WO2022014978A1 - 연마 패드, 이를 포함하는 연마 장치, 그리고 연마 패드의 제조 방법 - Google Patents

연마 패드, 이를 포함하는 연마 장치, 그리고 연마 패드의 제조 방법 Download PDF

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WO2022014978A1
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pattern
polishing
trench
polishing pad
protrusion
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김형재
김도연
이태경
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한국생산기술연구원
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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 polishing pad including a protruding pattern formed on a polishing surface, and a polishing apparatus including the same. More particularly, it relates to a polishing pad including a protruding pattern having porosity to improve a polishing rate and reduce manufacturing cost, and a polishing apparatus including the same.
  • the present invention also relates to a method for manufacturing a polishing pad. More particularly, it relates to a chemical-mechanical polishing pad capable of reducing manufacturing cost while improving a polishing rate by including a protruding pattern having porosity and a manufacturing method using a laser.
  • a chemical mechanical polishing (CMP) process is involved for manufacturing a high-integration circuit device such as a semiconductor or a display.
  • CMP chemical mechanical polishing
  • a polishing target substrate for example, a wafer substrate
  • polishing is performed using a chemical reaction with a slurry at the same time.
  • the chemical mechanical polishing process mainly aims to planarize the surface to be polished or to remove unnecessary layers.
  • the characteristics of the polishing process may be expressed in terms of a removal rate (RR), non-uniformity (NU), scratch of the polishing object, and planarization of the polishing object.
  • RR removal rate
  • NU non-uniformity
  • planarization of the polishing object The characteristics of the polishing process may be expressed in terms of a removal rate (RR), non-uniformity (NU), scratch of the polishing object, and planarization of the polishing object.
  • the polishing rate is one of the most important characteristics of the polishing process, and the main factors are the polishing surface morphology (topography) of the polishing pad, the slurry composition, and the temperature of the polishing platen.
  • a conventional polishing apparatus is configured to include a conditioner to maintain the surface of the polishing pad, that is, the polishing surface characteristics.
  • the conditioner may be positioned eccentrically with respect to the axis of rotation of the polishing pad, and the conditioner may be configured to be in contact with the polishing surface of the polishing pad.
  • Cutting particles made of diamond or the like are disposed on a surface of the conditioner in contact with the polishing pad, and an uneven structure may be formed or maintained on the surface of the polishing pad by the cutting particles. That is, in the course of the polishing process, the conditioner continuously polishes the polishing surface of the polishing pad to maintain the surface roughness of the polishing pad above a certain level, and the polishing apparatus including the polishing pad maintains an approximately constant polishing rate. can be made to indicate
  • the polishing pad is continuously worn, and the uneven structure of the surface and the uneven surface roughness may occur. If the surface roughness is too small, there is a problem in that the actual contact area actually in contact with the substrate to be polished increases or the flow of the polishing liquid slurry becomes difficult. On the other hand, if the surface roughness is excessively large, the required flatness may not be satisfied due to non-uniform contact with the polishing target substrate, and scratches may occur on the polishing target. The unevenness of the polishing surface is a factor that shortens the life and durability of the polishing pad.
  • STI shallow trench isolation
  • an object of the present invention is to provide a polishing pad capable of exhibiting a stable morphology or topography of a polishing surface despite the continued polishing process.
  • Another object of the present invention is to provide a polishing pad that has excellent polishing rate and uniformity, and can improve the use efficiency of the polishing liquid slurry.
  • polishing pad capable of controlling the polishing rate according to a polishing object from a factor newly discovered as being capable of affecting the polishing rate.
  • Another object to be solved by the present invention is to provide a method capable of manufacturing a polishing pad including a porous protruding pattern having porosity in a more convenient way.
  • Another object to be solved by the present invention is to provide a polishing apparatus including a polishing pad which has excellent polishing rate and uniformity, and which can improve the use efficiency of polishing liquid slurry.
  • a polishing pad for solving the above problems includes a support layer; and a pattern layer disposed directly on the support layer, the pattern layer including a protrusion pattern having a plurality of pores, wherein the pores contribute to an increase in a perimeter length in a plane of the protrusion pattern, and the protrusion pattern per unit area
  • the peripheral length of the polishing surface to be formed is in the range of 1.0 mm/mm 2 to 50.0 mm/mm 2 .
  • the rigidity of the pattern layer may be greater than that of the support layer.
  • a ratio of the area occupied by the pores to the total area of the upper surface of any one protrusion pattern may be 10% to 50%.
  • peripheral length of any one of the protruding patterns may be 4 to 50 times the minimum width of the any of the protruding patterns.
  • the circumferential length of the polishing surface formed by the protruding pattern per unit area may be in the range of 0.1 to 1.0 times the reciprocal of the minimum width of a certain protruding pattern.
  • the circumferential length of any protrusion pattern may be increased by 1.5 to 3.5 times compared to the circumferential length when the first void does not exist.
  • the minimum width of the protrusion pattern may be 20 ⁇ m or more, and the average diameter of the pores may be in the range of 10 ⁇ m to 150 ⁇ m.
  • the area occupied by the pores per unit area may be 0.5% to 20%.
  • the actual polishing area of the protruding pattern may be 5% to 30% per unit area.
  • the voids may include a third void that is positioned on the side surface of the protrusion pattern to form a side groove of the protrusion pattern, contributes to an increase in the lateral area, and affects the flow of the slurry during the polishing process.
  • the average diameter of the third pores may be in the range of 20 ⁇ m to 150 ⁇ m.
  • the porosity of the support layer may be different from the porosity of the pattern layer.
  • a polishing pad for solving the above problems includes a support layer; and a pattern layer disposed on the support layer, the pattern layer including a protrusion pattern having a plurality of pores, wherein the protrusion pattern has pores exposed on the side surface, and the side voids with respect to a vertical height of the protrusion pattern The proportion of the sum of the heights they occupy is in the range of 10% to 50%.
  • the average diameter of the pores may be in the range of 20% to 40% of the vertical height of the protrusion pattern.
  • the pattern layer includes a base and the plurality of protrusion patterns disposed on the base, and the value obtained by subtracting the surface skewness (Rsk_pattern) of the protrusion pattern surface from the surface skewness (Rsk_base) of the upper surface of the base is less than 0 can be large
  • the pattern layer may include a base and the plurality of protrusion patterns disposed on the base, and the arrangement density of the pores on the upper surface of the base may be smaller than the arrangement density of the pores on the surface of the protrusion pattern.
  • the pattern layer may include a base and the plurality of protrusion patterns disposed on the base, and the base may have at least a partially recessed first trench.
  • the base may have pores exposed on the inner wall of the first trench, and the average diameter of the pores exposed on the inner wall of the first trench may be in a range of 30 ⁇ m to 150 ⁇ m.
  • first trench may pass through the base, and an upper surface of the support layer may be at least partially exposed by the first trench.
  • the support layer is a second trench that is at least partially recessed, and may have a second trench connected to the first trench.
  • the base has voids exposed on the inner wall of the first trench
  • the support layer has voids exposed on the inner wall of the second trench, wherein the average diameter of the voids on the inner wall of the second trench is , may be larger than the average diameter of the pores of the inner wall of the first trench.
  • the first trench includes a plurality of radiation trenches extending radially from the center of the circular polishing pad, and concentric trenches having a concentric shape with respect to the center and connecting the plurality of radiation trenches, the width of the radiation trenches may be greater than the width of the concentric trench.
  • the first trench may not penetrate the base, and a surface roughness of a bottom surface of the first trench may be smaller than a surface roughness of an inner wall of the first trench.
  • the surface skewness of the base surface of the first trench may be greater than the surface skewness of the inner wall of the first trench.
  • a method of manufacturing a polishing pad according to an embodiment of the present invention for solving the above other problems includes preparing a pattern layer having porosity; and partially removing the pattern layer using a laser, comprising: forming a base and a plurality of protruding patterns disposed on the base; removing it.
  • the partially removing the pattern layer may include forming a trench in the base, and may further include forming the trench to have an exposed void on an inner wall of the first trench.
  • the partially removing the pattern layer may include forming a trench in the base, and may further include forming a trench penetrating the base.
  • a method of manufacturing a polishing pad according to another embodiment of the present invention for solving the above other problems includes: determining a contact pressure required for polishing and a planar shape and length element of a protruding pattern; determining a polishing area of the protruding pattern in contact with the polishing target substrate in consideration of the contact pressure; determining a circumferential length per unit area of the protrusion pattern in consideration of the contact pressure and the determined polishing area; and manufacturing a pattern layer including the protruding pattern.
  • the pattern layer may include a protrusion pattern having a plurality of pores, and the pores may contribute to an increase in a perimeter of the protrusion pattern.
  • the voids can contribute to an increase in the circumferential length of the protruding pattern, and also serve to reduce the polishing area, so that the real contact pressure can be improved under the same polishing load.
  • the length element of the manufactured protrusion pattern may be greater than the determined length element.
  • the step of determining the size of the pores included in the protrusion pattern may be further included.
  • a polishing apparatus for solving the another problem is a polishing platen configured to rotate; and a polishing pad disposed on the polishing platen.
  • the present invention it is possible to stably maintain the surface roughness or topography of the polished surface despite the continuous polishing process, and to improve the polishing rate and polishing uniformity.
  • the surface of the object to be polished has a fine curve, it is possible to follow the curve in the vertical direction along the curve of the surface of the object, thereby improving the polishing rate and polishing uniformity.
  • the polishing rate can be controlled from factors such as the pattern structure of the polishing pad surface, the length of the pattern, and the contact surface of the pattern, and the use of the slurry through the shape and arrangement of the unique protruding pattern according to the embodiments of the present invention can improve efficiency
  • the protruding pattern has a pore size of a specified size so that the edge forming the pores is the perimeter of the protruding pattern may contribute to the increase. Accordingly, it is possible to achieve simplification of process equipment for forming the protruding pattern, and contribute to reduction in manufacturing cost of the polishing pad and the polishing apparatus.
  • FIG. 1 is a perspective view of a polishing apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a plan layout of the polishing pad of FIG. 1 ;
  • FIG. 3 is an enlarged perspective view showing an enlarged portion A of FIG. 2 .
  • FIG. 4 is a plan view illustrating an arrangement of the protrusion pattern of FIG. 2 .
  • FIG. 5 is an enlarged perspective view showing an enlarged protrusion pattern of FIG. 2 .
  • FIG. 6 is a cross-sectional view taken along line B-B' of FIG. 2 .
  • FIG. 7 is a schematic diagram illustrating a state in which the polishing pad of FIG. 2 is in contact with a substrate to be polished
  • FIG. 8 is a schematic diagram compared with FIG. 7 .
  • FIG. 9 is another schematic diagram illustrating a state in which the polishing pad of FIG. 2 is in contact with a polishing target substrate
  • FIG. 10 is a schematic diagram compared with FIG. 9 .
  • FIG. 11 is a plan view illustrating an arrangement of protruding patterns of a polishing pad of a polishing apparatus according to another embodiment of the present invention.
  • FIGS. 12 to 18 are plan views illustrating an arrangement of protruding patterns of a polishing pad of a polishing apparatus according to still another exemplary embodiment of the present invention.
  • 19 to 23 are cross-sectional views of a polishing pad of a polishing apparatus according to still other embodiments of the present invention, respectively.
  • 24 to 27 are cross-sectional views sequentially illustrating a method of manufacturing a polishing pad according to an embodiment of the present invention.
  • 29 and 30 are images showing results according to Experimental Example 2.
  • 'and/or' includes each and every combination of one or more of the recited items.
  • the singular also includes the plural, unless the phrase specifically states otherwise.
  • 'comprises' and/or 'comprising' does not exclude the presence or addition of one or more other components in addition to the stated components.
  • Numerical ranges indicated using 'to' indicate numerical ranges including the values stated before and after them as lower and upper limits, respectively.
  • 'About' or 'approximately' means a value or numerical range within 20% of the value or numerical range recited thereafter.
  • the first direction (X) means an arbitrary direction in a plane
  • the second direction (Y) means another direction intersecting the first direction (X) in the plane
  • the third direction Z means a direction perpendicular to the plane.
  • 'plane' means a plane to which the first direction (X) and the second direction (Y) belong.
  • 'overlapping' means that the components overlap in the third direction (Z) in the plane view.
  • the term 'protrusion pattern' refers to a structure having a shape protruding from a certain reference plane.
  • the planar arrangement of the pattern may be regular or irregular.
  • a plurality of protrusion patterns are gathered to form a cluster pattern of a specific shape, and even when the cluster patterns are substantially regularly arranged, the term protrusion pattern means any one of a plurality of protrusion patterns forming one cluster pattern can be used as
  • surface roughness or surface skewness which is defined as skewness, may mean a characteristic value indicating the direction and degree of asymmetry with respect to an average value. That is, in the case of surface roughness, when the surface skewness (Rsk) has a negative value, it means that the tendency of a surface in which a recessed portion is formed from an approximately or relatively flat surface is large. On the other hand, in the case of surface roughness, when the surface skewness has a positive value, it means that a surface having a portion protruding from an approximately or relatively flat surface tends to be large. In addition, when the surface skewness is 0, it means that the roughness is symmetrical up and down from the average value.
  • FIG. 1 is a perspective view of a polishing apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • the polishing apparatus 1 includes a polishing platen 10 connected to a rotating shaft and a polishing pad 11 disposed on the polishing platen 10 , and the polishing pad 11 .
  • a polishing platen 10 connected to a rotating shaft and a polishing pad 11 disposed on the polishing platen 10 , and the polishing pad 11 .
  • a conditioner for adjusting the surface roughness of the polishing surface of the polishing pad 11 may be unnecessary.
  • the abrasive platen 10 is configured in a substantially circular plate shape and can rotate, for example, in a counterclockwise direction. Further, the polishing platen 10 can stably support the polishing pad 11 thereon. That is, the abrasive platen 10 may provide a function such as a rotary table.
  • the polishing pad 11 may be disposed on the polishing platen 10 .
  • An upper surface of the polishing pad 11 in contact with the polishing target substrate 50 may form a polishing surface.
  • fine-sized patterns and/or trenches may be formed on the polishing surface, that is, the upper surface of the polishing pad 11 .
  • the shape, morphology or topology of the polishing surface of the polishing pad 11 will be described later in detail with FIG. 2 and the like.
  • the polishing target substrate 50 may be in a fixed position by being eccentric with the rotation axis of the polishing platen 10 or the rotation axis of the polishing pad 11 .
  • the polishing target substrate 50 may be in a state of being fixed by the carrier 40 connected to the rotation shaft and rotating by the carrier 40 .
  • the rotation direction of the polishing target substrate 50 may be the same as the rotation direction of the polishing pad 11 , but the present invention is not limited thereto, and the rotation direction of the polishing target substrate 50 and the polishing pad 11 is opposite. It could be a direction.
  • the polishing target substrate 50 to be polished in contact with the polishing pad 11 may be, for example, a semiconductor wafer substrate or a display substrate, but the present invention is not limited thereto.
  • the nozzles 60 may be spaced apart from the polishing pad 11 to supply the slurry 70 to the polishing surface of the polishing pad 11 .
  • the term 'slurry' may be used to have substantially the same meaning as abrasive liquid or abrasive particles.
  • the slurry 70 flows on the polishing surface of the polishing pad 11 by centrifugal force generated by the rotation of the polishing pad 11 , and at least a portion of the slurry 70 penetrates between the polishing pad 11 and the polishing target substrate 50 . It can contribute to polishing through chemical reactions.
  • FIG. 2 is a plan layout of the polishing pad of FIG. 1 ; 3 is an enlarged perspective view showing an enlarged portion A of FIG. 2 . 4 is a plan view illustrating an arrangement of the protrusion pattern of FIG. 2 .
  • FIG. 5 is an enlarged perspective view showing an enlarged protrusion pattern of FIG. 2 .
  • 6 is a cross-sectional view taken along line B-B' of FIG. 2 .
  • the polishing pad 11 may have a substantially circular shape in a plan view.
  • the polishing pad 11 may include a support layer 100 and a pattern layer 200 disposed on the support layer 100 .
  • the upper surface of the pattern layer 200 may form a polishing surface as a whole.
  • the support layer 100 and the pattern layer 200 may each include a material having a predetermined flexibility.
  • the strength, rigidity, and/or hardness of the support layer 100 may be less than that of the pattern layer 200 . That is, the support layer 100 may have greater flexibility and a smaller modulus of elasticity than the pattern layer 200 .
  • the elastic modulus is meant to include a loss modulus and/or a storage modulus.
  • the polishing pad The protrusion pattern 230 formed on the upper surface of (11) may be in close contact along the curvature of the polishing target substrate 50 to perform polishing. That is, the polishing pad 11 may follow the surface of the polishing target substrate 50 . This will be described later in conjunction with FIG. 7 and the like.
  • the support layer 100 and the pattern layer 200 may be made of the same or different materials.
  • the support layer 100 and the pattern layer 200 may include substantially the same polymer material.
  • the polymer material include (poly) urethane (PU), (poly) (meth) acrylate ((poly) (meth) acrylate), (poly) epoxy, acrylo Nitrile butadiene styrene (ABS), (poly) etherimide ((poly) etherimide), (poly) amide ((poly) amide), (poly) propylene ((poly) propylene), (poly) butadiene ((poly) butadiene ), polyalkylene oxide, (poly) ester ((poly) ester), (poly) isoprene ((poly) isoprene), (poly) styrene ((poly) styrene), (poly) ethylene ( (poly)ethylene),
  • the support layer 100 may have a substantially circular shape in a plan view, and may provide a function of supporting the pattern layer 200 thereon.
  • the lower limit of the minimum thickness T1 of the support layer 100 may be about 1 mm or more, or about 2 mm or more, or about 3 mm or more.
  • the upper limit of the thickness of the support layer 100 is not particularly limited, but may be, for example, about 5 mm or less, or about 4 mm or less.
  • the numerical range disclosed herein is a numerical range between any upper limit arbitrarily selected from among a plurality of upper limits and a lower limit of any one arbitrarily selected from among a plurality of lower limits. should be understood as disclosing.
  • the porosity of the support layer 100 may be different from the porosity of the pattern layer 200 to be described later.
  • the support layer 100 may have a higher porosity than the pattern layer 200 to be described later, specifically, the protrusion pattern 230 .
  • the porosity of the support layer 100 may be about 1.3 times or more, or about 1.4 times or more, or about 1.5 times or more of the porosity of the pattern layer 200 .
  • the support layer 100 may have greater flexibility than the pattern layer 200 .
  • the type of material, physical properties, etc. may be controlled, but may also be controlled using the porosity.
  • the present invention is not limited thereto, and in another embodiment, the porosity of the support layer 100 may be smaller than the porosity of the pattern layer 200 .
  • the pattern layer 200 may be disposed on the support layer 100 .
  • the pattern layer 200 may be directly disposed on the support layer 100 without a separate bonding layer.
  • the pattern layer 200 may include a base 210 and a plurality of protruding patterns 230 disposed on the base 210 .
  • a plurality of protrusion patterns 230 may be spaced apart from each other on the base 210 .
  • the surface and/or the inside of the pattern layer 200 may partially have voids. More specifically, the surface of the pattern layer 200 may be in a state in which voids are formed only at specific positions.
  • the base 210 and the protrusion pattern 230 are integrally and continuously formed without a physical boundary, and may be made of the same material. In another embodiment, the base 210 and the protrusion pattern 230 may have a physical boundary and may be made of different materials. In this case, the strength, rigidity, and/or hardness of the base 210 may be smaller than that of the protrusion pattern 230 .
  • the base 210 may be a portion overlapping the plurality of protruding patterns 230 spaced apart from each other in the third direction (Z).
  • the base 210 may be a portion that occupies most of an area corresponding to the polishing pad 11 in a plan view and covers the support layer 100 .
  • the base 210 may mean the remaining portion of the pattern layer 200 excluding the protrusion pattern 230 to be described later.
  • the lower limit of the maximum thickness T2 of the base 210 may be about 0.01 mm or more, or about 0.05 mm or more, or about 0.1 mm or more, or about 0.5 mm or more, or about 1.0 mm or more.
  • the upper limit of the thickness of the base 210 is not particularly limited, but may be, for example, about 3.0 mm or less, or about 2.5 mm or less, or about 2.0 mm or less, or about 1.5 mm or less.
  • the plurality of protrusion patterns 230 may be disposed on one base 210 .
  • the protrusion pattern 230 may be a portion that forms the uppermost level of the polishing pad 11 and forms a polishing surface. That is, even when the pattern layer 200 has a multi-stage structure, the protruding pattern 230 may mean a protruding portion contributing to actual polishing.
  • the protrusion pattern 230 may have a substantially rectangular shape in a plan view, but the present invention is not limited thereto.
  • the protrusion pattern 230 may have a substantially rectangular shape, and may not overlap the trenches 300 to be described later in the third direction (Z).
  • the protrusion pattern 230 is not formed at a position overlapping the trench 300 , or the already formed protrusion pattern 230 may be removed and processed using a laser or the like.
  • FIG. 2 illustrates a state in which the plurality of protrusion patterns 230 are substantially regularly arranged in a plan view
  • the plurality of protrusion patterns 230 are substantially irregularly arranged, or arbitrary may have a random arrangement of
  • the plurality of protrusion patterns 230 may be gathered to form one cluster pattern, and the cluster patterns may be arranged substantially regularly.
  • the plurality of protrusion patterns 230 in a certain cluster pattern may be arranged with regularity.
  • the protrusion patterns 230 may be repeatedly arranged along at least two directions to form a regular arrangement.
  • the protrusion patterns 230 may be repeatedly arranged with substantially the same spacing along the first direction X and the second direction Y to be approximately arranged in a matrix.
  • the size of the protrusion pattern 230 may be a major factor affecting a polishing rate, a polishing non-uniformity NU, and the like of the polishing pad 11 .
  • the inventors of the present invention have completed the present invention by confirming that the polishing rate can be controlled by the circumferential length and/or area of the protruding pattern 230 .
  • the polished area occupied by the protruding pattern 230 is about 1.0% or more and 80% or less of the total area, or about 1.0% or more and 70% or less, or about 1.0% or more 60% or less, or about 1.0% or more 50% or less, or about 1.0% or more 45.0% or less, or about 1.0% or more 40% or less, or about 1.0% or more 35 % or less, or about 1.0% or more and 30% or less, or about 3.0% or more and 30.0% or less, or about 5.0% or more and 30.0% or less, or about 10.0% or more and 30.0% or less.
  • the lower limit of the polishing area with respect to the total area may be about 1.0%, or about 3.0%, or about 5.0%.
  • the upper limit of the abrasive area to the total area may be about 80%, or about 70%, or about 60%, or about 50%, or about 45%, or about 40%, or about 35%, or about 30%. .
  • the term 'polishing area' or 'actual polishing area' refers to an area where the upper end of the protrusion pattern 230 comes into contact with the substrate 50 to be polished and contributes to polishing. That is, it means an area occupied by a portion forming the maximum height in the pattern layer 200 of the polishing pad 11 .
  • the polishing area may be calculated as the sum of the upper areas of the protruding patterns 230 with respect to the total area of the polishing pad 11 . The sum of can also be used with substantially the same meaning.
  • the protrusion pattern 230 may have a first void P1 and a second void P2 that contribute to an increase in the peripheral length of the edge.
  • the area occupied by the above-described protrusion pattern 230 may mean an area excluding the area occupied by the first void P1 and the second void P2 .
  • the first gap P1 and the second gap P2 will be described in detail later.
  • the planar area occupied by the protrusion pattern 230 is W ⁇ W It may be an area excluding the area occupied by the first void P1 and the second void P2 . Accordingly, the area S occupied by the protrusion pattern 230 may be slightly smaller than W ⁇ W. Specifically, the polishing area S formed by any one protrusion pattern 230 may be (W ⁇ W) ⁇ (area occupied by the first void + area occupied by the second void).
  • the ratio of the polishing area to the total planar area of the polishing pad 11 may be expressed as S ⁇ n. have.
  • n is the total number of protrusion patterns 230 included in the polishing pad 11 .
  • the ratio of the polishing area may be expressed as an area occupied by the protrusion patterns 230 belonging to the verification target area with respect to an arbitrary verification target area of the polishing pad 11 .
  • the ratio of the polishing area is expressed as a slope of the graph.
  • polishing characteristics such as a polishing rate can be controlled by changing the arrangement, shape, and/or size of the protruding pattern 230 .
  • polishing rate may decrease again due to the reduction of the actual contact pressure and the restriction of the flow of the slurry.
  • the perimeter length per unit area formed by the planar perimeter of the protrusion pattern 230 is about 1.0 mm/mm 2 or more and 250.0 mm/mm 2 or less, or about 1.0 mm/ mm 2 or more 200.0mm / mm 2 or less, or about 1.0mm / mm 2 or more 150.0mm / mm 2 or less, or about 1.0mm / mm 2 or more 100.0mm / mm 2 or less, or about 1.0mm / mm 2 or more 50.0mm /mm 2 or less, or about 1.0 mm/mm 2 or more and 30.0 mm/mm 2 or less, or about 1.0 mm/mm 2 or more and 25.0 mm/mm 2 or less, or about 1.0 mm/mm 2 or more and 20.0 mm/mm 2 or less; or about 1.0mm / mm 2 or more 16.0mm / mm 2 or less, or about 1.0mm / mm 2 or less; or about 1.0mm / mm 2 or more 16.0mm / mm
  • the term 'perimeter length per unit area' refers to an outer length formed by the polishing area of the protruding patterns 230 per unit area (1 mm 2 ).
  • the perimeter length per unit area may be expressed as four protruding patterns ⁇ L.
  • L denotes a perimeter length formed by any one protrusion pattern 230 .
  • L may be somewhat larger than 4 sides ⁇ W. This is because, as described above, the first void P1 and the second void P2 cause an increase in the circumferential length of the protruding pattern 230 . That is, in the present specification, the circumferential length of the protruding pattern 230 is a closed curve formed by an edge including the first void P1 of the protruding pattern 230 having an arbitrary shape on a plane as well as an outer edge. It is formed including the circumferential length of the second air gap (P2) located inside the.
  • the perimeter length per unit area may be expressed as a perimeter length formed by the protrusion pattern 230 belonging to the confirmation object area with respect to an arbitrary confirmation object area of the polishing pad 11 .
  • the area to be checked eg, inspection area
  • the total perimeter length formed by the protrusion pattern 230 in that case is the y-axis
  • the perimeter per unit area is the slope of the graph
  • the maximum width Wmax of the protrusion pattern 230 may be formed in a substantially diagonal direction.
  • the minimum width W of the protrusion pattern 230 may correspond to the length of any one side.
  • the minimum width of the protrusion pattern means the width of the portion having the smallest length among the length, width or width on a plane of any one protrusion pattern 230 that is physically separated and spaced apart from other protrusion patterns. do.
  • the minimum width means the minimum length required to be controlled in the process and/or process equipment for forming the protrusion pattern 230, and may mean the shortest distance between one point and another point, excluding the length increased by the gap. have.
  • the maximum width Wmax of the protrusion pattern 230 may vary depending on the planar shape of the protrusion pattern 230 , but, for example, the maximum width Wmax of the protrusion pattern 230 is about 1.0 mm or less, or about 0.8 mm or less. , or about 0.5 mm or less, or about 0.3 mm or less.
  • the minimum width of the protrusion pattern 230 may correspond to the length W of one side.
  • the lower limit of the minimum width W of the protrusion pattern 230 is about 20 ⁇ m or more, or about 30 ⁇ m, or more, or about 40 ⁇ m or more, or about 50 ⁇ m or more, or about 60 ⁇ m or more, or about 70 ⁇ m or more, or about 80 ⁇ m or more, or about 90 ⁇ m or more, or about 100 ⁇ m or more.
  • the upper limit of the minimum width W is not particularly limited, but may be less than the maximum width Wmax.
  • the height H of the protrusion pattern 230 may affect the polishing characteristics and durability of the polishing pad 11 .
  • the minimum height H of the protrusion pattern 230 means the shortest vertical distance from the upper surface of the base 210 to the upper end of the protrusion pattern 230 .
  • the minimum height H of the protrusion pattern 230 is about 0.01 mm or more and 1.5 mm or less, or about 0.01 mm or more and 1.0 mm or less, or about 0.01 mm or more and 0.5 mm or less, or about 0.01 mm or more and 0.3 mm or less, or about 0.01 mm or more and 0.2 mm or less, or about 0.01 mm or more and 0.1 mm or less.
  • the height H of the protrusion pattern 230 may have a correlation with the minimum width W of the protrusion pattern 230 . That is, if the length ratio of the protruding pattern 230 on the water surface becomes too large, for example, when the height (H) of the protruding pattern 230 exceeds 1.5 mm, the polishing pad 11 rotates and is in close contact with the polishing target substrate 50 . In the process, inclination or distortion in a planar direction, for example, in any direction in a plane to which the first direction (X) and the second direction (Y) belong, may occur, and the designed polishing may not be completely performed.
  • the life of the polishing pad 11 may be too short due to damage or abrasion occurring at the top of the protruding pattern 230 as the polishing process is repeated.
  • the minimum height H of the protruding pattern 230 is about 0.5 to 2.5 times, or about 0.6 to 2.0 times, or about 0.7 to 1.8 times, or about the minimum width of the protruding pattern 230. 0.8 times to 1.7 times, or about 0.9 times to 1.6 times, or about 1.0 times to 1.5 times.
  • the protrusion pattern 230 may have porosity and a plurality of pores P.
  • the plurality of voids P may include a first void P1 , a second void P2 , and a third void P3 .
  • the term 'void' may be used interchangeably with terms such as 'pore'.
  • the first void P1 is exposed on the upper surface of the protrusion pattern 230 , and is located at the edge of the protrusion pattern 230 in a plan view and refers to a void contributing to an increase in the circumferential length L . That is, the first void P1 may form a recess at the edge of the plane of the protrusion pattern 230 .
  • the first gap P1 may have a shape such as a circular arc or an elliptical arc in a plan view.
  • the second void P2 is exposed on the upper surface of the protruding pattern 230, that is, the polishing surface, and the first void ( It may be the same as P1).
  • the second void P2 is not a shape forming an indentation like the first void P1, but is an approximately circle, an ellipse, or a closed curve shape such as a distorted circle or oval shape from a plan view point of the first void P1. is different from
  • the area occupied by the pores exposed on the upper portion of the protrusion pattern 230 with respect to the entire upper surface of any one protrusion pattern 230, that is, the first void P1 and the second void is about 10% to 80%, or about 10% to 70%, or about 10% to 60%, or about 10% to 50%, or about 20% to 40%, or about 25 % to 35%.
  • the polishing area S formed by the aforementioned one protruding pattern is about 20% to 90% of the apparent area of the one protruding pattern, for example, (W ⁇ W). %, or between about 30% and 90%, or between about 40% and 90%, or between about 50% and 90%, or between about 60% and 80%, or between about 65% and 75%.
  • the first voids P1 and the second voids P2 may be substantially uniformly distributed.
  • too many first voids P1 and second voids P2 are formed, that is, when the arrangement density is too high, too many first voids P1 located at the edge may be formed.
  • the upper surface of the protruding pattern 230 that is, the polished surface may not have a complete shape, and durability may be reduced, such as the protruding pattern 230 is collapsed during the polishing process.
  • the first and second pores P1 and P2 are too small, an increase in the length of the edge of the protrusion pattern 230 may be insignificant.
  • the contact pressure required for polishing and the planar shape and length elements of the protruding pattern 230 are determined, , the size of the pores P included in the protrusion pattern 230 may be determined.
  • a polishing area, ie, an upper area, of the protrusion pattern 230 may be determined in consideration of the contact pressure.
  • the perimeter length per unit area of the protruding pattern 230 is determined in consideration of the determined contact pressure and the polishing area, and accordingly, the polishing pad 11 including the pattern layer 200 including the protruding pattern 230 is manufactured. can do.
  • the polishing rate that is, the ratio of the polishing area of the protruding pattern 230 and the perimeter length per unit area.
  • the perimeter length is increased by changing the pattern shape, it may cause a reduction in the polishing area, or at least increase the manufacturing cost due to a reduction in the minimum width of the pattern.
  • the present embodiment it is possible to relatively easily achieve an increase in the perimeter length per unit area while substantially maintaining the polishing area using the pores P of the protrusion pattern 230 .
  • the first void P1 and the second void P2 have the area ratio of the first void P1 and the second void P2 as described above, the first void P1 and the second void P2 causing an increase in the circumferential length do not exist Compared to that, the circumferential length of the protrusion pattern 230 according to the present embodiment having the first void P1 may be increased by about 1.5 times to 3.5 times, or about 2.0 times to 3.0 times, or about 2.2 times to 2.7 times.
  • the protrusion pattern 230 has edges extending in the first direction (X) and the second direction (Y).
  • the total perimeter length of any one protrusion pattern 230 is about 4 to 50 times, or about 5 to 50 times, or about 8 to 40 times the minimum width W of the protruding pattern 230 . , or about 10 to 30 times, or about 15 to 25 times.
  • the circumferential length formed by the protrusion pattern 230 per unit area is about 0.1 to 1.0 times, or about 0.2 to 0.9 times, or about 0.3 the reciprocal of the minimum width W of any one of the protruding patterns 230 . times to 0.8 times.
  • the lower limit of the ratio of the polishing area occupied by the protruding patterns 230 to the total area of the polishing pad 11 is about 1.0%, or about 3.0%, or about 5.0%, or about 10%
  • the upper limit is about 10%.
  • the ratio of the area occupied by the first voids P1 and the second voids P2 on the top surface of the protrusion pattern to the total area of the polishing pad 11, or the first voids P1 and the second voids per unit area may be about 0.01% to 25%, or about 0.5% to 20%, or about 1.0% to 15%.
  • voids may exist in the remaining portion of the pattern layer 200 except for the protruding pattern 230 , that is, on the surface of the base 210 .
  • the area occupied by the first void P1 and the second void P2 excluding the void on the surface of the base 210 and the inspection area (units) area) or the ratio of the total area of the polishing pad 11 may be within the above range.
  • the inventors of the present invention found that the protruding pattern 230 is a predetermined
  • the element in the case of having the pores (P) larger than the size was discovered and the present invention was completed. That is, the area occupied by the pores P as described above, the area occupied by the pores P with respect to the total area, and the area ratio of the upper area of the protrusion pattern 230 excluding the area occupied by the pores P are When it is within the above range, excellent polishing properties may be exhibited.
  • the first void P1 and the second void P2 may have substantially the same size. Since the first void P1 is located at the edge of the protrusion pattern 230 and does not have a complete circular or elliptical shape, the size (eg, diameter, particle size) of the first void P1 is determined by the first void P1 . ) may be understood as a size corresponding to twice the radius of curvature of the arc formed, but the present invention is not limited thereto. If the first void P1 and the second void P2 have an elliptical or distorted shape rather than a perfect circle shape, the size of the void is the diameter of an imaginary circle corresponding to the area of the void in the shape of an ellipse, that is, equivalent diameter.
  • the size of the pores P that is, the distribution range of the diameter and the average diameter may both affect the polishing rate, but in particular, the average diameter may be a very important factor.
  • the arrangement density or density of the pores P may also affect the edge shape and durability of the protrusion pattern 230 , but may also affect the average diameter of the pores P.
  • the average diameter of the pores P is about 10 ⁇ m to 150 ⁇ m, or about 20 ⁇ m to 150 ⁇ m, or about 30 ⁇ m to 130 ⁇ m, or about 50 ⁇ m to 110 ⁇ m, or about 60 ⁇ m to 100 ⁇ m.
  • the plurality of first pores P1 are not located on any one side forming the minimum width of the protrusion pattern 230 but one on any one side. Only three to three levels of the first voids P1 may be located, or even the size of the first voids P1 may be greater than the length of any one side of the protrusion pattern 230 . In this case, it is difficult to exhibit an effect of substantially increasing the circumferential length, and a reduction in the polishing area of the protruding pattern 230 may be caused.
  • the difference between the area excluding only the area of the first voids P1 from the upper area of the protruding pattern 230 and the area excluding the entire area of the voids P from the upper area of the protruding pattern 230 increases, It may not show the designed polishing rate.
  • the durability of the protrusion pattern 230 may be deteriorated due to the first pore P1 positioned at the edge of the protrusion pattern 230 , and a polishing defect may occur.
  • the arrangement density and distribution of the pores such as the area occupied by the pores P, may be configured as described above to improve the intended polishing properties.
  • the diameter distribution of the pores P including the first pores P1 and the second pores P2 is about 1 ⁇ m to 500 ⁇ m, or about 5 ⁇ m to 400 ⁇ m, or It may be in the range of about 80 ⁇ m to 300 ⁇ m.
  • a side surface of the protrusion pattern 230 may have a third void P3 . That is, the third void P3 refers to a void exposed only on the side surface of the protrusion pattern 230 , not on the top surface. At least some of the plurality of pores included in the protrusion pattern 230 may be exposed to a side surface of the protrusion pattern 230 to form a recessed groove.
  • the groove of the side surface of the protruding pattern 230 that is, the third void P3, is not exposed to the upper surface of the protruding pattern 230, that is, the polishing surface, and the first void ( It has a difference from P1) and the second void P2.
  • a predetermined separation distance may be provided between the protruding patterns 230 adjacent to each other.
  • the polishing liquid that is, the slurry 70
  • the side surface of the protrusion pattern 230 has a predetermined groove formed by the third cavity P3, and the groove may be used to contribute to an increase in the flow of the slurry 70 . Since the size of the third void P3 and the like have been described together with the first void P1 and the second void P2 , the overlapping description will be omitted.
  • the average diameter of the third pores P3 may be in the range of about 20 ⁇ m to 150 ⁇ m, or about 30 ⁇ m to 130 ⁇ m, or about 50 ⁇ m to 110 ⁇ m, or about 60 ⁇ m to 100 ⁇ m.
  • the present invention is not limited thereto, when the polishing process is performed using the polishing pad 11 according to the present embodiment, the protrusion pattern 230 is cut from the upper end and the height H of the protrusion pattern 230 gradually increases. can be lowered At this time, the height of the protrusion pattern 230 is lowered, the third void P3 is exposed, and may be changed to the above-described first void P1 .
  • the first void P1 and the second void P2 contribute to an increase in the peripheral length of the edge of a certain protrusion pattern 230 , and may also affect the polishing area formed by the protruding pattern 230 . have.
  • the third pore P3 may be exposed on the side surface of the protrusion pattern 230 to affect the flow of the slurry 70 .
  • the size of the protruding pattern 230 is very limited.
  • the protrusion pattern 230 is formed in detail in order to secure a sufficient circumferential length, it causes an increase in manufacturing cost.
  • the protrusion pattern 230 when the protrusion pattern 230 forms pores, a perimeter length greater than the calculated perimeter may be formed. Therefore, even if the manufacturing cost is increased as in the prior art, when the protrusion pattern 230 is formed in detail, a larger increase in the circumferential length can be achieved. For example, the circumferential length of the protruding pattern 230 of the actually manufactured polishing pad 11 may be greater than the initially determined circumferential length per unit area. On the other hand, even if a larger protrusion pattern 230 is formed than in the prior art, that is, even if the manufacturing cost is reduced, there is an advantage in that the perimeter length of the conventional level can be secured.
  • One surface of the polishing pad 11 for example, the upper surface of FIG. 6 may have a trench 300 .
  • the trench 300 may perform a channel function for transporting and discharging the slurry 70 dropped on the upper surface of the polishing pad 11 .
  • the term 'trench' used herein may be used interchangeably with terms such as a channel, a groove, and a groove.
  • the trench 300 may include a first trench 310 having a linear shape extending in the first direction (X), the second direction (Y), and/or diagonally.
  • the first trench 310 may have a shape extending in a radial direction from the center of the circular polishing pad 11 .
  • FIG. 2 illustrates a case in which eight first trenches 310 inclined in the first direction (X), the second direction (Y), and 45 degree directions are formed. Accordingly, the polishing pad 11 may be divided into eight sectoral regions having a central angle of approximately 45 degrees. At least a portion of the first trenches 310 of the polishing pad 11 according to the present embodiment may be extended in the arrangement direction of the protrusion patterns 230 , that is, in the first direction (X) and the second direction (Y). have.
  • the present invention is not limited thereto.
  • the first trench 310 may induce the slurry 70 to move or flow in the radial outer direction of the polishing pad 11 due to centrifugal force generated according to the rotation of the polishing pad 11 . Through this, even when the nozzle 60 does not move and the slurry 70 is dripped, the slurry 70 can be applied to the entire surface of the polishing pad 11, and excessive aggregation is prevented in a part. It is possible to improve the utilization efficiency of the slurry.
  • the first trench 310 may be configured to increase in depth toward the outer direction.
  • the trench 300 may further include a second trench 320 arranged in a concentric circle with respect to the center of the circular polishing pad 11 .
  • 2 illustrates a case in which there are three second trenches 320, of course, the present invention is not limited thereto.
  • Any second trench 320 may be provided to intersect the plurality of first trenches 310 .
  • the second trench 320 may induce the slurry 70 to move or flow in the rotational direction of the polishing pad 11 , ie, the circumferential direction, due to centrifugal force generated according to the rotation of the polishing pad 11 .
  • the present invention is not limited thereto, preferentially, the slurry 70 flowing in the outer direction of the polishing pad 11 through the first trench 310 rotates the polishing pad 11 by the second trench 320 . direction can flow. Accordingly, forming the maximum width of the first trench 310 larger than the maximum width of the second trench 320 may be advantageous in terms of preventing agglomeration of the slurry 70 .
  • the first trench 310 (and the second trench) has a depth substantially equal to the thickness T2 of the base 210 . Accordingly, the upper surface of the support layer 100 may be partially exposed through the trench 300 .
  • the present invention is not limited thereto, and in another embodiment, the depth of the trench 300 is smaller than the thickness of the base 210 , and thus the support layer 100 may not be exposed. In another embodiment, the depth of the trench 300 is greater than the thickness of the base 210 , and accordingly, the support layer 100 may also have a shape partially having the trench.
  • the first trench 310 and the second trench 320 impart a predetermined fluidity to each pattern layer 200 , and the protruding pattern 230 of the polishing pad 11 as described above. It can be made to follow along the curvature of this polishing object substrate 50. As shown in FIG.
  • the upper surface of the support layer 100 may be partially exposed by the first trench 310 and the second trench 320 , and the pattern layer 200 may be spaced apart from each other based on the first trench 310 .
  • the base 210 that is partitioned based on the first trench 310 and the like may be disposed on one support layer 100 . Accordingly, it is possible to have fluidity in the plane direction by the pressure in the third direction (Z) applied to the pattern layer 200 , and to make vertical tracking along the curved surface of the substrate 50 to be polished more flexible.
  • the maximum depth of the trench 300 may be greater than the height H of the protrusion pattern 230 .
  • the maximum depth of the first trench 310 is greater than the height of the protruding pattern 230 is the flowability of the pattern layer 200 and the substrate to be polished. It can be advantageous in terms of following.
  • polishing pad 11 According to the present embodiment, follow characteristics and polishing characteristics of the polishing pad 11 according to the present embodiment will be described with further reference to FIGS. 7 to 10 .
  • FIG. 7 is an exemplary schematic diagram illustrating a state in which the polishing pad 11 is in contact with the substrate 50 to be polished
  • FIG. 8 is a state in which the polishing pad polished by a conventional conditioner is in contact with the substrate 50 to be polished. It is an exemplary schematic diagram shown.
  • the polishing pad 11 when the lower surface of the substrate 50 to be polished has a fine curve, the polishing pad 11 according to the present embodiment has sufficient flexibility in the vertical direction, for example, gravity, as the support layer 100 has sufficient flexibility. Elastic deformation in the direction may be possible.
  • the upper surface of the protruding pattern 230 forming the polishing surface can be in close contact with the curved surface of the polishing target substrate 50 , and the slurry is evenly distributed between the pattern layer 200 and the polishing target substrate 50 , and excellent polishing rate can be achieved.
  • the portion in which the polishing target substrate 50 convexly protruding to the lower side is in contact with the polishing pad 11 is where the polishing target substrate 50 concavely indented relatively upward is in contact with the polishing pad 11 .
  • a relatively greater pressure can be applied compared to the part, thereby minimizing the polishing non-uniformity (NU) and achieving uniform polishing.
  • the polishing pad 11 forms the rigidity of the pattern layer 200 greater than that of the support layer 100 , so that when the polishing pad 11 is pressed against the substrate 50 to be polished, the pattern layer 200 . ), the deformation degree of the support layer 100 may be greater than that of the protrusion pattern 230 and the base 210 .
  • the pattern layer 200 may be configured such that only the support layer 100 is flexibly deformed while causing substantially no deformation or minimal deformation. If the protrusion pattern 230 has excessive flexibility and is easily deformed by vertical pressure, the polishing area of the protrusion pattern 230 is deformed, and the intended polishing rate is not exhibited due to shape deformation such as inclination in the horizontal direction. may not be
  • the support layer 100 is deformed to follow the curve of the surface of the substrate 50 to be polished, and at the same time, an excellent polishing rate can be exhibited.
  • the present invention is not limited thereto, as a non-limiting example, the maximum rate of change in the plane direction with respect to the vertical pressure of the pattern layer 200 including the protruding pattern 230 , or the material constituting the pattern layer 200 .
  • the material may be selected so that it is about 20.0% or less, or about 15.0% or less, or about 10.0% or less, or about 5.0% or less.
  • FIG. 9 is another exemplary schematic view showing a state in which the polishing pad 11 is in contact with the substrate 50 to be polished
  • FIG. 10 is a state in which the polishing pad polished by a conventional conditioner is in contact with the substrate 50 to be polished.
  • It is an exemplary schematic diagram showing. 9 and 10 illustrate a case in which the polishing target substrate 50 includes a device pattern 50b disposed on a base substrate 50a and an overcoat layer 50c thereon.
  • the device pattern 50b may be a wiring pattern made of metal or an active pattern including a semiconductor material, but is not particularly limited.
  • the polishing pad 11 when the overcoating layer 50c having a very fine degree of curvature or step is located on the lower surface of the substrate 50 to be polished, the polishing pad 11 according to the present embodiment is The top of the pattern layer 200 may have a uniform height and the overcoat layer 50c may be uniformly planarized. That is, only the overcoating layer 50c protruding relatively downward convexly is selectively polished, and physical pressure is minimized on the overcoating layer 50c which is relatively concavely indented to the upper side, thereby damaging the elements of the substrate 50 to be polished. Global planarization can be achieved without Therefore, the polishing pad 11 according to the present embodiment may be applicable to the STI structure process or the like. This will be described later along with experimental examples.
  • the device of the polishing target substrate 50 may be damaged or only a degree of partial planarization may be achieved, so it is not suitable for use in a precision planarization process.
  • FIG. 11 is a plan view illustrating an arrangement of protruding patterns of a polishing pad of a polishing apparatus according to another embodiment of the present invention.
  • the protrusion pattern 232 of the pattern layer 202 of the polishing pad 12 according to the present embodiment has an approximately '+' shape rather than a rectangular shape in a plan view, as shown in FIG. 4 and the like. It is different from the polishing pad according to the example.
  • the plurality of protrusion patterns 232 may be disposed on the base 210 . As described above, the protrusion patterns 232 may be repeatedly arranged along at least two directions to form an approximately regular arrangement. For example, the protrusion patterns 232 may be repeatedly arranged with the same spacing in the first direction (X) and the second direction (Y). Although not shown in the drawings, at least some of the first trenches (not shown) extending in the radial direction may be substantially parallel to the arrangement direction of the protrusion patterns 232 , but the present invention is not limited thereto.
  • the protrusion pattern 232 may have an approximately '+' shape. Specifically, the extension portions 232p may be extended in the same first direction (X) and second direction (Y) as the arrangement direction based on an arbitrary point. Accordingly, the protrusion pattern 232 may have four indentations 232v in the upper left portion, the upper right portion, the lower right portion, and the lower left portion in a plan view.
  • the maximum width Wmax of the protrusion pattern 232 may be expressed as the length of the two extension portions 232p extending in substantially opposite directions.
  • the minimum width Wmin of the protrusion pattern 232 may be expressed as a width of a certain extension portion 232p.
  • a certain protrusion pattern 232 has a first void P1 and a second void P2 contributing to an increase in the circumferential length.
  • the protrusion pattern 232 may have a third void (not shown) located on the side surface.
  • the size of the protrusion pattern 232 may affect the polishing rate of the polishing pad 12 , the polishing non-uniformity, and the like.
  • the perimeter length per unit area of the protrusion pattern 232 may be substantially the same as in the embodiment of FIG. 4 .
  • a polishing area different from that of FIG. 4 may be provided, and a degree of freedom in design may be secured by using the shape of the protrusion pattern 232 as in the present embodiment.
  • the slurry (not shown) flowing on the upper surface of the polishing pad 12 rides on the upper surface of the protruding pattern 232 in the opposite direction. can form a flowing structure. That is, the flow of the slurry is trapped and/or controlled by the indentation of the protruding pattern 232 as well as the upper surface of the base 210, so that it can be configured to forcibly flow to the upper surface of the protruding pattern 232, Through this, it is possible to increase the utilization efficiency of the slurry.
  • FIG. 12 is a plan view illustrating an arrangement of protruding patterns of a polishing pad of a polishing apparatus according to another embodiment of the present invention.
  • the protrusion pattern 233 of the pattern layer 203 of the polishing pad 13 according to the present embodiment has an approximately pivoted '+' shape in a plan view according to the embodiment of FIG. 11 . It is different from a polishing pad. That is, the protrusion pattern 233 may have an approximately 'X' shape in a plan view. In this specification, the '+' shape and the 'X' shape may be regarded as the same shape except for the pivoted point.
  • a certain protrusion pattern 233 has a first void P1 and a second void P2 contributing to an increase in the circumferential length.
  • the protrusion pattern 233 may have a third void (not shown) located on the side surface.
  • the protrusion pattern 233 has extension parts 233p extending based on an arbitrary point, and the extending direction of the extension part 233p is the arranging direction of the protrusion patterns 233 , that is, It may be a direction crossing the first direction (X) and the second direction (Y).
  • the maximum width Wmax of the protrusion pattern 233 is expressed as the sum of the lengths of the two extension portions 233p, and the minimum width Wmin is expressed as the width of a certain extension portion 233p as described above.
  • a circumferential length and a planar area per unit area of the protrusion pattern 233 according to the present exemplary embodiment may be substantially the same as those of the exemplary embodiment of FIG. 11 .
  • the indentation portion 233v is positioned on one side and the other side of the protrusion pattern 233 in the first direction (X) and on one side and the other side in the second direction (Y).
  • the slurry may have a large tendency to move in a radial direction due to centrifugal force generated by rotation of the polishing pad 13 .
  • the radial direction at a certain position may substantially coincide with the first direction (X). Accordingly, when the indentations 233v are arranged as in the present embodiment, the flow structure of the slurry can be strengthened, and the polishing efficiency can be improved.
  • FIG. 13 is a plan view illustrating an arrangement of protruding patterns of a polishing pad of a polishing apparatus according to another embodiment of the present invention.
  • the point that the plurality of protruding patterns 234 of the pattern layer 204 of the polishing pad 14 according to the present embodiment together form a protruding pattern group 234N is the polishing according to the embodiment of FIG. 12 . It is different from the pad.
  • any one of the protrusion patterns 234 may have the same shape as in the embodiment of FIG. 4 and the like.
  • the plurality of protrusion patterns 234 may be adjacent to each other to form a protrusion pattern group 234N.
  • the plurality of protrusion pattern clusters 234N may be regularly arranged in the first direction (X) and the second direction (Y).
  • Any one protrusion pattern group 234N includes a plurality of protrusion patterns 234 , and the plurality of protrusion patterns 234 may be approximately regularly arranged in any one protrusion pattern group 234N. 13 illustrates a case in which one protrusion pattern group 234N includes five protrusion patterns 234 .
  • any protrusion pattern 234 means a unit structure having a shape independent of each other, and even when the protrusion pattern clusters 234N are regularly arranged, the terms minimum width, maximum width, etc. used herein are any one It should be understood as referring to the protrusion pattern 234 of
  • the protrusion pattern cluster 234N may have an approximately 'X' shape as a whole. Any one protrusion pattern group 234N may have a recess 234v formed by adjacent protrusion patterns 234 .
  • the protrusion patterns 234 may be in a diagonally abutting state, but the present invention is not limited thereto.
  • Each of the protrusion patterns 234 may have a first void P1 and a second void P2 that contribute to an increase in the circumferential length.
  • each of the protrusion patterns 234 may have third voids (not shown) located on the side surfaces.
  • the maximum width Wmax of the protrusion pattern 234 is expressed as a length in the diagonal direction of the protrusion pattern 234 having a substantially rectangular shape, and the minimum width Wmin of the protrusion pattern 234 is one side of the protrusion pattern 234 . It can be expressed as a length.
  • one protrusion pattern group 234N is composed of a plurality of protrusion patterns 234 to increase the perimeter length.
  • a polishing area substantially the same as or similar to that of the embodiment of FIG. 12 is provided, but the perimeter length per unit area may be further increased. In this way, design freedom can be secured.
  • FIG. 14 is a plan view illustrating an arrangement of protruding patterns of a polishing pad of a polishing apparatus according to another embodiment of the present invention.
  • the protrusion pattern 235 of the pattern layer 205 of the polishing pad 15 includes a first protrusion pattern 235a and a second protrusion pattern 235b having different shapes. This is different from the polishing pad according to the embodiment of FIG. 13 .
  • the first protrusion pattern 235a is located at an approximate center of the protrusion pattern group 235N, and may have substantially the same shape as the protrusion pattern according to the exemplary embodiment of FIG. 4 .
  • the second protrusion pattern 235b is arranged to surround the first protrusion pattern 235a and may have an approximately 'X' shape.
  • the plurality of protrusion pattern clusters 235N may be regularly arranged along the first direction X and the second direction Y. 14 illustrates a case in which one protrusion pattern group 235N includes one first protrusion pattern 235a and four second protrusion patterns 235b.
  • the protrusion pattern cluster 235N may have an approximately 'X' shape as a whole. Any one protrusion pattern group 235N may have a recess 235v formed by one adjacent first protruding pattern 235a and two second protruding patterns 235b. Any of the second protruding patterns 235b and the first protruding patterns 235a may be in contact with each other in a diagonal direction, but the present invention is not limited thereto.
  • any one of the second protrusion patterns 235b may include four extension parts 235p extending from a certain point. As the second protrusion pattern 235b has an approximately 'X' shape, each of the second protrusion patterns 235b may also form a detailed indentation. The detailed indentation allows the flowing slurry to flow along the upper surface of the protrusion pattern 235 in the opposite direction, thereby further improving the use efficiency of the slurry.
  • Each of the first protrusion pattern 235a and the second protrusion pattern 235b may have a first void P1 and a second void P2 that contribute to an increase in circumferential length. Also, although not shown in the drawings, the first protrusion pattern 235a and the second protrusion pattern 235b may each have third voids (not shown) positioned on the side surfaces.
  • the maximum width Wmax-a of the first protrusion pattern 235a may be expressed as a diagonal length of a substantially rectangular pattern, and the minimum width Wmin-a may be expressed as a length of one side.
  • the maximum width Wmax-b of the second protrusion pattern 235b is expressed as the sum of the extension lengths of the two extension portions 235p extending in opposite directions, and the minimum width Wmin-b is the extension portion 235p. ) can be expressed as the width of
  • 15 is a plan view illustrating an arrangement of protruding patterns of a polishing pad of a polishing apparatus according to another embodiment of the present invention.
  • the protrusion patterns 236 in any one protrusion pattern group 236N may be spaced apart from each other.
  • a path through which large particles or impurities in the slurry pass may be provided. That is, the particles that cause damage to the substrate to be polished do not flow to the upper surface of the protrusion pattern 236 but pass through the separation space, thereby further improving the polishing properties.
  • the protrusion pattern clusters 236N may be regularly arranged in the first direction (X) and the second direction (Y).
  • the protrusion pattern cluster 236N may have an approximately 'X' shape as a whole. Any one protrusion pattern group 236N may have a recess 236v formed by adjacent protrusion patterns 236 .
  • Any one protrusion pattern 236 may have a plurality of extension parts 236v.
  • each of the protrusion patterns 236 may have a first void P1 and a second void P2 that contribute to an increase in the circumferential length.
  • each of the protrusion patterns 236 may have third voids (not shown) located on the side surfaces.
  • the minimum width Wmin of the protrusion pattern 236 may be expressed as the width of any extension portion 236p.
  • 16 is a plan view illustrating an arrangement of protruding patterns of a polishing pad of a polishing apparatus according to another embodiment of the present invention.
  • the protrusion pattern group 237N of the pattern layer 207 of the polishing pad 17 according to the present embodiment is composed of nine protrusion patterns 237 which is the same as the polishing pad according to the embodiment of FIG. 15 . that is different.
  • the minimum width Wmin of the protrusion pattern 237 may be expressed as the width of one extension 237p of any protrusion pattern 237 .
  • the protrusion pattern 237 has a shape substantially similar to that of FIG. 15 , but may be provided to provide a larger circumferential length.
  • 17 is a plan view illustrating an arrangement of protruding patterns of a polishing pad of a polishing apparatus according to another embodiment of the present invention.
  • the arrangement direction of the plurality of protrusion pattern groups 238N of the pattern layer 208 of the polishing pad 18 according to the present embodiment, and the protrusion patterns 238 in a certain protrusion pattern group 238N are different from the polishing pad according to the embodiment of FIG. 16 .
  • the plurality of protrusion pattern clusters 238N may be arranged in the first direction X and the second direction Y.
  • Each protrusion pattern 238 may be arranged in a direction crossing the first direction (X) and the second direction (Y). More specifically, the protrusion pattern cluster 238N may have an overall pivoted shape.
  • the arrangement density of the protrusion pattern 238 or the protrusion pattern group 238N may be increased, and the polishing area per unit area or the perimeter length per unit area may be controlled.
  • the arrangement direction of the protrusion pattern clusters and the extension direction of each protrusion pattern cluster that is, the arrangement direction of the unit protrusion patterns are the same as shown in FIG. can be higher
  • FIG. 18 is a plan view illustrating an arrangement of protruding patterns of a polishing pad of a polishing apparatus according to another embodiment of the present invention.
  • the arrangement direction of the protruding pattern clusters 239 of the pattern layer 209 of the polishing pad 19 according to the present embodiment intersects the first direction (X) and the second direction (Y). The point is different from the polishing pad according to the embodiment of FIG. 17 .
  • the first direction X and the second direction Y may be substantially parallel to a direction in which some of the first trenches (not shown) extending in the radial direction extend. That is, in the polishing pad 19 according to the present embodiment, the arrangement direction of the protrusion pattern groups 239N and the arrangement direction of the protrusion patterns 239 in any one protrusion pattern group 239N are the extension directions of the first trenches. and may be in a different direction.
  • polishing pads of the embodiments to be described below may have the various planar structures described above.
  • 19 is a cross-sectional view of a polishing pad of a polishing apparatus according to another embodiment of the present invention, and is a cross-sectional view showing a position corresponding to that of FIG.
  • the pattern layer 202 of the polishing pad 20 may have a plurality of pores P1 , P2 , P3 , and P4 .
  • the voids P1 , P2 , P3 , and P4 include a first void P1 and a second void P2 positioned on the upper surface of the protruding pattern 230 , and are exposed on the side surface of the protruding pattern 230 .
  • a third void P3 may be further included.
  • the size of the pores P is a very important factor in that it affects the polishing efficiency by causing an increase in the circumferential length on the polishing surface and a change in the polishing area due to the pores P1 and P2 in a plan view. to be.
  • the third void P3 it may be exposed to the side surface of the protrusion pattern 230 , thereby affecting durability of the protrusion pattern 230 .
  • the ratio of the sum of the heights occupied by the third cavity P3 to the vertical height H of the protrusion pattern 230 is about 10% to 50%, or about 15% to 50%, or from about 20% to 50%, or from about 20% to 45%, or from about 20% to 40%.
  • the average diameter of the third pore P3 may be in the range of about 5% to 15%, or about 10% to 15% of the height H of the protrusion pattern 230 .
  • the protrusion pattern 230 has too much fluidity in the third direction Z, and/or the protrusion pattern ( 230) may be degraded. Therefore, it is preferable to make the sum of the diameter of one third void P3 and the length in the third direction Z occupied by the plurality of third voids P3 arranged in the third direction Z within the above range.
  • voids are substantially absent, a relatively small number, or a relatively small number of voids in the remaining portion of the pattern layer 200 except for the protrusion pattern 230 , that is, on the surface such as the upper surface 210s of the base 210 . There may be voids of any size.
  • the surface roughness Rsk base which is defined as the skewness of the upper surface 210s of the base 210, is caused by the first voids P1 to the third voids P3 of the protrusion pattern 230 surface. It can be greater than the surface roughness defined by the skewness formed.
  • the surface skewness of the surface of the protrusion pattern 230 may have a negative value, and the upper surface 210s of the base 210 may have a negative value, or 0 or a positive value.
  • the present invention is not limited thereto, when the pattern layer 200 of the polishing pad 11 is formed using a laser or the like, at least a portion of the voids are melted or collapsed during the laser irradiation on the surface of the base 210 . This may be because the skewness of the upper surface 210s of the base can be adjusted in a positive direction rather than the skewness on the protrusion pattern 230 by using the feature.
  • the surface roughness may be measured for an inspection area of about 0.1 mm 2 or more.
  • a value obtained by subtracting the skewness Rsk_base of the upper surface of the base 210s from the skewness Rsk_pattern of the surface of the protrusion pattern 230, for example, the upper surface Rsk_pattern may have a positive value greater than zero. That is, the value of (Rsk_base - Rsk_pattern) > 0 may be the value of the surface state before applying the pad to polishing or during processing by applying the pad to polishing.
  • the portion of the protrusion pattern 230 excluding the pores is flat.
  • (50c) By increasing the skewness of the upper surface of the base 210s in a positive direction compared to the skewness of the protruding pattern 230 while at the same time improving the characteristics for flatly grinding the pattern, it is too deep in the upper surface of the base 210s. It is possible to improve the controllable properties so that the slurry flow is not stagnated by the pores or residual abrasive particles and abrasive by-products in the deep pores can be easily removed from the base 210 without stagnation.
  • the arrangement density of the pores (not shown) located on the upper surface 210s of the base 210 is the voids formed by the first voids P1 to the third voids P3 on the surface of the protrusion pattern 230 . may be smaller than their arrangement density.
  • the ratio of the area occupied by the pores on the upper surface of the base 210 except for the first pores P1 and the second pores P2 is about 5% to 50%, or about 10% to 30%.
  • the voids P1 , P2 , P3 , and P4 may further include a fourth void P4 .
  • An inner wall of the trench 300 formed in the patterned layer 202 may have exposed voids.
  • the void exposed on the inner wall of the trench 300 may be defined as a fourth void P4 .
  • the average diameter of the fourth pores P4 is in the range of about 10 ⁇ m to 150 ⁇ m, or about 20 ⁇ m to 150 ⁇ m, or about 30 ⁇ m to 150 ⁇ m, or about 50 ⁇ m to 130 ⁇ m, or about 60 ⁇ m to 100 ⁇ m. there may be
  • the surface skewness Rsk of the base surface 310s of the trench 310 may be greater than the surface skewness Rsk formed by the fourth void P4 of the inner wall of the trench 310 .
  • the surface skewness of the inner wall surface of the trench 310 may have a negative value, and the basal surface 310s may have a negative value, or 0 or a positive value. More specifically, a value obtained by subtracting the surface skewness of the inner wall from the surface skewness of the base surface 310s may have a positive value greater than zero.
  • the arrangement density of the pores (not shown) positioned on the base surface of the trench 310 may be smaller than the arrangement density of the pores formed by the fourth pores P4 of the inner wall of the trench 310 .
  • the ratio of the area occupied by the pores of the base surface of the trench 310 may be about 5% to 50%, or about 10% to 30%.
  • the depth D1 of the trench 310 may be smaller than the thickness of the base 210 , for example, the maximum thickness. Accordingly, the support layer 100 may not be visually recognized through the trench 310 and may be covered by the remaining pattern layer 202 .
  • the depth of the trench 310 may be greater than the maximum height of the protrusion pattern 230 .
  • the trench 310 may contribute to the fluidity of the pattern layer 202 . Accordingly, it may be desirable for the trench 310 to have a sufficient depth in terms of fluidity of the pattern layer 202 and tracking of the substrate to be polished.
  • 20 is a cross-sectional view of a polishing pad of a polishing apparatus according to another embodiment of the present invention, and is a cross-sectional view showing a position corresponding to that of FIG.
  • the polishing pad 21 according to the present embodiment is different from the embodiment of FIG. 19 described above in that the upper surface of the support layer 100 is partially visible through the trench 313 .
  • the depth D1 of the trench eg, the radiation trench 313
  • the depth D1 of the trench may be substantially equal to the thickness, eg, the maximum thickness, of the base 210 . Accordingly, the upper surface of the support layer 100 may be exposed through the trench 313 .
  • the trench including the radiation trench 313 and/or the concentric trenches imparts a certain fluidity to the pattern layer 203 , and the protruding pattern 230 of the polishing pad 13 as described above. ) may follow the curve of the substrate to be polished. That is, the upper surface of the support layer 100 may be partially exposed by the trench 313 , and the base 210 of the pattern layer 203 may be spaced apart from each other based on the radiation trench. Any one of the pattern layers 203 spaced apart from each other is the same as described above in that it has an approximately sectoral shape in plan view.
  • 21 is a cross-sectional view of a polishing pad of a polishing apparatus according to another embodiment of the present invention, and is a cross-sectional view showing a position corresponding to FIG. 6 .
  • the polishing pad 22 according to this embodiment is different from the embodiment of FIG. 20 described above in that the support layer 100 also has a partially recessed trench.
  • the patterned layer 204 may have a first trench 314
  • the support layer 100 may have a second trench 414
  • a depth D1 of the first trench 314 may be substantially equal to a thickness of the base 210
  • a depth D2 of the second trench 414 may be smaller than a thickness of the support layer 100 .
  • the first trench 314 and the second trench 414 may be connected to each other while overlapping each other in the third direction Z.
  • the first trenches 314 and the second trenches 414 may each include the aforementioned radial trenches and/or concentric trenches.
  • the support layer 100 may have a second trench 414 and provide a channel through which the slurry flows.
  • the inner wall of the second trench 414 of the support layer 100 may or may not have voids as well.
  • the average diameter of the pores (not shown) of the inner wall of the second trench 414 of the support layer 100 may be greater than the average diameter of the fourth pores P4 .
  • the arrangement density of the voids (not shown) on the inner wall of the second trench 414 may be greater than the arrangement density of the fourth voids P4 on the inner wall of the first trench 314 .
  • FIG. 22 is a cross-sectional view of a polishing pad of a polishing apparatus according to another embodiment of the present invention, and is a cross-sectional view showing a position corresponding to FIG. 6 .
  • the polishing pad 23 according to the present embodiment is different from the above-described embodiment of FIG. 21 in that the support layer 100 is penetrated by a trench.
  • the pattern layer 205 has a first trench 315 and the support layer 100 has a second trench 415 , and the first trench 315 and the second trench 415 are connected to each other by overlapping with each other as described above. same.
  • the second trench 415 may completely penetrate the support layer 100 . That is, the depth D2 of the second trench 415 may be substantially the same as the thickness of the support layer 100 . Accordingly, other components (not shown) under the polishing pad 15 may be visually recognized through the trenches 315 and 415 .
  • FIG. 23 is a cross-sectional view of a polishing pad of a polishing apparatus according to another embodiment of the present invention, and is a cross-sectional view showing a position corresponding to that of FIG.
  • the polishing pad 24 according to the present embodiment is different from the aforementioned embodiment in that the upper surface of the base 210 of the pattern layer 206 has pores.
  • 24 to 27 are cross-sectional views sequentially illustrating a method of manufacturing a polishing pad according to an embodiment of the present invention, and are cross-sectional views showing positions corresponding to those of FIG. 6 .
  • a porous pre-pattern layer 200a is prepared.
  • 24 illustrates a case in which the pre-patterned layer 200a is disposed on the support layer 100 , but the present invention is not limited thereto, and only the pre-patterned layer 200a may be prepared without the support layer 100 . .
  • the pre-pattern layer 200a may be in a pre-cured state to have a predetermined porosity.
  • the average diameter of the pores P of the pre-patterned layer 200a may be in a range of about 10 ⁇ m to 150 ⁇ m.
  • the diameter distribution of the pores P may be in the range of about 1 ⁇ m to 500 ⁇ m, or about 5 ⁇ m to 400 ⁇ m, or about 80 ⁇ m to 300 ⁇ m.
  • the pre-patterned layer 200a is at least partially removed using the laser L.
  • the pattern layer 200b removed by the laser L may include a base 210 and a plurality of protruding patterns 230 disposed on the base 210 .
  • a side surface of the protrusion pattern 230 formed by the laser L may have a third void P3 .
  • the upper surface of the protrusion pattern 230 has the first void P1 and the second void P2 as described above.
  • the upper surface 210s of the base 210 formed by the laser L has substantially no pores, or has a relatively small number of pores compared to the surface of the protrusion pattern 230 , or a relatively smaller size of pores. can have only This may be because the voids collapse due to partial melting of the pre-pattern layer 200a in the portion irradiated by the laser L, but the present invention is not limited thereto.
  • the pattern layer 200c is partially removed using a laser L to form a trench 300a in the pattern layer 200c. Specifically, a trench 300a is formed in the base 210 of the pattern layer 200c.
  • An inner wall of the trench 300a formed by the laser L may have a fourth void P4 .
  • the base surface of the trench 300a formed by the laser L has substantially no pores, or has a relatively small number of pores compared to the inner wall of the trench 300a, or has only a relatively smaller size of pores. have.
  • a first trench 300b penetrating the pattern layer 200d is formed using a laser L, and the support layer 100 is partially removed to form a second trench in the support layer 100 . (300c) is formed.
  • a second trench penetrating through the support layer 100 may be formed using a laser.
  • a protrusion pattern having the same shape as in FIG. 18 was formed.
  • the area occupied by the protrusion pattern was made to be about 10.0% of the total area.
  • the minimum width of the protrusion pattern was about 20 ⁇ m.
  • the formation method of the protrusion pattern used laser processing.
  • the pattern layer had porosity, and the average particle size of the pores was 10 ⁇ m and the volume ratio was about 25%.
  • polishing pads were prepared by adjusting the pattern size to control the perimeter length.
  • a polishing pad having the same shape as in Preparation Example 1 was manufactured, except that the minimum width of the protrusion pattern was formed to be about 60 ⁇ m.
  • various polishing pads were prepared by adjusting the pattern size to control the perimeter length.
  • a polishing pad having the same shape as in Preparation Example 2 was prepared, except that the pores had an average particle size of 20 ⁇ m and a volume ratio of about 40%.
  • various polishing pads were prepared by adjusting the pattern size to control the perimeter length.
  • a polishing pad having the same shape as in Preparation Example 2 was prepared except that the pores had an average particle size of 40 ⁇ m and a volume ratio of about 40%.
  • various polishing pads were prepared by adjusting the pattern size to control the perimeter length.
  • a polishing pad having the same shape as in Preparation Example 2 was prepared, except that the pores having an average particle size of 100 ⁇ m and a volume ratio of about 30% were used.
  • a polishing pad having the same shape as in Preparation Example 2 was prepared, except that the pores having an average particle size of 200 ⁇ m and a volume ratio of about 20% were used.
  • Various polishing pads having a peripheral length were prepared. At this time, the minimum width and pore conditions of the pattern maintained the conditions presented in Preparation Examples 1 to 4.
  • the apparent contact pressure was 150 g/cm 2 .
  • the apparent contact pressure (Pa) may be defined as a value obtained by dividing the total load applied to the substrate to be polished by the carrier by the area of the substrate to be polished.
  • the rotation speed of the polishing pad was fixed at 61 rpm.
  • the polishing rate increases as the perimeter length per unit area of the protruding pattern increases.
  • the increase in the polishing rate is not linear, but gradually decreases and slows down as the circumferential length increases, and converges to a predetermined value. For example, it is expected that the polishing efficiency will converge within about 50 mm/mm 2 .
  • polishing rate could be controlled according to the area ratio and the perimeter length.
  • polishing pads according to Preparation Examples 1 to 5 the effect of the average size of the pores on the characteristics on the polishing rate was confirmed.
  • the circumferential length of the polishing pad was fixed to 15 mm/mm 2 .
  • the polishing conditions were with a, the polishing pressure and the rotational speed of the pad in one of 61rpm, 93rpm one of 150g / cm 2 and 300g / cm 2 was expressed by the product of the horizontal axis represents the rotation speed and pressure. And the results are shown in FIGS. 29 and 30 .

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Abstract

다공성을 갖는 돌출 패턴을 포함하여 연마율을 향상시킴과 동시에 제조 비용을 절감할 수 있는 연마 패드, 이를 포함하는 연마 장치 및 연마 패드의 제조 방법이 제공된다. 상기 연마 패드는 지지층; 및 상기 지지층 상에 직접 배치된 패턴층으로서, 다수의 공극을 갖는 돌출 패턴을 포함하는 패턴층을 포함하되, 상기 공극은 상기 돌출 패턴의 평면상 둘레 길이의 증가에 기여하고, 단위 면적당 상기 돌출 패턴이 형성하는 연마면의 둘레 길이는 1.0mm/mm2 내지 50.0mm/mm2 범위에 있다.

Description

연마 패드, 이를 포함하는 연마 장치, 그리고 연마 패드의 제조 방법
본 발명은 연마면에 형성된 돌출 패턴을 포함하는 연마 패드 및 이를 포함하는 연마 장치에 관한 것이다. 상세하게는, 다공성을 갖는 돌출 패턴을 포함하여 연마율을 향상시킴과 동시에 제조 비용을 절감할 수 있는 연마 패드 및 이를 포함하는 연마 장치에 관한 것이다.
또 본 발명은 연마 패드의 제조 방법에 관한 것이다. 상세하게는, 다공성을 갖는 돌출 패턴을 포함하여 연마율을 향상시킴과 동시에 제조 비용을 절감할 수 있는 화학-기계적 연마 패드 및 레이저를 이용한 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 반도체, 디스플레이 등 고집적 회로 디바이스의 제조를 위해 화학기계적 연마(Chemical Mechanical Polishing, CMP) 공정이 수반된다. 화학기계적 연마 공정은 연마 대상 기판, 예컨대 웨이퍼 기판을 회전하는 연마 패드(polishing pad)와 가압 접촉시킴과 동시에 슬러리(slurry)와의 화학적 반응을 이용하여 연마를 수행한다. 화학기계적 연마 공정은 주로 연마 대상 표면의 평탄화 또는 불필요한 층(layer)의 제거를 목적으로 한다.
연마 공정의 특성은 연마율(Removal Rate, RR), 연마 불균일도(Non-Uniformity, NU), 연마 대상의 손상(scratch) 및 연마 대상의 평탄화도(planarization) 등으로 표현될 수 있다. 이 중에서 연마율은 연마 공정의 가장 중요한 특성 중 한가지로, 연마 패드의 연마면(polishing surface) 형태(morphology, topography), 슬러리 조성, 연마 플레이트(polishing platen)의 온도 등이 주요 요인으로 알려져 있다.
종래의 연마 장치는 연마 패드의 표면, 즉 연마면 특성을 유지하기 위해 컨디셔너(conditioner)를 포함하여 구성된다. 컨디셔너는 연마 패드의 회전축에 대해 편심하여 위치하고, 컨디셔너는 연마 패드의 연마면과 접촉할 수 있도록 구성될 수 있다. 컨디셔너의 연마 패드와 맞닿는 면에는 다이아몬드 등으로 이루어진 절삭 입자가 배치되고, 상기 절삭 입자에 의해 연마 패드 표면에 요철 구조가 형성 내지는 유지될 수 있다. 즉, 연마 공정이 진행되는 과정에서 컨디셔너는 연마 패드의 연마면을 지속적으로 연마하여 연마 패드의 표면 조도(surface roughness)를 일정 수준 이상으로 유지하고, 연마 패드를 포함하는 연마 장치가 대략 일정한 연마율을 나타내도록 할 수 있다.
그러나 연마 공정을 수행함에 따라 연마 패드가 지속적으로 마모되며 표면의 요철 구조 및 그 표면 조도가 일정치 않은 문제가 발생할 수 있다. 만일 표면 조도가 지나치게 작을 경우 연마 대상 기판과 실제로 접촉하는 실접촉 면적이 증가하거나 연마액 슬러리의 유동이 어려워지는 문제가 있다. 반면 표면 조도가 지나치게 클 경우 연마 대상 기판과의 불균일한 접촉으로 인해 요구되는 평탄화도를 만족하지 못하고 연마 대상에 스크래치가 발생할 수 있다. 이러한 연마면의 불균일성 문제는 연마 패드의 수명과 내구성을 짧게 만드는 요인이다.
특히 반도체 등의 패턴 기판이 고집적화됨에 따라 위와 같은 문제는 심화될 수 있다. 예컨대 반도체의 고집적화를 위한 쉘로우 트렌치 분리(Shallow Trench Isolation, STI) 구조 형성을 위해서는 광역 평탄화(global planarization) 수준의 평탄화도가 요구되며, 연마 공정은 반도체 특성에 직접적인 영향을 줄 수 있다.
그러나 종래의 연마 패드의 경우 내구성 문제로 인해 디싱(dishing)과 에로젼(erosion)등의 결함(defect)에 취약한 문제가 있으며, 웨이퍼 등의 표면이 미세한 굴곡을 갖는 경우 이러한 문제는 매우 심각한 공정 불량을 야기할 수 있다. 따라서 쉘로우 트렌치 분리 공정과 같이 높은 수준의 평탄화도를 요구하는 경우에도 적용 가능한 연마 패드의 개발이 절실하게 요구되는 실정이다.
이에 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 연마 공정이 지속됨에도 불구하고 연마면의 안정적인 모폴로지 내지는 토포그래피를 나타낼 수 있는 연마 패드를 제공하는 것이다. 또, 이를 통해 우수한 연마율과 균일도를 가지고, 연마액 슬러리의 사용 효율을 향상시킬 수 있는 연마 패드를 제공하는 것이다.
나아가 연마율에 영향을 줄 수 있는 것으로 새롭게 발견된 요인(factor)으로부터 연마 대상에 따라 연마율을 제어할 수 있는 연마 패드를 제공하는 것이다.
동시에, 위와 같은 연마 특성 향상에도 불구하고 보다 저렴한 비용으로 제조할 수 있는 연마 패드를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 보다 간편한 방법으로 다공성을 갖는 다공성 돌출 패턴을 포함하는 연마 패드를 제조할 수 있는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는 우수한 연마율과 균일도를 가지고, 연마액 슬러리의 사용 효율을 향상시킬 수 있는 연마 패드를 포함하는 연마 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 연마 패드는 지지층; 및 상기 지지층 상에 직접 배치된 패턴층으로서, 다수의 공극을 갖는 돌출 패턴을 포함하는 패턴층을 포함하되, 상기 공극은 상기 돌출 패턴의 평면상 둘레 길이의 증가에 기여하고, 단위 면적당 상기 돌출 패턴이 형성하는 연마면의 둘레 길이는 1.0mm/mm2 내지 50.0mm/mm2 범위에 있다.
상기 패턴층의 강성은 상기 지지층의 강성 보다 클 수 있다.
평면 시점에서, 어느 하나의 돌출 패턴의 상면 전체 면적에 대해 상기 공극이 차지하는 면적의 비율은 10% 내지 50%일 수 있다.
또, 어느 하나의 돌출 패턴의 둘레 길이는, 상기 어느 돌출 패턴 최소폭의 4배 내지 50배일 수 있다.
단위 면적당 상기 돌출 패턴이 형성하는 연마면의 둘레 길이는 어느 돌출 패턴의 최소폭의 역수의 0.1배 내지 1.0배 범위에 있을 수 있다.
어느 돌출 패턴의 둘레 길이는, 상기 제1 공극이 존재하지 않았을 때의 둘레 길이에 비해 1.5배 내지 3.5배 증가한 것일 수 있다.
상기 돌출 패턴의 최소 폭은 20㎛ 이상이고, 상기 공극의 평균 직경은 10㎛ 내지 150㎛ 범위에 있을 수 있다.
평면 시점에서, 단위 면적당, 상기 공극이 차지하는 면적은 0.5% 내지 20%일 수 있다.
평면 시점에서, 단위 면적당, 상기 돌출 패턴의 실연마 면적은 5% 내지 30%일 수 있다.
또, 상기 공극은 상기 돌출 패턴의 측면 상에 위치하여 돌출 패턴의 측면 홈을 형성하고 상기 측면 면적 증가에 기여하며 연마 공정시 슬러리의 유동에 영향을 주는 제3 공극을 포함할 수 있다.
상기 제3 공극의 평균 직경은 20㎛ 내지 150㎛ 범위에 있을 수 있다.
상기 지지층의 공극률은 상기 패턴층의 공극률과 상이할 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 연마 패드는 지지층; 및 상기 지지층 상에 배치된 패턴층으로서, 다수의 공극을 갖는 돌출 패턴을 포함하는 패턴층을 포함하되, 상기 돌출 패턴은 측면에 노출된 공극을 가지고, 상기 돌출 패턴의 수직 높이에 대해 상기 측면 공극들이 차지하는 높이의 합의 비율은 10% 내지 50% 범위에 있다.
상기 공극의 평균 직경은 상기 돌출 패턴의 수직 높이의 20% 내지 40% 범위에 있을 수 있다.
또, 상기 패턴층은 베이스 및 베이스 상에 배치된 상기 복수의 돌출 패턴을 포함하고, 상기 베이스 상면의 표면 왜도(Rsk_base)에서 상기 돌출 패턴 표면의 표면 왜도(Rsk_pattern) 를 뺀 값이 0 보다 클 수 있다.
상기 패턴층은 베이스 및 베이스 상에 배치된 상기 복수의 돌출 패턴을 포함하고, 상기 베이스 상면의 공극의 배열 밀도는, 상기 돌출 패턴 표면의 공극의 배열 밀도 보다 작을 수 있다.
상기 패턴층은 베이스 및 베이스 상에 배치된 상기 복수의 돌출 패턴을 포함하고, 상기 베이스는 적어도 부분적으로 함몰된 제1 트렌치를 가질 수 있다.
또, 상기 베이스는 상기 제1 트렌치의 내측벽 상에 노출된 공극을 가지고, 상기 제1 트렌치의 내측벽 상에 노출된 공극의 평균 직경은 30㎛ 내지 150㎛ 범위에 있을 수 있다.
또한 상기 제1 트렌치는 상기 베이스를 관통하고, 상기 제1 트렌치에 의해 상기 지지층의 상면이 적어도 부분적으로 노출될 수 있다.
상기 지지층은 적어도 부분적으로 함몰된 제2 트렌치로서, 상기 제1 트렌치와 연결된 제2 트렌치를 가질 수 있다.
상기 베이스는 상기 제1 트렌치의 내측벽 상에 노출된 공극을 가지고, 상기 지지층은 상기 제2 트렌치의 내측벽 상에 노출된 공극을 가지되, 상기 제2 트렌치의 내측벽의 공극의 평균 직경은, 상기 제1 트렌치의 내측벽의 공극의 평균 직경 보다 클 수 있다.
또한 상기 제1 트렌치는, 원형의 연마 패드 중심으로부터 방사상으로 연장된 복수의 방사 트렌치, 및 상기 중심을 기준으로 동심원 형상을 가지고 복수의 방사 트렌치를 연결하는 동심원 트렌치를 포함하되, 상기 방사 트렌치의 폭은 상기 동심원 트렌치의 폭 보다 클 수 있다.
상기 제1 트렌치는 상기 베이스를 관통하지 않고, 상기 제1 트렌치의 기저면의 표면 조도는, 제1 트렌치의 내측벽의 표면 조도 보다 작을 수 있다.
상기 제1 트렌치의 기저면의 표면 왜도는 제1 트렌치의 내측벽의 표면 왜도 보다 클 수 있다.
상기 다른 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 연마 패드의 제조 방법은 다공성을 갖는 패턴층을 준비하는 단계; 및 레이저를 이용해 상기 패턴층을 부분적으로 제거하는 단계로서, 베이스 및 베이스 상에 배치된 복수의 돌출 패턴을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 돌출 패턴의 측면에 노출된 공극을 갖도록 패턴층을 부분적으로 제거하는 단계를 포함한다.
상기 패턴층을 부분적으로 제거하는 단계는, 상기 베이스에 트렌치를 형성하는 단계로서, 상기 제1 트렌치의 내측벽에 노출된 공극을 갖도록 트렌치를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또, 상기 패턴층을 부분적으로 제거하는 단계는, 상기 베이스에 트렌치를 형성하는 단계로서, 상기 베이스를 관통하는 트렌치를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
몇몇 실시예에서, 상기 패턴층을 지지층 상에 배치하는 단계; 및 상기 베이스를 관통하는 트렌치를 통해 상기 지지층을 적어도 부분적으로 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 다른 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 연마 패드의 제조 방법은 연마에 필요한 접촉 압력과 돌출 패턴의 평면상 형상과 길이 요소를 결정하는 단계; 상기 접촉 압력을 고려하여 연마 대상 기판과 접촉이 이루어지는 상기 돌출 패턴의 연마 면적을 결정하는 단계; 상기 접촉 압력 및 결정된 상기 연마 면적을 고려하여, 상기 돌출 패턴의 단위 면적당 둘레 길이를 결정하는 단계; 및 상기 돌출 패턴을 포함하는 패턴층을 제조하는 단계를 포함한다.
상기 패턴층은 다수의 공극을 갖는 돌출 패턴을 포함하고, 상기 공극은 상기 돌출 패턴의 둘레 길이 증가에 기여할 수 있다. 공극은 돌출패턴의 둘레 길이 증가에 기여할 수 있으며, 또한 연마면적을 감소시키는 역할을 하게 되어 동일 연마하중인 경우 실접촉 압력의 향상을 가져올 수 있다.
또, 상기 패턴층을 제조하는 단계에서, 제조된 상기 돌출 패턴의 길이 요소는 결정된 길이 요소 보다 클 수 있다.
상기 패턴층을 제조하는 단계 전에, 돌출 패턴이 내포하는 공극의 크기를 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 또 다른 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 연마 장치는 회전하도록 구성된 연마 플레이튼; 및 상기 연마 플레이튼 상에 배치되는 연마 패드를 포함한다.
기타 실시예의 구체적인 사항들은 상세한 설명에 포함되어 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 연마 공정이 지속됨에도 불구하고 연마면의 표면 조도 내지는 토포그래피를 안정적으로 유지하고, 연마율과 연마 균일도를 향상시킬 수 있다. 또, 연마 대상의 표면이 미세한 굴곡을 갖는다 하더라도 대상 표면의 굴곡을 따른 수직 방향 추종(follow)이 가능하여 연마율과 연마 균일도를 개선하는 효과가 있다.
뿐만 아니라, 연마 패드 표면의 패턴 구조, 패턴의 길이, 패턴의 접촉면 등의 인자로부터 연마율을 제어할 수 있고, 본 발명의 실시예들에 따른 특유의 돌출 패턴의 형상과 배열을 통해 슬러리의 사용 효율을 개선할 수 있다
더욱이 위와 같이 돌출 패턴의 구조, 길이 및/또는 접촉 면적 등의 요소가 소정의 범위 내를 만족하도록 구성하면서도, 돌출 패턴이 특정된 크기의 기공 크기를 가져 기공을 형성하는 가장자리가 돌출 패턴의 둘레 길이 등의 증가에 기여할 수 있다. 따라서 돌출 패턴을 형성하기 위한 공정 설비의 단순화를 도모할 수 있고 연마 패드 및 연마 장치의 제조 비용 절감에 기여할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연마 장치의 사시도이다.
도 2는 도 1의 연마 패드의 평면 레이아웃이다.
도 3은 도 2의 A 부분을 확대하여 나타낸 확대사시도이다.
도 4는 도 2의 돌출 패턴의 배열을 나타낸 평면도이다.
도 5는 도 2의 어느 돌출 패턴을 확대하여 나타낸 확대사시도이다.
도 6은 도 2의 B-B' 선을 따라 절개한 단면도이다.
도 7은 도 2의 연마 패드가 연마 대상 기판과 접촉한 상태를 나타낸 모식도이고, 도 8은 도 7과 비교되는 모식도이다.
도 9는 도 2의 연마 패드가 연마 대상 기판과 접촉한 상태를 나타낸 다른 모식도이고, 도 10은 도 9과 비교되는 모식도이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 연마 장치의 연마 패드의 돌출 패턴의 배열을 나타낸 평면도이다.
도 12 내지 도 18은 각각 본 발명의 또 다른 실시예들에 따른 연마 장치의 연마 패드의 돌출 패턴의 배열을 나타낸 평면도들이다.
도 19 내지 도 23은 각각 본 발명의 또 다른 실시예들에 따른 연마 장치의 연마 패드의 단면도들이다.
도 24 내지 도 27은 본 발명의 일 실시예에 따른 연마 패드의 제조 방법을 순서대로 나타낸 단면도들이다.
도 28은 실험예 1에 따른 결과를 나타낸 이미지이다.
도 29 및 도 30은 실험예 2에 따른 결과를 나타낸 이미지들이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 즉, 본 발명이 제시하는 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있다. 아래 설명하는 실시예들은 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 이들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도면에 도시된 구성요소의 크기, 두께, 폭, 길이 등은 설명의 편의 및 명확성을 위해 과장 또는 축소될 수 있으므로 본 발명이 도시된 형태로 제한되는 것은 아니다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
공간적으로 상대적인 용어인 '위(above)', '상부(upper)', ‘상(on)’, '아래(below)', '아래(beneath)', '하부(lower)' 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 소자 또는 구성 요소들과 다른 소자 또는 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 소자의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들면, 도면에 도시되어 있는 소자를 뒤집을 경우, 다른 소자의 '아래(below 또는 beneath)'로 기술된 소자는 다른 소자의 '위(above)'에 놓일 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 '아래'는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다.
본 명세서에서, '및/또는'은 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 또, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 본 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. '내지'를 사용하여 나타낸 수치 범위는 그 앞과 뒤에 기재된 값을 각각 하한과 상한으로서 포함하는 수치 범위를 나타낸다. '약' 또는 '대략'은 그 뒤에 기재된 값 또는 수치 범위의 20% 이내의 값 또는 수치 범위를 의미한다.
본 명세서에서, 제1 방향(X)은 평면 내 임의의 방향을 의미하고, 제2 방향(Y)은 상기 평면 내에서 제1 방향(X)과 교차하는 다른 방향을 의미한다. 또, 제3 방향(Z)은 상기 평면과 수직한 방향을 의미한다. 다르게 정의되지 않는 한, '평면'은 제1 방향(X)과 제2 방향(Y)이 속하는 평면을 의미한다. 또, 다르게 정의되지 않는 한, '중첩'은 상기 평면 시점에서 구성요소들이 제3 방향(Z)으로 중첩하는 것을 의미한다.
본 명세서에서, 사용되는 용어 '돌출 패턴'은 어느 기준면으로부터 돌출된 형상의 구조체를 의미한다. 상기 패턴의 평면상 배열은 규칙적이거나 불규칙적일 수 있다. 복수의 돌출 패턴이 모여 특정한 형상의 군집 패턴을 형성하고, 상기 군집 패턴이 실질적으로 규칙적으로 배열되는 경우에도, 상기 용어 돌출 패턴은 하나의 군집 패턴을 형성하는 복수의 돌출 패턴 중 어느 하나를 의미하는 것으로 사용될 수 있다.
본 명세서에서, 왜도(skewness)로 정의되는 표면 조도 또는 표면 왜도는 평균값에 관한 비대칭의 방향와 그 정도를 나타내는 특성값을 의미할 수 있다. 즉, 표면 조도에 있어서, 표면 왜도(Rsk)가 음의 값을 가질 경우, 대략 또는 상대적으로 평평한 면으로부터 함몰된 부분이 형성된 면의 경향이 큰 것을 의미한다. 반면 표면 조도에 있어서, 표면 왜도가 양의 값을 가질 경우 대략 또는 상대적으로 평평한 면으로부터 돌출된 부분이 형성된 면의 경향이 큰 것을 의미한다. 또, 표면 왜도가 0일 경우 조도가 평균값으로부터 위아래로 대칭적인 것을 의미한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연마 장치의 사시도이다.
도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 연마 장치(1)는 회전축과 연결된 연마 플레이튼(10) 및 연마 플레이튼(10) 상에 배치된 연마 패드(11)를 포함하고, 연마 패드(11)의 연마면 상에 슬러리(70)를 공급하는 노즐(60) 및/또는 캐리어(40)를 더 포함할 수 잇다. 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니나, 본 실시예에 따른 연마 장치(1)는 연마 패드(11)의 연마면 표면 조도를 조절하기 위한 컨디셔너는 불필요할 수 있다.
연마 플레이튼(10)은 대략 원판 형태로 구성되어 회전, 예컨대 반시계 방향으로 회전할 수 있다. 또, 연마 플레이튼(10)은 그 상부의 연마 패드(11)를 안정적으로 지지할 수 있다. 즉, 연마 플레이튼(10)은 회전 테이블과 같은 기능을 제공할 수 있다.
연마 패드(11)는 연마 플레이튼(10) 상에 배치될 수 있다. 연마 패드(11)의 연마 대상 기판(50)과 맞닿는 상면은 연마면을 형성할 수 있다. 도 1에는 표현되지 않았으나, 연마 패드(11)의 연마면, 즉 상면에는 미세한 크기의 패턴(pattern)들 및/또는 트렌치(trench)가 형성된 상태일 수 있다. 연마 패드(11)의 연마면의 형상, 모폴로지 내지는 토폴로지에 대해서는 도 2 등과 함께 상세하게 후술된다.
연마 대상 기판(50)은 연마 플레이튼(10)의 회전축 또는 연마 패드(11)의 회전축과 편심하여 위치가 고정된 상태일 수 있다. 연마 대상 기판(50)은 회전축과 연결된 캐리어(40)에 의해 고정되고 캐리어(40)에 의해 회전하는 상태일 수 있다. 연마 대상 기판(50)의 회전 방향은 연마 패드(11)의 회전 방향과 동일 방향일 수 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며 연마 대상 기판(50)과 연마 패드(11)의 회전 방향은 반대 방향일 수도 있다. 연마 패드(11)와 맞닿아 연마되는 연마 대상 기판(50)은 반도체 웨이퍼 기판, 디스플레이 기판 등을 예시할 수 있으나 본 발명이 이에 제한되지 않음은 물론이다.
노즐(60)은 연마 패드(11) 상에 이격 배치되어 연마 패드(11)의 연마면에 슬러리(70)를 공급할 수 있다. 본 명세서에서, 용어 '슬러리'는 연마액 내지는 연마 입자 등과 대략 동일한 의미로 사용될 수 있다. 슬러리(70)는 연마 패드(11)의 회전에 의해 발생하는 원심력에 의해 연마 패드(11)의 연마면 상에서 유동하며, 적어도 일부는 연마 패드(11)와 연마 대상 기판(50) 사이에 침투하여 화학 반응을 통해 연마에 기여할 수 있다.
이하, 도 2 내지 도 6를 더 참조하여 연마 패드(11)에 대해 보다 상세하게 설명한다. 도 2는 도 1의 연마 패드의 평면 레이아웃이다. 도 3은 도 2의 A 부분을 확대하여 나타낸 확대사시도이다. 도 4는 도 2의 돌출 패턴의 배열을 나타낸 평면도이다. 도 5는 도 2의 어느 돌출 패턴을 확대하여 나타낸 확대사시도이다. 도 6은 도 2의 B-B' 선을 따라 절개한 단면도이다.
도 2 내지 도 6을 더 참조하면, 본 실시예에 따른 연마 패드(11)는 평면 시점에서 대략 원형일 수 있다. 또, 연마 패드(11)는 지지층(100) 및 지지층(100) 상에 배치된 패턴층(200)을 포함할 수 있다. 패턴층(200)의 상면은 전체적으로 연마면(polishing surface)을 형성할 수 있다. 지지층(100) 및 패턴층(200)은 각각 소정의 유연성(flexibility)을 갖는 재질을 포함하여 이루어질 수 있다.
예시적인 실시예에서, 지지층(100)의 강도(strength), 강성(rigidity) 및/또는 경도는 패턴층(200)의 강도, 강성 및/또는 경도 보다 작을 수 있다. 즉, 지지층(100)은 패턴층(200) 보다 유연성이 크고 탄성 계수(modulus of elasticity)가 작을 수 있다. 상기 탄성 계수는 손실 탄성 계수(loss modulus) 및/또는 저장 탄성 계수(storage modulus)를 포함하는 의미이다.
이를 통해 연마 대상 기판(50)의 표면이 미세한 굴곡을 갖는 경우, 연마 대상 기판(50)에 요구되는 평탄화 특성이 고도한 경우, 및/또는 연마 패드(11)가 미세한 굴곡을 갖는 경우에도 연마 패드(11)의 상면에 형성된 돌출 패턴(230)이 연마 대상 기판(50)의 굴곡을 따라 밀착하여 연마를 수행하도록 할 수 있다. 즉, 연마 패드(11)가 연마 대상 기판(50)의 표면을 따라 추종(follow)하도록 할 수 있다. 이에 대해서는 도 7 등과 함께 후술된다.
지지층(100) 및 패턴층(200)은 서로 동일하거나 상이한 재질로 이루어질 수 있다. 비제한적인 예시로, 지지층(100) 및 패턴층(200)은 실질적으로 동일한 고분자 소재를 포함하여 이루어질 수 있다. 상기 고분자 재료의 예로는 (폴리)우레탄((poly)urethane, PU), (폴리)(메트)아크릴레이트((poly)(meth)acrylate), (폴리)에폭시((poly)epoxy), 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌(ABS), (폴리)에테르이미드((poly)etherimide), (폴리)아미드((poly)amide), (폴리)프로필렌((poly)propylene), (폴리)부타디엔((poly)butadiene), 폴리알킬렌옥사이드(polyalkylene oxide), (폴리)에스테르((poly)ester), (폴리)아이소프렌((poly)isoprene), (폴리)스티렌((poly)styrene), (폴리)에틸렌((poly)ethylene), (폴리)카보네이트((poly)carbonate), 폴리플루오렌, 폴리페닐렌, 폴리아줄렌, 폴리피렌, 폴리나프탈렌, 폴리-p-페닐렌비닐렌, 폴리피롤, 폴리카바졸, 폴리인돌, 폴리아닐린, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 지지층(100)과 패턴층(200)의 강성 등은 고분자 재료의 가교도 등을 통해 제어될 수 있으나 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
지지층(100)은 평면 시점에서 대략 원형을 가지고, 그 상부의 패턴층(200)을 지지하는 기능을 제공할 수 있다. 지지층(100)의 최소 두께(T1)의 하한은 약 1mm 이상, 또는 약 2mm 이상, 또는 약 3mm 이상일 수 있다. 지지층(100)의 두께가 상기 범위 보다 작을 경우 지지층(100)이 충분한 탄성 또는 변형율을 나타내지 못하고 연마 대상 기판(50)의 굴곡을 따라 연마 패드(11)가 추종하기 곤란할 수 있다. 지지층(100) 두께의 상한은 특별히 제한되지 않으나, 예를 들어 약 5mm 이하, 또는 약 4mm 이하일 수 있다. 본 명세서에서, 어느 수치 범위의 상한과 하한이 각각 복수개 기재된 경우, 본 명세서가 개시하는 수치 범위는 복수의 상한 중 임의로 선택된 어느 하나의 상한과 복수의 하한 중 임의로 선택된 어느 하나의 하한 사이의 수치 범위를 개시하는 것으로 이해되어야 한다.
몇몇 실시예에서, 지지층(100)의 공극률은 후술할 패턴층(200)의 공극률과 상이할 수 있다. 비제한적인 예시로, 지지층(100)은 후술할 패턴층(200)에 비해, 구체적으로 돌출 패턴(230)에 비해 더 큰 공극률을 가질 수 있다. 예컨대, 지지층(100)의 공극률은 패턴층(200) 공극률의 약 1.3배 이상, 또는 약 1.4배 이상, 또는 약 1.5배 이상일 수 있다. 앞서 설명한 것과 같이 지지층(100)은 패턴층(200) 보다 유연성이 클 수 있다. 이를 구현하기 위해 소재의 종류, 물성 등을 제어할 수도 있으나, 공극률을 이용하여 제어할 수도 있다. 다만, 본 발명이 이에 제한되지 않음은 물론이며, 다른 실시예에서, 지지층(100)의 공극률은 패턴층(200)의 공극률 보다 작을 수도 있다.
패턴층(200)은 지지층(100) 상에 배치될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 패턴층(200)은 별도의 접합층 없이 지지층(100) 상에 직접 배치될 수 있다. 패턴층(200)은 베이스(210) 및 베이스(210) 상에 배치된 복수의 돌출 패턴(230)을 포함할 수 있다. 돌출 패턴(230)은 베이스(210) 상에서 서로 이격되어 복수개일 수 있다. 패턴층(200)의 표면 및/또는 내부는 부분적으로 공극을 가질 수 있다. 더 구체적으로, 패턴층(200)의 표면은 특정 위치에만 공극이 형성된 상태일 수도 있다.
베이스(210)와 돌출 패턴(230)은 물리적 경계 없이 일체로 및 연속적으로 형성되며, 동일한 재질로 이루어질 수 있다. 다른 실시예에서, 베이스(210)와 돌출 패턴(230)은 물리적 경계를 가지고 서로 다른 재질로 이루어질 수도 있다. 이 경우 베이스(210)의 강도, 강성 및/또는 경도 등은 돌출 패턴(230)의 그것 보다 작을 수 있다.
베이스(210)는 서로 이격된 복수의 돌출 패턴(230)과 제3 방향(Z)으로 중첩하는 부분일 수 있다. 또, 베이스(210)는 평면 시점에서, 연마 패드(11)와 상응하는 대부분의 면적을 차지하며 지지층(100)을 커버하는 부분일 수 있다. 또는, 베이스(210)는 후술할 돌출 패턴(230)을 제외한 패턴층(200)의 나머지 부분을 의미할 수 있다.
베이스(210) 최대 두께(T2)의 하한은 약 0.01mm 이상, 또는 약 0.05mm 이상, 또는 약 0.1mm 이상, 또는 약 0.5mm 이상, 또는 약 1.0mm 이상일 수 있다. 베이스(210)의 두께가 상기 범위 보다 작을 경우 연마 대상 기판(50)의 굴곡을 따라 연마 패드(11)가 추종하기 곤란할 수 있다. 베이스(210)의 두께의 상한은 특별히 제한되지 않으나, 예를 들어 약 약 3.0mm 이하, 또는 약 2.5mm 이하, 또는 약 2.0mm 이하, 또는 약 1.5mm 이하일 수 있다.
복수의 돌출 패턴(230)은 하나의 베이스(210) 상에 배치될 수 있다. 돌출 패턴(230)은 연마 패드(11)의 최상단 레벨을 형성하며 연마면을 형성하는 부분일 수 있다. 즉, 패턴층(200)이 다단 구조를 갖는 경우에도 돌출 패턴(230)은 실제 연마에 기여하는 돌출 부분을 의미할 수 있다.
예시적인 실시예에서, 돌출 패턴(230)은 평면 시점에서 대략 사각 형상일 수 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다. 또, 돌출 패턴(230)은 대략 사각 형상을 가지되, 후술할 트렌치들(300)과 제3 방향(Z)으로 비중첩할 수 있다. 예를 들어, 트렌치(300)와 중첩하는 위치에는 돌출 패턴(230)이 형성되지 않거나, 이미 형성된 돌출 패턴(230)은 레이저 등을 이용해 제거 가공될 수 있다.
또, 도 2 등은 평면 시점에서 복수의 돌출 패턴(230)이 실질적으로 규칙적으로 배열된 상태를 예시하고 있으나, 다른 실시예에서 복수의 돌출 패턴(230)은 실질적으로 불규칙하게 배열되거나, 또는 임의의 배열(random arrangement)을 가질 수 있다. 또 다른 실시예에서, 복수의 돌출 패턴(230)이 모여 하나의 군집 패턴을 형성하고, 상기 군집 패턴이 실질적으로 규칙적으로 배열될 수 있다. 이 경우 어느 군집 패턴 내의 복수의 돌출 패턴(230)은 규칙성을 가지고 배열될 수 있다.
본 실시예에서, 돌출 패턴(230)들은 적어도 2개의 방향을 따라 반복 배열되어 규칙적 배열을 형성할 수 있다. 예를 들어, 돌출 패턴(230)은 제1 방향(X) 및 제2 방향(Y)을 따라 실질적으로 동일한 이격 거리를 가지고 반복 배열되어 대략 매트릭스(matrix) 배열될 수 있다.
돌출 패턴(230)의 크기 등은 연마 패드(11)의 연마율(polishing rate), 연마 불균일도(NU) 등에 영향을 미치는 주요 요인이 될 수 있다. 본 발명의 발명자들은 돌출 패턴(230)의 둘레 길이 및/또는 면적에 의해 연마율을 제어할 수 있음을 확인하고 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
예시적인 실시예에서, 평면 시점에서, 돌출 패턴(230)이 차지하는 연마 면적, 또는 실연마 면적, 즉 돌출 패턴(230)의 상면이 차지하는 면적은 전체 면적에 대해 약 1.0% 이상 80% 이하, 또는 약 1.0% 이상 70% 이하, 또는 약 1.0% 이상 60% 이하, 또는 약 1.0% 이상 50% 이하, 또는 약 1.0% 이상 45.0% 이하, 또는 약 1.0% 이상 40% 이하, 또는 약 1.0% 이상 35% 이하, 또는 약 1.0% 이상 30% 이하, 또는 약 3.0% 이상 30.0% 이하, 또는 약 5.0% 이상 30.0% 이하, 또는 약 10.0% 이상 30.0% 이하일 수 있다. 즉, 전체 면적에 대한 연마 면적의 하한은 약 1.0%, 또는 약 3.0%, 또는 약 5.0% 일 수 있다. 전체 면적에 대한 연마 면적의 상한은 약 80%, 또는 약 70%, 또는 약 60%, 또는 약 50%, 또는 약 45%, 또는 약 40%, 또는 약 35%, 또는 약 30%일 수 있다.
본 명세서에서, 사용되는 용어 '연마 면적' 또는 '실연마 면적'은 돌출 패턴(230)의 상단이 연마 대상 기판(50)과 맞닿아 연마에 기여하는 면적을 의미한다. 즉, 연마 패드(11)의 패턴층(200) 중에 최대 높이를 형성하는 부분이 차지하는 면적을 의미한다. 상기 연마 면적은 연마 패드(11)의 전체 면적에 대한 돌출 패턴(230)들의 상부 면적의 합으로 계산될 수도 있으나, 일부의 단위 면적에 대해 그 단위 면적 내에 위치하는 돌출 패턴(230)들의 상부 면적의 합 또한 실질적으로 동일한 의미로 사용될 수 있다.
또, 후술할 바와 같이 돌출 패턴(230)은 가장자리의 둘레 길이 증가에 기여하는 제1 공극(P1) 및 제2 공극(P2)을 가질 수 있다. 이 경우 전술한 돌출 패턴(230)이 차지하는 면적은 제1 공극(P1)과 제2 공극(P2)이 차지하는 면적을 제외한 면적을 의미할 수 있다. 제1 공극(P1)과 제2 공극(P2)에 대해서는 상세하게 후술된다.
예를 들어, 도 4에 도시된 것과 같이 어느 돌출 패턴(230)의 평면상 형상이 한변의 길이가 W인 대략 정사각형 형상인 경우, 해당 돌출 패턴(230)이 차지하는 평면상 면적은 W×W에서 제1 공극(P1)과 제2 공극(P2)이 차지하는 면적을 제외한 면적일 수 있다. 따라서 돌출 패턴(230)이 차지하는 면적(S)은 W×W 보다 다소 작을 수 있다. 구체적으로, 어느 하나의 돌출 패턴(230)이 형성하는 연마 면적(S)은 (W×W)-(제1 공극이 차지하는 면적 + 제2 공극이 차지하는 면적)일 수 있다.
다른 예를 들어, 어느 하나의 돌출 패턴(230)이 차지하는 평면상 면적이 S로 표현되는 경우, 연마 면적이 차지하는 비율은 연마 패드(11)의 평면상 전체 면적에 대한 S×n으로 표현될 수 있다. 여기서 n은 연마 패드(11)에 포함된 돌출 패턴(230)의 총 개수이다.
또 다른 예를 들어, 상기 연마 면적의 비율은 연마 패드(11)의 임의의 확인 대상 면적에 대해, 상기 확인 대상 면적에 속하는 돌출 패턴(230)들이 차지하는 면적으로 표현될 수 있다. 이 경우 확인 대상 면적(예컨대, 검사 면적)을 x 축으로 하고 그 경우의 돌출 패턴(230)이 차지하는 면적을 y 축으로 하는 경우, 상기 연마 면적의 비율은 상기 그래프의 기울기(slope)로 표현될 수도 있다.
전술한 연마 면적의 비율(%)이 상기 범위에 있을 때 우수한 연마율을 나타내며, 돌출 패턴(230)의 배열, 형상 및/또는 크기의 변형을 통해 연마율 등의 연마 특성을 제어할 수 있다. 또, 연마 면적이 너무 클 경우 실접촉 압력의 감소와 슬러리의 유동 제한에 의해 연마율이 되려 감소할 수 있다.
한편, 평면 시점의 단위 면적, 예컨대 1mm2에 있어서, 돌출 패턴(230)의 평면상 둘레가 형성하는 단위 면적당 둘레 길이는 약 1.0mm/mm2 이상 250.0mm/mm2 이하, 또는 약 1.0mm/mm2 이상 200.0mm/mm2 이하, 또는 약 1.0mm/mm2 이상 150.0mm/mm2 이하, 또는 약 1.0mm/mm2 이상 100.0mm/mm2 이하, 또는 약 1.0mm/mm2 이상 50.0mm/mm2 이하, 또는 약 1.0mm/mm2 이상 30.0mm/mm2 이하, 또는 약 1.0mm/mm2 이상 25.0mm/mm2 이하, 또는 약 1.0mm/mm2 이상 20.0mm/mm2 이하, 또는 약 1.0mm/mm2 이상 16.0mm/mm2 이하, 또는 약 1.0mm/mm2 이상 10.0mm/mm2 이하, 또는 약 3.0mm/mm2 이상 10.0mm/mm2 이하, 또는 약 5.0mm/mm2 이상 10.0mm/mm2 이하일 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 용어 '단위 면적당 둘레 길이'는 단위 면적(1mm2) 당 돌출 패턴(230)들의 연마 면적이 형성하는 외곽 길이를 의미한다.
예를 들어, 도 4에 도시된 전체 사각형이 1mm2의 면적을 갖는 것으로 가정할 경우, 상기 단위 면적당 둘레 길이는 4개의 돌출 패턴×L로 표현될 수 있다. 여기서 L은 어느 하나의 돌출 패턴(230)이 형성하는 둘레 길이를 의미한다. 예를 들어, L은 4개변×W 보다 다소 클 수 있다. 전술한 바와 같이 제1 공극(P1)과 제2 공극(P2)은 돌출 패턴(230)의 둘레 길이의 증가를 야기하기 때문이다. 즉, 본 명세서에서, 돌출 패턴(230)의 둘레 길이는 외곽 가장자리 뿐 아니라, 평면상 임의의 형상을 갖는 돌출 패턴(230)의 제1 공극(P1)을 포함하는 가장자리(edge)에 의해 형성된 폐곡선의 내부에 위치한 제2 공극(P2)의 둘레 길이를 포함하여 형성된다.
다른 예를 들어, 상기 단위 면적당 둘레 길이는 연마 패드(11)의 임의의 확인 대상 면적에 대한 상기 확인 대상 면적에 속하는 돌출 패턴(230)이 형성하는 둘레 길이로 표현될 수 있다. 이 경우 확인 대상 면적(예컨대, 검사 면적)을 x 축으로 하고 그 경우의 돌출 패턴(230)이 형성하는 총 둘레 길이를 y 축으로 하는 경우, 상기 단위 면적당 둘레 길이는 상기 그래프의 기울기(slope)로 표현될 수도 있다.
전술한 단위 면적당 둘레 길이(mm/mm2)가 상기 범위에 있을 때 우수한 연마율을 나타낼 수 있다. 후술한다.
돌출 패턴(230)이 평면상 대략 사각형인 예시적인 실시예에서, 돌출 패턴(230)의 최대폭(Wmax)은 대략 대각선 방향으로 형성될 수 있다. 반면 돌출 패턴(230)의 최소폭(W)은 어느 한 변의 길이에 상응할 수 있다. 본 명세서에서, 돌출 패턴의 최소폭은 다른 돌출 패턴과 물리적으로 분리 및 이격되어 독립된 어느 하나의 돌출 패턴(230)이 갖는 평면상 길이, 너비 내지는 폭 중에서 가장 최소의 길이를 갖는 부분의 폭을 의미한다. 또, 최소폭은 돌출 패턴(230)을 형성하기 위한 공정 및/또는 공정 설비에서 제어가 필요한 최소 길이를 의미하며, 공극에 의해 증가되는 길이를 제외하고, 일점과 타점간의 최단 거리를 의미할 수 있다.
돌출 패턴(230)의 최대폭(Wmax)은 돌출 패턴(230)의 평면상 형상에 따라 달라질 수 있으나, 예를 들어 돌출 패턴(230)의 최대폭(Wmax)은 약 1.0mm 이하, 또는 약 0.8mm 이하, 또는 약 0.5mm 이하, 또는 약 0.3mm 이하일 수 있다.
돌출 패턴(230)의 최소폭은 어느 한 변의 길이(W)에 상응할 수 있다. 돌출 패턴(230)의 최소폭(W)의 하한은 약 20㎛ 이상, 또는 약 30㎛, 이상, 또는 약 40㎛ 이상, 또는 약 50㎛ 이상, 또는 약 60㎛ 이상, 또는 약 70㎛ 이상, 또는 약 80㎛ 이상, 또는 약 90㎛ 이상, 또는 약 100㎛ 이상일 수 있다. 최소폭(W)의 상한은 특별히 제한되지 않으나, 최대폭(Wmax) 미만일 수 있다.
돌출 패턴(230)의 높이(H)는 연마 패드(11)의 연마 특성 및 내구성에 영향을 줄 수 있다. 돌출 패턴(230)의 최소 높이(H)는 베이스(210)의 상면으로부터 돌출 패턴(230)의 상단까지의 수직 최단 거리를 의미한다. 돌출 패턴(230)의 최소 높이(H)는 약 0.01mm 이상 1.5mm 이하, 또는 약 0.01mm 이상 1.0mm 이하, 또는 약 0.01mm 이상 0.5mm 이하, 또는 약 0.01mm 이상 0.3mm 이하, 또는 약 0.01mm 이상 0.2mm 이하, 또는 약 0.01mm 이상 0.1mm 이하 범위에 있을 수 있다.
돌출 패턴(230)의 높이(H)는 돌출 패턴(230)이 갖는 최소폭(W)과 상관 관계에 있을 수 있다. 즉 수진 단면 상에서 돌출 패턴(230)의 장폭비가 너무 커지면, 예컨대 돌출 패턴(230)의 높이(H)가 1.5mm를 초과할 경우 연마 패드(11)가 회전하며 연마 대상 기판(50)과 밀착하는 과정에서 평면 방향, 예컨대 제1 방향(X)과 제2 방향(Y)이 속하는 평면 내 임의 방향으로의 기울어짐 또는 찌그러짐이 발생할 수 있고 설계된 연마를 온전히 수행하지 못할 수 있다. 반면 돌출 패턴(230)의 높이(H)가 0.01mm에 미달할 경우 연마 공정이 반복됨에 따라 돌출 패턴(230) 상단에 발생하는 손상 또는 마모 등으로 인해 연마 패드(11)의 수명이 지나치게 짧아질 수 있다.
위와 같은 관점에서 돌출 패턴(230)의 최소 높이(H)는 돌출 패턴(230)의 최소폭의 약 0.5배 내지 2.5배, 또는 약 0.6배 내지 2.0배, 또는 약 0.7배 내지 1.8배, 또는 약 0.8배 내지 1.7배, 또는 약 0.9배 내지 1.6배, 또는 약 1.0배 내지 1.5배 범위에 있을 수 있다.
전술한 바와 같이 돌출 패턴(230)은 다공성을 가지고, 다수의 공극들(P)을 가질 수 있다. 상기 다수의 공극들(P)은 제1 공극(P1), 제2 공극(P2) 및 제3 공극(P3)을 포함할 수 있다. 본 명세서에서 용어 '공극'은 '포어' 등의 용어와 혼용될 수 있다.
제1 공극(P1)은 돌출 패턴(230)의 상면에 노출되며, 평면 시점에서 돌출 패턴(230)의 가장자리에 위치하여 둘레 길이(L)의 증가에 기여하는 공극을 의미한다. 즉, 제1 공극(P1)은 돌출 패턴(230) 평면 가장자리의 만입부를 형성할 수 있다. 제1 공극(P1)은 평면 시점에서 원호, 타원호 등의 형상일 수 있다.
제2 공극(P2)은 돌출 패턴(230)의 상면, 즉 연마면 상에 노출되어 어느 돌출 패턴(230)이 형성하는 연마면의 둘레 길이(L)의 증가에 기여한다는 점에서 제1 공극(P1)과 동일할 수 있다. 반면 제2 공극(P2)은 제1 공극(P1)과 같이 만입부를 형성하는 형상이 아니라, 평면 시점에서 대략 원, 타원, 또는 찌그러진 원이나 타원 형상 등의 폐곡선 형상인 점이 제1 공극(P1)과 상이한 점이다.
예시적인 실시예에서, 평면 시점에서, 어느 하나의 돌출 패턴(230)의 상면 전체 면적에 대해 돌출 패턴(230) 상부에 노출된 공극들이 차지하는 면적, 즉 제1 공극(P1)과 제2 공극(P2)이 차지하는 면적의 비율은 약 10% 내지 80%, 또는 약 10% 내지 70%, 또는 약 10% 내지 60%, 또는 약 10% 내지 50%, 또는 약 20% 내지 40%, 또는 약 25% 내지 35% 범위에 있을 수 있다.
다시 말해서, 어느 하나의 돌출 패턴(230)에 있어서, 전술한 하나의 돌출 패턴이 형성하는 연마 면적(S)은 어느 하나의 돌출 패턴의 외관상 면적, 예컨대 (W×W)의 약 20% 내지 90%, 또는 약 30% 내지 90%, 또는 약 40% 내지 90%, 또는 약 50% 내지 90%, 또는 약 60% 내지 80%, 또는 약 65% 내지 75% 범위에 있을 수 있다.
제1 공극(P1)과 제2 공극(P2)은 대략 균일하게 분산될 수 있다. 제1 공극(P1)과 제2 공극(P2)이 지나치게 많이 형성될 경우, 즉 배열 밀도 등이 지나치게 높을 경우 가장자리에 위치한 제1 공극(P1)이 너무 많이 형성될 수 있다. 이 경우 돌출 패턴(230)의 상면, 다시 말해서 연마면이 온전한 형상을 구비하지 못하고 연마 과정에서 돌출 패턴(230)이 붕괴되는 등 내구성이 감소할 수 있다. 반면, 제1 공극(P1)과 제2 공극(P2)이 지나치게 적게 형성될 경우 돌출 패턴(230)의 가장자리 둘레 길이 증가가 미미할 수 있다.
본 실시예에 따른 다공성을 갖는 돌출 패턴(230)을 포함하는 연마 패드(11)를 제조하는 과정에 있어서, 우선 연마에 필요한 접촉 압력과 돌출 패턴(230)의 평면상 형상 및 길이 요소를 결정하고, 돌출 패턴(230)이 내포하는 공극들(P)의 크기를 결정할 수 있다. 그리고 접촉 압력을 고려하여 돌출 패턴(230)의 연마 면적, 즉 상부 면적을 결정할 수 있다. 그 다음 결정된 접촉 압력과 연마 면적을 고려하여 돌출 패턴(230)의 단위 면적당 둘레 길이를 결정하고, 이에 따라 돌출 패턴(230)을 포함하는 패턴층(200)을 포함하는 연마 패드(11)를 제조할 수 있다.
이 경우 전술한 바와 같이 연마율에 영향을 주는 요소, 즉 돌출 패턴(230)의 연마 면적의 비율과 단위 면적당 둘레 길이를 동시에 제어하는 것은 쉽지 않은 일이다. 특히 요구되는 연마 면적이 결정된 상태에서 단위 면적당 둘레 길이를 증가시키는 데에는 한계가 있다. 패턴 형상 변경으로 둘레 길이를 증가시키려는 경우, 연마 면적의 감소를 야기하거나, 적어도 패턴의 최소폭 감소로 인해 제조 비용 상승을 야기할 수 있다.
그러나 본 실시예에 따를 경우 돌출 패턴(230)의 공극들(P)을 이용하여 연마 면적을 실질적으로 유지하면서도 단위 면적당 둘레 길이의 증가를 상대적으로 용이하게 달성할 수 있다. 전술한 것과 같은 제1 공극(P1)과 제2 공극(P2)의 면적 비율을 갖는 경우, 둘레 길이의 증가를 야기하는 제1 공극(P1) 및 제2 공극(P2)이 존재하지 않았을 경우에 비해 제1 공극(P1)을 갖는 본 실시예에 따른 돌출 패턴(230)의 둘레 길이는 약 1.5배 내지 3.5배, 또는 약 2.0배 내지 3.0배, 또는 약 2.2배 내지 2.7배 증가될 수 있다.
또, 돌출 패턴(230)의 평면상 형상에 따라 다소 차이가 발생할 수 있으나, 본 실시예와 같이 돌출 패턴(230)이 제1 방향(X) 및 제2 방향(Y)으로 연장된 가장자리를 갖는 경우, 어느 하나의 돌출 패턴(230)이 갖는 전체 둘레 길이는 돌출 패턴(230)의 최소폭(W)의 약 4배 내지 50배, 또는 약 5배 내지 50배, 또는 약 8배 내지 40배, 또는 약 10배 내지 30배, 또는 약 15배 내지 25배일 수 있다.
또는, 단위 면적당 돌출 패턴(230)이 형성하는 둘레 길이는 어느 하나의 돌출 패턴(230)의 최소폭(W)의 역수의 약 0.1배 내지 1.0배, 또는 약 0.2배 내지 0.9배, 또는 약 0.3배 내지 0.8배일 수 있다.
한편, 전술한 것과 같이 연마 패드(11)의 전체 면적에 대한 돌출 패턴(230)들이 차지하는 연마 면적 비율의 하한은 약 1.0%, 또는 약 3.0%, 또는 약 5.0%, 또는 약 10%이고, 상한은 약 80%, 또는 약 70%, 또는 약 60%, 또는 약 50%, 또는 약 45%, 또는 약 40%, 또는 약 35%, 또는 약 30%일 수 있다.
이 경우 연마 패드(11)의 전체 면적에 대한 돌출 패턴 상면에서의 제1 공극(P1)과 제2 공극(P2)이 차지하는 면적의 비율, 또는 단위 면적당 제1 공극(P1)과 제2 공극(P2)이 차지하는 면적의 비율은 약 0.01% 내지 25%, 또는 약 0.5% 내지 20%, 또는 약 1.0% 내지 15%일 수 있다.
본 발명이 이에 제한되는 것은 아니나, 몇몇 실시예에서 돌출 패턴(230)을 제외한 패턴층(200)의 나머지 부분, 즉 베이스(210)의 표면에도 공극이 존재할 수 있다. 그러나 전술한 제1 공극(P1)과 제2 공극(P2)의 정의에 따라 베이스(210) 표면의 공극을 제외한 제1 공극(P1)과 제2 공극(P2)이 차지하는 면적과 검사 면적(단위 면적) 또는 연마 패드(11) 전체 면적의 비율은 상기 범위에 있을 수 있다.
본 발명의 발명자들은 연마율 등에 영향을 주는 요소로서 돌출 패턴(230)의 상부 면적(즉, 실 연마 면적)의 비율과 단위 면적당 둘레 길이에 더하여, 본 실시예와 같이 돌출 패턴(230)이 소정 크기 이상의 공극들(P)을 갖는 경우의 요소를 발굴하고 본 발명을 완성하기에 이르렀다. 즉, 전술한 것과 같은 공극들(P)의 점유 면적, 전체 면적에 대한 공극들(P)의 점유 면적, 돌출 패턴(230)의 상부 면적에서 공극들(P)이 차지하는 면적을 제외한 면적 비율이 상기 범위 내에 있을 때 우수한 연마 특성을 나타낼 수 있다.
제1 공극(P1)과 제2 공극(P2)은 실질적으로 동일한 크기를 가질 수 있다. 제1 공극(P1)이 돌출 패턴(230)의 가장자리에 위치하여 온전한 원 형상 내지는 타원 형상을 갖지 못하기 때문에, 제1 공극(P1)의 크기(예컨대, 직경, 입도)는 제1 공극(P1)이 형성하는 원호의 곡률 반경의 2배에 상응하는 크기로 이해될 수 있으나 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다. 만일 제1 공극(P1)과 제2 공극(P2)이 온전한 원 형상이 아니라 타원 내지는 찌그러진 형상을 갖는 경우 공극의 크기는, 타원 등의 형상 공극의 면적에 상응하는 가상의 원에 대한 직경, 즉 등가 직경을 의미한다.
공극들(P)의 크기, 즉 직경의 분포 범위 및 평균 직경 모두 연마율에 영향을 미칠 수 있으나, 특히 평균 직경은 매우 중요한 요소일 수 있다. 전술한 바와 같이 공극들(P)의 배열 밀도 내지는 밀집도도 돌출 패턴(230) 가장자리 형상과 내구도에 영향을 미칠 수 있으나, 공극들(P)의 평균 직경도 영향을 미칠 수 있다.
예시적인 실시예에서, 공극들(P)의 평균 직경은 약 10㎛ 내지 150㎛, 또는 약 20㎛ 내지 150㎛, 또는 약 30㎛ 내지 130㎛, 또는 약 50㎛ 내지 110㎛, 또는 약 60㎛ 내지 100㎛ 범위 내에 있을 수 있다.
공극들(P)의 평균 직경이 너무 클 경우, 예컨대 돌출 패턴(230)의 최소폭을 형성하는 어느 하나의 변에 다수의 제1 공극(P1)이 위치하는 것이 아니라 어느 하나의 변에 1개 내지 3개 수준의 제1 공극(P1)만이 위치하거나, 심지어 제1 공극(P1)의 크기가 돌출 패턴(230)의 어느 하나의 변의 길이 보다 클 수 있다. 이 경우 실질적인 둘레 길이 증가 효과를 나타내기 어려울 뿐 아니라 되려 돌출 패턴(230)의 연마 면적의 감소를 유발할 수 있다. 또, 돌출 패턴(230)의 상부 면적에서 제1 공극(P1)의 면적만을 제외한 면적과, 돌출 패턴(230)의 상부 면적에서 공극들(P) 전체의 면적을 제외한 면적 간의 차이가 커지고, 최초 설계한 연마율을 나타내지 못할 수 있다.
반면 공극들(P)의 평균 직경이 너무 미세할 경우 돌출 패턴(230)의 가장자리에 위치한 제1 공극(P1)에 의해 돌출 패턴(230)의 내구성이 저하되고 연마 불량을 야기할 수 있다.
공극들(P)의 평균 직경 차이에도 불구하고 공극들(P)이 차지하는 면적 등 공극들의 배열 밀도와 분포 등을 전술한 것과 같이 구성하여 의도한 연마 특성의 향상을 도모할 수 있다.
본 발명이 이에 제한되는 것은 아니나, 제1 공극(P1)과 제2 공극(P2)을 포함하는 공극들(P)의 직경 분포는 약 1㎛ 내지 500㎛, 또는 약 5㎛ 내지 400㎛, 또는 약 80㎛ 내지 300㎛ 범위 내에 있을 수 있다.
몇몇 실시예에서, 돌출 패턴(230)의 측면은 제3 공극(P3)을 가질 수 있다. 즉, 제3 공극(P3)은 돌출 패턴(230)의 상면이 아닌 오직 측면에 노출된 공극을 의미한다. 돌출 패턴(230)이 내포하는 다수의 공극 중 적어도 일부는 돌출 패턴(230)의 측면으로 노출되어 함몰된 홈을 형성할 수 있다.
돌출 패턴(230)의 측면이 갖는 홈, 즉 제3 공극(P3)은 돌출 패턴(230) 상면, 즉 연마면으로 노출되지 않고 상단의 가장자리 둘레 길이 증가에 영향을 미치지 않는다는 점에서 제1 공극(P1) 및 제2 공극(P2)과 차이를 갖는다.
서로 인접한 돌출 패턴(230)들 간에는 소정의 이격 거리를 가질 수 있다. 상기 이격 공간을 통해 연마액, 즉 슬러리(70)가 유동하며 연마 특성에 영향을 줄 수 있다. 만일 돌출 패턴(230)들 사이의 슬러리 유로가 너무 작을 경우 슬러리(70)가 부분적으로 뭉치는 등의 문제가 발생할 수 있다. 소정의 형상을 갖는 돌출 패턴(230) 간의 이격 거리를 제어함에 한계가 있으며, 자칫 돌출 패턴(230) 상부의 면적 감소를 야기할 수 있다.
본 실시예에 따른 돌출 패턴(230)의 측면은 제3 공극(P3)에 의해 형성된 소정의 홈을 가지며, 상기 홈을 이용해 슬러리(70)의 유동 증가에 기여할 수 있다. 제3 공극(P3)의 크기 등에 대해서는 제1 공극(P1) 및 제2 공극(P2)과 함께 설명한 바 있으므로 중복되는 설명은 생략한다. 예를 들어, 제3 공극(P3)의 평균 직경은 약 20㎛ 내지 150㎛, 또는 약 30㎛ 내지 130㎛, 또는 약 50㎛ 내지 110㎛, 또는 약 60㎛ 내지 100㎛ 범위 내에 있을 수 있다
한편 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니나, 본 실시예에 따른 연마 패드(11)를 이용하여 연마 공정을 진행할 경우 돌출 패턴(230)의 상단부부터 깎이며 돌출 패턴(230)의 높이(H)가 점차 낮아질 수 있다. 이 때 돌출 패턴(230)의 높이가 낮아지며 제3 공극(P3)이 노출되며 전술한 제1 공극(P1)으로 변화할 수 있다.
전술한 바와 같이, 제1 공극(P1)과 제2 공극(P2)은 어느 돌출 패턴(230)의 가장자리 둘레 길이 증가에 기여하고, 또한 돌출 패턴(230)이 형성하는 연마 면적에 영향을 줄 수 있다. 또, 제3 공극(P3)은 돌출 패턴(230)의 측면 상에 노출되어 슬러리(70)의 유동에 영향을 미칠 수 있다.
연마 패드(11)의 제조에 있어서, 예를 들어 설계에 있어서 연마 면적을 결정한 후에 돌출 패턴(230)의 둘레 길이를 제어할 때 돌출 패턴(230)의 폭 등의 크기가 매우 제한적이게 된다. 또, 충분한 둘레 길이를 확보하기 위해 돌출 패턴(230)을 세밀하게 형성할 경우 제조 비용의 증가를 야기한다.
그러나 본 실시예와 같이 돌출 패턴(230)이 다공을 형성할 경우 계산한 것 이상의 둘레 길이를 형성할 수 있다. 따라서 종래와 같이 제조 비용을 높여서라도 돌출 패턴(230)을 세밀하게 형성할 경우 더 큰 둘레 길이의 증가를 달성할 수 있다. 예를 들어, 최초 결정된 단위 면적당 둘레 길이 보다 실제 제조된 연마 패드(11)의 돌출 패턴(230)이 갖는 둘레 길이는 더 클 수 있다. 반면 종래에 비해 더 큰 돌출 패턴(230)을 형성하더라도, 즉 제조 비용을 절감하더라도 종래 수준의 둘레 길이를 확보할 수 있는 이점이 있다.
이하, 연마 패드(11)의 트렌치(300)에 대해 설명한다. 연마 패드(11)의 일면, 예컨대 도 6 기준 상면은 트렌치(300)를 가질 수 있다. 트렌치(300)는 연마 패드(11)의 상면에 적하된 슬러리(70) 등을 이송 및 배출하는 채널 기능을 수행할 수 있다. 필요한 경우 본 명세서에서 사용되는 용어 '트렌치(trench)'는 채널(channel), 그루브(groove), 홈 등의 용어와 혼용될 수 있다.
트렌치(300)는 제1 방향(X), 제2 방향(Y) 및/또는 대각 방향으로 연장된 직선 형상의 제1 트렌치(310)를 포함할 수 있다. 제1 트렌치(310)는 원형의 연마 패드(11)의 중심으로부터 대략 방사 방향(radial direction)으로 연장된 형상일 수 있다. 도 2는 제1 방향(X)과 제2 방향(Y) 및 45도 방향으로 경사진 8개의 제1 트렌치(310)가 형성된 경우를 예시하고 있다. 이에 따라 연마 패드(11)는 중심각이 대략 45도인 8개의 부채꼴 영역으로 구획될 수 있다. 본 실시예에 따른 연마 패드(11)의 제1 트렌치(310) 중 적어도 일부는 돌출 패턴(230)의 배열 방향, 즉 제1 방향(X)과 제2 방향(Y)으로 연장된 상태일 수 있다. 다만 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
제1 트렌치(310)는 연마 패드(11)의 회전에 따라 발생하는 원심력 등으로 인해 슬러리(70)가 연마 패드(11)의 방사측 외곽 방향으로 이동하거나, 내지는 유동하도록 유도할 수 있다. 이를 통해 노즐(60)이 이동하지 않고 슬러리(70)를 적하하는 경우에도 슬러리(70)가 연마 패드(11)의 전면(全面)에 도포되도록 할 수 있고, 일부분에 과도하게 뭉치는 것을 방지하여 슬러리의 활용 효율을 향상시킬 수 있다. 몇몇 실시예에서, 제1 트렌치(310)는 외곽 방향으로 갈수록 깊이가 깊어지도록 구성될 수도 있다.
또, 트렌치(300)는 원형의 연마 패드(11)의 중심을 기준으로 동심원(concentric circle) 배열된 제2 트렌치(320)를 더 포함할 수 있다. 도 2는 제2 트렌치(320)가 3개인 경우를 예시하고 있으나, 본 발명이 이에 제한되지 않음은 물론이다. 어느 제2 트렌치(320)는 복수의 제1 트렌치(310)와 교차하도록 마련될 수 있다. 제2 트렌치(320)는 연마 패드(11)의 회전에 따라 발생하는 원심력 등으로 슬러리(70)가 연마 패드(11)의 회전 방향, 즉 원주 방향으로 이동하거나, 내지는 유동하도록 유도할 수 있다.
본 발명이 이에 제한되는 것은 아니나, 우선적으로 제1 트렌치(310)에 의해 연마 패드(11)의 외곽 방향으로 유동하는 슬러리(70)는 제2 트렌치(320)에 의해 연마 패드(11)의 회전 방향으로 유동할 수 있다. 따라서 제1 트렌치(310)의 최대 폭을 제2 트렌치(320)의 최대 폭 보다 크게 형성하는 것이 슬러리(70)의 뭉침 방지 측면에서 유리할 수 있다.
도 6는 제1 트렌치(310)(및 제2 트렌치)가 베이스(210)의 두께(T2)와 실질적으로 동일한 깊이를 갖는 경우를 예시한다. 이에 따라 트렌치(300)를 통해 지지층(100)의 상면이 부분적으로 노출될 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 다른 실시예에서 트렌치(300)의 깊이는 베이스(210)의 두께 보다 작고, 이에 따라 지지층(100)이 노출되지 않을 수 있다. 또 다른 실시예에서, 트렌치(300)의 깊이는 베이스(210)의 두께 보다 크고, 이에 따라 지지층(100) 또한 부분적으로 트렌치를 갖는 형상일 수 있다.
뿐만 아니라, 본 실시예에서 제1 트렌치(310) 및 제2 트렌치(320)는 각 패턴층(200)에 소정의 유동성을 부여하고, 전술한 것과 같이 연마 패드(11)의 돌출 패턴(230)이 연마 대상 기판(50)의 굴곡을 따라 추종하도록 할 수 있다.
즉, 제1 트렌치(310) 및 제2 트렌치(320)에 의해 지지층(100)의 상면이 부분적으로 노출될 수 있고, 패턴층(200)은 제1 트렌치(310)를 기준으로 서로 이격될 수 있다. 즉, 하나의 지지층(100) 상에서 제1 트렌치(310) 등을 기준으로 구획되어 이격된 베이스(210)가 배치될 수 있다. 이에 따라 패턴층(200)에 가해지는 제3 방향(Z)으로의 압력에 의해 평면 방향으로의 유동성을 갖도록 할 수 있고, 연마 대상 기판(50)의 굴곡 표면을 따른 수직 추종을 더욱 유연하게 할 수 있다.
이를 위해 몇몇 실시예에서, 트렌치(300)의 최대 깊이, 예컨대 제1 트렌치(310)의 최대 깊이는 돌출 패턴(230)의 높이(H) 보다 클 수 있다. 패턴층(200)에 트렌치(300)가 형성된 예시적인 실시예에서, 제1 트렌치(310)의 최대 깊이가 돌출 패턴(230)의 높이 보다 큰 것이 패턴층(200)의 유동성 및 연마 대상 기판에 대한 추종 측면에서 유리할 수 있다.
이하, 도 7 내지 도 10를 더 참조하여 본 실시예에 따른 연마 패드(11)가 갖는 추종(follow) 특성 및 연마 특성에 대해 설명한다.
도 7은 연마 패드(11)가 연마 대상 기판(50)과 접촉한 상태를 나타낸 예시적인 모식도이고, 도 8은 종래의 컨디셔너에 의해 연마된 연마 패드가 연마 대상 기판(50)과 접촉한 상태를 나타낸 예시적인 모식도이다.
우선 도 7을 참조하면, 연마 대상 기판(50)의 하면 표면이 미세한 굴곡을 갖는 경우에, 본 실시예에 따른 연마 패드(11)는 지지층(100)이 충분한 유연성을 가짐으로써 수직 방향, 예컨대 중력 방향으로의 탄성 변형이 가능할 수 있다. 이를 통해 연마면을 형성하는 돌출 패턴(230)의 상면은 연마 대상 기판(50)의 굴곡면에 밀착할 수 있고, 패턴층(200)과 연마 대상 기판(50) 사이에는 슬러리가 고르게 분포하며 우수한 연마율을 달성할 수 있다.
또한 상대적으로 하측으로 볼록하게 돌출된 연마 대상 기판(50)이 연마 패드(11)와 접촉하는 부분은, 상대적으로 상측으로 오목하게 만입된 연마 대상 기판(50)이 연마 패드(11)와 접촉하는 부분에 비해 상대적으로 더 큰 압력이 작용할 수 있고, 이에 따라 연마 불균일도(NU)를 최소화하고 균일한 연마를 달성할 수 있다.
특히 본 실시예에 따른 연마 패드(11)는 패턴층(200)의 강성을 지지층(100)의 강성 보다 크게 형성함으로써 연마 패드(11)가 연마 대상 기판(50)과 가압되는 경우 패턴층(200)의 돌출 패턴(230) 및 베이스(210)의 변형 정도 보다 지지층(100)의 변형 정도를 크게 구성할 수 있다. 비제한적인 예시로, 패턴층(200)은 실질적으로 변형되지 않거나, 최소한의 변형만 야기하며 지지층(100)만이 유연하게 변형되도록 구성할 수 있다. 만일 돌출 패턴(230)이 과도한 유연성을 가지고 수직 압력에 의해 변형이 쉽게 발생할 경우, 돌출 패턴(230)의 연마 면적이 변형되고, 수평 방향으로 기울어지는 등의 형상 변형으로 인해 의도한 연마율을 나타내지 못할 수 있다.
따라서 패턴층(200)이 아닌 지지층(100)이 변형되도록 하여 연마 대상 기판(50) 표면의 굴곡을 추종하도록 하는 동시에 우수한 연마율을 나타낼 수 있다. 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니나, 비제한적인 예시로서 돌출 패턴(230)을 포함하는 패턴층(200), 또는 패턴층(200)을 구성하는 재료의 수직 방향 압력에 대한 평면 방향으로의 최대 변화율은 약 20.0% 이하, 또는 약 15.0% 이하, 또는 약 10.0% 이하, 또는 약 5.0% 이하가 되도록 재료를 선정할 수 있다.
반면 도 8을 더 참조하면, 종래의 연마 패드(11')의 경우 컨디셔너(미도시)에 의해 표면 조도가 유지됨에도 불구하고 연마 패드(11')의 전면(全面)에 걸쳐 균일한 조도를 나타내기가 실질적으로 곤란하고, 이에 따라 굴곡진 표면을 갖는 연마 대상 기판(50)에 밀착할 수 없어 연마 불균일도가 증가하며 심지어 스크래치(scratch) 불량(defect)을 야기하기도 한다.
도 9은 연마 패드(11)가 연마 대상 기판(50)에 접촉한 상태를 나타낸 다른 예시적인 모식도이고, 도 10는 종래의 컨디셔너에 의해 연마된 연마 패드가 연마 대상 기판(50)과 접촉한 상태를 나타낸 예시적인 모식도이다. 도 9 및 도 10는 연마 대상 기판(50)이 베이스 기판(50a) 상에 배치된 소자 패턴(50b) 및 그 상부의 오버코팅층(50c)을 포함하는 경우를 예시한다. 소자 패턴(50b)은 금속 등으로 이루어진 배선 패턴, 반도체 물질을 포함하는 액티브 패턴 등일 수 있으나 특별히 제한되는 것은 아니다.
우선 도 9을 참조하면, 연마 대상 기판(50)의 하면 표면에 매우 미세한 정도의 굴곡 또는 단차(step)를 갖는 오버코팅층(50c)이 위치한 경우에, 본 실시예에 따른 연마 패드(11)는 패턴층(200)의 상단이 균일한 높이를 가지고 오버코팅층(50c)을 균일하게 평탄화할 수 있다. 즉, 상대적으로 하측으로 볼록하게 돌출된 오버코팅층(50c)만을 선택적으로 연마하고, 상대적으로 상측으로 오목하게 만입된 오버코팅층(50c)에는 물리적 가압을 최소화함으로써 연마 대상 기판(50)의 소자의 손상 없이 광역 평탄화(global planarization)를 달성할 수 있다. 따라서 본 실시예에 따른 연마 패드(11)는 STI 구조 공정 등에 적용 가능할 수 있다. 이에 대해서는 실험예와 함께 후술한다.
반면 도 10를 더 참조하면, 종래의 연마 패드(11')의 경우 전면에 걸쳐 균일한 조도를 나타내기가 실질적으로 곤란하고, 경우에 따라 상대적으로 상측으로 오목하게 만입된 오버코팅층(50c)까지 연마하게 될 수 있다. 이에 따라 연마 대상 기판(50)의 소자에 손상이 발생하거나, 부분적 평탄화(partial planarization) 정도만을 달성할 수 있기 때문에 정밀 평탄화 공정에 이용하기 적합하지 않다.
이하, 본 발명의 다른 실시예들에 대하여 설명한다. 다만, 전술한 실시예에 따른 연마 패드(11)와 동일하거나 극히 유사한 구성에 대한 설명은 생략하며, 이는 첨부된 도면 및 상세한 설명의 기재로부터 본 기술분야에 속하는 통상의 기술자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다. 또한 다른 실시예들에 따른 연마 패드가 적용된 연마 장치를 용이하게 생각해낼 수 있음은 물론이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 연마 장치의 연마 패드의 돌출 패턴의 배열을 나타낸 평면도이다.
도 11을 참조하면, 본 실시예에 따른 연마 패드(12)의 패턴층(202)의 돌출 패턴(232)은 평면 시점에서 사각 형상이 아니라 대략 '+'자 형상을 갖는 점이 도 4 등의 실시예에 따른 연마 패드와 상이한 점이다.
복수의 돌출 패턴(232)은 베이스(210) 상에 배치될 수 있다. 돌출 패턴(232)은 적어도 2개의 방향을 따라 반복 배열되어 대략 규칙적인 배열을 형성할 수 있음은 전술한 바와 같다. 예를 들어, 돌출 패턴(232)은 제1 방향(X) 및 제2 방향(Y)을 따라 동일한 이격 거리를 가지고 반복 배열될 수 있다. 도면으로 표현하지 않았으나, 방사 방향으로 연장된 제1 트렌치(미도시) 중 적어도 일부는 돌출 패턴(232)의 배열 방향과 실질적으로 평행할 수 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
돌출 패턴(232)은 대략 '+'자 형상을 가질 수 있다. 구체적으로, 임의의 지점을 기준으로 상기 배열 방향과 동일한 제1 방향(X) 및 제2 방향(Y)으로 연장된 연장부(232p)들을 가질 수 있다. 이에 따라 돌출 패턴(232)은 평면 시점에서 좌상부, 우상부, 우하부, 좌하부에 4개의 만입부(232v)를 가질 수 있다.
이 경우 돌출 패턴(232)의 최대폭(Wmax)은 대략 서로 반대 방향으로 연장된 두개의 연장부(232p)의 길이로 표현될 수 있다. 반면, 돌출 패턴(232)의 최소폭(Wmin)은 어느 연장부(232p)의 폭으로 표현될 수 있다.
어느 돌출 패턴(232)은 둘레 길이의 증가에 기여하는 제1 공극(P1)과 제2 공극(P2)을 가짐은 전술한 바와 같다. 또, 도면으로 표현하지 않았으나 돌출 패턴(232)은 측면 상에 위치한 제3 공극(미도시)을 가질 수 있다.
돌출 패턴(232)의 크기 등은 연마 패드(12)의 연마율, 연마 불균일도 등에 영향을 미칠 수 있다. 본 실시예와 같이 대략 정십자가 형상의 돌출 패턴(232)의 경우, 돌출 패턴(232)의 단위 면적당 둘레 길이는 전술한 도 4의 실시예와 실질적으로 동일할 수 있다. 반면 도 4와 상이한 연마 면적을 제공할 수 있으며, 본 실시예와 같은 돌출 패턴(232)의 형상을 이용해 설계 자유도를 확보할 수 있다.
또, 본 실시예와 같이 어느 돌출 패턴(232)이 만입부(232v)를 가질 경우, 연마 패드(12)의 상면 상에서 유동하는 슬러리(미도시)가 돌출 패턴(232)의 상면을 타고 반대 방향으로 유동하는 구조를 형성할 수 있다. 즉, 슬러리가 베이스(210)의 상면 뿐 아니라 돌출 패턴(232)의 만입부에 의해 흐름이 트랩(trap) 및/또는 제어되어 돌출 패턴(232)의 상면으로 강제적으로 유동하도록 구성할 수 있고, 이를 통해 슬러리의 활용 효율을 높일 수 있다.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 연마 장치의 연마 패드의 돌출 패턴의 배열을 나타낸 평면도이다.
도 12를 참조하면, 본 실시예에 따른 연마 패드(13)의 패턴층(203)의 돌출 패턴(233)은 평면 시점에서 대략 피봇된 '+'자 형상을 갖는 점이 도 11의 실시예에 따른 연마 패드와 상이한 점이다. 즉, 돌출 패턴(233)은 평면 시점에서 대략 'X'자 형상을 가질 수 있다. 본 명세서에서, '+'자 형상과 'X'자 형상은 피봇된 점을 제외하고는 동일한 형상으로 간주될 수 있다.
어느 돌출 패턴(233)은 둘레 길이의 증가에 기여하는 제1 공극(P1)과 제2 공극(P2)을 가짐은 전술한 바와 같다. 또, 도면으로 표현하지 않았으나 돌출 패턴(233)은 측면 상에 위치한 제3 공극(미도시)을 가질 수 있다.
돌출 패턴(233)은 임의의 지점을 기준으로 연장된 연장부(233p)들을 가지되, 연장부(233p)의 연장 방향(extending direction)은 돌출 패턴(233)들의 배열 방향(arranging direction), 즉 제1 방향(X) 및 제2 방향(Y)과 교차하는 방향일 수 있다. 또, 돌출 패턴(233)의 최대폭(Wmax)은 두개의 연장부(233p)의 길이의 합으로 표현되고, 최소폭(Wmin)은 어느 연장부(233p)의 폭으로 표현됨은 전술한 바와 같다. 본 실시예에 따른 돌출 패턴(233)의 단위 면적당 둘레 길이 및 평면상 면적은 도 11의 실시예와 실질적으로 동일할 수 있다.
본 실시예와 같이 돌출 패턴(233)이 평면상 피봇될 경우 만입부(233v)를 돌출 패턴(233)의 제1 방향(X) 일측과 타측, 그리고 제2 방향(Y) 일측과 타측에 위치하도록 할 수 있다. 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니나, 슬러리는 연마 패드(13)의 회전에 의해 발생하는 원심력에 의해 방사 방향으로 이동하는 경향이 클 수 있다. 또, 어느 위치에서 상기 방사 방향은 제1 방향(X)과 대략 일치할 수 있다. 따라서 만입부(233v)를 본 실시예와 같이 배열할 경우 슬러리의 유동 구조를 강화할 수 있고, 연마 효율 등을 향상시킬 수 있다.
도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 연마 장치의 연마 패드의 돌출 패턴의 배열을 나타낸 평면도이다.
도 13을 참조하면, 본 실시예에 따른 연마 패드(14)의 패턴층(204)의 복수의 돌출 패턴(234)들은 함께 돌출 패턴 군집(234N)을 형성하는 점이 도 12의 실시예에 따른 연마 패드와 상이한 점이다.
어느 하나의 돌출 패턴(234)은 도 4 등의 실시예와 동일한 형상을 가질 수 있다. 반면 복수의 돌출 패턴(234)는 서로 인접하여 돌출 패턴 군집(234N)을 형성할 수 있다. 복수의 돌출 패턴 군집(234N)은 제1 방향(X) 및 제2 방향(Y)을 따라 규칙적으로 배열될 수 있다.
어느 하나의 돌출 패턴 군집(234N)은 복수의 돌출 패턴(234)을 포함하되, 어느 하나의 돌출 패턴 군집(234N) 내에서 복수의 돌출 패턴(234)은 대략 규칙적으로 배열될 수 있다. 도 13은 하나의 돌출 패턴 군집(234N)이 5개의 돌출 패턴(234)으로 이루어진 경우를 예시한다.
전술한 바와 같이 어느 돌출 패턴(234)은 서로 독립한 형상을 갖는 단위 구조체를 의미하며, 돌출 패턴 군집(234N)이 규칙적으로 배열되는 경우에도 본 명세서에서 사용되는 용어 최소폭, 최대폭 등은 어느 하나의 돌출 패턴(234)에 대해 지칭하는 것으로 이해되어야 한다.
돌출 패턴 군집(234N)은 전체적으로 대략 'X'자 형상을 가질 수 있다. 어느 하나의 돌출 패턴 군집(234N)은 인접한 돌출 패턴(234)들이 형성하는 만입부(234v)를 가질 수 있다. 돌출 패턴(234)들은 대각 방향으로 맞닿은 상태일 수 있으나 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
각 돌출 패턴(234)들은 둘레 길이의 증가에 기여하는 제1 공극(P1)과 제2 공극(P2)을 가질 수 있다. 또, 도면으로 표현하지 않았으나 돌출 패턴(234)은 각각 측면 상에 위치한 제3 공극(미도시)을 가질 수도 있다.
본 실시예에 있어서 돌출 패턴(234)의 최대폭(Wmax)은 대략 사각 형상인 돌출 패턴(234)의 대각 방향으로의 길이로 표현되고, 돌출 패턴(234)의 최소폭(Wmin)은 어느 한 변의 길이로 표현될 수 있다.
본 실시예는 전체적으로 도 12와 같은 형상을 갖는 돌출 패턴 군집(234N)을 제공함에 있어서, 둘레 길이 증가 등을 위해 하나의 돌출 패턴 군집(234N)을 복수의 돌출 패턴(234)들로 구성한 것일 수 있다. 이 경우 도 12의 실시예와 대략 동일하거나 유사한 연마 면적을 제공하되, 단위 면적당 둘레 길이를 더욱 증가시킬 수 있다. 이를 통해 설계 자유도를 확보할 수 있다.
도 14는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 연마 장치의 연마 패드의 돌출 패턴의 배열을 나타낸 평면도이다.
도 14를 참조하면, 본 실시예에 따른 연마 패드(15)의 패턴층(205)의 돌출 패턴(235)이 서로 상이한 형상의 제1 돌출 패턴(235a) 및 제2 돌출 패턴(235b)을 포함하는 점이 도 13의 실시예에 따른 연마 패드와 상이한 점이다.
제1 돌출 패턴(235a)은 돌출 패턴 군집(235N)의 대략 중심에 위치하며, 도 4 등의 실시예에 따른 돌출 패턴과 실질적으로 동일한 형상일 수 있다. 반면 제2 돌출 패턴(235b)은 제1 돌출 패턴(235a)을 둘러싸도록 배열되고, 대략 'X'자 형상을 가질 수 있다.
복수의 돌출 패턴 군집(235N)은 제1 방향(X) 및 제2 방향(Y)을 따라 규칙적으로 배열될 수 있다. 도 14는 어느 하나의 돌출 패턴 군집(235N)이 1개의 제1 돌출 패턴(235a) 및 4개의 제2 돌출 패턴(235b)을 포함하여 이루어진 경우를 예시한다. 돌출 패턴 군집(235N)은 전체적으로 대략 'X'자 형상을 가질 수 있다. 어느 하나의 돌출 패턴 군집(235N)은 인접한 1개의 제1 돌출 패턴(235a) 및 2개의 제2 돌출 패턴(235b)이 형성하는 만입부(235v)를 가질 수 있다. 어느 제2 돌출 패턴(235b)과 제1 돌출 패턴(235a)은 대각 방향으로 맞닿은 상태일 수 있으나 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
어느 하나의 제2 돌출 패턴(235b)은 어느 지점을 기준으로 연장된 4개의 연장부(235p)를 포함할 수 있다. 제2 돌출 패턴(235b)이 대략 'X'자 형상을 가짐에 따라 제2 돌출 패턴(235b)들 각각 또한 세부 만입부를 형성할 수 있다. 상기 세부 만입부는 유동하는 슬러리가 돌출 패턴(235)의 상면을 타고 반대 방향으로 흐르도록 하여 슬러리의 이용 효율을 더욱 향상시킬 수 있다.
제1 돌출 패턴(235a) 및 제2 돌출 패턴(235b)은 각각 둘레 길이의 증가에 기여하는 제1 공극(P1)과 제2 공극(P2)을 가질 수 있다. 또, 도면으로 표현하지 않았으나 제1 돌출 패턴(235a) 및 제2 돌출 패턴(235b)은 각각 측면 상에 위치한 제3 공극(미도시)을 가질 수도 있다.
본 실시예에 있어서, 제1 돌출 패턴(235a)의 최대폭(Wmax-a)은 대략 사각 형상의 패턴의 대각선 길이로 표현되고, 최소폭(Wmin-a)은 한 변의 길이로 표현될 수 있다. 반면 제2 돌출 패턴(235b)의 최대폭(Wmax-b)은 서로 반대 방향으로 연장된 두개의 연장부(235p)의 연장 길이의 합으로 표현되고, 최소폭(Wmin-b)은 연장부(235p)의 폭으로 표현될 수 있다.
본 실시예에 따를 경우, 도 13의 연마 패드에 비해 더 작은 연마 면적을 제공하는 반면, 도 13의 연마 패드 보다 더 큰 단위 면적당 둘레 길이를 제공할 수 있다. 이를 통해 설계 자유도를 확보할 수 있다.
도 15는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 연마 장치의 연마 패드의 돌출 패턴의 배열을 나타낸 평면도이다.
도 15를 참조하면, 본 실시예에 따른 연마 패드(16)의 패턴층(206)의 돌출 패턴(236) 중 적어도 일부는 대략 'X'자 형상을 가지고, 적어도 다른 일부는 '+'자 형상인 점이 도 14의 실시예에 따른 연마 패드와 상이한 점이다. 이에 따라 어느 하나의 돌출 패턴 군집(236N) 내의 돌출 패턴(236)들은 서로 이격된 상태일 수 있다. 어느 돌출 패턴 군집(236N) 내에서 복수의 돌출 패턴(236)들이 서로 이격될 경우 상기 이격 공간을 통해 슬러리 내 큰 입자 내지는 불순물이 통과하는 경로를 제공할 수 있다. 즉, 연마 대상 기판에 손상을 유발하는 입자는 돌출 패턴(236)의 상면으로 유동하지 않고 이격 공간으로 통과하게 구성하여 연마 특성을 더욱 향상시킬 수 있다.
돌출 패턴 군집(236N)은 제1 방향(X) 및 제2 방향(Y)을 따라 규칙적으로 배열될 수 있다. 돌출 패턴 군집(236N)은 전체적으로 대략 'X'자 형상을 가질 수 있다. 어느 하나의 돌출 패턴 군집(236N)은 인접한 돌출 패턴(236)들이 형성하는 만입부(236v)를 가질 수 있다.
어느 하나의 돌출 패턴(236)은 복수의 연장부(236v)를 가질 수 있다.
한편, 돌출 패턴(236)들은 각각 둘레 길이의 증가에 기여하는 제1 공극(P1)과 제2 공극(P2)을 가질 수 있다. 또, 도면으로 표현하지 않았으나 돌출 패턴(236)들은 각각 측면 상에 위치한 제3 공극(미도시)을 가질 수도 있다.
본 실시예에 있어서, 돌출 패턴(236)의 최소폭(Wmin)은 어느 연장부(236p)의 폭으로 표현될 수 있다.
도 16은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 연마 장치의 연마 패드의 돌출 패턴의 배열을 나타낸 평면도이다.
도 16을 참조하면, 본 실시예에 따른 연마 패드(17)의 패턴층(207)의 돌출 패턴 군집(237N)은 9개의 돌출 패턴(237)으로 이루어진 점이 도 15의 실시예에 따른 연마 패드와 상이한 점이다. 본 실시예에 있어서, 돌출 패턴(237)의 최소폭(Wmin)은 어느 돌출 패턴(237)의 하나의 연장부(237p)의 폭으로 표현될 수 있다.
본 실시예에 따른 돌출 패턴(237)은 도 15와 대략 유사한 형상을 가지되, 더 큰 둘레 길이를 제공하기 위한 것일 수 있다.
도 17은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 연마 장치의 연마 패드의 돌출 패턴의 배열을 나타낸 평면도이다.
도 17을 참조하면, 본 실시예에 따른 연마 패드(18)의 패턴층(208)의 복수의 돌출 패턴 군집(238N)의 배열 방향과, 어느 돌출 패턴 군집(238N) 내의 돌출 패턴(238)들의 배열 방향이 서로 상이한 점이 도 16의 실시예에 따른 연마 패드와 상이한 점이다.
즉, 복수의 돌출 패턴 군집(238N)들은 제1 방향(X) 및 제2 방향(Y)을 따라 배열될 수 있다. 각 돌출 패턴(238)은 제1 방향(X) 및 제2 방향(Y)과 교차하는 방향으로 배열될 수 있다. 더 구체적으로, 돌출 패턴 군집(238N)은 전체적으로 피봇된 형상일 수 있다.
본 실시예에 따를 경우, 돌출 패턴(238) 또는 돌출 패턴 군집(238N)의 배열 밀도를 증가시킬 수 있고, 단위 면적당 연마 면적 또는 단위 면적당 둘레 길이 등을 제어할 수 있다. 예를 들어, 도 16과 같이 돌출 패턴 군집의 배열 방향과 각 돌출 패턴 군집의 연장 방향, 즉 단위 돌출 패턴의 배열 방향이 동일한 경우에 비해, 본 실시예와 같이 이들을 서로 상이한 방향으로 하여 배열 밀도를 보다 높일 수 있다.
도 18은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 연마 장치의 연마 패드의 돌출 패턴의 배열을 나타낸 평면도이다.
도 18을 참조하면, 본 실시예에 따른 연마 패드(19)의 패턴층(209)의 돌출 패턴 군집(239)의 배열 방향은 제1 방향(X) 및 제2 방향(Y)과 교차하는 방향인 점이 도 17의 실시예에 따른 연마 패드와 상이한 점이다.
전술한 바와 같이, 제1 방향(X) 및 제2 방향(Y)은 방사 방향으로 연장된 제1 트렌치(미도시) 중 일부가 연장된 방향과 대략 평행할 수 있다. 즉, 본 실시예에 따른 연마 패드(19)는 돌출 패턴 군집(239N)들의 배열 방향 및 어느 하나의 돌출 패턴 군집(239N)에 있어서 돌출 패턴(239)들의 배열 방향이, 제1 트렌치의 연장 방향과 상이한 방향일 수 있다.
도 18은 돌출 패턴 군집(239N)의 배열 방향과 돌출 패턴(239)의 배열 방향이 실질적으로 동일한 경우를 예시하고 있으나, 다른 실시예에서 상기 양자는 서로 교차하는 방향일 수도 있음은 물론이다.
이하, 본 발명의 또 다른 실시예들에 따른 연마 패드의 단면 구조에 대해 설명한다. 도면으로 표현하지 않았으나, 이하에서 설명할 실시예들의 연마 패드가, 전술한 다양한 평면 구조를 가질 수 있음은 물론이다.
도 19는 본 발명의 또 다른 실시예에 다른 연마 장치의 연마 패드의 단면도로서, 도 6과 상응하는 위치를 나타낸 단면도이다.
도 19를 참조하면, 본 실시예에 따른 연마 패드(20)의 패턴층(202)은 복수의 공극들(P1, P2, P3, P4)을 가질 수 있다. 공극들(P1, P2, P3, P4)은 돌출 패턴(230)의 상면 상에 위치한 제1 공극(P1) 및 제2 공극(P2)을 포함하고, 돌출 패턴(230)의 측면 상에 노출된 제3 공극(P3)을 더 포함할 수 있다.
전술한 것과 같이, 공극들(P)의 크기는 평면 시점에서, 연마면에서 둘레 길이 증가 및 공극들(P1, P2)에 의한 연마 면적의 변화를 야기하여 연마 효율에 영향을 준다는 점에서 매우 중요한 요소이다. 뿐만 아니라, 특히 제3 공극(P3)의 경우 돌출 패턴(230)의 측면에 노출되어 돌출 패턴(230)의 내구성 등에 영향을 줄 수 있다.
이 같은 관점에서, 어느 단면 상에서, 돌출 패턴(230)의 수직 높이(H)에 대해 제3 공극(P3)가 차지하는 높이의 합의 비율은 약 10% 내지 50%, 또는 약 15% 내지 50%, 또는 약 20% 내지 50%, 또는 약 20% 내지 45%, 또는 약 20% 내지 40% 범위에 있을 수 있다. 또, 제3 공극(P3)의 평균 직경은 돌출 패턴(230)의 높이(H)의 약 5% 내지 15%, 또는 약 10% 내지 15% 범위에 있을 수 있다.
제3 공극(P3) 하나의 직경, 또는 제3 공극(P3) 직경들의 합이 너무 클 경우 돌출 패턴(230)이 제3 방향(Z)으로 너무 큰 유동성을 가지거나, 및/또는 돌출 패턴(230)의 내구성이 저하될 수 있다. 따라서 제3 공극(P3) 하나의 직경 및 제3 방향(Z)으로 배열된 복수의 제3 공극(P3)들이 차지하는 제3 방향(Z)으로의 길이의 합을 상기 범위 내에 있도록 하는 것이 바람직할 수 있다.
몇몇 실시예에서 돌출 패턴(230)을 제외한 패턴층(200)의 나머지 부분, 즉 베이스(210)의 상면(210s) 등 표면에는 공극이 실질적으로 존재하지 않거나, 상대적으로 적은 수, 또는 상대적으로 작은 크기의 공극이 존재할 수 있다.
예를 들어, 베이스(210) 상면(210s)의 왜도(skewness)로 정의되는 표면 조도(Rsk base)는 돌출 패턴(230) 표면의 제1 공극(P1) 내지 제3 공극(P3)에 의해 형성되는 왜도로 정의되는 표면 조도 보다 클 수 있다. 돌출 패턴(230) 표면의 표면 왜도는 음의 값을 가지고, 베이스(210)의 상면(210s)은 음의 값, 또는 0 또는 양의 값을 가질 수 있다.
본 발명이 이에 제한되는 것은 아니나, 연마 패드(11)의 패턴층(200)을 레이저 등을 이용해 형성할 경우, 베이스(210) 표면에 레이저가 조사되는 과정에서 공극의 적어도 일부가 용융 내지는 붕괴되는 특징을 이용하여 베이스 상면(210s)의 왜도를 돌출 패턴(230) 상의 왜도 보다 양의 방향으로 조절할 수 있기 때문일 수 있다. 상기 표면 조도는 약 0.1mm2 또는 그 이상의 검사 면적을 대상으로 측정된 것일 수 있다.
따라서 베이스 상면(210s)의 왜도(Rsk_base)에서 돌출 패턴(230) 표면, 예컨대 상면의 왜도(Rsk_pattern)를 뺀 값은 0 보다 큰 양의 값을 가질 수 있다. 즉, 패드를 연마에 적용 전 표면 상태 혹은 연마에 적용하여 가공 중 표면 상태의 값이 (Rsk_base - Rsk_pattern) > 0 이 될 수 있다.
돌출 패턴(230)의 상부는 음의 왜도(skewness)를 가지도록 제조하면 포어를 제외한 돌출 패턴(230)부위는 평평하기 때문에 연마 대상 웨이퍼 표면에 형성된 소자 패턴(50b) 및 그 상부의 오버코팅층(50c) 패턴을 평탄하게 연마하는데 특성을 향상시킬 수 있음과 동시에 베이스 상면(210s)의 왜도를 돌출패턴(230)의 왜도에 비해 양의 방향으로 증가시킴으로써 베이스 상면(210s)에서 너무 깊은 포어에 의해 슬러리 유동이 정체되거나 깊은 포어에 잔류 연마 입자 및 연마 부산물이 정체하지 않고 베이스(210)로부터 쉽게 제거될 수 있도록 제어할 수 있는 특성을 향상시킬 수 있다.
다른 예를 들어, 베이스(210) 상면(210s)에 위치하는 공극(미도시)의 배열 밀도는 돌출 패턴(230) 표면의 제1 공극(P1) 내지 제3 공극(P3)에 의해 형성되는 공극들의 배열 밀도 보다 작을 수 있다. 구체적으로, 연마 패드(11)의 전체 면적에 대해, 제1 공극(P1)과 제2 공극(P2)을 제외하고 베이스(210) 상면의 공극이 차지하는 면적의 비율은 약 5% 내지 50%, 또는 약 10% 내지 30%일 수 있다.
또, 공극들(P1, P2, P3, P4)은 제4 공극(P4)을 더 포함할 수 있다. 패턴층(202)에 형성된 트렌치(300)의 내측벽은 노출된 공극을 가질 수 있다. 트렌치(300)의 내측벽에 노출된 공극은 제4 공극(P4)으로 정의될 수 있다. 제4 공극(P4)의 평균 직경은 약 10㎛ 내지 150㎛, 또는 약 20㎛ 내지 150㎛, 또는 약 30㎛ 내지 150㎛, 또는 약 50㎛ 내지 130㎛, 또는 약 60㎛ 내지 100㎛ 범위 내에 있을 수 있다.
반면, 트렌치(310)의 기저면(310s)에는 공극이 실질적으로 존재하지 않거나, 상대적으로 적은 수, 또는 상대적으로 작은 크기의 공극이 존재할 수 있다.
예를 들어, 트렌치(310)의 기저면(310s)의 표면 왜도(Rsk)는 트렌치(310)의 내측벽의 제4 공극(P4)에 의해 형성되는 표면 왜도 보다 클 수 있다. 트렌치(310)의 내측벽 표면의 표면 왜도는 음의 값을 가지고, 기저면(310s)은 음의 값, 또는 0 또는 양의 값을 가질 수 있다. 더 구체적으로, 기저면(310s)의 표면 왜도에서 내측벽의 표면 왜도를 뺀 값은 0 보다 큰 양의 값을 가질 수 있다.
다른 예를 들어, 트렌치(310)의 기저면에 위치하는 공극(미도시)의 배열 밀도는 트렌치(310)의 내측벽의 제4 공극(P4)에 의해 형성되는 공극들의 배열 밀도 보다 작을 수 있다. 구체적으로, 트렌치(310)의 기저면의 공극이 차지하는 면적의 비율은 약 5% 내지 50%, 또는 약 10% 내지 30%일 수 있다.
트렌치(310)의 깊이(D1)는 베이스(210)의 두께, 예컨대 최대 두께 보다 작을 수 있다. 이에 따라 트렌치(310)를 통해 지지층(100)은 시인되지 않고, 잔존하는 패턴층(202)에 의해 커버된 상태일 수 있다.
또, 트렌치(310)의 깊이, 예컨대 방사 트렌치(310)의 깊이(D1)는 돌출 패턴(230)의 최대 높이 보다 클 수 있다. 후술할 바와 같이 트렌치(310)는 패턴층(202)의 유동성에 기여할 수 있다. 따라서 트렌치(310)가 충분한 깊이를 갖는 것이 패턴층(202)의 유동성 및 연마 대상 기판의 추종 측면에서 바람직할 수 있다.
도 20은 본 발명의 또 다른 실시예에 다른 연마 장치의 연마 패드의 단면도로서, 도 6과 상응하는 위치를 나타낸 단면도이다.
도 20을 참조하면, 본 실시예에 따른 연마 패드(21)는 트렌치(313)를 통해 지지층(100)의 상면이 부분적으로 시인되는 점이 전술한 도 19의 실시예와 상이한 점이다.
트렌치, 예컨대 방사 트렌치(313)의 깊이(D1)는 베이스(210)의 두께, 예컨대 최대 두께와 실질적으로 동일할 수 있다. 이에 따라 트렌치(313)를 통해 지지층(100)의 상면이 노출될 수 있다.
본 실시예에서 방사 트렌치(313) 및/또는 동심원 트렌치(미도시)를 포함하는 트렌치는 패턴층(203)에 소정의 유동성을 부여하고, 전술한 것과 같이 연마 패드(13)의 돌출 패턴(230)이 연마 대상 기판의 굴곡을 따라 추종하도록 할 수 있다. 즉, 트렌치(313)에 의해 지지층(100)의 상면이 부분적으로 노출될 수 있고, 패턴층(203)의 베이스(210)는 방사 트렌치를 기준으로 서로 이격될 수 있다. 서로 이격된 어느 하나의 패턴층(203)은 평면상 대략 부채꼴 형상인 점은 전술한 바와 동일하다.
하나의 지지층(100) 상에서 방사 트렌치(313) 등을 기준으로 구획되어 서로 분리되고 이격된 베이스(210)에 의해 이에 따라 패턴층(200)에 가해지는 제3 방향(Z)으로의 압력에 의해 평면 방향으로의 유동성을 갖도록 할 수 있고, 연마 대상 기판의 굴곡 표면을 따른 수직 추종을 더욱 유연하게 할 수 있다.
그 외 돌출 패턴(230)의 제1 공극(P1) 내지 제3 공극(P1), 베이스(210)의 제4 공극(P4)에 대해서는 전술한 바 있으므로 중복되는 설명은 생략한다.
도 21은 본 발명의 또 다른 실시예에 다른 연마 장치의 연마 패드의 단면도로서, 도 6과 상응하는 위치를 나타낸 단면도이다.
도 21을 참조하면, 본 실시예에 따른 연마 패드(22)는 지지층(100) 또한 부분적으로 함몰된 트렌치를 갖는 점이 전술한 도 20의 실시예와 상이한 점이다.
예시적인 실시예에서, 패턴층(204)은 제1 트렌치(314)를 가지고, 지지층(100)은 제2 트렌치(414)를 가질 수 있다. 제1 트렌치(314)의 깊이(D1)은 베이스(210)의 두께와 실질적으로 동일할 수 있다. 제2 트렌치(414)의 깊이(D2)는 지지층(100)의 두께 보다 작을 수 있다.
제1 트렌치(314)와 제2 트렌치(414)는 서로 제3 방향(Z)으로 중첩하며 서로 연결된 상태일 수 있다. 제1 트렌치(314) 및 제2 트렌치(414)는 각각 전술한 방사 트렌치 및/또는 동심원 트렌치를 포함할 수 있다.
지지층(100)은 제2 트렌치(414)를 가지고 슬러리가 유동하는 채널을 제공할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 지지층(100)의 제2 트렌치(414)의 내측벽 또한 공극을 가지거나, 또는 갖지 않을 수 있다. 예를 들어, 지지층(100)의 제2 트렌치(414)의 내측벽의 공극(미도시)의 평균 직경은 제4 공극(P4)의 평균 직경 보다 클 수 있다. 다른 예를 들어, 제2 트렌치(414)의 내측벽의 공극(미도시)의 배열 밀도는 제1 트렌치(314)의 내측벽의 제4 공극(P4)의 배열 밀도 보다 클 수 있다.
그 외 돌출 패턴(230)의 제1 공극(P1) 내지 제3 공극(P1), 베이스(210)의 제4 공극(P4)에 대해서는 전술한 바 있으므로 중복되는 설명은 생략한다.
도 22는 본 발명의 또 다른 실시예에 다른 연마 장치의 연마 패드의 단면도로서, 도 6과 상응하는 위치를 나타낸 단면도이다.
도 22를 참조하면, 본 실시예에 따른 연마 패드(23)는 트렌치에 의해 지지층(100)이 관통된 형태인 점이 전술한 도 21의 실시예와 상이한 점이다.
패턴층(205)은 제1 트렌치(315)를 가지고 지지층(100)은 제2 트렌치(415)를 가지며, 제1 트렌치(315)와 제2 트렌치(415)는 서로 중첩하여 연결됨은 앞서 설명한 것과 같다. 본 실시예에서 제2 트렌치(415)는 지지층(100)을 완전히 관통할 수 있다. 즉, 제2 트렌치(415)의 깊이(D2)는 지지층(100)의 두께와 실질적으로 동일할 수 있다. 이에 따라 연마 패드(15) 하부의 다른 구성요소(미도시)가 트렌치들(315, 415)을 통해 시인될 수 있다.
그 외 돌출 패턴(230)의 제1 공극(P1) 내지 제3 공극(P1), 베이스(210)의 제4 공극(P4)에 대해서는 전술한 바 있으므로 중복되는 설명은 생략한다.
도 23은 본 발명의 또 다른 실시예에 다른 연마 장치의 연마 패드의 단면도로서, 도 6과 상응하는 위치를 나타낸 단면도이다.
도 23을 참조하면, 본 실시예에 따른 연마 패드(24)는 패턴층(206)의 베이스(210)의 상면이 공극들을 갖는 점이 전술한 실시예와 상이한 점이다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 연마 패드의 제조 방법에 대해 설명한다.
도 24 내지 도 27은 본 발명의 일 실시예에 따른 연마 패드의 제조 방법을 순서대로 나타낸 단면도들로서, 도 6과 상응하는 위치를 나타낸 단면도들이다.
우선 도 24를 참조하면, 다공성을 갖는 프리-패턴층(200a)을 준비한다. 도 24는 지지층(100) 상에 프리-패턴층(200a)을 배치한 경우를 예시하고 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며 지지층(100) 없이 프리-패턴층(200a)만을 준비할 수도 있다.
프리-패턴층(200a)은 소정의 다공성을 갖도록 미리 경화된 상태일 수 있다. 프리-패턴층(200a)이 갖는 공극(P)들의 평균 직경은 약 10㎛ 내지 150㎛ 범위에 있을 수 있다. 또, 공극들(P)의 직경 분포는 약 1㎛ 내지 500㎛, 또는 약 5㎛ 내지 400㎛, 또는 약 80㎛ 내지 300㎛ 범위 내에 있을 수 있다.
다음으로 도 25을 더 참조하면, 레이저(L)를 이용해 프리-패턴층(200a)을 적어도 부분적으로 제거한다. 레이저(L)에 의해 제거된 패턴층(200b)은 베이스(210) 및 베이스(210) 상에 배치된 복수의 돌출 패턴(230)들을 포함할 수 있다.
레이저(L)에 의해 형성된 돌출 패턴(230)의 측면은 제3 공극(P3)을 가질 수 있다. 또, 돌출 패턴(230)의 상면은 제1 공극(P1) 및 제2 공극(P2)을 가짐은 전술한 바와 같다. 반면, 레이저(L)에 의해 형성된 베이스(210)의 상면(210s)은 실질적으로 공극을 갖지 않거나, 돌출 패턴(230)의 표면에 비해 상대적으로 더 적은 수의, 또는 상대적으로 더 작은 크기의 공극만을 가질 수 있다. 이는 레이저(L)에 의해 조사된 부분에서 프리-패턴층(200a)의 부분적인 용융 등으로 인해 공극이 붕괴되기 때문일 수 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
다음으로 도 26을 더 참조하면, 레이저(L)를 이용해 패턴층(200c)을 부분적으로 제거하여 패턴층(200c)에 트렌치(300a)를 형성한다. 구체적으로, 패턴층(200c)의 베이스(210)에 트렌치(300a)를 형성한다.
레이저(L)에 의해 형성된 트렌치(300a)의 내측벽은 제4 공극(P4)을 가질 수 있다. 반면, 레이저(L)에 의해 형성된 트렌치(300a)의 기저면은 실질적으로 공극을 갖지 않거나, 트렌치(300a)의 내측벽에 비해 상대적으로 더 적은 수의, 또는 상대적으로 더 작은 크기의 공극만을 가질 수 있다.
다음으로 도 27을 더 참조하면, 레이저(L)를 이용해 패턴층(200d)을 관통하는 제1 트렌치(300b)를 형성하고, 지지층(100)을 부분적으로 제거하여 지지층(100)에 제2 트렌치(300c)를 형성한다.
도면으로 표현하지 않았으나, 몇몇 실시예에서 레이저를 이용해 지지층(100)을 관통하는 제2 트렌치를 형성할 수도 있다.
이하, 구체적인 제조예, 비교예 및 실험예를 참조하여 본 발명에 대해 더욱 상세하게 설명한다.
제조예 1: 돌출 패턴을 갖는 연마 패드의 제조
도 18과 같은 형상의 돌출 패턴을 형성하였다. 이 때 돌출 패턴이 차지하는 면적은 전체 면적에 대해 약 10.0%가 되도록 하였다. 돌출 패턴의 최소폭은 약 20㎛였다. 돌출 패턴의 형성 방법은 레이저 가공을 이용하였다. 또, 패턴층은 다공성을 가지되, 공극의 평균 입도는 10㎛이고 체적 비율은 약 25%인 것을 이용하였다.
그리고 둘레 길이를 제어하기 위해 패턴 크기를 조절하며 다양한 연마 패드를 준비하였다.
제조예 2: 돌출 패턴을 갖는 연마 패드의 제조
돌출 패턴의 최소폭을 약 60㎛로 형성한 점을 제외하고는 제조예 1과 동일한 형상의 연마 패드를 제조하였다. 그리고 둘레 길이를 제어하기 위해 패턴 크기를 조절하며 다양한 연마 패드를 준비하였다.
제조예 3: 돌출 패턴을 갖는 연마 패드의 제조
공극의 평균 입도가 20㎛이고 체적 비율이 약 40%인 것을 이용한 점을 제외하고는 제조예 2와 동일한 형상의 연마 패드를 제조하였다. 그리고 둘레 길이를 제어하기 위해 패턴 크기를 조절하며 다양한 연마 패드를 준비하였다.
제조예 4: 돌출 패턴을 갖는 연마 패드의 제조
공극의 평균 입도가 40㎛이고 체적 비율이 약 40%인 것을 이용한 점을 제외하고는 제조예 2와 동일한 형상의 연마 패드를 제조하였다. 그리고 둘레 길이를 제어하기 위해 패턴 크기를 조절하며 다양한 연마 패드를 준비하였다.
제조예 5: 돌출 패턴을 갖는 연마 패드의 제조
공극의 평균 입도가 100㎛이고 체적 비율이 약 30%인 것을 이용한 점을 제외하고는 제조예 2와 동일한 형상의 연마 패드를 제조하였다.
제조예 6: 돌출 패턴을 갖는 연마 패드의 제조
공극의 평균 입도가 200㎛이고 체적 비율이 약 20%인 것을 이용한 점을 제외하고는 제조예 2와 동일한 형상의 연마 패드를 제조하였다.
실험예 1: 단위 면적당 둘레 길이에 따른 연마율
제조예 1 내지 제조예 4에 따른 연마 패드를 이용하여 단위 면적당 둘레 길이가 연마율 특성에 미치는 영향을 확인하였다. 약 10%의 연마 면적을 유지한 상태에서 패턴의 크기 등을 조절하여 약 1mm/mm2, 약 2mm/mm2, 약 3mm/mm2, 약 4mm/mm2, 약 5mm/mm2, 약 6mm/mm2, 약 7mm/mm2, 약 8mm/mm2, 약 10mm/mm2, 약 15mm/mm2, 약 25mm/mm2의 둘레 길이를 갖는 다양한 연마 패드를 준비하였다. 이 때 패턴의 최소폭과 공극 조건은 제조예 1 내지 제조예 4에서 제시한 조건을 유지하였다.
연마 실험은 8인치 옥사이드 웨이퍼와 옥사이드용 슬러리인 TSO-12(솔브레인)를 사용하였다. 겉보기 접촉 압력은 150g/cm2로 하였다. 겉보기 접촉 압력(apparent contact pressure, Pa)는 캐리어에 의해 연마 대상 기판에 가해진 전체 하중을 연마 대상 기판의 면적으로 나눈 값으로 정의될 수 있다. 연마 패드의 회전 속도는 61rpm으로 고정하였다.
그리고 그 결과를 도 28에 나타내었다. 도 28을 참조하면, 돌출 패턴의 단위 면적당 둘레 길이가 증가함에 따라 연마율이 증가하는 것을 확인할 수 있다. 다만 연마율의 증가는 선형으로 이루어지지 않고 둘레 길이가 증가함에 따라 점차 상승폭이 저하되고 둔화되어 소정의 값에 수렴하는 것을 확인할 수 있다. 예를 들어, 약 50mm/mm2 내에서 연마 효율이 수렴할 것으로 예상된다.
이를 통해 면적 비율과 둘레 길이에 따라 연마율을 제어할 수 있음을 확인할 수 있었다.
특히 돌출 패턴의 최소폭이 약 60㎛ 수준인 제조예 2 내지 제조예 4를 비교하면, 공극의 평균 입도가 증가함에 따라 둘레 길이가 동일한 경우에도 연마율이 점차 증가하는 것을 확인할 수 있다. 제조예 1과 제조예 3 및 제조예 4를 비교하면, 돌출 패턴의 최소폭이 더 작은 제조예 1에 비해 제조예 3 및 제조예 4의 경우 그 이상의 연마율을 나타내는 것을 확인할 수 있다.
실험예 2: 공극에 따른 연마율
제조예 1 내지 제조예 5에 따른 연마 패드를 이용하여 공극의 평균 크기가 연마율에 특성에 미치는 영향을 확인하였다. 연마 패드의 둘레 길이는 15mm/mm2로 고정하였다. 비교예로서 상용 연마 패드인 다우(Dow) 사의 IC1010 패드를 이용하였다.
연마 조건은 패드의 회전 속도를 61rpm, 93rpm 중 하나로 하고, 연마 압력을 150g/cm2 및 300g/cm2 중 하나로 하여 가로축을 회전 속도와 압력의 곱으로 표현하였다. 그리고 그 결과를 도 29 및 도 30에 나타내었다.
도 29 및 도 30을 참조하면, 동일한 돌출 패턴 최소폭을 갖는 경우 공극의 크기가 증가함에 따라 연마율이 증가하는 것을 확인할 수 있다. 특히 제조예 1과 제조예 3을 비교하면, 제조예 3의 경우 더 큰 최소폭을 가짐에도 불구하고 높은 수준의 연마율을 나타내었다. 한편 더 높은 수준의 연마 조건, 즉 연마 속도와 연마 압력이 증가할수록 본 발명의 제조예 3 내지 제조예 5에 따른 연마 패드의 연마 효율이 더욱 증가하는 것을 확인할 수 있었다.
공극의 평균 입도가 200㎛인 제조예 6의 경우 공극으로 인해 패턴 형상이 붕괴되었으며 연마 면적을 10%로 유지하기 곤란하였다. 또한 제조예 6의 경우 측정된 연마율이 낮을 뿐 아니라 연마 기판에 손상이 관찰되어 연마가 이루어지지 않은 것으로 판단할 수 있었다.
이상에서 본 발명의 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다.
따라서 본 발명의 범위는 이상에서 예시된 기술 사상의 변경물, 균등물 내지는 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, 본 발명의 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성요소는 변형하여 실시할 수 있다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (20)

  1. 지지층; 및
    상기 지지층 상에 직접 배치된 패턴층으로서, 다수의 공극을 갖는 돌출 패턴을 포함하는 패턴층을 포함하되,
    상기 공극은 상기 돌출 패턴의 평면상 둘레 길이의 증가에 기여하고, 단위 면적당 상기 돌출 패턴이 형성하는 연마면의 둘레 길이는 1.0mm/mm2 내지 50.0mm/mm2 범위에 있는 연마 패드.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 패턴층의 강성은 상기 지지층의 강성 보다 큰 연마 패드.
  3. 제1항에 있어서,
    평면 시점에서, 어느 하나의 돌출 패턴의 상면 전체 면적에 대해 상기 공극이 차지하는 면적의 비율은 10% 내지 50%인 연마 패드.
  4. 제1항에 있어서
    어느 하나의 돌출 패턴의 둘레 길이는, 상기 어느 돌출 패턴 최소폭의 4배 내지 50배인 연마 패드
  5. 제1항에 있어서
    단위 면적당 상기 돌출 패턴이 형성하는 연마면의 둘레 길이는 어느 돌출 패턴의 최소폭의 역수의 0.1배 내지 1.0배 범위에 있는 연마패드.
  6. 제1항에 있어서
    어느 돌출 패턴의 둘레 길이는, 상기 제1 공극이 존재하지 않았을 때의 둘레 길이에 비해 1.5배 내지 3.5배 증가한 것인 연마 패드.
  7. 제1항에 있어서
    상기 돌출 패턴의 최소 폭은 20㎛ 이상이고,
    상기 공극의 평균 직경은 10㎛ 내지 150㎛ 범위에 있는 연마 패드.
  8. 제1항에 있어서
    평면 시점에서, 단위 면적당, 상기 공극이 차지하는 면적은 0.5% 내지 20%인 연마 패드.
  9. 제8항에 있어서
    평면 시점에서, 단위 면적당, 상기 돌출 패턴의 실연마 면적은 5% 내지 30%인 연마 패드.
  10. 제1항에 있어서
    상기 공극은 상기 돌출 패턴의 측면 상에 위치하여 돌출 패턴의 측면 홈을 형성하고 상기 측면 면적 증가에 기여하며 연마 공정시 슬러리의 유동에 영향을 주는 제3 공극을 포함하되, 상기 제3 공극의 평균 직경은 20㎛ 내지 150㎛ 범위에 있는 연마 패드.
  11. 제1항에 있어서
    상기 지지층의 공극률은 상기 패턴층의 공극률과 상이한 연마 패드.
  12. 지지층; 및 상기 지지층 상에 배치된 패턴층으로서, 다수의 포어를 갖는 돌출 패턴을 포함하는 패턴층을 포함하되,
    상기 돌출 패턴은 측면에 노출된 포어를 가지고,
    상기 돌출 패턴의 수직 높이에 대해 상기 측면 포어들이 차지하는 높이의 합의 비율은 10% 내지 50% 범위에 있는 연마 패드.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 패턴층은 베이스 및 베이스 상에 배치된 상기 복수의 돌출 패턴을 포함하고,
    상기 베이스 상면의 표면 왜도(Rsk_base)에서 상기 돌출 패턴 표면의 표면 왜도(Rsk_pattern)를 뺀 값이 0 보다 큰 연마 패드.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 패턴층은 베이스 및 베이스 상에 배치된 상기 복수의 돌출 패턴을 포함하고,
    상기 베이스 상면의 포어의 배열 밀도는, 상기 돌출 패턴 표면의 포어의 배열 밀도 보다 작은 연마 패드.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 포어의 평균 직경은 상기 돌출 패턴의 수직 높이의 20% 내지 40% 범위에 있는 연마 패드.
  16. 제12항에 있어서,
    상기 패턴층은 베이스 및 베이스 상에 배치된 상기 복수의 돌출 패턴을 포함하고,
    상기 베이스는 적어도 부분적으로 함몰된 제1 트렌치를 가지고,
    상기 제1 트렌치는 상기 베이스를 관통하지 않고,
    상기 제1 트렌치의 기저면의 표면 왜도는, 제1 트렌치의 내측벽의 표면 왜도 보다 큰 연마 패드.
  17. 제12항에 있어서,
    상기 베이스는 적어도 부분적으로 함몰된 제1 트렌치를 가지고,
    상기 지지층은 적어도 부분적으로 함몰된 제2 트렌치로서, 상기 제1 트렌치와 연결된 제2 트렌치를 가지고,
    상기 베이스는 상기 제1 트렌치의 내측벽 상에 노출된 포어를 가지고,
    상기 지지층은 상기 제2 트렌치의 내측벽 상에 노출된 포어를 가지되,
    상기 제2 트렌치의 내측벽의 포어의 평균 직경은, 상기 제1 트렌치의 내측벽의 포어의 평균 직경 보다 큰 연마 패드.
  18. 제1항 또는 제12항에 따른 연마 패드; 및
    상기 연마 패드를 지지하는 플레이튼을 포함하는 연마 장치.
  19. 다공성을 갖는 패턴층을 준비하는 단계; 및
    레이저를 이용해 상기 패턴층을 부분적으로 제거하는 단계로서, 베이스 및 베이스 상에 배치된 복수의 돌출 패턴을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 돌출 패턴의 측면에 노출된 공극을 갖도록 패턴층을 부분적으로 제거하는 단계를 포함하는 연마 패드의 제조 방법.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 패턴층을 부분적으로 제거하는 단계는, 상기 베이스에 트렌치를 형성하는 단계로서, 상기 트렌치의 내측벽에 노출된 공극을 갖도록 트렌치를 형성하는 단계를 더 포함하는 연마 패드의 제조 방법.
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