KR20100082770A

KR20100082770A - 폴리싱 패드

Info

Publication number: KR20100082770A
Application number: KR1020107007067A
Authority: KR
Inventors: 라지브 바자제이
Original assignee: 세미퀘스트, 인코포레이티드
Priority date: 2007-09-03
Filing date: 2008-08-28
Publication date: 2010-07-19
Also published as: US8066555B2; US20100203815A1; CN101808780A; WO2009032768A2; WO2009032768A3; TW200924907A

Abstract

폴리싱 패드는 폴리싱 요소의 표면 위에서 서로 결합되는 폴리싱 요소들을 포함한다. 상기 각각의 폴리싱 요소들은 다른 폴리싱 패드에 대한 측면 운동을 억제하나, 상기 폴리싱 요소의 폴리싱 면에 수직한 축선으로의 이동가능성을 유지하도록 고정된다. 상이한 밀도의 폴리싱 요소들이 폴리싱 패드의 표면의 상이한 영역 내에 위치될 수 있다.

Description

폴리싱 패드 {POLISHING PAD}

본 발명은 2007년 9월 3일자 출원된 미국 가 출원 번호 60/969,684호를 우선권으로 주장하며 또한, 이를 본 발명에 참조했다.

본 발명은 화학 기계적 평탄화(CMP) 및 기타 적용 분야에 사용되는 것과 같은 폴리싱 패드의 분야에 관한 것이다.

본 발명의 양수인에게 양도되어 본 발명에 참조되었으며, 2007년 4월 6일자로 출원된 미국 특허 출원 번호 11/697,622호(이후, "'622 출원"이라 칭함)에는 CMP 및 기타 적용분야에서 사용되는 개선된 폴리싱 패드가 설명되어 있다. 실시예들이 본 발명의 도 1a 및 도 1b에 패드(300)로서 도시되어 있는, 상기 '622 출원에 설명된 폴리싱 패드는 폴리싱 패드에 부착되는 압축성 하부층(316)을 갖는 가이드 판(308)을 포함한다. 선택적인 다공성 슬러리 분배 층(304)이 상기 가이드 판의 다른 측면에 부착될 수 있다. 복수의 폴리싱 요소(306)는 서로에 대해 그리고 가이드 판에 대해 평면 방위로 유지되도록 가이드 판(308)을 통해 돌출한다.

상기 폴리싱 요소(306)는 압축성 하부층(316)(또는 하우징)에 부착되며, 각각의 폴리싱 요소는 돌출된다. 사용시, 폴리싱 패드(300)는 폴리싱될 웨이퍼에 대해 회전하는 폴리싱 테이블(318)의 상부에 놓이며, 폴리싱 패드의 폴리싱 요소는 접촉면에서 웨이퍼(320)와 (통상적으로 가압하에서)접촉하게 된다. 사용될 때, 슬러리 분배 층(304)은 폴리싱 요소(306)들 사이의 슬러리 통로에 유동 제어를 제공한다.

'622 출원에 설명된 폴리싱 패드의 기초는 폴리싱 요소(306)에 대한 측면 지지를 제공하는 가이드 판(308)이다. 가이드 판은 각각의 폴리싱 요소(306)를 수용하여 폴리싱 요소들의 긴 축선에 대해 수직 방향으로 폴리싱 요소들이 자유롭게 이동할 수 있는 상태가 되게 하는 구멍을 포함한다.

일 실시예에서, 본 발명은 압축성 표면 위에서 서로 맞물리는 복수의 폴리싱 요소를 포함하는 폴리싱 패드를 제공한다. 각각의 폴리싱 요소들은 폴리싱 요소들의 다른 요소에 대한 측면 운동을 제한하나, 폴리싱 요소의 폴리싱 표면에 수직한 축선에서의 이동성을 유지하도록 고정된다. 폴리싱 패드는 또한, 압축성 하부층을 포함하며, 여기서 각각의 폴리싱 요소는 압축성 하부 층에 고정되며 상기 압축성 하부 층의 상부면 위로 돌출한다. 폴리싱 요소들은 클램프, 예를 들어 "L"형 클램프, "T"형 클램프, 토러스(torus)형 클램프, 또는 다른 형태의 클램프를 사용하여 압축성 하부 층에 고정될 수 있다. 몇몇의 경우에, 압축성 하부층은 불연속적이며 각각의(또는 일부의) 폴리싱 패드가 수직 방향으로의 병진 운동을 제공하도록 개개의 압축성 하부 층, 스프링, 또는 기타 재료에 고정된다. 몇몇의 경우에, 폴리싱 요소들의 일부는 폴리싱 요소들 중의 다른 폴리싱 요소에 서로 로크될 수 있다. 대안 또는 추가의 예로, 상기 폴리싱 요소들은 폴리싱 패드의 압축성 하부 층 내에 매설된 와이어를 사용하여 고정될 수 있다. 폴리싱 요소들은 80 보다 큰 쇼어 D 경도를 가질 수 있다.

본 발명은 첨부 도면의 도면들에 한정적인 것이 아닌, 단지 예로서 도시되어 있다.

도 1a 및 도 1b는 폴리싱 패드의 베이스에 대해 수직 병진운동을 할 수 있는 개개의 폴리싱 요소를 갖는 CMP 폴리싱 패드의 절단 측면도이며,
도 2a는 L형 클램프가 폴리싱 요소들을 압축성 하부 층에 고정하는데 사용되는 본 발명의 일 실시예에 따라 구성된 폴리싱 패드의 절단 측면도이며,
도 2b는 도 2a에 도시된 폴리싱 패드의 단일 폴리싱 요소 및 관련 클램프의 평면도이며,
도 3a는 링형 클램프가 폴리싱 요소들을 압축성 하부 층에 고정하는데 사용되는 본 발명의 일 실시예에 따라 구성된 폴리싱 패드의 절단 측면도이며,
도 3b는 도 3a에 도시된 폴리싱 패드의 단일 폴리싱 요소 및 관련 링형 클램프의 평면도이며,
도 4는 핀이 폴리싱 요소들을 압축성 하부 층에 고정하는데 사용되는 본 발명의 일 실시예에 따라 구성된 폴리싱 패드의 절단 측면도이며,
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 다양한 실시예에 따라 폴리싱 요소들을 폴리싱 패드의 압축성 하부 층에 고정하기 위한 다양한 구성들을 도시하는 도면이며,
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 실시예들에 따라 구성된 폴리싱 패드에 사용하기 위한 인터로킹 폴리싱 패드의 예를 도시하는 도면이며,
도 6c는 도 6a 및 도 6b에 도시한 바와 같은 인터로킹 폴리싱 요소들이 사용된 불연속적인 압축성 하부층을 갖는 폴리싱 패드의 일 실시예를 도시하는 도면이며,
도 7은 개개의 압축성 하부 층 및 공통의 가이드 판을 갖춘 폴리싱 요소들을 포함하며 본 발명의 실시예에 따라 구성되는 폴리싱 패드를 도시하는 도면이며,
도 8은 다른 그룹과는 독립적이지만 서로 협력하여 작동하는 폴리싱 요소들의 그룹을 포함하며 본 발명의 다른 실시예에 따라 구성되는 폴리싱 패드를 도시하는 도면이며,
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 단일 폴리싱 패드 내에 사용되는 상이한 치수의 폴리싱 요소들을 도시하는 도면이며,
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 서로에 대한 측면 운동을 제지하도록 폴리싱 요소들을 고정하는데 사용되는 제지용 와이어 그리드 또는 메쉬를 도시하는 도면이며,
도 11은 폴리싱 패드의 직경을 가로지는 상이한 밀도의 폴리싱 요소들로 구성되는 폴리싱 패드의 예를 도시하는 도면이다.

본 발명에서 설명하는 것은 폴리싱 패드(예를 들어, CMP 분야에 사용될 수 있는 패드) 및 그와 같은 패드를 사용하는(예를 들어, 반도체 웨이퍼, 및 그와 같은 반도체 웨이퍼 위에 금속 다마신 구조물을 포함하는, 반도체 웨이퍼 위에 층을 이룬 구조물들을 폴리싱하는) 공정에 대한 다양한 실시예들이다. 본 발명은 CMP 공정의 품질에서의 폴리싱 패드의 물리적 특성에 대한 영향력을 인정한다. 특히, 더욱 가요성 있는 폴리싱 패드가 디싱(dishing)을 생성하는 반면에, 슬러리 분포가 감소된 경질 패드가 더 많은 표면 결함을 생성한다는 것이 공지되어 있다. 다양한 폴리싱 패드의 구성(예를 들어, 기하학적 범위, 비율, 및 재료에 대한 특정 예) 및 폴리싱 공정들이 본 발명에서 예시화되어 있지만, 본 발명은 다른 형태의 폴리싱 패드 제조 재료 및 증착 제거 기술을 포함하는데도 동등하게 적용될 수 있다고 이해해야 한다. 달리 말하면, 그와 같은 다른 재료 및 기술의 사용도 본 발명의 범주 내에 있는 것으로 간주되어야 한다.

사용시, 본 발명에 따라 구성되는 패드는 웨이퍼가 적합한 하향력으로 폴리싱 패드에 대해 가압되는 동안에 폴리싱 테이블 상에 놓일 수 있다. 슬러리는 패드 표면이 웨이퍼에 대해 회전되는 동안에 패드 표면 상에 가해진다. 본 발명의 폴리싱 패드의 몇몇 실시예들은 폴리싱 패드 및 웨이퍼 표면 전반에 걸친 슬러리의 분배에 도움을 주기 위한 슬러리 분배 층을 포함한다.

본 발명에 따라 구성되는 폴리싱 패드에 있어서, 폴리싱 요소들은 서로에 대해 서로 맞물려 다른 폴리싱 패드에 대한 측면 운동을 제지하나 폴리싱 요소의 폴리싱 표면에 수직한 축선에서는 이동가능하도록 장착된다. 즉, 폴리싱 요소들의 수직 운동(예를 들어, 폴리싱 요소들의 폴리싱 표면에 수직한 축선에 따른 압축 또는 신장)은 허용되나, 측면 운동은 (예를 들어, 핀, 클램프, 또는 기타 제지 기구의 사용에 의해, 또는 폴리싱 패드의 하부 층 내부에 폴리싱 요소를 매설함으로써)방지된다. 몇몇의 경우에, 각각의 폴리싱 요소는 어떤 이웃한 폴리싱 요소와는 무관한 수직 방향으로 자유롭게 이동한다. 다른 경우에, 일군의 이웃하는 폴리싱 요소들은 협력하여 작동하나 이웃하는 일군의 폴리싱 요소와는 별개로 작용한다. 폴리싱 작동 중에, 폴리싱 요소들은 각각, 양호한 평탄도를 달성하도록 국부적인 압력을 웨이퍼에 가한다.

본 발명의 변형 실시예에서, 패드의 폴리싱 요소들은 폴리머, 금속, 세라믹 또는 이들의 조합물과 같은 어떤 적합한 재료로 제조될 수 있다. 몇몇의 경우에, 폴리싱 요소들은 (ORMECOM(등록상표)의 상표명 하에서 이용가능한)Pani(등록상표)로서 상업적으로 공지된 전도성 폴리머 폴리아닐린(polyaniline), 카본, 그래파이트 또는 금속 충전된 폴리머와 같은 전기 전도성 재료로 제조될 수 있다. 다른 실시예에서, 폴리싱 요소들은 카본, 그래파이트 또는 금속 충전된 폴리머와 같은 열 전도성 재료로 제조될 수 있다. 본 발명의 폴리싱 패드의 폴리싱 요소들을 위한 하나의 적합한 재료는 DOW Pellethane(등록상표) 2201 65D와 같은 캐스트 또는 몰딩된 폴리우레탄이다. (Torlon)(등록상표) 또는 Delrin(등록상표)와 같은 다른 폴리머 재료들도 사용될 수 있다. 폴리싱 요소들은 중합체 일 수 있거나 실리카 또는 알루미나 같은 연마제를 포함할 수 있다. 몇몇의 경우에, 폴리싱 요소들은 패드에 대한 양호한 세정성을 제공하기 위해 PVA로 제조될 수 있다. 폴리싱 요소들은 상이한 크기일 수 있으며, 이후에 설명하는 바와 같이 패드 표면 전반에 걸쳐서 가변 밀도로 위치될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 폴리싱 요소는 80보다 큰 쇼어 D 경도를 가진다.

사용되는 경우에, 슬러리 분배 재료는 개방 셀 폼(open cell foam)이고 압축성 하부 층은 폐쇄 셀 폼일 수 있다. 하부 층을 위한 재료는 바람직하게 웨이퍼의 휨 정도에 대한 순응도(compliance)를 제공하도록 선택된다. 적합한 하부 층 재료는 로거스 코포레이션에 의해 제조된 퍼포먼스(performance) 폴리우레탄일 수 있다. 또한, 본 발명의 변형 실시예에서, 구리를 우선적으로 폴리싱하고 구리 슬러리를 이용하여 구리를 제거하는데 사용되는 요소들로 제조되는 패드가 이용될 수 있다. 유사하게, 배리어 패드는 Ta/TaN 또는 기타 내화 금속과 같은 배리어 재료를 우선적으로 폴리싱하고 배리어 슬러리를 이용하여 재리어 재료를 제거하는데 사용되는 요소들로 제조될 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에서, 구리와 배리어 제거 요소들을 포함하는 복합 패드가 단일 폴리싱 플래튼 상의 구리와 배리어 재료를 제거하는데 사용된다.

본 발명에 따라 구성된 패드가 사용될 때(즉, 상기 패드가 웨이퍼 표면에 대해 이동될 때), 폴리싱 요소들은 웨이퍼의 표면과 미끄럼 접촉 또는 구름 접촉 (rolling contact)을 형성할 수 있다. 구름 접촉의 경우에, 하나 또는 그보다 많은 폴리싱 요소들은 원통형체 및 구름 선단(rolling tip)을 가질 수 있다. 구름 선단은 중합체, 금속 산화물 또는 전기 전도성 재료와 같은 가변 재료로 제조될 수 있다. 구름 선단 폴리싱 요소는 미끄럼 접촉 폴리싱 요소와 동일한 방식으로 패드 재료와 합체될 수 있다.

위에서 지적한 바와 같이, '622 출원에서 설명된 폴리싱 패드는 단지 수직 평면으로의(즉, 폴리싱될 웨이퍼를 향해 또는 그 웨이퍼로부터 멀어지는 쪽으로의)폴리싱 요소들의 이동을 제한하기 위해 가이드 판을 사용했다. 대조적으로, 본 발명의 폴리싱 패드에 대한 몇몇 실시예는 가이드 판을 포함하지 않는다. 예를 들어, 그리고 도 2a 및 도 2b에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따라 구성된 폴리싱 패드(300')는 폴리싱 요소(306)의 측면 운동은 제지하는 반면에 폴리싱 요소의 수직 운동은 허용하기 위한 클램프(334)를 포함한다.

이러한 예에서, 패드(300')는 압축성 하부층(316) 및 선택적인 슬러리 분배 층(304)은 포함하나, 가이드 판은 포함하지 않는다. 대신에, 폴리싱 요소(306)는 베이스(332)에서 압축성 하부층(316)에 고정된다. 다른 경우에, 폴리싱 요소들은 압축성 하부층과 슬러리 분배 층 사이에 폴리싱 요소(306)의 베이스(332)를 샌드위치식으로 끼워넣도록 압축성 하부층(316) 및 그 압축성 하부층(316)에 (예를 들어, 접착제에 의해)고정되는 슬러리 분배 층(304) 상에 간단히 위치될 수 있다. 폴리싱 요소(306)의 선단부(330)는 슬러리 분배 층(304) 위로 (슬러리 분배 층 내의 구멍을 통해)돌출하며 사용시, 웨이퍼 또는 폴리싱될 기타 재료와 접촉하게 된다.

몇몇의 경우에, 전술한 배열은 폴리싱 요소(306)의 측면 운동을 방지하는데 충분할 것이다. 즉, 슬러리 분배 층(304)은 충분한 강성을 가지며 그와 같은 측면 운동을 방지하도록 압축성 하부 층에 충분히 단단히 체결될 수 있다. 이들 경우에, 가이드 판이나 측면 운동을 제지하기 위한 어떤 다른 형태도 필요하지 않다.

다른 경우에, 압축성 하부 층(316)에 대한 폴리싱 요소(306)의 측면 운동을 방지하기 위해 하나 또는 그보다 많은 클램프(334)가 각각의 폴리싱 요소의 베이스(332)의 주변부 주위에 사용된다. 각각의 클램프(334)는 "L" 형태의 형상을 가지며, 여기서 제 1(수평) 부분은 폴리싱 요소(306)의 베이스(332)의 적어도 일부분 위로 연장되며, 제 2(수직) 부분은 압축성 하부 층(316) 내측에 삽입(및 접합)된다. 실제로, 각각의 폴리싱 요소(306)의 베이스(332) 주위에 원주 방향으로 분포되는 두 개 또는 네 개(또는 그보다 많은)의 클램프(334)는 폴리싱 작동 중에 폴리싱 요소의 측면 운동을 제한하는데 충분하다.

몇몇 경우에, "T"형 클램프가 두 개의 이웃하는 폴리싱 요소의 베이스를 고정하는데 사용될 수 있다. 그러나, 그와 같은 구성은 하나의 폴리싱 요소의 수직 운동이 이웃하는 폴리싱 요소의 운동에 영향을 줄 수 있다. 따라서, 독립적인 폴리싱 요소의 운동이 중요한 경우에 L형 클램프가 우선적으로 선택될 수 있다.

L형상 또는 T형상 클램프의 대체 예가 도 3a 및 도 3b에 도시되어 있다. 폴리싱 패드(300")의 본 실시예에서, 폴리싱 요소(306)의 베이스(332)를 에워싸는 링-형상 또는 토러스 형상의 클램프가 사용된다. 링 또는 토러스 형상의 클램프는 폴리싱 요소(306)의 베이스(332)의 적어도 일부분 위로 연장하는 부분, 및 상기 압축성 하부 층(316)의 내측으로 삽입되는 플랜지 또는 프롱(prong)을 가진다.

다른 대체 예가 도 4에 도시되어 있다. 폴리싱 패드(300")의 본 실시예에서, 핀(338)이 폴리싱 요소를 압축성 하부층(316)에 고정하는데 사용된다. 핀(338)은 폴리싱 요소(306)의 내측으로 또한 압축성 하부 층(316)의 내측으로 적어도 부분적으로 연장한다. 폴리싱 요소를 고정하는 다른 수단으로서, 핀이 패드의 폴리싱 요소 및/또는 압축성 하부 층의 내측으로 접합될 수 있다. 폴리싱 요소의 작동 선단의 마모로 핀이 노출되어 잠재적인 핀-웨이퍼 접촉을 초래함으로써 웨이퍼에 대한 스크래치나 기타 손상을 유발하는, 폴리싱 요소의 작동 선단으로 핀이 연장하지 않도록 주의해야 한다.

폴리싱 패드의 전술한 실시예들 중의 어느 하나 또는 모두에 있어서, 폴리싱 요소(306)들은 압축성 하부 층(316)의 상부에 장착 또는 위치될 수 있다. 대안으로서, 도 5a 내지 도 5c에 도시된 바와 같이, 폴리싱 요소들은 압축성 하부 층(316) 내에 (적어도 부분적으로)매설될 수 있다. 예를 들어, 도 5a는 압축성 하부 층(316) 내에 매설되며 슬러리 분배 층(304) 내의 구멍을 통해 돌출하는 폴리싱 요소(306)를 도시한다. 폴리싱 요소는 접착제를 사용하여 고정될 수 있으며 베이스(332)를 포함하거나 포함하지 않을 수 있다. 몇몇의 경우에 베이스(332)는 압축성 하부 층(316) 내에 매설될 때 측면 운동에 대한 추가의 저항성을 제공하며 또한 폴리싱 요소가 압축성 하부 층으로부터 느슨해지는 것을 방지하는데 도움을 주므로 바람직하다.

도 5b는 도 5a에 도시된 것과 유사한 배열을 도시하지만, 도 5b에서는 슬러리 분배 층이 사용되지 않는다. 대신에, 패드는 압축성 하부 층으로부터 (예를 들어, 압축성 하부 층 내의 구멍을 통해)돌출하는 매설된 폴리싱 요소(306)들을 갖는 단지 압축성 하부층으로만 구성된다. 도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같은 패드는 단일 층의 압축성 하부 층으로 제조될 수 있으며, 그런 경우에 폴리싱 요소들은 상기 구멍을 통해 먼저 베이스에 삽입되거나, 두 개의 층의 압축성 하부 층으로 제조되는 경우에는 이들 층들 사이에 샌드위치 식으로 끼워진다.

도 5c는 폴리싱 요소(308)를 폴리싱 패드의 압축성 하부 층(316)에 고정하기 위한 또 다른 대체 예를 도시한다. 본 실시예에서, 폴리싱 요소(306)는 선단(330), 베이스(332) 및 앵커(340: anchor)를 포함한다. 앵커(340)는 압축성 하부 층(316)의 구멍 내에 삽입 및 (예를 들어, 접착제에 의해)고정된다. 베이스(332)도 압축성 하부 층(316)에 (예를 들어, 접착제에 의해)고정된다. 본 실시예가 슬러리 분배 층 없이 도시되었지만, 그와 같은 층은 패드의 사용이 의도된 적용 분야에 바람직하거나 필요하다면 포함될 수 있다.

이제 도 6a 및 도 6b를 참조하면, 폴리싱 요소의 상이한 배열이 도시되어 있다. 폴리싱 요소(350)는 선단(352) 및 베이스(354)를 포함한다. 베이스(354)는 설부(356: tongue portion) 및 홈부(358)를 포함한다. 상기 도면에 도시된 바와 같이, 하나의 폴리싱 요소(350)의 설부(356)는 이웃하는 폴리싱 요소(350)의 홈부(358)에 인터로킹됨으로써, 폴리싱 패드의 일부분으로서 배열된 때 이웃하는 폴리싱 요소가 서로에 대해 측면으로 이동되는 것을 방지(또는 적어도 제지)한다.

인터로킹된 폴리싱 요소(350)들은 전술한 폴리싱 패드 중의 어느 하나와 관련하여 사용되거나, 도 6c에 도시한 바와 같이 비연속적인 압축성 하부 층(360)을 포함하는 폴리싱 패드(300"")의 일부분으로서 사용될 수 있다. 즉, 각각의 폴리싱 요소(350)들은 개개의 압축성 하부 층(360)에 (예를 들어, 접착제, 에폭시 등에 의해)고정될 수 있으나, 개개의 하부 층은 서로로부터 분리된다. 압축성 하부 층(360)은 스프링과 같은 물질, 폼, 폴리머, 또는 각각의 폴리싱 요소(350)의 수직 병진 운동을 허용하는 다른 유순한 재료일 수 있다. 따라서, 폴리싱 요소는 수직 방향으로 자유롭게 이동하지만, (베이스(354)의 인터로킹되는 성질의 결과로써)측면으로의 운동은 제지된다. 그와 같은 배열은 도 1a에 도시한 바와 같이 경질 하우징 내에 포함될 필요가 있을 수 있다. 몇몇의 경우에, 폴리싱 요소들의 적어도 일부가 가요성 연결에 의해 폴리싱 요소들 중의 다른 폴리싱 요소에 연결될 수 있다.

비연속적인 압축성 하부 층의 사용은 인터로킹되는 폴리싱 요소들의 사용에 제한되지 않는다. 예를 들어, 도 7에 도시된 바와 같이 패드(300"")는 개개의 압축성 하부 층(360)을 갖는 폴리싱 요소(306) 및 서로에 대한 측면 운동에 대항하도록 폴리싱 요소들을 고정하는 역할을 하는 가이드 판(308)을 포함할 수 있다. 폴리싱 요소(306)들은 가이드 판 내의 구멍을 통해 돌출하며 개개의 압축성 하부 층(360)은 폴리싱 요소들의 측면 운동을 더욱 배제시키도록 (예를 들어, 접착제, 에폭시에 의해)가이드 판에 고정될 수 있다. 본 발명에서 설명된 모든 다른 실시예들과 마찬가지로, 슬러리 분배 층 및/또는 멤브레인의 사용은 선택적이며, 여기서 패드(300"")에 대해 선택적이다. 패드(300"")는 전술한 바와 같이 경질 하우징(도시 않음)을 포함할 수 있다.

이제 도 8을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 구성되는 폴리싱 패드(300"")가 도시된다. 이러한 폴리싱 패드는 압축성 하부 층(316) 및 협동 작용하지만 다른 그룹과는 독립적인 폴리싱 요소(368)들의 그룹(365)을 포함한다. 즉, 폴리싱 요소(368)들의 그룹(365)은 공통의 베이스(370)를 가질 수 있거나 다양한 인터로킹 변형체를 가질 수 있어서, 상기 폴리싱 요소들은 수직 방향으로의 이동을 고려할 때 집합적으로 이동되는 경향이 있다. 그러나, 폴리싱 요소들의 그룹들은 서로로부터 구별되어서(즉, 공통의 베이스 상에 형성되지 않거나 인터로킹되지 않는), 다른 그룹의 폴리싱 요소들이 수직 방향으로 서로 독립적으로 이동한다.

공통의 압축성 하부 층(316)에 포함되어 있는 것으로 도시되어 있지만, 상기 패드(300"")는 폴리싱 요소의 각각의 그룹(365)에 대해 분리된 압축성 하부 층 부분을 사용하도록 형성될 수 있다. 그와 같은 경우에, 상기 패드의 공통의 가이드 판이 서로에 대해 폴리싱 요소 그룹의 측면 운동을 방지하는데 사용될 수 있다. 또한, 도시되지 않았지만, 상기 패드가 슬러리 분배 층 및/또는 멤브레인을 구비한 구성으로 할 수 있으며 또한, 경질 하우징에 의해 수용될 수도 있다. 또한, 폴리싱 요소를 압축성 하부 층에 고정하기 위한 어떤 수단도 사용될 수 있다.

도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 단일 폴리싱 패드 내에 상이한 치수의 폴리싱 요소(372,374)를 사용하는 것을 도시한다. 이들 폴리싱 요소들은 개별적이거나 일군의 폴리싱 요소로 집단적일 수 있다. 또는, 몇몇의 경우에, 상이한 그룹은 상이한 크기의 폴리싱 요소들을 포함할 수 있다. 즉, 하나의 그룹 내에 있는 모든 폴리싱 요소들은 균일한 크기(즉, 폭)을 가질 수 있으며, 그 크기는 동일한 폴리싱 패드 내에 있는 다른 그룹의 다른 폴리싱 요소들과 상이할 수 있다. 유사하게, 상이한 형상의 폴리싱 요소들이 폴리싱 요소들의 단일 그룹 또는 상이한 그룹 내에서 발견될 수 있다. 폴리싱 요소에 대한 다양한 형상과 크기가 '622 출원에서 논의되어 있다.

도 10은 폴리싱 패드(380)의 절단 평면도이다. 폴리싱 패드는 선단(330) 및 베이스(332)를 갖는 폴리싱 요소(306)를 포함한다. 인터로킹된 베이스를 갖는 것과 같은 다른 형태의 폴리싱 요소들이 사용될 수 있다. 이러한 패드(380)에서, 억제 와이어(385)는 서로에 대해 측면 운동에 대항하게 폴리싱 요소(306)들을 고정하도록 위치된다. 이러한 간략화된 도면에서, 한 세트의 수평 억제 와이어와 한 세트의 수직 억제 와이어(385)가 도시되어 있지만, 그러한 와이어의 전체 그리드 또는 전체 메쉬가 폴리싱 요소(306)들을 고정하는데 사용될 수 있다. 억제 와이어 위에 위치된 것은 추가의 압축성 하부 층 또는 슬러리 분배 층(도시 않음)일 수 있다.

상기 억제 와이어는 적합한 재료로 제조될 수 있으며 금속일 필요는 없다. 실제로, 금속 와이어의 사용으로 폼-계열의 압축성 하부 층에 대한 위험성을 지닐 수 있으므로 바람직하지 않을 수 있다. 즉, 금속은 폼의 마모의 결과로써 돌출되어 폴리싱될 웨이퍼나 다른 재료에 대한 손상을 유발할 수 있다. 따라서, 플라스틱, 또는 심지어 경질 폼 재료 등과 같은 어떤 경질 재료가 억제 와이어(385)용으로 사용될 수 있다.

상기 '622 출원에서, 폴리싱 패드가 패드의 직경 전반에 걸쳐서 상이한 밀도의 폴리싱 요소들로 구성될 수 있음에 주목했다. 도 11은 그러한 구성의 예를 도시한다. 폴리싱 패드(390)는 세 개의 영역(A,B,C)으로 분할된다. 세 개의 영역의 사용은 단지 본 실시예만을 위한 것임에 주목해야 한다. 실제로, (도시된 바와 같이)반경 반향으로 형성되거나 이와는 다르게 형성되든지 간에, 다른 수의 영역이 사용될 수 있다. 영역(A)은 패드의 중앙부, 영역(B)는 영역(A)을 에워싸는 토러스-형상부, 그리고 영역(C)은 영역(B)을 에워싸고 패드(390)의 주변부로 연장하는 외측 토러스-형상부를 나타낸다.

웨이퍼(395)는 패드(390)가 폴리싱을 위해 사용되며 웨이퍼와 패드가 서로에 대해 회전될 때, 패드의 상이한 영역이 상이한 시간 주기 동안 그리고 패드의 상이한 부분에서 웨이퍼와 접촉하는 것을 도시하기 위해 패드(390) 위에 도시되어 있다. 웨이퍼의 폴리싱의 대부분은 웨이퍼가 폴리싱 패드의 영역(B)과 접촉하는 동안에 발생한다. 단지 웨이퍼의 주변부만이 영역(A,C)과 접촉된다.

도면에 폴리싱 패드의 측면도로 도시된 바와 같이, 폴리싱 패드의 상이한 영역들은 상이한 치수의 폴리싱 요소(306)들을 포함한다. 물론, 폴리싱 패드에 대한 전술한 형태 및 구성 중의 어느 것도 사용될 수 있으며 압축성 하부 층(316) 상에 배열된 폴리싱 요소(306)에 관한 논의는 단지 설명을 위한 것이다. 도시된 바와 같이, 영역(B) 내에 있는 폴리싱 요소(306)의 밀도는 영역(A, 또는 C)의 밀도보다 크다. 일 실시예에서, 영역(B)은 폴리싱 요소의 55%의 밀도를 가질 수 있는 반면에, 영역(A,C)은 각각, 폴리싱 요소의 28%의 밀도를 가진다. 폴리싱 요소의 밀도는 각각의 영역 내에 있는 폴리싱 패드의 표면 위의 노 폴리싱 요소(no polishing element)에 대한 폴리싱 요소의 상대적인 측정을 의미한다. 이와는 달리, 영역(B)은 영역(A 또는 C) 중의 어느 하나보다 적은 밀도의 폴리싱 요소를 가질 수 있다. 예를 들어, 영역(B)은 폴리싱 요소들의 28%의 밀도를 가질 수 있는 반면에, 영역(A,C)은 각각 폴리싱 요소의 55%의 밀도를 가질 수 있다.

도면의 바닥에 있는 그래프는 폴리싱 요소의 상대 밀도가 웨이퍼에 대한 재료 제거율에 어떻게 영향을 미치는가를 도시한다. 곡선(A)은 영역(B)이 영역(A,C)보다 큰 밀도의 폴리싱 요소를 가지는 예에 대한 제거율 프로파일을 나타낸다. 곡선(B)은 영역(B)이 영역(A,C)보다 적은 밀도의 폴리싱 요소들을 가지는 제거율 프로파일을 나타낸다.

본 발명에 설명되는 폴리싱 패드는 CMP 처리 공정과 관련된 다양한 단계에 사용될 수 있다. 이는 다중 폴리싱 패드와 가변 특성의 슬러리가 연속적으로 사용되는 다단계 공정(multi-step process)으로부터, 하나의 폴리싱 패드와 하나 또는 그보다 많은 슬러리가 전체 폴리싱 단계 전반에 걸쳐 사용되는 한 단계 공정(one step process)까지의 사용도 포함한다. 대안, 또는 추가 예로, 폴리우레탄 폴리싱 요소로 구성된 패드가 평탄화 단계에 적합할 수 있는 반면에, PVA로 제조된 폴리싱 요소를 갖는 패드가 버핑(buffing) 및 세정 공정에 적합할 수 있다.

본 발명의 몇몇 실시예에서, 폴리싱 패드는 패드의 폴리싱 표면에 대한 마모를, 또는 단순히 패드 수명의 종점을 정량적으로 결정할 수 있는 능력을 갖추도록 구성될 수 있다. 예를 들어, "패드 수명 종점" 센서, 또는 더 일반적으로 "검출 센서"가 (폴리싱 요소의 선단으로부터 측정된 바와 같은)상부 표면으로부터 예정된 깊이로 패드 내에 매설될 수 있다. 상기 센서가 놓이거나 작동하는 예정된 두께까지 패드가 마모되면, 상기 센서는 마모를 검출하여 폴리싱 시스템에 인풋을 제공한다.

수명 종점 검출 센서는 반사 코팅으로 피복된 상부면을 갖는 광학적으로 투명한 원통형 플러그로 구성될 수 있다. 상기 플러그는 플러그의 반사 단부가 예정된 높이만큼 패드의 상부면 아래에 위치되도록 패드 내에 매설될 수 있다. 광 소오스 및 검출기가 광학적으로 투명한 창(window)을 통해 폴리싱 장치의 플래튼 내에 놓인다. 광 비임이 새로운 패드의 플러그 상에 입사되면, 반사면은 광을 되반사시킴으로써, 패드가 여전히 유효 수명을 갖고 있다는 것을 나타낸다. 그러나, 패드가 예정된 깊이로 마모되어 플러그의 상부가 이제 막 노출된 패드 표면과 거의 동일 평면상에 있으면, 반사면은 마모될 것이며 광은 패드를 통해 투과될 것이다. 따라서 반사된 광 신호 세기에 있어서의 결과적인 변경은 패드 마모의 예를 나타내는 피이드백을 제공한다. 이러한 변경은 패드 수명의 종점을 결정하는데 사용될 수 있다(예를 들어, 패드 수명의 종점은 미리 설정된 임계치에 또는 그 임계치 아래에 있는 반사된 신호 세기에 의해 나타나 수 있다).

상기 검출 하드웨어는 패드(및 플래튼) 아래 또는 패드 위에 놓일 수 있으며 광 인서트가 반사된 광 신호를 검출 및 해석하도록 적절히 변경될 수 있다. 하나 또는 다수의 상기 플러그가 나머지 패드의 수명 비율을 검출하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 상이한 플러그가 패드 수명의 25%, 50%, 75% 및 100%(또는 다른 증분)에 대응하는 상이한 깊이로 매설될 수 있다. 이러한 방식으로 패드 마모 정보가 제공될 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에서, 패드 사용 중에 노출되는 플러그 개구의 크기가 패드 마모 비율 및 그에 따른 패드 수명에 관한 정보를 제공하도록 단일의 원추형 플러그가 패드 표면과 동일 평면상에 장착될 수 있다. 또 다른 실시예에서 상기 플러그는 패드가 마모됨에 따라 그 정도가 변화되게 노출되는 다단계 표면을 가질 수 있다. 상기 다단계 표면의 높이는 패드 마모의 비율에 대한 정보를 제공하도록 조정될 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에서, 패드 수명 센서 플러그는 반사도 순서로 배열되는 가변 투과율을 갖는 스크린을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상부 층은 100%의 반사도(예를 들어, 그 플러그에 대한 최고의 반사도)를 가질 수 있으며 새로운 패드 표면과 동일 평면상에 있을 수 있다. 25%의 플러그 깊이에는 75%의 반사도를 갖는 스크린이 매설될 수 있으며, 유사하게 50%의 플러그 깊이에는 50%의 반사도를 갖는 스크린이 매설될 수 있으며, 또한 75%의 플러그 깊이에는 25%의 반사도를 갖는 스크린이 매설될 수 있다. 물론, 이들의 상대 깊이 및 반사도에 대한 백분율은 설계자의 특정 요구에 따라 유사한 기능을 달성하도록 변경될 수 있다.

그와 같은 플러그/스크린 배열의 사용 초기에는 입사 비임이 완전히 반사될 것이며 패드의 수명은 100%(즉, 새로운 패드)로 결정될 것이다. 패드가 마모됨에 따라, 상부 반사 층이 제거되며 75%(및 그보다 낮은) 반사도 스크린과 결합된다. 각각의 상기 스크린이 노출됨(그리고 추가의 마모에 의해 계속해서 제거됨)에 따라 나머지 패드 수명이 반사된 신호의 세기에 따라 결정될 수 있다. 그러므로 단일 요소는 패드 수명을 검출하고 모니터링하는데 사용될 수 있다.

본 발명의 변형 실시예에서, 상기 센서는 새로운 패드의 상부 표면으로부터 예정된 깊이 또는 깊이들에 있는 패드 내에 매설된 두 개 또는 그보다 많은 탐침을 포함하는 전기 화학적 센서일 수 있다. 패드가 마모됨에 따라, 탐침이 노출되면 슬러리는 탐침들 사이의 전기적 접속가능성을 제공하며, 그에 의해 형성된 결과적인 전기 신호 경로는 패드 마모, 및 긍극적으론 패드 수명의 종점을 검출하기 위해 신호를 검출기로 통과 또는 이송하는데 사용될 수 있다.

또 다른 실시예에서, 상기 센서는 새로운 패드의 표면 아래의 예정된 깊이에 매설되는 전도성 판일 수 있다. 외부 정전 용량(external capacitive) 또는 와류 센서가 상기 전도성 판으로부터의 거리를 검출하고 그에 따른 패드 두께 또는 패드 마모를 검출하는데 사용될 수 있다. 본 발명의 이러한 그리고 다른 실시예는 이후에 더 논의된다.

전술한 설명으로부터 분명하듯이, 폴리싱 요소는 폴리싱 요소들이 통과하는 (압축성 하부 층 및/또는 슬러리 분배 층 내의)구멍의 직경보다 큰 베이스 직경을 갖도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 폴리싱 요소의 선단은 직경 "a"를 가질 수 있으며 상기 압축성 하부 층/슬러리 분배 층의 구멍은 직경 "b"를 가질 수 있으며, 상기 직경 "b"는 직경 "a"보다 조금 크지만, 그럼에도 불구하고 폴리싱 요소의 베이스의 직경인 직경 "c"보다는 작다. 필수적으로, 폴리싱 요소는 평탄 판의 선단에서 원통형을 닮을 것이다. 변형 실시예에서, 압축성 하부 층/슬러리 분배 층 전반에 걸친 구멍의 깊이와 간격은 특정 CMP 공정에 따라 맞춰진 최적 방법에 따라 변경될 수 있다.

전술한 바와 같이, 폴리싱 요소들 사이의 체적은 슬러리 분배 재료로 적어도 부분적으로 채워질 수 있다. 슬러리 분배 재료는 CMP 처리 공정 중의 슬러리 유동 속도를 조정하기 위한 배플, 홈, 또는 공극과 같은 유동 저항 요소들을 포함할 수 있다. 변형 실시예에서, 슬러리 분배 재료는 10 내지 90% 다공도를 가진다. 슬러리 분배 재료는 슬러리 분배 재료의 (폴리싱 면으로부터의)가변 깊이에서 소정의 슬러리 유동 속도를 달성하기 위한 상이한 재료의 다양한 층으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 폴리싱 면에 있는 표면 층은 폴리싱 면상의 슬러리 유동 양과 유동 속도를 증가시키기 위한 보다 많은 공극을 가질 수 있는 반면에, 하부 층은 슬러리 유동을 조정하는데 도움을 주기 위해 더 많은 슬러리를 상기 표면 층 근처에 유지하도록 보다 작은 공극을 가질 수 있다.

폴리싱 패드의 두께는 사용 중에 폴리싱 패드의 경도 및 물리적 특성에 영향을 미칠 것이다. 일 실시예에서, 상기 두께는 (상기 패드의 바닥으로부터 폴리싱 요소 선단의 상부까지)25 밀리미터일 수 있으나, 이러한 수치는 폴리싱 패드(300)를 구성하는데 사용되는 재료 및 수행될 CMP 공정의 형태에 따라 3 밀리미터 내지 10 밀리미터 범위에서 변할 수 있다.

압축성 하부 층은 다른 특징들 중에서, 압축시 패드의 폴리싱 면 쪽으로 지향되는 정압을 제공한다. 통상적으로, 상기 압축은 5 psi(pounds per square inch)에서 약 10%로 변할 수 있으나, 상기 압축은 사용된 재료 및 CMP 공정에 따라 변할 수 있다. 예를 들어, 상기 압축성 하부 층은 RBX 인더스트리즈에 의해 제조되는 BONDTEX(등록상표) 폼 또는 로거스 코포레이션에 의해 제조되는 Poron(등록상표) 퍼포먼스 우레탄으로 형성될 수 있다.

다양한 실시예에서, 폴리싱 요소들은 2.5 밀리미터 또는 그보다 작게 슬러리 분배 재료 또는 압축성 하부 층(별도의 슬러리 분배 층이 사용되지 않은 경우) 위로 돌출할 수 있다. 그러나, 이러한 수치는 폴리싱 요소의 재료 특성 및 상기 표면 위에서의 소정의 슬러리 유동에 따라 2.5 밀리미터보다 클 수 있을 것이다.

상기 폴리싱 요소들은 폴리싱 패드 전반에 걸쳐서 바람직하게 서로 맞춰지며, 상기 폴리싱 요소들의 분포는 특정 폴리싱/공정 요건이나 특징에 따라 변할 수 있다. 변형 실시예에서, 상기 폴리싱 요소는 각각의 폴리싱 요소들의 직경 및 폴리싱 패드의 직경에 의해 결정되는 바와 같이, 전체 폴리싱 패드 표면적의 30 내지 80%의 밀도를 가질 수 있다. 전술한 바와 같이, 폴리싱 요소의 밀도는 재료 제거율 성능과 직접적인 관계가 있으며, 패드 요소의 밀도가 높으면 높을수록, 제거율이 더 높다. 균일한 밀도의 폴리싱 요소를 갖는 패드가 균일한 제거 프로파일을 가능하게 하지만, 제거 프로파일을 변경하기 위한 하나의 방법은 소정의 제거 프로파일이 달성될 수 있도록 폴리싱 요소의 밀도를 조정하는 것이다. 예를 들어, 에지의 빠른 폴리싱 속도를 달성하기 위해 폴리싱 요소의 밀도는 웨이퍼의 에지가 패드와 접촉하는 영역에서 증가될 수 있다. 유사하게, 제거 속도는 폴리싱 요소의 밀도를 적절하게 조정함으로써 웨이퍼 중심에서 증가될 수 있다.

폴리싱 요소는 커다란 베이스 구성요소에 장착되는 일반적으로 원통형 몸통을 갖는 일반적으로 원통형 형상이다. 대안, 또는 추가 예로, 폴리싱 요소는 일반적으로 불규칙한 형상의 폴리싱 선단을 갖는 일반적으로 원통형 몸통을 가질 수 있다.

위에서 지적한 바와 같이, 본 발명에 따라 구성된 몇몇 폴리싱 패드는 패드 수명의 기능적 또는 완전한 종점(예를 들어, 수명의 종점을 초래하는 마모)을 결정하기 위한 센서와 결합된다. 광학적, 전기화학적 또는 전류-기반 센서가 그러한 수명의 종점/마모를 결정하기 위해 사용될 수 있다. 상기 센서들은 패드의 상부 표면 아래의 하나 또는 그보다 많은 예정된 깊이에서 패드와 결합된다. 상기 센서가 패드 마모에 의해 노출된 때, 광 신호의 전송을 가능하게 하거나, 전기 화학적 센서의 경우에는 회로를 폐쇄하기 위한 전기 전도도로 하여금 상기 센서로부터 하나 또는 그보다 많은 검출기로의 그와 같은 신호의 전송을 가능하게 한다. 와류 또는 정전 용량 센서의 경우에, 전도성 판이 패드의 상부 표면 아래에 매설될 수 있으며 상기 검출기가 패드의 위 또는 아래에 놓일 수 있다. 따라서 전도성 판과 센서 사이에 있는 패드의 두께는 검출기에 의해 인식될 때 신호 세기에 영향을 주며 패드 수명의 기능적 또는 완전한 종점을 결정하는데 사용된다.

이와 같이, 개선된 폴리싱 패드 및 그 사용을 위한 공정들이 설명되었다. 어떤 도시된 예들을 참조하여 설명하였지만, 본 발명의 범주는 그러한 예에 의해 한정되는 것이 아니라고 상기해야 한다. 예를 들어, 폴리싱 요소들은 주변 지지 및 슬러리 분배 층 위로 1 mm 보다 큰 수치로 돌출할 수 있다. 대안, 또는 추가 예로서, 폴리싱 패드의 에지는 폴리싱 중에 패드 상에 슬러리를 유지하기 위한 링을 포함할 수 있다. 그와 같은 에지 링의 높이는 폴리싱 요소의 높이보다 작아야 한다. 따라서, 본 발명의 범주는 다음의 특허청구범위에 의해 판단되어야 한다.

Claims

복수의 폴리싱 요소들을 포함하는 폴리싱 패드로서,
상기 각각의 폴리싱 요소들은 다른 폴리싱 패드에 대한 측면 운동을 억제하나, 상기 폴리싱 요소의 폴리싱 면에 수직한 축선으로의 이동가능성을 유지하도록 고정되는,
폴리싱 패드.
제 1 항에 있어서,
압축성 하부 층을 더 포함하며,
상기 각각의 폴리싱 요소들은 상기 압축성 하부 층에 고정되며 상기 압축성 하부 층의 상부면 위로 돌출하는,
폴리싱 패드.
제 2 항에 있어서,
상기 폴리싱 요소들은 클램프를 사용하여 상기 압축성 하부 층에 고정되는,
폴리싱 패드.
제 3 항에 있어서,
상기 클램프는 "L" 형상의 클램프인,
폴리싱 패드.
제 3 항에 있어서,
상기 클램프는 "T" 형상의 클램프인,
폴리싱 패드.
제 3 항에 있어서,
상기 클램프는 토러스(torus) 형상의 클램프인,
폴리싱 패드.
제 1 항에 있어서,
하나 또는 그보다 많은 상기 폴리싱 요소들이 압축성 하부 층에 고정되는,
폴리싱 패드.
제 7 항에 있어서,
상기 폴리싱 요소들 중의 각각 개별적인 하나의 폴리싱 요소가 개별적인 압축성 하부 층에 고정되는,
폴리싱 패드.
제 1 항에 있어서,
상기 폴리싱 요소들 중의 적어도 일부는 다른 상기 폴리싱 요소들과 인터로킹되는,
폴리싱 패드.
제 1 항에 있어서,
상기 폴리싱 요소들은 상기 폴리싱 패드의 압축성 하부 층 내부에 매설된 가이드 핀을 사용하여 고정되는,
폴리싱 패드.
제 1 항에 있어서,
상기 폴리싱 요소들은 80보다 큰 쇼어 D 경도를 가지는,
폴리싱 패드.
제 1 항에 있어서,
상기 폴리싱 요소들은 그룹으로 배열되며, 각각의 폴리싱 요소의 그룹은 협력하여 작동하도록 구성되나, 다른 그룹의 폴리싱 요소들과는 독립적으로 구성되는,
폴리싱 패드.
제 1 항에 있어서,
가이드 판을 더 포함하며, 상기 가이드 판을 통해 상기 폴리싱 요소들이 돌출하는,
폴리싱 패드.
제 13 항에 있어서,
상기 각각의 폴리싱 요소는 상기 가이드 판에 고정된 개별적인 압축성 하부 층과 결합되는,
폴리싱 패드.
제 1 항에 있어서,
상기 폴리싱 요소들 중의 적어도 일부는 가요성 연결에 의해 다른 상기 폴리싱 요소들과 연결되는,
폴리싱 패드.
제 1 항에 있어서,
상기 폴리싱 요소들은 상기 주변 지지 및 슬러리 분배 층 위로 1 mm 보다 높게 돌출하는,
폴리싱 패드.
제 1 항에 있어서,
상기 폴리싱 패드의 에지는 폴리싱 중에 상기 패드 상에 슬러리를 유지하도록 구성된 링을 포함하는,
폴리싱 패드.
제 1 항에 있어서,
상기 폴리싱 패드의 상기 링의 높이는 상기 폴리싱 요소들의 높이보다 작은,
폴리싱 패드.