KR20070018712A - 레이저 용발을 이용한 화학 기계적 연마 패드내 홈 형성방법 - Google Patents
레이저 용발을 이용한 화학 기계적 연마 패드내 홈 형성방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 레이저 용발을 이용한 화학-기계적 평판화용 연마 패드 형성 방법을 제공한다. 특히, 본 방법은 연마 패드 내에 홈을 절개하기 위해 레이저를 제공하는 단계와, 레이저로부터 방출된 레이저 빔을 분할하기 위해 빔 스플리터를 제공하는 단계를 포함한다. 또한, 본 방법은 연마 패드 상에 복수의 레이저 빔을 조사하기 위해 레이저로부터 방출된 빔을 분할하는 단계를 포함하며, 복수의 레이저 빔은 적어도 서로에 대해 중첩된 유효 절개 면적을 갖는다.
화학 기계적 평탄화, 연마 패드, 레이저 용발, 빔 스플리터, 요철
Description
도1 및 도2는 종래의 단일 빔 레이저에 의해 형성된 홈을 구비한 종래의 연마 패드의 단면도.
도3 및 도4는 본 발명의 방법을 이용하여 형성된 연마 패드의 단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
3 : 레이저 빔
5 : 레이저
11 : 빔 스플리터
13 : 요철
10 : 연마 패드
70 : 바닥부
90 : 홈
본 발명은 화학 기계적 평탄화(CMP)에 사용되는 연마 패드에 관한 것으로, 보다 상세하게는 내부에 레이저 용발(laser ablation)를 이용하여 홈이 형성된 연마 패드에 관한 것이다.
집적 회로 및 그 밖의 전자 소자를 제조함에 있어, 반도체 웨이퍼의 표면 상에는 도전성, 반도체성 및 절연성 물질로 된 복수의 층이 증착되거나 그 표면으로부터 제거된다. 도전성, 반도체성 및 절연성 물질로 된 얇은 층들은 많은 증착 기술에 의해 증착될 수 있다. 오늘날의 공정에 있어 일반적인 증착 기술로는 스퍼터링으로도 알려진 물리 증착(PVD) 공정, 화학 증착(CVD) 공정, 플라즈마 화학 증착(PECVD), 전기 도금(ECP)이 있다.
물질의 층들이 순차적으로 증착되고 제거됨에 따라, 기판의 최상부 표면은 그 표면에 걸쳐 편탄하지 않게 되어 평탄화를 필요로 할 수 있다. 표면 평탄화 또는 표면 "연마"는 일반적으로 균일하고 평탄한 표면을 형성하기 위해 웨이퍼의 표면으로부터 물질을 제거하는 공정이다. 평탄화는 거친 표면, 응집된 물질, 결정격자 손상, 스크래치 및 오염층이나 오염물 등과 같은 바람직하지 않은 표면 지형과 표면 결함을 제거함에 있어 유용하다. 평탄화는 또한 특징부를 채우고 차후의 금속화 수준 및 처리를 위한 균일한 표면을 제공하기 위해 사용되는 과잉 증착된 물질을 제거함으로써 기판 상에 특징부를 형성함에도 유용하다.
화학 기계적 평탄화 또는 화학 기계적 연마(CMP)는 반도체 웨이퍼와 같은 기판을 평탄화시키기 위해 사용되는 공통적인 기술이다. 종래의 CMP에서는, 웨이퍼 운반기 또는 연마 헤드가 운반기 조립체 상에 장착되어 CMP 장치의 연마 패드와 접 촉되어 위치된다. 운반기 조립체는 기판에 제어 가능한 압력을 제공하여 연마 패드에 대해 웨이퍼를 압박한다. 패드는 외부 구동력에 의해 기판에 대해 제거(또는, 회전)된다. 이와 동시에, 화학 조성물("슬러리") 또는 그 밖의 유체 매개물이 기판 상으로 유동되어 웨이퍼와 연마 패드 사이로 진입한다. 따라서, 웨이퍼 표면은 기판 표면으로부터 물질을 선택적으로 제거하는 방식으로 연마 패드와 슬러리의 화학 기계적 동작에 의해 연마된다.
통상적으로, 연마 패드 내에는 홈이 가공되거나 성형된다. 그러나, 불행하게도 이들 홈 형성 공정은 얻고자 하는 홈의 다양한 형상과 패턴을 형성하기 위한 능력이 제한되어 있다. 따라서, 레이저를 이용한 홈 형성 방법이 연구되어 왔다(예컨대, 미국 특허 제6,794,605호 참조). 그러나, 불행하게도, 도1 및 도2에 도시된 바와 같이, 연마 패드(1) 상으로 조사되는 레이저(5)로부터의 단일 빔(3)은 오늘날의 연마 성능 조건에 차선적인 홈(9)을 형성한다. 예컨대, 홈(9)의 바닥부(7)는 질감을 거의 갖지 않음으로써 슬러리를 운반하는 홈의 능력을 감소시키고 CMP에 부정적인 충격을 준다. 또한, 레이저 빔의 가우시안 분포(즉, 중심부의 세기가 외측부의 세기보다 큼)로 인해, "V"형(단면 프로파일) 홈이 형성되어 슬러리를 운반하는 홈의 표면적을 떨어뜨리고 CMP에 부정적인 영향을 준다. 즉, 연마 패드(1)는 연마 패드(2)의 연마면으로 개방된 홈의 폭에 대해 크게 감소되는 테이퍼된 폭(15)을 갖는다. 따라서, "V"형 홈의 총표면적은 통상의 정사각형 또는 직사각형 홈의 총표면적에 비해 감소된다.
따라서, 질감이 증가되고 슬러리 운반을 위한 표면적이 증가되고 연마 성능 을 개선하는 개선된 홈을 구비한 레이저를 이용한 화학 기계적 평탄화용 연마 패드 형성 방법이 요구된다.
본 발명의 일 태양에 따르면, 레이저 용발을 이용한 화학 기계적 평탄화용 연마 패드 형성 방법에 있어서, 연마 패드 내에 홈을 절개하기 위한 레이저를 제공하는 단계와, 레이저로부터 방출된 레이저 빔을 분할하기 위한 빔 스플리터를 마련하는 단계와, 연마 패드 상으로 복수의 레이저 빔을 제공하기 위해 레이저로부터 방출된 빔을 분할하는 단계를 포함하며, 복수의 레이저 빔은 적어도 서로에 대해 중첩된 유효 절개 면적을 갖는 것을 특징으로 하는 연마 패드 형성 방법이 마련된다.
본 발명의 다른 태양에 따르면, 화학 기계적 평탄화를 위한 내부에 홈이 형성된 연마 패드를 형성하기 위한 방법에 있어서, 홈은 제1 레이저 빔과 적어도 제2 레이저 빔을 이용하여 홈을 형성하기 위해 패드를 절개함으로써 형성되며, 제1 레이저 빔에 의해 절개된 제1 구역은 제2 레이저 빔에 의해 절개된 제2 구역과 중첩되는 것을 특징으로 하는 연마 패드 형성 방법이 마련된다.
본 발명의 다른 태양에 따르면, 화학 기계적 평탄화용 연마 패드 형성 방법에 있어서, 제1 레이저에 제1 레이저 빔을 제공하는 단계와, 적어도 제2 레이저에 다른 레이저 빔을 제공하는 단계와, 연마 패드 상에 제1 및 다른 레이저 빔을 조사하는 단계를 포함하며, 빔들은 연마 패드 내에 홈을 절개하도록 서로에 대해 부분적으로 중첩되는 것을 특징으로 하는 연마 패드 형성 방법이 마련된다.
도면을 참조하면, 도3 및 도4는 연마 패드(10)의 상세 단면도이다. 연마 패드(10)는 우레탄 매립형 펠트, 델라웨어주 네와크(Newark) 소재 롬 앤드 하스 일렉트로닉 머티리얼즈 시엠피 인크(Rohm and Haas Electronic Materials CMP Inc.)(RHEM)에서 상표명 폴리텍스(POLITEX)로 판매되는 유형의 미세 기공 우레탄 패드 또는 마찬가지로 RHEM에서 제조한 IC-시리즈 및 MH-시리즈와 같은 충전형 및/또는 중공형 복합 우레탄과 같은 공지된 연마 패드일 수 있다.
본 발명에서, 레이저(5)로부터 방출된 레이저 빔(3)은 복수의 빔(3a, 3b, 3c, 3d)을 형성하기 위해 빔 스플리터(11)에 의해 분할된다. 또는, 빔 스플리터(11)를 사용하는 대신 원하는 바에 따라 가능한 모든 수의 다중 빔을 형성하기 위해 복수의 레이저(5)가 이용될 수 있다. 둘 이상 모든 가능한 수의 빔(2)이 본 발명을 실시하기 위해 이용될 수 있다. 또한, 경량 미러, 원통형 미러, 셔터 미러, 카세그레인(cassegrain) 미러, 칼날 미러 및 루프 프리즘을 포함하는 모든 상업상 이용 가능한 빔 스플리터가 이용될 수 있다. 저렴성, 조절 가능성 및 편광 민감성으로 인해 루프 프리즘이 바람직하며 고출력으로 작동될 것이다. 복수의 빔(3a 내지 3d)은 신규한 홈을 형성하기 위해 연마 패드(10) 상으로 조사된다. 즉, 도4에 도시된 바와 같이, 바닥부(70)에 요철(13)을 갖는 연마 패드(10)에 홈(90)이 형성된다. 요철(13)은 홈(90)에 개선된 질감(texture)을 제공함으로써, 연마 과정 동안의 슬러리 운반 능력을 개선시킨다.
바람직하게는, 각각의 빔(3a 내지 3d)은 연마 패드(10)가 빔에 의한 에너지 의 순(net) 비-가우시안 분포를 겪도록 서로 중첩된다. 즉, 빔(3a 내지 3d)을 개개의 빔(3a 내지 3d)(적어도 일부는 빔들 사이에서 중첩됨)으로 분할함으로써, 빔(3)에 의한 최고 에너지는 레이저 빔의 순 전체 효과가 빔(3) 전체에 광범위하게 확산되고 종래의 단일 빔 방법에서와 같이 중심부에 단순히 집중되지 않도록 각각의 빔(3a 내지 3d)에 집중된다. 따라서, 레이저 빔(3a 내지 3d)은 적어도 서로 중첩되는 유효 절개 면적을 갖는다.
또한, 홈(90)의 표면적은 도1 및 도2에 도시된 바와 같이 통상적인 "V"형 프로파일을 갖는 홈에 비해 보다 정사각형 또는 직사각형인 단면 프로파일을 제공함으로써 증가된다. 바람직하게는, 연마 패드(10)의 홈(90)은 연마 패드(10)의 연마면(17)에서 개방된 홈의 폭(75)의 적어도 90 ％ 보다 큰 테이퍼된 폭(73)을 갖는다. 즉, 본 발명의 연마 패드에서, 연마면(17)에서 개방된 홈의 폭(75)과 테이퍼된 폭(73) 사이의 차이는 10 ％보다 크지 않다. 보다 바람직하게는, 연마 패드(10)의 홈(90)은 연마 패드(10)의 연마면(17)에서 개방된 홈의 폭(75)의 적어도 93 ％ 보다 큰 테이퍼된 폭(73)을 갖는다. 보다 바람직하게는, 연마 패드(10)의 홈(90)은 연마 패드(10)의 연마면(17)에서 개방된 홈의 폭(75)의 적어도 95 ％ 보다 큰 테이퍼된 폭(73)을 갖는다. 이와 같이, 본 발명의 방법은 보다 정사각형의 또는 직사각형의 단면 프로파일을 갖는 홈을 제공함으로써, 예컨대 슬러리 운반을 개선하기 위한 증가된 표면적을 허용한다.
레이저(5)는 원하는 바에 따라 다양한 설계 또는 구성을 수용하기 위해 모든 가능한 방향(즉, x, y 또는 z 방향)으로 이동될 수 있다. 본 발명에서, 예컨대 연 마 패드를 지지하는 테이블과 같은 어떠한 지지 부재(미도시)도 레이저(5)에 대해 이동될 필요가 없다. 그 대신, 레이저(5)는 지지 부재의 모든 가능한 움직임에 독립해서, 예컨대 요철(13)을 갖는 바람직한 홈(90)을 얻기 위해 이동될 수 있다. 또한, 비활성 가스가 절단면에서 산소를 감소시키기 위해 노즐(미도시)로부터 제공됨으로써, 절단면 모서리 상에서의 태움에 의한 물질들을 감소시킨다. 또한, 레이저 빔은 종래의 레이저 용발 공정에 의해 생성될 수 있는 열을 감소시키기 위해 고압 분수와 함께 이용될 수 있다.
본 발명에서, 미세 가공을 위해 사용되는 레이저(5)는 비교적 낮은 듀티 사이클을 갖는 펄스형 엑시머 레이저일 수 있다. 선택적으로, 레이저(51)는 셔터가 마련된 연속 발진형 레이저일 수 있다[즉, 펄스폭(시간)은 펄스 사이의 시간에 비해 아주 짧다]. 비록 엑시머 레이저는 다른 대형 레이저에 비해 낮은 평균 출력을 갖지만, 엑시머 레이저의 피크 출력은 아주 클 수 있다. 레이저의 피크 강도 및 플루언스(fluence) 다음과 같이 주어진다.
즉, 강도(Watts/㎠) = 피크 출력(W)/집속점 면적(㎠)
플루언스(Joule/㎠) = 레이저 펄스 에너지(J)/집속점 면적(㎠)이고,
이때 피크 출력(W) = 펄스 에너지(J)/펄스 기간(sec)이다. 레이저의 예로는 PRC 레이저 코포레이션의 에스티에스(상표명)(STS™) 시리즈 레이저가 있다. 열 레이저 용발이 바람직하다.
레이저 용발 동안에는 여러 개의 핵심적인 매개변수를 고려해야 한다. 중요한 매개변수는 최소 흡수 깊이를 갖는 파장의 선택이다. 이는 신속하고 완전한 융 제를 위해 작은 용적의 고에너지 증착을 허용해야 한다. 다른 매개변수는 피크 출력을 최대화하고 주변 가공재에 대한 열전도를 최소화하기 위한 짧은 펄스 기간이다. 이런 조합은 반응의 폭을 감소시킬 것이다. 다른 매개변수는 펄스 반복 속도이다. 펄스 반복 속도가 너무 낮은 경우, 융제에 사용되지 않은 에너지는 융제 영역이 냉각을 허용하는 상태에 있도록 한다. 고속의 펄스 반복 속도에 의해 잔열이 보유됨으로써 전도 시간을 제한할 수 있는 경우, 융제를 보다 효율적이 된다. 또한, 입사 에너지 중 더 많은 부분이 절단을 위해 사용되고 주변 작업 재료와 환경으로 소실되는 에너지는 적어질 것이다. 또다른 중요한 매개변수는 빔 품질이다. 빔 품질은 휘도(에너지), 집속능 및 균일성에 의해 측정된다. 빔 에너지는 이것이 융제 영역으로 적절하고 유효하게 전달될 수 없는 경우 덜 유용하다. 또한, 빔이 제어된 크기로 되어 있지 않다면, 융제 영역은 원하는 것보다 커짐으로써, 측벽에는 과도한 경사가 남게 된다.
또한, 제거가 증발에 의해 이루어질 경우, 플룸(plume)에 특별한 주의를 기울여야만 한다. 플룸은 분자 조각, 중성 입자, 자유 전자 및 이온, 화학적 반응물로 구성된 플라즈마형 물질이다. 플룸은 입사 빔의 광학적 흡수와 산란을 초래하게 되고 주변 작업재 및/또는 빔 전달 광학체에 응집될 수 있다. 일반적으로, 융제 사이트는 질소 또는 아르곤과 같은 가압된 불활성 가스에 의해 청소된다.
따라서, 본 발명은 레이저를 이용하여 슬러리 운반 및 연마 성능을 개선하기 위해 증가된 질감 및 더 큰 표면적을 갖는 개선된 홈이 마련된 화학적-기계적 평판화를 위한 연마 패드 형성 방법을 제공한다. 특히, 본 방법은 연마 패드 내에 홈 을 절개하기 위해 레이저를 마련하는 단계와, 레이저로부터 방출된 레이저 빔을 분할하기 위해 빔 스플리터를 제공하는 단계를 포함한다. 또한, 본 방법은 연마 패드 상에 복수의 레이저 빔을 조사하기 위해 레이저로부터 방출된 빔을 분할하는 단계를 포함하며, 복수의 레이저 빔은 적어도 서로에 대해 중첩된 유효 절단 면적을 갖는다.
상술한 바로부터 명백한 바와 같이, 본 발명에 따르는 방법에 의해 형성된 화학 기계적 평탄화용 연마 패드는 질감과 슬러리 운반을 위한 표면적이 증가될 뿐만 아니라 연마 성능이 개선되는 효과를 갖는다.
Claims (10)
- 레이저 용발을 이용한 화학 기계적 평탄화용 연마 패드를 형성하는 방법이며,연마 패드 내로 홈을 절개하기 위한 레이저를 제공하는 단계와,레이저로부터 방출된 레이저 빔을 분할하기 위한 빔 스플리터를 제공하는 단계와,연마 패드 상으로 복수의 레이저 빔을 제공하기 위해 레이저로부터 방출된 빔을 분할하는 단계를 포함하며,복수의 레이저 빔은 적어도 서로에 대해 중첩된 유효 절개 면적을 갖는 연마 패드 형성 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 레이저 용발는 열적 레이저 용발인 연마 패드 형성 방법.
- 제1항에 있어서, 복수의 레이저 빔을 이용하여 홈의 바닥면에 질감을 형성하는 단계를 더 포함하는 연마 패드 형성 방법.
- 제1항에 있어서, 홈의 테이퍼된 폭은 연마 패드의 연마면으로 개방된 홈의 폭의 적어도 90 ％ 보다 큰 연마 패드 형성 방법.
- 화학 기계적 평탄화를 위한 내부에 홈이 형성된 연마 패드를 형성하는 방법이며,홈은 제1 레이저 빔과 적어도 제2 레이저 빔을 이용하여 홈을 형성하도록 패드를 절개하는 단계에 의해서 형성되며,제1 레이저 빔에 의해 절개된 제1 구역은 제2 레이저 빔에 의해 절개된 제2 구역과 중첩되는 연마 패드 형성 방법.
- 제5항에 있어서, 제1 레이저 빔과 적어도 제2 레이저 빔을 형성하기 위한 빔 스플리터를 제공하는 단계를 더 포함하는 연마 패드 형성 방법.
- 제5항에 있어서, 복수의 레이저 빔을 이용하여 홈의 바닥면에 질감을 형성하는 단계를 더 포함하는 연마 패드 형성 방법.
- 화학 기계적 평탄화용 연마 패드를 형성하는 방법이며,제1 레이저에 제1 레이저 빔을 제공하는 단계와,적어도 제2 레이저에 다른 레이저 빔을 제공하는 단계와,연마 패드 상에 제1 및 다른 레이저 빔을 조사하는 단계를 포함하며,빔들은 연마 패드 내에 홈을 절개하도록 서로에 대해 부분적으로 중첩되는 연마 패드 형성 방법.
- 제8항에 있어서, 상기 레이저 빔은 열적 레이저 용발인 연마 패드 형성 방법.
- 제8항에 있어서, 복수의 레이저 빔을 이용하여 홈의 바닥면에 질감을 형성하는 단계를 더 포함하는 연마 패드 형성 방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020060074947A KR20070018712A (ko) | 2005-08-10 | 2006-08-09 | 레이저 용발을 이용한 화학 기계적 연마 패드내 홈 형성방법 |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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| KR20070018712A true KR20070018712A (ko) | 2007-02-14 |
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Family Applications (1)
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| KR1020060074947A KR20070018712A (ko) | 2005-08-10 | 2006-08-09 | 레이저 용발을 이용한 화학 기계적 연마 패드내 홈 형성방법 |
Country Status (1)
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-
2006
- 2006-08-09 KR KR1020060074947A patent/KR20070018712A/ko not_active Application Discontinuation
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