KR20120027449A

KR20120027449A - 내식성 ｃｍｐ 컨디셔닝 공구, 그리고 그 제조 및 사용 방법

Info

Publication number: KR20120027449A
Application number: KR1020127000004A
Authority: KR
Inventors: 지안후이 우; 황태욱; 라마누쟘 베단탐; 찰스 딘-응옥; 토마스 푸타난가디; 에릭 엠. 슐츠; 스리니바산 라마나
Original assignee: 생-고뱅 어브레이시브즈, 인코포레이티드; 생-고벵 아브라시프
Priority date: 2009-06-02
Filing date: 2010-06-01
Publication date: 2012-03-21
Also published as: US8905823B2; WO2010141464A2; WO2010141464A3; SG176629A1; EP2438609A4; EP2438609A2; IL216708A0; JP2014079879A; JP5745108B2; JP5453526B2; CN102484054A; CA2764358A1; MY155563A; US20100330886A1; KR101291528B1; JP2012528735A

Abstract

CMP 패드 컨디셔닝용 연마 공구는 금속 본드를 통해 기재에 결합된 연마 지립 및 코팅(예컨대, 불소-도핑된 나노복합체 코팅)을 포함한다. 연마 지립은 자가-회피성 불규칙 분포 형태로 배열될 수 있다. 일 구현예에 의하면, 연마 공구는 피복된 플레이트, 및 두 개의 연마면을 가지며 피복된 연마 물품을 포함한다. 다른 구현예는 하나 이상의 표면이 코팅으로 피복된 연마 공구를 제조하는 방법에 관한 것이다. 또한 CMPV패드의 드레싱 방법을 제공한다.

Description

내식성 ＣＭＰ 컨디셔닝 공구, 그리고 그 제조 및 사용 방법{CORROSION-RESISTANT CMP CONDITIONING TOOLS AND METHODS FOR MAKING AND USING SAME}

본 출원은, 35 USC 119(e) 하에, (i) "내식성 CMP 컨디셔닝 공구, 그리고 그 제조 및 사용 방법"이란 명칭으로 2009년 6월 2일에 출원된 미국 가출원 제61/183,284호 및 (ii) "화학 기계적 평탄화 패드 컨디셔너로 사용되는 연마 공구"란 명칭으로 2009년 8월 21일에 출원된 미국 가출원 제61/235,980호의 이점을 주장하며, 이들 두 출원의 전체를 본원에 참조로 통합하였다.

본 발명은 내식성 CMP 컨디셔닝 공구, 그리고 그 제조 및 사용 방법에 관한 것이다.

반도체 웨이퍼, 유리, 하드 디스크 기판, 사파이어 웨이퍼 및 윈도우, 플라스틱 등을 비롯한 다양한 재료 상에 평면(flat or planar surface)을 만들기 위해 화학 기계적 연마 또는 평탄화(CMP) 공정을 수행한다. 통상, CMP 공정에는 고분자 패드와, 화학적 기계적 작용에 의해 제거 공정을 가능하게 하는 유리(loose) 연마 입자 및 기타 다른 화학 첨가제를 함유한 슬러리가 사용된다.

공정시, 연마 패드가 연마 잔류물로 인해 글레이징(glaze) 되므로, 통상 컨디셔너를 사용하여 연마 패드를 컨디셔닝 또는 드레싱 처리한다. 일반적으로, CMP 컨디셔너 또는 CMP 드레서로도 알려져 있는 CMP 패드 컨디셔닝용 공구는, 연마 입자를 예비성형품에 고착시키고 연마 패드를 컨디셔닝할 수 있는 공구면을 생성하도록 (전기도금, 브레이징(경납땜) 또는 소결된) 금속 본드(결합제)를 사용하여 제조된다. 일부 경우에, 컨디셔너는 패드의 글레이징된 표면을 컨디셔닝할뿐만 아니라, 웨이퍼 표면 품질에 영향을 미칠 수 있는 패드의 질감 또는 표면형태(topography)를 생성할 수 있다. 연마 패드를 부적절하게 컨디셔닝하면 연마된 웨이퍼 표면에 미세 흠집들이 생기고 디싱(dishing)이 증가될 수 있다.

스테인레스강 기재를 기초로 하여 브레이징 또는 분말 금속 소결 기법을 통해 제조된 CMP 컨디셔너는, 강한 산성의 텅스텐(W) 또는 구리(CU) 슬러리와 같은 심한 부식환경에서의 화학적 공격에 약한 경향을 보임에 따라 조기 파손된다. 예를 들어, 니켈(Ni), 크로뮴(Cr) 및 기타와 같은 브레이징 성분들이 본딩 시스템에서 침출되어, 종종 표면 및 표면하(subsurface) 수준 모두에 기공성 금속본드 미세구조를 형성한다. 결과적으로, 증가된 표면적으로 인해 부식 과정이 가속화된다. 도포된 CMP 슬러리 내 미량금속의 함량이 높아지면 웨이퍼 오염의 가능성이 야기될 수도 있다.

따라서, 전술된 부식성 효과를 감소 또는 최소화시키는 연마 패드를 컨디셔닝하기 위한 공구 및 기법이 요구된다.

본 발명의 일부 양상은 CMP 패드 컨디셔닝용 공구에 관한 것이다. 특정 구현예에서, 상기 공구는 서로 마주보는 두 개(제1 및 제2)의 (연마) 가공면을 가진다. 한 면만 연마면인 공구도 이용가능하다. 연마 공구 중 일부는 플레이트 또는 홀더와, 공구의 연마부를 플레이트와 분리가능하게 결합시키는데 적합한 수단을 구비한다.

공구의 하나 이상의 부분이 피복된다. 일부 경우에서는, CMP 유체와 접촉되는 모든 금속-함유 표면이 피복된다. 다른 경우에서는, 예를 들면 모든 연마면(들), 비가공면들(예컨대, 측면, 또는 연마 지립(abrasive grains)을 포함하지 않는 표면들), (이러한 고정구를 이용하도록 설계된) 플레이트 등을 비롯한 공구 전체가 피복된다. 코팅은 불소화 나노복합체 코팅일 수 있으며, 예를 들어, 탄소, 규소, 산소, 및 도핑된 불소를 함유하는 나노복합체일 수 있다. 또한 수소 또는 추가 도펀트가 코팅 내에 존재할 수 있다. 기타 적합한 코팅으로는 중합체, 유사-다이아몬드 탄소, 불소화 나노복합체, 도금된 금속 및 기타 다른 것들이 포함된다. 일 예에서, 코팅은 소수성이다. 다른 예에서, 코팅은 내식성을 가진다.

일 구현예에 의하면, CMP 패드 컨디셔닝용 공구는 금속 본드를 통해 기재에 결합된 연마 지립(abrasive grains), 및 공구의 하나 이상의 표면에 피복되는 코팅을 포함한다. 일부 구현예에 의하면, 선택된 최대 직경 및 크기 범위를 갖는 연마 지립을 단층 어레이 형태로 본드에 의해 기재에 접착시키며, 각 연마 지립 주위로 배타적 구역을 가지는 비균일 패턴에 따라 어레이 형태로 연마 지립을 배향시키고, 각 배타적 구역의 최소 직경이 원하는 연마 지립 그릿 크기의 최대 직경을 초과하도록 하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 양상은 CMP 패드 드레싱용 공구의 제조 방법에 관한 것이다.

일 구현예에서, CMP 패드 컨디셔닝용이며 각 연마 지립들이 서로 인접하지 않도록 제어된 불규칙한(random) 공간적 어레이 형태로 배치되어 있는 연마 공구의 제조 방법은: (i) (a) 정의된 크기 및 형상을 가진 2차원 평면적을 선택하는 단계; (b) 상기 평면적에 바람직한 연마 지립의 그릿 크기 및 농도를 선택하는 단계; (c) 일련의 2차원 좌표값을 무작위로 생성하는 단계; (d) 무작위로 생성된 좌표값의 각 쌍을 임의의 인접하는 좌표값 쌍과 최소값(k)만큼 차이나는 좌표값에 한정시키는 단계; (e) 그래프상에 점들로 작성되는, 무작위로 생성되고 한정된 충분한 쌍의 좌표값의 어레이를 생성시켜, 선택된 2차원 평면적 및 선택된된 연마 지립의 그릿 크기에 바람직한 연마 지립의 농도를 구하는 단계; 및 (f) 연마 지립을 어레이상의 각 지점의 중심에 두는 단계를 포함하는 공정에 의해 제조되는 소성 공구(fired tool)를 형성하도록, 연마 지립을 기재에 결합시키는 단계와; (ii) 공구를 소성시키는 단계와; (iii) 소성된 공구의 하나 이상의 표면에 코팅을 도포시키는 단계를 포함한다.

다른 구현예에서, 각 연마 지립들이 서로 인접하지 않도록 제어된 불규칙한 공간적 어레이 형태로 배치되어 있는 연마 공구의 제조 방법은: (i) (a) 한정된 크기 및 형태를 갖는 2차원 평면적을 선택하는 단계; (b) 평면적에 바람직한 연마 지립의 그릿 크기 및 농도를 선택하는 단계; (c) 하나 이상의 축을 따르는 좌표값들의 각 값이 다음 값과 일정한 크기로 차이나는 수열로 제한되도록 일련의 좌표값 쌍(x₁, y₁)을 선택하는 단계; (d) 각각의 선택된 좌표값 쌍(x₁, y₁)을 분리시켜, 선택된 x값들로 이루어진 한 집합과 선택된 y값들로 이루어진 한 집합을 구하는 단계; (e) 각 쌍이 임의의 인접하는 좌표값 쌍의 좌표값과 최소값(k) 만큼 차이나는 좌표값을 갖는, 일련의 무작위 좌표값 쌍(x, y)을 상기 x값 및 y값의 집합들 중에서 무작위로 선택하는 단계; (f) 그래프상에 점들로 작성되는, 무작위로 선택된 충분한 수의 좌표값 쌍들로 된 어레이를 생성시켜, 선택된 2차원 평면적 및 선택된 연마 지립의 그릿 크기에 바람직한 연마 지립의 농도를 구하는 단계; 및 (g) 연마 지립을 어레이상의 각 지점의 중심에 두는 단계를 포함하는 공정에 의해 제조되는 소성 공구를 형성하도록, 연마 지립을 기재에 결합시키는 단계와; (ii) 코팅을 공구의 가공면에 도포시키는 단계를 포함한다.

또 다른 구현예에서, CMP 패드의 컨디셔닝용 연마 공구의 제조 방법은 금속 본드에 의해 기재에 결합된 연마 지립을 포함한 CMP 컨디셔너를 피복시키는 공정을 포함하며, 상기 공정은: (a) CMP 컨디셔너를 진공증착 챔버에 위치시키는 조작과; (b) 탄소, 규소, 산소, 수소 및 불소의 이온, 원자 또는 라디칼을 포함하는 클러스터 없는 입자 빔(clusterless particle beam)에 의한 동시증착을 통해, 상기 컨디셔너상에 탄소, 규소, 산소, 수소 및 불소를 함유하는 조성물을 증착시키는 조작을 포함하는데, 이때 각 입자종(particle species)의 평균 자유 경로(mean free path)는 그의 공급원과 컨디셔너의 성장 입자 피복면 사이의 거리를 초과한다.

또 다른 구현예에서, CMP 패드 컨디셔닝용 연마 공구의 제조 방법은 금속 본드에 의해 기재에 결합된 연마 지립을 포함한 CMP 컨디셔너의 하나 이상의 표면을 피복시키는 공정을 포함하며, 상기 공정은: 관련 원소의 이온, 원자 또는 라디칼을 포함하는 클러스터 없는 빔에 의한 동시증착을 통해 CMP 컨디셔너의 하나 이상의 표면에 불소-도핑된 나노복합체 코팅을 도포시키는 조작을 포함하며, 이때 각 입자종의 평균 자유 경로는 바람직하게 그의 공급원과 성장 입자 피복면 사이의 거리를 초과하고, 각 빔은 정확하게 정의된 에너지를 갖는 입자들을 함유한다.

본 발명의 또 다른 양상은 CMP 패드를 컨디셔닝하는 방법에 관한 것이다.

일 구현예에 의하면, CMP 패드를 컨디셔닝하는 방법은, (a) 금속 본드에 의해 기재에 결합된 연마 지립; 및 (b) 공구의 하나 이상의 표면에 피복되는 코팅을 포함하는 공구를 이용하여, CMP 패드의 표면을 드레싱하는 단계를 포함하고, 이때 선택된 최대 직경 및 크기 범위를 갖는 연마 지립을 단층 어레이 형태로 본드에 의해 기재에 접착시키며, 각 연마 지립 주위로 배타적 구역을 가지는 비균일 패턴에 따라 어레이 형태로 연마 지립을 배향시키고, 각 배타적 구역의 최소 직경이 원하는 연마 지립 그릿 크기의 최대 직경을 초과하도록 하는 것을 특징으로 한다.

다른 구현예에 의하면, CMP 패드를 컨디셔닝하는 방법은: (a) CMP 패드를, 금속 본드에 의해 기재에 결합된 연마 지립과, 탄소, 규소, 산소, 수소 및 불소를 함유하는 나노복합체 코팅을 하나 이상의 표면에 포함한 드레서와 접촉시키는 단계; 및 (b) CMP 패드의 가공면을 개조(refurbish)시키는 단계를 포함함으로써 상기 패드를 컨디셔닝한다.

또 다른 구현예에 의하면, CMP 패드를 드레싱하는 방법은: 제1 주면(major surface)과 상기 제1 주면을 마주보는 제2 주면을 가진 기재를 포함하는 연마 물품을 드레싱 장치에 결합시키는 단계로서, 이때 상기 연마 물품은 기재의 제1 주면에 제1 연마면을 포함하고 기재의 제2 주면에 제2 연마면을 포함하되, 상기 연마면들 중 하나 이상을 피복하고, 연마 물품을 드레싱 장치상에 장착시켜 제1 연마면이 노출되도록 하는 단계; 제1 연마면을 제1 CMP 패드의 표면에 접촉시키고 제1 CMP 패드를 제1 연마면에 대해 이동시킴으로써 제1 CMP 패드를 컨디셔닝하는 단계; 연마 물품을 뒤집어(invert) 제2 연마면을 노출시키는 단계; 및 제2 연마면을 제2 CMP 패드의 표면에 접촉시키고 제2 CMP 패드를 제2 연마면에 대해 이동시킴으로써 제2 CMP 패드를 컨디셔닝하는 단계를 포함한다.

본 발명은 여러 유형의 CMP 드레서를 이용하여 시행될 수 있으며, 많은 장점을 가지고 있다. 예를 들어, CMP 패드 컨디셔닝용 공구가 바람직하게는 소수성인 코팅을 구비함에 따라, CMP 잔류물이 축적되는 것과 마찰성 막(tribological film)이 형성되는 것을 줄이거나 최소화시킨다. 그 결과, 모든 작업용 예연부(sharp edge)가 무디어질 때까지 다이아몬드를 사용하게 되므로, 드레서의 성능이 극대화 또는 개선될 수 있다. 본원에 기술되는 피복형 CMP 컨디셔너는 바람직하게 부식 및/또는 침식, 박리(peeling) 또는 층박리(delamination)에 내성을 띤다. 사용되는 코팅의 일부는 아주 단단하고 내구성이 좋으며, 특정 CMP 적용분야를 위한 최상의 특성 조합을 얻기 위해 예컨대 이들의 화학적 조성을 조절함으로써 원하는 대로 "조정"(tune)하거나 변경시킬 수 있다.

전술된 코팅물 일부(예컨대, F-DNC, 추후에 더 설명됨)의 비활성 덕분에 CMP 드레서는 텅스텐 또는 구리 CMP와 같은 극한 CMP 적용분야에 특히 적합하다. 한편 코팅 자체는 고산성 금속 CMP 슬러리와 반응하지 않으며; 다른 한편으로 소수성 코팅은 또한 합금 성분들이 표면하의 브레이즈 미세구조로부터 화학적으로 침출되는 것을 막을 수 있다. 따라서, 연마된 웨이퍼 표면에 대한 금속 오염을 최소화할 수 있다. 일부 구현예에 의하면, 본원에 기술되는 공구는 예를 들어 층간 절연막(ILD) 또는 얕은 트렌치 분리(STI) 적용분야에서 발견되는 바와 같은 CMP 환경용으로 특히 유용하다.

첨부된 도면들에서, 동일한 도면 번호는 여러 도면 전반에서 동일한 구성 요소를 가리킨다. 이들 도면이 반드시 실제와 비례적으로 조절된 것은 아니며; 그 대신 본 발명의 원리를 도시하는 데에 중점을 두었다. 이들 도면에서:
도 1은 연마 공구의 일부에 대한 횡단면도를 포함한다.
도 2는 W2000 슬러리에 침지된 후 드레서 표면 상의 (표면 및 표면하 수준에서) 기공성 금속본드 미세구조를 나타내는 주사전자현미경 이미지이다.
도 3은 F-DNC로 피복된 드레서 표면 상에 있는 액적(water droplet)을 나타내는 이미지이다.
도 4는 F-DNC로 피복된 드레서 표면 상에 있는 액적을 나타내는 이미지이다.
도 5는 F-DNC로 피복된 한 드레서 표면에 대한 접촉각 측정 결과를 나타낸다.

본 발명은 일반적으로 CMP 패드 컨디셔닝용 공구, 이러한 공구의 제조 방법 및 사용 방법에 관한 것이다.

일 구현예에서, 본 발명은 CMP 패드 컨디셔닝용 공구에 관한 것이다. 상기 공구는 지지 부재(본원에서는 기재라고도 지칭됨)에 결합된 연마 지립, 및 코팅을 포함한다.

통상, CMP 패드 컨디셔닝용 공구에 활용되는 지지 부재는 서로 마주보는 둘 이상의 측면 또는 표면(예컨대, 전면 및 후면)을 가지며, 본원에서는 이들을 주면이라고도 지칭한다. 디스크형 또는 원통 모양이 일반적이지만 기타 다른 형상도 활용할 수 있다. 지지 부재의 전면 및 후면은 실질적으로 서로 평행하여도 되며, 일부 경우에서는 약 0.002 인치 미만의 비평탄부를 가지도록 공구를 제조한다. 예를 들어, 공구는 약 0.01 인치 미만의 비평탄부를, 일부 경우에서는 약 0.002 인치 미만의 비평탄부를 가질 수 있다.

지지 부재는 그 전체 또는 일부가 금속 합금, 중합체 재료 또는 금속, 금속 합금 및/또는 중합체의 조합물로 제조될 수 있다. 기타 다른 재료 역시 이용가능하다. 통상, 지지 부재(또는 기재)는 연마 공정의 혹독한 환경을 견디기에 적합한 재료로 제조된다. 예를 들어, 탄성계수가 2E3 MPa 이상인 재료를 기재용으로 활용할 수 있다. 다른 구현예에 의하면, 탄성 계수가 더 큰, 이를 테면 약 5E3 MPa 이상, 약 1E4 Mpa 이상, 또는 심지어는 약 1E5 MPa 이상인 재료로 기재를 제조할 수 있다. 특정 예에서, 기재 재료의 탄성계수는 약 2E3 MPa 내지 약 4E5 Mpa 범위 내에 속한다.

복수의 연마 입자(지립 또는 그릿)를 지지 부재의 하나 이상의 표면에 결합시킨다. CMP 패드 컨디셔닝용 공구는, 예를 들어 다이아몬드(이를 테면, 천연 또는 합성 다이아몬드), 입방정질화붕소(CBN)과 같은 초연마재; 또는 산화물(이를 테면 알루미나, 실리카), 붕화물, 질화물, 탄화물(이를 테면, 탄화규소, (풀러렌과 같은 인조 탄소계 재료를 포함한) 탄소계 구조물) 등의 기타 연마재; 또는 연마재 및/또는 초연마재로 된 다양한 종류의 조합물을 활용할 수 있다. 특정 구현예에서는, 다이아몬드 연마 지립을 이를 테면 스테인레스강 재질의 디스크형 기재에 결합(부착)시킨다.

연마 지립은 특정 적용분야에 적합한 크기를 가진다. 일부 CMP 컨디셔너의 경우는, 예를 들어, 다이아몬드 입자와 같은 연마 입자의 50 중량% 이상이 75 마이크로미터(mm) 미만의 입도를 가진다. 다른 예에서는, 연마 입자의 약 95 중량% 이상이 약 85 mm 미만의 입도를 가진다.

다른 구현예에 의하면, 연마 지립은 약 250 마이크론 미만의 평균 그릿 크기를 가진다. 일부 예에서는 더 작은 연마 지립을 사용함으로써 평균 그릿 크기가 약 200 마이크론 이하, 약 100 마이크론 이하, 또는 심지어 약 50 마이크론 이하가 되기도 한다. 특정 예에서, 연마 지립의 평균 그릿 크기는 약 1 마이크론 내지 약 250 마이크론 범위 내, 이를 테면 약 1 마이크론 내지 약 100 마이크론 범위 내에 속한다.

일 구현예에 의하면, 한 측면에는 연마 지립을 결합시키는 한편 제2 측면에는 금속 본드를 제공하는데, 이때 금속 본드에는 연마 지립이 전혀 함유되어 있지 않거나, 또는 (공구 제조 공정에 대해) 비활성을 띠는 충전재 입자가 함유되어 있다.

기타 다른 구조도 이용가능하다. 예를 들어, 본원에 그 전체가 참조로 통합되었으며, "화학적 평탄화 패드 컨디셔너로 사용되는 연마 공구"란 명칭으로 2009년 12월 31일에 출원된 미국특허출원 제12/651,326호에는, (제1 및 제2) 두 개의 연마면을 가진 연마 물품을 포함하는 CMP 패드 컨디셔너(드레서)용 연마 공구가 개시되어 있다. 이러한 공구는, 금속, 금속 합금, 중합체 또는 이들의 조합물로 제조될 수 있는 고정구 또는 플레이트(본원에서는 홀더라고도 지칭됨) 및 연마 물품을 분리가능하게 결합시키는 결합 수단을 구비한다. 일부 경우에서, 플레이트는 전이금속 원소를 포함한다. 연마 공구의 분리 및/또는 전도(reversing)를 용이하게 하는 다양한 종류의 체결 구조체가 연마 공구에 구비될 수 있게 됨에 따라, 제1 및 제2 연마면 둘 다 사용가능하다.

예를 들어, CMP 패드 컨디셔너로 사용되는 연마 공구는 플레이트 및 연마 물품을 포함하며, 이때 연마 물품은 제1 주면과, 상기 제1 주면을 마주보는 제2 주면이 구비된 기재를 포함한다. 또한 CMP 패드 컨디셔너는 제1 주면에 부착되는 제1 연마지립 층, 제2 주면에 부착되는 제2 연마지립 층, 및 플레이트의 일부를 체결하고 연마 물품과 플레이트를 분리가능하게 결합시키는 체결 구조체를 포함한다.

다른 예들은 플레이트 및 연마 물품을 포함하며 CMP 패드 컨디셔너로 사용되는 연마 공구에 관한 것으로, 이때 연마 물품은, 제1 주면과 상기 제1 주면을 마주보는 제2 주면을 포함하는 기재, 제1 주면에 부착되는 제1 연마지립 층 및 제2 주면에 부착되는 제2 연마지립 층을 포함한다. 플레이트 및 연마 물품이 하나의 결합 기구를 통해 분리가능하게 결합되도록, 연마 공구를 형성한다.

이용가능한 연마 공구의 횡단면도를 도 1에 도시하였다. 특히, 연마 공구(300)는 플레이트(301)에 분리가능하게 결합되는 연마 물품(250)을 포함한다. 연마 물품(250)은 제1 주면(202)과 상기 제1 주면(202)을 마주보는 제2 주면(204)을 갖는 기재(201)를 포함하며, 이들 주면은 측면들을 통해 연결(join)된다. 연마 물품(250)은 제1 주면(202) 상부에 배치되어 제1 주면과 접하는 제1 접합층(203), 및 상기 접합층(203) 내에 함유되는 제1 연마지립(221) 층을 더 포함함으로써, 연마 지립을 기재(201)에 고정시킨다. 연마 지립을 기재(201)에 고정시키도록, 제2 주면(204) 상부에 배치되어 제2 주면과 접하는 제2 접합층(205), 및 상기 접합층(205) 내에 함유되는 제2 연마지립(223) 층을 또한 도시하였다.

플레이트(301)에는 그 내부로 연장되어 연마 물품(201)을 분리가능하게 결합시키기 위한 공간을 제공하는 요홈(recess)(304)이 형성되어 있다. 플레이트(301) 및 연마 물품(300)은 결합 기구(351 및 352)를 통해 서로 분리가능하게 결합되며, 이때 결합 기구는 플레이트(301)의 보조 결합면(261 및 262)과 체결되는 연마 물품(250)의 체결 구조체(257 및 258)를 포함한다. 즉, 플레이트(301)는 연마 지립이 포함된 제1 및 제2 가공면을 가진 연마 물품(250)에 분리가능하게 결합되도록 구체적으로 설계된 특정 형상 및 결합면(261 및 262)을 가진다.

도시된 바와 같이, 연마 공구(300)는 요홈(304)이 형성된 플레이트(301)를 포함함으로써, 요홈(304) 내부로 연마 물품(250)이 플레이트(301)에 분리가능하게 결합될 수 있다. 특정의 일 구현예에 따르면, 요홈(304)은 플레이트(301)의 상면(331)과 요홈(304)의 저면(309) 사이로 측정되는 깊이(305)를 가진다. 특히, 요홈(304)의 내부에 함유되어 있는 연마지립(223) 층이 저면(309)으로부터 이격되도록, 요홈(304)의 깊이(305)를 연마 물품(200)의 높이(335)보다 현저히 더 크게 할 수 있다. 이러한 구조는 저면(309)과 제1 연마지립(223)층 사이에 충분한 간격을 두기 쉽게 하여, 연마 지립(223)의 특성 및 배향이 파괴, 약화, 또는 변경되는 것을 막아 준다.

또한 도시된 바와 같이, 연마 공구(300)는 연마 물품(250)이 특히 플레이트(301)의 요홈(304) 내부에 놓이도록 설계된다. 즉, 접합층(203)과 연마지립(221) 층만 플레이트(301)의 상면(331) 위로 연장되도록, 기재(201)의 상부 주면(202)이 플레이트(301)의 상면(331)과 수평을 이루게 할 수 있다. 이러한 형상은 컨디셔닝 공정시 연마지립(221) 층의 체결을 용이하게 하고, 드레싱 조작시 플레이트(301)의 상면(331)과 패드 사이를 쉽게 이격시키게 해준다. 이러한 방식으로의 연마 물품(250) 및 플레이트(301) 사이의 배향은, 연마 물품(250)과 플레이트(301) 사이의 배향을 용이하게 고정시키게 해주는 결합 기구(351 및 352)에 의해 수월해질 수 있다.

플레이트는 CMP 가공용으로 적합한 재료를 포함할 수 있다. 예를 들어, 플레이트(301)는 기재 또는 지지 부재에 사용된 재료와 동일한 재료를 포함할 수 있다. 특정 구현예에서, 플레이트(301)는 적합한 기계적 특성(이를 테면, 탄성계수가 2E3 MPa 이상임)을 가진 재료로 형성된다. 예를 들어, 약 2E3 MPa 내지 약 4E5 MPa 범위에 속하는 탄성계수를 지닌 재료로 플레이트(301)를 제조할 수 있다.

플레이트(301)용으로 적합한 일부 재료들로는, 금속, 금속 합금, 중합체, 및 이들의 조합물이 포함된다. 예를 들어, 특정 구현예에서는, 특히 전이금속 원소를 포함하는 금속 합금과 같은 금속 재료로 플레이트(301)를 제조한다. 대안으로는, 플레이트(301)가 중합체 재료를 포함할 수 있는데, 이와 같이 플레이트는 열가소성, 열경화성 또는 수지 재료와 같은 내구성 중합체로 제조된다.

일부 구현예에서는, 반복적 CMP 가공 및 드레싱 과정을 견디도록 플레이트(301)를 설계한다. 즉, 플레이트(301)는 재사용 가능 부재인 것이 목적이므로 교체하기 전에 많이 사용할 수 있다. 예를 들어, 연마 물품(250)의 수명보다 긴 기간 동안 재사용 가능하도록 플레이트(301)를 설계할 수 있다.

플레이트(301)에는 통상 드레서를 고정시키도록 설계된 고정구와 체결되는 요홈(302 및 303)이 마련되어, 플레이트(301) 및 연마 물품(250)이 드레싱 조작에 따라 회전할 수 있도록 한다. 플레이트(301)가 고정구와의 체결용 요홈(302 및 303)을 구비하는 것으로 예시하였지만, 플레이트(301)의 중심을 통과하는 아버 홀(arbor hole)과 같은 기타 다른 체결 구조나, 또는 CMP 패드의 컨디셔닝 및 드레싱을 위해 플레이트(301) 및 연마 물품(200)을 함께 회전시킬 수 있도록 적합하게 설계된 기타 다른 구조체를 사용할 수 있다는 것을 이해할 것이다.

예를 들어, 본원에 그 전체가 참조로 통합되었으며, "화학적 평탄화 패드 컨디셔너로 사용되는 연마 공구"란 명칭으로 2009년 12월 31일에 출원된 미국특허출원 제12/651,326호에 기재된 바와 같이, 다양한 수단을 이용하여 연마 물품을 플레이트에 결합시킨 수 있다. 이러한 고정구 및 체결 구조체로는 죔쇠 연결부(interference fit connection), 래치, 패스너, 레버, 클램프, 척, 또는 이들의 조합체 같은 다양한 연결부가 포함될 수 있다. 어떤 결합 기구는 연마 물품(250)과 플레이트(301) 사이에 자기결합 장치 및/또는 전극결합(예컨대, 양극접합(anodic bonding)) 장치를 포함하기도 한다.

한 예로, 연마 공구는 연마 물품(250)과 플레이트(301) 사이의 연결부에 CMP 유체 및 찌꺼기가 침투하는 것을 줄이거나 최소화시킬 수 있는 밀봉 수단을 포함한다. 그렇게 하지 않으면, 이러한 물질들이 후속 드레싱 조작시에 다른 패드들을 오염시킬 수 있다. 밀봉 부재를 플레이트(301), 기재(201) 또는 둘 다에 부착시킬 수 있다. 일 구현예에 의하면, 하나의 밀봉 부재를 기재(201)의 측면(206) 외주를 따라가는 방향으로 연장시킬 수 있다. 즉, 밀봉 부재를 기재(201)의 측면 전체 외주를 따라 원주방향으로(원형 기재의 경우에 해당됨) 연장시킬 수 있다. 마찬가지로, 밀봉 부재를 해당 요홈에 체결시킨 후 기재(201)의 측면 외주, 특히는 전체 외주를 따라 연장시킬 수 있다. 한 예로, 밀봉 부재는 기재(201)의 측면을 따라 요홈 내부에 배치된다.

다른 예로, CMP 패드 컨디셔너로 사용되는 연마 공구는, 제1 주면과 상기 제1 주면을 마주보는 제2 주면을 갖는 기재로 이루어진 연마 물품, 제1 주면에 부착되는 제1 연마지립 층, 및 제2 주면에 부착되는 제2 연마지립 층을 포함한다. 플레이트는 플레이트 자신과 연마 물품을 분리가능하게 결합시키는 자석을 구비한다.

또 다른 예로, CMP 패드 컨디셔너로 사용되는 연마 공구는 하나의 요홈이 형성되어 있는 플레이트(예컨대, 금속 또는 금속 합금 플레이트), 및 상기 요홈 내부에 분리가능하게 결합되는 연마 물품을 포함한다. 연마 물품은 제1 주면 및 상기 제1 주면에 부착되는 제1 연마지립 층을 가진 기재를 포함한다. 일부 예에서, 제1 연마지립 층은 광학 자동초점 기법으로 측정하였을 때 약 0.02 cm 이하의 평탄도를 가진다. 예를 들어, 제1 연마지립 층은 약 0.01 cm 이하 또는 심지어 약 0.005 cm 이하의 평탄도를 가질 수 있다. 한 예로, 광학 자동초점 기법을 이용하여 평탄도 측정치들을 모아서, 지점들 간의 거리를 측정하도록 한다. 이러한 기법의 한 예로, 뷰 엔지니어링사(VIEW Engineering, Inc.)에서 시판 중인 Benchmark 450^TM이 있다.

또 다른 예로, CMP 패드 컨디셔너는, 제1 주면과 상기 제1 주면을 마주보는 제2 주면을 포함하는 기재(지지체), 제1 주면에 부착되는 제1 연마지립 층, 및 제2 주면에 부착되는 제2 연마지립 층을 구비한다. 연마 공구는 제1 주면에 대응되는 기재 상에 마련되어 제1 연마지립 층의 마모 상태를 식별하는 제1 표시부(indicia)를 더 포함할 수 있다. 선택적으로는, 유사한 방식으로 표시부를 제공하여, 제2 연마지립 층의 마모 상태를 표시할 수 있다.

이러한 표시부는 제1 및/또는 제2 연마지립 층이 컨디셔닝 조작에 사용된 횟수를 나타내고/나타내거나, 사용자가 사용된 측면 대 비사용된 측면을 구별하도록 도와줄 수 있으며, 해당되는 연마지립 층의 잔여 수명을 알아낼 수 있다. 표시부는, 각 연마지립(221 및 223) 층이 사용된 횟수를 표시하는 로마 숫자와 같은 물리적 부호(marking) 또는 인쇄 부호를 포함할 수 있다. 색상 표시기를 또한 활용할 수 있으며, 이때 표시부는 각 연마지립 층의 마모 상태를 식별하는 상이한 색상 상태들을 갖추고 있다. 특히, 색상 표시기는 다양한 색상 상태를 갖추고 있을 수 있으며, 표시부의 색상은 CMP 공정에 사용되는 특정 화학물질에 반복적으로 노출되면서 변하게 된다. 표시부는 점수이거나 또는 사용자가 도입한 재료, 이를 테면, 연마지립 층이 사용된 횟수와 궁극적으로는 연마지립 층의 마모 상태를 표시하는 접착제- 또는 테이프- 조각 또는 기타 다른 식별용 구조체일 수 있다.

본원에 그 전체가 참조로 통합되었으며, "화학적 평탄화 패드 컨디셔너로 사용되는 연마 공구"란 명칭으로 2009년 12월 31일에 출원된 미국특허출원 제12/651,326호에 개시된 바와 같은 연마 물품은 다양한 방법으로 제조가능하다. 예를 들면, 미국특허출원 제12/651,326호에 기재된 바와 같이, 연마 물품을 형성하는 방법은 제1 접합층 재료를 기재의 제1 주면 상에 배치시키는 단계, 및 제1 연마지립 층을 상기 제1 접합층 재료 내에 배치시키는 단계를 포함하며, 이때 기재는 자신을 플레이트에 분리가능하게 결합시키는 체결 구조체를 포함한다. 이 방법은 제2 접합층 재료를 기재의 상기 제1 주면을 마주보는 제2 주면 상에 배치시키는 단계; 제2 연마지립 층을 상기 제2 접합층 재료 내에 배치시키는 단계; 및 제1 주면 상에 제1 연마지립 층에 의해 한정되는 제1 연마면과, 제2 주면 상에 제2 연마지립 층에 의해 한정되는 제2 연마면을 포함하는 CMP 패드 컨디셔너를 형성하는 단계를 더 포함한다.

제2 접합층 재료를 배치시키는 단계는 제1 주면 상에 제1 접합층 재료를 배치시키는 단계와 유사하거나 동일한 공정들을 포함할 수 있다. 특정 공정들에서의 경우, 제2 접합층을 배치시키는 단계는 완성된 제1 접합층 재료와 제1 연마지립 층이 어떠한 표면과도 접촉되지 않도록 기재를 부유(suspend)시키는 조작을 포함할 수 있다. 제2 접합층을 형성하면서 기재를 부유시키면, 제1 연마지립 층의 배치 또는 배향이 변경되는 것이나 또는 심지어 제1 연마지립 층이 무뎌지는 것을 피하게 된다. 기계적 수단, 가압 수단 등을 이용하여 기재를 부유시킬 수 있다.

두 면의 연마면을 포함하는 구조는 동일하거나 상이한 연마 재료들 및/또는 지립 크기를 지지 부재의 두 마주보는 면에 포함할 수 있다. 따라서, 제2 연마면에 있는 연마 지립은, 같은 종류의 재료 및 동일한 평균 그릿 크기를 비롯하여, 제1 연마면에 있는 연마 지립과 동일할 수 있다. 그러나, 특정 구현예에 의하면, 제2 연마지립 층의 연마 지립은 제1 연마지립 층에 사용된 연마 지립과 상이할 수 있다. 제1 주면과 제2 주면 간에 서로 상이한 연마 지립을 사용하면, 서로 상이한 드레싱 조작을 수행할 수 있는 연마 물품을 용이하게 형성할 수 있다. 예를 들어, 제2 층의 연마 지립은 제1 층의 연마 지립과는 상이한 종류의 물질을 함유할 수 있다. 일부 설계의 경우, 제2 층의 연마 지립은, 동일한 CMP 패드 또는 다른 종류의 CMP 패드 상에 상이한 드레싱 조작을 완수하기 위해 상이한 평균 그릿 크기를 가질 수 있다.

연마 입자를 지지 부재의 적어도 한 측면(통상 가공면) 또는 (전술한 바와 같이, 서로 마주보는) 양측면에 결합 또는 부착시키기 위해 이용할 수 있는 기법에는 예를 들어 브레이징, 전기도금 또는 소결(예컨대, 금속 분말 기법을 이용함)이 포함된다. 기타 다른 종류의 결합 재료로는 예를 들어 유기 수지 또는 유리화된(vitrified) 본드가 포함된다. 연마 지립을 지지 부재의 마주보는 연마면에 부착시키는데 사용되는 결합 수단은 동일하거나 또는 상이할 수 있다.

한 예로, 브레이즈 합금을 사용하는 브레이징법에 의해 연마 지립을 결합시킨다. 예를 들면, 브레이징 층(예컨대, 브레이징 막)을 지지 부재의 하나 이상의 측면에 결합시킬 수 있다. 그런 후에는 연마 입자를, 예를 들어, 브레이징 층(들) 상에 위치시키는 방식으로 도포하여 중간 부품(green part)을 형성한다. 이러한 중간 부품을 소성하여 브레이징 층을 용융시킨 다음에는 냉각시켜, 브레이징 합금이 포함된 연마 입자를 지지 부재에 화학적으로 결합시킨다. 다이아몬드와 같은 연마 지립을 기재(예컨대, 강철재 예비성형물)에 결합시키는데 통상 사용되는 금속 본드의 화학 조성물로는 종종 원소 Ni 도금 또는 브레이즈(땜질 물질)(예컨대, 미시건주 메디슨 하이트에 소재한 월 콜모노이사(Wall Colmonoy Corporation)의 Nicrobraz^？ LM(BNi-2))가 포함된다. 본원에 기술된 구조에 사용되는 브레이징 막들 중 다수는 약 2 중량% 이상으로 크로뮴이 함유된 니켈 합금을 포함한다.

브레이징 막은 두께를 가질 수 있는데, 즉, 예를 들면, 사용된 연마 입자의 가장 작은 입도의 약 1% 내지 약 60%의 두께를 가질 수 있으며, 예를 들면 브레이즈 테이프, 브레이즈 포일(braze foil), 천공들이 형성된 브레이즈 테이프 또는 천공들이 형성된 브레이즈 포일일 수 있다. 예를 들어, 천공된 포일을 이용하여 연마 입자를 브레이즈 층(들)에 위치시키는 조작은, 예를 들어: 접착제를 모든 브레이즈 층에 도포시키는 단계; 다수의 개구를 가진 배치용 포일 또는 테이프를 각각의 접착제 층 상에 위치시키는 단계; 및 상기 개구들을 통해 연마 입자를 접착제와 접촉시키는 단계를 포함할 수 있다.

일 구현예에 의하면, 지지 부재는 스테인레스강 디스크이고, 브레이징 막은 브레이징 포일이며, 연마 입자는 다이아몬드이다. 어떤 경우에는, 다이아몬드의 약 50 중량% 이상이 독립적으로 약 65 마이크로미터 내지 약 75 마이크로미터의 입도를 가진다.

연마 입자를 위치시키는 조작은, 예를 들어, 연마 입자를 브레이징 막 내에 형성되어 있거나 또는 적어도 그 일부에 형성되어 있는 다수의 개구에 도포시키는 단계를 포함할 수 있는데, 이때 각 개구는 이들 연마 입자 중 하나를 수용하도록 되어 있다. 연마 입자를 브레이징 막 내에 또는 적어도 일부에 형성되어 있는 다수의 개구에 도포시키는 조작은, 예를 들어, 접착제 층을 브레이징 막의 적어도 한 부분에 도포시키는 단계; 상기 복수의 개구 중 적어도 일부를 포함하는 배치용 가이드를 접착층 상에 위치시키는 단계; 및 상기 개구들을 통해 연마 입자를 접착제와 접촉시키는 단계를 포함할 수 있다. 다른 기법의 경우, 연마 입자를 위치시키는 조작은, 예를 들어, 접착제를 브레이징 막의 적어도 일부에 도포시키는 단계; 및 연마 입자를 접착제 상에 불규칙하게 분포시키는 단계를 포함할 수 있다.

사용시에 원하는 패드 컨디셔닝 효과를 얻도록 특정의 표면형태를 컨디셔닝 공구에 제공할 수 있으며, 다수의 형상을 가지도록 CMP 컨디셔너를 제조할 수 있다. 연마 지립을 예컨대 하나 이상의 패턴 형태로 위치시킬 수 있으며, 한편 한 패턴은 하나 이상의 서브패턴을 포함할 수 있다.

각 패턴은 경계선과 나아가서는 패턴의 모양을 한정시키는 객체들을 가질 수 있다. 다양한 패턴 모양을 활용할 수 있다. 일부 경우에서는, 패턴의 모양을 지지 부재의 측면 모양과 유사하도록 조절한다(예컨대, 지지 부재의 측면이 원형이라면, 패턴 역시 원형임).

활용가능한 패턴의 예로는 면심입방 패턴, 입방 패턴, 육각형 패턴, 마름모형 패턴, 나선형 패턴, 불규칙 패턴 및 이들 패턴의 조합이 포함된다. 예를 들어 육각형 패턴은 객체들로 이루어진 구조에 있어서 패턴의 경계선을 한정하지 않는 각 객체가 등간격으로 자신을 둘러싸는 여섯 개의 객체들을 가진다는 것을 가리킨다. 하나 이상의 서브패턴과 하나 이상의 불규칙 패턴을 조합하여 혼합형 패턴을 형성할 수 있다. 불규칙 연마 지립 패턴(예컨대, 지립이 기재 상에 불규칙하게 분포된 경우) 역시 사용가능하다. 이러한 패턴으로는 의사-불규칙(pseudo-random) 및 혼돈형(chaotic) 또는 차원분열형(fractal) 패턴이 포함될 수 있다.

두 개의 가공(연마)면을 갖는 공구의 경우, 패턴을 그 중 한 가공면에만 제공하거나 또는 두 가공면 모두에 제공할 수 있다.

한 예로, 연마 공구는, 제1 주면과 상기 제1 주면을 마주보는 제2 주면을 갖는 기재로 만들어진 CMP 패드 컨디셔너를 포함하며, 이때 제1 주면은 연마 텍스처(abrasive texture)를 가지며, 상기 연마 텍스처는 제1 돌출부 세트를 분리시키는 제1 그루브 세트에 의해 한정된 하면으로부터 연장되는 제1 돌출부 세트의 상부에 의해 한정되는 제1 상면을 포함한다. 제2 주면은 연마 텍스처를 가지며, 상기 연마 텍스처는 제2 돌출부 세트를 분리시키는 제2 그루브 세트에 의해 한정된 하면으로부터 연장되는 제2 돌출부 세트의 상부에 의해 한정되는 제2 상면을 포함한다. 두 개의 연마면을 이용하는 구조는 동일하거나 상이한 패턴들을 이용하여, 각 표면 상에 그루브와 돌출부 세트들을 형성할 수 있다.

전통적으로, 다이아몬드 지립은 컨디셔너의 표면에 불규칙한 분포 또는 패턴이 있는 분포 형태로 보통 배치된다. 규칙적으로 패턴된 어레이를 가진 컨디셔너는 원하지 않는 규칙성을 패드 상에 각인할 수 있는 직각(직교) 좌표계(Cartesian coordinates)에서 다이아몬드의 고유 주기성을 가질 수 있다. 반면에 순수 불규칙 어레이는 다이아몬드 부재 구역을 생성하기 쉽다. 이들 단점을 극복하기 위해 생-고뱅 어브레이시브즈사는 자가-회피성 불규칙 분포(SARD^TM)를 개발하였다. 일반적으로는, 반복 패턴이 없도록, 또한 다이아몬드 부재 구역이 없도록 SARD^TM 어레이를 설계할 수 있다. 더욱이, 가공 안정성, 로트간(lot-to-lot) 일관성 및 웨이퍼 균일도 측면에서 월등한 연마 성능을 제공하기 위해, 각 다이아몬드의 위치를 정확히 복사하여 각 SARD^TM 컨디셔너를 제조할 수 있다. 본원에 그 전체가 참조로 통합되었으며, "화학적 평탄화 패드 컨디셔너로 사용되는 연마 공구"란 명칭으로 2009년 12월 31일에 출원된 미국특허출원 제12/651,326호에 기재된 바와 같은 공구에 있어서, SARD^TM 기법을 활용함으로써 하나 또는 둘 모두의 연마면을 생성할 수 있다.

SARD^TM 패턴에 따라 구성된 CMP 컨디셔닝 공구는 예를 들어 2009년 3월 24일에 Richard W. J. Hall et al.에 허여된 미국특허 제7,507,267호에 기재되어 있으며, 그 교시내용 전체를 본원에 참고로 통합하였다.

바람직한 양상에서, CMP 패드 컨디셔닝용 공구는 연마 지립, 본드 및 기재를 포함하며 선택된 최대 직경 및 크기 범위를 갖는 연마지립을 단층 어레이 형태로 본드에 의해 기재에 접착시키되, 상기 공구는 (a) 각 연마 지립 주위로 배타적 구역을 가지는 비균일 패턴에 따라 어레이 형태로 연마 지립을 배향시키고, (b) 이때 각 배타적 구역의 최소 직경을 바람직한 연마지립 그릿 크기의 최대 직경을 초과하게 하는 것을 특징으로 한다.

각 연마 지립 주위로 선택된 배타적 구역을 갖는 연마 공구의 제조 방법은 (a) 정의된 크기 및 형상을 가진 2차원 평면적을 선택하는 단계; (b) 상기 평면적에 바람직한 연마지립의 그릿 크기 및 농도를 선택하는 단계; (c) 일련의 2차원 좌표값을 무작위로 생성하는 단계; (d) 무작위로 생성된 좌표값의 각 쌍을 임의의 인접하는 좌표값 쌍과 최소값(k)만큼 차이나는 좌표값에 한정시키는 단계; (e) 그래프상에 점들로 작성되는, 무작위로 생성되고 한정된 충분한 쌍의 좌표값의 어레이를 생성시켜, 선택된 2차원 평면적 및 선택된 연마지립의 그릿 크기에 바람직한 연마지립의 농도를 구하는 단계; 및 (f) 연마지립을 어레이상의 각 지점의 중심에 두는 단계를 포함한다.

각 연마 지립 주위로 선택된 배타적 구역을 갖는 연마 공구의 다른 제조 방법은 (a) 정의된 크기 및 형상을 가진 2차원 평면적을 선택하는 단계; (b) 평면적에 바람직한 연마지립의 그릿 크기 및 농도를 선택하는 단계; (c) 하나 이상의 축을 따르는 좌표값들의 각 값이 다음 값과 일정한 크기로 차이나는 수열로 제한되도록 일련의 좌표값 쌍(x₁, y₁)을 선택하는 단계; (d) 각각의 선택된 좌표값 쌍(x₁, y₁)을 분리시켜, 선택된 x값들로 이루어진 한 집합과 선택된 y값들로 이루어진 한 집합을 구하는 단계; (e) 각 쌍이 임의의 인접하는 좌표값 쌍의 좌표값과 최소값(k)만큼 차이나는 좌표값을 갖는, 일련의 무작위 좌표값 쌍(x, y)을 상기 x값 및 y값의 집합들 중에서 무작위로 선택하는 단계; (f) 그래프상에 점들로 작성되는, 무작위로 선택된 충분한 수의 좌표값 쌍들로 된 어레이를 생성시켜, 선택된 2차원 평면적 및 선택된 연마 지립의 그릿 크기에 바람직한 연마 지립의 농도를 구하는 단계; 및 (g) 연마 지립을 어레이상의 각 지점의 중심에 두는 단계를 포함한다.

원하는 입자간 간격(inter-particle spacing)은 예를 들어 대응되는 개구간 간격을 가진 개구들이 마련된 연마제 배치용 가이드를 이용함으로써 얻을 수 있다. 일부 경우에서는, 특정 패턴을 브레이징 막에 도입(integrate)시키기도 한다. 예를 들어, 브레이징 막(예컨대, 포일)에 다수의 개구 또는 천공을 원하는 패턴으로 제공할 수 있다. 바람직한 구현예에서는, 각 천공이 단일 연마 입자를 수용(hold)하기 위한 크기를 가짐에 따라, 연마 지립을 후-소성처리하면 개구 패턴과 현저하게 유사한 지립 패턴이 형성된다. 또한 천공은 브레이징 동안에 휘발된 접착제의 가스방출을 가능하게 함으로써, 브레이징 막이 들리는 현상(lift-up)을 감소시킨다.

공구는 약 4000 연마 입자/in² (620 연마입자/cm²)를 초과하는 연마 입자 농도와, 실질적으로 어떠한 연마 입자도 다른 연마 입자를 접촉하지 않도록(예컨대, 연마 입자의 5 부피% 미만이 다른 연마 입자를 접촉함) 하는 입자간 간격을 가질 수 있다. 이러한 일부 경우에서, 연마 입자 농도는 약 10000 연마 입자/in² (1550 연마입자/cm²)를 초과한다.

기타 다른 유형의 CMP 패드 드레서를 활용할 수 있다. 예를 들어, 적합한 CMP 드레싱 공구에 대해, "화학적 기계적 평탄화를 위한 컨디셔닝 공구 및 기법"이란 명칭으로 2008년 11월 6일에 출원된 미국공개특허 제2008/0271384호(교시내용 전체를 본원에 참조로 통합하였음); 및 Hwang et al. 명의의 "차세대 산화막/금속막 CMP를 위한 최적 CMP 컨디셔너 설계"란 명칭으로 2009년 2월 26일에 출원된 미국공개특허 제2009/0053980호(교시내용 전체를 본원에 참조로 통합하였음)에 기재되어 있다.

일 구현예에서, CMP 패드 컨디셔닝용 공구는 연마 지립, 본드 및 기재를 포함한다. 연마 지립은 단층 어레이 형태로 본드(예컨대, 브레이즈 테이프 또는 브레이즈 포일)에 의해 기재에 접착된다. 지립의 크기, 지립의 분포, 지립의 형상, 지립의 농도 및 지립의 돌출 높이 분포에 대해 연마 지립을 최적화함으로써 원하는 CMP 패드 질감을 얻을 수 있다. 연마 지립을, 예컨대, 각 연마 지립 주위로 배타적 구역을 가지는 불균일 패턴에 따라 어레이 형태로 배향시킬 수 있으며, 각 배타적 구역은 원하는 연마 지립 그릿 크기의 최대반경을 초과하는 최소반경을 가진다. 한 특정 경우에서는, 연마 지립의 50 중량% 이상이, 독립적으로, 약 75 마이크로미터 미만의 입도를 가진다. 다른 특정 경우에 의하면, 바람직한 CMP 패드 질감이란 1.8 마이크론 또는 마이크로미터, Ra 미만의 표면 마무리도이다. 또 다른 특정 경우에 의하면, 연마 지립을 기재에 접착시키는 본드는 브레이즈 테이프 또는 브레이즈 포일이다. 또 다른 특정 경우에 의하면, 상기 공구에 의해 제공되는 바람직한 CMP 패드 질감은 연마재 응집현상에 내성을 가짐으로써, 패드에 의해 가공되는 웨이퍼에서의 디싱을 감소시킨다.

CMP 패드 컨디셔닝용 연마 공구는 또한 코팅을 포함한다. 이러한 코팅은 브레이징, 소결 또는 전기도금된 CMP 드레서 표면들 중 하나 이상에 증착될 수 있다. 예를 들어, 이러한 코팅을 드레서 또는 컨디셔너의 가공면에, 그리고 선택적으로는 다른 표면들에 도포한다. 단일 가공면을 가진 공구의 경우에는, 연마면과 그 반대쪽 비연마면 모두를 피복시킬 수 있다. 예를 들어, 본원에 그 전체가 참조로 통합되었으며 "화학적 평탄화 패드 컨디셔너로 사용되는 연마 공구"란 명칭으로 2009년 12월 31일에 출원된 미국특허출원 제12/651,326호에 기재된 바와 같은 공구의 경우, 한 연마면 또는 두 연마면 모두를 피복시킬 수 있다. 또 다른 구현예에서는, 플레이트(홀더)도 부분적으로 또는 전체적으로 피복시킨다. 일부 경우에서는, 만일 사용된다면, 본원에 기술된 바와 같은 플레이트를 포함한 전체 공구를 피복시킨다. 기타 다른 경우에서는, CMP 슬러리와 접촉되는 모든 금속-함유 표면을 피복시킨다. 동일한 종류 또는 상이한 종류의 코팅을 CMP 패드 컨디셔닝용 공구의 다양한 부분에 도포할 수 있다.

바람직하게, 코팅은 내식성 및/또는 다른 물성들, 예컨대, 소수성, 경도, 피복 대상 표면에 대한 양호한 접착성, 내침식성, 내층박리성 또는 내박리성 등을 제공한다. 일반적으로 부식은 주위환경과의 반응(들)으로 인한 금속 또는 합금의 전기화학적 노화(열화)를 가리키며, 이는 종종 산 또는 염기의 존재에 의해 가속화된다. 일반적으로, 금속 또는 합금의 부식성(corrodibility)은 활성도 서열(activity series)에서의 위치에 따라 결정된다. 부식 생성물은 종종 금속 산화물 또는 할로겐화물의 형태로 존재한다. CMP 적용분야의 특정 범위 내에서, 부식은 또한 금속 또는 합금 성분들이 부식성 용액에 용해되는 것을 가리키며, 이 경우에는 화학 슬러리가 이용된다. 이러한 용해 현상은 사용되는 금속/합금 성분들 간의 전기화학적 전위차에 의해 유도된다. 예를 들어, 브레이즈 합금 내 Ni상 및 NiSi₂상은 구리 또는 텅스텐 슬러리에서 서로 다르게 작용하며, 일반적으로 Ni상이 NiSi₂보다 먼저 취출된다. CMP 적용분야에서 부식 현상에 대한 전형적인 결과로 기공성 금속 본드 미세구조가 포함되는데, 이는 도 2에 도시된 바와 같이 통상 표면과 표면하 수준에서 발생한다.

여러 종류의 코팅을 이용할 수 있다. 그 예로는 파릴렌(parylene) 같은 유기/중합체/플루오로수지, 유사-다이아몬드 탄소 코팅(DLC), 유사-다이아몬드 나노복합체 코팅(DNC), 불소화 나노복합체 코팅 및 기타, 예를 들어, Cr, Ni, Pd 등으로 도금된 코팅이 포함되되 이에 한정되지는 않는다.

예를 들어 파릴렌과 같은 중합체에 기초한 유기 코팅은 일반적으로 소수성이지만, 종종, 이를 테면 부적절한 코팅 접착으로 인해 연성 코팅이 마모되거나 박리되기도 하는 특히 공격적인 CMP 적용분야에서의 낮은 내마모성을 특징으로 한다.

공격적인 연마가, 예를 들어, 다이아몬드 가공면과 관련된 경우에, 마모된 다이아몬드 팁(tip)은 계속 작업에 사용가능한 반면에 본드 영역들의 나머지는 CMP 공정 내내 보호된 상태로 유지될 수 있다.

유사-다이아몬드 나노복합체 코팅에 대해, 예를 들면, 1994년 10월 4일에 Dorfman et al.에 허여된 "유사-다이아몬드 나노복합체 또는 도핑된 유사-다이아몬드 나노복합체 막의 형성 방법"이란 명칭의 미국특허 제5,352,493호에 기재되어 있으며, 그 교시내용 전체를 본원에 참고로 통합하였다. 전형적으로 이러한 코팅은 우세하게는 수소에 의해 안정화된 sp3-결합 탄소, 산소에 의해 안정화된 유리질(glass-like) 실리콘의 상호침투 불규칙 그물구조(interpenetrating random network)와, 주기율표 1-7b 및 8족 원소들의 불규칙 그물구조를 특징으로 하는 비정질 재료이다. 예를 들어 "유사-다이아몬드 탄소층의 적층 구조를 포함하는 코팅"이란 명칭으로 2008년 8월 14일에 공개된 Jacquet et al. 명의의 미국공개특허 제2008/0193649 AI호(교시내용 전체를 본원에 참조로 통합하였음)에 기재된 바와 같은 적층 구조를 또한 이용할 수 있다.

(다른 기타 사용가능한 금속 코팅과 마찬가지로) 표준 DLC 코팅은 통상 친수성이다. 일부 적용분야에서 DLC 막은 높은 고유응력을 가질 수 있는데, 그 결과로 핀홀을 발생시키고 전체 기공도를 높일 수 있다. 이들 현상은 특히 일부 CMP 슬러리 환경에서 화학적 부식과 침출을 야기시킬 수 있다. 또한, 친수성 표면은 CMP 적용시 드레서 표면 상에 축적 현상을 촉진시킴으로써, (잔류물 입자들이 드레서 표면으로부터 분리되는 경우) 드레서의 수명을 단축시키고 결함을 잠재적으로 증가시킨다.

따라서, 본 발명의 일부 양상에 의하면, CMP 컨디셔너는 소수성인 코팅을 구비한다. 또 다른 구현예에서, 코팅은 경질이고/이거나 기재 표면에 대한 양호한 접착성을 가짐에 따라 마모 및/또는 박리 현상에 내성을 띤다. 비활성인 코팅, 이를 테면, pH 및/또는 화학물질에 영향을 받지 않는 코팅이 또한 바람직하다.

특정 구현예에서, 코팅은 불소-도핑된 나노복합체이며, 본원에서는 불소화 나노복합체 또는 F-DNA 코팅으로도 지칭된다. 이러한 코팅은 시스템 중에서 F로 도핑된 탄소, 규소 및 산소의 나노복합체이며, 불소-도핑된 유사-다이아몬드 나노복합체 조성물로서 간주될 수 있다.

일 구현예에서, 코팅은 탄소, 규소, 산소, 수소 및 불소를 함유한 유사-다이아몬드 조성물을 포함한다. 불소-도핑된 유사-다이아몬드 코팅에 대해, 예를 들면, 2002년 10월 22일에 Bray et al.에 허여된 미국특허 제6,468,642호에 기재되어 있으며, 그 교시내용 전체를 본원에 참조로 통합하였다.

어떤 이론으로 구속되고자 함은 아니지만, 일부 적용분야에서, 코팅 조성물은 수소 원자들에 의해 화학적으로 안정화된 탄소 그물구조이면서 산소 원자들에 의해 안정화된 유리질(glass-like) 규소 그물구조이므로, 비정질 구조를 생성하며, 이때 불소가 치환적으로 혼입되어 수소 또는 규소의 일부를 대체시킨다. 본원에 사용되는 바와 같이, "비정질"이란 긴 범위의 일정한 규칙성을 생성시키지 않는 고체 상태에 있는 원자의 불규칙 구조 또는 배열을 의미하며, 결정성 또는 입자성(granularity)이 결여되어 있다. 또한, 클러스터가 구조의 비결정성 성질을 파괴할 수 있으며 열화 현상의 활성 중심부로서 기능할 수 있다고 여겨지므로, 바람직한 코팅은 클러스터를 함유하지 않거나 또는 약 10 옹스트롬을 초과하는 규칙성을 갖지 않는다.

선택적으로, 코팅은 1종 이상의 기타 다른 도펀트(들)를 포함할 수 있으며, 이러한 고팅을 본원에서는 불소-도핑된 DNC 코팅으로 지칭한다. 통상적으로 코팅의 특성을 조절 또는 조정하기 위해 추가 도펀트(들)를 첨가할 수 있다. 예를 들어, 내부식성을 증가시키기 위해서나 또는 피복되는 드레서 표면에 대한 접착성을 향상시키기 위해 도펀트를 선택할 수 있다. 도펀트의 성질 및/또는 도펀트의 농도는 이를 테면 적층 구조에서 코팅 전체에 걸쳐 다양할 수 있다.

추가 도펀트는 주기율표의 Ib 내지 VIIb족 및 VIII족의 전이금속 및 비금속 중 임의의 1종 또는 이들의 조합물일 수 있다. 도펀트의 예로는 B, Si, Ge, Te, O, Mo, W, Ta, Nb, Pd, Ir, Pt, V, Fe, Co, Mg, Mn, Ni, Ti, Zr, Cr, Re, Hf, Cu, Al, N, Ag, Au가 포함된다. 도펀트로 사용가능한 일부 화합물로는 TiN, BN, AlN, ZrN 및 CrN이 포함된다. 기타 다른 도펀트를 사용할 수 있다. 또한, 규소 원자 및 산소 원자를 다른 원소 및/또는 화합물과 함께 도펀트 그물구조에서 사용할 수 있다.

어떤 특정한 해석으로 제한되기를 바라는 것은 아니지만, 이들 추가 도펀트가 불규칙한 방식으로 나노기공 그물구조를 충진시키면서, 궁극적으로는, 50 원자% 정도로 높은 농도에서도 클러스터 또는 미세결정성 지립 없이 또 다른 그물구조를 특정 도펀트 농도로 생성시킨다고 여겨진다. 약 10 원자% 미만의 농도에서, 도펀트는 유사-다이아몬드 매트릭스의 나노기공 내에 개별적 원자들로서 분포된다. 이러한 의사-불규칙 구조 내 도펀트 원자들 사이의 평균 간격은 도펀트의 농도에 의해 조절가능하다. 도펀트 원소 또는 화합물의 상대적 농도가 약 20 내지 25 원자%에 도달하는 경우, 도펀트는 불소-도핑된 나노복합체 코팅 내에 세번째 그물구조를 형성한다.

많은 경우에, F-DNC 또는 불소-도핑된 DNC 코팅의 탄소 함량은 코팅의 약 40 원자%를 초과하며, 이를 테면 약 40 내지 약 98 원자%, 더욱 바람직하게는 약 50 내지 약 98 원자%이다. 이러한 코팅이 이론적으로는 수소 없이 제조될 수 있지만, 수소 함량이 탄소 농도의 약 1 원자% 이상 약 40 원자% 이하인 것이 바람직하다.

F-DNC 또는 불소-도핑된 DNC 코팅의 불소 함량은 탄소 농도의 약 1 원자% 이상 약 40 원자% 이하일 수 있다. 사용되는 불소 함량은 예를 들어 특정 CMP 용도에 따라 다양할 수 있다. 예를 들어, 사용되는 불소 양을 선택함에 있어서, 소수성을 제공하기에 충분히 높지만 원하는 용도에 대해 코팅이 너무 연성을 나타낼 정도로 높지는 않도록 선택한다. 불소 양은 원자부피를 기준으로 0%보다 약간 높으면서(예컨대, 0.5%) 약 30%까지의 범위 내에, 더욱 바람직하게는 원자부피를 기준으로 약 1% 내지 약 20%의 범위 내에 속할 수 있다.

F-DNC 코팅의 밀도는 예컨대 약 1.8 내지 약 2.1 g/cm³로 다양할 수 있다. 다. 나머지 공간은 약 0.28 내지 약 0.35nm로 다양한 직경의 나노기공 불규칙 그물구조에 의해 점유될 수 있다. 바람직하게, 나노기공 그물구조는 클러스터 또는 미소기공을 형성하지 않는다. 일부 경우에서, 코팅은 C--F/H 그물구조, 유리질 Si-O 그물구조 및 선택적으로는 추가 도펀트 그물구조를 포함할 수 있다. 상이한 그물구조들의 불규칙 상호침투는 코팅 내에서 발견되는 모든 방향의 구조들에 균일한 강도를 제공하는 것으로 여겨진다. 바람직하게 코팅 구조에는 미소기공, 예컨대, 약 80 옹스트롬(8nm) 정도로 큰 두께를 통한 미소기공이 없다.

기존의 기술과 가용되는 장치 덕분에 원자 규모의 복합체 코팅이 가능하므로, 코팅의 두께에는 이론적 상한치 또는 하한치가 없다. 통상 코팅은 특정 CMP 용도에 적합한 두께로, 예컨대, 약 0.1mm 내지 약 5mm의 범위에 속하는 두께로 도포된다. 코팅은 드레서의 가공면에서의 초기 침식(erosion)을 충분히 견디도록 두꺼우면서도, 결함(defect), 균열(cracking), 층박리 등을 제어하도록 충분히 얇은 것이 바람직하다. 특정 구현예에 의하면, CMP 패드 드레싱용 공구의 코팅은 약 0.5mm 내지 약 3mm의 범위에 속하는 두께를 가진다.

코팅은 단층 또는 다층으로 증착될 수 있다. 예를 들어, 불소-DNC 코팅은 (추가 도펀트를 함유하는) 불소-도핑된 DNC와 적층될 수 있다. 화학적 조성을 변경시키는 것 외에도, 예컨대, 온도, 압력 및/또는 기타 변수들을 비롯한 증착 조건들을 변경시킴으로써 각 층마다의 특성을 변화시킬 수도 있다.

코팅의 조성, 두께 및/또는 기타 다른 특성들은 각 표면마다 다양하거나, 또는 피복되는 모든 표면에 대해 실질적으로 균일할 수 있다.

임의의 적합한 방법에 의해 코팅을, 예를 들면, CMP 패드 컨디셔닝용으로 소성된 공구(예컨대, 전술된 드레서들 중 하나이며, 지지체의 적어도 한 측면에는 연마 지립이 결합되어 있음) 상에 도포시킬 수 있다. 적합한 기법으로는 물리기상 증착법(PVD), 화학기상 증착법(CVD), 전기영동법 및 기타가 포함된다.

다양한 공구 표면들을 동시에 또는 순차적으로 피복할 수 있다. 예컨대 당해 기술분야에 공지된 바와 같이, 진공챔버 설계, 오가노실리콘 및 다른 전구체, 전구체 취급, 전구체 입구는 물론 다양한 증착 기법들 중 몇가지든 이용할 수 있다. 코팅을 형성하는데 사용될 수 있는 적합한 재료, 장치 및 방법의 예들이, 이를 테면, 2002년 10월 22일에 Bray et al.에 허여된 후 N.V. Bekaert S.A.에 양도된 "불소-도핑된 유사-다이아몬드 코팅"이란 명칭의 미국특허 제6,468,642호에 기재되어 있으며, 그 교시내용 전체를 본원에 참조로 통합하였다.

일 구현예에서, CMP 컨디셔너의 제조 방법은 (소성된 상태 그대로의) CMP 컨디셔너를 진공증착 챔버 내에 위치시키는 단계와; 탄소, 규소, 산소, 수소 및 불소의 이온, 원자 또는 라디칼을 포함하는 클러스터 없는 입자 빔에 의한 동시증착을 통해, 상기 컨디셔너상에 탄소, 규소, 산소, 수소 및 불소를 함유하는 유사-다이아몬드 조성물을 증착시키는 단계를 포함한다. 각 입자종의 평균 자유 경로는 그의 공급원과 컨디셔너의 성장 입자 피복면 사이의 거리를 초과한다.

다른 구현예에서는, 관련 원소의 이온, 원자 또는 라디칼을 포함하는 클러스터 없는 빔에 의한 동시증착을 통해, CMP 컨디셔너의 하나 이상의 표면에 불소-도핑된 유사-다이아몬드 코팅을 도포할 수 있으며, 이때 각 입자종의 평균 자유 경로는 바람직하게 그의 공급원과 성장 입자 피복면 사이의 거리를 초과하며, 각 빔은 정확하게 정의된 에너지를 갖는 입자들을 함유한다.

증착에 앞서 공구 또는 공구의 특정 표면들을 세정함으로써, 드레서 표면을 오염시키는 모든 유기 또는 무기 불순물을 제거하도록 한다. 이때 이용할 수 있는 적합한 세정 공정으로는, 예를 들어, 당해 기술분야에 공지된 바와 같은, 초음파 및/또는 플라즈마법 또는 기타 다른 적합한 기법들이 포함된다.

일부 경우에서는, 세정 단계를 증착 단계와 통합시킨다. 예를 들어, 진공챔버 내에 이미 존재하고 있는 CMP 드레서의 세정을 시행하기 위해 우선 아르곤 플라즈마를 생성하고, 그 후에 코팅을 형성하는 전구체를 도입시킬 수 있다.

기타의 경우, 전체 공정은 공대공(air-to-air) 시스템 내에서 수행되기도 한다. 이러한 공대공 시스템은 세정, 증착 챔버로의 부품(예컨대, 소성된 상태 그대로의 CMP 드레서) 이송, 및 기계/로봇을 이용하여 기재 홀더 상에 부품을 로딩시키는 조작을 포함할 수 있다. 그런 후에는 기재 홀더를 로드-록(load-lock) 챔버 내에 넣고 증착 챔버 내에 넣은 후 기재를 피복하게 되는데, 이 경우에서는 CMP 드레서를 컨디셔닝하는 공구가 피복된다. 피복 조작이 끝나면, 기재 홀더를 증착 챔버로부터 로드-록 챔버 내로 이동시키고, 이어서 대기로 배출한다. 공구를 홀더 상에 장착시키는 동안과, 공구가 기재 홀더상에 있는 동안과, 가공처리 도중의 기타 다른 경우에 있어서, 공구를 회전시키거나, 경사지게 하거나, 그렇지 않으면 배향시키거나 예컨대 진동시키는 것과 같은 조작을 행할 수 있다.

F-DNC 및 불소-도핑된 DNC 코팅과 같은 바람직한 코팅은 CMP 드레서에 잘 접착되며, CMP 드레서 표면과 코팅 사이에 어떠한 중간층을 활용하지 않고 바로 도포될 수 있다. 사용시, 코팅은 박리 또는 층박리 현상에 내성을 띤다. 예를 들어, F-DNC 또는 불소-도핑된 DNC 코팅과 같은 코팅은 많은 부식성 CMP 환경에 반응하지 않는 바람직한 코팅일뿐만 아니라, 부식제 및 보호된 드레서 표면 사이의 접촉을 방지하는 격벽(barrier)으로서도 기능하는 것으로 여겨진다.

사용되는 코팅(예컨대, F-DNC)은 바람직하게 드레서 표면을 소수성으로 만들며, 발수성인 CMP 컨디셔너 표면을 도 3에 도시하였다. 도 4에는 F-DNC로 피복된 드레서 상에 있는 액적들의 이미지를 도시하였다.

소수성 드레서 표면은 CMP 잔류물의 축적 및/또는 마찰성 막의 형성을 방지하거나 최소화시키는 경향이 있다. 그 결과, 모든 작업용 예연부가 무디어질 때까지 다이아몬드를 사용하게 되므로, 드레서의 성능이 극대화 또는 개선될 수 있다.

많은 예에서, 코팅은 예컨대, 105^o 이상의 높은 수분접촉각을 가진다. 특정 경우에서는, 수분접촉각이 약 90^o 내지 약 120^o의 범위에 속하기도 한다.

F-DNC 및 불소-도핑된 DNC 코팅과 같은 바람직한 코팅은 또한 경도와 내구성을 지니고 있다. 불소-도핑된 유사-다이아몬드 코팅, 특히 금속이 도핑된 코팅은 높은 미소경도(microhardness)와 탄성을 조합함으로써, 본 발명의 불소-도핑된 유사-다이아몬드 코팅의 미소경도가 약 5 내지 약 32 GPa (예컨대, 약 15 GPa)의 범위에 있게 된다.

어떤 이론으로 구속되고자 함은 아니지만, F-DNC와 불소-도핑된 DNC 코팅에서 발견된 낮은 고유응력이 이들의 내부식성에 기여하는 것으로 여겨진다. 예를 들어, 이러한 낮은 응력으로 인해 코팅은 기공을 갖고 있지 않으며, 따라서 화학물질의 공격 및 침투에 내성을 띠게 된다. 또한, 산소에 의해 안정화된 유리질 규소가 존재함으로 인해, 고온에서 흑연 탄소가 증가되는 것이 방지되고, 금속-함유 코팅에서 금속 클러스터가 형성되는 것이 억제되며, 코팅 내의 내부 응력이 감소됨에 따라, CMP 드레서의 표면(들)에 대한 접착력이 향상되는 것으로 여겨진다. 한편, 코팅은 우수한 내침식성을 지닌 후막층으로 적용가능하다.

가공처리시, 본원에 기술된 연마포지 공구(coated abrasive tool)는 CMP 패드를 드레싱하고/하거나 개조시키는데 사용가능하다. 한 예로, CMP 패드를 컨디셔닝하는 방법은 (a) 금속 본드에 의해 기재에 결합된 연마 지립; 및 (b) 공구의 하나 이상의 표면에 피복되는 코팅을 포함하는 공구를 이용하여, CMP 패드의 표면을 드레싱하는 단계를 포함하고, 이때 선택된 최대 직경 및 크기 범위를 갖는 연마 지립을 단층 어레이 형태로 본드에 의해 기재에 접착시키며, 각 연마 지립 주위로 배타적 구역을 가지는 비균일 패턴에 따라 어레이 형태로 연마 지립을 배향시키고, 각 배타적 구역의 최소 직경이 원하는 연마 지립 그릿 크기의 최대 직경을 초과하도록 하는 것을 특징으로 한다.

다른 예에서, CMP 패드를 컨디셔닝하는 방법은: (a) CMP 패드를, 금속 본드에 의해 기재에 결합된 연마 지립과, 탄소, 규소, 산소, 수소 및 불소를 함유하는 나노복합체 코팅을 하나 이상의 표면에 포함한 드레서와 접촉시키는 단계; 및 (b) CMP 패드의 가공면을 개조시키는 단계를 포함함으로써 상기 패드를 컨디셔닝한다.

또 다른 예에서, CMP 패드를 드레싱하는 방법은: 제1 주면과 상기 제1 주면을 마주보는 제2 주면을 가진 기재를 포함하는 연마 물품을 드레싱 기계에 결합시키는 단계로서, 이때 상기 연마 물품은 기재의 제1 주면에 제1 연마면을 포함하고 기재의 제2 주면에 제2 연마면을 포함하되, 상기 연마면들 중 하나 이상을 피복하고, 연마 물품을 드레싱 기계 상에 장착시켜 제1 연마면이 노출되도록 하는 단계; 제1 연마면을 제1 CMP 패드의 표면에 접촉시키고 제1 CMP 패드를 제1 연마면에 대해 이동시킴으로써 제1 CMP 패드를 컨디셔닝하는 단계; 연마 물품을 뒤집어(invert) 제2 연마면을 노출시키는 단계; 및 제2 연마면을 제2 CMP 패드의 표면에 접촉시키고 제2 CMP 패드를 제2 연마면에 대해 이동시킴으로써 제2 CMP 패드를 컨디셔닝하는 단계를 포함한다.

본원에 기술된 공구와 같은 연마포지 공구를 활용하는 컨디셔닝 가공처리는 당해 기술분야에 공지된 바와 같은 장치(예컨대, 드레싱 기계)와, 공정 변수들을 이용하여 수행될 수 있다.

본 발명을 제한하고자 함이 아닌 하기의 실시예들을 통해 본 발명을 더 설명하기로 한다.

실시예 1

Ni 및 Cr의 침출 수준을 평가하는 시험을 수행하였다. F-DNC 코팅을 포함하지 않은 CMP 드레서와 비교하여, 본 발명의 구현예들에 따른 소수성 CMP 드레서 내에서 이들 침출 수준이 현저하게 감소되었음이 밝혀졌다. 7일 간의 침지 후, 텅스텐 슬러리에 대한 원소 침출을 마이크로그램/ml (ppm) 단위로 나타낸 결과를 아래 표 1에 제공하였다.

실시예 2

430 스테인레스강으로 제조되고 65mm 내지 85mm 크기 범위의 다이아몬드를 구비한 CMP 드레서의 한 가공면에 두께 2.5mm의 소수성 F-DNC 코팅을 증착시켰다. 코팅의 접촉각을 독일의 함부르크에 소재한 크러스 게엠베하사(Kruss GmbH)의 DSA 100 Drop shape 분석 시스템을 이용하여 측정할 결과 약 108^o였다. 도 5에 관련 자료를 제공하였다.

다른 예에서는 접촉각이 105^o로 측정되었다.

실시예 3

전술한 바와 같이 두 개의 가공면을 가진 연마 물품 및 플레이트(홀더)를 포함한 공구를 준비하였다. DLC 코팅을 두 가공면 모두에 도포하였다. 코팅의 두께는 1.5 마이크론(± 10%)이었다. 기존의 브레이징 또는 소결된 CMP 드레서 제품과 비교하였을 때, 상기 공구에서는 화학물질 침출이 감소된 것으로 나타났다. 이러한 공구는 예를 들어 구리 및/또는 텅스텐과 같은 금속은 물론, 층간 절연막(ILD) 또는 얕은 트렌치 분리(STI) CMP 환경과 같은 산화물에서도 사용될 수 있다.

바람직한 구현예들을 참조로 본 발명을 구체적으로 설명하였지만, 당해 기술분야의 숙련자라면 첨부된 청구범위에 포함된 본 발명의 범주를 벗어나지 않으면서 형태 및 상세사항을 다양하게 변경할 수 있다는 것을 이해할 것이다.

특허법에 따라 개시 내용의 요약서를 제공하며, 이는 청구항의 범주 또는 의미를 해석하거나 한정하기 위해 사용되지 않을 것이라는 이해를 하므로 제출한다. 또한, 전술한 도면의 상세한 설명들에서, 개시 내용을 단순화하기 위해 단일 실시형태에서 다양한 특징부들이 함께 그룹화되거나 기술될 수 있다. 이러한 개시 내용은 청구된 실시형태들이 각각의 청구항에 명확히 인용된 것보다 더 많은 특징부들을 필요로 한다는 의도를 반영하는 것으로 해석되지 않는다. 오히려, 이하의 청구항이 반영하는 바와 같이 본 발명의 주제는 개시된 실시형태 중 임의의 실시형태의 모든 특징부들에 대한 것이 아니어도 된다. 따라서, 이하의 청구항들은 도면의 상세한 설명들에 통합되며, 각각의 청구항은 개별적으로 청구된 주제를 정의하는 것으로 개별적으로 유효하다.

Claims

CMP 패드 컨디셔닝용 연마 공구이며, 상기 공구는 금속 본드를 통해 기재에 결합된 연마 지립(abrasive grains) 및 연마 공구의 가공면에 피복된 코팅을 포함하며, 상기 코팅은 탄소, 규소, 산소, 수소 및 도핑된 불소를 함유하는 나노복합체를 포함하는 것인, 연마 공구.
제1항에 있어서, 코팅은 1종 이상의 추가 도펀트를 더 함유하는 것인 연마 공구.
제1항에 있어서, 코팅이 소수성인 것인 연마 공구.
제1항에 있어서, 코팅이 내부식성을 띠는 것인 연마 공구.
제1항에 있어서, 코팅은 약 0.1 마이크론 내지 약 5 마이크론의 범위에 속하는 두께를 갖는 것인 연마 공구.
제1항에 있어서, 연마 지립이 브레이징, 전기도금 또는 소결에 의해 기재에 결합되는 것인 연마 공구.
제1항에 있어서, 공구는 두 개의 연마면을 가지며, 코팅이 상기 두 면 중 하나에 증착되는 것인 연마 공구.
제1항에 있어서, 모든 금속-함유 표면이 피복되는 것인 연마 공구.
제1항에 있어서, 연마 지립은 선택된 최대 직경 및 크기 범위를 가지며 단층 어레이 형태로 본드에 의해 기재에 접착되고, 상기 연마 지립을 각 연마 지립 주위로 배타적 구역을 가지는 비균일 패턴에 따라 어레이 형태로 연마 지립을 배향시키고, 각 배타적 구역의 최소 직경이 원하는 연마 지립 그릿 크기의 최대 직경을 초과하도록 하는 것을 특징으로 하는 연마 공구.
CMP 패드 컨디셔닝용 연마 공구이며, 상기 공구는:
(a) 금속 본드에 의해 하나 이상의 기재 표면에 결합된 연마 지립; 및
(b) 공구의 하나 이상의 표면에 피복되는 코팅을 포함하고,
하나 이상의 기재 표면에 결합된 상기 연마 지립은 선택된 최대 직경 및 크기 범위를 가지며 단층 어레이 형태로 본드에 의해 기재에 접착되고, 상기 연마 지립을 각 연마 지립 주위로 배타적 구역을 가지는 비균일 패턴에 따라 어레이 형태로 연마 지립을 배향시키고, 각 배타적 구역의 최소 직경이 원하는 연마 지립 그릿 크기의 최대 직경을 초과하도록 하는 것을 특징으로 하는 연마 공구.
제10항에 있어서, 2차원 평면 상에 무작위로 선택된 일련의 지점들을 제한함으로써 한정된 어레이 상의 한 지점에 각 연마 입자를 위치시키되, 각 지점이 서로 최대 연마 지립 직경의 1.5배 이상인 최소값(k)만큼 이격되도록 위치시키는 연마 공구.
제10항에 있어서, 각 연마 지립을 하기에 의해 한정된 어레이 상의 한 지점에 위치시키는 연마 공구:
(a) 하나 이상의 축을 따르는 좌표값들의 각 값이 다음 값과 일정한 크기로 차이나는 수열로 제한되도록 일련의 좌표값 쌍(x₁, y₁)을 제한시키는 단계;
(b) 각각의 선택된 좌표값 쌍(x₁, y₁)을 분리시켜, 선택된 x값들로 이루어진 한 집합과 선택된 y값들로 이루어진 한 집합을 구하는 단계;
(c) 각 쌍이 임의의 인접하는 좌표값 쌍의 좌표값과 최소값(k)만큼 차이나는 좌표값을 갖는, 일련의 무작위 좌표값 쌍(x, y)을 상기 x값 및 y값의 집합들 중에서 무작위로 선택하는 단계; 및
(d) 그래프상에 점들로 작성되는, 무작위로 선택된 충분한 수의 좌표값 쌍들로 된 어레이를 생성시켜, 각 연마 지립 주위로 배타적 구역을 형성하는 단계.
제10항에 있어서, 본드는 브레이징 재료, 전기도금 재료, 금속 분말 본드 재료, 및 이들의 조합물로 이루어진 군에서 선택되는 것인 연마 공구.
제10항에 있어서, 연마 지립이 단일 다이아몬드 입자인 것인 연마 공구.
제10항에 있어서, 코팅이 연마 공구의 하나 이상의 가공면에 피복되는 것인 연마 공구.
제10항에 있어서, 코팅은 불소-도핑된 나노복합체 코팅인 것인 연마 공구.
제16항에 있어서, 코팅이 1종 이상의 추가 도펀트를 포함하는 것인 연마 공구.
제10항에 있어서, 코팅이 내부성을 띠는 것인 연마 공구.
제10항에 있어서, 코팅이 소수성인 것인 연마 공구.
제10항에 있어서, 코팅은 약 0.1 마이크론 내지 약 5 마이크론의 범위에 속하는 두께를 갖는 것인 연마 공구.
제10항에 있어서, 코팅은 둘 이상의 층을 포함하는 것인 연마 공구.
제10항에 있어서, 코팅은 약 90^o 내지 약 120^o 의 범위에 속하는 접촉각을 갖는 것인 연마 공구.
플레이트; 및
제1 주면과, 상기 제1 주면을 마주보는 제2 주면이 구비된 기재와; 상기 제1 주면에 부착되는 제1 연마지립 층과; 상기 제2 주면에 부착되는 제2 연마지립 층을 포함하는, 연마 물품을 포함하는 CMP 패드 컨디셔너로 사용되는 연마 공구이며,
플레이트 및 연마 물품이 하나의 결합 기구를 통해 분리가능하게 결합되고, 플레이트, 제1 연마지립 층 또는 제2 연마지립 층 중에서 하나 이상이 피복되는 것인 연마 공구.
제23항에 있어서, 결합 기구는 플레이트의 결합면을 분리가능하게 체결시키는 기재에 마련된 체결 구조체를 포함하는 것인 연마 공구.
제24항에 있어서, 결합 기구는 래치, 패스너, 클램프, 죔쇠 연결부(interference fit connection) 및 이들의 조합체로 이루어진 구조체들의 군에서 선택된 구조체를 포함하는 것인 연마 공구.
제23항에 있어서, 플레이트는 플레이트 자신과 연마 물품을 분리가능하게 결합시키는 자석을 포함하는 것인 연마 공구.
제23항에 있어서, 코팅은 중합체, 유사-다이아몬드 탄소, 불소화 나노복합체, 도금된 금속 및 이들의 임의 조합물로 이루어진 군에서 선택된 재료를 포함하는 것인 연마 공구.
제23항에 있어서, 제1 주면 및 제2 주면 중 하나 이상에 대응되는 기재에 마련되어 제1 연마지립 층 및 제2 연마지립 층 중 하나 이상의 마모 상태를 식별하는 하나 이상의 표시부를 더 포함하는 연마 공구.
CMP 패드 컨디셔너를 포함하는 연마 공구이며,
상기 컨디셔너는:
제1 주면, 상기 제1 주면을 마주보는 제2 주면, 및 제1 주면과 제2 주면 사이로 연장되는 측면을 갖는 기재;
제1 주면에 부착된 제1 연마지립 층;
제2 주면에 부착된 제2 연마지립 층; 및
상기 기재 측면의 일부를 따라 외주 방향으로 연장되는 제1 밀봉 부재를 포함하며,
제1 연마지립 층과 제2 연마지립 층 중 하나 이상이 피복되는 것인 연마 공구.
CMP 패드 컨디셔너를 포함하는 연마 공구이며,
상기 컨디셔너는:
제1 주면과 상기 제1 주면을 마주보는 제2 주면을 갖는 기재(제1 주면은 제1 돌출부 세트를 분리시키는 제1 그루브 세트에 의해 한정된 하면으로부터 연장되는 제1 돌출부 세트의 상부에 의해 한정되는 제1 상면을 포함하는 연마 텍스처(abrasive texture)를 가지며, 제2 주면은 제2 돌출부 세트를 분리시키는 제2 그루브 세트에 의해 한정된 하면으로부터 연장되는 제2 돌출부 세트의 상부에 의해 한정되는 제2 상면을 포함하는 연마 텍스처를 가짐); 및
중합체, 유사-다이아몬드 탄소, 불소화 나노복합체, 도금된 금속 및 이들의 임의 조합물로 이루어진 군에서 선택되는 코팅을 포함하는 것인, 연마 공구.
요홈을 포함하는 플레이트; 및
요홈 내부로 분리가능하게 결합되는 연마 물품을 포함하는, CMP 패드 컨디셔너로 사용되는 연마 공구이며,
상기 연마 물품은:
제1 주면 및 상기 제1 주면에 부착되는 제1 연마지립 층을 포함하는 기재를 포함하며, 제1 연마지립 층은 광학 자동초점 기법으로 측정하였을 때 약 0.02 cm 이하의 평탄도를 가지며,
플레이트와 제1 연마지립 층 중 하나 이상이 피복되는 것인, 연마 공구.
CMP 패드 컨디셔닝용이며 각 연마 지립들이 서로 인접하지 않도록 제어된 불규칙한 공간적 어레이 형태로 배치되어 있는 연마 공구의 제조 방법이며:
(i) (a) 정의된 크기 및 형상을 가진 2차원 평면적을 선택하는 단계;
(b) 상기 평면적에 바람직한 연마 지립의 그릿 크기 및 농도를 선택하는 단계;
(c) 일련의 2차원 좌표값을 무작위로 생성하는 단계; (d) 무작위로 생성된 좌표값의 각 쌍을 임의의 인접하는 좌표값 쌍과 최소값(k)만큼 차이나는 좌표값에 한정시키는 단계;
(e) 그래프상에 점들로 작성되는, 무작위로 생성되고 한정된 충분한 쌍의 좌표값의 어레이를 생성시켜, 선택된 2차원 평면적 및 선택된된 연마 지립의 그릿 크기에 바람직한 연마 지립의 농도를 구하는 단계; 및
(f) 연마 지립을 어레이상의 각 지점의 중심에 두는 단계를 포함하는 공정에 의해 제조되는 소성 공구(fired tool)를 형성하도록, 연마 지립을 기재에 결합시키는 단계와;
(ii) 공구를 소성시키는 단계와;
(iii) 소성된 공구의 하나 이상의 표면에 코팅을 도포시키는 단계를 포함하는 제조 방법.
각 연마 지립들이 서로 인접하지 않도록 제어된 불규칙한 공간적 어레이 형태로 배치되어 있는 연마 공구의 제조 방법이며:
(i) (a) 한정된 크기 및 형태를 갖는 2차원 평면적을 선택하는 단계;
(b) 평면적에 바람직한 연마 지립의 그릿 크기 및 농도를 선택하는 단계;
(c) 하나 이상의 축을 따르는 좌표값들의 각 값이 다음 값과 일정한 크기로 차이나는 수열로 제한되도록 일련의 좌표값 쌍(x₁, y₁)을 선택하는 단계;
(d) 각각의 선택된 좌표값 쌍(x₁, y₁)을 분리시켜, 선택된 x값들로 이루어진 한 집합과 선택된 y값들로 이루어진 한 집합을 구하는 단계;
(e) 각 쌍이 임의의 인접하는 좌표값 쌍의 좌표값과 최소값(k)만큼 차이나는 좌표값을 갖는, 일련의 무작위 좌표값 쌍(x, y)을 상기 x값 및 y값의 집합들 중에서 무작위로 선택하는 단계;
(f) 그래프상에 점들로 작성되는, 무작위로 선택된 충분한 수의 좌표값 쌍들로 된 어레이를 생성시켜, 선택된 2차원 평면적 및 선택된 연마 지립의 그릿 크기에 바람직한 연마 지립의 농도를 구하는 단계; 및
(g) 연마 지립을 어레이상의 각 지점의 중심에 두는 단계를 포함하는 공정에 의해 제조되는 소성 공구를 형성하도록, 연마 지립을 기재에 결합시키는 단계와;
(ii) 코팅을 공구의 가공면에 도포시키는 단계를 포함하는 제조 방법.
금속 본드에 의해 기재에 결합된 연마 지립을 포함한 CMP 컨디셔너를 피복시키는 공정을 포함하는, CMP 패드의 컨디셔닝용 연마 공구의 제조 방법이며, 상기 공정은:
(a) CMP 컨디셔너를 진공증착 챔버에 위치시키는 조작과;
(b) 탄소, 규소, 산소, 수소 및 불소의 이온, 원자 또는 라디칼을 포함하는 클러스터 없는 입자 빔에 의한 동시증착을 통해, 상기 컨디셔너상에 탄소, 규소, 산소, 수소 및 불소를 함유하는 조성물을 증착시키는 조작을 포함하며, 이때 각 입자종의 평균 자유 경로(mean free path)는 그의 공급원과 컨디셔너의 성장 입자 피복면 사이의 거리를 초과하는 것인, 제조 방법.
금속 본드에 의해 기재에 결합된 연마 지립을 포함한 CMP 컨디셔너의 하나 이상의 표면을 피복시키는 공정을 포함하는, CMP 패드의 컨디셔닝용 연마 공구의 제조 방법이며, 상기 공정은: 불소를 비롯한 원소들의 이온, 원자 또는 라디칼을 포함하는 클러스터 없는 빔에 의한 동시증착을 통해 CMP 컨디셔너의 하나 이상의 표면에 불소-도핑된 나노복합체 코팅을 도포시키는 조작을 포함하고, 각 입자종의 평균 자유 경로는 바람직하게 그의 공급원과 성장 입자 피복면 사이의 거리를 초과하며, 각 빔은 정확하게 정의된 에너지를 갖는 입자들을 함유하는 것인 제조 방법.
(a) 금속 본드에 의해 기재에 결합된 연마 지립; 및 (b) 공구의 하나 이상의 표면에 피복되는 코팅을 포함하는 공구를 이용하여, CMP 패드의 표면을 드레싱하는 단계를 포함하는 CMP 패드의 컨디셔닝 방법이며, 선택된 최대 직경 및 크기 범위를 갖는 연마 지립을 단층 어레이 형태로 본드에 의해 기재에 접착시키고, 각 연마 지립 주위로 배타적 구역을 가지는 비균일 패턴에 따라 어레이 형태로 연마 지립을 배향시키며, 각 배타적 구역의 최소 직경이 원하는 연마 지립 그릿 크기의 최대 직경을 초과하도록 하는 것을 특징으로 하는 컨디셔닝 방법.
(a) CMP 패드를, 금속 본드에 의해 기재에 결합된 연마 지립과, 탄소, 규소, 산소, 수소 및 불소를 함유하는 나노복합체 코팅을 하나 이상의 표면에 포함한 드레서와 접촉시키는 단계; 및
(b) CMP 패드의 가공면을 개조(refurbish)시키는 단계를 포함하는, CMP 패드의 컨디셔닝 방법.
CMP 패드를 드레싱하는 방법이며,
제1 주면과 상기 제1 주면을 마주보는 제2 주면을 가진 기재를 포함하는 연마 물품을 드레싱 장치에 결합시키는 단계로서, 상기 연마 물품은 기재의 제1 주면에 제1 연마면을 포함하고 기재의 제2 주면에 제2 연마면을 포함하되, 상기 연마면들 중 하나 이상을 피복하고, 연마 물품을 드레싱 장치상에 장착시켜 제1 연마면이 노출시키는 단계;
제1 연마면을 제1 CMP 패드의 표면에 접촉시키고 제1 CMP 패드를 제1 연마면에 대해 이동시킴으로써 제1 CMP 패드를 컨디셔닝하는 단계; 연마 물품을 뒤집어(invert) 제2 연마면을 노출시키는 단계; 및
제2 연마면을 제2 CMP 패드의 표면에 접촉시키고 제2 CMP 패드를 제2 연마면에 대해 이동시킴으로써 제2 CMP 패드를 컨디셔닝하는 단계를 포함하는 드레싱 방법.