KR20170068534A - 내부 채널들을 갖는 화학 기계적 폴리싱 패드 - Google Patents

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KR20170068534A
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라지브 바자즈
카시라만 크리쉬난
마헨드라 씨. 오릴랄
프레드 씨. 레데커
러셀 에드워드 페리
그레고리 이. 멘크
다니엘 레드필드
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어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드
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Abstract

화학 기계적 폴리싱을 위한 폴리싱 패드가 제공된다. 폴리싱 패드는 지지 표면을 갖는 베이스 영역을 포함한다. 폴리싱 패드는 폴리싱 표면을 형성하는 복수의 폴리싱 피쳐를 더 포함하고, 폴리싱 표면은 지지 표면에 대향한다. 폴리싱 패드는, 폴리싱 패드의 내부 영역에 형성되고 폴리싱 패드의 중심 주위에 적어도 부분적으로 연장되는 하나 이상의 채널을 더 포함하고, 각각의 채널은 적어도 하나의 포트에 유체 결합된다.

Description

내부 채널들을 갖는 화학 기계적 폴리싱 패드{CHEMICAL MECHANICAL POLISHING PAD WITH INTERNAL CHANNELS}
본 명세서에 개시된 실시예들은 일반적으로 화학 기계적 폴리싱(CMP) 프로세스들에서 이용되는 폴리싱 제품들(polishing articles)의 제조에 관한 것이다. 더 구체적으로는, 본 명세서에 개시된 실시예들은 CMP 프로세스들에서 이용되는 폴리싱 패드들, 및 적층 제조 기술들(additive manufacturing techniques)을 이용하여 폴리싱 패드들을 제조하는 방법들에 관한 것이다.
화학 기계적 평탄화(chemical mechanical planarization)라고도 알려져 있는 화학 기계적 폴리싱(CMP)은 집적 회로 디바이스들 상에 평탄한 표면들을 제공하기 위해 반도체 제조 산업에서 이용되는 프로세스이다. 도 1을 참조하면, 전형적인 CMP 시스템(100)의 측단면도가 예시되어 있다. 예시된 바와 같은 CMP 시스템(100)은 폴리싱 헤드(102)에 배치된 기판(104)을 도시한다. 폴리싱 헤드(102)는 폴리싱 패드(150)의 폴리싱 표면(152)에 대하여 기판(104)을 회전시키고 누른다. 폴리싱 패드(150)는 플래튼(110) 상에 지지되고, 플래튼은 기판(104)에 대하여 폴리싱 패드(150)를 회전시킨다. 폴리싱 유체 또는 슬러리가 슬러리 전달 소스(108)로부터 패드(150)로 전달된다. 슬러리는 기판(104)으로부터 막들 또는 다른 재료들을 제거하는 것에 영향을 미친다. 이러한 폴리싱은, 기판(104) 상에 퇴적되어 있었던 실리콘 산화물과 같은 절연 층들, 및/또는 텅스텐, 알루미늄 또는 구리와 같은 금속 층들을 평탄화하기 위해 종종 이용된다.
처리 동안 폴리싱 패드와 기판 사이의 조건들, 예컨대 압력, 온도 및 화학작용(chemistry)의 환경적 제어는 일관되고 균일한 폴리싱 결과들을 획득하는 것을 초래한다. 폴리싱 동안의 압력은 폴리싱 헤드가 폴리싱 패드에 대하여 기판 상에 가하는 하향 압력의 양을 변동시키는 것에 의해 흔히 제어된다. 이러한 압력은 변동될 수 있지만, 기판의 상이한 부분들에 대한 압력을 변동시키는 것은 종종 어렵다. 폴리싱 동안의 온도는 폴리싱 중인 기판을 냉각시키려는 시도로 플래튼을 통해 냉각제를 공급함으로써 또는 주변 공기의 온도를 제어함으로써 종종 제어된다. 이러한 간접적인 방법들은 기판의 폴리싱되는 표면의 정밀한 온도 제어에는 종종 부적절하다. 폴리싱 슬러리들과 같은 화학물질들은 도 1에 도시된 바와 같이 폴리싱 패드의 최상부 상에 흔히 공급된다. 폴리싱 중인 기판의 밑면에 슬러리를 이송하기 위해 폴리싱 패드에서의 홈들이 이용될 수 있다. 슬러리의 일부가 기판의 밑면에 도달하지만, 기판의 밑면에 결코 도달하지 않는 다량의 슬러리로 인해 이러한 다량의 슬러리가 전형적으로 낭비된다.
그러므로, 폴리싱 중인 기판과 폴리싱 패드 사이의 조건들 중 온도, 압력 및 화학작용의 더 효율적이며 정밀한 제어를 허용하기 위해 개선된 폴리싱 패드들이 필요하다.
일 실시예에서, 화학 기계적 폴리싱을 위한 폴리싱 패드가 제공된다. 폴리싱 패드는 지지 표면을 갖는 베이스 영역을 포함한다. 폴리싱 패드는 지지 표면에 대향하는 폴리싱 표면을 형성하는 복수의 폴리싱 피쳐를 더 포함한다. 폴리싱 패드는 폴리싱 패드의 내부 영역에 형성된 하나 이상의 채널을 더 포함하고, 하나 이상의 채널은 폴리싱 패드의 중심 주위에 적어도 부분적으로 연장되고, 각각의 채널은 적어도 하나의 포트에 유체 결합된다.
다른 실시예에서, 화학 기계적 폴리싱을 위한 폴리싱 패드가 제공된다. 폴리싱 패드는 지지 표면을 갖는 베이스 영역을 포함한다. 폴리싱 패드는 지지 표면에 대향하는 폴리싱 표면을 형성하는 복수의 폴리싱 피쳐를 더 포함한다. 폴리싱 패드는, 폴리싱 패드의 내부 영역에 형성되며 적어도 하나의 포트에 유체 결합된 플레넘을 더 포함한다.
다른 실시예에서, 화학 기계적 폴리싱을 위한 폴리싱 디바이스가 제공된다. 폴리싱 디바이스는 플래튼, 폴리싱 패드 및 밀봉부를 포함한다. 플래튼은 샤프트, 및 샤프트에 의해 지지되는 플래튼 플레이트를 포함한다. 플래튼 플레이트는 폴리싱 패드를 지지하기 위한 장착 표면을 포함한다. 플래튼은 샤프트와 플래튼 플레이트를 통하여 배치된 하나 이상의 도관을 더 포함한다. 폴리싱 패드는 플래튼의 장착 표면에 접촉하기 위한 지지 표면을 갖는 베이스 영역을 포함한다. 폴리싱 패드는 지지 표면에 대향하는 폴리싱 표면을 형성하는 복수의 폴리싱 피쳐를 더 포함한다. 폴리싱 패드는, 폴리싱 패드의 내부 영역에 형성되고 폴리싱 패드의 중심 주위에 적어도 15도 연장되는 하나 이상의 채널을 더 포함한다. 밀봉부는 플래튼의 하나 이상의 도관과 폴리싱 패드의 하나 이상의 채널 사이에 밀봉 연결(sealed connection)을 생성한다.
본 개시내용의 실시예는 복합 패드 바디(composite pad body)를 포함하는 폴리싱 패드를 추가로 제공할 수 있다. 복합 패드 바디는, 제1 재료 또는 제1 재료 조성으로 형성된 하나 이상의 제1 피쳐; 및 제2 재료 또는 제2 재료 조성으로 형성된 하나 이상의 제2 피쳐를 포함하고, 하나 이상의 제1 피쳐 및 하나 이상의 제2 피쳐는, 제1 재료 또는 제1 재료 조성 및 제2 재료 또는 제2 재료 조성을 포함하는 복수의 층을 퇴적함으로써 형성된다.
위에서 언급된 본 개시내용의 특징들이 상세하게 이해될 수 있도록, 위에 간략하게 요약된 본 개시내용의 더 구체적인 설명은 실시예들을 참조할 수 있으며, 그들 중 일부는 첨부 도면들에 예시되어 있다. 그러나, 본 개시내용은 동등한 효과의 다른 실시예들을 허용할 수 있으므로, 첨부 도면들은 본 개시내용의 전형적인 실시예들만을 예시하며, 따라서 그것의 범위를 제한하는 것으로 고려되어서는 안 된다는 점에 유의해야 한다.
도 1은 CMP 시스템의 측단면도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 폴리싱 디바이스의 측단면도이다.
도 3a는 일 실시예에 따른 폴리싱 패드의 상부 평면도이다.
도 3b는 도 3a의 폴리싱 패드의 측단면도이다.
도 4a는 일 실시예에 따른 폴리싱 패드의 상부 평면도이다.
도 4b는 도 4a의 폴리싱 패드의 측단면도이다.
도 5a는 일 실시예에 따른 폴리싱 패드의 상부 평면도이다.
도 5b는 일 실시예에 따른 도 5a의 폴리싱 패드를 포함하는 폴리싱 디바이스의 측단면도이다.
도 6은 일 실시예에 따른 폴리싱 디바이스의 측단면도이다.
도 7은 일 실시예에 따른 폴리싱 패드의 측단면도이다.
도 8a는 일 실시예에 따른 폴리싱 패드의 상부 평면도이다.
도 8b는 도 8a의 폴리싱 패드의 측단면도이다.
도 9a 내지 도 9h는 폴리싱 패드들의 상이한 실시예들에 통합될 수 있는 폴리싱 피쳐들의 상부도들 및 측면도들을 도시한다.
도 10은 일 실시예에 따른 프로세스 흐름도이다.
도 11은 도 10의 프로세스를 이용하여 형성되는 예시적인 폴리싱 패드이다.
이해를 용이하게 하기 위해서, 가능한 경우에, 도면들에 공통인 동일한 요소들을 지시하는 데에 공통 단어들이 이용되었다. 일 실시예에 개시된 요소들은 구체적인 언급 없이도 다른 실시예들에서 유익하게 이용될 수 있다고 고려된다.
본 개시내용은 일반적으로 화학 기계적 폴리싱(CMP) 프로세스들에서 이용되는 폴리싱 제품들의 제조에 관한 것이다. 더 구체적으로는, 본 명세서에 개시된 실시예들은 CMP 프로세스들에서 이용되는 폴리싱 패드들, 및 3D 프린팅과 같은 적층 제조 기술들을 이용하여 폴리싱 패드들을 제조하는 방법들에 관한 것이다. 도 2 내지 도 8b는 도 10 및 도 11과 관련하여 설명되는 3D 프린팅 프로세스로 형성될 수 있는 폴리싱 패드들의 상이한 실시예들을 설명한다.
도 2는 일 실시예에 따른 폴리싱 디바이스(200)의 측단면도이다. 폴리싱 디바이스(200)는 플래튼(210) 및 폴리싱 패드(250)를 포함한다. 플래튼(210)은 샤프트(214), 및 샤프트(214)에 의해 지지되는 플래튼 플레이트(216)를 포함한다. 플래튼 플레이트(216)는 폴리싱 패드(250)를 지지하기 위한 장착 표면(218)을 포함한다. 플래튼(210)은 폴리싱 패드(250)로 그리고/또는 폴리싱 패드로부터 유체를 이송하기 위한 제1 도관(211) 및 제2 도관(212)을 더 포함한다. 각각의 도관(211, 212)은 샤프트(214)와 플래튼 플레이트(216)를 통하여 분포된다. 일부 실시예들에서, 하나 이상의 도관은 샤프트와 플래튼 플레이트를 통하여 분포될 수 있다. 상이한 도관들은 폴리싱 슬러리, 계면활성제, 탈이온수, 용매, 혼합물 또는 다른 유체와 같은 동일한 유체 또는 상이한 유체들을 이송할 수 있다. 도관들(211, 212)은 플래튼(210)의 밀봉 표면(232) 또는 다른 표면, 예컨대 장착 표면(218)과 같이 폴리싱 패드(250)를 향하는 다른 표면의 각각의 개구들(221, 222)을 통하여 분포될 수 있다.
폴리싱 패드(250)는 플래튼(210)의 장착 표면(218)에 접촉하는 지지 표면(254)을 갖는 베이스 영역(260)을 포함한다. 폴리싱 패드(250)는 폴리싱 표면(274)을 형성하는 복수의 폴리싱 피쳐(271)를 포함하는 폴리싱 영역을 더 포함한다. 폴리싱 표면(274)은 지지 표면(254)에 대향한다.
폴리싱 패드(250)뿐만 아니라 아래에 논의되는 다른 폴리싱 패드들은 폴리머, 예컨대 폴리우레탄, 폴리우레탄-아크릴레이트, 에폭시, 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌(acrylonitrile, butadiene styrene)(ABS), 폴리에테르아미드, 폴리에스테르, 나일론, 폴리페닐술폰(polyphenylsulfones)(PPS), 폴리에테르케톤(polyetherketones)(PEEK) 폴리비닐알코올, 폴리비닐아세테이트, 폴리비닐 클로라이드, 폴리카보네이트, 폴리아미드, 또는 이들의 코폴리머 및 블렌드뿐만 아니라, 포토폴리머 아크릴레이트 모노머 및 올리고머(photopolymer acrylate monomers and oligomers), 예컨대 폴리우레탄 아크릴레이트, 폴리에스테르 아크릴레이트 및 에폭시 아세테이트로 형성될 수 있다. 베이스 영역(260) 및 폴리싱 영역(270)은 동일하거나 상이한 재료로 형성될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 베이스 영역(260)은 폴리실리콘으로 형성될 수 있는 한편, 폴리싱 영역(270)은 폴리우레탄으로 형성될 수 있다. 폴리싱 영역은 쇼어 A 스케일(Shore A scale)로 약 40 내지 쇼어 D 스케일(Shore D scale)로 약 90의 경도, 예컨대 쇼어 D 스케일로 약 50의 경도를 가질 수 있다. 폴리싱 영역(270)은 약 15 밀 내지 약 80 밀, 예컨대 약 50 밀의 두께를 가질 수 있다. 폴리싱 피쳐들(271)은 폴리싱 표면에 평행한 평면에서 약 50 마이크로미터 내지 약 5000 마이크로미터, 예컨대 약 150 마이크로미터의 치수들을 가질 수 있다. 폴리싱 피쳐들은 약 1 마이크로미터 내지 약 10 마이크로미터, 예컨대 약 2 마이크로미터의 치수들을 갖는 조면화된 피쳐들을 구비한 텍스쳐화된 폴리싱 표면(textured polishing surface)을 가질 수 있다. 폴리싱 피쳐들(271)은 폴리싱 패드(250)의 전체 수평 표면적의 약 15% 내지 약 90%를 커버할 수 있다. 폴리싱 피쳐들 사이의 갭(277)은 약 2.5mm 내지 약 100 마이크로미터, 예컨대 300 마이크로미터일 수 있다. 폴리싱 피쳐들(271)의 높이는 약 0.1mm 내지 약 1.5mm, 예컨대 약 0.5mm일 수 있다. 베이스 영역(260)은 폴리싱 영역(270)보다 더 연질이거나 더 경질일 수 있다. 베이스 영역(260)의 두께는 폴리싱 영역(270)의 두께보다 더 두껍거나, 더 얇거나 또는 그와 동일할 수 있다. 본 단락에서 논의된 폴리싱 패드(250)의 치수들 및 속성들은, 달리 특정되지 않는 한, 아래에 논의되는 폴리싱 패드들 전부에 적용된다.
폴리싱 패드(250)는 폴리싱 패드(250)의 내부 영역에 형성된 제1 채널(251)과 제2 채널(252)을 더 포함한다. 제1 채널(251) 및 제2 채널(252)은 폴리싱 패드(250)의 중심(257) 주위에 적어도 부분적으로 연장될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 제1 채널(251) 및 제2 채널(252)은 폴리싱 패드(250)의 중심(257) 주위에 적어도 15도 연장될 수 있다. 일부 실시예들에서, 제1 채널(251) 및 제2 채널(252)은 폴리싱 패드(250)의 중심(257) 주위에 완전하게(즉, 360도) 연장될 수 있다. 채널들(251, 252)은 각각의 포트들(241, 242)에서 종단된다. 포트들(241, 242)은 폴리싱 패드(250)의 지지 표면(254) 또는 다른 표면, 예컨대 플래튼(210)을 향하는 다른 표면에 형성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 폴리싱 패드는 폴리싱 패드의 일 면, 예컨대 지지 표면(254)에 수직인 면 상의 하나 이상의 포트를 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 폴리싱 패드는 폴리싱 패드의 내부 영역에 형성된 하나 이상의 채널, 예컨대 100개의 채널을 포함할 수 있고, 하나 이상의 채널은 폴리싱 패드의 중심 주위에 적어도 부분적으로 각각 연장될 수 있다. 하나 이상의 채널 각각은 적어도 하나의 포트에 유체 결합될 수 있다.
폴리싱 디바이스(200)는, 제1 도관(211)과 제1 채널(251) 사이에 밀봉 연결을 생성하고 제2 도관(212)과 제2 채널(252) 사이에 밀봉 연결을 생성하는 밀봉부(230)를 더 포함한다. 밀봉부(230)는 플래튼(210) 상의 각각의 개구들(221, 222) 및 폴리싱 패드(250)의 각각의 포트들(241, 242)과 인터페이스할 수 있다. 일부 실시예들에서, 밀봉부(230)는 플래튼의 하나 이상의 도관과 폴리싱 패드의 하나 이상의 채널 사이에 밀봉 연결을 생성할 수 있다.
다음의 실시예들은, 내부 채널들을 갖는 폴리싱 패드들이 폴리싱 프로세스 결과들을 개선하고, 소유 비용을 개선하고, 폴리싱 프로세스 소비가능 비용을 감소시키기 위해 어떻게 이용될 수 있는지의 예들을 제공한다. 내부 채널들을 갖는 폴리싱 패드들은 3D 프린팅과 같은 적층 제조 기술들을 이용하여 제조될 수 있다. 아래의 도 10 및 도 11은 3D 프린팅을 이용하여 내부 채널들을 갖는 폴리싱 패드들을 제조하는 프로세스를 설명한다.
도 3a는 일 실시예에 따른 폴리싱 패드(350)의 내부 채널들의 레이아웃을 예시하는 상부 평면도이다. 도 3b는 도 3a의 폴리싱 패드(350)를 포함하는 폴리싱 디바이스(300)의 측단면도이다. 폴리싱 디바이스(300)는 플래튼(310) 및 밀봉부(330)를 더 포함한다. 폴리싱 패드(350)는 플레넘(355), 내측 채널(351) 및 외측 채널(352)을 포함하고, 이들은 각각 플래튼(310)에 형성된 상이한 도관에 연결될 수 있고, 이는 아래에 더 상세하게 논의된다. 이러한 별개의 연결들은, 플레넘(355), 내측 채널(351) 및 외측 채널(352) 내부의 압력들이 개별적으로 제어되는 것을 허용하기 위해 고압 소스(380), 예컨대 압축 공기 공급부에 결합될 수 있다.
플레넘(355)은 폴리싱 패드(350)의 내부 영역에 형성된다. 플레넘(355)은 포트(345)에 유체 결합되어, 밀봉부(330)를 통한 플래튼(310)의 도관(315)으로의 유체 연결을 허용한다. 내측 채널(351)은 포트(341)에 유체 결합되어, 밀봉부(330)를 통한 플래튼(310)의 도관(311)으로의 유체 연결을 허용한다. 외측 채널(352)은 포트(342)에 유체 결합되어, 밀봉부(330)를 통한 플래튼(310)의 도관(312)으로의 유체 연결을 허용한다. 플레넘(355)은 내측 채널(351)에 의해 실질적으로 둘러싸인다. 내측 채널(351)은 외측 채널(352)에 의해 실질적으로 둘러싸인다. 일부 실시예들에서, 각각의 채널(351, 352)은 폴리싱 패드(350)의 중심(357) 주위에 적어도 부분적으로(예를 들어, 15도) 연장될 수 있다. 채널들(351, 352) 중 적어도 2개가 별개의 포트, 예컨대 포트들(341, 342)에 각각 유체 결합된다. 채널들(351, 352) 중 적어도 2개는 도관들(311, 312) 중 별개의 도관에 유체 결합된다. 도 3a에는 채널들(351, 352)을 분리하고 플레넘(355)을 채널들(351, 352)로부터 분리하는 좁은 선이 도시되어 있지만, 일부 실시예들에서는 채널들(351, 352)의 서로로부터의 분리 및 플레넘(355)으로부터의 분리는 채널들(351, 352)의 폭들보다 클 수 있다.
플레넘(355)은 플레넘 폴리싱 피쳐들(375)에 인접하여, 예컨대 플레넘 폴리싱 피쳐들(375) 아래에 배치될 수 있다. 내측 채널(351)은 내측 폴리싱 피쳐들(371)에 인접하여, 예컨대 내측 폴리싱 피쳐들(371) 아래에 배치될 수 있다. 외측 채널(352)은 외측 폴리싱 피쳐들(372)에 인접하여, 예컨대 외측 폴리싱 피쳐들(372) 아래에 배치될 수 있다. 동작 동안, 플레넘(355), 내측 채널(351) 및 외측 채널(352)은 상이한 압력들로 가압될 수 있는데, 예컨대 상이한 유체 압력(예를 들어, 공기 압력)으로 가압될 수 있다. 플레넘(355) 및 채널들(351, 352)에 대해 서로에 대하여 더 크거나 더 적은 압력을 가하면, 중심 대 에지 불균일성(center to edge non-uniformities)을 경감시키고 CMP 프로세스 동안 기판의 폴리싱된 표면의 단거리 및 장거리 평탄화(short and long range planarization)를 조정하는 것과 같은 이점들이 제공될 수 있다. 일부 구성들에서, 플레넘들 및 채널들 중 하나 이상에 제공되는 유체의 압력 및/또는 타입은, 폴리싱 패드의 동적 속성들(dynamic properties)을 조정하고, 그에 따라 폴리싱 프로세스 결과들에 영향을 미치기 위해 이용될 수 있다. 조정될 수 있는 2개의 공통 CMP 패드 동적 속성은 손실 탄성률(loss modulus) 및 저장 탄성률(storage modulus)이다. 종래의 응용들에서, CMP 패드의 동적 속성들은, 형성된 패드의 재료 속성들을 변경하기 위해 재료 조성 및/또는 패드 형성 프로세스 변수들을 조정하는 것에 의해서만 수정될 수 있다. CMP 패드의 저장 탄성률 속성은 재료의 탄성 부분(elastic portion)의 탄성률을 표현한다. 따라서, 저장 탄성률은, 재료에 저장되고, 폴리싱 중인 기판 아래를 패드가 지나가는 사이클마다 복구되는 에너지의 척도이다. 반대로, 손실 탄성률은, 패드 재료 또는 이 경우에는 패드 스택의 점성 성질 또는 속성에 관련된다. 손실 탄성률은 폴리싱 동안의 패드의 주기적 변형으로 인해 열로서 소산되는 에너지의 척도이다. 손실 탄성률 대 저장 탄성률의 비율은 탄젠트 델타(δ)로서 정의되고, 에너지를 소산시키는 재료의 능력을 표현한다. 패드 스택의 저장 탄성률 및 손실 탄성률 속성들을 조정하는 것은 기판의 폴리싱된 표면의 장거리 및 단거리 평탄화에 영향을 미칠 것이다. 아래에 추가로 논의되는 바와 같이, 플레넘들 및 채널들 내에 배치되는 재료 및/또는 압력을 조정함으로써, 폴리싱 패드(350)의 동적 속성들 및 그에 따른 평탄화 능력이 조정될 수 있다.
도 3a 및 도 3b에는 3개의 압력 구역(즉, 플레넘(355) 및 채널들(351, 352))이 도시되어 있지만, 다른 실시예들은 2개 이상의 구역, 예컨대 10개의 구역을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 플레넘(355) 및 채널들(351, 352)을 둘러싸는 재료는 폴리싱 패드(350)의 폴리싱 영역 또는 베이스 영역과는 상이한 재료, 예컨대 더 연질이고/이거나 더 가요성인 재료일 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 폴리싱 패드(350)의 상이한 부분들 모두가 폴리우레탄으로 형성될 수 있지만, 플레넘(355) 및 채널들(351, 352)을 둘러싸는 재료는, 플레넘(355) 및 채널들(351, 352)을 둘러싸는 재료의 더 큰 가요성을 가능하게 하고/하거나 폴리싱 패드 스택의 동적 속성들의 조정을 위해 폴리싱 패드(350)의 나머지를 구성하는 재료보다 더 연질인 재료로 이루어질 수 있다. 다른 실시예들에서, 폴리싱 패드(350) 전부는 동일한 재료로 형성될 수 있다.
폴리싱 패드(350)는 하나 이상의 센서, 예컨대 하나 이상의 압력 센서 또는 온도 센서를 또한 포함할 수 있다. 예를 들어, 폴리싱 패드(350)는 플레넘 압력 센서(365), 내측 채널 압력 센서(361) 및 외측 채널 압력 센서(362)를 포함할 수 있다. 일례에서, 압력 센서는 가해지는 압력의 양을 결정하기 위해 이용되는 신호를 제공하는 스트레인 게이지 타입 디바이스(strain gauge type device)를 포함할 수 있다. 플레넘 압력 센서(365)는 플레넘(355) 내부의 압력을 결정하기 위해 플레넘(355)에 위치되는 감지 표면을 가질 수 있다. 내측 채널 압력 센서(361)는 내측 채널(351) 내부의 압력을 결정하기 위해 내측 채널(351)에 위치되는 감지 표면을 가질 수 있다. 외측 채널 압력 센서(362)는 외측 채널(352) 내부의 압력을 결정하기 위해 외측 채널(352)에 위치되는 감지 표면을 가질 수 있다. 압력 센서들(365, 361, 362) 각각은 결정된 압력을 유선 또는 무선 연결을 통해 제어기(25)로 전달할 수 있다. 제어기(25)는, 임의의 마이크로프로세서, 마이크로컴퓨터 또는 프로그래밍가능한 로직 제어기와 같이, 입력들을 모니터링하고/하거나 출력들을 제어할 수 있는 임의의 제어기일 수 있다.
제어 밸브와 같은 압력 조절 디바이스가 플레넘(355) 및 채널들(351, 352) 각각과 고압 소스(380) 사이에 배치될 수 있다. 제어 밸브(385)가 고압 소스(380)와 플레넘(355) 사이에 배치될 수 있다. 제어 밸브들(381, 382)이 고압 소스(380)와 내측 채널(351) 및 외측 채널(352) 사이에 각각 배치될 수 있다. 제어 밸브들(385, 381, 382)은 플래튼(310)으로부터 원격에 있는 위치에 배치될 수 있다. 제어기(25)는 제어 밸브들의 위치를 조정함으로써 플레넘(355) 및 채널들(351, 352) 내부의 압력들을 제어할 수 있다. 일 실시예에서, 제어기(25)는, 플레넘(355) 및 채널들(351, 352)을 위한 압력 센서들 및 제어 밸브들의 각각의 쌍에 대해, 개별적인 피드백 루프, 예컨대 PID 루프를 실행한다. 일부 실시예들에서, 폴리싱 패드(350) 내부의 압력에 대한 추가 데이터를 제공하기 위해, 폴리싱 패드(350)에서의 다른 위치들, 예컨대 밀봉부(330)에 더 가까운 위치들에 추가적인 압력 센서들이 배치될 수 있다.
일부 실시예들에서, 고압 소스(380)는 압축 공기 공급부이지만, DI수 또는 다른 유용한 유체와 같은 다른 유체들도 또한 이용될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 압축된 불활성 가스가 고압 소스의 유체로서 이용된다.
다른 실시예들에서, 비-뉴턴 유체(non-Newtonian fluid)가 고압 소스의 유체로서 이용될 수 있다. 이용될 수 있는 비-뉴턴 유체들의 예들은 폴리사카라이드 용액들(polysaccharide solutions) 및 폴리에틸렌 글리콜 용액들을 포함하고, 이들 중 어느 하나는 세라믹 입자들을 또한 포함할 수 있다. 폴리싱 패드(350)의 플레넘(355) 및 채널들(351, 352)을 비-뉴턴 유체로 채우면, 폴리싱 패드(350)의 탄성 및 감쇠(damping) 특성들이 조정되는 것이 허용된다. 폴리싱 패드의 탄성 및 감쇠 특성들은 폴리싱 동안 폴리싱 패드가 응력에 어떻게 응답하는지를 결정한다. 예를 들어, 과도한 탄성을 갖는 폴리싱 패드는 "디싱(dishing)", 또는 폴리싱 중인 표면으로부터 너무 많은 재료가 제거된 영역들을 야기시킬 수 있다. 이러한 원하지 않는 디싱은 비평면 폴리싱(non-planar polish)을 초래하고, 생성되는 디바이스의 불량한 성능을 초래할 수 있다. 고도로 비탄성인 폴리싱 패드(highly inelastic polishing pad)는 폴리싱될 표면에서의 편차들을 따르기에는 너무 경성(stiff)이어서, 불량한 폴리싱 결과들을 야기시킬 수 있다. 일례에서, 반도체 기판의 표면 상에 형성되는 더 작은 피쳐들, 예컨대 조밀 이격된(tightly spaced) 32nm 라인 피쳐들은, 훨씬 더 넓은 크기 및 간격의 트렌치들에 대비하여, 완전히 상이한 폴리싱 특성들을 가질 수 있다. 그러므로, 비-뉴턴 유체의 감쇠 특성은 공급된 유체가 폴리싱 동안 에너지 및 응력을 흡수하는 것을 가능하게 할 것이고, 이것은 폴리싱 패드와 기판 사이의 과도한 진동을 방지한다. 비-뉴턴 유체의 응력 및 전단 농화(shear-thickening) 속성들은 유체가 응력에 응답하여 경화되게 하고 에너지를 흡수하게 한다. 한편, 뉴턴 유체들은 이러한 응력 및 전단 농화 속성들을 갖지 않고, 이는 뉴턴 유체들이 폴리싱 동안 발생되는 에너지 및 응력을 흡수하는 데에 덜 효과적이게 한다.
폴리싱 패드(350)의 탄성 및 감쇠 특성들(예를 들어, 폴리싱 패드의 동적 속성들)은 플레넘(355) 및 채널들(351, 352)에 공급되는 유체 압력 및 유체 타입, 예컨대 비-뉴턴 유체를 변화시킴으로써 조정될 수 있다. 이전에는, 상이한 탄성 및 감쇠 특성들을 달성하기 위해, 상이한 폴리싱 패드가 이용되었지만, 지금은 상이한 탄성 및 감쇠 특성들을 획득하기 위해 하나의 패드가 상이한 유체들로 채워질 수 있다. 또한, 일부 실시예들에서, 상이한 비-뉴턴과 같은 상이한 유체가 플레넘(355) 또는 채널들(351, 352) 중 하나 이상에 공급될 수 있고, 이는 폴리싱 패드의 상이한 영역들, 예컨대 폴리싱 패드의 상이한 반경방향 영역들에 대해 탄성 및 감쇠 특성들이 조정되는 것을 가능하게 한다.
도 4a는 일 실시예에 따른 폴리싱 패드(450)의 내부 채널들의 레이아웃을 예시하는 상부 평면도이다. 도 4b는 도 4a의 폴리싱 패드(450)의 부분 측단면도이다. 폴리싱 패드(450)는 제1 폴리싱 채널(451), 제2 폴리싱 채널(452) 및 제3 폴리싱 채널(453)을 포함한다. 채널들(451-453)은 공급 채널(461)에 각각 유체 결합된다. 채널들(451-453)은 폴리싱 패드(450)의 중심(457) 주위에 실질적으로 연장될 수 있는데, 예컨대 폴리싱 패드(450)의 중심(457) 주위에 360도 연장될 수 있다.
폴리싱 패드(450)는 복수의 폴리싱 피쳐를 더 포함하고, 복수의 폴리싱 피쳐는 조정가능한 폴리싱 피쳐들(471) 및 고정된 폴리싱 피쳐들(472)을 포함한다. 조정가능한 폴리싱 피쳐들(471)은, 공기 압력과 같은 압력이 채널들(451-453)에 가해질 때, 조정가능한 폴리싱 피쳐들(471)이 기판의 폴리싱을 위해 고정된 폴리싱 피쳐들(472)을 지나 연장될 수 있도록 고정된 폴리싱 피쳐들(472)에 대해 이동할 수 있다. 압력이 제거될 때, 조정가능한 폴리싱 피쳐들(471)은 고정된 폴리싱 피쳐들(472)에 대해 리세싱된 위치로 복귀할 수 있고, 그에 의해 고정된 폴리싱 피쳐들(472)이 기판을 폴리싱할 수 있다. 조정가능한 폴리싱 피쳐들(471)은 제1 폴리싱 표면(481)을 포함할 수 있고, 고정된 폴리싱 피쳐들은 제2 폴리싱 표면(482)을 포함할 수 있다. 제1 폴리싱 표면(481)은, 상이한 경도 또는 텍스쳐를 갖는 것과 같이, 제2 폴리싱 표면(482)과는 상이한 속성들을 가질 수 있다. 채널들(451-453) 각각은 조정가능한 폴리싱 피쳐들(471)의 적어도 일부에 인접하여, 예컨대 조정가능한 폴리싱 피쳐들(471) 아래에 배치될 수 있다. 예를 들어, 조정가능한 폴리싱 피쳐들(471)은 채널들(451-453) 위에 동심 링들을 따라 배치될 수 있다. 고정된 폴리싱 피쳐들(472)은 채널들(451-453) 위에 배치된 동심 링들에 의해 점유되지 않는 폴리싱 패드의 영역들을 따라 배치될 수 있다.
조정가능한 폴리싱 피쳐들(471)은 채널들(451-453)에서의 압력 변화에 응답하여 이동할 수 있는데, 예컨대 채널들(451-453)에서의 압력이 특정 레벨 위로 상승할 때 고정된 폴리싱 피쳐들(472)을 지나 연장된다. 조정가능한 폴리싱 피쳐들(471)은 고정된 폴리싱 피쳐들(472)과는 상이한 속성들, 예컨대 상이한 형상, 크기, 경도, 조성을 가질 수 있다. 조정가능한 폴리싱 피쳐들(471)은 채널들(451-453)이 가압되지 않을 때 고정된 폴리싱 피쳐들(472)에 대해 리세싱될 수 있다. 채널들(451-453)이 가압될 때, 조정가능한 폴리싱 피쳐들(471)은 고정된 폴리싱 피쳐들(472)을 지나 연장될 수 있다. 동작 동안, 공급 채널(461)과 채널들(451-453)을 가압하여 조정가능한 폴리싱 피쳐들(471)이 고정된 폴리싱 피쳐들(472)을 지나 연장되는 것을 허용하기 위해, 예컨대 플래튼(도시되지 않음)의 도관을 통해, 소스로부터 폴리싱 패드(450)로 공기 압력이 공급될 수 있다.
폴리싱 패드(450)는 하나의 폴리싱 패드를 이용하여 상이한 시간들에 상이한 폴리싱 피쳐들로 기판을 폴리싱하는 것을 가능하게 한다. 예를 들어, 고정된 폴리싱 피쳐들(472)이 조정가능한 폴리싱 피쳐들(471)보다 더 경질이거나 더 거친 텍스쳐를 갖는 경우, 고정된 폴리싱 피쳐들(472)은 더 거친 폴리싱을 위해 먼저 이용될 수 있고, 다음에 더 미세한 폴리싱을 위해 조정가능한 폴리싱 피쳐들(471)이 이용되는 것을 허용하기 위해 채널들(451-453)이 가압될 수 있다. 일 실시예에서, 조정가능한 폴리싱 피쳐들(471)은 쇼어 D 스케일로 약 15 내지 약 25(예를 들어, 쇼어 D 스케일로 약 20)의 경도를 가질 수 있고, 고정된 폴리싱 피쳐들(472)은 쇼어 D 스케일로 약 50 내지 약 70(예를 들어, 쇼어 D 스케일로 약 60)의 경도를 가질 수 있다. 3개의 채널(451-453)만이 폴리싱 패드(450)의 중심(457) 주위에 연장되는 것으로 도시되어 있지만, 2개의 채널 또는 3개보다 많은 채널이 포함될 수 있다. 단 하나의 공급 채널(461)만이 도시되어 있지만, 일부 실시예들은, 폴리싱 패드(350)의 채널들(351, 352)이 상이한 압력들을 수용할 수 있는 방법과 유사하게, 폴리싱 패드의 상이한 채널들이 상이한 압력들을 수용하는 것을 허용하기 위해 복수의 공급 채널을 포함할 수 있다. 조정가능한 폴리싱 피쳐들의 세트를 하나보다 많이 갖는 실시예들에서 별개의 공급 채널들이 또한 이용될 수 있다. 예를 들어, 폴리싱 패드는, 더 거친 폴리싱을 적용하기 위한 고정된 폴리싱 피쳐들뿐만 아니라, 중간 폴리싱을 적용하기 위한 조정가능한 폴리싱 피쳐들의 제1 세트 및 더 미세한 폴리싱을 적용하기 위한 조정가능한 폴리싱 피쳐들의 제2 세트를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 폴리싱 패드(450)는 폴리싱 패드(350)에 포함되는 압력 센서들과 같은 하나 이상의 압력 센서(도시되지 않음)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 폴리싱 패드는 채널들(451-453) 중 하나 이상에서 압력 센서를 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 공급 채널(461)은, 채널들(451-453)과 같은 별개의 채널들을 이용하는 대신에, 조정가능한 폴리싱 피쳐들 전부를 가압할 수 있는 플레넘에 이어질 수 있다. 플레넘은 조정가능한 폴리싱 피쳐들(471) 및 고정된 폴리싱 피쳐들(472)의 실질적으로 전부에 인접할 수 있다. 플레넘을 갖는 폴리싱 패드는, 조정가능한 폴리싱 피쳐들(471)에 대해, 플레넘과 고정된 피쳐들(472) 사이에 추가적인 또는 상이한 재료를 가짐으로써, 고정된 피쳐들(472)이 공기 압력 변화들에 응답하여 이동하는 것을 방지할 수 있다. 예를 들어, 조정가능한 폴리싱 피쳐들(471)과 플레넘 사이에는, 고정된 폴리싱 피쳐들(472)과 플레넘 사이에 비해 더 가요성인 재료가 배치될 수 있다.
도 5a는 일 실시예에 따른 폴리싱 패드(550)의 내부 채널들의 레이아웃을 예시하는 상부 평면도이다. 도 5b는 도 5a의 폴리싱 패드(550)를 포함하는 폴리싱 디바이스(500)의 측단면도이다. 폴리싱 디바이스(500)는 폴리싱 패드(550), 플래튼(510), 및 폴리싱 패드(550)와 플래튼(510) 사이에 밀봉 연결을 제공하는 밀봉부(530)를 포함한다. 플래튼(510)은 공급 도관(511) 및 복귀 도관(512)을 포함한다. 공급 도관(511) 및 복귀 도관(512)은 폴리싱 패드(550)를 통해 유체를 유동시키기 위해 이용될 수 있다. 예를 들어, 도관들(511, 512)은, 슬러리 화학작용의 액티비티를 조정하고/하거나 폴리싱 패드의 동적 속성들을 조정하도록 폴리싱 프로세스의 온도를 조정하기 위해 폴리싱 패드(550)를 통해 가열 또는 냉각 유체를 유동시키는 데에 이용될 수 있다.
폴리싱 패드(550)는 복수의 채널(551-556)을 포함한다. 도 5a에는 채널들(551-556)을 분리하는 좁은 선이 도시되어 있지만, 일부 실시예들에서는 채널들(551-556)은 채널들의 폭들보다 큰 거리들만큼 분리될 수 있다. 각각의 채널(551-556)은 폴리싱 패드(550)의 중심(557)을 실질적으로 둘러쌀 수 있는데, 예컨대 폴리싱 패드(550)의 중심(557) 주위를 약 360도 둘러쌀 수 있다. 각각의 채널(551-556)은 폴리싱 패드(550)의 폴리싱 피쳐들(571)에 인접해 있다. 폴리싱 피쳐들(571)의 외향 표면(outward facing surface)은 폴리싱 패드(550)의 폴리싱 표면(574)을 형성한다. 채널들(551-556) 각각은 공급 채널(561) 및 공급 포트(541)에 유체 결합되고, 채널들(551-556) 각각은 복귀 채널(562) 및 복귀 포트(542)에 또한 유체 결합된다. 일부 실시예들에서, 폴리싱 패드(550)에 대한 추가적인 구조적 지지를 제공하기 위해, 채널을 포함하지 않는 외측 링(559)이 폴리싱 패드(550)에 포함될 수 있다.
공급 채널(561) 및 복귀 채널(562)은 실질적으로 폴리싱 패드(550)의 중심(557)으로부터 최외측 채널(556)의 외측 에지까지 연장될 수 있다. 공급 채널(561) 및 복귀 채널(562)은 서로에 인접하여 배치될 수 있다. 공급 채널(561) 및 복귀 채널(562)은, 채널들(551-556) 아래로부터 채널들(551-556)에 결합되는 것과 같이, 채널들(551-556)에 인접하여 배치될 수 있다. 공급 채널(561), 복귀 채널(562) 및 채널들(551-556)을 이러한 배열로 배치하면, 채널들(551-556)을 통해 유동하는 유체가 폴리싱 패드(550)의 중심(557) 주위에 실질적으로 완전한 루프를 형성하는 것이 허용된다. 유체가 복귀 채널(562)을 통해 빠져나가기 전에 최내측 채널(551) 주위를 유동하는 것을 보장하기 위해 배리어(591)가 이용될 수 있다.
밀봉부(530)는 공급 도관(511)과 공급 채널(561) 사이에 밀봉 연결을 제공하고, 복귀 도관(512)을 복귀 채널(562)에 결합한다. 밀봉부(530)는 플래튼(510) 상의 각각의 개구들(521, 522) 및 폴리싱 패드(550)의 각각의 포트들(541, 542)과 인터페이스할 수 있다. 각각의 채널(551-556)은 밀봉부(530)를 통해 플래튼(510)의 2개의 도관(511, 512)에 유체 결합된다.
위에서 언급된 바와 같이, 동작 동안, 폴리싱 패드(550)와 폴리싱 표면(574)의 온도 제어를 제공하기 위해 가열 또는 냉각 유체, 예컨대 냉각수가 채널들(551-556)을 통해 유동될 수 있다. 일부 실시예들에서, 가열 유체가 먼저 폴리싱 패드를 통해 순환되어 폴리싱 패드를 특정된 온도까지 이르게 한 다음, 폴리싱 동안 냉각제가 폴리싱 패드를 통해 순환될 수 있다. 냉각제의 유량 또는 온도는 더 많거나 더 적은 냉각을 제공하도록 조정될 수 있다.
6개의 채널(551-556)이 도시되어 있지만, 더 많거나 더 적은 채널들이 포함될 수 있다. 일부 실시예들에서, 폴리싱 패드(550)와 냉각제 사이의 열 전달을 위한 추가적인 표면적을 제공하기 위해 핀(fin) 형상 구조물들과 같은 추가적인 구조물들이 채널들(551-556)에 배치될 수 있다. 핀 형상 구조물들은 채널들(551-556)의 측벽들 중 하나 이상으로부터 연장될 수 있다. 일부 실시예들에서, 열 전달을 위해 채널들의 다른 배열들이 이용될 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에서, 채널들은 폴리싱 패드의 중심 주위에서 폴리싱 패드의 중심을 향하여 또는 폴리싱 패드의 중심으로부터 멀어지는 방향으로 나선형을 이루는(spiraling) 하나의 루프 또는 하나보다 많은 루프를 형성할 수 있다. 다른 실시예들에서, 채널들은 폴리싱 패드의 중심 주위에 완전한 것에 못미치는 루프(less than a complete loop)를 형성할 수 있다.
폴리싱 패드를 통하여 직접 냉각제를 유동시키면, 플래튼을 냉각시키는 것과 같은 간접적인 방법들에 비해, 폴리싱 표면(574)의 더 양호한 온도 제어가 제공된다. 개선된 온도 제어는 개선된 폴리싱, 예컨대 더 균일한 폴리싱 및 더 일관된 폴리싱 레이트를 초래한다.
도 6a는 일 실시예에 따른 폴리싱 패드(650)의 내부 채널들의 레이아웃을 예시하는 상부 평면도이다. 도 6b는 도 6a의 폴리싱 패드(650)를 포함하는 폴리싱 디바이스(600)의 부분 측단면도이다. 폴리싱 디바이스(600)는 폴리싱 패드(650) 및 플래튼(610)을 포함한다. 플래튼(610)은 하나의 공급 도관(도 6b의 단면에서는 가시되지 않음) 및 복수의 복귀 도관(621-626)을 포함할 수 있다. 공급 도관은 도 6a에 도시된 메인 공급 채널(641M) 바로 아래에 위치될 수 있다. 공급 도관 및 복귀 도관들(621-626)은 폴리싱 패드(650)를 통해 유체를 유동시키기 위해 이용될 수 있다. 예를 들어, 공급 도관 및 복귀 도관들(621-626)은 폴리싱 패드(650)를 통해 가열 또는 냉각 유체, 예컨대 냉각수를 유동시키기 위해 이용될 수 있다. 복수의 복귀 도관(621-626)은 폴리싱 패드(650)의 상이한 영역들의 별개의 온도 제어를 허용한다.
폴리싱 패드(650)는 복수의 채널(651-656)을 포함한다. 도 6a에는 채널들(651-656)을 분리하는 좁은 선이 도시되어 있지만, 일부 실시예들에서는 채널들(651-656)은 채널들의 폭들보다 큰 거리들만큼 분리될 수 있다. 각각의 채널(651-656)은 폴리싱 패드(650)의 중심(657)을 실질적으로 둘러쌀 수 있는데, 예컨대 폴리싱 패드(650)의 중심(657) 주위를 약 360도 둘러쌀 수 있다. 각각의 채널(651-656)은 폴리싱 패드(650)의 폴리싱 피쳐들(671)에 인접해 있다. 폴리싱 피쳐들(671)의 외향 표면은 폴리싱 패드(650)의 폴리싱 표면(674)을 형성한다. 채널들(651-656) 각각은 공통 공급 채널(641) 및 각각의 개별적인 복귀 채널(651R-656R)에 유체 결합된다. 공급 채널(641)은 메인 공급 채널(641M) 및 포트(도시되지 않음)에 유체 결합된다. 복귀 채널들(651R-656R)은 각각의 포트들(651P-656P)에 유체 결합된다. 각각의 채널(651-656)은 각각의 복귀 채널들(651R-656R), 포트들(651P-656P) 및 밀봉부들(631-636)을 통해 별개의 각각의 도관(621-626)에 유체 결합된다. 일부 실시예들에서, 폴리싱 패드(650)에 대한 추가적인 구조적 지지를 제공하기 위해, 채널을 포함하지 않는 외측 링(659)이 폴리싱 패드(650)에 포함될 수 있다.
공급 채널(641) 및 복귀 채널들(651R-656R)의 어레이는 실질적으로 폴리싱 패드(650)의 중심(657)으로부터 최외측 채널(656)의 외측 에지까지 연장될 수 있다. 공급 채널(641) 및 복귀 채널들(651R-656R)은 서로에 인접하여 배치될 수 있다. 공급 채널(641) 및 복귀 채널들(651R-656R)의 어레이는 채널들(651-656)에 인접하여, 예컨대 채널들(651-656) 아래에 배치될 수 있다. 공급 채널(641), 복귀 채널들(651R-656R) 및 채널들(651-656)을 이러한 배열로 배치하면, 채널들(651-656)을 통해 유동하는 유체가 폴리싱 패드(650)의 중심(657) 주위에 실질적으로 완전한 루프를 형성하는 것이 허용된다. 유체가 복귀 채널(651R)을 통해 빠져나가기 전에 최내측 채널(651) 주위를 유동하는 것을 보장하기 위해 배리어(691)가 이용될 수 있다.
동작 동안, 폴리싱 패드(650)와 폴리싱 표면(674)의 온도 제어를 제공하기 위해 냉각제 공급부(680)로부터의 냉각제가 하나 이상의 펌프(도시되지 않음)를 이용하여 채널들(651-656)을 통해 유동될 수 있다. 개별적인 복귀 채널들(651R-656R)을 밀봉부들(631-636)을 통해 개별적인 복귀 도관들(621-626)에 결합하면, 폴리싱 표면(674)의 상이한 영역들의 별개의 온도 제어가 허용된다. 예를 들어, 각각의 채널(651-656)의 별개의 온도 제어를 가능하게 하기 위해 개별적인 제어 밸브들(681-686)이 각각의 복귀 도관들(621-626)의 하류에 그리고 플래튼(610)으로부터 원격에 배치될 수 있다. 냉각제의 유동 또는 온도는 각각의 채널(651-656)에 더 많거나 더 적은 냉각을 제공하도록 조정될 수 있다.
폴리싱 패드(650)는 하나 이상의 센서, 예컨대 하나 이상의 온도 센서를 또한 포함할 수 있다. 예를 들어, 폴리싱 패드(650)는, 개별 채널들(651-656) 각각에 위치되어 그 채널(651-656)의 온도를 측정하는 온도 센서(661-666)를 포함할 수 있다. 다른 예에서, 온도 센서들(661-666) 중 하나 이상은 폴리싱 패드(650)의 폴리싱 표면(예를 들어, 패드의 노출된 표면)에 또는 이러한 폴리싱 표면의 근처에 위치될 수 있고, 그에 의해 폴리싱 프로세스 동안 기판 및 폴리싱 패드의 표면의 온도가 측정될 수 있다. 온도 센서들(661-666)은 열전쌍(thermocouple), RTD 또는 유사한 타입의 온도 측정 디바이스를 포함할 수 있다. 온도 센서들(661-666) 각각은 측정된 온도를 제어기, 예컨대 도 3a 및 3b와 관련하여 위에서 설명된 제어기(25)로 전달할 수 있다. 온도 센서들(661-666)과 제어기(25) 사이의 통신은 유선 또는 무선일 수 있다. 제어기(25)는 제어 밸브들(681-686)의 위치를 조정함으로써 채널들(651-656) 내부의 온도들을 제어할 수 있다. 일 실시예에서, 제어기(25)는, 상이한 채널들(651-656)을 위한 온도 센서들 및 제어 밸브들의 각각의 쌍에 대해, 개별적인 피드백 루프, 예컨대 PID 루프를 실행한다. 일부 실시예들에서, 폴리싱 패드(650) 내부의 온도에 대한 추가 데이터를 제공하기 위해, 폴리싱 패드(650)에서의 다른 위치들에, 예컨대 메인 공급 채널(641M)에 추가적인 온도 센서들이 배치될 수 있다.
폴리싱 패드에 대한 냉각제의 전체 유동을 제어하기 위해 공급 제어 밸브(690)가 또한 냉각제 공급부(680)와 메인 공급 채널(641M) 사이에 배치될 수 있다. 일부 실시예들에서, 각각의 채널(651-656)은 별개의 공급 도관 및 별개의 복귀 도관을 갖고, 그에 의해 예를 들어 폴리싱 패드의 제1 채널에 결합된 제어 밸브에 대해 행해지는 조정들은 폴리싱 패드(650)의 다른 채널들 중 하나 이상에 대한 가열 또는 냉각 유체의 유동에는 영향을 미치지 않는다. 폴리싱 패드를 통하여 직접 냉각제를 유동시키면, 플래튼을 냉각시키는 것과 같은 간접적인 방법들에 비해, 폴리싱 표면의 더 양호한 온도 제어가 제공된다. 개선된 온도 제어는 개선된 폴리싱, 예컨대 더 균일한 폴리싱 및 더 일관된 폴리싱 레이트를 초래한다. 도 5a 및 도 5b와 관련하여 위에서 논의되지는 않았지만, 폴리싱 패드(550)는, 폴리싱 패드(650)의 온도 제어와 유사한 방식으로 폴리싱 패드(550)의 온도 제어를 가능하게 하기 위해 하나 이상의 온도 센서를 또한 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 폴리싱 패드(650)와 냉각제 사이의 열 전달을 위한 추가적인 표면적을 제공하기 위해 핀 형상 구조물들과 같은 추가적인 구조물들이 채널들(651-656)에 배치될 수 있다. 핀 형상 구조물들은 채널들(651-656)의 측벽들 중 하나 이상으로부터 연장될 수 있다. 일부 실시예들에서, 열 전달을 위해 채널들의 다른 배열들이 이용될 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에서, 채널들은 폴리싱 패드의 중심 주위에서 폴리싱 패드의 중심을 향하여 또는 폴리싱 패드의 중심으로부터 멀어지는 방향으로 나선형을 이루는 하나 이상의 루프를 형성할 수 있다. 다른 실시예들에서, 채널들은 폴리싱 패드의 중심 주위에 완전한 것에 못미치는 루프로 연장될 수 있다.
도 7은 일 실시예에 따른 폴리싱 패드(750)의 부분 측단면도이다. 폴리싱 패드(750)는 위에서 논의된 다른 폴리싱 패드들과 유사한 대체로 원형인 형상을 가질 수 있다. 폴리싱 패드(750)는 공급 채널(761) 및 플레넘(765)을 포함한다. 플레넘(765)은 폴리싱 표면(774)에 인접하여, 예컨대 폴리싱 표면(774) 아래에 배치될 수 있다. 폴리싱 패드(750)는 폴리싱 피쳐들(771)을 더 포함한다. 각각의 폴리싱 피쳐(771)는 폴리싱 피쳐 채널(775)을 포함할 수 있다. 폴리싱 피쳐 채널(775)은, 폴리싱 표면(774)에서의 애퍼쳐(776)에 유체들을 전달하기 위해 공급 채널(761) 및 플레넘(765)과 함께 이용될 수 있다.
폴리싱 피쳐 채널(775)을 통해 폴리싱 표면(774)에 전달되는 유체들은 슬러리, 계면활성제, 탈이온수 및 다른 유체와 같은 유체들을 포함할 수 있다. 유체들은 플래튼(도시되지 않음)의 하나 이상의 도관을 통해 전달될 수 있다. 일부 실시예들에서, 슬러리는 공급 채널(761)을 통해 전달될 수 있고, 계면활성제 및 탈이온수와 같은 다른 유체들은 보조 채널들(도시되지 않음)을 통해 전달될 수 있다. 공급 채널(761) 및 보조 채널들은 폴리싱 패드(750)의 표면, 예컨대 폴리싱 패드(750)의 최하부 표면 상에 포트들을 가질 수 있다. 폴리싱 피쳐들로부터 직접 유체들을 전달하면, 폴리싱 중인 기판과 폴리싱 패드 사이에 유체가 제공되는 것이 보장된다.
도 8a는 일 실시예에 따른 폴리싱 패드(850)의 내부 채널들의 레이아웃을 예시하는 상부 평면도이다. 도 8b는 도 8a의 폴리싱 패드(850)의 부분 측단면도이다. 폴리싱 패드(850)는 제1 폴리싱 채널(851), 제2 폴리싱 채널(852) 및 제3 폴리싱 채널(853)을 포함한다. 채널들(851-853)은 폴리싱 패드(850)의 중심(857) 주위에 실질적으로 연장될 수 있는데, 예컨대 폴리싱 패드(850)의 중심(857) 주위에 360도 연장될 수 있다. 채널들(851-853)은 공통 공급 채널(861)에 각각 유체 결합된다.
폴리싱 패드(850)는 복수의 폴리싱 피쳐를 더 포함하고, 복수의 폴리싱 피쳐는 제1 폴리싱 피쳐들(871) 및 제2 폴리싱 피쳐들(872)을 포함한다. 각각의 제1 폴리싱 피쳐(871)는 폴리싱 피쳐 채널(875)을 포함할 수 있다. 각각의 폴리싱 피쳐 채널(875)은, 폴리싱 표면(874)을 통해 제1 폴리싱 피쳐(871)의 단부에 있는 애퍼쳐(876)로 유체들을 전달하기 위해 공급 채널(861)과 함께 이용될 수 있다. 제1 폴리싱 피쳐들(871)은 폴리싱 표면(874)을 통하는 애퍼쳐(876)를 각각 갖고, 제2 폴리싱 피쳐들(872)은 폴리싱 표면(874)을 통하는 애퍼쳐를 각각 갖지 않는다. 채널들(851-853) 각각은 제1 폴리싱 피쳐들(871)의 적어도 일부에 인접하여, 예컨대 제1 폴리싱 피쳐들(871) 아래에 배치될 수 있다. 제2 폴리싱 피쳐들(872)은, 제1 폴리싱 피쳐들(871)의 링이 제2 폴리싱 피쳐들(872)의 링을 둘러쌀 수 있도록 채널들(851-853) 사이에 배치될 수 있다.
제1 폴리싱 피쳐들(871)은 슬러리, 계면활성제 및 탈이온수와 같은 유체들을 폴리싱 표면(874)에 전달하기 위해 이용될 수 있다. 유체들은 플래튼(도시되지 않음)의 하나 이상의 도관을 통해 전달될 수 있다. 일부 실시예들에서, 슬러리는 공급 채널(861)을 통해 전달될 수 있고, 계면활성제 및 탈이온수와 같은 다른 유체들은 보조 채널들(도시되지 않음)을 통해 전달될 수 있다. 공급 채널(861) 및 보조 채널들은 폴리싱 패드(850)의 표면, 예컨대 폴리싱 패드(850)의 최하부 표면 상에 포트들을 가질 수 있다.
폴리싱 피쳐들로부터 직접 유체들을 전달하면, 폴리싱 중인 기판과 폴리싱 패드 사이에 유체가 제공되는 것이 보장된다. 폴리싱 패드(850)는 유체들을 전달하는 제1 폴리싱 피쳐들(871)의 링들과 유체들을 전달하지 않는 제2 폴리싱 피쳐들(872)의 링들을 교대로 갖지만, 다른 배열들이 이용될 수 있다. 예를 들어, 제2 폴리싱 피쳐들(872)보다 더 많거나 더 적은 제1 폴리싱 피쳐들(871)이 존재할 수 있다. 또한, 폴리싱 패드(850)의 중심(857) 주위의 동일한 링에 포함되는 제1 폴리싱 피쳐들(871) 및 제2 폴리싱 피쳐들(872)이 존재할 수 있다. 일부 실시예들에서, 폴리싱 패드의 상이한 영역들이 상이한 양의 유체들을 수용할 수 있도록, 상이한 채널들이 플래튼의 상이한 도관들에 유체 결합될 수 있다. 예를 들어, 기판이 폴리싱 패드보다 상당히 더 작고, 기판이 폴리싱 패드의 에지 근처에서 폴리싱되고 있는 경우, 유체들의 대부분 또는 전부가 폴리싱 패드(850)의 에지에 제공될 수 있는 한편, 폴리싱 패드의 중심에는 더 적은 유체들이 제공되거나 유체들이 제공되지 않을 수 있다. 이러한 설계는 CMP 동안 이용되는 슬러리들과 같은 유체들을 더 적게 이용함으로써 재료 비용을 절약할 수 있다.
도 9a 내지 도 9h는 위에서 논의된 폴리싱 피쳐들이 가질 수 있는 상이한 형상들 중 일부의 상부도들 및 측면도들을 도시한다. 일부 실시예들에서, 위에서 논의된 폴리싱 피쳐들은 원통의 형상을 취할 수 있다. 도 9a는 원통 형상을 갖는 폴리싱 피쳐(910)의 상부도를 도시한다. 도 9b는 폴리싱 패드(도시되지 않음)에 연결되는 제1 면(911) 및 폴리싱 패드의 폴리싱 표면의 일부를 형성하는 제2 면(912)을 갖는 폴리싱 피쳐(910)의 측면도를 도시한다. 다른 실시예들에서, 위에서 논의된 폴리싱 피쳐들은 삼각형, 정사각형, 직사각형, 오각형, 육각형 등과 같은 임의의 다각형의 단면을 갖는 프리즘의 형상을 취할 수 있다. 도 9c는 직사각형 프리즘의 형상을 갖는 폴리싱 피쳐(920)의 상부도를 도시한다. 도 9d는 폴리싱 패드(도시되지 않음)에 연결되는 제1 면(921) 및 폴리싱 패드의 폴리싱 표면의 일부를 형성하는 제2 면(922)을 갖는 폴리싱 피쳐(920)의 측면도를 도시한다.
또 다른 실시예들에서, 위에서 논의된 폴리싱 피쳐들은 핀의 형상을 취할 수 있다. 이러한 실시예들 중 일부에서, 핀은 직사각형 프리즘의 형상을 취할 수 있는데, 여기서 단면의 하나의 치수는 다른 방향의 길이의 2배보다 크다. 다른 실시예들에서, 핀들은, 핀이 둥근 폴리싱 패드의 곡률을 따르는 것을 허용하는 만곡된 피쳐들과 같은 다른 형상들을 포함할 수 있다. 도 9e는 직사각형 프리즘의 형태의 핀의 형상을 갖는 폴리싱 피쳐(930)의 상부도를 도시하고, 여기서 제1 치수(936)는 제2 치수(937)의 길이의 2배보다 크다. 도 9f는 폴리싱 패드(도시되지 않음)에 연결되는 제1 면(931) 및 폴리싱 패드의 폴리싱 표면의 일부를 형성하는 제2 면(932)을 갖는 폴리싱 피쳐(930)의 측면도를 도시한다.
또 다른 실시예들에서, 위에서 논의된 폴리싱 피쳐들은 원뿔 또는 각뿔, 예컨대 원뿔대 또는 각뿔대의 형상을 취할 수 있다. 도 9g는 원뿔대의 형상을 갖는 폴리싱 피쳐(940)의 상부도를 도시한다. 도 9h는 폴리싱 패드(도시되지 않음)에 연결되는 제1 면(941) 및 폴리싱 패드의 폴리싱 표면의 일부를 형성하는 제2 면(942)을 갖는 폴리싱 피쳐(940)의 측면도를 도시한다.
도 9a 내지 도 9h와 관련하여 논의된 폴리싱 피쳐들과 같은 개별적인 폴리싱 피쳐들로 형성된 폴리싱 표면을 이용하면 다수의 이점이 제공된다. 개별적인 폴리싱 피쳐들을 이용하지 않는 폴리싱 패드들은 전형적으로 동심 링들을 형성하는 홈들과 같은 홈들을 이용해왔다. 이러한 홈들은 전형적으로 폴리싱 패드의 표면으로부터 재료를 제거함으로써 형성되었다. 이러한 홈들은 홈들 내에서 적절한 유체 전달을 허용할 수 있지만, 홈들 사이의 벽들은 홈들 사이의 유체 전달을 억제한다. 한편, 개별적인 폴리싱 피쳐들이 이용될 때, 유체는 개별적인 피쳐들 주위에 유동될 수 있고, 폴리싱 패드의 표면 상의 임의의 방향으로의 유체 전달을 억제하는 큰 구조물들, 예컨대 홈들 사이의 벽들은 존재하지 않는다. 슬러리들과 같은 유체들이 기판과 폴리싱 헤드 아래의 폴리싱 패드의 영역들에 적절하게 제공될 수 없을 때, 슬러리와 같은 유체들이 낭비될 수 있다. 슬러리의 낭비는 폴리싱 프로세스의 효율을 저하시키고 비용을 증가시킬 수 있다. 개별적인 피쳐들은 기판과 폴리싱 헤드 아래의 폴리싱 패드의 영역들에 대한 슬러리와 같은 유체들의 전달을 촉진하여, 낭비를 감소시키고 효율을 증가시킬 수 있다.
개별적인 폴리싱 피쳐들은 복수의 타입의 폴리싱 피쳐를 갖는 설계들을 또한 허용하고, 여기서 상이한 타입의 폴리싱 피쳐들은 상이한 기능들을 수행할 수 있다. 예를 들어, 위에서 논의된 폴리싱 패드(450)는 조정가능한 폴리싱 피쳐들(471) 또는 고정된 폴리싱 피쳐들(472) 중 어느 하나를 이용한 폴리싱을 허용하여, 거친 폴리싱 다음에 더 미세한 폴리싱이 이어지는 것과 같이, 2개 이상의 타입의 폴리싱 결과가 하나의 폴리싱 패드로 획득되는 것을 가능하게 한다. 개별적인 피쳐들은 3D 프린팅과 같은 적층 제조 기술들을 이용하여 형성될 수 있다.
도 10은 3D 프린터를 이용함으로써 하나 이상의 내부 채널을 갖는 폴리싱 패드를 형성하기 위한 프로세스(1000)를 요약한 프로세스 흐름도이다. 도 11은 도 2와 관련하여 위에서 논의되고 도 11에 다시 도시된 폴리싱 패드(250)와 같은 폴리싱 패드를 형성하기 위해 프로세스(1000)를 수행하는 데에 이용될 수 있는 3D 프린터(50)를 도시한다. 이하에서는 프로세스(1000)를 이용하여 제조될 수 있는 예시적인 폴리싱 패드로서 폴리싱 패드(250)를 이용함으로써 프로세스(1000)를 설명하지만, 도 9a 내지 도 9h의 폴리싱 피쳐들뿐만 아니라, 도 2 내지 도 8b와 관련하여 위에서 논의된 폴리싱 패드들 중 임의의 것이 프로세스(1000)를 이용하여 형성될 수 있다.
3D 프린터(50)는, 폴리싱 패드(250)의 구조물을 형성하기 위해, 포토폴리머의 액적들(drops)을 퇴적하기 위한 제트 포토폴리머 프로세스(jetted photopolymer process) 및 그 다음의 UV 경화를 이용할 수 있다. 3D 프린터(50)는 포토폴리머 재료 및 하나 이상의 다른 재료의 연속적인 층들을 프린팅하여, 폴리싱 패드(250)를 형성할 수 있다. 3D 프린터(50)는 구축 재료(build material) 및 지지 재료(support material)를 퇴적하기 위해 하나 이상의 프린트 헤드를 이용할 수 있다. 폴리싱 패드(250)를 형성하기 위한 구축 재료는 아크릴 종결 폴리우레탄(acrylic terminated polyurethane)과 같은 포토폴리머, 또는 임의의 폴리머, 예컨대 폴리에스테르, 나일론, 폴리페닐술폰(PPS), 폴리에테르케톤(PEEK) 폴리비닐알코올, 폴리비닐아세테이트 폴리비닐 클로라이드, 폴리카보네이트, 또는 폴리아미드뿐만 아니라, 이들의 코폴리머 및 블렌드일 수 있다. 구축 재료는 폴리우레탄 아크릴레이트, 폴리에스테르 아크릴레이트 및 에폭시 아크릴레이트와 같은 포토폴리머 아크릴레이트 모노머 및 올리고머를 또한 포함할 수 있다. 폴리싱 패드(250)를 형성하기 위해 이용될 수 있는 다른 재료들은 폴리우레탄-아크릴레이트, 에폭시, 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌(ABS), 폴리에테르이미드 또는 폴리아미드를 포함한다. 지지 재료는 또한 포토폴리머일 수 있거나, 또는 지지 재료는 다른 폴리머, 왁스 또는 수용성 재료와 같은 상이한 재료일 수 있다. 지지 재료는, 프린팅 프로세스 동안 폴리싱 패드(250)의 임의의 돌출부들(overhangs)을 지지하고 임의의 보이드들을 채우기 위해 이용된다. 폴리싱 패드(250)가 형성된 이후에, 지지 재료는 상 변화, 용해, 화학 반응 또는 기계적 프로세스들과 같은 프로세스들을 이용하여 폴리싱 패드(250)로부터 선택적으로 제거될 수 있다. 프로세스(1000)에 대하여 제트 포토폴리머 3D 프린팅 프로세스가 설명되지만, 스테레오리소그래피(stereolithography)(SLA), 선택적 레이저 소결(selective laser sintering)(SLS), 또는 용융 필라멘트 제조(fused filament fabrication)(FFF)와 같은 다른 3D 프린팅 프로세스들이 이용될 수 있다.
블록(1002)에서, 폴리싱 패드(250)의 3D 모델이 STL과 같은 3D 프린팅을 가능하게 하는 포맷으로 3D 프린터(50)로 로딩된다. 블록(1004)에서, 3D 프린터(50)는 플랫폼(70) 상에 초기 베이스 층(260i)을 퇴적함으로써 프린팅을 시작한다. 플랫폼(70)은 금속, 플라스틱 또는 세라믹 재료, 예컨대 알루미늄, 티타늄, 철, 스테인리스 스틸, 알루미나(Al2O3), 실리콘, 실리콘 산화물 또는 실리콘 탄화물일 수 있다. 플랫폼(70)이 금속 재료로 형성되는 경우, 금속들은 방출 속성들(release properties)을 개선하기 위해 도금되거나 양극산화될 수 있다. 플랫폼(70)은 비점착성(non-stick) 재료, 예컨대 폴리테트라플루오로에틸렌으로 코팅될 수 있다. 초기 베이스 층(260i)은 구축 재료 및 지지 재료를 포함한다. 3D 프린터는 폴리싱 패드(250)의 구조물을 형성하기 위해 구축 재료를 퇴적한다. 3D 프린터(50)는 구축 재료의 영역들 사이의 임의의 보이드들 또는 갭들, 예컨대 포트들(241, 242)을 채우기 위해 지지 재료(도시되지 않음)를 퇴적한다. 지지 재료는 폴리싱 패드(250)의 경계 주위에 또한 퇴적될 수 있다. 포트들(241, 242)은 폴리싱 패드(250)를 플래튼 또는 다른 소스로부터의 유체에 유체 결합하기 위해 이용될 수 있다. 초기 베이스 층(260i)이 퇴적된 이후에 또는 초기 베이스 층이 퇴적될 때, 초기 베이스 층(260i)의 구축 재료는 UV 에너지를 이용하여 경화된다. 지지 재료는 경화, 상 변화 또는 다른 프로세스를 통해 또한 응고된다.
블록(1006)에서, 3D 프린터(50)는 초기 베이스 층(260i) 위에 추가적인 베이스 층들을 퇴적하여, 베이스 영역(260)을 형성한다. 3D 프린터는 폴리싱 패드(250)의 구조물을 형성하기 위해 추가적인 층들에 구축 재료를 퇴적하고, 폴리싱 패드(250)에서의 임의의 보이드들 또는 갭들, 예컨대 채널들(251, 252)을 채우기 위해 지지 재료를 퇴적한다. 구축 재료의 각각의 층은 다음 층이 퇴적되기 전에 UV 에너지로 경화된다. 지지 재료는 또한 추가적인 지지를 제공하기 위해 폴리싱 패드(250)의 경계 주위에 계속해서 퇴적될 수 있다. 일부 실시예들에서, 프로세스(1000)는 도 3a, 도 3b 및 도 6a, 도 6b와 관련하여 위에서 논의된 압력 및 온도 센서들과 같은 하나 이상의 센서의 설치를 위해 블록(1006) 동안 일시정지될 수 있다. 일부 실시예들에서, 3D 프린터(50)는 센서가 배치되는 리세스를 형성할 수 있고, 다음에 3D 프린터(50)는 센서를 제자리에 고정하기 위해 센서 주위에 연속적인 층들을 형성할 수 있다. 다른 실시예들에서, 3D 프린터(50)는 구축 재료를 퇴적할 수 있고, 이것은 폴리싱 패드의 외부로부터 폴리싱 패드 내부의 채널들 중 하나로의 하나 이상의 포트를 형성하기 위해 나중에 제거될 것이다. 예를 들어, 하나 이상의 포트는 폴리싱 동안 플래튼을 향하는 폴리싱 패드의 면 상에 형성될 수 있다. 폴리싱 패드의 채널들에 대해 외부적으로 액세스가능한 포트들을 이용함으로써, 센서들은 폴리싱 패드로부터 더 쉽게 제거될 수 있다. 센서의 제거는, 다른 폴리싱 패드에서의 이용을 위한 센서의 제거뿐만 아니라, 센서가 오작동하여 교체될 필요가 있는 경우에, 예를 들어 폴리싱 패드가 자신의 유효 수명의 끝에 도달했을 때 유용할 수 있다.
블록(1008)에서, 3D 프린터(50)는 베이스 영역(260) 위에 폴리싱 층들을 퇴적하여, 폴리싱 영역(270)을 형성한다. 일부 실시예들에서, 베이스 영역(260) 및 폴리싱 영역(270)은 동일한 재료, 예컨대 폴리우레탄으로 형성된다. 다른 실시예들에서, 베이스 영역(260) 및 폴리싱 영역(270)은 상이한 재료들로 형성될 수 있다. 3D 프린터(50)는 구축 재료로 폴리싱 피쳐들(271) 및 폴리싱 영역(270)을 형성할 수 있다. 3D 프린터(50)는 폴리싱 피쳐들(271) 사이에 지지 재료(도시되지 않음)를 퇴적할 수 있다. 폴리싱 패드(750) 또는 폴리싱 패드(850)와 같은 실시예들에 있어서, 3D 프린터(50)는 폴리싱 피쳐 채널들(775, 875)과 같은 폴리싱 피쳐들을 통한 채널들을 형성하기 위해 지지 재료를 퇴적할 수 있다.
블록(1010)에서, 지지 재료가 폴리싱 패드(250)로부터 제거된다. 이용되는 지지 재료의 타입에 종속하여, 지지 재료는 상 변화, 용해, 화학 반응 또는 다른 프로세스들을 통해 제거될 수 있다. 예를 들어, 수용성 지지 재료가 이용될 때, 폴리싱 패드(250)는 지지 재료를 제거하기 위해 수조(bath of water)에 침지될 수 있다.
다른 실시예에서, 3D 프린터(50)는 복합 패드 바디를 갖는 폴리싱 패드를 형성하기 위해 이용될 수 있다. 복합 패드 바디는 적어도 2개의 상이한 재료로 형성된 이산 피쳐들(discrete features)을 포함한다. 폴리싱 패드는 프로세스(1000)와 유사한 3차원(3D) 프린팅 프로세스에 의해 생성될 수 있다. 예를 들어, 복합 패드 바디는 3D 프린터(50)에 의해 복수의 층 - 각각의 층은 상이한 재료들 또는 상이한 재료 조성들의 영역들을 포함함 - 을 연속적으로 퇴적함으로써 형성될 수 있다. 다음에, 복수의 층은 경화에 의해 응고될 수 있다. 복합 패드 바디에서의 이산 피쳐들은 상이한 재료들 또는 상이한 재료 조성들로 동시에 형성될 수 있다. 3D 프린팅의 퇴적 및 경화 프로세스는 이산 피쳐들이 함께 견고하게 결합되는 것을 허용한다. 이산 피쳐들의 기하형상은 3D 프린팅 프로세스를 이용하여 쉽게 제어될 수 있다. 상이한 재료들 또는 상이한 재료 조성들을 선택함으로써, 이산 피쳐들은 특정된 패드 속성들을 획득하기 위한 상이한 기계적, 물리적, 화학적 및/또는 기하형상 속성들을 가질 수 있다. 일 실시예에서, 복합 바디는 상이한 기계적 속성들을 갖는 점탄성 재료들로 형성될 수 있다. 예를 들어, 복합 바디는, 상이한 저장 탄성률들 및 상이한 손실 탄성률들을 갖는 점탄성 재료들로 형성될 수 있다. 결과적으로, 복합 패드 바디는 제1 재료 또는 제1 재료 조성으로 형성된 일부 탄성 피쳐들(elastic features), 및 제1 재료 또는 제1 재료 조성보다 더 경성인 제2 재료 또는 제2 재료 조성으로 형성된 일부 경질 피쳐들(hard features)을 포함할 수 있다.
또한, 균일한 폴리싱을 달성하기 위해 탄성 피쳐들 및 경질 피쳐들에 대해 상이한 기계적 속성들이 선택될 수 있다. 기계적 속성들에서의 변화들은 상이한 재료들을 선택하고/하거나 상이한 경화 프로세스들을 선택하는 것에 의해 달성될 수 있다. 일 실시예에서, 탄성 피쳐들은 더 낮은 경도 값 및 더 낮은 값의 영률을 가질 수 있는 한편, 경질 피쳐들은 더 높은 경도 값 및 더 높은 값의 영률을 가질 수 있다. 다른 실시예에서, 저장 탄성률 및 손실 탄성률과 같은 동적 기계적 속성들이 탄성 피쳐들 및 경질 피쳐들을 설계하기 위해 이용될 수 있다.
경질 피쳐들은 폴리머 재료들로 형성될 수 있다. 경질 피쳐들은 타겟 속성들을 달성하기 위해 2개 이상의 폴리머의 혼합물 또는 단일 폴리머 재료로 형성될 수 있다. 일 실시예에서, 경질 피쳐들은 하나 이상의 열가소성 폴리머, 예컨대 폴리우레탄, 폴리프로필렌, 폴리스티렌, 폴리아크릴로니트릴, 폴리메틸 메타크릴레이트(polymethyle methacrylate), 폴리클로로트리플루오로에틸렌, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리옥시메틸렌, 폴리카보네이트, 폴리이미드, 폴리에테르에테르케톤, 폴리페닐렌 술파이드, 폴리에테르 술폰, 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌(ABS), 폴리에테르이미드, 폴리아미드, 멜라민, 폴리에스테르, 폴리술폰, 폴리비닐 아세테이트, 플루오르화 탄화수소(fluorinated hydrocarbons) 등, 및 이들의 혼합물, 코폴리머 및 그라프트(grafts)로 형성될 수 있다. 다른 실시예에서, 경질 피쳐들은 하나 이상의 열경화성 폴리머, 예컨대 에폭시, 페놀수지(phenolics), 아민, 폴리에스테르, 우레탄, 실리콘, 및 이들의 혼합물, 코폴리머 및 그라프트를 포함할 수 있다. 또한, 일 실시예에서, 폴리싱을 증대시키기 위해 경질 피쳐들에 연마 입자들(abrasive particles)이 매립될 수 있다. 연마 입자들을 구성하는 재료는 금속 산화물, 예컨대 세리아, 알루미나, 실리카, 또는 이들의 조합, 폴리머, 합금(inter-metallic) 또는 세라믹일 수 있다.
탄성 피쳐들은 하나 이상의 폴리머 재료로 형성될 수 있다. 탄성 피쳐들은 타겟 속성들을 달성하기 위해 2개 이상의 폴리머의 혼합물 또는 단일 폴리머 재료로 형성될 수 있다. 일 실시예에서, 탄성 피쳐들은 열가소성 폴리머들 중 하나 이상으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 탄성 피쳐들은 열가소성 폴리머, 예컨대 폴리우레탄, 폴리프로필렌, 폴리스티렌, 폴리아크릴로니트릴, 폴리메틸 메타크릴레이트, 폴리클로로트리플루오로에틸렌, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리옥시메틸렌, 폴리카보네이트, 폴리이미드, 폴리에테르에테르케톤, 폴리페닐렌 술파이드, 폴리에테르 술폰, 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌(ABS), 폴리에테르이미드, 폴리아미드, 멜라민, 폴리에스테르, 폴리술폰, 폴리비닐 아세테이트, 플루오르화 탄화수소 등, 및 이들의 혼합물, 코폴리머 및 그라프트로 형성될 수 있다. 탄성 피쳐들(206)은 열가소성 엘라스토머로 형성될 수 있다. 일 실시예에서, 탄성 피쳐들은 고무-유사(rubber-like) 3D 프린팅 재료로 형성될 수 있다.
경질 피쳐들은 일반적으로 탄성 피쳐들보다 더 경질이고 더 강성인 한편, 탄성 피쳐들은 경질 피쳐들보다 더 연질이고 더 가요성이다. 경질 피쳐들 및 탄성 피쳐들의 재료들, 패턴들 및 상대적인 양들은 폴리싱 패드의 "튜닝된(tuned)" 벌크 재료를 달성하도록 선택될 수 있다. 이러한 "튜닝된" 벌크 재료로 형성된 폴리싱 패드는 개선된 폴리싱 결과들, 감소된 제조 비용, 연장된 패드 수명과 같은 다양한 이점들을 갖는다. 일 실시예에서, 전체적으로 폴리싱 패드 또는 "튜닝된" 벌크 재료는 약 65 쇼어 A 내지 약 75 쇼어 D의 경도를 가질 수 있다. 폴리싱 패드의 인장 강도(tensile strength)는 5MPa 내지 약 75MPa일 수 있다. 폴리싱 패드는 약 5% 내지 약 350%의 파단 연신율(elongation to break)을 가질 수 있다. 폴리싱 패드는 약 10mPa 초과의 전단 강도(shear strength)를 가질 수 있다. 폴리싱 패드는 약 5MPa 내지 약 2000MPa의 저장 탄성률을 가질 수 있다. 폴리싱 패드는 25℃ 내지 90℃의 온도 범위에 걸쳐 안정적인 저장 탄성률을 가질 수 있고, 그에 의해 E30/E90에서의 저장 탄성률 비율은 약 6 내지 약 30의 범위 내에 있고, 여기서 E30은 30℃에서의 저장 탄성률이고, E90은 90℃에서의 저장 탄성률이다. 경질 피쳐들 및 탄성 피쳐들은 폴리싱 패드의 바디 및/또는 폴리싱 패드의 폴리싱 층 전체에 걸쳐 이용될 수 있다. 위에서 설명된 폴리싱 패드(450)는, 경질 피쳐들 및 탄성 피쳐들을 통합할 수 있는 폴리싱 패드의 일례이다. 예를 들어, 탄성 피쳐들일 수 있는 조정가능한 폴리싱 피쳐들(471)은 경질 피쳐들인 고정된 폴리싱 피쳐들(472)을 지나 연장될 수 있다.
도 12a는 일 실시예에 따른 폴리싱 패드(1250)의 상부 단면도이다. 도 12b는 도 12a의 라인 12B를 따라 취해지는 폴리싱 패드(1250)의 측단면도이다. 도 12a 및 도 12b를 참조하면, 폴리싱 패드(1250)가 폴리싱 패드(1250)의 중심(1257) 주위에 배치된 복수의 섹터(1210)를 포함한다는 점을 제외하고는, 폴리싱 패드(1250)는 도 7의 폴리싱 패드(750)와 유사하다. 폴리싱 패드(1250)는 4개의 섹터(1210)를 포함하는 것으로 도시되어 있지만, 더 많거나 더 적은 섹터들이 포함될 수 있다. 폴리싱 패드(1250)는 인접 섹터들을 분리하기 위한 복수의 디바이더(1214)를 포함한다. 상이한 섹터들(1210)은 X-Y 평면에서 폴리싱 패드(1250)의 중심(1257)에 대한 상이한 각도 영역들(angular regions)을 통한 유체 전달을 제어하기 위해 이용될 수 있다. 일부 실시예들에서, 섹터들(1210)은 폴리싱 패드(1250)의 중심(1257) 주위에 대칭으로 배치된다. 예를 들어, 폴리싱 패드(1250)는, X-Y 평면에서 폴리싱 패드(1250)의 약 90도의 각도 영역을 각각 커버하는 4개의 대칭 섹터(1210)를 도시한다.
일부 실시예들에서, 폴리싱 패드(1250)는 위에서 논의된 다른 폴리싱 패드들과 유사한 대체로 원형인 형상을 가질 수 있다. 폴리싱 패드(1250)의 각각의 섹터(1210)는 플레넘(1215)(채널이라고도 지칭됨) 및 공급 라인(1216)을 포함한다. 각각의 플레넘(1215)은 섹터의 각도 면적(angular area)의 적어도 75% 또는 적어도 90%와 같이 섹터의 각도 면적의 대부분의 주위에 연장될 수 있다. 각각의 플레넘(1215)은 주어진 섹터(1210)의 폴리싱 표면(1274)에 인접하여, 예컨대 섹터(1210)의 폴리싱 표면(1274) 아래에 배치될 수 있다. 폴리싱 패드(1250)의 각각의 섹터(1210)는 폴리싱 피쳐들(1271)을 더 포함한다. 각각의 폴리싱 피쳐(1271)는 폴리싱 피쳐 채널(1275)을 포함할 수 있다. 폴리싱 피쳐 채널(1275)은, 폴리싱 표면(1274)을 통하는 애퍼쳐(1276)로 유체들을 전달하기 위해 공급 채널(1261) 및 플레넘(1215)과 함께 이용될 수 있다.
공급 플레넘(1215)은 주어진 섹터(1210)의 공급 라인(1216)을 그 섹터(1210)의 폴리싱 피쳐 채널들(1275)에 연결하고, 그에 의해 유체는 그 섹터(1210)의 폴리싱 표면(1274)으로 전달될 수 있다. 폴리싱 피쳐 채널(1275)을 통해 폴리싱 표면(1274)으로 전달되는 유체들은 슬러리, 계면활성제, 패드 세정 화학물질, 탈이온수 및 다른 유체와 같은 유체들을 포함할 수 있다. 유체들은 플래튼(도시되지 않음)의 하나 이상의 도관을 통해 전달될 수 있다. 공급 라인들(1216)은 폴리싱 패드(1250)의 표면, 예컨대 폴리싱 패드(1250)의 최하부 표면 상의 상이한 포트들(1218)에 각각 연결될 수 있다. 폴리싱 채널 피쳐들로부터 직접 유체들을 전달하면, 폴리싱 중인 기판과 폴리싱 패드 사이에 유체가 제공되는 것이 보장된다.
상이한 섹터들(1210)은 폴리싱 패드(1250)의 폴리싱 표면(1274)의 상이한 각도 영역들을 통한 유체 전달을 제어하기 위해 이용될 수 있다. 예를 들어, 슬러리와 같은 유체는, 폴리싱 동안 폴리싱 패드(1250)가 회전할 때, 상이한 섹터들(1210)을 통해 펄싱될 수 있고, 그에 의해 폴리싱 중인 기판이 주어진 섹터(1210)의 폴리싱 피쳐들(1271)에 접촉하고 있을 때, 더 많은 유체가 그 섹터(1210)를 통해 전달된다. 일 실시예에서, 각각의 공급 라인(1216)은 별개의 밸브(1281-1284)에 연결되고, 각각의 밸브(1281-1284)는 필요에 따라 슬러리 공급부 및 하나 이상의 펌프에 연결된다. 위에서 설명된 제어기(25)와 같은 제어기는 밸브들(1281-1284)을 개방 및 폐쇄하기 위해 이용될 수 있다. 밸브들(1281-1284)의 개방 및 폐쇄는 플래튼(도시되지 않음) 상의 폴리싱 패드(1250)의 회전과 동기화될 수 있고, 그에 의해 폴리싱 중인 기판이 주어진 섹터(1210)의 폴리싱 피쳐들(1271)에 접촉하고 있을 때, 슬러리와 같은 유체가 그 섹터를 통해 펄싱된다. 일부 실시예들에서, 폴리싱 동안 인접한 섹터들(1210)을 위한 적어도 2개의 밸브(예를 들어, 밸브들(1281, 1282))가 개방되어, 기판에 접촉할 다음 섹터(1210)가 기판 아래에서 회전하기 전에, 그 다음 섹터(1210)가 그 다음 섹터(1210)의 폴리싱 표면(1274)에 공급되고 있는 슬러리와 같은 유체를 이미 갖게 되는 시간들이 존재한다.
폴리싱 동안 기판의 위치에 대해 슬러리 또는 다른 유체들의 전달을 동기화함으로써, 다량의 슬러리 또는 다른 유체들이 절약될 수 있다. 이러한 절약은 화학 기계적 폴리싱을 이용하여 이루어지는 디바이스들의 생산 비용을 감소시킬 수 있다.
위에서 논의된 폴리싱 패드들의 많은 상이한 피쳐들은 다른 폴리싱 패드들의 피쳐들과 결합되어, 더 큰 기능성을 갖는 폴리싱 패드들을 생성할 수 있다. 예를 들어, 하나의 폴리싱 패드는 가압가능한 채널들(예를 들어, 채널들(451-453)), 온도 제어 채널들(예를 들어, 채널들(651-656)) 및 슬러리 전달 채널들(예를 들어, 채널들(851-853 및 875))과 같은 피쳐들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 하나의 채널은 이중 목적에 도움이 될 수 있다. 예를 들어, 하나의 채널에서의 압력 및 온도를 제어하기 위해 가압된 냉각수가 적용될 수 있다.
일부 실시예들에서, 위에서 논의된 설계들은, 폴리싱 동안 폴리싱 패드들이 플래튼들에 의해 회전될 때 더 양호한 힘의 균형을 제공하기 위해 더 대칭적인 설계들을 생성하도록 수정될 수 있다. 예를 들어, 도 4a에 도시된 바와 같은 폴리싱 패드(450)의 채널(461)은, 채널들(451-453)을 가압하고 폴리싱 패드(450)를 더 대칭으로 하기 위해 2개 이상의 방향으로 방사상 연장될 수 있다.
폴리싱 패드들 및 폴리싱 패드들의 많은 피쳐들, 예컨대 내부 채널들(예를 들어, 내측 채널(351))은 원형 기하형상들을 갖는 것으로 설명되지만, 폴리싱 패드들 및 폴리싱 패드들의 피쳐들은 다각형 또는 불규칙한 형상과 같은 다른 형상들을 취할 수 있다. 예를 들어, 폴리싱 패드는 직사각형 형상과 같은 다각형 형상을 가질 수 있다. 다른 예로서, 플레넘(355), 내측 채널(351) 및 외측 채널(352) 모두가 직사각형 또는 다른 형상으로 형성될 수 있다. 다른 예로서, 일부 폴리싱 패드들의 내부 채널들은 나선형 형상을 취할 수 있다. 예를 들어, 폴리싱 패드(550)는, 하나의 채널이 폴리싱 패드의 중심으로부터 에지들을 향하여 나선형을 이루어, 가열 또는 냉각 유체가 폴리싱 패드의 중심에서 들어가고 에지들 주위에서 빠져나가도록 재설계될 수 있다.
또한, 위에서 설명된 압력 및 온도 센서들 외의 다른 센서들이 폴리싱 패드들에 설치될 수 있다. 일 실시예에서, 유체 전달을 위해 이용되는 폴리싱 패드들 중 하나, 예컨대 폴리싱 패드(850)에는 차압(differential pressure) 센서 배열이 포함될 수 있다. 차압은 공통 공급 채널(861)과 채널들(851-853) 각각 사이에서 측정될 수 있다. 예를 들어, 높은 차압 측정치는, 채널들(851-853) 중 하나가 막혔거나 세정될 필요가 있다는 것을 표시할 수 있다.
전술한 것은 본 개시내용의 실시예들에 관한 것이지만, 본 개시내용의 다른 실시예들 및 추가 실시예들은 그것의 기본 범위로부터 벗어나지 않고서 고안될 수 있으며, 그것의 범위는 이하의 청구항들에 의해 결정된다.

Claims (15)

  1. 화학 기계적 폴리싱을 위한 폴리싱 패드로서,
    지지 표면을 갖는 베이스;
    폴리싱 표면을 형성하는 복수의 폴리싱 피쳐 - 상기 폴리싱 표면은 상기 지지 표면에 대향함 -; 및
    상기 폴리싱 패드의 내부에 형성된 하나 이상의 채널 - 상기 하나 이상의 채널은 상기 폴리싱 패드의 중심 주위에 적어도 부분적으로 연장되고, 각각의 채널은 적어도 하나의 포트에 유체 결합됨 -
    을 포함하는 폴리싱 패드.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 하나 이상의 포트는 2개 이상의 포트를 포함하고;
    상기 하나 이상의 채널은 2개 이상의 채널을 포함하고, 상기 채널들 중 적어도 2개의 채널은 별개의 포트에 유체 결합되는, 폴리싱 패드.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 2개 이상의 채널은 내측 채널 및 외측 채널을 적어도 포함하고, 상기 외측 채널은 상기 내측 채널을 실질적으로 둘러싸는, 폴리싱 패드.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 폴리싱 피쳐는 고정된 폴리싱 피쳐들 및 조정가능한 폴리싱 피쳐들을 포함하고;
    상기 하나 이상의 채널은 2개 이상의 채널을 포함하고, 각각의 채널은 상기 조정가능한 폴리싱 피쳐들 중 적어도 일부에 인접하여 배치되는, 폴리싱 패드.
  5. 제1항에 있어서,
    각각의 채널은 2개 이상의 포트에 유체 결합되는, 폴리싱 패드.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 채널들 중 적어도 2개의 채널은 별개의 포트들에 유체 결합되는, 폴리싱 패드.
  7. 제5항에 있어서,
    각각의 채널은 공급 포트 및 복귀 포트에 유체 결합되고, 각각의 채널은 상기 폴리싱 패드의 중심 주위에 약 360도 연장되는, 폴리싱 패드.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 폴리싱 피쳐들 중 적어도 일부는, 상기 하나 이상의 채널 중 하나를 상기 폴리싱 표면을 통하는 애퍼쳐에 결합하는 채널을 포함하는, 폴리싱 패드.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 폴리싱 표면을 통하는 애퍼쳐를 각각 갖지 않는 폴리싱 피쳐들의 링을 둘러싸는, 상기 폴리싱 표면을 통하는 애퍼쳐를 각각 갖는 폴리싱 피쳐들의 링을 더 포함하는 폴리싱 패드.
  10. 화학 기계적 폴리싱을 위한 폴리싱 패드로서,
    지지 표면을 갖는 베이스;
    폴리싱 표면을 형성하는 복수의 폴리싱 피쳐 - 상기 폴리싱 표면은 상기 지지 표면에 대향함 -; 및
    상기 폴리싱 패드의 내부에 형성된 플레넘 - 상기 플레넘은 포트에 유체 결합됨 -
    을 포함하는 폴리싱 패드.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 폴리싱 피쳐들 중 적어도 일부는, 상기 플레넘을 상기 폴리싱 표면에서의 애퍼쳐에 결합하는 채널을 포함하는, 폴리싱 패드.
  12. 제10항에 있어서,
    내측 채널 및 외측 채널을 더 포함하고, 상기 외측 채널은 상기 내측 채널을 실질적으로 둘러싸고, 상기 내측 채널은 상기 플레넘을 실질적으로 둘러싸는, 폴리싱 패드.
  13. 화학 기계적 폴리싱을 위한 폴리싱 디바이스로서,
    플래튼 - 상기 플래튼은,
    샤프트,
    상기 샤프트에 의해 지지된 플래튼 플레이트 - 상기 플래튼 플레이트는 장착 표면을 가짐 -, 및
    상기 샤프트와 상기 플래튼 플레이트를 통하여 분포되는 하나 이상의 도관
    을 포함함 -;
    폴리싱 패드 - 상기 폴리싱 패드는,
    상기 플래튼의 상기 장착 표면에 접촉하기 위한 지지 표면을 갖는 베이스,
    폴리싱 표면을 형성하는 복수의 폴리싱 피쳐 - 상기 폴리싱 표면은 상기 지지 표면에 대향함 -, 및
    상기 폴리싱 패드의 내부에 형성된 하나 이상의 채널 - 상기 하나 이상의 채널은 상기 폴리싱 패드의 중심 주위에 적어도 15도 연장됨 -
    을 포함함 -; 및
    상기 플래튼의 상기 하나 이상의 도관과 상기 폴리싱 패드의 상기 하나 이상의 채널 사이에 밀봉 연결(sealed connection)을 제공하는 밀봉부
    를 포함하는 폴리싱 디바이스.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 하나 이상의 채널은 2개 이상의 채널을 포함하고;
    상기 하나 이상의 도관은 2개 이상의 도관을 포함하고, 상기 채널들 중 적어도 2개의 채널은 별개의 도관에 유체 결합되는, 폴리싱 디바이스.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 2개 이상의 채널은 내측 채널 및 외측 채널을 적어도 포함하고, 상기 외측 채널은 상기 내측 채널을 실질적으로 둘러싸는, 폴리싱 디바이스.
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