KR20180136373A - 고속 cmp 연마 방법 - Google Patents

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KR20180136373A
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쿠안 트랜 토니
제임스 헨드론 제프리
로버트 스태크 제프리
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롬 앤드 하스 일렉트로닉 머티리얼스 씨엠피 홀딩스, 인코포레이티드
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    • H01L21/32115—Planarisation
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Abstract

본 발명은 반도체 기판, 광학 기판 및 자성 기판 중의 적어도 하나의 웨이퍼를 연마하거나 또는 평탄화시키기 위한 방법을 제공한다. 상기 방법은 연마층을 연마 영역으로 나누는 연마층 내 방사상 피더 그루브를 갖는 연마 패드를 회전시키는 단계를 포함한다. 상기 방사상 피더 그루브는 한 쌍의 인접한 방사상 피더 그루브를 접속시키는 일련의 바이어스 그루브를 포함한다. 복수개의 바이어스 그루브는 연마 패드의 중심을 향하는 내향 바이어스 또는 외부 가장자리를 향하는 외향 바이어스를 가진다. 연마 패드의 중심으로부터 고정된 거리에서 연마 패드의 다수의 회전 동안 회전하는 연마 패드에 대해 웨이퍼를 가압하여 회전시키는 단계는 웨이퍼의 연마 또는 평탄화 제거 속도를 증가시킨다.

Description

고속 CMP 연마 방법{HIGH-RATE CMP POLISHING METHOD}
본 발명은 화학적 기계적 연마 패드에 대한 그루브에 관한 것이다. 보다 특별하게는, 본 발명은 제거 속도를 증가시키고, 전반적 균일성을 향상시키고, 화학적 기계적 연마 과정에서 결함을 감소시키기 위한 그루브 디자인에 관한 것이다.
집적 회로 및 다른 전자 장치의 제조시, 전도성, 반도체성 및 유전체 물질의 다층이 반도체 웨이퍼의 표면 상에 증착되고, 이로부터 제거된다. 전도성, 반도체성 및 유전체 물질의 박막이 다수의 증착 기술을 사용하여 증착될 수 있다. 현대 웨이퍼 공정에서의 일반적인 증착 기술은 또한 그 중에서도 스퍼터링으로도 공지된 물리적 기상 증착(PVD), 화학적 기상 증착(CVD), 플라즈마-향상 화학 기상 증착(PECVD) 및 전기화학 플레이팅을 포함한다. 일반적인 제거 기술은 그 중에서도 습윤 및 건조 등방성 및 이방성 에칭을 포함한다.
물질의 층이 연속적으로 증착되고, 제거됨에 따라, 웨이퍼의 최상부 표면은 비평면적이 된다. 후속 반도체 공정 (예를 들면, 금속화)는 평면 표면을 갖는 웨이퍼를 요구하고, 웨이퍼는 평면화될 필요성이 있다. 평면화는 바람직하지 않은 표면 형태 및 표면 결합, 예컨대 거친 표면, 응집된 물질, 결정 격자 손상, 스크래치 및 오염된 층 또는 물질을 제거하는데 유용하다.
화학적 기계적 평면화, 또는 화학적 기계적 연마 (CMP)는 반도체 웨이퍼와 같은 작업물을 평탄화하거나 또는 연마하기 위해 사용되는 일반적인 기술이다. 종래의 CMP에서, 웨이퍼 캐리어 또는 연마 헤드는 캐리어 어셈블리에 장착된다. 연마 헤드는 웨이퍼를 고정시키고, 웨이퍼를 CMP 장치 내의 테이블 또는 플래턴(platen) 상에 장착되는 연마 패드의 연마층과 접촉시켜 배치시킨다. 캐리어 어셈블리는 웨이퍼와 연마 패드 사이에 조절가능한 압력을 제공한다. 동시에, 연마 매체 (예를 들면, 슬러리)는 연마 패드 상에 분배되고, 웨이퍼와 연마층 사이의 갭으로 취출된다. 연마 패드 및 웨이퍼는 전형적으로 서로에 대해 회전하여 기판을 연마시킨다. 연마 패드가 웨이퍼 아래에서 회전함에 따라, 웨이퍼는 전형적으로 환형 연마 트랙, 또는 연마 영역에 스위핑시키고, 여기서 웨이퍼의 표면은 연마층에 직접적으로 대면된다. 웨이퍼 표면은 연마되고, 기판 상에서 연마층 또는 연마 매체의 화학적 및 기계적 작용에 의해 평탄화된다.
Reinhardt 외 다수의 미국특허 제5,578,362호는 패드에 마크로텍스처를 제공하기 위한 그루브의 사용을 개시하고 있다. 특히, 이는 다양한 패턴, 등고선, 그루브, 나선, 방사상, 점 또는 다른 형태를 개시하고 있다. Reinhardt의 문헌에 포함된 특정 예는 동심 원형 및 X-Y 그루브가 중첩된 동심 원형이다. 동심 원형 그루브 패턴은 패드의 가장자리로 직접적인 유동 경로를 제공하지 않기 때문에, 동심 원형 그루브는 가장 일반적인 그루브 패턴인 것으로 입증되었다.
Lin 외 다수의 미국특허 제6,120,366호에서 도 2는 원형 추가 방사상 피더 그루브의 조합을 개시하고 있다. 이러한 예에서는 동심 원형 그루브 패턴에 24개의 방사상 피더 그루브를 추가한 것을 예시하고 있다. 이러한 그루브 패턴의 단점은 이것이 슬러리 사용의 상당한 증가 및 연마 패드 상의 더 적은 랜딩 부분 (landing area)으로 인해 더 짧은 패드 수명으로 연마에서 제한된 개선을 제공한다는 것이다.
그럼에도 불구하고, 연마 성능 및 슬러리 사용의 더 나은 조합을 갖는 화학적 기계적 연마 패드에 대한 지속적인 필요성이 존재한다. 또한, 제거 속도를 증가시키고, 슬러리 사용을 낮추고, 일반적 균일성을 개선시키고, 화학적 기계적 연마 과정에서의 결함을 감소시키는 그루브에 대한 필요성이 존재한다.
본 발명의 설명
본 발명의 일 양태는 반도체, 광학 및 자성 기판 중의 적어도 하나의 웨이퍼를 연마하거나 또는 평탄화하기 위한 방법을 제공하고, 상기 방법은 하기의 단계를 포함한다: 연마 패드를 회전시키는 단계로서, 상기 연마 패드는 폴리머 매트릭스 및 일정 두께를 갖는 연마층으로서, 중심, 외부 가장자리 및 연마 패드의 중심으로부터 외부 가장자리까지 연장되는 반경을 포함하는 연마층; 상기 연마층을 연마 영역으로 나누는 연마층에서의 방사상 피더 그루브로서, 적어도 중심에 인접한 위치로부터 외부 가장자리에 인접한 위치까지 연장되는 방사상 피더 그루브; 및 한 쌍의 인접한 방사상 피더 그루브를 접속시키는 일련의 바이어스 그루브를 포함하는 각각의 연마 영역으로서, 복수개의 바이어스 그루브는 연마 패드의 중심을 향하는 내부 바이어스 또는 외부 가장자리를 향하는 외부 바이어스를 가지며, 두 내부 및 외부 바이어스 그루브는 내부 바이어스 또는 외부 바이어스 및 연마 패드의 회전의 방향에 따라 연마 패드의 외부 가장자리를 향하여 그리고 웨이퍼를 향하거나 또는 웨이퍼로부터 멀어지도록 연마 유체를 이동시키는 연마 영역을 가지는 단계; 상기 회전하는 연마 패드 상에 그리고 방사상 피더 그루브 및 일련의 바이어스 그루브 내로 연마 유체를 분배하는 단계; 및 연마 패드의 중심으로부터 고정된 거리에서 연마 패드의 복수의 회전 동안 상기 회전하는 연마 패드에 대해 웨이퍼를 가압하여 회전시키는 단계로서, 상기 웨이퍼는 연마 패드의 외부 가장자리, 그 다음 연마 패드의 중심에 근접되어 웨이퍼의 적어도 하나의 성분의 제거 속도를 증가시키는 단계.
본 발명의 추가의 양태는 반도체, 광학 및 자성 기판 중의 적어도 하나의 웨이퍼를 연마하거나 또는 평탄화하기 위한 방법을 제공하고, 상기 방법은 하기의 단계를 포함한다: 연마 패드를 회전시키는 단계로서, 상기 연마 패드는 폴리머 매트릭스 및 일정 두께를 갖는 연마층으로서, 중심, 외부 가장자리 및 연마 패드의 중심으로부터 외부 가장자리까지 연장되는 반경을 포함하는 연마층; 상기 연마층을 연마 영역으로 나누는 연마층에서의 방사상 피더 그루브로서, 상기 연마 영역은 2개의 인접한 방사상 피더 그루브, 상기 연마 영역을 2등분하는 2등분선으로 획정되는 부채꼴이고, 적어도 중심에 인접한 위치로부터 외부 가장자리에 인접한 위치까지 연장되는 방사상 피더 그루브; 및 한 쌍의 인접한 방사상 피더 그루브를 접속시키는 일련의 바이어스 그루브를 포함하는 각각의 연마 영역으로서, 복수개의 바이어스 그루브는 2등분선으로부터 20° 내지 85°의 각도로 연마 패드의 중심을 향하게 유도하는 내부 바이어스 또는 2등분선으로부터 95° 내지 160°의 각도로 연마 패드의 외부 가장자리를 향하게 유도하는 외부 바이어스를 가지며, 두 내부 및 외부 바이어스 그루브는 내부 바이어스 또는 외부 바이어스 및 연마 패드의 회전의 방향에 따라 연마 패드의 외부 가장자리를 향하여 그리고 웨이퍼를 향하거나 또는 웨이퍼로부터 멀어지도록 연마 유체를 이동시키는 연마 영역을 가지는 단계; 상기 회전하는 연마 패드 상에 그리고 방사상 피더 그루브 및 일련의 바이어스 그루브 내로 연마 유체를 분배하는 단계; 및 연마 패드의 중심으로부터 고정된 거리에서 연마 패드의 복수의 회전 동안 상기 회전하는 연마 패드에 대해 웨이퍼를 가압하여 회전시키는 단계로서, 상기 웨이퍼는 연마 패드의 외부 가장자리, 그 다음 연마 패드의 중심에 근접되어 웨이퍼의 적어도 하나의 성분의 제거 속도를 증가시키는 단계.
도 1은 인접한 방사상 피더 그루브를 연결하는 일련의 내부 바이어스 그루브를 각각 갖는 8개의 연마 영역을 갖는 내부 바이어스 연마 패드의 개략적 상면도이다.
도 1a는 도 1의 내부 바이어스 연마 패드의 부분 파단된 개략적 상면도이다.
도 1b는 사다리꼴 레그가 도면의 바닥과 평행하게 되도록 회전된 도 1a의 일련의 비등변 사다리꼴의 부분 파단된 개략적 상면도이다.
도 1c는 상호접속된 내부 바이어스 그루브를 갖는 도 1의 방사상 피더 그루브의 부분 파단된 개략적 상면도이다.
도 2는 인접한 방사상 피더 그루브의 일련의 외부 바이어스 그루브를 각각 갖는 8개의 연마 영역을 갖는 외부 바이어스 연마 패드의 개략적 상면도이다.
도 2a는 도 2의 외부 바이어스 연마 패드의 부분 파단된 개략적 상면도이다.
도 2b는 사다리꼴 레그가 도면의 바닥과 평행하게 되도록 회전된 도 2a의 일련의 비등변 사다리꼴의 부분 파단된 개략적 상면도이다.
도 2c는 상호접속된 외부 바이어스 그루브를 갖는 도 2의 방사상 피더 그루브의 부분 파단된 개략적 상면도이다.
도 3은 연마 패드의 외부 가장자리를 향하는 내부 바이어스 그루브 채널 연마 유체가 반시계방향 플래턴 회전 동안 웨이퍼 아래에서의 연마 유체 체적 시간을 증가시키는 방식의 개략적 도면이다.
도 3a는 연마 패드의 외부 가장자리를 향하는 외부 바이어스 그루브 채널 연마 유체가 반시계방향 플래턴 회전 동안 웨이퍼 아래에서의 연마 유체의 체류 시간을 감소시키는 방식의 개략적 도면이다.
도 4는 인접한 방사상 피더 그루브를 연결하는 내부 바이어스 그루브를 각각 갖는 3개의 연마 영역을 갖는 내부 바이어스 연마 패드의 개략적 상면도이다.
도 4a는 인접한 방사상 피더 그루브를 연결하는 일련의 외부 바이어스 그루브를 각각 갖는 3개의 연마 영역을 갖는 외부 바이어스 연마 패드의 개략적 상면도이다.
도 5는 인접한 방사상 피더 그루브를 연결하는 일련의 내부 바이어스 그루브를 각각 갖는 4개의 연마 영역을 갖는 내부 바이어스 연마 패드의 개략적 상면도이다.
도 5a는 인접한 방사상 피더 그루브를 연결하는 일련의 외부 바이어스 그루브를 각각 갖는 4개의 연마 영역을 갖는 외부 바이어스 연마 패드의 개략적 상면도이다.
도 6은 인접한 방사상 피더 그루브를 연결하는 일련의 내부 바이어스 그루브를 각각 갖는 5개의 연마 영역을 갖는 내부 바이어스 연마 패드의 개략적 상면도이다.
도 6a는 인접한 방사상 피더 그루브를 연결하는 일련의 내부 바이어스 그루브를 각각 갖는 5개의 연마 영역을 갖는 외부 바이어스 연마 패드의 개략적 상면도이다.
도 7은 인접한 방사상 피더 그루브를 연결하는 일련의 내부 바이어스 그루브를 각각 갖는 6개의 연마 영역을 갖는 내부 바이어스 연마 패드의 개략적 상면도이다.
도 7a는 인접한 방사상 피더 그루브를 연결하는 일련의 외부 바이어스 그루브를 각각 갖는 6개의 연마 영역을 갖는 외부 바이어스 연마 패드의 개략적 상면도이다.
도 8은 인접한 방사상 피더 그루브를 연결하는 일련의 외부 바이어스 만곡형 그루브를 각각 갖는 8개의 연마 영역을 갖는 외부 바이어스 연마 패드의 절반 파단된 개략적 상면도이다.
도 8a는 인접한 방사상 피더 그루브를 연결하는 일련의 내부 바이어스 만곡형 그루브를 각각 갖는 8개의 연마 영역을 갖는 내부 바이어스 연마 패드의 절반 파단된 개략적 상면도이다.
도 9는 인접한 만곡형 방사상 피더 그루브를 연결하는 일련의 외부 바이어스 그루브를 각각 갖는 8개의 연마 영역을 갖는 외부 바이어스 연마 패드의 절반 파단된 개략적 상면도이다.
도 10은 인접한 만곡형 방사상 피더 그루브를 연결하는 일련의 외부 바이어스 만곡형 그루브를 각각 갖는 8개의 연마 영역을 갖는 외부 바이어스 연마 패드의 절반 파단된 개략적 상면도이다.
도 11은 인접한 계단형 방사상 피더 그루브를 연결하는 일련의 외부 바이어스 만곡형 그루브를 각각 갖는 8개의 연마 영역을 갖는 외부 바이어스 연마 패드의 절반 파단된 개략적 상면도이다.
도 11a는 인접한 계단형 방사상 피더 그루브를 연결하는 일련의 내부 바이어스 만곡형 그루브를 각각 갖는 8개의 연마 영역을 갖는 내부 바이어스 연마 패드의 절반 파단된 개략적 상면도이다.
도 11b는 인접한 계단형 방사상 피더 그루브를 연결하는 일련의 내부 바이어스 만곡형 그루브를 각각 갖는 8개의 연마 영역을 갖는 내부 바이어스 연마 패드의 절반 파단된 개략적 상면도이다.
도 12는 인접한 방사상 피더 그루브를 연결하는 일련의 내부 바이어스 계단형 그루브를 각각 갖는 8개의 연마 영역을 갖는 내부 바이어스 연마 패드의 절반 파단된 개략적 상면도이다.
도 12a는 인접한 방사상 피더 그루브를 연결하는 일련의 외부 바이어스 계단형 그루브를 각각 갖는 8개의 연마 영역을 갖는 외부 바이어스 연마 패드의 절반 파단되 개략적 상면도이다.
도 13은 인접한 계단형 방사상 피더 그루브를 연결하는 일련의 외부 바이어스 계단형 그루브를 각각 갖는 8개의 연마 영역을 갖는 외부 바이어스 연마 패드의 절반 파단된 개략적 상면도이다.
도 14는 인접한 방사상 피더 그루브 모두를 연결하는 2개의 일련의 법선 피치형 내부 바이어스 계단형 그루브들 사이에 일련의 증가된 피치 내부 바이어스 계단형 그루브를 각각 갖는 8개의 연마 영역을 갖는 내부 바이어스 연마 패드의 절반 파단된 개략적 상면도이다.
도 14a는 인접한 방사상 피더 그루브 모두를 연결하는 2개의 일련의 법선 피치형 외부 바이어스 만곡형 그루브들 사이에 일련의 증가된 피치 외부 바이어스 만곡형 그루브를 각각 갖는 8개의 연마 영역을 갖는 외부 바이어스 연마 패드의 절반 파단된 개략적 상면도이다.
도 14b는 인접한 방사상 피더 그루브 모두를 연결하는 2개의 일련의 법선 피치형 내부 바이어스 만곡형 그루브들 사이에 일련의 증가된 피치 내부 바이어스 만곡형 그루브를 각각 갖는 8개의 연마 영역을 갖는 내부 바이어스 연마 패드의 절반 파단된 개략적 상면도이다.
도 14c는 인접한 방사상 피더 그루브 모두를 연결하는 2개의 일련의 법선 피치형 내부 바이어스 그루브들 사이에 일련의 증가된 피치 내부 바이어스 그루브를 각각 갖는 8개의 연마 영역을 갖는 내부 바이어스 연마 패드의 절반 파단된 개략적 상면도이다.
도 15는 인접한 방사상 피더 그루브 모두를 연결하는 2개의 일련의 법선 피치형 내부 바이어스 계단형 그루브들 사이에 일련의 법선 피치 내부 바이어스 계단형 그루브를 각각 갖는 8개의 연마 영역을 갖는 내부 바이어스 연마 패드의 절반 패드의 개략적 상면도이다.
도 15a는 인접한 방사상 피더 그루브 모두를 연결하는 2개의 일련의 증가된 피치형 외부 바이어스 만곡형 그루브들 사이에 일련의 법선 피치 외부 바이어스 만곡형 그루브를 각각 갖는 8개의 연마 영역을 갖는 외부 바이어스 연마 패드의 절반 파단된 개략적 상면도이다.
도 15b는 인접한 방사상 피더 그루브 모두를 연결하는 2개의 일련의 증가된 피치 내부 바이어스 만곡형 그루브들 사이에 일련의 법선 피치 내부 바이어스 만곡형 그루브를 각각 갖는 8개의 연마 영역을 갖는 내부 바이어스 연마 패드의 절반 파단된 개략적 상면도이다.
도 15c는 인접한 방사상 피더 그루브 모두를 연결하는 2개의 일련의 증가된 피치 내부 바이어스 그루브들 사이에 일련의 법선 피치 내부 바이어스 그루브를 각각 갖는 8개의 연마 영역을 갖는 내부 바이어스 연마 패드의 절반 파단된 개략적 상면도이다.
본 발명의 그루브 패턴 및 방법은 연마 유체, 예컨대 연마제-함유 슬러리 및 연마제-무함유 연마 용액의 조절된 균일한 분배에 대해 제공된다. 효율적인 분배는 사용자가 종래의 그루브와 비교하여 슬러리 유동을 감소시킬 수 있다. 또한, 상호접속된 그루브 경로는 연마 잔해가 연마 결함을 낮추기 위한 효율적인 방식으로 배출하게 한다. 최종적으로, 그루브 패턴은 균일성, 웨이퍼 프로파일, 다이 스케일 균일성(die scale uniformity)을 향상시키고, 가장자리 효과(edge effect)를 개선할 수 있다.
본원 및 청구항에서 사용되는 용어 "사다리꼴"은 유일하게 한 쌍의 평행한 측면을 갖는 4변형 또는 4면 형상을 형성하는 상호접속된 그루브를 의미한다. 사다리꼴은 2개의 평행한 베이스 면 및 상기 베이스 면을 연결하는 2개의 레그를 가진다. 사다리꼴의 모든 각도는 360°까지 더해진다.
본원 및 청구항에서 사용되는 용어 "비등변 사다리꼴"은 2개의 비-합일 레그(non-congruent leg) 또는 상이한 길이의 레그를 갖는 사다리꼴을 형성하는 상호접속된 그루브를 의미한다. 패드 중심에 더 근접한 레그는 주변부에 근접한 레그보다 더 짧은 길이를 가진다.
본원 및 청구항에서 사용되는 용어 "부채꼴"은 2개의 방사상 피더 그루브 및 연마 패드의 외부 가장자리에 따라 연장되는 주변부 호(perimeter arc)로 획정되는 연마 패드의 일부를 지칭한다. 방사상 피더 그루브는 직선형 방사상, 만곡형 방사상, 계단형 방사상 또는 기타 형태를 가질 수 있다.
본원 및 청구항에서 사용되는 용어 "연마 유체"는 연마제-함유 연마 유체 또는 연마제-무함유 연마 용액을 지칭한다.
본원에서 사용되는 용어 "바이어스 각도 θ"는 연마 영역을 2등분하는 2등분선과 인접한 방사상 피더 그루브를 연결하는 경사형 바이어스 그루브 사이의 각도를 지칭한다. 2등분 선은 방사상 피더 그루브의 방향에서의 변화와 함께 이동되고, 각각의 바이어스 그루브의 말단-대-말단으로부터의 평균을 나타낸다.
본원 및 청구항에서 사용되는 용어 "내부 바이어스 각도 θ"는 아래에서 그루브의 상면을 향하는 시각으로 볼 때 좌측으로부터 우측으로 측정되는 연마 패드의 중심을 향하여 내부로 기울어지는 바이어스 각도를 지칭한다.
본원 및 청구항에서 사용되는 용어 "외부 바이어스 각도 θ"는 아래에서 그루브의 상면을 향하는 시각으로 볼 때 좌측으로부터 우측으로 측정되는 연마 패드의 주변부를 향하여 외부로 기울어지는 바이어스 각도를 지칭한다.
용어 "웨이퍼"는 자성, 광학적 및 반도체성 기판을 포괄한다. 본 명세서에 포함된 웨이퍼 체류 시간과 같은 규정은 상면 관점에서 볼 때의 반시계방향 회전 동안 웨이퍼의 좌측으로 그리고 시계방향 회전 동안 웨이퍼의 우측으로의 연마 유체 투하 지점을 가정한다.
본원 및 첨부된 청구항에서의 용어 "폴리(우레탄)"은 이소시아네이트와 활성-수소기를 함유하는 화합물 사이의 반응에 의해 형성된 폴리머이고, 이는 구체적으로 하기를 포함한다: (a) (i) 이소시아네이트 및 (ii) 폴리올 (디올 포함)의 반응으로부터 형성된 폴리우레탄; 및 (b) (i) 이소시아네이트와 (ii) 폴리올 (디올 포함) 및 (iii) 물, 아민 또는 물과 아민의 조합의 반응으로부터 형성된 폴리(우레탄). 본 발명의 연마 패드는 유리하게는 폴리머, 그러나 가장 유리하게는 폴리우레탄 폴리머이다.
본 발명의 그루브 패턴은 다수의 장점을 제공한다. 제1 장점은 복수개의 바이어스 그루브가 동일한 방향으로 웨이퍼를 스위핑(sweeping)한다는 것이다. 동일한 방향으로의 모든 바이어스 그루브를 스위핑하는 것은 추가로 장점은 증가시킨다. 동일한 방향으로 웨이퍼를 스위핑하는 것은 그루브를 가진 웨이퍼를 펄싱(pulsing)시키고, 연마 제거 속도에 대해 유리한 누적적 영향을 제공한다. 또한, 바이어스 그루브가 동일한 방향으로 결합되기 때문에, 캐리어 헤드를 진동시키지 않고 웨이퍼를 연마하거나 또는 더 작은 진폭 또는 더 느린 진동 속도를 사용하여 이를 진동시킬 수 있다. 이는 웨이퍼가 패드 중심에서 더 멀리, 연마 패드의 가장자리에 더 근접되는 고정된 위치에서 연마되게 할 수 있다. 외부 가장자리에 인접한 이러한 위치에서, 패드는 제거 속도를 더 증가시키기 위해 중심보다 더 빠르게 회전된다. 또한, 비-진동 방식으로의 연마는 복수개의 웨이퍼에 대해 일정한 가장자리 프로파일을 제공하고, 결함을 감소시키고, 연마 패드와 남은 링의 더 적은 연마로 인해 연마 패드 수명 및 남은 링 수명을 개선한다. 또한 진동을 사용하지 않는 것은 감소된 플래턴 크기를 갖는 제조 방지의 사용을 가능하게 한다. 이는 특히 이중 플래턴 및 450 mm 크기 CMP 장비에 대해 중요하다. 또한, 방사상 그루브의 수, 플래턴 속도 및 바이어스 각도 θ의 조합을 사용하여 센터 프로파일을 빠르고 느리게 조정하고, 일정한 평면 프로파일(flat profile)을 제공하는 것이 가능하다.
또한, 피더 그루브 및 바이어스 그루브는 조합되어 연마 패드에 걸쳐 균일한 슬러리 분배를 용이하게 하고, 웨이퍼 표면에 걸쳐 더 나은 슬러리 분배를 제공한다. 이는 웨이퍼에 걸쳐 연마 속도 프로파일을 조정하고, 플래턴 속도 도는 바이어스 각도 θ 또는 둘 모두를 변화시켜 전반적 균일성을 개선하는 것을 가능하게 한다. 또한, 웨이퍼 가장자리 프로파일은 바이어스 각도 θ 또는 캐리어 속도 또는 둘 모두를 최적화함으로써 잘 조정될 수 있다. 이는 매우 낮은 가장자리 익스쿨르션(edge exclusion)을 갖는 개발된 로직 및 3D NAND에서 웨이퍼-가장자리 수율에 대해 보다 중요하다. 전형적으로, 연마 패드는 적어도 3개의 피더 그루브를 가지고, 3 내지 32개 그루브로 변화될 수 있다. 전형적으로, 웨이퍼는 하나의 방사상 피더 그루브와 복수개의 바이어스 그루브 위에서 그리고 2개 또는 복수개의 방사상 피더 그루브와 복수개의 바이어스 그루브 위에서 교대된다. 이러한 균일한 분배는 캐리어 링에서 풀링(pooling)을 제거하고, 연마 패드가 보다 효율적인 방식으로 또는 감소된 슬러리 흐름을 사용하여 작동되게 한다.
본 발명의 다른 예상외의 특징은 웨이퍼 표면에서의 더 나은 슬러리 분포로 인해 종래의 그루브보다 더 높은 다운 포스에서 연마되고, 웨이퍼와 패드 사이에서의 과량의 열 및 연마 온도를 감소시킬 수 있다는 것이다. 이는 CMP 금속 연마, 예컨대 구리, 탄탈륨 및 텅스텐 연마에 대해 특히 중요하다. 이러한 금속층, 유전체층, 절연층 및 다른 물질층 모두는 웨이퍼 성분을 나타낸다. 본 발명의 그루브 패턴은 다공성 및 비다공성 연마 패드 모두로 작업된다. 본 발명의 그루브 패턴은 비다공성 연마 패드를 사용한 정밀 연마에 대해, 예컨대 한번에 단일의 1원자층을 제거하기 위한 원자 규모 연마에 대해 특별한 유용성을 가진다.
내부 및 외부 바이어스 그루브 모두 연마 유체를 연마 패드로 유도하기 때문에, 이는 더 낮은 결함을 위해 효율적인 연마 잔해 제거를 제공한다.
도 1 및 1a를 참조하면, 본 발명의 연마 패드(10)은 반도체, 광학 및 자성 기판의 적어도 하나를 연마하거나 또는 평탄화하는데 적합하다. 연마층(12)은 폴리머 매트릭스 및 일정 두께(14)를 가진다. 연마층(12)은 중심(16), 외부 가장자리(18) 및 중심(16)으로부터 외부 가장자리(18)까지 연장되는 반경(r)을 포함한다. 유리하게는, 웨이퍼는 연마 패드(10)의 중심(16)으로부터 연마 패드의 외부 가장자리(18)까지 근접되는 반경에 따른 위치, 그 다음 연마 패드(10)의 중심(16)에 배치되어 유지됨으로써 웨이퍼의 적어도 하나의 성분의 제거 속도를 증가시킨다. 방사상 피더 그루브(20, 22, 24, 26, 28, 30, 32 및 34)는 중심(16)으로부터 또는 임의의 원형 그루브(36)로부터 시작된다. 방사상 피더 그루브(20, 22, 24, 26, 28, 30, 32 및 34)는 연마층(12)을 연마 영역(40, 42, 44, 46, 48, 50, 52 및 54)으로 나눈다. 특히, 2개의 인접한 방사상 피더 그루브, 예컨대 20 및 22는 외부 가장자리(18)의 주변부 호(19)와 조합되어 연마 영역(40)을 획정한다. 연마 영역(40)은 연마 영역(42, 44, 46, 48, 50, 52 및 54)과 함께 중심(16)에서 파생된 작은 부채꼴을 갖는 부채꼴의 형상이다. 방사상 피더 그루브(20, 22, 24, 26, 28, 30, 32 및 34)는 유리하게는 적어도 중심(16)에 인접한 원형 그루브(36)로부터 인접한 외부 가장자리(18)까지 연장된다.
도 1a 및 1b를 참조하면, 연마 영역(40)은 일련의 적층형 사다리꼴 그루브 영역(60, 62, 64, 66 및 68)을 포함한다. 연마 영역(40)은 그루브를 가지지 않는 중심 영역을 갖는 연마 패드(10)의 부채꼴을 나타낸다 (도 1). 평행한 선형 그루브 또는 평행한 베이스 그루브(160, 162, 164, 166, 168 및 170)는 사다리꼴 그루브 영역(60, 62, 64, 66 및 68)을 상부 및 하부를 획정한다. 방사상 피더 그루브(20)의 방사상 피더 그루브 세그먼트(20a, 20b, 20c, 20d 및 20e)는 각각 사다리꼴 그루브 영역(60, 62, 64, 66 및 68)의 좌측면을 획정한다. 방사상 피더 그루브(22)의 방사상 피더 그루브 세그먼트(22a, 22b, 22c, 22d 및 22e)는 각각 사다리꼴 그루브 영역(60, 62, 64, 66 및 68)의 우측면을 획정한다. 연마 영역(40, 42, 44, 46, 48, 50, 52 및 54) 모두 (도 1)는 평행한 베이스 그루브로 이격된 일련의 사다리꼴 그루브 영역을 포함한다. 원형 연마 패드(10)의 형상 또는 연마 영역(40, 42, 44, 46, 48, 50, 52 및 54)의 부채꼴 형상을 제공하기 위해, 사다리꼴 그루브 영역은 대개 절단되어 외부 가장자리(18) 또는 원형 그루브(36)를 제공한다.
사다리꼴 그루브 영역(60, 62, 64, 66 및 68) 모두는 상이한 길이인 방사상 측면 세그먼트를 갖는 비등변 사다리꼴 영역을 나타낸다. 이러한 그루브 패턴이 중심을 향하는 내부 바이어스를 가지기 때문에, 방사상 피더 그루브 세그먼트(20a, 20b, 20c, 20d 및 20e)는 각각 방사상(22a, 22b, 22c, 22d 및 22e)보다 더 길다. 비등변 사다리꼴을 나타내는 각각의 사다리꼴 그루브 영역 이외에, 사다리꼴 영역(60 및 62)의 주변부 및 사다리꼴 영역(60, 62 및 64)의 주변부와 같은 적층형 사다리꼴 영역의 주변부는 비등변 사다리꼴을 획정한다. 원형 그루브(36)에 인접한 사다리꼴 영역(70)은 원형 그루브(36)를 제공하기 위한 파단된 부분을 가진다. 마찬가지로, 외부 가장자리(18)에 인접한 사다리꼴 그루브 영역(80, 82, 84, 86, 88, 90, 92, 94, 96 및 98) 모두는 연마 패드(10)의 외부 가장자리(18)의 원형 형태를 제공하기 위한 파단된 부분을 가진다. 연마 패드를 회전하는 것은 사용되는 연마 유체를 사다리꼴 그루브 영역(80, 82, 84, 86, 88, 90, 92, 94, 96 및 98)에 인접한 일련의 바이어스 그루브의 일부를 통해 연마 패드(10)의 외부 가장자리(18) 위로 이송시켜 웨이퍼 아래에 새로운 연마 유체의 유동을 가능하게 한다.
도 1a를 참조하면 파선 AA는 중심(16)을 외부 가장자리(18)의 주변부 호(19)의 중심점에 연결함으로써 연마 영역(40)을 2등분한다. 이격된 사다리꼴 그루브 영역(80, 82, 84, 86, 88, 90, 92, 94 및 96)의 베이스 레그는 각도 θ에서 선 AA와 교차한다. 본 명세서의 목적을 위해, 각도 θ는 중심이 상면에 있고, 외부 가장자리가 도 1a 및 2a에 예시된 바닥에 있는 경우에 상부 직각(upper right angl)이다. 유리하게는, 각도 θ는 내부 바이어스 그루브에 대해 20 내지 85°이다. 보다 유리하게는, 각도 θ는 내부 바이어스 그루브에 대해 30 내지 80°이다. 방사상 피더 그루브(20)은 각도 α1에서 사다리꼴 그루브 영역(60, 62, 64, 66 및 68)와 교차한다. 방사상 피더 그루브(22)는 각도 β1에서 사다리꼴 그루브 영역(60, 62, 64, 66 및 68)와 교차한다. 내부 바이어스 사다리꼴 그루브 영역(60, 62, 64, 66 및 68)에 대해, α1의 각도는 β1보다 더 작다.
도 1b를 참조하면, 연마 영역(60, 62, 64, 66 및 68)은 일련의 이격된 비등변 사다리꼴 그루브 구조이다. 사다리꼴 그루브 구조는 레그 세그먼트(20a, 20b, 20c, 20d 및 20e 및 22a, 22b, 22c, 22d 및 22e) 각각을 형성하기 위해 2개의 인접한 방사상 피더 그루브(20 및 22)를 연결하는 평행한 베이스 세그먼트(160, 162, 164, 166, 168 및 170)를 가진다. 베이스 세그먼트(160, 162, 164, 166, 168 및 170)는 상이한 각도로 레그 세그먼트(20a, 20b, 20c, 20d 및 20e) 및 (22a, 22b, 22c, 22d 및 22e) 각각을 교차한다. 일련의 비등변 사다리꼴 그루브 구조는 연마 패드의 중심을 향하는 인접한 외부 가장자리로부터 연장된다. 일련의 사다리꼴 구조(60, 62, 64, 66 및 68)의 주변부 또한 사다리꼴이다.
연마 패드의 회전은 베이스 세그먼트(160, 162, 164, 166, 168 및 170) 및 레그 세그먼트(20a, 20b, 20c, 20d 및 20e) 및 (22a, 22b, 22c, 22d 및 22e)를 통해 연마 패드를 향하여 연마 유체를 이동시킨다. 외부로의 이동 이외에, 연마 유체는 연마 패드의 시계방향 회전 동안 웨이퍼를 향하여 이동하고, 또한 연마 패드의 반시계방향 회전 동안 웨이퍼로부터 멀어진다. 웨이퍼를 향한 연마 유체의 이동은 웨이퍼 아래에서의 슬러리에 대한 체류 시간을 감소시키고, 웨이퍼로부터 멀어지는 이동은 웨이퍼 아래에서의 슬러리에 대한 체류 시간을 증가시킨다. 예를 들면, 내부 바이어스는 반시계방향 플래턴 회전 동안 체류 시간을 증가시킬 수 있다. 유리하게는, 모든 연마 영역은 동일한 바이어스를 가진다.
도 1c를 참조하면, 회전 동안 연마 유체는 회전하는 연마 패드 상에 그리고 방사상 피더 그루브(22)(22a, 22b 및 22c) 및 일련의 바이어스 그루브(160, 161, 162 및 163)로 분배된다. 원심력은 화살표의 방향으로 방사상 피더 그루브(22)(22a, 22b 및 22c), 및 일련의 바이어스 그루브(160, 161, 162 및 163)를 통해 연마 패드의 외부 가장자리를 향하여 연마 유체를 이동시킨다. 또한, 연마 유체는 랜드 부분(60a, 61a, 62a 및 63a)을 각각 습윤시키기 위해 외부 벽면(160a, 161a, 162a 및 163a)을 오버플로잉시킴으로써 외부로 이동시킨다. 이후, 연마 유체는 각각 후속 바이어스 그루브(160 및 162)의 내부 벽면(161b 및 160b)으로 유동한다 (랜드 부분(60a 및 61a)에 따른 유동 동안 다른 바이어스 그루브는 보이지 않고, 내부 벽면도 보이지 않음). 내부 벽면(160b) 및 외부 벽면(160a)에서의 유동 화살표는 내부 바이어스 그루브(160) 내부로 그리고 외부로의 연마 유체의 유동을 예시한다. 전형적으로, 바이어스 그루브(160 및 162)는 바이어스 그루브(161 및 163)와 결합되지 않는다. 인접한 연마 영역들 사이의 이러한 비결합(non-alignment)은 개선된 슬러리 분배를 위해 방사상 피더 그루브(22) 아래로의 유동을 용이하게 한다. 대안적인 구현예에서, 인접한 연마 영역들의 바이어스 그루브를 결합시키는 것이 가능하다.
복수의 회전 동안 회전하는 연마 패드에 대해 웨이퍼를 가압하여 회전시키는 것은 연마 유체를 오버플로잉시킴으로써 모두 습윤된 랜드 부분(60a, 61a, 62a 및 63a)를 갖는 웨이퍼의 적어도 하나의 성분을 제거한다.
도 1 내지 1c를 참조하면, 연마 패드(10)은 바람직하게는 각각의 연마 영역(40, 42, 44, 46, 48, 50, 52 및 54)에서의 적어도 20개의 내부 바이어스 그루브, 예컨대 160, 162, 164, 166, 168 및 170을 포함한다. 이러한 내부 바이어스 그루브는 인접한 방사상 피더 그루브들 사이를 연결하는 그루브 세그먼트를 나타내고; 이는 조합되어 반시계방향 플래턴 회전으로 웨이퍼 기판 아래에서의 슬러리 체류 시간을 증가시킨다. 보다 바람직하게는, 연마 패드(10)는 각각의 연마 영역(40, 42, 44, 46, 48, 50, 52 및 54)에서 20 내지 1,000개의 내부 바이어스 그루브를 포함한다. 가장 바람직하게는, 연마 패드(10)는 각각의 연마 영역(40, 42, 44, 46, 48, 50, 52 및 54)에서 20 내지 500개의 내부 바이어스 그루브를 포함한다.
전형적으로, 연마 패드(10)는 총 방사상 피더 그루브(20, 22, 24, 26, 28, 30, 32 및 34) (8)에 대해 적어도 15배의 총 내부 바이어스 그루브, 예컨대 160, 162, 164, 166, 168 및 170을 가진다. 예를 들면, 연마 패드(10) 상의 총 방사상 피더 그루브(20, 22, 24, 26, 28, 30, 32 및 34) (8)에 대해 20 내지 1,000배의 정도의 총 내부 바이어스 그루브가 존재할 수 있다. 바람직하게는, 연마 패드(10) 상의 총 방사상 피더 그루브(20, 22, 24, 26, 28, 30, 32 및 34) (8)에 대해 20 내지 500배의 정도의 총 내부 바이어스 그루브가 존재할 수 있다.
도 2 및 2a를 참조하면, 본 발명의 연마 패드(210)는 반도체, 광학 및 자성 기판의 적어도 하나를 연마하거나 또는 평탄화하기에 적합한다. 연마층(212)은 폴리머 매트릭스 및 일정 두께(214)를 가진다. 연마층(212)은 중심(216), 외부 가장자리(218) 및 중심(216)으로부터 외부 가장자리(218)까지 연장되는 반경(r)을 포함한다. 유리하게는, 웨이퍼는 연마 패드(210)의 중심(216)으로부터 연마 패드의 외부 가장자리(218)까지 근접되는 반경 (r)에 따른 위치, 그 다음 연마 패드(210)의 중심(216)에 위치하여 유지됨으로써 웨이퍼의 하나 이상의 성분의 제거 속도를 증가시킨다. 방사상 피더 그루브(220, 222, 224, 226, 228, 230, 232 및 234)는 중심(216)으로부터 또는 임의의 원형 그루브(236)으로부터 시작된다. 방사상 피더 그루브(220, 222, 224, 226, 228, 230, 232 및 234)는 연마층(212)을 연마 영역(240, 242, 244, 246, 248, 250, 252 및 254)으로 나눈다. 특히, 2개의 인접한 방사상 피더 그루브, 예컨대 220 및 222는 외부 가장자리(218)의 주변부 호(219)와 조합되어 연마 영역(240)을 획정한다. 연마 영역(242, 244, 246, 248, 250, 252 및 254)과 함께 연마 영역(240)은 중심(216)으로부터 파단된 작은 부채꼴을 갖는 부채꼴의 형태를 가진다. 방사상 피더 그루브(220, 222, 224, 226, 228, 230, 232 및 234)는 유리하게는 적어도 중심(216)에 인접한 원형 그루브(236)으로부터 인접한 외부 가장자리(18)로 연장된다.
도 2a 및 2b에 참조하면, 연마 영역(240)은 일련의 적층형 사다리꼴 그루브 영역(260, 262, 264, 266 및 268)을 포함한다. 연마 영역(240)은 그루브가 없는 중심 영역을 갖는 연마 패드(210)의 부채꼴을 나타낸다 (도 2). 평행한 선형 그루브 또는 평행한 베이스 그루브(360, 362, 364, 366, 368 및 370)는 사다리꼴 그루브 영역(260, 262, 264, 266 및 268)의 상부 및 하부를 획정한다. 방사상 피더 그루브(220)의 방사상 피더 그루브 세그먼트(220a, 220b, 220c, 220d 및 220e)는 각각 사다리꼴 그루브 영역(260, 262, 264, 266 및 268)의 좌측면을 획정한다. 방사상 피더 그루브(222)의 방사상 피더 그루브 세그먼트(222a, 222b, 222c, 222d 및 222e)는 각각 사다리꼴 그루브 영역(260, 262, 264, 266 및 268)의 우측면을 획정한다. 연마 영역(240, 242, 244, 246, 248, 250, 252 및 254) (도 2) 모두는 평행한 베이스 그루브로 이격된 일련의 사다리꼴 그루브 영역을 포함한다. 원형 연마 패드(21)의 형태 또는 연마 영역(240, 242, 244, 246, 248, 250, 252 및 254)의 부채꼴 형태를 제공하기 위해, 사다리꼴 그루브 영역은 대개 절단되어 외부 가장자리(218) 또는 원형 그루브(236)를 제공한다.
사다리꼴 그루브 영역(260, 262, 264, 266 및 268) 모두는 상이한 길이의 방사상 측면 세그먼트를 갖는 비등변 사다리꼴 영역을 나타낸다. 이러한 그루브 패턴이 외부 가장자리(218)를 향하는 외부 바이어스를 가지기 때문에, 방사상 피더 그루브 세그먼트(220a, 220b, 220c, 220d 및 220e)는 각각 방사상(222a, 222b, 222c, 222d 및 222e)보다 더 길다. 비등변 사다리꼴을 나타내는 각각의 사다리꼴 그루브 이외에, 적층형 사다리꼴 영역의 주변부, 예컨대 사다리꼴 영역(260 및 262)의 주변부; 및 사다리꼴 영역(260, 262 및 264)의 주변부는 또한 비등변 사다리꼴을 획정한다. 원형 그루브(236)에 인접한 사다리꼴 영역(270)은 원형 그루브(236)를 제공하기 위한 파단된 부분을 가진다. 마찬가지로, 외부 가장자리(218)에 인접한 사다리꼴 그루브 영역(280, 282, 284, 286, 288, 290, 292, 294 및 296) 모두는 연마 패드(210)의 외부 가장자리(218)의 부채꼴을 제공하기 위한 파단된 부분을 가진다. 연마 패드를 회전시키는 것은 사다리꼴 그루브 영역(280, 282, 284, 286, 288, 290, 292, 294 및 296)에 인접한 일련의 바이어스 그루브의 일부를 통해 사용되는 연마 유체를 연마 패드(210)의 외부 가장자리(218) 위로 이송시켜 웨이퍼 아래에서 새로운 연마 유체의 유동을 가능하게 한다.
도 2a를 참조하면, 파선 AA는 중심(216)을 외부 가장자리(218)의 주변부 호(219)의 중간점에 연결함으로써 연마 영역(240)을 2등분한다. 이격된 사다리꼴 그루브 영역(280, 282, 284, 286, 288, 290 및 292)의 베이스 레그는 각도 θ에서 선 AA와 교차한다. 본 명세서의 목적을 위해, 각도 θ는 중심이 상면에 있고, 외부 가장자리가 도 1a 및 2a에 예시된 바닥에 있는 경우에 상부 직각이다. 유리하게는 각도 θ는 외부 바이어스 그루브에 대해 95 내지 160°이다. 보다 유리하게는, 각도 θ는 외부 바이어스 그루브에 대해 100 내지 150°이다. 방사상 피더 그루브(220)는 각도 α2에서 사다리꼴 그루브 영역(260, 262, 264, 266 및 268)에 교차한다. 방사상 피더 그루브(222)는 각도 β2에서 사다리꼴 그루브 영역(260, 262, 264, 266 및 268)에 교차한다. 외부 바이어스 사다리꼴 그루브 영역(260, 262, 264, 266 및 268)에 대해, α2의 각도는 β2보다 더 크다.
도 2b를 참조하면, 연마 영역(260, 262, 264, 266 및 268)은 일련의 이격된 비등변 사다리꼴 그루브 구조이다. 사다리꼴 그루브 구조는 레그 세그먼트(220a, 220b, 220c, 220d 및 220e 및 222a, 222b, 222c, 222d 및 222e) 각각을 형성하기 위해 2개의 인접한 방사상 피더 그루브(220 및 222)를 연결하는 평행한 베이스 세그먼트(360, 362, 364, 366, 368 및 370)를 가진다. 베이스 세그먼트(360, 362, 364, 366, 368 및 370)는 상이한 각도에서 레그 세그먼트 (220a, 220b, 220c, 220d 및 220e) 및 (222a, 222b, 222c, 222d 및 222e) 각각과 교차한다. 일련의 비등변 사다리꼴 그루브 구조는 연마 패드의 중심을 향하여 인접한 외부 가장자리로부터 연장된다. 일련의 사다리꼴 구조(260, 262, 264, 266 및 268)의 주변부는 사다리꼴이다.
연마 패드의 회전은 베이스 세그먼트(360, 362, 364, 366, 368 및 370) 및 레그 세그먼트(220a, 220b, 220c, 220d 및 220e) 및 (222a, 222b, 222c, 222d 및 222e)를 통해 연마 패드의 외부 가장자리를 통해 연마 유체를 이동시킨다. 외부로의 이동 이외에, 연마 유체는 연마 패드의 시계방향 회전 동안 웨이퍼를 향하여 그리고 또한 연마 패드의 반시계방향 회전 동안 웨이퍼로부터 멀어지도록 이동한다. 웨이퍼를 향하는 연마 유체의 이동은 웨이퍼 아래에서의 슬러리에 대한 체류 시간을 감소시키고, 웨이퍼로부터 멀어지는 이동은 웨이퍼 아래에서의 슬러리에 대한 체류 시간을 증가시킨다. 예를 들면, 외부 바이어스는 반시계방향 플래턴 회전 동안 체류 시간을 감소시킬 수 있다. 유리하게는, 모든 연마 영역은 동일한 바이어스를 가진다.
도 2c를 참조하면, 회전 동안, 연마 유체는 회전하는 연마 패드 상으로 그리고 방사상 피더 그루브(222) (222a, 222b 및 222c) 및 일련의 바이어스 그루브(360, 361, 362 및 163) 내로 분배된다. 원심력은 방사상 피더 그루브(222) (222a, 222b 및 222c), 및 일련의 바이어스 그루브(360, 361, 362 및 363)를 통해 화살표 방향으로 연마 패드의 외부 가장자리를 향하여 연마 유체를 이동시킨다. 또한, 연마 유체는 랜드 부분(260a, 261a, 262a 및 263a) 각각을 습윤시키기 위해 외부 벽면(360a, 361a, 362a 및 363a)을 오버플로잉시킴으로써 외부로 이동시킨다. 이후, 연마 유체는 후속 바이어스 그루브(360 및 362)의 내부 벽면(361b 및 360b)으로 각각 유동한다 (랜드 부분(60a 및 61a)에 따른 유동 동안 다른 바이어스 그루브는 보이지 않고, 내부 벽면도 보이지 않음). 내부 벽면(360b) 및 외부 벽면(360a)에서의 유동 화살표는 바이어스 그루브(360)의 내로 그리고 외부로의 연마 유체의 유동을 예시한다. 전형적으로, 바이어스 그루브(360 및 362)는 바이어스 그루브(361 및 363)와 결합되지 않는다. 인접한 연마 영역들 사이의 바이어스 그루브의 비결합은 개선된 슬러리 분배를 위해 방사상 피더 그루브(222) 아래로의 유동을 용이하게 한다. 대안적인 구현예에서, 인접한 연마 영역의 바이어스 그루브를 결합시키는 것이 가능하다. 복수의 회전 동안 회전하는 연마 패드에 대해 웨이퍼를 가압하여 회전시키는 것은 연마 유체를 오버플로잉시킴으로써 모두 습윤된 랜드 부분(260a, 261a, 262a 및 263a)를 갖는 웨이퍼의 적어도 하나의 성분을 제거한다.
도 2 내지 2c를 참조하면, 연마 패드(210)은 바람직하게는 각각의 연마 영역(240, 242, 244, 246, 248, 250, 252 및 254)에서의 적어도 20개의 외부 바이어스 그루브, 예컨대 260, 262, 264, 266, 268 및 270을 포함한다. 이러한 외부 바이어스 그루브는 인접한 방사상 피더 그루브들 사이를 연결하는 그루브 세그먼트를 나타내고; 이는 조합되어 반시계방향 플래턴 회전으로 웨이퍼 기판 아래에서의 슬러리 체류 시간을 감소시킨다. 보다 바람직하게는, 연마 패드(210)는 각각의 연마 영역(240, 242, 244, 246, 248, 250, 252 및 254)에서 20 내지 1,000개의 외부 바이어스 그루브를 포함한다. 가장 바람직하게는, 연마 패드(210)는 각각의 연마 영역(240, 242, 244, 246, 248, 250, 252 및 254)에서 20 내지 500개의 외부 바이어스 그루브를 포함한다.
전형적으로, 연마 패드(210)는 총 방사상 피더 그루브(220, 222, 224, 226, 228, 230, 232 및 234) (8)에 대해 적어도 15배의 총 외부 바이어스 그루브, 예컨대 360, 362, 364, 366, 368 및 370을 가진다. 예를 들면, 연마 패드(210) 상의 총 방사상 피더 그루브(220, 222, 224, 226, 228, 230, 232 및 234) (8)에 대해 20 내지 1,000배의 정도의 총 외부 바이어스 그루브가 존재할 수 있다. 바람직하게는, 연마 패드(210) 상의 총 방사상 피더 그루브(220, 222, 224, 226, 228, 230, 232 및 234) (8)에 대해 20 내지 500배의 정도의 총 외부 바이어스 그루브가 존재할 수 있다.
도 3 및 3a를 참조하면, 슬러리 유동 벡터는, 연마 패드의 원심력 이동이 바이어스 그루브(3-3 및 3a-3a)를 통해 연마 유체의 외부로의 이동을 야기하는 것을 예시한다. 화살표는 반시계방향 플래턴 회전 방향을 보여주고 DP는 전형적인 슬러리 투하 지점을 나타낸다. 슬러리 벡터는 웨이퍼 아래의 슬러리 유동점을 나타내는 W 지점에서 교차한다. 내부 바이어스 그루브의 경우 (도 3), Vib는 내부 바이어스 그루브(3-3)를 통한 연마 유체의 외부로의 속도를 나타내고, VN는 내부 바이어스 그루브(3-3)에 수직한 슬러리 유동을 나타낸다. 생성된 슬러리 유동(VT) 또는 속도 합계는 웨이퍼에 대해 더 느려져 웨이퍼 아래에서의 연마 유체 체류 시간을 증가시킨다. 외부 바이어스 그루브(도 3a)의 경우, Vob는 내부 바이어스 그루브(3a-3a)를 통해 연마 유체의 외부로의 속도를 나타내고, VN는 내부 바이어스 그부르(3a-3a)에 대해 수직한 슬러리 유동을 나타낸다. 생성된 슬러리 유동(VT) 또는 속도 합계는 웨이퍼에 대해 더 빨라져 웨이퍼 아래에서의 연마 유체 체류 시간을 감소시킨다. 이러한 그루브 구조로, 플래턴 속도 및 바이어스 각도는 조합되어 연마 유체 체류 시간을 조절한다.
도 4를 참조하면, 내부 바이어스 연마 패드(400)은 3개의 연마 영역(402, 404 및 406)을 가진다. 방사상 피더 그루브(408, 410 및 412)는 연마 패드(400)을 120도로 나누어진 동일 크기의 연마 영역(402, 404 및 406)으로 나눈다. 도시되지 않은 대안적인 구현예에서, 연마 영역을 2개의 크기로, 예컨대 100도, 100도 및 160도로 나누는 것이 가능하다. 추가의 대안적인 구현예에서, 연마 영역을 3개의 상이한 크기, 예컨대 100도, 120도, 및 140도로 나누는 것이 가능하다. 연마 패드(400)가 회전함에 따라, 긴 바이어스 그루브는 웨이퍼를 스위핑시켜 제거 속도를 개선한다. 이러한 구현예의 경우, 연마 유체의 분배를 개선하기 위해 방사상 피더 그루브(408, 410 및 412)가 바이어스 그루브보다 더 큰 단면을 가지는 것이 유리하다.
도 4a를 참조하면, 외부 바이어스 연마 패드(450)는 3개의 연마 영역(452, 454 및 456)을 가진다. 방사상 피더 그루브(458, 460 및 462)는 연마 패드(450)을 120도로 나누어진 동일 크기의 연마 영역(452, 454 및 456)으로 나눈다. 도시되지 않은 대안적인 구현예에서, 연마 영역을 2개의 크기로, 예컨대 100도, 100도 및 160도로 나누는 것이 가능하다. 추가의 대안적인 구현예에서, 연마 영역을 3개의 상이한 크기, 예컨대 100도, 120도, 및 140도로 나누는 것이 가능하다. 연마 패드(450)가 회전함에 따라, 긴 바이어스 그루브는 웨이퍼를 스위핑시켜 제거 속도를 개선한다. 이러한 구현예의 경우, 연마 유체의 분배를 개선하기 위해 방사상 피더 그루브(458, 460 및 462)가 바이어스 그루브보다 더 큰 단면을 가지는 것이 유리하다.
도 5를 참조하면, 내부 바이어스 연마 패드(500)은 4개의 연마 영역(502, 504, 506 및 508)을 가진다. 방사상 피더 그루브(510, 512, 514 및 516)는 연마 패드(500)을 90도로 나누어진 동일 크기의 연마 영역(502, 504, 506 및 508)으로 나눈다. 도시되지 않은 대안적인 구현예에서, 연마 영역을 2개의 크기로, 예컨대 80도, 100도, 80도 및 100도로 나누는 것이 가능하다. 추가의 대안적인 구현예에서, 연마 영역을 4개의 상이한 크기, 예컨대 70도, 110도, 80도 및 100도로 나누는 것이 가능하다. 또한, 연마 영역의 순서를 변화시키는 것이 가능하다. 연마 패드(500)가 회전함에 따라, 바이어스 그루브는 웨이퍼를 스위핑시켜 회전 속도를 개선하였다. 이러한 구현예의 경우, 연마 유체의 분배를 개선하기 위해 방사상 피더 그루브(510, 512, 514 및 516)는 바이어스 그루브보다 더 큰 단면을 가지는 것이 유리하다.
도 5a를 참조하면, 외부 바이어스 연마 패드(550)는 4개의 영마 영역(552, 554, 556 및 558)을 가진다. 방사상 피더 그루브(560, 562, 564 및 566)는 연마 패드(550)을 90도로 나누어진 동일 크기의 연마 영역(552, 554, 556 및 558)으로 나눈다. 도시되지 않은 대안적인 구현예에서, 연마 영역을 2개의 크기로, 예컨대 80도, 100도, 80도 및 100도로 나누는 것이 가능하다. 추가의 대안적인 구현예에서, 연마 영역을 4개의 상이한 크기, 예컨대 70도, 80도, 100도 및 110도로 나누는 것이 가능하다. 또한, 연마 영역의 순서를 변화시키는 것이 가능하다. 연마 패드(550)가 회전함에 따라, 긴 바이어스 그루브는 웨이퍼를 스위핑시켜 제거 속도를 개선한다. 이러한 구현예의 경우, 연마 유체의 분배를 개선하기 위해 방사상 피더 그루브(560, 562, 564 및 566)가 바이어스 그루브보다 더 큰 단면을 가지는 것이 유리하다.
도 6을 참조하면, 내부 바이어스 연마 패드(600)은 4개의 연마 영역(602, 604, 606, 608 및 610)을 가진다. 방사상 피더 그루브(612, 614, 616, 618 및 620)는 연마 패드(600)을 72도로 나누어진 동일 크기의 연마 영역(602, 604, 606, 608 및 610)으로 나눈다. 도시되지 않은 대안적인 구현예에서, 연마 영역을 2개의 크기로, 예컨대 60도, 90도, 60도, 90도 및 60도로 나누는 것이 가능하다. 추가의 대안적인 구현예에서, 연마 영역을 5개의 상이한 크기, 예컨대 52도, 62도, 72도, 82도 및 92도로 나누는 것이 가능하다. 또한, 연마 영역의 순서를 변화시키는 것이 가능하다. 연마 패드(600)가 회전함에 따라, 바이어스 그루브는 웨이퍼를 스위핑시켜 회전 속도를 개선하였다. 이러한 구현예의 경우, 연마 유체의 분배를 개선하기 위해 방사상 피더 그루브(614, 616, 618 및 620)는 바이어스 그루브보다 더 큰 단면을 가지는 것이 유리하다.
도 6a를 참조하면, 외부 바이어스 연마 패드(650)는 5개의 연마 영역(652, 654, 656, 658 및 660)을 가진다. 방사상 피더 그루브(662, 664, 666, 668 및 670)는 연마 패드(650)을 72도로 나누어진 동일 크기의 연마 영역(652, 654, 656, 658 및 660)으로 나눈다. 도시되지 않은 대안적인 구현예에서, 연마 영역을 2개의 크기로, 예컨대 60도, 90도, 60도, 90도 및 60도로 나누는 것이 가능하다. 추가의 대안적인 구현예에서, 연마 영역을 5개의 상이한 크기, 예컨대 52도, 62도, 72도, 82도 및 92도로 나누는 것이 가능하다. 또한, 연마 영역의 순서를 변화시키는 것이 가능하다. 연마 패드(650)가 회전함에 따라, 바이어스 그루브는 웨이퍼를 스위핑시켜 제거 속도를 개선한다. 이러한 구현예의 경우, 연마 유체의 분배를 개선하기 위해 방사상 피더 그루브(662, 664, 666, 668 및 670)가 바이어스 그루브보다 더 큰 단면을 가지는 것이 유리하다.
도 7을 참조하면, 내부 바이어스 연마 패드(700)은 6개의 연마 영역(702, 704, 706, 708, 710 및 712)을 가진다. 방사상 피더 그루브(714, 716, 718, 720, 722 및 724)는 연마 패드(700)을 60도로 나누어진 동일 크기의 연마 영역(702, 704, 706, 708, 710 및 712)을 나눈다. 도시되지 않은 대안적인 구현예에서, 연마 영역을 2개의 크기로, 예컨대 50도, 70도, 50도, 70도, 50도 및 70도로 나누는 것이 가능하다. 추가의 대안적인 구현예에서, 연마 영역을 6개의 상이한 크기, 예컨대 30도, 40도, 50도, 70도, 80도 및 90도로 나누는 것이 가능하다. 또한, 연마 영역의 순서를 변화시키는 것이 가능하다. 연마 패드(700)가 회전함에 따라, 바이어스 그루브는 웨이퍼를 스위핑시켜 회전 속도를 개선하고, 추가의 방사상 피더 그루브는 연마 유체 분배를 용이하게 한다. 이러한 구현예의 경우, 연마 유체의 분배를 개선하기 위해 방사상 피더 그루브( 714, 716, 718, 720, 722 및 724)는 바이어스 그루브보다 더 큰 단면을 가지는 것이 유리하다.
도 7a를 참조하면, 외부 바이어스 연마 패드(750)는 6개의 영마 영역(752, 754, 756, 758, 760 및 762)을 가진다. 방사상 피더 그루브(764, 766, 768, 770, 772 및 774)는 연마 패드(750)을 60도로 나누어진 동일 크기의 연마 영역(752, 754, 756, 758, 760 및 762)을 나눈다. 도시되지 않은 대안적인 구현예에서, 연마 영역을 2개의 크기로, 예컨대 50도, 70도, 50도, 70도, 50도 및 70도로 나누는 것이 가능하다. 추가의 대안적인 구현예에서, 연마 영역을 6개의 상이한 크기, 예컨대 30도, 40도, 50도, 70도, 80도 및 90도로 나누는 것이 가능하다. 또한, 연마 영역의 순서를 변화시키는 것이 가능하다. 연마 패드(750)가 회전함에 따라, 바이어스 그루브는 웨이퍼를 스위핑시켜 제거 속도를 개선하고, 추가의 방사상 피더 그루브는 연마 유체 분배를 용이하게 한다. 이러한 구현예의 경우, 연마 유체의 분배를 개선하기 위해 방사상 피더 그루브(764, 766, 768, 770, 772 및 774)가 바이어스 그루브보다 더 큰 단면을 가지는 것이 유리하다.
도 1을 참조하면, 내부 바이어스 연마 패드(10)은 8개의 연마 영역(40, 42, 44, 46, 48, 50, 52 및 54)을 가진다. 방사상 피더 그루브(20, 22, 24, 26, 28, 30, 32 및 34)는 연마 패드(10)를 45도로 나누어진 동일 크기의 연마 영역(40, 42, 44, 46, 48, 50, 52 및 54)으로 나눈다. 도시되지 않은 대안적인 구현예에서, 연마 영역을 2개의 크기로, 예컨대 35도, 55도, 35도, 55도, 35도, 55도, 35도 및 55도로 나누는 것이 가능하다. 추가의 대안적인 구현예에서, 연마 영역을 8개의 상이한 크기, 예컨대 25도, 30도, 35도, 40도, 50도, 55도, 6o도 및 65도로 나누는 것이 가능하다. 또한, 연마 영역의 순서를 변화시키는 것이 가능하다. 연마 패드(10)가 회전함에 따라, 바이어스 그루브는 웨이퍼를 스위핑시켜 제거 속도를 개선하고, 추가의 방사상 피더 그루브는 연마 유체 분배를 용이하게 한다. 이러한 구현예의 경우, 연마 유체의 분배를 개선하기 위해 방사상 피더 그루브(20, 22, 24, 26, 28, 30, 32 및 34)가 바이어스 그루브보다 더 큰 단면을 가지는 것이 유리하다. 연마 패드를 회전시키는 것은 웨이퍼를 하나의 방사상 피더 그루브 위에 그리고 2개의 방사상 피더 그루브 위에서 교대시킨다.
도 2를 참조하면, 외부 바이어스 연마 패드(210)는 8개의 연마 영역(240, 242, 244, 246, 248, 250, 252 및 254)을 가진다. 방사상 피더 그루브(220, 222, 224, 226, 228, 230, 232 및 234)는 연마 패드(210)으로 45도로 나누어진 동일 크기의 연마 영역(240, 242, 244, 246, 248, 250, 252 및 254)을 나눈다. 도시되지 않은 대안적인 구현예에서, 연마 영역을 2개의 크기로, 예컨대 35도, 55도, 35도, 55도, 35도, 55도, 35도 및 55도로 나누는 것이 가능하다. 추가의 대안적인 구현예에서, 연마 영역을 8개의 상이한 크기, 예컨대 25도, 30도, 35도, 40도, 50도, 55도, 6o도 및 65도로 나누는 것이 가능하다. 또한, 연마 영역의 순서를 변화시키는 것이 가능하다. 연마 패드(210)가 회전함에 따라, 바이어스 그루브는 웨이퍼를 스위핑시켜 제거 속도를 개선하고, 추가의 방사상 피더 그루브는 연마 유체 분배를 용이하게 한다. 이러한 구현예의 경우, 연마 유체의 분배를 개선하기 위해 방사상 피더 그루브(220, 222, 224, 226, 228, 230, 232 및 234)가 바이어스 그루브보다 더 큰 단면을 가지는 것이 유리하다.
도 8 및 8a를 참조하면, 연마 패드(800 및 850)의 바이어스 그루브(810 및 860)를 각각 만곡시키는 것은 그루브 랜드 부분 위로 연마 유체의 균일한 유동을 용이하게 할 수 있다. 연마 패드(800 및 850)는 외부 바이어스 그루브(810 및 860)를 가진다. 연마 패드(800 및 850)가 회전함에 따라, 연마 유체는 그루브(810 및 860)를 통해 외부 가장자리(812 및 862)를 향하여 유동한다. 그루브(810 및 860)에서, 그루브의 외부 경사는 이것이 외부로 이동됨에 따라 감소되고, 이는 외부 속도를 느리게 하고, 시계방향 및 반시계방향 회전 과정 모두에서 그루브(810 및 860)의 단부를 향하여 랜드 부분을 연마 유체가 습윤시키는 것을 용이하게 한다.
이러한 구조를 위해 그리고 본 명세서의 목적을 위해, 바이어스 각도 θ는 파선에 의해 표시되는 2등분선과 관련하여 만곡형 바이어스 그루브의 평균 각도와 동일하다. 도 8에 나타난 바이어스 각도를 측정하기 위한 방법은 단일 만곡형 바이어스 그루브와 함께 인접한 방사상 피더 그루브(820 및 830)를 연결하는 가상선(8-8)을 그리고, 이후 2등분 파선(B8)으로 교각(θ) 또는 바이어스 각도를 측정한다. 마찬가지로, 도 8a의 경우, 가상선(8a-8a)은 단일 만곡형 바이어스 그루브와 함께 인접한 방사상 피더 그루브(870 및 872)을 연결하고, 이후 2등분 파선(B8a)으로 교각을 측정하는 것은 바이어스 각도(θ)와 동일하다. 적어도 복수개의 각각의 만곡형 바이어스 세그먼트는 내부 또는 외부 각도를 가지는 것이 중요하다. 유리하게는, 복수개의 바이어스 그루브는 동일한 바이어스를 가진다. 이는 외부 바이어스 그루브 부분과 함께 내부 바이어스 그루브 부분을 가지는 것은 제거 속도와 관련하여 서로에 대해 상쇄되는 경향을 가질 것이기 때문이다. 유리하게는, 모든 바이어스 세그먼트는 내부 또는 외부 바이어스를 가진다.
도 9를 참조하면, 연마 패드(900)은 만곡형 방사상 피더 그루브(910, 912, 914 및 916)를 가진다. 피더 그루브(910, 912, 914 및 916)는 반시계방향으로 만곡되어 연마 패드(900)의 시계방향 회전 동안 유체 유동을 개선한다. 이러한 형상은 연마 유체의 외부로의 유동을 가속화하여 시계방향 회전 동안 외부 바이어스 그루브(920)에 대한 연마 유체 분배를 개선하고, 외부로의 유동을 감속시켜 반시계방향 회전 동안 외부 바이어스 그루브(920)로의 연마 유체 분배를 감소시킨다. 대안적으로, 방사상 피더 그루브는 반대 영향을 위해 시계방향으로 만곡될 수 있다(미도시됨). 이러한 형상은 연마 유체의 외부로의 유동을 감속시켜 반시계방향 회전 동안 외부 바이어스 그루브(920)에 연마 유체 분배를 개선하고, 외부로의 유동을 가속시켜 시계방향 회전 동안 외부 바이어스 그루브(920)에 연마 유체 분배를 개선한다.
만곡형 방사상 피더 그루브(914 및 916)를 갖는 도 9에 대한 바이어스 각도를 측정하는 것은 방사상 파선(Ra 및 Rb)을 2등분하는 2등분 가상선(B9)와 함께 방사상 파선(Ra 및 Rb)을 그리는 것을 요구한다. 이는 2등분선(B9)과 교차하는 외부 바이어스 그루브(930)에 대한 바이어스 각도(θ)를 예시한다. 코드(Ra1 및 Rb1)는 동일한 길이를 가지고, 각각 평행한 방사상 선(Ra 및 Rb)이다. 파선(Ra1 -Rb1)은 코드(Ra1 및 Rb1)의 단부를 연결하고, 바이어스 그루브(930)에서 2등분선(B9)과 교차한다. 그루브(930)에 대한 바이어스 각도는 2등분선(B9)과 그루브(930) 사이의 각도 또는 θ이다. 이러한 구현예는 각각의 바이어스 그루브와 함께 전체 연마 영역에 걸쳐 상수 (θ)를 가진다.
도 10을 참조하면, 연마 패드(100)은 외부 바이어스 만곡형 그루브(1020)과 조합되는 만곡형 방사상 피더 그루브(1010, 1012, 1014 및 1016)를 포함한다. 특히, 그루브 패턴은 연마 패드(1000)의 외부 가장자리(1022)의 근처에서 연마 유체를 미세조정하거나 또는 조정하기 위해 만곡형 방사상 피더 그루브(1010, 1012, 1014 및 1016)를 포함한다. 또한, 외부 바이어스 만곡형 그루브(1020)은 연마 영역(1030, 1032 및 1034) 내의 랜드 부분 상에서 연마 유체 유동을 균형화하는 역할을 한다.
만곡형 방사상 피더 그루브(1014 및 1016)를 갖는 도 10에 대한 바이어스 각도를 측정하는 것은 방사상 파선(Ra 및 Rb)을 2등분하는 2등분 가상선(B10)과 함께 방사상 파선(Ra 및 Rb)을 그리는 것을 요구한다. 이는 2등분선(B10)과 교차하는 외부 바이어스 그루브(1040)에 대한 바이어스 각도(θ)를 예시한다. 코드(Ra1 및 Rb1)는 동일한 길이를 가지고, 각각 평행한 방사선(Ra 및 Rb)이다. 파선(Ra1 -Rb1)은 코드(Ra1 및 Rb1)의 단부를 연결하고, 바이어스 그루브(1040)에서 2등분선(B9)과 교차한다. 그루브(1040)에 대한 바이어스 각도는 2등분선(B10)과 그루브(1040)의 단부를 연결하는 선 사이의 각도 또는 θ이다. 이러한 구현예는 연마 영역(1000)으로부터 더 멀리 이격된 각각의 바이어스 그루브와 함께 증가하는 θ를 가진다.
도 11, 11a 및 11b을 참조하면, 연마 패드(1100)는 계단형 방사상 피더 그루브(1110, 1112, 1114 및 1116)을 포함한다. 이러한 형상은 연마 유체의 외부 유동을 감속시켜 시계방향 회전 동안 외부 바이어스 그루브(1120, 1122 및 1124)에 대한 연마 유체 분배를 개선하고, 외부로의 유동을 가속시켜 반시계방향 회전 동안 외부 바이어스 그루브(1120, 1122 및 1124)에 대한 연마 유체 분배를 개선한다. 대안적으로, 방사상 피더 그루브는 반대 영향을 위해 시계방향으로 만곡될 수 있다 (미도시됨). 이러한 형상은 연마 유체의 외부로의 유동을 가속화하여 반시계방향 회전 동안 외부 바이어스 그루브(1120, 1122 및 1124)에 대한 연마 유체 분배를 개선하고, 외부로의 유동을 감속시켜 시계방향 회전 동안 외부 바이어스 그루브(1120, 1122 및 1124)로의 연마 유체 분배를 감소시킨다. 외부 만곡형 방사상 바이어스 그루브(1120), 내부 방사상 바이어스 그루브(1122) 및 내부 평행한 방사상바이어스 그루브(1124) 모두는 웨이퍼 아래에서의 연마 유체의 체류 시간을 조정하고, 연마 프로파일을 미세조정하는 역할을 한다. 또한, 플래턴 또는 웨이퍼 회전 속도를 조정함으로써 가장자리 프로파일을 조정하는 것이 가능하다. 예를 들면, 플래턴 또는 웨이퍼 속도를 증가시키는 것은 중심 급속 연마(center fast polishing)를 평면 프로파일(flat profile)로 변화시킬 수 있다. 이러한 효과는 웨이퍼가 연마 패드의 중심과 가장자리 사이에서 진동하지 않은 경우에 보다 많이 언급되고 있다.
도 11을 참조하면, 가상선(11-11)은 단일 바이어스 그루브를 연결한다. 2등분선(B11-1)에서 가상선(11-11)과 방사상 피더 그루브(1114 및 1116)의 각도는 연마 영역의 제1 부분에 대한 바이어스 각도 또는 θ1을 나타낸다. 연마 영역의 이러한 부분은 연마 패드의 중심으로부터 이격된 각각의 바이어스 그루브에 대해 감소되는 바이어스 각도를 가진다.
제2 영역은 방사상 선(Ra 및 Rb) 및 방사상 선(Ra 및 Rb)을 2등분하는 B11-2 를 그리는 것을 필요로 한다. 방사상 코드(Ra1 및 Rb1)는 동일한 길이를 가지고, 평행한 방사상 선(Ra 및 Rb)이고, 각각 파선(B11-2)은 이러한 방사상 코드의 2등분을 나타낸다. 가상선(Ra1 -Rb1)은 Ra1 및 Rb1을 연결하고, 바이어스 그루브(1130)과 2등분선(B11-2)의 교차점을 통과한다. 2등분선(B11-2)과 바이어스 그루브(1130)의 단부를 연결하는 선의 교차점은 바이어스 각도 또는 θ2를 나타낸다. 또한, 연마 영역의 이러한 부분은 연마 패드의 중심으로부터 이격된 각각의 바이어스 그루브에 대해 감소되는 바이어스 각도를 가진다.
도 12 및 12a를 참조하면, 연마 패드(1200)는 각각 방사상 피더 그루브(1210, 1220, 1230 및 1240)를 연결하는 일련의 계단형 바이어스 그루브(1202 및 1204)를 포함할 수 있다. 계단형 바이어스 그루브(1202 및 1204)는 각각 예시 목적을 위해 파선에 의해 나누어진 세그먼트(1204a 및 1204b)를 갖는 세그먼트(1202a 및 1202b 및 1204)를 가진다. 도 12는 그루브 세그먼트(1202a 및 1202b)의 동일한 부분으로 나누어진 내부 바이어스 계단형 그루브(1202)를 가진다. 이러한 구조에서, 슬러리는 우선 그루브 세그먼트(1202a)를 통해 쉘로우 바이어스(shallow bias)로, 이후 증가된 속도로 더 가파른 경사도를 갖는 그루브 세그먼트(1202b)를 통해 이동한다. 도 12a는 그루브 세그먼트(1204a 및 1204b)의 비동일한 부분으로 나누어진 바이어스 계단형 그루브(1204)를 가진다. 이러한 구조에서, 슬러리는 우선 그루브 세그먼트(1204a)를 통해 경사진 바이어스로, 이후 감소된 속도로 더 완만한 경사도를 갖는 그루브 세그먼트(1204b)를 통해 이동한다. 세그먼트 이격 및 경사도를 사용하여 웨이퍼 프로파일 및 가장자리 프로파일을 조정하는 것이 가능하다.
도 13을 참조하면, 연마 패드(1300)는 인접한 계단형 방사상 피더 그루브(1310, 1320 1330 및 1340)를 상호연결하는 외부 바이어스 계단형 그루브(1302)를 포함한다. 계단형 바이어스 그루브(1302)는 예시 목적을 위해 파선으로 각각 나누어진 세그먼트(1302a 및 1202b)를 가진다. 방사상 피더 그루브 및 계단형 바이어스 그루브 모두에 대한 계단의 위치 및 계단에서의 기울기는 연마 제거 속도, 웨이퍼 프로파일, 및 가장자리 프로파일에 영향을 준다.
도 14, 14a, 14b 및 14c를 참조하면, 연마 패드는 상이한 피치 또는 상이한 단면 부분을 갖는 2개 이상의 그루브 영역을 포함할 수 있다. 도 14, 14a, 14c 모두는 하기와 같은 3개의 영역을 갖는 내부 공간 영역을 포함한다: (a) 제1 법선 피치에서의 그루브, (b) 증가된 피치에서의 그루브 및 (c) 영역(a)와 동일한 피치에서의 그루브. 이러한 그루브 공간은 중심 급속 웨이퍼 프로파일을 근절하는데 유효하다. 웨이퍼 프로파일의 미세조정은 각각의 그루브 영역의 폭 및 각각의 그루브 영역 내의 그루브의 밀도를 조정함으로써 가능하다. 그루브 공간을 조정하는 것은 웨이퍼 가장자리 프로파일을 개선하는데 특별한 영향을 준다. 도 14에서 보여지는 바와 같이, 바이어스 그루브는 평행한 선형 그루브, 평행한 만곡형 그루브 또는 계단형 그루브일 수 있다. 이러한 그루브는 동일하거나 동일하지 않은 공간을 가질 수 있다.
도 15, 15a, 15b, 및 15c를 참조하면, 연마 패드는 상이한 피치 또는 상이한 단면적을 갖는 2개 이상의 그루브 영역을 포함할 수 있다. 도 15, 15a, 15b, 및 15c 모두는 하기와 같은 3개의 영역을 갖는 내부 공간 영역을 포함한다: (A) 제1 증가된 피치에서의 그루브, (B) 법선 피치에서의 그루브 및 (C) 영역(A)와 동일한 피치에서의 그루브. 이러한 그루브 공간은 중심 저속 웨이퍼 프로파일을 근절하는데 유효하다. 웨이퍼 프로파일의 미세조정은 각각의 그루브 영역의 폭 및 각각의 그루브 영역 내의 그루브의 밀도를 조정함으로써 가능하다. 그루브 공간을 조정하는 것은 웨이퍼 가장자리 프로파일을 개선하는데 특별한 영향을 준다. 도 15에서 보여지는 바와 같이, 바이어스 그루브는 평행한 선형 그루브, 평행한 만곡형 그루브 또는 계단형 그루브일 수 있다. 이러한 그루브는 동일하거나 동일하지 않은 공간을 가질 수 있다.

Claims (10)

  1. 반도체 기판, 광학 기판 및 자성 기판 중의 적어도 하나의 웨이퍼를 연마하거나 또는 평탄화시키기 위한 방법으로서,
    연마 패드를 회전시키는 단계로서, 상기 연마 패드는 폴리머 매트릭스 및 일정 두께를 갖는 연마층으로서, 중심, 외부 가장자리 및 상기 연마 패드의 중심으로부터 외부 가장자리까지 연장되는 반경을 포함하는, 상기 연마층; 상기 연마층을 연마 영역으로 나누는 상기 연마층 내 방사상 피더 그루브(radial feeder groove)로서, 적어도 상기 중심에 인접한 위치로부터 상기 외부 가장자리에 인접한 위치까지 연장되는, 상기 방사상 피더 그루브; 및 한 쌍의 인접한 방사상 피더 그루브를 접속시키는 일련의 바이어스 그루브를 포함하는 각각의 연마 영역으로서, 복수개의 바이어스 그루브는 상기 연마 패드의 상기 중심을 향하는 내향 바이어스 또는 상기 연마 패드의 상기 외부 가장자리를 향하는 외향 바이어스를 가지며, 두 내향 및 외향 바이어스 그루브는 내향 바이어스 또는 외향 바이어스 및 상기 연마 패드의 회전의 방향에 따라 상기 연마 패드의 상기 외부 가장자리를 향하여 그리고 상기 웨이퍼를 향하거나 또는 상기 웨이퍼로부터 멀어지도록 연마 유체를 이동시키는, 상기 연마 영역을 갖는, 상기 연마 패드를 회전시키는 단계;
    상기 회전하는 연마 패드 상에 그리고 상기 방사상 피더 그루브 및 상기 일련의 바이어스 그루브 내로 연마 유체를 분배시키는 단계; 및
    상기 연마 패드의 중심으로부터 고정된 거리에서 상기 연마 패드의 다수의 회전 동안 상기 회전하는 연마 패드에 대해 상기 웨이퍼를 가압하여 회전시키는 단계로서, 상기 웨이퍼는 상기 연마 패드의 상기 외부 가장자리, 그 다음 상기 연마 패드의 상기 중심에 더 근접되어 상기 웨이퍼의 적어도 하나의 성분의 제거 속도를 증가시키는, 상기 웨이퍼를 가압하여 회전시키는 단계
    를 포함하는, 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 연마 패드를 회전시키는 단계는 사용된 연마 유체를 상기 일련의 바이어스 그루브의 일부를 통해 상기 연마 패드의 상기 외부 가장자리 위로 이송시켜 상기 웨이퍼 아래에서 새로운 연마 유체의 유동을 가능하게 하는, 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 일련의 바이어스 그루브는 상기 웨이퍼 아래에서의 상기 연마 유체의 체류 시간을 증가시키는 평행한 그루브들을 나타내는, 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 일련의 바이어스 그루브는 상기 웨이퍼 아래에서의 상기 연마 유체의 체류 시간을 감소시키는 평행한 그루브들을 나타내는, 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 연마 패드를 회전시키는 단계는 상기 웨이퍼를 하나의 방사상 피더 그루브 위와 2개의 방사상 피더 그루브 위 간에 교번시키는, 방법.
  6. 반도체 기판, 광학 기판 및 자성 기판 중의 적어도 하나의 웨이퍼를 연마하거나 또는 평탄화시키기 위한 방법으로서,
    연마 패드를 회전시키는 단계로서, 상기 연마 패드는 폴리머 매트릭스 및 일정 두께를 갖는 연마층으로서, 중심, 외부 가장자리 및 상기 연마 패드의 중심으로부터 외부 가장자리까지 연장되는 반경을 포함하는, 상기 연마층; 상기 연마층을 연마 영역으로 나누는 상기 연마층 내 방사상 피더 그루브로서, 상기 연마 영역은 2개의 인접한 방사상 피더 그루브에 의해 획정되는 부채꼴이고, 2등분선이 상기 연마 영역을 2등분하며, 적어도 상기 중심에 인접한 위치로부터 상기 외부 가장자리에 인접한 위치까지 연장되는, 상기 방사상 피더 그루브; 및 한 쌍의 인접한 방사상 피더 그루브를 접속시키는 일련의 바이어스 그루브를 포함하는 각각의 연마 영역으로서, 복수개의 바이어스 그루브는 상기 2등분선으로부터 20° 내지 85°의 각도로 상기 연마 패드의 상기 중심을 향하는 내향 바이어스 또는 상기 2등분선으로부터 95° 내지 160°의 각도로 상기 연마 패드의 상기 외부 가장자리를 향하는 외향 바이어스를 가지며, 두 내향 및 외향 바이어스 그루브는 내향 바이어스 또는 외향 바이어스 및 상기 연마 패드의 회전의 방향에 따라 상기 연마 패드의 상기 외부 가장자리를 향하여 그리고 상기 웨이퍼를 향하거나 또는 상기 웨이퍼로부터 멀어지도록 연마 유체를 이동시키는, 상기 연마 영역을 갖는, 상기 연마 패드를 회전시키는 단계;
    상기 회전하는 연마 패드 상에 그리고 상기 방사상 피더 그루브 및 상기 일련의 바이어스 그루브 내로 연마 유체를 분배시키는 단계; 및
    상기 연마 패드의 상기 중심으로부터 고정된 거리에서 상기 연마 패드의 복수의 회전 동안 상기 회전하는 연마 패드에 대해 상기 웨이퍼를 가압하여 회전시키는 단계로서, 상기 웨이퍼는 상기 연마 패드의 상기 외부 가장자리, 그 다음 상기 연마 패드의 상기 중심에 더 근접되어 상기 웨이퍼의 적어도 하나의 성분의 제거 속도를 증가시키는, 상기 웨이퍼를 가압하여 회전시키는 단계
    를 포함하는, 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 연마 패드를 회전시키는 단계는 사용된 연마 유체를 상기 일련의 바이어스 그루브의 일부를 통해 상기 연마 패드의 상기 외부 가장자리 위로 이송시켜 상기 웨이퍼 아래에서 새로운 연마 유체의 유동을 가능하게 하는, 방법.
  8. 제6항에 있어서, 상기 일련의 바이어스 그루브는 상기 웨이퍼 아래에서의 상기 연마 유체의 체류 시간을 증가시키는 평행한 그루브들을 나타내는, 방법.
  9. 제6항에 있어서, 상기 일련의 바이어스 그루브는 상기 웨이퍼 아래에서의 상기 연마 유체의 체류 시간을 감소시키는 평행한 그루브들을 나타내는, 방법.
  10. 제6항에 있어서, 상기 연마 패드를 회전시키는 단계는 상기 웨이퍼를 하나의 방사상 피더 그루브 위와 2개의 방사상 피더 그루브 위 간에 교번시키는, 방법.
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