WO2020242172A1 - 패턴구조를 갖는 화학기계적 연마용 패드 - Google Patents

패턴구조를 갖는 화학기계적 연마용 패드 Download PDF

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WO2020242172A1
WO2020242172A1 PCT/KR2020/006781 KR2020006781W WO2020242172A1 WO 2020242172 A1 WO2020242172 A1 WO 2020242172A1 KR 2020006781 W KR2020006781 W KR 2020006781W WO 2020242172 A1 WO2020242172 A1 WO 2020242172A1
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WO
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polishing pad
unit
pad
mechanical polishing
pattern structure
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PCT/KR2020/006781
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김형재
김도연
이태경
강필식
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한국생산기술연구원
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    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
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    • B24B37/042—Lapping machines or devices; Accessories designed for working plane surfaces operating processes therefor
    • B24B37/044—Lapping machines or devices; Accessories designed for working plane surfaces operating processes therefor characterised by the composition of the lapping agent
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    • B24B37/22—Lapping pads for working plane surfaces characterised by a multi-layered structure
    • H—ELECTRICITY
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    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere

Definitions

  • the present invention relates to a chemical mechanical polishing pad, and more particularly, to a chemical mechanical polishing pad having a pattern structure to have a uniform polishing performance.
  • the chemical mechanical polishing (CMP) process is a process in which a substrate (wafer, etc.) to be processed is processed while applying pressure and rotation to the surface of the pad, which is a rotating counterpart, and polishes the surface of the substrate by supplying a polishing liquid. It is a process to do.
  • polishing pad it is common to use a plate-like polymer polymer as a polishing pad in a conventional chemical mechanical polishing process.
  • conventional polishing pads use a polymer polymer including pores, abrasives, fibers, or the like in the pad material, or a combination thereof.
  • polishing pad In order to maintain the polishing performance during polishing, such a polishing pad must create a topography on the pad surface by scratching the surface of the pad by using a rough conditioning plate with diamond particles attached thereto.
  • Existing polishing pads could have polishing performance by continuously maintaining topography or surface roughness only in this way.
  • grooves are formed along the trajectory of the movement of the diamond cutting particles through the conditioning process, and protrusions are formed in the region where the diamond particles do not pass, resulting in irregularities.
  • the grooves serve as a supply path for the polishing liquid, and the protrusions perform direct polishing by contacting the substrate to be polished or the wafer or various polishable substrates, but not limited thereto.
  • the polishing performance is determined according to the density and size of the grooves and protrusions, the polishing performance can be uniformly maintained only when conditioning is continuously performed during polishing.
  • these grooves are generally formed into V-shaped grooves by a conical structure in the shape of diamond particles, and conversely, the shape of the protrusion is generally formed in a conical triangular shape under the influence of diamond particles.
  • the conditioning process includes various variables such as the conditioner's diamond size, density, size distribution, and shape of the conditioner, as well as the rotational speed, pressure, sweep profile, and stability of the device, so that the projections and grooves of the polishing pad are always constant. It has a disadvantage that it is difficult to maintain as conditions. Among these, conditioners are consumables and must be replaced continuously, so it is difficult to always expect consistent performance.
  • the conventional pad has a problem in that it is difficult to adjust the shape and size of the protrusion to suit specific polishing conditions. For example, it may be required to have a specific surface topography in order to obtain optimal polishing characteristics depending on the size, density, and material of the irregularities on the surface of the substrate to be processed, but only using a conditioning plate with diamonds is an appropriate target. It is difficult to obtain the performance. Because the topography or surface roughness of the polishing pad is a complex process that is determined by the conditioner's diamond size, density, size distribution, shape of the conditioner, and the rotational speed, pressure, sweep profile, and stability of the device in the conditioning process. It is difficult to control it because it has.
  • the need for a polishing pad having a controlled surface topography capable of responding to various surface irregularities as described above in a semiconductor process or a precision polishing process is increasing, and the need for a stable pad in which the pad cross-section topography does not change over time is also required. Is increasing. In addition, there is an increasing technical demand for freely designing and manufacturing such pads.
  • FIG. 22 is an exemplary view showing a conventional polishing pad.
  • the conventional polishing pad 1 is made of a pad made of a single material, and polishing is performed by following the shape of the wafer. There were difficulties.
  • a polishing pad is required for polishing to be performed while following the surface shape of the wafer.
  • An object of the present invention for solving the above problems is to provide a chemical mechanical polishing pad having a pattern structure for improving wafer surface followability and having uniform polishing performance.
  • the configuration of the present invention to achieve the above object is a polishing pad provided to polish a wafer positioned on the upper side; And a plurality of drawing units formed on the polishing pad and protruding toward an upper portion of the polishing pad, wherein the drawing units are formed to have an apparent contact area corresponding to a target polishing characteristic and a circumferential length per unit area. It provides a chemical mechanical polishing pad having a characteristic pattern structure.
  • the apparent contact area may be a value obtained by dividing the protruding area (A u ) of the drawing unit included in the inspection area by the inspection area (A 0 ).
  • the perimeter length per unit area may be a value obtained by dividing the total perimeter length (L t ) of the figure unit included in the inspection area by the inspection area (A 0 ).
  • the apparent contact area is controlled to 1.0% to 80.0%, and the circumferential length per unit area may be 1mm/mm 2 to 250mm/mm 2 .
  • the figure unit includes: a single figure part surrounded by one single closed curve; A continuous shape portion formed by a continuous line without a single closed curve and consisting of a minimum unit of repetition; Consisting of a combination of a plurality of the single figure part and including a set figure part consisting of a minimum unit of repetition, the figure unit is formed to include any one of the single figure part, the continuous figure part, and the collective figure part. It can be characterized.
  • the drawing unit may be provided by uniformly repeatedly disposing the single drawing portions having the same shape on the polishing pad.
  • the drawing unit may be provided by uniformly repeatedly disposing the single shape portions having different shapes on the polishing pad.
  • the drawing unit may be provided by irregularly repeating the single shape portions having different shapes on the polishing pad.
  • the figure unit may be provided by repeatedly disposing the single figure parts having the same shape with different sizes on the polishing pad.
  • the configuration of the present invention for achieving the above object is to provide a polishing apparatus having a chemical mechanical polishing pad having a pattern structure.
  • the effect of the present invention according to the configuration as described above can uniformly maintain the polishing performance of the polishing pad.
  • the polishing liquid is quickly spread over the entire surface of the pattern unit by the groove unit, and the polishing liquid does not easily flow out of the polishing pad by the arrangement of the pattern unit and the drawing unit. Use efficiency can be further improved.
  • the lower pad portion is made of a softer material than the upper pad portion, the followability of the wafer surface can be improved.
  • FIG. 1 is an exemplary view of a polishing pad according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 2 is an exemplary diagram of a figure unit according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 3 is an exemplary cross-sectional view of a single figure part according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is an exemplary view showing a method of calculating an apparent contact area according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is an exemplary view showing a method of calculating a perimeter length per unit area according to an embodiment of the present invention.
  • 6 to 9 are exemplary views showing an arrangement of a figure unit according to an embodiment of the present invention.
  • 10 and 11 are graphs showing a polishing amount according to a perimeter length per unit area according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is an exemplary view showing the shape of a single figure according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is an exemplary view showing a pattern unit of a polishing pad according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 14 is an exemplary view showing a boundary between pattern units according to an embodiment of the present invention.
  • 15 is an enlarged view illustrating a boundary between pattern units according to an embodiment of the present invention.
  • 16 is an exemplary view showing the flow of a polishing liquid according to an embodiment of the present invention.
  • 17 to 20 are exemplary views showing the shape and arrangement of a figure unit according to an embodiment of the present invention.
  • 21 is an exemplary view showing a groove unit according to an embodiment of the present invention.
  • 22 is an exemplary view showing a conventional polishing pad.
  • FIG. 23 is an exemplary view showing a chemical mechanical polishing pad having a pattern structure according to the first embodiment of the present invention.
  • 24 is an exemplary view showing a chemical mechanical polishing pad having a pattern structure according to a second embodiment of the present invention.
  • 25 is an exemplary view showing a chemical mechanical polishing pad having a pattern structure according to a third embodiment of the present invention.
  • 26 is an exemplary view showing a chemical mechanical polishing pad having a pattern structure according to a fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 27 is an exemplary view showing a chemical mechanical polishing pad having a pattern structure according to a fifth embodiment of the present invention.
  • FIG. 28 is an exemplary view showing a chemical mechanical polishing pad having a pattern structure according to a sixth embodiment of the present invention.
  • 29 is an exemplary view showing a chemical mechanical polishing pad having a pattern structure according to a seventh embodiment of the present invention.
  • FIG. 30 is a graph comparing the polishing rate performance of a conventional polishing pad and a chemical mechanical polishing pad having a pattern structure manufactured according to the present invention.
  • the most preferred embodiment according to the present invention is a polishing pad provided to polish a wafer positioned thereon; And a plurality of drawing units formed on the polishing pad and protruding toward an upper portion of the polishing pad, wherein the drawing units are formed to have an apparent contact area corresponding to a target polishing characteristic and a circumferential length per unit area. It is characterized.
  • FIG. 1 is an exemplary diagram of a polishing pad according to an exemplary embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is an exemplary diagram of a figure unit according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • the present invention may include a polishing pad 110 and a figure unit 120.
  • the polishing pad 110 may be provided to polish the upper wafer, and may be provided in a disk shape. However, the shape of the polishing pad 110 is not limited thereto.
  • the polishing pad 110 may be made of a thermosetting polymer or a thermoplastic polymer.
  • the thermosetting polymer may include a polymer material such as polyurethane, polyamide, epoxy, acrylonitrile butadiene styrene (ABS), polyetherimide, and acrylate.
  • a polymer material such as polyurethane, polyamide, epoxy, acrylonitrile butadiene styrene (ABS), polyetherimide, and acrylate.
  • the thermoplastic polymer includes a thermoplastic elastomer (TPE), polyurethane, polyalkylene, polyethylene and polypropylene, polybutadiene, polyisoprene, polyalkylene oxide, polyethylene oxide, polyester, polyamide, polycarbohydrate. Nate, polystyrene may be included.
  • the thermoplastic polymer may be provided with any one of the above-described materials, or may be formed of a block copolymer or a polymer blend made of a combination of two or more.
  • thermoplastic polymer may include epoxy, phenol resin, amine, polyesters, urethane, silicone, acrylate, and mixtures thereof, and copolymers, and as polymer materials, fluorene, phenylline, pyrene, azulene, naphthalene , Acetylene, p-phenylene vinylene, pyrrole, carbazole, indole, azepine, aniline, thiophene, 3,4-ethylenedioxythiphene, p-phenylene sulfide, and combinations of two or more thereof May be included.
  • the figure unit 120 may be formed on the polishing pad 110 and may protrude toward an upper portion of the polishing pad 110.
  • the figure unit 120 may be repeatedly formed in a constant shape on the polishing pad 110.
  • the drawing unit 120 may be made of the same material as the polishing pad 110, and even if the material is the same, the physical properties such as hardness or elastic modulus, loss modulus, storage modulus ) And the like may be made of different materials. Also, if necessary, the drawing unit 120 may be formed of a material different from that of the polishing pad 110.
  • the figure unit 120 may include a single figure part 121, a continuous figure part 122, and a collective figure part 123.
  • the single figure part 121 may be defined as a figure surrounded by one single closed curve.
  • the continuous shape part 122 is formed by a continuous line without a single closed curve, and may be defined as a minimum unit of repetition.
  • the collective figure part 123 may be defined as a combination of a plurality of the single figure parts 121 and a minimum unit of repetition that can be distinguished.
  • the figure unit 120 may be formed to include any one of the single figure part, the continuous figure part, and the collective figure part.
  • FIG. 3 is an exemplary cross-sectional view of a single figure part according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 4 is an exemplary view showing a method of calculating an apparent contact area according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 5 is an exemplary view of the present invention.
  • the figure unit 120 may be formed to have an apparent contact area corresponding to a target polishing characteristic and a circumferential length per unit area.
  • the apparent contact area is decided to a certain area of the surface a repeating pattern engraved into inspection area (A 0), test area (A 0) projected area of the geometry unit 120 included in the (A u) the inspection area ( It may be characterized by a value divided by A 0 ). That is, at this time, the protruding area A u of the figure unit 120 means the sum of the protruding areas of the single figure part 121 and the continuous figure part 122 included in the inspection area A 0 .
  • the basic unit of the apparent contact area may be expressed as a dimensionless quantity or a percentage (%).
  • the apparent contact area (A a ) is the inspection area ( when increasing the size of the a 0) nd represented by a graph, such as a raised area (a u) and 4 measure contained in the inspection area (a 0) it may be defined as a slope value when they appear is linearly correlated have.
  • the apparent contact area may be controlled from 1.0% to 80.0%.
  • the circumferential length per unit area can be characterized in that inspection area (A 0) is calculated by dividing by the inspection area (A 0) for a total circumferential length (L t) of the shapes unit 120 contained within.
  • inspection area (A 0) is calculated by dividing by the inspection area (A 0) for a total circumferential length (L t) of the shapes unit 120 contained within.
  • the circumference length is defined as 2(a+b), and the total circumference length of the figure unit 120 within the inspection area A 0 is 2n(a+b). ).
  • the circumferential length per unit area is determined by a certain area of the surface on which the repeated single figure part 121, the continuous figure part 122, etc.
  • the unit system can be expressed in any way that is converted into units by dividing the length by the area.
  • the perimeter length per unit area is the inspection area (A 0) at an arbitrary position of the arranged pattern.
  • the perimeter length per unit area is the inspection area (A 0) at an arbitrary position of the arranged pattern.
  • the perimeter length per unit area may be controlled to 1mm/mm 2 to 250mm/mm 2 .
  • the protruding height of the drawing unit 120 is controlled in the range of 0.001 to 1 mm, and the amount of change in the vertical cross-sectional area of the drawing unit 120 is controlled in the range of 0 to 20%.
  • the amount of change in the cross-sectional area in the vertical direction means the amount of change in the cross-sectional area according to the vertical height of the figure unit 120.
  • 6 to 9 are exemplary views showing an arrangement of a figure unit according to an embodiment of the present invention.
  • the figure unit 120 includes the single figure part 121, the continuous figure part 122, and the set figure part 123 of the same shape on the polishing pad 110. It can be provided by uniformly repeating arrangement.
  • the figure unit 120 is provided by uniformly repeatedly disposing the single figure part 121, the continuous figure part 122, and the collective figure part 123 of different shapes on the polishing pad 110 It could be.
  • the figure unit 120 is provided by irregularly repeating the single figure part 121, the continuous figure part 122, and the collective figure part 123 of different shapes on the polishing pad 110 It could be.
  • the figure unit 120 may be provided by repeatedly disposing the single figure part 121, the continuous figure part 122, and the collective figure part 123 of the same shape with different sizes on the polishing pad 110. May be.
  • an apparent contact pressure can be defined, and the apparent contact pressure is the total load applied to the substrate. It can be defined as a value divided by. This apparent contact pressure may be provided as a factor that controls the amount of polishing and other polishing characteristics by adjusting the total load that is generally applied to the substrate by the polishing equipment during polishing.
  • the apparent pattern contact pressure can be defined, and the apparent pattern contact pressure can be defined as the pressure when it is assumed that both the surface of the wafer and the upper part of the protruding element are in contact. That is, it is defined as a value obtained by dividing the sum of the upper areas of the drawing unit 120 under the area of the polishing pad 110 covered by the wafer by the total load applied to the wafer.
  • the real contact pressure is a value obtained by dividing the load applied to the wafer by the total area of the drawing unit 120 actually in contact with the surface of the wafer.
  • the actual contact pressure and the apparent pattern contact pressure are the same, but the wafer and the polishing pad 110 are two due to flatness errors that may occur during the manufacturing process. Values can be different.
  • the actual characteristics of polishing are affected by the actual contact pressure. If the actual contact pressure is large, the polishing rate may increase. However, when polishing a soft substrate or wafer including metal, abrasive particles contained in the polishing liquid As a result, defects such as scratches can be left on the surface of the substrate. Therefore, the actual contact pressure must be controlled at an appropriate level.
  • the soft metal may include copper, aluminum, tungsten, titanium, titanium nitride, tantalum, tantalum nitride, and the like, but is not limited to these materials. However, when polishing a substrate material or a wafer having high hardness, a high real contact pressure characteristic may be required, so it is not necessary to make the real contact pressure low.
  • the present invention can control the apparent contact area as designed.
  • the substrate material having high hardness may include SiO 2 , Si x N x , SiC, etc., but is not limited thereto.
  • a feature of the proposed polishing pad 100 is to control the apparent contact area of the element pattern and the circumferential length per unit area in order to control the polishing performance. That is, even if the wafer contacts the same surface of the polishing pad 110, the polishing characteristics may be controlled according to the apparent contact area on the surface of the polishing pad 110 and the circumferential length per unit area.
  • the apparent pattern contact pressure can be primarily adjusted by adjusting the apparent contact area between the wafer and the drawing unit 120, and the circumferential lengths per unit area are different from each other in the same apparent contact area.
  • the polishing characteristics can be controlled.
  • polishing pad 100 having the same apparent pattern contact pressure it may additionally be necessary to more easily adjust the polishing characteristics by adjusting other factors such as the polishing rate.
  • adjusting the perimeter length per unit area in addition to the first-determined apparent contact area it is possible to further control the polishing characteristics.
  • This design process can also be implemented by determining the perimeter length per unit area first and adjusting the apparent contact area.
  • the flatness of the polishing pad 110 may not be uniform due to the fabrication of the polishing pad 100, if the flatness of the polishing pad 110 is not good, the drawing unit 120 on the wafer and the polishing pad 110 ), or even if only a part of the drawing unit 120 is in contact with the wafer, the uniformity of the pad may not be good. In this case, the apparent pattern contact pressure and the actual contact pressure may be different because there may be a part with a high and a low real contact pressure.
  • the polishing pad 110 and the drawing unit 120 may be made of the same material, but preferably the material is the same, but the physical properties, that is, hardness, modulus of elasticity, loss It can be made of different materials, such as a loss modulus and a storage modulus.
  • the difference between the apparent pattern contact pressure and the actual contact pressure may be reduced by designing the elastic modulus or hardness of the polishing pad 110 to be lower than the elastic modulus or hardness of the figure unit 120.
  • the polishing pad 110 may be attached to a flat plate having a lower elastic modulus or hardness to reduce the difference between the apparent pattern contact pressure and the actual contact pressure.
  • 10 and 11 are graphs showing a polishing amount according to a perimeter length per unit area according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 shows the apparent contact pressure using the polishing pad 100 on which the drawing unit 120 of a uniform pattern having an apparent contact area of 2.5% ⁇ 0.5%, 5%, 10% and 30% is formed. This is the result of experimenting while changing. As can be seen in FIG. 10, it can be seen that the polishing characteristics are consistently controlled when the circumferential length per unit area changes even within the polishing pad 100 on which each uniform pattern having the same apparent pattern contact pressure is formed.
  • FIG. 11 The left graph of FIG. 11 is a result of polishing by varying the apparent contact area and the circumferential length per unit area using the circular figure unit 120, and it can be seen that the polishing rate is proportionally controlled according to the circumferential length per unit area.
  • the graph on the right of FIG. 11 shows the result of controlling the polishing rate by adjusting the circumferential length per unit area and the apparent contact area using not only a circle but also various drawing units 120 specified in FIG. 6. Also, it can be seen that the results are applied consistently.
  • a single figure part 121, a continuous figure part 122, or a collective figure part 123 may be provided.
  • FIG. 12 is an exemplary view showing the shape of a single figure according to an embodiment of the present invention.
  • the single shape portion 121 of the figure unit 120 may be variously designed in the shape shown in FIG. 12 in order to adjust the perimeter length per unit area for the same apparent contact area as an embodiment, but the size And the arrangement density, shape, etc. are not limited to the exemplary embodiments shown here.
  • FIG. 13 is an exemplary view showing a pattern unit of a polishing pad according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 14 is an exemplary view showing a boundary between pattern units according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 15 It is an exemplary diagram showing an enlarged boundary between pattern units according to an embodiment.
  • the polishing pad 100 may further include a pattern unit 130.
  • the pattern unit 130 may be formed of a plurality of the figure units 120, and the plurality of pattern units 130 may be arranged in a concentric circle shape on the polishing pad 110.
  • the polishing liquid accommodated inside the drawing unit 120 provided on the polishing pad 110 changes in a flow direction according to the rotation direction because the polishing process is a rotation process. Therefore, it is preferable that at least 3 pieces or more of the pattern units 130 are arranged in a concentric circle shape on the polishing pad 110 in order to obtain uniform polishing characteristics at all angles.
  • the pattern unit 130 is in accordance with the rotation direction of the polishing pad 110 in order to achieve a uniform polishing that satisfies a predetermined error rate of the polishing property of the wafer over the entire polishing pad 110. It may be provided by dividing the polishing pad 110 into a number such that the flow direction of the polishing liquid in each of the pattern units 110 is the same.
  • FIGS. 17 to 20 are exemplary diagrams showing the shape and arrangement of a figure unit according to an embodiment of the present invention.
  • the figure unit 120 constituting the pattern unit 130 has a flow resistance that allows the polishing liquid flowing in the rotation direction to move toward the top of the figure unit 120 It can be arranged to have a structure.
  • the single figure part 121 constituting the continuous figure part 122 and the collective figure part 123 of the figure unit 120 may be provided to have a flow resistance structure such as a v shape, a + shape, and a zigzag shape. have.
  • the pattern unit 130 and the drawing unit 120 are provided in a structure such that the polishing liquid is accommodated inside the drawing unit 120, so that the polishing liquid is prevented from flowing out of the polishing pad 110. It can be arranged to prevent.
  • the arrangement of the figure units 120 may be provided in a direction that prevents the polishing liquid from flowing out of the polishing pad 110 by centrifugal force.
  • the pattern unit 130 and the figure unit 120 provided with such a structure can increase the use efficiency of the polishing liquid by increasing the time that the polishing liquid stays on the polishing pad 110.
  • 21 is an exemplary view showing a groove unit according to an embodiment of the present invention.
  • the polishing pad 100 according to the present invention may further include a groove unit 140.
  • the groove unit 140 may be formed in the pattern unit 130 and may be provided in a groove shape to transfer the polishing liquid supplied to the pattern unit 130 to the front surface of the pattern unit 130.
  • the groove unit 140 may include a first groove 141, a second groove 142 and a third groove 143.
  • the first groove 141 may be radially formed along an edge of the pattern unit 130 to guide the polishing liquid in the longitudinal direction of the pattern unit 130. More specifically, the first groove 141 may be formed in a groove shape at a position corresponding to a line forming a radius of the polishing pad 110 of the pattern unit 130. The first groove 141 formed as described above may allow the polishing liquid to rapidly spread in the longitudinal direction of the pattern unit 130.
  • the pattern unit 130 may be formed to have 3 to 12 first grooves 141.
  • the second groove 142 may be formed in a concentric shape that forms a concentric circle with the polishing pad 110 so as to guide the polishing liquid in the width direction of the pattern unit 130.
  • the second groove 142 provided as described above may guide the polishing liquid to rapidly spread along the width direction of the pattern unit 130.
  • the second groove 142 may be formed in plural, and the plurality of second grooves 142 may be formed to have an interval of 0.5 to 5 mm from each other.
  • the third groove 143 may be formed to be inclined in a direction tangential to the rotation direction of the polishing pad 110.
  • the third groove 143 may be formed to be inclined at +45 degrees to -45 degrees with respect to the tangent direction of the rotation direction of the polishing pad 110.
  • the first groove 141, the second groove 142, and the third groove 143 are provided to have a width of 0.1mm to 2.0mm, and may be formed to have a depth of 0.05mm to 2.00mm.
  • the groove unit 140 may be provided to have one or more of a first groove 141, a second groove 142, and a third groove 143.
  • the polishing pad 100 according to the present invention prepared as described above can maintain a uniform polishing performance even if the drawing unit 120 is worn by a wafer, and the polishing rate of the polishing pad 100 is increased. It can be easily controlled.
  • the polishing pad of the chemical mechanical polishing pad having a pattern structure according to the present invention is composed of an upper pad portion 1100 and a lower pad portion 1200, and the lower pad portion 1200 is one of a hardness and an elastic modulus. It is preferable that the above physical properties are formed of a soft material lower than that of the upper pad part 1100.
  • the upper pad portion is formed directly on the lower pad portion, It is made in an integrated state, and the intaglio mold is filled with a polymer and then freezes to form the upper pad part 1100.
  • the intaglio mold includes a plurality of figure units 120 on the upper pad part 1100.
  • An intaglio pattern having a shape corresponding to the pattern unit may be formed so that the formed pattern unit may be formed.
  • the lower pad part 1200 is brought into close contact with the lower part of the upper pad part 1100, and the upper pad part 1100 is still completely filled with the polymer filled in the intaglio mold. It should not be solid.
  • the lower pad part 1200 and the upper pad part 1100 may be integrated by pressing and attaching the lower pad part 1200 toward the upper pad part 1100.
  • the upper pad part 1100 can be easily integrated while being in close contact before being completely hardened, and the lower pad part 1200
  • polishing efficiency may be improved as the lower pad portion 1200 is deformed in correspondence with the surface shape of the wafer.
  • the thickness of the upper pad portion 1100 and the lower pad portion 1200 excluding the figure unit 120 may be less than 4 mm.
  • 24 is an exemplary view showing a chemical mechanical polishing pad having a pattern structure according to a second embodiment of the present invention.
  • a figure unit 120 is formed between the plurality of pattern units in the intaglio pattern formed on the intaglio mold. It may be provided so that a gap region G that is not formed is further formed.
  • the width of the gap region G may be 0.2 to 5 mm.
  • 25 is an exemplary view showing a chemical mechanical polishing pad having a pattern structure according to a third embodiment of the present invention.
  • a gap groove 3110 may be further formed on the upper pad portion 1100.
  • the gap groove 3110 may be formed in the gap region, is formed to have a predetermined depth toward the thickness direction of the upper pad part 1100, and the upper pad part 1100 or the lower pad part 1200 It may be made of a groove extending to a predetermined depth.
  • the gap groove 3110 may have a width of 0.1 to 5 mm, a depth exceeding 0, but may be formed to a depth such that the residual thickness of the lower pad portion is 0.01.
  • the upper pad portion 1100 and the lower pad portion 1200 are more flexibly deformed to correspond to the shape of the surface of the wafer, thereby further improving polishing efficiency.
  • the gap groove 3110 is not limited to being formed in the gap region, and may be formed on the upper pad portion 1100 at a required position.
  • 26 to 29 are exemplary views showing a chemical-mechanical polishing pad having a pattern structure according to the fourth to seventh embodiments of the present invention, and chemistry having a pattern structure according to the fourth to seventh embodiments.
  • the mechanical polishing pad may be manufactured by forming an upper pad portion on the adhesive film portion and then attaching it to the lower pad portion.
  • the upper pad portion 4100 is formed by filling and freezing the intaglio mold with a polymer in a similar manner to the above-described first embodiment. Can be formed, and since the figure unit and the pattern unit are the same as those of the first embodiment described above, a detailed description will be omitted.
  • the upper pad part 4100 may be formed by a method of stamping a thermoplastic polymer previously prepared in a sheet shape in a semi-melted state using the intaglio mold. Accordingly, the freezing time may be shortened, so that a more rapid process may be performed, and in addition to the adhesive film, adhesion to the lower pad portion may be better.
  • FIG. 27 is an exemplary view showing a chemical-mechanical polishing pad having a pattern structure according to a fifth embodiment of the present invention, and a gap region G is formed between a plurality of the pattern units in which the figure unit 120 is not formed. Can be.
  • FIG. 28 is an exemplary view showing a chemical mechanical polishing pad having a pattern structure according to a sixth embodiment of the present invention
  • FIG. 29 is a view showing a chemical mechanical polishing pad having a pattern structure according to the seventh embodiment of the present invention. It is an exemplary diagram.
  • a gap groove may be further formed on the gap region or the upper pad portion.
  • the gap groove 6110 is formed to have a predetermined depth toward the thickness direction of the upper pad part 6100, and up to a predetermined depth of the upper pad part 6100. It may be formed to form an elongated groove.
  • the gap groove 7110 is formed to have a predetermined depth toward the thickness direction of the upper pad part 7100, and the upper pad part 7100 and the lower pad part 7200 ) May be formed to form a groove extending to a predetermined depth.
  • the gap grooves 6110 and 7110 provided as described above may allow the upper pad portions 6100 and 7100 and the lower pad portions 6200 and 7200 to be deformed to correspond to the surface shape of the wafer.
  • gap grooves according to the sixth and seventh embodiments may also be formed in the shape of the aforementioned groove unit.
  • FIG. 30 is a graph comparing the polishing rate performance of a chemical mechanical polishing pad having a pattern structure manufactured according to the present invention for a conventional polishing pad.
  • the present invention has a polishing rate performance under various conditions compared to the conventional polishing pad. It can be seen that it is greatly improved.
  • the method of manufacturing a chemical mechanical polishing pad having a pattern structure of the present invention is only an embodiment for manufacturing a chemical mechanical polishing pad having a pattern structure, and is not limited to the above-described method.
  • it can also be manufactured by engraving (removal manufacturing method) directly on the material by a method such as laser, e-beam, or etching.
  • engraving removal manufacturing method
  • etching etching

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Abstract

본 발명은 패턴구조를 갖는 화학기계적 연마용 패드에 관한 것으로, 보다 상세하게는 균일한 연마 성능을 갖도록 하기 위한 패턴구조를 갖는 화학기계적 연마용 패드에 관한 것이다. 본 발명의 구성은 상부에 위치한 웨이퍼를 연마하도록 마련된 폴리싱 패드; 및 상기 폴리싱 패드 상에 형성되며, 상기 폴리싱 패드의 상부를 향해 돌출 형성된 복수의 도형유닛을 포함하며, 상기 도형유닛은 목표로 하는 연마 특성에 대응되는 겉보기 접촉 면적 및 단위 면적당 둘레 길이를 갖도록 형성된 것을 특징으로 하는 패턴구조를 갖는 화학기계적 연마용 패드를 제공한다. <대표도> 도 1

Description

패턴구조를 갖는 화학기계적 연마용 패드
본 발명은 화학기계적 연마용 패드에 관한 것으로, 보다 상세하게는 균일한 연마 성능을 갖도록 하기 위한 패턴구조를 갖는 화학기계적 연마용 패드에 관한 것이다.
화학기계적연마(chemical mechanical polishing; CMP) 공정은 가공하려는 기판(웨이퍼 등)을 회전하고 있는 상대면인 패드 표면에 압력과 회전을 가하면서 가공하는 공정으로서, 연마액을 공급하여 기판의 표면을 연마하는 공정이다.
기존의 화학기계적 연마(chemical mechanical polishing)공정의 연마 패드는 판상의 폴리머 중합체를 사용하는 것이 일반적이다. 구체적으로, 기존의 연마패드는 패드 재료 내에 기공, 연마재, 섬유질 등을 사용하거나, 이들의 조합을 포함한 폴리머 중합체를 사용한다.
이러한 연마패드는 연마 중 연마성능을 유지하기 위하여 다이아몬드 입자가 부착되어 있는 거친 컨디셔닝판을 이용하여 패드의 표면을 긁어 줌으로써, 패드 표면에 토포그라피(topography)를 만들어 주어야 한다. 기존의 연마패드는 이렇게 해야만 지속적으로 토포그라피 또는 표면 거칠기를 유지하여 연마성능을 갖도록 할 수 있었다.
폴리머 중합체 패드 표면은 컨디셔닝 공정을 통해 다이아몬드 절삭입자가 움직인 궤적을 따라 생긴 홈이 형성되며, 다이아몬드 입자가 지나가지 않은 영역에서는 돌기들이 형성됨으로써 요철이 생기게 된다.
이러한 홈과 돌기 중 홈은 연마액의 공급경로 역할을 하며, 돌기들은 연마되는 기판, 또는 웨이퍼 또는 이로 한정되지 않는 다양한 연마 가능한 기판과 접촉하여 직접적인 연마를 수행하는 기능을 한다.
이처럼 홈과 돌기의 밀도와 크기에 따라서 연마 성능이 결정기 때문에, 연마 중 지속적으로 컨디셔닝을 수행해야만 연마 성능을 균일하게 유지할 수 있다.
그러나, 종래의 컨디셔닝 공정은 몇 가지의 문제점이 있었다.
먼저, 이러한 홈은 일반적으로 다이아몬드 입자의 형상인 원추형 구조에 의해 V자형 홈으로 형성되며, 반대로 돌기의 형상은 일반적으로 다이아몬드 입자의 영향으로 원추형 삼각형 모양으로 형성된다.
만약 컨디셔닝이 적용되지 않은 채 연마가 지속되면 돌기들의 점진적인 마모가 진행된다. 이에 따라 원추형 돌기가 마모되어 연마기판과의 실제 접촉면적이 증가되는 현상이 진행되고, 반면에 V자형 홈은 그 깊이가 점점 감소되어 새로운 연마액의 공급이 줄어들게 됨으로써, 전반적으로 연마 성능이 저하된다.
또한, 컨디셔닝 공정은 컨디셔너의 다이아몬드 크기, 밀도, 크기분포, 컨디셔너의 모양과 더불어 컨디셔닝 장치의 회전속도, 압력, 스윕프로파일, 기구의 안정성 등 여러 가지 변수를 포함하고 있어 연마패드의 돌기와 홈을 항상 일정한 조건으로 유지하기가 어려운 단점을 가지고 있다. 이러한 가운데 컨디셔너는 소모품으로서 계속해서 교체해 주어야 하므로 항상 일정한 성능을 기대하기 어렵다.
그리고, 종래의 패드는 돌기의 형상과 크기를 특정한 연마조건에 맞게 조절하기가 어려운 문제가 있다. 예를 들어 가공대상물인 기판 표면의 요철 크기, 밀도, 재료에 따라 최적의 연마 특성을 얻기 위해서 특정한 표면 토포그라피를 가지도록 요구될 수 있는데 다이아몬드가 부착된 컨디셔닝 판을 이용하는 것만으로는 적절하게 목표로 하는 성능을 얻기 어렵다. 왜냐하면, 연마패드의 토포그라피 혹은 표면 거칠기는 컨디셔닝 공정에서 컨디셔너의 다이아몬드 크기, 밀도, 크기분포, 컨디셔너의 모양과 더불어 컨디셔닝 장치의 회전속도, 압력, 스윕프로파일, 기구의 안정성 등에 의해 결정되는 복잡한 과정을 가지기 때문에 이를 제어하기 어렵다.
따라서 연마패드상에 단위면적당 돌기의 밀도가 높은 구조를 가지게 하거나 단위 면적당 밀도가 낮은 돌기 구조를 임의적으로 제어하여 만들어 내기가 용이하지 않으며, 또한 단위 면적안에 있는 돌기의 크기를 크게 제어하거나 작게 제어하는 것을 오로지 컨디셔닝 공정에 의해서만 의존하기 때문에 원하는 형상대로 표면 돌기 구조를 만들어 내기가 매우 어렵다.
또한, 반도체 공정에 사용되는 디바이스를 만들기 위해서는 웨이퍼의 표면에 다양한 크기와 깊이의 소자들과, 전선들을 형성하게 된다. 이에 따라, 웨이퍼 표면에는 다양한 폭과 길이, 높이 및 밀도를 가지는 표면 요철이 형성되며, CMP공정은 궁극적으로 이러한 표면 요철을 평탄화(planarization)하는데 있다. 그러나 상기와 같이 다양한 표면 요철 형상에 대응하여 최적의 패드 표면 거칠기 혹은 토포그라피를 만들어 내기에는 컨디셔닝 공정만으로는 부족함이 있다.
따라서, 반도체 공정 혹은 정밀 연마 공정에서 상기와 같이 다양한 표면 요철에 대응할 수 있는 제어된 표면 토포그라피를 가지는 연마패드의 필요성이 증가하고 있으며, 시간에 따라 패드 단면 토포그라피가 변하지 않는 안정적인 패드의 필요성도 증가하고 있다. 또한 이러한 패드를 자유롭게 설계 제조할 수 있는 기술적 요구도 증가하고 있다.
이에 종래에는 한국공개특허 제10-2016-0142346호와 같이, 패드 표면의 정형화된 돌기와 홈을 미리 만들어 사용하려는 시도들이 진행되었으나, 단순히 돌기와 홈의 크기, 높이들에 대한 영역만을 한정하고 있는 수준에 불과하다. 이러한 방식의 패드 설계는 연마특성을 제어하는 보다 명확한 방법을 제공하는 방법으로서는 한계가 있으며, 다양한 연마율과 평탄도 요구조건에 대응하는 산업적 요구에 보다 체계적으로 대응할 수 있는 방법이 필요하다.
한편, 도 22는 종래의 연마용 패드를 나타낸 예시도이며, 도 22에 도시된 것처럼, 종래의 연마용 패드(1)는 단일 소재로 이루어진 패드로 이루어져 웨이퍼의 형상을 추종하여 연마가 이루어지는 데에 어려움이 있었다.
즉, 웨이퍼의 표면 형상을 추종하면서 연마가 이루어지도록 하기 위한 연마용 패드가 필요하다.
<선행기술문헌> 한국공개특허 제10-2016-0142346호
상기와 같은 문제를 해결하기 위한 본 발명의 목적은 균일한 연마 성능을 가지며, 웨이퍼 표면 추종성을 향상시키기 위한 패턴구조를 갖는 화학기계적 연마용 패드를 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은 상부에 위치한 웨이퍼를 연마하도록 마련된 폴리싱 패드; 및 상기 폴리싱 패드 상에 형성되며, 상기 폴리싱 패드의 상부를 향해 돌출 형성된 복수의 도형유닛을 포함하며, 상기 도형유닛은 목표로 하는 연마 특성에 대응되는 겉보기 접촉 면적 및 단위 면적당 둘레 길이를 갖도록 형성된 것을 특징으로 하는 패턴구조를 갖는 화학기계적 연마용 패드를 제공한다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 겉보기 접촉 면적은, 검사 면적 안에 포함된 상기 도형유닛의 돌출면적(A u)을 검사면적(A 0)으로 나눈 값인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 단위 면적당 둘레 길이는, 검사 면적 안에 포함된 상기 도형유닛의 총 둘레길이를(L t)를 검사면적(A 0)으로 나눈 값인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 겉보기 접촉 면적은 1.0% 내지 80.0%로 제어되고, 상기 단위면적당 둘레 길이는 1mm/mm 2 내지 250mm/mm 2인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 도형유닛은, 하나의 단일 폐곡선으로 둘러싸인 단일도형부; 단일 폐곡선 없이 연속된 선에 의해서 형성되며 반복의 최소 단위로 이루어진 연속도형부; 복수의 상기 단일도형부의 조합으로 이루어지며 반복의 최소 단위로 이루어진 집합도형부를 포함하며, 상기 도형유닛은 상기 단일도형부, 상기 연속도형부 및 상기 집합도형부 중 어느 하나의 종류를 포함하도록 형성된 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 도형유닛은 상기 폴리싱 패드 상에 동일한 형상의 상기 단일도형부를 균일하게 반복 배치하여 마련된 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 도형유닛은, 상기 폴리싱 패드 상에 서로 다른 형상의 상기 단일도형부를 균일하게 반복 배치하여 마련된 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 도형유닛은, 상기 폴리싱 패드 상에 서로 다른 형상의 상기 단일도형부를 불규칙하게 반복 배치하여 마련된 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 도형유닛은, 상기 폴리싱 패드 상에 크기가 다른 동일한 형상의 상기 단일도형부를 반복 배치하여 마련된 것을 특징으로 할 수 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은 패턴구조를 갖는 화학기계적 연마용 패드를 갖는 연마 장치를 제공한다.
상기와 같은 구성에 따르는 본 발명의 효과는, 연마용 패드의 연마 성능을 균일하게 유지할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 연마액의 도형유닛의 상부로 용이하게 전달되도록 함으로써, 연마액의 사용 효율을 높일 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 그루브유닛에 의해 연마액이 패턴유닛 상 전면에 신속하게 퍼지도록 하고, 패턴유닛 및 도형유닛의 배치에 의해 연마액이 폴리싱 패드 바깥으로 쉽게 흘러나가지 않도록 함으로써, 연마액의 사용 효율을 더 높일 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 하부패드부가 상부패드부에 비해 연질로 이루어져 있어 웨이퍼 표면의 추종성을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 연마용 패드의 예시도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 도형유닛의 예시도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 단일도형부의 단면예시도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 겉보기 접촉면적의 연산 방법을 나타낸 예시도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 단위 면적 당 둘레 길이의 연산 방법을 나타낸 예시도이다.
도 6 내지 도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 도형유닛의 배치를 나타낸 예시도이다.
도 10 및 도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 단위 면적 당 둘레 길이에 따른 연마량을 나타낸 그래프이다.
도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 단일도형부의 형상을 나타낸 예시도이다.
도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 연마용 패드의 패턴유닛을 나타낸 예시도이다.
도 14는 본 발명의 일실시예에 따른 패턴유닛간의 경계를 나타낸 예시도이다.
도 15는 본 발명의 일실시예에 따른 패턴유닛간의 경계를 확대하여 나타낸 예시도이다.
도 16은 본 발명의 일실시예에 따른 연마액의 유동을 나타낸 예시도이다.
도 17 내지 도 20은 본 발명의 일실시예에 따른 도형유닛의 형상 및 배열을 나타낸 예시도이다.
도 21은 본 발명의 일실시예에 따른 그루브유닛을 나타낸 예시도이다.
도 22는 종래의 연마용 패드를 나타낸 예시도이다.
도 23은 본 발명의 제1 실시예에 따른 패턴구조를 갖는 화학기계적 연마용 패드를 나타낸 예시도이다.
도 24는 본 발명의 제2 실시예에 따른 패턴구조를 갖는 화학기계적 연마용 패드를 나타낸 예시도이다.
도 25는 본 발명의 제3 실시예에 따른 패턴구조를 갖는 화학기계적 연마용 패드를 나타낸 예시도이다.
도 26은 본 발명의 제4 실시예에 따른 패턴구조를 갖는 화학기계적 연마용 패드를 나타낸 예시도이다.
도 27은 본 발명의 제5 실시예에 따른 패턴구조를 갖는 화학기계적 연마용 패드를 나타낸 예시도이다.
도 28은 본 발명의 제6 실시예에 따른 패턴구조를 갖는 화학기계적 연마용 패드를 나타낸 예시도이다.
도 29는 본 발명의 제7 실시예에 따른 패턴구조를 갖는 화학기계적 연마용 패드를 나타낸 예시도이다.
도 30은 종래의 연마패드 및 본 발명에 따라 제조된 패턴구조를 갖는 화학기계적 연마용 패드의 연마율 성능을 비교한 그래프이다.
본 발명에 따른 가장 바람직한 일 실시예는, 상부에 위치한 웨이퍼를 연마하도록 마련된 폴리싱 패드; 및 상기 폴리싱 패드 상에 형성되며, 상기 폴리싱 패드의 상부를 향해 돌출 형성된 복수의 도형유닛을 포함하며, 상기 도형유닛은 목표로 하는 연마 특성에 대응되는 겉보기 접촉 면적 및 단위 면적당 둘레 길이를 갖도록 형성된 것을 특징으로 한다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 연마용 패드의 예시도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 도형유닛의 예시도이다.
도 1 및 도 2에 도시된 것처럼, 본 발명은 폴리싱 패드(110), 도형유닛(120)을 포함할 수 있다.
상기 폴리싱 패드(110)는 상부에 위치한 웨이퍼를 연마하도록 마련될 수 있으며, 원반 형태로 마련될 수 있다. 단 상기 폴리싱 패드(110)의 형태를 이에 한정하는 것은 아니다.
상기 폴리싱 패드(110)는 열경화성 중합체나 열가소성 중합체로 구성될 수 있다.
상기 열경화성 중합체에는 폴리우레탄, 폴리아미드, 에폭시, 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌(ABS), 폴리에테르이미드, 아크릴레이트와 같은 고분자 중합체 재료가 포함될 수 있다.
상기 열가소성 중합체에는 열가소성 탄성중합체(thermoplastic elastomer, TPE)로서, 폴리우레탄, 폴리알킬렌, 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌, 폴리부타디엔, 폴리아이소프렌, 폴리알킬렌 옥사이드, 폴리에틸렌 옥사이드, 폴리에스테르, 폴리아미드, 폴리카르보네이트, 폴리스티렌이 포함될 수 있다. 또한, 상기 열가소성 중합체에는 상술한 소재 중 어느 하나로 마련되거나 둘 이상의 조합으로 이루어진 블록 공중합체 또는 중합체 블렌드로 이루어질 수도 있다.
또한, 상기 열가소성 중합체에는 에폭시, 페놀수지, 아민, 폴리에스테르들, 우레탄, 실리콘, 아크릴레이트 및 이들의 혼합물, 코폴리머가 포함될수 있으며, 폴리머 재료로서 플루오렌, 페닐린, 피렌, 아줄렌, 나프탈렌, 아세틸렌, p-페닐렌 비닐렌, 피롤, 카바졸, 인돌, 아제핀, 아닐린, 싸이오펜, 3,4-에틸렌디옥시씨펜, p-페닐렌 설파이드 및 이들 중 둘 이상의 조합들로 이루어진 그룹이 포함될 수 있다.
상기 도형유닛(120)은 상기 폴리싱 패드(110) 상에 형성되며, 상기 폴리싱 패드(110)의 상부를 향해 돌출 형성될 수 있다. 이러한 상기 도형유닛(120)은 상기 폴리싱 패드(110) 상에 일정하 모양으로 반복 형성될 수 있다.
상기 도형유닛(120)은 상기 폴리싱 패드(110)와 동일한 재료로 구성될 수도 있으며, 재료는 동일하더라도 물리적 특성, 즉, 경도나 탄성계수, 손실탄성계수(loss modulus), 저장탄성계수(storage modulus) 등이 상이한 재료로 구성될 수 있다. 또한 필요에 따라서 상기 도형유닛(120)은 상기 폴리싱 패드(110)와 다른 재료로 구성될 수도 있다.
상기 도형유닛(120)은 도 2에 도시된 것처럼, 단일도형부(121), 연속도형부(122) 및 집합도형부(123)를 포함할 수 있다.
상기 단일도형부(121)는 하나의 단일 폐곡선으로 둘러싸인 도형으로 정의될 수 있다.
상기 연속도형부(122)는 단일 폐곡선 없이 연속된 선에 의해서 형성되며 반복의 최소 단위로 이루어진 것으로 정의될 수 있다.
상기 집합도형부(123)는 복수의 상기 단일도형부(121)의 조합으로 이루어지며 구분할 수 있는 반복의 최소 단위로 이루어진 것으로 정의될 수 있다.
상기 도형유닛(120)은 상기 단일도형부, 상기 연속도형부 및 상기 집합도형부 중 어느 하나의 종류를 포함하도록 형성된 것을 특징으로 할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 단일도형부의 단면예시도이고, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 겉보기 접촉면적의 연산 방법을 나타낸 예시도이며, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 단위 면적 당 둘레 길이의 연산 방법을 나타낸 예시도이다.
도 3 내지 도 5를 더 참조하면, 상기 도형유닛(120)은 목표로 하는 연마 특성에 대응되는 겉보기 접촉 면적 및 단위 면적당 둘레 길이를 갖도록 형성될 수 있다.
상기 겉보기 접촉 면적은 반복된 패턴이 새겨진 면의 일정 영역을 검사면적(A 0)으로 정하고, 검사면적(A 0) 안에 포함된 상기 도형유닛(120)의 돌출면적(A u)을 검사면적(A 0)으로 나눈 값인 것을 특징으로 할 수 있다. 즉, 이때, 상기 도형유닛(120)의 돌출면적(A u)은 상기 검사면적(A 0) 안에 포함된 단일도형부(121), 연속도형부(122)의 돌출 면적의 총합을 의미한다.
예를 들어, 도 5에 도시된 것처럼, 검사면적 안에 n개의 단일도형부(121)가 있고 요소도형의 크기 axb일 때 돌출면적(A u)의 값은 n× (a×b)가 된다.
상기 겉보기 접촉 면적의 기본단위는 무차원량 또는 백분율(%)로 나타낼 수 있다.
또한, 상기 도형유닛(120)의 크기와 검사면적(A 0)의 크기에 따라 겉보기 접촉 면적의 정의가 달라질 수 있으므로 상기 겉보기 접촉 면적(A a)은 배열된 패턴의 임의의 위치에 검사면적(A 0)의 크기를 증가 시키면서 검사면적(A 0) 내에 포함된 돌출면적(A u)을 측정하고 도 4와 같은 그래프로 나타냈을 때 선형적 상관 관계가 나타났을 때의 기울기 값으로 정의될 수 있다.
상기 겉보기 접촉 면적은 1.0% 내지 80.0%로 제어될 수 있다
상기 단위 면적당 둘레 길이는, 검사면적(A 0) 안에 포함된 상기 도형유닛(120)의 총 둘레길이를(L t)를 검사면적(A 0)으로 나눈 값인 것을 특징으로 할 수 있다. 도 5에 개시된 단일도형부(121)가 있을 때, 둘레의 길이는 2(a+b)로 정의되고 검사면적(A 0) 내의 상기 도형유닛(120)의 총 둘레 길이는 2n(a+b)로 정의된다. 이와 같이 단위 면적당 둘레길이는 반복된 단일도형부(121), 연속도형부(122) 등이 새겨진 면의 일정 영역을 검사면적(A 0)으로 정하고, 그 면적안에 있는 모든 도형유닛(120)의 총 둘레 길이를 검사면적(A 0)으로 나눈 값으로서, 기본 단위는 mm/mm 2일 수 있다. 단, 단위계는 길이를 면적으로 나눈 값으로 단위 변환된 어떤 방식으로도 표현 가능하다.
도형유닛(120)의 크기와 검사면적(A 0)의 크기에 따라 단위 면적당 둘레 길이를 보다 정확하게 정의하고 일관성 있는 해석을 위하여 단위 면적당 둘레 길이는 배열된 패턴의 임의의 위치에 검사면적(A 0)의 크기를 증가시키면서 검사면적(A 0) 내에 포함된 패턴의 총 둘레길이(Lt)을 측정하고 도 5와 같은 그래프로 나타냈을 때 선형적 상관관계가 나타났을 때의 기울기 값으로 정의될 수 있다.
상기 단위면적당 둘레 길이는 1mm/mm 2 내지 250mm/mm 2로 제어될 수 있다.
상기 도형유닛(120)의 돌출 높이는 0.001~1mm 범위로 제어됨이 바람직하며, 상기 도형유닛(120)의 수직방향 단면적 변화량은 0~20% 범위로 제어됨이 바람직하다. 여기서, 수직방향 단면적 변화량이란, 상기 도형유닛(120)의 수직 높이에 따른 단면적의 변화량을 의미한다.
도 6 내지 도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 도형유닛의 배치를 나타낸 예시도이다.
도 6 내지 도 9에 도시된 것처럼, 상기 도형유닛(120)은 상기 폴리싱 패드(110) 상에 동일한 형상의 상기 단일도형부(121), 연속도형부(122), 집합도형부(123)를 균일하게 반복 배치하여 마련될 수 있다.
또는, 상기 도형유닛(120)은, 상기 폴리싱 패드(110) 상에 서로 다른 형상의 상기 단일도형부(121), 연속도형부(122), 집합도형부(123)를 균일하게 반복 배치하여 마련될 수도 있다.
또는, 상기 도형유닛(120)은, 상기 폴리싱 패드(110) 상에 서로 다른 형상의 상기 단일도형부(121), 연속도형부(122), 집합도형부(123)를 불규칙하게 반복 배치하여 마련될 수도 있다.
또는 상기 도형유닛(120)은, 상기 폴리싱 패드(110) 상에 크기가 다른 동일한 형상의 상기 단일도형부(121), 연속도형부(122), 집합도형부(123)를 반복 배치하여 마련될 수도 있다.
한편, 웨이퍼와 폴리싱 패드(110)의 접촉단계에 대한 상관관계를 정의할 때 겉보기 접촉압력(Pa, Apparent Contact Pressure)을 정의할 수 있으며, 겉보기 접촉압력은 기판에 가해진 전체 하중을 기판의 전체 면적으로 나눈 값으로 정의할 수 있다. 이러한 겉보기 접촉압력은 연마 시 연마장비에서 일반적으로 기판에 가해지는 총 하중을 조절하여 연마량을 비롯한 다른 연마 특성들을 제어하는 인자로 마련될 수 있다.
또한 겉보기 패턴 접촉압력(Ppa, Apparent Contact Pressure on Pattern)을 정의할 수 있으며, 겉보기 패턴 접촉압력은 웨이퍼의 표면과 돌출된 요소도형의 상부가 모두 접촉한다고 가정했을 때의 압력으로 정의될 수 있다. 즉, 웨이퍼가 덮고 있는 상기 폴리싱 패드(110) 면적 아래에 있는 도형유닛(120)의 상부 면적의 총합을 웨이퍼에 가해진 전체하중으로 나눈 값으로 정의된다.
또한, 실접촉압력(Pr, Real Contace Pressure)을 정의할 수 있으며, 실접촉 압력은 웨이퍼에 가해진 하중을 웨이퍼의 표면과 실제로 접촉이 이루어진 도형유닛(120)의 총 면적으로 나눈 값으로서, 만약 폴리싱 패드 표면이 이상적으로 평면이고, 웨이퍼의 표면이 이상적으로 평면일 때 실접촉압력과 겉보기 패턴 접촉압력은 동일하게 되나, 웨이퍼와 폴리싱 패드(110)가 제조과정 상에서 발생할 수 있는 평탄도 오차에 의해서 두 값은 상이할 수 있다.
실제 연마의 특성은 실접촉압력에 의해 그 특성이 많은 영향을 받으며, 실접촉압력이 큰 경우 연마율은 증가할 수 있으나 금속을 포함한 연질의 기판 또는 웨이퍼를 연마하는 경우 연마액에 포함된 연마입자에 의해 기판의 표면에 스크래치 등의 결함을 남길 수 있다. 따라서, 실접촉압력을 적정수준에서 제어해 주어야 한다.
연질의 금속은 구리, 알루미늄, 텅스텐, 티타늄, 티타늄나이트라이드, 탄탈륨, 탄탈륨나이트라이드 등을 포함할 수 있으나 이러한 재질에 한정되지는 않는다. 그러나 경도가 높은 기판 재료나 웨이퍼를 연마할 때에는 높은 실접촉압력 특성이 요구될 수 있으므로 반드시 실접촉압력을 낮게 만들어야 하는 것은 아니다.
일반적인 폴리싱 패드에서 컨디셔닝만으로 겉보기 패턴 접촉압력을 제어하기가 용이하지 않으나, 본 발명은 겉보기 접촉 면적을 설계한대로 제어할 수 있다. 여기서 경도가 높은 기판 재료에는 SiO 2, Si xN x, SiC 등을 포함할 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
제안되는 연마용 패드(100)의 특징은 연마 성능을 제어하기 위하여 요소패턴의 겉보기 접촉 면적과 단위 면적당 둘레길이를 제어하는 것이다. 즉, 웨이퍼가 동일한 폴리싱 패드(110) 면에 접촉하더라도 실제로 폴리싱 패드(110) 면상의 겉보기 접촉 면적과 단위 면적당 둘레길이에 따라 연마특성이 제어될 수 있다.
즉, 연마용 패드(100)를 설계할 때, 웨이퍼와 도형유닛(120)의 겉보기 접촉면적을 조절하여 겉보기 패턴 접촉압력을 1차로 조절할 수 있고, 동일한 겉보기 접촉면적에서 단위 면적당 둘레길이를 서로 다르게 설계하여 연마특성을 제어할 수 있다.
여기서, 겉보기 패턴 접촉압력을 조절하면, 웨이퍼의 표면에 발생할 수 있는 스크래치나 과도한 압력을 용이하게 조절할 수 있다.
그러나, 동일한 겉보기 패턴 접촉압력을 가지는 연마용 패드(100)에서도 연마율 등과 같은 다른 인자를 조절하여 연마특성을 더욱 용이하게 조절하는 것이 추가적으로 필요할 수 있다. 이를 위해, 1차로 결정된 겉보기접촉면적에 추가적으로 단위 면적당 둘레길이를 조절하여 연마의 특성을 더욱 조절할 수 있다. 이러한 설계과정은 단위 면적당 둘레길이를 먼저 결정하고 겉보기접촉면적을 조절하는 방법으로도 시행될 수도 있다.
또한 연마용 패드(100)의 제작상 폴리싱 패드(110)의 평탄도가 균일하지 않을 수 있기 때문에 폴리싱 패드(110)의 평탄도가 좋지 않은 경우 웨이퍼와 폴리싱 패드(110)위의 도형유닛(120)의 일부분만이 접촉하거나, 도형유닛(120) 전체가 웨이퍼와 접촉한다 하더라도 패드의 균일도가 좋지 않을 수 있다. 이 경우에 실접촉압력이 높은 부분과 낮은 부분이 존재할 수 있기 때문에 겉보기 패턴 접촉압력과 실접촉압력이 상이할 수 있다. 이러한 실제 제작공정상의 불완전성을 보완하기 위하여 상기 폴리싱 패드(110)와 상기 도형유닛(120)은 동일한 재료로 구성될 수도 있으나 바람직하게는 재료는 동일하더라도 물리적 특성, 즉, 경도나 탄성계수, 손실탄성계수(loss modulus), 저장탄성계수(storage modulus) 등이 상이한 재료로 구성될 수 있다.
더욱 바람직한 실시예로서는 상기 도형유닛(120)의 탄성계수 또는 경도보다 상기 폴리싱 패드(110)의 탄성계수 또는 경도를 더 낮게 설계하여 겉보기 패턴 접촉압력과 실접촉압력과의 차이를 줄여줄 수 있다. 또한 추가적으로 상기 폴리싱 패드(110)를 탄성계수 또는 경도가 더 낮은 평판에 부착하여 상기 겉보기 패턴 접촉압력과 실접촉압력사이의 차이를 줄여줄 수도 있다.
도 10 및 도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 단위 면적 당 둘레 길이에 따른 연마량을 나타낸 그래프이다.
도 10은 동일한 겉보기 접촉면적을 가지는 균일한 도형유닛(120)이 형성된 연마용 패드(100)에서, 도형유닛(120)의 형상을 변경한 다음 단위 면적당 둘레길이를 서로 다르게 만들어서 시행한 실험의 결과이다.
보다 구체적으로, 도 10은 2.5%±0.5%, 5%, 10% 및 30%의 겉보기 접촉면적을 가지는 균일한 패턴의 도형유닛(120)이 형성된 연마용 패드(100)를 이용하여 겉보기 접촉압력을 변화시키면서 실험한 결과이다. 도 10에서 볼 수 있는 바와 같이 동일한 겉보기 패턴 접촉압력을 가지는 각각의 균일한 패턴이 형성된 연마용 패드(100) 내에서도 단위 면적당 둘레길이가 변화할 때 연마특성이 일관적으로 제어됨을 알 수 있다.
또한 겉보기 접촉면적과 단위 면적당 둘레길이를 조절하여 도 6에 도시된 다양한 패턴을 이용하여 실험한 결과를 도 11에 나타내었다. 도 11의 좌측 그래프는 원형 도형유닛(120)을 이용하여 겉보기 접촉면적과 단위 면적당 둘레길이를 다양하게 변화시켜 연마한 결과로서 단위 면적당 둘레길이에 따라 연마율이 비례적으로 제어됨을 알 수 있다.
또한 도 11의 우측 그래프는 원형뿐만아니라 도 6에 명기된 다양한 도형유닛(120)을 이용하여 단위 면적당 둘레길이와 겉보기 접촉면적을 조절하여 연마율을 제어한 결과를 도시한 것으로서 원형뿐만 아니라 다양한 도형에서도 그 결과가 일관되게 적용됨을 확인할 수 있다.
따라서, 스크래치 등의 결함을 방지해야 하는 연마 공정에서는 도형유닛(120)의 겉보기 접촉면적을 증가시키면서 동시에 연마율 등의 다른 연마특성을 제어하기 위하여 단위 면적당 둘레길이를 제어할 수 있는 다양한 형상 및 배치의 단일도형부(121), 연속도형부(122) 혹은 집합도형부(123)를 가지도록 할 수 있다.
도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 단일도형부의 형상을 나타낸 예시도이다.
또한, 상기 도형유닛(120)의 단일도형부(121)는 일실시예로서 동일한 겉보기 접촉 면적에 대해 단위 면적당 둘레 길이를 조절하기 위해 도 12에 도시된 형상으로 다양하게 설계될 수 있으나, 그 크기와 배치 밀도, 형상 등은 여기에 표기된 일실시예에 한정되지 아니한다.
도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 연마용 패드의 패턴유닛을 나타낸 예시도이고, 도 14는 본 발명의 일실시예에 따른 패턴유닛간의 경계를 나타낸 예시도이며, 도 15는 본 발명의 일실시예에 따른 패턴유닛간의 경계를 확대하여 나타낸 예시도이다.
도 13 내지 도 15에 도시된 것처럼, 연마용 패드(100)는 패턴유닛(130)을 더 포함할 수 있다.
상기 패턴유닛(130)은 복수의 상기 도형유닛(120)으로 이루어며, 복수의 상기 패턴유닛(130)은 상기 폴리싱 패드(110) 상에 동심원 형태로 배열된 것을 특징으로 할 수 있다.
구체적으로, 폴리싱 패드(110) 상에 마련된 도형유닛(120)의 내측에 수용된 연마액은 연마 공정이 회전 공정이기 때문에 회전 방향에 따라 유동 방향이 달라진다. 따라서, 모든 각도에서 균일한 연마 특성을 얻기 위하여 폴리싱 패드(110)상에 최소 3조각 이상의 상기 패턴유닛(130)이 동심원형태로 배열됨이 바람직하다.
즉, 상기 패턴유닛(130)은 상기 폴리싱 패드(110) 전체에서 상기 웨이퍼의 연마 특성이 기설정된 오차율 이내를 만족하는 균일한 연마가 이루어지도록 하기 위해, 상기 폴리싱 패드(110)의 회전 방향에 따른 각각의 상기 패턴유닛(110) 내 연마액의 유동방향이 동일해지도록 하는 개수로 상기 폴리싱 패드(110)를 분할하여 마련될 수 있다.
도 16은 본 발명의 일실시예에 따른 연마액의 유동을 나타낸 예시도이며, 도 17 내지 도 20은 본 발명의 일실시예에 따른 도형유닛의 형상 및 배열을 나타낸 예시도이다.
도 16 내지 도 20에 도시된 것처럼, 상기 패턴유닛(130)을 이루는 상기 도형유닛(120)은, 회전 방향에 따라 유동하는 연마액이 상기 도형유닛(120)의 상부를 향해 이동할 수 있는 유동 저항 구조를 갖도록 배열될 수 있다.
이를 위해, 상기 도형유닛(120)의 연속도형부(122) 및 집합도형부(123)를 이루는 단일도형부(121)는 v자형, +자형, 지그재그형 등의 유동 저항 구조를 갖도록 마련될 수 있다.
또한, 상기 패턴유닛(130) 및 상기 도형유닛(120)은 연마액이 상기 도형유닛(120)의 내측에 수용되도록 하는 구조로 마련됨으로써, 연마액의 폴리싱 패드(110)의 바깥으로 유출되는 것을 방지하도록 마련될 수 있다.
즉, 상기 도형유닛(120)의 배열은 연마액이 원심력에 의해 폴리싱 패드(110)의 바깥으로 유출되는 것을 가로막는 방향으로 마련될 수 있다.
이러한 구조로 마련된 상기 패턴유닛(130) 및 상기 도형유닛(120)은 연마액이 폴리싱 패드(110)상에 머무는 시간을 늘려서 연마액의 사용 효율을 높여줄 수 있다.
또한, 도 16의 연마액 유동 특성 해석결과에서 볼 수 있듯이, 좌측 상하 (a), (c)의 해석 결과는 원형인 단일 도형인 경우 유동 해석 결과이고 우측 상하 (b), (d)의 해석결과는 단일도형을 슬러리 유동방향에 방해되도록 집합시킨 집합도형에서의 유동 해석 결과이다.
이 결과에서 볼 수 있는 바와 같이 단일 도형인 경우보다 집합도형을 이용하는 경우 슬러리가 유동 시 슬러리의 유동저항이 크게 됨은 자명하며, 이러한 이유로 슬러리가 패턴의 상부, 즉 가공물과 접촉하는 부위에 더 많이 참여하게 된다. 이러한 집합도형을 이용함으로써 연마량을 더욱 조절할 수 있다.
도 21은 본 발명의 일실시예에 따른 그루브유닛을 나타낸 예시도이다.
도 21에 도시된 것처럼, 본 발명에 따른 상기 연마용 패드(100)는 그루브유닛(140)을 더 포함할 수 있다.
상기 그루브유닛(140)은 상기 패턴유닛(130)에 형성되며, 상기 패턴유닛(130)에 공급된 연마액을 상기 패턴유닛(130)의 전면으로 이송하도록 홈 형태로 마련될 수 있다.
상기 그루브유닛(140)은 제1 그루브(141), 제2 그루브(142) 및 제3 그루브(143)를 포함할 수 있다.
상기 제1 그루브(141)는 상기 연마액을 상기 패턴유닛(130)의 길이 방향으로 안내하도록 상기 패턴유닛(130)의 테두리를 따라 방사형으로 형성될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 제1 그루브(141)는 상기 패턴유닛(130) 중 상기 폴리싱패드(110)의 반지름을 형성하는 선과 대응되는 위치에 홈 형태로 형성될 수 있다. 이처럼 형성된 상기 제1 그루브(141)는 상기 패턴유닛(130)의 길이 방향으로 상기 연마액이 신속하게 퍼지도록 할 수 있다.
상기 패턴유닛(130)은 상기 제1 그루브(141)가 3개 내지 12개가 되도록 형성될 수 있다.
상기 제2 그루브(142)는 상기 연마액을 상기 패턴유닛(130)의 폭 방향으로 안내하도록 상기 폴리싱 패드(110)와 동심원을 이루는 동심형으로 형성될 수 있다.
이처럼 마련된 상기 제2 그루브(142)는 상기 연마액이 상기 패턴유닛(130)의 폭 방향을 따라 신속하게 퍼지도록 안내할 수 있다.
상기 제2 그루브(142)는 복수로 형성될 수 있으며, 복수의 상기 제2 그루브(142)는 상호 0.5 내지 5mm의 간격을 갖도록 형성될 수 있다.
상기 제3 그루브(143)는 상기 폴리싱 패드(110)의 회전 방향에 대한 접선 방향으로 경사지게 형성될 수 있다.
상기 제3 그루브(143)는 상기 폴리싱 패드(110)의 회전 방향의 접선 방향에 대해 +45도 내지 -45도로 경사지게 형성될 수 있다.
상기 제1 그루브(141), 상기 제2 그루브(142) 및 상기 제3 그루브(143)는 0.1mm 내지 2.0mm의 폭을 갖도록 마련되며, 0.05mm 내지 2.00mm의 깊이를 갖도록 형성될 수 있다.
상기 그루브유닛(140)은, 제1 그루브(141), 제2 그루브(142) 및 제3 그루브(143) 중 어느 하나 이상을 갖도록 마련될 수 있다.
전술한 바와 같이 마련된 본 발명에 따른 연마용 패드(100)는 웨이퍼에 의해 상기 도형유닛(120)이 마모되어도 연마 성능이 균일하게 유지되도록 할 수 있으며, 상기 연마용 패드(100)의 연마율을 용이하게 제어할 수 있다.
한편, 본 발명인 패턴구조를 갖는 화학기계적 연마용 패드의 상기 폴리싱 패드는 상부패드부(1100) 및 하부패드부(1200)로 이루어지며, 상기 하부패드부(1200)는 경도 및 탄성계수 중 어느 하나 이상의 물성이 상기 상부패드부(1100)에 비해 낮은 연질의 재료로 형성되는 것이 바람직하다.
즉, 도 23 내지 25에 도시된 바와 같은 제1 실시예 내지 제3 실시예에 따른 패턴구조를 갖는 화학기계적 연마용 패드는 상기 상부패드부가 상기 하부패드부 상에 직접 형성되어 상기 하부패드부와 일체화된 상태로 이루어지며, 음각 몰드에 폴리머를 채우고 프리징하여 상부패드부(1100)를 형성할 수 있는데, 이때, 상기 음각몰드는 상기 상부패드부(1100)에 복수의 도형유닛(120)으로 이루어진 패턴유닛이 형성될 수 있도록 상기 패턴유닛과 대응되는 형상의 음각패턴이 형성되도록 마련될 수 있다.
이후, 상기 상부패드부(1100)가 완전히 굳기 전에 하부패드부(1200)를 상부패드부(1100)의 하부에 밀착시키게 되는데, 상기 상부패드부(1100)는 상기 음각몰드에 채워진 폴리머가 아직 완전히 굳지 않은 상태여야 한다.
이후, 상기 하부패드부(1200)를 상기 상부패드부(1100)를 향해 가압하여 부착시킴으로써 상기 하부패드부(1200)와 상기 상부패드부(1100)가 일체화될 수 있다.
이처럼 상기 하부패드부(1200)가 상기 상부패드부(1100)와 동일 소재로 마련되면 상기 상부패드부(1100)가 완전히 굳기전에 밀착이 되면서 쉽게 일체화될 수 있으며, 상기 하부패드부(1200)가 상기 상부패드부(1100)에 비해 연질로 마련되면 웨이퍼의 표면 형상에 대응하여 상기 하부패드부(1200)가 변형됨에 따라 연마 효율이 향상될 수 있다.
또한, 상기 도형유닛(120)을 제외한 상기 상부패드부(1100) 및 상기 하부패드부(1200)의 두께는 4mm 미만으로 마련될 수 있다.
도 24는 본 발명의 제2 실시예에 따른 패턴구조를 갖는 화학기계적 연마용 패드를 나타낸 예시도이다.
도 24를 참조하면, 음각 몰드에 폴리머를 채우고 프리징하여 상부패드부를 형성하는 단계(S110)에서는, 상기 음각몰드에 형성된 상기 음각패턴은, 복수의 상기 패턴유닛 사이에 도형유닛(120)이 형성되지 않는 간극영역(G)이 더 형성되도록 마련될 수 있다.
이때, 상기 간극영역(G)의 폭은 0.2~5mm로 형성될 수 있다.
도 25는 본 발명의 제3 실시예에 따른 패턴구조를 갖는 화학기계적 연마용 패드를 나타낸 예시도이다.
도 25를 더 참조하면, 상부패드부(1100) 상에는 간극그루브(3110)가 더 형성될 수 있다.
상기 간극그루브(3110)는 간극영역에 형성될 수 있으며, 상기 상부패드부(1100)의 두께방향을 향해 기설정된 깊이를 갖도록 형성되며, 상기 상부패드부(1100) 또는 상기 하부패드부(1200)까지 소정의 깊이만큼 연장 형성된 홈으로 이루어질 수 있다.
여기서, 상기 간극그루브(3110)는, 폭이 0.1~5mm이고, 깊이는 0을 초과하되 상기 하부패드부의 잔여두께가 0.01이 되는 깊이까지 형성될 수 있도록 마련될 수 있다.
상기 간극그루브(3110)가 형성됨에 따라, 상기 상부패드부(1100) 및 상기 하부패드부(1200)는 상기 웨이퍼의 표면의 형상에 대응되게 더 유연하게 변형됨으로 연마 효율을 더 향상시킬 수 있다.
단, 상기 간극그루브(3110)는 간극영역에 형성되는 것으로 한정되지 않으며, 상부패드부(1100) 상에 필요한 위치에 형성될 수 있다.
도 26 내지 29는 본 발명의 제4 실시예 내지 제7 실시예에 따른 패턴구조를 갖는 화학기계적 연마용 패드를 나타낸 예시도이며, 제4 실시예 내지 제7실시예에 따른 패턴구조를 갖는 화학기계적 연마용 패드는 접착필름부 상에 상부패드부를 형성한 후 이를 하부패드부와 부착하는 방법으로 제작될 수 있다.
도 26에 도시된 바와 같은 제4 실시예에서 접착필름부 상에 상부패드부를 형성하는 경우, 전술한 제1 실시예와 유사한 방법으로 음각 몰드에 폴리머를 채우고 프리징하여 상기 상부패드부(4100)를 형성할 수 있으며, 도형유닛 및 패턴유닛은 전술한 제1 실시예와 동일하므로 구체적인 설명은 생략하도록 한다.
이 때, 접착필름부 상에 상부패드부를 형성하는 과정에서, 상기 상부패드부(4100)는 미리 시트 형상으로 제조된 열 가소성 폴리머를 상기 음각 몰드를 이용해 반용융 상태로 찍어내는 방법으로 형성될 수 있으며, 이에 따라 프리징 시간이 단축되어 더욱 신속한 공정이 이루어질 수 있고, 상기 접착필름에 더해 하부패드부와의 접착도 더 잘 이루어지게 될 수 있다.
도 27은 본 발명의 제5 실시예에 따른 패턴구조를 갖는 화학기계적 연마용 패드를 나타낸 예시도이며, 복수의 상기 패턴유닛 사이에 도형유닛(120)이 형성되지 않는 간극영역(G)이 형성될 수 있다.
도 28은 본 발명의 제6 실시예에 따른 패턴구조를 갖는 화학기계적 연마용 패드를 나타낸 예시도이고, 도 29는 본 발명의 제7 실시예에 따른 패턴구조를 갖는 화학기계적 연마용 패드를 나타낸 예시도이다.
도 28 및 도 29에 도시된 바와 같이, 접착필름부를 이용하여 상부패드부와 하부패드부가 접착된 후, 간극영역 또는 상부패드부 상에 간극그루브가 더 형성될 수 있다.
구체적으로, 도 28에 도시된 것처럼, 상기 간극그루브(6110)는, 상기 상부패드부(6100)의 두께방향을 향해 기설정된 깊이를 갖도록 형성되며, 상기 상부패드부(6100)의 소정의 깊이까지 연장형성된 홈을 이루도록 형성될 수 있다.
또는 도 29에 도시된 것처럼, 상기 간극그루브(7110)는, 상기 상부패드부(7100)의 두께방향을 향해 기설정된 깊이를 갖도록 형성되며, 상기 상부패드부(7100)와 상기 하부패드부(7200)의 소정의 깊이까지 연장형성된 홈을 이루도록 형성될 수 있다.
이처럼 마련된 상기 간극그루브(6110, 7110)는 상기 상부패드부(6100, 7100) 및 상기 하부패드부(6200, 7200)가 상기 웨이퍼의 표면 형상에 대응되게 변형되도록 할 수 있다.
또한, 상기 제 6실시예 및 제 7실시예에 따른 간극그루브는 전술한 그루브유닛의 형태로도 형성될 수 있다.
도 30은 종래의 연마패드 본 발명에 따라 제조된 패턴구조를 갖는 화학기계적 연마용 패드의 연마율 성능을 비교한 그래프이며, 이처럼 본 발명은 종래의 연마용 패드에 비해 다양한 조건에서 연마율 성능이 크게 향상됨을 확인할 수 있다.
또한, 본 발명의 패턴구조를 갖는 화학기계적 연마용 패드의 제조방법은 패턴구조를 갖는 화학기계적 연마용 패드를 제조하기 위한 실시예에 불과하며, 전술한 방법으로만 한정되지 않는다.
구체적으로, 재료에 직접 레이져, e-beam, 에칭 등의 방법으로 engraving하는 방법(제거 제조법)으로 제조할 수도 있다. 또한, 몰드를 이용하지 않고 3D 프린터를 이용하여 직접 만드는 방법도 가능하다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
<부호의 설명>
100: 연마용 패드
110: 폴리싱 패드
120: 도형유닛
121: 단일도형부
122: 연속도형부
123: 집합도형부
130: 패턴유닛
140: 그루브유닛
141: 제1 그루브
142: 제2 그루브
143: 제3 그루브
1000: 제1 실시예에 따른 패턴구조를 갖는 화학기계적 연마용 패드
2000: 제2 실시예에 따른 패턴구조를 갖는 화학기계적 연마용 패드
3000: 제3 실시예에 따른 패턴구조를 갖는 화학기계적 연마용 패드
4000: 제4 실시예에 따른 패턴구조를 갖는 화학기계적 연마용 패드
5000: 제5 실시예에 따른 패턴구조를 갖는 화학기계적 연마용 패드
6000: 제6 실시예에 따른 패턴구조를 갖는 화학기계적 연마용 패드
7000: 제7 실시예에 따른 패턴구조를 갖는 화학기계적 연마용 패드
1100, 2100, 3100, 4100, 5100, 6100, 7100: 상부패드부
1200, 2200, 3200, 4200, 5200, 6200, 7200: 하부패드부
3110, 5110, 6110, 7110: 간극그루브
G: 간극영역

Claims (33)

  1. 상부에 위치한 웨이퍼를 연마하도록 마련된 폴리싱 패드; 및
    상기 폴리싱 패드 상에 형성되며, 상기 폴리싱 패드의 상부를 향해 돌출 형성된 복수의 도형유닛을 포함하며,
    상기 도형유닛은 목표로 하는 연마 특성에 대응되는 겉보기 접촉 면적 및 단위 면적당 둘레 길이를 갖도록 형성된 것을 특징으로 하는 패턴구조를 갖는 화학기계적 연마용 패드.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 겉보기 접촉 면적은,
    검사 면적 안에 포함된 상기 도형유닛의 돌출면적(A u)을 검사면적(A 0)으로 나눈 값인 것을 특징으로 하는 패턴구조를 갖는 화학기계적 연마용 패드.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 단위 면적당 둘레 길이는,
    검사 면적 안에 포함된 상기 도형유닛의 총 둘레길이를(L t)를 검사면적(A 0)으로 나눈 값인 것을 특징으로 하는 패턴구조를 갖는 화학기계적 연마용 패드.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 겉보기 접촉 면적은 1.0% 내지 80.0%로 제어되고, 상기 단위면적당 둘레 길이는 1mm/mm 2 내지 250mm/mm 2인 것을 특징으로 하는 패턴구조를 갖는 화학기계적 연마용 패드.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 도형유닛은,
    하나의 단일 폐곡선으로 둘러싸인 단일도형부;
    단일 폐곡선 없이 연속된 선에 의해서 형성되며 반복의 최소 단위로 이루어진 연속도형부;
    복수의 상기 단일도형부의 조합으로 이루어지며 반복의 최소 단위로 이루어진 집합도형부를 포함하며,
    상기 도형유닛은 상기 단일도형부, 상기 연속도형부 및 상기 집합도형부 중 어느 하나의 종류를 포함하도록 형성된 것을 특징으로 하는 패턴구조를 갖는 화학기계적 연마용 패드.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 도형유닛은
    상기 폴리싱 패드 상에 동일한 형상의 상기 단일도형부를 균일하게 반복 배치하여 마련된 것을 특징으로 하는 패턴구조를 갖는 화학기계적 연마용 패드.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 도형유닛은,
    상기 폴리싱 패드 상에 서로 다른 형상의 상기 단일도형부를 균일하게 반복 배치하여 마련된 것을 특징으로 하는 패턴구조를 갖는 화학기계적 연마용 패드.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 도형유닛은,
    상기 폴리싱 패드 상에 서로 다른 형상의 상기 단일도형부를 불규칙하게 반복 배치하여 마련된 것을 특징으로 하는 패턴구조를 갖는 화학기계적 연마용 패드.
  9. 제 5 항에 있어서,
    상기 도형유닛은,
    상기 폴리싱 패드 상에 크기가 다른 동일한 형상의 상기 단일도형부를 반복 배치하여 마련된 것을 특징으로 하는 패턴구조를 갖는 화학기계적 연마용 패드.
  10. 제 1 항에 있어서,
    복수의 상기 도형유닛으로 이루어지는 복수의 패턴유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 패턴구조를 갖는 화학기계적 연마용 패드.
  11. 제 10 항에 있어서,
    복수의 상기 패턴유닛은 상기 폴리싱 패드 상에 동심원 형태로 배열된 것을 특징으로 하는 패턴구조를 갖는 화학기계적 연마용 패드.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 패턴유닛은,
    상기 폴리싱 패드 전체에서 상기 웨이퍼의 연마 특성이 기설정된 오차율 이내를 만족하는 균일한 연마가 이루어지도록 하기 위해, 상기 폴리싱 패드의 회전 방향에 따른 각각의 상기 패턴유닛 내 연마액의 유동방향이 동일해지도록 하는 개수로 상기 폴리싱 패드를 분할하여 마련된 것을 특징으로 하는 패턴구조를 갖는 화학기계적 연마용 패드.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 도형유닛은,
    회전 방향에 따라 유동하는 연마액이 상기 도형유닛의 상부를 향해 이동하도록 배열된 것을 특징으로 하는 패턴구조를 갖는 화학기계적 연마용 패드.
  14. 제 5 항에 있어서,
    상기 도형유닛은,
    상기 집합도형부 및 상기 연속도형부 내측에 유입된 연마액이 상기 폴리싱 패드의 바깥쪽으로 유출되는 것을 가로막도록 배열된 것을 특징으로 하는 패턴구조를 갖는 화학기계적 연마용 패드.
  15. 제 10 항에 있어서,
    상기 패턴유닛에 형성되며, 상기 패턴유닛에 공급된 연마액을 상기 패턴유닛의 전면으로 이송하도록 홈 형태로 마련된 그루브유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 패턴구조를 갖는 화학기계적 연마용 패드.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 그루브유닛은,
    상기 연마액을 상기 패턴유닛의 길이 방향으로 안내하도록 상기 패턴유닛의 테두리를 따라 방사형으로 형성된 제1 그루브를 포함하는 것을 특징으로 하는 패턴구조를 갖는 화학기계적 연마용 패드.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 패턴유닛은,
    상기 제1 그루브가 3개 내지 12개가 되도록 형성된 것을 특징으로 하는 패턴구조를 갖는 화학기계적 연마용 패드.
  18. 제 15 항에 있어서,
    상기 그루브유닛은,
    상기 연마액을 상기 패턴유닛의 폭 방향으로 안내하도록 상기 폴리싱 패드와 동심원을 이루는 동심형으로 형성된 복수의 제2 그루브를 포함하는 것을 특징으로 하는 패턴구조를 갖는 화학기계적 연마용 패드.
  19. 제 18 항에 있어서,
    복수의 상기 제2 그루브는,
    0.5 내지 5mm의 간격을 갖도록 마련된 것을 특징으로 하는 패턴구조를 갖는 화학기계적 연마용 패드.
  20. 제 15 항에 있어서,
    상기 폴리싱 패드의 회전 방향에 대한 접선 방향으로 경사지게 형성된 제3 그루브를 포함하는 것을 특징으로 하는 패턴구조를 갖는 화학기계적 연마용 패드.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 제3 그루브는
    상기 폴리싱 패드의 회전 방향의 접선 방향에 대해 +45도 내지 -45도로 경사지게 형성된 것을 특징으로 하는 패턴구조를 갖는 화학기계적 연마용 패드.
  22. 제 15 항에 있어서,
    상기 그루브유닛은,
    0.1mm 내지 2.0mm의 폭을 갖도록 마련되며, 0.05mm 내지 2.00mm 의 깊이를 갖도록 형성된 것을 특징으로 하는 패턴구조를 갖는 화학기계적 연마용 패드.
  23. 제 15 항에 있어서,
    상기 그루브유닛은,
    제1 그루브, 제2 그루브 및 제3 그루브 중 어느 하나 이상을 갖도록 마련된 것을 특징으로 하는 패턴구조를 갖는 화학기계적 연마용 패드.
  24. 제 1 항에 있어서,
    상기 폴리싱 패드는 상부패드부 및 하부패드부로 이루어지며,
    상기 하부패드부는 경도 및 탄성계수 중 어느 하나 이상의 물성이 상기 상부패드부에 비해 낮게 형성되는 것을 특징으로 하는 패턴구조를 갖는 화학기계적 연마용 패드.
  25. 제 24 항에 있어서,
    상기 상부패드부는 상기 하부패드부 상에 직접 형성되어 상기 하부패드부와 일체화된 상태로 마련된 것을 특징으로 하는 패턴구조를 갖는 화학기계적 연마용 패드.
  26. 제 24 항에 있어서,
    상기 상부패드부에는 복수의 도형유닛으로 이루어진 패턴유닛이 형성된 것을 특징으로 하는 패턴구조를 갖는 화학기계적 연마용 패드.
  27. 제 26 항에 있어서,
    상기 상부패드부는,
    복수의 상기 패턴유닛 사이에 도형유닛이 형성되지 않는 간극영역이 형성되도록 마련된 것을 특징으로 하는 패턴구조를 갖는 화학기계적 연마용 패드.
  28. 제 27 항에 있어서,
    상기 간극영역의 폭은 0.2~5mm인 것을 특징으로 하는 패턴구조를 갖는 화학기계적 연마용 패드.
  29. 제 26 항에 있어서,
    상기 상부패드부 상에는 간극그루브가 더 형성되며,
    상기 간극그루브는, 상기 상부패드부의 두께방향을 향해 기설정된 깊이를 갖도록 형성되며, 상기 상부패드부 또는 상기 하부패드부까지 연장 형성된 홈으로 이루어진 것을 특징으로 하는 패턴구조를 갖는 화학기계적 연마용 패드.
  30. 제 29 항에 있어서,
    상기 간극그루브는,
    폭이 0.1~5mm이고, 깊이는 0을 초과하되 상기 하부패드부의 잔여두께가 0.01이 되는 깊이까지 형성될 수 있도록 마련된 것을 특징으로 하는 패턴구조를 갖는 화학기계적 연마용 패드.
  31. 제 26 항에 있어서,
    상기 도형유닛의 돌출높이는 0.001 내지 1mm로 형성된 것을 특징으로 하는 패턴구조를 갖는 화학기계적 연마용 패드.
  32. 제 26 항에 있어서,
    상기 도형유닛의 수직 방향 단면적 변화량은 0~20%로 마련된 것을 특징으로 하는 패턴구조를 갖는 화학기계적 연마용 패드.
  33. 제 24 항에 있어서,
    상기 상부패드부 및 상기 하부패드부의 전체 두께는 5mm 미만으로 형성된 것을 특징으로 하는 패턴구조를 갖는 화학기계적 연마용 패드.
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