KR20070022054A - 진동 경로를 갖는 그루브 망상조직을 포함하는 연마 패드 - Google Patents

진동 경로를 갖는 그루브 망상조직을 포함하는 연마 패드 Download PDF

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KR20070022054A
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캐롤라이나 엘. 엘무프디
라비찬드라 브이. 팔라파르티
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롬 앤드 하스 일렉트로닉 머티리얼스 씨엠피 홀딩스, 인코포레이티드
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Abstract

본 발명은 웨이퍼(32) 또는 기타 제품을 연마하기 위한 연마 패드(20)에 관한 것으로, 상기 패드는 패드상의 연마 매질(46) 체류 시간을 증가시키도록 배열된 그루브 망상조직(60)을 포함한다. 그루브 망상조직은 실질상 방사상으로 바깥쪽으로 연장될 수 있는 제 1 부분(72) 및 전이 지점(76)에서 시작하여 연마 매질의 방사상 바깥쪽 흐름을 늦추도록 배열된 진동 부분(74)을 포함한다.
연마 패드, 그루브 망상조직, 연마 매질 체류 시간

Description

진동 경로를 갖는 그루브 망상조직을 포함하는 연마 패드{POLISHING PAD WITH OSCILLATING PATH GROOVE NETWORK}
본 발명은 일반적으로 화학기계적 연마 분야에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 제품이 연마되는 동안에 연마 매질 체류 시간을 조절하도록 설계된 그루브 망상조직을 갖는 화학기계적 연마 패드에 관한 것이다.
집적 회로 및 기타 전자 장치의 제조시, 도체, 반도체 및 유전체 물질로 이루어진 다수의 층이 반도체 웨이퍼의 표면위에 퇴적되고 그로부터 에칭된다. 도체, 반도체 및 유전체 물질로 이루어진 박층이 많은 퇴적 기법에 의해 퇴적될 수 있다. 근대 웨이퍼 가공에 있어서의 통상적인 퇴적법으로는 스퍼터링으로도 공지된 물리적 증착(PVD), 화학적 증착(CVD), 플라즈마-강화된 화학적 증착(PECVD) 및 전기화학 도금을 포함한다. 통상적인 에칭 기법으로는 그 중에서도 습식 및 건식 등방성 및 이방성 에칭을 들 수 있다.
물질의 층은 연속적으로 퇴적되고 에칭되기 때문에, 웨이퍼의 최상부 표면은 편평하지 못하게 된다. 후속적인 반도체 공정(예: 사진평판술)은 웨이퍼가 편평한 표면을 가질 것이 요구되기 때문에 웨이퍼는 평탄화되어야 한다. 평탄화는 거친 표면, 덩어리 물질, 결정 격자 손상, 스크래치 및 오염된 층이나 물질과 같은, 표 면 결함 뿐만 아니라 바람직하지 못한 표면 형세(topography)를 제거하는데 유용하다.
화학기계적 평탄화 또는 화학기계적 연마(CMP)는 반도체 웨이퍼와 같은 소재를 평탄화하는데 사용되는 통상의 기법이다. 이축 회전 연마기를 사용하는 종래의 CMP에 있어서 웨이퍼 캐리어 또는 연마 헤드부(head)는 캐리어 어셈블리상에 탑재된다. 연마 헤드부는 웨이퍼를 지지하고 연마기 내 연마 패드의 연마층과 접촉하도록 웨이퍼를 배치한다. 연마 패드는 평탄화할 웨이퍼의 직경의 두배보다 큰 직경을 갖는다. 연마 동안에, 연마 패드 및 웨이퍼는 각각 그의 동심원 중심 둘레를 회전하지만, 웨이퍼는 연마 층에 맞붙어 있다. 웨이퍼의 회전 축은 일반적으로 웨이퍼의 반경보다 긴 거리만큼 연마 패드의 회전 축에 대해서 갈라져 나와 패드의 회전에 의해 패드의 연마 층상의 고리형 "웨이퍼 트랙"을 쓸어버린다. 웨이퍼 트랙의 안쪽 및 바깥쪽 경계 사이의 반지름 간격은 웨이퍼 트랙의 폭을 한정한다. 이 폭은 전형적으로 웨이퍼의 움직임이 회전인 경우에만 웨이퍼의 직경과 동일하다. 캐리어 어셈블리는 웨이퍼와 연마 패드 사이에 조절가능한 압력을 제공한다. 연마 동안에, 신선한 연마 매질, 예를 들어 슬러리는 웨이퍼 트랙의 안쪽 경계내에서 패드의 회전 축에 근접하게 분배된다. 연마 매질은 안쪽 경계로부터 웨이퍼 트랙으로 도입되어, 웨이퍼와 패드 사이의 틈으로 흘러 웨이퍼 표면과 접촉하게 되고, 패드의 가장자리에 근접한 바깥쪽 경계에서 웨이퍼 트랙을 빠져나간다. 연마 매질의 이러한 거동은 패드가 회전하는 결과로서 연마 매질에 유도되는 원심력으로 인해 실질상 방사상으로 바깥쪽 방향으로 일어난다. 웨이퍼 표면은 표면상의 연마 층과 연마 매질의 화학적 및 기계적 작용에 의해 연마되고 편평하게 만들어진다.
연마 매질 중에 반응물을 사용하는 것을 포함하는 전형적인 CMP 공정에서, 연마 매질이 패드의 웨이퍼 트랙내 웨이퍼 표면과 접촉하게 될 때, 반응물은 연마되는 웨이퍼상의 특징물, 예를 들어 구리 야금과 상호작용함으로써 반응 생성물을 형성한다. 분산된 연마 매질이 웨이퍼 트랙의 안쪽 경계로부터 바깥쪽 경계로 흐르므로, 연마 매질이 웨이퍼 표면에 노출되는 시간의 양(체류 시간)은 증가하게 된다. 연마 매질과 웨이퍼 물질의 상호작용은, 패드의 반경을 따라 측정했을 때, 연마 매질 중 반응물 및 반응 생성물의 상대적 비율에 변화를 가져온다. 웨이퍼 트랙의 안쪽 경계 근처에 있는 연마 매질은 비교적 높은 반응물 비율을 갖고(신선한 연마 매질에 훨씬 가까움), 웨이퍼 트랙의 바깥쪽 경계 근처에 있는 연마 매질은 비교적 낮은 반응물 비율과 비교적 높은 반응 생성물 비율을 갖는다(다 쓴 연마 매질에 훨씬 가까움).
웨이퍼상의 임의의 주어진 위치에서의 연마는 반응물 및 반응 생성물의 상대적 비율에 의해 영향을 받는다. 주어진 위치에서의 반응 생성물의 상대적 양의 증가는, 모든 다른 인자가 동일한 경우, 전형적으로 상기 위치에서의 연마 속도를 증가시키거나 감소시킬 것이다. 편평한 표면을 수득하는데 필요한 연마 속도를 전 웨이퍼에 걸쳐 달성하기 위해, 주어진 방사상 위치에서 웨이퍼에 사용될 수 있는 연마 매질의 양을 조절하는 것만으로는 충분하지 않다. 대신, 웨이퍼를 상이한 농도 수준의 반응물 및 반응 생성물을 함유한 연마 매질에 일정하게 노출시켜야 한다. 불행하게도, 알려진 CMP 시스템 및 관련된 연마 패드는 전형적으로 반응 생성 물에 적절한 체류 시간을 보장하는 방식으로 연마 매질을 분포하지 못한다.
패드에 적용된 슬러리의 방사상 유속을 감소시키기 위해 폭을 늘리거나 깊이를 감소시킨, 또는 둘다를 실시한 연마 패드에 바깥쪽으로 연장시킨 그루브를 제공하는 것은 공지되어 있다. 이러한 그루브 패턴은 버르크(Burke) 등에게 허여된 미국 특허 제 5,645,469 호에 기재되어 있다. 상기 특허에 개시된 그루브 패턴은 슬러리의 방사상 유속을 어느 정도 보여줄 수 있지만, 이는 방사상으로 일직선으로 연장된 그루브를 사용함으로써 그렇게 된 것이다.
발명의 요약
본 발명의 한 양태는 제품을 연마하기 위한 연마 패드에 관한 것으로, 상기 연마 패드는 회전 축과 다수의 그루브를 갖는 연마 층을 포함하고, 다수의 그루브 중 각각의 그루브는 (a) 회전 축에 대해 바깥쪽으로 연장된 제 1 부분, 및 (b) 전이 위치에서 제 1 부분과 연통되어 있는 진동 부분을 포함한다.
본 발명의 다른 양태는 회전 축과 연마 매질을 갖는 연마 패드를 사용한 제품의 연마 방법에 관한 것으로, 상기 방법은 a. 회전 축으로부터 바깥쪽으로 연장된 그루브를 갖는 패드를 제공하고, b. 패드를 제품의 표면에 맞붙이고, c. 패드의 트랙이 제품과 접촉하도록 패드와 제품 사이에 상대적인 회전을 실시하고, d. 제 1 체류 시간이 계단 함수로서 제 2 체류 시간까지 증가하게 되는 전이 지점에 도달할 때까지 연마 매질이 제 1 체류 시간을 갖는 방식으로 그루브내 제품의 표면과 패드 사이에 연마 매질을 흐르게 하는 단계를 포함한다.
본 발명의 또다른 양태는 제품을 연마하기 위한 연마 패드에 관한 것으로, 상기 연마 패드는 회전축과 다수의 그루브를 갖는 연마 부분을 포함하고, 다수의 그루브 중 각각의 그루브는 a. 회전 축에 대해서 바깥쪽으로 연장된 제 1 부분, 및 b. 회전 축에 대해서 바깥쪽으로 연장된 주요 축을 갖는 제 2 부분(이는 전이 위치에서 제 1 부분과 연통되어 있고, 연마 매질을 진동 경로를 따라 흐르게 함으로써 연마 매질의 바깥쪽 흐름을 늦추도록 배열되어 있음)을 포함한다.
도 1과 관련해서, 본 발명은 웨이퍼(32) 또는 기타 소재를 평탄화하기 위해 화학 기계적으로 연마하는(CMP) 연마기(30)와 함께 사용되는 연마 패드(20)이다. 웨이퍼(32)를 언급할 때 기타 소재도 포함하는 것으로 의도되고, 단, 용도의 내용을 달리 명백히 언급하고 있는 경우는 제외된다. 후술된 바와 같이, 웨이퍼(32) 평탄화의 균일성을 개선하기 위해, 연마 패드(20)는 CMP 공정에서 사용된 연마 매질의 체류 시간을 최적화하도록 설계된다. 본원에 사용된 바와 같이, "연마 매질"이란 용어는 가장 폭넓은 의미로 사용되고, CMP 연마기를 사용한 제품의 평탄화와 관련해서 사용된 임의의 슬러리 또는 기타 물질을 제한없이 포함한다. "연마 매질"이란 용어는 CMP 연마기로 처음에 도입된 형태의 신선한 연마 매질 및 연마 공정의 결과로서 시간이 지남에 따라 변한 조성을 갖는 연마 매질을 포함할 수 있다. 이러한 변화는, 예를 들어 반응 생성물의 증가 및 반응물의 감소, 또는 연마 매질에 포함된 연마제 특성의 변경을 포함할 수 있다.
연마 패드(20)를 상세히 기술하기 전에, 연마기(30)에 대해 간단히 설명한다. 연마기(30)는 연마 패드(20)가 탑재된 플래턴(34)을 포함할 수 있다. 플래턴(34)은 플래턴 구동기(미도시)에 의해 회전 축(36) 둘레를 회전할 수 있다. 웨이퍼(32)는 플래턴(34)의 회전 축에(36)에 평행하고 그로부터 이격된 회전 축(40) 둘레를 회전할 수 있는 웨이퍼 캐리어(38)에 의해 지지될 수 있다. 웨이퍼 캐리어(38)는 웨이퍼(32)가 연마 패드(20)에 아주 약간 비평행한 양상을 취하게 하는 짐벌 링키지(미도시)를 특징으로 할 수 있고, 이 경우 회전 축(36 및 40)은 아주 약간 비스듬히 존재할 수 있다. 웨이퍼(32)는 연마 패드(20)와 대향하고 있는 연마된 표면(42)을 포함하고, 연마하는 동안 평탄화된다. 웨이퍼 캐리어(38)는 웨이퍼(32)를 회전시키도록 개조된 캐리어 지지체 어셈블리(미도시)에 의해 지지되고, 연마하는 동안 연마된 표면과 연마 패드 사이에 원하는 압력이 존재하도록 연마 패드(20)에 대해 연마된 표면(42)을 누르는 아래로 향하는 힘(F)을 제공한다. 또한, 연마기(30)는 연마 매질(46)을 연마 패드(20)로 공급하기 위한 연마 매질 입구(44)를 포함할 수 있다. 연마 패드(20)의 유효성을 최적화하기 위해 연마 매질(44)은 일반적으로 회전 축(36)에 또는 그 근처에 배치되어야 하지만, 이러한 배치가 연마 패드의 실시에 있어 필요조건은 아니다.
당해 기술분야의 숙련자가 알 수 있는 바와 같이, 연마기(30)는 기타 구성요소(미도시), 예를 들어 시스템 제어기, 연마 매질 저장 및 분배 시스템, 가열 시스템, 헹굼 시스템, 및 연마 공정의 다양한 양상을 조절하기 위한 다양한 제어부, 예를 들어 그 중에서도 (1) 웨이퍼(32)의 회전 속도와 연마 패드(20) 중 하나 또는 둘다를 위한 속도 제어기 및 선별기; (2) 패드에 연마 매질(46)을 전달하는 속도와 위치를 변화시키는 제어기 및 선별기; (3) 웨이퍼와 패드 사이에 적용된 힘(F)의 크기를 조절하기 위한 제어기 및 선별기; 및 (4) 패드의 회전 축(36)에 대해 웨이퍼의 회전 축(40)의 위치를 조절하기 위한 제어기, 작동기 및 선별기를 포함한다. 당해 기술분야의 숙련자는 이들 구성요소가 어떻게 제작되고 실행되는지를 이해할 수 있으므로, 그들이 본 발명을 이해하고 실행하는데 있어서 이들에 관한 상세한 설명은 필요하지 않게 된다. 연마 패드(20)는 전술한 연마기(30)와 같은 연마기와 함께 효과적으로 작동하지만, 패드는 또한 다른 연마기와 함께 사용될 수도 있다.
연마하는 동안, 연마 패드(20) 및 웨이퍼(32)는 이들 각각의 회전 축(36 및 40) 둘레를 회전하고, 연마 매질(46)은 연마 매질 입구(44)로부터 회전하는 연마 패드 위로 분배된다. 연마 매질(46)은 웨이퍼(32)와 연마 패드 아래의 틈을 비롯한, 연마 패드(20) 위로 전개된다. 연마 패드(20) 및 웨이퍼(32)는 전형적으로, 반드시 그런 것은 아니지만, 0.1 내지 150rpm 사이의 선택된 속도로 회전한다. 힘(F)은 전형적으로, 반드시 그런 것은 아니지만, 웨이퍼(32)와 연마 패드(20) 사이에서 0.1 내지 15psi(0.7 내지 103 kPa)의 목적하는 압력을 유도하도록 선택된 크기를 갖는다.
연마 매질(46) 또는 기타 연마 매질의 존재하에 소재의 연마된 표면의 연마를 수행하기 위해, 연마 패드(20)는 반도체 웨이퍼(32)(가공처리되거나 비가공처리됨) 또는 기타 소재, 그 중에서도 예를 들어 유리, 평판 디스플레이 또는 자기 정보 저장 디스크와 같은 제품을 맞붙이기 위해 연마 층(50)을 갖는다. 편리성을 위하여, "웨이퍼" 및 "연마 매질"이란 용어는 일반적으로 다음과 같이 사용된다.
다시 도 1 내지 3으로 돌아와서, 연마 패드(20)는 연마될 웨이퍼(32)의 일부와 연마 매질(46) 중 반응물의 상호작용에 의해 형성된 반응 생성물의 그루브 망상조직내 체류 시간을 증가시키도록 설계된 그루브 망상조직(60)을 포함한다. 연마 패드(20)는 가상의 방사상 바깥 원(64)과 가상의 방사상 안쪽 원(66)에 의해 한정된 웨이퍼 트랙(62)을 포함한다. 웨이퍼 트랙(62)은 웨이퍼(32)를 실제로 연마시키는 연마 패드(20)의 일부분이다. 바깥 원(64)은 전형적으로 연마 패드(20)의 바깥둘레의 방사상 안쪽으로 배치되고, 안쪽 원(66)은 전형적으로 연마 패드의 회전 축의 방사상 바깥쪽으로 배치된다.
그루브 망상조직(60)은 연마 패드(20)의 바깥둘레(68)를 향해 방사상 바깥쪽으로 연마 매질(46)이 수송되는 것을 돕는 다수의 그루브(70)를 포함한다. 그루브(70)는 회전 축(36)으로부터 실질상 방사상으로 바깥쪽으로 연장된 주요 축(72')을 갖는 제 1 부분(72)을 포함한다. 이를 열거해 보면, 주요 축('72)은 회전 축(36) 근처의 위치로부터 그 바깥둘레(68)까지 연장되어 있을 때 그루브(70)의 중심선을 나타낸다. 본원에 사용된 바와 같이, "실질상 방사상으로"란 완전한 방사상 방향으로부터의 30도 이하의 편향을 포함한다. 제 1 부분(72)은 전형적으로 그의 주요 축을 따라 일직선 배열을 갖는다. 제 1 부분(72)에서 그루브(70)의 폭과 깊이는 원하는 연마 성능, 제공된 그루브의 수, 원하는 연마 매질 체류 시간 및 기타 요소에 따라 변할 것이다. 연마 패드(20)의 전형적인 실시태양에서, 제 1 부분(72) 중의 그루브(70)는 5 내지 50밀(0.127 내지 1.27㎜) 범위의 폭과 10 내지 50밀(0.254 내지 1.27㎜) 범위의 깊이를 갖는다.
제 1 부분(72)은 일반적으로 그의 방사상 안쪽 단부(73)(도 3)가 안쪽 원(66)의 방사상 안쪽으로 배치되고 회전 축(36)에 비교적 가깝게 배치되도록 형성된다. 안쪽 단부(73)의 정확한 배치는 연마 매질 입구(44)의 위치에 의해 영향을 받을 것이고, 연마 매질 입구의 방사상 바깥쪽에 존재하도록 안쪽 단부(73)를 두는 것이 일반적으로 바람직할 것이다. 이러한 상대적 배치가 요구되는 것은 아니지만, 당해 기술분야의 숙련자는 연마 매질 입구(44)에 대해 안쪽 단부(73)의 최적의 상대적 배치를 실험적으로 결정할 것이다. 도 3에서, 연마 매질 입구(44)에 적합한 위치는 팬텀도로 도시된다. 이 위치는 제한적인 것이 아닌 대표적인 것으로 간주되어야 한다.
또한, 그루브(70)는 제 1 부분(72)의 방사상 바깥쪽으로 배치된 진동 부분(74)을 포함한다. 제 1 부분(72)은 전이 지점(76)에서 진동 부분(74)과 연결되어 진동 부분과 유체 연통되어 있다. 도 2 및 3에 도시된 바와 같이, 진동 부분(74)은 사인곡선 형태를 갖고, 그 진폭은 회전 축(36)으로부터 바깥쪽으로 이동하면서 증가할 수 있다. 대안적인 또는 추가의 특징부로서, 진동 부분(74)은 그의 사인곡선 형태가 회전 축(36)으로부터 바깥쪽으로 이동하면서 증가하는 진동수를 갖도록 설계될 수 있다. 이를 열거해 보면, 진동수는 그루브(70)의 주요 축(72')을 따라 단위 거리 당 주기로서 나타낸다. 이는 진동 부분(74)의 파장에 역비례하는데, 이는 주요 축(72')을 따라 진동 부분(74)의 1주기가 연장된 거리에 해당된다. 수많은 용도에서 바람직하지는 않지만, 일부 경우에서는 진폭 및 진동수 중 하나 또는 둘다가 회전 축(36)으로부터 방사상 바깥쪽으로 이동하면서 변하도록 하나 이상의 그루브(70)의 진동 부분(74)의 단면을 설계하는 것이 적절할 수 있다. 예를 들어, 진폭, 진동수 및 진폭과 진동수의 조합은 회전 축(36)으로부터 바깥쪽으로 이동하는 방향에 대해 감소하거나 증가할 수 있다. 진동 부분(74)의 진폭 및 진동수의 변화는 일반적으로 선형이지만, 본 발명은 계단 함수 및 기타 비선형 변화를 포함한다. 진동 부분(74)의 파장은, 회전 축(36)과 바깥둘레(68) 사이에서 측정했을 때, 전형적으로 그리고 종종 실질상 연마 패드(20)의 반경보다 짧다. 선택적으로, 연마 패드(20)는 그루브(70)와 조합해서 진동 부분(74)을 포함하지 않는 그루브를 포함할 수 있다.
패드(20)의 전형적인 실시태양에서, 진동 부분(74)은, 전이 지점(76)과 진동 부분의 방사상 가장 바깥쪽 부분 사이에서 측정했을 때, 0.1 내지 2.0"(2.54 내지 50㎜) 증가한 진폭을 갖는다. 이 실시태양에서 진동 부분(74)의 진동수는, 진동 부분의 방사상 가장 바깥쪽 부분과 전이 지점(76) 사이의 그루브(72)의 주요 축(72')을 따라 측정했을 때, ㎝ 당 0.1 내지 1 주기 증가한다. 진폭 및 진동수는 그루브(70)의 치수(폭 및 깊이)에 좌우된다.
많은 용도에서, 그루브(70)는 도 2 및 도 3에 예시된 바와 같이, 진동 부분(74)을 한정하는 사인곡선의 피크와 구역 전체에서 완만한 곡선 형태를 갖는다. 그러나, 몇몇 용도에서는 상기 피크와 구역 전체에서 급한 전이가 나타나 진동 부분(74)이 지그재그 형태를 가질 수 있다.
진동 부분(74)은 회전 축(36)으로부터 바깥쪽으로 연장된 주요 축(75)을 갖는다. 주요 축(75)은 회전 축(36)으로부터 실질상 방사상으로 바깥쪽으로 연장될 수 있다. 본원에 사용된 바와 같이, "실질상 방사상으로"란 주요 축(75)이 완전한 방사상 방향으로부터 30도 이하로 편향된 것을 포함한다. 전형적으로, 제 2 부분(74)의 주요 축(75)은 실질상 직선형 배열을 갖지만, 진동 부분의 주요 축은 곡선 배열을 가질 수도 있다.
진동 부분(74)에서의 그루브(70)는 도 2 및 3에 도시된 바와 같은 일정한 폭을 가질 수 있다. 그러나, 본 발명이 그렇게 제한되지는 않는다. 그루브(70)는 그루브의 길이를 따라 변하는 폭을 가질 수 있다. 또한, 체류 시간은 진동 부분(74)에 있는 그루브(70)의 깊이를 변경시킴으로써 영향을 받을 수 있다. 본 발명의 전형적인 실시태양에서, 제 2 부분(74)에서의 그루브는 최장 폭 지점에서 70 내지 100밀(1.78 내지 2.54㎜)의 일정한 폭을 갖는다. 많은 용도에서, 전이 지점(76)에서의 폭에서부터 최장 폭 지점까지 점진적으로 그루브(70)의 폭을 늘리는 것이 바람직할 것이다. 그루브(70)에 있어서 최장 폭 지점은 전형적으로 바깥쪽 원(64)에 존재하고, 폭은 그루브가 바깥둘레 가장자리(68)를 향해 방사상 바깥쪽으로 존속하게 될 때 바람직하다면 줄일 수 있다.
진동 부분(74)은 방사상 바깥쪽으로 바깥둘레(68), 바깥쪽 원(64) 또는 바깥쪽 원(64)의 방사상 안쪽 지점까지 연장될 수 있다. 연마 매질(46)에 있어서 원하는 체류 시간은 진동 부분(74)이 끝나는 곳에 주로 영향을 미칠 것이지만, 다른 설계 및 실시 기준도 이러한 배치에 영향을 미칠 수 있다.
진동 부분(74)이 바깥둘레(68)의 방사상 안쪽에서 끝나는 경우, 진동 부분(74)과 유체 연통된 바깥둘레 부분(78)을 제공하는 것이 바람직할 수 있다. 바깥둘레 부분(78)은 진동 부분(74)의 진동 경로 배열이 없다. 바깥둘레 부분(78)은 회전 축(36)에 대해 바깥둘레(68)를 향해 직선으로 방사상 바깥쪽으로 연장될 수 있거나, 직선이지만 회전 축(36)으로부터 연장된 반경에 대해 일정한 각도로 바깥쪽으로 연장될 수 있거나, 바깥둘레를 향해 바깥쪽으로 곡선형으로 연장될 수 있다. 종종 바람직하지만, 바깥둘레 부분(78)은 그루브 망상조직(60)의 선택적 특징부가 된다.
그루브(70)의 전이 지점(76)이 회전 축(36)으로부터 이격된 반경 간격은 종종 모든 그루브에 있어서 동일할 것이다. 예를 들어, 도 3과 관련해서, 제 1 부분(721)의 전이 지점(761)은 제 1 부분(722)의 전이 지점(762)이 회전 축(36)으로부터 이격된 반경 간격(R2)과 동일한 회전 축(36)으로부터의 반경 간격(R1)에 배치된다. 변이형을 제조하면 전이 지점(76)이 회전 축(36)으로부터 이격된 거리에서 약간의 차이가 생성될 수 있다. 또한, 일부 경우에서는 일부 그루브(70)의 전이 지점(76)의 배치를 바꾸는 것이 바람직할 수 있다. 전형적으로, 전이 지점(76)은 안쪽 원(66)의 방사상 바깥쪽으로 배치되지만, 일부 경우에서는 전이 지점(76)을 안쪽 원(66)의 방사상 안쪽에 배치하는 것이 바람직할 수 있다. 일반적으로, 전이 지점(76)은 회전 축(36)으로부터 회전 축(36)과 웨이퍼(32)의 회전 축(40) 사이 간격의 5 내지 50％와 동일한 간격만큼 이격되어 있다.
계속해서 도 1 내지 3과 관련해서, 지금부터는 연마 패드(20)의 용도와 실시를 논의한다. 상기 주지된 바와 같이, 연마 패드(20)는 연마제, 반응물, 및 얼마간 사용한 후에는 반응 생성물을 포함한 연마 매질(46)과 함께 사용하는데 적용된다. 연마 매질(46)은 예를 들어 연마 매질 입구(44)를 거쳐 가까운 회전 축(36)으로 도입된 후, 연마 패드(20)의 회전에 의해 연마 매질에 부여되는 원심력으로 인해 방사상 바깥쪽으로 이동하게 된다. 연마 매질(46)은 대개 그루브(70)의 제 1 부분(72)에서 방사상 바깥쪽으로 이동하지만, 연마 매질 중 일부 소량은 그루브 사이 부분에서 바깥쪽으로 수송될 수 있다.
연마 매질(46)이 웨이퍼(23)와 접촉할 때, 연마 매질 중 반응물은 웨이퍼상의 특징물, 예를 들어 구리 야금과 상호작용하여 이로써 반응 생성물을 형성한다. 연마 매질(46)의 화학적 성질, 반응물이 상호작용하는 웨이퍼(32) 중 특징물의 조성, 및 기타 인자에 따라, 이러한 반응 생성물은 연마 속도를 감소시키거나 증가시킬 수 있다. 진동 부분(74)에서는 연마 매질을 진동 경로를 따라 이동하게 함으로써 제 1 부분(72)에서의 이러한 연마 매질의 이동에 비해 연마 매질의 방사상 바깥쪽 이동을 늦춘다. 연마 매질(46) 경로의 이러한 변화는 전이 지점(76)에서 일반적으로 급속히, 즉 계단 함수로서 일어날 것이다. 바꿔 말하면, 연마 매질(46)의 체류 시간은 전형적으로 연마 매질이 전이 지점(76)의 방사상 바깥쪽으로 이동하게 될 때 즉시 증가할 것이다. 그러나, 특정 용도에 있어서 보다 느린 전이가 요구된다면, 이는 전이 지점(76) 근처의 진동 부분(74) 구역이 회전 축(36)으로부터 바깥쪽으로 이동할 때 진폭 및 진동수가 증가하는 매우 완만한 굴곡을 갖도록 배치함으로써 용이하게 조절될 수 있다.
진동 부분(74)과 교차하는 반경을 따라 임의의 주어진 위치에서 연마 매질(46)의 체류 시간을 증가시킴으로써, 연마 매질(46) 중 반응물 및 반응 생성물은 전형적으로 선행 기술에 공지된 그루브 패턴의 경우보다 오랫동안 웨이퍼에 노출된다. 공지된 연마 패드에서 그루브 배열은 전형적으로 연마 매질을 진동 경로를 따라 흐르게 함으로써 방사상 바깥쪽으로의 이동을 늦추지 않는다. 반응 생성물이 연마 속도에 미치는 전술한 영향으로 인해, 반응 생성물을 형성하는 연마 매질 조성물을 사용한 경우에는 연마될 웨이퍼의 균일한 평탄화를 달성하기가 어려운 경향이 있다.
진동 부분(74)을 위한 최적의 배열, 전이 지점(76)의 최적 배치, 진동 부분(74)을 갖는 그루브(70)와 추가적인 비진동 그루브의 선택적 조합, 및 다른 양태의 연마 패드(20) 디자인을 결정하는데 있어서, 설계 목표는 웨이퍼(32)의 평면화를 최대화하는 전 웨이퍼 트랙(62)에 걸친 연마 매질(46)의 체류 시간 분포를 제공하는 것이다. 당해 기술분야의 숙련자가 알 수 있는 바와 같이, 이 설계 목표는 앞서 논의된, 연마 매질(46)의 화학적 성질과 웨이퍼(32)와의 상호작용의 평가, 웨이퍼에 포함된 물질의 연구와 분석, 패드(20)의 컴퓨터 모델링을 통해 상이한 설계 잇점을 갖는 원형 패드의 사용을 통해 실험적으로 수득될 수 있다.
다시 도 1 및 4로 되돌아가, 본 발명의 다른 실시태양에서는 대안적인 그루브 망상조직(160)을 갖는 연마 패드(120)가 제공된다. 그루브 망상조직(160)은 다수의 그루브(170)를 포함하고, 이들 각각은 제 1 부분(172), 진동 부분(174), 및 제 1 부분(172)이 진동 부분(174)과 연결되어 있는 전이 지점(176)을 갖는다. 그루브(170)의 제 1 부분(172)은 그루브의 진동 부분(174)과 유체 연통되어 있다.
제 1 부분(72)과 다른 제 1 부분(172)은 회전 축(36)으로부터 방사상 바깥쪽으로 연장되어 있지 않다. 대신, 제 1 부분(172)은 그 안쪽 단부(173)나 그 근처에서 시작할 수 있는 곡선 배열을 갖는다. 도 4에 도시된 바와 같이, 제 1 부분(172)은 안쪽 원(66)내의 회전 축(36) 둘레에 나선형 배열로 감길 수 있고, 웨이퍼 트랙(62)으로 통과한 후에도 그의 곡선 배열을 유지한다. 도 4에 도시된 제 1 부분(172)의 굴곡 정도는 단지 예시적인 것이고, 제 1 부분이 가정할 수 있는 배열을 한정하려는 것은 아니다. 이와 관련해서, 제 1 부분(172)은 회전 축(36)으로부터의 완벽한 방사상 연장으로부터 아주 약간만 편향될 수 있거나, 다소 좀더 공격적인 굴곡을 가질 수 있거나(예를 들어, 보다 적은 반경의 굴곡 및/또는 보다 긴 길이를 제공함으로써), 도 4에 도시된 바와 같이 심하게 곡선을 가질 수도 있다. 또한, 제 1 부분(172)은 안쪽 단부(173)과 전이 지점(176) 사이에서 비곡선 부분을 가질 수도 있다.
진동 부분(174)은 전술한 바와 같이 진동 부분(74)과 동일하다. 이와 관련해서, 진동 부분(174)은 직선형 배열을 갖고 회전 축(36)에 대해 주요 축을 따라 방사상 바깥쪽으로 연장될 수 있거나, 완전한 방사상 관계로부터 30도 이하까지 편향될 수도 있다. 진동 부분(174)은 종종 바로 전 바깥쪽 원(64) 바깥쪽으로 연장되어 바깥둘레(168)나 그 근처에서 끝날 것이지만, 본 발명은 바깥쪽 원(64) 내 진동 부분에서의 종결을 포함한다. 몇몇의 경우, 그루브(170)의 방사상 바깥 단부에서 바깥둘레 부분(178)을 제공하는 것이 바람직할 수도 있다. 바깥둘레 부분(178)은 상기 논의된 바깥둘레 부분(78)과 동일할 수 있다.
전술한 바와 같이, 전이 지점(176)은 전형적으로, 반드시 필요한 것은 아니지만, 회전 축(36)으로부터 방사상 동일하게 이격되어 있다. 이 배열은 전술한 바와 같이 그루브(70)의 전이 지점(76)의 상대적 배치와 동일하고, 따라서 본 발명은 그루브(70)에 대해 상기 논의된 바와 같이 의도한 설계 변이형 뿐만 아니라 이러한 동일한 이격으로부터 편향을 만드는 것을 포함한다. 그루브(70)와 마찬가지로, 그루브(170)는 전형적으로 연마 패드(160)상에 가능한 조밀하게 배치되지만, 이러한 그루브 배치는 필수적인 것은 아니다. 이와 관련해서, 그루브 망상조직(160)은 도 4에 도시된 것보다 좀더 조밀하게 그루브(170)가 존재할 것으로 여겨질 것이다. 수많은 용도에서, 도 4에 도시된 바와 같이 안쪽 원(66)에 비교적 가까운 곳에 전이 지점(176)을 두는 것이 바람직할 것이다. 그러나, 전이 지점(176)의 배치는 전이 지점(176)의 상이한 배치가 웨이퍼(32)의 연마에 어떻게 영향을 미치는가에 관한 실험적 조사에 의해 주로 좌우되어야 한다.
실시 중, 연마 패드(120)의 그루브(170)는 전술한 바와 같이 그루브(70)와 실질상 동일한 방식으로 그루브내에 운반된 연마 매질(46) 중 반응 생성물의 체류 시간을 조절한다. 구체적으로, 진동 부분(174)은 진동액을 진동 경로를 따라 흐르게 함으로써 연마 매질(46)의 방사상 바깥쪽 흐름을 늦춘다. 그루브(70)와 관련해서 전술한 바와 같이, 그루브(170)의 정밀한 배열은 전형적으로 연마 매질(46)의 화학적 성질, 웨이퍼(32)의 조성, 및 당해 기술분야의 숙련자에게 공지된 그밖의 인자에 의해 영향을 받을 것이다.
도 1 및 5와 관련해서, 본 발명의 또다른 실시태양으로서, 대안적인 그루브 망상조직(260)을 갖는 연마 패드(22)가 마련된다. 그루브 망상조직(260)은 다수의 그루브(270)를 포함하고, 이들 각각은, 주요 축의 전부는 아니지만 대부분을 따라 곡선을 이룬 것을 제외하고는, 전술한 바와 같이 제 1 부분(72)과 유사한 제 1 부분(272)을 갖는다. 또한, 각각의 그루브(270)는 곡선을 이룬 것을 제외하고는 진동 부분(74)과 유사한 진동 부분(274)을 포함한다. 이 굴곡은 진동 부분(274)의 주요 축의 일부 또는 전부로 연장될 수 있다. 그루브(270)의 제 1 부분(272)은 그루브의 진동 부분(274)과 유체 연통되어 있고, 전이 지점(276)에서 제 2 부분과 연결되어 있다. 선택적으로, 그루브(270)는 바깥둘레 부분(278)을 포함할 수 있는데, 이는 전술한 바와 같이 바깥둘레 부분(78)과 동일할 수 있다. 그루브(70)와 마찬가지로, 그루브(270)는 전형적으로 연마 패드(260)상에 가능한 조밀하게 배치되지만, 본 발명은 최대로 조밀한 것보다는 덜한 그루브의 배치를 포함한다.
실시 중, 연마 패드(220)의 그루브(270)는 전술한 바와 같이 그루브(70)와 실질상 동일한 방식으로 그루브내에 운반된 연마 매질(46) 중 반응 생성물의 체류 시간을 조절한다. 그루브(70)와 관련해서 전술한 바와 같이, 그루브(270)의 정밀한 배열은 전형적으로 연마 매질(46)의 화학적 성질, 웨이퍼(32)의 조성, 및 당해 기술분야의 숙련자에게 공지된 그밖의 인자에 의해 영향을 받을 것이다.
도 1은 본 발명과 함께 사용하는데 적합한 이축 연마기의 일부분을 나타낸 투시도이다.
도 2는 팬텀도로 도시된 연마될 웨이퍼의 윤곽을 포함한, 본 발명의 연마 패드의 한 실시태양의 상면도이다.
도 3은 도 2에 도시된 패드의 단면의 확대된 상면도이다.
도 4는 팬텀도로 도시된 연마될 웨이퍼의 윤곽을 포함한, 본 발명의 연마 패드의 다른 실시태양의 상면도이다.
도 5는 팬텀도로 도시된 연마될 웨이퍼의 윤곽을 포함한, 본 발명의 연마 패드의 또다른 실시태양의 상면도이다.

Claims (10)

  1. (a) 회전 축과 다수의 그루브를 갖는 연마 부분을 포함하고, 다수의 그루브 중 각각의 그루브가 (i) 회전 축에 대해 바깥쪽으로 연장된 제 1 부분, 및 (ii) 전이 위치에서 제 1 부분과 연통되어 있는 진동 부분을 포함하는, 제품을 연마하기 위한 연마 패드.
  2. 제1항에 있어서, 다수의 그루브의 전이 위치가 회전 축으로부터 동일하게 이격되어 있는 연마 패드.
  3. 제1항에 있어서, 제 1 부분이 곡선 배열을 갖는 연마 패드.
  4. 제1항에 있어서, 진동 부분이 진동수와 진폭을 갖는 사인곡선 형태를 갖고, 회전 축으로부터 바깥쪽으로 연장되고 진동 부분과 교차하는 반경을 따라 측정했을 때 진동수 및 진폭 중 하나 또는 둘다가 변하는 연마 패드.
  5. 제1항에 있어서, 진동 부분이 회전 축에 대해 방사상으로 연장된 주요 축을 갖는 연마 패드.
  6. 제1항에 있어서, 진동 부분의 적어도 일부가 곡선 형태를 갖는 주요 축을 갖 는 연마 패드.
  7. (a) 회전 축으로부터 바깥쪽으로 연장된 그루브를 갖는 패드를 제공하고, (b) 패드를 제품의 표면에 맞붙이고, (c) 패드의 트랙이 제품과 접촉하도록 패드와 제품 사이에 상대적인 회전을 실시하고, (d) 체류 시간이 계단 함수로서 제 2 체류 시간까지 증가하게 되는 전이 지점에 도달할 때까지 연마 매질이 제 1 체류 시간을 갖도록 그루브내 제품의 표면과 패드 사이로 연마 매질이 흐르게 하되, 연마 매질이 전이 지점에 도달한 후 진동 경로를 따라 흐르게 하는 단계를 포함하는, 회전 축과 연마 매질을 갖는 연마 패드를 사용한 연마 방법.
  8. 제7항에 있어서, 제 2 체류 시간이 제 1 체류 시간보다 긴 연마 방법.
  9. (a) 회전축과 다수의 그루브를 갖는 연마 부분을 포함하고, 다수의 그루브 중 각각의 그루브가 (i) 회전 축에 대해서 바깥쪽으로 연장된 제 1 부분, 및 (ii) 회전 축에 대해서 바깥쪽으로 연장된 주요 축을 갖고, 전이 위치에서 제 1 부분과 연통되어 있고, 연마 매질이 진동 경로를 따라 흐르게 함으로써 연마 매질의 바깥쪽 흐름을 늦추도록 배열된 제 2 부분을 포함하는, 제품을 연마하기 위한 연마 패드.
  10. 제9항에 있어서, 제 2 부분이 전이 위치에서 증가하는 폭 및 감소하는 깊이 중 하나 이상을 갖는 연마 패드.
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