KR20150092347A - 다중 모드 분포의 기공 직경을 가지는 연마 패드 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 다중 모드 분포의 기공 직경을 가지는 연마 패드를 개시한다. 본 발명은 또한 다중 모드 분포의 기공 직경을 가지는 연마 패드를 제조하는 방법을 개시한다. 하나의 실시예에 있어서, 반도체 기판을 연마하기 위한 연마 패드는 균일 연마체를 포함한다. 균일 연마체는 열경화성 폴리우레탄 재료 및 상기 열경화성 폴리우레탄 재료 내에 배치되는 복수의 닫힌 셀 기공을 포함한다. 복수의 닫힌 셀 기공은 다중 모드 분포의 직경을 가진다.

Description

다중 모드 분포의 기공 직경을 가지는 연마 패드{POLISHING PAD WITH MULTI-MODAL DISTRIBUTION OF PORE DIAMETERS}
본 발명은 화학적-기계적 연마(CMP; chemical-mechanical polishing) 기술분야에 관한 것이며, 특히, 다중 모드 분포의 기공 직경을 가지는 연마 패드에 관한 것이다.
통상 CMP라 약칭하는 화학적-기계적 평탄화 즉 화학적-기계적 연마는 반도체 제조에 있어 반도체 웨이퍼 또는 기타 기판을 평탄화하기 위해 사용되는 기술이다.
이 공정은 일반적으로 웨이퍼보다 큰 직경의 연마 패드 및 리테이닝 링과 함께 연마성이면서 부식성인 화학적 슬러리(통상 콜로이드(colloid)라 함)를 사용한다. 연마 패드와 웨이퍼는 동적 연마 헤드에 의해 함께 가압되고, 플라스틱 리테이닝 링에 의해 제 위치에 유지된다. 동적 연마 헤드는 연마 시에 회전된다. 이러한 접근법은 재료의 제거에 도움을 주고, 임의의 불규칙한 표면형상(topography)을 평탄화하기 쉬워, 웨이퍼를 편평하게 즉 평탄하게 만든다. 이는 추가적인 회로 소자의 형성을 위해 웨이퍼를 셋업하기 위해 필요할 수 있다. 예컨대, 이는 전체 표면이 포토리소그래피 시스템의 심도 내에 있게 만들거나, 또는 그것의 위치에 기초하여 재료를 선택적으로 제거하기 위해 필요할 수 있다. 일반적인 심도 요건은 최신 50 nm 이하 기술 노드에 대해 옹스트롬까지 낮아진다.
재료 제거 공정은 목재 위의 샌드페이퍼와 같은 연마 스크레이핑처럼 단순하지가 않다. 슬러리 내의 화학 물질도 제거될 재료와 반응하는 작용 및/또는 제거될 재료를 연약화시키는 작용을 한다. 연마제는 이러한 연약화 과정을 가속시키고, 연마 패드는 표면으로부터 반응한 재료를 닦아내는 것을 돕는다. 슬러리 기술에 있어서의 향상에 더하여, 연마 패드가 복잡화되어가는 CMP 작업에 있어 중요한 역할을 한다.
하지만, CMP 패드 기술의 발전에 있어 추가적인 개선이 요구되고 있다.
본 발명의 실시형태는 다중 모드 분포의 기공 직경을 가지는 연마 패드를 포함한다.
하나의 실시형태에 있어서, 반도체 기판을 연마하기 위한 연마 패드는 균일 연마체를 포함하고 있다. 균일 연마체는 열경화성 폴리우레탄 재료 및 이 열경화성 폴리우레탄 재료 내에 배치되는 복수의 닫힌 셀 기공(closed cell pore)을 포함하고 있다.
또 다른 실시형태에 있어서, 반도체 기판을 연마하기 위한 연마 패드를 제조하는 방법은 혼합물을 형성하기 위해 성형 몰드 내에서 프리폴리머 및 경화제를 혼합하는 단계를 포함하고 있다. 혼합물은 열경화성 폴리우레탄 재료 및 이 열경화성 폴리우레탄 재료 내에 배치되는 복수의 닫힌 셀 기공을 포함하는 몰드성형된 균일 연마체를 제공하기 위해 경화된다. 복수의 닫힌 셀 기공은 다중 모드 분포의 직경을 가진다.
본 발명의 실시형태들은 연마 패드에 있어서의 기공도(porosity)에 관한 것이며, 보다 상세하게는 기공의 크기 및 개수 밀도(number density)에 관한 것이다. 연마 패드에 있어서의 기공들은 예컨대 연마 패드에 의한 슬러리 유지 성능을 증대시키는 등을 위해 연마 패드의 표면적을 증가시키도록 제공될 수 있다. 종래, 닫힌 셀 기공 연마 패드의 경우, 기공들이 일반적으로 예컨대 40 미크론 등의 하나의 크기를 가지는 것으로 설명되었다. 실상, 기공들은 대략 40 미크론의 평균 즉 중앙값 기공 크기를 가지는 기공 직경의 분포로 되어 있고, 그러한 기공 분포는 대략 도 1a 및 1b와 관련하여 아래에 설명되는 바와 같은 전형의 단일 모드 종형 곡선 분포가 된다.
그에 반해, 본 발명의 실시형태들은 기공 크기에 있어 이중 모드, 삼중 모드 등의 분포를 가지는 연마 패드를 포함한다. 예로서, 20 미크론 기공과 40 미크론 기공의 조합, 20 미크론 기공과 80 미크론 기공의 조합, 40 미크론 기공과 80 미크론 기공의 조합, 및 삼중 모드인 20 미크론 기공과 40 미크론 기공과 80 미크론 기공의 조합이 있으며, 이들에 국한되는 것은 아니다. 연마 패드에 있어서 이러한 형태의 기공 크기 분포를 구비하는 것은: (1) 기공 크기의 범위의 보다 효율적인 묶음구성으로 인한 단위 면적당 기공의 총 개수를 증가시키는 성능, (2) 총 기공 면적을 증가시키는 성능, (3) 표면에서의 더 높은 기공의 개수 밀도의 결과로서 연마 패드 표면에 걸친 향상된 슬러리 분포, (4) 균일하게 제공된 작은 크기 기공과 조합된 표면쪽으로 열린 큰 기공의 결과로서 웨이퍼와의 상호작용에 가용한 슬러리의 증가된 체적, (5) 벌크 기계적 특성을 최적화시키는 성능 등의 장점들 중의 한 가지 이상을 포함할 수 있다. 특히, 화학적 처리 강도가 높은 CMP 공정인 경우와 크기가 큰(예컨대, 300 mm 또는 450 mm 직경) 웨이퍼인 경우에는, 슬러리가 연마 공정 중에 줄곧 웨이퍼와 연마 패드 사이에 있는 것이 중요하다. 이렇게 함으로써 슬러리 결핍을 피하게 해준다. 그렇지 않을 경우, 슬러리 결핍에 의해 연마 성능을 제한할 수 있다. 이 문제를 해결하기 위해, 본 발명의 실시형태는 더 큰 체적의 슬러리가 웨이퍼와 연마 패드 사이에서 가용할 수 있게 해줄 수 있다.
도 1a는 종래의 연마 패드에 있어서의 폭이 넓은 단일 모드 분포의 기공 직경에 대한 기공 직경의 함수로서의 개체수비 선도를 도시하고 있다.
도 1b는 종래의 연마 패드에 있어서의 폭이 좁은 단일 모드 분포의 기공 직경에 대한 기공 직경의 함수로서의 개체수비 선도를 도시하고 있다.
도 2a는 본 발명의 하나의 실시형태에 따른, 대략 1:1의 이중 모드 분포의 닫힌 셀 기공을 가지는 연마 패드의 단면도를 도시하고 있다.
도 2b는 본 발명의 하나의 실시형태에 따른, 도 2a의 연마 패드에 있어서의 폭이 좁은 분포의 기공 직경에 대한 기공 직경의 함수로서의 개체수비 선도를 도시하고 있다.
도 2c는 본 발명의 하나의 실시형태에 따른, 도 2a의 연마 패드에 있어서의 폭이 넓은 분포의 기공 직경에 대한 기공 직경의 함수로서의 개체수비 선도를 도시하고 있다.
도 3a는 본 발명의 하나의 실시형태에 따른, 대략 2:1의 이중 모드 분포의 닫힌 셀 기공을 가지는 연마 패드의 단면도를 도시하고 있다.
도 3b는 본 발명의 하나의 실시형태에 따른, 도 3a의 연마 패드에 있어서의 기공 직경의 분포에 대한 기공 직경의 함수로서의 개체수비 선도를 도시하고 있다.
도 4a는 본 발명의 하나의 실시형태에 따른, 최빈 개체수(max population)의 대직경 모드의 직경값이 최빈 개체수의 소직경 모드의 직경값의 대략 4배인, 이중 모드 분포의 닫힌 셀 기공을 가지는 연마 패드의 단면도를 도시하고 있다.
도 4b는 본 발명의 하나의 실시형태에 따른, 도 4a의 연마 패드에 있어서의 기공 직경의 분포에 대한 기공 직경의 함수로서의 개체수비 선도를 도시하고 있다.
도 5a는 본 발명의 하나의 실시형태에 따른, 삼중 모드 분포의 닫힌 셀 기공을 가지는 연마 패드의 단면도를 도시하고 있다.
도 5b는 본 발명의 하나의 실시형태에 따른, 도 5a의 연마 패드에 있어서의 기공 직경의 분포에 대한 기공 직경의 함수로서의 개체수비 선도를 도시하고 있다.
도 6a는 본 발명의 하나의 실시형태에 따른 연마 패드의 단면도를 도시하고 있다.
도 6b는 본 발명의 하나의 실시형태에 따른, 이중 모드 분포의 닫힌 셀 기공을 노출시키도록 컨디셔닝(conditioning)된 도 6a의 연마 패드의 단면도를 도시하고 있다.
도 6c는 본 발명의 하나의 실시형태에 따른, 화학적-기계적 연마 슬러리가 연마 패드 표면에 부가된, 도 6b의 연마 패드의 단면도를 도시하고 있다.
도 6d는 본 발명의 하나의 실시형태에 따른, 화학적-기계적 연마 슬러리의 유동 경로를 나타내고 있는 도 6c의 연마 패드의 단면도를 도시하고 있다.
도 7a는 본 발명의 하나의 실시형태에 따른, 차등 분포된 이중 모드 분포의 닫힌 셀 기공을 가지는 연마 패드의 단면도를 도시하고 있다.
도 7b는 본 발명의 하나의 실시형태에 따른, 도 7a의 연마 패드에 있어서의 기공 직경의 분포의 제1 부분에 대한 기공 직경의 함수로서의 개체수비 선도를 도시하고 있다.
도 7c는 본 발명의 하나의 실시형태에 따른, 도 7a의 연마 패드에 있어서의 기공 직경의 분포의 제2 부분에 대한 기공 직경의 함수로서의 개체수비 선도를 도시하고 있다.
도 8a는 본 발명의 하나의 실시형태에 따른 연마 패드의 단면도를 도시하고 있다.
도 8b는 본 발명의 하나의 실시형태에 따른, 차등 분포된 이중 모드 분포의 닫힌 셀 기공 크기를 가지는 연마 패드의 컨디셔닝의 작업 단면도를 도시하고 있다.
도 9a-9g는 본 발명의 하나의 실시형태에 따른 연마 패드의 제조에 사용되는 작업 단면도를 도시하고 있다.
도 10은 본 발명의 하나의 실시형태에 따른 다중 모드 분포의 기공 직경을 가지는 연마 패드와 함께 사용될 수 있는 연마 장치의 등각 측면도이다.
다중 모드 분포의 기공 직경을 가지는 연마 패드를 설명한다. 이하의 설명에서는, 본 발명의 실시형태들의 완전한 이해를 제공하기 위해, 특정의 연질 연마 패드 구성 및 디자인과 같은 다수의 특정의 상세예들을 설명한다. 본 발명의 실시형태들은 이러한 특정의 상세예들에 한정되지 않고서도 실시될 수 있을 것이란 것은 당해 기술분야에 통상의 지식을 가진자에게는 명백할 것이다. 그 밖에, 반도체 기판의 CMP 기술을 실행하기 위한 슬러리와 연마 패드의 조합과 관련한 자세한 내용과 같은 공지의 처리 기술에 대해서는 본 발명의 실시형태의 설명을 불필요하게 흐리지 않기 위해 자세히 설명하지 않기로 한다. 또한, 도면에 도시된 여러 실시형태는 설명을 위한 것으로 반드시 정비율로 도시된 것은 아니다.
본 발명의 실시형태들은 연마 패드에 있어서의 기공도(porosity)에 관한 것이며, 보다 상세하게는 기공의 크기 및 개수 밀도(number density)에 관한 것이다. 연마 패드에 있어서의 기공들은 예컨대 연마 패드에 의한 슬러리 유지 성능을 증대시키는 등을 위해 연마 패드의 표면적을 증가시키도록 제공될 수 있다. 종래, 닫힌 셀 기공 연마 패드의 경우, 기공들이 일반적으로 예컨대 40 미크론 등의 하나의 크기를 가지는 것으로 설명되었다. 실상, 기공들은 대략 40 미크론의 평균 즉 중앙값 기공 크기를 가지는 기공 직경의 분포로 되어 있고, 그러한 기공 분포는 대략 도 1a 및 1b와 관련하여 아래에 설명되는 바와 같은 전형의 단일 모드 종형 곡선 분포가 된다.
그에 반해, 본 발명의 실시형태들은 기공 크기에 있어 이중 모드, 삼중 모드 등의 분포를 가지는 연마 패드를 포함한다. 예로서, 20 미크론 기공과 40 미크론 기공의 조합, 20 미크론 기공과 80 미크론 기공의 조합, 40 미크론 기공과 80 미크론 기공의 조합, 및 삼중 모드인 20 미크론 기공과 40 미크론 기공과 80 미크론 기공의 조합이 있으며, 이들에 국한되는 것은 아니다. 연마 패드에 있어서 이러한 형태의 기공 크기 분포를 구비하는 것은: (1) 기공 크기의 범위의 보다 효율적인 묶음구성으로 인한 단위 면적당 기공의 총 개수를 증가시키는 성능, (2) 총 기공 면적을 증가시키는 성능, (3) 표면에서의 더 높은 기공의 개수 밀도의 결과로서 연마 패드 표면에 걸친 향상된 슬러리 분포, (4) 균일하게 제공된 작은 크기 기공과 조합된 표면쪽으로 열린 큰 기공의 결과로서 웨이퍼와의 상호작용에 가용한 슬러리의 증가된 체적, (5) 벌크 기계적 특성을 최적화시키는 성능 등의 장점들 중의 한 가지 이상을 포함할 수 있다. 특히, 화학적 처리 강도가 높은 CMP 공정인 경우와 크기가 큰(예컨대, 300 mm 또는 450 mm 직경) 웨이퍼인 경우에는, 슬러리가 연마 공정 중에 줄곧 웨이퍼와 연마 패드 사이에 있는 것이 중요하다. 이렇게 함으로써 슬러리 결핍을 피하게 해준다. 그렇지 않을 경우, 슬러리 결핍에 의해 연마 성능을 제한할 수 있다. 이 문제를 해결하기 위해, 본 발명의 실시형태는 더 큰 체적의 슬러리가 웨이퍼와 연마 패드 사이에서 가용할 수 있게 해줄 수 있다.
전술한 바와 같이, 종래 연마 패드에 있어서의 기공 직경의 분포는 종형 곡선 즉 단일 모드 분포를 가지고 있었다. 예컨대, 도 1a는 종래의 연마 패드에 있어서의 단일 모드 분포의 기공 직경에 대한 기공 직경의 함수로서의 개체수비 선도(100A)를 도시하고 있다. 도 1a를 참조하면, 단일 모드 분포는 상대적으로 폭이 넓을 수 있다. 또 다른 실시예로서, 도 1b는 종래의 연마 패드에 있어서의 폭이 좁은 단일 모드 분포의 기공 직경에 대한 기공 직경의 함수로서의 개체수비 선도(100B)를 도시하고 있다. 폭이 좁은 분포나 폭이 넓은 분포의 어느 것이든, 40 미크론에서의 최빈 개체수(max population)와 같은 단지 하나의 최빈 직경 개체수가 연마 패드에 제공된다.
본 발명의 하나의 양태에서는, 종래와 달리, 연마 패드가 이중 모드 분포의 기공 직경을 구비하여 제조될 수 있다. 하나의 실시예로서, 도 2a는 본 발명의 하나의 실시형태에 따른 대략 1:1의 이중 모드 분포의 닫힌 셀 기공을 가지는 연마 패드의 단면도를 도시하고 있다.
도 2a를 참조하면, 반도체 기판을 연마하기 위한 연마 패드(200)는 균일 연마체(201)를 포함하고 있다. 균일 연마체(201)는 열경화성 폴리우레탄 재료로 이루어져 있고, 복수의 닫힌 셀 기공(202)이 균일 연마체(201) 내에 배치되어 있다. 복수의 닫힌 셀 기공(202)은 다중 모드 분포의 직경을 가진다. 하나의 실시형태에 있어서, 직경의 다중 모드 분포는 도 2a에 도시된 바와 같이 소직경 모드(204)와 대직경 모드(206)를 구비하고 있는 직경의 이중 모드 분포이다.
하나의 실시형태에 있어서, 반도체 기판을 연마하기 위한 연마 패드(200)는 표면 상에 소자나 그 밖의 층들을 배치시키는 실리콘 기판과 같은 반도체 제조업에 사용되는 기판을 연마하는 데 적합하다. 하지만, 반도체 기판을 연마하기 위한 연마 패드(200)는 MEMS 소자나 레티클용 기판(이에 한정되지 않음)과 같은 그 밖의 관련 기판을 포함하는 화학적-기계적 연마 공정에도 사용될 수 있다. 따라서, 여기서 사용되는 "반도체 기판을 연마하기 위한 연마 패드"라는 용어는 그와 같은 모든 적용가능한 패드를 포함하는 것을 의미한다.
하나의 실시형태에 있어서, 복수의 닫힌 셀 기공(202)은 도 2a에 도시되어 있는 바와 같이 서로 분리되어 있는 기공들을 포함한다. 이는 일반적인 스폰지의 기공들의 경우에서와 같이 터널을 통해 서로 연결될 수 있는 열린 셀 기공과 대비된다. 하나의 실시형태에 있어서, 각각의 닫힌 셀 기공은 아래에 보다 상세히 설명되는 바와 같은 포로겐(porogen)의 셸과 같은 피지컬 셸(physical shell)을 포함한다. 하지만, 또 다른 실시형태에 있어서, 각각의 닫힌 셀 기공은 피지컬 셸을 포함하지 않는다. 하나의 실시형태에 있어서, 복수의 닫힌 셀 기공(202) 및 그에 따른 직경의 다중 모드 분포는 기본적으로 도 2a에 도시된 바와 같이 균일 연마체(201)의 열경화성 폴리우레탄 재료 전체에 걸쳐 균등하고 균일하게 분포된다.
전술한 바와 같이, 균일 연마체(201)는 열경화성의 닫힌 셀 폴리우레탄 재료로 이루어질 수 있다. 하나의 실시형태에 있어서, "균일"이라는 용어는 열경화성의 닫힌 셀 구조의 폴리우레탄 재료의 조성이 연마체의 전체 조성물에 걸쳐 일정하다는 것을 나타내는 데 사용된다. 예컨대, 하나의 실시형태에 있어서, "균일"이라는 용어는 예컨대 상이한 재료로 이루어지는 복수 층의 함침성 펠트나 조성물(복합 재료)로 이루어진 연마 패드를 배제한다. 하나의 실시형태에 있어서, "열경화성"이란 용어는 예컨대 재료의 전구체가 경화에 의해 불용융성, 불용성 폴리머 망상조직으로 비가역적으로 변화되는 것과 같이 비가역적으로 경화하는 폴리머 재료를 나타내는 데 사용된다. 예컨대, 하나의 실시형태에 있어서, "열경화성"이란 용어는 예컨대 가열될 때 액체로 전환되고 충분히 냉각될 때 동결하여 유리질 상태가 되는 폴리머로 이루어지는 "써모플라스트" 재료 또는 "열가소성 수지"로 이루어진 연마 패드를 배제한다. 열경화성 재료로 된 연마 패드는 일반적으로 화학 반응으로 폴리머를 형성하도록 반응하는 저분자량 전구체로부터 제조되는 한편, 열가소성 재료로 된 연마 패드는 일반적으로 연마 패드가 물리적 공정으로 형성되도록 상변화를 일으키도록 기존의 폴리머를 가열하는 것에 의해 제조된다는 것을 알고 있다. 하나의 실시형태에 있어서, 균일 연마체(201)는 압축 몰드성형된 균일 연마체이다. 하나의 실시형태에 있어서, "몰드성형된"이란 용어는 아래에 더 상세히 설명되는 바와 같이 균일 연마체가 성형 몰드 내에서 성형된다는 것을 나타내는 데 사용된다. 하나의 실시형태에 있어서, 균일 연마체(201)는 컨디셔닝(conditioning) 및/또는 연마 시에 대략 1-5 미크론 루트 민 스퀘어(root mean square)의 범위 내의 연마 표면 거칠기를 가진다. 하나의 실시형태에 있어서, 균일 연마체(201)는 컨디셔닝 및/또는 연마 시에 대략 2.35 미크론 루트 민 스퀘어의 연마 표면 거칠기를 가진다. 하나의 실시형태에 있어서, 균일 연마체(201)는 25 ℃에서 대략 30-120 MPa 범위 내의 저장 탄성률을 가진다. 또 다른 실시형태에 있어서, 균일 연마체(201)는 25 ℃에서 대략 30 MPa 미만의 저장 탄성률을 가진다.
하나의 실시형태에 있어서, 앞서 간략히 기술한 바와 같이, 복수의 닫힌 셀 기공(202)은 포로겐(porogen)으로 이루어진다. 하나의 실시형태에 있어서, "포로겐"이란 용어는 "중공형(hollow)" 중심을 가진 마이크로 또는 나노 스케일의 구형 입자를 나타내는 데 사용된다. 중공형 중심은 고체 재료로 충전되지 않는 대신, 기체나 액체 코어를 포함할 수 있다. 하나의 실시형태에 있어서, 복수의 닫힌 셀 기공(202)은 균일 연마체(201) 전체에 걸쳐, 예컨대, 추가적인 성분으로서, 분포되는 예비 발포되어 기체 충전된 EXPANCEL™으로 이루어진다. 하나의 특정 실시형태에 있어서, EXPANCEL™은 펜테인으로 충전된다. 하나의 실시형태에 있어서, 복수의 닫힌 셀 기공(202) 각각은 대략 10-100 미크론 범위 내의 직경을 가진다. "구형(spherical)"이란 용어의 사용은 완전한 구체(spherical body)에 한정될 필요는 없다는 것을 이해하여야 한다. 예컨대, 아몬드형, 계란형, 부등변 삼각형, 타원형, 풋볼형(이에 한정되는 것은 아님)과 같은 그 밖의 대략 둥근 형체들이 고려될 수 있으며, 또는 장방형 형체가 기공 형상이나 포로겐 형상으로 고려될 수 있다. 그와 같은 경우, 언급하는 직경은 그와 같은 형체 중의 가장 큰 직경을 말한다.
하나의 실시형태에 있어서, 균일 연마체(201)는 불투명하다. 하나의 실시형태에 있어서, "불투명"이란 용어는 대략 10% 이하의 가시광선의 통과를 허용하는 재료를 나타내는 데 사용된다. 하나의 실시형태에 있어서, 균일 연마체(201)는 대부분에서 불투명하다. 즉, 전적으로 균일 연마체(201)의 균일한 열경화성의 닫힌 셀 폴리우레탄 재료의 전체에 걸친 불투명화 윤활제(예컨대, 추가적인 성분으로서의)의 함유로 인해 불투명하다. 하나의 특정 실시형태에 있어서, 불투명화 윤활제는 보론 니트라이드, 세륨 플루오라이드, 그래파이트, 그래파이트 플루오라이드, 몰리브데넘 설파이드, 니오븀 설파이드, 탈크, 탄탈럼 설파이드, 텅스텐 디설파이드, 또는 테플론과 같은 재료이며, 이들에 한정되는 것은 아니다.
균일 연마체(201)의 치수결정은 적용처에 따라 변경될 수 있다. 그럼에도 불구하고, 종래의 처리 장비와 함께 또는 나아가 종래의 화학적-기계적 처리 작업과 함께 사용될 수 있는 균일 연마체를 구비한 연마 패드를 제작하기 위한 특정 파라미터들이 사용될 수 있다. 예컨대, 본 발명의 하나의 실시형태에 따라, 균일 연마체(201)는 대략 0.075 인치 내지 0.130 인치 범위 내의 두께(예컨대, 대략 1.9-3.3 mm 범위 내의 두께)를 가진다. 하나의 실시형태에 있어서, 균일 연마체(201)는 대략 20 인치 내지 30.3 인치 범위 내의 직경(예컨대, 대략 50-77 cm 범위 내의 직경)을 가지며, 대략 10 인치 내지 42 인치 범위 내의 직경(예컨대, 대략 25-107 cm 범위 내의 직경)을 가지는 것도 가능하다. 하나의 실시형태에 있어서, 균일 연마체(201)는 대략 6%-36% 총 공극 체적 범위 내의 기공(202) 밀도(pore density)를 가지며, 대략 18%-30% 총 공극 체적 범위 내의 기공 밀도를 가질 수도 있다. 하나의 실시형태에 있어서, 균일 연마체(201)는 전술한 바와 같이 복수의 기공(202)의 함유로 인해 닫힌 셀 구조형의 기공성을 가진다. 하나의 실시형태에 있어서, 균일 연마체(201)는 대략 2.5%의 압축률을 가진다. 하나의 실시형태에 있어서, 균일 연마체(201)는 대략 0.70-1.05 g/㎤ 범위 내의 밀도를 가진다.
하나의 실시형태에 있어서, 복수의 닫힌 셀 기공(202)의 기공 직경의 이중 모드 분포는 도 2a에 도시된 바와 같이 대략 1:1의 비일 수 있다. 이 개념을 보다 잘 설명하기 위해, 도 2b는 본 발명의 하나의 실시형태에 따른, 도 2a의 연마 패드에 있어서의 폭이 좁은 분포의 기공 직경에 대한 기공 직경의 함수로서의 개체수비 선도(220)를 예시하고 있다. 도 2c는 본 발명의 하나의 실시형태에 따른, 도 2a의 연마 패드에 있어서의 폭이 넓은 분포의 기공 직경에 대한 기공 직경의 함수로서의 개체수비 선도(230)를 예시하고 있다.
도 2a-2c를 참조하면, 최빈 개체수의 대직경 모드(206)의 직경값은 최빈 개체수의 소직경 모드(204)의 직경값의 대략 2배이다. 예컨대, 하나의 실시형태에 있어서, 도 2b 및 2c에 도시된 바와 같이, 최빈 개체수의 대직경 모드(206)의 직경값은 대략 40 미크론이고, 최빈 개체수의 소직경 모드(204)의 직경값은 대략 20 미크론이다. 또 다른 실시예로서, 최빈 개체수의 대직경 모드(206)의 직경값은 대략 80 미크론이고, 최빈 개체수의 소직경 모드(204)의 직경값은 대략 40 미크론이다.
도 2b의 선도(220)를 참조하면, 하나의 실시형태에 있어서, 기공 직경의 분포는 폭이 좁은 형태이다. 하나의 특정 실시형태에 있어서, 대직경 모드(206)의 개체수는 기본적으로 소직경 모드(204)의 개체수와 중첩되는 부분을 갖지 않는다. 하지만, 도 2c의 선도(230)를 보면, 또 다른 실시형태에 있어서, 기공 직경의 분포는 폭이 넓은 형태이다. 하나의 특정 실시형태에 있어서, 대직경 모드(206)의 개체수는 소직경 모드(204)의 개체수와 중첩된다.
본 발명의 또 다른 양태에 있어서, 기공 직경의 이중 모드 분포는 도 2a-2c와 관련하여 전술한 바와 같이 1:1일 필요는 없다. 다시 말해, 하나의 실시형태에 있어서, 대직경 모드의 총 개체수는 소직경 모드의 총 개체수와 동일하지 않을 수 있다. 하나의 실시예로서, 도 3a는 본 발명의 하나의 실시형태에 따른, 대략 2:1의 이중 모드 분포의 닫힌 셀 기공을 가지는 연마 패드의 단면도를 도시하고 있다. 도 3b는 본 발명의 하나의 실시형태에 따른, 도 3a의 연마 패드에 있어서의 기공 직경의 분포에 대한 기공 직경의 함수로서의 개체수비 선도(320)를 도시하고 있다.
도 3a를 참조하면, 반도체 기판을 연마하기 위한 연마 패드(300)는 균일 연마체(301)를 포함하고 있다. 균일 연마체(301)는 열경화성 폴리우레탄 재료로 이루어져 있고, 복수의 닫힌 셀 기공(302)이 균일 연마체(301) 내에 배치되어 있다. 복수의 닫힌 셀 기공(302)은 다중 모드 분포의 직경을 가진다. 하나의 실시형태에 있어서, 직경의 다중 모드 분포는 도 3a에 도시된 바와 같이 소직경 모드(304)와 대직경 모드(306)를 구비한 직경의 이중 모드 분포이다.
도 3a 및 3b를 참조하면, 소직경 모드(304)의 총 개체수는 대직경 모드(306)의 총 개체수의 대략 2배이다. 다시 말해, 큰 닫힌 셀 기공과 비교하여 대략 2배수의 작은 닫힌 셀 기공이 존재한다. 하나의 실시형태에 있어서, 최빈 개체수의 대직경 모드(306)의 직경값은 최빈 개체수의 소직경 모드(304)의 직경값의 대략 2배이다. 예컨대, 하나의 실시형태에 있어서, 도 3b에 도시된 바와 같이, 최빈 개체수의 대직경 모드의 직경값은 대략 40 미크론이고, 최빈 개체수의 소직경 모드의 직경값은 대략 20 미크론이다. 소직경 모드(304)의 총 개체수 대 대직경 모드(306)의 총 개체수의 임의의 비는 연마 패드(300)의 소정의 특성에 기초하여 선택될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
다시 도 2a-2c를 참조하면, 임의의 최빈 개체수의 대직경 모드(206)와 최빈 개체수의 소직경 모드(204)의 직경값은 연마 패드(200)의 소정의 특성에 기초하여 선택될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 최빈 개체수의 대직경 모드의 직경값은 도 2a-2c와 관련하여 전술한 바와 같이 최빈 개체수의 소직경 모드의 2배 값으로 한정되는 것은 아니다. 하나의 실시예로서, 도 4a는 본 발명의 하나의 실시형태에 따른, 최빈 개체수의 대직경 모드의 직경값이 최빈 개체수의 소직경 모드의 직경값의 대략 4배인, 이중 모드 분포의 닫힌 셀 기공을 가지는 연마 패드의 단면도를 도시하고 있다. 도 4b는 본 발명의 하나의 실시형태에 따른, 도 4a의 연마 패드에 있어서의 기공 직경의 분포에 대한 기공 직경의 함수로서의 개체수비 선도(420)를 도시하고 있다.
도 4a를 참조하면, 반도체 기판을 연마하기 위한 연마 패드(400)는 균일 연마체(401)를 포함하고 있다. 균일 연마체(401)는 열경화성 폴리우레탄 재료로 이루어져 있고, 복수의 닫힌 셀 기공(402)이 균일 연마체(401) 내에 배치되어 있다. 복수의 닫힌 셀 기공(402)은 다중 모드 분포의 직경을 가진다. 하나의 실시형태에 있어서, 직경의 다중 모드 분포는 도 4a에 도시된 바와 같이 소직경 모드(404)와 대직경 모드(406)를 구비한 직경의 이중 모드 분포이다.
도 4a 및 4b를 참조하면, 최빈 개체수의 대직경 모드(406)의 직경값은 최빈 개체수의 소직경 모드(404)의 직경값의 대략 4배이다. 예컨대, 하나의 실시형태에 있어서, 도 4b에 도시된 바와 같이, 최빈 개체수의 대직경 모드(406)의 직경값은 대략 80 미크론이고, 최빈 개체수의 소직경 모드(404)의 직경값은 대략 20 미크론이다. 하나의 실시형태에 있어서, 소직경 모드(404)의 총 개체수는 도 4b에 도시된 바와 같이 대직경 모드(406)의 총 개체수의 대략 8배이다.
본 발명의 또 다른 양태에 있어서, 기공 직경의 다중 모드 분포는 도 2-4와 관련하여 전술한 바와 같이 이중 모드일 필요는 없다. 하나의 실시예로서, 도 5a는 본 발명의 하나의 실시형태에 따른, 삼중 모드 분포의 닫힌 셀 기공을 가지는 연마 패드의 단면도를 도시하고 있다. 도 5b는 본 발명의 하나의 실시형태에 따른, 도 5a의 연마 패드에 있어서의 기공 직경의 분포에 대한 기공 직경의 함수로서의 개체수비 선도(520)를 도시하고 있다.
도 5a를 참조하면, 반도체 기판을 연마하기 위한 연마 패드(500)는 균일 연마체(501)를 포함하고 있다. 균일 연마체(501)는 열경화성 폴리우레탄 재료로 이루어져 있고, 복수의 닫힌 셀 기공(502)이 균일 연마체(501) 내에 배치되어 있다. 복수의 닫힌 셀 기공(502)은 다중 모드 분포의 직경을 가진다. 하나의 실시형태에 있어서, 직경의 다중 모드 분포는 도 5a에 도시된 바와 같이 소직경 모드(504), 대직경 모드(506), 및 중직경 모드(508)를 구비한 직경의 삼중 모드 분포이다.
도 5b를 참조하면, 하나의 실시형태에 있어서, 최빈 개체수의 대직경 모드(506)의 직경값은 대략 80 미크론이고, 최빈 개체수의 중직경 모드(508)의 직경값은 대략 40 미크론이며, 최빈 개체수의 소직경 모드(504)의 직경값은 대략 20 미크론이다. 하나의 실시형태에 있어서, 도 5b에 도시된 바와 같이, 소직경 모드(504)의 총 개체수는 중직경 모드(508)의 총 개체수와 대략 동일하고, 소직경 모드(504)의 총 개체수와 중직경 모드(508)의 총 개체수의 각각은 대직경 모드(506)의 총 개체수의 대략 2배이다. 최빈 개체수의 소직경 모드, 중직경 모드 및 대직경 모드의 임의의 직경값과 소직경 모드, 중직경 모드 및 대직경 모드의 총 개체수의 임의의 비는 연마 패드(500)의 소정의 특성에 기초하여 선택될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명의 실시형태는 이중 모드 분포 및 삼중 모드 분포에 한정되지 않고, 도 1a 및 1b와 관련하여 전술한 단일 모드 분포를 초과하는 임의의 다중 모드 분포를 포함할 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
본 발명의 하나의 양태에 있어서, 연마 패드의 소정의 기능을 제공하기 위해, 상이한 기공 크기가 선택될 수 있다. 예컨대, 도 6a-6는 본 발명의 하나의 실시형태에 따른, 슬러리가 연마 패드와 상호작용하는 여러 가지 단계의 단면도를 도시하고 있다.
도 6a를 참조하면, 연마 패드(600)는 열경화성 폴리우레탄 재료로 이루어진 균일 연마체를 포함하고 있고, 복수의 닫힌 셀 기공이 균일 연마체 내에 배치되어 있다. 복수의 닫힌 셀 기공은 다중 모드 분포의 직경을 가진다.
도 6b를 참조하면, 연마 패드(600)는 이중 모드 분포의 닫힌 셀 기공(602)을 노출시키도록 컨디셔닝되어 있다. 예컨대, 하나의 실시형태에 있어서, 연마 패드(600)의 상면(604)은 닫힌 셀 기공(602) 중의 몇 개가 표면(606) 쪽으로 열려 있는 황삭(荒削) 가공 표면(606)을 제공하도록 컨디셔닝된다. 하나의 특정 실시형태에 있어서, 표면(604)은 연마 패드(600)의 일부를 제거하도록 다이아몬드 팁을 사용하여 컨디셔닝된다. 하나의 실시형태에 있어서, 이러한 컨디셔닝은 도 6b에 도시된 바와 같이 기공 직경의 이중 모드 분포의 대직경 기공(610)과 소직경 기공(612) 모두를 노출시킨다.
도 6c를 참조하면, 화학적-기계적 연마 슬러리(614)가 연마 패드(600)의 황삭 가공된 즉 컨디셔닝된 표면(606)에 부가되어 있다. 본 발명의 하나의 실시형태에 따라, 화학적-기계적 연마 슬러리(614)는 도 6c에 도시된 바와 같이 연마 공정 중에 열린 소직경 기공(612)을 실질적으로 또는 완전히 충전하고, 열린 대직경 기공(610)을 적어도 부분적으로 충전한다. 하지만, 하나의 실시형태에 있어서, 연마 공정 전체에 걸쳐, 열린 소직경 기공(612) 내의 화학적-기계적 연마 슬러리(614)는 툴 레벨에서의 슬러리의 보충이 있기 전에 소모된다.
그 대신으로, 도 6d를 참조하면, 최빈 개체수의 대직경 모드의 기공(610)의 직경은 소직경 모드의 기공(612)에 사용하기 위한 연마 슬러리(614)를 저장하기 위한 저장소를 제공하기에 적합하다. 따라서, 연마 표면의 슬러리를 국부적으로 보충하기 위해, 열린 대직경 기공(610)으로부터 열린 소직경 기공(612)으로의 화학적-기계적 연마 슬러리(614)의 유동 경로(650)가 제공된다. 또한, 하나의 실시형태에 있어서, 최빈 개체수의 소직경 모드의 닫힌 셀 기공(612)의 직경은 은 도 6d에 도시된 바와 같이 연마 패드의 연마 표면에 고균일 연마 슬러리 분포(660)를 제공하는 데 적합하다.
연마 패드의 소정의 기능을 제공하기 위해 상이한 기공 크기를 선택하는 또 다른 실시예로서, 하나의 실시형태에 있어서, 큰 기공 크기는 연마 패드의 다이아몬드 팁 컨디셔닝을 보조하도록 구비된다. 하나의 실시형태에 있어서, 도 6b를 참조하면, 최빈 개체수의 대직경 모드의 닫힌 셀 기공(610)의 직경은 연마 패드(600)의 컨디셔닝 중에 다이아몬드 팁을 수용하기 위한 위치를 제공하기에 적합하다. 한편, 최빈 개체수의 소직경 모드의 닫힌 셀 기공(612)의 직경은 도 6c 및 6d와 관련하여 전술한 바와 같이 고균일 연마 슬러리 분포를 가진 연마 패드의 연마 표면을 제공하기에 적합하다.
연마 패드의 소정의 기능을 제공하기 위해 상이한 기공 크기를 선택하는 또 다른 실시예로서, 하나의 실시형태에 있어서, 최빈 개체수의 소직경 모드의 닫힌 셀 기공의 직경은 연마 공정 중에 불충분한 열 흡수(heat sink)를 제공한다. 다시 말해, 그 자체만 있을 경우에는, 소직경 기공은 너무 작아서 연마 공정 중에 열 발산을 수용할 수 없다. 하지만, 본 발명의 이중 모드 실시형태에서는, 최빈 개체수의 대직경 모드의 닫힌 셀 기공의 직경이 연마 공정 중에 초과의 열 흡수를 제공하기에 적합하며, 그렇지 않을 경우 연마되는 기판 표면에서의 슬러리 온도를 과열시킬 것이다. 다시 말해, 그 자체만 있을 경우에는, 대직경 기공은 연마 공정 중에 너무 많은 열 발산을 수용할 것이며, 연마되는 기판 표면에서의 슬러리를 과냉시킬 것이다. 그 대신으로, 하나의 실시형태에 있어서, 소직경 모드의 닫힌 셀 기공과 대직경 모드의 닫힌 셀 기공의 조합이 연마 공정 중에 열 안정성을 제공하기에 적합하다. 즉, 혼합된 기공 크기의 전체 열 흡수 성능이 연마되는 기판 표면에서의 슬러리를 위한 적정 온도를 제공한다.
전술한 실시형태들에 있어서, 기공 크기의 직경의 다중 모드 분포는 기본적으로 열경화성 폴리우레탄 재료 전체에 걸쳐 균일하게 분포된다. 본 발명의 또 다른 양태에 있어서, 기공 크기의 직경의 다중 모드 분포는 열경화성 폴리우레탄 재료 전체에 걸쳐 균일하게 분포되지 않을 수도 있다. 예컨대, 도 7a는 본 발명의 하나의 실시형태에 따른, 차등 분포된 이중 모드 분포의 닫힌 셀 기공을 가지는 연마 패드의 단면도를 도시하고 있다.
도 7a를 참조하면, 반도체 기판을 연마하기 위한 연마 패드(700)는 균일 연마체(701)를 포함하고 있다. 균일 연마체(701)는 열경화성 폴리우레탄 재료로 이루어져 있고, 복수의 닫힌 셀 기공(702)이 균일 연마체(701) 내에 배치되어 있다. 복수의 닫힌 셀 기공(702)은 차등 분포된 다중 모드 분포의 직경을 가진다. 하나의 실시형태에 있어서, 차등 분포된 다중 모드 분포의 직경은 도 7a에 도시된 바와 같이 소직경 모드(704)와 대직경 모드(706)를 구비한 차등 분포된 이중 모드 분포의 직경이다. 균일 연마체(701)는 또한 제1 그루브 표면(grooved surface)(770), 및 제1 그루브 표면(770) 반대편의 제2 편평 표면(775)을 구비하고 있다. 다중 모드 분포의 직경은 열경화성 폴리우레탄 재료 전체에 걸쳐 제1 그루브 표면(770)에서 제2 편평 표면(775)까지 그레디언트(gradient)(780→790)를 가지고서 차등 분포되어 있다.
도 7b는 본 발명의 하나의 실시형태에 따라 연마 패드(700)에 있어서의 기공 직경의 분포의 영역(780) 근방의 제1 부분에 대한 기공 직경의 함수로서의 개체수비 선도(700B)를 도시하고 있는 한편, 도 7c는 본 발명의 하나의 실시형태에 따라 연마 패드(700)에 있어서의 기공 직경의 분포의 영역(790) 근방의 제2 부분에 대한 기공 직경의 함수로서의 개체수비 선도(700C)를 도시하고 있다. 도 7b를 참조하면, 제1 소직경 모드(704)는 제1 그루브 표면(770) 근처에서 우세하다. 도 7c를 참조하면, 제2 대직경 모드(706)는 제2 편평 표면(775) 근처에서 우세하다.
도 7a-7c와 관련하여 설명하는 기공의 차등 분포된 배열은 연마 패드(700)의 일부분이 연마 공정에 사용하기에 앞서 제거 또는 황삭 가공되는 것이 필요한 컨디셔닝 공정을 용이하게 하는 데 사용될 수 있다. 예컨대, 도 8a 및 8b는 본 발명의 하나의 실시형태에 따른, 차등 분포된 이중 모드 분포의 닫힌 셀 기공 크기를 가지는 연마 패드의 컨디셔닝의 다양한 작업 단면도를 도시하고 있다.
도 8a를 참조하면, 연마 패드(800)는 열경화성 폴리우레탄 재료로 이루어진 균일 연마체를 포함하고 있고, 복수의 닫힌 셀 기공이 균일 연마체 내에 배치되어 있다. 복수의 닫힌 셀 기공은 차등 분포된 다중 모드 분포의 직경을 가진다.
도 8b를 참조하면, 연마 패드(800)는 차등 분포된 이중 모드 분포의 닫힌 셀 기공(802)을 노출시키도록 컨디셔닝되어 있다. 예컨대, 하나의 실시형태에 있어서, 연마 패드(800)의 상면(804)은 닫힌 셀 기공(802) 중의 몇 개가 표면(806) 쪽으로 열려 있는 황삭 가공 표면(806)을 제공하도록 컨디셔닝된다. 하나의 특정 실시형태에 있어서, 표면(804)은 연마 패드(800)의 일부를 제거하도록 다이아몬드 팁을 사용하여 컨디셔닝된다. 하나의 실시형태에 있어서, 이러한 컨디셔닝은 기본적으로 도 8b에 도시된 바와 같이 차등 분포된 이중 모드 분포의 기공 직경 중의 소직경 기공(812)만을 노출시킨다. 그 후에, 연마 패드(800)의 수명 기간 동안에, 차등 분포된 이중 모드 분포의 대직경 기공(810)이 결국 열리게 될 것이다. 하나의 실시형태에 있어서, 이와 같은 차등 분포된 배열은 기판을 연마하기 위한 연마 패드(800)의 표면을 준비하기 위한 보다 쉬운 초기 절삭 또는 컨디셔닝 작업을 제공한다. 절삭 또는 컨디셔닝 작업에 이어, 연마 패드(800) 내의 더 깊은 곳의 큰 기공이 연마 공정 중에 더 많은 슬러리를 보유할 수 있는 가능성을 제공한다. 증가된 슬러리 보유는 웨이퍼 연마 공정 중에 연마 패드 상으로의 유동시켜야 하는 슬러리 유량의 감소된 사용을 가능하게 해 줄 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시형태에 있어서, 다중 모드 분포의 기공 직경을 가지는 연마 패드는 또한 연마 패드의 균일 연마체 내에 배치되어 균일 연마체와 공유결합되는 국부적 투명부(local area transparency; LAT) 영역을 포함한다. 또 다른 실시형태에 있어서, 다중 모드 분포의 기공 직경을 가지는 연마 패드는 또한 예컨대 와전류 검출 시스템과 함께 사용하기 위한 검출 영역을 포함한다. 적합한 LAT 영역과 와전류 검출 영역의 예가 2010년 9월 30일자로 출원되어 넥스플래너 코퍼레이션(NexPlanar Corporation)에 양도된 미국특허출원 12/895,465호에 개시되어 있다.
본 발명의 또 다른 양태에 있어서, 다중 모드 분포의 기공 직경을 가지는 연마 패드는 몰드성형 공정으로 제조될 수 있다. 예컨대, 도 9a-9g는 본 발명의 하나의 실시형태에 따른 연마 패드의 제조에 사용되는 작업 단면도를 도시하고 있다.
도 9a를 참조하면, 성형 몰드(900)가 준비된다. 도 9b를 참조하면, 프리폴리머(902)와 경화제(904)가 혼합되어 도 9c에 도시된 바와 같이 성형 몰드(900) 내에 혼합물(906)을 형성한다. 하나의 실시형태에 있어서, 프리폴리머(902)와 경화제(904)의 혼합은 각각 이소시아네이트 및 방향족 디아민 화합물을 혼합하는 것을 포함한다. 하나의 실시형태에 있어서, 상기 혼합은 또한 최종적으로 불투명한 몰드성형된 균일 연마체를 제공하기 위해 프리폴리머(902)와 경화제(904)에 불투명화 윤활제를 첨가하는 것을 포함한다. 하나의 특정 실시형태에 있어서, 불투명화 윤활제는 보론 니트라이드, 세륨 플루오라이드, 그래파이트, 그래파이트 플루오라이드, 몰리브데넘 설파이드, 니오븀 설파이드, 탈크, 탄탈럼 설파이드, 텅스텐 디설파이드, 또는 테플론과 같은 재료이며, 이들에 한정되는 것은 아니다.
하나의 실시형태에 있어서, 연마 패드 전구체 혼합물(906)은 최종적으로 열경화성의 닫힌 셀 폴리우레탄 재료로 이루어진 몰드성형된 균일 연마체를 형성하기 위해 사용된다. 하나의 실시형태에 있어서, 연마 패드 전구체 혼합물(906)은 최종적으로 경질 패드를 형성하기 위해 사용되고, 단일 종류의 경화제만이 사용된다. 또 다른 실시형태에 있어서, 연마 패드 전구체 혼합물(906)은 최종적으로 연질 패드를 형성하기 위해 사용되고, 일차 경화제 및 이차 경화제의 조합이 사용된다. 예컨대, 하나의 특정 실시형태에 있어서, 프리폴리머는 폴리우레탄 전구체를 포함하고, 일차 경화제는 방향족 디아민 화합물을 포함하고, 이차 경화제는 에테를 결합을 포함한다. 하나의 특정 실시형태에 있어서, 폴리우레탄 전구체는 이소시아네이트이고, 일차 경화제는 방향족 디아민이고, 이차 경화제는 폴리테트라메틸렌 글리콜, 아미노-기능화된 글리콜, 또는 아미노-기능화된 폴리옥시프로필렌과 같은 경화제이며, 하지만 이들에 한정되지는 않는다. 하나의 실시형태에 있어서, 프리폴리머, 일차 경화제, 및 이차 경화제는 대략 100 몰부 프리폴리머, 85 몰부 일차 경화제, 및 15 몰부 이차 경화제의 몰비를 가진다. 다양한 경도값을 가지거나, 프리폴리머와 제1 및 제2 경화제의 특성에 기초한 연마 패드를 제공하도록, 다양한 몰비가 사용될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
도 9d를 참조하면, 성형 몰드(900)의 덮개(908)가 혼합물(906)로 하강된다. 하나의 실시형태에 있어서, 복수의 그루브(groove)(910)가 덮개(908)에 형성되어 있다. 복수의 그루브는 성형 몰드(900) 내에 형성된 연마 패드의 연마 표면에 그루브의 패턴을 스탬핑하기 위해 사용된다. 여기서 성형 몰드의 덮개를 하강시킨다고 설명하는 실시형태는 성형 몰드의 덮개와 베이스가 함께 결합되게 되는 것이 성취되기만 한다면 다른 구성으로 되어도 좋다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 다시 말해, 어떤 실시형태에서는, 성형 몰드의 베이스가 성형 몰드의 덮개를 향해 상승되는 한편, 다른 실시형태에서는, 성형 몰드의 베이스가 덮개를 향해 상승됨과 동시에 성형 몰드의 덮개가 성형 몰드의 베이스를 향해 하강된다.
도 9e를 참조하면, 혼합물(906)은 성형 몰드(900) 내에서 몰드성형된 균일 연마체(912)를 제공하도록 경화된다. 혼합물(906)은 몰드성형된 균일 연마체(912)를 제공하도록 압력 하에(예컨대, 소정 위치의 덮개(908)에 의한 압력 하에) 가열된다. 하나의 실시형태에 있어서, 성형 몰드(900) 내에서의 가열은 대략 200-260 ℉ 범위 내의 온도 및 2-12 psi 범위 내의 압력으로 성형 몰드(900) 내에 혼합물(906)을 에워싸는 덮개(908)의 존재 하에서의 적어도 부분적인 경화를 포함한다.
도 9f 및 9g를 참조하면, 연마 패드(또는 추가적인 경화가 필요한 경우, 연마 패드 전구체)는 독립된 몰드성형된 균일 연마체(912)를 제공하도록 덮개(908)로부터 분리되고 성형 몰드(900)로부터 제거된다. 가열을 통한 추가적인 경화가 이루어지는 것이 바람직하며, 이러한 가열을 통한 추가적인 경화는 연마 패드를 오븐 내에 재치하여 가열함으로써 실행될 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다. 따라서, 하나의 실시형태에 있어서, 혼합물(906)을 경화시키는 것은 성형 몰드(900) 내에서의 첫 번째 부분 경화와 그 이후의 오븐 내에서의 추가적인 경화를 포함한다. 어느 경우든, 연마 패드의 몰드성형된 균일 연마체(912)가 연마 표면(914)과 배면(916)을 가지게 되는 연마 패드가 최종적으로 제공된다. 몰드성형된 균일 연마체(912)는 열경화성 폴리우레탄 재료(918)로 이루어지고, 복수의 닫힌 셀 기공(920)이 열경화성 폴리우레탄 재료(918) 내에 배치된다. 복수의 닫힌 셀 기공(920)은 예컨대 도 2a, 3a, 4a, 5a 및 7a와 관련하여 전술한 바와 같은 다중 모드 분포의 직경을 가진다.
하나의 실시형태에 있어서, 도 9b를 참조하면, 혼합 과정은 또한 닫힌 셀 기공(920)을 제공하도록 프리폴리머(902)와 경화제(904)에 복수의 포로겐(922)을 첨가하는 것을 포함한다. 따라서, 하나의 실시형태에 있어서, 각각의 닫힌 셀 기공은 하나의 피지컬 셸을 가진다. 또 다른 실시형태에 있어서, 도 9b를 참조하면, 혼합 과정은 또한 닫힌 셀 기공(920)을 제공하도록 프리폴리머(902)와 경화제(904) 내로 또는 그것들로부터 형성된 생성물 내로 기체(924)를 주입하는 것을 포함한다. 따라서, 하나의 실시형태에 있어서, 각각의 닫힌 셀 기공은 피지컬 셸을 가지지 않는다. 하나의 조합적인 실시형태에 있어서, 혼합 과정은 또한 각각이 피지컬 셸을 갖는 닫힌 셀 기공(920)으로 이루어진 제1 부분을 제공하도록 프리폴리머(902)와 경화제(904)에 복수의 포로겐(922)을 첨가하는 것과, 또한 각각이 피지컬 셸을 갖지 않는 닫힌 셀 기공(920)으로 이루어진 제2 부분을 제공하도록 프리폴리머(902)와 경화제(904) 내로 또는 그것들로부터 형성된 생성물 내로 기체(924)를 주입하는 것을 포함한다. 또 다른 실시형태에 있어서, 프리폴리머(902)는 이소시아네이트이고, 혼합 과정은 또한 각각이 피지컬 셸을 갖지 않는 닫힌 셀 기공(920)을 제공하도록 프리폴리머(902)와 경화제(904)에 물(H2O)을 첨가하는 것을 포함한다.
하나의 실시형태에 있어서, 혼합물(906)을 경화시키는 과정은 다중 모드 분포의 직경의 닫힌 셀 기공(920)을 열경화성 폴리우레탄 재료(918) 전체에 걸쳐 근본적으로 균일하게 분포시키는 것을 포함한다. 하지만, 하나의 대안적인 실시형태에 있어서, 몰드성형된 균일 연마체(912)는 또한 제1 그루브 표면과, 제1 그루브 표면 반대편의 제2 편평 표면을 구비하고, 혼합물(906)을 경화시키는 과정은 다중 모드 분포의 직경의 닫힌 셀 기공(920)을 열경화성 폴리우레탄 재료 전체에 걸쳐 제1 그루브 표면에서 제2 편평 표면까지 그레디언트(gradient)를 가지고서 차등 분포시키는 것을 포함한다. 하나의 그와 같은 실시형태에 있어서, 차등 분포되는 직경의 다중 모드 분포는 제1 그루브 표면 근처의 소직경 모드와 제2 편평 평면 근처의 대직경 모드를 구비하는 직경의 이중 모드 분포이다.
여기에 설명된 연마 패드들은 다양한 화학적-기계적 연마 장치와 함께 사용하기에 적합할 수 있다. 하나의 실시예로서, 도 10은 본 발명의 하나의 실시형태에 따른 다중 모드 분포의 기공 직경을 가지는 연마 패드와 함께 사용될 수 있는 연마 장치의 등각 측면도를 도시하고 있다.
도 10을 참조하면, 연마 장치(1000)는 플래튼(1004)을 포함하고 있다. 플래튼(1004)의 상면(1002)은 다중 모드 분포의 기공 직경을 가지는 연마 패드를 지지하는 데 사용될 수 있다. 플래튼(1004)은 스핀들 회전(1006)과 슬라이더 요동(1008)을 제공하도록 구성될 수 있다. 샘플 캐리어(1010)는 예컨대 반도체 웨이퍼(1011)를 연마 패드로 연마하는 동안에 반도체 웨이퍼를 정위치에 유지시키는 데 사용된다. 샘플 캐리어(1010)는 또한 서스펜션 기구(1012)에 의해 지지된다. 반도체 웨이퍼의 연마 전과 연마 중에 연마 패드의 표면에 슬러리를 공급하기 위해 슬러리 공급부(1014)가 구비된다. 컨디셔닝 유닛(1090)이 또한 구비될 수 있고, 하나의 실시형태에 있어서, 컨디셔닝 유닛(1090)은 도 6b 및 8b와 관련하여 전술한 바와 같이 연마 패드를 컨디셔닝하기 위한 다이아몬드 팁을 구비한다.
이와 같이, 다중 모드 분포의 기공 직경을 가지는 연마 패드를 개시하였다. 본 발명의 하나의 실시형태에 따라, 반도체 기판을 연마하기 위한 연마 패드는 균일 연마체를 포함한다. 균일 연마체는 열경화성 폴리우레탄 재료를 포함한다. 균일 연마체는 또한 열경화성 폴리우레탄 재료 내에 배치되고 다중 모드 분포의 직경을 가지는 복수의 닫힌 셀 기공을 포함한다. 하나의 실시형태에 있어서, 각각의 닫힌 셀 기공은 피지컬 셸을 포함한다. 하나의 실시형태에 있어서, 직경의 다중 모드 분포는 제1 소직경 모드와 제2 대직경 모드를 가지는 직경의 이중 모드 분포이다. 하나의 실시형태에 있어서, 균일 연마체는 몰드성형된 균일 연마체이다.

Claims (8)

  1. 반도체 기판을 연마하기 위한 연마 패드를 제조하는 방법에 있어서,
    성형 몰드 내에서 혼합물을 형성하기 위해 프리폴리머와 경화제를 혼합하는 단계; 및
    열경화성 폴리우레탄 재료, 및 상기 열경화성 폴리우레탄 재료 내에 배치되고, 직경의 다중 모드 분포를 가지는 복수의 닫힌 셀 기공을 구비하는 몰드성형된 균일 연마체를 제공하기 위해 상기 혼합물을 경화시키는 단계;를 구비하고
    상기 직경의 다중 모드 분포의 모드들 중 적어도 하나의 모드에서의 상기 닫힌 셀 기공들 각각은 피지컬 셸을 구비하며,
    상기 몰드성형된 균일 연마체는 제1 그루브 표면과 상기 제1 그루브 표면 반대편의 제2 편평 표면을 더 구비하며,
    상기 혼합물을 경화시키는 단계는 상기 직경의 다중 모드 분포를 상기 열경화성 폴리우레탄 재료 전체에 걸쳐 상기 제1 그루브 표면에서 상기 제2 편평 표면까지 그레디언트(gradient)를 가지고서 차등 분포시키는 단계를 구비하며,
    상기 직경의 다중 모드 분포는 상기 제1 그루브 표면 근처의 소직경 모드와, 상기 제2 편평 표면 근처의 대직경 모드를 구비하는 직경의 이중 모드 분포인 것을 특징으로 하는 연마 패드를 제조하는 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 프리폴리머와 경화제를 혼합하는 단계는, 상기 직경의 다중 모드 분포의 모드들 중 적어도 하나의 모드에서의 상기 닫힌 셀 기공을 제공하기 위해 상기 프리폴리머와 상기 경화제에 복수의 포로겐을 첨가하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 연마 패드를 제조하는 방법.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 프리폴리머와 경화제를 혼합하는 단계는, 상기 닫힌 셀 기공의 직경의 다중 모드 분포의 모드들 중 다른 하나의 모드를 제공하기 위해 상기 프리폴리머와 상기 경화제 내로 또는 상기 프리폴리머와 상기 경화제로부터 형성된 생성물 내로 기체를 주입하는 단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 연마 패드를 제조하는 방법.
  4. 제 2항에 있어서, 상기 프리폴리머는 이소시아네이트이고,
    상기 프리폴리머와 경화제를 혼합하는 단계는, 상기 닫힌 셀 기공의 직경의 다중 모드 분포의 모드들 중 다른 하나의 모드를 제공하기 위해 상기 프리폴리머와 상기 경화제에 물을 첨가하는 단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 연마 패드를 제조하는 방법.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 프리폴리머와 경화제를 혼합하는 단계는, 상기 닫힌 셀 기공의 직경의 다중 모드 분포의 모드들 중 다른 하나의 모드에서의 상기 닫힌 셀 기공을 제공하기 위해 상기 프리폴리머와 상기 경화제에 제2의 복수의 포로겐을 첨가하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 연마 패드를 제조하는 방법.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 프리폴리머와 경화제를 혼합하는 단계는 이소시아네이트와 방향족 디아민 화합물을 각각 혼합하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 연마 패드를 제조하는 방법.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 프리폴리머와 경화제를 혼합하는 단계는, 불투명한 몰드성형된 균일 연마체를 제공하기 위해 상기 프리폴리머와 상기 경화제에 불투명화 윤활제를 첨가하는 단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 연마 패드를 제조하는 방법.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 혼합물을 경화시키는 단계는 상기 성형 몰드 내에서의 첫 번째 부분 경화와 그 이후의 오븐 내에서의 추가적인 경화를 포함하는 것을 특징으로 하는 연마 패드를 제조하는 방법.
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