 그루브들은 곡선 모양인 것을 특징으로 하는 연마 패드.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 연마층은 상기 고리 형상의 연마 트랙과 상기 외부 원주 사이로 연장하는 주변 영역을 더 포함하며, 상기 복수의 그루브들은 상기 고리 형상의 연마 트랙 및 상기 주변 영역 내에만 존재하는 제 2 세트의 그루브들을 각기 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연마 패드.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 고리 형상의 연마 트랙은 상기 연마층의 중심 영역을 제한하는 내부 원주를 가지며, 상기 복수의 그루브들은 상기 고리 형상의 연마 트랙 및 상기 중심 지역 내에만 존재하는 제 3 세트의 그루브들을 각기 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연마 패드.
  7. a) 연마 매개체의 존재 하에 자성, 광학 또는 반도체 기판 중 적어도 어느 하나의 표면을 연마하도록 형성되는 연마층; 및
    b) 상기 연마층에 형성되는 복수의 그루브들을 포함하되,
    상기 연마층은,
    ⅰ) 회전축;
    ⅱ) 외부 원주;
    ⅲ) 상기 회전축과 동심의 고리 형상의 연마 트랙; 및
    ⅳ) 상기 고리 형상의 연마 트랙과 상기 외부 원주 사이에 위치되는 외부 영역을 포함하며,
    상기 복수의 그루브들은,
    ⅰ) 상기 고리 형상의 연마 트랙 내에 전적으로 위치되는 제 1 세트의 그루브들, 상기 제 1 세트의 그루브들 내의 상기 그루브들 중 적어도 몇개의 그루브들 각각은 A) 상기 제 1 세트의 그루브들 내의 상기 그루브들 중 다른 것들로부터 상기 연마층의 상기 회전축에 대하여 방사형 방향으로 이격되고, B) 상기 제 1 세트의 그루브들 내의 상기 그루브들 중 다른 것들로부터 상기 연마 패드에 대하여 원 주 방향으로 이격되며; 및
    ⅱ) 상기 고리 형상의 연마 트랙 및 랜드 영역들이 상기 외부 원주로 흐르는 것을 차단시키는 상기 연마 매개체를 위한 불연속적인 흐름을 형성하는 상기 주변 영역 내에만 단지 각기 위치되는 제 2 세트의 그루브들을 포함하는 것을 특징으로 하는 연마 패드.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 연마 트랙은 내부 원주를 더 포함하며,
    상기 연마층은,
    a) 상기 회전축과 동심이며 상기 고리 형상의 연마 트랙의 내부 원주에 의해 제한되는 중심 영역; 및
    b) 상기 중심 영역 및 상기 고리 형상의 연마 트랙 내에만 단지 각기 위치되는 제 3 세트의 그루브들을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연마 패드.
  9. 제 7 항에 있어서, 상기 제 1 세트의 그루브들 내의 각 그루브는 길이 방향 축을 가지며, 상기 길이 방향 축의 일부분은 상기 연마 패드에 대하여 비원주적인 방향으로 향하는 것을 특징으로 하는 연마 패드.
  10. 제 7 항에 있어서, 상기 복수의 그루브들은 매끄러운 경로를 따라서 종점으로부터 종점으로 배열되는 상기 복수의 그루브들 중 일부를 각기 포함하는 복수의 그룹들 내에 배열되는 것을 특징으로 하는 연마 패드.
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