KR20080020537A - 오버레이된 일정한 면적의 나선형 홈을 갖는 ｃｍｐ 패드 - Google Patents

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Abstract

동심으로 위치한 원점을 갖는 연마 표면을 포함하는 원형의 화학적 기계적 연마 패드. 상기 연마 표면은 하나의 홈 세트 중 홈들의 하나가 또 다른 세트 중 홈들의 하나를 교차하는 패턴으로 배열된 홈들을 각각 포함하는 홈 세트를 포함한다. 각 홈 세트의 홈은 홈을 가진 상기 연마 표면의 비율이, 상기 원점과 동심이고 상기 홈들을 교차하는 임의의 원을 따라서 측정할 때, 실질적으로 일정하며, 즉, 그 평균의 약 25% 이내이도록 구성 및 배열되어 있다.
연마 패드, 연마 표면, 화학적 기계적 연마, 홈, 동심,

Description

오버레이된 일정한 면적의 나선형 홈을 갖는 ＣＭＰ 패드 {CMP Pad Having Overlaid Constant Area Spiral Grooves}
본 발명은 일반적으로 화학적 기계적 연마(CMP) 분야에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 오버레이된 일정한 면적의 나선형 홈을 갖는 CMP 패드에 관한 것이다.
반도체 웨이퍼 상의 집적 회로 및 기타 전자 장치의 제작에 있어서, 도체, 반도체 및 유전체 물질의 다수 층이 웨이퍼 상에 침착되고 그로부터 에칭된다. 상기 물질로 된 얇은 층은 다수의 침착 기술에 의해 침착될 수 있다. 현대 웨이퍼 가공의 일반적인 침착 기술은 물리적 증착 (PVD) (스퍼터링으로도 알려진), 화학적 증착 (CVD), 플라즈마-증진된 화학적 증착 (PECVD) 및 전기화학적 도금을 포함한다. 일반적인 에칭 기술은 다른 것들 중에서도 습식 및 건식 등방성 및 이방성 에칭을 포함한다.
물질의 층이 순차적으로 침착 및 에칭되면, 웨이퍼의 표면은 비-평면이 된다. 후속의 반도체 가공(예, 사진석판술)은 웨이퍼가 편평한 표면일 것을 요구하기 때문에, 상기 웨이퍼는 주기적으로 평탄화될 필요가 있다. 평탄화는 거친 표면, 응집된 물질, 결정 격자 손상, 긁힘 및 오염된 층 또는 재료와 같은 표면 결함 뿐만 아니라, 원치 않는 표면 지형을 제거하는 데 유용하다.
화학적 기계적 평탄화, 또는 화학적 기계적 연마 (CMP)는 반도체 웨이퍼 및 기타 작업편을 평탄화하는 데 사용되는 일반적인 기술이다. 2-축 회전 연마기를 이용하는 통상의 CMP에서, 웨이퍼 캐리어, 또는 연마 헤드가 캐리어 어셈블리 위에 탑재된다. 상기 연마 헤드는 웨이퍼를 고정시키고 그를 연마기 내의 연마 패드의 연마 층과 접촉하도록 위치시킨다. 상기 연마 패드는 평탄화되는 웨이퍼의 직경의 2 배보다 큰 직경을 갖는다. 연마 도중, 상기 연마 패드 및 웨이퍼는 상기 웨이퍼가 상기 연마 층과 맞물린 상태에서 그들의 각각의 동심 주위로 회전한다. 상기 웨이퍼의 회전 축은 상기 패드의 회전이 상기 패드의 연마 층 상의 고리형의 "웨이퍼 트랙"을 쓸어내도록, 웨이퍼의 반경보다 큰 거리만큼 상기 연마 패드의 회전 축에 대하여 오프셋된다. 상기 웨이퍼의 유일한 운동이 회전 운동인 경우, 웨이퍼 트랙의 폭은 상기 웨이퍼의 직경과 동일하다. 그러나, 일부 2-축 연마기에서, 상기 웨이퍼는 그 회전축에 수직인 평면에서 왕복운동한다. 이러한 경우, 상기 웨이퍼 트랙의 폭은 상기 왕복운동으로 인한 변위의 원인이 되는 양만큼 웨이퍼의 직경보다 넓다. 상기 캐리어 어셈블리는 웨이퍼와 연마 패드 사이에 제어가능한 압력을 제공한다. 연마 도중, 슬러리 또는 다른 연마 매질이 상기 연마 패드 상에, 그리고 상기 웨이퍼와 연마 층 사이의 간격 내로 흐른다. 상기 웨이퍼 표면은 연마 층 및 상기 표면 상의 연마 매질의 화학적 및 기계적 작용에 의해 연마되고 평탄하게 된다.
연마 패드 디자인을 적정화하기 위한 시도로 CMP 도중 연마 층, 연마 매질 및 웨이퍼 표면 사이의 상호작용이 점점 더 많이 연구되고 있다. 여러 해에 걸쳐 대부분의 연마 패드 개발은 본질적으로 경험적인 것이었다. 연마 표면 또는 층의 디자인의 대부분은 슬러리 활용 및 연마 균일성을 향상시키는 것을 목적으로 하는 다양한 패턴의 공극 및 홈의 배열을 상기 층들을 제공하는 데 중점을 두었다. 여러 해에 걸쳐, 적지 않은 다양한 홈 및 공극 패턴 및 배열이 실시되었다. 종래 기술의 홈 패턴은 다른 것들 중에서도 방사상, 동심원, 직각 격자 및 나선을 포함한다. 종래 기술의 홈 배열은 모든 홈의 폭과 깊이가 모든 홈 사이에서 균일한 배열, 및 홈의 폭 또는 깊이가 홈에 따라 변하는 배열을 포함한다.
더욱 특별하게는, 회전하는 연마 패드를 위한 다수의 종래 기술 홈 패턴은 1 회 이상 서로를 교차하는 홈을 포함한다. 예를 들어, 미국 특허 제 5,650,039 호(Talieh)는 그 도 3에서, 바로 인접한 세그멘트가 반대 방향으로 감기어 서로 교차하도록 배열된 나선형 또는 원형의 아치형 홈 세그멘트를 갖는 원형의 연마 패드를 개시한다. 일본 특허 공고 2001-138212 호(Doi 등)는 패드의 동심 부근으로부터 패드의 연부까지 뻗어 있고 그 길이를 따라서 여러 번 서로 교차하는 두 세트의 나선형 홈을 갖는 원형의 연마 패드를 개시한다.
이러한 홈 패턴이 알려져 있지만, 연마 패드 디자이너는 연마 패드를 공지의 패드에 비하여 더 효과적이고 유용하게 만드는 홈 패턴을 계속 추구하고 있다.
본 발명의 하나의 국면에서, 연마 패드는 연마 매질의 존재 하에 자성, 광학 및 반도체 기질의 적어도 하나를 연마하기 위해 배열된 연마 층 (상기 연마 층은 동심 및 외부 주변을 갖는 원형의 연마 표면을 포함함); 상기 원형의 연마 표면에 형성된 적어도 하나의 첫 번째 홈; 및 적어도 하나의 첫 번째 홈을 적어도 2회 교차하도록 상기 원형의 연마 표면에 형성되어 4 개의 곡선형 변을 갖는 적어도 하나의 4-변 랜딩을 정의하는 적어도 하나의 두 번째 홈을 포함하며, 적어도 하나의 첫 번째 홈 및 적어도 하나의 두 번째 홈의 각각은 상기 동심에 근접한 첫 번째 위치로부터 상기 외부 주변에 근접한 두 번째 위치까지 홈을 가진 각각의 원주 부분을 갖는 원형의 연마 표면을 제공하고, 상기 홈을 가진 각각의 원주 부분은 평균을 가지며 및 상기 평균의 약 25% 이내에서 유지된다.
본 발명의 또 다른 국면에서, 연마 패드는 연마 매질의 존재 하에 자성, 광학 및 반도체 기질의 적어도 하나를 연마하기 위해 배열된 연마 층 (상기 연마 층은 동심 및 외부 주변을 갖는 원형의 연마 표면을 포함함); 첫 번째 출발 반경을 가지며 상기 원형의 연마 표면에 형성된 복수의 첫 번째 홈을 포함하는 첫 번째 홈 세트 (복수의 첫 번째 홈의 각각은 일련의 일정한 원주 부분 홈 방정식에 따라 첫 번째 출발 반경의 함수로서 배열됨으로써, 첫 번째 평균을 가지며 상기 첫 번째 평균의 약 5% 이내로 유지되는 홈을 가진 첫 번째 원주 부분을 제공함); 및 두 번째 출발 반경을 가지며, 복수의 첫 번째 홈의 것들이 복수의 두 번째 홈의 것들을 1회 이상 교차하여 각각이 4 개의 곡선형 변을 갖는 복수의 4-변 랜딩을 정의하도록 상기 원형의 연마 표면에 형성된 복수의 두 번째 홈을 포함하는 두 번째 홈 세트(상 기 복수의 두 번째 홈 각각은 일련의 일정한 원주 분획 홈 방정식에 따라 상기 두 번째 출발 반경의 함수로서 배열됨으로써, 두 번째 평균을 가지며, 상기 두 번째 평균의 약 5% 이내로 유지되는 홈을 가진 두 번째 원주 부분을 제공함)를 포함한다.
본 발명의 상보적인 원주 부분 나선형 홈의 디자인은 웨이퍼 균일성을 촉진한다. 특히, 웨이퍼 트랙 외부에서 첫 번째 원주 부분 홈 및 웨이퍼 트랙 내에서 두 번째 원주 부분 나선형 홈을 시작하는 것이 웨이퍼 균일성을 더욱 향상시킬 수 있다. 또한, 홈의 밀도를 증가시키는 것이 연마 패드의 슬러리 분포를 향상시킬 수 있다. 마지막으로, 홈의 두 번째 세트는 슬러리의 연마 거동에 따라, 제거율을 증가 또는 감소시킬 수 있다. 예를 들면, 슬러리 거동은 연마 조건에 따라 광범위하게 변하며; 일부 슬러리는 유량의 증가에 따라 제거율을 증가시키고, 일부 슬러리는 유량의 증가에 따라 제거율을 감소시킨다.
도면을 참고하면, 도 1-3은 이하에 상술하는 바와 같이 CMP 연마 기계와 함께 사용될 수 있는 본 발명에 따라 제조된 연마 패드(100)를 도시한다. 도 2에서 보는 것과 같이, 연마 패드(100)는 연마 표면(108)을 갖는 연마 층(104)을 포함한다. 연마 층(104)은 안감 층(112)에 의해 지지될 수 있고, 상기 안감 층은 상기 연마 층과 일체로 형성되거나 상기 연마 층으로부터 별도로 형성될 수 있다. 연마 층(104)은 다른 것들 중에서도 반도체 웨이퍼(114)(도 1에서 윤곽선(114)으로 나타 낸), 자성 매체 물품, 예를 들면 컴퓨터 하드 드라이브의 디스크, 또는 광학 제품, 예를 들면 회절 렌즈, 반사 렌즈, 평면 반사기 또는 투명한 평면 물품과 같은, 연마될 물품을 연마하는 데 적합한 임의의 재료로 만들어질 수 있다. 연마 층(104)을 위한 재료의 예는, 예시를 위해 다른 것들 중에서도 폴리우레탄, 폴리부타디엔, 폴리카보네이트 및 폴리메틸아크릴레이트 등의 다양한 중합체 플라스틱을 포함하지만 이에 국한되지는 않는다.
도 1 및 3에서 보는 바와 같이, 연마 패드(100)는 전형적으로, 연마 표면(108)이 동심, 또는 원점 O, 및 원점 O로부터 거리 R o (도 3)에 위치한 원형의 외부 주변(120)을 갖도록 둥근 원판 형태를 갖는다. 사용 도중, 전형적으로 반도체 웨이퍼이지만 반드시 그렇지는 않은, 연마되는 물품(여기에서는, 윤곽선(114)으로 표시된 웨이퍼)이, 연마 패드(100)가 원점 O 주위를 회전할 때 연마 표면(108) 위에서 원형의 연마 (웨이퍼) 트랙 (124)을 쓸어낸다. 연마 트랙(124)은 연마 도중 연마된 물품에 의해 마주보는 연마 표면의 부분이다. 연마 트랙(124)은 일반적으로 내부 경계(124A) 및 외부 경계(124B)에 의해 정의된다. 당업자가 쉽게 인식하듯이, 웨이퍼 트랙(124)의 내부 및 외부 경계(124A-B)는 주로 원형이지만, 상기 연마되는 물품 또는 연마 패드(100)에 대하여 궤적 또는 왕복 운동을 부여하는 연마기의 경우에는 기복이 있을 것도 고려될 수 있다.
도 1 내지 3을 참고하면, 연마 패드(100)는 각각이 복수의 상응하는 각각의 홈(128A, 132A)을 포함하는 2 개의 홈 세트(128, 132)를 포함한다. 중요한 것은, 이하에 상술하는 것과 같이, 각각의 홈(128A)이 홈(132A)의 것을 교차하도록 배열 및 위치하며, 각각의 홈(128A, 132A)은 실질적으로 "일정한 면적"의 홈이라는 것이다. 진정한 일정한 면적의 홈에서, 홈의 한 측으로부터 다른 측까지 교차하는 원의 부분의 길이 대 홈의 원 바깥쪽의 상보적인 부분의 길이의 비는 상기 원의 반경과 무관하게 같은 값이다. 결과적으로, 홈(128A, 132A)의 각 세트(128, 132)에 의해 홈을 가진 연마 표면(108)의 부분은, 원점 O와 동심이고 그 세트 내 홈을 교차하는 임의의 원을 따라 측정할 때, 실질적으로 일정하며, 즉 그 세트를 통해 평균의 약 25% 이내이다. 이러한 개념을 여기에서 "원주 부분 홈을 가진" 또는 "CF"라 할 것이다. 각각의 홈(128A, 132A)은 특별한 일련의 디자인 기준에 적합하도록 요구되는 실제로 임의의 단면 형태 및 단면 크기를 가질 수 있다. 즉, 도 2에 특별하게 도시된 것과 같이, 홈(128A, 132A)의 직사각 단면 형태, 및 나타낸 상대적인 단면 크기는 단지 예시적인 것이다. 당업자는 패드(100)와 같은 본 발명의 연마 패드에 디자이너가 제공할 수 있는 홈(128A, 132A)의 광범위한 형태 및 크기를 이해할 것이다. 당업자는 홈(128A, 132A)의 단면 형태 및 크기가 각 홈의 길이를 따라서, 또는 홈 마다 (또는 양자 모두) 변할 수 있음을 쉽게 이해할 것이다. 홈 세트(132) 중 홈들(132A)은 내부 경계(124A) 및 외부 경계(124B)의 양자를 교차하며 연마 트랙(124)을 통해 뻗어있는 한편, 세트(128)의 홈들(128A)은 외부 경계(124B)만을 교차한다. 당업자가 쉽게 인식하듯이, 각 세트(128, 132)의 홈(128A, 132A)이 경계(124A-B)의 하나 또는 양자를 교차하여 뻗어있는지 여부는 연마 패드(100)가 만족시키고자 고안된 연마 요건의 함수이다.
일정한 CF는 상응하는 각각의 홈을, 나선 형태를 정의하는 이하의 수학식을 기준으로 배열함으로써 홈(128A, 132A)의 각 세트(128, 132)에 대하여 이루어질 수 있다:
X = R cosΦ(R);
Y = R sin Φ(R)
[상기 식에서 R은 패드 중심으로부터의 거리이고, Φ는 상기 중심에 고정된 극 좌표계의 각이며, 여기에서
Figure 112007062908725-PAT00001
이고, 상기 식에서 Rs는 나선의 출발 반경이다. 수학식 (1) 내지 (3)은 본 명세서 및 첨부된 청구항에서 "일련의 일정한 원주 부분 홈 방정식" 또는 단순히 "CF 방정식"이라 한다.
상기 CF 방정식에서 알 수 있듯이, 홈(128A, 132A)의 곡률을 정의하는 변수는 Rs이고, 이는 상응하는 홈 세트에 대한 내부 반경, 또는 출발 반경이다. R1이 각 홈(132A)에 대한 출발 반경이고 R2가 각 홈(128A)에 대한 출발 반경인 도 3에서 쉽게 알 수 있듯이, 출발 반경이 작을수록, 각각의 홈이 원점 O 주위에 만드는 감기 회전의 수가 더 커진다. 비교적 작은 출발 반경 R1의 경우, 각각의 홈(132A)은 원점 O 주위로 3 회 이상의 감기 회전을 만드는 한편, 비교적 큰 출발 반경 R2를 갖는 각각의 홈(128A)은 상기 원점 주위로 약 1/12 회의 감기 회전을 쓸어낸다. 각 홈 세트(128, 132)(도 1)의 출발 반경은 상기 홈이 원점 O에서 시작하는, 0 부터 연마 패드(100)의 외부 반경 Ro 바로 미만까지의 임의 값일 수 있고, 실제적으로 말하면, 출발 반경의 하나(도 3의 R1)는 전형적으로 웨이퍼 트랙(124)의 내부 경계(124A)(도 1)의 반경보다 작을 것이나, 반드시 그럴 필요는 없고, 출발 반경의 또 다른 것(도 3의 R2)은 전형적으로 웨이퍼 트랙의 외부 경계(124B)(도1)의 반경보다 작을 것이나 반드시 그럴 필요는 없다. 웨이퍼 균일성을 조절하기 위해 상기 작은 출발 반경 R1은 바람직하게는 상기 웨이퍼 트랙의 외부에 있고, 비교적 큰 출발 반경 R2는 상기 웨이퍼 트랙 내에 있다. 이는 웨이퍼 균일성 내에서 개선을 위한 연마의 조절 및 미세한 조정을 가능하게 한다.
본 발명에 따라 제조된 연마 패드의 구현예의 하나의 예시적 세트에서, 적어도 하나의 홈 세트의 홈들이 원점 O 주위에서 적어도 2 회의 완전한 회전으로 감기는 것이 바람직할 수 있다. 상기 CF 방정식을 이용하여, 이는 그러한 홈들의 출발 반경이 패드 반경 R0의 약 1/12 미만일 것을 필요로 한다. 300 mm 웨이퍼 연마기에서, 상기 패드 반경은 약 15"(381 mm)이고, 따라서 상기 출발 반경은 나선형 홈의 2회의 완전한 회전을 초래하기 위해 약 1.25 인치(31.7 mm)여야 한다. 구현예의 또 다른 예시적 세트에서, 적어도 하나의 홈 세트에서 홈들은 원점 O 주위에서 1회 이하의 회전으로 감기는 것이 바람직할 수 있다. 이는 CF 방정식의 출발 반경이 패드 반경 R0의 1/3 이상이거나, 상기 언급된 300-mm 패드의 경우 5 인치 (127 mm) 이상일 것을 필요로 한다. 또 다른 구현예에서, 하나의 홈 세트에서 홈들은 적어도 2회의 완전한 회전으로 감기는 한편, 다른 세트에서의 홈들은 1회 이하의 회전으로 감기는 것이 바람직할 수 있다. 물론, 당업자는 또 다른 구현예들이 필요에 따라 다른 감기는 요건을 만족시킬 수 있음을 쉽게 인식할 것이다.
CF 방정식과 실질적으로 일치하도록 형성된 홈들은 일정한 CF 나선형 홈(128A, 132A)을 초래하며, 이는 각 홈 세트(128, 132)(도 1)에 대한 반경 R의 함수로 연마 표면(108)의 실질적으로 일정한 면적의 공급으로 전환되고, 이는 다시 일정하지 않거나 실질적으로 일정하지 않은 CF를 갖는 홈 세트를 갖는 연마 패드보다 더 균일한 연마 성능으로 전환될 수 있다. 일정한 CF의 주된 장점은, 웨이퍼 상의 힘이 상기 패드의 평균 면에 정확하게 평행인 웨이퍼와 균형을 이루게 하는, 점으로부터 점까지 실질적으로 균일한 두께를 갖는 웨이퍼와 패드 사이의 슬러리 막의 구축이다. 대조적으로, 일정하지 않은 CF는 패드와 웨이퍼 사이의 유체역학적 상태에서 점-대-점 변화를 유도하여, 웨이퍼 피치 및 따라서 일정하지 않은 물질 제거를 초래한다. 각 홈 세트(128, 132)에 대한 CF의 실제 백분율은 임의의 주어진 반경, 그 반경에서 홈의 폭 및 그 반경에서 홈의 곡률에서 홈(128A, 132A)의 수에 의존할 것이다. CF는 실제적으로 임의의 백분율일 수 있지만, 이제까지의 경험은 합쳐진 CF, 즉 홈 세트(128)에 대한 CF와 홈 세트(132)에 대한 CF의 합이 약 10% 내지 약 45%의 범위인 것이 반도체 웨이퍼 연마를 위한 양호한 성능을 제공함을 나타내었다. 뿐만 아니라, 언급된 바와 같이, 본 개시는 넓은 범위의 곡률을 갖는 홈을 가능하게 한다. 연마 패드(100)에서, 각각의 홈(128A)은 원점 O 주위에 단지 약 1/12의 감기 회전을 쓸어내지만, 각각의 홈(132A)는 3 회 이상의 감기 회전을 쓸어낸다. 물론, 더 적은 및 더 많은 쓸어냄이 특정 디자인에 적합하도록 필요에 따라 사용될 수 있다.
상응하는 각각의 세트(128, 132)에서 홈들(128A, 132A)을 구성 및 배열하기 위한 다른 변수들은 홈의 수, 홈의 굴곡의 방향, 및 각 세트에서 홈들의 출발 및 종말 점을 포함한다. 홈(128A, 132A)의 수에 관해서, 고안자는 각 세트(128, 132) 중 하나와 같이 적은 수의 홈, 및 필요에 따라 각 세트 당 많은 수의 홈을 제공할 수 있다. 물론, 연마 표면(108) 상에 물리적으로 감합될 수 있는 최대 수의 홈(128A, 132A)과 같이 실질적인 한계가 존재한다. 본 실시예의 홈(128A, 132A)에서, 여기에서는 세트(128, 132)인 두 세트 사이에서와 같은 홈의 굴곡의 방향은 고안자에 달렸다. 디자인에 따라, 한 세트의 홈이 원점 O 주위에서 다른 세트와 같은 방향으로 감기거나, 다른 세트로부터 반대되는 방향으로 감길 수 있다. 두 세트가 모두 같은 방향으로 감길 경우, 이들은 시계 방향 또는 시계 반대 방향으로 감길 수 있다.
이와 관련하여, 전술한 CF 방정식의 성질로 인하여, 예를 들면 도 6 및 7의 홈 세트(304, 308)에서와 같이 두 홈 세트가 모두 같은 방향으로 감길 경우, 각 세트의 홈들은 상이한 출발 반경에서 시작되어야 한다. 출발 반경이 동일할 경우, 같은 방향에서 홈의 감김은 같은 곡률을 가질 것이며, 따라서 서로 교차하지 않을 것이다. 물론, 홈의 감기는 것이 반대 방향으로 교차하는 것은 각 홈 세트의 홈을 가진 영역의 방사상 거리가 충분하게 중첩되는 한 고유의 성질이다.
도 1-3의 예시적인 연마 패드(100)에서 각 홈 세트(128, 132)에 대한 CF의 값은 CF 방정식을 이용하는 홈(128A, 132A)의 배열을 기준으로 일정하며, 다른 구현예에서 CF는 어느 정도 일정하지 않을 수도 있다. 이들 구현예에서, 각 홈 세트의 CF는 패드 반경의 함수로서 그 평균 값의 약 25% 이내에서, 바람직하게는 그 평균 값의 약 10% 이내에서 유지되는 것이 좋다. 가장 바람직하게는, 상기 CF는 패드 반경의 함수로서 그 평균 값의 5% 이내로 유지되고; 이상적으로 상기 CF는 패드 반경의 함수로서 그 평균 값으로 일정하게 유지된다. 상기 CF를 그 의도된 연마 영역에서 안정하게 유지하는 것이 가장 중요하다. 예를 들면, 웨이퍼를 연마할 때, CF는 상기 웨이퍼 트랙 내에서 안정하게 유지되는 것이 바람직하다. 이러한 CF에 대한 제한은 다른 것들 중에서도 이상적인 홈 형성으로부터의 변화(예, 홈 디자인의 허용 오차를 완화하여 홈의 형성 공정의 비용 및 시간 소모를 줄임) 및 연마 패드의 반경의 함수인 임의의 연마 효과의 보상(예, 슬러리 분포의 함수로서 물질의 제거)을 가능하게 한다.
도 1에서 쉽게 볼 수 있듯이, 홈 세트(128,132)를 교차하는 것은 홈(128A, 132A)의 상응하는 각각의 것의 4 부분에 의해 각각 경계지어진 복수의 4-변 랜딩(136)을 정의한다. 홈들(128A, 132A)이 나선 형태인 도시된 구현예에서, 각각의 4-변 랜딩(136)의 4개 변의 각각은 굽어져 있다. 상기 4-변 랜딩(136)의 면적은 상기 랜딩과 연마 패드(100)의 중심 O 사이의 방사상 거리가 증가함에 따라 증가함을 또한 쉽게 알수 있다.
도 4-11은 본 발명에 따르는 몇 가지 예시적인 대체의 연마 패드(200, 300, 400, 450)을 도시한다. 도 4 및 5는 홈들이 서로로부터 반대되는 방향으로 감기는, 두 세트(204, 208)의 홈(204A, 208A)을 갖는 연마 패드(200)를 도시한다. 분명히 하기 위해, 도 5는 특히 각각의 홈(204A, 208A)을 나타낸다. 홈(128A, 132A)과 마찬가지로, 각각의 홈(204A, 208A)은 특정 응용에 적합한 임의의 가로 단면 형태를 가질 수 있다. 또한 도 1-3의 홈(128A, 132B)과 마찬가지로, 홈(204A, 208B)은 상기 CF 방정식에 따라 배열된 나선형 홈이어서, 각 홈 세트(204, 208)에 대하여 일정한 CF를 제공한다. 도 1의 연마 패드(100)에서와 같이, 도 4의 교차하는 홈(204A, 208A)은 각각이 상응하는 각각의 홈(204A, 208A)의 곡선 세그멘트에 의해 정의된 4 개의 곡선형 변을 갖는 복수의 랜딩(212)을 정의한다. 또한, 도 1의 연마 패드(100)에서와 같이, 도 4의 랜딩(312)의 면적은 연마 패드(200)의 중심 O로부터의 방사상 거리가 증가함에 따라 증가한다.
도 6 및 7은 도 1의 상응하는 각각의 홈(128A, 132A) 및 도 4의 홈(204A, 208A)과 일반적으로 같은 두 세트(304, 308)의 홈(304A, 308A)을 갖는 연마 패드(300)를 보여준다. 그러나, 연마 패드(300)의 경우, 상기 언급한 바와 같이 홈(304A) 및 홈(308A)이 패드의 원점 O 주위에서 같은 방향으로 각각 감긴다. 분명히 하기 위해, 도 7은 각 세트(304, 308)로부터 하나의 홈(304A, 308A)을 나타낸다. 각각의 세트(304, 308)를 완성하기 위해, 도시된 각각의 홈(304A, 308B)은 연마 패드 주위에서 원주 방향으로 일정한 각 피치에서 단순히 반복된다. 홈(304A, 308A)은 상기 CF 방정식에 따라 제공되어, 각 홈 세트(304, 308)에 대하여 일정한 CF를 제공하였다. 도 6에서 볼 수 있듯이, 교차하는 홈(304A, 308A)은 각각이 상 응하는 각각의 홈(304A, 308A)의 곡선 세그멘트에 의해 정의된 4 개의 곡선형 변을 갖는 복수의 랜딩(312)을 정의한다. 역시, 랜딩(312)의 면적은 연마 패드(300)의 중심 O로부터의 방사상 거리가 증가함에 따라 증가한다.
도 8 및 9는 연마 패드(400)를 나타낸다. 연마 패드(400)의 홈 패턴은 본질적으로 일정한 각 피치로 반복되어 홈(404A)의 첫 번째 세트(404)를 제공한 다음, 이를 반사하여 반대 방향으로 감기는 홈(408A)을 제공하고 일정한 각 피치로 반복하여 홈의 두 번째 세트(408)를 제공하는 단일의 나선형 홈 형태에 기초한다. 연마 패드(400)는 상이한 홈 세트들, 여기서는 세트(404, 408)가 도 1-7의 연마 패드(100, 200, 300)에서와 같이 상이한 내부 및 외부 경계를 가질 필요가 없다는 사실을 특별히 보여준다. 대신 두 세트(404, 408)는 모두 동일한 내부 및 외부 경계(412B, 416)를 공유할 수 있다. 각 세트(404, 408) 중 각각의 홈(404A, 408A)은 상기 CF 방정식에 따라 배열되고, 그럼으로써 각각의 홈 세트(404, 408)에 대하여 실질적으로 일정한 CF를 제공한다. 깊이, 가로 단면 형태 및 폭과 같은 홈(404A, 408A)의 다른 국면들은 도 1-3의 홈(128A, 132A)에 대하여 전술한 것과 같을 수 있다. 도 8에서 알 수 있듯이, 교차하는 홈(404A, 408A)은 상응하는 각각의 홈(404A, 408A)의 곡선 세그멘트로 정의된 4 개의 곡선형 변을 각각 갖는 복수의 랜딩(412)을 정의한다. 랜딩(412)의 면적은 연마 패드(400)의 동심으로부터의 방사상 거리가 증가함에 따라 증가한다.
연마 패드(400)는 반대로 감기는 홈의 두 세트(404, 408)가 사실상 같은 내부 출발 반경을 가질 수 있지만, 많은 구현예에서는 연마 매질 유동의 목적을 위해 하나의 홈 세트에 있는 홈들은 웨이퍼 트랙의 내부 경계보다 작은 내부 반경으로부터 상기 웨이퍼 트랙의 외부 경계보다 큰 외부 반경까지 뻗어 있는 한편, 또 다른 홈 세트에 있는 홈들은 웨이퍼 트랙 내부에 위치한 내부 반경으로부터 상기 웨이퍼 트랙의 외부에 위치한 외부 반경까지 뻗어있는 것이 바람직하다. 이러한 방식으로, 한 세트의 홈들은 웨이퍼 트랙을 통하여 전체적으로 뻗어있고 다른 세트의 홈들은 웨이퍼 트랙 내부로부터 연마 패드의 외부 주변을 향하여 뻗어있다. 이러한 상황은 도 1-7, 10 및 11의 각각의 연마 패드(100, 200, 300, 450)에서 나타난다.
도 10 및 11은 각각 두 세트(454, 458)의 교차하는 일정한 CF 홈들(454A, 458A)을 갖는 연마 패드(450)를 나타낸다. 홈 세트(454, 458)는, 연마 패드(200)의 각 세트(204, 208)에서 도 4 및 5의 홈들(204, 208A)이 일정한 각 피치로 상기 패드 주위에 배치된 반면, 도 10 및 11의 홈들(454A, 458A)은 가변적 각 피치로 연마 패드(450) 주위에 배치되는 것 외에는, 도 4 및 5의 연마 패드(200)의 홈 세트(208, 204)와 매우 유사하다. 예시적인 연마 패드(200)에서는, 홈 세트(208)에 20 개의 홈(208A)이 존재하여 (그리고, 결과적으로 홈(208A)의 바로 인접한 것들 사이에 20 개 랜딩), 일정한 각 피치 360°/20 = 18°를 제공한다. 유사하게, 홈 세트(204)에는 127 개의 홈(204A)이 존재하여 (그리고, 결과적으로, 홈(204A)의 바로 인접한 것들 사이에 127 개 랜딩), 일정한 각 피치 360°/127 ≒ 2.84°를 제공한다. 물론, 또 다른 구현예에서, 각 세트(454, 458) 중 홈들(454A, 458A)의 수는 도시된 수와 다를 수 있고, 특정 디자인의 필요에 따라 다소간에 선택될 수 있다.
반면에, 도 10 및 11을 참고하면, 연마 패드(450)의 홈 세트(454)에서, 홈 들(454A)은 α=9°와 β=27°사이에서 교대하는 가변적 각 피치를 갖는다. α는 상대적으로 β보다 훨씬 작으므로, 사람의 시각적 지각은 가까운 간격을 갖는 홈들을 한데 무리짓는 경향이 있으며, 이러한 경우, 홈 세트(454)는 각각 2 개 홈(454A)으로 된 10 개 세트를 함유하는 것으로 나타난다. 유사하게, 홈 세트(458)의 홈들(458A)도 3 개의 각 α', β', γ의 반복되는 시리즈인 가변적 피치를 가지며, 여기에서 α'=β'=2°이고 γ=4°이다. 여기에서도, 사람의 시각적 지각은 더 가까운 간격을 갖는 홈들(458A)을 한데 무리짓는 경향이 있으므로, 홈 세트(458)가 각각 3 개의 홈(458A)으로 된 45 개 세트를 함유하는 것으로 나타난다. 물론, 당업자는 이들 2 개의 가변적 각 피치가 단순히 예시적인 것이며, 다수의 가변적-피치의 홈 패턴이 각 홈 세트(454, 458)에서 2 개 이상의 상이한 피치 각을 이용하여 임의의 당업자에 의해 상도될 수 있음을 쉽게 인식할 것이다. 물론, 다른 구현예에서는, 단 하나의 홈 세트(454, 458)에는 가변적 홈 피치가 제공될 수 있는 한편, 다른 것에는 일정한 피치가 제공될 수 있다.
도 1-3의 연마 패드(100)의 홈들(128A, 132A)에서와 같이, 각각의 홈 세트(454, 458)에서 각각의 홈(454A, 458A)은 전술한 CF 방정식, 즉, 수학식 (1)-(3)에 따라 배열되고, 그럼으로써 각 홈 세트(454, 458)에 대하여 실질적으로 일정한 CF를 제공한다. 특히 도 11을 참고하면, 점(462)은 연마 패드(450)의 동심을 나타내고, 원(466)은 홈 세트(454)의 홈들(454A)에 대한 출발점을 나타내며, 원(470)은 홈 세트(458)의 홈들(458A)에 대한 출발점을 나타낸다. 원(466, 470)은 중심점(462)과 동심이고, 원(466)은 반경 R1을, 원(470)은 반경 R2를 갖는다. 반경 R1 이 반경 R2보다 작게 도시되었지만, 당업자는 다른 구현예에서는, 홈(454A)가 홈(458A)으로부터 반대 방향으로 감기기 때문에 반경 R1은 R2보다 클 수도 있으며, 또 다른 구현예에서 반경 R1은 R2와 동일할 수도 있음을 잘 인식할 것이다. 후자에 관하여, 홈(454A, 458A)은 같은 방정식에 의해 정의되므로, 이들이 같은 방향으로 감기고 같은 출발 반경을 가질 경우, 이들은 동일한 나선 형태를 가지며 서로 교차하지 않을 것임이 인식될 것이다. 깊이, 가로 단면 형태 및 폭과 같은 홈(454A, 458A)의 다른 국면은 도 1-3의 홈(128A, 132A)에 관하여 전술한 것과 같을 수 있다. 뿐만 아니라, 도 10에서 알 수 있듯이, 교차하는 홈들(454A, 458A)은 각각이 상응하는 각각의 홈(454A, 458A)의 곡선 세그멘트에 의해 정의되는 4 개의 곡선형 변을 갖는 복수의 랜딩(474)을 정의한다. 도 1, 4, 6 및 8에 도시된 연마 패드(100, 200, 300, 400)에서, 랜딩(474)의 면적은 각각 연마 패드(450)의 동심(462)으로부터의 방사상 거리가 증가함에 따라 증가한다.
전술한 실시예는 개개의 홈이 각의 방향에서 동일한 간격을 갖는 홈 세트를 특징으로 하였지만, 이는 반드시 그럴 필요가 있는 것은 아님을 주목해야 한다. 첫 번째 및 두 번째 세트의 일정한-면적 나선형 홈의 개개 홈의 간격에 어떤 주기성이 존재하는 것이 일반적으로 바람직하지만, 이는 전체 패드 둘레에 단일의 홈 피치라기 보다는 각 세트의 2, 3 또는 그 이상의 홈의 군으로 실현될 수도 있다.
도 12는, 도 1-11의 연마 패드 (100, 200, 300, 400, 450) 중 하나이거나, 웨이퍼(508) 등의 물품을 연마하기 위한 본 발명에 따라 제조된 다른 연마 패드일 수 있는, 연마 패드(504)와 함께 사용하기 적합한 연마기(500)를 도시한다. 연마 기(500)는 연마 패드(504)가 그 위에 탑재되는 압반(512)을 포함할 수 있다. 압반(512)은 압반 구동기(도시되지 않음)에 의해 회전 축(A1) 주위를 회전할 수 있다. 연마기(500)는 또한 압반(512)의 회전축(A1)에 평행하거나 그로부터 이격된 회전축(A2) 주위로 회전할 수 있고 연마 도중 웨이퍼(508)를 지지하는 웨이퍼 캐리어(520)를 포함할 수 있다. 웨이퍼 캐리어(520)는 웨이퍼(508)를 연마 패드(504)의 연마 표면(524)에 아주 약간 비-평행한 국면에서 생각하는 것을 허용하는 짐벌 결합(도시되지 않음)을 특징으로 할 수 있고, 이러한 경우 회전축(A1, A2)은 서로에 대하여 아주 약간 비스듬할 수 있다. 웨이퍼(508)는 연마 표면(524)을 마주하고 연마 도중 평탄하게 되는 연마 표면(528)을 포함한다. 웨이퍼 캐리어(520)는 웨이퍼(508)를 회전시키고 하향력(F)을 제공하여 연마된 표면(524)을 연마 패드(504)에 대하여 압박하여 연마 도중 상기 연마 표면과 상기 패드 사이에 원하는 압력이 존재하도록 개조된 캐리어 지지 어셈블리(도시되지 않음)에 의해 지지될 수 있다. 연마기(500)는 또한 연마 매질(536)을 연마 표면(524)에 공급하기 위한 연마 매질 입구(532)를 포함할 수 있다.
당업자가 잘 인식하듯이, 연마기(500)는 시스템 제어기, 연마 매질 저장 및 분배 시스템, 가열 시스템, 헹굼 시스템 및 연마 공정의 다양한 국면을 제어하기 위한 다양한 제어기, 예를 들면, 다른 것들 중에서도 (1) 웨이퍼(508) 및 연마 패드(504)의 회전 속도의 하나 또는 양자를 위한 속도 제어기 및 선택기; (2) 패드로의 연마 매질(536)의 전달 속도 및 위치를 변화시키기 위한 제어기 및 선택기; (3) 웨이퍼와 연마 패드 사이에 적용된 힘(F)의 크기를 제어하기 위한 제어기 및 선택 기, 및 (4) 패드의 회전축(A1)에 대한 웨이퍼의 회전축(A2)의 위치를 제어하기 위한 제어기, 작동기 및 선택기와 같은 여타 요소(도시되지 않음)를 포함할 수 있다. 당업자는 이들 요소가 어떻게 구성되고 실시되는지를 이해할 것이므로, 이들 요소의 상세한 설명은 본 발명을 이해 및 실시하기 위해 당업자에게 필요하지 않다.
연마 도중, 연마 패드(504) 및 웨이퍼(508)는 그 각각의 회전 축(A1, A2) 주위에 회전되고, 연마 매질(536)은 연마 매질 입구(532)로부터 상기 회전하는 연마 패드 위로 분배된다. 연마 매질(536)이, 웨이퍼(508) 아래의 갭 및 연마 패드(504)를 포함하여, 연마 표면(524) 위로 확산된다. 연마 패드(504) 및 웨이퍼(508)는 전형적으로 0.1 rpm 내지 150 rpm의 선택된 속도로 회전하지만, 반드시 그러한 것은 아니다. 힘(F)은 전형적으로 웨이퍼(508)와 연마 패드(504) 간에 0.1 psi 내지 15 psi(6.9 내지 103 kPa)의 원하는 압력을 유도하도록 선택된 크기이지만, 반드시 그러한 것은 아니다.
도 1은 두 세트의 교차하는 홈을 갖도록 본 발명에 따라 제조된 연마 패드의 평면도이다.
도 2는 도 1의 선 2-2를 따라 자른 도 1의 연마 패드의 확대된 단면도이다.
도 3은 두 세트의 교차하는 홈의 각각으로부터 하나의 홈을 나타내는 도 1의 연마 패드의 개략도이다.
도 4는 두 세트의 교차하는 홈을 갖도록 본 발명에 따라 제조된 다른 연마 패드의 평면도이다.
도 5는 두 세트의 교차하는 홈의 각각으로부터 하나의 홈을 나타내는 도 4의 연마 패드의 개략도이다.
도 6은 두 세트의 교차하는 홈을 갖도록 본 발명에 따라 제조된 또 다른 연마 패드의 평면도이다.
도 7은 두 세트의 교차하는 홈의 각각으로부터 하나의 홈을 나타내는 도 6의 연마 패드의 개략도이다.
도 8은 두 세트의 교차하는 홈을 갖도록 본 발명에 따라 제조된 또 다른 연마 패드의 평면도이다.
도 9는 두 세트의 교차하는 홈의 각각으로부터 하나의 홈을 나타내는 도 8의 연마 패드의 개략도이다.
도 10은 두 세트의 교차하는 홈을 갖도록 본 발명에 따라 제조된 추가의 연마 패드의 평면도이며, 여기에서 각 세트의 홈들은 가변적 각 피치를 갖는다.
도 11은 상기 두 세트의 교차하는 홈의 각각으로부터 몇 개의 홈을 나타내는 도 10의 연마 패드의 확대된 부분 개략도이다.
도 12는 본 발명에 따르는 연마 시스템의 개략도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
연마 패드(100) 연마 층(104)
연마 표면(108) 안감 층(112)
반도체 웨이퍼(114) 원형의 외부 주변(120)
연마 (웨이퍼) 트랙 (124) 내부 경계(124A)
외부 경계(124B) 홈 세트(128, 132)
홈(128A, 132A) 랜딩(136)
연마 패드(200) 홈 세트(204, 208)
홈(204A, 208A) 랜딩(212)
연마 패드(300) 홈 세트(304, 308)
홈(304A, 308A) 랜딩(312)
연마 패드(400) 홈 세트(404, 408)
홈(404A, 408A) 랜딩(412)
내부 및 외부 경계(412B, 416) 연마 패드(450)
홈 세트(454, 458) 홈들(454A, 458A)
랜딩(474) 동심의 중심점(462)
원(466, 470) 연마기(500)
연마 패드(504) 웨이퍼(508)
압반(512) 웨이퍼 캐리어(520)
연마 표면(524) 연마 표면(528)
연마 매질 입구(532) 연마 매질(536)

Claims (10)

  1. 연마 매질의 존재 하에 자성, 광학 및 반도체 기질의 적어도 하나를 연마하기 위해 배열된 연마 층 (상기 연마 층은 동심 및 외부 주변을 갖는 원형의 연마 표면을 포함함);
    상기 원형의 연마 표면에 형성된 적어도 하나의 첫 번째 홈; 및
    적어도 하나의 첫 번째 홈을 적어도 2회 교차하도록 상기 원형의 연마 표면에 형성되어 4 개의 곡선형 변을 갖는 적어도 하나의 4-변 랜딩을 정의하는 적어도 하나의 두 번째 홈을 포함하며;
    적어도 하나의 첫 번째 홈 및 적어도 하나의 두 번째 홈의 각각은 상기 동심에 근접한 첫 번째 위치로부터 상기 외부 주변에 근접한 두 번째 위치까지 홈을 가진 각각의 원주 부분을 갖는 원형의 연마 표면을 제공하고, 상기 홈을 가진 각각의 원주 부분은 평균을 가지며 상기 평균의 약 25% 이내를 유지하는 연마 패드.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 첫 번째 홈은 첫 번째 출발 반경 및 상기 첫 번째 출발 반경의 함수로서 일련의 일정한 원주 부분 홈 방정식에 의해 정의된 첫 번째 나선 형태를 가지며, 상기 적어도 하나의 두 번째 홈은 두 번째 출발 반경 및 상기 두 번째 출발 반경의 함수로서 일련의 일정한 원주 부분 홈 방정식에 의해 정의된 두 번째 나선 형태를 갖는 연마 패드.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 연마 표면은 상기 연마 패드가 연마를 위해 사용될 때 고리형의 웨이퍼 트랙을 가지며, 상기 첫 번째 출발 반경은 상기 연마 표면의 동심과 상기 웨이퍼 트랙의 사이에 위치하고, 상기 두 번째 출발 반경은 상기 웨이퍼 트랙 내에 놓인 연마 패드.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 첫 번째 홈이 상기 원형의 연마 표면의 동심 주위에 첫 번째 방향으로 감기고, 상기 적어도 하나의 두 번째 홈은 상기 첫 번째 방향에 반대되는 동심 주위에 두 번째 방향으로 감기는 연마 패드.
  5. 제 1 항에 있어서, 각각의 일정한 원주 부분 홈을 제공하는 복수의 첫 번째 홈을 더 포함하고, 상기 복수의 첫 번째 홈은 복수의 첫 번째 홈들 사이에서 가변적 각 피치를 갖는 연마 패드.
  6. 제 1 항에 있어서, 적어도 하나의 첫 번째 홈 및 적어도 하나의 두 번째 홈의 각각의 홈을 가진 원주 부분이 평균을 가지며 상기 평균의 약 10% 내에서 유지되는 연마 패드.
  7. 연마 매질의 존재 하에 자성, 광학 및 반도체 기질의 적어도 하나를 연마하기 위해 배열된 연마 층 (상기 연마 층은 동심 및 외부 주변을 갖는 원형의 연마 표면을 포함함);
    첫 번째 출발 반경을 가지며 상기 원형의 연마 표면에 형성된 복수의 첫 번째 홈을 갖는 첫 번째 홈 세트 (복수의 첫 번째 홈의 각각은 일련의 일정한 원주 부분 홈 방정식에 따라 첫 번째 출발 반경의 함수로서 배열됨으로써, 첫 번째 평균을 가지며 상기 첫 번째 평균의 약 5% 이내로 유지되는 홈을 가진 첫 번째 원주 부분을 제공함); 및
    두 번째 출발 반경을 가지며, 복수의 첫 번째 홈의 것들이 복수의 두 번째 홈의 것들을 1회 이상 교차하여 각각이 4 개의 곡선형 변을 갖는 복수의 4-변 랜딩을 정의하도록 상기 원형의 연마 표면에 형성된 복수의 두 번째 홈을 포함하는 두 번째 홈 세트(상기 복수의 두 번째 홈 각각은 일련의 일정한 원주 분획 홈 방정식에 따라 상기 두 번째 출발 반경의 함수로서 배열됨으로써, 두 번째 평균을 가지며, 상기 두 번째 평균의 약 5% 이내로 유지되는 홈을 가진 두 번째 원주 부분을 제공함)를 포함하는 연마 패드.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 첫 번째 출발 반경이 상기 패드 외부 반경의 약 1/12보다 작아서, 상기 첫 번째 홈 세트 중 각각의 나선형 홈에 적어도 2 회의 완전한 회전을 제공하는 연마 패드.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 두 번째 출발 반경이 상기 패드 외부 반경의 약 1/3보다 커서, 상기 두 번째 홈 세트 중 각각의 나선형 홈에 1 회 이하의 완전한 회전을 제공하는 연마 패드.
  10. 제 8 항에 있어서, 상기 두 번째 출발 반경이 상기 패드 외부 반경의 약 1/12보다 작아서, 상기 두 번째 홈 세트 중 각각의 나선형 홈에 적어도 2 회의 완전한 회전을 제공하는 연마 패드.
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