KR20060082786A - 방사상 교호의 그루브 세그먼트 배열을 갖는 씨엠피 패드 - Google Patents

Abstract

고리형 연마 트랙(122)를 구비하며 상기 연마 트랙을 각각 가로지르는 복수의 그루브(148)를 포함하는 연마 패드(104)가 개시된다. 각 그루브는 복수의 흐름 제어 세그먼트(CS1-CS3) 및 연마 트랙 내에 위치하는 기울기(D1, D2)에서의 적어도 두 개의 불연속점을 포함한다.

CMP, 연마 패드, 그루브

Description

방사상 교호의 그루브 세그먼트 배열을 갖는 씨엠피 패드{CMP PAD HAVING A RADIALLY ALTERNATING GROOVE SEGMENT CONFIGURATION}

도 1은 본 발명과 함께 사용하기에 적합한 쌍 축 연마기의 일부분에 대한 사시도이다.

도 2a는 연마 트랙 내에서 두 개의 점진적인 기울기의 불연속점 및 세 개의 흐름 제어 세그먼트를 각각 구비한 복수의 그루브를 포함하는 본 발명의 연마 패드의 평면도이며; 도 2b는 도 2a의 각 그루브의 궤적에 대한 도면이며; 도 2c는 도 2a의 각 그루브의 궤적의 기울기에 대한 도면이며; 도 2d는 도 2a의 각 그루브에 대한 궤적의 외부 곡률(extrinsic curvature)에 대한 도면이다.

도 3a는 연마 트랙 내에서 두 개의 예리한 기울기의 불연속점 및 세 개의 양의 곡률 흐름 제어 세그먼트를 각각 구비한 복수의 그루브를 포함하는 본 발명의 연마 패드의 평면도이며; 도 3b는 도 3a의 각 그루브의 궤적에 대한 도면이며; 도 3c는 도 3a의 각 그루브의 궤적의 기울기에 대한 도면이며; 도 3d는 도 3a의 각 그루브의 궤적의 외부 곡률에 대한 도면이다.

도 4a는 연마 트랙 내에서 두 개의 점진적인 기울기의 불연속점 및 세 개의 양의 곡률 흐름 제어 세그먼트를 각각 구비한 복수의 그루브를 포함하는 본 발명의 연마 패드의 평면도이며; 도 4b는 도 4a의 각 그루브의 궤적에 대한 도면이며; 도 4c는 도 4a의 각 그루브의 궤적의 기울기에 대한 도면이며; 도 4d는 도 4a의 각 그루브의 궤적의 외부 곡률에 대한 도면이다.

도 5a는 연마 트랙 내에서 두 개의 비동일 폭의 점진적인 기울기의 불연속점, 하나의 음의 곡률 흐름 곡률 제어부 및 두 개의 양의 곡률 흐름 제어 세그먼트를 각각 구비한 복수의 그루브를 포함하는 본 발명의 연마 패드의 평면도이며; 도 5b는 도 5a의 각 그루브의 궤적에 대한 도면이며; 도 5c는 도 5a의 각 그루브의 궤적의 기울기에 대한 도면이며; 도 5d는 도 5a의 각 그루브의 궤적의 외부 곡률에 대한 도면이다.

도 6a는 연마 트랙 내에서 두 개의 점진적인 기울기의 불연속점, 두 개의 음의 곡률 흐름 제어 세그먼트 및 하나의 양의 곡률 흐름 제어 세그먼트를 각각 구비한 복수의 그루브를 포함하는 본 발명의 연마 패드의 평면도이며; 도 6b는 도 6a의 각 그루브의 궤적에 대한 도면이며; 도 6c는 도 6a의 각 그루브의 궤적의 기울기에 대한 도면이며; 도 6d는 도 6a의 각 그루브의 궤적의 외부 곡률에 대한 도면이다.

도 7a는 연마 트랙 내에서 두 개의 점진적인 기울기의 불연속점 및 세 개의 원호형 흐름 제어 세그먼트를 각각 구비한 복수의 그루브를 포함하는 본 발명의 연마 패드의 평면도이며; 도 7b는 도 7a의 각 그루브의 궤적에 대한 도면이며; 도 7c는 도 7a의 각 그루브의 궤적의 기울기에 대한 도면이며; 도 7d는 도 7a의 각 그루브의 궤적의 외부 곡률에 대한 도면이다.

도 8a는 연마 트랙 내에서 하나의 점진적인 기울기의 불연속점 및 두 개의 원호 부분을 각각 구비한 복수의 그루브를 포함하는 종래기술의 연마 패드의 평면 도이며; 도 8b는 도 8a의 종래기술의 그루브의 궤적에 대한 도면이며; 도 8c는 도 8a의 종래기술의 각 그루브의 궤적의 기울기에 대한 도면이며; 도 8d는 도 8a의 각 그루브의 궤적의 외부 곡률에 대한 도면이다.

도 9a는 연마 트랙 내에서 네 개의 점진적인 기울기의 불연속점 및 다섯 개의 양의 곡률 흐름 제어 세그먼트를 각각 구비한 복수의 그루브를 포함하는 본 발명의 연마 패드의 평면도이며; 도 9b는 도 9a의 각 그루브의 궤적에 대한 도면이며; 도 9c는 도 9a의 각 그루브의 궤적의 기울기에 대한 도면이며; 도 9d는 도 9a의 각 그루브의 궤적의 외부 곡률에 대한 도면이다.

본 발명은 일반적으로 연마 분야에 관련된 것이다. 구체적으로는, 본 발명은 반지름 방향으로 교대하는 그루브 세그먼트 배열을 갖는 화학적 기계적 연마(CMP) 패드에 관한 것이다.

집적회로 및 다른 전자 디바이스들의 제조에 있어서, 다층의 도전성 물질, 반도체 물질 및 유전 물질이 반도체 웨이퍼의 표면에 적층 또는 이로부터 식각된다. 이러한 물질들의 박막은 많은 적층 기술들 중 어느 것을 사용하여 적층될 수 있다. 현대 웨이퍼 공정에서 일반적인 적층기술들은 스퍼터링으로도 알려진 물리증기증착법(PVD), 화학기상성장법(CVD), 플라즈마 화학기상성장법(PECVD) 및 전기화학 도금을 포함한다. 일반적인 식각 기술은 습식 및 건식 등방성 및 이방성 식각 등을 포함한다.

물질층들이 순차 적층되고 식각되면서 웨이퍼의 최상부 면은 평평하지 않게 된다. 후속 반도체 공정(예를 들면, 포토리소그래피)은 웨이퍼가 평탄한 면을 가질 것을 필요로 하기 때문에, 웨이퍼는 평탄화될 필요가 있다. 평탄화는 거친 면, 응집된 물질, 결정 격자 손상, 스크레치 및 오염된 층이나 물질 등의 표면 결함 및 원하지 않는 표면 토폴로지(topology)를 제거하는 데에 유용하다.

화학·기계적 평탄화, 또는 화학·기계적 연마(CMP)는 반도체 웨이퍼와 같은 소재(workpieces)를 평탄화하기 위해 사용되는 일반적인 기술이다. 쌍 축 회전 연마기(dual-axis rotary polisher)를 사용하는 종래의 CMP에서, 웨이퍼 캐리어 또는 연마 헤드는 캐리어 어셈블리 상에 탑재된다. 상기 연마 헤드는 웨이퍼를 잡아서 연마기 내의 연마 패드의 연마층과 접촉되게 위치시킨다. 상기 연마 패드는 평탄화되는 웨이퍼의 직경의 두 배 이상 되는 직경을 갖는다. 연마 시, 웨이퍼와 연마 패드의 연마층이 접촉한 상태에서, 연마 패드와 웨이퍼는 각각 각자의 중심의 주위를 회전한다. 웨이퍼의 회전축은 연마 패드의 회전이 상기 패드의 연마층 상의 고리 모양의 "웨이퍼 트랙(wafer track)"을 쓸고 지나가도록 웨이퍼의 반경보다 큰 거리만큼 연마 패드의 회전축에 대해 오프셋(offset) 되어 있다. 웨이퍼의 유일한 운동이 회전일 때, 웨이퍼 트랙의 폭은 웨이퍼의 직경과 같다. 그러나, 일부 쌍축 연마기에서는, 웨이퍼가 그 회전축에 대한 수직 평면에서 진동(oscillate)된다. 이러한 경우, 웨이퍼 트랙의 폭은 진동에 기인한 변위에 해당하는 양만큼 웨이퍼의 직경보다 넓다. 캐리어 어셈블리는 웨이퍼와 연마 패드의 사이에 제어 가능한 압력을 제 공한다. 연마 중에 연마 매개체가 연마 패드 위로 유입되어 웨이퍼와 연마층의 사이의 갭으로 흘러들어온다. 웨이퍼 표면은 표면상의 연마 매개체와 연마층의 화학 및 기계적 작용에 의해 연마되어 평탄화된다.

CMP 동안에 연마층, 연마 매개체 및 웨이퍼 표면 간의 상호작용은 연마 패드의 설계를 최적화하려는 노력에서 점차 연구되고 있다. 수년에 걸친 연마 패드 개발의 대부분은 본질적으로 경험적인 것이었다. 연마 표면 또는 층에 대한 설계의 상당 부분은 이러한 층들에 슬러리의 활용 및 연마 균일성을 향상시키는 것으로 주장되는 다양한 그루브의 배열 및 틈(void)의 패턴을 제공하는 데에 집중되어 왔다. 수년간, 매우 다양한 그루브 및 틈의 패턴 및 배열이 실행되었다. 종래의 그루브 패턴은 방사형, 동심원형, 카티전 격자(Cartesian grid) 및 나선형 등을 포함한다. 종래의 그루브 패턴 배열은 모든 그루브의 깊이 및 폭이 모든 그루브에서 균일한 배열 및 그루브의 깊이 및 폭이 그루브 마다 변하는 배열은 포함한다.

회전식 CMP 패드의 일부 설계자들은 패드의 중심으로부터 하나 이상의 반지름 방향으로서의 거리에 기초하여 하나의 배열에서 다른 배열로 변하는 둘 이상의 그루브 배열을 포함하는 그루브 배열을 갖는 패드를 설계하였다. 이러한 패드는 연마 균일도 및 슬러리 활용도 등의 관점에서 우수한 성능을 발휘하는 것으로 주장된다. 예를 들면, 오스터헬드(Osterheld) 등의 미국특허출원 제6,520,847호에서, 오스터헬드는 세 개의 동심 고리형 영역을 갖는 몇몇 패드를 개시하고 있으며, 여기서 각 영역은 다른 두 개의 영역과는 다른 그루브 배열을 포함한다. 배열은 다양한 실시예에서 다양한 방식으로 변한다. 배열이 변하는 이러한 방식은 수, 단면 영역, 간격 및 그루브의 타입에서의 변화를 포함한다. 김(Kim) 등의 한국공개특허공보 제1020020022198호에 기술된 종래의 CMP 패드에 대한 다른 실시예에서, 김 등의 패드는 복수의 일반적으로 방사형으로서 (1) 패드의 반지름 방향에서의 안쪽 부분에서 패드의 설계 회전 방향으로의 만곡; (2) 웨이퍼 트랙 내에서의 역만곡 및 (3) 패드의 외부 주변에 근접하여 설계 회전 방향으로의 만곡된 비선형 그루브를 포함한다. 김 등은 이러한 그루브 배열이 연마 공정의 부산물을 신속하게 소모함으로써 결함을 최소화한다고 지적하고 있다.

패드 설계자들은 연마층의 여러 영역에서 변하거나 또는 서로 다른 둘 이상의 그루브 배열을 포함하는 CMP 패드를 지금까지 설계하였지만, 이러한 설계들은 웨이퍼 트랙의 폭을 가로질러 웨이퍼와 패드 사이의 틈에서 연마 매개체가 흐르는 속도를 변화시키는 것에 의해 발생하는 장점들에 대해 직접적으로 고려하고 못하다. 본 발명자에 의한 최근 연구는 연마 매개체를 웨이퍼 트랙의 하나 이상의 영역에서 패드-웨이퍼 사이의 틈에서 상대적으로 빠르게 흐르도록 하되, 웨이퍼 트랙의 하나 이상의 다른 영역에서는 연마 매개체의 흐름을 억제하는 것에 의해 연마가 개선될 수 있다는 것을 보였다. 따라서 패드-웨이퍼 사이의 틈에서의 연마 매개체의 흐름의 속도를 제어 및 변화시키는 CMP 연마 패드에 대한 요구가 있다.

본 발명은 패드-웨이퍼 사이의 틈에서의 연마 매개체의 흐름의 속도를 제어 및 변화시킬 수 있는 CMP 연마 패드를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

본 발명의 일 양상으로서, a) 회전 중심을 가지며, 상기 회전 중심과 동심이 며 일정한 폭을 갖는 고리형 연마 트랙을 포함하며, 연마 매개체의 존재하에 자성, 광학 및 반도체 기판 중 적어도 하나를 연마하기 위한 연마층; 및 b) 상기 연마층에 위치하며, 상기 고리형 연마 트랙의 폭의 전체를 가로지르며 상기 고리형 연마 트랙 내에 적어도 두 개의 불연속점(상기 적어도 두 개의 불연속점은 서로 반대 방향이며 상기 외측 곡률의 값의 증가 및 감소를 제공하며, 제 1 불연속점의 반지름 방향으로 내측의 제 1 방향, 상기 제 1 불연속점 및 제 2 불연속점 사이에서의 제 2 방향, 및 상기 제 2 불연속점의 반지름 방향으로 외측의 제 3 방향을 가지며, 적어도 한 쌍의 인접한 방향들 사이의 방향의 변화는 -85도 내지 85도임)을 갖는 외측 곡률을 포함하는 복수의 그루브를 포함하는 연마 패드가 제공된다.

본 발명의 다른 양상으로서, 직전에 기술한 상기 연마 패드에 있어서, N은 수를 의미하며, 각 그루브는 N 개의 불연속점, 상기 N개의 불연속점에서 일어나는 N 개의 전이, 및 N 개의 전이와 함께 교대로 위치하는 N+1 개의 흐름 제어 세그먼트를 가지며, N 개의 전이 각각은 연마 트랙의 폭을 2N으로 나눈 값 이하의 폭을 갖는다.

본 발명의 또 다른 양상으로서, 연마 매개체의 존재하에 자성, 광학 및 반도체 기판 중 적어도 하나를 연마하는 방법이 제공된다. 상기 연마 방법은, a) i) 회전 중심을 가지며, 상기 회전 중심과 동심이고 일정한 폭을 가지며 적어도 세 개의 흐름 제어 존을 갖는 고리형 연마 트랙을 포함하며, 연마 매개체의 존재하에 자성, 광학 및 반도체 기판 중 적어도 하나를 연마하기 위한 연마층; 및 ii) 상기 연마층에 위치하며, 상기 고리형 연마 트랙의 폭의 전체를 가로지르며 상기 고리형 연마 트랙 내에 적어도 두 개의 불연속점(상기 적어도 두 개의 불연속점은 서로 반대 방향이며 상기 외측 곡률의 값의 증가 및 감소를 제공하며, 제 1 불연속점의 반지름 방향으로 내측의 제 1 방향, 상기 제 1 불연속점 및 제 2 불연속점 사이에서의 제 2 방향, 및 상기 제 2 불연속점의 반지름 방향으로 외측의 제 3 방향을 가지며, 적어도 한 쌍의 인접한 방향들 사이의 방향의 변화는 -85도 내지 85도임)을 갖는 외측 곡률을 포함하는 복수의 그루브를 포함하는 연마 패드로 연마하는 단계; 및 b) 상기 적어도 세 개의 흐름 제어 존의 각 흐름 제어 존으로 기판의 제거율을 조정하는 단계를 포함한다.

도면을 참조하면, 도 1은 본 발명의 연마 패드(104)와 함께 사용하기에 적합한 쌍축 화학적 기계적 연마 장치(100; CMP polisher)의 주요 구성을 도시하고 있다. 연마 패드(104)는 일반적으로 (처리되거나 또는 미처리된) 반도체 웨이퍼(112) 또는 다른 소재들, 예를 들어 평판 디스플레이 또는 자성 정보 저장 디스크 등과 접하여 연마 매개체(120)의 존재하에 이러한 소재의 연마 면의 연마를 달성하기 위한 연마층(108)을 포함한다. 편의상, 이하에서 "웨이퍼"라는 용어는 일반성이 상실됨이 없이 사용된다. 또한, 특허청구범위를 포함하여 본 명세서 전체에 걸쳐, "연마 매개체"라는 용어는 입자를 함유하는 연마액 및 입자를 함유하지 않는 연마액, 예를 들어 무연마재(abrasive-free) 및 반응성-액체(reactive-liquid) 연마액을 포함한다. 연마층(108)은, 연마 장치(100)가 연마 패드(104)를 회전시키고 웨이퍼(112)가 상기 패드에 대해 가입되면서, 웨이퍼(112)가 쓸러 지나가는 통상 고리형 의 웨이퍼 트랙 또는 연마 트랙(112)을 포함한다.

이상 및 이하에 상세히 설명하는 바와 같이, 본 발명은 웨이퍼 트랙(112)의 폭에 걸쳐 패드-웨이퍼 사이의 틈에서 연마 매개체(120)의 속도를 필수적으로 변화시키는 그루브 배열(예를 들어, 도 2a의 그루브 배열(114) 참조)을 갖는 연마 패드(104)를 제공하는 것을 포함한다. 본 발명에 따라 연마 매개체(120)의 속도를 변화시키는 것은 연마 패드(104)의 설계자에게 연마 트랙(112)의 여러 영역에서 연마 매개체의 체류 시간을 변화시키기 위한 또 하나의 선택권을 제공함으로써 설계자로 하여금 연마 공정을 더욱 많이 제어할 수 있게 한다.

연마 장치(100)는 연마 패드(104)가 장착되는 테이블(124; platen)을 포함할 수 있다. 테이블(124)은 테이블 구동부(미도시)에 의해 회전축(128)에 대해 회전한다. 웨이퍼(112)는 테이블(124)의 회전축(128)에 대해 이격되어 평행한 회전축(136)에 대해 회전하는 웨이퍼 캐리어(132)에 의해 지지가 될 수 있다. 웨이퍼 캐리어(132)는 웨이퍼(112)가 연마층(108)에 대해 매우 미미하게 비평행한(non-parallel) 모양새를 취하도록 하는 짐벌 연결(gimbaled linkage)(미도시)될 수 있으며, 이 경우 회전축들(128, 136)은 아주 조금 비틀어질 수 있다. 웨이퍼(112)는 연마층(108)과 접하여 연마시에 평탄화되는 연마면(116)을 포함한다. 웨이퍼 캐리어(132)는 소망의 압력이 연마시에 연마면(116)과 연마층(108)의 사이에 존재할 수 있도록 상기 연마층에 대해 상기 연마면을 가압하는 하향 힘 F를 제공하면서 웨이퍼(112)를 회전시키는 캐리어 지지 어셈블리(미도시)에 의해 지지가 될 수 있다. 또한, 연마 장치(100)는 연마층(108)에 연마 매개체(120)를 제공하기 위한 연마 매 개체 주입구(140)를 포함할 수 있다.

본 기술분야에 숙달된 자라면 누구나 알 수 있는 바와 같이, 연마 장치(100)는 시스템 컨트롤러, 연마 매개체 저장 및 분배 시스템, 히팅 시스템, 린싱 시스템 및 연마 공정의 다양한 측면들을 제어하기 위한 제어부, 예를 들면 (1) 웨이퍼(112) 및 연마 패드(104) 중 어느 하나 또는 이들 모두의 회전률에 대한 속도 제어부 및 선택부; (2) 상기 패드에 연마 매개체(120)를 전달하는 속도 및 위치를 변화시키기 위한 제어부 및 선택부; (3) 웨이퍼와 패드 간에 가해지는 힘 F의 크기를 제어하기 위한 제어부 및 선택부, 및 (4) 패드의 회전축(128)에 대한 웨이퍼의 회전축(136)의 위치를 제어하기 위한 제어부, 엑튜에이터 및 선택부 등을 포함할 수 있다. 본 발명에 숙달된 자라면 이러한 성분들이 어떻게 구성되며 실행되는지에 대해 이해할 것이므로 본 발명의 이해 및 실시를 위해 본 발명의 숙달된 자들을 위해 이들에 대한 상세한 설명은 필요 없을 것이다.

연마 중에, 연마 패드(104) 및 웨이퍼(112)는 각 회전축(128, 136)에 대해 회전하고, 연마 매개체(120)는 연마 주입구(140)로부터 상기 회전하는 연마 패드에 분배된다. 연마 매개체(120)는 웨이퍼(112) 및 연마 패드(104) 밑의 틈을 포함하여 연마층(108) 위로 퍼진다. 연마 패드(104) 및 웨이퍼(112)는 반드시 그런 것은 아니나 일반적으로 0.1 내지 150 rpm의 선택된 속도로 회전된다. 힘 F는 반드시 그런 것은 아니나 일반적으로 웨이퍼(112) 및 연마 패드(104)의 사이에서 0.1 내지 15 psi (6.9 내지 103 kPa)의 소망의 압력을 유발하기 위해 선택된 크기이다.

도 2a는 도 1의 연마 패드(104)와 연관하여, 연마시에 연마 매개체(도 1의 120)의 흐름 속도를 각각 제어하는 복수의 흐름 제어 세그먼트(CS1-CS3)를 포함하는 복수의 그루브(148)를 구비한 패드를 제공하는 그루브 배열(144)을 도시하고 있다. 각 흐름 제어 세그먼트(CS1-CS3)는 이들에 각각 대응하는 연마 매개체 흐름 제어 존(CZ1-CZ3)에 위치하는 것으로 볼 수 있으며, 여기서 연마 매개체(미도시)는 상기 존에서 각 흐름 제어 세그먼트의 형상 및 방향(이하 상세히 언급됨)에 따라 서로 다른 속도로 흐른다.

도 2a의 연마 패드(104)에서, 연마 매개체 흐름 제어 존(CZ1)에 위치한 흐름 제어 세그먼트(CS1)는 연마 중에 연마 매개체의 흐름을 증진하기 위한 것이다. 구체적으로는, 흐름 제어 세그먼트(CS1)는 연마 패드(104)의 회전 중심(200)에 대해 방사형이며 선형이다. 방사형 그루브 세그먼트(CS1)는 연마 패드(104)가 연마시에 통상 그러하듯이 일정한 속도로 회전될 때 원심력에 의해 발생하는 연마 매개체의 방사형 흐름과 정렬하는 경로를 제공함으로써 연마 매개체의 흐름을 증진한다. 본 기술분야에 숙달된 자라면 이해하는 바와 같이, 흐름 제어 세그먼트(CS1)이 흐름을 증진하기 위해서, 흐름 제어 세그먼트(CS1)이 방사형일 필요는 없으며 또는 선형일 필요도 없다. 예를 들어, 제어부(CS1)은 만곡 및 "구불구불(wound)"할 수 있다. 즉, 흐름 제어 세그먼트(CS1-CS3)의 소망하는 효과를 달성할 수 있도록 연마시에 연마 패드가 회전되도록 설계된 설계 회전 방향(204) 또는 그 반대 방향으로 전체적으로 연장될 수 있다.

도시된 연마 패드(104)의 흐름 제어 세그먼트(CS2)는 설계 회전 방향(204)으로 연마 패드가 회전하는 연마 중에 연마 매개체의 흐름을 억제하기 위한 것이다. 이 경우, 흐름 제어 세그먼트(CS2)는 설계 회전 방향(204)으로 완만하게 만곡되어져 있으며 구불구불하다. 연마 중에, 연마 패드(104)가 설계 회전 방향(204)으로 회전될 때에, 이러한 배열은 웨이퍼(112)가 연마 패드에 대해 회전되면서 웨이퍼(112)의 영향에 닿을 때까지 연마 매개체 흐름 제어 존(CZ2)에 연마 매개체를 체류시키는 경향이 있다. 본 기술분야에 숙달된 자라면 이해하는 바와 같이, 흐름 제어 세그먼트(CS2)에 대한 변수는 곡률(또는 무곡률) 및 방위(방사선에 대한 방향), 즉, 휨의 방향(음각을 나타내는 시계 방향, 양각을 나타내는 반시계 방향)을 포함한다. 흐름 제어 세그먼트(CS1)와 마찬가지로, 흐름 제어 세그먼트(CS2)도 연마 매개체의 흐름을 억제할 필요는 없다. 반대로 연마 매개체의 흐름을 증진시키는 것이어도 된다. 예를 들면, 흐름 제어 세그먼트(CS2)는 설계 회전 방향(204)의 반대 방향으로 방사형이거나 또는 구불구불할 수 있다.

도시된 실시예에서, 연마 매개체 흐름 제어 존(CZ3)의 흐름 제어 세그먼트(CS3)는 본질적으로 흐름 제어 세그먼트(CS1)와 같은 것이다. 즉, 이들은 연마 패드(104)의 회전 중심(200)에 대해 직선 및 방사형이다. 다시, 이 방사형 배열은 연마시에 연마 매개체의 흐름을 증진한다. 흐름 제어 세그먼트(CS1 및 CS2)처럼 흐름 제어 세그먼트(CS3)는 연마 매개체의 흐름을 증진하거나 억제하는 사실 어떠한 배열일 수 있다. 흐름 제어 세그먼트(CS1-CS3)의 효과, 즉, 흐름의 증진 또는 흐름의 억제는 상대적인 것이지 절대적인 것은 아니다. 즉, 연마 매개체 흐름 제어 존(CZ1-CZ3)의 어떠한 것에서의 흐름 제어 세그먼트(CS1-CS3)가 "흐름 증진" 또는 "흐름 제어"로서 여겨지는가는 인접한 흐름 제어 존에서의 흐름 제어 세그먼트와 비 교하여 상대적으로 판단된다. 예를 들면, 다른 배열(미도시)에서, 인접한 세 개의 연마 매개체 흐름 제어 존(CZ1-CZ3)에서의 그루브 세그먼트(CS1-CS3)는 절대적인 의미에서는 흐름 증진으로 생각될 수 있는데, 예를 들면, 어느 일 존에서의 그루브 세그먼트는 방사형이고 다른 존에서의 그루브 세그먼트는 설계 회전 방향의 반대 방향으로 휘어질 수 있지만, 상대적인 의미에서는, 어느 하나는 다른 것에 비해 흐름 증진 또는 흐름 제어일 수 있다. 환언하면, 하나의 배열은 다른 배열보다 흐름을 더 증진시킬 수 있다.

흐름 제어 세그먼트(CS1 및 CS3)는 각각 연마시에 웨이퍼(112)의 (연마 패드(104)에 대해) 반지름 방향으로의 내측 및 외측 가장자리(208, 212)의 아래에 인접한 영역에서 연마 매개체의 흐름을 제어하기 때문에 "내측 가장자리 흐름 제어 세그먼트" 및 "외측 가장자리 흐름 제어 세그먼트"로 각각 명명될 수 있다. 특히 연마 매개체가 패드(104) 위로 연마 트랙(122)의 내측 원형 경계(216)의 방사상 내측으로 분배될 때에, 흐름 제어 세그먼트(CS1)의 내측 가장자리는 패드의 내측 경계를 가로질러 중심 영역(220)으로 연장될 수 있다. 이러한 방식으로, 내측 가장자리 흐름 제어 세그먼트(CS1)는 연마 트랙(122)으로의 연마 매개체의 이동을 도울 수 있다. 마찬가지로, 연마 트랙(112)의 외측 원형 경계(224)가 패드의 외측 주변(230)으로부터 방사상 안쪽으로 위치할 때, 외측 가장자리 흐름 제어 세그먼트(CS3)가 바람직하게는 연마 트랙(122)의 외부로 연마 매개체의 이동을 도울 수 있도록 상기 외측 경계를 가로질러 연장된다. 또한, 반드시 그러한 것은 아니나, 내측 및 외측 가장자리 흐름 제어 세그먼트(CS1, CS3)가 연마 트랙(122)의 방사상 내 측 및 외측 영역에서 동일하게 웨이퍼(112)의 가장자리 영역을 반드시 처리하도록 동일한 곡률 및 방위를 갖는 것이 바람직하다. 이러한 의미에서, 방위는 대응하는 흐름 제어 세그먼트(CS1-CS3)에서의 그루브 궤적의 횡단 중심선에 기초할 수 있으며, 방사선 R(도 2a에 도시)에 대해 이루는 각도로 측정된다. 따라서, 두 개의 흐름 제어 세그먼트의 방위는 흐름 제어 세그먼트가 인접하였는지 여부로 비교된다. 예를 들면, 흐름 제어 세그먼트(CS1)가 방사형이고, 흐름 제어 세그먼트(CS3)가 방사형이면, 이들은 (동일한 방향을 갖는 것은 아니더라도) 동일한 방위를 갖는 것으로 말할 수 있다. 곡률은 그 세그먼트의 외측 곡률이다. 외측 곡률은 이하 좀더 자세히 설명한다.

연마 매개체의 흐름에 대한 흐름 제어 세그먼트(CS1-CS3)의 영향은 어느 일 연마 매개체 흐름 제어 존(CZ1-CZ3)과 인접한 다음 존에서 다르기 때문에, 일 흐름 제어 세그먼트(CS1-CS3)로부터 바로 인접한 흐름 제어 세그먼트로 전이되는 전이부(TS1, TS2)를 각 그루브(148)에 제공하는 것이 종종 바람직하다. 이러한 전이부(TS1, TS2)는 대응하는 흐름 제어 존(CZ1-CZ3)의 사이에 위치한 고리형 전이 존(TZ1, TZ2)에 위치하는 것으로 볼 수 있다. 웨이퍼(112) 밑, 즉 연마 트랙(112) 내에 서로 다른 연마 매개체 흐름 속도를 갖는 영역들을 제공하기 위해서는, 적어도 흐름 제어 존(CZ3)이 연마 트랙 내에 위치하도록 전이 존(TZ1)은 전부 연마 트랙 내에 포함되어야 하며, 연마 트랙의 내측 경계(216)와 떨어져야 한다. 마찬가지로, 흐름 제어 세그먼트(CZ3)의 적어도 일부가 연마 트랙(122) 내에 위치하려면, 전이 존(TZ2)은 연마 트랙 내에 완전히 포함되어야 하며, 연마 트랙의 외측 경계(224)로 부터 떨어져야 한다.

도 2b 내지 도 2d, 또한 도 2a를 참조하면, 도 2b 내지 도 2d는 각 그루브(148)(도 2b에 도시), 기울기(도 2c) 및 그 외측 곡률 κ(도 2d)의 용어로 기술될 수 있다. 각 흐름 제어 세그먼트(CS1-CS3)의 방향 벡터(V1-V3)는 각 흐름 제어 존에서의 그루브 궤적의 횡단 중심선에 의해 주어진다. 각 방향 벡터(V1-V3)는 인접한 방향 벡터에 대해 각도를 이룬다. 각도 α는 방향 벡터 V1과 방향 벡터 V2의 교차에 의해 형성된다. 각도 β는 방향 벡터 V2와 방향 벡터 V3의 교차에 의해 형성된다. 각도 α 및 β가 90°일 때, 연마 매개체의 흐름은 저해된다. 이는 한 쌍의 인접한 흐름 제어 세그먼트 사이에서 방향의 변화가 (작은 전이 존에 대응하여) 급격할 경우에 특히 그러하다. 바람직하게는, 이들의 상대적인 방향 벡터에 의해 형성되는 각도에 의해 측정될 때에, 적어도 한 쌍의 인접한 흐름 제어 세그먼트 사이에서의 방향 변화가 -85° 내지 85°(-85° 내지 0° 및 0° 내지 85°)이다. 더 바람직하게는, 적어도 한 쌍의 인접한 흐름 제어 세그먼트 사이의 방향 변화는, 이들의 상대적인 방향 벡터에 의해 형성되는 각도에 의해 측정될 때에, -75° 내지 75°(-75° 내지 0° 및 0° 내지 75°)이다. 가장 바람직하게는, 적어도 한 쌍의 인접한 흐름 제어 세그먼트 사이의 방향 변화는, -60° 내지 60°(-60° 내지 0° 및 0° 내지 60°)이다. 가장 바람직하게는, 이러한 방향 범위에서의 이러한 변화가 모든 인접한 흐름 제어 세그먼트에 적용된다.

수학적으로 잘 알려진 바와 같이, 평면 곡선(plane curve)의 기울기는 그 곡선을 정의하는 함수의 일차 미분과 같다. 도 2c는 도 2b의 그루브(148)의 기울기에 대한 기울기 플롯(240)이다. 기울기 플롯(240)은 그루브(148)의 외측 곡률과 연관하여 이하에서 보다 구체적으로 기술될 것이다. 수학적으로 잘 알려진 바와 같이, 어떤 주어진 곡선상의 점에서의 평면 곡선의 외측 곡률 κ는 그 점에서 곡선에 대한 탄젠트 각의 미분으로 정의된다. 만일 θ가 상기 곡선이 상기 곡선을 따른 경로 길이 s의 함수로서의 고정된 기준축과 이루는 각도를 나타낸다면, κ=dθ/ds이다. 평면 곡선은 데카르트 좌표(Cartesian coordianate) x 및 y를 사용하여 정의될 수 있으며, 여기서 x 및 y는 실제 크기의 직교 좌표이며, 이는 (ds)² = (dx)² + (dy)² 및 θ=tan(dy/dx)를 의미한다. 따라서, ds/dx = [1 + (dy/dx)²]^1/2이다. 따라서, 곡률 κ는 다음과 같이 미분 dθ/ds의 값을 직접 구하여 결정될 수 있다.

도 2d는 그루브(148)를 x축을 따라 측정되는 따른 반지름 방향으로의 위치에 대한 곡률 κ의 곡률 플롯(244)을 나타낸다.

곡률 플롯(244)으로부터 그루브(148)(도 2b)의 외측 곡률은 전이부(TS1, TS2)에 대응하는 두 개의 불연속점(D1, D2)을 구비한다는 것을 바로 알 수 있다. 불연속점(D1, D2)은 그루브(148)의 곡률이 각 전이부(TS1, TS2) 내에서의 방향이 변하는 것에 기인한다. 즉, 도 2b의 그루브(148)를 도면상에서 좌에서 우로 가로지 르면서, 불연속점(D1)은 전이부(TS1)가 전체적으로 방사형 내측 가장자리 흐름 제어 세그먼트(CS1)으로부터 좌측으로 시계방향으로 휘어진 중간 흐름 제어 세그먼트(CS2)로 전이하는 것에 기인하며, 불연속점(D2)은 전이부(TS2)가 전체적으로 중간 흐름 제어 세그먼트(CS2)로부터 방사형 외측 가장자리 흐름 제어 세그먼트(CS3)로 전이하는 것에 기인한다.

본 실시예에서, 내측 및 외측 가장자리 흐름 제어 세그먼트(CS1, CS3)는 각각 선형이며, 중간 흐름 제어 세그먼트(CS2)는 나선형 곡선의 호이다. 이하의 다른 실시예에서도 도시된 바와 같이, 각 흐름 제어 세그먼트(CS1-CS3)의 배열은 도시된 배열마다 상이할 수 있다. 예를 들어, 어떤 흐름 제어 세그먼트(CS1-CS3)도 직선, 나선의 호, 원의 호 또는 타원의 호와 같은 다른 형태의 곡선의 호일 수 있다. 통상, 흐름 제어 세그먼트(CS1-CS3)의 배열은 예를 들어 웨이퍼 중앙으로부터 웨이퍼 주변으로의 균일한 제어율과 같은 특정 결과를 얻고자 하는 연마 패드의 설계에 따른다.

불연속점(D1, D2)은 서로 반대의 방향이다. 즉, 그루브(148)를 따라 좌에서 우로 관측할 때, 불연속점(D1)은 외측 곡률에서의 증가에 대응하고, 다른 불연속점(D2)는 외측 곡률에서의 감소에 대응한다. 이는 흐름 제어 세그먼트(CS1-CS3)와 같은 세 개의 흐름 제어 세그먼트를 갖는 그루브(148)와 같은 어떠한 그루브에서도 반드시 그러한데, 여기서 내측 및 외측 흐름 제어 세그먼트는 서로 동일한 방위를 가지며, 중간 흐름 제어 세그먼트의 방위와는 상이하다. 이러한 각 그루브(148)가 세 개의 흐름 제어 세그먼트(CS1-CS3) 및 두 개의 전이부(TS1, TS2)를 구비할 때, 본 발명의 이익을 달성하기 위해서는, 내측 및 외측 가장자리 흐름 제어 세그먼트(CS1, CS3)은 각각 적어도 부분적으로 연마 트랙(122) 내에 있어야 한다(이들은 내측 및 외측 경계를 가로질러 연자되지 않는다면 완전히 연마 트랙 내에 있게 될 것이다). 결과적으로, 각 전이부(TS1, TS2) 및 중간 흐름 제어 세그먼트(CS2)는 연마 트랙(122) 내에 완전히 있게 될 것이다. 따라서, 다섯 개의 존, 즉 흐름 제어 존(CZ1-CZ3) 및 두 개의 전이 존(TZ1, TZ2) 각각의 폭에 대한 일정의 제한이 있어야 한다.

실제, 각 전이 존(예를 들어, TZ1, TZ2)의 폭 W_T는 연마 트랙의 폭 W_P을 불연속점(예를 들어, D1, D2)의 수 N의 두 배로 나눈 것보다 크지 않는 것, 즉 W_T ≤ W_P/(2N)이 바람직하다. 각 전이 존의 폭 W_T는 각 흐름 제어 존(CS1, CS3)이 적합한 폭 Wc를 가질 수 있도록 연마 트랙의 폭 W_P을 불연속점의 수 N의 네 배로 나눈 것보다 크지 않는 것, 즉 W_T ≤ W_P/(4N)이 더 바람직하다. 위에 언급한 바와 같이, 내측 및 외측 가장자리 흐름 제어 세그먼트(CS1, CS3)가 웨이퍼의 가장자리에 인접한 웨이퍼(112)의 영역에 실질적으로 동일한 영향을 갖도록 그루브(148)를 구성하는 것이 바람직하다. 결과적으로, 반드시 그러한 것은 아니지만, 흐름 제어 세그먼트(CZ1, CZ3)의 폭을 서로 동일하거나 실질적으로 동일하게 하는 것이 통상 바람직하다.

각 불연속점(D1, D2)과 같은 불연속점은 일반적으로 대응하는 전이부(TS1, TS2)의 배열에 따라 세 개 중 어느 하나일 것이다. 첫 번째 타입의 불연속점은 곡률 플롯에서 "스파이크"로서 발생하며, "점진적" 불연속점으로 명명될 수 있을 것이다. 도 2D를 참조하면, 불연속점(D1, D2)은 모두 스파이크 타입이다. 일반적으로, 스파이크 타입은 형태는 도 2a 및 2b에 도시된 실시예에서의 전이 존, 예를 들어 전이 존(TZ1, TZ2)의 폭에 해당하는 영 값이 아닌 폭 W_T를 갖는 스파이크, 예를 들어 스파이크(S1, S2)에 특징이 있다. 불연속점이 스파이크 타입일 때, 기울기 플롯(240)의 대응하는 전이 부분, 예를 들면 전이 부분(도 2c의 TP1, TP2)은 일반적으로 수직이 아니다.

이제, 도 3a 내지 도 3d를 참조하면, 도 3a 및 도 3b는 도 2a 및 도 2b의 그루브(148)와 대체로 유사하지만, 도 2a 및 도 2b의 선형 내측 및 외측 가장자리 흐름 제어 세그먼트(CS1, CS3) 대신에 양으로 만곡된 내측 및 외측 가장자리 흐름 제어 세그먼트(CS1ⁱ, CS3ⁱ)를 갖는 유사한 복수의 그루브(304)를 구비한 연마 패드(300)를 나타내고 있다. 각 흐름 제어 세그먼트(CS1ⁱ, CS3ⁱ)는 나선의 호이다. 도 2a 및 도 2b에서와 마찬가지로, 각 흐름 제어 세그먼트(CS1ⁱ, CS3ⁱ)는 다른 형태일 수 있다. 각 흐름 제어 세그먼트(CS1ⁱ, CS3ⁱ)의 방향 벡터(V1ⁱ-V3ⁱ)는 각 흐름 제어 존에서의 그루브 궤적의 횡단 중심선에 의해 주어진다. 각도αⁱ는 방향 벡터 V2ⁱ 및 방향 벡터 V2ⁱ의 교차에 의해 형성된다. 각도 βⁱ는 방향 벡터 V2ⁱ 및 방향 벡터 V3ⁱ 의 교차에 의해 형성된다. 또한, 각 그루브(304)는 대응하는 곡률 플롯(316)에서 수직선(308, 312)(도 3d)으로 일반적으로 나타나는 두 번째 타입의 불연속점(D1ⁱ, D2ⁱ)을 갖는다. 예리한 불연속점은 일반적으로 스파이크 타입, 또는 "점진적" 불연속점에서 일어나는 것과 같은 폭 W^T를 갖지 않거나, 또는 "예리한" 불연속점으로 칭할 수 있다. 본 실시예에서, 도 3d의 불연속점(D1ⁱ, D2ⁱ) 둘 다 예리한 불연속점이다. 따라서, 불연속점(D1ⁱ, D2ⁱ)에 대응하는 기울기 플롯(320)의 전이 부분(TP1ⁱ, TP2ⁱ)은 마찬가지로 수직이고, 전이의 예리함을 나타낸다. 도 3a 및 도 3b의 그루브(304)의 다른 특징은 도 2a 및 도 2b의 그루브(148)와 동일할 수 있다. 예를 들어, 내측 및 외측 가장자리 흐름 제어 세그먼트(CS1ⁱ, CS3ⁱ)는 반드시 그러한 것은 아니지만 연마 트랙(332)의 내측 및 외측 경계(324, 328)를 가로질러 연장될 수 있고, 서로 실질적으로 동일한 방위 및 곡률을 가질 수 있다. 또한, 각 흐름 제어 세그먼트(CS1ⁱ, CS3ⁱ)는 특정 목적에 적합한 어떠한 방위 및 곡률을 가질 수 있다. 다시, 불연속점(D1ⁱ, D2ⁱ)은 모두 연마 트랙(332) 내에서 발생한다.

가능한 세 번째 타입의 불연속점(미도시)은 "급격한" 불연속점으로 명명될 수 있는데, 이는 전이가 필수적으로 두 개의 흐름 제어 세그먼트 사이의 모서리일 때, 전이 존이 영의 폭을 가질 때에 형성된다. 급격한 불연속점을 갖는 그루브의 기울기 플롯(미도시)은 급격한 불연속점에 대응하는 "점프(jump)"를 가질 것이다. 도 3a 내지 도 3d를 참조하면, 그루브(304)가 두 개의 예리한 불연속점(D1ⁱ, D1ⁱ) 대신에 두 개의 급격한 불연속점을 가지면 도 3c의 기울기 플롯(320)은 흐름 제어 세그먼트(CS1ⁱ- CS3ⁱ)에 대응하는 부분들(330, 340,344)만을 가질 것이다. 즉, 수직 전이 부분(TP1ⁱ, TP2ⁱ)은 기울기가 그 사이에서 전이되지 않은 채 모서리를 가로질러 "점프"할 것이다. 따라서, 곡률 플롯(미도시)은 두 개의 불연속점에서도 점프를 가질 것이다. 따라서, 곡률 플롯은 도 3d의 곡률 플롯(316)과 유사하게 보일 것이나, 수직 부분(308, 312)은 없을 것이다. 단지 세 개의 흐름 제어 세그먼트(CS1ⁱ- CS3ⁱ)에 대응하는 부분들(348, 352, 356)만이 존재할 것이다.

도 4a 내지 도 4d를 참조하면, 도 4a는 도 4a의 각 그루브(404)가 연마 패드(300)의 그루브(304)의 예리한 불연속점(D1ⁱ, D2ⁱ)(도 3d) 보다는 연마 트랙(408) 내에 두 개의 점진적 불연속점(D1ⁱⁱ, D2ⁱⁱ)(도 4d)을 갖는다는 것을 제외하고는 도 3a의 그루브(304)와 실질적으로 동일한 복수의 같은 그루브(404)를 갖는 본 발명의 연마 패드(400)를 도시하고 있다. (도 4b는 그루브의 곡률 및 기울기를 분석하기에 편리한 좌표계에서 재현된 그루브들(404) 중 하나를 도시하고 있다.) 다시, 도 2c와 도 2d와 관련하여 상술한 바와 같이, 불연속점(D1ⁱⁱ, D2ⁱⁱ)과 같은 점진적 불연속 점은 일반적으로 곡률 플롯(412)(도 4d)에서의 스파이크(S1ⁱ, S2ⁱ) 및 도 4c의 기울기 플롯(416)의 전이 부분(TP1ⁱⁱ, TP2ⁱⁱ)이 전이 존(TZ1ⁱ, TZ2ⁱ) 내에서 기울어져 있다는 것으로 특징지어진다. 그루브(404)의 다른 모든 측면들은 도 3a의 그루브(304)와 곡률이나 방위 등에 있어서 동일할 수 있다. 물론, 그러나, 그루브(404)는 이런저런 측면, 예를 들어, 흐름 제어 세그먼트의 곡률 및 방위 등에 있어서 도 2a 및 도 2b의 그루브(148)와 관련하여 상술한 바와 같이, 상이할 수 있다. 패드(400)의 각 그루브(404)에서, 각 흐름 제어 세그먼트(CS1ⁱⁱ-CS3ⁱⁱ)의 기울기는 양의 값이다. 즉, 각 세그먼트는 해당 그루브의 패드에 대한 반지름 방향으로의 내측 단으로부터 반지름 방향으로의 외측 단으로 진행하면서 좌측으로 휘어진다.

도 5a 내지 도 5d는 본 발명의 다른 연마 패드(500)에 관한 것으로서, 여기서 그루브(504)의 흐름 제어 세그먼트(CS1ⁱⁱⁱ, CS2ⁱⁱⁱ)는 양의 기울기를 가지며 흐름 제어 세그먼트(CS3ⁱⁱⁱ)는 이들의 반지름 방향으로의 내측 단으로부터 반지름 방향으로의 외측 단까지의 그루브의 운행에 대해 음의 기울기를 갖는다. 따라서, 각 그루브(504)는 연마 트랙(508) 내에서 두 개의 불연속점(D1ⁱⁱⁱ, D2ⁱⁱⁱ)을 갖는다. 본 실시예에서, 불연속점(D1ⁱⁱⁱ, D2ⁱⁱⁱ)은 곡률 플롯(512)에서 스파이크(S1ⁱⁱ, S2ⁱⁱ)로 특징지어지는 바와 같이 점진적 타입이다. 이 경우, 불연속점(D1ⁱⁱⁱ, D2ⁱⁱⁱ)의 폭, 및 이에 대응하여 전이 존(TZ1ⁱⁱ, TZ2ⁱⁱ)의 폭은 서로 현저히 다르다. 흐름 제어 세그먼트(CS1ⁱⁱⁱ, CS2ⁱⁱⁱ)의 곡률의 양의 특성은 도 5C의 기울기 플롯에서의 부분(520, 524)의 상향 특성 및 도 5d의 곡률 플롯(512)에서의 양의 값을 나타내는 부분(528, 532)에 의해 명확하게 나타나 있다. 따라서, 흐름 제어 세그먼트(CS3ⁱⁱⁱ)의 곡률의 음의 특성은 도 5C의 기울기 플롯(512)에서의 부분(536)의 하향 경향 및 도 5d의 곡률 플롯(512)에서의 음의 값을 나타내는 부분(540)에 의해 바로 알 수 있다. 본 실시예에서, 모든 흐름 제어 세그먼트(CS1ⁱⁱⁱ-CS3ⁱⁱⁱ)는 나선형 호인 것으로 도시되어 있다. 다시, 그러나 이는 반드시 그러할 필요는 없다. 흐름 제어 세그먼트(CS1ⁱⁱⁱ-CS3ⁱⁱⁱ)는 각각 특정 응용을 위한 설계 요건을 만족하기 위해 요구되는 어떠한 형상도 가능하다.

도 6a 내지 도 6d는 본 발명의 연마 패드(600) 및 이에 대응하는 그루브(604)를 도시하고 있으며, 상기 그루브는 흐름 제어 세그먼트(CS1^iv)가 도 5a 내지 도 5d의 흐름 제어 세그먼트(CS1ⁱⁱⁱ)에서처럼 양의 곡률을 갖는 대신에 흐름 제어 세그먼트(CS1^iv)가 음의 곡률을 갖는다는 것을 제외하고는 도 5a 내지 도 5d의 연마 패드(500) 및 그루브(504)와 대체로 유사하다. 음의 곡률은 도 6c의 기울기 플롯(612)에서의 부분(608)의 하향 경향 및 음의 값을 나타내는 도 6d의 곡률 플롯 (620)의 부분(616)에서 잘 볼 수 있다. 흐름 제어 세그먼트(CS2^iv, CS3^iv)의 곡률은 도 5a 및 도 5b의 흐름 제어 세그먼트(CS2ⁱⁱⁱ, CS3ⁱⁱⁱ)의 곡률과 유사한 방식으로 각각 양 및 음이다. 각 그루브(604)의 두 개의 불연속점(D1^iv, D2^iv)(도 6d)은 불연속점(D1ⁱⁱⁱ, D2ⁱⁱⁱ)처럼 점진적이며, 연마 트랙(624) 내에서 일어난다. 다시, 도 6a 및 도 6b의 모든 흐름 제어 세그먼트(CS2^iv-CS3^iv)는 나선의 호인 것으로 도시되어 있으나, 반드시 그러할 필요는 없다.

도 7a 내지 7d는 각각이 2개의 매우 짧은 전이들(708, 712; 도 7c의 경사도(716) 참조)에 의해 연마 트랙(72) 내에서 상호간에 연결된 3개의 원형-아크 흐름 제어부들(CS1^V 내지 CS3^V)를 갖는 복수개의 동일한 그루브들(704)을 포함하는, 본 발명의 연마 패드(700)를 나타낸다. 도 7d의 곡선(724)에 도시된 바와 같이, 전이부(708, 712)에서 불연속점들(D1^V, D2^V)은 2개의 수직부(728, 732)에 의해 명료하게 된 것처럼 날카로운 불연속점들이다.

연마 패드(700)와 그 그루브들(704)을 비교하기 위하여, 도 7a 내지 7d에 도시된 바와 같이, 도 8a 내지 8d는 위에서 배경 기술에서 언급된, 김 등의 한국 특허 출원 공개 번호 제1020020022198호의 발명에 따라 구성된 종래의 연마 패드(800) 및 종래의 그루브들(804)을 도시한다. 도 7a 및 7b의 그루브들(704)과 유사하게 도 8a 및 8b의 종래의 그루브들(804)은 원형부로 이루어진다. 그러나 각 종래 그루브(804)는 도 7a 및 7b에 도시된 3개의 부분(CS1^V 내지 CS3^V)와 대비하여 단지 2개의 원형부(808, 812))만을 가진다.

따라서, 각 종래 그루브(804)는 도 8d의 곡선(824)의 수직부(820)에 의해 가리켜진 것처럼 단지 하나의 불연속점(816), 이러한 경우에는 날카로운 불연속점을 가진다. 하나의 불연속점(816)이 연마 트랙(830) 내에 위치하는 동안, 단지 하나의 불연속점이 존재한다는 사실은 모두 연마 트랙(708) 내에서 발생하는 두개의 불연속점(D1^V, D2^V)을 가지는 도 7a 내지 7d의 연마 패드(700)와 강한 대조가 된다. 각 그루브(804) 내의 단지 하나의 불연속점(816)을 갖고, 도 8a 및 8d의 종래의 연마 패드(800)는 본 발명의 연마 패드가 제공할 수 있는 많은 이점 중 어느 하나도 제공할 수 없다. 중요하게는 종래의 연마 패드(800)는 웨이퍼(112; 도 8a)의 반지름 방향으로의 내측 및 외층 가장자리들(208, 212)를 상호 동일하게 처리할 수 없다. 따라서, 종래의 패드(800)는 본 발명의 연마 패드, 예를 들어 연마 패드(104, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 900)와 같은 동일한 연마 특성을 달성할 수 없다.

도 2a 내지 2d를 참조하여 언급된 바와 같이, 본 발명의 연마 패드는 단지 3개의 흐름 제어부 및 2개의 대응되는 불연속점들을 갖도록 구속될 필요없다. 대조적으로, 본 발명의 연마 패드는 4개 이상의 흐름 제어부 및 이에 따른 각각이 2개의 대응되는 흐름 제어부 사이에 위치되는 3개 이상의 불연속점들를 가질 수 있다. 예를 들어, 도 9a 내지 9d는 각각이 5개의 흐름 제어부(CS1^vi, CS2^vi, CS3^vi, CS4^vi, CS5^vi; 도 9a 및 도 9b) 및 모두가 연마 패드(908) 내에서 일어나는 4개의 불연속점들(D1^vi, D2^vi, D3^vi, D4^vi; 도 9d)를 갖는 복수개의 동일한 그루브들(904)을 포함하는, 본 발명의 연마 패드(900)를 가리킨다. 본 실험에서 모든 흐름 제어부들(CS1^vi, CS2^vi, CS3^vi, CS4^vi, CS5^vi)은 나선형 아크이고, 모두 양의 곡률을 갖는다. 본 발명의 다른 연마 패드, 예를 들어 도 2a, 3a, 4a, 5a, 6a 및 7a의 패드들의 흐름 제어부들처럼, 도 9a의 패드의 제어부들(CS1^vi, CS2^vi, CS3^vi, CS4^vi, CS5^vi)은 특정한 설계에 적용시키고자 하는 어떠한 형태 및 곡률도 가질 수 있다. 각 불연속점들(D1^vi, D2^vi, D3^vi, D4^vi)은 도 9d의 곡선(928)의 대응되는 수직부들(912, 916, 920, 924)에 의해 주로 특징지어지는 날카로운 불연속점들을 갖는다. 다른 실시예들에서 불연속점들(D1^vi, D2^vi, D3^vi, D4^vi)은 다른 종류, 즉 점차적이거나 갑작스럽거나하는 종류의 모든 것이 될 수 있거나 또는 점차적이고, 날카롭고 갑작스러운 형태의 불연속점들의 원하는 어떠한 조합도 될 수 있다.

위에서 언급된 바와 같이, 연마 트랙을 세 개 이상의 흐름 제어 존으로 분할하는 이유는 패드 설계자로 하여금 연마를 최대한 향상시키기 위하여 연마 패드를 상기 연마 동작에 맞도록 제작하게 하기 위한 것이다. 일반적으로, 설계자는 웨이퍼와 여러 존 내의 연마 패드 사이의 틈에 있는 연마 매개체의 흐름이 연마에 어떤 영향을 주는 지를 이해함에 의해 이것을 성취한다. 예를 들어, 어떤 연마는 도 2a 의 실시예에서 웨이퍼의 가장자리에 가까이 있는 흐름 제어 존, 예를 들어 CZ1 및 CZ3 내에 상기 연마 매개체를 가짐으로써 이로우며, 이러한 존 내의 상기 연마 매개체의 체류 시간을 감소시키기 위하여 이러한 흐름 제어 존들을 통하여 상대적으로 빠르게 흐른다. 이러한 동일 타입의 연마에서, 연마 매개체는 또한 웨이퍼의 중앙부, 예를 들어 도 2a의 흐름 제어 존 CZ2에서 더 오랜 체류 시간을 가진다. 이 경우, 상기 설계자는 상기 패드에 상기 연마 매개체의 흐름을 촉진시키는 흐름 제어 존들 CZ1 및 CZ3에 있는 상당한 방사형 그루브 세그먼트들 CS1을 제공하거나 상기 연마 매개체의 흐름을 방해하는 흐름 제어 존 CZ2에 있는 더 원주형인 그루브 세그먼트들 CS2을 제공하도록 선택할 수 있다. 이러한 방법에서, 설계자는 상기 연마 매개체의 프로파일(profile)을 상기 연마 트랙을 가로질러 방사형 방향으로 흐르도록 제작할 수 있다. 다른 타입의 연마에서, 위와 상반되는 것이 바람직할 수도 있다. 즉, 다른 타입의 연마에서, 흐름 제어 존들 CZ1 및 CZ3에 있어서 상대적으로 긴 체류 시간과 흐름 제어 존 CZ2에 있어서 상대적으로 짧은 체류 시간이 바람직할 수 있다. 연마 동안, 상기 기판은 상기 기판에 해당하는 영역들에서 제거율을 조정하도록 바람직하게는 적어도 3개의 흐름 제어 존들에 접촉한다. 그러므로, 다른 제어 존들에서 외측 곡률을 조정하는 것은 중앙이 높거나 모서리가 높은 웨이퍼 프로파일을 교정하는 것과 같은 프로파일 조정을 제공할 수 있다.

본 발명에 의하면 패드-웨이퍼 사이의 틈에서의 연마 매개체의 흐름의 속도를 제어 및 변화시킬 수 있는 CMP 연마 패드를 얻을 수 있다.

Claims (10)

1. a) 회전 중심을 가지며, 상기 회전 중심과 동심이며 일정한 폭을 갖는 고리형 연마 트랙을 포함하며, 연마 매개체의 존재하에 자성, 광학 및 반도체 기판 중 적어도 하나를 연마하기 위한 연마층; 및

   b) 상기 연마층에 위치하며, 상기 고리형 연마 트랙의 폭의 전체를 가로지르며 상기 고리형 연마 트랙 내에 적어도 두 개의 불연속점(상기 적어도 두 개의 불연속점은 서로 반대 방향이며 상기 외측 곡률의 값의 증가 및 감소를 제공하며, 제 1 불연속점의 반지름 방향으로 내측의 제 1 방향, 상기 제 1 불연속점 및 제 2 불연속점 사이에서의 제 2 방향, 및 상기 제 2 불연속점의 반지름 방향으로 외측의 제 3 방향을 가지며, 적어도 한 쌍의 인접한 방향들 사이의 방향의 변화는 -85도 내지 85도임)을 갖는 외측 곡률을 포함하는 복수의 그루브를 포함하는 연마 패드.
2. 제 1 항에 있어서, 각 그루브의 상기 적어도 두 개의 불연속점은 해당 그루브가 내부 가장자리 흐름 제어 세그먼트, 외부 가장자리 흐름 제어 세그먼트 및 상기 내부 가장자리 흐름 제어 세그먼트와 외부 가장자리 흐름 제어 세그먼트의 사이에 위치하는 적어도 하나의 중간 흐름 제어 세그먼트를 갖도록 해당 그루브를 분할하는 것을 특징으로 하는 연마 패드.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 내부 가장자리 흐름 제어 세그먼트는 제 1 방위 및 제 1 곡률을 갖고, 상기 외부 가장자리 흐름 제어 세그먼트는 상기 제 1 방위 및 제 1 곡률과 각각 동일한 제 2 방위 및 제 2 곡률을 갖는 것을 특징으로 하는 연마 패드.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 방위는 각각 방사형인 것을 특징으로 하는 연마 패드.
5. 제 3 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 곡률은 영인 것을 특징으로 하는 연마 패드.
6. 제 1 항에 있어서, 각 그루브는 곡률에서 적어도 세 개의 불연속점을 가지며, 상기 적어도 세 개의 불연속점 중 인접한 불연속점들은 서로 반대 방향인 것을 특징으로 하는 연마 패드.
7. 제 1 항에 있어서, 상기 고리형 연마 트랙은 그 폭만큼 서로 떨어진 원형 내측 경계 및 원형 외측 경계를 가지며, 각 그루브는 상기 내측 경계를 가로지르는 내측 가장자리 흐름 제어 세그먼트 및 상기 외측 경계를 가로지르는 외측 가장자리 흐름 제어 세그먼트를 갖는 것을 특징으로 하는 연마 패드.
8. 제 1 항에 있어서, N은 수를 의미하며, 각 그루브는 N 개의 불연속점, 상기 N개의 불연속점에서 일어나는 N 개의 전이, 및 N 개의 전이와 함께 교대로 위치하는 N+1 개의 흐름 제어 세그먼트를 가지며, N 개의 전이 각각은 연마 트랙의 폭을 2N으로 나눈 값 이하의 폭을 갖는 것을 특징으로 하는 연마 패드.
9. 제 1 항에 있어서, N 개의 전이는 각각 연마 트랙의 폭을 4N으로 나눈 값 이하인 것을 특징으로 하는 연마 패드.
10. 연마 매개체의 존재하에 자성, 광학 및 반도체 기판 중 적어도 하나를 연마하는 방법에 있어서,

    a) i) 회전 중심을 가지며, 상기 회전 중심과 동심이고 일정한 폭을 가지며 적어도 세 개의 흐름 제어 존을 갖는 고리형 연마 트랙을 포함하며, 연마 매개체의 존재하에 자성, 광학 및 반도체 기판 중 적어도 하나를 연마하기 위한 연마층; 및ii) 상기 연마층에 위치하며, 상기 고리형 연마 트랙의 폭의 전체를 가로지르며 상기 고리형 연마 트랙 내에 적어도 두 개의 불연속점(상기 적어도 두 개의 불연속점은 서로 반대 방향이며 상기 외측 곡률의 값의 증가 및 감소를 제공하며, 제 1 불연속점의 반지름 방향으로 내측의 제 1 방향, 상기 제 1 불연속점 및 제 2 불연속점 사이에서의 제 2 방향, 및 상기 제 2 불연속점의 반지름 방향으로 외측의 제 3 방향을 가지며, 적어도 한 쌍의 인접한 방향들 사이의 방향의 변화는 -85도 내지 85도임)을 갖는 외측 곡률을 포함하는 복수의 그루브를 포함하는 연마 패드로 연마하는 단계; 및

    b) 상기 적어도 세 개의 흐름 제어 존의 각 흐름 제어 존으로 기판의 제거율을 조정하는 단계를 포함하는 방법.

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