KR20220048774A - Cmp 패드 컨디셔너 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 CMP 패드 컨디셔너는, 소정 두께를 갖는 원판형의 모재와, 상기 모재의 상부에 형성되며, CMP 패드와의 선접촉이 가능한 칼날형 돌기를 포함하고, 상기 칼날형 돌기의 칼날 형상에 의한 선접촉을 통해 패드 컨디셔닝이 수행된다.

Description

CMP 패드 컨디셔너 및 그 제조 방법{CMP PAD CONDITIONER AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}

본 발명은 CMP 패드(PAD) 컨디셔너에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 패드 컨디셔너의 돌기(또는 인선)를 칼날(KNIFE)과 같은 형태로 형성하여 패드와의 선접촉에 의해 패드 컨디셔닝을 실시할 수 있는 CMP 패드 컨디셔너 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

알려진 바와 같이, CMP(화학기계적 연마, Chemical Mechanical Polishing) 공정은 화학기계적인 평탄화 작업을 의미하는 것으로, 반도체 소자의 제조공정 중에 웨이퍼(Wafer)의 표면을 평탄화하는 공정이다.

즉, CMP는 반도체 소자화 공정(예컨대, 절연막 공정 후, 층간배선 스퍼터링 공정 후 등) 중에 생기는 요철 표면의 돌출부를 선택적으로 제거하여 웨이퍼의 표면을 평탄화하는 공정이다.

그리고, 이종 재료, 예컨대 Al, Cu, W 등의 금속배선과 산화물 및 질화물 등의 절연막의 이종 재료를 동시에 균일하게 제거할 때에도 CMP 공정이 이용될 수 있다.

CMP 공정은 기계(MACHINE), 패드(PAD), 슬러리(SLURRY)로 구성되는데, CMP 공정 중 웨이퍼 상부 요철 표면의 돌기를 제거하는 것은 우레탄 패드 위에 주입된 슬러리와 패드에 의해 이루어진다, CMP 공정을 진행함에 따라 슬러리 및 연마 잔유물에 의하여 패드 표면에 눈막힘이 발생하게 되는데, 이러한 눈막힘은 웨이퍼의 제거율(REMOVAL RATE) 및 균일도(UNIFORMITY)를 급속히 떨어뜨린다.

따라서, 이러한 패드 눈막힘을 제거하여 안정된 가공을 지속시키기 위해서는 CMP 패드 컨디셔너의 사용이 필수적이다. 즉, CMP 연마시 패드의 재현성을 유지하기 위하여 CMP 패드 컨디셔너를 사용한다.

CMP 패드 컨디셔너는 다이아몬드 디스크(Diamond Disk) 형태로 CMP 공정 중 일정한 제거율을 유지하기 위해서 일정한 다운 포스(Down Force)와 회전(Rotation)으로 패드 전면을 스윕(Sweep)하고, 슬러리를 패드 전면에 골고루 분배하는데, 이러한 CMP 패드 컨디셔너의 필요조건은 아래와 같다.

- 안정적인 웨이퍼 제거율

- 웨이퍼 균일도 최소화

- 패드 마모량 최소화

- 웨이퍼 노 스트래치(NO SCRATCH)

- 웨이퍼를 화학적으로 오염시키지 않음

도 1의 (a), (b) 및 (c)는 종래 CMP 패드 컨디셔너의 예시를 보여주는 사진이다.

도 1의 예시에 따른 종래 CMP 패드 컨디셔너를 제조 방법은 금속 모재의 기준 표면에 수천에서 수십만 개의 인조 다이아몬드 지립(지립 크기 50-200미크론)을 배열(돌기 형태)하고, 배열된 지립을 Ni 전기도금 또는 브레이징 메탈(Ni-Cr 합금)을 이용하는 진공 브레이징 공법으로 금속 모재에 고착하여 CMP 패드 컨디셔너를 제조하였다.

다른 형태의 종래의 CMP 패드 컨디셔너 제조 방법은 세라믹 또는 초경재질의 모재에 레이저(LASER)를 이용하여 수십∼수백 미크론 크기의 돌기를 수천∼수십만 개 성형하고, 돌기 및 기저에 CVD(화학기상 증착법)를 이용하여 다이아몬드 박막을 증착하는 공정으로 CMP 패드 컨디셔너를 제조하였다.

이러한 종래의 CMP 패드 컨디셔너는 모두 돌기를 이용하여 CMP 패드 상부를 컨디셔닝 또는 드레싱하는 공구로서 금속 모재 상에 다수의 인조 다이아몬드 지립이 고착된 구조로 제작되어 있다.

종래의 CMP 패드 컨디셔너에 형성되는 다수의 돌기는 다이아몬드 지립의 크기 및 형태가 모두 상이하고, 또한 부착시 일정한 방향으로 부착이 근본적으로 불가능하기 때문에 재현성이 확보된 CMP 패드 컨디셔너 제조가 불가능하다는 문제가 있다.

또한, 종래의 다이아몬드 돌기는 둔각의 형태로 패드와 접촉하기 때문에 효과적인 패드 컨디셔닝이 근본적으로 불가능하다는 문제가 있다.

또한, Ni 도금, 진공 브레이징 공법으로 제작된 종래의 CMP 패드 컨디셔너는 종종 다이아몬드 지립이 금속 모재에서 탈락하여 패드 상부에 위치하여 웨이퍼에 스크래치가 대량으로 발생하게 하는 문제가 있다.

또한, CMP 공정시 사용되는 슬러리 내부의 화학제에 의하여 용해된 금속 모재(Ni, Cr 등)는 웨이퍼를 화학적으로 오염시켜는 역할을 할 수가 있다.

그리고, CMP 컨디셔너에 있는 수천∼수십만 개(수십∼수백 미크론 크기)의 돌기는 50∼500 미크론 간격으로 배치되어 있어, CMP 패드 컨디셔닝시 슬러리를 효과적으로 패드에 분배하고 패드 잔유물(Debris)을 효과적으로 제거하지 못하는 문제가 있다.

한국공개특허 제10-2012-026709호(공개일: 2012. 03. 20.)

본 발명은, 패드 컨디셔너의 돌기(또는 인선)를 칼날(KNIFE)과 같은 형태로 형성하여 패드와의 선접촉에 의해 패드 컨디셔닝을 실시할 수 있는 CMP 패드 컨디셔너 및 그 제조 방법을 제공하고자 한다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 상기에서 언급한 것으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 해결하고자 하는 과제는 아래의 기재들로부터 본 발명이 속하는 통상의 지식을 가진 자에 의해 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명은, 일 관점에 따라, 소정 두께를 갖는 원판형의 모재와, 상기 모재의 상부에 형성되며, CMP 패드와의 선접촉이 가능한 칼날형 돌기를 포함하고, 상기 칼날형 돌기의 칼날 형상에 의한 선접촉을 통해 패드 컨디셔닝이 수행되는 CMP 패드 컨디셔너를 제공할 수 있다.

본 발명의 상기 칼날형 돌기는, PCD(Poly Crystalline Diamond), 초경 , 초경 또는 세라믹에 CVD 코팅된 재질 중 어느 하나로 만들어질 수 있다.

본 발명의 상기 칼날형 돌기는, 상기 모재의 상부에 그 중심축을 기준으로 일정한 간격을 가지고 둘러싸는 형태로 적어도 2개 이상 형성되는 칼날형 돌기 그룹으로 구성될 수 있다.

본 발명의 상기 모재의 중심 방향으로 향하는 칼날형 돌기의 성형 각도는, -87 내지 +87도의 범위를 가질 수 있다.

본 발명의 상기 칼날형 돌기의 에지(EDGE)는, 1-30미크론의 R형상으로 가공된 구조일 수 있다.

본 발명의 상기 모재는, 금속 모재(SUS) 또는 고분자 화합물 중 어느 하나일 수 있다.

본 발명의 상기 고분자 화합물은, PEEK(빅트렉스 고기능성 피크폴리머), PE, PP, MC 라이론, 베크라이트, 테프론 중 어느 하나일 수 있다.

본 발명의 상기 칼날형 돌기는, 우레탄 또는 에폭시 수지 접착제에 의해 상기 모재에 부착될 수 있다.

본 발명은, 다른 관점에 따라, 소정 두께를 갖는 원판형의 모재를 준비하는 단계와, CMP 패드와의 선접촉이 가능한 칼날형 돌기를 상기 모재의 상부에 형성하는 단계를 포함하고, 상기 칼날형 돌기의 칼날 형상에 의한 선접촉을 통해 패드 컨디셔닝이 수행되는 CMP 패드 컨디셔너의 제조 방법을 제공할 수 있다.

본 발명의 상기 칼날형 돌기는, 특정 형상으로 성형된 칼날 형상으로 제작되어 접착제에 의해 상기 모재의 상부에 부착될 수 있다.

본 발명의 상기 접착제는, 우레탄 또는 에폭시 수지 중 어느 하나일 수 있다.

본 발명의 상기 칼날형 돌기는, 다결정 다이아몬드(PCD: Poly Crystalline Diamond)를 사용하여 패드 컨디셔너의 인선 형태가 칼날 형상으로 제작될 수 있다.

본 발명의 상기 칼날형 돌기는, CVD를 이용한 다이아몬드 박막 증착 공법으로 상기 모재의 상부에 형성될 수 있다.

본 발명의 상기 칼날형 돌기는, 특정 형태로 가공 성형한 초경 모재를 이용하여 칼날 형태로 형성하는 방법을 통해 상기 모재의 상부에 형성될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 패드 컨디셔너의 돌기(또는 인선)를 칼날(KNIFE)과 같은 형태로 형성하여 패드와의 선접촉에 의한 패드 컨디셔닝을 수행함으로써, 패드 컨디셔닝의 효율성을 대폭적으로 증진시킬 수 있다.

도 1a 내지 도 1c는 종래 CMP 패드 컨디셔너의 예시를 보여주는 사진이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 CMP 패드 컨디셔너의 평면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 CMP 패드 컨디셔너의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따라 제작된 CMP 패드 컨디셔너의 예시 사진이다.
도 5의 (a) 및 (b)는 CMP 컨디셔너 칼날들의 측면을 예시적으로 각각 보여주는 도면이다.
도 6a 및 도 6b는 다결정 다이아몬드(PCD)의 예시를 보여주는 사진이다.
도 7a 및 도 7b는 단결정 다이아몬드의 예시를 보여주는 사진이다.

먼저, 본 발명의 장점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어지는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 여기에서, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명의 범주를 명확하게 이해할 수 있도록 하기 위해 예시적으로 제공되는 것이므로, 본 발명의 기술적 범위는 청구항들에 의해 정의되어야 할 것이다.

아울러, 아래의 본 발명을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성 등에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들인 것으로, 이는 사용자, 운용자 등의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있음은 물론이다. 그러므로, 그 정의는 본 발명의 설명 전반에 걸쳐 기술되는 기술사상을 토대로 이루어져야 할 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 CMP 패드 컨디셔너의 평면도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 CMP 패드 컨디셔너의 단면도이다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 본 실시예의 CMP 패드 컨디셔너는 소정 두께를 갖는 원판형의 모재(202)와 이 모재(202) 상에 형성되는 다수의 칼날형 돌기(204)를 포함할 수 있다. 여기에서, 칼날형 돌기(204)는 칼날형 인선으로 정의될 수 있다.

모재(202)로서는, 기존의 금속모재(SUS) 또는 예컨대 슬러리의 화학재에 반응하지 않는 고분자 화합물(예컨대, PEEK(빅트렉스 고기능성 피크폴리머), PE, PP, MC 라이론, 베크라이트, 테프론 등) 등이 사용될 수 있는데, 모재(202)로 고분자 화합물을 사용하는 이유는 모재 침식에 의해 웨이퍼에 스크래치가 유발되거나 혹은 부식된 금속화합물에 의한 웨이퍼의 화학적 오염을 근본적으로 방지하기 위해서이다.

칼날형 돌기(204)는 모재(202)의 상부에 그 중심축을 기준으로 소정의 간격을 가지고 둘러싸는 형태로 다수개가 형성될 수 있는데, 이러한 칼날형 돌기(204)는, 예컨대 1개 내지 수백 개(예컨대, 500개 등)로 구성될 수 있다. 여기에서, 2개 이상의 칼날형 돌기는, 예컨대 칼날형 돌기 그룹으로 정의될 수 있다.

칼날형 돌기(204)는, 예컨대 PCD(Poly Crystalline Diamond), 초경 , 초경 또는 세라믹에 CVD 코팅된 재질 중 어느 하나로 만들어질 수 있으며, 일례로서 도 2에서 A-A'단면의 우측 확대도에서와 같이, 소정의 각도(성형 각도)를 갖는 칼날 형상으로 제작될 수 있다.

예컨대, 본 실시예에서는 6개의 칼날형 돌기가 일정 간격을 가지고 모재의 상부에 형성되는 것으로 도시하고 있으나, 이것은 설명의 편의와 이해의 증진을 위한 예시적인 제시일 뿐 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 모재 상부의 칼날형 돌기는 1개 내지 수백 개가 형성될 수 있다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따라 제작된 CMP 패드 컨디셔너, 예컨대, 6개의 칼날형 돌기가 모재의 상부에 소정의 간격을 가지고 모재의 중심을 둘러싸는 형태로 형성된 CMP 패드 컨디셔너의 예시 사진이다.

본 실시예에 따른 패드 컨디셔너의 칼날형 돌기는 칼날(KNIFE)과 같은 형태를 갖기 때문에 패드와의 선접촉에 의하여 패드 컨디셔닝이 실시될 수 있다.

반면에, 종래의 패드 컨디셔너는 수천∼수십만 개(수십∼수백 미크론 크기)의 돌기의 점접촉에 의하여 패드 컨디셔닝이 실시된다. 여기에서, 종래의 패드 컨디셔너는 다이아몬드 지립을 금속 모재에 부착만 하고 다이아몬드 지립인 칼날(돌기, 인선) 자체를 가공하지는 않는다.

칼날형 돌기의 형상으로 패드 컨디셔너를 제작하는 이유는 패드 표면의 눈막힘을 제거하고, 연마 잔유물을 제거함과 더불어 슬러리를 패드에 효과적으로 분배하기 위해서이다.

이러한 칼날형 돌기는 특정한 형상으로 칼날처럼 가공하는 방식으로 아래와 같은 규격 및 개수로 제작될 수 있다.

칼날형 돌기의 길이: 1-300mm

칼날형 돌기의 수량: 1-500개

칼날형 돌기의 성형 각도 범위: -87 ∼ +87도

칼날형 돌기 에지(EDGE) 처리: 칼날형 돌기의 에지는 미세한 R현상(예컨대, R 1-30미크론)으로 가공

도 5의 (a) 및 (b)는 임의의 각도를 갖는 CMP 컨디셔너 칼날들(칼날형 돌기들)의 측면을 예시적으로 각각 보여준다.

도 5의 (a)를 참조하면, 칼날형 돌기(204)의 각도는 70 내지 87도의 각도 중 칼날의 각도가 70도에 가까울수록 CMP 패드가 더 잘 절삭될 수 있으며, 3 내지 30도는 칼날이 패드와 만나는 여유 각도를 의미할 수 있다.

도 5의 (b)를 참조하면, 우축의 70 내지 87도의 칼날은 패드를 절삭하는 절삭날로서 기능하는 것인 반면에, 좌측의 -70 내지 +87도의 칼날은 절삭은 잘 되지 않지만 패드를 일정하게 눌러주는 역할을 하는 각도를 의미할 수 있다.

즉, 본 발명의 실시예에 따른 CMP 패드 컨디셔너는 도 5의 (a) 또는 (b)의 형상을 갖는 칼날형 돌기가 적용될 수 있다.

본 실시예에 따르면, 일례로서 도 6a 및 도 6b에 도시된 바와 같이, 1∼50㎛ 크기의 다이아몬드 분말을 고온, 고압으로 소결하여 다이아몬드 지립간 결합을 시킨 다결정 다이아몬드(PCD: Poly Crystalline Diamond)를 사용하여 CMP 패드 컨디셔너를 제작할 수 있다.

반면에, 종래의 패드 컨디셔너는, 일례로서 도 7a 및 도 7b에 도시된 바와 같이, 50∼500㎛ 크기의 단결정 다이아몬드를 사용한다.

칼날형 돌기(204)는 특정 형상으로 성형된 칼날을 모재(202)의 상부에, 예컨대 우레탄 또는 에폭시 수지 등의 접착제로 부착할 수 있다. 여기에서, 접착제로 사용되는 고분자 화합물은 CMP 패드 성분과 유사한 고분자 화합물이므로 CMP 슬러리에 부식되지 않아 화학적 오염 발생 요소가 없다는 장점을 갖는다.

종래의 패드 컨디셔너는 다이아몬드 지립(돌기)을 모재에 부착하는 방법으로서 Ni 전기도금 또는 Ni-Cr을 이용한 진공 브레이징 공법을 사용하는데, 이러한 금속은 CMP 슬러리에 부식되어 웨이퍼의 화학적 오염 발생 요소로 작용할 수 있다.

종래의 CMP 컨디셔너는 모재로서 금속 모재(스텐인레스강)를 사용하고, 그 상부에 니켈도금을 이용하여 돌기를 부착하는 방법을 사용하기 때문에 금속 모재 및 Ni 도금층이 슬러리에 침식되어 다이아몬드 돌기가 탈락하여 웨이퍼에 스크래치를 유발하는 문제가 있으며, 또한 부식된 금속화합물은 웨이퍼의 화학적 오염 원인이 된다.

본 발명에 따르면, 패드 컨디셔너의 칼날형 돌기(칼날형 인선)를 제조하는 다른 예로서 칼날의 재료로 특정한 형태로 가공 성형한 초경 또는 세라믹 재질의 모재에 CVD를 이용한 다이아몬드 박막 증착 공법으로 칼날형 돌기(칼날형 인선)를 형성하는 방법으로 CMP 패드 컨디셔너를 제작할 수 있다.

본 발명에 따르면, 패드 컨디셔너의 칼날형 돌기(칼날형 인선)를 제조하는 다른 예로서 칼날의 재료로 특정한 형태로 가공 성형한 초경 모재를 이용하여 칼날형 돌기를 형성 방법으로 CMP 패드 컨디셔너를 제작할 수 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경 등이 가능함을 쉽게 알 수 있을 것이다. 즉, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것으로서, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다.

따라서, 본 발명의 보호 범위는 후술되는 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

202 : 모재
204 : 칼날형 돌기

Claims (7)

1. 소정 두께를 갖는 원판형의 모재와,
   상기 모재의 상부에 형성되며, CMP 패드와의 선접촉이 가능한 칼날형 돌기를 포함하고,
   상기 칼날형 돌기의 칼날 형상에 의한 선접촉을 통해 패드 컨디셔닝이 수행되는
   CMP 패드 컨디셔너.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 칼날형 돌기는,
   PCD(Poly Crystalline Diamond), 초경 , 초경 또는 세라믹에 CVD 코팅된 재질 중 어느 하나로 만들어진
   CMP 패드 컨디셔너.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 칼날형 돌기는,
   상기 모재의 상부에 그 중심축을 기준으로 일정한 간격을 가지고 둘러싸는 형태로 적어도 2개 이상 형성되는 칼날형 돌기 그룹으로 구성되는
   CMP 패드 컨디셔너.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 모재의 중심 방향으로 향하는 칼날형 돌기의 성형 각도는,
   -87 내지 +87도의 범위를 갖는
   CMP 패드 컨디셔너.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 칼날형 돌기의 에지(EDGE)는,
   1-30미크론의 R형상으로 가공된 구조인
   CMP 패드 컨디셔너.
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 모재는,
   금속 모재(SUS) 또는 고분자 화합물 중 어느 하나인
   CMP 패드 컨디셔너.
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 고분자 화합물은,
   PEEK(빅트렉스 고기능성 피크폴리머), PE, PP, MC 라이론, 베크라이트, 테프론 중 어느 하나인
   CMP 패드 컨디셔너.

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