KR20070104870A - 전기화학적 기계적 연마를 위한 전도성 연마 부품 - Google Patents
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Abstract
볼 조립체에 대한 실시예들이 제공된다. 일 실시예에서, 볼 조립체는 하우징, 볼, 전도성 어댑터 및 접촉 부재를 포함한다. 이 하우징은 내부 통로의 제1 단부 속으로 연장하는 환형 안착부를 포함한다. 이 전도성 어댑터는 하우징의 제2 단부에 결합된다. 이 접촉 부재는 어댑터와 볼을 전기적으로 결합시키며, 이 볼은 안착부와 어댑터 사이의 하우징 속에 유지된다.
볼 조립체, 전도성 어탭터, 접촉 부재, 연마, 기판
Description
도 1은 본 발명의 프로세싱 장치에 대한 일 실시 형태의 평면도이며,
도 2는 ＥＣＭＰ 스테이션에 대한 일 실시 형태의 단면도이며,
도 3은 연마 부품에 대한 일 실시 형태의 부분 횡단면도이며,
도 4는 홈을 가진 연마 부품에 대한 일 실시 형태의 평면도이며,
도 5 및 도 6은 홈을 가진 연마 부품에 대한 실시 형태의 평면도들이며,
도 7a는 본원에 설명되는 전도성 피륙 또는 직물의 평면도이며,
도 7b 및 도 7c는 전도성 피륙 또는 직물을 포함한 연마 표면을 가진 연마 부품의 부분 횡단면도들이며,
도 7d는 금속 호일을 포함하는 연마 부품에 대한 일 실시 형태의 부분 횡단면도이며,
도 7e는 직물 재료를 포함한 연마 부품에 대한 다른 실시 형태이며,
도 7f는 윈도우가 내부에 형성되어 있는 연마 부품에 대한 다른 실시 형태이며,
도 8a 및 도 8b는 전도성 부재를 갖춘 연마 부품에 대한 일 실시 형태의 개략적인 평면도와 횡단면도이며,
도 8c 및 도 8d는 전도성 부재를 갖춘 연마 부품에 대한 일 실시 형태의 개략적인 평면도와 횡단면도이며,
도 9a 및 도 9b는 전도성 부재를 갖춘 연마 부품에 대한 다른 실시 형태의 사시도들이며,
도 10a는 연마 부품에 대한 다른 실시 형태의 부분 사시도이며,
도 10b는 연마 부품에 대한 다른 실시 형태의 부분 사시도이며,
도 10c는 연마 부품에 대한 다른 실시 형태의 부분 사시도이며,
도 10d는 연마 부품에 대한 다른 실시 형태의 부분 사시도이며,
도 10e는 연마 부품에 대한 다른 실시 형태의 부분 사시도이며,
도 11a 내지 도 11c는 본원에 설명되는 연마 부품에 대한 기판 접촉형 일 실시 형태의 일 실시 형태의 개략적인 측면도이며,
도 12a 내지 도 12d는 전원에 접속된 연장부를 가진 연마 부품에 대한 실시 형태들의 개략적인 평면도 및 측면도이며,
도 12e 및 도 12f는 연마 부품에 동력을 공급하는 다른 실시 형태의 개략적인 측면도 및 분해 사시도이며,
도 14a 및 도 14b는 연마 부품에 대한 다른 실시 형태의 평면도 및 단면도이며,
도 15a 내지 도 15d는 전도성 부품에 대한 다른 실시 형태의 평면도 및 단면도이며,
도 16 내지 도 18은 전도성 부품에 대한 다른 실시 형태의 단면도들이며,
도 19는 볼 조립체에 대한 일 실시 형태를 가진 전도성 부품에 대한 다른 실시 형태의 단면도이며,
도 20a 및 도 20b는 도 19의 볼 조립체의 측면도 및 분해도이며,
도 21은 도 19와 도 20a 및 도 20b의 볼 조립체의 접촉 부재에 대한 일 실시 형태이며,
도 22 내지 도 24는 볼 조립체에 대한 다른 실시 형태를 가진 전도성 부품에 대한 다른 실시 형태의 사시도 및 측면도이다.
이해를 촉진시키기 위해, 동일한 참조 부호들은 가능한 한 도면에 공통하는 동일한 부재를 지칭하는 데에 사용되고 있다.
본 발명은 기판 표면을 평탄화하기 위한 제조 부품 및 장치에 관한 것이다.
서브쿼터 미크론 다단계 피복법(sub-quarter micro multi-level metallization)은 차세대의 극초대규모 집적회로(ＵＬＳＩ)를 위한 핵심 기술들 중의 하나이다. 이 기술의 핵심을 차지하는 다단형 인터커넥트들(interconnects)은 접촉부들, 비아들, 라인들 및 다른 피처들(features)을 포함하여, 높은 종횡비(aspect ratio)의 소구멍에 형성되는 인터커넥트 피처를 평탄화하는 것을 필요로 한다. 이들 인터커넥트 피처들을 신뢰할 정도로 형성하는 것은 극초대규모 집적회로의 성공에 매우 중요하고, 개개의 기판 및 다이에 대한 회로 밀도와 품질을 증 가시키려는 지속적인 노력에 매우 중요하다.
집적 회로와 기타 전자 소자를 제조하는 경우, 전도성 재료, 반전도성(半傳導性) 재료 및 유전성(誘傳性) 재료로 된 다수의 층들이 기판의 표면에 증착되거나 제거된다. 전도성 재료, 반전도성 재료 및 유전성 재료로 된 얇은 층들이 많은 증착 기법에 의해 증착될 수 있다. 현대의 프로세싱에 사용되는 통상적인 증착 기법으로는 스퍼터링으로서도 알려져 있는 물리 기상 증착법(ＰＶＤ), 화학 기상 증착법(ＣＶＤ), 플라즈마 지원 화학 기상 증착법(ＰＥＣＶＤ), 전해 도금(ＥＣＰ)이 있다.
여러가지 재료로 된 층들이 순차적으로 증착되고 제거됨에 따라, 기판의 최상부면은 그 표면을 가로질러 평탄하지 않게 될 수 있으므로 평탄화를 필요로 한다. 표면을 평탄화하거나, 표면을 "연마(polishing)"하는 것은 기판의 표면으로부터 재료가 제거되어 전체적으로 균일하고 평탄한 표면을 형성하는 공정이다. 이 평탄화는 바람직하지 못한 표면 형태와, 예컨대 거친 표면, 응집된 재료, 결정 격자 손상, 흠집(scartch)과 같은 표면 결함과, 오염된 층 또는 재료를 제거하는 데에 유용하다. 또한, 평탄화는 피처들을 채우는 데에 사용되고, 후속하는 다단계의 피복법 및 프로세싱을 위해 균일한 표면을 제공하는 데에 사용된 과잉 증착 재료를 제거함으로써 기판에 피처를 형성하는 데에도 유용하다.
화학 기계적 평탄화, 즉 화학 기계적 연마(ＣＭＰ)는 기판을 평탄화하는 데에 사용되는 통상적인 기법이다. ＣＭＰ는 기판으로부터 재료를 선택적으로 제거하기 위해 화학적 조성물, 통상적으로는 슬러리 또는 기타 유체 매체를 사용한다. 종래의 ＣＭＰ 기법에서, 기판 캐리어 또는 연마 헤드는 캐리어 조립체에 장착되고 나서, ＣＭＰ 장치의 연마 패드와 접촉 상태로 위치 조정된다. 이 캐리어 조립체는 기판에 제어 가능한 압력을 제공하여 기판을 연마 패드 쪽으로 가압한다. 이 패드는 외부의 구동력에 의해 기판에 대해 상대적으로 움직인다. ＣＭＰ 장치는 화학적 처리와 기계적 처리 중의 적어도 하나와, 기판의 표면으로부터 재료의 최종적인 제거를 수행하기 위해 연마 조성물을 분산시키는 동안, 기판의 표면과 연마 패드 사이에서 연마 또는 러빙(rubbing) 운동을 수행한다.
집적 회로를 제조하는 데에 차츰 많이 사용되는 하나의 재료는 구리이며, 이는 구리의 바람직한 전기적 특성들 때문이다. 그러나, 구리는 자체의 특별한 제조 문제점들을 가지고 있다. 예를 들면, 구리를 패터닝하고 에칭하는 것이 어려워서, 새로운 공정 및 기법들, 가령 다마신(damascene) 또는 듀얼 다마신 공정이 구리 기판 피처를 형성하는 데에 사용되고 있다.
다마신 공정에서, 피처는 유전성 재료 내에 형성되고 나서, 구리로 채워진다. 낮은 유전 상수, 즉 약 3 이하의 유전 상수를 가진 유전성 재료가 구리 다마신의 제조에 사용되고 있다. 장벽층 재료들이 구리 재료를 증착하기 전에 유전층 내에 형성된 피처들의 표면들에 균일하게 증착된다. 다음에, 구리 재료는 장벽층과 주변 영역 상에 증착된다. 그러나, 피처를 구리로 채우는 것은 대개의 경우 유전성 재료 내에 구리 충전 피처를 형성하고 나서, 후속 프로세싱을 위한 기판 표면을 준비하기 위해 제거되어야만 하는 기판 표면에 구리 재료의 과잉 또는 과도 적재에 이르게 한다.
구리 재료를 연마할 때 등장하는 도전들 중의 하나는 전도성 재료와 장벽층 사이의 계면이 일반적으로 평탄하지 않게 되고, 잔류 구리 재료가 비평탄한 계면에 의해 형성된 불규칙한 부분에 남게 된다. 또한, 전도성 재료와 장벽(障壁) 재료는 종종 기판 표면으로부터 상이한 비율로 제거되며, 이들 전도성 재료와 장벽 재료 양자는 기판 표면에 잉여물로서 남게 되는 과잉 전도성 재료에 이를 수 있다. 이 외에도, 기판 표면은 그 내부에 형성된 피처의 밀도 또는 크기에 따라 상이한 표면 형태를 가질 수 있다. 구리 재료는 기판 표면의 상이한 표면 형태를 따라 상이한 제거율로 제거되며, 이는 기판 표면에 대한 구리의 효과적인 제거와 기판 표면의 최종 평탄도를 달성하는 것을 곤란하게 만든다.
기판 표면으로부터 원하는 구리 재료 전부를 제거할 하나의 해결책은 기판 표면을 과잉 연마하는 것이다. 그러나, 일부 재료를 과잉 연마하는 것은 표면 형태적 결함, 예컨대 디싱(dishing)이라고 불리는 피처의 오목부 또는 함몰부의 형성, 또는 침식이라고 불리는 유전성 재료의 과도한 제거에 이른다. 디싱 및 침식으로 인한 표면 형태적 결함은 추가 재료들, 예컨대 이것들 아래에 배치된 장벽층의 불균일한 제거에 이를 수도 있고, 덜 바람직한 연마 품질을 가진 기판 표면을 생성할 수도 있다.
구리 표면의 연마에 관한 다른 문제점은 기판 표면 속에 구리 다마신을 형성하는 데에 낮은 유전 상수(낮은 k)의 유전성 재료를 사용한 데서 발생한다. 낮은 k의 유전성 재료들, 예컨대 탄소 도핑된 실리콘 산화물들은 다운포스(downforce)라고 불리는 종래의 연마 압력(즉, 약 6 psi) 하에서 변형 또는 파괴될 수 있는데, 이는 기판의 연마 품질에 불리하게 영향을 미칠 수 있고, 소자 형성에 불리하게 영향을 미칠 수 있다. 예를 들면, 기판과 연마 패드 사이의 상대적인 회전 운동은 기판 표면을 따라 전단력을 유도할 수 있고, 낮은 k의 재료를 변형시켜 표면 형태적 결함을 형성할 수 있는데, 이는 후속하는 연마에 불리하게 영향을 미칠 수 있다.
낮은 유전성 재료들 속의 구리를 연마하기 위한 하나의 해결책은 전기화학 기계적 연마(ＥＣＭＰ) 기법으로 구리를 연마하는 것이다. ＥＣＭＰ 기법은 종래의 ＣＭＰ 공정과 비교하여 감소된 기계적 마모로 동시에 기판을 연마하는 동안, 전기화학적 용해에 의해 기판 표면으로부터 전도성 재료를 제거한다. 이 전기화학적 용해는 캐소드와 기판 표면 사이에 바이어스를 인가하여 기판 표면으로부터 전도성 재료를 주변 전해질 속으로 제거함으로써 수행된다.
ＥＣＭＰ 시스템에 대한 일 실시 형태에서, 바이어스는 전도성 접촉 링에 의해 인가되어 기판 캐리어 헤드와 같은 기판 지지 소자에서 기판 표면과 전기적인 도통 상태로 된다. 그러나, 이 접촉 링은 기판 표면에 걸쳐 전류의 불균일한 분포를 보여주는 것으로 관찰되었는데, 이는 특히 전도성 접촉 링이 잉여물을 효과적으로 제거하지 못하는 과잉 연마 동안 불균일한 용해에 이르게 한다. 기계적인 마모는 기판을 종래의 연마 패드와 접촉함으로써, 그리고 기판과 연마 패드 사이의 상대적인 운동을 제공함으로써 일어난다. 그러나, 종래의 연마 패드들은 종종 기판의 표면으로 전해액 흐름을 제한한다. 또한, 연마 패드는 기판 표면에 바이어스를 인가하는 것을 방해하여 기판 표면으로부터 재료의 불균일한 또는 가변적 용해에 이르게 할 수 있는 절연재로 구성될 수 있다.
그 결과, 기판 표면에 있는 전도성 재료의 제거를 위해 개선된 연마 부품에 대한 필요성이 있다.
일반적으로, 본 발명의 실시예들은 전기화학적 증착 기법, 전기화학적 용해 기법, 연마 기법 및/또는 이의 조합을 사용하여 기판에 있는 층을 평탄화하기 위한 제조 부품과 장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 기판을 연마하기 위한 연마 부품은 기판을 연마하는 데에 적합한 표면을 가진 본체와, 이 본체 속에 적어도 부분적으로 매립된 적어도 하나의 전도성 부재를 포함한다. 이 전도성 부재는 전도성 재료로 코팅된 섬유와, 전도성 충전재 및 이의 조합물을 포함할 수 있고, 바인더 재료 속에 배치될 수 있다. 이 전도성 부재는 본체 속에 적어도 부분적으로 매립된 전도성 재료로 코팅된 교직 섬유로 된 직물과, 전도성 재료, 전도성 충전재 및 이의 조합물로 코팅된 섬유의 혼성물과, 본체 내에 적어도 부분적으로 매립된 바인더 또는 이의 조합물을 포함할 수 있다. 이 전도성 부재는 연마 표면에 의해 형성된 평면 너머로 연장하는 접촉 표면을 가질 수 있으며, 코일, 하나 이상의 루프, 하나 이상의 가닥(strand), 재료의 교직 직물 또는 이의 조합물을 포함할 수 있다. 복수의 천공 및 복수의 홈들이 연마 부품 속에 형성되어 연마 부품을 통해, 그리고 이를 가로질러 재료의 흐름을 촉진시킬 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 연마 부품은 기판 표면, 예컨대 기판 표면 에 증착된 전도성 층을 처리하는 데에 제공된다. 연마 부품은 전도성 재료, 전도성 충전재, 또는 이의 조합물로 코팅된 적어도 일부의 섬유를 포함한 몸체를 포함하고, 기판을 연마하도록 되어 있다. 복수의 천공과 복수의 홈들은 연마 부품 속에 형성되어 연마 부품을 통해, 그리고 이의 둘레에 재료의 흐름을 촉진시킬 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 연마 부품은 기판을 연마하기 위한 장치 속에 배치될 수 있고, 이 장치는 용기(basin), 이 용기 속에 배치된 투과성 디스크, 이 투과성 디스크 상에 배치된 연마 부품 또는 제조 부품, 용기 내에서 투과성 디스크와 용기의 바닥 사이에 배치된 전극, 및 프로세싱 동안에 기판을 보유하도록 된 연마 헤드를 포함한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 연마 부품은 기판을 처리하기 위한 방법에서 전도성 연마 부품로서 사용될 수 있으며, 상기 방법은 엔클로저(enclosure)를 수용하는 장치를 제공하는 단계와, 이 엔클로저 내에 전도성 연마 부품을 배치하는 단계와, 이 엔클로저에 전기 전도성 용액을 분당 약 20 갤론(gallons per minute: ＧＰＭ)까지의 유량으로 공급하는 단계와, 이 전기 전도성 용액 속의 전도성 연마 부품에 인접한 기판을 위치 조정하는 단계와, 전기 전도성 용액 속에서 전도성 연마 부품과 기판의 표면을 접촉시키는 단계와, 전기 전도성 부품과 전극 사이에 바이어스를 인가하는 단계와, 기판 표면 중의 적어도 일부분을 제거하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 실시 형태에 따르면, 기판을 처리하는 연마 부품은 상측에 전도성 층이 배치되어 있는 직물 층을 포함한다. 이 전도성 층은 기판을 연마하도록 되어 있는 노출된 표면을 포함한다. 상기 직물 층은 직조되거나, 직조되지 않을 수 있다. 상기 전도성 층은 연질 전도성 재료로 구성될 수 있고, 일 실시 형태에서 노출된 표면은 평탄하거나 엠보싱 처리될 수 있다.
본 발명의 다른 실시 형태에 따르면, 기판을 처리하는 연마 부품은 상측에 전도성 층이 배치된 전도성 직물 층을 포함한다. 이 전도성 층은 기판을 연마하도록 되어 있는 노출된 표면을 포함한다. 이 전도성 직물 층은 직조되거나 직조되지 않을 수 있다. 상기 전도성 층은 연질 전도성 재료로 구성될 수 있고, 일 실시 형태에서 노출된 표면은 평탄하거나 엠보싱 처리될 수 있다.
본 발명의 다른 실시 형태에서, 기판을 처리하는 연마 부품은 상측에 비전도성 층이 배치된 전도성 직물 층을 포함한다. 이 비전도성 층은 연마용 기판을 확실하게 바이어싱하기 위해 적어도 부분적으로 노출된 전도성 직물로 기판을 연마하도록 되어 있는 노출된 표면을 포함한다. 이 전도성 직물 층은 직조되거나 직조되지 않을 수 있다. 상기 비전도성 층은 연마용 재료로 구성될 수 있고, 일 실시 형태에서 노출된 표면은 평탄하거나 엠보싱 처리될 수 있다.
본 발명의 다른 실시 형태에서, 기판을 처리하는 연마 부품은 연마용 부재가 연장하는 전도성 부분을 포함한다. 본 발명의 다른 실시 형태에서, 기판을 처리하는 연마 부품은 전도성 롤러가 연장하는 전도성 부분을 포함한다. 일 실시 형태에서, 이 전도성 롤러는 연질 전도성 재료로 구성되는 전도성 코팅물에 의해 적어도 부분적으로 피복된 폴리머 코어를 포함한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 볼 조립체가 제공된다. 일 실시 형태에서, 이 볼 조립체는 하우징, 볼, 전도성 어댑터 및 접촉 부재를 포함한다. 이 하우징은 내부 통로의 제1 단부 속으로 연장하는 환형 안착부를 포함한다. 이 전도성 어댑터는 하우징의 제2 단부에 결합된다. 이 접촉 부재는 어댑터와 볼을 전기적으로 결합시키며, 이 볼은 안착부와 어댑터 사이의 하우징 속에 유지된다.
본원에 사용되는 단어들과 문구들에 대해서 당해 기술 분야의 숙련자는 기술 분야에서 통상적이면서 관용적인 의미를 제공하고 있는데, 그렇지 못한 경우에는 추가로 한정되어 있다. 화학 기계적 연마은 넓게 해석되어야 하며, 화학적 처리, 기계적 처리 또는 이들 양자의 화학적 및 기계적 처리의 조합에 의해 기판 표면을 마모시키는 것을 포함하지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 전해연마(electro-polishing)도 넓게 해석되어야 하고, 전기화학적 처리, 예컨대 애노드 용해의 적용에 의해 기판을 평탄화하는 것을 포함하지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
전기화학 기계적 연마(ＥＣＭＰ)은 넓게 해석되어야 하며, 전기화학적 처리, 화학적 처리, 기계적 처리 또는 전기화학적, 화학적 및 기계적 처리의 조합을 적용하여 기판 표면으로부터 재료를 제거함으로써 기판을 평탄화하는 것을 포함하지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
전기화학 기계적 도금 공정(ＥＣＭＰＰ)은 넓게 해석되어야 하며, 전기화학적으로 재료를 기판에 증착하는 것과, 일반적으로 전기화학적 처리, 화학적 처리, 기계적 처리 또는 전기화학적, 화학적 및 기계적 처리의 조합의 적용에 의해 증착 된 재료를 평탄화하는 것을 포함하지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
애노드 용해는 넓게 해석되어야 하며, 애노드 바이어스를 기판에 직접 또는 간접으로 인가하여 기판 표면으로부터, 그리고 주변 전해질 용액 속으로 전도성 재료를 제거하게 되는 것을 포함하지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 연마 표면은 프로세싱 동안에 기판 표면에 적어도 부분적으로 접촉하거나, 접촉을 통해 직접적으로 또는 전기 전도성 매체를 통해 간접적으로 기판 표면에 제조 부품을 전기적으로 결합시키는 제조 부품의 일부로서 넓게 한정된다.
연마 장치
도 1은 프로세싱 장치(100)를 나타내며, 이 프로세싱 장치는 전기화학적 증착 및 화학 기계적 연마에 적합한 적어도 하나의 스테이션, 예컨대 전기화학 기계적 연마(ＥＣＭＰ) 스테이션(102)과, 단일의 플랫폼 또는 도구에 배치된 적어도 하나의 종래의 연마 또는 버핑(buffing) 스테이션(106)을 포함한다. 본 발명으로부터 이익을 얻도록 채용될 수 있는 하나의 연마 도구는 캘리포니아 산타클라라(Santa clara)에 소재를 두고 있는 어플라이드 머티리얼사(applied Materials, Inc)로부터 입수할 수 있는 상표명 MIRRa
Mesa
이라는 화학 기계적 연마기이다.
예를 들면, 도 1에 도시된 장치(100)에서, 이 장치(100)는 2개의 ＥＣＭＰ 스테이션(102)과 하나의 연마 스테이션(106)을 포함한다. 이들 스테이션은 기판 표면을 처리하는 데에 사용될 수 있다.
예컨대, 내부에 형상 설계가 포함되고 장벽층으로 채워지며 이 장벽층 상에 전도성 재료가 배치된 기판에서, 상기 전도성 재료는 2개의 ＥＣＭＰ 스테이션(102)에서 2단계로 제거되고 상기 장벽층은 연마 스테이션(106)에서 연마됨으로서 평탄화된 표면을 형성할 수 있다.
예시적인 장치(100)는 일반적으로 하나 이상의 ＥＣＭＰ 스테이션(102), 하나 이상의 연마 스테이션(106), 이송 스테이션(110) 및 캐루젤(carousel)(112)을 지지하는 베이스(108)를 포함한다. 이송 스테이션(110)은 일반적으로 로딩 로봇(116)를 통해 장치(100)에 대해 기판의 이송을 촉진시킨다. 로딩 로봇(116)은 통상적으로 이송 스테이션(11)과 제작소 인터페이스(120) 사이에서 기판(114)을 이송시키며, 이 제작소 인터페이스는 세정 모듈(122), 계량 디바이스(104) 및 하나 이상의 기판 저장 카세트(118)을 포함할 수 있다. 계량 디바이스(104)의 일례는 애리조나 포닉스(Phoenix)에 소재를 두고 있는 노바 메저링 인스트루먼츠사(Nova Measuring Instruments, Inc.)로부터 입수 가능한 상표명 NovaScan
이라는 통합형 두께 모니터링 시스템이다.
선택적으로, 로딩 로봇(116) [또는 제작소 인터페이스(120)]는 화학적 기상 증착 도구, 물리적 기상 증착 도구, 에칭 도구 등과 같은 하나 이상의 처리 도구(도시하지 않음) 쪽으로 기판들을 이송할 수 있다.
하나의 실시 형태에서, 이송 스테이션(110)은 적어도 입력 버퍼 스테이션(124)과, 출력 버퍼 스테이션(126)과, 이송 로봇(132)과 로드 컵 조립체(load cup assembly)(128)를 포함한다. 이 로딩 로봇(116)은 기판(114)을 입력 버퍼 스 테이션(124) 상에 위치시킨다. 이 이송 로봇(132)은 2개의 그립퍼 조립체(gripper assembly)를 포함하며, 각각의 그립퍼 조립체는 기판(114)을 그 가장자리에 유지시키는 공압식 그립퍼 핑거를 포함한다. 이송 로봇(132)은 기판을 입력 버퍼 스테이션(124)으로부터 들어올리고, 그립퍼와 기판(114)을 회전시켜 로드 컵 조립체(128) 상측에 기판(114)을 위치 조정하고 나서, 기판(114)을 내려 로드 컵 조립체(128)에 위치시킨다.
상기 캐루젤(112)은 일반적으로 복수의 연마 헤드(130)를 지지하며, 각각의 연마 헤드는 프로세싱 동안에 하나의 기판(114)을 보유한다. 이 캐루젤(112)은 이송 스테이션(110), 하나 이상의 ＥＣＭＰ 스테이션(102) 및 하나 이상의 연마 스테이션(106) 사이에서 연마 헤드(130)를 이송시킨다. 본 발명으로부터 이익을 얻도록 채용될 수 있는 하나의 캐루젤(112)은 톨레(Tolles) 등에게 1998년 9월 8일 자로 허여된 미국 특허 제5,804,507호에 개괄적으로 기재되어 있으며, 이 문헌은 전체적으로 인용에 의해 본 명세서에 합체되어 있다.
일반적으로, 캐루젤(112)은 베이스(108)의 중심에 배치된다. 이 캐루젤(112)은 통상적으로 복수의 아암(138)을 포함한다. 각각의 아암(138)은 일반적으로 연마 헤드(130)들 중의 하나를 지지한다. 도 1에 도시된 아암(138)들 중의 하나가 도시되지 않았는데, 그 결과 이송 스테이션(110)이 보일 수 있다. 이 캐루젤(112)은 연마 헤드(130)가 사용자에 의해 정의된 순서대로 스테이션들(102, 106) 및 이송 스테이션(110) 사이에서 이동될 수 있도록 인덱싱될 수 있다.
일반적으로, 연마 헤드(130)는 기판(114)을 보유하며, 그 동안에 기판(114) 은 ＥＣＭＰ 스테이션(102) 또는 연마 스테이션(106) 내에 배치되어 있다. ＥＣＭＰ 스테이션(102) 및 연마 스테이션(106)이 장치(100)에 배치되면, 기판(114)은 동일한 연마 헤드(130)에 보유되어 있는 동안 이들 스테이션 사이에서 이동됨으로써 순차적으로 도금 또는 연마될 수 있다. 본 발명에 채용될 수 있는 연마 헤드는 캘리포니아 산타클라라에 소재를 두고 있는 어플라이드 머티리얼즈사에 의해 제작된 상표명 TITaN Head
라는 기판 캐리어이다.
본 명세서에서 설명되는 연마 장치(100)와 함께 사용될 수 있는 연마 헤드(130)의 실시 형태에 대한 예들은 주니가(Zuniga) 등에게 2001년 2월 6일에 허여된 미국 특허 제6,183,354호에 기재되어 있고, 이 문헌은 전체적으로 인용에 의해 본 명세서에 합체되어 있다.
연마 장치(100)와 이에 대해 실시되는 공정들의 제어를 돕기 위해, 중앙처리장치(cPU; 142), 메모리(144), 지원 회로(146)을 포함하는 컨트롤러(140)가 연마 장치(100)에 접속된다. 이 cPU(142)는 다양한 구동 장치와 압력을 제어하기 위한 산업 설비(industrial setting)에 사용될 수 있는 어떤 형태의 컴퓨터 프로세서 중의 하나가 될 수 있다. 이 메모리(144)는 cPU(142)에 접속된다. 이 메모리(144) 또는 컴퓨터 판독 매체는 막기억 장치(RaM), 판독용 장치(ROM), 플로피 디스크, 로컬 또는 원격의 기타 어떤 형태의 디지털 저장체와 같은 하나 이상의 용이 구입형 메모리가 될 수 있다. 지원 회로들(146)은 종래의 방식으로 프로세서를 지지하기 위해 cPU(142)에 접속된다. 이들 회로는 캐시(cache), 전력 공급기, 클록 회로, 입력/출력 회로, 서브 시스템 등을 포함한다.
연마 장치(100) 및/또는 컨트롤러(140)를 동작시킬 동력은 전력 공급기(150)에 의해 제공된다. 예시적으로, 전력 공급기(150)은 연마 장치(100)의 다수의 구성 부재에 접속되는 것으로 도시되어 있는데, 이들 구성부재는 이송 스테이션(110), 제작소 인터페이스(120), 로딩 로봇(116) 및 컨트롤러(140)를 포함한다. 다른 실시 형태에서, 개별의 전력 공급기이 연마 장치(100)의 2개 이상의 구성 부재용으로 제공된다.
도 2는 ＥＣＭＰ 스테이션(102) 상측에 지지되어 있는 연마 헤드(130)의 단면도를 나타내고 있다. 이 ＥＣＭＰ 스테이션(102)은 포괄적으로 용기(202), 전극(204), 연마 부품(205), 디스크(206) 및 덮개(208)를 포함한다. 일 실시 형태에서, 상기 용기(202)는 연마 장치(100)의 베이스(108)에 결합된다. 이 용기(202)는 일반적으로 전해액(220)과 같은 전도성 유체가 내부에 수용될 수 있는 컨테이너 또는 전해액 셀을 형성한다. 기판(114)을 처리하는 데에 사용되는 전해액(220)은 구리, 알루미늄, 텅스텐, 금, 은, 또는 기타 어떤 재료와 같은 금속들을 처리하는 데에 사용될 수 있으며, 이들 금속은 기판(114)에 전기화학적으로 증착될 수 있거나, 기판(114)으로부터 전기화학적으로 제거될 수 있다.
상기 용기(202)는 전해 도금과 전해 연마용 화학 물질과 양립할 수 있는 플루오로폴리머, TeFLON
, PFa, Pe, PeS 또는 기타 재료와 같은 플라스틱으로 만들어진 사발 모양의 부재가 될 수 있다. 이 용기(202)는 소구멍(216)과 배수구(214)를 포함하는 바닥(210)을 가지고 있다. 이 소구멍(216)은 일반적으로 바닥(210)의 중앙에 배치되고, 샤프트(212)가 관통하는 것을 허용한다. 이 소구멍(216)과 샤프 트(212) 사이에는 시일(seal; 218)이 배치되며, 이 시일은 용기(202)에 배치된 유체가 소구멍(216)을 통과하는 것을 방지하면서 샤프트(212)가 회전할 수 있게 해준다.
통상적으로, 상기 용기(202)는 그 내부에 배치되어 있는 전극(204), 디스크(206) 및 연마 부품(205)을 포함한다. 이 연마 부품(205), 예컨대 연마 패드는 용기(202) 내부에서 디스크(206) 상에 배치 및 지지된다.
상기 전극(204)은 기판(114) 및/또는 기판 표면에 접촉하는 연마 부품(205)에 대한 대향 전극이다. 이 연마 부품(205)은 적어도 부분적으로는 전도성을 가지며, 전기화학 기계적 도금 공정(ＥＣＭＰＰ)와 같은 전기화학적 공정들 동안에 기판과 결합하여 전극으로서 역할을 할 수 있는데, 이들 전기화학적 공정은 전기화학적 증착, 화학 기계적 연마 또는 전기화학적 용해를 포함한다. 상기 전극(204)은 자신(204)과 연마 부품(205) 사이에 인가되는 양성 바이어스(애노드) 또는 음성 바이어스(캐소드)에 따라 애노드 또는 캐소드가 될 수 있다.
예를 들면, 전해액으로부터 나온 재료를 기판 표면에 증가하는 경우, 상기 전극(204)은 애노드로서 역할을 하지만, 기판 표면 및/또는 연마 부품(205)은 캐소드로서 역할을 한다. 인가된 바이어스로부터 용해에 의한 것과 같이 기판 표면으로부터 재료를 제거하는 경우, 전극(204)은 캐소드로서 역할을 하지만, 기판 표면 및/또는 연마 부품(205)은 애노드로서 역할을 할 수 있다.
일반적으로, 상기 전극(204)은 디스크(206)와 용기(202)의 바닥(210) 사이에 위치 조정된다. 여기에서 전극은 전해액(220) 속에 잠길 수 있다. 상기 전 극(204)은 판 모양 부재, 다수의 소구멍이 내부를 통과하여 형성된 판, 또는 투과성 멤브레인 또는 용기 내에 배치된 다수의 전극편이 될 수 있다. 투과성 멤브레인(도시하지 않음)은 디스크(206)와 전극(204) 사이 또는 전극(204)과 연마 부품(205) 사이에 배치되어 웨이퍼 표면으로부터 수소 기포와 같은 기포를 걸러내고, 결함 형성을 감소시키고, 이것들 사이의 전류 또는 동력을 안정화시키거나, 더욱 균일하게 인가한다.
전해 증착 공정들의 경우, 상기 전극(204)은 기판(114)에 전기화학적으로 증착될 수 있는 구리, 알루미늄, 금, 은, 텅스텐 및 기타 재료와 같은, 증착 또는 제거 대상 재료로 제조된다. 애노드 용해와 같은 전기화학적 제거 공정의 경우, 상기 전극(204)은 구리 용해를 위해 예컨대 백금, 탄소 또는 알루미늄과 같은 증착된 재료 이외의 재료로 된 비소비형 전극을 포함할 수 있다.
상기 연마 부품(205)은 유체 환경 및 프로세싱 세부 사항과 양립할 수 있는 재료로 된 패드, 편직물(web) 또는 벨트가 될 수 있다. 도 2에 도시된 실시 형태에서, 연마 부품(205)은 적어도 프로세싱 동안에 기판 표면과 접촉을 위해 하나 이상의 전도성 부재와 같은 전도성 재료의 전도성 표면의 일부분을 포함한다. 연마 부품(205)은 종래의 연마 재료 속에 매립되거나 그 상에 증착된 전도성 연마 재료의 일부 또는 전부, 또는 혼성물이 될 수 있다. 예들 들면, 이 전도성 재료는 디스크(206)와 연마 부품(205) 사이에 배치된 "백킹(backing)" 재료 상에 배치되어 프로세싱 동안에 연마 부품(205)의 순응도(compliance) 및/또는 경도계(durometer)를 조정할 수 있다.
상기 용기(202), 덮개(208) 및 디스크(206)는 베이스(108)에 움직일 수 있게 배치될 수 있다. 상기 용기(202), 덮개(208) 및 디스크(206)는 베이스(108)를 향해 축방향으로 이동되어, 상기 캐루젤(112)이 ＥＣＭＰ 스테이션(102)과 연마 스테이션(106) 사이에 기판(114)을 인덱싱함에 따라 연마 헤드(130)의 클리어런스(clearance)를 용이하게 할 수 있다. 상기 디스크(206)는 용기(202) 내에 배치되고, 샤프트(212)에 결합된다. 이 샤프트(212)는 일반적으로는 베이스(108) 아래에 배치된 모터(224)에 결합된다. 이 모터(224)는 컨트롤러(140)으로부터의 신호에 응답하여 미리 정해진 속도로 디스크(206)를 회전시킨다.
이 디스크(206)는 연마에 불리하게 영향을 미치지 않는, 전해액(220)과 양립할 수 있는 재료로 제조된, 천공 부품 지지체가 될 수 있다. 이 디스크(206)는 폴리머, 예컨대 플루오로폴리머, Pe, TeFLON
, PFa, PeS, HdPe, UHMW 또는 유사물로 제조된다. 이 디스크(206)는 나사와 같은 체결구 또는 엔클로저와의 스냅식 끼워맞춤 또는 억지끼워맞춤과 같은 기타 수단을 이용하여 용기(202)에 고정될 수 있고, 용기 및 유사물 내에 현수될 수 있다. 이 디스크(206)는 전극(204)으로부터 이격하여 보다 넓은 공정 윈도우를 제공하는 것이 바람직하며, 이에 따라 기판 표면으로부터 전극(204) 구조물까지 재료를 증착 제거하는 감도(感度)를 감소시킨다.
이 디스크(206)는 일반적으로 전해액(220)에 대해 투과성을 가진다. 일 실시 형태에서, 이 디스크(206)는 그 내부에 형성된 복수의 천공 또는 채널(222)을 포함한다. 천공은 연마 부품과 같은 물체를 부분적으로 또는 완전하게 통과하여 형성된 소구멍, 홀, 개구 또는 통로를 포함한다. 이 천공 사이즈와 밀도는 디스크(206)를 통과하여 기판(114)까지 전해액(220)을 균일하게 분포시키도록 선택된다.
상기 디스크(206)에 대한 일 실시예에서, 상기 디스크(206)는 약 0.02 인치(0.5㎜)와 약 0.4 인치(10㎜) 사이의 직경을 가진 천공들을 포함한다. 이들 천공은 연마 부품의 약 20%와 약 80% 사이의 천공 밀도를 가질 수 있다. 약 50%의 천공 밀도는 연마 공정에 대해 최소의 악영향으로 전해액 흐름을 제공하는 것으로 관찰되었다. 일반적으로, 디스크(206)와 연마 부품(205)의 천공들은 서로 정렬되어 전해액의 충분한 물질 흐름을 상기 디스크(206)와 연마 부품(205)을 통과하여 기판 표면으로 제공한다. 이 연마 부품(205)은 기계적 클램프(clamp) 또는 전도성 접착제에 의해 디스크(206) 표면에 배치될 수 있다.
비록 연마 부품이 본 명세서에서 전기화학 기계적 연마(ＥＣＭＰ)과 관련하여 설명되었지만, 본 발명은 전기화학적 처리를 포함한 기타의 제조 공정에서 전도성 연마 부품을 사용하는 것도 고려하고 있다. 전기화학적 처리를 이용한 그와 같은 공정의 예들은 전기화학적 증착을 포함하며, 이 전기화학적 증착은 가장자리 접촉부와 같은 종래의 바이어스 인가 장치를 사용하는 일도 없고, 전기화학적 증착과 화학 기계적 연마의 조합을 포함하는 전기화학 기계적 도금 공정(ＥＣＭＰＰ)을 사용하는 일없이, 전도성 재료를 증착하기 위한 기판 표면에 균일한 바이어스를 인가하는 데에 사용되는 연마 부품(205)을 필요로 한다.
동작할 때, 연마 부품(205)은 용기(202)에 담긴 전해액 속의 디스크(206)상 에 배치된다. 연마 헤드의 기판(114)은 전해액 속에 배치되고, 연마 부품(205)과 접촉된다. 이 전해액은 디스크(206)와 연마 부품(205)의 천공들을 통과하고, 내부에 형성된 홈에 의해 기판 표면에 분배된다. 다음에, 전원으로부터의 동력이 전도성 연마 부품(205)과 전극(204)에 인가되고 나서, 전해액 속에 들어 있는 구리와 같은 전도성 재료는 애노드 용해법에 의해 제거된다.
전해액(220)은 저장소(233)로부터 노즐(270)을 경유하여 체적부(232) 속으로 유동한다. 이 전해액(220)은 스커트(skirt; 254) 내에 배치된 복수의 홀(234)에 의해 체적부(232)에서 범람하는 것이 방지된다. 이들 홀(234)은 일반적으로 전해액(220)이 체적부(232)를 빠져나와 용기(202)의 하부 속으로 유동하도록 덮개(208)를 통과하는 경로를 제공한다. 일반적으로, 이들 홀(234)의 적어도 일부분은 함몰부(258)의 하부면(236)과 중심부(252) 사이에 위치한다. 이들 홀(234)은 통상적으로 함몰부(258)의 하부면(236)보다 더 높기 때문에, 전해액(220)은 체적부(232)를 채우고, 이에 따라 기판(114) 및 연마 매체(205)와 접촉된다. 따라서, 기판(114)은 덮개(208)와 디스크(206) 사이의 상대적인 공간의 전범위에 걸쳐 전해액(220)과 접촉을 유지한다.
용기(202)에 모인 전해액(220)은 일반적으로 바닥(210)에 배치된 배수구(214)를 통해 유체 공급 시스템(272)으로 유동한다. 이 유체 공급 시스템(272)은 통상적으로 저장소(233)와 펌프(242)를 포함한다. 이 유체 공급 시스템(272) 속으로 유동하는 전해액(220)은 저장소(233)에 수집된다. 펌프(242)는 저장소(233)로부터 공급 라인(244)을 통과해서 노즐(270)까지 전해액(220)을 이송시키 며, 이때 전해액(220)은 ＥＣＭＰ 스테이션(102)을 통해 재순환된다. 일반적으로, 저장소(233)와 노즐(270) 사이에는 필터(240)가 배치되어 전해액(220) 중에 존재할 수도 있는 미립자 및 응집물을 제거한다.
전해질 용액은 상업적으로 입수 가능한 전해액을 포함할 수 있다. 예를 들면, 구리 함유 재료를 제거하는 경우, 전해액은 황산계 전해액, 인산칼륨(K3PO4)과 같은 인산계 전해액, 또는 이의 조합물을 포함할 수 있다. 또한, 이 전해액은 황산구리와 같은 황산계 전해액의 유도체와, 인산구리와 같은 인산계 전해액의 유도체를 함유할 수 있다. 또한, 과염소산-아세트산 용액과 이의 유도체를 가진 전해액도 사용될 수 있다.
이 외에, 본 발명은 광택제 등과 같이 종래에 사용되었던 전해도금 또는 전해 연마 첨가제를 포함하여, 종래 전해도금 또는 전해 연마 공정에 사용되었던 전해질 조성물을 사용하는 것도 고려하고 있다. 구리 도금, 구리 애노드 용해 또는 이의 조합과 같이 전기화학적 공정에 사용되는 전해질 용액을 위한 하나의 공급기는 Ultrafill 2000이라는 상표명을 가진, 펜실베니아 필라델피아에 본부를 두고 있는 부서 롬 앤드 하스(Rohm and Haas)의 쉽플레이 레오넬(Shipley Leonel)이다. 적합한 전해질 조성물의 일례는 2002년 1월 3일 자로 출원된 미국 특허 출원 제10/038,066호에 기재되어 있고, 이 문헌은 인용에 의해 전체적으로 본 명세서에 합체되어 있다.
전해질 용액은 전기화학적 셀에 공급되어 기판 표면, 또는 기판 표면과 전극 사이에 분당 약 20 갤론(ＧＰＭ)까지의 유량으로, 가령 약 0.5 ＧＰＭ 및 약 20 ＧＰＭ 사이, 예컨대 2 ＧＰＭ의 유량으로 동적인 유량을 제공한다. 이와 같은 전해액의 유량은 연마 재료와 화학적 부산물을 기판 표면으로부터 제거하는 것과, 개선된 연마 속도를 위해 전해질 재료의 재생을 허용하는 것으로 믿어지고 있다.
연마 공정에서 기계적 마모를 이용하는 경우, 기판(114)과 연마 부품(205)은 서로에 대해 상대적으로 회전하여 기판 표면으로부터 재료를 제거한다. 이러한 기계적 마모는 본원에 기재되어 있는 바와 같이, 전도성 연마 재료와 종래의 연마 재료와의 물리적인 접촉에 의해 이루어질 수 있다. 기판(114)과 연마 부품(205)은 각각 약 5 rpm 이상, 예컨대 약 10 rpm과 약 50 rpm 사이에서 회전한다.
일 실시 형태에서, 고회전 속도의 연마 공정이 사용될 수 있다. 이 고회전 속도의 연마 공정은 연마 부품(205)을 약 150 rpm 이상, 예컨대 약 150 rpm과 약 750 rpm 사이의 압반(platen) 속도로 회전시키는 것을 포함하며, 기판(114)은 약 150 rpm과 약 500 rpm 사이, 예컨대 약 300 rpm과 약 500 rpm 사이의 회전 속도로 회전될 수 있다. 본원에 기재된 연마 부품들, 공정들 및 장치와 함께 사용될 수 있는 고회전 속도의 연마 공정에 대한 추가의 설명은 2001년 7월 25일 자로 출원되고, "반도체 기판의 화학 기계적 연마을 위한 방법 및 장치(Method and apparatus for chemical Mechanical Polishing of Semiconductor Substrates)"라는 명칭을 가진 미국 특허출원 제60/308,030호에 개시되어 있다. 궤도 운동 또는 기판 표면을 가로지르는 쓸기 운동을 포함하여 기타의 운동도 역시 공정 중에 수행될 수 있다.
기판 표면에 접촉하는 경우, 약 6 psi 이하, 예컨대 약 2 psi 이하의 압력이 연마 부품(205)과 기판 표면 사이에 인가된다. 낮은 유전 상수 재료를 함유한 기판이 연마되는 경우, 약 2 psi 이하, 예컨대 약 0.5 psi 이하의 압력이 기판을 연마하는 동안에 연마 부품(205)을 향해 기판(114)을 가압하는 데에 사용된다. 본 발명의 일 실시예에서, 약 0.1 psi와 약 0.2 psi 사이의 압력이 본원에 기재되어 있는 바와 같이 전도성 연마 부품을 이용하여 기판을 연마하는 데에 사용될 수 있다.
애노드 용해에서, 전위차 또는 바이어스가 캐소드로서 실시하는 전극(204)과 애노드로서 실시하는 연마 부품(205)의 연마 표면(310)(도 3 참조) 사이에 인가된다. 연마 부품과 접촉하고 있는 기판은 전도성 연마 표면(310)에 의해 분극화하고, 이와 동시에 바이어스가 전도성 부품 지지 부재에 인가된다. 바이어스를 인가함으로써, 구리 함유 재료와 같이 기판 표면에 형성된 전도성 재료가 제거될 수 있다. 바이어스를 형성하는 것은 기판 표면에 약 15 볼트 이하의 전압을 인가하는 것을 포함할 수 있다. 약 0.1 볼트와 약 10 볼트 사이의 전압이 기판 표면으로부터 전해액 속으로 구리 함유 재료를 용해시키는 데에 사용될 수 있다. 또한, 바이어스는 약 0.1 ㎃/㎠과 약 50 ㎃/㎠ 사이의 전류 밀도, 또는 200 ㎜ 기판에 대해 약 0.1 암페어와 약 20 암페어 사이의 전류 밀도를 생성시킬 수 있다.
전위차를 형성하여 애노드 용해 공정을 수행하기 위해 전력 공급기(150)에 의해 제공되는 신호는 기판 표면으로부터 재료를 제거하는 요건들에 따라 변동할 수 있다. 예를 들면, 시간 변동 애노드 신호는 전도성 연마 매체(205)에 공급될 수 있다. 이 신호는 또한 전기적 펄스 변조 기법에 의해 인가될 수도 있다. 이 전기적 펄스 변조 기법은 제1 시간 구간 동안에 기판에 대해 일정한 전류 밀도 또는 전압을 인가하는 단계와, 제2 시간 구간 동안에 기판에 대해 전압을 인가하는 것을 중단하는 단계와, 첫번째 및 두번째 단계를 반복하는 단계를 포함한다. 예컨대, 전기적 펄스 변조 기법은 약 -0.1 볼트와 약 -15 볼트 사이로부터 약 0.1 볼트와 약 15 볼트 사이까지 변동하는 전위를 이용할 수 있다.
연마 매체에 대한 올바른 천공 패턴과 밀도를 이용하면, 연마 부품(205)으로부터 기판을 바이어싱하는 것은 종래의 가장자리 접촉 핀 바이어스에 따른 더 높은 가장자리 제거율 및 더 낮은 중심 제거율과 비교하여 기판 표면으로부터 전해액 속으로 금속과 같은 전도성 재료를 균일하게 용해시키는 것으로 믿어진다.
구리 함유 재료와 같은 전도성 재료는 기판 표면 중의 적어도 일부분으로터 약 15,000 Å/min의 비율, 예컨대 약 100 Å/min에서 약 15,000 Å/min까지의 비율로 제거될 수 있다. 제거 대상 구리 재료가 12,000 Å의 두께를 가진 본 발명의 일 실시 형태에서, 전압이 약 100 Å/min에서 약 8000 Å/min까지의 제거율을 제공하도록 전도성 연마 부품(205)에 인가될 수 있다.
전해 연마 공정에 뒤이어, 기판은 추가로 연마 또는 버핑될 수 있는데, 이는 장벽층 재료를 제거하고, 유전 재료로부터 표면 결함을 제거하고, 또는 전도성 연마 부품을 이용하여 연마 공정의 평탄도를 향상시키기 위한 것이다. 적합한 버핑 공정 및 조성물에 대한 일례는 2000년 5월 11일 자로 출원된 공동 계류중인 미국 특허 출원 제09/569,968호에 개시되어 있고, 전체적으로 인용에 의해 본 명세서 에 합체되어 있다.
본원에 기재된 연마 부품은 전도성 연마 재료를 포함할 수 있고, 유전성 또는 전도성 연마 재료 속에 배치된 전도성 부재를 포함할 수 있는 전도성 재료로부터 형성될 수 있다. 일 실시 형태에서, 연마 재료는 전도성 섬유, 전도성 충전재 또는 이의 조합물을 포함할 수 있다. 이들 전도성 섬유, 전도성 충전재 또는 이의 조합물은 폴리머 재료 속에 분산될 수 있다.
이들 전도성 섬유는 금속, 탄소계열 재료, 전도성 세라믹 재료, 전도성 합금, 또는 이의 조합물을 포함하는 전도성 재료로 적어도 부분적으로 코팅 또는 피복된, 유전성 또는 전도성 폴리머 또는 탄소계 재료와 같은 전도성 또는 유전성 재료를 포함할 수 있다. 이 전도성 섬유는 섬유 또는 필라멘트(filament), 전도성 직물 또는 천, 하나 이상의 루프, 코일, 또는 전도성 섬유의 고리의 형태로 될 수 있다. 다층의 전도성 재료, 예컨대 다층의 전도성 천 또는 직물이 전도성 연마 재료를 성형하는 데에 사용될 수 있다.
이들 전도성 섬유는 전도성 재료로 코팅된 유전성 또는 전도성 섬유 재료를 포함한다. 유전성 폴리머 재료들은 섬유 재료로서 사용될 수 있다. 적합한 유전성 섬유 재료에 대한 예들은 폴리아미드, 폴리이미드, 나일론 폴리머, 폴리우레탄, 폴리에스테르, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리스티렌, 폴리카보네이트, aeS (폴리아크릴론트릴 에틸렌 스티렌)과 같은 디엔 함유 폴리머, 아크릴 폴리머 또는 이의 조합물과 같은 폴리머 재료를 포함한다. 또한, 본 발명은 본원에 기재된 섬유로서 사용될 수 있는 유기질 또는 무기질 재료의 사용도 고려하고 있다.
전도성 섬유 재료는 폴리아세틸렌, baytron
이라는 상표면으로 상업적으로 입수할 수 있는 폴리에틸렌디옥시티오펜(PEDT), 폴리아닐린, 폴리피롤, 폴리티오펜, 탄소계 섬유 또는 이의 조합물을 포함한 고유한 전도성 폴리머 재료를 포함할 수 있다. 전도성 폴리머에 대한 다른 예는 폴리머/귀금속 혼성 재료이다. 폴리머/귀금속 혼성 재료는 일반적으로 산화에 내성을 가진 귀금속과 불활성인 것과 같이, 주변 전해질과 화학적으로 불활성이다. 이 폴리머/귀금속 혼성 재료의 일례는 백금/폴리머 혼성 재료이다. 전도성 섬유를 포함한 전도성 연마 재료에 대한 예들은 2001년 12월 27일 자로 출원되고, "전기화학 기계적 연마을 위한 전도성 연마 부품(conductive Polishing article for electrochemical Mechanical Polishing)"이라는 명칭을 가진, 공동 계류중인 미국 특허 출원 제10/033,732호에 더욱 충분하게 기재되어 있으며, 이 문헌은 전체적으로 인용에 의해 본 명세서에 합체되어 있다. 또한, 본 발명은 본 명세서에서 설명되는 섬유로서 사용될 수 있는 유기질 또는 무기질 재료의 이용도 고려하고 있다.
섬유 재료는 그 자체로 속이 차거나(solid) 중공(中空)일 수 있다. 섬유의 길이는 약 1㎛와 약 1000㎜ 사이의 범위에 속하고, 그 직경은 약 0.1㎛와 약 1㎜ 사이의 범위에 속한다. 일 실시예에서, 폴리우레탄 속에 배치된 전도성 섬유와 같이 전도성 폴리머 혼성물 및 발포물을 위해, 섬유의 직경은 약 0.1㎛와 약 200㎛ 사이의 범위일 수 있고, 직경대 길이의 종횡비는 약 5 이상, 예컨대 약 10 이상으로 될 수 있다. 섬유의 횡단면적은 원형, 타원형, 별 모양의 "진눈깨비형(snow flaked)"으로 될 수 있거나, 제조된 유전성 또는 전도성 섬유의 어떤 다른 형태일 수 있다. 약 5 ㎜와 약 1000㎜ 사이의 길이와 약 5㎛와 약 1000㎛ 사이의 직경을 가진 큰 종횡비의 섬유는 전도성 섬유의 그물망, 루프, 직물 또는 천을 성형하는 데에 사용될 수 있다. 또한, 이들 섬유는 약 104 psi와 약 108 psi 사이의 탄성계수를 가진다. 그러나, 본 발명은 본 명세서에서 설명되는 연마 부품 및 공정에서 유연하고 탄력적인 섬유를 제공하는 데에 필요한 탄성 계수도 고려하고 있다.
전도성 또는 유전성 섬유 재료 상에 배치된 전도성 재료는 일반적으로 금속, 금속 합금, 탄소계열 재료, 전도성 세라믹 재료, 금속 무기질 화합물, 또는 이의 조합물과 같은 전도성 무기질 화합물을 포함한다. 본 명세서에서 전도성 재료 코팅물용으로 사용될 수 있는 금속에 대한 예들은 귀금속, 주석, 납, 구리, 니켈, 코발트 및 이의 조합물을 포함한다. 귀금속은 금, 백금, 팔라듐, 이리듐, 레늄, 로듐, 루테늄, 오스뮴 및 이의 조합물을 포함하는데, 이들 중에서 금과 백금이 바람직하다. 또한, 본 발명은 본 명세서에 예시된 재료 외에, 전도성 재료 코팅물용의 다른 금속의 사용도 고려한다. 탄소 계열 재료는 섬유 표면에 부착될 수 있는 카본블랙, 흑연 및 탄소 입자를 포함한다. 세라믹 재료에 대한 예들은, 니오븀 카바이드(Nbc), 지르코늄 카바이드(Zrc), 탄탈륨 카바이드(Tac), 티탄늄 카바이드(Tic), 텅스텐 카바이드(Wc) 및 이의 조합물을 포함한다. 또한, 본 발명은 본 명세서에 예시된 재료들 외에, 전도성 재료 코팅물을 위한 다른 금속, 다른 탄소계열 재료 및 다른 세라믹 재료의 사용도 고려한다. 금속 무기질 화합물은 예컨대 아크릴 또는 나일론 섬유와 같은 폴리머 섬유 상에 배치된 황화구리 또는 단제나이 트(cu9S5)를 포함한다. 단제나이트 코팅 섬유들은 일본의 니혼 산모 다잉사(Nihon Sanmo dyeing co. Ltd)의 Thunderon
이라는 상표명으로 상업적으로 입수할 수 있다. 이 Thunderon
섬유들은 약 0.03㎛과 약 0.1㎛ 사이의 단제나이트(cu9S5)로 된 코팅물을 포함하고, 약 40Ω/㎝의 전도도를 가진 것으로 관찰되었다. 전도성 코팅물은 전도성 재료의 도금, 코팅, 물리적 기상 증착, 화학적 증착, 바인딩 또는 본딩에 의해 섬유 표면에 직접 배치될 수 있다. 또한, 전도성 재료, 예컨대 구리, 코발트 또는 니켈로 된 결정핵 생성 또는 종자 층이 전도성 재료와 섬유 재료 사이의 접착을 개선하는 데에 사용될 수 있다. 전도성 재료는 다양한 길이를 가진 개개의 유전성 또는 전도성 섬유 상에, 그리고 유전성 또는 전도성 섬유 재료로 제조된 형상을 가진 루프, 포움(foam) 및 천 또는 직물 상에 배치될 수 있다.
적합한 전도성 섬유에 대한 일례는 금으로 코팅된 폴리우레탄 섬유이다. 전도성 섬유에 대한 다른 예들은 금으로 피복된 아크릴 섬유와, 로듐으로 코팅된 나일론 섬유를 포함한다. 결정핵 생성 재료를 이용한 전도성 섬유에 대한 일례는 구리 종자 층과 구리층 상에 배치된 금 층으로 코팅된 나일론 섬유이다.
전도성 충전재는 단소 계열 재료 또는 전도성 입자 및 섬유를 포함한 수 있다. 이 전도성 탄소 계열 재료에 대한 예들은 탄소 분말, 탄소 섬유, 탄소 나노튜브, 탄소 나노포움, 탄소 에어로겔, 흑연 및 이의 조합물을 포함한다. 전도성 입자 또는 섬유에 대한 예들은 고유한 전도성 폴리머, 전도성 재료로 코팅된 유전성 또는 전도성 입자들, 그리고 금, 백금, 주석, 납 및 다른 금속 또는 금속 합금 입 자, 전도성 세라믹 입자 및 이의 조합물과 같은 금속 입자를 포함한 전도성 무기질 입자를 포함한다. 전도성 충전재는 본 명세서에서 설명되는 바와 같이, 귀금속, 탄소계열 재료, 전도성 세라믹 재료, 금속 무기질 화합물 또는 이의 조합물과 같은 금속으로 일부 또는 전부 코팅될 수 있다. 이 충전재 재료에 대한 예는 구리 또는 니켈로 코팅된 탄소 섬유 또는 흑연이다. 전도성 충전재는 구형, 타원형, 2 이상의 어떤 종횡비를 가진 종방향 모양, 또는 제조된 충전재의 기타 다른 모양으로 될 수 있다. 충전재 재료는 제2 재료의 물리적, 화학적 또는 전기적 특성을 변경시키기 위해 제2 재료 속에 배치될 수 있는 재료로서 본 명세서에 광범위하게 한정되어 있다. 또한, 충전재 재료는 그 자체로는 본 명세서에서 설명되는 바와 같이, 전도성 금속 또는 전도성 폴리머 속에 부분적으로 또는 전부 코팅된 유전성 또는 전도성 섬유 재료를 포함할 수 있다. 전도성 금속 또는 전도성 폴리머 속에 부분적으로 또는 전부 코팅된 유전성 또는 전도성 섬유 재료로 된 충전재는 완전한 섬유 또는 섬유 조각으로 될 수 있다.
이 전도성 재료들은 전도성 연마 재료를 성형하기 위한 원하는 수준의 전도도를 제공하기 위해 유전성 및 전도성 섬유 및 충전재를 코팅하는 데에 사용된다. 일반적으로, 전도성 재료의 코팅물은 섬유 및/또는 충전재 재료 상에 약 0.01㎛와 약 50㎛ 사이의 두께, 예건대 약 0.02㎛와 약 10㎛ 사이의 두께로 증착된다. 이 코팅물은 통상적으로 약 100Ω-㎝ 이하의 저항, 예컨대 0.001Ω-㎝과 32Ω-㎝ 사이의 저항을 가진 섬유 또는 충전재로 된다. 본 발명은 저항이 섬유 또는 충전재와 사용된 코팅물 양자로 이루어진 재료에 의존한다는 것을 고려하고, 전도성 재료 코 팅물의 저항, 예컨대 0℃에서 9.81 μΩ-㎝의 저항을 가진 백금의 저항을 나타낼 수 있다. 적합한 전도성 섬유에 대한 예는 약 0.1㎛의 구리, 니켈 또는 코발트로 코팅된 나일론 섬유와, 구리, 니켈 또는 코발트 상에 배치된 약 2㎛의 금으로 코팅된 나일론 섬유를 포함하며, 섬유의 전체 직경은 약 30㎛과 약 90㎛ 사이에 속한다.
전도성 연마 재료는 원하는 전기적 전도도 또는 다른 연마 부품 특성을 달성하기 위한 추가의 전도성 재료 및 전도성 충전재로 적어도 부분적으로 코팅되거나 피복된 전도성 또는 유전성 섬유의 조합물을 포함할 수 있다. 조합물에 대한 예는 전도성 연마 재료중의 적어도 일부분을 포함하는 전도성 재료로서의 흑연과 금 코팅 나일론 섬유의 사용이다.
전도성 섬유 재료, 전도성 충전재 재료 또는 이의 조합물은 바인더 재료 속에 분산되거나, 혼성 전도성 연마 재료를 형성할 수 있다. 바이더 재료의 일 형태는 종래의 연마 재료이다. 종래의 연마 재료는 일반적으로 유전성 폴리머 재료와 같은 유전성 재료가다. 유전성 폴리머 연마 재료에 대한 예들은 우레탄, 충전재와 혼합된 폴리우레탄, 폴리카보네이트, 폴리페닐렌 설피드(PPS), Teflon
폴리머, 폴리스티렌, 에틸렌-프로필렌-디엔-메틸렌(ePdM), 또는 이의 조합물을 포함하고, 기판 표면을 연마하는 데에 사용되는 기타 연마 재료를 포함한다. 또한, 종래의 연마 재료는 우레탄 속에 함침된 펠트 섬유를 포함할 수 있거나, 발포된 상태일 수도 있다. 본 발명은 어떠한 종래의 연마 재료도 본 명세서에서 설명되는 전도성 섬유 및 충전재와 더불어 바인더 재료(매트릭스로서 알려져 있기도 함)로서 사용될 수 있다.
첨가제가 바인터 재료에 첨가되어 전도성 섬유, 전도성 충전재 또는 이의 조합물을 폴리머 재료 속에서 분산시키는 것을 지원할 수 있다. 이들 첨가제는 섬유 및/또는 충전재로부터 성형된 연마 재료와, 바인더 재료의 기계적, 열적 및 전기적 특성을 개선하는 데에 사용될 수 있다. 이들 첨가제는 폴리머 교차결합(cross-linking)를 개선하기 위한 가교제와, 바이더 재료 속에 전도성 섬유 또는 전도성 충전재를 더욱 균일하게 분산시키기 위한 분산제를 포함한다. 가교제에 대한 예들은 아미노 화합물, 실란 가교제, 폴리이소시안네이트 화합물, 및 이의 조합물을 포함한다. 분산제에 대한 예들은 N-치환 긴 사슬 알케닐 숙신이미드와, 고분자량 유기질 산으로 이루어진 아민염과, 메타크릴 또는 아크릴산으로 이루어진 코폴리머와, 아민, 아미드, 이민, 이미드, 히드록실, 에테르와 같은 극성기를 함유한 유도체와, 아민, 아미드, 이민, 이미드, 히드록실, 에테르와 같은 극성기를 함유한 에틸렌-프로필렌 코폴리머를 포함한다. 이 외에, 티오글리콜산과 관련 에스테르와 같은 황 함유 화합물은 바인더 재료 속의 금 코팅 섬유 및 충전재를 위한 효과적인 분산제로서 관찰되었다. 본 발명은 첨가제의 양과 종류는 섬유 또는 충전재 재료, 그리고 사용된 바인더 재료에 대해 변동한다는 것도 고려하고, 상기 예들은 예시적이므로 본 발명의 범위를 한정하는 것으로 고려 또는 해석되지 않아야 한다.
또한, 전도성 섬유 및/또는 충전재로 된 그물망은 바인더 재료 속에 형성될 수 있는데, 이를 위해 충분한 양의 전도성 섬유 및/또는 전도성 충전재 재료를 제공하여 물리적으로 연속하거나 전기적으로 연속하는 매체 또는 상(phase; 相)을 바 인더 재료 속에 형성한다. 전도성 섬유 및/또는 전도성 충전재는 일반적으로 폴리머 바인더 재료와 결합하는 경우 연마 재료의 약 2 wt%와 약 85wt% 사이에 속하고, 예컨대 약 5wt%와 약 60wt% 사이에 속한다.
전도성 재료, 선택적으로는 전도성 충전재로 코팅된 섬유 재료의 교직 직물 또는 천은 바인더 속에 배치될 수 있다. 전도성 재료로 코팅된 섬유 재료는 섞어 짜여 얀(yarn)을 형성할 수 있다. 이들 얀은 상호 모여 접착제 또는 코팅물의 도움으로 전도성 그물망을 만들 수 있다. 이 얀은 연마 패드 재료 속에 전도성 부재로서 배치될 수 있거나, 천 또는 직물 속으로 짜일 수 있다.
선택적으로, 전도성 섬유 및/또는 충전재는 약 50 Ω-㎝ 이하의 벌크 또는 표면 저항, 예컨대 약 3 Ω-㎝ 이하의 저항을 가진 전도성 연마 재료 또는 부품을 성형하는 데에 사용될 수 있다. 연마 부품의 일 실시예에서, 연마 부품 또는 이의 연마 표면은 약 1 Ω-㎝ 이하의 저항을 가진다. 일반적으로, 전도성 연마 재료 또는 전도성 연마 재료와 종래의 연마 재료의 혼성물은 약 50 Ω-㎝ 이하의 벌크 또는 표면 저항을 가진 전도성 연마 부품을 생산하는 데에 제공된다. 전도성 연마 재료와 종래의 연마 재료의 혼성물에 대한 예는 약 1 Ω-㎝ 이하의 저항을 나타내는 금 또는 탄소 코팅 섬유를 포함하며, 이 코팅 섬유는 약 10 Ω-㎝ 이하의 벌크 저항을 가진 연마 부품을 제공하기 위해 우레탄으로 된 종래의 연마 재료 속에 충분한 양으로 배치되어 있다.
본 명세서에서 설명되는 전도성 섬유 및/또는 충전재로부터 성형된 전도성 연마 재료는 일반적으로 잔류 전기장 하에서 기능 저하가 없는 기계적 특성을 가지 고, 산성 또는 염기성 전해액 속에서 기능 저하에 대한 저항력을 가진다. 전도성 재료와 사용된 어떤 바인더 재료는 적용 가능한 경우 종래의 연마 부품에 사용된 종래의 연마 재료의 기계적 특성을 동등하게 가지도록 결합된다. 예컨대, 전도성 연마 재료는 단독으로 또는 바인터 재료와 결합된 상태이든 간에 펜실베니아 필라델피아에 본부를 두고 있는 미국 재료 시험 협회(aSTM)에 의해 규정된 바와 같이 폴리머 재료용으로 쇼어 d 경도 스케일로 약 100 이하의 경도를 가진다. 본 발명의 일 실시예에서, 전도성 재료는 폴리머 재료용으로 쇼어 d 경도 스케일로 약 80 이하의 경도를 가진다. 전도성 연마 부분(310)은 일반적으로 약 500 미크론 이하의 표면 거칠기를 포함한다. 연마 패드의 특성들은 일반적으로 기계적 연마 동안에, 그리고 기판 표면에 바이어스를 인가할 때 기판 표면의 흠집을 줄이거나 최소화하도록 되어 있다.
연마 부품 구조
본 발명의 일 실시예에 따르면, 연마 부품은 지지체 상에 배치되는, 본 명세서에서 설명되는 전도성 연마 재료의 단일 층을 포함한다. 다른 실시예에서, 연마 부품은 기판 표면에 적어도 하나의 전도성 재료를 포함하거나 적어도 하나의 부품 지지 부분 또는 서브 패드와 기판에 접촉하기 위한 전도성 표면을 제공하는 복수의 재료 층을 포함할 수 있다.
도 3은 연마 부품(205)에 대한 일 실시 형태의 부분 횡단면도이다. 도 3에 예시된 연마 부품(205)은 기판 표면과 부품 지지체 또는 서브 패드 부분(320)을 연 마하기 위한 전도성 연마 부분(310)을 가진 혼성 연마 부품을 포함한다.
전도성 연마 부분(310)은 본 명세서에서 설명되는 바와 같이 전도성 섬유 및/또는 전도성 충전재를 포함하여 전도성 연마 재료를 포함할 수 있다. 예를 들면, 전도성 연마 부분(310)은 폴리머 재료 속에 분산된 전도성 섬유 및/또는 전도성 충전재를 포함하여 전도성 재료를 포함할 수 있다. 전도성 충전재는 폴리머 바인더 속에 배치될 수 있다. 이 전도성 충전재는 폴리머 바인더 속에 배치된 연질의 전도성 재료를 포함할 수 있다. 연질의 전도성 재료는 일반적으로 구리의 경도 및 모듈러스(modulus)와 대략 동일하거나 작은 경도 및 모듈러스를 가진다. 연질의 전도성 재료에 대한 예들은 금, 주석, 팔라듐, 팔라듐-주석 합금, 백금 및 납과, 기타의 전도성 금속 중에서 구리보다 더 연질의 합금 및 세라믹 합성물을 포함한다. 본 발명은 연마 기판에 흠집을 내지 않을 정도로 충분히 작은 크기라면, 구리보다 더 경질의 다른 전도성 충전재의 사용도 고려한다. 또한, 전도성 연마 부분은 하나 이상의 루프, 코일, 또는 전도성 섬유의 링, 또는 전도성 직물 또는 천을 형성하기 위해 섞어 짜여진 전도성 섬유의 링을 포함할 수 있다. 전도성 연마 부분(310)은 또한 전도성 재료로 된 복수 층, 예컨대 전도성 천 또는 직물로 된 복수 층을 포함할 수 있다.
전도성 연마 부분(310)에 대한 일례는 우레탄 속에 배치된 금 코팅된 나일론 섬유와 흑연 입자를 포함한다. 다른 예는 폴리우레탄 또는 실리콘 속에 배치된 흑연 입자 및/또는 탄소 섬유를 포함한다. 또 다른 예는 우레탄 매트릭스 속에 분산된 금 또는 주석 입자들을 포함한다.
다른 실시 형태에서, 전도성 연마 부분(310)은 내부에 배치된 연마용 입자(360)를 가질 수 있다. 이들 연마용 입자(360) 중의 적어도 일부분은 전도성 연마 부분(310)의 상부 연마 표면(370)에 노출되어 있다. 이 연마용 입자(360)는 일반적으로 연마되는 기판의 금속 표면의 부동태 층을 제거하도록 되어 있으며, 이에 의해 아래에 위치한 금속을 전해액 및 전기화학적 처리에 노출시키며, 이로써 프로세싱 동안에 연마 비율 높인다. 연마용 입자(360)에 대한 예들은 금속 표면에 형성된 부동태 층을 파괴하기에 충분히 강한 세라믹 입자, 무기질 입자, 유기질 입자 또는 폴리머 입자를 포함한다. 폴리머 입자는 연마 부분(310)의 마모율을 조정하기 위해 경질이거나 해면질일 수 있다.
부품 지지체 부분(320)은 일반적으로 전도성 연마 부분(310)의 직경 또는 너비와 동일하거나 더 작다. 그러나, 본 발명은 전도성 연마 부분(310)보다 더 큰 너비 또는 직경을 가진 부품 지지체 부분(320)도 고려하고 있다. 본 명세서의 도면들에는 원형의 전도성 연마 부분(310)과 부품 지지체 부분(320)을 예시하고 있지만, 본 발명은 전도성 연마 부분(310), 부품 지지체 부분(320), 또는 이들 양자가 직사각형 표면 또는 타원형 표면과 같은 사이한 형상을 가질 수도 있다는 것도 고려하고 있다. 또한, 본 발명은 전도성 연마 부분(310), 부품 지지체 부분(320), 또는 이들 양자가 재료로 된 선형 편직물(web) 또는 벨트를 형성할 수도 있다는 것도 고려하고 있다.
상기 부품 지지체 부분(320)은 연마 공정에서 불활성 재료를 포함할 수 있고, ＥＣＭＰ 동안에 소비되거나 손상되는 것에 저항력을 가지고 있다. 예를 들 면, 상기 부품 지지체 부분은 예컨대 폴리우레탄과 충전재와 혼합된 폴리우레탄, 폴리카보네이트, 폴리레닐렌 설피드(PPS), 에틸렌-프로필렌-디엔-메틸렌(ePdM), Teflon
폴리머, 또는 이의 조합물과 같은 폴리머 재료를 포함하는 종래의 연마 재료와, 기판 표면을 연마하는 데에 사용되는 기타의 연마 재료로 구성될 수 있다. 상기 부품 지지체 부분(320)은 프로세싱 동안에 연마 부품(205)과 캐리어 헤드(130) 사이에 인가된 압력의 일부를 흡수하기 위해 우레탄과 함침된 압축 펠트 섬유와 같은 종래의 연질 재료가 될 수 있다. 이 연질 재료는 약 20과 약 90 사이의 쇼어 a 경도를 가질 수 있다.
선택적으로, 상기 부품 지지체 부분(320)은 연마 부품을 가로질러 전기적 전도성을 제공하기 위해 전도성 귀금속 또는 전도성 폴리머를 포함하여 연마 후에 불리하게 영향을 미치지 않는 주변 전해액과 양립할 수 있는 전도성 재료로부터 만들어질 수 있다. 귀금속에 대한 예들은 금, 백금, 팔라듐, 이리듐, 레늄, 로듐, 루테늄, 오스뮴, 및 이의 조합물을 포함하며, 이들 중에서 금과 백금이 선호된다. 구리와 같이 주변 전해액과 반응성을 가진 재료도 사용될 수 있는데, 이에 대한 조건은 그러한 재료가 종래의 연마 재료 또는 귀금속과 같은 불활성 재료에 의해 주변 전해액으로부터 차단되는 경우이다.
상기 부품 지지체 부분(320)이 전도성을 가진 경우, 이 부품 지지체 부분(320)은 전도성 연마 부분(310)보다 더 큰 전도도, 즉 더 낮은 저항을 가질 수 있다. 예를 들면, 전도성 연마 부분(310)은 0℃에서 9.81 μΩ-㎝의 저항을 가진 백금을 포함한 부품 지지체 부분(320)과 비교한 경우, 약 1.0 Ω-㎝ 이하의 저항을 가질 수 있다. 전도성 부품 지지체 부분(320)은 기판 표면을 가로질러 균일한 애노드 용해를 위한 연마 동안에 부품의 표면, 예컨대 부품의 반경을 따라 전도성 저항을 최소화하기 위해 균일한 바이어스 또는 전류를 공급할 수 있다. 이 전도성 부품 지지체 부분(320)은 전도성 연마 부분(310)에 동력을 전달하기 위한 전력 공급기에 결합될 수 있다.
일반적으로, 전도성 연마 부분(310)은 연마 공정에서 연마 재료와 함께 사용하기에 적합한 종래의 접착제에 의해 부품 지지체 부분(320)에 접착된다. 본 발명은 압축 몰딩 및 라미네이션과 같이, 전도성 연마 부분(310)을 부품 지지체 부분(320) 상으로 부착하기 위한 다른 수단의 사용도 고려하고 있다. 접착제는 제조업자의 희망 또는 공정의 요건에 따라 전도성 또는 유전성일 수 있다. 부품 지지체 부분(320)은 접착제 또는 기계적 클램프에 의해 디스크(206)과 같은 지지체에 부착될 수 있다. 선택적으로, 연마 부품(205)이 단지 전도성 연마 부분(310)을 포함하는 경우라면, 이 전도성 연마 부분은 접착제 또는 기계적 클램프에 의해 디스크(206)과 같은 지지체에 부착될 수 있다.
상기 연마 부품(205)의 전도성 연마 부분(310)과 부품 지지체 부분(320)은 일반적으로 전해액에 투과성을 가진다. 복수의 천공이 전도성 연마 부분(310)과 부품 지지체 부분(320) 각각에 형성되어 이를 통과하는 유체 흐름을 촉진시킬 수 있다. 복수의 천공에 의해 전해액이 프로세싱 동안에 표면을 통과하고 접촉할 수 있다. 이들 천공은 전도성 직물 또는 천 속의 짜인 부분들 사이에서와 같이, 제조하는 동안에 실제로 형성될 수 있거나, 기계적인 수단에 의해 재료를 통과하여 형 성되고 패터닝될 수 있다. 이들 천공은 연마 부품(205)의 각각의 층을 통과하여 부분적으로 또는 전부 형성될 수 있다. 전도성 연마 부분(310)의 천공과, 부품 지지체 부분(320)의 천공은 이들을 통과하는 유체 흐름을 촉진시키기 위해 정렬될 수 있다.
연마 부품(205)에 형성된 천공(350)에 대한 예들은 약 0.02 인치(0.5㎜)와 약 0.4 인치(10㎜) 사이의 직경을 가진, 연마 부품 내의 소구멍을 포함할 수 있다. 연마 부품(205)의 두께는 약 0.1 ㎜와 약 5 ㎜ 사이에 속할 수 있다. 예를 들면, 천공들은 서로에 대해 약 0.1 인치와 약 1 인치 사이의 범위로 이격될 수 있다.
상기 연마 부품(205)은 연마 부품 표면을 가로질러 전해액의 충분한 질량 흐름을 제공하기 위해 연마 입자의 약 20% 및 약 80% 사이의 천공 밀도를 가질 수 있다. 그러나, 본 발명은 천공을 통과하는 유체 흐름을 제어하는 데에 사용될 수 있는, 본 명세서에서 설명되는, 천공 밀도 이하 또는 이상의 천공 밀도도 고려하고 있다. 일례에서, 약 50%의 천공 밀도는 기판 표면으로부터 균일한 애노드 용해를 촉진시키기에 충분한 전해액 흐름을 제공하는 것으로 관찰되었다. 천공은 자신이 포함하는 연마 부분의 체적으로서 본 명세서에서 광범위하게 설명된다. 천공 밀도는 천공이 연마 부품(205)에 형성된 경우에, 연마 부품의 천공, 표면 또는 몸체의 총수(aggregate number)와 직경 또는 크기를 포함한다.
천공 크기와 밀도는 전해액을 연마 부품(205)을 통해 기판 표면까지 균일하게 분배하도록 선택된다. 일반적으로, 천공 크기, 천공 밀도, 및 전도성 연마 부분(310)과 부품 지지체 부분(320) 양자의 천공의 조합은 전해액의 충분한 질량 흐 름을 전도성 연마 부분(310)과 부품 지지체 부분(320)을 통해 기판 표면까지 제공하기 위해 서로 정렬되어 있다.
상기 연마 부품(205)에는 홈들이 배치되어 있는데, 이들 홈은 연마 부품(205)을 가로질러 전해액 흐름을 향상시켜 애노드 용해 또는 전해 도금 공정 동안에 기판 표면에 효과적이거나 균일한 전해액 흐름을 제공한다. 이들 홈은 단일 층에 부분적으로 형성될 수도 있고, 복수 층 전체에 형성될 수도 있다. 본 발명은 기판 표면에 접촉하는 상부 층 또는 연마 표면에 형성되는 홈도 고려하고 있다. 향상된 또는 제어된 전해액 흐름을 연마 부품의 표면에 제공하기 위해, 천공의 일부 또는 복수의 천공이 홈과 연통할 수 있다. 선택적으로, 천공들 모두가 연마 부품(205) 내에 배치된 홈들과 연통할 수 있거나, 천공들 중의 어느 것도 연마 부품(205) 내에 배치된 홈들과 연통하지 않을 수 있다.
전해액 흐름을 촉진시키는 데에 사용되는 홈에 대한 예들은 선형 홈, 활모양 홈, 환형의 동심 홈, 반경 방향의 홈, 나선형 홈 등을 포함할 수 있다. 부품(205) 내에 형성된 홈은 사각형, 원형, 반원형, 또는 연마 부품의 표면을 가조질러 유체 흐름을 촉진시킬 수 있는 다른 어떤 형상으로 된 횡단면을 가질 수 있다. 이들 홈은 서로 교차할 수 있다. 이들 홈은 연마 표면 상에 배치된 교차하는 X-Y 패턴, 또는 연마 표면 상에 형성된 교차하는 삼각형 패턴, 또는 이의 조합과 같은 패턴으로 구성되어 기판의 표면에 걸쳐 전해액 흐름을 향상시킬 수 있다.
이들 홈은 서로에 대해 약 30㎜와 약 300㎜ 사이의 범위로 이격될 수 있다. 일반적으로, 연마 부품 내에 형성된 홈은 약 5㎜와 약 30㎜ 사이의 너비를 가진다. 홈 패턴에 대한 일례는 서로에 대해 약 60㎜로 이격되고, 약 10㎜의 너비를 가진 홈을 포함한다. 어떤 적합한 홈 구성, 크기, 직경, 횡단면 형상 또는 간격은 전해액의 원하는 흐름을 제공하는 데에 사용될 수 있다. 추가의 횡단면 및 홈 구성은 2001년 10월 11일 자로 출원되고, "기판을 연마하기 위한 방법 및 장치(Method and apparatus for Polishing Substrates)"라는 명칭을 가진, 공동 계류중인 미국 특허 가출원 제60/328,434호에 보다 자세하게 기재되어 있으며, 이 문헌은 전체적으로 인용에 의해 본 명세서에 합체되어 있다.
기판의 표면에 대한 전해액 이송은 천공의 일부를 홈과 교차시켜 한 세트의 천공을 통해 전해액이 들어갈 수 있도록 함으로써 향상될 수 있고, 홈에 의해 기판 표면 주위에 균일하게 분배되어 기판을 처리하는 데에 사용되고, 다음에 처리용 전해액은 천공을 통과하는 추가의 전해액에 의해 재생된다. 패드 천공 및 홈 형성에 대한 일례는 2001년 12월 20일 자로 출원된 미국 특허 출원 제10/026,854호에 보다 세부적으로 기재되어 있으며, 이 문헌은 전체적으로 인용에 의해 본 명세서에 합체되어 있다.
천공과 홈이 형성된 연마 부품에 대한 예들은 다음과 같다. 도 4는 홈을 가진 연마 부품에 대한 일 실시 형태의 평면도이다. 연마 부품(205)의 둥근 패드(440)는 기판 표면으로 전해액이 유동할 수 있도록 충분한 크기와 구성의 복수의 천공(446)을 포함한 것으로 도시되어 있다. 이들 천공(446)은 서로에 대해 약 0.1 인치에서 약 1인치까지의 범위로 이격될 수 있다. 이들 천공은 약 0.02 인치(0.5㎜)와 약 0.4 인치(10㎜) 사이의 직경을 가진 원형 천공들이 될 수 있다. 또한, 이들 천공의 개수와 형상은 사용되는 장치, 처리 파라미터, ＥＣＭＰ 조성물에 따라 변할 수 있다.
홈들(442)은 연마 부품(205)의 연마 표면(448)에 형성되어, 벌크 용액으로 된 새로운 전해액을 용기(202)에서 기판과 연마 부품 사이의 틈새까지 이송하는 것을 지원한다. 이들 홈(442)은 도 4에 도시된 바와 같이 연마 표면(448)에있는 거의 원형의 동심 홈으로 된 홈 패턴과, 도 5에 도시된 바와 같은 X-Y 패턴과, 도 6에 도시된 바와 같은 삼각형 패턴을 포함하여 여러가지 패턴을 가질 수 있다.
도 5는 연마 패드(540)의 연마 표면(548)에 X-Y 패턴으로 배치된 홈들(542)을 포함한 연마 패드에 대한 다른 실시 형태의 평면도이다. 천공들(546)은 수직방향 및 수평방향으로 배치된 홈들의 교차 영역에 배치될 수 있고, 수직방향 홈, 수평방향 홈에 배치될 수 있거나, 홈(542)의 외측에 있는 연마 부분(548) 내에 배치될 수 있다. 천공들(546)과 홈들(542)은 연마 부품의 내경부(544)에 배치되지만, 연마 패드(540)의 외경부(550)에는 천공과 홈이 존재하지 않을 수 있다.
도 6은 패턴을 가진 연마 부품(640)에 대한 다른 실시 형태이다. 이 실시 형태에서, 홈들은 대각선 방향으로 배치된 홈들(645)이 X-Y 패턴을 가진 홈들(642)과 교차한 상태로 X-Y 패턴으로 배치될 수 있다. 대각선 방향 홈들(645)은 X-Y 홈들(642) 중의 어느 하나로부터 소정 각도로 배치될 수 있는데, 예컨대 X-Y 홈들(642) 중의 어느 하나로부터 약 30˚에서 약 60˚까지의 각도로 배치될 수 있다. 천공들(646)은 홈들(642, 645)중의 어느 하나를 따라, X-Y 홈들(642)의 교차 영역에, X-Y 홈들(642)과 대각선 방향의 홈들(645)의 교차 영역에 배치될 수 있거나, 홈들(642, 645)의 외측에 있는 연마 부분(648)에 배치될 수 있다. 이들 천공(646)과 홈(642)은 연마 부분의 내경부(644)에 배치되지만, 연마 패드(640)의 외경부(650)에는 천공과 홈이 존재하지 않을 수 있다.
홈 패턴에 대한 다른 예들, 예컨대 나선형 홈, 사행형(蛇行形) 홈, 터빈형 홈은 2001년 10월 11일 자로 출원되고, "기판을 연마하기 위한 방법 및 장치(Method and apparatus for Polishing Substrates)"라는 명칭을 가진, 공동 계류중인 미국 특허 가출원 제60/328,434호에 보다 자세하게 기재되어 있으며, 이 문헌은 전체적으로 인용에 의해 본 명세서에 합체되어 있다.
연마 부품(205)에 있는 천공과 홈에 추가하여, 전도성 연마 부분(310)은 표면 구조를 수용하도록 엠보싱 가공될 수 있다. 이 엠보싱 가공은 전해액의 이송과, 생성물 및 입자에 의한 기판 재료의 제거를 향상시킬 수 있다. 또한, 엠보싱 가공은 연마 기판에 대한 흠집을 감소시킬 수 있고, 연마 기판과 연마 부품(205) 사이의 마찰력을 완화시킬 수 있다. 엠보싱 처리된 표면 구조는 전도성 연마 부분(310)을 가로질러 균일하게 분포하고 있다. 엠보싱 처리된 표면 구조는 다른 기하학적인 형태 중에서 원형, 직사각형 및 사각형 형상과 더불어 피라미드, 섬, 십자가와 같은 구조를 포함할 수 있다. 본 발명은 전도성 연마 부분(310)에 엠보싱 처리된 다른 구조도 고려하고 있다. 엠보싱 처리된 표면은 전도성 연마 부분(310)의 표면적의 5 내지 95% 사이의 범위에 들 수 있으며, 예컨대 전도성 연마 부분(310)의 표면적의 15 내지 90% 사이의 범위에 들 수 있다.
전도성 연마 표면
도 7a는 연마 부품(205)의 전도성 연마 부분(310)을 형성하는 데에 사용될 수 있는 전도성 천 또는 직물(700)에 대한 일 실시 형태의 상부 단면도이다. 전도성 천 또는 직물은 본 명세서에서 설명되는 바와 같이 전도성 재료로 코팅된 교직 섬유(710)으로 구성된다.
일 실시 형태에서, 수직 방향(720)과 수평 방향(730)(도 7a의 평면에서 보았을 때)으로 교직 섬유(710)의 직물(weave) 또는 바스킷 직물 패턴(basket-weave pattern)은 도 7a에 예시되어 있다. 본 발명은 전도성 천 또는 직물(700)을 형성하기 위해 얀과 같은 다른 형태의 직물, 또는 상이하게 교직된 편직물 또는 그물망 패턴도 고려하고 있다. 일 실시예에서, 섬유(710)는 교직되어 직물(700) 내의 통로(740)를 제공한다. 이들 통로(740)에 의해, 이온 및 전해액 성분을 포함하여 전해액 또는 유체 흐름이 직물(700)을 통과할 수 있다. 이 전도성 직물(700)은 폴리우레탄과 같은 폴리머 바인더 속에 배치될 수 있다. 또한, 그러한 폴리머 바인더 속에 전도성 충전재가 배치될 수도 있다.
도 7b는 부품(205)의 부품 지지체 부분(320) 상에 배치된 전도성 천 또는 직물(700)의 부분 횡단면도이다. 이 전도성 천 또는 직물(700)은 부품 지지체 부분(320) 속에 형성된 어떤 천공(350)을 포함하여, 부품 지지체 부분(320)에 걸쳐 하나 이상의 연속층들로서 배치될 수 있다. 이 천 또는 직물(700)은 접착제에 의해 부품 지지체 부분(320)에 고정될 수 있다. 상기 직물(700)이 전해질 용액 속에 잠긴 경우, 이 천 또는 직물(700)은 그 속에 형성된 섬유, 직물, 또는 통로를 통해 전해액 흐름을 허용하도록 되어 있다. 선택적으로, 상기 천 또는 직물(700)과 부품 지지체 부분(320) 사이에는 중간 층이 포함될 수 있다. 이 중간 층은 투과성이이거나, 부품(205)을 통과하는 전해액 흐름을 위한 천공(350)과 정렬된 천공을 포함한다.
선택적으로, 전해액이 직물(700)을 효과적으로 통과하기에 충분하지 못하게 통로(740)가 결정된 경우, 즉 금속 이온들이 확산할 수 없는 경우, 상기 직물(700)은 전해액 흐름을 증가시키기 위해 천공될 수도 있다. 통상적으로, 직물(700)은 분당 약 20 갤론까지의 전해질 용액의 유량을 허용하도록 되어 있거나 천공된다.
도 7c는 부품 지지체 부분(320)의 천공(350)의 패턴을 일치시키기 위해 천공(750)과 패터닝될 수 있는 천 또는 직물(700)의 부분 횡단면도이다. 선택적으로, 전도성 천 또는 섬유(700)의 천공들(750) 중의 일부 또는 전부가 부품 지지체 부분(320)의 천공들(350)과 정렬되지 않을 수 있다. 이들 천공의 정렬 또는 비정렬에 의해, 운전자 또는 제조업자는 기판 표면에 접촉시키기 위해 연마 부품을 통과하는 전해액의 유량 또는 부피를 제어할 수 있다.
상기 직물(700)에 대한 일례는 대략 8개 내지 10개 사이의 섬유 너비를 가진 교직된 바스킷 직물이며, 이때 섬유는 금으로 코팅된 나일론 섬유를 포함한다. 섬유에 대한 일례는 나일론 섬유이고, 이 나일론 섬유 표면에는 약 0.1㎛의 코발트, 구리 또는 니켈 재료가 배치되어 있고, 이 코발트, 구리 또는 니켈 재료의 표면에는 약 2㎛의 금이 배치되어 있다.
선택적으로, 전도성 그물망은 전도성 천 또는 직물(700)을 대신하여 사용될 수 있다. 이 전도성 그물망은 전도성 섬유, 전도성 충전재, 또는 전도성 바인더 속에 배치되거나 전도성 바인더로 코팅된 전도성 천(700) 중의 적어도 일부분을 포함할 수 있다. 이 전도성 바인더는 폴리머 화합물 속에 배치된 비금속(非金屬) 전도성 폴리머 또는 전도성 재료의 혼성물을 포함할 수 있다. 전도성 재료 속에 코팅된 흑연 분말, 흑연 플레이크(flakes), 흑연 섬유, 탄소 섬유, 탄소 분말, 카본 블랙, 금속 입자 또는 섬유와 같은 전도성 충전재와, 폴리우레탄과 같은 폴리머 재료의 혼합물이 전도성 바인더를 형성하는 데에 사용될 수 있다. 본 명세서에서 설명되는 바와 같이 전도성 재료로 코팅된 충전재는 전도성 바인더에 사용하기 위한 전도성 충전재로서 사용될 수 있다. 예를 들면, 탄소 섬유 또는 금 코팅 나일론 섬유는 전도성 바인더를 형성하는 데에 사용될 수 있다.
또한, 상기 전도성 바인더는 전도성 충전재 및/또는 섬유의 분산을 지원하기 위해 요구되는 경우, 폴리머와 충전재 및/또는 섬유 사이의 접착을 개선하기 위해 요구되는 경우, 전도성 호일과 전도성 바인더 사이의 접착을 개선하기 위해 요구되는 경우, 그리고 전도성 바인더의 기계적, 열적 및 전기적 특성을 개선하기 위해 요구되는 경우, 첨가제를 포함할 수 있다. 접착을 개선할 첨가제에 대한 예들은 개선된 접착용의 에폭시, 실리콘, 우레탄, 폴리이미드, 또는 이의 조합물을 포함한다.
전도성 충전재 및/또는 섬유와, 폴리머 재료의 조성물은 전도도와 같은 고유의 특성과, 마모 특성, 내구성 인자를 제공하도록 되어 있다. 예들 들면, 전도성 충전재의 약 2wt%에서 약 85wt% 까지의 범위를 가진 전도성 바인더는 본 명세서에 서 설명되는 부품 및 공정에 함께 이용될 수 있다. 전도성 충전재 및 전도성 바인더로서 이용될 수 있는 재료에 대한 예들은 2001년 12월 27일 자로 출원된 공동 계류중인 미국 특허 출원 제10/033,732호에 더욱 충분하게 기재되어 있으며, 이 문헌은 전체적으로 인용에 의해 본 명세서에 합체되어 있다.
상기 전도성 바인더는 약 1 미크론에서 10 밀리미터까지의 두께, 예컨대 약 10 미크론에서 약 1 밀리미터까지의 두께를 가질 수 있다. 다층의 전도성 바인더가 전도성 그물망에 도포될 수 있다. 이 전도성 그물망은 도 7b 및 도 7c에 도시된 바와 같이, 전도성 천 또는 직물(700)과 동일한 방식으로 사용될 수 있다. 상기 전도성 바인더는 전도성 그물망 상에 다층으로 도포될 수 있다. 일 실시예에서, 전도성 바인더는 그물망이 천공되고 난 후에 전도성 그물망에 도포되어, 천공 공정으로부터 노출된 그물망의 일부를 보호한다.
또한, 전도성 바인더는 전도성 그물망에 대한 전도성 바인더의 접착을 향상시키기 위해 전도성 바인더를 도포하기 전에 전도성 그물망의 표면에 배치될 수 있다. 전도성 프라이머(primer)는 전도성 바인더보다 더 강한 중간재 접착력을 가진 특성을 얻기 위해 개질된 조성물을 포함한 전도성 바인더 섬유와 유사한 재료로 제조될 수 있다. 적합한 전도성 프라이머는 약 100 Ω-㎝ 이하의 저항, 예컨대 0.001 Ω-㎝에서 약 32 Ω-㎝까지의 저항을 가질 수 있다.
선택적으로, 전도성 호일은 도 7d에 도시된 바와 같이, 전도성 천 또는 직물(700)를 대신하여 사용될 수 있다. 이 전도성 호일은 일반적으로 지지층(320) 상의 전도성 바인더(790) 속에 배치되거나, 전도성 바인더(790)로 코팅된 금속 호 일(780)을 포함한다. 금속 호일을 형성하는 재료에 대한 예들은 금속 코팅 직물과, 구리, 니켈 및 코발트와 같은 전도성 금속과, 금, 백금, 팔라듐, 이리듐, 리듐, 로듐, 루테늄, 오스뮴, 주석, 납 및 이의 조합물과 같은 귀금속을 포함하며, 이들 중에서 금과 백금이 선호된다. 또한, 전도성 호일은 구리 시트(sheet), 탄소 섬유로 직조된 시트 호일과 같은 비금속(非金屬) 전도성 호일 시트를 포함할 수도 있다. 또한, 전도성 호일은 나일론 섬유의 천을 코팅하는 구리, 니켈, 주석 또는 금과 같은 유전성 또는 전도성 재료의 금속 코팅 천을 포함할 수도 있다. 이 전도성 호일은 또한 본 명세서에서 설명되는 바와 같이 전도성 바인더 재료로 코팅된 전도성 또는 유전성 재료의 직물을 포함할 수도 있다. 또한, 이 전도성 호일은 구리 와이어와 같은 전도성 금속 화이어 또는 스트립(strip)을 상호 연결하는 와이어 프레임, 스크린(screen), 또는 그물망을 포함할 수도 있는데, 이들은 본 명세서에서 설명되는 바와 같이 전도성 바인더 재료로 코팅될 수 있다. 본 발명은 본 명세서에서 설명되는 금속 호일을 형성하는 경우에 기타의 재료의 사용도 고려하고 있다.
본 명세서에서 설명되는 바와 같이, 전도성 바인더(790)는 금속 호일(780)을 둘러쌀 수도 있는데, 이에 의해 금속 호일(780)은 구리와 같이 주변 전해액과 반응하는 것으로 관찰되는 전도성 금속으로 될 수 있다. 이 전도성 호일은 본 명세서에서 설명되는 바와 같이 복수의 천공(750)으로 천공될 수 있다. 비록 도시하지는 않았지만, 이 전도성 호일은 연마 표면을 바이어싱하기 위해 동력을 공급하는 전도성 와이어에 결합될 수 있다.
상기 전도성 바인더(790)는 전도성 그물망 또는 직물(700)에 대해 설명한 바와 같을 수 있고, 금속 호일(780) 상에 다층으로 도포될 수 있다. 일 실시예에서, 상기 전도성 바인더(790)는 상기 금속 호일(890)이 천공되고 난 후에 이 금속 호일(780)에 도포되어, 천공 공정으로부터 노출된 부분의 금속 호일(780)을 보호한다.
본 명세서에서 설명되는 전도성 바인더는 액체 상태의 접착제 또는 바인더를 직물(700), 호일(780) 또는 그물망 상으로 도포함으로써 직물(700), 호일(780) 또는 그물망 상으로 배치될 수 있다. 다음에, 이 바인더는 건조 및 경화 후에 상기 직물, 호일 또는 그물망 상에서 응고된다. 인젝션 몰드(injection mold), 콤프레션 몰드(compression mold), 라미네이션, 오토클레이브(autoclave), 압출, 이의 조합을 포함한 기타 적합한 프로세싱 방법이 전도성 직물, 그물망 또는 호일을 둘러싸는 데에 이용될 수 있다. 이러한 용도를 위해 열가소성 및 열경화성 양자의 바인더가 사용될 수 있다.
상기 전도성 바인더와, 상기 전도성 호일의 금속 호일 성분 사이의 접착은 약 0.1㎛에서 약 1㎜까지의 직경 또는 너비를 가진 복수의 천공으로 상기 금속 호일을 천공함으로써, 또는 상기 금속 호일과 저도성 바인더 사이에 전도성 프라이머를 도포함으로써 향상될 수 있다. 이 전도성 프라이머는 본 명세서에서 설명되는 그물망용의 전도성 프라이머와 동일한 재료로 구성될 수 있다.
도 7e는 연마 부품(205)의 전도성 연마 부분(310)의 하부층(792)을 형성하는 데에 사용될 수 있는 전도성 천 또는 직물(798)에 대한 다른 실시 형태의 단면도이 다. 이 전도성 천 또는 직물은 교직 또는 선택적으로는 부직 섬유(710)으로 구성될 수 있다. 이 섬유(710)는 상술한 바와 같이 전도성 재료로 형성될 수 있거나 코팅될 수 있다. 이러한 부직 섬유에 대한 예들은 기타의 부직 직물 중에서 장섬유 부직포(spun-bond) 또는 멜트 블로운 폴리머(melt blown polymer)를 포함한다.
상기 전도성 연마 부분(310)은 전도성 재료로 구성된 상부층(794)을 포함한다. 이 상부층(794)은 하부층(792)에 대향 배치된 연마 표면(796)을 포함한다. 이 상부층(794)은 그 아래에 배치된 하부층(792)의 불규칙한 부분을 평활하기에 충분한 두께를 가질 수 있으며, 이에 의해 프로세싱 동안에 기판에 첩촉하기 위한 전체적으로 편평하고 평탄한 연마 표면(796)을 제공한다. 일 실시 형태에서, 연마 표면(796)은 약 ±1 ㎜ 이하 또는 이와 동일한 두께 변동과, 약 500 ㎛ 이하 또는 이와 동일한 표면 거칠기를 가진다.
상기 상부층(794)은 어떤 전도성 재료로 구성될 수 있다. 일 실시 형태에서, 상부층(794)은 다른 전도성 금속 중에서 금, 주석, 팔라듐, 팔라듐-주석 합금, 백금, 또는 납과 같은 연질 재료와, 구리보다 더 열질의 합금 및 세라믹 합성물로부터 형성된다. 선택적으로, 상기 상부층(794)은 연마되는 기판의 금속 표면에 배치된 부동태 층을 제거하는 것을 돕기 위해 전술한 바와 같이 그 자체에 배치된 연마용 재료를 포함할 수 있다.
선택적으로, 상부층(794)은 전도성 연마 부분(310)을 실질적으로 덮고 있지만, 전도성 연마 부분(310)이 상부층(794) 상에서 연마 되는 기판에 전기적으로 결 합될 수 있도록 노출된 전도성 연마 부분 중의 적어도 일부분을 남기는, 비전도성 재료로 구성될 수 있다. 그러한 구성에서, 상부층(794)은 흠집 형성을 감소시키는 것을 돕고, 전도성 부분(310)이 연마 동안에 어떤 노출된 피처 속으로 들어가는 것을 방지한다. 비전도성 상부층(794)은 전도성 연마 부분(310)을 노출된 상태로 남길 수 있는 복수의 천공을 포함할 수 있다.
도 7f는 내부에 윈도우(702)가 형성되어 있는 연마 부품(205)에 대한 다른 실시 형태이다. 이 윈도우(702)는 연마 부품(205) 아래에 위치한 센서(704)가 연마 성능의 계량 표시를 감지할 수 있도록 구성되어 있다. 예를 들면, 상기 센서(704)는 기타 센서들 중에서도 와전류 센서 또는 간섭계(interferometer)일 수 있다. 일 실시 형태에서, 상기 센서는 프로세싱 동안에 연마되는 기판의 측면으로 진행하여 들어가는 시준광 빔을 발생시킬 수 있는 간섭계이다. 유리하게 이용될 수 있는 센서들 중의 하나는 1999년 4월 13일 자로 비랑(birang) 등에게 허여된 미국 특허 제5,893,796호에 기재되어 있으며, 이 문헌은 전체적으로 인용에 의해 본 명세서에 합체되어 있다.
이 윈도우(702)는 처리용 유체가 센서(704)를 내장한 디스크(206)의 영역에 도달하는 것을 실질적으로 방지하는 유체 장애물(706)을 포함한다. 이 유체 장애물(706)은 일반적으로 이를 통과하는 신호에 대한 전달성을 가지도록(예컨대, 최소 또는 전무한 효과 또는 간섭을 가지도록) 선택된다. 이 유체 장애물(706)은 윈도우(702) 내에서 연마 부품(205)에 결합된 폴리우레탄 으로 된 블럭과 같은 별도의 부재일 수도 있고, 연마 부품(205)을 구성하는 하나 이상의 층, 예컨대 전도성 부 분(310) 또는 부품 지지체 또는 서브 패드 부분(320) 아래에 위치한 마일라 시트일 수도 있다. 선택적으로, 이 유체 장애물(706)은 전극(204)과 같이 연마 부품(205)과 디스크(206) 사이에 배치된 층들 속에 또는 다른 층 속에 배치될 수 있다. 다른 선택적인 구성에서, 이 유체 장애물(706)은 센서(704)가 존재하는 윈도우(702)와 정렬된 통로(708) 내에 배치될 수 있다. 전도성 부분(310)이 복수의 층, 예컨대 상부층(794)과 하부층(792)을 포함하는 실시 형태에서, 투명한 재료(706)가 도 7f에 도시된 바와 같이 전도성 부분(310)을 구성하는 적어도 하나의 층 속에 배치될 수 있다. 다른 구성과 더불어 본 명세서에서 설명되는 실시 형태들을 포함하여 전도성 연마 부품의 다른 구성은 윈도우를 포함하도록 구성될 수 있다는 것도 고려되고 있다.
연마 표면 속의 전도성 부재
다른 실시예에서, 본 명세서에서 설명되는 전도성 섬유와 충전재는 본 발명의 전도성 연마 부품(205)을 형성하기 위해 연마 재료 내에 배치된 개별의 전도성 부재를 형성하는 데에 이용될 수 있다. 이 연마 재료는 종래의 연마 재료 또는 전도성 연마 재료, 예컨대 본 명세서에서 설명되는 바와 같이 폴리머 속에 배치된 전도성 충전재 또는 섬유의 전도성 혼성물이 될 수 있다. 전도성 부재의 표면은 연마 부품의 표면과 함께 하나의 평면을 형성할 수도 있고, 연마 부품의 표면의 평면 위로 연장할 수도 있다. 전도성 부재는 연마 부품의 표면 위로 약 5 밀리미터까지 연장할 수 있다.
이하에서는 연마 재료 내에 특유한 구조 및 배치 관계를 가진 전도성 부재의 용도가 예시되고 있지만, 본 발명은 개개의 전도성 섬유 및 충전재와, 이로 제조된 전도성 재료, 예컨대 직물도 역시 전도성 부재로 간주될 수 있다는 것도 고려하고 있다. 또한, 비록 도시하지는 않았지만, 이하의 연마 재료에 대한 설명은 아래와 같이 본 명세서에서 설명되는 전도성 부재를 구체화할 패턴에 대한 구성과 더불어, 본 명세서에서 설명되고 도 4 내지 도 6에 도시된 천공 및 홈 형성 패턴을 가진 연마 부품을 포함한다.
도 8a 및 도 8b는 전도성 부재가 내부에 배치되어 있는 연마 부품(800)에 대한 일 실시 형태의 개략적인 평면도 및 횡단면도이다. 이 연마 부품(800)은 일반적으로 프로세싱 동안에 기판에 접촉하도록 구성된 연마 표면(820)을 포함한 본체(810)을 포함한다. 이 본체(810)는 통상적으로 유전성 폴리머 재료, 에컨대 폴리우레탄과 같은 유전성 재료 또는 폴리머 재료를 포함한다.
상기 연마 표면(820)에는 적어도 부분적으로 전도성 부재(840)을 수용하기 위해 하나 이상의 개구, 홈, 홈통 또는 천공(830)이 내부에 형성되어 있다. 이 전도성 부재(840)는 일반적으로 연마 표면(820)에 의해 형성된 평면 위로 연장하거나, 그 평면과 동일 평면에 있는 접촉면(850)을 가지도록 배치될 수 있다. 이 접촉면(850)은 통상적으로 유연하고, 탄력적이고, 플렉시블하고 압력 형성 가능한 표면에 의한 것처럼, 기판에 접촉하고 있는 동안에 전도성 부재(840)의 전기적인 접촉을 최소화하도록 구성된다. 연마 동안, 접촉 압력은 접촉면(850)을 연마 표면(820)과 동평면에 있는 위치로 가압시키는 데에 사용될 수 있다.
상기 본체(810)는 일반적으로 본 명세서에서 설명되는 바와 같이 내부에 형성된 복수의 천공(860)에 의해 전해액에 대해 투과성을 가진다. 상기 연마 부품(800)은 기판 표면으로부터 균일한 애노드 용해를 촉진시키기 위에 충분한 전해액 흐름을 제공하기 위해 연마 부품(810)의 표면적의 약 20%에서 약 80%까지의 천공 밀도를 가질 수 있다.
상기 본체(810)는 일반적으로 본 명세서에서 설명되는 종래의 연마 재료와 같은 유전성 재료를 포함한다. 이 본체(810) 내에 형성된 함몰부(830)는 일반적으로 프로세싱 동안에 전도성 부재(840)을 보유하도록 구성되고, 따라서 형상 및 배향을 변형시킬 수 있다. 도 8a에 도시된 실시 형태에셔, 상기 함몰부(830)는 연마 표면을 가로질러 배치된 직사각형 단면을 가지고, 연마 부품(800)의 중심에 교통하는 "Ｘ" 또는 십자형 패턴(870)을 형성하는 홈이다. 본 발명은 상기 홈이 본 명세서에서 설명되는 바와 같이 기판 표면에 접촉하는 추가의 단면부들, 예컨대 역사다리꼴 및 둥근 만곡부도 고려하고 있다.
선택적으로, 상기 함몰부(830) [및 그 속에 배치된 전도성 부재(840)]는 불규칙한 간격으로 배치될 수도 있고, 반경 방향, 또는 수직 방향으로 배향될 수도 있고, 추가적으로 직선형, 곡선형, 동심형, 소용돌이형 곡선, 또는 기타의 횡단면 영역으로 될 수 있다.
도 8c는 본체(810) 속에 반경 방향으로 배치된 일련의 개개의 전도성 부재(840)의 개략적인 평면도이고, 각각의 부재(840)는 스페이서(875)에 의해 물리적으로 또는 전기적으로 분리되어 있다. 이 스페이서(875)는 플라스틱 인터커넥트와 같이, 상기 부재용의 유전성 연마 재료 또는 유전성 인터커넥트의 일부가 될 수 있다. 선택적으로, 상기 스페이서(875)는 전도성 부재들(840) 사이의 물리적인 접속이 없도록 하기 위해 연마 재료 또는 전도성 부재들(840)가 없는 연마 부품의 영역이 될 수 있다. 그와 같은 개별의 부재 구성에서, 각각의 전도성 부재(840)는 와이어와 같은 전도성 경로(890)에 의해 전원에 개별적으로 접속될 수 있다.
도 8a 및 도 8b를 다시 참조하면, 상기 본체(810) 내에 배치된 전도성 부재들(840)은 일반적으로 약 20 Ω-㎝ 이하의 벌크 저항 또는 벌크 표면 저항을 발생시키도록 설치된다. 연마 부품의 일 실시예에서, 연마 부품은 약 2 Ω-㎝ 이하의 저항을 가진다. 상기 전도성 부재들(840)은 일반적으로 잔류 전기장 하에서 기능 저하가 없는 기계적 특성을 가지고, 산성 또는 염기성 전해액 속에서 기능 저하에 대한 저항력을 가진다. 이들 전도성 부재(840)는 억지끼워맞춤, 클램핑, 접착제, 또는 기타의 방법에 의해 상기 함몰부(830) 속에 유지된다.
일 실시 형태에서, 이들 전도성 부재(840)는 프로세싱 동안에 기판과 접촉면(850) 사이에 전기적 접촉을 유지시키기 위해 충분히 유연하고, 탄력적이고 플렉시블하다. 이들 전도성 부재(840)용의 충분하게 유연하고, 탄력적이거나, 플렉시블한 재료들이 연마 재료와 비교하여 쇼어 d 경도 스케일로 약 100 이하의 유사한 경도를 가질 수 있다. 폴리머 재료용으로 쇼어 d 경도 스케일로 약 80 이하의 경도를 가진 전도성 부재(840)가 사용될 수 있다. 또한, 플렉시블 또는 굴곡 가능한 섬유 재료와 같은 유연한 재료도 전도성 부재(840)로서 사용될 수 있다. 이 전도성 부재(840)는 연마 동안 자신(840)에 의해 생기는 높은 국부 압력을 피하기 위해 연마 재료보다 더 유연할 수도 있다.
도 8a 및 도 8b에 도시된 실시 형태에서, 전도성 부재(840)는 부품 지지체 또는 서브 패드(815) 상에 배치된 연마 표면(810) 속에 매립된다. 천공들(860)은 연마 표면(810)과 부품 지지체(815) 모두를 관통하여 전도성 부재(840) 주위에 형성된다.
이들 전도성 부재(840)에 대한 일례는 본 명세서에서 설명되는 바와 같이 전도성 (및 내마모성) 혼성물을 만들기 위해 전도성 재료로 코팅된 유전성 또는 전도성 섬유 또는 폴리머 계열 접착제와 같은 폴리머 재료로 블렌딩된 전도성 충전재를 포함한다. 또한, 이들 전도성 부재(840)는 전기적인 특성들을 향상시키기 위해 본 명세서에서 설명되는 바와 같이 전도성 폴리머 재료 또는 기타의 전도성 재료를 포함한다. 예를 들면, 상기 전도성 부재는 전도성 에폭시 및 전도성 섬유의 혼성물과, 폴리우레탄의 본체 속에 증착되는 혼성물의 전도도를 향상시킬 탄소 또는 흑연 충전재를 포함하며, 상기 전도성 섬유는 나일론 섬유의 표면에 배치된 약 0.1㎛의 코발트, 구리 또는 니켈로 코팅되고, 약 2㎛의 금으로 코팅된 나일론 섬유와 같이, 금으로 코팅된 나일론 섬유이다.
도 8d는 전도성 부재들이 내부에 배치되어 있는 연마 부품(800)에 대한 다른 실시 형태의 개략적인 횡단면도이다. 이들 전도성 부재(840)는 일반적으로 연마 표면(820)에 의해 형성된 평면 위로 연장하거나, 그 평면과 동일 평면에 있는 접촉면(850)을 가지도록 배치될 수 있다. 이들 전도성 부재(840)는 본 명세서에서 설명되는 바와 같이, 전도성 부재(845) 둘레에 배치되거나, 둘러싸이거나 에워싸인 전도성 직물(700)을 포함할 수 있다. 선택적으로, 개개의 전도성 섬유 및/또는 충전재는 전도성 부재(845) 둘레에 배치되거나, 둘러싸이거나 에워싸일 수 있다. 상기 전도성 부재(845)는 본 명세서에서 설명되는 귀금속과 같은 금속, 또는 전해 연마 공정에 사용하기에 적합한 구리와 같은 다른 전도성 재료를 포함할 수도 있다. 또한, 상기 전도성 부재(840)는 본 명세서에서 설명되는 바와 같이 직물과 바인더 재료의 혼성물을 포함하며, 이때 직물은 전도성 부재(840)의 외측 접촉 부분을 형성하고, 바인더는 통상적으로 내측 지지 구조물을 형성한다. 또한, 이 전도성 부재(840)는 직사각형의 횡단면적을 가진 중공 튜브를 구성하며, 이때 튜브의 벽은 본 명세서에서 설명되는 바와 같이 강성 전도성 직물(700) 또는 본딩제로 형성된다.
이 전도성 부재(840)를 전원(도시 생략)에 결합시키기 위해 커넥터(890)이 이용되어 플로세싱 동안에 전도성 부재(840)를 전기적으로 바이어싱시킨다. 일반적으로, 이 커넥터(890)는 공정 유체와 양립할 수 있거나, 공정 유체로부터 자신(890)을 보호하는 피복물 또는 코팅물을 가진 와이어, 테이프 또는 기타의 전도체이다. 이 커넥터(890)는 몰딩, 솔더링, 스택킹(stacking), 브레이징, 클램핑, 크림핑(crimping), 리벳팅, 패스닝(fastening), 전도성 접착제, 또는 기타의 방법 또는 장치에 의해 전도성 부재(840)와 결합될 수 있다. 커넥터(890)에 이용될 수 있는 재료들에 대한 예들로는, 절연된 구리, 흑연, 티타늄, 백금, 금, 알루미늄, 스테인리스강, 및 다른 재료들 중에서 HaSTeLOY
전도성 재료들을 들 수 있다.
상기 커넥터(890) 둘레에 배치되는 코팅물은 불화탄소, 염화폴리비닐(PVc) 및 폴리이미드와 같은 폴리머들이다. 도 8a에 도시된 실시 형태에서, 하나의 커넥터(890)가 연마 부품(800)의 외주에서 각각의 전도성 부재(840)에 결합된다. 선택적으로, 이들 커넥터(890)는 연마 부품(800)의 본체(810)를 통과하여 배치될 수 있다. 다른 실시 형태에셔, 이들 커넥터(890)는 포켓 내에 및/또는 전도성 부재(840)를 전기적으로 결합시키는 본체(810)를 통과하여 배치된 전도성 그리드(grid)(도시 생략)에 결합될 수 있다.
도 9a는 연마 재료(900)에 대한 다른 실시 형태를 도시하고 있다. 이 연마 재료(900)는 연마 표면(906)에 배치된 적어도 부분적으로 전도성을 띠는 하나 이상의 전도성 부재(904)를 포함한 본체(902)를 포함한다. 이들 전도성 부재(904)는 일반적으로 프로세싱 동안에 기판 표면에 접촉하도록 되어 있되, 유연성과 탄성을 가진 복수의 섬유, 가닥(strand), 및/또는 플렉시블 핑거(finger)를 포함한다. 이들 섬유는 본 명세서에서 설명되는 바와 같이, 전도성 재료로 코팅된 유전성 재료로 구성된 섬유와 같이, 적어도 부분적으로 전도성을 가진 전도성 재료로 구성된다. 또한, 이들 섬유는 섬유의 유연성 또는 가요성의 양을 감소 또는 증가시키기 위해 실제로는 단단하거나 중공일 수 있다.
도 9a에 도시된 실시 형태에서, 이들 전도성 부재(904)는 베이스(909)에 결합된 복수의 전도성 서브 부재(913)이다. 이들 전도성 서브 부재(903)는 본 명세서에서 설명되는 적어도 부분적으로 전기적 전도성을 가진 전기 전도성 섬유를 포함한다. 이들 서브 부재(913)에 대한 일례는 본 명세서에서 설명되는 바와 같이 금으로 코팅된 나일론 섬유 또는 탄소 섬유를 포함한다. 또한, 상기 베이스(909) 는 전기 전도성 재료를 포함하고, 커넥터(990)에 결합된다. 또, 이 베이스(909)는 연마 동안에 연마 패드 부품으로부터 용해하는 구리와 같은 전도성 재료의 층에 의해 코팅될 수 있으며, 이는 전도성 섬유의 프로세싱 지속시간을 연장시키는 것으로 믿어지고 있다.
상기 전도성 부재(904)는 일반적으로 연마 표면(906) 속에 형성된 함몰부(908) 속에 배치된다. 이들 전도성 부재(904)는 연마 표면(906)에 대해 0°에서 90°까지의 범위에서 배향될 수 있다. 이들 전도성 부재(904)가 연마 표면(906)에 대해 직각 방향으로 배향되는 실시 형태에서, 이들 전도성 부재(904)는 연마 표면(906)에 부분적으로 배치될 수 있다.
상기 함몰부(908)는 하부 장착 부분(910)과 상부 공차 부분(912)을 포함한다. 이 장착 부분(910)은 전도성 부재(904)의 베이스(909)를 수용하도록 구성되어 있고, 억지끼워맞춤, 클램핑, 접착제 또는 다른 방법에 의해 상기 전도성 부재(904)를 보유하도록 구성되어 있다. 상기 공차 부분(912)은 함몰부(908)가 연마 표면(906)과 교차하는 부분에 배치된다. 이 공차 부분(912)은 일반적으로 장착 부분(910)보다 더 큰 횡단면을 가지며, 따라서 연마 동안에 전도성 부재(904)가 기판에 접촉할 때 기판과 연마 표면(906) 사이에 배치되지 않고 휠 수 있다.
도 9b는 전도성 표면(940)과 이에 형성된 복수의 개별 전도성 부재(920)를 포함한 연마 부품(900)에 대한 다른 실시 형태를 나타내고 있다. 이들 전도성 부재(920)는 전도성 재료에 의해 코팅된 유전성 재료의 섬유를 포함하며, 이들 섬유는 연마 부품(205)의 전도성 표면(940)으로부터 수직 방향으로 변위되고, 서로에 대해 수평 방향으로 변위된다. 연마 부품(900)의 전도성 부재(920)는 일반적으로 전도성 표면(940)에 대해 0°에서 90°까지의 범위에서 배향되고, 전도성 표면(940)에 직각인 선에 대해 어떤 극 배향(polar orientation)으로 경사질 수 있다. 이들 전도성 부재(920)는 도 9b에 도시된 바와 같이 연마 패드의 길이에 걸쳐 형성될 수 있지만, 단지 연마 패드의 선택된 영역 내에서만 배치될 수도 있다. 연마 표면 위의 전도성 부재(920)의 접촉 높이는 약 5 밀리미터까지 될 수 있다. 전도성 부재(920)를 구성하는 재료의 직경은 약 1 mil(1인치의 1000분의 1)과 약 10 mil 사이이다. 연마 표면 위의 전도성 부재(920)의 높이와, 전도성 부재(920)의 직경은 수행되는 연마 공정에 따라 변할 수 있다.
이들 전도성 부재(920)는 접촉 압력 하에서 변형하기에 충분한 유연성 또는 탄력성이 있고, 이때 기판 표면에 대한 흠집을 감소시키거나 또는 최소화하면서 기판 표면과의 전기적 접촉을 유지한다. 도 9a 및 도 9b에 도시된 실시 형태에서, 기판 표면은 단지 연마 부품(205)의 전도성 부재(920)에만 접촉할 수 있다. 이들 전도성 부재(920)는 연마 부품(205)의 표면에 균일한 전류 밀도를 제공하도록 배치되어 있다.
이들 전도성 부재(920)는 비전도성 또는 유전성을 가진 접착제 또는 바인더에 의해 전도성 표면에 접착된다. 이 비전도성 접착제는 전도성 표면(940)에 유전성 코팅물을 제공하여 전도성 표면(940)과 어떤 주변 전해액 사이에 전기화학적 장애물을 제공할 수 있다. 이 전도성 표면(940)은 연마 부품(205)의 둥근 연마 패드 또는 선형 편직물 또는 벨트의 형태로 될 수 있다. 일련의 천공(도시 생략)은 이 를 통해 전해액을 유동시키기 위해 전도성 표면(940) 내에 배치될 수 있다.
비록 도시하지는 않았지만, 전도성 판는 회전 압반 또는 선형의 연마 압반 상에 연마 부품(900)을 위치 조정하고 취급하기 위해 종래의 연마 재료의 지지체 패드 상에 배치될 수 있다.
도 10a는 전도성 부재(1004)로 구성된 연마 부품(1000)에 대한 일 실시 형태의 개략적인 사시도를 보여주고 있다. 각각의 전도성 부재(1004)는 일반적으로 제1 단부(1008)와 제2 단부(1010)가 함몰부(1012) 속에 배치되어 있는 루프 또는 링(1006)을 포함하며, 이 함몰부는 연마 표면(1024) 속에 형성되어 있다. 각각의 전도성 부재(1004)는 인접한 전도성 부재에 결합되어 연마 표면(1024) 위로 연장하는 복수의 루프(1006)을 형성할 수 있다.
도 10a에 도시된 실시 형태에서, 각각의 루프(1006)는 전도성 재료에 의해 코팅된 섬유로 제조되고, 함몰부(1012)에 접착된 결속 와이어 베이스(1014)에 의해 결합된다. 이 루프(1006)에 대한 일례는 금으로 코팅된 나일론 섬유이다.
연마 표면 위에 있는 루프(1006)의 접촉 높이는 약 0.5 밀리미터에서 약 2밀리미터까지로 될 수 있고, 루프를 구성하는 재료의 직경은 약 1 mil(1인치의 1000분의 1)과 약 10 mil 사이이다. 상기 결속 와이어 베이스(1014)는 티타늄, 구리, 백금, 또는 백금 코팅 구리와 같은 전도성 재료일 수 있다. 또한, 상기 결속 와이어 베이스(1014)는 연마 동안에 연마 패드 부품으로부터 용해하는 구리와 같은 전도성 재료의 층에 의해 코팅될 수 있다. 상기 결속 와이어 베이스(1014) 표면에 전도성 재료의 층의 용도는 그 아래에 위치한 루프(1006) 재료 또는 결속 와이어 베이스(1014) 재료 보다 우선적으로 용해하여 전도성 부재(1004)의 수명을 연장시키는 희생층인 것으로 믿어지고 있다. 이들 전도성 부재(1004)는 일반적으로 연마 표면(1024)에 대해 0°에서 90°까지의 범위에서 배향될 수 있고, 연마 표면(1024)에 직각인 선에 대해 어떤 극 배향(polar orientation)으로 경사질 수 있다. 이들 전도성 부재(1004)는 전기적 커넥터(1030)에 의해 전원에 결합된다.
도 10b는 전도성 부재(1004)로 구성된 연마 부품(1000)에 대한 다른 실시 형태의 개략적인 사시도를 보여주고 있다. 이 전도성 부재(1004)는 본 명세서에서 설명되는 바와 같이, 전도성 재료로 코팅된 섬유로 구성된 와이어로 된 단일 코일(1005)를 포함한다. 이 코일(1005)은 베이스(1014) 상에 배치된 전도성 부재(1007)에 결합된다. 이 코일(1005)은 전도성 부재(1007)를 둘러쌀 수 있고, 베이스(1014)를 둘러쌀 수 있고, 베이스(1014)의 표면에 접착될 수 있다. 전도성 막대 부재는 금과 같은 전도성 재료를 포함하고, 일반적으로는 어떤 전해액이 연마 공정에서 사용되고 있는 상태에서도 금 또는 백금과 같이 화학적으로 불활성인 전도성 재료를 포함한다. 선택적으로, 구리와 같은 희생 재료의 층(1009)은 베이스(1014) 상에 배치된다. 이 희생 재료의 층(1009)은 일반적으로 전도성 부재(1007)보다 더 화학적으로 활성을 띠는 활성 재료, 예컨대 구리인데, 이는 연마 공정의 전해 연마 상태 또는 애노드 용해 상태 동안 전도성 부재(1007)와 코일(1005)의 재료와 비교하여 화학적 활성 재료를 우선적으로 제거하기 위한 것이다. 이 전도성 부재(1007)는 전기적 커넥터(1030)에 의해 전원에 결합될 수 있다.
상기 전도성 부재와 본체 사이에는 바이어싱 부재가 배치되어, 연마 동안에 전도성 부재를 본체로부터 멀어지게 하면서 기판 표면과 접촉 상태로 만드는 바이어스를 제공할 수 있다. 이 바이어싱 부재(1018)에 대한 일례는 도 10b에 도시되어 있다. 그러나, 본 발명은 본 명세서, 예컨대 도 8a 내지 도 8d, 도 9a, 도 10a 내지 도 10d에 도시된 전도성 부재가 바이어싱 부재를 사용할 수 있다는 것도 고려하고 있다. 이 바이어싱 부재는 압축 스프링, 판 스프링, 코일 스프링, 발포 폴리우레탄(예컨대, PORON
폴리머)와 같은 발포 폴리머, 엘라스토머, 블래더(bladder), 또는 전도성 부재를 바이어싱할 수 있는 다른 부재 또는 디바이스를 포함하여, 탄력적인 재료 또는 디바이스일 수 있다. 또한, 바이어싱 부재는 유연한 포움 또는 공압 연질 튜브와 같은 유연하거나 탄력적인 재료일 수 있는데, 이 재료는 연마되는 기판 표면을 향해 전도성 부재를 바이어싱시키고 그 기판 표면과 접촉을 개선시킬 수 있다. 바이어싱된 전도성 부재는 연마 부품의 표면과 함께 평면을 형성할 수도 있고, 연마 부품의 표면의 평면 위로 연장할 수도 있다.
도 10c는 기판의 중심에서 가장자리까지 방사형 패턴으로 배치된 복수의 전도성 부재(1004)로 구성된 연마 부품(1000)에 대한 다른 실시 형태의 개략적인 사시도를 보여주고 있다. 복수의 전도성 부재는 서로에 대해 15°, 30°, 45°, 60°및 90°의 간격으로 변위될 수 있거나, 원하는 다른 어떤 조합으로 될 수 있다. 이들 전도성 부재(1004)는 일반적으로 기판의 연마용으로 전류 또는 동력을 균일하게 인가하도록 이격되어 있다. 또한, 이들 전도성 부재는 서로 접촉하지 않도록 이격될 수 있다. 본체(1026)의 유전성 연마 재료의 웨지(wedge) 부분(1004)은 전 도성 부재(1004)를 전기적으로 절연시키도록 구성될 수 있다. 스페이서 또는 오목한 영역(1060)도 역시 전도성 부재들(1004)을 서로에 대해 절연시키기 위해 연마 부품 속에 형성된다. 이들 전도성 부재(1004)는 도 10a에 도시된 바와 같이 루프의 형태일 수 있거나, 도 9b에 도시된 바와 같이 수직 방향으로 연장하는 섬유들일 수 있다.
도 10d는 도 10a의 전도성 부재(1004)에 대한 변형 실시 형태의 개략적인 사시도를 보여주고 있다. 이 전도성 부재(1004)는 본 명세서에서 설명되는 바와 같이 제1 단부(1008)와 제2 단부(1010)가 함몰부(1012) 속에 배치되어 있는 교직된 전도성 섬유(1006)의 그물망 또는 직물을 포함하여 기판과 접촉하기 위한 하나의 연속적인 전도성 표면을 형성하며, 이 함몰부는 연마 표면(1024) 속에 형성되어 있다. 이 그물망 또는 직물은 교직된 섬유의 하나 이상의 층으로 구성될 수 있다. 전도성 부재(1004)를 포함한 그물망 또는 직물은 도 10d에 단일 층으로서 예시되어 있다. 이 전도성 부재(1004)는 전도성 베이스(1014)에 결합될 수 있고, 도 10a에 도시된 바와 같이 연마 표면(1024) 위로 연장할 수 있다. 이 전도성 부재(1004)는 전도성 베이스(1014)에 접속된 전기적 커넥터(1030)에 의해 전원에 결합될 수 있다.
도 10e는 루프(1006)가 내부에 형성되어 있는 전도성 부재(1004)를 형성하는 연마 부품의 본체(1026)에 전도성 부재를 고정하는 다른 실시 형태의 개략적인 부분 사시도이다. 통로(1050)가 연마 부품의 본체(1026) 속에 형성되고, 전도성 부재(1004)용의 홈(1070)과 교차한다. 이 통로(1050) 속에는 삽입체(1055)가 배치된 다. 이 삽입체(1055)는 금과 같은 전도성 재료 또는 전도성 부재(1006)와 동일한 재료를 포함한다. 다음에, 통로 (1050) 속에 커넥터(1030)가 배치될 수 있고, 이 커넥터(1030)는 삽입체(1055)와 접촉될 수 있다. 이 커넥터(1030)는 전원과 결합된다. 상기 전도성 부재(1004)의 단부들(1075)은 동력 흐름을 위해 삽입체(1055)와 접촉될 수 있다. 다음에, 상기 전도성 부재(1004)의 단부들(1075)과 커넥터들(1030)은 유전성 삽입체(1060)에 의해 전도성 삽입체(1055)에 고정된다. 본 발명은 전도성 부재(1004)의 모든 루프(1006)를 위해 통로들을 사용하는 것도 고려하고 있는데, 이들 통로는 전도성 부재(1004)의 길이를 따라 일정 간격으로, 또는 전도성 부재(1004)의 종단부들에만 사용된다.
도 11a 내지 도 11c는 본 명세서에서 설명되는 전도성 재료의 루프 또는 링의 탄성 능력을 예시하는 개략적인 일련의 측면도들이다. 연마 부품(1100)은 패드 지지체(1130) 상측에 형성된 서브 패드(1120)에 배치된 연마 표면(1110)을 포함하며, 이 서브 패드 속에는 홈 또는 함몰부(1140)가 형성되어 있다. 전도성 부재(1142)는 전도성 재료에 의해 코팅된 유전성 재료의 루프 또는 링(1150)을 포함하며, 이 링은 함몰부(1170) 속에서 베이스(1155) 상에 배치되고, 전기적인 접촉부(1145)와 결합된다. 기판(1160)은 연마 부품(1100)과 접촉하고, 연마 부품(1100)의 표면에 대해 상대적인 운동을 한다. 기판이 전도성 부재(1142)와 접촉함에 따라, 루프(1150)는 도 11b에 도시된 바와 같이 기판(1160)과 전기적인 접촉을 유지하면서 함몰부(1140) 속으로 눌린다. 기판이 충분한 거리로 이동하여 전도성 부재(1142)와 더 이상 접촉하지 않는 경우, 탄성 루프(1150)는 도 11c에 도시된 바와 같이 추가의 프로세싱을 위해 압축되지 않은 형성으로 복귀한다.
또한, 전도성 연마 패드에 대한 예들은 2001년 12월 27일 자로 출원된 미국 특허 가출원 제10/033,732호에 기재되어 있으며, 이 문헌은 전체적으로 인용에 의해 본원에 병합되어 있다.
동력 인가
동력부는 본 명세서에서 설명되는 바와 같이 커넥터 또는 동력 이송 장치를 이용함으로써 전술한 연마 부품(205)에 결합될 수 있다. 동력 이송 장치는 2001년 12월 27일 자로 출원된 미국 특허 가출원 제10/033,732호에 더욱 충분하게 기재되어 있으며, 이 문헌은 전체적으로 인용에 의해 본원에 병합되어 있다.
도 11a 및 도 11c를 다시 참조하면, 동력부는 전기적인 접촉부(1145)의 사용에 의해 전도성 부재(1140)에 결합될 수 있는데, 이 접촉부는 연마 패드 속에 형성된 홈 또는 함몰부(1170)에 배치된 전도성 판 또는 장착부를 포함한다. 도 11a에 도시된 실시 형태에서, 전도성 부재(1140)는 금과 같은 금속제의 판 상에 장착되며, 이 판는 도 2에 도시된 바와 같이 연마 부품(1100)과 함께 디스크(206)와 같은 지지체 상에 장착된다. 선택적으로, 전기적 접촉부는 전도성 부재와 연마 패드 재료 사이에서, 예컨대 도 8a 및 도 8b에 도시된 바와 같이 전도성 부재(840)와 본체(810) 사이에서 연마 패드 재료 상에 배치될 수 있다. 다음에, 이들 전기적 접촉부는 도 8a 내지 도 8d에서 전술한 바와 같이 리드(lead; 도시 생략)에 의해 전원에 결합된다.
도 12a 내지 도 12d는 전원(도시 생략)에 접속된 연장부를 포함한 연마 부품에 대한 실시 형태의 개략적인 평면도 및 측면도이다. 이 전원은 ＥＣＭＰ 공정에서 애노드 용해를 위해 기판 표면에 대한 전류 이송 능력, 즉 애노드 바이어스를 제공한다. 이 전원은 하나 이상의 전도성 접촉부에 의해 연마 부품에 접속될 수 있으며, 이 전도성 접촉부는 연마 부품의 전도성 연마 부분 및/또는 부품 지지체 부분 둘레에 배치된다. 하나 이상의 전원이 기판 표면의 일부를 가로질러 다양한 바이어스 또는 전류를 발생시킬 수 있도록 하나 이상의 접촉부에 의해 연마 부품에 접속될 수 있다. 선택적으로, 하나 이상의 리드가 전도성 연마 부분 및/또는 부품 지지체 부분 속에 형성될 수 있고, 이들 부분은 전원에 결합된다.
도 12a는 전도성 커넥터에 의해 전원에 결합된 전도성 연마 패드에 대한 일 실시 형태의 평면도이다. 전도성 연마 부분은 연장부들, 예컨대 어깨부 또는 개개의 플러그를 포함할 수 있고, 이들 연장부는 부품 지지체 부분(1220)보다 더 큰 너비 또는 직경으로 전도성 연마 부분(1210) 속에 형성된다. 이들 연장부는 커넥터(1225)에 의해 전원에 결합되어, 연마 부품(205)에 전류를 공급한다. 도 12b에서, 연장부들(1215)은 전도성 연마 부분(1210)의 평면에 대해 평행하게 또는 평면으로부터 측방향으로 연장하도록 형성될 수 있고, 연마 지지체 부분(1220)의 직경을 초과하여 연장한다. 천공 및 홈 형성에 대한 패턴은 도 6에 도시된 바와 같다.
도 12b는 와이어와 같은 전도성 통로(1232)를 경유하여 전원(도시 생략)에 결합되는 커넥터(1225)에 대한 일 실시 형태의 개략적인 횡단면도이다. 이 커넥터 는 전도성 통로(1232)에 접속된 전기적 커플링(1234)을 포함하고, 나사와 같은 전도성 파스너(1230)에 의해 연장부(1215)의 전도성 연마 부분(1210)에 전기적으로 결합된다. 볼트(1238)는 전도성 파스너(1230)에 결합될 수 있고, 이 전도성 파스너는 이들 사이에 전도성 연마 부분(1210)을 고정시킨다. 와셔와 같은 스페이서(1236)가 전도성 연마 부분(1210), 파스너(1230) 및 볼트(1238) 사이에 배치될 수 있다. 이 스페이서(1236)는 전도성 재료를 포함할 수 있다. 상기 파스너(1230), 전기적 커플링(1234), 스페이서(1236) 및 볼트(1238)는 전도성 재료, 예컨대 금, 백금, 티타늄, 알루미늄 또는 구리로 제조될 수 있다. 전해액과 반응할 수 있는 재료, 예컨대 구리가 사용되는 경우, 이 재료는 백금과 같이 전해액과의 반응에 불활성인 재료 속에 피복될 수 있다. 비록 도시하지는 않았지만, 전도성 파스너에 대한 변형 실시 형태는 전도성 클램프, 전도성 접착 테이프 또는 전도성 접착제를 포함할 수 있다.
도 12c는 도 2에 도시된 바와 같이 압반 또는 디스크(206)의 상부면과 같이, 지지체(1260)를 경유하여 전원(도시 생략)에 결합된 커넥터(1225)에 대한 일 실시 형태의 개략적인 횡단면도이다. 이 커넥터(1225)는 연장부(1215)의 전도성 연마 부분(1210)을 관통하여 지지체(1260)와 결합하기에 충분한 길이를 가진 나사 또는 볼트와 같은 파스너(1240)를 포함한다. 스페이서(1242)는 전도성 연마 부분(1210)과 파스너(1240) 상에 배치될 수 있다.
지지체는 일반적으로 파스너(1240)를 수용하도록 되어 있다. 소구멍(1246)이 지지체(1260)의 표면 속에 형성되어 도 12c에 도시된 바와 같이 파스너를 수용 할 수 있다. 선택적으로, 전기적 커플링은 파스너(1240)와 전도성 연마 부분(1210) 사이에 배치될 수 있고, 이때 파스너(1240)는 지지체(1260)와 결합된다. 이 지지체(1260)는 전도성 연마 부분(1210)과 전기적으로 접속하기 위해, 와이어와 같은 전도성 통로(1232)에 의해 전원에 접속될 수 있거나, 연마 압반 또는 챔버의 외부에 있는 전원에 접속될 수 있거나, 연마 압반 또는 챔버에 합체된 전원에 접속될 수 있다. 이 전도성 통로(1232)는 지지체(1260)과 일체로 될 수 있거나, 도 12b에 도시된 바와 같이 지지체(1260)로부터 연장할 수 있다.
다른 실시 형태에서, 파스너(1240)는 도 12d에 도시된 바와 같이 전도성 연마 부분(1215)을 통과해서 볼트(1248)에 의해 고정되는 지지체(1260)의 일체형 연장부일 수 있다.
도 12e 및 도 12f는 동력 커플링(1285)이 연마 부분(1280)과 부품 지지체 부분(1290) 사이에 배치되어 있는 연마 부품(1270)에 동력을 공급하는 다른 실시 형태의 개략적인 측면도 및 분해 사시도이다. 이 연마 부분(1280)은 본 명세서에서 설명되는 바와 같이 전도성 연마 재료로 제조될 수 있거나, 본 명세서에서 설명되는 바와 같이 복수의 전도성 부재(1275)를 포함할 수 있다. 이들 전도성 부재(1275)는 도 12f에 도시된 바와 같이 서로에 대해 물리적으로 절연될 수 있다. 연마 표면 속에 형성된 이들 전도성 부재(1275)는 자신의 전도성 베이스에 의한 것처럼 동력 커플링(1285)에 전기적으로 접촉하도록 되어 있다.
상기 동력 커플링(1285)은 전도성 부재(1275)를 상호 접속시키는 와이어, 전도성 부재(1275)를 상호 접속시키는 다수의 병렬 와이어, 전도성 부재(1275)를 독 립적으로 접속시키는 다수의 와이어, 또는 전도성 부재(1275)를 하나 이상의 전원에 접속시키는 부재를 상호 접속시키는 와이어 그물망을 포함한다. 독립형 와이어 및 부재에 결합되는 독립형 전원은 인가된 동력을 변화시킬 수 있으며, 이에 반해 상호 접속된 와이어 및 부재는 균일한 동력을 부재에 공급할 수 있다. 동력 커플링은 연마 부품의 직경 또는 너비 중의 일부 또는 전부를 덮을 수 있다. 도 12f의 동력 커플링(1285)은 부재(1275)를 접속시키는 용소를 상호 접속시키는 와이어 그물망의 일례이다. 이 동력 커플링(1285)은 와이어와 같은 전도성 통로(1287)에 의해 전원에 접속될 수 있거나, 연마 압반 또는 챔버의 외부에 있는 전원에 접속될 수 있거나, 연마 압반 또는 챔버에 합체된 전원에 접속될 수 있다.
연마 표면 속의 연마용 부재
도 14a 및 도 14b는 전도성 부품(1400)에 대한 다른 실시 형태의 평면도 및 단면도이다. 이 전도성 부품(1400)은 자신(1400)의 전도성 부분(1404)의 연마 표면(1402)로부터 연장하는 연마용 피처를 포함한다. 이 연마용 피처는 상기 도 3을 참조로 하여 설명된 연마용 입자들일 수 있거나, 도 14a 및 14b에 도시된 바와 같이 개별의 연마용 부재(1406)일 수 있다.
일 실시 형태에서, 상기 연마용 부재(1406)는 각각의 슬롯(1408)에 수용된 막대이며, 이 슬롯은 전도성 부품(1400)의 연마 표면(1402) 속에 형성되어 있다. 이들 연마용 부재(1406)는 일반적으로 연마 표면(1402)으로부터 연장하고, 연마되는 기판의 금속 표면의 부동태 층을 제거하도록 구성되며, 이에 의해 프로세싱 동 안에 연마 비율을 향상시킨다. 이들 연마용 부재(1406)는 금속 표면에 형성된 부동태 층을 파괴하기에 충분히 강한 세라믹, 무기질, 유기질 또는 폴리머 재료로부터 형성될 수 있다. 일례로서는 전도성 부품(1400) 속에 배치된 폴리우레탄 패드와 같이, 종래의 연마 패드로 제조된 막대 또는 스트립(strip)이다. 도 14a 및 도 14b에 도시된 실시 형태에서, 연마용 부재(1406)는 적어도 약 30 쇼어 d 경도를 가질 수 있거나, 연마되는 재료의 부동태 층을 연마하기에 충분히 경질이다. 일 실시 형태에서, 연마용 부재(1406)들은 구리보다 더 경질이다. 폴리머 입자들은 주변 전도성 부분(1404)에 대해 연마용 부재(1406)의 마모율을 조정하기 위해 경질이거나 해면질일 수 있다.
이들 연마용 부재(1406)는 연마 표면(1402)에 다양한 기하학적 또는 무작위 구성으로 이루어질 수 있다. 일 실시 형태에서, 이들 연마용 부재(1406)는 연마 표면(1402)에 쉽게 배향된다. 그러나, 이들 연마용 부재(1406)의 다른 배향, 예컨대 나선형, 격자형, 병렬형 및 동심형 배향도 기타의 배향들 중에서 고려되고 있다.
일 실시 형태에서, 탄성 부재(1410)는 연마용 부재들(1406)과 전도성 부분(1404) 사이의 개개의 슬롯(1408) 속에 배치될 수 있다. 이 탄성 부재(1410)로 인해, 이들 연마용 부재(1406)는 전도성 부분(1404)에 대해 상대적으로 운동할 수 있으며, 이에 따라 상기 탄성 부재는 연마 동안 부동태 층의 더 균일한 제거를 위해 높은 순응도를 기판에 제공한다. 게다가, 탄성 부재(1410)의 순응도는 연마용 부재(1406)와 전도성 부분(1404)의 연마 표면(1402)에 의해 기판에 인가되는 상대 압력을 조정하도록 선택될 수 있으며, 이에 따라 부동태 층의 제거율을 부동태 층의 형성률과 비교하여 균형을 맞추며, 그 결과 연마되는 금속 층은 연마용 부재(1406)에 최소로 노출되어 잠정적인 흠집 발생을 최소화한다.
연마 표면으로부터 연장하는 전도성 볼
도 15a 내지 도 15d는 전도성 부품(1500)에 대한 다른 실시 형태의 평면도 및 단면도들이다. 이 전도성 부품(1500)은 전도성 롤러(1506)를 포함하며, 이 전도성 롤러는 전도성 부품(1500)의 상부(1504)의 연마 표면(1502)으로부터 연장한다. 이들 롤러(1506)는 연마 동안 기판에 의해 연마 표면(1502)과 동일한 평면 아래로 강제될 수 있다. 전도성 부품(1500) 속에 매립된 전도성 롤러들은 프로세싱 동안 벌크 연마 기판의 높은 제거율을 위해 고전압으로 외부 전원(1536)에 결합된다.
이들 전도성 롤러(1506)는 상부(1504)에 고정될 수 있거나, 자유롭게 롤링할 수 있다. 이들 전도성 롤러(1506)는 프로세싱 동안에 기판을 긁지 않도록 구성된 볼, 원통체, 핀, 타원체 또는 기타 형상일 수 있다.
도 15b에 도시된 실시 형태에서, 상기 전도성 롤러(1506)는 하나 이상의 전도성 캐리어(1520) 속에 배치된 복수의 볼이다. 각각의 전도성 캐리어(1520)는 슬롯(1508) 속에 배치되며, 이 슬롯은 전도성 부품(1500)의 연마 표면(1502) 속에 형성되어 있다. 일반적으로, 이들 전도성 롤러(1506)는 어떤 전도성 재료로부터 성형될 수 있거나, 전도성 피복물(1524)로 부분적으로 코팅된 코어(1522)로부터 성형 될 수 있다. 도 15b에 도시된 실시 형태에서, 상기 전도성 롤러(1506)는 연질 전도성 재료(1524)에 의해 적어도 부분적으로 피복된 폴리머 코어(1522)를 포함하며, 그 일례는 ＴＯＲＬＯＮ
또는 구리 또는 기타의 전도성 재료의 층으로 코팅된 다른 폴리머 코어이다. 기타의 연질 전도성 재료(1524)는 은, 구리, 주석 등을 포함하지만, 이들에 한정되지는 않는다.
일 실시 형태에서, 폴리머 코어(1522)는 폴리우레탄과 같은 탄력적 또는 탄성적 재료로부터 선택될 수 있으며, 이 재료는 롤러(1506)가 연마 동안 기판과 접촉 상태로 될 때 변형된다. 코어(1522)용으로 이용될 수 있는 재료에 대한 일부 예들은 탄성 유기질 폴리머, 에틸렌-프로필렌-디엔(EDPM), 폴리알켄, 폴리알킨, 폴리에스테르, 폴리아로매틱 알켄/알킨, 폴리이미드, 폴리카보네이트, 폴리우레탄, 및 이의 조합물을 포함한다. 코어 재료에 대한 기타의 예들은 실록산과 같은 무기질 폴리머, 또는 폴리실리콘 및 폴리실란과 같은 유기질 및 무기질 조합형 물질을 포함한다. 롤러(1506)가 변형함에 따라, 롤러(1506)와 기판 사이의 접촉 영역이 층가하고, 이에 따라 롤러(1506)와, 기판 상에 배치된 전도층 사이의 전류 흐름을 향상시키며, 이에 의해 연마 결과를 개선시킨다.
선택적으로, 상기 폴리머 코어(1522)는 연질 전도성 재료(1524)를 가진 코어(1522)의 피복물을 선택적으로 만들기 위해 전도성을 가지게 할 수 있다. 예를 들면, 상기 폴리머 코어(1522)는 기타 전도성 재료들 중에서 금속, 전도성 탄소 또는 흑연과 같은 기타 전도성 원소들에 의해 도핑될 수 있다.
상기 전도성 롤러(1506)는 연마 표면(1502)에 다양한 기하학적 또는 무작위 구성으로 배열될 수 있다. 일 실시 형태에서, 이들 전도성 롤러(1506)는 연마 표면(1502)에 반경 방향으로 배향된다. 그러나, 이들 전도성 롤러(1506)의 다른 배향, 예컨대 나선형, 격자형, 병렬형 및 동심형 배향도 기타의 배향들 중에서 고려되고 있다.
도 15b에 도시된 실시 형태에서, 탄성 부재(1510)는 전도성 캐리어들(1520)과 전도성 부분(1504) 사이의 개개의 슬롯(1508) 속에 배치될 수 있다. 이 탄성 부재(1510)로 인해, 이들 전도성 롤러(1506) [및 캐리어(1520)]는 전도성 부분(1504)에 대해 상대적으로 운동할 수 있으며, 이에 따라 상기 탄성 부재는 연마 동안 더욱 균일한 전기적 접촉을 위해 높은 순응도를 기판에 제공한다.
도 15c에 도시된 실시 형태에서, 상기 전도성 롤러(1506)는 각각 디스크(206)에 결합된 복수의 전기적 절연 하우징(1530) 속에 배치된다. 각각의 하우징(1530)은 용접, 접착제, 스테이킹(staking), 또는 다른 방법에 의해 디스트(206)에 결합될 수 있다. 도 7c에 도시된 실시 형태에서, 이들 하우징(1530)은 디스크(206) 속으로 나사 결합된다.
상기 하우징(1530)은 일반적으로 디스크(206)와 연마 표면(1502)의 평면에 대해 수직 방향으로, 즉 직각 방향으로 전도성 롤러(1506)가 움직일 수 있는 중공 원통체이다. 상기 하우징(1530)의 상단부는 경사진 안착부(1532)를 포함하는데, 이 안착부는 전도성 롤러(1506)가 하우징(1530)의 상단부를 통해 빠져나오는 것을 방지한다. 이 안착부(1532)는 프로세싱 동안에 전도성 롤러(1506)의 외주 중의 적어도 일부가 하우징(1530) 밖으로 연장해서 기판(114)에 접촉할 수 있도록 구성되 어 있다.
접촉 수단(1534)은 전도성 롤러(1506)와 전원(1536) 사이에 전기적 접촉을 유지하도록 구성되어 있다. 이 접촉 수단(1534)은 스프링 성형체, 압축 스프링, 전도성 베어링 등과 같은 어떤 형태의 전도성 탄성 부재, 또는 하우징(1530) 내에서 전도성 롤러(1506)의 상이한 위치들 사이에서 전기적 접속을 유지시킬 수 있는 다른 디바이스일 수 있다. 이 접촉 수단(1534)은 각각의 하우징(1530)의 하단부 속에 배치된다. 일 실시 형태에서, 이 접촉 수단(1534)은 판 스프링이다. 이 접촉 수단(1534)은 디스크(206)로부터 멀리 전도성 롤러(1506)를 바이어싱시키고, 안착부(1532)에 대해 전도성 롤러(1506)를 바이어싱시키는 데에 이용될 수 있다.
선택적으로, 전해액 공급기(1544)로부터 공급된 전해액은 하우징(1530)을 통과하고, 안착부(1532)와 롤러(1506) 사이의 하우징(1530)을 빠져 나온다. 하우징(1530)을 빠져 나온 전해액의 흐름은 디스크(206)로부터 멀리 전도성 롤러(1506)를 바이어싱시킨다.
또 다른 실시 형태에서, 상기 전도성 롤러(1506)는 전해액보다 작은 비중(specific gravity)으로 구성될 수 있으며, 그 결과 하우징(1530)이 전해액으로 적어도 부분적으로 채워지는 경우에 전도성 롤러(1506)의 부력은 디스크(206)로부터 멀리 전도성 롤러(1506)를 바이어싱시킨다. 선택적으로, 이 전도성 롤러(1506)는 자신(1506)의 부력을 증가시키지만 관성을 감소시키기 위해 중공(中空)일 수 있다. 본 발명에서 이익을 얻도록 구성될 수 있는 접촉 부재를 통해 전원에 결합된 롤러를 포함한 하우징은 전술한 미국 특허 출원 제10/211,626호에 기재되어 있다.
패드 조립체(1540)가 디스크(206) 상에 배치된다. 이 패드 조립체(1540)는 복수의 제1 소구멍(1542)를 포함하며, 이들 소구멍은 자신을 통해 하우징(1530)이 적어도 부분적으로 연장할 수 있도록 구성되어 있다. 일반적으로, 이 하우징(1530)은 전도성 롤러(1506)의 외주의 일부분이 패드 조립체(1540) 위로 연장할 수 있도록 구성된 높이를 가지며, 그 결과 전도성 롤러(1506)는 프로세싱 동안에 기판(114)에 의해 패드 조립체(1540)의 연마 표면(1502)과 실질적으로 동일한 높이의 위치로 변위될 수 있다.
도 15c에 도시된 실시 형태에서, 상기 패드 조립체(1540)는 유전층(1550), 서브패드(1552) 및 전극(1544)을 포함한다. 이들 유전층(1550), 서브패드(1552) 및 전극(1544)은 예컨대 가압 몰딩, 스테이킹, 파스닝, 접착, 본딩 또는 다른 결합 방법에 의해 대체형 유닛으로서 함께 결합될 수 있다.
이 유전층(1550)은 전술한 전도성 부분(310)과 비슷할 수 있다. 상기 서브패드(1552)는 전술한 부품 지지체 부분(320)과 비슷할 수 있다. 상기 전극(1554)은 전술한 전극(204)와 비슷할 수 있다.
제2 세트의 소구멍들(1544)(이들 중의 하나가 도 15c에 도시되어 있음)은 적어도 유전층(1550)과 서브패드(1552)를 관통 형성될 수 있고, 이에 따라 패드 조립체(1540) 상에 배치된 전해액이 전극(1554)과 기판(114) 사이의 전류 경로를 제공할 수 있다. 선택적으로, 소구멍(1544)은 전극(1554) 속으로 또는 통과하여 연장할 수 있다. 윈도우(도시 생략)는 또한 도 7f를 참조로 하여 전술한 바와 같이, 공정 제어를 돕기 위해 패드 조립체(1540) 속에 형성될 수 있다.
도 15d에 도시된 실시 형태에서, 패드 조립체(1560)는 적어도 전도층(1562), 서브패드(1564) 및 전극(1544)을 포함한다. 이들 전도층(1562), 서브패드(1564) 및 전극(1544)은 대체형 유닛으로서 함께 결합될 수 있다. 이 패드 조립체(1560)는 하우징(1530)과 제2 소구멍(1572)을 수용하도록 구성된 제1 소구멍(1570)을 포함할 수 있고, 이에 따라 패드 조립체(1560) 상에 배치된 전해액이 전극(1554)과 기판(114) 사이의 전류 경로를 형성할 수 있다. 윈도우(도시 생략)는 또한 전술한 바와 같이, 패드 조립체(1560) 속에 형성될 수 있다.
일 실시 형태에서, 전도층(1562)과 서브패드(1564)는 전술한 연마 부품(205)의 전도층(310) 및 부품 지지체 부분(320)과 유사하게 구성될 수 있다. 선택적으로, 상기 패드 조립체(1560)는 전도성 백킹(1566)과 전도층(1562)과 서브패드(1564) 사이에 배치된 중간 패드(1568)를 포함할 수 있다. 이들 전도성 백킹(1566)과 중간 패드(1568)는 이하에서 "중간 패드를 포함한 전도성 부품"이라는 표제 하에서 설명되는 전도성 백킹과 중간 패드와 유사하게 구성될 수 있다.
이 전도성 백킹(1566)은 일반적으로 스위치(1574)를 통해 전원(1536)에 결합된다. 이 전도성 백킹(1566)은 전도층(1562)의 뒤쪽을 가로질러 전위차를 균일하게 분포시키며, 그 결과 균일한 전류가 프로세싱 동안에 전도층(1562)과 기판(114) 사이에서 기판(114)의 직경부를 가로질러 공급된다.
프로세싱 동안, 상기 스위치(1574)는 롤러(1506)를 전원(1536)에 전기적으로 결합시키는 제1 상태로 배치되며, 이때 상기 스위치는 전도성 백킹(1566)과 전 원(1536) 사이의 회로를 개방시킨다. 롤러들(1506)은 기판(114)과 전극(1554) 사이에 상대적으로 많은 전류 흐름을 허용하고, 이에 의해 기판으로부터 전도층의 벌크 제거를 촉진시킨다. 일단 전도층이 거의 제거되면, 스위치(1574)는 전도성 백킹(1566)을 전원(1536)에 전기적으로 결합시키는 제2 상태로 배치되며, 이때 상기 스위치는 롤러(1506)과 전원(1536) 사이의 회로를 개방시킨다. 이 전도성 백킹(1566)은 전도층(1562)의 너비를 가로질러 실질적으로 균일한 전위차를 제공하여 기판으로부터 잔류 잔도성 재료의 제거를 촉진시킨다. 따라서, 기판에 대해 벌크 및 잔류 양자의 전도성 재료의 제거는 패드 조립체(1540)로부터 기판을 상승시키는 일없이 단일의 압반 상에서 수행될 수 있다. 본 발명으로부터 이익을 얻도록 구성될 수 있는 기타 패드 조립체에 대한 예들은 도 16 내지 도 18을 참조로 하여 후술된다. 또한, 전술한 패드 조립체들과 연마 성능을 감지하는 것을 지원하는 윈도우를 합체한 패드 조립체들을 포함하여 기타 패드 조립체들이 이용될 수 있다는 것도 고려되고 있다.
중간 패드를 포함한 전도성 부품
도 16은 전도성 부품(1600)에 대한 다른 실시 형태의 단면도이다. 이 전도성 부품(1600)은 일반적으로 연마 동안에 기판에 접촉하도록 된 전도성 부분(1602)과, 부품 지지체 부분(1604)과, 이들 전도성 부분(1602)과 부품 지지체 부분(1604) 사이에 샌드위치식 삽입된 중간 패드(1606)를 포함한다. 이들 전도성 부분(1602)과 부품 지지체 부분(1604)은 본 명세서에서 설명되는 실시 형태들의 하나, 또는 이들의 균등물과 유사하게 구성될 수 있다. 접착제(1608)의 층이 중간 패드(1606)의 모든 측면에 제공되어, 중간 패드(1606)를 부품 지지체 부분(1604)과 전도성 부분(1602)에 결합시킬 수 있다. 이들 전도성 부분(1602), 부품 지지체 부분(1604) 및 중간 패드(1606)는 다른 방법에 의해 결합될 수도 있고, 이에 의해 전도성 부품(1600)의 구성 부재들을 그 수명을 다한 후에 단일 유닛으로서 쉽게 교체될 수 있게 해주며, 전도성 부품(600)의 교체, 재고 및 주문 관리를 단순화시킨다.
선택적으로, 상기 지지체 부분(1604)은 전극(204)에 결합될 수 있고, 단일 유닛으로서 전도성 부품(1600)과 교체될 수 있다. 이 전도성 부품(1600)은 선택적으로 전극(204)을 포함하여 윈도우를 포함할 수도 있으며, 이 윈도우는 도 7f를 참조로 하여 도시되고 설명된 바와 같이 전도성 부품을 통해 형성된다.
상기 중간 패드(1606)는 일반적으로 부품 지지체 부분(1604)보다 더 경질이고, 전도성 부분(1602)보다 훨씬 더 경질이다. 본 발명은 중간 패드(1606)가 선택적으로 전도성 부분(1602)보다 더 연질일 수 있다는 것도 고려하고 있다. 중간 패드(1606)의 경도는 전도성 부품(1600)에 강성을 제공하도록 선택되며, 이는 전도성 부분(1602)과 부품 지지체 부분(1604)의 기계적 수명을 연장시키면서 전도성 부품(1600)의 완충 특성을 개선시키며, 연마된 기판이 더 광범위하게 평탄해진다. 일 실시 형태에서, 상기 중간 패드(1606)는 약 80 쇼어 d 이하 또는 이와 동일한 경도를 가지며, 상기 부품 지지체 부분(1604)은 약 80 쇼어 a 이하 또는 이와 동일한 경도를 가지지만, 상기 전도성 부분(1602)은 약 100 쇼어 d 이하 또는 이와 동일한 경도를 가진다. 다른 실시 형태에서, 상기 중간 패드(1606)는 약 35 mil 이 하 또는 이와 동일한 두께를 가지지만, 상기 전도성 부분(1602)은 약 100 mil 이하 또는 이와 동일한 두께를 가진다.
상기 중간 패드(1606)는 유전성 재료로 제조될 수 있으며, 이 유전성 재료는 전도성 부품(1600)을 구성하는 라미네이트 [즉, 전도성 부분(1602), 중간 패드(1606) 및 부품 지지체 부분(1604)의 적층부]를 통해 전기 통로가 형성되는 것을 허용한다. 이 전기 통로는 상기 전도성 부품(1600)이 전해액과 같은 전도성 유체에 침지되거나 덮힐 때에 형성될 수 있다. 전도성 부품(1600)을 통해 전기 통로가 형성되는 것을 촉진하기 위해, 중간 패드(1606)는 투과 가능형 및 천공형 중의 적어도 하나일 수 있고, 이에 따라 전해액이 중간 패드를 통과할 수 있다.
일 실시 형태에서, 상기 중간 패드(1606)는 전해액과 전기화학적 공정과 양립할 수 있는 유전성 재료로 제조된다. 적합한 재료들은 폴리우레탄, 폴리에스테르, 마일라 시트, 에폭시, 폴리카보네이트 등과 같은 폴리머를 포함한다.
선택적으로, 전도성 백킹(1610)은 중간 패드(1606)와 전도성 부분(1602) 사이에 배치될 수 있다. 이 전도성 백킹(1610)은 일반적으로 전도성 부분(1602)을 가로질러 전위차를 동일하게 만들고, 이에 의해 연마 균일성을 향상시킨다. 전도성 부분(1602)의 연마 표면을 가로질러 동일한 전위차를 가지면, 특히 전도성 재료가 더 이상 연속 필름이 아닌 잔류 재료(즉, 개별적인 섬 모양의 필름 잔류물)인 경우에도 전도성 부분(1602)과 연마되는 전도성 재료 사이에 우수한 전기적 접촉이 보장된다. 게다가, 상기 전도성 백킹(1610)은 전도성 부분(1602)에 기계적 강도를 제공하며, 이에 의해 전도성 부품(1600)의 수명을 증가시킨다. 이 전도성 백 킹(1610)의 이용은 전도성 부분에 걸리는 저항이 약 500 m-Ω보다 더 크고, 전도성 부분(1602)의 기계적인 완전함을 향상시키는 실시 형태에서 유리하다. 또한, 이 전도성 백킹(1610)은 전도 균일성을 향상시키고, 전도성 부분(1602)의 전기적 저항을 낮추는 데에 이용될 수 있다. 이 전도성 백킹(1610)은 연마 공정과 양립할 수 있는 다른 적합한 전도성 재료들 중에서 금속 호일, 금속 스크린, 금속 코팅 직조 또는 무직조 직물 등으로 제조될 수 있다. 일 실시 형태에서, 상기 전도성 백킹(1610)은 전도성 부분(1602)에 가압 몰딩된다. 이 전도성 백킹(1610)은 전도성 부분(1602)과 중간 패드(1606) 사이에서 전해액의 흐름을 방해하지 않도록 구성된다. 이 전도성 부분(1602)은 가압 몰딩, 라미네이션, 사출 몰딩 및 기타 적합한 방법에 의해 전도성 백킹(1610) 상으로 장착될 수 있다.
도 17은 전도성 부품(1700)에 대한 다른 실시 형태의 단면도이다. 이 전도성 부품(1700)은 일반적으로 연마 동안에 기판에 접촉하도록 된 전도성 부분(1602)과, 전도성 백킹(1610)과, 부품 지지체 부분(1604)과, 이들 전도성 부분(1602)과 부품 지지체 부분(1604) 사이에 샌드위치식 삽입된 중간 패드(1706)를 포함하며, 전술한 전도성 부품(1600)과 유사한 구성을 가지고 있다.
도 17에 도시된 실시 형태에서, 상기 중간 패드(1706)는 복수의 셀(1708)을 가진 재료로 제조된다. 이들 셀(1708)은 일반적으로 공기 또는 다른 유체로 채워지고, 프로세싱을 향상시키는 탄력성과 순응도를 제공한다. 이들 셀은 1 미크론미터에서 1 밀리미터까지의 범위와 같이, 0.1 미크론미터에서 수 밀리미터까지의 범위를 가진 크기로 개방 또는 폐쇄될 수 있다. 본 발명은 중간 패드(1706)에 적용 가능한 다른 크기도 고려하고 있다. 이 중간 패드(1706)는 투과 가능형 및 천공형 중의 적어도 하나일 수 있고, 이에 따라 전해액이 중간 패드를 통과할 수 있다.
상기 중간 패드(1706)는 전해액과 전기화학적 공정과 양립할 수 있는 유전성 재료로 제조된다. 적합한 재료들은 발포 폴리우레탄과 같은 발포 폴리머와 마일라 시크를 포함하지만, 이들에 한정되지는 않는다. 상기 중간 패드(1706)는 일반적으로 부품 지지체 부분 또는 서브패드(1604)보다 약한 압축성을 가지고, 압력을 받는 경우에 더욱 국부적인 변형 독립성을 가진다.
도 18은 전도성 부품(1800)에 대한 다른 실시 형태의 단면도이다. 이 전도성 부품(1800)은 부품 지지체 부분(1804)에 결합된 전도성 부분(1802)을 포함한다. 선택적으로, 이 전도성 부품(1800)은 중간 패드와, 전도성 부분(1802)과 부품 지지체 부분(1804) 사이에 배치된 전도성 백킹을 포함한다(중간 패드와 전도성 백킹 양자는 도시되지 않음).
이 전도성 부품(1800)은 일반적으로 이것을 관통하는 복수의 소구멍(1806)을 포함하며, 이 소구멍에 의해 전해액 또는 다른 프로세싱 유체가 전도성 부분(1802)의 상부 연마 표면(1808)과 부품 지지체 부분(1804)의 하부 장착 표면(1810) 사이를 통과할 수 있다. 각각의 소구멍(1806)이 상부 연마 표면(1808)과 교차하는 부분에 형성된 가장자리(1812)가 프로세싱 동안에 기판에 흠집을 낼 수 있는 어떤 날카로운 모서리, 버르(burr) 또는 표면 불규칙 부분을 제거하도록 하는 외형을 가진다. 이 가장자리(1812)의 외형은 이 가장자리(1812)를 완화시켜 흠집 최소화를 도모하는 반경, 챔퍼(chamfer), 테이퍼(taper) 또는 다른 구성을 포함할 수 있다.
상기 전도성 부분(1802)이 적어도 부분적으로는 폴리머로 제조되는 실시 형태들에서, 가장자리(1812)의 완화는 폴리머가 완전하게 경화되기 전에 소구멍(1806)을 형성함으로써 실현될 수 있다. 따라서, 상기 가장자리(1812)는 전도성 부분(1802)이 나머지 폴리머 경화 싸이클 동안에 수축함에 따라 둥글게 될 것이다.
추가적으로 또는 변형예에서, 상기 가장자리(1812)는 경화 동안 또는 경화 후에 열과 압력 중에 적어도 하나를 인가함으로써 둥글게 될 수 있다. 하나의 예에서, 이 가장자리(1812)가 있는 연마 표면(1808)과 소구멍(1806) 사이의 전이부를 둥글게 만들기 위해 그 가장자리(1812)에 대해 광택처리, 열처리 또는 화염처리가 행해질 수 있다.
다른 예에서, 폴리머 전도성 부분(1802)은 몰드 또는 다이에 반발하는 몰딩 가능한 재료로 구성될 수 있다. 폴리머 전도성 부분(1802)의 반발 특성은 표면 장력을 발생시키고, 이 표면 장력은 몰드로부터 멀리 재료를 당기면서 폴리머 전도성 부분(1802)으로 몰딩되게 하는 응력을 발생시키며, 이에 의해 경화할 때 소구멍(1806)의 가장자리(1812)가 둥글게 된다.
이들 소구멍(1806)은 조립 전후에 전도성 부품(1800)을 통과하여 형성될 수 있다. 일 실시 형태에서, 이들 소구멍(1806)은 전도성 부분(1802)에 형성된 제1 홀(1814)과, 부품 지지체 부분(1804)에 형성된 제2 홀(1816)을 포함한다. 중간 패드를 포함한 실시 형태들에서, 제2 홀(1816)은 중간 패드에 형성된다. 선택적으로, 제1 홀(1814)과 적어도 일부분의 제2 홀(1816)이 전도성 부분(1802)에 형성될 수 있다. 상기 제1 홀(1814)은 제2 홀(1816)의 직경보다 큰 직경을 가진다. 제1 홀(1814) 아래에 위치한 제2 홀(1816)의 작은 직경은 제1 홀(1814)을 둘러싸는 전도성 부분(1802)에 측방향 지지부를 제공하며, 이에 의해 연마 동안 패드 전단력 및 토크에 대한 저항을 향상시킨다. 따라서, 하부에 위치한 더 작은 홀에 동심으로 배치된 표면(1808)의 더 큰 홀을 포함하는 소구멍(1806)은 입자 발생을 최소화하면서 전도성 부분(1802)을 더 적게 변형시키며, 이에 따라 패드 손상에 의해 야기된 기판 결함을 최소화한다.
전도성 부품의 소구멍들은 모든 층이 모아지기 전후에 암/수 펀칭과 같은 기계적인 방법을 통해 펀칭될 수 있다. 일 실시 형태에서, 전도성 백킹 상으로 가압 몰딩된 전도성 부분(1802)은 먼저 중간 층 상에 장착되고, 전도성 백킹을 가진 전도성 부분(1802)과 중간 층이 함께 기계적으로 천공되고, 부품 지지체 부분 또는 서브패드가 별도로 기계적으로 천공되고, 천공 후에 이들은 함께 정렬된다. 다른 실시 형태에셔, 모든 층이 모아지고 나서 천공된다. 본 발명은 어떠한 천공 기법과 시퀀스도 고려하고 있다.
도 19는 ＥＣＭＰ 스테이션(1990)에 대한 다른 실시 형태의 부분 단면도이고, 도 20a 및 도 20b는 도 19의 ＥＣＭＰ 스테이션(1990)의 볼 조립체(1900)의 측면도 및 분해도이다. 이 ＥＣＭＰ 스테이션(1990)은 연마 패드 조립체(1960)를 지지하는 압반(1950)을 포함하며, 이 연마 패드 조립체(1960) 상에서는 연마 헤드(130) 내에 유지된 기판(114)이 처리된다. 이 압반(1950)은 이로부터 돌출한 적어도 하나의 볼 조립체(1900)를 포함하고, 프로세싱 동안에 기판(114)의 표면을 바 이어싱하도록 되어 있는 전원(1972)에 결합된다. 비록 2개의 볼 조립체(1900)가 도 19에 도시되어 있지만, 어떤 개수의 볼 조립체도 이용될 수 있고, 압반(1950)의 중심선에 대해 임의의 개수의 구성으로 분포될 수 있다.
상기 연마 패드 조립체(1960)는 전술한 실시 형태들중의 어느 것도 포함하여 기판을 처리하는 데에 적합한 어떤 패드 조립체일 수 있다. 이 연마 패드 조립체(1960)는 전극(1962)과 연마 층(1966)을 포함할 수 있다. 일 실시 형태에서, 상기 연마 패드 조립체(1960)의 연마 층(1966)은 폴리우레탄 패드와 같이, 유전성을 띠는 연마 표면(1964)을 포함할 수 있다. 다른 실시 형태에서, 상기 연마 패드 조립체(1960)의 연마 층(1966)은 전도성 입자가 내부에 분산된 폴리머 매트릭스, 전도성 코팅 직물 등과 같이, 전도성을 띠는 연마 표면(1964)을 포함할 수 있다. 상기 연마 표면(1964)이 전도성인 실시 형태에서, 이 연마 표면(1964)과 전극(1962)은 스위치(1974)를 경유하여 전원(1972)(점선으로 도시하였음)에 결합될 수 있으며, 이 스위치는 동력이 볼 조립체(1900)와 전도성 연마 표면(1964)에 선택적으로 스위칭할 수 있게 해주며, 따라서 연마 패드 조립체(1960)로부터 기판(114)을 상승시키는 일없이 기판(114)으로부터 벌크 금속 제거와 잔류 금속 제거가 각각 용이하게 된다.
상기 볼 조립체(1900)는 일반적으로 압반(1950)에 결합되고, 적어도 부분적으로는 연마 패드 조립체(1960)에 형성된 각각의 소구멍(1968)을 통과한다. 각각의 볼 조립체(1900)는 중공 하우징(1902), 어댑터(1904), 볼(1906), 접촉 부재(1914) 및 클램프 부싱(1916)을 포함한다. 이 볼(1906)은 하우징(1902) 내에 이 동 가능하게 배치되고, 볼(1906)의 적어도 일부가 연마 표면(1964) 위로 연장하는 제1 위치와, 볼(1906)이 연마 표면(1964)과 동일한 높이에 있는 적어도 제2 위치에 배치될 수 있다. 이 볼(1906)은 일반적으로 기판(114)을 전기적으로 바이어싱시키는 데에 적합하고, 전술한 바와 같이 구성될 수 있다.
상기 하우징(1902)은 공정 화학 물질과 양립할 수 있는 유전성 재료로 제조된다. 일 실시 형태에서, 이 하우징(1902)은 PEEK로 만들어진다. 이 하우징(1902)은 제1 단부(1908)와 제2 단부(1910)를 포함한다. 구동 피처(drive feature; 1912)가 제1 단부(1908) 내부 및/또는 표면에 형성되어 압반(1950)에 볼 조립체(1900)를 설치하는 것을 용이하게 한다. 구동 피처(1912)는 스패너 렌치용 홀, 슬롯 또는 슬롯들, 홈을 가진 구동 피처[예컨대, TORX
또는 6각(hex drive), 등을 위한], 돌출 구동 피처[예컨대, 렌치 플랫(wrench flat), 6각 헤드(hex head) 등], 등일 수 있다. 상기 제1 단부(1908)는 볼(1906)이 하우징(1902)의 제1 단부(1908)로부터 벗어나는 것을 방지하는 안착부(1926)를 더 포함한다.
상기 접촉 부재(1914)는 클램프 부싱(1916)과 어댑터(1906) 사이에 결합된다. 이 접촉 부재(1914)는 일반적으로 하우징(1902) 내의 볼 위치들의 범위에서 실질적으로 또는 완전하게 어댑터(1906)와 볼(1906)을 전기적으로 접속시키도록 구성된다. 이 접촉 부재(1914)는 전술한 바와 같이 구성될 수 있다.
도 19, 도 20a 및 도 20b에 도시되어 있고 도 21에 세부적으로 도시된 실시 형태에서, 상기 접촉 부재(1914)는 복수의 굴곡부(1944)가 극 배열로 연장하는 환형 베이스(1942)를 포함한다. 이 굴곡부(1944)는 베이스(1942)에서 원위(遠位) 단 부(2108)까지 연장하는 2개의 지지 부재(2102)를 포함한다. 이들 지지 부재(2102)는 복수의 가로대(rung; 2104)에 의해 결합되어, 이하에서 추가로 논의되는 바와 같이 작은 압력 강하로 접촉 부재(1914)를 지나가는 흐름을 촉진시키는 소구멍(2110)을 형성한다. 볼(1906)에 접촉하도록 되어 있는 접촉 패드(2106)가 굴곡부(1944) 각각의 원위 단부(2108)에서 지지 부재(2102)를 결합시킨다. 일반적으로, 상기 굴곡부(1944)는 공정 화학 물질과 함께 사용하는 데에 적합한 탄성 및 전도성 재료로 제조된다. 일 실시 형태에서, 이 굴곡부(1944)는 금 도금 베릴륨 구리로 제조된다.
도 19 내지 도 20b로 돌아가면, 상기 클램프 부싱(1916)은 나사진 기둥(1922)이 연장하는 깔대기형 헤드(flared head; 1924)를 포함한다. 이 클램프 부싱(1916)은 유전성 또는 전도성 재료로 제조될 수 있고, 일 실시 형태에서는 하우징(1902)과 동일한 재료로 제조된다. 상기 깔대기형 헤드(1924)는 볼 조립체(1900)의 중심선에 대해 예각으로 굴곡부(1944)를 유지시키며, 그 결과 접촉 부재(1914)의 접촉 패드(2106)가 볼(1906)의 표면 주위에 전개되도록 위치 조정되고, 이에 따라 볼 조립체(1900)의 조립 중에, 그리고 볼(1906)의 이동 범위에서 굴곡부(1944)에 대한 만곡, 결합 및/또는 손상을 방지한다.
상기 클램프 부싱(1916)의 기둥(1922)은 베이스(1942)의 홀(1946)을 관통하여 배치되고, 어댑터(1906)를 통과하여 형성된 통로(1936)의 나사진 부분(1940)에 나사 결합한다. 이 클램프 부싱(1916)을 통과하는 통로(1918)는 깔대기형 헤드(1924)에 위치하는 단부에 구동 피처(1920)를 포함한다. 유사하게, 상기 통 로(1936)는 나사진 부분(1940)에 대향하는 단부에 구동 피처(1938)를 포함한다. 이들 구동 피처(1920, 1938)은 전술한 구동 피처들과 비슷할 수 있고, 일 실시 형태에서는 6각 드라이버와 함께 사용하기에 적합한 6각형 홀이다. 상기 클램프 부싱(1916)은 접촉 부재(1914) 또는 다른 구성 부재를 손상시키는 일없이 접촉 부재(1914)와 어댑터(1904) 사이에 우수한 전기적인 접촉을 보장하는 정도로 조여진다.
일반적으로, 상기 어댑터(1904)는 공정 화학 물질과 양립할 수 있는 전기 전도성 재료로 제조되며, 일 실시 형태에서는 스테인리스강으로 제조된다. 이 어댑터(1904)는 나사진 기둥(1930)이 일측으로부터 연장하고, 보스(boss; 1934)가 타측으로부터 연장하는 환형 플랜지(1932)를 포함한다. 상기 나사진 기둥(1930)은 전원(1972)에 볼 조립체(1900)의 각각의 볼(1906)을 결합시키는 압반(1950)에 배치된 접촉 판(1980)과 결합하도록 되어 있다.
상기 보스(1934)는 하우징(1902)의 제2 단부(1910) 속에 수용되고, 접촉 부재(1914)를 클램핑하기 위한 표면을 포함한다. 이 보스(1934)의 측면에 배치되고 적어도 하나의 나사진 홀(2006)이 보스(1934)에 추가로 형성되어 있고, 이 홀(2006)은 하우징(1902)에 형성된 홀(2004)을 통과해서 배치된 파스너(2002)에 맞물리며, 이에 따라 하우징(1902)을 어댑터(1904)에 고정시키고, 볼(1906)을 하우징(1902) 속에 포획한다. 도 20a에 도시된 실시 형태에서, 접시머리(counter-sunk) 홀(2004)을 통해 하우징(1902)을 어댑터(1904)에 결합시키기 위해 3개의 파스너가 도시되어 있다. 이들 하우징(1902)과 어댑터(1904)는 스테이킹, 접착, 본 딩, 억지끼워맞춤, 다월핀(dowel pins), 스프링 핀, 리벳, 리테이닝 링(retaining ring) 등과 같은 다른 방법 또는 디바이스에 의해 체결될 수 있다.
상기 볼(1906)은 일반적으로 스프링력, 부양력 및 유동력 중의 적어도 하나에 의해 연마 표면(1964)을 향해 작동한다. 도 19에 도시된 실시 형태에서, 어댑터(1904)와 클램프 부싱(1916)을 통과하는 통로들(1936, 1918)는 압반(1950)을 통해 전해액 공급기(1970)에 결합된다. 이 전해액 공급기(1970)는 통로(1936, 1918)를 통해 중공 하우징(1902)의 내부로 전해액을 공급한다. 이 전해액은 안착부(1926)와 볼(1906) 사이의 하우징(1902)을 빠져나가고, 따라서 프로세싱 동안 볼(1906)이 연마 표면(1964)을 향해 바이어싱되게 하고, 기판(114)과 접촉하게 한다.
상기 볼(1906)에 가하는 힘이 하우징(1902) 내에서 볼(1906)의 상이한 높이전체에서 일정하도록, 릴리프 또는 홈(1928)이 굴곡부(1944)의 원위 단부(2108)(도 21)을 수용하도록 하우징(1902)의 내벽에 형성되어 볼(1906)을 지나는 전해액의 흐름을 구속하는 것을 방지한다. 안착부(1926)로부터 멀리 배치된 홈(1928)의 단부는 일반적으로 볼(1906)이 하강한 위치에 있을 때 볼(1906)의 직경 위치 또는 그 아래에 있도록 구성된다.
도 22 내지 도 24는 볼 조립체에 대한 다른 실시 형태를 가진 전도성 부품에 대한 다른 실시 형태의 사시도들과 단면도이다.
도 22는 ＥＣＭＰ 스테이션(2290)에 대한 다른 실시 형태의 사시도이고, 도 23 및 도 24는 도 22의 ＥＣＭＰ 스테이션(2290)의 볼 조립체(2200)의 사시도 및 부분 단면도이다. 이 ＥＣＭＰ 스테이션(2290)은 연마 패드 조립체(2260)(도 22에 부분적으로 도시)를 지지하는 압반(2250)을 포함한다. 이 압반(2250)은 이로부터 돌출한 적어도 하나의 볼 조립체(2200)를 포함하고, 전원(1972)에 결합된다. 이 볼 조립체(2200)는 프로세싱 동안 기판(114)의 표면(도 24에 도시)을 전기적으로 바이어싱하도록 되어 있다. 비록 1개의 볼 조립체(2200)가 압반(2250)의 중심에 결합되는 것으로 도 22에 도시되어 있지만, 어떤 개수의 볼 조립체도 이용될 수 있고, 압반(2250)의 중심선에 대해 임의의 개수의 구성으로 분포될 수 있다.
상기 연마 패드 조립체(2260)는 전술한 실시 형태들중의 어느 것도 포함하여 기판을 처리하는 데에 적합한 어떤 패드 조립체일 수 있다. 이 연마 패드 조립체(2260)는 전극(2462)과 연마 층(2466)을 포함할 수 있다. 일 실시 형태에서, 상기 연마 패드 조립체(2260)의 연마 층(2466)은 폴리우레탄 패드와 같이, 유전성을 띠는 연마 표면(2464)을 포함할 수 있다. 다른 실시 형태에서, 상기 연마 패드 조립체(2260)의 연마 층(2466)은 전도성 입자가 내부에 분산된 폴리머 매트릭스, 전도성 코팅 직물 등과 같이, 전도성을 띠는 연마 표면(2464)을 포함할 수 있다. 상기 연마 표면(2464)이 전도성인 실시 형태에서, 이들 연마 표면(2464)과 전극(2462)은 스위치(1974)를 경유하여 전원(1972)(점선으로 도시하였음)에 결합될 수 있으며, 이 스위치는 동력이 볼 조립체(2200)와 전도성 연마 표면(2464)에 선택적으로 스위칭할 수 있게 해주며, 따라서 연마 패드 조립체(2260)로부터 기판(114)을 상승시키는 일없이 기판(114)으로부터 벌크 금속 제거와 잔류 금속 제거가 각각 용이하게 된다.
일반적으로, 상기 볼 조립체(2200)는 압반(2250)에 결합되고, 적어도 부분적으로는 연마 패드 조립체(2260)에 형성된 각각의 소구멍(2468)을 통과한다. 이 볼 조립체(2200)는 복수의 볼(1906)을 보유하는 하우징(2302)을 포함한다. 이 볼(1906)은 하우징(2302) 내에 이동 가능하게 배치되고, 볼(1906)의 적어도 일부가 연마 표면(2464) 위로 연장하는 제1 위치와, 볼(1906)이 연마 표면(2464)과 동일한 높이에 있는 적어도 제2 위치에 배치될 수 있다. 일반적으로, 상기 볼(1906)은 기판(114)을 전기적으로 바이어싱시키는 데에 적합하고, 전술한 바와 같이 구성될 수 있다.
상기 하우징(2302)은 압반(2250)에 분리 가능하게 결합되어, 다수의 연마 싸이클 후에 본 조립체(2200)의 교체를 용이하게 한다. 일 실시 형태에서, 상기 하우징(2302)은 복수의 나사(2308)에 의해 압반(2250)에 결합된다. 상기 하우징(2302)은 하부 하우징(2306)에 결합된 상부 하우징(2304)를 포함하고, 이들 상하부 하우징들 사이에 볼(1906)을 유지시킨다. 이 상부 하우징(2304)은 공정 화학 물질과 양립할 수 있는 유전성 재료로 제조된다. 일 실시 형태에서, 이 상부 하우징(2304)은 PEEK로 만들어진다. 이 하부 하우징(2306)은 공정 화학 물질과 양립할 수 있는 전도성 재료로 제조된다. 일 실시 형태에서, 이 하부 하우징(2306)은 스테인리스강으로 만들어진다. 이 하부 하우징(2306)은 전력원(1972)에 결합된다. 이들 하우징(2304, 2306)은 나사결합(screwing), 볼트결합(bolting), 리벳팅, 본딩, 스테이킹, 클렘핑 등을 포함하되 이들에 한정되지 않는 임의의 개수의 방법으로 결합될 수 있다. 도 22 내지 도 24에 도시된 실시 형태에서, 이들 하우 징(2304, 2306)은 복수의 나사(2408)에 의해 결합된다.
상기 볼(1906)은 이들 하우징(2304, 2306)을 관통하는 복수의 소구멍(2402) 속에 배치된다. 이들 소구멍(2402) 각각의 상부는 상부 하우징(2304)으로부터 소구멍(2402) 속으로 연정하는 안착부(2404)를 포함한다. 이 안착부(2404)는 볼(1906)이 소구멍(2402)의 상단부를 빠져 나오지 못하도록 구성된다.
접촉 부재(1914)는 각각의 소구멍(2402) 속에 배치되어 볼(1906)을 하부 판(2306)에 전기적으로 결합시킨다. 각각의 접촉 부재(1914)가 개개의 클램프 부싱(1916)에 의해 하부 판(2306)에 결합된다. 일 실시 형태에서, 상기 클램프 부싱(1916)의 기둥(1922)은 하우징(2302)을 통과하는 소구멍(2402)의 나사진 부분(2410)에 나사 결합된다.
이들 소구멍(2402) 각각의 상부는 상부 하우징(2304) 속에 형성된 릴리프 또는 홈(2406)을 포함한다. 이 홈(2406)은 접촉 부재(1914)의 원위 부분을 수용하도록 구성되고, 이에 의해 전해액 공급기(1970)로부터 볼(1906)과 하우징(2302) 사이로 흐르는 전해액의 구속을 방지한다. 이 전해액 공급기(1970)는 프로세싱 동안에 소구멍(2402)을 통해 전해액을 공급하고, 기판(114)과 접촉하게 한다.
프로세싱 동안, 상기 하우징(2302) 내부에 배치된 볼(1906)은 일반적으로 스프링력, 부양력 및 유동력 중의 적어도 하나에 의해 연마 표면(2464)을 향해 작동한다. 이들 볼(1906)은 기판(114)을 접촉 부재(1914)와 하부 판(2306)을 통해 전력 공급기(1972)에 전기적으로 결합시킨다. 하우징(2302)을 통과하는 전해액은 전극(2462)과 바이어싱된 기판(114) 상에 전도성 경로를 제공하며, 이에 의해 전기화 학적 연마 공정을 가동시킨다.
따라서, 기판의 전기화학적 연마에 적합한 전도성 부품에 대한 다양한 실시 형태가 제공되었다. 이들 전도성 부품은 기판의 표면에 대해 양호한 순응도를 제공하여 연마 성능을 높이는 균일한 전기 접촉을 향상시킨다. 게다가, 이들 전도성 부품은 프로세싱 동안에 흠집 형성을 최소화하도록, 바람직하게는 결함 발생을 감소시키도록 구성되어 있으며, 이에 의해 프로세싱의 단위 비용을 낮춘다.
상술한 바는 본 발명의 다양한 실시 형태에 관한 것이지만, 본 발명에 대한 기타의 추가 실시 형태들도 본 발명의 기본적인 범위로부터 벗어나지 않고 고려될 수 있고, 본 발명의 범위는 첨부한 청구범위에 의해 결정된다.
따라서, 본 발명의 실시예들은 전기화학적 증착 기법, 전기화학적 용해 기법, 연마 기법 및/또는 이의 조합을 사용하여 기판에 있는 층을 평탄화하기 위한 제조 부품과 장치를 제공할 수 있는 효과가 있다.
Claims (1)
- 내부 통로를 포함하는 하우징;상기 하우징의 제1 단부에서 상기 내부 통로 속으로 연장하는 환형 안착부;상기 하우징 속에 배치되고, 상기 안착부에 의해 상기 하우징을 빠져 나가는 것이 방지되는 볼;상기 하우징의 제2 단부에 결합되는 전도성 어댑터; 및상기 어댑터와 상기 볼을 전기적으로 결합시키는 접촉 부재를 포함하는 볼 조립체.
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