KR20060118402A

KR20060118402A - 고정화된 3차원 연삭 용품의 제자리 활성화

Info

Publication number: KR20060118402A
Application number: KR1020067002553A
Authority: KR
Inventors: 존 제이. 가글리어르디; 크리스토퍼 제이. 루에브
Original assignee: 쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니
Priority date: 2003-08-07
Filing date: 2004-06-24
Publication date: 2006-11-23
Also published as: DE602004012864T2; ATE390988T1; JP4634381B2; DE602004012864D1; US7160178B2; KR101161883B1; WO2005016596A1; TW200524709A; CN1832829A; TWI327504B; CN100519079C; JP2007501716A; US20050032462A1; EP1651386B1; EP1651386A1; MY137233A

Abstract

본 발명은 기판(456)과 지지 조립체(assembly)(400) 사이에 삽입된 고정화된 연삭 용품(410)을 포함하는 기구에 관한 것이다. 상기 지지 조립체(400)는 기판과 고정화된 연삭 용품(410) 사이의 경계면에서 고 침식력 영역 및 저 침식력 영역들을 생성시킨다. 고 침식력은 상기 고정화된 연삭 용품(410)을 활성화시키기에 충분하다.

고정화된 3차원 연삭 용품, 지지 조립체, 법선력, 접촉압, 상대 운동, 고 침식력 영역, 저 침식력 영역, 제자리 활성화

Description

고정화된 3차원 연삭 용품의 제자리 활성화{IN SITU ACTIVATION OF A THREE-DIMENSIONAL FIXED ABRASIVE ARTICLE}

본 발명은 고정화된 3차원 연삭 용품을 제자리(in situ) 활성화시키기 위한 조립체(assembly) 및 방법에 관한 것이다.

연삭 용품은 다양한 산업 응용분야에서 다양한 제조 상들 동안에 표면을 변형(예를 들어, 침식, 마무리, 연마, 평탄화 등으로) 처리하기 위해 사용된다. 예를 들어, 반도체 장치를 제조하는데 있어서, 웨이퍼(wafer)는 전형적으로 침착, 패턴화(patterning) 및 에칭(etching)을 비롯한 수많은 가공 단계들을 거친다. 이들 가공 단계들 중 하나 이상을 거친 후에는, 고도의 표면 평탄도 및 균일성을 달성하는 것이 필요하다.

통상적인 표면 변형 기술은 반도체 웨이퍼의 연마 공정, 예를 들어 화학기계적 연마(CMP) 공정을 포함하며, 이 방법에서는 캐리어(carrier) 조립체내의 웨이퍼가 CMP 기구내의 연마 패드와 접촉하면서 회전한다. 연마 패드는 회전반 또는 플래튼(platen)상에 탑재된다. 웨이퍼는 회전/이동 캐리어 또는 연마 헤드(head)상에 탑재되며, 제어가능한 힘이 회전하는 연마 패드에 대해 웨이퍼를 압착시킨다. 따라서, CMP 기구는 웨이퍼와 연마 패드의 표면 사이에서 연마 또는 마찰 운동을 생성시킨다. 임의적으로, 용액중의 연삭제 입자를 함유하는 연마 슬러리를 패드와 웨이퍼상에 분산시킬 수 있다. 전형적인 CMP는 규소 웨이퍼 자체 뿐만 아니라, 다양한 유전층들(예를 들어, 산화규소), 전도층들(예를 들어, 알루미늄 및 구리), 또는 다마신(Damascene) 공정에서와 같이 전도성 물질과 유전성 물질을 둘 다 함유하는 층들에서도 수행될 수 있다.

화학기계적 연마 공정은 또한 고정화된 연삭 용품, 예를 들어 고정화된 연삭제 연마 시이트나 고정화된 연삭 패드를 사용하여 수행될 수도 있다. 이러한 고정화된 연삭 용품은 전형적으로 배킹(backing)에 임의로 부착되는 다수의 연삭 복합체(composite)들을 포함할 수 있다. 연삭 복합체는 결합제, 예를 들어 중합체성 결합제중의 연삭제 입자들을 포함할 수 있다. 상기 고정화된 연삭 용품과 웨이퍼에 작동 유체가 사용될 수 있다. 화학적 활성을 부여하기 위해, 화학적 제제가, 예를 들어 작동 유체에 제공되거나 또는 고정화된 연삭 용품에 포함될 수 있지만, 상기 고정화된 연삭 복합체들이 기계적 활성과 일부 공정에서는 화학적 활성을 제공한다.

CMP 동안, 연삭 용품은 활성이 감소된다. 즉, 기판의 표면을 변형시키는데 있어서 연삭 용품이 덜 효과적이게 된다. 예를 들면, 연삭 용품이 기판의 표면을 변형시킴에 따라, 연삭제 입자들이 연삭 복합체로부터 제거될 수 있다. 연삭제 입자들이 연삭 복합체로부터 제거되면, 고정화된 연삭 용품이 기계적 및(또는) 화학적 활성을 제공하는데 덜 효과적이게 됨에 따라 CMP의 속도도 감소될 수 있다. 또한, 연삭 복합체에 잔존하는 연삭제 입자들도 활성, 예를 들어 기계적 및(또는) 화 학적 활성이 감소될 수 있다. 만일 이러한 닳아진 연삭제 입자들이 연삭 복합체로부터 제거되지 않는다면, 기계적 및(또는) 화학적 활성을 제공하는데 있어서 고정화된 연삭 용품이 덜 효과적이게 됨에 따라 CMP의 속도가 감소될 수 있다.

발명의 개요

본 발명자들은 연삭 복합체의 일부를 침식시켜 새로운 연삭제 입자들을 노출시킴으로써 연삭 용품을 활성화시킬 수 있음을 확인하였다. 연삭 복합체의 침식 공정은 고정화된 연삭 용품의 표면에서 활성 연삭제 입자들을 보충할 수 있기 때문에 바람직하다. 침식 공정은 또한 연삭 용품으로부터 닳아진 연삭제 입자들을 제거할 수도 있다. 연삭 복합체의 침식성이 충분하지 않다면, 새로운 연삭제 입자들을 적절하게 노출시킬 수 없고 절삭 속도가 감소될 수 있다. 연삭 복합체의 침식성이 너무 크다면, 연삭 용품의 수명은 원하는 제품 수명보다 더 단축될 수 있다.

본 발명자들은 또한 높은 웨이퍼-대-웨이퍼 절삭 속도 안정성을 제공하는 고정화된 연삭 용품 및 CMP 기구들에 대한 요구가 존재하는 것을 확인하였다. 또한, 정류상태 절삭 속도의 증가, 연삭 복합체 소자의 침식 속도의 제어, 다양한 기판 물질을 가공하는데 사용할 수 있도록 고정화된 연삭 용품의 변화 허용성, CMP 동안 오염 감소, 고정화된 연삭 용품의 사용수명 최적화, 및 일반적으로는 효율 향상, 제조 처리량의 증가 및 CMP 비용의 감소 중 하나 이상을 달성하는, 고정화된 연삭 용품, 고정화된 연삭 용품을 이용하는 CMP 기구 및 고정화된 연삭 용품을 이용하는 CMP 방법에 대한 요구가 존재한다.

요약하면, 한 양태에서, 본 발명은 고정화된 3차원 연삭 용품의 제자리 활성 화를 위한 기구를 제공한다. 상기 기구는 제1 표면을 포함하는 기판; 다수의 연삭 복합체를 포함하는 연삭 표면과 반대 표면을 포함하는 고정화된 3차원 연삭 용품; 및 지지 조립체를 포함한다. 상기 지지 조립체는 법선력이 기판, 고정화된 연삭 용품 및 지지 조립체에 인가되고 기판의 제1 표면과 고정화된 연삭 용품의 연삭 표면 사이에서 상대 운동이 생성될 때 고 침식력 영역 및 저 침식력 영역이 생성되도록 선택된다. 적어도 고 침식력은 고정화된 연삭 용품을 활성화시키기에 충분하며, 저 침식력은 고 침식력 미만이다.

또다른 양태에서, 본 발명은 제1 표면을 포함하는 기판; 다수의 연삭 복합체를 포함하는 연삭 표면과 반대 표면을 포함하는 고정화된 3차원 연삭 용품; 및 지지 조립체를 포함하는, 고정화된 3차원 연삭 용품의 제자리 활성화를 위한 기구를 제공한다. 상기 지지 조립체는 법선력이 기판, 고정화된 연삭 용품 및 지지 조립체에 인가되고 기판의 제1 표면과 고정화된 연삭 용품의 연삭 표면 사이에서 상대 운동이 생성될 때 고 침식력 영역 및 저 침식력 영역을 생성시키는 수단을 포함한다. 적어도 고 침식력은 고정화된 연삭 용품을 활성화시키기에 충분하며, 저 침식력은 고침식력 미만이다.

또다른 양태에서, 본 발명은 고정화된 3차원 연삭 용품의 제자리 활성화 방법을 제공한다. 상기 방법은 제1 표면을 포함하는 기판, 및 연삭 표면과 반대 표면을 포함하는 고정화된 3차원 연삭 용품을 제공하는 단계를 포함한다. 상기 연삭 표면은 다수의 연삭 복합체를 포함한다. 상기 방법은 또한 고정화된 연삭 용품의 반대 표면을 지지 조립체와 접촉시키는 단계; 기판의 제1 표면을 고정화된 연삭 용 품의 연삭 표면과 접촉시키는 단계; 법선력을 기판, 고정화된 연삭 용품 및 지지 조립체에 인가하는 단계; 및 기판의 제1 표면과 고정화된 연삭 용품의 연삭 표면 사이에서 상대 운동을 제공하는 단계를 포함한다. 기판의 제1 표면과 연삭 표면 사이의 인가된 법선력 및 상대 운동이 침식력을 생성시킨다. 상기 지지 조립체는 고 침식력 영역 및 저 침식력 영역이 생성되도록 선택되며, 이때 적어도 고 침식력은 고정화된 연삭 용품을 활성화시키기에 충분하고, 저 침식력은 고침식력 미만이다.

또다른 양태에서, 본 발명은 추가로 연삭 복합체의 적어도 일부분이 고 침식력 영역에서 저 침식력 영역으로 이동하도록 지지 조립체에 대해서 고정화된 연삭 용품을 인덱싱(indexing)시키는 것을 포함한다.

CMP 동안 균일한 기판 표면 변형을 유지하기 위해서는 균일한 침식력이 요구된다고 여겨졌었지만, 본 발명자들은 표면 변형의 균일성, 절삭 속도의 일관성 및 정류상태 절삭 속도의 개선이 공간적으로 변조된 침식력을 갖는 고정화된 연삭제 조립체를 사용하여 달성될 수 있음을 발견하였다. 공간적으로 변조된 침식력을 갖는 고정화된 연삭제 조립체는 고정화된 연삭 용품을 제자리에서 활성화시키기 위해 사용할 수 있다. 공간적으로 변조된 침식력을 갖는 고정화된 연삭제 조립체는 또한 다양한 기판 물질을 가공하는데 사용하기 위해 고정화된 연삭 용품을 변화시키는데도 사용할 수 있다.

본 발명의 하나 이상의 실시태양들의 자세한 사항을 이하에 개시한다. 본 발명의 다른 특징들, 목적들 및 이점들은 하기 발명의 상세한 설명 및 청구의 범위 로부터 명확하게 이해될 것이다.

도 1은 텍스처 가공된(textured), 고정화된 3차원 연삭 용품을 도시한 것이다.

도 2는 표면 변형에 사용될 수 있는 단순화된 기구를 도시한 것이다.

도 3a는 기판을 변형시키기 전의 연삭 복합체의 횡단면도를 나타낸 것이다.

도 3b는 기판을 변형시킨 후의 도 3a의 연삭 복합체의 횡단면도를 나타낸 것이다.

도 3c는 연삭 복합체가 활성화되었을 때의 도 3a의 연삭 복합체의 횡단면도를 나타낸 것이다.

도 3d는 연삭 복합체가 활성화되지 않았을 때의 도 3a의 연삭 복합체의 횡단면도를 나타낸 것이다.

도 4는 본 발명의 한 실시태양에서 연삭제 조립체와 접촉되어 있는 기판을 도시한 것이다.

도 5a는 제자리 활성화 전의 저 침식력 영역에서의 이상적인 연삭 복합체를 도시한 것이다.

도 5b는 제자리 활성화 도중의 고 침식력 영역에서의 이상적인 연삭 복합체를 도시한 것이다.

도 5c는 제자리 활성화를 거친 후의 저 침식력 영역에서의 이상적인 연삭 복합체를 도시한 것이다.

일반적으로, 연삭 용품은 기판 표면으로부터 물질을 기계적 및(또는) 화학적으로 제거할 수 있는 제품이다. 연삭 용품은 고정화된 연삭 용품, 즉 결합제중의 고정된 위치에서 다수의 연삭제 입자들을 포함하는 연삭 용품일 수 있다. 고정화된 연삭 용품은 평탄화 공정중에 생성될 수 있는 것을 제외하고는 실질적으로 비결합된 연삭제 입자들이 없다. 이들 비결합된 연삭제 입자들은 일시적으로 존재할 수 있지만, 이들은 일반적으로 CMP를 거치는 동안 고정화된 연삭 용품과 기판 사이의 경계면으로부터 제거되며, 표면 변형 공정에 실질적으로 기여하지 않는다. 연삭 용품은 침식에 의해 추가의 연삭제 입자들이 노출되도록 그의 두께의 적어도 일부분 전체에 걸쳐 분산된 연삭제 입자들을 갖는 고정화된 3차원 연삭 용품일 수 있다. 상기 연삭 용품은 또한 융기부 및 오목부를 포함하고 적어도 융기부가 결합제중의 연삭제 입자들을 포함하도록 텍스처 가공될 수 있다. 이러한 고정화된 연삭 용품은, 예를 들어 미국 특허 제5,014,468호; 동 제5,453,312호; 동 제5,454,844호; 동 제5,692,950호; 동 제5,820,450호; 동 제5,958,794호; 및 동 제6,194,317호에 기재되어 있다.

일부 실시태양에서, 고정화된 연삭 용품은 배킹을 포함할 수 있다. 임의의 공지된 배킹을 사용할 수 있다. 예를 들어, 중합체성 필름, 직물, 금속 호일(foil), 부직 및 이들의 조합을 사용할 수 있다. 또한, 브룩스부르트(Bruxvoort) 등의 미국 특허 제5,958,794호(칼럼 17, 12행 내지 칼럼 18, 15행)에 유용한 배킹이 기재되어 있다. 당해 기술내에서 특정하게 선택할 수 있다.

일부 실시태양에서, 고정화된 연삭 용품은 연삭 복합체를 포함한다. 연삭 복합체는 고정화된 연삭 용품의 분야에서 공지되어 있으며, 결합제 전체에 분산된 연삭제 입자들을 포함할 수 있다. 일부 실시태양에서, 연삭 복합체는 1개의 상이 연삭제 입자들로 작용하는 개별 상들을 갖는 중합체성 물질을 포함할 수 있다.

임의의 공지된 결합제를 사용할 수 있다. 예를 들어, (메트)아크릴레이트, 에폭시, 우레탄, 폴리스티렌, 비닐 및 이들의 조합을 사용할 수 있다. 또한, 브룩스부르트 등의 미국 특허 제5,958,794호(칼럼 22, 64행 내지 칼럼 34, 5행)에 유용한 결합제가 기재되어 있다. 당해 기술내에서 특정하게 선택할 수 있다.

임의의 공지된 연삭제 입자를 사용할 수 있다. 예를 들어, 브룩스부르트 등의 미국 특허 제5,958,794호(칼럼 18, 16행 내지 칼럼 21, 25행)에 유용한 연삭제 입자들이 기재되어 있다. 당해 기술내에서 특정하게 선택할 수 있다.

일부 실시태양에서, 연삭제 입자는 약 10 마이크로미터(㎛) 이하(예를 들어, 약 5㎛ 이하, 또는 약 1㎛ 이하, 또는 약 0.5㎛ 이하, 또는 약 0.1㎛ 이하)의 평균 입경을 갖는다. 일부 실시태양에서, 연삭제 입자는 다수의 개개 연삭제 입자들이 함께 결합하여 형성한 단일 입자 덩어리를 포함하는 연삭제 응집물의 형태일 수 있다. 연삭제 응집물은 불규칙한 형상을 가지거나 예정된 형상을 가질 수 있다. 일부 실시태양에서, 연삭제 응집물은 연삭제 입자들을 함께 결합시키기 위해 유기 결합제 또는 무기 결합제를 사용할 수 있다. 일부 실시태양에서, 연삭제 응집물은 약 100㎛ 미만(예를 들어 약 50㎛ 미만, 또는 약 25㎛ 미만, 또는 약 5㎛ 미만, 또는 약 1㎛ 미만, 또는 약 0.5㎛ 미만)의 입경을 가질 수 있다. 일부 실시태양에서, 연삭제 응집물중의 개개의 연삭제 입자는 약 10㎛ 이하(예를 들어, 약 5㎛ 이하, 또는 약 1㎛ 이하, 또는 약 0.5㎛ 이하, 또는 약 0.1㎛ 이하)의 평균 입경을 갖는다. 연삭제 응집물의 예는 미국 특허 제4,652,275호; 동 제4,799,939호; 및 동 제5,500,273호에 추가로 기재되어 있다.

일부 실시태양에서, 예를 들어 반도체 웨이퍼와 같은 기판의 표면을 손상시키지 않는 것이 바람직한 경우(예를 들어, 웨이퍼 표면이 이산화규소-함유 표면과 같은 금속 산화물-함유 표면인 경우), 연삭제 입자들은 약 8 이하의 모오스(Mohs) 경도값을 갖도록 선택될 수 있다. 일부 실시태양에서는, 약 8보다 큰 모오스 경도를 갖는 연삭제 입자들이 유용할 수 있다. 일부 실시태양에서, 연삭제 입자들은 금속 산화물 물질들로 제조된 입자들, 예를 들어 세리아, 알루미나 및 실리카를 포함한다. 일부 실시태양에서, 연삭제 입자들, 예를 들어 세리아는 변형되는 기판에 대해 화학적으로 활성이다.

일부 실시태양에서, 연삭 복합체는 연삭제 입자들과 함께, 고정화된 연삭 용품의 분야에서 인정되는 양의 다른 입자들, 예를 들어 충전제 입자들을 함유할 수 있다. 충전제 입자들의 예에는 탄산염(예를 들어, 탄산칼슘), 규산염(예를 들어, 규산마그네슘, 규산알루미늄, 규산칼슘 및 이들의 조합), 및 이들의 조합이 포함된다. 중합체성 충전제 입자들은 또한 단독으로 사용되거나 다른 충전제 입자들과 조합되어 사용될 수 있다.

일부 실시태양에서, 본 발명의 고정화된 연삭 용품은 "정확한 형상의" 연삭 복합체인 연삭 복합체를 포함할 수 있다. 정확한 형상의 연삭 복합체는 정확한 형상의 연삭 복합체를 제조하기 위해 사용되는 금형 공동과 거꾸로 성형된 형상을 갖는 연삭 복합체이며, 이때 연삭 복합체가 금형으로부터 제거된 후에 성형된 형상이 유지된다. 일부 실시태양에서, 연삭 복합체는 금형으로부터 제거된 후에 무너지거나 변형될 수 있다. 일부 실시태양에서, 연삭 복합체는 금형 공동을 사용하지 않고 형성될 수 있다. 일부 실시태양에서, 연삭 복합체는 로토그라비어 프린팅(rotogravure printing) 또는 스크린 프린팅에 의해 형성될 수 있다. 일부 실시태양에서, 연삭 복합체는 미국 특허 제5,152,917호에 기재된 바와 같이, 연삭 용품이 최초로 사용되기 전에 형상의 노출면을 넘어 돌출되는 연삭제 입자들은 실질적으로 없다.

연삭 복합체는 임의의 유용한 형태 또는 형상을 취할 수 있으며, 바람직한 형상은 정육면체형, 원통형, 절두 원통형, 세로기둥형, 원뿔형, 원뿔대형, 피라미드형, 절두 피라미드형, 십자형, 편평한 상면을 갖는 기둥-유사형, 반구형, 이들 중 임의의 하나 이상의 것의 역상 형태 및 이들의 조합을 포함한다. 연삭 복합체의 적절한 크기 및 간격은 또한 고정화된 연삭 용품 분야의 당업자에게 자명하게 이해될 것이다. 일반적으로 연삭 복합체의 유용한 형상은 선택된 기판의 표면을 유용하게 변형시킬 임의의 형상일 수 있다. 일부 실시태양에서는, 실질적으로 모든 연삭 복합체가 동일한 형상을 갖는다.

연삭 복합체는 서로 직접 인접되어 있거나 또는 서로로부터 이격될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시태양에서, 이들은, 예를 들어 인접한 연삭 복합체의 융기부 소자들 사이에 채널(channel)이 형성되도록 서로로부터 이격되어 있는 신장된 융기부의 형태로 제공될 수 있다. 일부 실시태양에서, 각각의 연삭 복합체는 배킹에 대해 실질적으로 동일한 배향을 가질 수 있다.

일부 실시태양에서, 고정화된 연삭 용품은 정확한 형상의 패턴 형태로 배열된 다수의 연삭 복합체를 포함한다. 일부 실시태양에서, 모든 연삭 복합체는 실질적으로 동일한 높이를 갖는다.

일부 실시태양에서, 연삭 용품은 양호한 절삭 속도를 제공하여야 한다. 일부 실시태양에서, 연삭 용품은 허용가능한 편평도 및 표면 마무리 처리도, 및 최소한의 디싱(dishing)을 갖는 가공된 기판, 예를 들어 반도체 웨이퍼를 제공할 수 있다. 일부 실시태양에서, 고정화된 연삭 용품은 일련의 연속적인 표면 변형 공정에 대해 일관된 수준의 편평도, 표면 마무리 처리도 및 디싱을 제공할 수 있다. 일부 실시태양에서는, 상이한 기판들을 가공하기 위해 동일한 고정화된 연삭 용품을 사용하는 것이 바람직할 수 있다.

기판을 고정화된 연삭 용품의 특정한 작용 면적으로 변형시키는 경우, 초기 절삭 속도(즉, 종종 1분당 Å 단위로 보고되는 물질 제거 속도)가 달성될 것이다. 고정된 연삭 용품의 동일한 작용 면적이 이후의 기판들을 변형시킴에 따라, 절삭 속도는 어떤 안정한 절삭 속도로 점근성으로 감소될 것이다. 연삭 용품을 인덱싱시킴으로써(즉, 증분적으로 또는 연속적으로 새로운 연삭 용품을 작용 면적으로 전진시킴으로써), 안정한 절삭 속도를 증가시킬 수 있다. 일부 실시태양에서, 고정화된 연삭 용품은 개개의 기판들에 대한 연마 작업 사이에서 인덱싱될 수 있다.

일부 실시태양에서, 고정화된 연삭 용품은 침식될 수 있다. 고정화된 연삭 용품의 침식은 고정화된 연삭 용품을 활성화, 즉 고정화된 연삭 용품의 표면에서 활성 연삭제 입자들을 보충시킬 수 있다.

일부 실시태양에서, 고정화된 연삭 용품의 활성화는 적어도 부분적으로는 기판을 고정화된 연삭 용품으로 변형시킬 때 수득되는 절삭 속도를 복구시킨다. 활성화는 전형적으로 기판과 이전에 접촉하지 않은 연삭제 입자들을 접촉 표면에서 노출시키는 고정화된 연삭 용품의 일부분의 침식을 포함한다. 일반적으로, 텍스처 가공된 기판(예를 들어, 지형을 갖는 규소 웨이퍼, 미리-평탄화된 반도체 웨이퍼, 및 거칠게 표면 마무리 처리된 기판)이 초기에 고정화된 연삭 용품을 활성화시킬 수 있지만, 그의 표면 텍스처(texture)가 감소됨에 따라 고정화된 연삭 용품을 활성화시킬 수 없게 될 수 있다. 몇몇 비교적 평활한 기판(예를 들어, 평탄화된 반도체 웨이퍼 및 블랭킷(blanket) 웨이퍼)은 일부 고정화된 연삭 용품을 활성화시킬 수 없을 수 있다.

일부 실시태양에서, 활성화된 고정화된 연삭 용품은 고정화된 연삭 용품에서 달성되는 초기 절삭 속도의 20% 초과(예를 들어 50% 초과, 또는 70% 초과, 또는 90% 초과)의 절삭 속도를 가질 것이다. 고정화된 연삭 용품에서 달성되는 절삭 속도는 단일 기판을 변형시킴에 따라 감소되거나 복수 기판들을 변형시킴에 따라 감소될 수도 있다.

일부 실시태양에서, 고정화된 연삭 용품의 활성화는 다수의 기판들의 표면을 변형시킬 때 수득되는 정류상태 절삭 속도를 증가시킨다. 첫번째 기판의 표면을 새로운 연삭 용품으로 변형시킬 때 수득되는 절삭 속도가 빠를 수 있다. 그러나, 두번째 이후의 기판들에서 수득되는 절삭 속도는 정류상태가 관찰될 때까지 감소되는 경향이 있을 수 있다. 기판들 사이에서 연삭 용품을 인덱싱시키는 것이 정류상태 속도를 증가시킬 수 있지만, 정류상태 속도는 여전히 비허용적으로 느릴 수 있다. 일부 실시태양에서, 활성화된 고정화된 연삭 용품은 충분한 활성화 없이 인덱싱된 연삭 용품에서 달성되는 정류상태 절삭 속도의 115% 초과(예를 들어, 150% 초과, 또는 200% 초과, 또는 300% 초과)의 정류상태 절삭 속도를 가질 것이다.

고정화된 연삭 용품이 충분한 침식성을 가지지 않으면, 새로운 연삭제 입자들은 적절하게 노출되지 않을 수 있다. 이는 연삭 용품의 부적당한 활성화를 야기하거나, 또는 일부 경우 어떠한 활성화도 야기하지 않을 수 있다. 이로 인해, 절삭 속도의 감소, 및 편평도, 표면 마무리 처리도 및 디싱 수준의 변화가 유발될 수 있다.

고정화된 연삭 용품이 너무 침식성이면, 연삭 용품의 수명이 원하는 제품 수명보다 더 단축될 수 있다. 또한, 침식 잔해물이 표면 마무리 처리에 해로운 영향을 미칠 수 있다(예를 들어, 스크래치가 형성될 수 있다).

특정 응용분야에서, 연삭 복합체의 침식도는, 예를 들어 기판의 조성과 표면 텍스처; 연삭 복합체 소자들의 형상을 비롯한 고정화된 연삭 용품의 표면 텍스처; 예를 들어, 응집 강도, 전단 강도 및 취약성을 비롯한 연삭 복합체의 기계적 성질; 예를 들어 고정화된 연삭 용품과 기판 사이의 압력 및 상대 운동 속도를 비롯한 사용 조건; 및 작동 유체가 공정 중에 사용되는지의 여부를 비롯한 다양한 인자들의 함수일 수 있다.

일반적으로, 연삭 복합체 소자들에 비해 기판이 더 단단할수록, 침식 속도가 더 클 것이다. 따라서, 특정 경도의 기판에 적합한 고정화된 연삭 용품은 더 무른 기판에서는 적합하지 않을 수 있다.

일반적으로, 특정 기판의 표면 텍스처가 더 클수록, 더 큰 침식이 발생할 수 있다. 즉, 기판의 표면 텍스처가 감소함에 따라(즉, 기판이 더 평활해짐에 따라), 연삭 복합체 소자를 침식시키는 기판의 능력은 일반적으로 감소된다. 따라서, 주어진 기판의 표면이 비교적 거칠 때 이러한 기판을 가공하는데 적합한 고정화된 연삭 용품은 기판의 표면이 비교적 평활할 때에는 마찬가지로 작용하지 않을 수 있다.

일부 실시태양에서, 결합제는 가소제가 없는 동일한 고정화된 연삭 용품에 비해 고정화된 연삭 용품의 침식성을 증가시키기에 충분한 양의 가소제를 함유한다. 일부 실시태양에서, 결합제는 결합제의 총 중량을 기준으로 약 25 중량% 이상(예를 들어, 약 40 중량% 이상)의 가소제를 포함한다. 일부 실시태양에서, 결합제는 결합제의 총 중량을 기준으로 약 80 중량% 이하(예를 들어, 약 70 중량% 이하)의 가소제를 포함한다. 일부 실시태양에서, 가소제는 프탈레이트 에스테르 및 그의 유도체이다. 이는 더 무른 기판을 변형시키는데 더욱 적합한 연삭 용품을 제공할 수 있다. 그러나, 이는 또한 너무 침식성이서 더 단단한 기판에서는 사용할 수 없는 연삭 용품을 제공할 수도 있다.

도 1을 참조하면, 고정화된 연삭 용품(10)은 3차원이며, 임의의 배킹(20)에 결합된 다수의 침식성 연삭 복합체(30)를 포함한다. 연삭 복합체(30)는 결합제(45)에 분산된 다수의 연삭제 입자들(40)을 포함한다. 고정화된 연삭 용품의 상면, 즉 연삭 복합체(30)를 포함하는 면을 갖는 고정화된 연삭 용품의 측면은 일반적으로 연삭 표면(12)으로 지칭될 것이다.

도 2는 기판을 변형시키는데 사용될 수 있는 단순화된 기구(100)를 도시한다. 기구(100)는 모터(도시되지 않음)에 연결된 헤드 단위(150)를 포함한다. 척(152)(그의 예는 김블(gimble) 척이다)은 헤드 단위(150)까지 연장되어 있다. 척(152)의 말단에 기판 홀더(holder)(154)가 있다. 일부 실시태양에서, 척(152)은 다양한 힘을 수용하고 기판 홀더(154)가 선회하여 고정화된 연삭 용품(110)이 기판(156)의 표면(158)에 원하는 표면 마무리 처리도 및 편평도를 제공할 수 있도록 고안될 수 있다. 그러나, 일부 실시태양에서, 척(152)은 기판 홀더(154)가 기판 표면 변형 동안 선회하지 못하도록 할 수도 있다.

고정화된 연삭 용품(110)은 지지 조립체(200)에 인접해 있다. 일반적으로, 지지 조립체(200)는 플래튼(170), 예를 들어 화학기계적 평탄화에 사용되는 기계 플래튼, 탄성 기판(180) 및 강성 기판(190)을 포함한다. 일부 실시태양에서는, 추가의 기판들이 존재할 수 있다. 강성 기판(190)과 탄성 기판(180)용 물질의 선택은 변형시킬 기판 표면의 조성, 형상 및 초기 편평도, 고정화된 연삭 용품의 조성, 기판을 변형시키는데(예를 들어, 기판을 평탄화시키는데) 사용되는 기구의 유형, 변형 공정에 사용되는 압력 등에 따라 다양할 것이다.

강성 기판에 사용하기에 적합한 물질은, 예를 들어 ASTM에 의해 제안되는 표준 시험 방법을 사용하여 특성을 분석할 수 있다. 강성 물질의 정적 인장 시험을 사용하여 물질의 평면에서 영 탄성계수(Young's Modulus)(종종 탄성계수로도 지칭됨)를 측정할 수 있다. 금속의 영 탄성계수를 측정하기 위해, ASTM E345-93(금속성 호일 인장 시험의 표준 시험 방법)을 사용할 수 있다. 유기 중합체(예를 들어, 플라스틱 또는 강화 플라스틱)의 영 탄성계수를 측정하기 위해, ASTM D638-84(플라스틱 인장 시험의 표준 시험 방법) 및 ASTM D882-88(얇은 플라스틱 시이트의 표준 인장성)을 사용할 수 있다. 다층의 물질을 포함하는 적층된 소자들의 경우, 전체 소자의 영 탄성계수(즉, 적층물 탄성계수)는 가장 큰 탄성계수의 물질에 대한 시험을 사용하여 측정할 수 있다. 일부 실시태양에서, 강성 물질(또는 그의 전체 강성 소자)은 약 100MPa 이상의 영 탄성계수값을 갖는다. 강성 소자의 영 탄성계수는 실온(20 내지 25℃)에서 물질의 2가지 주요 표면에 의해 한정된 평면에서 적절한 ASTM 시험에 의해 측정할 수 있다.

강성 기판은 연속층이거나 또는 불연속층, 예를 들어 분절들로 나누어진 층일 수 있다. 강성 기판은, 예를 들어 불연속 시이트(예를 들어, 둥근 디스크) 또는 연속 웹(web)(예를 들어, 벨트)을 비롯한 다양한 형태일 수 있다. 강성 기판은 강성 기판의 기계적 거동이 원하는 응용분야에서 허용가능한 한, 1층의 물질층, 또는 동일한 물질 또는 상이한 물질들의 다수의 층들을 포함할 수 있다.

적합한 강성 기판 물질은, 예를 들어 유기 중합체, 무기 중합체, 세라믹, 금속, 유기 중합체의 복합물 및 이들의 조합을 포함한다. 적합한 유기 중합체는 열가소성이거나 열경화성일 수 있다. 적합한 열가소성 물질은 폴리카보네이트, 폴리에스테르, 폴리우레탄, 폴리스티렌, 폴리올레핀, 폴리퍼플루오로올레핀, 폴리비닐 클로라이드 및 이들의 공중합체를 포함한다. 적합한 열경화성 중합체는, 예를 들어 에폭시, 폴리이미드, 폴리에스테르 및 이들의 공중합체(즉, 둘 이상의 상이한 단량체들을 함유하는 중합체, 예를 들어 삼원공중합체 및 사원공중합체)를 포함한다.

강성 기판은 강화될 수 있다. 강화재는 섬유 또는 미립자 물질의 형태일 수 있다. 강화재로서 사용하기에 적합한 물질은, 예를 들어 유기 또는 무기 섬유(예를 들어, 연속 또는 스테이플(staple)); 규산염, 예를 들어 운모 또는 활석; 실리카-기재 물질, 예를 들어 모래 및 석영; 금속 입자들; 유리; 금속성 산화물; 탄산칼슘; 또는 이들의 조합울 포함한다.

금속 시이트를 또한 강성 기판으로 사용할 수도 있다. 일부 실시태양에서, 금속 시이트는 매우 얇으며, 예를 들어 약 0.075 내지 약 0.25mm이다. 적합한 금속은, 예를 들어 알루미늄, 스테인레스 강, 구리, 니켈 및 크롬을 포함한다.

특히 유용한 강성 물질은 폴리(에틸렌 테레프탈레이트), 폴리카보네이트, 유리 섬유 강화된 에폭시 보드(board), 알루미늄, 스테인레스 강 및 IC 1000(미국 델라웨어주 뉴아크 소재의 로델, 인코포레이티드(Rodel, Inc.)로부터 구입가능함)을 포함한다.

탄성 기판은 연속층 또는 불연속층, 예를 들어 분절로 나누어진 층일 수 있다. 탄성 기판은, 예를 들어 불연속 시이트(예를 들어, 둥근 디스크) 또는 연속 웹(예를 들어, 벨트)을 비롯한 다양한 형태일 수 있다. 탄성 기판은 탄성 기판의 기계적 거동이 원하는 응용분야에서 허용가능한 한, 1층의 물질층, 또는 동일한 물질 또는 상이한 물질들의 다수의 층들을 포함할 수 있다.

탄성 기판은 바람직하게는 표면 변형 공정 동안 압축 공정을 거칠 수 있다. 탄성 기판의 탄성, 즉 압축 강성도 및 탄성 반발도는 탄성 기판을 구성하는 물질(들)의 두께 방향에서의 탄성계수 및 탄성 기판의 두께와 관련되어 있다.

탄성 기판용 물질(들)의 선택 및 탄성 기판의 두께는, 예를 들어 변형될 기판 표면 및 고정화된 연삭 용품의 조성, 기판 표면의 형상 및 초기 편평도, 기판을 변형시키기(예를 들어 표면을 평탄화시키기) 위해 사용되는 기구의 유형, 및 변형 공정에서 사용되는 압력에 따라 다를 수 있다.

일부 실시태양에서, 예를 들어 전체 탄성 기판을 포함하는 탄성 물질은 약 100 메가파스칼(MPa) 미만(예를 들어, 약 50MPa 미만)의 영 탄성계수를 갖는다. 탄성 물질의 동적 압축 시험을 사용하여 탄성 물질의 두께 방향에서의 영 탄성계수(종종 보관계수 또는 탄성계수로도 지칭됨)를 측정할 수 있다. ASTM D5024-94(압축시의 플라스틱의 동적 기계적 성질을 측정하기 위한 표준 시험 방법)는 탄성 기판이 1층이건 다층 물질들을 포함하는 적층된 기판이건 간에, 탄성 기판의 영 탄성계수를 측정하는 유용한 방법이다. 탄성 기판의 영 탄성계수는 20℃, 0.1 Hz의 주파수 및 공칭 CMP 공정 압력과 동일한 예비 부하에서 물질에 대한 ASTM D5024-94에 따라 결정될 수 있다.

적합한 탄성 물질은 또한 그들의 응력 이완도를 추가로 평가함으로써 선택될 수 있다. 응력 이완도는 물질을 변형시키고 이를 변형 상태로 유지하여 변형을 유지하는데 필요한 힘 또는 응력을 측정함으로써 평가된다. 일부 실시태양에서, 탄성 물질은 120초 이후에 초기 인가된 응력의 약 60% 이상(예를 들어, 약 70% 이상)을 보유한다. 이는 본원에서 "잔존 응력"으로 지칭되며, 시료 물질을 먼저 83 킬로파스칼(kPa)의 초기 응력이 실온(20℃ 내지 25℃)에서 달성될 때까지 25.4mm/분의 속도로 0.5mm 두께만큼 두껍게 압축시킨 후, 120초 이후에 잔존 응력을 측정함으로써 결정된다.

탄성 기판은 광범위한 탄성 물질을 포함할 수 있다. 유용한 탄성 물질의 예에는, 예를 들어 열가소성, 열경화성 및 탄성중합체성 유기 중합체를 비롯한 유기 중합체를 포함한다. 적합한 유기 중합체는 다공성 유기 구조를 생성시키기 위해 발포되거나 블로잉(blowing)된 유기 중합체, 예를 들어 발포체를 포함한다. 이러한 발포체는 천연 또는 합성 고무 또는 다른 열가소성 탄성중합체, 예를 들어 폴리올레핀, 폴리에스테르, 폴리아미드, 폴리우레탄 및 이들의 공중합체로부터 제조될 수 있다. 적합한 합성 열가소성 탄성중합체는, 예를 들어 클로로프렌 고무, 에틸렌/프로필렌 고무, 부틸 고무, 폴리부타디엔, 폴리이소프렌, EPDM 중합체, 폴리비닐 클로라이드, 폴리클로로프렌, 스티렌-부타디엔 공중합체, 스티렌-이소프렌 공중합체 및 이들의 혼합물을 포함한다. 유용한 탄성 물질의 한 예는 폴리에틸렌과 에틸렌비닐 아세테이트의 발포체 형태의 공중합체이다.

다른 유용한 탄성 물질은 폴리우레탄 함침된 펠트(felt)-기재 물질; 예를 들어 폴리올레핀, 폴리에스테르 또는 폴리아미드 섬유를 포함하는 부직 또는 직조 섬유 매트(mat); 및 수지 함침된 직물 및 부직물을 포함한다.

유용한 상업적으로 구입가능한 탄성 물질의 예에는 상표명 3M 스코치(SCOTCH) 브랜드 쿠션마운트 플레이트 마운팅 테이프(CUSHIONMOUNT Plate Mounting Tape) 949로 시판되는 폴리(에틸렌-코(co)-비닐 아세테이트) 발포체(미국 미네소타주 세인트 폴에 위치한 3M 캄파니로부터 구입가능한 이중-코팅된 고밀도 탄성중합체성 발포체), 볼테크(Voltek)(미국 매사추세츠주 로렌스 소재)로부터 구입가능한 EO EVA 발포체, 센티넬 프로덕츠(Sentinel Products)(미국 뉴저지주 히아니스 소재)로부터 구입가능한 EMR 1025 폴리에틸렌 발포체, 일버크, 인코포레이티드(Illburck, Inc.)(미국 미네소타주 미네아폴리스 소재)로부터 구입가능한 HD200 폴리우레탄 발포체, 센티넬 프로덕츠로부터 구입가능한 MC8000 및 MC8000 EVA 발포체, 및 로델, 인코포레이티드(미국 델라웨어주 뉴아크 소재)로부터 구입가능한 SUBA IV 임프레그네이티드 논우븐(Impregnated Nonwoven)이 포함된다.

슬러리 연마 작업에서 사용되는 강성층 및 탄성층을 갖는 상업적으로 구입가능한 패드도 또한 적합하다. 이러한 패드의 예는 IC1000-SUBA IV(로델, 인코포레이티드)로 구입가능하다.

고정화된 연삭 용품(110), 탄성 기판(180) 및 강성 기판(190)은 부착 메카니즘(mechanism)에 의해 서로 고정된 관계로 유지될 수 있다. 한 구성부품을 또다른 구성부품에 고정된 관계로 유지하는데 유용한 수단의 예에는, 예를 들어 접착제 조성물, 기계적 패스닝(fastening) 장치, 결합층 및 이들의 조합이 포함된다. 구성 부품들은 또한, 예를 들어 열결합, 초음파 용접, 마이크로웨이브-활성화 결합, 2종 이상의 구성부품들의 공압출 및 이들의 조합을 비롯한 공정들을 통해 결합될 수 있다.

유용한 접착제는, 예를 들어 감압성 접착제, 고온 용융 접착제 및 아교를 포함한다. 적합한 감압성 접착제는, 예를 들어 천연 고무-기재 접착제, (메트)아크릴레이트 중합체 및 공중합체, 열가소성 고무의 AB 또는 ABA 블록(block) 공중합체, 예를 들어 크래톤(KRATON)(미국 텍사스주 휴스턴 소재의 쉘 케미칼 캄파니(Shell Chemical Co.))으로 구입가능한 스티렌/부타디엔 또는 스티렌/이소프렌 블록 공중합체 또는 폴리올레핀을 포함하는 광범위한 감압성 접착제를 포함한다. 적합한 고온 용융 접착제는, 예를 들어 폴리에스테르, 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA), 폴리아미드, 에폭시 및 이들의 조합을 포함한다. 일부 실시태양에서, 접착제는 구성부품들을 사용 동안 서로 고정된 관계로 유지하는데 충분한 응집 강도 및 내박리성을 가지며, 사용 조건하에 화학적 분해에 대해 내성을 갖는다.

하나 이상의 구성부품들을 플래튼(170)에 부착시키기 위해 다양한 메카니즘, 예를 들어 배치 핀(pin), 유지 고리, 인장력, 진공 또는 이들의 조합을 비롯한 접찹성 또는 기계적 수단을 사용할 수 있다.

헤드 단위(150)는 기판(156), 연삭 용품(110) 및 지지 조립체(200)에 법선력을 인가하여, 연삭 용품(110)의 연삭 표면(112)과 기판(156)의 표면(158) 사이에 접촉압을 생성시킨다. 기판(156)과 연삭 용품(110) 사이의 상대 운동(예를 들어, 회전, 진동, 무작위 운동 및 이들이 조합)은 접촉압과 함께 표면(158)을 변형시킨다.

일부 실시태양에서, 고정화된 연삭 용품(110)은 지지 조립체(200)의 하나 이상의 구성부품들에 대해 인덱싱시킬 수 있다(즉, 증분적으로 또는 연속적으로 전진시킬 수 있다). 일부 실시태양에서, 고정화된 연삭 용품은 연속성 벨트이며, 이러한 연속성 벨트는 구동 메카니즘(도시되지 않음), 예를 들어 선형 구동 메카니즘에 의해 인덱싱된다. 벨트는 하나 이상의 유동(idler)(즉, 비구동) 롤러(roller)(도시되지 않음) 및(또는) 회전 바(bar)(도시되지 않음)를 통과할 수 있다. 일부 실시태양에서, 고정화된 연삭 용품은 고정화된 연삭제들의 롤이다. 상기 롤은 공급 롤(도시되지 않음)상에 탑재될 수 있으며, 이때 롤의 선두 가장자리가 권취 롤(도시되지 않음)에 연결된다. 고정화된 연삭 용품은 연삭 용품이 지지 조립체에 인접하도록 지지 조립체(예를 들어, 정지상 지지 조립체, 또는 회전 지지 조립체)를 통과한다. 고정화된 연삭 용품은 고정된 연삭 용품의 롤이 공급 롤로부터 풀려 권취 롤로 감겨지도록 권취 롤을 회전시킴으로써 인덱싱된다. 고정화된 연삭 용품은 하나 이상의 유동 롤 및(또는) 회전 바를 통과할 수 있다. 일부 실시태양에서, 공급 롤 및 권취 롤은 지지 조립체에 부착된다. 일부 실시태양에서, 공급 롤 및 권취 롤은 지지 조립체와 함께 회전한다.

일부 실시태양에서, 탄성 기판(180), 강성 기판(190) 또는 둘 다는 플래튼(170) 및(또는) 고정화된 연삭 용품(110)에 대해 인덱싱될 수 있다.

연삭제 표면(112)은 다수의 연삭 복합체(130)를 포함한다. 일반적으로, 표면 변형 공정 동안, 일부 연삭 복합체(130)의 상면(133)은 기판(156)의 표면(158)과 접촉한다. 공정 동안, 연삭 복합체(130)중의 연삭제 입자들(도시되지 않음)은 기판(156)의 표면(158)을 변형시킨다. 공정이 진행됨에 따라, 연삭 복합체(130)는 배킹(120)을 향해 실질적으로 균일하게 침식될 수 있다. 침식이 충분하면, 연삭 복합체(130)는 활성화되어 활성 연삭제 입자들(도시되지 않음)의 새로운 공급을 보장할 것이다.

도 3a 내지 3d는 표면 변형 공정의 다양한 단계들 동안의 단일 연삭 복합체(330)를 도시한 것이다. 하기 도면들에서, 연삭 복합체의 상대 활성은 연삭 복합체의 상면에 존재하는 연삭제 입자들의 수로 나타낸다. 그러나, 연삭 복합체는 또한, 예를 들어 연삭제 입자들의 기계적 마모나 연삭제 입자들의 화학적 활성 감소로 인해 활성이 감소될 수도 있다.

초기에, 연삭 복합체(330)의 상면(333)은 많은 활성 연삭제 입자들(340)로 덮여있다. 기판의 표면(도시되지 않음)이 연삭 복합체(330)에 의해 변형됨에 따라, 연삭 복합체(330)는 활성이 감소된다. 예를 들어, 연삭제 입자들(340)은 상면(333)으로부터 방출될 수 있다. 도 3b에 도시된 바와 같이, 이는 상면(333)에 존재하는 활성 연삭제 입자들(340) 수의 감소로 나타날 것이며, 절삭 속도의 감소를 유발할 수 있다. 일부 기판들 및 일부 작업 조건하에서, 연삭 복합체(330)는 표면 변형 공정 동안 침식될 수 있다. 침식 공정은 연삭 복합체(330)의 결합제(345)가 떨어져 나감을 포함한다. 도 3c에 도시된 바와 같이, 연삭 복합체(330)의 영역(350)이 침식된 후에, 새로운 상면(333') 및 새로운 연삭제 입자들(340')이 노출된다.

일부 기판들 및 일부 작업 조건하에서, 연삭 복합체(330)는 침식되지 않거나 또는 비허용적으로 느린 속도로 침식된다. 도 3d에 도시된 바와 같이, 이는 연삭 복합체(330)의 상면(333)상에 존재하는 실질적으로 감소된 수의 활성 연삭제 입자들(340)을 제공할 수 있다.

상기 논의한 바와 같이, 특정한 작업 조건 설정하에서 특정 기판의 표면을 변형시킬 때 연삭 복합체의 침식을 가능하게 하거나 침식을 향상시키기 위해 결합제를 변형시킬 수 있다(예를 들어, 가소제를 첨가할 수 있다).

기판 표면 변형 공정 외의외 공정에서 고정화된 연삭 용품을 컨디셔닝(conditioning)시킬 수도 있다. 컨디셔닝은 일반적으로 컨디셔닝 패드(예를 들어, 다이아몬드 컨디셔닝 패드)를 고정화된 연삭 용품의 연삭제 표면에 적용시키는 것을 포함한다. 부하가 인가되고 컨디셔닝 패드가 연삭 표면에 대해 이동하면 연삭 복합체가 침식된다. 이는 연삭 복합체를 활성화시켜 새로운 연삭제 입자들을 갖는 새로운 상면을 생성시킨다. 그러나, 이러한 컨디셔닝은 추가의 장비 및 소모품을 요구하며, 별도의 공정 단계들을 요구할 수 있다. 고정화된 연삭 용품의 한 부분이 컨디셔닝되는 동안 고정화된 연삭 용품의 별도의 부분이 기판의 표면을 변형시킬 수 있는 장비를 이용할 수 있다. 그러나, 추가 장비 및 소모품이 여전히 요구된다. 또한, 컨디셔닝 패드는 제어된 침식에서 나타나는 것보다 연삭 복합체의 더 큰 조각을 제거할 수 있다. 더 큰 조각의 잔해물이 발생하면 변형되는 표면 기판에 바람직하지 않은 스크래치를 일으킬 것으로 생각된다.

도 4는 고정화된 연삭 용품(410)이 제자리 활성화되는 본 발명의 한 실시태양을 도시한 것이다. 기판(456)의 표면(458)은 고정화된 연삭 용품(410)의 연삭 표면(412)과 접촉한다. 연삭 용품(410)은 플래튼(470), 탄성층(480), 강성층(490) 및 이격자(500)를 포함하는 지지 조립체(400)에 의해 지지된다. 이격자(500)는 강성층(490)과 고정화된 연삭 용품(410) 사이에 배치된 상태로 도시된다. 일부 실시태양에서, 이격자(500)는 강성층(490)과 탄성층(480) 사이에 위치한다. 일부 실시태양에서, 이격자(500)는 탄성층(480)과 플래튼(470) 사이에 위치한다. 일부 실시태양에서, 지지 조립체는 추가의 층들, 예를 들어 접착제 층들을 포함한다. 이격자는 임의의 쌍의 인접 층들 사이의 경계면에 존재할 수 있다. 일부 실시태양에서, 이격자(500)는 하나 이상의 경계면에 위치할 수 있다.

일부 실시태양에서, 이격자(500)는 존재하지 않을 수 있다. 예를 들어, 일부 실시태양에서, 이격자의 기능은 강성 기판, 탄성 기판, 및 지지 조립체에 존재하는 다른 층들 중 하나 이상의 두께를 변화시켜 제공할 수 있다. 일부 실시태양에서, 이격자의 기능은 강성 기판, 탄성 기판, 및 다른 층들 중 하나 이상의 기계적 특성들(예를 들어, 밀도, 탄성계수 등)을 변화시켜 제공할 수 있다. 일부 실시태양에서, 이격자의 기능은 플래튼의 융기 영역 및(또는) 홈에 의해 제공할 수 있다.

직사각형 횡단면을 갖는 4개의 평행 이격자들(500)이 도 4에 도시되어 있지만, 이격자(500)의 수, 형상, 치수 및 배향은 다양할 수 있다. 일부 실시태양에서, 이격자(500)는 동일하거나 상이한 치수를 가질 수 있다. 인접한 이격자들 사이의 갭은 실질적으로 일정하거나 다양할 수 있다.

법선력(N)이 기판(456), 고정화된 연삭 용품(410) 및 지지 조립체(400)에 인가되어 기판(456)의 표면(458)과 연삭 용품(410)의 연삭 표면(412) 사이에서 접촉압을 생성시킨다. 지지 조립체(400)는 공간적으로 접촉압을 변조시킨다. 즉, 지지 조립체의 공간적 변화, 예를 들어 이격자의 존재, 및(또는) 기계적 성질 및(또는) 하나 이상의 층들의 두께 변화는 더 높은 접촉압 영역과 더 낮은 접촉압 영역을 생성시킨다. 일반적으로, 접촉압은 이격자(500)들 사이의 갭에 근접한 영역들에서의 접촉압에 비해 이격자(500)들에 근접한 영역들에서 더 높을 것이다. 마찬가지로, 일반적으로, 접촉압은 지지 조립체의 하나 이상의 층들이 더 두껍거나 또는 예를 들어 더 높은 밀도나 더 큰 압축계수를 갖는 면적들에 근접한 영역에서는 더 높을 것이고, 이들 면적 사이의 갭에 근접한 영역들에서는 더 낮을 것이다.

기판 변형 동안, 기판(456)과 고정화된 연삭 용품(410) 사이에서 상대 운동(C)이 생성된다. 접촉압과 상대 운동(C)의 조합으로 인해 고정화된 연삭 용품(410)의 연삭 표면(412)과 기판(456)의 표면(458) 사이의 경계면에서 침식력이 생성된다. 접촉압의 공간적 변조는 고 침식력 영역 및 저 침식력 영역들을 생성시키며, 즉 더 높은 접촉압을 갖는 영역들이 더 높은 침식력과 관련될 것이다.

일부 실시태양에서는, 저 침식력 영역을 포함하는 갭에 의해 이격된 다수의 고 침식력 영역들이 존재한다. 일부 실시태양에서, 둘 이상의 고 침식력 영역들의 침식력은 실질적으로 동일하다. 일부 실시태양에서, 실질적으로 모든 고 침식력 영역들의 침식력은 실질적으로 동일하다. 일부 실시태양에서, 둘 이상의 고 침식력 영역들의 침식력은 다르다. 일부 실시태양에서, 실질적으로 모든 고 침식력 영역들의 침식력은 다르다. 각각의 고 침식력 영역의 침식력은 고정화된 연삭 용품을 활성화시키기에 충분하다.

일부 실시태양에서, 다수의 저 침식력 영역들이 존재한다. 일부 실시태양에서, 둘 이상의 저 침식력 영역들의 침식력은 실질적으로 동일하다. 일부 실시태양에서, 실질적으로 모든 저 침식력 영역들의 침식력은 실질적으로 동일하다. 일부 실시태양에서, 둘 이상의 저 침식력 영역들의 침식력은 다르다. 일부 실시태양에서, 실질적으로 모든 저 침식력 영역들의 침식력은 다르다.

도 4는 제1 침식력의 제1 영역(520), 제2 침식력의 제2 영역(540) 및 제3 침식력의 제3 영역(560)을 도시한다. 제1 침식력은 평균 침식력보다 크다. 즉, 제1 침식력의 제1 영역(520)은 고 침식력 영역이다. 제2 및 제3 침식력은 평균 침식력 미만이다. 즉, 제2 침식력의 제2 영역(540) 및 제3 침식력의 제3 영역(560)은 저 침식력 영역이다. 고 침식력 영역과 저 침식력 영역들 사이의 경계는, 예를 들어 이격자(500), 또는 공간적으로 변조된 접촉압을 야기하는 지지 조립체의 다른 특징부들의 크기, 형상 및 배향에 의해 결정될 것이다. 이들 경계는 이격자(500)들의 경계에 반드시 상응하지는 않는다.

일부 실시태양에서, 고정화된 연삭 용품(410)의 연삭 표면(412)은 실질적으로 기판(456)의 표면(458)과 일치한다. 일부 실시태양에서, 연삭 표면(412)은 인접한 고 접촉압 영역들 사이의 표면(458)과 실질적으로 일치하지 않을 수 있다.

도 5a는 제2 침식력의 제2 영역(540)에서의 연삭 복합체(550)를 도시한 것이다. 연삭 복합체(550)는 감소된 활성화 상태로 도시된다(예를 들어, 상면(553)에 비교적 적은 연삭제 입자들(552)이 존재한다). 예를 들어, 연삭 복합체(550)는 마지막으로 활성화된 이후로 하나 이상의 기판들의 표면을 변형시키는데 참여할 수 있다. 적어도 연삭 복합체(550)의 상면(553)이 가공 동안 기판(456)의 표면(458)과 접촉한다. 가공 공정이 진행되고 기판(456)의 표면(458)이 연삭 복합체(550)의 연삭제 입자들(552)에 의해 변형됨에 따라, 연삭 복합체(550)의 효율은, 예를 들어 연삭제 입자들(552)이 연삭 복합체(550)로부터 제거되거나 또는 활성이 감소됨에 따라 감소된다.

일부 실시태양에서, 제2 침식력의 제2 영역(540)에서의 저 침식력은 연삭 복합체(550)를 활성화시켜 새로운 연삭제 입자들(552)을 노출시키는데 불충분하다. 즉, 연삭 복합체(550)는 제자리 활성화되지 않는다. 일부 실시태양에서, 연삭 복합체(550)는 제2 침식력의 제2 영역(540)에서 어느 정도 침식될 수 있다. 그러나, 침식량은 복합물을 활성화시키는데, 즉 원하는 수준으로 복합물의 절삭 속도를 복구시키거나 원하는 수준으로 정류상태 절삭 속도를 증가시키기 위해 충분한 새로운 연삭제 입자들을 갖는 표면을 생성시키는데는 충분하지 않을 수 있다.

도 5b는 제1 침식력의 제1 영역(520)에서의 연삭 복합체(530)를 도시한 것이다. 적어도 연삭 복합체(530)의 상면(533)이 가공 동안 기판의 표면(도시되지 않음)과 접촉한다. 가공 공정이 진행됨에 따라, 기판의 표면은 연삭 복합체(530)의 연삭제 입자들(520)에 의해 변형된다. 또한, 제1 침식력의 제1 영역(520)에서의 고 침식력은 연삭 복합체(530)의 부분(555)을 침식시키기에 충분하여, 표면(533') 및 새로운 연삭제 입자들(532)을 노출시킨다. 따라서, 제1 침식력의 제1 영역(520)에서, 연삭 복합체(530)는 기판의 표면을 변형시킴과 동시에 제자리 활성화된다.

연삭 용품이 지지 조립체에 대해 인덱싱되는 경우, 일부 연삭 복합체는 제2 침식력의 제2 영역(540)에서 이들이 활성화될 제1 침식력의 제1 영역(520)으로 전진한다. 또한, 일부 연삭 복합체는 제1 침식력의 제1 영역(520)에서 이들이 계속해서 기판(458)의 표면(456)을 변형시킬 제3 침식력의 제3 영역(560)으로 전진할 것이다.

도 5c는 제3 침식력의 제3 영역(560)에서의 연삭 복합체(570)를 도시한 것이다. 적어도 연삭 복합체(570)의 상면(573)이 가공 동안 기판의 표면(도시되지 않음)과 접촉한다. 가공 공정이 진행되고 기판의 표면이 연삭 복합체(570)의 연삭제 입자들(572)에 의해 변형됨에 따라, 연삭 복합체(570)의 효율은, 예를 들어 연삭제 입자들(572)이 연삭 복합체(570)로부터 제거되거나, 마모되거나(즉, 기계적으로 덜 효과적으로 되거나) 또는 화학적으로 덜 효과적으로 됨에 따라 감소된다.

일부 실시태양에서, 제3 침식력의 제3 영역(560)에서의 저 침식력은 연삭 복합체(570)를 활성화시키는데 충분하지 않다. 그러나, 연삭 복합체(570)는 제1 침식력의 제1 영역(520)에 존재할 때 제자리 활성화되었기 때문에, 새로운 연삭제 입자들(572)이 상면(573)에 존재하여, 활성화된 이후로 하나 이상의 기판을 변형시킨 연삭 복합체(550)보다 기판(456)의 표면(458)을 변형시키는데 상기 연삭 복합체(570)가 더욱 효율적일 것으로 예상된다.

일부 실시태양에서, 연삭 복합체(570)는 제3 침식력의 제3 영역(560)에서 어느 정도 침식될 수 있다. 그러나, 침식량은 복합물을 활성화시키는데, 즉 원하는 수준으로 복합물의 절삭 속도를 복구시키거나 원하는 수준으로 정류상태 절삭 속도를 증가시키기 위해 충분한 새로운 연삭제 입자들을 갖는 표면을 생성시키는데는 충분하지 않을 수 있다.

인접한 이격자들 사이의 갭이 너무 작으면, 침식력은 적절하게 변조되지 않을 수 있다. 즉, 고 침식력이 연삭 용품을 활성화시키는데 불충분할 것이다. 마찬가지로, 1층 이상의 두께가 다양한 인접 영역들 또는 지지 조립체의 1층 이상의 기계적 성질들이 다양한 인접 영역들 사이의 갭이 너무 작으면, 침식력이 적절하게 변조되지 않을 수 있다. 최소한의 갭은 이격자와 변형될 기판 사이에 위치한 층들의 기계적 성질들(예를 들어, 압축성, 강도, 일치성 등), 및 이격자와 변형될 기판들 사이의 층들의 수에 의존할 수 있다. 최소한의 갭은 또한 이격자들의 치수(예를 들어, 폭, 길이 및 두께) 및 기계적 성질에 의존할 수 있다. 최소한의 갭은 지지 조립체의 1층 이상에서 두께의 크기 및(또는) 기계적 성질 변화에 의존할 수 있다.

일부 실시태양에서, 지지 조립체의 1층 이상(예를 들어, 탄성 기판, 강성 기판, 플래튼 등)의 두께는 공간적으로 다양할 수 있다. 전술한 바와 같이, 기판이 이러한 지지 조립체에 의해 지지된 연삭 용품과 접촉하고 법선력이 인가되었을 때, 지지 조립체의 구조는 접촉압의 공간적 변조를 야기할 수 있다. 이는 제1 고 침식력 영역 및 제2 저 침식력 영역을 생성시킬 수 있다. 층들의 두께 변화(예를 들어, 크기, 형상, 치수, 간격 등)를 적절히 선택함으로써, 고 침식력은 연삭 복합체를 활성화시키는데 충분할 것이고, 저 침식력은 고 침식력 미만일 것이다.

일부 실시태양에서, 1층 이상(예를 들어, 연삭 용품, 강성층, 탄성층, 플래튼 또는 임의의 추가 층들)의 기계적 성질을 변화시켜 접촉압을 공간적으로 변조시키고 제1 고 침식력 영역 및 제2 저 침식력 영역을 각각 생성시킬 수 있다. 예를 들어, 1층 이상의 밀도, 경도, 강성도, 압축성, 계수, 탄성 및(또는) 이완 시간을 조정할 수 있다. 기계적 성질 및(또는) 성질들을 선택적으로 변화시켜 연삭 복합체를 활성화시키는데 충분한 제1 고 침식력 영역, 및 고 침식력 미만의 저 침식력을 갖는 제2 영역을 생성시킬 수 있다.

일부 실시태양에서, 홈을 지지 조립체의 1층 이상에 배치시킬 수 있다. 홈의 크기, 형상 및 위치는 홈이 제1 고 침식력 영역 및 제2 저 침식력 영역을 생성시키도록 선택될 수 있으며, 이때 고 침식력은 연삭 복합체를 활성화시키기에 충분하고, 저 침식력은 고 침식력 미만이다.

일부 실시태양에서, 다수의 제1 고 침식력 영역들 및(또는) 다수의 제2 저 침식력 영역들이 형성될 수 있다. 제1 및 제2 영역들의 크기, 형상 및 위치는 고 침식력이 연삭 복합체를 활성화시키기에 충분하고, 저 침식력이 고 침식력 미만인 한 다양할 수 있다. 일부 실시태양에서는, 다수의 제1 영역들 각각에서 침식력이 실질적으로 동일하다. 일부 실시태양에서, 다수의 제1 영역들 각각에서 침식력은 다르다. 일부 실시태양에서, 다수의 제2 영역들 각각에서 침식력은 실질적으로 동일하다. 일부 실시태양에서, 다수의 제2 영역들 각각에서 침식력은 다르다.

일부 실시태양에서, 둘 이상의 제1 고 침식력 영역들이 사용되며, 이때 제1 영역들은 저 침식력 영역을 포함하는 갭에 의해 분리된다. 일부 실시태양에서, 갭은 6mm 초과(예를 들어, 19mm 초과, 또는 30mm 초과, 또는 55mm 초과)이다.

지지 조립체 및 고정화된 연삭 용품을 포함하는 조립체를 기판 표면을 변형시키는데 사용할 수 있다. 고정화된 연삭 용품을 사용하는 몇몇 방법들은 상기 기재내용으로부터 자명하며, 또한 후술하는 보다 구체적인 실시예와 관련된다.

기판은 고정화된 연삭 용품을 사용하여 변형될 수 있는, 예를 들어 침식, 연마, 분쇄, 평탄화 또는 다른 방식으로 변형될 수 있는 임의의 기판일 수 있다. 일부 실시태양에서, 기판은 웨이퍼, 예를 들어 규소, 비소화갈륨, 게르마늄 또는 사파이어 웨이퍼일 수 있다. 일부 실시태양에서, 기판은 유리일 수 있다. 일부 실시태양에서, 가공은 반도체 기판 표면의 변형을 포함한다. 일부 실시태양에서, 가공은 화학기계적 연마 방법을 포함할 수 있다.

반도체 기판은 반도체 웨이퍼와 같은 미세전자 장치를 포함할 수 있다. 반도체 웨이퍼는 실질적으로 순수한 표면 또는 코팅물이나 또다른 물질로 가공된 표면을 포함할 수 있다. 구체적으로, 반도체 웨이퍼는 블랭크(blank) 웨이퍼(즉, 금속화 면적 및 절연 면적과 같은 지형적 특징부를 추가할 목적으로 가공되기 전의 웨이퍼) 또는 가공된 웨이퍼(즉, 웨이퍼 표면에 지형적 특징부를 추가하는 하나 이상의 가공 단계를 거친 후의 웨이퍼)의 형태일 수 있다. "가공된 웨이퍼"란 용어는 웨이퍼의 전체 노출면이 동일한 물질(예를 들어, 이산화규소)로 제조된 "블랭킷" 웨이퍼를 포함하지만, 이로 제한되지 않는다. 상기 방법이 유용할 수 있는 한 분야는 반도체 웨이퍼의 노출면이 하나 이상의 금속 산화물-함유 면적, 예를 들어 이산화규소-함유 면적들을 포함하는 경우이다.

고정화된 연삭 용품을 사용하여 기판 표면을 변형시키는 방법은 잘 알려져 있으며, 일반적으로 이들 사이에서 원하는 압력 및 상대 운동으로, 예를 들어 회전 운동, 직선 운동, 무작위 운동 또는 기타 운동으로 기판과 고정화된 연삭 용품을 접촉시키는 것을 포함한다.

일부 실시태양에서는, 기판 변형을 기판 및 고정화된 연삭 용품과 접촉된 작동 유체의 존재하에 수행할 수 있다. 일부 실시태양에서, 작동 유체는 기판에 불리한 영향을 미치거나 이를 손상시키지 않고 원하는 표면 변형을 제공하기 위해 기판의 특성들(예를 들어, 조성, 표면 텍스처 등)에 기초하여 선택된다. 일부 실시태양에서, 작동 유체는 화학기계적 연마 공정을 통해 고정화된 연삭 용품과 함께 가공하는데 기여할 수 있다. 예를 들어, Si0₂의 화학적 연마 공정은 상기 액체중의 염기성 화합물이 Si0₂와 반응하여 수산화규소의 표면층을 형성할 때 나타난다. 기계적 공정은 연삭 용품이 표면으로부터 금속 수산화물을 제거할 때 나타난다.

일부 실시태양에서, 작동 유체는 전형적으로 물, 예를 들어 수도물, 증류수 또는 탈이온수를 포함한다. 일반적으로, 작동 유체는 화학기계적 연마 공정을 통해 연삭 용품과 함께 가공을 보조한다. 화학적 연마 공정 동안, 작동 유체는 외부 또는 노출된 웨이퍼 표면과 반응할 수 있다. 그다음 기계적 가공 동안, 연삭 용품은 이 반응 생성물을 제거할 수 있다.

일부 표면을 가공하는 동안, 작동 유체는 산화물 또는 산화제와 같은 화학적 에칭제를 포함하는 수용액인 것이 바람직하다. 예를 들어, 구리의 화학적 연마는 작동 유체중의 산화제가 구리와 반응하여 산화구리의 표면층을 형성할 때 나타날 수 있다. 별법으로, 금속을 먼저 기계적으로 제거한 후, 작동 유체중의 성분들과 반응시킬 수 있다.

일부 실시태양에서, 작동 유체는 하나 이상의 착물화제를 함유한다. 적합한 착물화제의 예에는 염화암모늄 및 기타 암모늄 염 및 첨가제를 갖는 알칼리성 암모니아(예를 들어, 수산화암모늄), 탄산암모늄, 질산제2철, 및 이들의 조합이 포함된다.

일부 실시태양에서, 착물화제는, 예를 들어 암모니아, 아민, 할라이드, 슈도할라이드, 카르복실레이트, 티올레이트, 트리에탄올 아민 등과 같은 여러자리 착물화제일 수 있다. 일부 실시태양에서, 착물화제는, 예를 들어 여러자리 착물화제, 전형적으로 여러자리 아민, 및 여러자리 카르복실산 및(또는) 이들의 염과 같은 여러자리 착물화제일 수 있다. 일부 실시태양에서, 적합한 여러자리 아민은 에틸렌디아민, 디에틸렌트리아민, 트리에틸렌테트라아민 또는 이들의 조합을 포함한다. 일부 실시태양에서, 적합한 여러자리 카르복실산 및(또는) 그의 염은 시트르산, 타르타르산, 옥살산, 글루콘산, 니트릴로아세트산 또는 이들의 조합을 포함한다. 일부 실시태양에서, 착물화제는, 예를 들어 글리신, 라이신, L-프롤린, 및 통상적인 분석학적 킬레이트제(예를 들어, EDTA-에틸렌디아민테트라아세트산 및 그의 수많은 유사체)와 같은 아미노산일 수 있다.

일부 실시태양에서, 작동 유체는 카르복실산 작용기, 및 아민 및 할라이드로부터 선택된 제2 작용기를 둘 다 갖는 유기 화합물을 함유할 수 있다. 일부 실시태양에서, 유기 화합물은 카르복실산 작용기, 및 아민 및 할라이드로부터 선택된 제2 작용기를 둘 다 갖는 다양한 유기 화합물 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 일부 실시태양에서, 제2 작용기는 카르복실산 작용기에 대해 알파 위치에 존재한다. 일부 실시태양에서, 아미노산, 예를 들어 알파-아미노산(예를 들어, L-프롤린, 글리신, 알라닌, 아르기닌 및 라이신)을 사용할 수 있다. 일부 실시태양에서, 작동 유체중의 유기 화합물의 농도는 약 0.1 중량%보다 크다(예를 들어, 약 0.5 중량%보다 크다). 일부 실시태양에서, 작동 유체중의 유기 화합물의 농도는 약 20 중량% 미만(예를 들어, 약 10 중량% 미만)이다.

일부 실시태양에서, 작동 유체는 산화제 및(또는) 표백제, 예를 들어 전이금속 착물, 예를 들어 페리시아나이드, 암모늄 제2철 EDTA, 암모늄 제2철 시트레이트, 제2철 시트레이트, 암모늄 제2철 옥살레이트, 제2구리 시트레이트, 제2구리 옥살레이트, 제2구리 글루코네이트, 제2구리 글리시네이트, 제2구리 타르트레이트 등을 함유한다.

일부 실시태양에서, 작동 유체중의 착물화제의 농도는 전형적으로 약 0.01 중량% 초과(예를 들어, 약 0.02 중량% 이상)이다. 일부 실시태양에서, 작동 유체중의 착물화제의 농도는 약 50 중량% 미만(예를 들어, 약 40 중량% 미만)이다. 일부 실시태양에서, 착물화제는 산화제와 조합될 수 있다.

액체 매질의 pH는 성능에 영향을 미칠 수 있으며, 평탄화될 웨이퍼 표면의 성질, 예를 들어 웨이퍼 표면의 화학 조성 및 지형에 기초하여 선택된다. 일부 실시태양에서는, pH를 제어하기 위해 완충액을 작동 유체에 첨가함으로써, 세정수로부터의 소량의 희석에 의한 pH 변화 및(또는) 공급원에 의존하는 탈이온수의 pH 변화를 완화시킬 수 있다. 일부 실시태양에서, 완충액은 하기 프로톨라이트(protolyte)(이들 모두는 7보다 큰 하나 이상의 pKa를 갖는다)에 기초한 암모늄 이온 완충 시스템을 포함할 수 있다: 아스파르트산, 글루탐산, 히스티딘, 라이신, 아르기닌, 오르니틴, 시스테인, 타이로신, L-프롤린, 및 카르노신.

일부 실시태양에서, 예를 들어, 웨이퍼 표면이 금속 산화물(예를 들어, 이산화규소)을 함유하는 경우, 작동 유체는 약 5보다 큰 pH(예를 들어, 약 6보다 크거나 약 10보다 큰 pH. 일부 실시태양에서, pH는 약 10.5보다 크다. 일부 실시태양에서, pH는 약 14.0 미만(예를 들어, 약 12.5 미만)이다)를 갖는 수성 매질일 수 있다.

일부 실시태양에서, pH는 작동 유체중에 하나 이상의 수산화물 화합물, 예를 들어 수산화칼륨, 수산화나트륨, 수산화암모늄, 수산화리튬, 수산화마그네슘, 수산화칼슘, 수산화바륨, 및 염기성 화합물(예를 들어, 아민 등)을 포함함으로써 조정될 수 있다.

일부 실시태양에서, 작동 유체는 계면활성제, 습윤제, 부식 억제제, 윤활제, 비누 등과 같은 첨가제를 함유할 수 있다. 이들 첨가제는 기저 반도체 웨이퍼 표면을 손상시키지 않고 원하는 이점을 제공하도록 선택된다. 예를 들어, 윤활제는 평탄화 동안 연삭 용품과 반도체 웨이퍼 표면 사이의 마찰을 감소시킬 목적으로 작동 유체에 포함될 수 있다.

기판의 변형이 완전히 이루어진 후에, 기판은 원하는 정도에 따라 가공될 수 있다. 예를 들어, 반도체 웨이퍼는 전형적으로 당업계에 알려진 절차들을 사용하여 세척된다.

하기 비제한적이고 구체적인 실시예는 본 발명을 설명하는 기능을 할 것이다. 이들 실시예에서, 모든 백분율은 달리 지시하지 않는 한 중량부이다.

실시예 1에서, 7개의 TEOS 웨이퍼들(통상적인 블랭킷 웨이퍼들)을 OBSIDIAN FLATLAND 501, 200mm 연마 도구(미국 캘리포니아주 산타 클라라에 위치한 어플라이드 머티리얼즈(Applied Materials)로부터 구입가능함)상에서 연마하였다. 웨이퍼 속도는 600mm/초이었다. 각각의 웨이퍼를 20.6kPa(3psi)의 웨이퍼 압력(즉, 인가된 법선력)으로 60초간 연마하였다. 작동 유체로서, 수산화칼륨으로 pH 10.5로 조정된 탈이온수, 및 미국 특허 제6,194,317호에 기재된 바와 같은 2.5 중량%의 여러자리 아미노산 착물화제로 이루어진 작동 유체를 사용하였다. 본 실시예에서는, 아미노산 L-프롤린을 여러자리 아미노산 착물화제로 사용하였다.

표준 서브패드(subpad), M6900(3M으로부터 구입가능함)을 플래튼에 적용하였다. 상기 서브패드는 강성 기판 및 탄성 기판으로 구성되었다. 강성 기판은 1.52mm(60 mil) 두께의 폴리카보네이트 층이었다. 탄성 기판은 2.29mm(90 mil) 두께의 폐쇄형-셀(cell) 발포체 층이었다. 이러한 지지 조립체를 상기 서브패드의 표면에 25.4mm 폭 X 0.013mm 두께의 비닐 테이프(3M으로부터 구입가능한 3M VINYL TAPE 471)의 스트립(strip)을 적용함으로써 변형시켰다. 즉, 상기 테이프를 강성층과 고정화된 연삭 용품 사이에 배치시켰다. 테이프 스트립들을 50mm 간격으로 배치시켰다(즉, 인접한 테이프 스트립들 사이의 갭이 50mm이었다). 테이프 조각들을 연삭 용품이 인덱싱되는 방향에 수직으로 적용하였다.

고정화된 연삭 용품은 M3152(3M으로부터 구입가능함)이었다. 임의의 웨이퍼를 연마하기 전에, 고정화된 연삭 용품을 이전에 사용되지 않았던 연삭 용품 구획들로 전진시켰다. 고정화된 연삭 용품을 각 웨이퍼가 연마된 후에 6.35mm(0.25 인치)씩 인덱싱시켰다.

모든 웨이퍼들을 연마 후에 탈이온수로 세정한 후, 단순한 스핀 건조기로 건조시켰다. 필름 두께는 연마 전후에 각 웨이퍼에 대해 OPTIPROBE 2600(미국 캘리포니아주 프레몬트에 위치한 써마-웨이브, 인코포레이티드(Therma-Wave, Inc.)로부터 구입가능함)을 사용하여 측정하였다. 절삭 속도는 연마 전후의 필름 두께 차이를 연마 시간으로 나누어 결정하였다.

실시예 2에서는, 9개의 TEOS 웨이퍼들을, 테이프 스트립들을 76mm 간격으로 배치시킨 것을 제외하고는, 실시예 1의 절차를 사용하여 연마하였다.

비교예 C1에서는, 9개의 TEOS 웨이퍼들을, 지지 조립체를 변형시키지 않은 것, 즉 지지 조립체에 어떠한 테이프 스트립도 존재하지 않는 것을 제외하고는, 실시예 1의 절차를 사용하여 연마하였다.

실시예 3에서는, 10개의 TEOS 웨이퍼들을, 테이프 스트립들(3M으로부터 구입가능한 3M VINYL TAPE 471)을 19mm 폭으로 13mm 간격으로 배치시킨 것을 제외하고는, 실시예 1의 절차를 사용하여 연마하였다. 또한, 작동 유체의 pH를 11.2로 조정하고, 아미노산은 포함시키지 않았다.

실시예 4에서는, 10개의 TEOS 웨이퍼들을, 테이프 스트립들을 6.4mm 간격으로 배치시킨 것을 제외하고는, 실시예 3의 절차를 사용하여 연마하였다.

실시예 5에서는, 10개의 TEOS 웨이퍼들을, 3개 걸러 테이프 스트립을 제거한 것을 제외하고는, 실시예 3의 절차를 사용하여 연마하였다. 이로써, 6.4mm 간격으로 배치된 3조각의 테이프로 이루어진 군들이 수득되었고, 군들 사이의 갭은 31.8mm이었다.

실시예 6에서는, 10개의 TEOS 웨이퍼들을, 테이프 스트립들을 57mm 간격으로 배치시킨 것을 제외하고는, 실시예 3의 절차를 사용하여 연마하였다.

실시예 7에서는, 9개의 TEOS 웨이퍼들을, 4개의 스트립들로 이루어진 각 군에서 2개의 인접한 스트립들을 제거한 것을 제외하고는, 실시예 4의 절차를 사용하여 연마하였다. 이로써, 6.4mm 간격으로 배치된 2조각의 테이프로 이루어진 군들이 수득되었고, 군들 사이의 갭은 57mm이었다.

실시예 8에서는, 10개의 TEOS 웨이퍼들을, 테이프 스트립들을 19mm 간격으로 배치시킨 것을 제외하고는, 실시예 3의 절차를 사용하여 연마하였다.

비교예 C2에서는, 11개의 TEOS 웨이퍼들을, 지지 조립체를 변형시키지 않은 것, 즉 지지 조립체에 어떠한 테이프 스트립도 존재하지 않는 것을 제외하고는, 실시예 3의 절차를 사용하여 연마하였다.

실시예 1 내지 8 및 비교예 C1 및 C2에서 수득되는 절삭 속도의 평균 및 표준편차를 하기 표 1에 나타내었다.

절삭 속도는 여러자리 아미노산 착물화제가 작동 유체에 존재하였을 때 더 빨랐다.

실시예 9에서는, 10개의 TEOS 웨이퍼들을 실시예 6의 절차를 사용하여 연마하였다.

비교예 C3에서는, 11개의 TEOS 웨이퍼들을, 지지 조립체를 변형시키지 않은 것, 즉 지지 조립체에 어떠한 테이프 스트립도 존재하지 않는 것을 제외하고는, 실시예 9의 절차를 사용하여 연마하였다.

실시예 10에서는, 10개의 TEOS 웨이퍼들을, 고정화된 연삭 용품 SWR528-125/10(3M으로부터 구입가능함)을 사용한 것을 제외하고는, 실시예 9의 절차를 사용하여 연마하였다.

비교예 C4에서는, 20개의 TEOS 웨이퍼들을, 지지 조립체를 변형시키지 않은 것, 즉 지지 조립체에 어떠한 테이프 스트립도 존재하지 않는 것을 제외하고는, 실시예 10의 절차를 사용하여 연마하였다.

실시예 11에서는, 10개의 TEOS 웨이퍼들을, 고정화된 연삭 용품 SWR540-125/10(3M으로부터 구입가능함)을 사용한 것을 제외하고는, 실시예 9의 절차를 사용하여 연마하였다.

비교예 C5에서는, 10개의 TEOS 웨이퍼들을, 지지 조립체를 변형시키지 않은 것, 즉 지지 조립체에 어떠한 테이프 스트립도 존재하지 않는 것을 제외하고는, 실시예 11의 절차를 사용하여 연마하였다.

실시예 9 내지 11 및 비교예 C3 내지 C5에서 수득되는 절삭 속도의 평균 및 표준편차를 하기 표 2에 나타내었다.

실시예 12에서는, 20개의 TEOS 웨이퍼들을 실시예 3의 절차를 사용하여 연마하였다.

실시예 13에서는, 20개의 TEOS 웨이퍼들을, 플래튼과 탄성층 사이에 테이프를 배치시킨 것을 제외하고는, 실시예 3의 절차를 사용하여 연마하였다.

실시예 14에서는, 20개의 TEOS 웨이퍼들을, 강성층과 탄성층 사이에 테이프를 배치시킨 것을 제외하고는, 실시예 3의 절차를 사용하여 연마하였다.

비교예 C6에서는, 30개의 TEOS 웨이퍼들을 비교예 C2의 절차를 사용하여 연마하였다.

실시예 12 내지 14 및 비교예 C6에서 수득되는 절삭 속도의 평균 및 표준편차를 하기 표 3에 나타내었다.

비교예 C7에서는, 5개의 TEOS 웨이퍼들을, 웨이퍼 압력(즉, 인가된 법선력)이 35kPa(5psi)인 것을 제외하고는, 비교예 C3의 절차를 사용하여 연마하였다. 평균 절삭 속도는 77의 표준편차를 갖는 904Å/분이었다.

비교예 C8에서, 5개의 TEOS 웨이퍼들을, 지지 조립체를 이하에서와 같이 변형시킨 것을 제외하고는, 비교예 C6의 절차를 사용하여 연마하였다. M3152의 두번째 층을 서브패드와 고정화된 연삭 용품 사이에 배치시켰다. M3152의 표면을 고르게 배치된, 200㎛ 직경 및 40㎛ 높이의 둥근 기둥들로 덮었다. 기둥들은 M3152의 표면적의 10%를 차지하였다. 평균 절삭 속도는 142의 표준편차를 갖는 924Å/분이었다.

본 발명의 다양한 변형 및 변화들은 본 발명의 범위 및 요지를 벗어나지 않는 한, 당업자에게 자명할 것이다.

Claims

(a) 연삭 표면 및 반대 표면을 포함하는 고정화된 3차원 연삭 용품;

(b) 상기 고정화된 연삭 용품의 연삭 표면에 인접한 제1 표면을 포함하는 기판; 및

(c) 상기 고정화된 연삭 용품의 반대 표면에 인접한 지지 조립체(assembly)

를 포함하고, 이때 상기 지지 조립체는, 상기 기판, 상기 고정화된 연삭 용품 및 상기 지지 조립체에 법선력(normal force)이 인가되어 기판의 제1 표면과 고정화된 연삭 용품의 연삭 표면 사이에 접촉압이 생성되고 기판의 제1 표면과 고정화된 연삭 용품의 연삭 표면 사이에 상대 운동이 이루어질 때, 고정화된 연삭 용품의 연삭 표면에 고 침식력 영역 및 저 침식력 영역이 생성되도록 선택되며, 최소한 고 침식력은 상기 고정화된 연삭 용품을 활성화시키기에 충분하고, 저 침식력은 고 침식력보다 작은 것인, 고정화된 3차원 연삭 용품을 제자리(in situ) 활성화시키기 위한 기구.
제1항에 있어서, 연삭 표면이 다수의 연삭 복합체(composite)를 포함하는 것인 기구.
제1항에 있어서, 지지 조립체가 하나 이상의 이격자(spacer)를 포함하는 것인 기구.
제1항에 있어서, 지지 조립체가 플래튼(platen), 탄성층 및 강성층을 포함하는 것인 기구.
제4항에 있어서, 지지 조립체가,

(a) 플래튼과 탄성층 사이;

(b) 탄성층과 강성층 사이; 및

(c) 강성층과 고정화된 연삭 용품 사이

중 하나 이상의 위치에 삽입된 하나 이상의 이격자를 추가로 포함하는 것인 기구.
제4항에 있어서, 플래튼, 탄성층, 강성층, 및 상기 플래튼과 고정화된 연삭 용품 사이에 위치한 임의의 층 중 하나 이상이 공간적으로 변조되는 두께를 갖는 것인 기구.
제4항에 있어서, 플래튼, 탄성층, 강성층, 및 상기 플래튼과 고정화된 연삭 용품 사이에 위치한 임의의 층 중 하나 이상이 공간적으로 변조되는 기계적 특성을 갖는 것인 기구.
제1항에 있어서, 기판이 반도체 웨이퍼(wafer), 규소 웨이퍼, 유리, 산화물 또는 세라믹 중 하나 이상을 포함하는 것인 기구.
제1항에 있어서, 고 침식력 영역이 저 침식력 영역을 포함하는 갭(gap)에 의해 분리된 제1 고 침식력 영역 및 제2 고 침식력 영역을 포함하는 것인 기구.
제9항에 있어서, 제1 고 침식력 영역의 침식력이 제2 고 침식력 영역의 침식력과 실질적으로 동일한 것인 기구.
제9항에 있어서, 갭이 약 6mm 이상인 기구.
제9항에 있어서, 갭이 약 19mm 이상인 기구.
제1항에 있어서, 고정화된 3차원 연삭 용품을 지지 조립체에 대해 상대적으로 전진시키는 인덱싱 메카니즘(indexing mechanism)을 추가로 포함하는 기구.
제1항에 있어서, 기판의 제1 표면과 고정화된 연삭 용품의 연삭 표면 사이의 경계면에 존재하는 작동 유체를 추가로 포함하는 기구.
제14항에 있어서, 작동 유체가 착물화제를 포함하는 것인 기구.
제15항에 있어서, 착물화제가 여러자리 착물화제를 포함하는 것인 기구.
제14항에 있어서, 착물화제가 아미노산 및 킬레이트제로 이루어진 군으로부터 선택된 것인 기구.
제14항에 있어서, 작동 유체가 완충액을 포함하는 것인 기구.
제14항에 있어서, 작동 유체가 카르복실산 작용기, 및 아민 및 할라이드로 이루어진 군으로부터 선택된 제2 작용기 둘 다를 포함하는 유기 화합물을 포함하는 것인 기구.
(a) 연삭 표면 및 반대 표면을 포함하는 고정화된 3차원 연삭 용품;

(b) 상기 고정화된 연삭 용품의 연삭 표면에 인접한 제1 표면을 포함하는 기판; 및

(c) 지지 조립체

를 포함하고, 이때 상기 지지 조립체는, 상기 기판, 상기 고정화된 연삭 용품 및 상기 지지 조립체에 법선력이 인가되어 기판의 제1 표면과 고정화된 연삭 용품의 연삭 표면 사이에 접촉압이 생성되고 상기 기판의 제1 표면과 고정화된 연삭 용품의 연삭 표면 사이에 상대 운동이 이루어질 때, 고정화된 연삭 용품의 연삭 표면에 고 침식력 영역 및 저 침식력 영역을 생성시키는 수단을 포함하며, 최소한 고 침식력은 상기 고정화된 연삭 용품을 활성화시키기에 충분하고, 저 침식력은 고 침식력보다 작은 것인, 고정화된 3차원 연삭 용품을 제자리 활성화시키기 위한 기구.
제20항에 있어서, 연삭 표면이 다수의 연삭 복합체를 포함하는 것인 기구.
제20항에 있어서, 하나 이상의 이격자를 추가로 포함하는 기구.
제20항에 있어서, 지지 조립체가 플래튼, 강성층 및 탄성층을 포함하는 것인 기구.
제20항에 있어서, 고 침식력 영역이 저 침식력 영역을 포함하는 갭에 의해 분리된 제1 고 침식력 영역 및 제2 고 침식력 영역을 포함하는 것인 기구.
제20항에 있어서, 고정화된 연삭 용품을 지지 조립체에 대해서 인덱싱시키는 수단을 추가로 포함하는 기구.
제20항에 있어서, 기판의 제1 표면과 고정화된 연삭 용품의 연삭 표면 사이의 경계면에 존재하는 작동 유체를 추가로 포함하는 기구.
제26항에 있어서, 작동 유체가 착물화제를 포함하는 것인 기구.
제27항에 있어서, 착물화제가 여러자리 착물화제를 포함하는 것인 기구.
제27항에 있어서, 착물화제가 아미노산 및 킬레이트제로 이루어진 군으로부터 선택된 것인 기구.
제26항에 있어서, 작동 유체가 완충액을 포함하는 것인 기구.
제26항에 있어서, 작동 유체가 카르복실산 작용기, 및 아민 및 할라이드로 이루어진 군으로부터 선택된 제2 작용기 둘 다를 포함하는 유기 화합물을 포함하는 것인 기구.
제31항에 있어서, 제2 작용기가 카르복실산 작용기에 대해 알파 위치에 존재하는 것인 기구.
제31항에 있어서, 유기 화합물이 L-프롤린, 글리신, 알라닌, 아르기닌 및 라이신으로 이루어진 군으로부터 선택된 것인 기구.
(a) 제1 표면을 포함하는 기판을 제공하는 단계;

(b) 연삭 표면 및 반대 표면을 포함하는 고정화된 3차원 연삭 용품을 제공하 는 단계;

(c) 상기 고정화된 연삭 용품의 반대 표면을 지지 조립체와 접촉시키는 단계;

(d) 상기 기판의 제1 표면을 상기 고정화된 연삭 용품의 연삭 표면과 접촉시키는 단계;

(e) 상기 기판, 상기 고정화된 연삭 용품 및 상기 지지 조립체에 법선력을 인가하여 고정화된 연삭 용품의 연삭 표면과 기판의 제1 표면 사이에 접촉압을 생성시키는 단계; 및

(f) 상기 기판의 제1 표면과 고정화된 연삭 용품의 연삭 표면 사이에 상대 운동을 제공하는 단계

를 포함하고, 이때 기판의 제1 표면과 고정화된 연삭 용품 사이의 상기 인가된 법선력 및 상대 운동은 고정화된 연삭 용품의 연삭 표면에서 침식력을 생성시키며, 상기 지지 조립체를 고 침식력 영역 및 저 침식력 영역이 생성되도록 선택하고, 최소한 고 침식력은 상기 고정화된 연삭 용품을 활성화시키기에 충분하며, 저 침식력은 고 침식력보다 작은 것인, 고정화된 3차원 연삭 용품의 제자리 활성화 방법.
제34항에 있어서, 연삭 표면이 다수의 연삭 복합체를 포함하는 것인 방법.
제34항에 있어서, 상기 연삭 복합체의 적어도 일부분이 고 침식력 영역으로 부터 저 침식력 영역으로 이동하도록 지지 조립체에 대해 고정화된 연삭 용품을 인덱싱시키는 단계를 추가로 포함하는 방법.
제34항에 있어서, 기판의 제1 표면을 고 침식력 영역의 연삭 복합체 및 저 침식력 영역의 연삭 복합체에 의해 변형시키는 것인 방법.
제34항에 있어서, 지지 조립체가 하나 이상의 이격자를 포함하는 것인 방법.
제34항에 있어서, 지지 조립체가 플래튼, 탄성층 및 강성층을 포함하는 것인 방법.
제39항에 있어서, 지지 조립체가,

(a) 플래튼과 탄성층 사이;

(b) 탄성층과 강성층 사이; 및

(c) 강성층과 고정화된 연삭 용품 사이

중 하나 이상의 위치에 삽입된 하나 이상의 이격자를 추가로 포함하는 것인 방법.
제39항에 있어서, 플래튼, 탄성층, 강성층, 및 상기 플래튼과 고정화된 연삭 용품 사이에 위치한 임의의 층 중 하나 이상이 공간적으로 변조되는 두께를 갖는 것인 방법.
제39항에 있어서, 플래튼, 탄성층, 강성층, 및 상기 플래튼과 고정화된 연삭 용품 사이에 위치한 임의의 층 중 하나 이상이 공간적으로 변조되는 기계적 특성을 갖는 것인 방법.
제34항에 있어서, 기판이 반도체 웨이퍼, 규소 웨이퍼, 유리, 산화물 또는 세라믹 중 하나 이상을 포함하는 것인 방법.
제34항에 있어서, 고 침식력 영역이 저 침식력 영역을 포함하는 갭에 의해 분리된 제1 고 침식력 영역 및 제2 고 침식력 영역을 포함하는 것인 방법.
제44항에 있어서, 제1 고 침식력 영역의 침식력이 제2 고 침식력 영역의 침식력과 실질적으로 동일한 것인 방법.
제44항에 있어서, 갭의 폭이 약 6mm 이상인 방법.
제44항에 있어서, 갭의 폭이 약 19mm 이상인 방법.
제34항에 있어서, 기판의 제1 표면과 고정화된 연삭 용품의 연삭 표면 사이 의 경계면에 작동 유체를 공급하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
제48항에 있어서, 작동 유체가 착물화제를 포함하는 것인 방법.
제49항에 있어서, 착물화제가 여러자리 착물화제를 포함하는 것인 방법.
제49항에 있어서, 착물화제가 아미노산 및 킬레이트제로 이루어진 군으로부터 선택된 것인 방법.
제48항에 있어서, 작동 유체가 완충액을 포함하는 것인 방법.
제48항에 있어서, 작동 유체가 카르복실산 작용기, 및 아민 및 할라이드로 이루어진 군으로부터 선택된 제2 작용기 둘 다를 포함하는 유기 화합물을 포함하는 것인 방법.
제53항에 있어서, 제2 작용기가 카르복실산 작용기에 대해 알파 위치에 존재하는 것인 방법.
제53항에 있어서, 유기 화합물이 L-프롤린, 글리신, 알라닌, 아르기닌 및 라이신으로 이루어진 군으로부터 선택된 것인 방법.
제19항에 있어서, 제2 작용기가 카르복실산 작용기에 대해 알파 위치에 존재하는 것인 기구.
제19항에 있어서, 유기 화합물이 L-프롤린, 글리신, 알라닌, 아르기닌 및 라이신으로 이루어진 군으로부터 선택된 것인 기구.