KR101616535B1 - Customized polishing pads for cmp and methods of fabrication and use thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 기판의 화학적 기계적인 평탄화를 위한 연마 패드, 그 연마 패드의 제조 및 사용 방법에 관한 것이다. 본 발명의 패드는 이하에 열거하는 것으로 제한되는 것은 아니지만 연마할 재료, 칩 설계와 아키텍처, 칩 밀도와 패턴 밀도, 장비 플랫폼, 사용되는 슬러리의 종류를 포함하는 연마 관련 사항에 따라 적합화된다. 이러한 패드는 우수한 열적-기계적 특성을 달성하기 위해 분자 수준으로 조절가능한 장범위 규칙성 또는 단범위 규칙성을 갖는 특정 폴리머 나노구조로 설계될 수 있다. 특히, 이러한 패드는 패드내에 화학적 및 물리적 특성의 균일한 공간적인 분포 및 불균일한 공간적인 분포가 모두 존재하도록 설계되고 제조될 수 있다. 부가적으로, 이러한 패드는 고체 윤활제의 첨가를 통한 표면 처리, 연마 표면과 평행한 인터페이스를 형성하는 복수층의 폴리머 재료를 갖는 낮은 전단력의 일체형 패드를 생성함에 의해서 마찰 계수를 조절하도록 설계될 수 있다. 이러한 패드는 또한 제어된 공극률, 삽입된 연마재, 슬러리 운반을 위해서 인 시투 방식으로 만들어지는 연마 표면상의 독창적인 그루브, 종료 시점 검출을 위한 투명한 구역을 갖는 것이 가능하다. The present invention relates to a polishing pad for chemical mechanical planarization of a substrate, and a method for manufacturing and using the polishing pad. The pads of the present invention are adapted according to polishing issues, including, but not limited to, the materials to be polished, the chip design and architecture, the chip density and pattern density, the equipment platform, and the type of slurry used. Such pads can be designed with specific polymer nanostructures with long range regularity or short range regularity that can be adjusted at the molecular level to achieve good thermal-mechanical properties. In particular, such pads can be designed and manufactured to have both uniform and non-uniform spatial distribution of chemical and physical properties within the pad. Additionally, these pads can be designed to adjust the coefficient of friction by creating a low shear integral pad with multiple layers of polymeric material forming a surface treatment with the addition of a solid lubricant, a parallel interface with the polishing surface . These pads may also have a controlled void ratio, an inserted abrasive, an ingrown groove on the polishing surface made in situ for slurry delivery, and a transparent area for endpoint detection.
Description
본 발명은 화학적 기계적인 평탄화(CMP : chemical mechanical planarization)를 위한 연마 패드 및 그 연마 패드의 제조 및 사용 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a polishing pad for chemical mechanical planarization (CMP) and a method of making and using the polishing pad.
CMP는 평탄화 과정 동안 기판 표면으로부터 재료를 제거하기 위한 화학적 기계적인 작용을 제공하기 위하여 연마 패드와 함께 반응성 액체 매질이라고 칭하는 슬러리를 사용한다. 예를 들면, CMP를 이용하는 분야의 하나는 반도체 기판에 집적 회로(IC)를 제조하는 동안 개별적인 층(유전층 또는 금속층)을 평탄화하기 위한 것이다. CMP는 식각 공정 이후의 금속 침전물과 같은 집적 회로 층의 바람직하지 않은 토포그래픽컬 피쳐를 제거하고, 얕은 트렌치 절연 단계로부터 여분의 산화물을 제거하거나 또는 인터-레벨 유전층(inter-level dielectric layers) 및 인터-메탈 유전층(inter-metal dielectric layers)을 평탄화한다. 집적 회로 제조에 이용되는 CMP의 주된 목적은 순차적인 유전층 및 금속 층의 배치 및 포토리소그래픽 이미지를 형성하는 각각의 단계에서 평탄도를 유지하는 것이다. CMP uses a slurry called a reactive liquid medium with a polishing pad to provide a chemical-mechanical action to remove material from the substrate surface during the planarization process. For example, one area using CMP is to planarize individual layers (dielectric or metal layers) during fabrication of integrated circuits (ICs) on semiconductor substrates. CMP is used to remove undesirable topographic features of the integrated circuit layer, such as metal deposits after the etching process, to remove extra oxide from the shallow trench isolation step, or to remove inter-level dielectric layers and inter- Planarize the inter-metal dielectric layers. The main purpose of CMP used in integrated circuit fabrication is to maintain the flatness at each step of forming sequential dielectric and metal layers and forming photolithographic images.
CMP 과정 동안, 기판과 슬러리의 화학적인 상호 작용은 연마면에 화학적으로 변경된 층을 형성한다. 동시에, 슬러리 내에 포함되어 있는 연마재가 화학적으로 변경된 층과 기계적으로 상호 작용하여 재료를 제거한다. 일반적으로 연마 패드는 폴리우레탄과 같이 견고하고 미세 다공성의 폴리머 재료로 만들어지며, 균일한 슬러리 운반과 분배, 반응 생성물의 제거 및 웨이퍼에 가해지는 압력의 균일한 분포를 포함하는 다수의 기능을 실행한다. 나노 스케일 내지 마이크론 스케일에서 얇은 표면층의 생성 및 제거와 관련한 패드와 슬러리의 상호 작용은 재료 제거 속도(연마율), 평탄도, 표면 불균일성, 표면 결함 및 재료 제거의 선택성을 결정한다. 이러한 관점에서, 국부적인 패드 재료 특성/마찰 공학 특성/기계적인 특성은 CMP 공정 동안에 국부적인 평탄화 및 전체적인 평탄화 양쪽 모두에 중요하다. During the CMP process, the chemical interaction of the substrate and the slurry forms a chemically modified layer on the polishing surface. At the same time, the abrasive contained in the slurry mechanically interacts with the chemically modified layer to remove material. Generally, the polishing pad is made of a rigid, microporous polymeric material, such as polyurethane, and performs a number of functions including uniform slurry delivery and dispensing, removal of reaction products, and uniform distribution of pressure on the wafer . The interaction of the pad with the slurry with respect to the creation and removal of a thin surface layer at the nanoscale or micron scale determines the material removal rate (removal rate), flatness, surface non-uniformity, surface defects and selectivity of material removal. In this regard, local pad material properties / tribological properties / mechanical properties are important both for local planarization and overall planarization during the CMP process.
앞서 언급한 바와 같이 CMP의 이용 분야의 하나는 상이한 공정 단계에서 CMP가 이용되는 반도체 산업이다. 개방 기공 폴리머 패드 및 폐쇄 기공 폴리머 패드와 같은 현재의 기술 수준의 CMP 패드는 최적화된 마찰 공학 특성, 화학적 특성 및 마찰 특성을 달성하는데 맞지 않는다. 비록, 이러한 패드가 종래의 집적 회로 제조과정 및 새롭게 발전하는 90 나노미터 이하의 CMOS 기술에 적합한 것이 될 수 있지만, 이러한 패드로는 높은 수율을 얻을 수 없다. 이러한 문제는 재료의 차이 및 변경(즉, STI: 구리 및 낮은 k 유전체), 칩 패턴 밀도의 변화와 칩 크기 증가 뿐만 아니라 설계(즉, 시스템 온 칩(SOC)) 및 제조 과정(즉, 실리콘 온 인슐레이터(SOI))에서 복잡성의 증가에 따른 것이다. 90 나노미터 이하의 기술에서의 제조 과정과 관련된 이러한 문제의 영향은 칩 수율, 디바이스 성능 및 디바이스 신뢰성이 현저하게 저하되었다는 것이다. As mentioned earlier, one of the applications of CMP is the semiconductor industry where CMP is used at different process stages. Current state-of-the-art CMP pads, such as open-pored polymer pads and closed pore polymer pads, are incompatible with achieving optimized tribological, chemical and friction properties. Although these pads may be suitable for conventional integrated circuit manufacturing processes and newly developing 90 nm CMOS technology, high yields can not be achieved with such pads. This problem is not solved by design (i.e., system on chip (SOC)) and fabrication process (i.e., silicon on) as well as material differences and variations (i.e., STI: copper and low k dielectric) Insulator (SOI)). The impact of this problem on manufacturing processes in technologies less than 90 nanometers is that chip yield, device performance and device reliability are significantly degraded.
CMP 공정은 반도체 제조 공정 동안에 잉여 유전체를 제거할 수 있다. 설계에서의 복잡성으로, 일차적으로 영향을 받는 것은 동시에 연마되는 재료의 수가 증가하는 것이다. 예를 들면, STI 및 구리 CMP(Cu CMP)는 상이한 재료의 CMP의 문제를 나타낸다. STI CMP 동안에, 일반적으로 산화물의 디싱(dishing) 및 질화물의 침식(erosion)이 관찰되는데, 이 경우에 재료의 차이로 인하여 이러한 재료의 제거 속도에 대한 선택성을 갖는 CMP 프로세스가 요구된다. 마찬가지로, 발전하는 90 나노미터 이하의 기술의 Cu CMP에 대해서도 패드와 연마재에 의한 기계적인 작용을 통해 구리가 불균일하게 제거되는 경우 배분이 일어나는 한편 마모는 유전체의 국부적으로 과도한 제거로 인해 표면 기형을 생성한다. 높은 수준의 평탄화는 과도한 배분 및 마모에 의해 절충되는데, 이것은 상이한 패턴 밀도에 대한 저항 특성을 충족시키는데 어려움을 야기한다. 현재, 배분 및 마모에 따른 평탄화의 손실로 인한 피쳐 손실의 문제는 90 나노미터 이하의 기술에 대해서 수율 손실의 50% 이상을 차지한다. 배분 및 마모는 경도, 인성 및 공극률과 같은 패드 특성에 의해서 영향을 받는다. The CMP process can remove the excess dielectric during the semiconductor manufacturing process. Due to the complexity in design, the primary impact is an increase in the number of materials being polished at the same time. For example, STI and copper CMP (Cu CMP) show the problem of CMP of different materials. During STI CMP, the dishing of oxides and the erosion of nitrides are generally observed, in which case a CMP process with selectivity for the rate of removal of such materials is required due to material differences. Likewise, for Cu CMP of less than 90 nanometer technology, copper is uniformly removed through mechanical action by pads and abrasives, while wear occurs while local abrasion of the dielectric causes local anomalies do. A high level of planarization is compromised by excessive distribution and wear, which causes difficulties in meeting resistive properties for different pattern densities. Currently, the problem of feature loss due to loss of planarization due to distribution and wear accounts for more than 50% of the yield loss for technologies below 90 nanometers. Distribution and wear are affected by pad properties such as hardness, toughness and porosity.
또 다른 예로서 패턴 밀도의 변경은 집적 회로의 CMP에 대해서도 문제를 나타낸다. 예를 들면, 패턴 밀도는 칩 크기와 서로 연관되어 있으므로 낮은 패턴 밀도는 작은 칩 크기와 관련되어 있고 반대로 더 큰 칩 크기에 대해서는 높은 패턴 밀도가 존재한다. 패턴 밀도 변경의 함수로서 경도, 표면 구조, 표면 조직과 같은 패드 특성을 변화시키는 것이 바람직하다. 일반적으로 단일 칩 내의 패턴 밀도도 변화되기 때문에 또한 복잡성이 나타낸다. As another example, changing the pattern density also presents a problem for CMP of an integrated circuit. For example, since pattern density is correlated with chip size, low pattern density is associated with small chip size, and conversely, there is a high pattern density for larger chip size. It is desirable to change pad characteristics such as hardness, surface structure, and surface texture as a function of pattern density change. In general, the complexity is also indicated because the pattern density in a single chip is also varied.
집적 회로 설계, 재료의 상이함 및 패턴 밀도와 같은 집적 회로 제조에서의 수많은 변수가 부여되므로, 연마 과정에서 다양하게 일어날 수 있는 결과를 고려하여 높은 연마 품질을 달성하기 위하여, 문제점을 체계적으로 해결할 수 있는 연마 패드에 대한 필요성이 존재한다. Since a large number of variables are given in the manufacture of integrated circuits such as integrated circuit design, material differentiation and pattern density, it is possible to systematically solve problems in order to achieve high polishing quality in consideration of various possible results in the polishing process There is a need for an abrasive pad.
적합한 연마 방법은 다양한 패드 공학의 기술을 필요로 한다. 크기를 감안하면, 패드 공학은 나노-마이크론 수준의 크기뿐만 아니라 매크로 수준의 크기(매크로 수준의 크기는 약 1cm)에 적합한 공정으로 고려될 수 있다. 예를 들면, 나노 수준의 크기에서는 나노 구조에 맞는 패드를 갖도록 하는 것이 바람직할 수 있다(즉, 패드 전체에서의 견고한 영역의 분포, 크기 및 종류). 매크로 수준의 크기에서는 공학적인 다수의 기회가 존재한다. CMP 패드는 소정 타입의 기판에 적합한 성능을 위해 맞추어진 화학적 및 물리적 성질의 공간적인 분포가 존재하도록 설계되고 제조될 수 있다. 이와 관련하여, 제조하기 전에 경도, 공극률, 인성 및 압축성과 같은 물리적인 성질뿐만 아니라 재료 종류와 같은 특성이 선택적으로 고려된 연마 패드를 갖도록 하는 것이 바람직할 수 있다. 또한 패드에 특성을 포함하도록 하는 것이 바람직할 수 있다. 이러한 특성의 하나는 패드의 보디에 고체 윤활제를 첨가를 통한 패드의 표면 공학과 관련한 것이다. 또 다른 특성은 제조 공정 온도뿐만 아니라 기공 작용제의 양과 크기를 상이하게 사용하는 것을 통하여 패드 공극률을 제어하는 것과 관련한 것이다. 또 다른 특성은 연마 표면을 따라 상이한 구역에서 패드의 폴리머 조성을 조정함으로써 패드를 기능적으로 등급화하는 것과 관련한 것이다. 또 다른 특성은 패드 보디내에 인터페이스가 추가되도록 하여 전단력이 낮은 패드를 제조하는 것이다. 또 다른 특성은 선택된 연마재를 패드내에 분포시킴으로써 패드에 연마재를 부가하는 것이다. 또 다른 특성은 슬러리 운반을 최적화하기 위하여 연마 표면에 인 시투 그루브를 형성하는 것이다. 또 다른 특성은 종료 시점 검출을 위해 패드에 선택적으로 투명한 구역을 형성하는 것이다. 여기에 설명되어 있는 최적화된 다양한 연마 패드는 최적화된 설계를 실현하는데 있어서 제조 과정의 제어뿐만 아니라 최적화된 설계를 갖는 패드에 대한 필요성을 처리한다. 최적화된 설계 및 제조 과정의 제어는 기판의 우수한 CMP 성능을 제공하는데 특히 적합한 단일의 통합된 패드를 산출한다.Suitable polishing methods require a variety of pad engineering techniques. Given the size, pad engineering can be considered a process that is suited to the size of the macro-level as well as the size of the nano-micron level (the macro level is about 1 cm). For example, it may be desirable to have a pad that fits the nanostructure at a nanoscale size (i.e., the distribution, size, and type of the solid region throughout the pad). There are a number of engineering opportunities at the macroscopic level. CMP pads can be designed and manufactured to have a spatial distribution of chemical and physical properties tailored for performance for a given type of substrate. In this regard, it may be desirable to have a polishing pad optionally having considered properties such as material type as well as physical properties such as hardness, porosity, toughness and compressibility prior to manufacture. It may also be desirable to include features on the pad. One of these characteristics relates to pad surface engineering through the addition of a solid lubricant to the body of the pad. Another characteristic relates to controlling pad porosity through the use of different amounts and sizes of porogen as well as manufacturing process temperatures. Another characteristic relates to functional grading of the pad by adjusting the polymer composition of the pad in different zones along the polishing surface. Another characteristic is that an interface is added to the pad body to produce a pad having a low shear force. Another characteristic is to add abrasive to the pad by distributing the selected abrasive material within the pad. Another characteristic is to form in situ grooves on the polishing surface to optimize slurry delivery. Another characteristic is the formation of selectively transparent regions in the pad for endpoint detection. The various optimized polishing pads described here address the need for pads with optimized designs as well as control of manufacturing processes in order to realize optimized designs. Optimized design and control of the manufacturing process yields a single integrated pad that is particularly suitable for providing superior CMP performance of the substrate.
CMP를 위해서는 일반적으로 패드 계수, 기공 크기 분포 및 재료의 화학적 구조와 같은 패드 특성의 균일성이 경계 윤활 방식에서의 안정적인 작동을 위해 중요하다고 알려져 있다. 이러한 기초적인 패드 특성을 통한 설계 방식이 달성될 뿐만 아니라 낮은 COF와 같은 최적화된 연마 요건이 설명된다. For CMP, it is generally known that uniformity of pad characteristics such as pad coefficient, pore size distribution, and chemical composition of materials is important for stable operation in boundary lubrication systems. Not only are design schemes based on these basic pad characteristics achieved, but optimized polishing requirements such as low COF are also described.
이하의 특성 중의 하나 또는 임의의 조합을 갖는 패드가 설명된다.
A pad having one or any combination of the following characteristics is described.
1) 패드 마이크로 구조1) pad microstructure
패드 마이크로 구조의 선택은 연마 특성에 대한 영향을 가질 수 있다. 종래에 연마 패드 재료로서 폴리올레핀, 폴리우레탄 및 폴리카보네이트를 포함하는 여러가지 폴리머가 사용되었다. 폴리머 중에서 CMP 패드를 만들기 위하여 우레탄이 가장 보편적으로 사용되었다. 본 발명에서, 패드 마이크로 구조는 적합한 폴리머 성분의 선택을 통해 제어된다. 먼저 이소시아네이트 프레폴리머가 합성되거나 또는 상업적으로 입수된다. 그 다음에 이소시아네이트 프레폴리머는 폴리머 형성을 완성하기 위하여 폴리아민 및 폴리올 사슬 연장제와 폴리아민 및 폴리올 경화제의 혼합물과 반응된다. 결과적으로, 장범위 규칙성을 갖는 경질 영역과 연질 영역이 교호하는 균일한 공간적인 분포가 나노-마이크론 크기 수준에서 얻어진다. 이러한 패드 마이크로 구조는 평탄하고 연장된 스트라이벡 커브를 고려할 수 있게 한다. 또한, 이러한 패드 구조는 마찰학적, 열적 및 광학적 특성의 뛰어난 제어를 고려할 수 있게 한다. 따라서, 이러한 특성은 또한 최적화된 연마 기능성을 달성하기 위하여 공간적으로 분배될 수 있다. The choice of pad microstructure may have an effect on the polishing characteristics. Conventionally, various polymers including polyolefins, polyurethanes and polycarbonates have been used as polishing pad materials. Urethanes were most commonly used to make CMP pads among the polymers. In the present invention, the pad microstructure is controlled through the selection of suitable polymer components. First, an isocyanate prepolymer is synthesized or commercially available. The isocyanate prepolymer is then reacted with a mixture of polyamine and polyol chain extender and polyamine and polyol curing agent to complete the polymer formation. As a result, a uniform spatial distribution of alternating hard and soft regions with long-range regularity is obtained at the nano-micron size level. This pad microstructure allows for a flattened and extended strike-cut curve. This pad structure also allows for excellent control of the frictional, thermal and optical properties. Thus, these properties can also be spatially distributed to achieve optimized polishing functionality.
이러한 중합 방식의 결과로서 폴리머의 저장 계수(E'), 폴리머의 손실 계수(E")와 같은 폴리머 패드의 다수의 특성이 증가될 수 있고 한편 패드 폴리머의 유리 전이 온도(Tg), 패드의 저장 계수(E')에 대한 손실 계수(E")의 비(tanδ), KEL(tanδ*1012(E'(1+tan2δ))), 표면 장력, 압축성, 열적 변화, 온도의 함수로서 △E' 및 압축률이 감소될 수 있으며 표면 장력이 조절될 수 있다.
As a result of this polymerization scheme, many properties of the polymer pad, such as the storage modulus (E ') of the polymer and the loss factor (E') of the polymer can be increased while the glass transition temperature (Tg) modulus (E ') the ratio of the loss modulus (E ") to (tanδ), KEL (tanδ * 10 12 (E' (1 +
2) 제어된 공극률2) controlled porosity
패드 공극률의 제어, 즉 기공의 크기, 밀도 및 형태의 제어는 슬러리 운반, 미세조직 및 연마재 분배와 같은 인자에 영향을 줄 수 있으며, 이것은 제거 속도(RR)와 같은 CMP의 균일한 성능의 중요한 기준 및 웨이퍼 내의 불균일(WIWNU : within wafer non-uniformities)의 수에 대하여 영향을 줄 수 있다. 추가적으로, 공극률을 제어하지 않고 제조된 패드는 패드의 서로 다른 영역으로부터 기판에 대하여 불균일한 전단력을 야기할 수 있으며, 따라서 전체적인 공정 범위에 걸쳐서 불균일한 COF를 야기할 수 있다. 전단력의 불균일성은 CMP 성능의 두가지 추가적인 기준, 평탄도 및 결함에 영향을 준다. Control of the pad porosity, that is, control of pore size, density and shape, can affect factors such as slurry transport, microstructure and abrasive distribution, which is an important criterion for uniform performance of CMP, such as removal rate And the number of wafer non-uniformities (WIWNU) within the wafer. Additionally, pads manufactured without controlling porosity can cause non-uniform shear forces on the substrate from different areas of the pad, and thus can cause non-uniform COF over the entire process range. The shear force non-uniformity affects two additional criteria of CMP performance, flatness and defects.
여기에 설명되고 있는 다수의 적합한 연마 패드는, 패드에 형성되는 공극률이 기공 크기와 형태, 기공 밀도 및 공극률의 분포와 관련하여 제어되도록 제조될 수 있다.
A number of suitable polishing pads described herein can be fabricated such that the porosity formed in the pads is controlled with respect to the distribution of pore size and shape, pore density, and porosity.
3) 기계적 성질의 기능적인 등급화3) Functional grading of mechanical properties
재료의 기능적인 등급화는 반경방향으로 대칭이 되거나 또는 대칭이 되지 않을 수 있는 연마 표면을 따라 폴리머 재료의 상이한 구역을 나타낸다. 패드의 기계적인 성질의 기능적인 등급화는 소정의 체계적인 방식에서 패드 트라이볼러지 및 연마 특성을 조절하기 위하여 사용될 수 있으며 평탄화 길이 및 효율에서의 증가로 이어진다. 또한, 기능적인 등급화는 CMP 동안에 외부 가장자리 수율 손실을 극복하기 위해 유용한 것이 될 수 있다. 외부 가장자리 수율 손실의 한가지 원인은 연마 과정중에 웨이퍼에 의해 관찰되는 바와 같이 압력의 불균일한 분포이다. 중심으로부터 에지까지의 불균일한 압력 분포는 연마 헤드에 웨이퍼가 장착되는 방식에 내재된 것이다. 만약 불균일한 압력 분포를 보상하기 위하여 반경방향으로 대칭적인 기능적인 등급화가 사용된다면 외부 가장자리 수율의 감소와 결함 수의 감소가 달성될 수 있다. 기계적인 성질의 기능적인 등급화(경도, 압축성, 기공 크기 및 분포)는 압력 분포의 불균일성을 보상하기 위하여 사용될 수 있다.
The functional grading of the material represents different regions of the polymer material along the polishing surface that may be radially symmetric or non-symmetrical. Functional grading of the mechanical properties of the pad can be used to adjust pad tribological and polishing characteristics in a given systematic manner, leading to an increase in planarization length and efficiency. In addition, functional grading can be useful to overcome the loss of outer edge yield during CMP. One cause of the outer edge yield loss is the uneven distribution of pressure as observed by the wafer during the polishing process. The non-uniform pressure distribution from the center to the edge is inherent in the way the wafer is mounted on the polishing head. If radially symmetrical functional grading is used to compensate for the uneven pressure distribution, a reduction in the outer edge yield and a reduction in the number of defects can be achieved. Functional grading of mechanical properties (hardness, compressibility, pore size and distribution) can be used to compensate for non-uniformity of pressure distribution.
4) 표면 처리(Surface-Engineering)4) Surface-Engineering
패드의 표면 처리는 패드내에 고체 윤활제 및/또는 폴리머 윤활제의 첨가를 통하여 달성된다. 윤활제 첨가를 통한 표면 처리의 이러한 방법은 마찰 계수를 효과적으로 감소시키는 한편 원하는 제거 속도를 유지하기 위하여 사용될 수 있다. 이러한 패드는 대부분의 연마에 적용하기 위해 사용될 수 있는데, 왜냐하면 대부분의 경우에 더욱 낮은 마찰 계수가 바람직하기 때문이다. 특히, 이와 같이 표면 처리된 패드는 벌크, 소프트 랜딩 및 배리어 제거 단계를 포함하고 있는 구리 CMP에서의 모든 공정 단계를 위해 사용될 수 있으며, 각각의 처리 단계를 위해 3개의 상이한 패드에 대한 필요성을 제거한다.
The surface treatment of the pad is achieved through the addition of a solid lubricant and / or a polymer lubricant in the pad. This method of surface treatment through the addition of a lubricant can be used to effectively reduce the coefficient of friction while maintaining the desired removal rate. These pads can be used for most polishing applications, because in most cases a lower coefficient of friction is desirable. In particular, such surface-treated pads can be used for all process steps in copper CMP, including bulk, soft landing, and barrier removal steps, eliminating the need for three different pads for each process step .
5) 낮은 전단력의 일체형 패드5) Integral pad with low shear force
낮은 전단력의 일체형 패드는 연마 표면과 평행하게 될 수 있는 적어도 하나의 인터페이스를 가지고 있다. 인터페이스는 동일한 또는 상이한 성질을 갖는 재료 사이의 위치에 선택적으로 형성될 수 있으며 패드/기판 경계에서의 전단력의 감소를 나타낼 수 있다. 전단력의 감소는 연마하는 동안에 마찰 계수의 감소를 허용하는 한편 원하는 제거 속도를 유지한다. 연마 표면에 평행한 인터페이스를 나타내고 있는 낮은 전단력의 패드가 도 11에 개략적으로 도시되어 있다.
The low-shear integral pad has at least one interface that can be parallel to the polishing surface. The interface may be selectively formed at a location between materials having the same or different properties and may exhibit a reduction in shear force at the pad / substrate boundary. The reduction of the shear force allows the reduction of the coefficient of friction during polishing while maintaining the desired removal rate. A pad of low shear force representing the interface parallel to the polishing surface is schematically shown in Fig.
6) 연마재가 삽입되어 있는 패드6) Pad with abrasive insert
연마재가 삽입되어 있는 패드는 액상 주조/몰딩, 인젝션 몰딩, 소결 등과 같은 기술에 의해 패드 제조중에 패드내에 연마재를 통합함으로써 만들어질 수 있다. 연마재가 삽입되어 있는 패드는 연마재를 패드 조성을 통하여 제공함으로써 슬러리에 연마재를 추가하는 것에 대한 필요성을 생략하는 이점을 가질 수 있다. 연마재가 삽입되어 있는 패드는 개별적인 연마재 입자를 포함할 수 있으며 또한 블록 코폴리머를 포함할 수 있으며, 블록 코폴리머의 경우에는 거리에 따라 블록 코폴리머에 상이한 구성의 연마재 폴리머의 조성을 가지고 있다.
Pads with abrasive inserts can be made by incorporating abrasives in the pad during pad manufacturing by techniques such as liquid casting / molding, injection molding, sintering, and the like. The pad into which the abrasive is inserted may have the advantage of eliminating the need for adding abrasives to the slurry by providing the abrasive through the pad composition. The pad into which the abrasive is inserted may comprise individual abrasive particles and may also comprise a block copolymer and in the case of a block copolymer the composition of the abrasive polymer has a different composition in the block copolymer depending on the distance.
7) 인 시투 그루브 패드7) In situ groove pad
일반적으로 인 시투 그루브를 형성하기 위한 방법은 실리콘 라이닝을 패턴화하는 단계, 실리콘 라이닝을 몰드에 또는 몰드상에 배치하는 단계, 실리콘 라이닝에 CMP 패드 재료를 추가하는 단계 및 CMP 패드가 응고하도록 허용하는 단계를 포함하고 있다. 일부 변경에서 실리콘 라이닝은 실리콘 엘라스토머로 만들어질 수 있으며, 일부 변경에서 실리콘 라이닝을 패턴화하는 단계는 리소그래피 또는 엠보싱을 이용하여 실리콘 라이닝을 패턴화하는 단계를 포함하고 있다. 인 시투 그루부를 형성하는 방법은 예를 들면 접착제, 테이프, 클램프, 압력 끼워맞춤 기술 및 상술한 것의 조합을 이용하여 실리콘 라이닝을 몰드에 부착하는 단계를 더 포함할 수 있다.Generally, a method for forming an in situ groove includes patterning a silicon lining, placing the silicon lining on a mold or on a mold, adding a CMP pad material to the silicon lining, and allowing the CMP pad to solidify . ≪ / RTI > In some variations, the silicon lining may be made of a silicone elastomer, and in some variations, patterning the silicon lining comprises patterning the silicon lining using lithography or embossing. The method of forming the in situ grout may further include attaching the silicon lining to the mold using, for example, adhesive, tape, clamp, pressure fitting technique and a combination of the above.
일부 변경에서, 몰드는 금속이다. 예를 들면, 몰드는 알루미늄, 스틸, 울트라 몰드 재료 및 이들의 조합으로 이루어진 그룹에서 선택된 재료로 만들어질 수 있다. 일부 변경에서, 실리콘 라이닝의 패턴화에 추가하여 몰드가 패턴화된다(즉, 패턴화의 조합이 사용된다). 일부 변경에서, CMP 패드 재료는 열가소성 재료를 포함한다. 다른 변경에서, CMP 패드 재료는 열경화성 재료를 포함한다. 일부 변경에서, CMP 패드 재료는 폴리우레탄이다. In some variations, the mold is a metal. For example, the mold may be made of a material selected from the group consisting of aluminum, steel, ultra-mold material, and combinations thereof. In some variations, the mold is patterned in addition to the patterning of the silicon lining (i. E., A combination of patterning is used). In some variations, the CMP pad material comprises a thermoplastic material. In another variation, the CMP pad material comprises a thermoset material. In some variations, the CMP pad material is polyurethane.
또한 독창적인 그루브 디자인을 포함하고 있는 CMP 패드가 설명된다. 예를 들면, 여기에서 설명되는 것은 역로그의 그루브, 동심의 원형상 그루브 및 축선방향으로 만곡된 그루브를 포함하는 CMP 패드이다. 일부 변경에서, 축선방향으로 만곡된 그루브는 불연속적이다. 또한 동심의 원형상 그루브와 축선방향으로 만곡된 그루브가 교차될 수 있다.Also described is a CMP pad that incorporates an ingenious groove design. For example, what is described herein is a CMP pad that includes a groove in an inverted log, a concentric circular groove, and an axially curved groove. In some variations, the axially curved grooves are discontinuous. Further, the concentric circular groove and the axially curved groove can be intersected.
여기에서 생성되는 그루브는 실리콘 라이닝 몰딩, 레이저 라이팅, 워터 제트 커팅, 3-D 프린팅, 열성형, 진공 성형, 마이크로 접촉 프린팅, 핫 스탬핑 및 이들의 조합으로 이루어진 그룹의 방법으로 만들어질 수 있다.
The grooves created here can be made by the group of methods consisting of silicon lining molding, laser lighting, water jet cutting, 3-D printing, thermoforming, vacuum forming, micro contact printing, hot stamping and combinations thereof.
8) 종료 시점 검출을 위한 투명한 윈도우를 구비한 패드8) Pad with transparent window for end point detection
연마 패드는 투명한 영역을 포함하는 것으로 제공되며 이러한 패드를 제조하는 방법이 설명된다. 패드는 CMP 공정과 같은 기판 연마 공정의 종료 시점을 검출하는 방법에 유용하며, 여기에서는 기판의 표면을 평가하기 위하여 광학적인 측정이 이용된다. 광학적인 측정은 광원으로부터 기판 표면 또는 기판 표면 아래의 슬러리로, 기판 표면 또는 기판 표면 아래의 슬러리로부터 검출기로, 또는 언급한 두가지 경우로 연마 패드를 통하여 투과된 빛을 측정할 수 있다. 연마 패드의 투명한 영역은 빛의 스펙트럼 또는 파장에 대하여 충분히 투명하다. 100nm 내지 1,000nm와 같은 자외선, 가시광선 및 적외선 스펙트럼으로부터의 적어도 하나 이상의 빛의 파장에서 충분히 투명한 것이 바람직하다. 투명한 영역은 모든 스펙트럼에 걸쳐서 투명한 것일 필요는 없지만 넓은 스펙트럼 내의 하나 이상의 파장에 대하여 투명하다. The polishing pad is provided to include a transparent region and a method of manufacturing such a pad is described. The pad is useful in a method for detecting the end point of a substrate polishing process, such as a CMP process, wherein optical measurements are used to evaluate the surface of the substrate. Optical measurements can measure light transmitted through a polishing pad from a light source to a slurry beneath the substrate surface or substrate surface, from the slurry below the substrate surface or substrate surface to the detector, or in two cases mentioned. The transparent area of the polishing pad is sufficiently transparent to the spectrum or wavelength of light. It is preferable that the material is sufficiently transparent at a wavelength of at least one light from ultraviolet rays such as 100 nm to 1,000 nm, visible light and infrared spectrum. The transparent region need not be transparent over all spectra, but it is transparent to one or more wavelengths within a broad spectrum.
광학적인 투명성은 다공성 요소의 감소를 통한 산란 중심을 감소시킴으로써 달성된다. 하나의 예에서, 연마 패드는 빛의 소정의 파장 또는 파장들에 대하여 충분히 투명하게 되도록 기공이 결핍된 투명한 영역 및 빛의 소정의 파장 또는 파장들에 대하여 투명한 영역보다 투명성이 떨어지는 미세다공성의 영역을 가진 폴리머를 포함하고 있다. 투명성이 떨어지는 영역은 그 영역에서 소정의 압축성 또는 경도를 갖기에 충분한 다공성으로 되어 있다. Optical transparency is achieved by reducing the scattering center through reduction of the porous element. In one example, the polishing pad has a transparent region lacking pores to be sufficiently transparent to a predetermined wavelength or wavelengths of light, and a microporous region having a lower transparency than a transparent region with respect to a predetermined wavelength or wavelength of light Containing polymer. The region having poor transparency has a sufficient porosity to have a predetermined compressibility or hardness in the region.
하나의 예에서, 투명한 영역은 약 100 내지 1,000nm, 또는 약 200 내지 800nm, 또는 약 250 내지 700nm 범위 내의 파장을 포함하는 빛에 대하여 충분히 투명하다. 하나의 예에서, 투명성이 떨어지는 영역은 투명한 영역과 동일한 재료를 포함하고 있으며, 여기에서 투명성이 떨어지는 영역은 투명한 영역보다 더욱 높은 공극률을 갖고 있다. 하나의 예에서, 투명한 영역은 제1 폴리머를 포함하고 있고 기공이 충분히 결핍되어 있으며, 투명성이 떨어지는 영역은 제2 폴리머를 포함하고 있고 실질적으로 미세다공성으로 되어 있다. 하나의 예에서, 제1 및 제2 폴리머는 동일한 폴리머이다. 하나의 예에서, 투명한 영역으로부터의 거리가 패드에 대한 최대 기공 밀도까지 증가할 때 투명성이 떨어지는 영역의 기공 밀도는 점차적으로 증가한다. 이러한 예에서, 대부분의 패드는 최대 기공 밀도에 또는 최대 기공 밀도에 근접되어 있고, 기공 밀도의 현저한 변화는 투명한 영역의 경계에서 약 2 cm 이내에, 또한 약 1 cm 이내와 같이 투명한 영역의 주위에서 발견될 수 있다. 하나의 예에서 기공 구조는 무기염, 폼 형성제, 초임계 유체, 화학적인 발포제, 미셀(micelle), 블록 코폴리머, 포로겐 재료(porogen material), 마이크로벌룬(microballon)으로 구성된 그룹에서 선택된 하나의 이상의 기공 형성제를 사용하여 형성된다. In one example, the transparent region is sufficiently transparent to light comprising a wavelength in the range of about 100 to 1,000 nm, or about 200 to 800 nm, or about 250 to 700 nm. In one example, the region with poor transparency comprises the same material as the transparent region, wherein the region with poor transparency has a higher porosity than the transparent region. In one example, the transparent region comprises the first polymer, the pores are sufficiently deficient, and the region of poor transparency comprises the second polymer and is substantially microporous. In one example, the first and second polymers are the same polymer. In one example, as the distance from the transparent region increases to the maximum pore density for the pad, the porosity density of the region that is less transparent increases gradually. In this example, most of the pads are close to the maximum pore density or near the maximum pore density, and significant changes in pore density are found within about 2 cm at the boundary of the transparent region, and also around the transparent region, such as within about 1 cm . In one example, the pore structure is selected from the group consisting of inorganic salts, foam formers, supercritical fluids, chemical foams, micelles, block copolymers, porogen materials, microballons, Of the pore-forming agent.
집적 회로 설계, 재료의 상이함 및 패턴 밀도와 같은 집적 회로 제조에서의 수많은 변수가 부여되므로, 연마 과정에서 다양하게 일어날 수 있는 결과를 고려하여 높은 연마 품질을 달성할 수 있다. Numerous variables in the manufacture of integrated circuits, such as integrated circuit design, material differentiation and pattern density, are conferred so that high polishing quality can be achieved taking into account the various possible consequences of the polishing process.
도 1A 및 1B는 아래에 놓여 있는 층에 형성된 예시적인 증착층을 도시한 도면,
도 2A 및 2B는 유전층의 트렌치 내에 증착된 금속의 침식을 나타내는 도면,
도 3 은 CMP 장치의 구성 요소를 개략적으로 도시한 도면,
도 4 는 스트라이벡 곡선의 예를 도시한 도면,
도 5 는 프레스토니안 플로트의 예를 도시한 도면,
도 6 은 매트릭스에 일정한 기공 크기, 기공 밀도 및 분포를 생성하기 위하여 어떻게 기공 형성 재료 또는 기공 형성제가 사용될 수 있는지를 개략적으로 도시한 도면,
도 7 은 반경방향으로 불연속적인 대칭의 기능적으로 등급화된 패드를 개략적으로 도시한 도면,
도 8 은 기능적으로 등급화된 패드와 함께 조합된 기공을 개략적으로 도시한 도면,
도 9 는 반경방향으로 비대칭의 기능적으로 등급화된 패드를 개략적으로 도시한 도면,
도 10 은 반경방향으로 연속적인 대칭의 기능적으로 등급화된 패드를 개략적으로 도시한 도면,
도 11A 및 11B는 표면상에 그루브를 구비한 하나의 인터페이스(11A) 또는 복수의 인터페이스(11B)를 가지고 있는 낮은 전단력의 일체형 패드를 개략적으로 도시한 도면,
도 12 는 CMP를 위한 응력 감소에 대한 인터페이스의 효과를 도시한 도면,
도 13 은 다결정 구리의 응력-변형 특성을 도시한 도면,
도 14A 및 14B는 그루브가 없는 패드(14A)와 그루브가 형성된 패드(14B)에 대한 웨이퍼 압력 프로파일을 도시한 도면,
도 15 는 예시적인 실리콘 라이닝 몰드의 단면도,
도 16a 내지 16c는 20 인치 패드(16A), 24 인치 패드(16B), 30 인치 패드(16C)를 위한 독특한 그루브 설계를 도시한 도면,
도 17 은 투명한 영역에 대한 가능한 형상의 예를 개략적으로 도시한 도면,
도 18 은 투명한 베이스를 투명도가 떨어지는 그루브와 함께 도시한 도면,
도 19 및 20은 윈도우가 패드의 나머지 부분의 두께와 동일한 경우(19), 또는 패드의 나머지 부분보다 얇은 경우(20)의 예를 도시한 도면,
도 21 은 CMP 패드에 투명한 영역을 만들기 위하여 사용될 수 있는 제조 공정을 개략적으로 도시한 도면,
도 22 는 투명한 영역에서의 변화된 경도로 인한 역효과를 해소하기 위한 보상의 예를 나타내는 도면,
도 23 은 투명한 패드를 도시한 도면,
도 24 는 구리 CMP에서의 복수의 단계를 개략적으로 도시한 도면,
도 25 는 2개의 상업적으로 입수가능한 패드(종래 기술)와 3개의 신규의 패드(본원 발명)에 대한 열적 변화를 비교하여 나타낸 도면,
도 26a 내지 26d는 2개의 상업적으로 입수가능한 패드(26c, 26d)와 2개의 적합화된 패드(26a, 26b)에 대한 프레스토니안 플로트를 나타낸 도면,
도 27a 내지 27d는 2개의 상업적으로 입수가능한 패드(27c, 27d)와 2개의 적합화된 패드(27a, 27b)에 대한 스트라이벡 곡선을 도시한 도면,
도 28A 및 28B는 웨이퍼 측정마다 9개의 다이가 선택되는 다이 측정 방식을 도시한 도면(28A) 및 각각의 개별적인 다이내의 구성 요소를 도시한 도면(28B),
도 29는 상업적으로 입수가능한 패드의 3가지 연마 시간(30초, 60초, 120초)에 대하여 압력과 속도의 함수로 하나의 다이 내의 레이아웃 패턴 밀도의 함수로서 산화물 두께를 비교하여 나타낸 도면,
도 30은 상업적으로 입수가능한 패드의 3가지 연마 시간(30초, 60초, 120초)에 대하여 도 28A의 9개의 모든 다이 내의 레이아웃 패턴 밀도의 함수로서 산화물 두께를 비교하여 나타낸 도면,
도 31은 적합화된 패드의 3가지 연마 시간(30초, 60초, 120초)에 대하여 압력과 속도의 함수로 하나의 다이 내의 레이아웃 패턴 밀도의 함수로서 산화물 두께를 비교하여 나타낸 도면,
도 32는 적합화된 패드의 3가지 연마 시간(30초, 60초, 120초)에 대하여 도 28A의 9개의 모든 다이 내의 레이아웃 패턴 밀도의 함수로서 산화물 두께를 비교하여 나타낸 도면,
도 33은 X선 회절(XRD) 데이터를 도시한 도면,
도 34는 X선 회절 데이터로부터 산출된 격자 상수를 연마되지 않은 웨이퍼(벌크)와 비교하여 나타낸 도면,
도 35는 222 피크의 최대 높이 중간에서의 전체 폭(FWHM)을 연마되지 않은 웨이퍼(벌크)와 비교하여 나타낸 도면,
도 36은 고체 윤활제를 가지고 있으며 전단력이 낮은 일체형 패드가 아닌 구리 CMP에 사용되는 2개의 패드에 대한 스트라이벡 곡선 데이터 및 프레스토니안 플로트를 도시한 도면,
도 37은 네오패드와 상업적으로 입수가능한 패드에 대한 패드 길들임 분석을 나탄낸 도면,
도 38은 상업적으로 입수가능한 패드와 신규의 패드에 대하여 시간에 따른 연마 안정성 분석을 나타낸 도면,
도 39는 2개의 상업적으로 입수가능한 패드(A, B)와 신규의 패드(C)에 대한 스트라이벡 곡선을 도시한 도면,
도 40a 및 40b는 구리 디싱(40a) 및 구리 침식(40b) 결과를 나타낸 도면,
도 41a 내지 41c는 산화물 연마(41a), 질화물 연마(41b), 질화물과 산화물을 선택적으로 제거(41c) 하기 위하여 상업적으로 입수가능한 1층 패드, 서브 표면 처리된 패드, 서브 표면 처리되어 있고 전단력이 낮은 일체형 패드, 및 전단력이 낮은 일체형 패드의 연마 성능을 비교하여 나타낸 도면,
도 42a 내지 42c는 산화물 연마(42a), 질화물 연마(42b), 질화물과 산화물을 선택적으로 제거(42c) 하기 위하여 상업적으로 입수가능한 1층 패드, 서브 표면 처리된 패드, 서브 표면 처리되어 있고 전단력이 낮은 일체형 패드, 및 전단력이 낮은 일체형 패드의 연마 성능을 비교하여 나타낸 도면.Figures 1A and 1B show an exemplary deposition layer formed in the underlying layer,
Figures 2A and 2B show the erosion of the metal deposited in the trenches of the dielectric layer,
Figure 3 schematically shows the components of a CMP apparatus,
4 is a diagram showing an example of a Stribeck curve,
5 is a view showing an example of a prestonian float,
Figure 6 schematically illustrates how pore forming materials or pore formers can be used to produce a constant pore size, pore density, and distribution in a matrix,
Figure 7 schematically illustrates a radially discrete symmetrical functionally graded pad,
Figure 8 schematically illustrates pores combined with a functionally graded pad,
Figure 9 schematically illustrates a radially asymmetrical functionally graded pad,
Figure 10 schematically illustrates a radially continuous symmetrical functionally graded pad,
11A and 11B schematically illustrate a low shear integral pad having one interface 11A or a plurality of interfaces 11B with grooves on the surface,
Figure 12 shows the effect of the interface on stress reduction for CMP,
13 is a view showing stress-strain characteristics of polycrystalline copper,
Figs. 14A and 14B show the wafer pressure profile for the grooved pad 14A and the grooved pad 14B,
15 is a cross-sectional view of an exemplary silicon lining mold,
16A-16C illustrate a unique groove design for a 20 inch pad 16A, a 24 inch pad 16B, a 30 inch pad 16C,
Figure 17 schematically illustrates an example of a possible shape for a transparent region,
18 is a view showing a transparent base together with a groove with a lower transparency,
Figures 19 and 20 illustrate an example of a case where the window is equal to the thickness of the remaining portion of the pad (19), or thinner than the remaining portion of the pad (20)
21 schematically illustrates a fabrication process that may be used to create a transparent region in a CMP pad,
22 is a diagram illustrating an example of compensation for eliminating adverse effects due to changed hardness in a transparent region,
Figure 23 shows a transparent pad,
Figure 24 schematically illustrates a plurality of steps in a copper CMP,
25 shows a comparison of thermal changes for two commercially available pads (prior art) and three new pads (the present invention)
Figures 26a-26d illustrate a Prestonian float for two commercially available pads 26c, 26d and two adapted pads 26a, 26b,
Figures 27a-27d illustrate a Stribeck curve for two commercially available pads 27c, 27d and two adapted pads 27a, 27b,
Figures 28A and 28B illustrate a die measurement scheme in which nine die are selected per wafer measurement and Figures 28B and 28B illustrate respective individual die elements;
29 is a comparison of oxide thicknesses as a function of the layout pattern density in one die as a function of pressure and velocity for three polishing times (30 seconds, 60 seconds, 120 seconds) of a commercially available pad,
30 is a graph comparing the oxide thicknesses as a function of the layout pattern density in all nine dies of FIG. 28A for three polishing times (30 seconds, 60 seconds, 120 seconds) of a commercially available pad;
31 is a comparison of oxide thicknesses as a function of the layout pattern density in one die as a function of pressure and speed for three polishing times (30 seconds, 60 seconds, 120 seconds) of the fitted pad,
32 is a graph comparing the oxide thicknesses as a function of the layout pattern density in all nine dies of FIG. 28A for three polishing times (30 seconds, 60 seconds, 120 seconds) of the fitted pad,
33 is a view showing X-ray diffraction (XRD) data,
Fig. 34 is a diagram showing the lattice constant calculated from the X-ray diffraction data as compared with an un-polished wafer (bulk)
35 is a diagram showing the total width (FWHM) at the middle of the maximum height of 222 peaks in comparison with an unground wafer (bulk)
Figure 36 shows Strybeck curve data and a prestonian float for two pads used in copper CMP, rather than an integral pad with a low shear force, having solid lubricant,
Figure 37 is a plot of neat pads and pad alignment analysis for commercially available pads,
38 shows polishing stability analysis over time for a commercially available pad and a new pad,
Figure 39 is a diagram showing a Stribeck curve for two commercially available pads (A, B) and a new pad (C)
Figures 40A and 40B show the results of copper dishing 40a and copper erosion 40b,
41A-41C illustrate one example of a commercially available one-layer pad, a sub-surface treated pad, and a sub-surface treated to selectively remove (41c) the oxide polishing 41a, the nitride polishing 41b, A low integrated pad, and a low shear integral pad,
42A-42C illustrate one example of a commercially available one-layer pad, a sub-surface treated pad, and a sub-surface treated to selectively remove (42c) the oxide polishing 42a, the nitride polishing 42b, A low integrated pad, and a low shear integral pad.
여기에서 설명되는 다양한 연마 패드는 연마할 기판에 대하여 이하에 열거하는 것으로 제한되는 것은 아니지만 기판의 구조, 재료 및 특성을 포함하는 특정 관점들이 연마 패드의 적합화된 설계에 고려된 패드이다. 패드는 적합화된 설계에 따라 패드의 특성을 제어하는 제조 수단을 사용하여 제조되며, 이에 의해 단일의 통합되고 적합화된 패드가 만들어진다.The various polishing pads described herein are not limited to those listed below for the substrate to be polished, but specific aspects, including the structure, materials, and characteristics of the substrate, are those considered in the appropriate design of the polishing pad. The pads are fabricated using manufacturing means to control the characteristics of the pads according to the adapted design, thereby creating a single integrated and adapted pad.
기판은 CMP와 같은 연마 공정이 실행되는 임의의 재료 또는 디바이스를 의미하는 것이다. 이와 관련하여, 여기에서 설명되는 적합화된 다양한 연마 패드는 이하에 열거되는 것으로 제한되는 것은 아니지만, 1) 실리콘, 석영, 탄화 규소, 갈륨 비소, 게르마늄과 같은 웨이퍼, 2) 유전체 구역을 가로질러 토포그래피를 감소, 알루미늄 식각 공정에서의 산화물을 클리닝, 이중 식각 공정에서 금속 퇴적물(구리 및 탄탈 배리어)를 클리닝, 균일한 FinFet 구조를 제작, SoC 디바이스 제작, 또는 STI 단계에서 과도한 산화물을 제거하는 것과 같은 반도체 제조공정에서 형성된 웨이퍼에 퇴적되거나 또는 성장된 층, 3) 니켈 도금 알루미늄, 글라스 및 저장 매체에 보편적으로 사용되는 다른 자성 재료 등과 같은 저장 매체용으로 사용되는 견고한 디스크, 4) 광섬유 케이블 및 광학 상호접속과 같은 인터넷 및 디지털 광 네트워크를 위해 사용되는 광학 디바이스, 5) 금속 재료, 세라믹, 무기물, 폴리머, 에폭시 기제 탄소 섬유 복합재료 및 나노 복합재료 기판과 같은 재료, 6) 리소그래픽 기술, 레이저 절제, 핫 엠보싱, 마이크로몰딩 등과 같은 미세가공 기술을 사용하여 다양한 재료에 생성되는 마이크로 구조 및 디바이스와 나노 구조 및 디바이스를 포함하는 다양한 종류의 기판을 처리하는데 유용한 것이 될 수 있다. 간단히 말해서, 여러가지 관점에 대하여 적합화된 연마 패드는 마감 처리의 정밀함, 균일함, 평탄함 및 결함이 적은 표면이 요구되는 다양한 재료, 디바이스 및 시스템을 위해 유용하다. The substrate means any material or device on which a polishing process such as CMP is carried out. In this regard, a variety of adapted polishing pads as described herein include, but are not limited to: 1) wafers such as silicon, quartz, silicon carbide, gallium arsenide, germanium, 2) Cleaning the oxide in an aluminum etch process, cleaning metal deposits (copper and tantalum barriers) in a double etch process, fabricating a uniform FinFET structure, fabricating an SoC device, or removing excess oxide at the STI stage A layer deposited or grown on a wafer formed in a semiconductor manufacturing process, 3) a rigid disk used for storage media such as nickel plated aluminum, glass and other magnetic materials commonly used in storage media, and 4) a fiber optic cable and optical interconnect Optical devices used for Internet and digital optical networks, such as connections, 5 Materials such as metal materials, ceramics, inorganic materials, polymers, epoxy-based carbon fiber composites and nanocomposite substrates, and 6) micro-processing techniques such as lithographic techniques, laser ablation, hot embossing, It may be useful to process various types of substrates including microstructures and devices, nanostructures and devices that are created. Briefly, polishing pads adapted for various views are useful for a variety of materials, devices, and systems that require finishing, uniformity, flatness, and low-defect surfaces for finishing.
본 명세서에서 설명되는 여러가지 관점에 대하여 적합화된 연마 패드는 웨이퍼 기판상의 집적 회로(ICs)의 CMP를 위해 반도체 산업에서 사용하기 위하여 적합화될 수 있도록 의도된 것이다. 이러한 용도를 위해, IC 구조물의 CMP를 위한 연마 패드는 IC 크기, 패턴 밀도, IC 아키텍쳐, 필름 재료, 필름 토포그래피 등과 같은 기판상의 IC 구조물의 하나 이상의 특성을 획득함으로써 적합화된다. IC 구조물의 하나 이상의 특성에 기초하여 장범위 규칙성 및 단범위 규칙성을 갖는 패드 나노 구조, 패드 재료 타입, 경도, 공극률, 인성, 압축성, 표면 아키텍쳐, 표면 구성, 윤활제 부가, 패드내에 인터페이스 형성, 연마재 부가와 같은 패드의 특성이 선택된다. 단일의 통합된 패드에 대한 이와 같은 적합화 설계 및 인 시투 제조는 집적 회로의 CMP 공정을 위하여 균일한 성능을 나타낼 수 있다. A polishing pad adapted for various aspects described herein is intended to be adapted for use in the semiconductor industry for CMP of integrated circuits (ICs) on a wafer substrate. For this purpose, a polishing pad for CMP of an IC structure is adapted by obtaining one or more characteristics of the IC structure on the substrate, such as IC size, pattern density, IC architecture, film material, film topography, Pad nature, pad type, hardness, porosity, toughness, compressibility, surface architecture, surface composition, lubricant addition, interface formation in the pad, and the like, having long range regularity and short range regularity based on one or more characteristics of the IC structure. The characteristics of the pad, such as the abrasive additive, are selected. Such adaptive design and in situ fabrication for a single integrated pad can exhibit uniform performance for CMP processes in integrated circuits.
집적 회로를 위한 CMP 공정의 균일한 성능은 이하에 설명하는 것으로 제한되는 것은 아니지만 경계 윤활 구역에서 마찰 계수가 일정한 프레스토니안 제거 속도를 유지하고 기판의 상이한 영역을 가로질러 일정한 연마 성능을 유지하는 것을 포함하는 연마 품질의 평가에 사용될 수 있는 다수의 기준으로 실행되어야 하는 것을 의미한다. 연마 성능의 한가지 기준은 제거 속도(RR : removal rate)이다. 이하에 더욱 상세하게 설명되는 바와 같이, 제거 속도는 다수의 장치 및 소모성 인자에 의해 영향을 받는다. 압축성, 공극률 및 표면 구성과 같은 패드 특성의 예는 예를 들어 실제로 제거 속도에 영향을 줄 수 있는 슬러리 운반에 영향을 준다. 연마 성능의 또 다른 기준은, STI 스택에서의 유전체 재료 또는 구리 연마 공정 동안에 유전체 재료의 디싱 및 침식의 발생이 최소화되거나 제거되도록 하는 기판 평탄도 이다. 패드 경도, 인성 및 공극률은 기판 평탄도에 영향을 주는 패드 특성의 예다. 제어된 공극률을 가지고 있는 패드, 즉 기공의 크기와 밀도 및 기공의 분포가 제어된 패드는 기판을 더욱 양호하게 평탄화할 수 있다. 스크래치 및 칩과 같은 기판 불균일성의 수는 연마 성능의 또 다른 기준이다. 기판 불균일성의 수에 영향을 주는 패드 특성의 예에는 경도 및 표면 구성이 포함되는데, 이것들은 슬러리 운반에 영향을 준다. 마지막으로, 결함은 연마 공정을 평가하는 또 다른 기준이다. CMP 공정은 화학적 및 기계적으로 가혹한 공정이며 집적 회로에 응력에 기인한 결함은 디바이스 수율을 감소시킨다. 결함에 영향을 미치는 패드 특성의 예는 패드 강도이다. 강한 패드는 결함을 증가시키지만 우수한 평탄도를 갖게 한다. 상술한 패드 특성에 대한 제어가 적절하지 않으면 패드 성능에 영향을 미친다. 예를 들면, 패드 공극률의 제어가 적절하지 못하면 연마 표면을 가로질러 불균일한 전단력이 발생하고, 따라서 불균일한 COF는 결함을 증가시키게 된다. 게다가, 다른 패드 파라미터의 제어가 적절하지 못하면 공극률 제어가 적절하지 못함에 의해서 야기되는 패드 성능 문제와 유사한 방식으로 패드 성능의 저하를 나타낼 수 있다. 연마 성능, 제거 속도, 기판 평탄도, 불균일함의 발생 및 결함의 기준은 CMP 공정의 비용에 영향을 주는 기준의 예이다.The uniform performance of the CMP process for an integrated circuit includes, but is not limited to, maintaining the constant polishing rate across the different regions of the substrate and maintaining a constant rate of friction of the frictional coefficients in the boundary lubrication zone Which should be performed on a number of criteria that can be used to evaluate the polishing quality. One criterion for polishing performance is the removal rate (RR). As will be explained in more detail below, removal rates are affected by a number of devices and consumable factors. Examples of pad properties such as compressibility, porosity, and surface composition affect slurry delivery, which can, for example, affect removal rates in practice. Another criterion of polishing performance is substrate flatness that minimizes or eliminates the occurrence of dishing and erosion of dielectric material during dielectric material or copper polishing processes in the STI stack. Pad hardness, toughness and porosity are examples of pad characteristics that affect substrate flatness. Pads with controlled porosity, i.e., pads with controlled pore size and density and pore distribution, can planarize the substrate better. The number of substrate non-uniformities, such as scratches and chips, is another measure of polishing performance. Examples of pad characteristics that affect the number of substrate non-uniformities include hardness and surface composition, which affect slurry delivery. Finally, defects are another criterion for evaluating the polishing process. The CMP process is a chemically and mechanically harsh process, and defects due to stress in integrated circuits reduce device yield. An example of a pad characteristic that affects defects is pad strength. Strong pads increase defects but have excellent flatness. If the control over the pad characteristics described above is not appropriate, it affects pad performance. For example, if the control of the pad porosity is not appropriate, a non-uniform shear force will occur across the polishing surface, and non-uniform COF will increase defects. In addition, poor control of other pad parameters can result in poor pad performance in a manner similar to pad performance problems caused by inadequate porosity control. Polishing performance, removal rate, substrate flatness, occurrence of non-uniformity, and defect criteria are examples of criteria that affect the cost of a CMP process.
집적 회로 설계의 여러 변수는 패드 설계 및 연마 성능에 대한 영향을 미친다. 이러한 변수의 하나는 집적 회로의 패턴 밀도가 될 수 있다. 패턴 밀도는 필름 제거 정도에 영향을 주며 따라서 집적 회로 내부 및 웨이퍼를 가로질러 균일성에 영향을 준다. 도 1에서 제조되는 집적 회로(10)는 퇴적된 필름(14)의 토포그래피에 상부 영역(16)과 하부 영역(18)을 생성하는 금속 라인과 같은 아래에 놓이는 피쳐(12)를 가지고 있다. 특히, 토포그래피는 칩을 가로질러 상이한 폭을 가지고 있고 전기 도금 공정에서 사용된 첨가제와 관련한 상이한 화학적 작용을 갖는 트렌치에서의 전기 도금의 특성 때문에 구리 기제 이중 식각 구조에서의 패턴 밀도에 크게 의존한다. 일반적으로, 토포그래피의 상부 역역(16)은 하부 영역(18)보다 빠르게 연마한다. 도 1A에 도시된 바와 같이, 초기 단계 높이(20)는 연마 전의 퇴적 필름(14)과 관련되어 있다. 도 1B에 도시된 바와 같이, 최종 단계 높이(22)는 연마 후의 퇴적 필름(14)과 관련되어 있다. 초기 단계 높이(20)와 최종 단계 높이(22)에 의해 표시되는 상부 영역(16)과 하부 영역(18)에 대해 상이한 제거 속도는 평탄화를 위한 장점의 형태이다. 차이가 클수록 CMP 공정 이후에 평탄도가 더욱 양호하다.Several variables in integrated circuit design have an impact on pad design and polishing performance. One of these variables can be the pattern density of the integrated circuit. The pattern density affects the degree of film removal and therefore affects the uniformity within the integrated circuit and across the wafer. The
집적 회로 내부 및 웨이퍼를 가로질러 균일한 연마 성능에 영향을 미치는 집적 회로 제조에서의 변수의 또 다른 예는 필름 재료이다. 특히, 상이한 재료는 종종 상이한 연마 속도를 갖는다는 사실로 인하여 복수의 필름 재료를 포함하고 있는 CMP 프로세스에서는 디싱 및 침식이 발생할 수 있다. 도 2A에는 유전층(34)의 트렌치에 퇴적된 금속 라인(32)을 가지고 있는 제조되는 집적 회로(30)가 개략적으로 도시되어 있다. 도 2B에서, 금속 라인(32)의 디싱은 유전층(34)과의 평탄함으로부터 금속 라인(32)의 높이(36) 변화로서 도시되어 있다. 또한, 유전층(34)의 침식은 의도된 높이로부터 유전층(34)의 높이(38) 변화로서 도시되어 있다. 디싱 및 침식은 얕은 트렌치 절연(STI : shallow trench isolation), 텅스텐 플러그, 및 구리 기제 상호접속을 위한 이중 식각 공정에 존재할 수 있다. 구리가 사용될 경우, 추가적인 필름 재료가 구리와 유전체 재료 사이의 배리어 층으로서 사용된다.Another example of a variable in the manufacture of integrated circuits inside the integrated circuit and affecting uniform polishing performance across the wafer is the film material. In particular, dishing and erosion may occur in a CMP process involving a plurality of film materials due to the fact that different materials often have different polishing rates. 2A schematically illustrates an
선택될 수 있는 패드의 한가지 특성은 공극률(즉, 기공 크기 및 밀도)이다. 일반적인 기공 밀도는 연마 패드의 약 5 내지 20% 사이이다. 기공 밀도가 제로, 즉 비다공성 패드는 일정한 슬러리 유동을 허용하지 않고, 따라서 제거 속도 균일성에 문제를 나타낸다. 기공 크기는 일반적으로 패드 성능의 양호한 척도이다. 대략 40 마이크론이 양호한 패드 성능을 위한 바람직한 크기가 될 수 있다. 만약 슬러리 절감이 커다란 관심사항이 아니라면, 80 마이크론과 같이 더욱 큰 기공 크기가 사용될 수 있다. 더욱 큰 기공 크기는 더욱 일정한 제거 속도를 제공하는 반면에, 슬러리 유동 속도 감소가 요구되는 경우에는 더욱 작은 기공 크기가 사용될 수 있다. One characteristic of the pad that can be selected is porosity (i.e., pore size and density). Typical pore density is between about 5 and 20% of the polishing pad. The pore density is zero, i.e. the non-porous pad does not allow constant slurry flow and thus presents a problem with removal rate uniformity. Pore size is generally a good measure of pad performance. Approximately 40 microns can be the preferred size for good pad performance. If slurry reduction is not a big concern, larger pore sizes such as 80 microns can be used. Larger pore sizes provide a more constant removal rate, while smaller pore sizes may be used where slurry flow rate reduction is desired.
집적 회로 크기에 기초하여 선택될 수 있는 패드의 또 다른 특성은 그루브, 표면 구성 또는 요철과 같은 패드 표면 아키텍쳐이다. 특히, 요철의 정도가 큰 것은 작은 집적 회로 크기 및 낮은 밀도보다는 큰 집적 회로 크기 높은 밀도를 위하여 사용될 수 있다. 집적 회로 크기, 패턴 밀도 및 연마되는 재료에 대한 기술에 기초하여 수많은 결정이 이루어질 수 있지만, 90 nm 이하의 기술에 대해서는 이러한 결정은 극히 복잡하게 된다. 작은 집적 회로 크기에 대해서는 약 30% 미만의 패턴 밀도가 일반적인 반면에 큰 집적 회로에 대해서는 약 50%의 패턴 밀도가 일반적이다. 그러므로, 더욱 높은 패턴 밀도는 더욱 큰 집적 회로 크기와 관련되어 있다.Another property of the pad that can be selected based on the integrated circuit size is the pad surface architecture, such as a groove, surface configuration, or irregularities. In particular, a large degree of unevenness can be used for small integrated circuit size and large density of integrated circuit larger than low density. Numerous crystals can be made based on the description of integrated circuit size, pattern density and material to be polished, but for crystals below 90 nm, such crystals become extremely complex. For small integrated circuit sizes, pattern densities of less than about 30% are common, while for large integrated circuits, pattern densities of about 50% are common. Therefore, a higher pattern density is associated with a larger integrated circuit size.
CMP의 기술 분야에서, "패드 공학"으로 기술될 수 있는 분야는 매우 제한적인 수준으로 연구되었다. 일반적인 관점에서의 패드 공학은 예를 들면 윤활성의 제어, 제거 속도의 균일성, 열적 거동 및 응력 제어와 같은 연마 공정의 여러 관점을 선택적으로 제어하고 개별적으로 조정하기 위하여 나노 및 마이크로 크기 스케일뿐만 아니라 1 cm 이상의 매크로 크기 스케일에서의 과학적인 개념과 더불어 기초적인 재료의 사용으로서 설명될 수 있다. 현재 당해 기술분야에서 사용되는 통상적인 개방 기공 및 폐쇄 기공 폴리머 패드는 다수의 한계를 가지고 있으며, 이러한 한계는 하위 노드 기술에서 더욱 두드러진다. 다수의 이러한 한계는 신규한 "패드 공학" 방법에 의해서 극복될 수 있다. 패드 마이크로 구조의 분자 구조 공학, 패드의 기능적인 등급화, 고체 윤활제의 첨가를 통한 패드 설계에서의 표면 공학, 연마될 기판에 대한 전단력을 감소시키는 효과를 갖도록 연마 표면과 평행한 패드 내에 인터페이스를 형성하는 복수의 폴리머 층을 가진 낮은 전단력의 일체형 패드의 제조, 연마재가 삽입된 패드, 종료 시점 검출을 위한 투명한 영역을 포함하고 있는 패드와 같은 신규의 여러 패드 공학 설계가 설명된다. In the field of CMP technology, the fields that can be described as "pad engineering" have been studied at a very limited level. Pad engineering from a general point of view, as well as nano- and micro-scale scales as well as nano- and micro-scale scales for selectively controlling and individually controlling various aspects of the polishing process, such as control of lubricity, uniformity of removal rate, thermal behavior and stress control cm can be explained as the use of basic materials in addition to the scientific concept of a macro size scale. The conventional open pore and closed pore polymer pads currently used in the art have a number of limitations, which are more pronounced in the lower node technology. Many of these limitations can be overcome by the novel "pad engineering" method. Molecular structure engineering of pad microstructures, functional grading of pads, surface engineering in pad design through addition of solid lubricant, interface in pad parallel to polishing surface to have an effect of reducing shear force on substrate to be polished A variety of new pad engineering designs are described, such as the fabrication of low shear integral pads having a plurality of polymer layers, abrasive insert pads, and pads containing transparent regions for endpoint detection.
도 3에는 CMP 장치(50)의 주요 구성요소가 개략적으로 도시되어 있다. 도 3에 도시된 바와 같이 슬러리(52)는 슬러리 분배기(54)를 통하여 연마 패드상에 분배된다. 변경하여, 슬러리(52)는 패드의 바닥으로부터 패드의 표면으로 인도될 수 있다. 연마 패드(56)는 회전가능한 테이블(58)에 장착되며, 회전가능한 테이블 샤프트(60)가 회전가능한 테이블로부터 뻗어 있다. 기판(66)은 기판 척(62)에 의해서 유지되며, 기판 척 샤프트(64)가 기판 척으로부터 뻗어 있다. 화살표는 연마 패드(56)와 기판 척(62) 그리고 기판(도시 생략)을 회전시키도록 작용하는 벡터 힘의 방향을 나타낸다. 아래쪽을 향한 힘이 기판 척 샤프트(64)를 통해서 기판 척(62)에 제어가능하게 가해져서 연마 패드(56)와 기판(66) 사이에 제어가능한 접촉을 제공한다. 3 schematically shows the main components of the
CMP 공정에 영향을 미치는 몇몇 인자를 이해하기 위하여, 도 4에 도시된 스트라이벡 곡선을 이해하는 것이 유용한다. 스트라이벡 곡선(Stribeck curve)은 좀머펠트 수(Sommerfeld Number(So))에 대한 마찰 계수(COF)의 관계를 나타내며, 마찰 계수(COF)와 좀머펠트 수(So)는 다음과 같은 식으로 주어진다.To understand some of the factors affecting the CMP process, it is useful to understand the Stribeck curve shown in FIG. The Stribeck curve shows the relationship of the coefficient of friction (COF) to the Sommerfeld number (So), and the coefficient of friction (COF) and the number of sommerfeld (So) are given by:
COF = Fshear/Fnormal (1)COF = F shear / F normal (1)
여기에서 Fshear는 전단력이며, Fnormal는 법선력이다.Where F shear is the shear force and F normal is the normal force.
So [= μV/(pδeff)] (2)So [= μV / (pδeff)] (2)
여기에서 μ는 슬러리 점성, V는 패드와 웨이퍼의 상대 속도, p는 압력, 그리고 δeff = αRa+[1-α]δgroove Where μ is the slurry viscosity, V is the relative velocity between the pad and the wafer, p is the pressure, and δeff = αR a + [1-α] δ groove
여기에서 Ra는 패드 평균 거칠기, δgroove는 패드 그루브 깊이, 그리고 α는 스케일 인자로서 α=Aup - feature/Aflat pad 로 정의되며, A는 대응하는 면적이다.Where R a is the pad average roughness, δ groove is the pad groove depth, and α is the scale factor, α = A up - feature / A flat pad , where A is the corresponding area.
도 4에 도시된 일반적인 스트라이벡 곡선에는 3개의 영역이 존재한다. "경계 윤활"로 표시된 영역에서 연마 패드와 기판은 슬러리 연마 입자와 밀착되어 있으며, 마찰 계수는 좀머펠트 수의 증가함에 따라 일정하게 유지된다. 이 영역에서는 마찰 계수와 제거 속도의 큰 값이 얻어진다. 공정 안정성을 위해서는 이러한 일정함이 바람직하다. 경계 윤활 구역에서의 드리프트는 CMP 공정중에 웨이퍼/슬러리/패드 인터페이스에서의 변화의 결과이다. 부분 윤활 구역에서, 기판과 패드는 대략 패드의 거칠기에 해당하는 두께를 갖는 유막층에 의해서 분리된다. 부분 윤활 구역에서의 제거 속도는 경계 윤활 구역에서의 제거 속도보다 낮기 때문에, 일부 윤활 구역에서 패드 수명은 증가된다. 그러나, 부분 윤활 구역에 대한 하향 기울기의 변화율은 경계 윤활 구역보다 낮은 안정성, 제어 및 가능성이 존재한다는 것을 나타낸다. 유체 역학 윤활 구역에서는 더욱 커다란 유막으로 인하여 제거 속도가 매우 떨어진다. There are three regions in the general Stryvek curve shown in FIG. In the region indicated by "boundary lubrication ", the polishing pad and substrate are in close contact with the slurry abrasive particles, and the coefficient of friction is kept constant as the number of sommerfeld increases. In this region, a large value of the friction coefficient and the removal rate is obtained. Such consistency is desirable for process stability. Drift in the boundary lubrication zone is the result of changes in the wafer / slurry / pad interface during the CMP process. In the partial lubrication zone, the substrate and pads are separated by an oil film layer having a thickness roughly equal to the roughness of the pad. Since the removal rate in the partial lubrication zone is lower than the removal rate in the boundary lubrication zone, the pad life is increased in some lubrication zones. However, the rate of change of the downward slope to the partial lubrication zone indicates that there is less stability, control and possibility than the boundary lubrication zone. In the hydrodynamic lubrication zone, the removal rate is very low due to the larger film thickness.
도 5에는 이상적인 프레스토니안 플로트(Prestonian plot)가 도시되어 있으며, 제거 속도(RR)는 다음과 같은 식으로 주어진다.An ideal Prestonian plot is shown in Figure 5, and the removal rate (RR) is given by:
RR = KPr x p x V (3)RR = K Pr xpx V (3)
KPr는 프레스톤 상수, p는 패드와 기판 사이의 실제 압력, 그리고 V는 패드와 기판의 상대 속도이다.K Pr is the preston constant, p is the actual pressure between the pad and the substrate, and V is the pad and substrate relative velocity.
이상적으로, 프레스토니안 플로트는 압력과 속도의 함수로서 선형이다. 이상적인 선형 거동으로부터의 편향은 슬러리 유동 및 연마 패드 트라이볼러지에 따른 것이다. 예를 들어, 일정한 조건하에서 상이한 슬러리를 비교한 경우 고압에서 일부가 비이상적인 프레스토니안 거동을 나타내는 것으로 밝혀졌다. 이러한 슬러리를 압력 민감성 슬러리 라고 한다. 부가적으로, 패드 경도, 두께, 압축성, 공극률 및 표면 구성과 같은 변수에 의해서 영향을 받는 연마 패드 트라이볼러지가 또한 비이상적인 프레스토니안 거동의 원인이 될 수 있다. Ideally, the Prestonian float is linear as a function of pressure and velocity. The deflection from the ideal linear behavior is due to the slurry flow and the polishing pad tribology. For example, it has been found that when comparing different slurries under certain conditions, some exhibit non-idealistic Prestonian behavior at high pressures. This slurry is referred to as pressure sensitive slurry. Additionally, polishing pad tribology, which is influenced by such parameters as pad hardness, thickness, compressibility, porosity and surface composition, can also be responsible for non-idealistic Prestonian behavior.
패드의 하위 표면 처리 및 낮은 전단력 설계를 포함한 다수의 신규한 네오패드 설계를 통하여 낮은 마찰 계수를 갖는 CMP 패드가 제조될 수 있다. 마찰 계수의 균일성은 우레탄 매트릭스에 분포되는 작고 수많은 경질 세그먼트의 사용을 통한 패드 미세구조에 의해서 제어될 수 있다. 또한 경계 윤활 구역의 확장은 패드 미세구조와 직접적으로 연관되어 있다. CMP pads with low coefficient of friction can be fabricated through a number of novel neopad designs including low surface treatment of the pad and low shear design. The uniformity of the coefficient of friction can be controlled by the pad microstructure through the use of small and numerous hard segments distributed in the urethane matrix. The expansion of the boundary lubrication zone is also directly related to the pad microstructure.
패드 적합화는 연마 공정을 토대로 하여 체계적으로 수행될 수 있다. CMP 기술은 다수의 파라미터를 포함하고 있기 때문에, 적합화는 공정에 영향을 미치는 다양한 관점에 따라 수행되어야 한다. 패드 적합화를 위한 집적 회로 특성뿐만 아니라 연마할 재료에 따른 방법이 이하에서 설명되는데, 이것들은 특별한 요건에 따라 패드를 설계하기 위하여 체계적으로 사용될 수 있다. 폴리우레탄/폴리우레아를 토대로 하는 본 발명의 적합화 방식은 패드의 저장 계수에 대한 손실 계수의 비(tanδ), 손실 계수(E"), 저장 계수(E'), 마이크로텍스쳐(또한 미세구조라고 함), 유리 전이 온도, 경질 세그먼트 및 연질 세그먼트 분포, 미세기공 크기와 분포와 같은 결정적인 인자의 제어를 허용한다. 본원의 발명자들은 적절한 재료의 선택을 통하여 그리고 특별한 제조 과정을 통하여 상술한 인자의 제어를 달성하였다.
The pad fit can be performed systematically based on the polishing process. Because CMP technology involves a number of parameters, adaptation must be performed according to various aspects that affect the process. Methods according to the material to be polished as well as integrated circuit characteristics for pad conditioning are described below, which may be used systematically to design the pad according to particular requirements. The adaptation scheme of the present invention based on polyurethane / polyurea is based on the ratio of the loss factor to the storage modulus of the pad (tan delta), the loss factor (E "), the storage modulus (E '), The present inventors have found that the control of the factors described above through the selection of suitable materials and through a particular manufacturing process, can be achieved by controlling the critical parameters such as glass transition temperature, hard segment and soft segment distribution, micropore size and distribution. Respectively.
Ⅰ. 화학적 기계적인 평탄화에 사용되는 폴리머 패드를 위한 폴리머 생성 및 패드 미세구조의 제어Ⅰ. Polymer formation and control of pad microstructure for polymer pads used in chemical mechanical planarization
다양한 재료들이 본 발명의 적합화된 연마 패드의 제조에 사용하기 위하여 시도되었다. 비록 패드는 실질적으로 폴리머이며 목적에 맞춘 크기와 경질 및 연질 영역의 밀도를 갖고 있지만, 본 발명의 다른 실시형태는 기공 형성 재료, 고체 윤활제, 삽입 연마재, 응력을 이완시키기 위해 연마 표면에 수직인 하나 이상의 층, 인 시투 그루브, 종료 시점 검출을 위한 투명한 구역과 같은 재료가 연속적인 폴리머내에 추가될 수 있는 것을 포함한다.A variety of materials have been attempted for use in the manufacture of the customized polishing pads of the present invention. Although the pads are substantially polymeric and have a purpose-sized size and a density of hard and soft regions, another embodiment of the present invention is a pore-forming material, a solid lubricant, an insert abrasive, a one perpendicular to the polishing surface Layers such as layers, in situ grooves, and transparent zones for end point detection can be added in the continuous polymer.
본 발명의 적합화된 연마 패드는 폴리머로 만들어진다. 여기에서 설명되는 적합화된 다양한 연마 패드의 제조를 위해 시도된 폴리머의 예는 폴리우레탄, 폴리우레아, 에폭시 폴리머, 페놀릭 폴리머, 폴리카보네이트, 폴리아미드, 폴리이미드, 폴리에스테르, 폴리술폰, 폴리아세탈, 폴리아크릴레이트, 폴리스티렌, 폴리아릴에테르케톤, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리비닐, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리실란, 폴리실록산의 종류이다. 또한, 여기에서 설명되는 적합화된 다양한 연마 패드를 위해 적절한 폴리머는 예시한 폴리머 종류에서 선택되는 것들의 코폴리머, 혼합물, 합성물, 네트워크, 복합물, 융합물, 라미네이트가 될 수 있다. 당업자에게 명백한 바와 같이, 패드에 사용하기에 적절한 다른 폴리머가 사용될 수 있다.The adapted polishing pad of the present invention is made of a polymer. Examples of polymers that have been attempted for the preparation of various adapted polishing pads described herein include polyurethane, polyurea, epoxy polymer, phenolic polymer, polycarbonate, polyamide, polyimide, polyester, polysulfone, , Polyacrylate, polystyrene, polyaryl ether ketone, polyethylene terephthalate, polyvinyl, polypropylene, polyethylene, polysilane, and polysiloxane. In addition, suitable polymers for the various adapted polishing pads described herein may be copolymers, blends, composites, networks, composites, fusions, laminates of those selected from the exemplified types of polymers. Other polymers suitable for use in the pad may be used, as will be apparent to those skilled in the art.
이러한 재료를 이용한 방식은 고분자의 구조 사이의 관계 및 패드에 사용된 폴리머 재료의 결과적인 물리적 특성에 대한 이해를 필요로 한다. 제한되는 것은 아니지만 이러한 특성의 예에는 경도, 인성, 공극률, 압축성 등과 같은 것이 포함된다.The manner in which these materials are used requires an understanding of the relationship between the structures of the polymers and the resulting physical properties of the polymeric materials used in the pads. Examples of such properties include, but are not limited to, hardness, toughness, porosity, compressibility, and the like.
예를 들면, CMP 연마 패드를 위해 중요한 과학적, 공학적 및 상업적 성과를 갖는 폴리머는 폴리우레탄, 폴리우레아 및 이들의 코폴리머를 포함하고 있다. 이러한 폴리머는 이소시아네이트, 폴리올, 폴리아민과 같은 출발 재료 뿐만 아니라 사슬 연장제 및 가교제 등을 사용하여 준비될 수 있다. 이소시아네이트 기능 그룹과 알콜의 반응은 폴리우레탄 폴리머를 위한 토대가 되는 우레탄 결합을 형성한다. 이소시아네이트 기능 그룹과 아민의 반응은 폴리우레아 폴리머를 위한 토대가 되는 요소 결합을 형성한다. 폴리우레탄에 대해서는 중합 반응을 위해 적어도 디올 및 디이소시아네이트 모노머가 필요하며, 변경적으로 폴리올 또는 폴리이소시아네이트에서의 세개 이상의 하이드록실 또는 이소시아네이트 그룹은 교차 결합을 위한 반응 위치를 제공한다. 폴리우레아에 대해서는 중합 반응을 위해 적어도 디아민 및 디이소시아네이트 모노머가 필요하며, 변경적으로 폴리아민 또는 폴리이소시아네이트에서의 세개 이상의 아민 또는 이소시아네이트 그룹은 교차 결합을 위한 반응 위치를 제공한다. 하드드록실 또는 아민 그룹과 반응하는 가교제의 예는 톨루엔-디이소시아네이트(TDI), 디페닐메탄-디이소시아네이트(MDI), 폴리메틸렌 폴리페닐 이소시아네이트(PAPI)와 같은 디이소시아네이트 가교제를 포함한다. 가교제의 종류 및 폴리머 사슬의 교차 결합의 정도는 예를 들면 경도, 인성, 공극률과 같은 재료 특성에 대한 영향을 줄 수 있다. 폴리아민 및 폴리올과 같은 친수성 분자의 크기와 분자량은 가요성, 융점, 표면 에너지와 같은 재료 특성에 영향을 준다.For example, polymers having significant scientific, engineering, and commercial performance for CMP polishing pads include polyurethanes, polyureas, and copolymers thereof. Such polymers may be prepared using starting materials such as isocyanates, polyols, polyamines, as well as chain extenders and crosslinkers. The reaction of an isocyanate functional group with an alcohol forms a urethane bond that is the basis for the polyurethane polymer. The reaction of an isocyanate functional group with an amine forms the urea bond, which is the basis for the polyurea polymer. For the polyurethanes, at least diol and diisocyanate monomers are required for the polymerization reaction and, alternatively, at least three hydroxyl or isocyanate groups in the polyol or polyisocyanate provide the reaction site for cross-linking. For polyureas, at least diamine and diisocyanate monomers are required for the polymerization reaction, and alternatively, three or more amine or isocyanate groups in the polyamine or polyisocyanate provide a reaction site for cross-linking. Examples of cross-linking agents that react with hard-locks or amine groups include diisocyanate cross-linkers such as toluene-diisocyanate (TDI), diphenylmethane-diisocyanate (MDI), and polymethylene polyphenylisocyanate (PAPI). The type of cross-linking agent and the degree of cross-linking of the polymer chains can affect material properties such as, for example, hardness, toughness and porosity. The size and molecular weight of hydrophilic molecules, such as polyamines and polyols, affect material properties such as flexibility, melting point, and surface energy.
경도와 기계적 성질의 제어를 허용하고, 높은 저장 계수(E')와 손실 계수(E")을 가지고 있고, 낮은 열적 변화, 유리 전이 온도(Tg), KEL 값, 온도의 함수로서 저장 계수의 변화(△E'), 압축성, 저장 계수에 대한 손실 계수의 비(tanδ)를 가지고 있는 폴리우레탄 및 폴리우레아가 패드 제조를 위해 사용될 수 있다.
Allows control of hardness and mechanical properties and has a high storage modulus (E ') and a loss modulus (E ") and has a low thermal change, a glass transition temperature (T g ), a KEL value, Polyurethane and polyurea having a ratio of change (DELTA E '), compressibility, loss factor to storage modulus (tan delta) can be used for pad fabrication.
캐스팅/몰딩, 패드 재료 및 미세구조 제어Casting / Molding, Pad Materials and Microstructure Control
캐스팅 및 몰딩을 위한 여러가지 방법이 단일의 구조로서 적합화된 다양한 연마 패드를 제조하기 위해 적절하다. 패드내에 설계되는 물리적인 특성의 공간적인 제어를 허용하며, 단일의 구조로서 연마 패드를 캐스팅 및 몰딩하기 위한 몇몇 예시적인 제조 방법이 이하에서 설명된다.
Various methods for casting and molding are suitable for making various polishing pads adapted as a single structure. Some exemplary manufacturing methods for casting and molding a polishing pad as a single structure that allows for spatial control of the physical properties designed within the pad are described below.
폴리머의 액상 캐스팅Liquid casting of polymers
CMP를 위한 패드를 만들기 위하여 폴리머의 액상 캐스팅이 사용될 수 있다. 액상 캐스팅은 폴리머 부분을 엉키게 하기 위하여 가장 단순한 설계로부터 폴리머 부품을 제조하기에 적절한 것이 될 수 있는 제조 기술이다. 폴리머 디스크와 같은 형상이 이 기술을 이용하여 만들어질 수 있으며, 따라서 화학적 기계적인 평탄화를 위한 폴리머 패드가 액상 캐스팅을 이용하여 제조될 수 있다. 액상 캐스팅은 제조하는 동안 패드 재료 특성의 공간적인 제어를 허용하며, 따라서 CMP를 위한 패드를 만들기 위한 적절한 선택이 될 수 있다. CMP를 위한 폴리머 패드를 만들기 위하여 이 방식을 사용함에 있어서, 먼저 적절한 치수를 갖는 몰드가 만들어진다. 또한, 액상 캐스팅은 엑스 시투 또는 인 시투의 두가지 가능한 옵션을 이용하여 그루브가 패드에 형성될 수 있는 CMP 패드를 제조하기 위하여 실행될 수 있다. 일반적으로 산업에서는 엑스 시투 그루브 형성이 사용된다. 그러나, 이 방법은 매우 고가이다. 인 시투 그루브 몰드는 일단 폴리머가 굳어져서 경화되면 패드에 그루브를 제공하도록 적합하게 될 수 있다. 폴리머가 제 위치에 경화되는 여부에 의존하여, 몰드 내에 적절한 재료가 주입된다. 폴리머가 이미 경화되지 않은 경우에는 적절한 모노머, 가교제, 기공 형성제, 기폭제, 촉진제가 몰드에 추가되고 소정 온도에 도달한 후에 반응은 종료된다. 액상 캐스팅을 사용할 때, 일단 제1 섹션 또는 층이 주입되어 경화되고, 필요하다면 제2 섹션 또는 층이 주입될 수 있다. 또한 액상 캐스팅 방법에서는 이하에 설명되는 바와 같이 소정의 연마 성능을 달성하기 위하여 고체 윤활제 뿐만 아니라 삽입 연마재가 폴리머 혼합물에 추가될 수 있다.
Liquid casting of the polymer can be used to make the pad for CMP. Liquid casting is a manufacturing technique that can be suitable for manufacturing polymeric components from the simplest designs to entangle polymeric parts. Polymer disc-like shapes can be made using this technique, and thus polymer pads for chemical mechanical planarization can be made using liquid casting. Liquid casting allows spatial control of the pad material properties during manufacture and can therefore be a suitable choice for making pads for CMP. In using this method to make a polymer pad for CMP, a mold with the appropriate dimensions is first made. In addition, liquid casting can be performed to produce a CMP pad in which grooves can be formed in the pad using two possible options of X-SITO or In-situ. Generally, X-situ groove formation is used in the industry. However, this method is very expensive. The in situ groove mold may be adapted to provide a groove in the pad once the polymer is hardened and hardened. Depending on whether the polymer is cured in place, a suitable material is injected into the mold. If the polymer is not already cured, appropriate monomers, crosslinking agents, pore-forming agents, initiators, and accelerators are added to the mold and the reaction is terminated after the desired temperature is reached. When using liquid casting, a first section or layer is injected and cured once, and a second section or layer can be injected if necessary. In addition, in the liquid casting method, an insert abrasive as well as a solid lubricant may be added to the polymer blend to achieve the desired abrasive performance, as described below.
다중 인젝션 몰딩
Multiple injection molding
적합화된 패드를 만들기 위한 또 다른 방법이 다중 인젝션 몰딩으로서 알려져 있다. 다중 인젝션 몰딩은 두개 이상의 폴리머 재료가 사용되는 순차적인 프로세스이며, 상이한 시간에 각각의 재료가 몰드내로 주입된다. 이 방법은 두개 이상의 층을 갖는 적합화된 패드 뿐만 아니라 패드 전체에 걸쳐서 상이한 면적을 갖는 패드를 형성하기 위하여 사용될 수 있다. 또한, 이 방법은 단일층 또는 복수층에서 가장 단순하게 정의되는 환형상 패턴으로부터 가장 복잡하며 일정하지 않은 패턴까지의 임의의 공간적으로 설계된 폴리머 재료의 패턴을 성취하기 위하여 사용될 수 있다.
Another method for making fitted pads is known as multiple injection molding. Multiple injection molding is a sequential process in which two or more polymeric materials are used, and each material is injected into the mold at different times. This method can be used to form pads having different areas across the pad as well as adapted pads having two or more layers. This method can also be used to achieve a pattern of any spatially designed polymeric material from a circular pattern that is most simply defined in a single layer or a plurality of layers to a most complex and non-uniform pattern.
복수의 라이브 피드(또는 인 시투) 인젝션 몰딩Multiple live feed (or in situ) injection molding
적합화된 패드를 만들기 위하여 복수의 인 시투 인젝션 포트를 포함하고 있는 몰드가 사용될 수 있다. 이 방법에서는 폴리머를 주입하기 위하여 일반적으로 독립적인 적어도 두개의 포트를 갖는 몰드가 선택된다. 몰드를 채우기 위하여 종종 동일한 시간에, 동일한 인젝션 단계 동안에 적어도 두개의 상이한 폴리머가 포트를 통하여 주입된다. 적합화된 패드를 위해 바람직한 공간적인 변화에 의존하여, 유체 유동 및 열전달 계산이 실행되어 몰드내에 공급되는 상이한 폴리머 및 재료에 대한 적절한 주입 시점 및 주입 유동 속도가 선택된다. 이 방식에서, 패드의 직경을 가로질러 폴리머 재료의 상이한 면적뿐만 아니라 두개 이상의 층을 가진 적합화된 패드를 제조하는 것이 가능하다.
Molds containing a plurality of in situ injection ports may be used to make the fitted pad. In this method, a mold having at least two ports, which are generally independent, is selected to inject the polymer. Often at the same time to fill the mold, at least two different polymers are injected through the port during the same injection step. Depending on the desired spatial variation for the adapted pad, fluid flow and heat transfer calculations are performed to select the appropriate injection time and injection flow rate for the different polymers and materials being fed into the mold. In this manner, it is possible to produce a conformed pad having two or more layers as well as different areas of the polymer material across the diameter of the pad.
반응 인젝션 몰딩(RIM)Reactive Injection Molding (RIM)
반응 인젝션 몰딩 기술을 사용하는 몰딩 단계에는 특별한 폴리머 시스템(예를 들면, 폴리우레탄)이 적용될 수 있다. 이 몰딩 프로세스에서는 미리 합성된 폴리머를 주입하는 대신, 구성 요소의 모노머 재료와 적절한 가교제 뿐만 아니라 기촉제 및 사슬 연장제가 첨가되고 몰딩하는 동안에 최종적인 혼합물이 중합된다. 패드의 상이한 영역에 걸쳐서 화학적 구조가 변화되는 적합화된 패드를 만들기 위하여, 복수의 포드가 사용될 수 있다. 두 종류 이상의 모노머 유닛(및 상응하는 사슬 연장제) 뿐만 아니라 기포 형성제, 고체 윤활제, 삽입 연마재와 같은 선택된 다른 재료를 주입하기 위하여 복수의 포트가 사용될 수 있다. 이것에 의해서 폴리머의 화학적 조성과 기계적 및 물리적 성질의 기능적인 등급을 나타낼 수 있다. 몰드에 다양한 재료를 상이하게 첨가함으로써, 이 방법은 하나의 층 또는 구역으로부터 인접한 층이나 구역으로 성질이 실질적으로 변화하거나 또는 점차적으로 변화하는 적합화된 패드를 제조하기 위하여 사용될 수 있다. 이 방식에서, 반응 인젝션 몰딩은 또한 패드의 직경 방향 및/또는 두께 방향을 따른 평면에서 균일한 특성을 갖는 적합화된 패드를 제조하기 위하여 사용될 수 있다.
Special polymer systems (e.g., polyurethane) may be applied to the molding step using reactive injection molding techniques. In this molding process, instead of injecting the pre-synthesized polymer, the monomer mixture of the component and the appropriate crosslinking agent as well as the promoter and chain extender are added and the final mixture is polymerized during molding. A plurality of pods may be used to create a fitted pad whose chemical structure changes over different regions of the pad. A plurality of ports may be used to inject two or more monomer units (and corresponding chain extenders) as well as other selected materials such as bubblers, solid lubricants, and insert abrasives. This can give a functional grade of the chemical composition and mechanical and physical properties of the polymer. By adding different materials to the mold differently, the method can be used to produce a conformed pad whose properties change substantially or gradually from one layer or region to an adjacent layer or region. In this way, the reactive injection molding can also be used to produce a conformed pad with uniform properties in a plane along the radial and / or thickness direction of the pad.
라멜라 인젝션 몰딩Lamella Injection Molding
앞서 설명된 것과 같은 인젝션 몰딩 방식에서 예를 들면 층으로 미리 압출된 폴리머의 혼합물을 사용하는 것에 의해서, 특성이 공간적으로 변화하게 적합화된 연마 패드가 생산될 수 있다. 폴리머의 단순한 물리적인 혼합물을 제조하는 이 방식은 제작자에 따라 변하는 요구에 직접적이며 용이하게 적용된다. 공간적인 특성 변화는 개별적인 폴리머의 기계적 및 물리적 특성 뿐만 아니라 연속적인 폴리머 상에 첨가될 수 있는 고체 윤활제 또는 삽입 연마재와 같은 선택된 다른 재료에 따른 것이다. 이 방법은 수평 또는 수직 영역이나 층에 미세 범위 등급화를 생성하기 위하여 사용될 수 있다.
By using a mixture of pre-extruded polymers, for example in layers, in an injection molding manner as described above, a polishing pad adapted to be spatially varied in properties can be produced. This method of producing a simple physical mixture of polymers is directly and easily applied to varying requirements depending on the manufacturer. The spatial property changes depend on the mechanical and physical properties of the individual polymers as well as other selected materials such as solid lubricants or intercalated abrasives that can be added onto the continuous polymer. This method can be used to generate fine-scale grading in horizontal or vertical regions or layers.
미세 기공을 가진 패드를 제조하기 위하여 가스의 인젝션 몰딩. Injection molding of gas to produce pads with micropores.
패드의 하나 이상의 섹션에 미세 기공을 가진 적합화된 패드를 생산하기 위한 하나의 방법은 적합화된 연마 패드에서 공극률을 변화시키기 위하여 인젝션 몰딩 단계중에 가스를 주입하는 것을 포함하고 있다. 패드내에 가스 성분의 공간적인 분배를 달성하기 위하여 상이한 유동 속도로 상이한 포트로부터 몰드내로 분산되어 분사될 수 있다. 생산된 패드는 상이한 지점에서 포함된 가스의 량이 다르게 될 수 있으며, 따라서 경도 및/또는 밀도의 계획적인 변화가 달성될 수 있다.
One method for producing a conformed pad having micropores in one or more sections of the pad includes injecting a gas during the injection molding step to change porosity in the adapted polishing pad. May be dispersed and injected into the mold from different ports at different flow rates to achieve a spatial distribution of the gaseous components within the pads. The produced pads may be different in amount of gas contained at different points and thus a planned change in hardness and / or density can be achieved.
마이크로셀룰러(Mucell molding)Microcellular (Mucell molding)
이 기술에서는 용액 혼합물을 형성하기 위하여 폴리머 유체가 가스와 혼합된다. 상이한 화학적 성질을 갖는 두개 이상의 용액(즉, 두개의 상이한 폴리머와 같은 상이한 화학적 성질의 출발 재료)을 사용하는 것은 물리적인 특성의 공간적인 변화를 나타내게 된다.
In this technique, a polymer fluid is mixed with a gas to form a solution mixture. Using two or more solutions with different chemical properties (i.e., starting materials of different chemical properties, such as two different polymers) will result in a spatial change in physical properties.
원 쇼트 및 투 쇼트 폴리머 합성 기술One shot and two shot polymer synthesis technology
몰딩 또는 캐스팅 이전에 폴리머가 준비되는 방식은 연마 패드 특성 및 일관성에 대한 영향을 준다. 예를 들면, 폴리우레아 및 폴리우레탄을 형성하기 위한 두가지 공지된 방식이 원 쇼트 및 투 쇼트 기술로 알려져 있다. 원 쇼트 기술에서, 모든 반응 성분(예를 들면, 모노머, 사슬 연장제, 가교제)은 함께 반응될 수 있다. 이러한 방식은 폴리머 제품 특성을 폭넓게 변화시키게 되는 국부적인 반응제의 농도 변화, 국부적으로 불균일한 온도 변화와 같은 인자로 인하여 제어하기 어렵다. 투 쇼트 기술에서, 고분자량 프레폴리머를 형성하기 위하여 이소시아네이트는 첫번째 단계에서 폴리아민 또는 폴리올 사슬 연장제와 미리 반응된다. 그 후에 이러한 기능성 프레폴리머는 폴리우레아 또는 폴리우레탄 형성을 완성하기 위하여 폴리아민 또는 폴리올 경화제 및/또는 사슬 연장제와 또한 반응된다. 이 방식은 더 용이하게 제어되지만 종종 100℃ 정도의 높은 처리 온도를 필요로 한다. 일관성이 높은 재료가 요구될 경우에는, 일관성을 부여할 수 있는 프로세스가 바람직하다.
The manner in which the polymer is prepared prior to molding or casting has an effect on the polishing pad properties and consistency. For example, two known methods for forming polyureas and polyurethanes are known as one shot and two shot techniques. In the one shot technique, all reactive components (e.g., monomers, chain extender, crosslinker) can be reacted together. This approach is difficult to control due to factors such as local variations in the concentration of the reactants and localized non-uniform temperature changes that will widely vary the properties of the polymer product. In the two-shot technique, an isocyanate is pre-reacted with a polyamine or polyol chain extender in the first step to form a high molecular weight prepolymer. This functional prepolymer is then also reacted with a polyamine or polyol curing agent and / or chain extender to complete polyurea or polyurethane formation. This method is more easily controlled, but often requires a higher processing temperature of about 100 ° C. When a material with high consistency is required, a process capable of giving consistency is preferable.
CMP 패드 합성CMP pad synthesis
본 연구에서 CMP 패드에서의 경질 영역의 크기, 밀도 및 종류에 대한 균일성은 최종 제품에서의 폴리우레탄 및 폴리우레아의 적절한 상대 농도의 선택을 통하여 제어될 수 있다. 투 쇼트 기술이 사용될 수 있다. 첫번째 단계에서, 폴리 또는 다이 기능성의 이소시아네이트 프레폴리머가 합성되거나 상업적인 공급자로부터 입수된다. 이소시아네이트 프레폴리머의 분자량의 분포는 패드에서의 경질 영역의 균일한 크기 및 분포를 가능하게 한다. 두번째 단계에서, 약 60 - 80 wt%d의 합성된 또는 상업적으로 입수된 이소시아네이트 프레폴리머는 폴리우레아/폴리우레탄 형성을 완료하기 위하여 약 1 - 15 wt%의 폴리아민 및 폴리올 사슬 연장제의 하나 또는 혼합물 그리고 약 5 -25 wt%의 폴리아민 및 폴리올 경화제의 하나 또는 혼합물과 반응된다. 또한, 두번째 단계에서는 자외선 열화를 방지하기 위하여 약 0.1 - 3 wt%의 안정제가 첨가될 수 있고, 미세 기공을 형성하기 위하여 약 0.1 - 5 wt%의 기공 형성제가 첨가될 수 있고, 소정의 연마 성능을 위하여 약 0.1 - 20 wt%의 고체 윤활제 및 약 0.1 - 10 wt%의 삽입 연마재가 첨가될 수 있다. 일부 경우에, 사슬 연장제로서 사용된 폴리올의 화학적 조성은 이소시아네이트 프레폴리머 합성에 사용된 폴리올과 동일하거나 유사하다.In this study, the uniformity of the size, density and type of hard areas in the CMP pad can be controlled through the selection of appropriate relative concentrations of polyurethane and polyurea in the final product. To-shot technique can be used. In the first step, poly or die functional isocyanate prepolymers are synthesized or obtained from commercial suppliers. The distribution of the molecular weight of the isocyanate prepolymer enables a uniform size and distribution of the hard regions in the pad. In the second step, about 60-80 wt% of the synthesized or commercially available isocyanate prepolymer is reacted with about 1 to 15 wt% of one or more of the polyamine and polyol chain extender to complete the polyurea / polyurethane formation And about 5 -25 wt% of one or a mixture of polyamine and polyol curing agents. In the second step, about 0.1 - 3 wt% stabilizer may be added to prevent ultraviolet deterioration, about 0.1 - 5 wt% of pore-forming agent may be added to form micropores, About 0.1 - 20 wt% of a solid lubricant and about 0.1 - 10 wt% of an insert abrasive may be added. In some cases, the chemical composition of the polyol used as a chain extender is the same or similar to the polyol used in the synthesis of the isocyanate prepolymer.
결과적으로 나노-마이크론 크기 범위에서 경질 영역의 크기, 종류 및 밀도의 균일한 분포가 성취될 수 있다. 개별적인 경질 영역 세그먼트는 각각의 폴리우레탄 및 폴리우레아 형성에서 우레탄 또는 우레아 결합에 대한 구역을 포함하고 있다. 경질 영역은 하나 이상의 개별적인 경질 세그먼트로 구성될 수 있다. 경질 영역의 종류는 경질 영역을 구성하는 우레아 및 우레탄의 상대적인 농도에 의존한다. 경질 영역의 밀도는 계획적인 공정 제어를 이용하여 잘 제어될 수 있다. 예를 들면, 프레폴리머의 길이 및 기능성은 경질 영역의 밀도에 영향을 줄 수 있다. 경질 영역의 크기는 우레아에 대한 우레탄의 상대적인 양에 의해서 지배될 수 있는데, 왜냐하면 우레탄은 단일 수소 결합을 갖고 있는 반면에 우레아는 두개의 수소 결합을 갖고 있으며 우레탄 또는 우레아 결합 주위의 다른 영역과 수소 결합함으로써 더욱 커다란 경질 세그먼트의 블록을 생성할 수 있어 경질 영역의 크기를 증가시키기 때문이다. 경질 영역을 포함하고 있는 개별적인 경질 세그먼트 또는 복수의 세그먼트의 크기는 이소시아네이트 프레폴리머를 합성하기 위하여 사용된 이소시아네이트 모노머의 크기를 조절함으로써 제어될 수 있다. 예를 들면, 커다란 모노머는 커다란 경질 영역 세그먼트를 형성할 수 있고 따라서 커다란 경질 영역 세그먼트의 조합은 더욱 커다란 경질 영역을 생성할 수 있다. 또한, 중합 반응이 일어나는 온도가 경질 영역의 크기 및 밀도에 영향을 줄 수 있다. 더 높은 반응 온도에서는 더욱 작은 영역이 형성될 수 있어 영역의 밀도가 증가하게 되며, 반대의 경우도 가능하다. 앞서 설명한 바와 같이, 경질 영역의 크기 및 밀도의 균일한 분포는 폴리머 성분의 분자량 분포의 엄격한 제어를 통하여 달성될 수 있다. 경질 영역의 크기 및 밀도의 균일한 분포를 달성하기 위하여 반응 용기 및 몰드에서의 온도 분포의 엄격한 제어가 또한 중요한데, 왜냐하면 경질 영역의 크기 및 밀도에 대하여 온도가 영향을 주기 때문이다. 일반적으로, 폴리올과 폴리아민의 비율은 약 20% - 40% 폴리아민과 약 60% - 80% 폴리올 이다. 일반적으로 영역당 경질 사슬 세그먼트의 수는 약 1 내지 20 정도이다. 이와 같은 경질 영역의 크기 및 밀도의 분포는 경계 윤활 영역에서 평탄하고 연장된 스타이벡 곡선을 허용한다. 따라서, 적합화된 연마 기능성을 달성하기 위하여 경질 영역의 밀도 및 크기가 패드의 상이한 영역에 걸쳐 변경될 수 있다. As a result, a uniform distribution of the size, type and density of the hard regions in the nano-micron size range can be achieved. The individual hard segment segments contain zones for urethane or urea linkages in each polyurethane and polyurea formation. The hard regions may be comprised of one or more individual hard segments. The type of hard region depends on the relative concentration of urea and urethane constituting the hard region. The density of the hard areas can be well controlled using planned process control. For example, the length and functionality of the prepolymer can affect the density of the hard region. The size of the rigid region can be governed by the relative amount of urethane relative to urea because urethane has a single hydrogen bond while urea has two hydrogen bonds and hydrogen bonds with other regions around the urethane or urea bond Thereby making it possible to generate a block of a larger hard segment and to increase the size of the hard segment. The size of the individual rigid segments or segments containing the rigid regions can be controlled by adjusting the size of the isocyanate monomer used to synthesize the isocyanate prepolymer. For example, a large monomer can form a large hard segment, and therefore a combination of large hard segments can produce a larger hard segment. In addition, the temperature at which the polymerization takes place can affect the size and density of the hardened region. At higher reaction temperatures, smaller areas can be formed, increasing the density of the areas, and vice versa. As described above, uniform distribution of the size and density of the hard regions can be achieved through strict control of the molecular weight distribution of the polymer components. Strict control of the temperature distribution in the reaction vessel and mold is also important to achieve a uniform distribution of the size and density of the hard regions, since the temperature affects the size and density of the hard regions. Generally, the ratio of polyol to polyamine is about 20% to 40% polyamine and about 60% to 80% polyol. Generally, the number of hard chain segments per region is from about 1 to about 20. This distribution of the size and density of the hard regions allows a flattened and extended Stavey curve in the boundary lubrication region. Thus, the density and size of the rigid region can be varied over different areas of the pad to achieve an adapted abrasive functionality.
경질 영역의 종류, 크기 및 밀도에 있어서의 일관성은 벌크 특성에서의 균일성을 허용한다. 경질 영역의 종류, 크기 및 밀도가 더욱 일관되고 공간적으로 균일할수록 트라이볼러지 특성에서의 일관성이 더욱 높아진다. 예를 들면, 균일하게 교대로 이격된 폴리아민/폴리올의 블록을 사용함으로써 열적 특성이 더욱 양호라게 제어될 수 있는 반면에 랜덤 분포는 가열시에 국부적인 차이를 나타낸다. The consistency in the type, size and density of the hard regions allows uniformity in bulk properties. The more consistent and spatially uniform the type, size and density of the hard regions, the greater the consistency in the tribological properties. For example, the thermal properties can be better controlled by using blocks of uniformly alternating spaced polyamine / polyols, while the random distribution exhibits local differences upon heating.
CMP를 위한 연마 패드는 개별적으로 제조될 수 있다. 패드 제조시에 모든 패드 재료는 두개의 처리군(batch)으로 분할된다. 원료의 첫번째 처리군은 이소시아네이트 프레폴리머, 연마재, 윤활제, 그리고 마이크로벌룬 또는 가스와 같은 기공 형성제를 포함한다. 두번째 처리군은 경화제, 자외선 안정제 그리고 폴리올 및 폴리아민 사슬 연장제의 혼합물을 포함한다. 기공 형성제의 첨가함에 따라 혼합물에 포획될 수 있는 공기를 제거하고 균질성을 달성하기 위하여 먼저 첫번째 처리군이 약 80℉ - 100℉ 사이의 온도 및 진공에서 혼합된다. 그 다음에 첫번째 처리군은 약 120℉ - 200℉ 사이의 필요한 온도까지 가열된다. 두번째 처리군은 대략 실온에서 유지되고 약 15 분 동안 혼합된다. 그 다음에 첫번째 및 두번째 처리군이 정확한 량으로 함께 첨가된다. 패드를 성형하기 위하여 액상 캐스팅이 사용된다. 따라서, 혼합한 후에 약 150℉ - 220℉ 사이의 온도에서 회전하는 몰드의 상부에 재료가 주입된다. 몰드의 온도 균일성은 패드에서의 경질 영역의 종류, 크기 및 밀도의 균일한 분포를 가능하게 하며 트라이볼러지 특성의 균일성을 허용한다. 또한 패드는 이하에 설명되는 압축 원심 주조, 진공 주조 또는 압력 성형 방법에 의해 형성된다.
Polishing pads for CMP can be manufactured individually. In pad manufacturing, all pad materials are divided into two treatment batches. The first group of raw materials includes isocyanate prepolymers, abrasives, lubricants, and pore formers such as microballoons or gases. The second treatment group includes a curing agent, a UV stabilizer and a mixture of polyol and polyamine chain extender. The first treatment group is first mixed at a temperature between about 80 [deg.] F and 100 [deg.] F and a vacuum to remove air that can be trapped in the mixture as the porogen is added and achieve homogeneity. The first treatment group is then heated to the required temperature between about 120 < 0 > F and 200 < 0 > F. The second treatment group is maintained at approximately room temperature and mixed for approximately 15 minutes. The first and second treatment groups are then added together in the correct amounts. Liquid casting is used to form the pad. Thus, after mixing, the material is injected into the top of the rotating mold at a temperature between about 150 [deg.] F and 220 [deg.] F. The temperature uniformity of the mold allows a uniform distribution of the type, size and density of the hard regions in the pad and allows uniformity of tribological properties. The pads are also formed by a compression centrifugal casting, vacuum casting or pressure forming method described below.
압축 원심 주조를 위해, 첫번째 및 두번째 처리군의 혼합물이 몰드에 주입된다. 혼합물은 약 2 내지 3 분 동안 방치되어 반응하게 된다. 그 후에 평탄한 스테인리스 강판에 의해 몰드가 덮혀지고 압축 성형 기계에 놓여진다. 약 200℉ - 300℉ 온도 및 대략 100,000 psig 에서 압축이 실행된다. 약 10분간 압축한 후에 패드는 몰드로부터 분리된다. 그 다음에 패드는 약 100℉ - 200℉ 에서 대략 6 내지 12 시간 동안 경화된다. 압축 성형 기계의 온도 균일성은 패드에서의 경질 영역의 종류, 크기 및 밀도의 균일한 분포를 유지할 수 있게 하며 트라이볼러지 특성에서의 균일성을 허용한다. 예를 들면, 몰드의 외부를 일정한 온도로 유지되는 유체와 접촉하도록 함으로써 균일한 온도가 유지될 수 있다. For compression centrifugal casting, a mixture of the first and second treatment groups is injected into the mold. The mixture is left to react for about 2 to 3 minutes. The mold is then covered by a flat stainless steel plate and placed in a compression molding machine. Compression is performed at a temperature of about 200 ℉ - 300 ℉ and at about 100,000 psig. After compressing for about 10 minutes, the pad is separated from the mold. The pad is then cured at about 100 [deg.] F to 200 [deg.] F for about 6 to 12 hours. The temperature uniformity of the compression molding machine makes it possible to maintain a uniform distribution of the type, size and density of the hard areas in the pad and allows uniformity in tribological properties. For example, a uniform temperature can be maintained by bringing the outside of the mold into contact with a fluid maintained at a constant temperature.
압축 원심 주조는 기공이 타원 형상을 갖도록 한다. 타원 형상의 기공은 연마하는 동안 마이크로 그루브로서 작용할 수 있으며 따라서 더 높은 그루브 밀도를 도입할 필요성을 제거한다. 타원형의 배향은 연마 표면과 동일 평면상에 존재하며 적어도 약 1:2 또는 그 이상의 에스펙트 비를 갖는다. 고르게 분포된 경우, 타원형 기공은 연마 표면에서 주기적인 불연속으로 작용하여 자연적인 미세조직을 생성하는데, 이것은 검사 효율을 향상시킨다(즉, 검사 시간을 감소시킨다). 또한 타원형 기공은 슬러리 저장소로서 작용하는데, 이것은 매우 낮은 슬러리 유동 속도에서 연마하는 동안에 웨이퍼에서의 슬러리 손실을 방지한다. 몇몇 예에서, 구형 기공 구조와 비교하여 40% 이상의 슬러리 사용량 감소의 장점을 갖는다. 또 다른 장점으로서 타원 형상 미세기공은 마찰 계수 및 제거 속도의 안정성을 제공할 수 있다(더욱 높은 제거 속도 및/또는 조절가능한 제거 속도를 유지한다).The compression centrifugal casting has pores having an elliptical shape. Elliptical pores can act as microgrooves during polishing and thus eliminate the need to introduce higher groove densities. The elliptical orientation is coplanar with the polishing surface and has an aspect ratio of at least about 1: 2 or higher. When distributed evenly, elliptical pores act as periodic discontinuities on the polishing surface to create natural microstructures, which improves the efficiency of inspection (i.e., reduces inspection time). The elliptical pores also act as a slurry reservoir, which prevents slurry loss at the wafer during polishing at very low slurry flow rates. In some instances, it has the advantage of a slurry usage reduction of at least 40% as compared to a spherical pore structure. As another advantage, elliptically shaped micropores can provide stability of friction coefficient and removal rate (maintains a higher removal rate and / or an adjustable removal rate).
압력 성형 방법을 위해 첫번째 및 두번째 처리군이 혼합된 후에 즉시 혼합물은 몰드에 주입되고 몰드는 밀폐된 챔버내에 넣어진다. 다음에, 폐쇄된 챔버는 대기압의 대략 3 - 10 배의 압력하에 놓여지며 몰드의 온도는 약 150℉ - 220℉에서 균일하게 유지된다. 이러한 압력으로 패드내에 포획된 공기가 방출되게 한다. 약 2 내지 5 분 후에 압력 챔버는 감압되고 몰드가 꺼내진다. 약 15분 후에 패드는 몰드로부터 분리된다. 그 다음에 패드는 약 100℉ - 200℉에서 대략 6 내지 12 시간 동안 경화된다.After the first and second treatment groups are mixed for the pressure forming method, the mixture is immediately injected into the mold and the mold is placed in the sealed chamber. Next, the enclosed chamber is placed under a pressure of approximately 3 - 10 times the atmospheric pressure and the temperature of the mold is maintained uniformly at about 150 ° F - 220 ° F. This pressure causes the air trapped in the pad to be released. After about 2 to 5 minutes, the pressure chamber is depressurized and the mold is removed. After about 15 minutes the pad is separated from the mold. The pad is then cured at about 100 [deg.] F to 200 [deg.] F for about 6 to 12 hours.
개별적인 CMP 패드의 경화 중에, 약 2 마이크로미터 미만 범위의 표층이 연마 패드의 표면에 형성된다. 이 표층은 CMP 패드를 취급하는 중에 야기되는 손상으로부터 패드 표면을 보호하기 위하여 중요한 것이 될 수 있다. 사용하기 전에 패드를 검사할 필요가 있는데, 검사는 다이아몬드 검사기를 사용하여 실행될 수 있다. 몇몇 경우에 기판의 연마 전에 패드의 효율적인 검사를 위한 표층은 약 2 마이크로미터 미만이다. During curing of the individual CMP pads, a surface layer in the range of less than about 2 micrometers is formed on the surface of the polishing pad. This surface layer may be important to protect the pad surface from damage caused during handling of the CMP pad. The pad needs to be inspected before use, and the inspection can be performed using a diamond tester. In some cases, the surface layer for efficient inspection of the pads prior to polishing of the substrate is less than about 2 micrometers.
패드 제조를 위해 사용되는 일부 재료가 이하에 설명된다. 이 재료들은 몇가지 카테고리로 분류된다. 카테고리는 이소시아네이트 프레폴리머 및 모노머, 폴리올 및 폴리아민 모노머와 사슬 연장제, 경화제(가교제), 안정제, 기공 형성제, 고체 윤활제, 및 연마재를 포함한다.
Some materials used for pad fabrication are described below. These materials fall into several categories. Categories include isocyanate prepolymers and monomers, polyols and polyamine monomers and chain extenders, curing agents (crosslinking agents), stabilizers, pore formers, solid lubricants, and abrasives.
패드의 제조를 위해 사용될 수 있는 이소시아네이트 모노머 및 프레폴리머가 표 1에 기재되어 있다.The isocyanate monomers and prepolymers that can be used for the preparation of the pads are listed in Table 1.
패드의 제조를 위해 사용될 수 있는 폴리올 모노머 및 사슬 연장제가 표 2에 기재되어 있다.The polyol monomers and chain extenders that can be used for the preparation of the pads are described in Table 2.
패드의 제조를 위해 사용될 수 있는 폴리아민 모노머 및 사슬 연장제가 표 3에 기재되어 있다.The polyamine monomer and chain extender, which can be used for the preparation of the pads, are shown in Table 3.
패드의 제조를 위해 사용될 수 있는 경화제가 표 4에 기재되어 있다.The curing agents that can be used for the preparation of the pads are listed in Table 4.
패드의 제조를 위해 사용될 수 있는 안정제가 표 5에 기재되어 있다.Stabilizers that can be used for the preparation of the pads are listed in Table 5.
패드 제조시에 미세기공을 생성하기 위해 사용될 수 있는 기공 형성제가 표 6에 기재되어 있다.Pore formers that can be used to produce micropores in the preparation of the pad are described in Table 6.
패드 제조를 위해 사용될 수 있는 고체 윤활제가 표 7에 기재되어 있다.Solid lubricants that can be used for pad manufacture are listed in Table 7.
패드 제조를 위해 사용될 수 있는 삽입 연마재가 표 8에 기재되어 있다.The insert abrasives that can be used for pad fabrication are listed in Table 8.
패드 제조를 위해 사용될 수 있는 상술한 재료의 가능한 조합의 비제한적인 일부가 표 9(첫번째 수는 상술한 각각의 표에서의 대표적인 화합물의 수이다. 괄호 안의 수는 각각의 재료의 wt%에 해당)에 기재되어 있다.A non-limiting portion of the possible combinations of materials described above that can be used for pad fabrication are shown in Table 9, where the first number is the number of representative compounds in each of the above tables, the number in parentheses corresponds to wt% ).
Ⅱ. 제어된 다공성 패드Ⅱ. Controlled porous pad
앞서 설명한 바와 같이, 반도체 웨이퍼의 공정에서 CMP의 성능에 영향을 주는 예시적인 특성의 하나는 공극률이다. 공극률의 제어는 폴리머 재료내의 기공 형성제의 분포를 세심하게 조절 및 제조 과정 중에 온도의 균일성을 세심하게 조절함으로써 달성될 수 있다. 패드 공극률의 조절 실패, 즉 패드 내에서의 기공의 크기, 밀도 및 분포를 조절함에 있어서의 실패는 슬러리 운반, 연마재 분배와 같은 인자에 영향을 줄 수 있으며, 그에 따라 제거 속도(RR)와 같은 CMP 패드의 성능 및 웨이퍼 내의 불균일의 수에 영향을 줄 수 있다. 추가적으로, 공극률을 제어하지 않고 제조된 패드는 또한 연마 표면을 가로질러 불균일한 전단력을 나타내며 따라서 전체 처리 범위에 걸쳐서 불균일한 마찰 계수를 나타내는 것으로 확인되었다. 전단력의 불균일은 평탄화 효율에 영향을 미치며 제품 수율에서의 감소로 이어지는 기판상의 결함을 도입할 수 있다. As described above, one of the exemplary characteristics that affect the performance of CMP in the process of semiconductor wafers is porosity. Control of porosity can be achieved by carefully controlling the distribution of pore-forming agents in the polymeric material and by carefully controlling the uniformity of the temperature during the manufacturing process. Failure to control pad porosity, i.e., failure to control the size, density, and distribution of pores in the pad can affect factors such as slurry delivery and abrasive dispensing, thereby increasing the removal rate (RR) The performance of the pad and the number of variations in the wafer. Additionally, the pads produced without controlling porosity also showed uneven shear forces across the polishing surface and thus were found to exhibit non-uniform coefficient of friction over the entire treatment range. Unevenness in the shear force can introduce defects on the substrate that affect the planarization efficiency and lead to a reduction in product yield.
여기에서 설명되는 적합화된 다양한 연마 패드는 공극률, 즉 기공 크기, 기공 밀도 및 공극률의 분포와 관련하여 패드에 형성되는 공극률이 균일하도록 제조된다. 도 6은 매트릭스에 균일한 기공 크기, 기공 밀도 및 분포를 생성하기 위하여 어떻게 기공 형성 물질 또는 기공 형성제가 사용될 수 있는지를 개략적으로 도시하고 있다. 이러한 예에서, 기공 형성 물질 또는 기공 형성제는 온도 또는 압력과 같은 상이한 외부 조건하에서 상이한 성질을 갖는다. 처음에, 기공 형성 물질 또는 기공 형성제가 매트릭스에 첨가되고, 다음에 균일하게 열을 가함으로써 기공 형성 물질 또는 기공 형성제가 소정 기공 크기로 확장될 수 있다. 기공의 분포 및 밀도는 매트릭스에 첨가되는 기공 형성 물질 또는 기공 형성제의 양에 의해서 조절될 수 있으며, 여기에서 매트릭스는 폴리머이다.A variety of adapted polishing pads described herein are fabricated to have a uniform porosity in the pad in relation to porosity, i.e., the distribution of pore size, pore density, and porosity. Figure 6 schematically shows how a pore-forming material or pore-former can be used to produce a uniform pore size, pore density, and distribution in a matrix. In this example, the pore-forming material or pore-former has different properties under different external conditions such as temperature or pressure. Initially, a pore-forming material or pore-former may be added to the matrix, and then the pore-forming material or pore-former may be expanded to a predetermined pore size by applying heat uniformly. The distribution and density of the pores can be controlled by the amount of pore-forming material or porogen that is added to the matrix, wherein the matrix is a polymer.
적합화된 연마 패드의 일부 변경예에서 기공 크기 범위는 약 20 ㎚ 내지 약 80 ㎛이고, 적합화된 연마 패드의 다른 변경예에서 기공 크기 범위는 약 50 ㎚ 내지 약 15 ㎛이고, 적합화된 연마 패드의 또 다른 변경예에서 약 100 ㎚ 내지 약 10 ㎛ 사이의 크기가 될 수 있다. 적합화된 연마 패드의 기공 밀도 변경은 캐스팅 또는 몰딩 전에 폴리머에 첨가되는 기공 형성 물질 또는 기공 형성제의 농도에 의해 결정된다. 연마 패드가 전체 패드의 약 1% 내지 약 20% 사이의 기공 밀도를 갖도록 기공 밀도가 변경될 수 있게 계획되었다. In some variations of the adapted polishing pad, the pore size range is from about 20 nm to about 80 microns, and in other variations of the adapted polishing pad, the pore size range is from about 50 nm to about 15 microns, In another variation of the pad, the size may be between about 100 nm and about 10 [mu] m. The porosity density modification of the adapted polishing pad is determined by the concentration of pore-forming material or porogen that is added to the polymer prior to casting or molding. It is contemplated that the pore density can be varied such that the polishing pad has a pore density between about 1% and about 20% of the total pad.
다양한 재료가 제조하는 동안 폴리머 매트릭스내에서 제어된 방식으로 기공을 형성하기 위해 유용한 것이 될 수 있다. 일부 예시적인 재료는 이하에 설명되는 폼 형성제, 화학적인 발포제, 초임계 유체, 블록 코폴리머, 미셀, 포로겐 재료를 포함한다.
Various materials can be useful for forming pores in a controlled manner within the polymer matrix during manufacture. Some exemplary materials include foam formers, chemical foams, supercritical fluids, block copolymers, micelles, and porogen materials described below.
A. 폴리머 중공형의 미세 성분(microballon)
A. Polymer A hollow microballoon (microballon)
폴리머 중공형의 미세 성분 재료는 일반적으로 폴리머로 만들어진 10 내지 100 ㎛ 크기 범위의 구형 볼이다. 예를 들면, 구형 캡슐내에 들어간 이소부탄 가스와 같은 가스를 갖고 있는 Expancel, PVDF, 페놀 수지, 및 규산염과 지르콘산염과 같은 무기질 재료가 사용될 수 있다. 성형하기 전에 폴리머 용체에 이러한 재료가 첨가될 때, 열의 제어를 통하여 그 안의 가스가 소정의 크기로 팽창한다. 이러한 중공형의 미세 성분은 팽창된 형태 및 팽창되지 않은 형태 모두 이용가능하며 패드 형성을 위해서는 이러한 형태 중의 하나가 사용될 수 있다. 팽창된 형태에서, 중공형의 미세 성분은 미리 팽창되며 실제적인 폴리머 처리 과정 동안에 크기 변화를 일으키지 않는다. 팽창되지 않은 형태에서, 중공형의 미세 성분은 패드 제고 과정 동안에 팽창한다. 이러한 마이크로벌룬 재료를 사용하여 다량의 기공 크기의 제어가 이루어진다. 기공 밀도는 첨가된 마이크로벌룬의 양에 의해서 제어된다.
The polymeric hollow-component microcomponent material is a spherical ball generally ranging in size from 10 to 100 micrometers made of polymer. For example, inorganic materials such as Expancel, PVDF, phenolic resin, and silicate and zirconate having a gas such as isobutane gas contained in a spherical capsule may be used. When this material is added to the polymer body before molding, the gas inside it expands to a predetermined size through the control of the heat. These hollow microcomponents are available in both expanded and unexpanded forms and one of these forms may be used for pad formation. In the expanded form, the hollow micro-component is pre-expanded and does not cause a change in size during the actual polymer processing. In the unexpanded form, the hollow micro-component expands during the pad elevation process. A large amount of pore size is controlled by using such a microballoon material. The pore density is controlled by the amount of microballoons added.
B. 화학적인 발포제
B. Chemical foaming agent
예를 들면 Hydrocerol, 가열시 이산화탄소를 발생시키는 탄산수소나트륨, 질소 가스를 생성하게 되는 아조디가보나미드 및 옥시비스벤젠술포닐히드라지드 같은 복합염의 화학적인 발포제가 폴리머 처리군내에 첨가될 수 있다. 폴리머를 가열할 때 이들 화학적인 발포제는 성형된 부분에 기공을 형성하게 되는 가스를 제공하도록 분해된다. 발포제의 또 다른 예는 폴리머의 성형후에 용매를 사용하여 용해될 수 있는 고체를 포함한다.
For example, hydrocarbons, sodium hydrogencarbonate, which generates carbon dioxide during heating, and chemical blowing agents such as azo diboronide and oxybisbenzenesulfonyl hydrazide, which produce nitrogen gas, can be added to the polymer treated group. When heating the polymer, these chemical blowing agents decompose to provide a gas that will form pores in the molded part. Another example of a blowing agent includes a solid that can be dissolved using a solvent after molding of the polymer.
C. 초임계 유체C. Supercritical Fluids
Mucell 방식에서 단일상 용액을 생성하기 위하여 폴리머 피드 내에 초임계 유체가 용해된다. 일단 폴리머 피드가 몰드내에서 냉각되도록 허용되면 가스는 0.1 내지 10 ㎛ 크기 범위의 미세 기포를 형성한다.
In the Mucell method, supercritical fluid is dissolved in the polymer feed to produce a single-phase solution. Once the polymer feed is allowed to cool in the mold, the gas forms microbubbles in the size range of 0.1 to 10 mu m.
D. 미셀D. Micelles
미셀 구조가 폴리머 피드 스트림내에 도입될 수 있다. 그 다음에 미셀(액체 또는 고체)은 헥산과 같은 미셀에 대하여 선택적으로 용해가능한 용매를 사용하는 선택적인 용해성을 이용하여 용해될 수 있으며, 폴리머 매트릭스내에 다공성 구역을 남긴다. 예를 들면 도데실포스포콜린, C16SO3Na 같은 재료가 폴리머내에 미셀을 도입하기 위하여 사용될 수 있다.
The micelle structure can be introduced into the polymer feed stream. The micelles (liquid or solid) can then be dissolved using selective solubility using a selectively soluble solvent for the micelle, such as hexane, leaving a porous zone within the polymer matrix. Materials such as dodecylphosphocholine, C 16 SO 3 Na can be used to introduce micelles into the polymer.
E. 포로겐 재료E. Porogen materials
폴리머 매트릭스에 기공을 생성하기 위하여 포로겐 재료가 사용될 수 있다. 포로겐 재료는 예를 들면 낮은 분해 온도를 갖는 폴리스티렌과 같은 또 다른 폴리머로 만들어진다. 폴리우레탄 매트릭스에 소정량의 포로겐 재료가 첨가되고 패드가 형성된 후에, 포로겐 재료는 전체 패드의 열처리에 의해서 제거될 수 있다.
Porogen materials can be used to produce pores in the polymer matrix. The porogen material is made of another polymer, for example polystyrene with a low decomposition temperature. After a predetermined amount of porogen material is added to the polyurethane matrix and the pad is formed, the porogen material can be removed by heat treatment of the entire pad.
Ⅲ. 기능적으로 등급화된 패드Ⅲ. Functionally graded pads
여기에서 설명되는 적합화된 연마 패드는 기능적으로 등급화된 연마 패드이다. 이러한 패드는 하나로 되어 있고 실질적으로 평탄하며 그리고 상이한 물리적인 특성을 갖는 적어도 두개의 영역을 포함하고 있는, 기판을 연마하기 위한 연마 표면을 가진 적합화된 연마 패드로 구성된다. 적어도 두개의 영역은 폴리머 구성요소의 혼합물로 형성되는 경계 또는 불연속적인 경계를 가질 수 있다. 적어도 두개의 영역은 각각 조성이 상이한 폴리머 재료를 포함하고 있으며 그 영역 사이의 구역은 조성이 상이한 폴리머 재료의 혼합물을 포함할 수 있다.The adapted polishing pad described herein is a functionally graded polishing pad. These pads consist of a conformal polishing pad with a polishing surface for polishing the substrate, which is one, substantially planar, and includes at least two regions having different physical properties. At least two regions may have boundaries or discontinuous boundaries formed by a mixture of polymeric components. The at least two regions each comprise a polymeric material having a different composition and the region between the regions may comprise a mixture of polymeric materials of different compositions.
도 7에는 각각의 영역에 대해 하나씩 상이한 두개의 폴리머 조성이 사용되는 반경방향으로 대칭인 두 구역의 등급화된 패드가 개략적으로 도시되어 있으며, 패드의 제1 외부 환형상 링은 원심 액체 캐스팅 방식을 이용하여 형성된다. 그 다음에 패드 링의 중심은 제2 폴리머 재료로 채워진다. 두개의 상이한 재료가 사용되므로 패드에는 상이한 물리적인 성질을 갖는 두개의 다른 영역 또는 구역이 존재하게 된다. 두개의 재료 사이 계면에서의 적절한 결합은 서로에 대하여 융화될 수 있는 재료의 선택을 요구한다. Figure 7 schematically shows two radially symmetrical graded pads in which two different polymer compositions, one for each region, are used, the first outer annular ring of the pad is of the centrifugal liquid casting type . The center of the pad ring is then filled with a second polymeric material. Since two different materials are used, there are two different regions or regions of the pad that have different physical properties. Proper bonding at the interface between the two materials requires a selection of materials that can be compatibilized with respect to each other.
기능적으로 등급화하는 것에 추가하여, 기능적으로 등급화된 패드의 변경으로 상이한 폴리머 구역에 동일하거나 상이한 기공 크기 및 밀도를 갖게 할 수 있다. 도 8a는 짧은 사슬 프레폴리머로 구성된 경질 내부 구역 및 긴 사슬 프레폴리머로 구성된 연질 외부 구역을 가지고 있는 기능적으로 등급화된 패드의 개략도이다. 도 8b는 동일한 기공 밀도를 갖고 상이한 구역에 형성될 수 있는 상이한 크기의 기공을 도시하는 개략도이다. 도 8c는 상이한 기공 밀도를 갖고 상이한 구역에 형성될 수 있는 동일한 크기의 기공을 도시하는 개략도이다. 적어도 두개의 구역은 조성이 상이한 폴리머 재료를 각각 포함할 수 있다. 외부 가장자리에 의해 연마되는 구역에서 높은 제거 속도를 야기하기 위하여 연마 헤드(유지링)가 연마 패드의 내부 구역에 가해지는 압력보다 외부 구역에 더 큰 압력을 가하는 경우, 내부 층을 외부 층보다 더욱 경질이 되도록 하는 것이 유리할 수 있다. 불균일한 압력 분배에 대하여 보상하는 이 방법에 의해서 가장자리 수율 손실의 감소 및 패턴 밀도 영향의 최소화가 달성될 수 있다. 폴리머 재료의 기능적인 등급화는 기계적 성질(경도, 압축성, 기공 크기 및 기공 분포)의 등급화로 인도될 수 있으며 압력 분배의 불균일을 동일하게 하기 위하여 사용될 수 있다. In addition to functional grading, changes in functionally graded pads can have the same or different pore sizes and densities in different polymer zones. 8A is a schematic view of a functionally graded pad having a rigid inner zone consisting of a short chain prepolymer and a soft outer zone comprised of a long chain prepolymer. Figure 8b is a schematic diagram showing pores of different sizes that can be formed in different zones with the same pore density. Figure 8c is a schematic diagram showing pores of the same size that can be formed in different zones with different pore densities. The at least two zones may each comprise a polymeric material of different composition. If the polishing head (retaining ring) exerts a greater pressure on the outer zone than the pressure exerted on the inner zone of the polishing pad in order to cause a high removal rate in the zone abraded by the outer edge, Lt; / RTI > This method of compensating for uneven pressure distribution can achieve a reduction in edge yield loss and a minimization of pattern density effects. The functional grading of polymeric materials can be guided by the grading of mechanical properties (hardness, compressibility, pore size and pore distribution) and can be used to equalize the unevenness of pressure distribution.
도 9는 타원(202, 204, 206) 및 깃발 형상(208)과 같은 종류의 선택된 구역을 갖는 일정하지 않은 패턴의 세트가 연마 패드(200)에 기능적으로 등급화되는 방식을 이용하여 만들어질 수 있는 더욱 복잡한 패턴을 개략적으로 도시하고 있다. 각각의 표시된 구역에서, 개별적인 폴리머는 각가 상술한 종류의 상이한 폴리머 또는 적어도 두개의 상이한 폴리머가 될 수 있다. 마찬가지로, 이러한 패턴은 적절한 몰드 형상을 이용하여 성취될 수 있다. 9 can be made using a manner in which a set of irregular patterns with selected areas of the type such as ellipses 202,204, 206 and flag shapes 208 are functionally graded on the
도 10은 기능적으로 등급화되어 적합화된 연마 패드의 예에 대한 개략도이며, 이 패드는 연속적으로 등급화된 패드이며 제1 폴리머가 몰드의 외부 둘레(212)로부터 주입되는 동시에 제2 폴리머 재료가 중심(214)으로부터 주입되는 제조 방식을 이용하여 만들어진다. Figure 10 is a schematic diagram of an example of a functionally graded and adapted polishing pad that is a continuously graded pad wherein a first polymer is injected from the
등급화된 패드는 패드의 상이한 구역에서 복원 계수에 대하여 상이한 값을 제공하기 위하여 선택된 폴리머 및/또는 조성을 가질 수 있다. 더욱 균일한 웨이퍼 연마를 제공하기 위하여 원형상 패드의 연마 표면의 외부 링 또는 외부 환형상부는 패드의 내부보다 더 높은 복원 계수를 가질 수 있다. 외부 환형상부는 패드의 내부 부분에 대한 제제와 비교하여 경화제의 양을 증가 및/또는 폴리머 제제의 화학적인 조성을 변화(예를 들면, 외부 환형상부를 형성할 때 경화제의 종류를 변화)시키는 것에 의해서 형성될 수 있는데, 이에 대해서는 후술한다. 이 방식에서, 연마 표면의 경도는 실질적으로 또는 본질적으로 바뀌지 않을 상태로 유지될 수 있지만, 패드는 향상된 평탄도 및/또는 패드가 작동할 때 웨이퍼로부터의 향상된 디바이스 수율을 제공할 수 있다. 복원 계수는 바쇼어 리바운드 %(Bashore Rebound %)를 이용한 측정에 의해서 평가될 수 있으며, 연마 패드의 바쇼어 리바운드는 본 발명의 패드에 대해서 약 0.05 - 0.6 정도가 될 수 있다. 복원 계수의 또 다른 평가는 대략 158℉(70℃) 및 22 시간 동안의 압축 설정 테스트를 이용하여 실행될 수 있다. 또한, 본 발명의 패드에 대한 압축 설정 테스트로부터 얻은 값은 약 0.05 - 0.6 사이이다.The graded pad may have a selected polymer and / or composition to provide different values for the restitution factor in different regions of the pad. The outer ring or outer annular portion of the polishing surface of the circular pad may have a higher restitution factor than the interior of the pad to provide more uniform wafer polishing. The outer annular top may be formed by increasing the amount of hardener and / or by changing the chemical composition of the polymer formulation (e.g., changing the type of hardener when forming the outer annular top) compared to the formulation for the inner portion of the pad Which will be described later. In this manner, the hardness of the polishing surface may remain substantially or essentially unchanged, but the pad may provide improved flatness and / or improved device yield from the wafer when the pad is operating. The restoration factor can be estimated by measurement using Bashore Rebound% and the Bashore rebound of the polishing pad can be about 0.05 - 0.6 for the pad of the present invention. Another evaluation of the restitution factor can be performed using a compression set test at approximately 158 DEG F (70 DEG C) and 22 hours. Also, the value obtained from the compression set test for the pad of the present invention is between about 0.05 and 0.6.
마찬가지로, 등급화된 패드는 패드의 상이한 구역에서 압축성에 대한 상이한 값을 제공하도록 선택된 폴리머 및/또는 제제를 가질 수 있다. 더욱 균일한 웨이퍼 연마를 제공하기 위하여, 원형상 패드의 연마면의 외부 환형상부 또는 외부 링은 패드의 내부 부분보다 더 높은 압축성을 가질 수 있다. 외부 환형상부는 패드의 내부 부분에 대한 제제와 비교하여 경화제의 양을 증가 및/또는 폴리머 제제의 화학적인 조성을 변화(예를 들면, 외부 환형상부를 형성할 때 경화제의 종류를 변화)시키는 것에 의해서 형성될 수 있다. 또한 이 방식에서, 연마 표면의 경도는 실질적으로 또는 본질적으로 바뀌지 않을 상태로 유지될 수 있지만, 패드는 향상된 평탄도 및/또는 패드가 작동할 때 웨이퍼로부터의 향상된 디바이스 수율을 제공할 수 있다. 압축성은 체적 탄성율의 역수로서 정의된다. 체적 탄성율은 단위 체적 변화를 일으키기 위하여 필요한 압력의 크기로 정의된다. Likewise, graded pads may have selected polymers and / or formulations to provide different values for compressibility in different regions of the pad. To provide a more uniform wafer polishing, the outer annular top or outer ring of the polishing surface of the circular pad may have a higher compressibility than the inner portion of the pad. The outer annular top may be formed by increasing the amount of hardener and / or by changing the chemical composition of the polymer formulation (e.g., changing the type of hardener when forming the outer annular top) compared to the formulation for the inner portion of the pad . Also in this manner, the hardness of the polishing surface may remain substantially or essentially unchanged, but the pad may provide improved flatness and / or improved device yield from the wafer when the pad is operating. Compressibility is defined as the reciprocal of the bulk modulus. Volume elastic modulus is defined as the magnitude of the pressure required to cause a unit volume change.
상술한 바와 같이 등급화된 패드에서 특성은 예를 들면 패드의 회전 축선으로부터 패의 반경을 가로질러 변화되며, 종종 하나의 값을 갖도록 형성된 패드의 체적 또는 연마 표면의 내부 표면적의 적어도 약 75% 그리고 제2 값을 갖는 패드의 체적 또는 연마 표면의 표면적의 나머지 양을 갖는다. 이하의 이론으로 제한되는 것을 아니지만, 예를 들면 벨트 연마 패드의 외부 가장자리 또는 원형상 패드의 외부 둘레가 예를 들어 장비 진동, 가장자리 효과, 더욱 큰 토크로부터의 운동에 더 민감하며, 등급화는 패드의 표면을 따라 작용하는 동일하지 않은 힘을 조정한다.
In graded pads as described above, for example, the properties vary across the radius of the paddle from the axis of rotation of the pad and are often at least about 75% of the volume of the pad formed or the internal surface area of the polishing surface, The volume of the pad having the second value or the remaining amount of the surface area of the polishing surface. For example, the outer edge of the belt polishing pad or the outer perimeter of the circular pad is more sensitive to movement from, for example, equipment vibrations, edge effects, and greater torques, Lt; RTI ID = 0.0 > a < / RTI >
Ⅳ. 낮은 전단력의 일체형 패드IV. Low-shear integral pad
적합화된 또 다른 연마 패드는 낮은 전단력의 일체형 패드이다. 적합화된 낮은 전단력의 연마 패드는 두개의 층 사이의 인터페이스가 패드/기판 경계에서의 마찰 계수를 감소시키기 위하여 응력 싱크(stress sink)로서 작용하도록 적어도 두개의 재료로 만들어진 복수층 또는 일체형 패드이다. 인터페이스 양쪽의 재료는 동일하거나 또는 상이할 수 있다. 재료의 층이 한번에 하나씩 주입되는 것을 제외하고, 인터페이스는 앞서 설명한 제조 방법을 이용하여 형성된다. 재료의 제1 층을 주입한 후에, 제2 층이 주입되기 전에 0.5 내지 2 분동안 재료가 경화되게 한다. 마지막 층이 주입된 후에 전체 패드는 앞서 설명한 바와 같이 압축, 진공 성형 또는 압력 성형된다. Another suitable polishing pad is a low shear integral pad. The adapted low shear abrasive pad is a multi-layer or integral pad made of at least two materials so that the interface between the two layers acts as a stress sink to reduce the coefficient of friction at the pad / substrate interface. The materials on both sides of the interface may be the same or different. Except that layers of material are injected one at a time, the interface is formed using the manufacturing method described above. After implanting the first layer of material, the material is allowed to cure for 0.5 to 2 minutes before the second layer is implanted. After the last layer is injected, the entire pad is compressed, vacuum formed or pressure molded as described above.
복수층을 가진 패드는 단일 구성이 될 수 있으며 복수층은 일체형 인터페이스를 통하여 서로 공유 결합되거나, 또는 패드는 미리 경화된 층을 서로 압착하거나 부착함으로써 형성될 수 있다. 여기에서 설명되는 많은 패드는 단일체이며 따라서 층이 서로 공유 결합되는 것을 통한 일체형 인터페이스를 가지고 있다. 단일 패드는 화학적 기계적인 연마기의 플래튼에 경화된 패드를 부착하기 위한 양면 테이프처럼 패드에 추가되는 추가적인 층을 가질 수 있으며, 이와 같은 추가적인 층은 사용시 패드의 성능 특성에 현저한 영향을 부가하지는 않는다. The pads having a plurality of layers may be of a single configuration and the plurality of layers may be covalently bonded to each other through an integrated interface, or the pads may be formed by squeezing or attaching pre-cured layers to each other. Many of the pads described herein are monolithic and thus have an integrated interface through which layers are covalently bonded to one another. The single pad may have additional layers added to the pad, such as a double-sided tape to attach the hardened pad to the platen of the chemical mechanical polishing machine, and such additional layer does not add significant impact to the performance characteristics of the pad in use.
도 11A는 층(102, 104)과 인터페이스(103)를 갖고 있는 두 층의 적합화된 낮은 전단 응력 패드(100)의 개략도이다. 하나의 인터페이스를 구비한 일체형 패드는 두개의 층을 가지고 있고, 두개의 인터페이스를 구비한 패드는 3개의 층을 가지고 있으며, N개 층의 패드는 N-1개의 인터페이스를 갖는다.11A is a schematic diagram of a two-layer, adapted low
이것은 도 11B에 도시된 패드에서 명확하게 알 수 있다. 이러한 예시적인 패드(300)에는 5개의 재료 층(302, 304, 306, 308, 310) 및 4개의 인터페이스(305, 305, 307, 309)가 있다. 재료 층(302, 304, 306, 308, 310)은 동일한 또는 상이한 재료로 만들어질 수 있고 공극률 및 등급과 같은 물리적 성질 및 특성이 동일하거나 또는 상이할 수 있다. 4개의 인터페이스(305, 305, 307, 309)가 형성되어 응력 싱크로서 작용하며 이에 의해 전단력 및 마찰 계수를 효과적으로 낮춘다. This can be clearly seen in the pad shown in FIG. 11B. This
응력 싱크로서 작용하는 인터페이스의 이러한 효과는 도 12에 개략적으로 도시되어 있다. 개략적인 것(100)에서, 패드/기판 경계(104)에서의 전단력(S)은 기판(102)에 가해진 법선력(N)에 직교하는데, 왜냐하면 단일층 패드(106)에서는 응력 싱크로서 작용하도록 선택된 인터페이스가 존재하지 않기 때문이다. 개략적인 것(300)에서, 연마 기판(302), 층(306, 308)을 갖고 있는 패드는 인터페이스(307)를 구비하고 있는 것으로 설계된 경우에 전단력(S2)은 패드 층(308, 308) 사이의 인터페이스(307)에서 나타난다. 낮은 전단력의 일체형 패드(306, 308)의 인터페이스(307)에서의 전단력(S2)으로 인하여, 패드/기판 인터페이스(304)에서의 전단력(S1)이 감소하므로 S1은 S보다 상당히 작다.
This effect of the interface acting as a stress sink is schematically shown in Fig. In
Ⅴ. 서브표면 처리된 패드(Subsurface Engineered Pads)Ⅴ. Subsurface Engineered Pads
또 다른 적합화된 연마 패드는 서브표면 처리된 패드이다. 여기에서 설명되는 다양한 서브표면 처리된 패드는 연마 표면으로부터 적어도 약 1%의 패드 깊이내에 고체 윤활제의 분산과 결합하여 폴리머 패드내에 설계되는 구조적인 특성의 조합을 통하여 부여된 특성을 가지고 있다. 폴리머 매트릭스에 분산된 고체 윤활제를 구비한 패드의 사용은 제거 속도의 희생없이 마찰 계수를 효과적으로 최소화한다. 고체 윤활제는 상대적인 이동시에 손상되지 않도록 보호하기 위하여 그리고 마찰 및 마모를 감소시키기 위하여 사용되는 파우더 또는 박막과 같은 재료이다. 고체 윤활제의 몇몇 바람직한 특성은 열적으로 안정하고, 화학적으로 불활성이며, 비활성이고 역학적으로 안정하면서도 모스 경도 약 5를 초과하지 않는 경도를 갖고 있다는 것이다. 이러한 기준을 충족하는 고체 윤활제는 일반적으로 높은 하중 및 속도에서의 더욱 우수한 효과, 열화에 대한 높은 저항성 그리고 극단적인 온도, 압력, 방사선 및 다른 반응성 환경에서의 높은 안정성으로 인하여 다른 종류의 윤활제를 능가하는 장점을 가지고 있다. 무기질 고체, 폴리머, 연성 금속, 복합 재료를 포함하는 고체 윤활제의 많은 부류가 있다. 또한, 서브표면 처리된 패드는 앞서 설명한 기능적으로 등급화된 패드, 공극률 제어된 패드 및 낮은 전단력 패드와 조합하여 사용될 수 있다.Another suitable polishing pad is a sub-surface treated pad. The various sub-surface treated pads described herein have properties imparted through a combination of structural characteristics designed within the polymer pad in combination with a dispersion of the solid lubricant within the pad depth of at least about 1% from the polishing surface. The use of a pad with a solid lubricant dispersed in a polymer matrix effectively minimizes the coefficient of friction without sacrificing removal rate. Solid lubricants are materials such as powders or foils used to protect against damage during relative movement and to reduce friction and wear. Some desirable properties of solid lubricants are that they are thermally stable, chemically inert, inert, mechanically stable, and hardness not exceeding about 5 Moh's. Solid lubricants meeting these criteria generally have better performance at high loads and speeds, higher resistance to degradation, and higher stability over extreme temperatures, pressures, radiation, and other reactive environments, It has advantages. There are many classes of solid lubricants including inorganic solids, polymers, soft metals, composites. In addition, the sub-surface treated pads can be used in combination with the functionally graded pads, porosity controlled pads, and low shear force pads described above.
상술한 고체 윤활제의 일반적인 특성에 추가하여, 이 패드에 사용하기 위해 의도된 고체 윤활제는 약 0.001 내지 약 0.5 사이의 마찰 계수 및 약 10 ㎚ 내지 약 50 ㎛ 사이의 입자 크기를 가지고 있다. 게다가, 연마 표면으로부터 패드 깊이의 적어도 약 1% 내에 적어도 하나의 고체 윤활제를 갖고 있는 다양하게 적합화된 많은 패드가 제조될 수 있다. 단일 윤활제 대신에 윤활제의 조합이 사용될 수 있다.In addition to the general properties of the solid lubricants described above, the solid lubricants contemplated for use in the pads have a coefficient of friction between about 0.001 and about 0.5 and a particle size between about 10 nm and about 50 micrometers. In addition, many differently adapted pads having at least one solid lubricant within at least about 1% of the depth of the pad from the polishing surface can be made. A combination of lubricants may be used instead of a single lubricant.
상술한 바람직한 특성을 갖는 무기질 고체 윤활제의 예는 그라파이트, 그라파이트 플루오라이드, 니오브 설파이드, 탄탈 설파이드, 몰리브덴 설파이드, 텅스텐 설파이드, 마그네슘 실리케이트 하드록사이드, 헥사고날 보론 나이트라이드, 세륨 플루오라이드와 같은 층상형 고체를 포함한다. 이와 같은 층상형 고체는 시트 형태로 층을 이루는 결정질 고체이며, 슬립면은 시트 사이에서 나타난다. 고체 윤활제로 적합한 또 다른 무기질 고체는 칼슘 플루오라이드, 바륨 플루오라이드, 리드 옥사이드 및 리드 설파이드를 포함한다. 비록 구조적으로 층상형은 아니지만, 이러한 고체 윤활제는 분자 수준에서 서로를 따라 쉽게 미끄러지는 표면을 가지고 있으며, 이에 의해 거시적인 수준에서 윤활성을 나타낸다. Examples of inorganic solid lubricants having the above-mentioned desirable characteristics include layered solid such as graphite, graphite fluoride, niobium sulfide, tantalum sulfide, molybdenum sulfide, tungsten sulfide, magnesium silicate hardoxides, hexagonal boron nitride, cerium fluoride . Such a layered solid is a crystalline solid layered in sheet form, and the slip surface appears between the sheets. Other inorganic solids suitable as solid lubricants include calcium fluoride, barium fluoride, lead oxide and lead sulfide. Although not structurally layered, these solid lubricants have a surface that easily slides along each other at the molecular level, thereby exhibiting lubricity at the macroscopic level.
폴리머 고체 윤활제의 예는 1) PTFE 및 관련된 일원들과 같은 폴리할로켄화 하이드로카본, 2) 나일론 6,6 및 관련된 일원들과 같은 폴리아미드, 3) PEK(폴리에테르케톤), PEEK(폴리에테르에테르케톤), PEKK(폴리에테르케톤케톤), 및 PEKEKK(폴리에테프케톤에테르케톤케톤)과 같은 폴리아릴케톤, 4) PBZ(poly(p-borazylene)) 또는 PVZ(poly(p-vinyleneborazylene))과 같은 보론 나이트라이드 폴리머를 포함한다. 이러한 폴리머 고체 윤활제는 대체로 낮은 표면 에너지를 가지고 있고, 응집되지 않은 분산물과 같이 안정하며, 낮은 마찰 계수를 가지고 있으며, 열적 그리고 화학적으로 안정하다. 예를 들면, PTFE는 약 0.04의 실질적으로 작은 정적 및 동적 마찰 계수을 가지고 있고, 화학적으로 불활성으로 알려져 있으며, 약 260℃까지 안정하ㄷ. 무기질 고체 윤할제의 플루오르화 칼슘처럼 폴리머 고체 윤활제는 서로 용이하게 미끄러지는 표면을 갖고 있다.Examples of polymeric solid lubricants are: 1) polyhalogenated hydrocarbons such as PTFE and related members, 2) polyamides such as
사용하도록 계획된 다른 고체 윤활제는 윤활을 위해 유용한 나노구형, 나노튜브, 또는 다른 나노 입자 구조로 형성되는 적절한 특성을 갖는 다양한 재료를 포함한다. 일예로 이러한 카본의 나노구형은 벅민스터플러린 또는 "버키볼"로 알려져 있다. 예를 들면 몰리브덴 설파이드, 텅스텐 설파이드과 같은 무기물, 또는 PTFE 또는 보론 나이트라이드 폴리머와 같은 폴리머 재료와 같은 다양한 고체 윤활제 재료가 고체 윤활제로서 유용한 나노구조로 만들어질 수 있다. 이러한 구조는 일반적으로 나노기공을 가지고 있기 때문에, 다양한 성질의 고체 윤활제를 생성하는 다른 고체 또는 액체 윤활제를 포함할 수 있다. 부가적으로, 폴리머 및 코폴리머의 폴리머, 혼합물, 네트워크, 복합물, 융합물로 만들어진 고체 윤활제 뿐만 아니라 무기질 및 폴리머 고체 윤활제로 만들어진 복합물 및 융합물이 또한 가능하다.Other solid lubricants contemplated for use include various materials having suitable properties formed into nanospheres, nanotubes, or other nanoparticle structures useful for lubrication. For example, these nanoparticles of carbon are known as buckminster florin or "buckyball". Various solid lubricant materials, such as, for example, molybdenum sulfide, inorganic materials such as tungsten sulfide, or polymer materials such as PTFE or boron nitride polymers, can be made into nanostructures useful as solid lubricants. Since such structures generally have nanopores, they may include other solid or liquid lubricants that produce solid lubricants of various properties. Additionally, composites and fusions made of inorganic and polymeric solid lubricants as well as solid lubricants made of polymers, mixtures, networks, composites, fusions of polymers and copolymers are also possible.
적합화된 서브표면 처리 패드는 벌크, 소프트 랜딩 및 배리어 제거 단계를 포함하는 구리 CMP에서의 모든 처리 단계를 위해 사용될 수 있다. 특히, 구리 CMP에 대한 단일 패드 방식의 효과는 90 ㎚ 이하의 기술 공정에 대한 비용의 관점에서 바람직한 것으로 만들기 위하여 소모성 비용을 감소시킨다. The adapted sub-surface treatment pads may be used for all processing steps in copper CMP, including bulk, soft landing, and barrier removal steps. In particular, the effect of a single pad approach to copper CMP reduces consumable costs to make it desirable in terms of cost for technical processes below 90 nm.
도 13에 도시된 바와 같이, 구리는 파괴가 일어나기 전에 매우 높은 변형을 갖는다. 부가적으로 구리는 파괴되기 전에 상당한 소성 변형을 일으킨다. 유전체의 변형 유도 결함의 경우에 재료의 자연적인 결합 특성은 취성 파괴로 이어진다. 이러한 취성 파괴는 상당히 낮은 변형값, 예를 들면 2% 미만에서 일어난다. 구리는 높은 가소성 때문에, 구리 CMP를 위해 몇몇 문제가 해결되어야 할 필요가 있다. 첫번째 문제는 소성 변형을 일으키는 응력을 받는 구역에서 재료의 선택적인 연신이다. 이와 같이 유도된 소성 변형은 장기간의 응력으로 나타나는 영구적인 변형이다. 연마 패드와 구리 영역의 접촉으로 인해 선택적인 연신이 일어나는 조건하에서, 이러한 영역은 소성 변형하게 되고 내부 구리 영역과 상이한 특성을 갖게 된다. 두번째 문제는 파괴 전에 나타나는 구리의 국부적인 변형 경화이다. 구리 연신 및 변형 경화의 이러한 문제는 비아 및 트렌치에서 구리의 구속으로 인하여 두드러진다. 마지막으로, 패드가 어떻게 구리층과 작용하는가에 따라 CMP가 종료된 후에 구리 잔류물이 남겨질 수 있고, 연마되는 기판내에 결합을 도입할 수 있다. 응력 편입을 최소화하는 것은 웨이퍼/슬러리/패드 인터페이스에 작용하는 유효 전단력을 낮추는 것에 의해서 마찰 계수를 낮추는 것을 통하여 달성될 수 있다. CMP를 위해서는 일반적으로 패드 계수, 기공 크기 분포 및 재료의 화학적 구조와 같은 패드 특성의 균일성이 매우 안정적인 경계 윤활 영역에서 작동하는 CMP 처리를 제공하는데 중요하다고 알려져 있다. 추가적으로, 구리 CMP 처리에 대한 균일성을 달성하기 위해서는 응력 유도 결함을 감소시키거나 또는 생략할 수 있도록 전단력의 상당한 감소가 요구된다. 전단력을 감소시키기 위하여, 또한 높은 수준의 윤활 균일성이 요구된다. 여기에 설명된 여러가지 적합화된 서브표면 처리 연마 패드에 대해서, 연마 표면으로부터 적어도 약 1%의 패드 깊이 내의 폴리머 매트릭스에 분산된 고체 윤활제를 갖는 패드의 사용은 제거 속도를 희생시키는 일없이 전단력을 효과적으로 최소화하고 그에 의해 구리의 변형 경화를 감소시키거나 또는 생략할 수 있다.
As shown in Fig. 13, copper has a very high deformation before fracture occurs. In addition, copper causes considerable plastic deformation before it is destroyed. In the case of strain induced defects in the dielectric, the natural bonding properties of the material lead to brittle fracture. Such brittle fracture occurs at significantly lower strain values, for example, less than 2%. Due to the high plasticity of copper, some problems need to be solved for copper CMP. The first problem is the selective elongation of the material in the stressed zone causing plastic deformation. The plastic deformation thus induced is a permanent deformation due to long-term stress. Under conditions in which selective elongation occurs due to contact between the polishing pad and the copper region, this region undergoes plastic deformation and has different properties from the inner copper region. The second problem is the local strain hardening of copper that appears before fracture. This problem of copper elongation and strain hardening is predominant due to the constraints of copper in vias and trenches. Finally, depending on how the pad interacts with the copper layer, the copper residue may be left after CMP is terminated and the bond introduced into the substrate being polished. Minimizing stress build-up can be achieved by lowering the coefficient of friction by lowering the effective shear force acting on the wafer / slurry / pad interface. For CMP, it is generally known that uniformity of pad properties such as pad count, pore size distribution, and chemical composition of materials is important in providing CMP processing that operates in a highly stable boundary lubrication region. Additionally, a significant reduction in shear force is required to reduce or eliminate stress induced defects in order to achieve uniformity for copper CMP processing. In order to reduce the shear force, a high level of lubrication uniformity is also required. For various conformed sub-surface treated polishing pads as described herein, the use of a pad with a solid lubricant dispersed in a polymer matrix in the pad depth of at least about 1% from the polishing surface can effectively reduce shear forces without sacrificing removal rate Thereby minimizing or reducing the strain hardening of copper thereby.
Ⅵ. 연마재가 삽입된 적합화된 패드VI. A suitable pad with abrasive inserts
상업적으로 입수가능한 "고정식 연마재 패드"와 달리, 여기에서 설명되는 연마재가 삽입된 패드에서의 연마재는 표면에 분포되는 것이 아니라 폴리머 매트릭스에 걸쳐서 분포되어 있다. 만약 복수층의 패드가 바람직하다면 삽입되는 연마재는 모든 층에 분포되거나 또는 일부 층에 분포될 수 있다. 고정식 연마재 패드를 능가하는 연마재가 삽입된 패드의 장점은 시간에 따른 처리의 안정성이다. 연마시에 패드는 마모된다. 연마재가 삽입된 패드의 경우에, 패드 깊이내에 연마재 분포가 잘 제어되어 설계되기 때문에 동일한 연마 조건이 기대될 수 있다. 이에 반하여, 상업적으로 입수가능한 고정식 연마재 패드는 연마 과정이 진행됨에 따라 형상, 크기 및 분포 밀도에서의 점차적인 마모를 나타낸다. 이것은 빈번한 패드 교체에 대한 필요성 때문에 불균일한 연마 속도, 불균일한 공정의 제어를 나타내며 높은 비용이 소요된다.Unlike the commercially available "fixed abrasive pad ", the abrasives in the pads into which the abrasive materials described herein are distributed are distributed over the polymer matrix rather than distributed on the surface. If multiple layers of pads are desired, the abrasives to be inserted may be distributed in all layers or distributed in some layers. The advantage of a pad with abrasive inserts over a fixed abrasive pad is the stability of the treatment over time. The pad wears during polishing. In the case of a pad in which an abrasive is inserted, the same polishing conditions can be expected since the abrasive distribution is designed to be well controlled within the pad depth. In contrast, commercially available fixed abrasive pads exhibit gradual wear in shape, size and distribution density as the polishing process proceeds. This represents a non-uniform polishing rate, non-uniform process control due to the need for frequent pad replacement and high cost.
CMP를 위한 패드에는 세라믹 또는 유리 입자(알루미나, 실리카, 세리아)가 삽입될 수 있다. 이들 입자는 원하는 성능에 따라서 약 100 ㎚ 내지 30 ㎛의 크기가 될 수 있다. 몇몇 경우에 입자와 패드 매트릭스 사이의 부착은 최소한의 것이 될 수 있다. 이것은 패드에 편입된 입자가 노출되어 슬러리내로 방출되도록 허용한다. 이러한 폴리머 패드는 연마재를 포함하고 있는 슬러리를 사용하지 않고 연마 작용을 가능하게 한다. 실제로, 전체 연마 공정은 증류수 및 연마재가 삽입된 패드를 사용하여 수행될 수 있다. Ceramic or glass particles (alumina, silica, ceria) may be inserted into the pad for CMP. These particles may have a size of about 100 nm to 30 [mu] m depending on the desired performance. In some cases, the adhesion between the particles and the pad matrix can be minimal. This allows the particles incorporated in the pad to be exposed and released into the slurry. These polymer pads enable the polishing action without the use of a slurry containing an abrasive. In practice, the entire polishing process can be carried out using pads with distilled water and abrasive inserts.
당해 기술분야에 공지된 바와 같이 최근에 나노 연마재 입자라 칭하는 새로운 종류의 연마재 재료가 개발되었다. 이들 입자는 수십 나노미터에서 100 나노미터 범위의 크기를 갖고 있다. 폴리머 패드는 앞서 설명한 제조 방법을 이용하여 직접 패드내에 이러한 나노 연마재 슬러리 입자를 편입시키는 것에 의해 기능화될 수 있다. 세라믹과 지르코티나, 실리카, 세리아와 같은 유리, 및 카본 나노튜브(플러린 링)뿐만 아니라 점토 입자와 같은 재료를 포함하는 여러 종류의 나노 연마재 입자가 이용될 수 있다.As known in the art, a new class of abrasive materials, called nano-abrasive particles, has recently been developed. These particles range in size from a few tens of nanometers to a hundred nanometers. The polymer pads can be functionalized by incorporating these nanosilver slurry particles directly into the pads using the manufacturing method described above. A variety of nano abrasive particles including ceramics and glass such as zirconia, silica, ceria, and carbon nanotubes (plurin rings) as well as clay particles can be used.
패드에 삽입된 연마재의 분포는 연마 표면상의 상이한 영역에서의 자체 연마재의 기능적인 등급화를 통하여 입자의 패턴 밀도로 적합화될 수 있다. 또한 등급화는 연마재의 크기 분포, 밀도 및 형상과 같은 연마재의 등급 특성을 통하여 달성될 수 있다. 이러한 등급화는 개별적으로 또는 등급화를 위한 다른 수단과 조합(즉, 상이한 공극률 및 패드 재료)의 사용하여 이루어질 수 있다.The distribution of the abrasive material inserted into the pad can be adapted to the pattern density of the particles through functional grading of the self abrasive in different areas on the polishing surface. Grading can also be achieved through the grading properties of abrasives, such as the size distribution, density and shape of the abrasive. This grading can be done individually or in combination with other means for grading (i.e., different porosity and pad material).
상술한 마이크론 스케일 입자 및 나노 연마재는 건식으로 폴리머에 또는 용매와 같은 적절한 액체에 첨가될 수 있다. 이러한 입자들은 만약 선택된 폴리머에 불연속적인 상이 형성되면 폴리머 상의 하나에 또는 폴리머내에 선택적으로 또는 우선적으로 입자의 편입을 도와주는 표면에 부착되는 올리고머 또는 폴리머 그룹과 같은 그룹을 선택적으로 가질 수 있다. 두개 이상의 상의 폴리머를 위해, 입자의 표면에 결합 또는 부착되는 그룹은 하나의 상과 충분한 유사함을 갖는 것이 될 수 있으며, 폴리머 용융물이 응고할 때 연마 입자가 원하는 상에 모이는 다른 상과 전혀 상이하다. 입자 표면에 결합 또는 부착되는 그룹은 또한 입자가 배치되는 폴리머와 상이한 것이 되도록 선택될 수 있다. 이것은 새로운 입자를 노출시키도록 패드가 마모될 때 폴리머로부터 연마 입자의 방출을 도와준다.
The above-mentioned micron scale particles and nano abrasive can be added to a polymer in a dry state or to a suitable liquid such as a solvent. Such particles may optionally have a group such as an oligomer or polymer group attached to one of the polymers or to the surface that selectively or preferentially allows the incorporation of the particles into the polymer if a discontinuous phase is formed on the selected polymer. For two or more phases of polymer, the group bonded or attached to the surface of the particles may be of sufficient similarity to one phase and the abrasive grains are completely different from the other phases that gather on the desired phase when the polymer melt coagulates . The group bonded or attached to the particle surface can also be selected to be different from the polymer in which the particles are placed. This helps release abrasive particles from the polymer as the pad wears to expose new particles.
자체 연마재 패드를 만들기 위한 블록 코폴리머Block Copolymers for Making Self Abrasive Pads
자체 연마재 패드를 만들기 위하여 하나의 블록은 매트릭스로 작용하고 다른 하나의 블록은 연마재 재료로 작용할 수 있는 이중 블록 코폴리머가 사용될 수 있다. 연마재 상이 연속적인 상내에 형성되도록 블록은 소정의 연속적인 상, 연마재 상 및 비혼화성을 제공하도록 선택된다. 하나의 실시예에서, 패드는 하나의 블록이 불연속적으로 되는 상태에서 다른 하나의 블록(연속적인 매트릭스)의 비율이 더 높게 구성될 수 있다. 불연속적인 블록이 연마될 재료를 위한 연마재로서 작용하도록 선택될 수 있다. 제2 상 연마재를 만들기 위하여 무기질 또는 금속 입자가 블록내에 선택적으로 첨가될 수 있다. 예를 들면, 연마재 재료는 패드내에 형성될때 블록 코폴리머의 불연속적인 상에서 일부 또는 모든 모노머 분자와 화학적으로 결합되거나 또는 연마재 입자가 폴리머 용융물내에 통합될 수 있다. 연마재 입자는 상의 하나에 선택적으로 통합되는 것을 촉진하는 하나 이상의 특징(예를 들면 표면 작용 및 열역학적 조건)을 가지고 있다. 예를 들면, 연마재 입자는 연속적인 상보다 불연속적인 상에서 높은 연마재 입자의 농도가 나타나도록 선택될 수 있다. 또한 연마재 입자의 혼합물이 사용될 수 있다. 몇몇 예에서, 혼합물에서의 각각의 연마재 입자의 종류는 하나의 상에서 다른 상보다 농도가 더 높게 나타난다(비록 연속적인 상에서 더 높은 농도가 존재하도록 입자가 선택될 수 있지만, 바람직하게는 불연속적인 상). 그러나, 불연속적인 상에서 하나 이상의 종류의 입자가 더 높은 농도를 나타내도록, 연속적인 상에서 하나 이상의 종류의 입자가 더 높은 농도를 나타내도록, 및/또는 하나 이상의 종류의 입자가 양쪽 상에 걸쳐서 대략 균일하게 분포되도록 입자의 혼합물이 선택될 수 있다.A double block copolymer can be used that can serve as a matrix and another block can serve as an abrasive material to make a self-abrasive pad. The block is selected to provide a predetermined continuous phase, abrasive phase and immiscibility so that the abrasive phase is formed within the continuous phase. In one embodiment, the pad may be configured so that the ratio of the other block (continuous matrix) is higher in a state where one block is discontinuous. The discontinuous block can be selected to act as an abrasive for the material to be polished. Mineral or metal particles may be optionally added in the block to make the second phase abrasive. For example, an abrasive material may be chemically bonded to some or all of the monomer molecules in a discontinuous phase of the block copolymer when formed in the pad, or the abrasive particles may be incorporated into the polymer melt. The abrasive particles have one or more characteristics (e.g., surface action and thermodynamic conditions) that facilitate selective incorporation into one of the phases. For example, the abrasive particles may be selected to exhibit a higher abrasive particle concentration than the continuous phase and discontinuous phase. Mixtures of abrasive particles may also be used. In some instances, the type of each abrasive particle in the mixture appears to be higher in concentration than in the other phases (although the particles can be selected so that there is a higher concentration in the continuous phase, preferably a discontinuous phase) . However, it is preferred that one or more types of particles in a continuous phase exhibit a higher concentration, and / or that one or more types of particles are substantially homogeneous across both phases, such that one or more types of particles in the discontinuous phase exhibit a higher concentration A mixture of particles can be selected to be distributed.
블록의 하나가 연마재 자체가 될 수 있기 때문에 상의 하나에 연마재 입자를 통합하는 것이 필요하지 않을 수 있다. 낮은 비율의 재료로서 특정 실리콘 블록이 코폴리머의 일부로 통합될 수 있고 카본 백본이 높은 비율의 재료로 작용할 수 있다. 연마를 위해 패드가 사용될 때, 폴리머의 실리콘 부분은 노출되어 연마재로서 작용할 수 있다. 실리콘 폴리머로 만들어진 이러한 연마재 재료는 현재 다수의 기술에서 연마재 입자로서 사용되는 실리카 입자와 유사한 정합성을 갖도록 맞춰질 수 있다. It may not be necessary to incorporate the abrasive particles into one of the blocks since one of the blocks may be the abrasive itself. As a low proportion of material, a particular silicon block can be incorporated into a portion of the copolymer and the carbon backbone can act as a high proportion of material. When a pad is used for polishing, the silicon portion of the polymer may be exposed and act as an abrasive. Such abrasive materials made of silicone polymers can be tailored to have similar consistency with silica particles that are currently used as abrasive particles in many techniques.
앞서 설명한 삽입되는 나노 연마재 입자를 통합하는 폴리머는 하나의 연속적인 상을 형성하는 폴리머가 되거나, 또는 변경적으로 폴리머는 상술한 바와 같이 불연속적인 상을 형성하는 특수한 블록 코폴리머가 될 수 있다. 불연속적인 상 또는 연속적인 상의 하나에 균일한 분산 또는 선택적인 축적을 제공하기 위하여 나노 입자가 선택될 수 있고, 상술한 바와 같이 혼합물이 사용될 수 있다.
The polymer incorporating the previously described nanosized abrasive particles may be a polymer forming one continuous phase, or alternatively the polymer may be a special block copolymer that forms a discontinuous phase as described above. Nanoparticles can be selected to provide uniform dispersion or selective accumulation in a discontinuous phase or a continuous phase, and mixtures as described above can be used.
불꽃 용사(Flame Spraying)Flame Spraying
앞서 설명한 제조 기술에 추가하여 연마 표면을 제공하기 위하여 사용될 수 있는 또 다른 기술은 패드에 폴리머 코팅을 만들기 위하여 사용되는 불꽃 용사 기술이다. 불꽃 용사되는 폴리머는 자체 연마재 표면이 형성될 수 있도록 코팅 형성시에 재료에 통합되는 세라믹 또는 유리 입자를 가질 수 있다. 폴리머 및 동반하는 연마재 입자가 그 위에 불꽃 용사되는 패드는 일반적으로 불연속적인 상을 갖고 있지 않은 폴리우레탄 또는 폴리카본네이트와 같은 폴리머이다. 패드는 원한다면 상술한 바와 같이 적어도 하나의 불연속적인 상을 가지고 있는 것이 될 수 있다. 이 경우에, 불꽃 용사된 폴리머/연마재 층이 먼저 마모되고, 일단 이러한 층이 마모되면 폴리머/연마재 층 아래에 놓였던 패드가 마모된다. 예를 들면, 마모하기 매우 곤란한 웨이퍼상의 층, 또는 마모할 층 또는 다른 층과 다른 특성을 갖는 층을 마모시키거나 또는 패드를 사용할 때 초기 마모 속도가 추후의 마모 속도와 달라야 하는 경우에 이러한 타입의 구성이 사용될 수 있다.
Another technique that can be used to provide a polishing surface in addition to the manufacturing techniques described above is the flame spray technique used to make the polymer coating on the pad. The flame sprayed polymer may have ceramic or glass particles that are incorporated into the material upon formation of the coating such that a self-abrasive surface can be formed. The pads on which the polymer and accompanying abrasive particles are sparkled are generally polymers, such as polyurethane or polycarbonate, which have no discontinuous phase. The pad may be as desired having at least one discontinuous phase as described above. In this case, the flame sprayed polymer / abrasive layer is first worn, and once this layer is worn, the pad placed under the polymer / abrasive layer is worn. For example, when the initial wear rate must be different from the later wear rate when worn or very weary layers on the wafer, or wearable layers or layers with different properties, or using pads, this type of Configuration can be used.
Ⅶ. 인 시투 그루브 패드VII. In Situ Groove Pad
CMP 패드의 그루브는 패드의 표면에 걸쳐서 연마되는 웨이퍼의 하이드로플레이닝을 방지하고, 패드 표면에 슬러리의 분배를 제공하는데 기여하고, 충분한 슬러리가 웨이퍼의 내부에 도달하는 것을 보장하는데 기여하고, 연마 균일성을 제어하고 에지 효과를 최소화하기 위하여 패드의 컴플라이언스 및 국부적인 경직성을 제어하는데 기여하며, 결함을 감소시키기 위하여 패드 표면으로부터 연마 부스러기를 제거하기 위한 채널을 제공하는 것으로 생각된다. 도 14a 및 14b는 패드/웨이퍼 영역 주위에 발생되는 유체 역학적인 압력에 대한 그루브의 영향을 개략적으로 도시하고 있다. 예를 들면, 도 14a는 그루브가 없는 연마 패드가 사용되는 경우에 웨이퍼 압력 프로파일(사선으로 표시된 삼각형의 영역으로 표시)을 나타내고 있다. 도 14b는 웨이퍼의 둘레 주위의 압력이 그루브를 따라 어떻게 해제되는지를 나타내고 있다. 즉, 그루브는 모든 그루브 피치에서 발생되는 압력에 순응하며 웨이퍼/패드 영역을 따라 균일한 슬러리 분배를 제공하는데 기여한다. The grooves in the CMP pad prevent hydroplaning of the wafer being polished over the surface of the pad and contribute to providing a distribution of slurry to the pad surface and contribute to ensuring that sufficient slurry reaches the interior of the wafer, It is believed to provide a channel for removing abrasive debris from the pad surface in order to control defects and to contribute to controlling the compliance and local stiffness of the pad in order to control the gender and minimize edge effects. Figures 14a and 14b schematically illustrate the effect of grooves on the hydrodynamic pressure generated around the pad / wafer area. For example, FIG. 14A shows the wafer pressure profile (indicated by the area of the triangle marked with an oblique line) when a grooveless polishing pad is used. 14B shows how the pressure around the wafer is released along the groove. That is, the grooves conform to the pressure generated at all groove pitches and contribute to provide a uniform slurry distribution along the wafer / pad area.
일반적으로, CMP 패드에 인 시투 그루브를 생성하는 임의의 적합한 방법이 사용될 수 있다. 특성상 주로 기계적인 현재의 엑스 시투 그루브를 생성하는 방법과 달리, 여기에서 설명되는 인 시투 그루브를 생성하기 위한 방법은 다수의 장점을 가지고 있다. 예를 들면 여기에서 설명되는 인 시투 그루브를 생성하는 방법은 일반적으로 비용이 낮고, 적은 시간이 걸리며, 더 적은 제조 단계를 필요로 한다. 게다가, 여기에서 설명되는 방법은 복잡한 그루브 디자인을 얻는데 더욱 유용하다. 마지막으로, 여기에서 설명되는 인 시투 그루브를 생성하기 위한 방법은 더욱 우수한 톨러런스(예를 들면, 더욱 우수한 그루브 깊이 등)를 갖는 CMP 패드를 생산할 수 있다. Generally, any suitable method of creating an in situ groove in a CMP pad can be used. Unlike the method of generating primarily current mechanical x-groove grooves by nature, the method for creating in-situ grooves described herein has a number of advantages. For example, the method of creating the in-situ grooves described herein is generally inexpensive, takes less time, and requires fewer manufacturing steps. In addition, the method described here is more useful for obtaining complex groove designs. Finally, the method for creating in situ grooves described herein can produce a CMP pad with better tolerance (e.g., better groove depth, etc.).
하나의 변경에서, 인 시투 그루브를 생성하기 위한 방법은 몰드 내에 놓인 실리콘 라이닝을 이용하는 것을 포함한다. 몰드는 성형하기 위한 임의의 적합한 재료로 만들어질 수 있다. 예를 들면, 몰드는 알루미늄, 스틸, 울트라 몰드 재료(예를 들면, 더욱 미세한 피쳐를 성형하기 위한 극도의 매끄러운 에지 및 극도의 톨러런스를 갖는 금속/금속 합금), 이들의 조합 및 이와 유사한 재료로 만들어지는 금속제가 될 수 있다. 몰드는 임의의 적절한 치수가 될 수 있고, 일반적으로 몰드의 치수는 생산할 CMP 패드의 치수에 의존하는데, 예를 들면 20 인치 패드를 위해 몰드는 22 인치 직경 및 2 인치 두께를 갖는다. 일반적으로 패드 치수는 연마할 웨이퍼의 크기에 의존한다. 예를 들면 4, 6, 8, 12 인치 웨이퍼를 연마하기 위한 CMP 패드의 치수는 각각 12, 20, 24 또는 30.5 인치가 될 수 있다. In one variation, a method for creating an in situ groove includes using a silicon lining placed in a mold. The mold may be made of any suitable material for molding. For example, the mold may be made of aluminum, steel, ultra-mold materials (e.g., metal / metal alloys with extreme smooth edges and extreme tolerances for molding finer features), combinations thereof, It can be a metal. The mold can be any suitable dimension, and generally the dimensions of the mold will depend on the dimensions of the CMP pad to be produced, for example a mold having a diameter of 22 inches and a thickness of 2 inches for a 20 inch pad. In general, the pad dimension depends on the size of the wafer to be polished. For example, the dimensions of a CMP pad for polishing 4, 6, 8, and 12 inch wafers may be 12, 20, 24, or 30.5 inches, respectively.
일반적으로 실리콘 라이닝은 실리콘 엘라스토머 또는 실리콘 폴리머로 만들어지지만, 임의의 적합한 실리콘 라이닝이 사용될 수 있다. 그 다음에 실리콘 라이닝은 원하는 그루브 패턴 또는 디자인에 대응하는 패턴으로 엠보싱 처리 또는 에칭된다. 그 후에 라이닝은 접착 또는 다른 방식으로 몰드에 부착되거나 또는 유지된다. 또한 라이닝은 패턴화되기 전에 몰드에 위치될 수 있다. 실리콘 라이닝내에 패턴을 에칭하기 위한 리소그래피 기술은 더욱 정확한 그루브 크기를 제공하는데 기여한다. 예를 들면, 본 명세서에 참고로 그 내용이 통합된 C. Dekker의 Steriolithograhpy tooling for silicone molding, Advanced Materials & Process, vol. 161(1), pp 59 - 61, Jan. 2003; D. Smock의 Modern Plastics, vol. 75(4), pp 64 - 65, April 1998을 참조하라. 예를 들면, 마이크론 내지 서브 마이크론 범위의 그루브가 얻어질 수 있다. 또한 밀리미터 범위의 큰 치수의 그루브가 비교적 용이하게 얻어질 수 있다. 이 방식에서, 실리콘 라이닝이 "몰딩 패턴"으로서의 역할을 한다. 그러나 일부 변경에서, 몰드는 상보적인 그루브 패턴으로 패턴화될 수 있다. 이 방식에서, 몰드와 라이닝, 또는 몰드 자체가 CMP 패드 그루브 디자인을 생성하기 위하여 사용될 수 있다.Generally, the silicone lining is made of a silicone elastomer or a silicone polymer, but any suitable silicone lining can be used. The silicon lining is then embossed or etched in a pattern corresponding to the desired groove pattern or design. The lining may then be adhered to or otherwise held on the mold by gluing or otherwise. The lining can also be placed in the mold before it is patterned. Lithographic techniques for etching patterns in silicon lining contribute to providing more accurate groove sizes. For example, C. Dekker, Steriolithograhpy tooling for silicone molding, Advanced Materials & Process, vol. 161 (1), pp 59-61, Jan. 2003; D. Smock, Modern Plastics, vol. 75 (4), pp 64 - 65, April 1998. For example, grooves in the micron to sub-micron range can be obtained. Also, grooves having large dimensions in the millimeter range can be obtained relatively easily. In this way, the silicon lining serves as a "molding pattern ". However, in some variations, the mold may be patterned with a complementary groove pattern. In this way, the mold and lining, or the mold itself, can be used to create a CMP pad groove design.
도 15는 여기에서 설명된 바와 같은 예시적인 실리콘 라이닝 처리되는 몰드(200)의 단면도를 도시하고 있다. 도면에 도시된 것은 상부 몰드 플레이트(202), 하부 몰드 플레이트(204) 및 실리콘 라이닝(206)이다. 실리콘 라이닝(206)은 엠보싱 또는 에칭된 패턴(208)을 갖고 있다. 도 15에는 실리콘 라이닝(206)이 상부 몰드 플레이트(202)를 따라 도시되어 있지만, 반드시 그럴 필요는 없다. 실제로, 실리콘 라이닝(206)은 또한 하부 몰드 플레이트(204)에 부착되거나 또는 유지될 수 있다. 실리콘 라이닝은 임의의 적절한 방법을 사용하여 몰드 플레이트에 부착 또는 유지될 수 있다. 예를 들면, 실리콘 라이닝은 몰드 플레이트에 접착제, 테이프, 클램프, 가압 고정 또는 다른 방식으로 부착되거나 유지될 수 있다. FIG. 15 shows a cross-sectional view of an exemplary silicon lined processed
이 방법을 사용하여, CMP 패드는 열가소성 또는 열경화성 재료, 또는 이와 유사한 재료로 형성될 수 있다. 열가소성 재료의 경우에, 일반적으로 용융물이 형성되어 실리콘 라이닝 처리되는 몰드에 주입된다. 열경화성 재료의 경우에, 일반적으로 반응 혼합물이 실리콘 라이닝 처리되는 몰드에 공급된다. 반응성 혼합물은 한 단계 또는 두 단계 또는 그 이상의 단계로 몰드에 첨가될 수 있다. 그러나 사용되는 재료에 상관없이, 일반적으로 패드는 몰드에서 꺼내기 전에 패드 재료를 경화, 냉각 또는 고체로 굳어지게 함으로써 최종적인 형상을 얻을 수 있다. 하나의 변경에서, 재료는 폴리우레탄이며 폴리우레탄 패드가 만들어진다. 예를 들면, 폴리우레탄 펠릿이 용융되어 실리콘 라이닝 처리되는 몰드내에 위치될 수 있다. 실리콘 라이닝 처리되는 몰드는 상술한 바와 같이 원하는 패드 패턴으로 에칭될 수 있다. 폴리우레탄은 냉각되고 그 후에 몰드에서 꺼내진다. 패드는 실리콘 라이닝 처리되는 몰드의 패턴과 상응하는 패턴을 갖는다. Using this method, the CMP pad can be formed of a thermoplastic or thermoset material, or similar material. In the case of thermoplastic materials, a melt is typically formed and injected into a mold that is silicon lined. In the case of thermosetting materials, the reaction mixture is typically fed to a mold that is silicon lined. The reactive mixture may be added to the mold in one step or two or more steps. Regardless of the material used, however, the final shape of the pad can generally be obtained by hardening, cooling or solidifying the pad material prior to removal from the mold. In one variation, the material is polyurethane and a polyurethane pad is made. For example, the polyurethane pellets can be placed in a mold that is melted and silicon lined. The mold to be silicon lined can be etched with the desired pad pattern as described above. The polyurethane is cooled and then taken out of the mold. The pad has a pattern corresponding to the pattern of the mold to be silicon lined.
이러한 실리콘 라이닝 방법을 사용하여 인 시투 그루브를 생성하는 것의 이점은 여러 가지이다. 예를 들면, 만약 실리콘 라이닝이 파손되거나 또는 실리콘 라이닝에 마모되거나 찢어진 것이 존재하면 실리콘 라이닝은 용이하게 대체될 수 있고 실리콘 라이닝 자체가 일반적으로 매우 긴 수명을 가지고 있기 때문에 몰드의 수명을 더 길게 할 수 있다. 유사하게, 몰드에 패턴이 새겨져 있는 것과 비교하여 실리콘 라이닝 처리되는 몰드로부터 패드를 제거하는 것이 더 용이하다. 그러므로, 실리콘 라이닝 처리되는 몰드를 사용하여 만들어진 그루브는 더 정확하고, 제거하는 동안에 패드에 대한 손상이 최소화될 수 있다. 유사한 방식에서, 실리콘 라이닝 처리되는 몰드를 사용하여 만들어진 그루브 크기는 더욱 양호하게 제어되고 더욱 양호하게 형성될 수 있다. 예를 들면, 매우 작은 치수(예를 들면, 마이크론 내지 서브 마이크론 범위의 측면 및 수평 그루브)가 달성될 수 있다. 그루브 치수의 더욱 양호한 제어 및 더욱 양호한 형성은 낮은 K 유전체, Cu 제거, 얕은 트렌치 절연, 시스템 온 칩 등과 같은 특별한 목적을 위한 패드에 특히 유리할 수 있다. The advantages of creating in situ grooves using these silicon lining methods are numerous. For example, if there is a break in the silicone lining or wear or tear in the silicone lining, the silicone lining can easily be replaced and the silicone lining itself generally has a very long life, have. Similarly, it is easier to remove the pad from the mold to be silicon-lined compared to the pattern engraved in the mold. Therefore, the grooves made using the molds to be silicon lined are more accurate and the damage to the pad during removal can be minimized. In a similar manner, the groove size made using the mold to be silicon lined can be better controlled and better formed. For example, very small dimensions (e.g., lateral and horizontal grooves in the micron to sub-micron range) can be achieved. Better control and better formation of the groove dimensions may be particularly advantageous for special purpose pads such as low K dielectric, Cu removal, shallow trench isolation, system on chip, and the like.
독창적인 그루브 디자인이 또한 설명된다. 독창적인 그루브 디자인은 유동 가시화 연구에 기초하여 개발되었다. 이러한 연구는 패드의 최상부에서 슬러리의 유동 패턴을 식별하는데 기여하였다. 이 방식에서, 그루브의 바람직한 궤도가 계산되었다. 도 16a 내지 16c는 20, 24, 30 인치 패드를 위한 적절한 그루브 설계의 비제한적이며 예시적인 도면을 도시하고 있다. 도시된 바와 같이, 더욱 작은 반경 값(즉, 패드의 내부 부분 근처)에서, 그루브는 확인된 유동 패턴을 따르도록 반경 방향으로 뻗어 있는 중접된 선형 그루브 및 동심의 원형상 그루브로 설계되었다. 더욱 큰 반경 값(즉, 패드의 외부 부분 근처)에서, 패드의 내부 부분 근처에서 초기에 선형이었던 반경 방향으로 뻗은 그루브는 패드 바깥으로 슬러리가 유동하는 것을 방지하고 또한 둘레 부근에서 그루브의 밀도를 증가시도록 곡선으로 될 수 있다. 연마 표면에 걸쳐서 일정한 슬러리 밀도를 유지하는 것과 같이 연마 표면에 걸쳐서 슬러리의 분배를 제어하기 위하여, 연마 표면에서의 그루브의 분포가 또한 이용될 수 있다. 둘레 부근에서 그루브 밀도의 증가는 패드의 표면에 걸쳐서 연마 성능의 균일성을 유지하기 위해 중요할 수 있는 연마 표면을 가로질러 대략 일정한 그루브 밀도를 유지하도록 이루어질 수 있다. 도 16a에 도시된 바와 같이 일부의 경우에, 연마 표면을 가로질러 일정한 그루브 밀도를 유지하기 위하여 패드의 내부로 뻗지 않는 추가적인 반경 방향의 그루브가 추가될 수 있다. 전형적인 그루브 폭은 약 50 내지 약 500 마이크론의 범위이며, 전형적인 그루브 깊이는 약 100 내지 약 1000 마이크론의 범위이다. An ingenious groove design is also described. The original groove design was developed based on flow visualization studies. This study contributed to the identification of the flow pattern of the slurry at the top of the pad. In this manner, the preferred trajectory of the groove was calculated. Figures 16a-16c illustrate a non-limiting, exemplary illustration of a suitable groove design for 20, 24, and 30 inch pads. As shown, at a smaller radius value (i.e., near the inner portion of the pad), the grooves are designed with concentric circular grooves and concentric circular grooves extending radially to follow the identified flow pattern. At radially larger values (i.e., near the outer portion of the pad), radially extending grooves that were initially linear near the inner portion of the pad prevent the slurry from flowing out of the pad and also increase the density of the grooves around the periphery And may be a curve. The distribution of the grooves at the polishing surface can also be used to control the distribution of the slurry across the polishing surface, such as by maintaining a constant slurry density across the polishing surface. An increase in groove density near the periphery can be made to maintain a substantially constant groove density across the polishing surface that may be important to maintain uniformity of polishing performance across the surface of the pad. In some cases, as shown in Figure 16A, additional radial grooves that do not extend into the pad to maintain a constant groove density across the polishing surface may be added. Typical groove widths range from about 50 to about 500 microns, and typical groove depths range from about 100 to about 1000 microns.
이와 같은 독창적인 그루브 디자인은 적합한 방법에 의해 만들어질 수 있다. 예를 들면, 그루브는 상술한 인 시투 방법을 사용하여 만들어지거나, 또는 추가적으로 그루브는 레이저 라이팅 또는 커팅, 워터 제트 커팅, 3-D 프린팅, 열성형 및 진공 성형, 마이크로 접촉 성형, 핫 스탬핑 또는 프린팅 등과 같은 엑스 시투 또는 기계적인 방법을 사용하여 만들어질 수 있다.
Such an ingenious groove design can be made by a suitable method. For example, the grooves may be made using the in situ method described above, or alternatively the grooves may be formed by laser lighting or cutting, water jet cutting, 3-D printing, thermoforming and vacuum molding, micro- It can be made using the same X-ray or mechanical method.
A. 레이저 라이팅(레이저 커팅)A. Laser Writing (Laser Cutting)
여기에서 설명되는 독창적인 그루브 디자인을 만들기 위하여 레이저 라이팅 또는 레이저 커팅이 사용될 수 있다. 일반적으로 레이저 커터는 기계적으로 제어되는 위치결정 기구에 장착되는 아래쪽으로 향하는 레이저로 구성된다. 예를 들면 플라스틱의 판재가 레이저 기구의 작업 영역 아래에 위치된다. 레이저가 패드 표면에 걸쳐서 앞뒤로 지나갈 때, 레이저가 재료를 증발시켜 레이저가 표면에 부딪치는 지점에 작은 채널 또는 캐비티를 형성한다. 이렇게 만들어진 그루브/커팅부는 일반적으로 정확하고 정밀하며, 표면 마무리 처리가 필요 없다. 일반적으로, 임의의 패턴의 그루브가 레이저 커팅 기계내에 프로그램될 수 있다. 레이저 라이팅에 대한 더 자세한 정보는 본 명세서에 참고로 통합된 J. Kim 등에 의한 J. Laser Application, vol.15(4), pp 255 - 260, Nov. 2003에 기재되어 있다.
Laser lighting or laser cutting may be used to create the ingenious groove design described herein. Generally, the laser cutter consists of a downwardly directed laser mounted on a mechanically controlled positioning mechanism. For example, a sheet of plastic is placed below the working area of the laser apparatus. As the laser passes back and forth across the surface of the pad, the laser evaporates the material to form a small channel or cavity at the point where the laser hits the surface. The groove / cutting portion thus formed is generally accurate and precise, and does not require a surface finishing treatment. Generally, any pattern of grooves can be programmed in the laser cutting machine. For more information on laser writing, see J. Kim et al., J. Laser Application, vol. 15 (4), pp 255-260, Nov. 2003.
B. 워터 제트 커팅B. Waterjet cutting
여기에서 설명되는 독창적인 그루브 디자인을 만들기 위하여 또한 워터 제트 커팅이 사용될 수 있다. 이 방법은 패드에 그루브를 만들기 위하여 가압된 워터 제트(예를 들면, 6,000 파운드/제곱 인치의 높은 압력)를 사용한다. 종종, 더욱 양호한 허용 오차 및 우수한 에지 마무리 처리를 촉진하는 가닛과 같은 연마재가 물에 혼합된다. 원하는 패턴의 그루브를 얻기 위하여, 일반적으로 워터 제트는 원하는 기하학적 경로를 따르도록 미리 프로그램(예를 들면, 컴퓨터를 사용하여) 된다. 워터 제트 커팅에 대한 추가적인 설명은 본 명세서에 참조로 그 내용이 통합된 J.P.Duate 등에 의한 Abrasive water jet, Rivista De Metalurgica, vol. 34(2), pp 217 - 219, Mar - April 1998에 기재되어 있다.
Water jet cutting can also be used to create the ingenious groove design described herein. This method uses a pressurized water jet (e.g., a high pressure of 6,000 pounds per square inch) to create a groove in the pad. Often, abrasives, such as garnet, that promote better edge tolerance and good edge finishing treatments are mixed into the water. To obtain the desired pattern of grooves, the water jets are typically programmed (e.g., using a computer) to follow the desired geometric path. A further description of water jet cutting is found in Abrasive water jet, Rivista De Metalurgica, vol. 34 (2), pp 217 - 219, Mar - April 1998.
C. 3-D 프린팅C. 3-D Printing
여기에서 설명되는 독창적인 그루브 디자인을 만들기 위하여 또 다른 방법인 3차원 프린팅(또는 3-D 프린팅)이 사용될 수 있다. 3-D 프린팅에서, 부분들이 층으로 형성된다. 먼저 필요한 부분의 컴퓨터(CAD) 모델이 만들어지고 그 다음에 슬라이싱 알고리즘이 각각의 층을 위한 정보를 지도로 만든다. 각각의 층은 분말 베드의 표면에 걸쳐 분말 스프레드의 얇은 분배로부터 시작한다. 그 다음에 선택된 바인더 재료가 물건이 형성되는 곳의 입자들을 선택적으로 결합한다. 그 후에 다음 층을 형성하기 위하여 분말 베드를 지지하는 피스톤 및 과정의 일부가 내려진다. 각각의 층에 대해 동일한 과정이 반복된 후에 최종적인 열처리가 시행된다. 3-D 프린팅은 재료 조성, 미세구조 및 표면 조직에 대한 정밀하고 국부적인 제어를 실행할 수 있기 때문에 다양하고 종전에는 얻을 수 없는 새로운 그루브의 기하학적 형태가 이 방법으로 성취될 수 있다. 3-D 프린팅에 대한 더욱 상세한 정보는 본 명세서에 참조로 통합된 Anon 등에 의한 3-D printing speeds prototype dev., Molding Systems, vol. 56(5), pp 40 - 41, 1998에 기재되어 있다.
Another method, 3D printing (or 3-D printing), can be used to create the ingenious groove design described herein. In 3-D printing, the parts are formed into layers. First, the necessary part of the computer (CAD) model is created, and then the slicing algorithm maps the information for each layer. Each layer begins with a thin distribution of the powder spread across the surface of the powder bed. The selected binder material then selectively binds the particles where the article is formed. A portion of the piston and process to support the powder bed is then removed to form the next layer. After the same process is repeated for each layer, the final heat treatment is performed. Because 3-D printing can perform precise, local control of material composition, microstructure and surface texture, a variety of new and unattainable geometric shapes of grooves can be achieved in this way. More detailed information on 3-D printing can be found in Anon et al., 3-D printing speeds prototype dev., Molding Systems, vol. 56 (5), pp 40-41, 1998.
D. 열성형 및 진공 성형D. Thermoforming and Vacuum Forming
여기에서 설명되는 독창적인 그루브 디자인을 만들기 위하여 사용될 수 있는 다른 방법에는 열성형 및 진공 성형이 있다. 일반적으로, 이러한 방법은 열가소성 재료에만 사용된다. 열성형에서, 평탄한 플라스틱 시트는 가열한 후 진공 압력 또는 기계적인 압력을 이용하여 몰드와 접촉하게 된다. 일반적으로 열성형 기술은 그루브 설계에서의 양호한 허용 오차, 엄격한 설계 기준 및 정확한 세부 사항을 갖는 패드를 만든다. 게다가, 열성형 패드는 통상적으로 인젝션 몰드와 대등하고 때때로 품질이 훨씬 더 우수한 반면에 비용은 훨씬 저렴하다. 열성형에 대한 더욱 상세한 정보는 본 명세서에 참조로 통합된 M. Heckele 등에 의한 Rev. on Micro Molding of Thermoplastic polymers, J. Micromechanics and Microengineering, vol. 14(3), pp R1 - R14, Mar. 2004에 기재되어 있다.Other methods that can be used to create the ingenious groove designs described herein include thermoforming and vacuum forming. Generally, this method is used only for thermoplastic materials. In thermoforming, the flat plastic sheet is heated and then brought into contact with the mold using vacuum pressure or mechanical pressure. Generally, thermoforming techniques create pads with good tolerances, rigorous design criteria and precise details in the groove design. In addition, thermoforming pads are typically comparable to injection molds, sometimes with much better quality, but at a much lower cost. More detailed information on thermoforming can be found in Rev. M. Heckele et al., Which is incorporated herein by reference. on Micro Molding of Thermoplastic polymers, J. Micromechanics and Microengineering, vol. 14 (3), pp R1 - R14, Mar. 2004.
진공 성형은 가열한 플라스틱을 몰드에 진공 흡입을 통하여 시트 플라스틱을 원하는 형상으로 성형한다. 진공 성형은 예를 들면 5 mm의 소정 두께의 플라스틱을 성형하기 위하여 사용될 수 있다. 상당히 복잡한 성형 및 복잡한 그루브 패턴이 진공 몰딩에 의해 비교적 쉽게 달성될 수 있다.
In vacuum molding, heated plastic is vacuum-sucked into a mold to form sheet plastic into a desired shape. Vacuum molding can be used, for example, to mold a plastic of a predetermined thickness of 5 mm. Significantly complex molding and complicated groove patterns can be achieved relatively easily by vacuum molding.
E. 마이크로 접촉 프린팅E. Micro contact printing
고해상도 프린팅 기술인 마이크로 접촉 프린팅을 사용하여, CMP 패드의 최상부에 그루브가 엠보싱/프린팅 될 수 있다. 이 방법은 때때로 "소프트 리소그래피"로서 특징지어 진다. 이 방법은 패턴을 CMP 패드에 전달하기 위하여 엘라스토머 스탬프를 사용한다. 이 방법은 편리하고, 저렴하며 그루브로서 사용될 수 있는 미세구조를 형성 및 제조하기 위한 비-포토리소그래픽(non-photolithographic) 방법이다. 이 방법은 나노미터 및 마이크로미터(예를 들면, 0.1 내지 1 마이크론) 범위의 피쳐 크기를 갖는 패턴 및 구조를 생성하기 위하여 사용될 수 있다.
Using micro-contact printing, a high-resolution printing technology, grooves can be embossed / printed on top of the CMP pad. This method is sometimes characterized as "soft lithography ". This method uses an elastomeric stamp to transfer the pattern to the CMP pad. This method is a non-photolithographic method for forming and manufacturing microstructures that are convenient, inexpensive and can be used as grooves. This method can be used to create patterns and structures with feature sizes in the nanometer and micrometer range (e.g., 0.1 to 1 micron).
F. 핫 스탬핑, 프린팅F. Hot stamping and printing
여기에서 설명되는 독창적인 그루브 디자인을 만들기 위하여 또한 핫 스탬핑이 사용될 수 있다. 이 방법에서, 열가소성 폴리머는 하드 마스터(예를 들면, 엠보싱 패턴을 그 안에 가지고 있고, 고온을 견딜 수 있으며 하드 마스터내로 프레스될 때 폴리머 패드를 엠보싱 할 수 있도록 허용하는 충분한 강도를 갖고 있는 금속 또는 다른 재료)를 사용하여 핫 엠보싱 처리될 수 있다. 폴리머가 점성 상태로 가열될 경우, 폴리머는 압력하에서 성형될 수 있다. 스탬프의 형상과 상응하게 한 후, 유리 전이 온도 아래로 냉각시킴으로써 경화된다. 마스터 스탬프상의 초기 패턴을 변화시키는 것에 의해서 다른 타입의 그루브 패턴이 얻어질 수 있다. 부가적으로, 이 방법은 열가소성 재료의 몰딩을 이용하여 큰 표면에 복제될 수 있는 나노구조의 생성을 허용한다(예를 들면, 나노 릴리프 구조를 갖는 스탬프를 만드는 것에 의해서). 이러한 나노 구조는 국부적인 그레이드/그루브를 제공하기 위하여 사용될 수 있다.
Hot stamping can also be used to create the ingenious groove design described herein. In this method, the thermoplastic polymer may be a hard master (e. G., A metal having an embossing pattern therein, having sufficient strength to withstand high temperatures and allowing the polymer pad to be embossed when pressed into a hard master, Material can be used for hot embossing. When the polymer is heated to a viscous state, the polymer can be molded under pressure. After being made to correspond to the shape of the stamp, it is cured by cooling below the glass transition temperature. Other types of groove patterns can be obtained by changing the initial pattern on the master stamp. Additionally, this method allows the creation of nanostructures that can be replicated on large surfaces using molding of thermoplastic materials (e.g., by making stamps with nanorilyed structures). Such nanostructures can be used to provide local grades / grooves.
Ⅷ. CMP 과정 중에 종료시점 검출을 위한 일체형 광학 투명 윈도우VIII. Integrated optical transparent window for end point detection during CMP
종료시점 검출을 위해 사용되는 하나 이상의 빛을 파장에 대하여 충분히 투명한 적어도 하나의 구역을 갖는 연마 패드 및 이러한 연마 패드를 제조하는 방법이 제공된다. 연마 패드는 임의의 적절한 화학적 기계적인 평탄화 시스템에서 광학적인 검출 또는 모니터링 방법으로 사용될 수 있다. 예를 들면 본 명세서에 참고로 통합된 미국특허 제6,280,289호에 기재된 바와 같이 연마 패드가 회전가능한 플레이트에 장착되거나, 본 명세서에 참고로 통합된 미국특허 제6,179,709호에 기재된 바와 같이 연마 패드가 선형으로 구동되는 시트이거나 또는 다른 구성이라도, 연마 패드는 연마되는 기판의 표면에 또는 표면 부근에서 광학적인 검출을 허용하는 투명한 영역을 포함하도록 본 발명에 의해 개량될 수 있다. 광학적인 검출 및 모니터링 방법은 상기 특허문헌에 설명된 기판 표면에서 반사되는 빛의 측정과 같이 종료 시점 검출에 유용하다. 또한 연마 패드와 기판 표면 사이의 인터페이스에서 모니터하는 것도 가능하다. 광학적인 측정은 예를 들면 본 명세서에 참고로 통합된 미국특허 제6,657,726호에 기재된 바와 같이 기판 표면과 연마 패드 사이의 슬러리 층의 분포를 측정하는 방식으로 이루어질 수 있다. 또한 본 발명은 기판 표면 아래 위치의 함수로서 발광 물질에 의해 방사된 빛을 검출하는 것이 종료 시점 검출을 결정하기 위하여 사용될 수 있는 기판 표면 농도의 지도를 제공하도록 기판 표면에 의해 방출되는 재료의 국부적인 농도에 민감한 발광 물질을 포함할 수 있다. 이러한 시스템은 참고로 본 명세서에 통합된 미국특허 출원번호 60/654,173에 기재되어 있다. 이러한 모든 시스템 및 방법은 광원으로부터 패드를 통과하여 기판 표면이나 슬러리 인터페이스로 빛을 통과시키거나, 또는 기판 표면이나 슬러리 인터페이스로부터 패드를 통과하여 검출기로 빛을 통과시키거나, 또는 상술한 두가지 경우 모두에 대하여 빛을 통과시키기에 충분히 투명한 적어도 하나의 연마 패드의 구역을 필요로 한다.There is provided a polishing pad having at least one region that is sufficiently transparent to the wavelength of at least one light used for endpoint detection and a method of making such a polishing pad. The polishing pad may be used in an optical detection or monitoring method in any suitable chemical mechanical planarization system. For example, if the polishing pad is mounted on a rotatable plate as described in U.S. Patent No. 6,280,289, which is incorporated herein by reference, or as described in U.S. Patent No. 6,179,709, which is incorporated herein by reference, The polishing pad can be modified by the present invention to include a transparent area that allows optical detection on or near the surface of the substrate being polished. Optical detection and monitoring methods are useful for endpoint detection, such as the measurement of light reflected from a substrate surface as described in the patent document. It is also possible to monitor at the interface between the polishing pad and the substrate surface. Optical measurements may be made, for example, by measuring the distribution of the slurry layer between the substrate surface and the polishing pad, as described in U.S. Patent No. 6,657,726, which is incorporated herein by reference. The invention also relates to a method for detecting light emitted by a luminescent material as a function of position below the surface of the substrate, And may include a concentration-sensitive luminescent material. Such a system is described in U.S. Patent Application No. 60 / 654,173, which is incorporated herein by reference. All of these systems and methods can be used to pass light from a light source through a pad to the substrate surface or to a slurry interface or to pass light from a substrate surface or slurry interface through a pad to a detector, At least one zone of the polishing pad that is transparent enough to allow light to pass therethrough.
하나의 예에서, 본 발명의 신규의 방법은 국부적인 투명 구역 패드를 만드는 공정을 포함하고 있다. 이 방법은 기본적으로 전체 패드에 대하여 동일한 화학적(폴리머) 조성을 유지하는 한편, 패드 제조 과정에서 투명하게 할 필요가 있는 구역에 기공 형성제를 감소시키거나 또는 전혀 첨가하지 않음으로써 기공을 충분히 제거하는 것을 포함한다. 이와 같이 국부적인 투명 구역 패드를 만드는 신규의 방법은 패드 수명의 현저한 증가 및 윈도우를 구비한 패드의 연마 성능의 실질적인 향상을 허용한다. 추가적으로, 본 발명의 방법은 패드와 윈도우의 경도와 같은 특성의 차이에 대하여 보상하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들면 광학적인 종료 시점 검출을 위한 투명도를 충분히 증가시키기 위하여 패드의 한 구역으로부터 미세기공의 제거는 기공이 적은 경질 구역을 만들며, 따라서 경도가 증가하는 것을 감안하여 기공이 적은 구역에 경도가 낮은 연질 폴리머 재료가 사용될 수 있다. 이와 같은 보상은 더욱 양호하게 제어되거나 더욱 균일한 웨이퍼의 연마를 제공한다.In one example, the novel method of the present invention includes a process of making a local transparent zone pad. This method basically maintains the same chemical (polymer) composition for the entire pad, while reducing the porosity in the areas that need to be transparent in the pad manufacturing process, or not adding it at all, . This new method of creating a local transparent area pad allows a significant increase in pad life and a substantial improvement in the polishing performance of the pad with the window. Additionally, the method of the present invention may include compensating for differences in properties such as the hardness of the pad and window. For example, in order to increase the transparency sufficiently for optical termination point detection, the removal of micropores from one region of the pad creates a harder region with less pores, and thus, in view of the increased hardness, A soft polymer material may be used. Such compensation provides better control or more uniform polishing of the wafer.
투명도에 영향을 줄 수 있는 또 다른 특성은 CMP 패드내의 경질 영역의 크기 및 밀도이다. 크기가 더욱 큰 경질 영역은 빛을 산란시키고 따라서 종료 시점 검출을 위해 사용된 빛에 대하여 투과성이 떨어지는 패드를 만든다. 따라서, 종료 시점 검출을 위한 충분한 투명도를 얻기 위하여 패드내에 경질 영역의 크기와 수의 감소가 요구된다. Another property that can affect transparency is the size and density of the hard areas within the CMP pad. Larger hard areas create a pad that scatters light and therefore is less transmissive to the light used for end point detection. Therefore, reduction of the size and number of hard regions in the pad is required to obtain sufficient transparency for end point detection.
이와 같은 "국부적인 투명 구역"의 개념은 연마 장치상의 복수의 검출기 조립체의 광학적인 경로를 위한 적합한 패드를 제공하기 위하여 액상 주조 또는 반응 인젝션 몰딩과 같은 패드 제조중에 복수의 윈도우를 형성하도록 용이하게 실현될 수 있다. 이러한 복수의 윈도우 설계는 정확한 종료 시점 검출 및 즉각적인 연마 웨이퍼 표면 프로파일을 제공하도록 사용될 수 있다. The concept of such a "localized transparent zone" is readily realized to form a plurality of windows during pad fabrication, such as liquid casting or reactive injection molding, to provide a suitable pad for the optical path of a plurality of detector assemblies on the polishing apparatus . This multiple window design can be used to provide accurate endpoint detection and an immediate polishing wafer surface profile.
제공되는 연마 패드는 투명한 구역 및 투명도가 떨어지는 구역의 용어로 설명되어 있다. 패드 전체가 투명한 것이 될 수 있지만, 상술한 바와 같이 투명한 구역은 실질적으로 다공성 구조의 특성이 결핍되어 있기 때문에 패드 전체가 투명한 것은 바람직하지 않다. 일반적으로 패드는 투명도가 떨어지는 구역내에 투명한 구역을 가지고 있는데, 임의의 형상으로 제한되는 것은 아니다. 예를 들면, 원형상 패드내에 다양한 기하학적 형상이 사용될 수 있다. 도 17은 투명도가 떨어지는 구역내의 투명한 구역에 대한 가능한 기하학적 형상의 비제한적인 예의 개략도이며, 투명한 구역은 원통형(102), 장방형(104) 또는 링형상(106)이 될 수 있다. 또한, 정방형 또는 장방형 윈도우를 구비한 경우에 윈도우의 방향은 변경될 수 있다. 도 18에 도시된 바와 같이 투명도가 떨어지는 그루브를 구비한 투명한 베이스 패드처럼 다른 구성이 또한 가능하다. 그루브의 형성은 인 시투 그루브 패드에 대한 부분에 설명되어 있다. 도 19 및 20은 윈도우가 패드의 나머지 부분과 동일한 두께 경우 또는 패드의 나머지 부분보다 얇은 경우의 예를 나타내고 있다. 투명한 구역은 임의의 크기 및 형상이 될 수 있고, 투명한 구역의 면적이 전체 패드 면적의 100% 까지 될 수 있으며 일반적으로는 투명도가 떨어지는 구역보다 작다(즉, 전체 면적의 약 50% 미만이다). 몇몇 예에서, 전체 투명한 면적은 전체 면적의 약 40% 미만, 약 30% 미만, 약 20% 미만, 약 10% 미만 또는 약 5% 미만이다. 연마 패드는 복수의 투명한 구역을 가질 수 있으며, 이 경우에 모든 투명한 구역의 전체 면적은 일반적으로 투명도가 떨어지는 구역의 전체 면적보다 작다. 비록 하나 이상의 투명한 구역이 패드를 두개 이상의 불투명한 구역으로 분할할 수 있지만, 일반적으로는 하나의 연속적인 불투명한 구역내에 하나 이상의 투명한 구역을 구비하고 있다. The polishing pad provided is described in terms of transparent areas and areas of reduced transparency. Although the entire pad can be transparent, it is not desirable that the entire pad is transparent, as the transparent area, as described above, is substantially lacking in the characteristics of the porous structure. Generally, the pad has a transparent region in the region where the transparency is low, but is not limited to any shape. For example, various geometric shapes may be used within the circular pad. FIG. 17 is a schematic illustration of a non-limiting example of a possible geometric shape for a transparent region in a region of reduced transparency; the transparent region may be a
투명한 구역은 소정 파장의 빛에 대하여 충분히 투명한 패드의 일부 또는 구역이다. 만약 빛이 여기에서 설명되는 필요한 광학적인 검출 또는 모니터링을 허용하는 충분한 양으로 패드 구역을 통하여 투과되면 그 구역은 충분히 투명한 것이다. 투명한 구역은 완전히 투명할 필요는 없으며 입사광의 일부 산란 및 흡수를 용인할 수 있다. 비록 빛의 투과가 소정 범위에 걸친 파장의 함수로서 변화될 수 있지만 바람직하게 투명한 구역은 광범위한 파장에 걸쳐서 빛을 투과한다. 원하는 경우, 투명한 구역은 단일 파장만을 투과시킬 수 있다. 파장의 스펙트럼을 포함하고 있는 빛이 모든 파장에서 반드시 투과될 필요는 없지만, 적절한 광학적인 검출 방법을 사용하기 위하여 필요한 것이어야 한다. 투명한 구역은 적외선에서 자외선까지의 파장의 일부 또는 전부에 대하여 충분히 투명하다. 예를 들면, 투명한 구역은 100 내지 1000 ㎚, 또한 약 200 내지 800 ㎚ 또는 약 250 내지 700 ㎚ 범위 파장의 일부 또는 전부에 대하여 충분히 투명하고, 하나의 관점에서 충분히 투명하다는 것은 소정 파장의 빛의 적어도 약 20%, 또한 적어도 약 50% 또는 적어도 약 75%가 그 구역을 통하여 투과되는 것을 의미한다. A transparent zone is a portion or zone of a pad that is sufficiently transparent to light of a given wavelength. If the light is transmitted through the pad area in a sufficient amount to allow for the necessary optical detection or monitoring described herein, the area is sufficiently transparent. The transparent areas do not have to be completely transparent and can tolerate some scattering and absorption of the incident light. Although the transmission of light can be varied as a function of wavelength over a certain range, a preferably transparent region transmits light over a wide range of wavelengths. If desired, the transparent zone can transmit only a single wavelength. The light containing the spectrum of wavelength does not necessarily have to be transmitted at all wavelengths, but it must be necessary to use an appropriate optical detection method. The transparent zone is sufficiently transparent to some or all of the wavelengths from infrared to ultraviolet. For example, the transparent region is sufficiently transparent to some or all of the wavelengths in the range of 100 to 1000 nm, and also in the range of about 200 to 800 nm or about 250 to 700 nm, and sufficiently transparent in one aspect means that at least , About 20%, and also at least about 50%, or at least about 75%, of the composition is transmitted through the area.
투명한 구역은 적절한 투명성의 폴리머를 포함하고 있는데, 투명한 구역은 충분히 다공성이 결여되어 있다. 기공은 빛을 산란시키므로 만약 기공 밀도가 너무 높으면 많은 양의 빛이 산란되고 그 구역은 충분히 투명하지 않다. 패드의 나머지 부분은 투명성이 떨어지며 광학적인 종료 시점 검출을 위해 유용한 빛을 충분히 투과시킬 수 있다. 패드의 나머지 부분은 투명도가 낮은데 왜냐하면 기공이 입사광을 산란시켜 그 구역을 투명도가 떨어지게 하는 기공 밀도를 가지고 있기 때문이다. 하나의 예에서, 투명도가 낮은 구역은 상당한 공극률을 가지고 있거나 또는 실질적으로 다공성으로 되어 있으므로 투명한 구역에 의해 투과되는 빛의 약 20% 미만, 약 10% 미만, 약 5% 미만 또는 약 1% 미만을 투과시킨다. 여기에서 설명한 바와 같이 패드의 투명도가 낮은 부분의 상이한 구역이 동일한 양의 빛을 차단하지는 않지만 다공성으로 인하여 모든 구역이 충분한 빛을 차단하도록 투명도가 낮은 부분을 가로질러 기공 밀도가 변화될 수 있다. The transparent zone contains a polymer of suitable transparency, the transparent zone lacking sufficient porosity. Pores scatter light, so if the pore density is too high, a lot of light is scattered and the area is not sufficiently transparent. The remainder of the pad is poorly transparent and can sufficiently transmit light useful for optical end-point detection. The rest of the pad has low transparency because the pores have a pore density that causes the incident light to scatter and reduce the transparency of the area. In one example, a region of low transparency has a significant porosity or is substantially porous, thus less than about 20%, less than about 10%, less than about 5%, or less than about 1% of the light transmitted by the transparent region . As described herein, different regions of the lower transparency portion of the pad do not block the same amount of light, but due to the porosity, the pore density can be varied across the lower transparency portion to block sufficient light in all regions.
이하의 예들은 신규의 연마 패드의 예 및 그러한 패드를 제조하는 방법을 설명한다.
The following examples illustrate examples of novel polishing pads and methods of making such pads.
예 1 : 윈도우를 구비한 패드를 형성하기 위한 공정Example 1: Process for forming pads with windows
윈도우 형성 제조 공정이 사용될 수 있다. 제조 공정은 경화제, 디올, 프레폴리머 및 마이크로벌룬의 각각의 제품 스트림이 연속적인 과정에서 혼합하기 전에 또는 혼합하는 동안 개별적으로 첨가되도록 설계된다. 이것은 도 21에 개략적으로 도시되어 있다. 이러한 제조 공정을 사용할 때 각각의 필요한 공급 재료 스트림은 소정량의 경화제, 디올, 프레폴리머 및 마이크로벌룬을 공급하도록 용이하게 제어될 수 있다.A window forming fabrication process may be used. The manufacturing process is designed so that the respective product streams of the hardener, diol, prepolymer and microballoons are added separately before mixing or during mixing in a continuous process. This is schematically shown in Fig. When using such a manufacturing process, each required feedstock stream can be easily controlled to supply a predetermined amount of a curing agent, a diol, a prepolymer, and a microballoon.
이러한 공정이 주목할 만한 조정 능력 및 융통성을 제공하지만 이러한 제조 공정을 사용하여 성취될 수 있는 또 다른 목표는 제 위치에 윈도우를 형성하는 것이다. 제조 공정 동안에 패드를 만들기 위하여 채워져야 할 필요가 있는 몰드의 각각의 부분은 미리 정해진 속도로 삽입 노즐에 의해 가로지를 수 있다. 국부적인 특정 구역에 대해 투명도를 얻기 위하여, 공급 장치가 상기 특정 구역을 가로지르는 동안 마이크로벌룬 스트림이 차단되거나 또는 유동 속도가 감소될 수 있다. 투명함은 경화제, 디올(또는 아민) 및 프레폴리머의 반응에 의해 형성되는 폴리우레탄으로 구성되는 폴리머 매트릭스가 투명하기 때문에 얻어진다. 패드의 불투명함은 윈도가 없는 구역에서 마이크로벌룬의 도입에 의한 것이다. Another goal that can be achieved using this manufacturing process is to form windows in place, while these processes provide notable adjustment and flexibility. Each part of the mold that needs to be filled to make the pad during the manufacturing process can be traversed by the insertion nozzle at a predetermined rate. In order to obtain transparency for a particular localized zone, the microballoons stream may be blocked or the flow rate may be reduced while the feeder crosses the specified zone. The transparency is obtained because the polymer matrix composed of the polyurethane formed by the reaction of the curing agent, the diol (or amine) and the prepolymer is transparent. The opacity of the pad is due to the introduction of microballoons in the area without windows.
패드 전체를 투명하게 하기 위하여 마이크로벌룬을 생략하는 것이 가능하지만, 이와 같이 투명한 패드는 연마 목적을 위한 소정의 유연성을 갖지 못할 수 있다. 마이크로벌룬을 첨가하지 않는 것은 경도를 쇼어 D 스케일로 약 5 내지 10 증가시킬 수 있다. 따라서, 종료 시점 검출 목적을 위해 국부적인 투명한 구역을 만들고 투명한 구역에서의 경도 변화에 기인한 역효과를 상쇄하기 위하여 패드에 대한 보상 등급화 방안을 생성하는 것이 바람직하다. 이러한 패드의 예가 도 22에 도시되어 있다. 보상 등급화는 미리 정해진 등급화 방안에 의해 매우 효과적으로 달성될 수 있다. 이러한 보상 등급화 방안은 이 예에서 설명한 제조 공정에서 허용되는 조정 능력에 의해 달성될 수 있다. 예를 들면, 투명한 구역에서의 경도는 연질 재료의 첨가를 통하여 조절될 수 있다. 이러한 제조 공정은 또한 원하는 경우에 하나 이상의 윈도우를 만드기 위하여 사용될 수 있다.
Although it is possible to omit the microballoons to make the entire pad transparent, such transparent pads may not have the desired flexibility for polishing purposes. Not adding microballoons can increase the hardness by about 5 to 10 on Shore D scale. It is therefore desirable to create a localized transparent zone for endpoint detection purposes and to create a compensation rating scheme for the pad to counteract the adverse effects due to hardness changes in the transparent zone. An example of such a pad is shown in Fig. Compensation grading can be achieved very effectively by means of a predetermined grading scheme. This compensation leveling scheme can be achieved by the adjustment capability that is allowed in the manufacturing process described in this example. For example, the hardness in a clear zone can be controlled through the addition of a soft material. This manufacturing process can also be used to create one or more windows if desired.
예 2 : 가시 광선에 투명한 윈도우를 구비한 연마 패드의 특성Example 2: Characteristics of a polishing pad with a transparent window for visible light
예를 들어 이 방식은 웨이퍼의 연마를 위해 사용되는 0.75 x 2.25 인치의 윈도우를 구비한 등급화된 CMP 폴리우레탄 패드를 만들기 위한 것으로 설명된다. 폴리우레탄 연마 패드는 소정의 경도, 기공 크기 및 밀도를 갖도록 만들어진다. 패드는 쇼어 D 스케일로 약 65 내지 75의 경도, 기공 크기 35 내지 55 ㎛을 갖는 패드 재료의 약 15% 내지 25%의 기공 밀도를 가지고 있다. 일반적으로 패드에 대한 경도는 쇼어 경도 D 스케일로 45 내지 75 이며, 하나의 예에서 윈도우에 대한 경도는 바람직하게 쇼어 경도 D 스케일로 대략 70이다. 상업적으로 입수가능한 CMP 장비를 사용하여 광학적인 종료 시점 검출의 원하는 목표를 달성하기 위하여, 바람직하게는 패드 윈도우가 가시 광선에 대하여 투명한 것이 바람직한데 왜냐하면 이러한 검출 방식에서 가시 광선이 사용되기 때문이다. 도 23은 완전히 투명한 패드를 도시하고 있다.For example, this approach is described as creating a graded CMP polyurethane pad with a 0.75 x 2.25 inch window used for polishing the wafer. The polyurethane polishing pad is made to have a desired hardness, pore size and density. The pads have a porosity density of about 15% to 25% of the pad material having a hardness of about 65 to 75 and a pore size of 35 to 55 占 퐉 in Shore D scale. In general, the hardness for the pad is from 45 to 75 on a Shore hardness D scale, and in one example the hardness for the window is preferably about 70 with a Shore hardness D scale. In order to achieve the desired goal of optical endpoint detection using commercially available CMP equipment, it is preferred that the pad window be transparent to visible light because visible light is used in this detection scheme. Figure 23 shows a completely transparent pad.
명세서의 단락 Ⅰ에서 설명한 재료 및 공정에 의해 만들어질 수 있는 CMP를 위한 적합화된 패드의 단락 Ⅱ 내지 단락 Ⅷ에서 설명된 특성들은 패드에 대한 소정 특성을 달성하기 위하여 조합될 수 있다. 표 10은 단락 Ⅱ 내지 단락 Ⅷ에서 설명된 특성을 열거한 것이다.The features described in paragraphs II through VIII of the adapted pad for CMP, which may be made by the materials and processes described in paragraph I of the specification, may be combined to achieve certain characteristics for the pad. Table 10 lists the characteristics described in paragraphs II to VIII.
단락 Ⅰ에서 설명된 폴리머 생성 방식에 추가하여, 제어된 미세구조와 더불어 표 10에 열거된 추가적인 특성을 갖는 적합화된 패드를 형성하기 위하여 표 10에 열거된 특성이 조합될 수 있다. 제어된 미세구조와 함께 조합될 수 있는 특성의 조합은 다음과 같다(숫자는 표 10에 열거된 특성을 나타낸다): 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 1&2, 1&3, 1&4, 1&5, 1&6, 1&7, 2&3, 2&4, 2&5, 2&6, 2&7, 3&4, 3&5, 3&6, 3&7, 4&5, 4&6, 4&7, 5&6, 5&7, 6&7, 1&2&3, 1&2&4, 1&2&5, 1&2&6, 1&2&7, 1&3&4, 1&3&5, 1&3&6, 1&3&7, 1&4&5, 1&4&6, 1&4&7, 1&5&6, 1&5&7, 1&6&7, 2&3&4, 2&3&5, 2&3&6, 2&3&7, 2&4&5, 2&4&6, 2&4&7, 2&5&6, 2&5&7, 2&6&7, 3&4&5, 3&4&6, 3&4&7, 3&5&6, 3&5&7, 3&6&7, 4&5&6, 4&5&7, 4&6&7, 5&6&7, 1&2&3&4, 1&2&3&5, 1&2&3&6, 1&2&3&7, 1&2&4&5, 1&2&4&6, 1&2&4&7, 1&2&5&6, 1&2&5&7, 1&2&6&7, 1&3&4&5, 1&3&4&6, 1&3&4&7, 1&3&5&6, 1&3&5&7, 1&3&6&7, 1&4&5&6, 1&4&5&7, 1&4&6&7, 1&5&6&7, 2&3&4&5, 2&3&4&6, 2&3&4&7, 2&3&5&6, 2&3&5&7, 2&3&6&7, 2&4&5&6, 2&4&5&7, 2&4&6&7, 2&5&6&7, 3&4&5&6, 3&4&5&7, 3&5&6&7, 4&5&6&7, 1&2&3&4&5, 1&2&3&4&6, 1&2&3&4&7, 1&2&3&5&6, 1&2&3&5&7, 1&2&3&6&7, 1&2&4&5&6, 1&2&4&5&7, 1&2&4&6&7, 1&2&5&6&7, 1&3&4&5&6, 1&3&4&5&7, 1&3&4&6&7, 1&4&5&6&7, 2&3&4&5&6, 2&3&4&5&7, 2&3&4&6&7, 2&3&5&6&7, 2&4&5&6&7, 3&4&5&6&7, 1&2&3&4&5&6, 1&2&3&4&5&7, 1&2&3&4&6&7, 1&2&3&5&6&7, 1&2&4&5&6&7, 1&3&4&5&6&7, 2&3&4&5&6&7, 1&2&3&4&5&6&7.
In addition to the polymer generation schemes described in Section I, the properties listed in Table 10 may be combined to form a fitted pad with the additional properties listed in Table 10, along with the controlled microstructure. The combinations of characteristics that can be combined with the controlled microstructure are as follows (numbers represent the properties listed in Table 10): 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 1 & 2, 1 & 3, 1 & 3 & 4, 5 & 6, 5 & 7, 6 & 7, 1 & 2 & 3, 1 & 2 & 3, 2 & 4, 2 & 5, 2 & 3, 2 & 7, 3 & 4, 3 & 1 & 3 & 6,1 & 3 & 7, 1 & 4 and 5, 1 and 4 & 6, 1 & 4 & 7, 1 & 5 & 6, 1 & 5 & 7, 1 & 6 & 7, 2 & 3 & 4, 2 & 3 & 5, 2 & 3 & 6, 2 & 3 & 7, 2 & 4 & 5, 2 & 4 & 6, 2 & 4 & 7, 2 & 5 & 6, 2 & 5 & 7, 2 & 6 & 7, 3 & 4 & 5, 3 & 4, & 6, 3 & 4 & 7, 3 & 5 & 6, 3 & 5 & 7 3 & 6 & 7, 4 & 5 & 6, 4 & 5 & 7, 4 & 6 & 7, 5 & 6 & 7, 1 & 2 & 3 & 4, 1 & 2 & 3 & 5, 1 & 2 & 3 & 6, 1 & 2 & 3 & 7, 1 & 2 & 4 & 5, 1 & 2 & 4 & 6, 1 & 2 & 4 & 7, 1 & 2 & 5 & 6, 1 & 2 & 5 & 7, 1 & 2 & 6 & 7, 1 & 3 & 4 & 5, 1 & 3 & 4 & 6, 1 & 3 & 4 & 7, 1 & 3 & 5 & 6, 1 & 3 & 5 & 7, 1 & 3 and 6 & 7, 1 & 4 and 5 & 6, 1 & 4 & 5 & 7, 1 & 4 and 6 & 7, 1 & 5 & 6 & 7, 2 & 3 & 4 & 5, 2 & 3 & 4 & 6, 2 & 3 & 4 & 7, 2 & 3 and 5 & 6, 2 & 3 & 5 & 7, 2 & 3 and 6 & 7, 2 & 4 and 5 & 6, 2 & 4 & 5 & 7, 2 & 4 and 6 & 7, 2 & 5 & 6 & 7, 3 & 4 & 5 & 6, 3 & 4 & 5 & 7, 3 & 5 & 6 & 7, 4 & 5 & 6 & 7, 1 & 2 & 3 & 4 & 5, 1 & 2 & 3 & 4 & 6, 1 & 2 & 3 & 4 & 7, 1 & 2 & 3 & 5 & 6, 1 & 2 & 3 & 5 & 7, 1 & 2 & 3 & 6 & 7, 1 & 2 & 4 and 5 & 6, 1 & 2 & 4 & 5 & 7, 1 & 2 & 4 and 6 & 7, 1 & 2 & 5 & 6 & 7, 1 & 3 & 4 & 5 & 6, 1 & 3 & 4 & 5 & 7, 1 & 3 & 4 & 6 & 7, 1 & 4 & 5 & 6 & 7, 2 & 3 & 4 & 5 & 6, 2 & 3 & 4 & 5 & 7, 2 3 & 4 & 5 & 6 & 7, 1 & 2 & 3 & 5 & 6 & 7, 1 & 2 & 3 & 5 & 6 & 7, 1 & 2 & 3 & 5 & 6 & 7,
Ⅸ. 적합화 방법Ⅸ. How to fit
패드의 적합화는 원하는 패드 성질에 기초한 것이 될 수 있다. 예를 들면, 우레탄 경질 패드의 생성은 높은 수준의 교차 결합의 이용, 디페닐메탄-디이소시아네이트(MDI) 대신에 톨루엔-디이소시아네이트(TDI)계 시스템의 이용, 짧은 폴리올 및 폴리아민 사슬의 이용을 통하여 성취될 수 있다. 낮은 유리 전이 온도의 패드는 폴리에테를 폴리올을 사용하며, 경질 세그먼트의 크기를 감소시키고 수를 증가시키는 것에 의해서 만들어질 수 있다. 향상된 파괴 강도를 갖는 패드는 폴리에스테르 폴리올을 사용하여 만들어질 수 있다. 투명한 패드는 경질 세그먼트의 수를 증가시키고, 짧은 연질 사슬의 상 분리를 허용하지 않으며, 기공의 크기를 감소시키고, 방향성이 낮은 폴리올을 사용하고, 분자의 선형적 관계(즉, 대략 화학량론적 관계)를 갖게 함으로써 만들어질 수 있다. 친수성 패드는 친수성을 갖는 낮은 분자량의 폴리올의 첨가를 통하여 만들어질 수 있다.
The fit of the pad may be based on the desired pad properties. For example, the formation of urethane hard pads can be achieved through the use of high levels of cross-linking, the use of toluene-diisocyanate (TDI) based systems instead of diphenylmethane-diisocyanate (MDI), the use of short polyols and polyamine chains Can be accomplished. Pads with low glass transition temperatures can be made by using polyether polyols, reducing the size of the hard segment and increasing the number. Pads with improved breaking strength can be made using polyester polyols. Transparent pads increase the number of hard segments, do not allow phase separation of short soft chains, reduce the size of pores, use lowly directional polyols, and have a linear relationship (i.e., a stoichiometric relationship) . ≪ / RTI > Hydrophilic pads can be made through the addition of hydrophilic low molecular weight polyols.
A. 연마할 재료에 따라 패드를 적합화하기 위한 방법A. A method for adapting pads according to the material to be polished
SiO2 와 같은 산화물의 연마는 연마 패드의 폴리머 재료내에 SiO2 입자와 같은 연마재를 삽입시켜 첨가하는 것을 통하여 달성될 수 있다. Polishing of the oxide such as SiO 2 may be achieved through the addition by inserting the abrasive, such as SiO 2 particles in the polymeric material of the polishing pad.
구리 연마는 세 단계의 공정을 포함하고 있다. 도 24는 구리 연마 공정의 개략도이다. 첫번째 단계는 벌크 구리 제거이다. 두번째 단계는 낮은 마찰 계수를 요구할 수 있는 로우 K 배리어(low K barrier)의 제거이다. 마지막 세번째 단계는 탄탈/탄탈 나이트라이드 배리어 층의 제거이다. 일반적으로 각각의 개별적인 단계를 위해 세개의 다른 패드가 사용된다. 본 발명의 패드(Neopad의 패드)에 대해서, 여기에 설명되는 바와 같이 단일의 기능성 패드가 성취될 수 있다(즉, 단일의 패드가 세개의 모든 단계를 위해 사용될 수 있다). 이것은 보론 나이트라이드 및/또는 Teflon®과 같은 고체 윤활제의 첨가 및 낮은 전단력의 일체형 패드를 이용하여 달성될 수 있다. 구리 연마를 위한 고체 윤활제가 될 수 보론 나이트라이드 또는 Teflon®과 같은 고체 윤활제를 포함하는 패드 및 낮은 전단력의 일체형 패드가 구리 연마 공정을 위해 바람직한 것이 될 수 있는 더욱 낮은 마찰 계수를 허용한다.Copper polishing involves a three-step process. 24 is a schematic view of a copper polishing process. The first step is bulk copper removal. The second step is the elimination of the low K barrier which may require a low coefficient of friction. The final third step is the removal of the tantalum / tantalum nitride barrier layer. Generally, three different pads are used for each individual step. For the inventive pad (Neopad's pad), a single functional pad can be achieved as described herein (i.e., a single pad can be used for all three steps). This can be achieved using the addition of a solid lubricant such as boron nitride and / or Teflon 占 and the use of a low shear integral pad. Pads comprising solid lubricants such as boron nitride or Teflon 占 which can be solid lubricants for copper polishing and low shear integral pads permit a lower coefficient of friction that can be desirable for copper polishing processes.
얕은 트렌치 절연체(나이트라이드 및 옥사이드 스택)는 세륨 옥사이드와 같은 삽입 연마재의 첨가뿐만 아니라 낮은 전단력의 일체형 패드를 사용함으로써 연마될 수 있다. 세륨 옥사이드가 질화물을 선택적으로 연마할 수 있기 때문에 세륨 옥사이드는 연마 과정에서 선택적인 연마를 가능하게 한다. 낮은 전단력의 일체형 패드에서의 인터페이스는 더욱 낮은 마찰 계수를 허용한다. 얕은 트렌치 절연체를 연마하기 위해 연마재의 기능적인 등급화가 또한 이용될 수 있다. The shallow trench insulator (nitride and oxide stack) can be polished by using an integrated pad of low shear force as well as the addition of an insert abrasive such as cerium oxide. Since cerium oxide can selectively polish the nitride, cerium oxide enables selective polishing in the polishing process. The interface in a low shear integral pad allows a lower coefficient of friction. A functional grading of the abrasive may also be used to polish the shallow trench insulator.
산화물을 연마하기 위해 사용되는 패드보다 더욱 높은 압축성을 갖는 연질 패드가 취성 재료인 텅스텐을 연마하기 위해 사용될 수 있다. 패드 경도의 감소는 긴 사슬 폴리올 재료를 사용하여 제조된 것과 같은 연질 폴리머를 사용하는 것에 의해서 그리고 패드내의 공극률을 증가시키는 것에 의해서 달성될 수 있다.A soft pad having a higher compressibility than the pad used to polish the oxide may be used to polish tungsten, a brittle material. The reduction in pad hardness can be achieved by using a soft polymer such as one prepared using a long chain polyol material and by increasing the porosity in the pad.
매우 부서지기 쉽고 낮은 제거 속도를 요구할 수 있는 광학 재료는 매우 낮은 마찰 계수를 갖는 위스퍼 또는 클러스터 연마와 같은 방법을 요구할 수 있다. 이것은 고체 윤활제의 첨가 및/또는 복수의 인터페이스를 갖는 낮은 전단력의 일체형 패드의 사용에 의해서 달성될 수 있다.Optical materials that are very fragile and may require low removal rates may require methods such as whisper or cluster polishing with a very low coefficient of friction. This can be accomplished by the addition of a solid lubricant and / or the use of a low shear force integral pad having a plurality of interfaces.
광학 재료, 변형된 실리콘, 수직의 게이트, FinFet 스트럭쳐 또는 실리콘 온 인슐레이터(SOI)를 갖고 있는 것처럼 기판에 존재하는 것은 매우 부서지기 쉽고, 낮은 제거 속도를 요구할 수 있으며, 매우 낮은 마찰 계수를 갖는 위스퍼 또는 클러스터 연마와 같은 방법을 요구할 수 있다. 이것은 고체 윤활제의 첨가 및/또는 복수의 인터페이스를 갖는 낮은 전단력의 일체형 패드의 사용에 의해서 달성될 수 있다.What is present on the substrate as having an optical material, strained silicon, vertical gate, FinFet structure or silicon on insulator (SOI) is very fragile, may require low removal rates, Clustering of the cluster may be required. This can be accomplished by the addition of a solid lubricant and / or the use of a low shear force integral pad having a plurality of interfaces.
만약 시스템 온 칩(SoC)이 존재하면, 연마는 보론 나이트라이드 또는 Teflon®과 같은 고체 윤활제의 첨가 및 낮은 전단력의 일체형 패드의 사용으로 달성될 수 있다. 만약 큰 패턴 밀도가 존재한다면 기능적인 등급화가 필요할 수 있다.
If system-on-chip (SoC) is present, polishing can be achieved by the addition of a solid lubricant such as boron nitride or Teflon® and the use of a low shear integral pad. Functional grading may be required if large pattern densities are present.
B. 연마할 IC 특성에 따라 패드를 적합화하기 위한 방법.B. A method for adapting the pad according to the IC characteristics to be polished.
기판에 70% 이상의 높은 IC 패턴 밀도에 대해서는 장범위 규칙성, 기공 크기 및 분포와 같은 패드 특성의 엄격한 제어가 요구된다. 이러한 특성의 엄격한 제어는 제조 과정 동안에 온도의 균일성을 제어하고 폴리머 출발 성분의 균일한 혼합물을 만드는 것과 같은 패드 제조 과정의 제어를 통하여 달성될 수 있다.Rigorous control of pad characteristics, such as long-range regularity, pore size and distribution, is required for high IC pattern densities of greater than 70% on a substrate. Strict control of these properties can be achieved through control of the pad manufacturing process, such as controlling the uniformity of the temperature during the manufacturing process and creating a uniform mixture of polymer starting components.
기판의 높은 IC 패턴 밀도에 대해서는, 밀도 범위를 조절하기 위하여 패드의 기능적인 등급화가 요구될 수 있다. 기판의 약 50% 내지 100%와 같이 높은 패턴 밀도 범위에 대해서는, 도 7 및 도 10에서 각각 개략적으로 도시된 바와 같은 반경방향으로 연속적인 또는 불연속적인 대칭의 기능적인 등급화가 사용될 수 있다. 기판의 약 80% 내지 100%와 같이 더욱 높은 패턴 밀도 범위에 대해서는, 도 9에 도시된 바와 같이 반경방향으로 대칭이 아닌 등급화가 연마 표면에 대한 패드 특성의 더욱 적합화된 분포를 위해 사용될 수 있다. For a high IC pattern density of the substrate, a functional grading of the pad may be required to adjust the density range. For a high pattern density range, such as from about 50% to 100% of the substrate, a radially continuous or discrete symmetric functional grading as schematically shown in Figures 7 and 10, respectively, may be used. For higher pattern density ranges, such as about 80% to 100% of the substrate, grading that is not radially symmetric, as shown in Figure 9, can be used for a more tailored distribution of pad characteristics to the polishing surface .
더욱 작은 라인 폭의 IC에 대해서는 패드의 마찰 계수가 더욱 작은 것이 바람직하다. 이것은 고체 윤활제의 첨가 및/또는 낮은 전단력의 일체형 패드의 사용으로 달성될 수 있다. For ICs with a smaller line width, it is preferable that the friction coefficient of the pad is further reduced. This can be achieved by the addition of a solid lubricant and / or the use of a low shear integral pad.
칩 크기가 CMP 패드의 소정 특성을 결정할 수 있다. 시스템 온 칩과 같은 커다란 칩에 대해서는, 높은 칩 수율을 위해 기능적인 등급화가 중요한 것이 될 수 있다.The chip size can determine a desired characteristic of the CMP pad. For large chips such as system-on-chips, functional grading can be important for high chip yield.
트랜지스터 및 금속 라인과 같은 테크놀러지 노드의 크기가 연마 패드의 소정 특성을 결정할 수 있다. 90 ㎚ 이하의 낮은 테크놀러지 노드에 대해서는 패드 재료내에 고체 윤활제의 사용 및 낮은 전단력의 일체형 패드가 중요한 것이 될 수 있는데, 왜냐하면 이러한 것이 낮은 마찰계수를 제공하기 때문이다. 구조가 작아질수록 연마중에 구조가 파손될 가능성이 증가하기 때문에 낮은 마찰 계수가 중요한 것이 될 수 있으며, 따라서 낮은 마찰 계수가 요구될 수 있다. 본 발명의 패드는 90 ㎚ 및 그 이상의 테크놀러지 노드뿐만 아니라 65 ㎚, 45 ㎚, 32 ㎚ 및 더 작은 테크놀러지 노드에서 매우 일정한 연마 성능을 달성하도록 설계될 수 있다.
The size of the technology node, such as transistors and metal lines, can determine the desired characteristics of the polishing pad. For low technology nodes below 90 nm, the use of solid lubricants in the pad material and low shear integral pads can be important because they provide a low coefficient of friction. The lower the structure, the greater the possibility of breakage of the structure during polishing, so a low coefficient of friction can be important and a low coefficient of friction may therefore be required. The inventive pad can be designed to achieve very consistent polishing performance at 65 nm, 45 nm, 32 nm and smaller technology nodes as well as 90 nm and higher technology nodes.
CMP를 위한 적합화된 패드의 특성Characteristics of Fitted Pads for CMP
패드 열적 특성(온도 변화)Pad thermal characteristics (temperature change)
연마 작업 동안의 온도 변화는 연마 성능에 영향을 줄 수 있다. 온도 변화는 슬러리 유동 속도뿐만 아니라 패드의 손실 계수(E") 및 저장 계수(E')를 포함하는 다수의 변수에 의존한다. 연마 온도의 변동은 제거 속도의 변화로 이어지고 결과적으로 연마 속도 및 공정의 균일성에 영향을 줄 수 있기 때문에 온도 변화가 더욱 작은 것이 바람직하다. 예를 들면, 2℃의 연마 온도 변화가 약 20%의 연마 속도 변화를 나타낼 수 있다. 본 발명에서, 신규의 방법들은 연마중에 온도 변화를 감소시키도록 개발되었다. 패드의 폴리머 매트릭스내에 경질 영역의 종류, 크기 및 밀도의 균일한 분포를 유지하고, 높은 저장 계수(E') 및 손실 계수(E")를 갖게 하고, 약 20% 미만이 되어야 하는 저장 계수의 작은 손실(△E'(20℃ - 40℃)을 갖게 하고, 더욱 작은 저장 계수에 대한 손실 계수의 비(tanδ)를 갖게 하고, 경질 영역 크기의 감소시키고, 및 경질 영역의 밀도를 증가(저장 계수(E') 및 손실 계수(E")의 값을 증가시키게 될 수 있음)시키는 것에 의해서 낮은 온도 변화가 유지될 수 있다. Changes in temperature during the polishing operation can affect the polishing performance. The temperature change depends on a number of variables including the slurry flow rate as well as the loss factor (E ") and the storage coefficient (E ') of the pad. Variations in the polishing temperature lead to changes in the removal rate, For example, a change in the polishing temperature of 2 DEG C may exhibit a polishing rate change of about 20%. In the present invention, the new methods include polishing (E ') and loss factor (E "), while maintaining a uniform distribution of the type, size and density of the hard regions within the polymer matrix of the pad, (20 占 폚 - 40 占 폚) of the storage coefficient that should be less than 20%, to have a ratio of the loss coefficient to the smaller storage coefficient (tan?), To reduce the hard zone size,And by increasing the density of the hard areas (which may increase the values of the storage modulus E 'and the loss modulus E ").
신규한 본 발명의 적합화된 패드는 최대 3℃ 이내의 열적 변화를 갖는 반면에 상업적으로 입수가능한 패드는 10℃ 이상의 열적 변화를 갖는다. 세개의 적합화된 본원 발명의 패드와 두개의 상업적으로 입수가능한 패드에 대한 압력과 속도(p x V)의 함수로서 온도가 도 25에 도시되어 있다.
The novel inventive fit pad has a thermal change within 3 ° C maximum, while a commercially available pad has a thermal change of 10 ° C or higher. The temperature as a function of the pressure and velocity (px V) for the three adapted inventive pads and the two commercially available pads is shown in Fig.
DMA/TMA 특성DMA / TMA characteristics
패드의 열적-기계적 특성이 CMP 패드의 연마 성능을 위해 중요할 수 있다. 주요한 특성은 상술한 유리 전이 온도(Tg), 손실 계수(E"), 저장 계수(E'), tanδ(E"/E'), KEL(tanδ*1012(E'(1+tan2δ))), 표면 장력, 압축성 및 열적 변화 특성이다. 균일하고 향상된 연마를 위해 더욱 낮은 유리 전이 온도가 바람직하다. 더욱 높은 손실 계수(E") 및 저장 계수(E')가 바람직한데, 왜냐하면 이로 인해 연마 성능에서의 증가로 이어지기 때문이다. 더욱 높은 손실 계수(E") 및 저장 계수(E')은 CMP 패드내에 경질 영역의 크기를 감소시키고 밀도를 증가시킴으로써 성취될 수 있다. 또한, 연마 온도 범위에서 더욱 낮은 tanδ 값이 바람직한데, 왜냐하면 그 값이 작을수록 낮은 온도 변화를 가능하게 하기 때문이다. The thermal-mechanical properties of the pad may be important for the polishing performance of the CMP pad. The main characteristic is above the glass transition temperature (T g), loss modulus (E "), storage modulus (E '), tanδ (E " / E'), KEL (tanδ * 10 12 (E '(1 + tan 2 δ))), surface tension, compressibility and thermal change characteristics. A lower glass transition temperature is preferred for uniform and improved polishing. (E ") and storage factor (E ') are preferred because this leads to an increase in polishing performance. The higher loss factor E " and the storage factor E' Can be accomplished by reducing the size of the hard regions within the pad and increasing the density. Also, a lower tan delta value is preferred over the polishing temperature range because the smaller the value, the lower the temperature variation is possible.
DMA/TMA 특성은 표 11에 나타나 있다. 저장 계수(E')는 상업적으로 입수가능한 패드에 대한 300 Mpa 미만과 비교하여 본원 발명의 신규의 적합화된 패드에 대해서 약 400 Mpa를 초과한다. 손실 계수(E")는 상업적으로 입수가능한 패드에 대한 250 Mpa 미만과 비교하여 본원 발명의 신규의 적합화된 패드에 대해서 약 250 Mpa를 초과한다. -20℃를 초과하는 유리 전이 온도를 갖는 상업적으로 입수가능한 패드의 유리 전이 온도와 비교하여 본 발명의 패드는 약 -30℃ 미만의 유리 전이 온도(Tg)를 가지고 있다. 유리 전이 온도가 작업 온도와 차이가 클 때 패드 특성에 대한 온도의 영향이 감소되기 때문에 낮은 유리 전이 온도가 바람직하다. 유리 전이 온도에서 또는 유리 전이 온도 부근에서, 폴리머 특성은 급격한 변화를 받으며 높은 온도 의존성을 갖는다. The DMA / TMA characteristics are shown in Table 11. The storage modulus (E ') is greater than about 400 MPa for the novel adapted pad of the present invention compared to less than 300 MPa for commercially available pads. The loss factor (E ") is greater than about 250 MPa for the novel adapted pad of the present invention as compared to less than 250 MPa for commercially available pads. The pad of the present invention has a glass transition temperature (T g ) of less than about -30 ° C. When the glass transition temperature is different from the working temperature, the temperature of the pad characteristic A low glass transition temperature is preferred because the effect is reduced. At or about the glass transition temperature, the polymer properties are subject to abrupt changes and have a high temperature dependency.
또한, 온도의 함수로서 저장 계수의 변화(△E')를 낮추는 것이 중요할 수 있다. 낮은 값은 폴리머의 특성 변화를 최소화할 수 있다(즉, 재료 특성이 동일하게 유지되며 이러한 특성이 바람직하다). 패드 특성에 대한 표 11에 나타나 있는 바와 같이 상업적으로 입수가능한 패드(30% 이상)와 비교하여 본 발명의 패드에 대해서 40℃와 20℃ 사이에서 저장 계수의 작은 변화가 얻어진다. 패드의 폴리머 매트릭스내에 경질 영역의 종류, 크기 및 밀도의 균일한 분포를 유지하는 것에 의해서 저장 계수의 감소가 달성될 수 있다.It may also be important to lower the change in storage coefficient (DELTA E ') as a function of temperature. Lower values can minimize changes in the properties of the polymer (i.e., the material properties remain the same and such properties are desirable). As shown in Table 11 for the pad characteristics, a small change in the storage modulus is obtained between 40 [deg.] C and 20 [deg.] C for the pad of the present invention compared to commercially available pads (greater than 30%). A reduction in storage coefficient can be achieved by maintaining a uniform distribution of the type, size, and density of the hard regions within the polymer matrix of the pad.
표에 기재된 다른 특성은 상업적으로 입수가능한 패드에 대해서 1 보다 크고 본 발명의 패드에 대해서 약 0.7 미만인 tanδ, 상업적으로 입수가능한 패드에 대해서 100 - 1000(1/Pa)의 범위이고 본 발명의 패드에 대해서 일반적으로 약 100(1/Pa) 미만인 KEL(tanδ*1012(E'(1+tan2δ))), 상업적으로 입수가능한 패드에 대해서 34 mN/m 보다 크고 본 발명의 패드에 대해서 약 25 mN/m 보다 작은 표면 장력, 상업적으로 입수가능한 패드에 대해서 1% - 5% 사이의 범위이며 본 발명의 패드에 대하여 약 1% 미만인 압축성을 포함하고 있다. 연마 패드의 바람직한 패드 특성이 표 12에 기재되어 있다. Other properties listed in the table are tan? Greater than 1 for commercially available pads and less than about 0.7 for the inventive pads, 100-1000 (1 / Pa) for commercially available pads, for typically from about 100 (1 / Pa) is less than KEL (tanδ * 10 12 (E '(1 + tan 2 δ))), approximately about the large pad of the present invention than 34 mN / m with respect to commercially available pads Surface tension less than 25 mN / m, between 1% and 5% for commercially available pads, and compressibility less than about 1% for the pad of the present invention. The preferred pad properties of the polishing pad are listed in Table 12.
적합화는 또한 연마 공정 동안에 사용되는 슬러리의 종류를 고려하여 사용될 수 있다. 사용되는 슬러리에 의존하여, 슬러리의 점성 및 젖음 특성을 수용하기 위하여 패드의 표면 장력이 조정될 수 있다. 젖음 특성의 수용은 사용되는 슬러리와 혼화될 수 있는 폴리머 재료의 사용을 통하여 달성될 수 있다. 점성의 슬러리는, 더 많은 양의 슬러리를 체류시킬 수 있으며 조금 더 부드러운 패드를 필요로 할 수 있다. Fitting can also be used in view of the type of slurry used during the polishing process. Depending on the slurry used, the surface tension of the pad can be adjusted to accommodate the viscosity and wetting characteristics of the slurry. Acceptance of the wetting property can be achieved through the use of a polymer material which can be miscible with the slurry used. A viscous slurry can hold a greater amount of slurry and may require a softer pad.
연마가 이루어지는 장비 플랫폼이 또한 적합화에 영향을 미칠 수 있다. 상이한 장비 플랫폼(즉, AMAT, Ebara)은 상이한 시간 동안 웨이퍼의 상이한 영역에 노출되는 패드의 상이한 영역을 가지고 있다. 상이한 장비 플랫폼에서 일어나는 고압 및 저압의 상이한 영역에 적응시키기 위하여 기능적인 등급화가 이용될 수 있다. 상이한 장비 플랫폼에 적응시키기 위하여 패드의 크기가 또한 조정될 수 있다.
The equipment platform on which the polishing takes place can also affect the fit. Different equipment platforms (i.e., AMAT, Ebara) have different areas of the pad exposed to different areas of the wafer for different times. Functional grading can be used to adapt to different areas of high and low pressure occurring in different equipment platforms. The size of the pads can also be adjusted to accommodate different equipment platforms.
Ⅹ. 예시적인 패드 성능Ⅹ. Exemplary Pad Performance
상업적으로 입수가능한 패드와 비교한 본 발명의 패드에 대한 중요한 몇몇 관점에서의 CMP 성능의 비교 및 제한적이지 않은 예시적인 제조 방법의 내용이 아래에서 설명된다.
A comparison of CMP performance in some important aspects of the pad of the present invention compared to commercially available pads and the contents of an exemplary non-limiting manufacturing method are described below.
예 1Example 1
산화물을 연마하기 위해 설계된 적합화된 패드(A)는 경도 70D(쇼어 D 스케일)의 우레탄을 포함하고 있다. 패드는 액상 주조를 이용하여 성형되고 상술한 방법을 이용하여 형성된다. 패드 제조를 위하여 성분 중에서 경도 70D의 이소시아네이트, 폴리올 사슬 연장제, 경화제, 자외선 보호를 위해 사용되는 안정제, 및 기공 형성제가 사용된다. 주입은 약 150 - 160 ℉에서 실행된다. 주입 후에 재료는 약 15분 동안 경화되도록 놓아둔다. 그 다음에 패드는 몰드로부터 분리되고 경화 후처리를 위해 오븐에 넣어져 약 100℉ - 200℉ 사이의 균일한 온도에서 대략 12 시간 동안 처리된다. 패드의 두께는 80 밀이고 패드의 직경은 20 인치이다. 연마를 위해 패드를 준비상태로 하기 위하여 배면에는 양면 테이프가 부착된다. 적합화된 패드(B)는 적합화된 패드(A)와 구성면에서 유사하지만 경도는 65D 이하로 더 낮다.A compliant pad (A) designed to polish the oxide contains urethane of hardness 70 D (Shore D scale). The pads are formed using liquid casting and formed using the above-described method. To prepare the pad, isocyanate having a hardness of 70 D, a polyol chain extender, a curing agent, a stabilizer used for ultraviolet ray protection, and a pore-forming agent are used. The injection is carried out at about 150 - 160.. After injection, the material is left to cure for about 15 minutes. The pad is then detached from the mold and placed in an oven for post-cure treatment and treated at a uniform temperature between about 100 [deg.] F and 200 [deg.] F for about 12 hours. The thickness of the pad is 80 mils and the diameter of the pad is 20 inches. A double-sided tape is attached to the backside to make the pad ready for polishing. The adapted pad (B) is similar in configuration to the matched pad (A), but the hardness is lower than 65D.
도 26에는 상술한 본 발명의 두가지 패드(도 26a 및 26b) 및 상업적으로 입수가능한 패드(도 26c 및 26d)에 대한 프레스토니안 플로트가 도시되어 있다. 층간 유전층의 연마시에 압력 및 속도 변화의 함수로서 제거 속도가 얻어진다. 상술한 바와 같이, 이상적인 프레스토니안 거동에 대해서는 직선 관계가 예상된다. 본 발명의 패드(도 26a 및 26b)를 상업적으로 입수가능한 패드(도 26c 및 26d)와 비교해보면, 상업적으로 입수가능한 패드는 본 발명의 패드에 비하여 직선 관계가 뚜렷하게 나타나지 않는 것을 알 수 있다. 본 발명의 패드와 상업적으로 입수가능한 패드 사이의 주요한 차이는 본 발명의 패드가 상술한 제조 방법을 통하여 기공의 형상, 크기 및 밀도를 제어하는 방식으로 만들어진다는 것이다.26 shows a two-layer pad of the present invention (Figs. 26A and 26B) and a prestonian float for a commercially available pad (Figs. 26C and 26D). A removal rate is obtained as a function of pressure and rate changes during polishing of the interlayer dielectric layer. As described above, a linear relationship is expected with respect to ideal Prestonian behavior. Comparing the pads of the present invention (Figs. 26A and 26B) with the commercially available pads (Figs. 26C and 26D), it can be seen that the commercially available pads do not show a linear relationship with respect to the pads of the present invention. The main difference between the inventive pad and the commercially available pad is that the pad of the present invention is made in a manner that controls the shape, size and density of the pores through the above described manufacturing method.
상업적으로 입수가능한 두개의 패드와 비교하여 나타낸 본 발명의 적합화된 두개의 패드에 대한 스타이벡 곡선이 도 27a 내지 27d에 도시되어 있다. 상술한 바와 같이, 소정의 경계 윤활 영역에서 일정한 관계가 얻어진다. 적합화된 패드에대해서는 이 그래프로부터 매우 균일한 경계 윤활 거동이 얻어지는 것을 알 수 있다. 비교하여 보면, 상업적으로 입수가능한 패드(도 27c 및 27d)는 이상적인 경계 윤활 거동으로부터 편향되는 것을 알 수 있다. 프레스토니안 플로트에 대한 데이터와 관련하여 상술한 바와 같이, 본 발명의 패드와 상업적으로 입수가능한 패드 사이의 주요한 차이는 본 발명의 패드는 패드의 공극률을 제어하는 방식으로 만들어진다는 것이다.
The Stivac curve for two adapted pads of the present invention compared to two commercially available pads is shown in Figures 27a-27d. As described above, a certain relationship is obtained in the predetermined boundary lubrication region. It can be seen from this graph that a very uniform boundary lubrication behavior is obtained for the fitted pad. By comparison, it can be seen that commercially available pads (Figures 27c and 27d) are deflected from ideal boundary lubrication behavior. As discussed above with respect to the data for the Prestonian float, the main difference between the inventive pad and the commercially available pad is that the pad of the present invention is made in a manner that controls the porosity of the pad.
예 2Example 2
산화물을 연마하기 위한 패드는 예 1에서 설명한 것과 유사한 방식으로 제조된다. 게다가, 연마 성능을 향상시키기 위하여 패드는 기능적으로 등급화되었다. 도 28 내지 32에서는 적합화된 본 발명의 패드의 평탄화 효율 및 평탄화 길이 비교가 패턴화된 웨이퍼를 이용하여 만들어졌다. 도 28A는 웨이퍼의 측정마다 9개의 다이가 선택되는 다이 측정 방식을 나타내고 있다. 도 28B는 각각의 개별적인 다이내의 구조적인 요소를 도시하고 있다. 도 29 및 도 31에는 상업적으로 입수가능한 패드와 본 발명의 적합화된 패드에 대하여 하나의 다이내에서의 레이아웃 패턴 밀도의 함수로서 산화물 두께를 세가지 연마 시간(30s, 60s, 120s)에 대해 비교한 결과가 나타나 있다. 도 29 및 31의 전체적인 축은 압력과 속도의 함수로서 실행된 연마에 대한 것이다. 다이 2가 선택되는데 왜냐하면 이것이 웨이퍼의 중간에 있으며 패드의 외부 에지뿐만 아니라 패드의 내부 에지로부터의 효과를 나타내기 때문이다. 기울기는 상업적으로 입수가능한 패드에 대해서 대략 0.5 - 0.6이고 본 발명의 적합화된 패드에 대해서 대략 0.2 - 0.3이며, 본 발명의 패드가 더 큰 평탄화 길이를 갖고 있다는 것을 나타낸다. 도 29와 도 31을 비교해 보면 이 도면에는 모든 다이에 대해서 레이아웃 패턴 밀도의 함수로서 산화물 두께가 비교되어 있고, 도 32의 본 발명의 적합화되어 등급화된 패드에 대한 평탄화 길이는 또한 본 발명의 패드에 대한 라인의 기울기보다 작게 나타나는 도 30의 상업적으로 입수가능한 패드에 대한 것보다 훨씬 크다.
A pad for polishing the oxide was prepared in a manner similar to that described in Example 1. [ In addition, the pads are functionally graded to improve polishing performance. In Figures 28 to 32, a planarization efficiency and planarization length comparison of the pad of the present invention adapted was made using patterned wafers. 28A shows a die measurement method in which nine dies are selected for each wafer measurement. Figure 28B shows the structural elements of each individual die. 29 and 31 compare the oxide thicknesses for three polishing times (30s, 60s, 120s) as a function of the density of the layout pattern in one die for commercially available pads and the inventive fit pad The results are shown. The overall axis of Figures 29 and 31 is for polishing performed as a function of pressure and velocity.
예 3Example 3
구리 CMP를 위해 3개의 패드가 제조되었다. 3개의 신규의 패드(본 발명의 패드)는 독창적인 미세구조를 가지고 있고, 반경방향으로 등급화되어 있고, 고체 윤활제로서 보론 나이트라이드로 서브 표면 처리될 수 있으며 낮은 전단력의 일체형 패드가 될 수 있다. 3개의 신규의 패드는: 1) 표면 처리된 패드(신규의 패드 A), 2) 낮은 전단력의 패드(신규의 패드 B) 및 3) 낮은 전단력의 표면 처리된 패드(신규의 패드 C) 이다.Three pads were fabricated for copper CMP. The three new pads (inventive pads) have unique microstructures, are radially graded, can be sub-surface treated with boron nitride as a solid lubricant, and can be low-shear integral pads . The three new pads are: 1) a surface treated pad (new pad A), 2) a low shear pad (new pad B), and 3) a low shear surface treated pad (new pad C).
부가적으로, 성능 평가되는 웨이퍼의 구리선은 X선 회절(XRD)을 이용하여 분석되었으며 응력에 의해 구리에 실질적인 변화가 일어났는지 여부를 체크하기 위하여 연마되지 않은 웨이퍼와 비교되었다. Additionally, the copper lines of the performance evaluated wafers were analyzed using X-ray diffraction (XRD) and compared to the un-polished wafers to check whether a substantial change in the copper was caused by stress.
도 33에 X선 회절 데이터가 도시되어 있다. 격자 상수 측정은 5개의 시험 패드(상업적으로 입수가능한 패드(A 및 B) 와 신규의 패드(A, B, C))를 사용하여 연마된 웨이퍼에 대하여 실행되었으며 연마되지 않은 웨이퍼로부터 얻은 측정치와 비교하였다. 연마되지 않은 구리 피막(film)의 격자 상수는 3.06086 Å이다. 후지미 슬러리(Fujimi slurry) 및 카보트 슬러리(Cabot slurry)를 사용하여 연마된 웨이퍼에 대하여 측정된 격자 상수가 함께 표시되어 있다. 모든 X선 회절 실험에 대한 측정 오차 범위는 대략 ±0.0001 Å이다. 시험 오차를 비교하기 위하여, 연마되지 않은 피막에 대한 오차는 도면에 도시된 데이터를 가로질러 사각형으로 표시되어 있다.Fig. 33 shows X-ray diffraction data. The lattice constant measurements were performed on the polished wafers using five test pads (commercially available pads A and B and the new pads A, B and C) and compared to the measurements obtained from the un-polished wafers Respectively. The lattice constant of the unpolished copper film is 3.06086 A. The measured lattice constants for the polished wafers using Fujimi slurry and Cabot slurry are also indicated. The measurement error range for all X-ray diffraction experiments is approximately ± 0.0001 Å. In order to compare the test errors, the errors for the un-polished coating are indicated by squares across the data shown in the figure.
두가지 슬러리에 대하여, 상업적으로 입수가능한 패드를 사용하여 연마된 구리 피막의 측정 격자 상수 값은 연마되지 않는 피막의 측정 격자 상수와 비교하여 매우 크다. 시프트 방향은 인장 응력을 나타낸다. 본 발명의 패드를 사용하여 연마된 피막의 측정 격자 상수 값은 상업적으로 입수가능한 패드를 사용하여 연마된 피막에서 얻어진 것보다 작다. 신규의 패드 A(표면 처리된 패드)로 연마된 피막에 대해서 측정된 격자 상수의 값은 3.6091 Å 미만이다(두가지 슬러리 모두). 신규의 패드 B를 사용하여 연마된 피막에 대해서도 유사한 결과가 얻어졌다. 신규의 패드 C를 사용하여 연마된 피막에 대해서, 후지마 슬러리가 사용된 경우에 측정 격자 상수(3.6086 Å)는 응력이 없는 연마를 나타내는 연마되지 않은 피막에 대한 격자 상수 값과 대등하다. 신규의 패드 C에 카보트 슬러리가 사용된 경우, 연마된 피막에 대한 격자 상수의 측정값은 3.6090 Å 이다. 카보트 슬러리에 대하여, 본 발명의 패드 A, B, C를 사용하여 연마된 피막의 격자 상수를 비교하여 나타낸 결과로부터 표면 처리 및 낮은 전단력의 일체형 패드를 사용하는 효과가 직접적으로 부가적인 관계에 있지 않다는 것을 알 수 있다. 그럼에도 불구하고, 표면 처리하고 낮은 전단력의 패드로 만드는 이러한 방안의 기술이 구리 CMP에서 응력을 유발하는 과정을 독립적으로 감소시킬 수 있다. 또한 이러한 기술은 패드 설계를 위해 개별적으로 또는 통합적인 방식으로 채용될 때 응력을 유발하는 과정을 제거할 수 있다. For both slurries, the measured lattice constant values of the polished copper coatings using commercially available pads are very large compared to the measured lattice constant of the unpolished coating. The shift direction indicates tensile stress. The measurement lattice constant values of the abraded coatings using the inventive pad are smaller than those obtained with the abraded coatings using commercially available pads. The value of the lattice constant measured for the film polished with the new pad A (surface treated pad) is less than 3.6091 A (both slurries). Similar results were obtained for the films that were polished using the new pad B. For a film that is polished using the new pad C, the measurement lattice constant (3.6086 A) is equivalent to the lattice constant value for the un-polished coating, which exhibits stress-free polishing, when a Foujima slurry is used. When carbotherm slurry is used on the new pad C, the measured value of the lattice constant for the polished coating is 3.6090 A. From the results of comparing the lattice constants of the coated films using the pads A, B, and C of the present invention with respect to the carboB slurry, the effect of using the surface treatment and the low shear integral pad is directly in an additive relationship . Nonetheless, the techniques of this approach, which make the surface treated and low shear pads, can independently reduce stress induced processes in copper CMP. This technique can also eliminate the stress inducing process when employed individually or in an integrated manner for the pad design.
도 34에는, 상업적으로 입수가능한 패드 A 및 B 뿐만 아니라 낮은 전단력의 일체형 패드(신규의 패드 A), 고체 윤활제를 갖고 있는 패드와 낮은 전단력의 일체형 패드의 조합에 의한 패드(신규의 패드 B), 낮은 전단력의 일체형 패드는 아니지만 고체 윤활제를 갖고 있는 패드(신규의 패드 C)를 사용하여 연마된 웨이퍼 그리고 연마되지 않은 웨이퍼(BULK)에 대하여 X선 회절 데이터로부터 산출된 격자 상수가 비교되어 있다. 이 데이터는 상업적으로 입수가능한 슬러리 A(후지미) 및 슬러지 B(카보트)에 대한 것을 모두 나타내고 있다. 격자 상수는 결정 배열에서 원자 사이의 평균 거리를 부여하는 기본적인 특성이다. 만약 물질이 원자 또는 분자 수준에서 근본적으로 변경되면, 격자 상수의 변화가 검출될 수 있다. 격자 상수 데이터로부터 본 발명의 적화화된 패드로 연마된 웨이퍼의 구리는 연마되지 않은 웨이퍼의 구리와 대등하다는 것이 명확하며, 본 발명의 적합화되고 표면 처리된 패드로 연마된 웨이퍼의 구리에서 어떠한 실질적인 변화도 일어나지 않았다는 것을 나타낸다. 대조적으로, 상업적으로 입수가능한 패드 A 및 B로 연마된 웨이퍼는 대등한 수준이 아니며 상업적으로 입수가능한 패드를 사용하여 연마된 웨이퍼의 구리에서 변화가 일어났다는 것을 나타낸다. Fig. 34 shows a pad (a new pad B) formed by a combination of a pad having a solid lubricant and a pad having a low shear force, as well as a commercially available pad A and a pad B, The lattice constants calculated from the X-ray diffraction data are compared with respect to the polished wafer and the unpolished wafer (BULK) using a pad having a solid lubricant (new pad C) although not a monolithic pad having a low shear force. This data shows both for commercially available slurries A (fumi) and sludge B (carboats). The lattice constant is a fundamental property that gives an average distance between atoms in a crystal arrangement. If the material is fundamentally changed at the atomic or molecular level, a change in lattice constant can be detected. It is clear from the lattice constant data that the copper of the wafers polished with the inventive inventive pad is comparable to the copper of the un-polished wafers, and any substantial Indicating that no change has occurred. In contrast, the wafers polished with commercially available pads A and B are not on an equal level and indicate that a change has occurred in the copper of the polished wafer using a commercially available pad.
도 34에는 본 발명의 패드 A, B, C 뿐만 아니라 상업적으로 입수가능한 패드 A, B를 사용하여 연마된 패드 그리고 연마되지 않은 웨이퍼에 대하여 222 피크의 최대 높이 중간에서의 전체 폭(FWHM)이 비교되어 있다. 도 34의 데이터는 상업적으로 입수가능한 슬러리 A 및 B에 대한 것을 모두 나타내고 있다. 만약 연마 공정이 구리에 대하여 불균일한 변형을 유발한다면, 피크는 좁아지거나 또는 넓어지고 따라서 최대 높이 중간에서의 전체 폭은 연마 공정 중에 구리가 불균일한 변형을 일으켰는지 여부를 나타내는 지표가 된다. 도 34에서는 고체 윤활제와 조합된 낮은 전단력의 적합화된 패드(신규의 패드 B) 그리고 낮은 전단력의 일체형 패드는 아니지만 고체 윤활제를 갖고 있는 패드(신규의 패드 C)의 두 경우는 슬러리의 종류에 상관없이 구리의 불균일한 변형을 완화하는 것과 관련하여 매우 양호하다는 것을 알 수 있다. 34 shows the comparison of the total width (FWHM) at the middle of the maximum height of 222 peaks for the polished pads and the unpolished wafers using pads A, B and C of the present invention as well as the commercially available pads A and B . The data in Fig. 34 show all of the commercially available slurries A and B. If the polishing process causes a non-uniform deformation with respect to copper, the peak becomes narrower or wider and thus the overall width at the middle of the maximum height is an indicator of whether the copper has caused non-uniform deformation during the polishing process. In Figure 34, two cases of a pad with a low shear force (new pad B) combined with a solid lubricant and a pad with a solid lubricant (new Pad C), though not a low shear integral pad, It can be seen that it is very good with regard to alleviating the non-uniform deformation of the copper.
도 36에는 낮은 전단력의 일체형 패드는 아니지만 고체 윤활제를 갖고 있는 구리 CMP를 위해 사용하기 위한 두개의 본 발명의 패드에 대한 스타이벡 곡선 데이터 및 프레스토니안 플로트가 비교되어 있다. 두개의 본 발명의 패드 사이의 차이는 보론 나이트라이드의 양이다. 첫번째 패드에 대해서는 패드에 5 wt% 보론 나이트라이드가 포함되었으며, 두번째 패드에 대해서는 패드에 8 wt% 보론 나이트라이드가 포함되었다. 스타이벡 곡선에서, 두개의 패드는 모두 경계 윤활 영역에서 작동하며 동등하게 나타나는 것을 알 수 있다. 그러나, 프레스토니안 플로트에서 8%의 고체 윤활제를 갖고 있는 패드에 대한 제거 속도가 5%의 고체 윤활제를 갖고 있는 패드보다 현저하게 크다는 것을 알 수 있다. 이것은 패드의 서브 표면에 고체 윤활제 어떻게 첨가하면 마찰 계수를 낮게 유지하면서도 제거 속도를 증가시킬 수 있는지를 명확하게 설명한다. 웨이퍼의 구리 구조에 심각한 손상이 일어나지 않았음을 뒷받침하는 X선 회절 데이터가 얻어지면, 이것은 여기에서 설명된 본 발명의 패드의 바람직한 특징을 입증한다. 이러한 특징은 웨이퍼의 구리 구조에 대하여 바람직하지 않은 응력으로 유발되는 손상없이 구리 CMP의 효율적인 연마를 허용하는 높은 제거 속도 및 낮은 전단력의 패드 작동을 포함한다.FIG. 36 compares the Stivac curve data and the Prestonian float for two inventive pads for use in copper CMP, which is not a low shear integral pad but has a solid lubricant. The difference between the two inventive pads is the amount of boron nitride. For the first pad, the pad contained 5 wt% boron nitride. For the second pad, the pad contained 8 wt% boron nitride. In the Stavey curve, both pads work in the boundary lubrication region and are equally visible. However, it can be seen that the removal rate for a pad having a solid lubricant of 8% in a prestonian float is significantly greater than that of a pad having a solid lubricant of 5%. This clearly explains how adding a solid lubricant to the sub-surface of the pad can increase the removal rate while keeping the friction coefficient low. If X-ray diffraction data is obtained that indicates that no serious damage has occurred to the copper structure of the wafer, this proves the preferred characteristics of the inventive pad described herein. This feature includes high removal rate and low shear pad operation which allows efficient polishing of copper CMP without damage caused by undesirable stress on the copper structure of the wafer.
도 37에는 상업적으로 입수가능한 패드 A와 본 발명의 패드 C를 비교하여 나타낸 패드 길들임의 정량적인 분석이 도시되어 있다. 정상적인 제거 속도는 시간의 함수로서 모니터되었다. 상업적으로 입수가능한 패드 A는 정상 상태에 도달하는데 약 30분이 소요된다. 대조적으로, 본 발명의 패드는 현저하게 적은 약 15분에 정상 상태에 도달한다. 이러한 결과는 패드 미세구조에 직접적으로 기인한 것이다. 다수의 균일한 경질 세그먼트가 일관성 있는 크기의 마이크로 저장소의 형성을 가능하게 하는 것으로 생각된다. 이러한 마이크로 저장소는 상대적으로 짧은 시간에 생성되고 일단 형성되면 슬러리의 연속적인 공급을 제공할 수 있다.
Figure 37 shows a quantitative analysis of pad tampering by comparing pad A, which is commercially available, and pad C of the present invention. The normal removal rate was monitored as a function of time. Commercially available pad A takes about 30 minutes to reach steady state. In contrast, the pad of the present invention reaches a steady state in a significantly less than about 15 minutes. These results are directly due to the pad microstructure. It is believed that multiple uniform hard segments enable the formation of microreservoirs of consistent size. These microreservoirs are produced in a relatively short time and can provide a continuous supply of slurry once formed.
40 cc/min, 60 cc/min 및 80 cc/min의 세가지 슬러리(카보트 슬러리) 유동 속도에 대하여 상업적으로 입수가능한 패드 A 와 본 발명의 패드 C에 대한 시간적인 연마 안정성 분석이 실행되었다. 연구된 파라미터는 150초 연마한 단일 웨이퍼에서의 제거 속도(도 38(a)) 및 마찰 계수(도 38(b))이다. 상업적으로 입수가능한 패드 A의 제거 속도는 시간에 따라 현저한 변화를 나타낸다. 특히, 가장 낮은 슬러리 유동 속도(40 cc/min)에서 변화는 2.5를 초과한다. 본 발명의 패드 C는 제거 속도에서 현저히 작은 변화를 나타낸다. 비록 40 cc/min의 유동 속도에서 변화는 약 2 정도지만, 높은 슬러리 유동 속도에 대한 변화는 최소이다. 마찰 계수 측정(도 38(b))은 본 발명의 패드 C에서 얻은 마찰 계수(0.5 - 0.65)와 대조적으로 상업적으로 입수가능한 패드 A의 마찰 계수(05 - 0.8)에서 매우 큰 변화를 보인다는 것을 나타내고 있다. 본 발명의 패드 C에 대한 일관된 마찰 특성 및 균일한 제거 속도는 서브표면 처리된 고체 윤활제를 갖고 있는 패드의 특징이다.A time-dependent polishing stability analysis was performed for commercially available pad A and pad C of the present invention for three slurry (carbo-slurry) flow rates of 40 cc / min, 60 cc / min and 80 cc / min. The parameters studied are the removal rate (Fig. 38 (a)) and the friction coefficient (Fig. 38 (b)) on a single wafer polished for 150 seconds. The removal rate of commercially available pad A shows a significant change over time. In particular, the change at the lowest slurry flow rate (40 cc / min) exceeds 2.5. The pad C of the present invention exhibits a remarkably small change in removal rate. The change at a flow rate of 40 cc / min is about 2, but the change to the higher slurry flow rate is minimal. 38 (b) shows a very large change in the coefficient of friction (05 - 0.8) of the commercially available pad A as opposed to the friction coefficient (0.5 - 0.65) obtained in the pad C of the present invention Respectively. The consistent friction characteristics and uniform removal rate for Pad C of the present invention are characteristic of pads having a sub-surface treated solid lubricant.
도 39에는 두개의 상업적으로 입수가능한 패드 A 및 B 그리고 본 발명의 패드 C에 대한 스타이벡 곡선이 도시되어 있다. 본 발명의 패드 C에 대해서는 바람직한 경계 윤활 영역에서 작동하는 것을 나타내는 균일한 윤활 거동이 관측되고 있다. 대조적으로, 두개의 상업적으로 입수가능한 패드 A 및 B에 대한 스타이벡 곡선은 바람직한 경계 윤활 영역에서의 실행에 대해 예상되는 선형적인 경향이 나타나지 않는다. 도 38에 도시된 데이터를 산출하기 위해 사용된 본 발명의 적합화된 패드와 상업적으로 입수가능한 패드 사이의 주요한 차이는 기공 크기의 균일성에서의 차이 및 패드의 서브표면 구역에 고체 윤활제의 첨가이다. 패드 특성과 고체 윤활제의 조합은 더욱 작고 균일한 마찰 계수를 제공하며, 스타이벡 곡선에 도시된 바와 같이 바람직한 결과를 제공한다. 39 shows the Stavey curves for two commercially available pads A and B and pad C of the present invention. Uniform lubrication behavior has been observed for pad C of the present invention indicating that it operates in the preferred boundary lubrication region. In contrast, the Stivac curve for the two commercially available pads A and B does not exhibit the expected linear trend for performance in the preferred boundary lubrication region. The main difference between the inventive fit pad and the commercially available pad used to produce the data shown in Figure 38 is the difference in pore size uniformity and the addition of a solid lubricant to the sub- . The combination of the pad characteristics and the solid lubricant provides a smaller and more uniform coefficient of friction and provides desirable results as shown in the Stavey curve.
도 40에는 상업적으로 입수가능한 슬러리(JSR 슬러리)를 사용하여 상업적으로 입수가능한 패드 A와 본 발명의 패드 C에 대하여, 854 마스크 패턴화된 구리 웨이퍼에 대한 벌크 구리 연마 결과가 표시되어 있다. 다이 내의 균일성은 디싱 및 침식의 정량적인 특성을 통하여 연구되었다. 전체적인 효과를 이해하기 위하여 센터 다이, 환형상 다이 및 에지 다이에 대하여 측정이 실행되었다. 도 39(a)에는 마스크세트의 100 ㎛ 라인 구조에 대한 구리 디싱 결과가 표시되어 있다. 20% 초과 연마한 웨이퍼 및 60% 초과 연마한 또 다른 웨이퍼의 두 세트의 측정이 이루어졌다. 상업적으로 입수가능한 패드 C를 사용하여 얻어진 20% 초과 연마한 웨이퍼에 대한 디싱 수는 세개의 모든 다이에 대해 400 Å를 초과한다. 대조적으로, 본 발명의 패드 A를 사용하여 얻어진 20% 초과 연마한 웨이퍼에 대한 결과는 모든 다이에 대해 현저히 낮은 디싱 수(100 Å 미만)를 보여주면, 다이 균일성에서 우수하다는 것을 나타낸다. 본 발명의 패드에 대한 우수한 디싱 성능은 패드 미세구조에 직접적으로 기인한 것이다. 게다가, 본 발명의 패드 C를 사용하여 20% 초과 연마된 웨이퍼의 세개의 다이에 대한 디싱 수를 비교하면, 다이와 다이의 변화는 매우 작다(10 Å 이하). 향상된 센터-에지 성능은 패드의 외부 링이 내부보다 연질로 되어 있는 패드의 반경방향으로 대칭적이고 기능적인 등급화의 결과이다. 60% 초과 연마한 웨이퍼에 대한 디싱 수에 대해서도 유사한 결과가 얻어졌다. 도 40(b)에는 마스크세트내에 9/1 ㎛ 피처에 대한 침식 결과가 표시되어 있다. 상업적으로 입수가능한 패드 A에 대하여 20% 초과 연마한 웨이퍼에 대해 얻어진 침식 수(300 - 500 Å)는 본 발명의 패드에 대한 침식 수(150 Å 이하)에 비하여 현저하게 크다. 60% 초과 연마한 것에 대한 침식 수도 마찬가지로 유사한 비교 경향을 나타낸다.Figure 40 shows bulk copper polishing results for 854 mask patterned copper wafers for commercially available pad A and pad C of the present invention using a commercially available slurry (JSR slurry). The uniformity in the die was studied through quantitative characteristics of dishing and erosion. Measurements were performed on the center die, annular die and edge die to understand the overall effect. Figure 39 (a) shows copper dishing results for a 100 탆 line structure of a mask set. Two sets of measurements were made: over 20% wafers wafers and another wafer over 60% wafers. The number of dishing for over 20% wafers obtained using commercially available pad C exceeds 400 A for all three dies. In contrast, the results for wafers over 20% obtained using Pad A of the present invention show that they are superior in die uniformity when showing a significantly lower number of dishing (less than 100 A) for all dies. The excellent dishing performance for the pad of the present invention is directly attributable to the pad microstructure. In addition, when comparing the number of dishing for three dies of a wafer polished by more than 20% using Pad C of the present invention, the change in die and die is very small (less than 10 A). Improved center-edge performance is a result of symmetrical and functional grading in the radial direction of the pad where the outer ring of the pad is more flexible than the inner. Similar results were obtained for the number of dishing for wafers with> 60% polishing. 40 (b) shows the results of erosion for the 9/1 [mu] m feature in the mask set. The erosion number (300 - 500 Å) obtained for wafers polished by more than 20% with respect to the commercially available pad A is significantly larger than the erosion number (150 Å or less) for the pad of the present invention. The erosion number for over 60% abrasive also shows a similar comparative tendency.
표 13((1) 벌크 구리 연마(플랫폼 P1)에 대한 본 발명의 패드 C 및 상업적으로 입수가능한 패드 A의 데이터 요약. (2) 배리어 층 연마(플랫폼 P3)에 대한 본 발명의 패드 C 및 상업적으로 입수가능한 패드 A의 데이터 요약.)에는 디싱, 침식 및 평탄화 효율을 포함하는 다수의 중요한 평탄화 파라미터에 대한 비교 동향은 본 발명의 패드 C가 상업적으로 입수가능한 패드 A보다 우수하게 실행되는 것을 나타내고 있다. 벌크 연마에 대한 연구에 추가적으로, 상업적으로 입수가능한 패드 A와 본 발명의 패드 C를 비교하여 배리어 층 연마 파라미터가 구해졌다. 중요한 모든 평탄화 파라미터에 대해 본 발명의 패드 C가 상업적으로 입수가능한 패드 A보다 매우 우수하게 작동하는 결과를 나타낸다. 이러한 결과는 본 발명의 패드가 벌크 연마뿐만 아니라 배리어 층 연마 모두를 위해 사용될 수 있고 단일 패드의 기능성이 달성될 수 있다.
(1) summary of data of pad C of the present invention and commercially available pad A for (1) bulk copper polishing (platform P1) (2) pad C of the present invention for barrier layer polishing ) Shows a comparative trend for a number of important planarization parameters including dishing, erosion and planarization efficiency indicating that Pad C of the present invention performs better than commercially available Pad A . In addition to studies on bulk polishing, barrier layer polishing parameters were obtained by comparing commercially available pad A with pad C of the present invention. For all of the important planarization parameters, pad C of the present invention exhibits a much better performance than commercially available pad A. These results suggest that the pad of the present invention can be used for both bulk polishing as well as barrier layer polishing and the functionality of a single pad can be achieved.
또한, 피막내에 축적된 응력(σacc)의 정량적인 측정은 다음과 같은 식을 사용하여 구할 수 있다.Further, quantitative measurement of the stress (? Acc ) accumulated in the film can be obtained by using the following equation.
σacc = E/(1-υ)ε (4)σ acc = E / (1-υ) ε (4)
여기에서 E = 탄성 계수Where E = modulus of elasticity
υ = 푸아송 비υ = Poissonby
ε = 격자 변형ε = lattice strain
식 4에서, 격자 변형은 기준값에 기초한 격자 상수의 단위 변화로서 계산된다. 계산에서, 연마되지 않은 피막 격자 상수는 기준으로의 역할을 한다. 탄성 계수(E=120 MPa) 및 구리에 대한 푸아송 비(υ=0.34)를 가지고 축적된 응력(σacc)을 계산하기 위하여 식 4를 사용하면, 약 25 MPa 내지 약 50 MPa 범위의 값이 구해진다. 본 발명의 패드를 사용하여 연마된 피막에 대해서, 축적된 응력은 현저하게 낮으며, 낮은 전단력의 표면 처리된 패드를 사용하여 연마된 피막에 대해서는 가장 낮은 축적 응력(σacc < ~ 2 MPa)이 구해졌다. 또한, 상업적으로 입수가능한 패드에 대하여 측정했을 때 축적된 응력(σacc > 25 MPa)은 크고 구리 피막의 전기적인 특성뿐만 아니라 역학적인 완전함에 영향을 줄 수 있다. In
표 14에는 구리 CMP를 위해 사용된 패드의 DMA 특성이 나타나 있다. 본 발명의 적합화된 패드는 20℃와 40℃에서 더욱 큰 손실 및 저장 계수, 20℃와 40℃ 사이에 저장 계수의 매우 낮은 변화, 더욱 낮은 유리 전이 온도, 접촉 각도에 의해 결정되는 바와 같은 매우 높은 젖음성을 갖는다.Table 14 shows the DMA characteristics of the pads used for copper CMP. The adapted pad of the present invention has a very high loss and storage coefficient at 20 占 폚 and 40 占 폚, a very low change in storage modulus between 20 占 폚 and 40 占 폚, a lower glass transition temperature, And has high wettability.
예 4Example 4
고체 윤활제를 갖고 있으며 낮은 전단력의 일체형 패드가 아닌 서브표면 처리된 패드, 두개 층의 일체형 패드, 얕은 트렌치 절연체 연마를 위해 사용되는 두개 층의 일체형 패드와 조합된 고체 윤활제를 갖고 있는 서브표면 처리된 패드가 상업적으로 입수가능한 단일 층의 패드와 비교되었다. 두개 층의 일체형 패드는 응력 싱크로서 작용하는 하나의 인터페이스를 가지고 있다. 비교에는 슬러리 A(도 41a - 41c) 및 슬러리 B(도 42a - 42c)의 두개의 상업적으로 입수가능한 슬러리가 사용되었다. 이 결과는 도 40a 및 40b, 도 41a 및 41b에 도시된 얕은 트렌치 전열체 연마에 대하여 비교한 것이며, 이것은 마모 속도 대 마찰 계수의 지표로서 프레스톤 상수에 대한 비교를 나타낸다. 비교는 산화물(41a 및 42a)과 질화물(41b 및 42b) 모두에 대하여 이루어졌으며, 선택성은 두개의 패드(도 41c 및 42c)에 대하여 비교된 것이다.Sub-surface treated pads with solid lubricant and sub-surface treated pads that are not low-shear monolithic pads, two-layer monolithic pads, solid lubricants combined with two-layer monolithic pads used for shallow trench insulator polishing Were compared with commercially available single layer pads. The two-layer integrated pad has one interface that acts as a stress sink. For comparison, two commercially available slurries of slurry A (Figures 41a-41c) and Slurry B (Figures 42a-42c) were used. This result is compared to the shallow trench heater polishing shown in Figs. 40A and 40B and Figs. 41A and 41B, which shows a comparison of Preston's constant as an index of wear rate versus friction coefficient. The comparison was made for both oxides 41a and 42a and for the nitrides 41b and 42b and the selectivity was compared for the two pads (Figures 41c and 42c).
슬러리 A를 사용하는 도 40A에는 산화물 연마에 대하여 세개의 적합화된 패드에 대한 마찰 계수는 종래의 패드의 마찰 계수의 절반 정도인 반면에 제거 속도는 대략 동일한 수준으로 유지된다. 마찬가지로 질화물 연마에 대한 결과를 나타내는 도 42b에서, 적합화된 패드의 마찰 계수는 단일층 패드의 마찰 계수보다 약 33% 작은 반면에 제거 속도는 각각의 패드에 대하여 대략 동일하다. 도 41c는 적합화된 패드의 선택성이 종래의 패드와 대등하다는 것을 나타낸다. In Fig. 40A using slurry A, the coefficient of friction for three adapted pads for oxide polishing is about half the coefficient of friction for conventional pads, while the removal rate is maintained at about the same level. Similarly, in Figure 42B, which shows the results for nitride polishing, the coefficient of friction of the fitted pad is about 33% less than the coefficient of friction of the single layer pad while the removal rate is about the same for each pad. Figure 41c shows that the selectivity of the fitted pad is comparable to that of a conventional pad.
마찬가지로 슬러리 B를 사용하는 도 42a 및 42b에는 적합화된 패드를 사용하여 산화물 및 질화물을 연마하는 것에 대한 마찰 계수가 종래 패드의 마찰 계수보다 약 20% 작은 반면에 마찰 속도는 대등하다는 것을 나타내고 있다. 도 42c는 적합화된 패드의 선택성이 종래의 패드와 대등하다는 것을 나타낸다. Similarly, Figures 42a and 42b using slurry B show that the coefficient of friction for polishing oxides and nitrides using a matched pad is about 20% less than the coefficient of friction for conventional pads, while the friction rate is comparable. Figure 42c shows that the selectivity of the fitted pad is comparable to that of a conventional pad.
이러한 결과는 응력 싱크로서 작용하는 적어도 하나의 인터페이스를 갖도록 제조되어 평가된 본 발명의 일체형 패드의 예에서는 마찰 계수를 감소시키는 한편 바람직한 마모 속도를 유지한다는 것을 나타낸다. This result shows that in the example of the integrated pad of the present invention, which has been manufactured and evaluated to have at least one interface acting as a stress sink, the friction coefficient is reduced while maintaining the desired wear rate.
이상 설명한 내용들은 이하에 기재하는 예의 다양한 장치 및 방법에 조합될 수 있는 다양한 특징들이며, 이러한 예는 당연히 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니며 상술한 내용을 보충하는 것이다.The above-described contents are various features that can be combined with various apparatuses and methods of the examples described below, and these examples naturally do not limit the scope of the present invention but supplement the above-mentioned contents.
(본원 발명의 예)(Examples of the present invention)
1. 기판을 연마하기 위한 단일의 연마 패드를 포함하고 있는 물품에 있어서, 상기 패드는 패드내의 제1 구역 및 제2 구역에서 상이한 특성을 갖는 폴리머를 포함하고 있고, 상기 단일의 연마 패드에 대하여 상기 상이한 구역과 대응하는 구역에서 일정하거나 상기 단일의 연마 패드와 동일한 같은 작동 조건하에서 비교가능한 단일의 패드에 비하여 상기 기판에 대한 평탄도 또는 수율을 증가시키는 것을 특징으로 하는 물품.
2. 발명 1에 따른 물품에 있어서, 상기 특성은 공극률인 것을 특징으로 하는 물품.2. An article according to
3. 발명 2에 따른 물품에 있어서, 상기 폴리머는 제3 및 제4 구역에서 상이한 제2 특성을 갖고 있으며 상기 제2 특성은 경도인 것을 특징으로 하는 물품.3. The article of
4. 발명 3에 따른 물품에 있어서, 상기 제1 및 제3 구역은 동일한 구역이며, 상기 제2 및 제4 구역은 동일한 구역인 것을 특징으로 하는 물품.4. The article of
5. 발명 1에 따른 물품에 있어서, 상기 특성은 경도인 것을 특징으로 하는 물품.5. An article according to
6. 발명 5에 따른 물품에 있어서, 상기 패드는 원형상 프로파일 및 회전 축선을 갖고 있고, 제1 구역은 회전 축선 주위에 원형상 프로파일을 갖고 있고, 제2 구역은 링형상 프로파일을 갖고 있으며 제1 구역과 인접해 있고, 제1 구역은 제2 구역의 경도보다 높은 경도를 갖는 것을 특징으로 하는 물품.6. The article according to
7. 발명 6에 따른 물품에 있어서, 제1 구역과 제2 구역의 경도 차이는 쇼어 경도 D 스케일로 적어도 약 5 인 것을 특징으로 하는 물품.7. The article of
8. 발명 7에 따른 물품에 있어서, 상기 차이는 쇼어 경도 D 스케일로 적어도 약 10 인 것을 특징으로 하는 물품.8. An article according to
9. 발명 6에 다른 물품에 있어서, 상기 패드의 원형상 프로파일은 면적 측정치를 가지고 있으며, 상기 제1 구역은 상기 패드의 원형상 프로파일의 상기 면적 측정치의 적어도 약 75%를 차지하는 것을 특징으로 하는 물품.9. The article of manufacture according to
10. 발명 9에 따른 물품에 있어서, 상기 제1 구역과 상기 제2 구역 사이의 인터페이스와 상기 제2 구역이 패드의 원형상 프로파일의 나머지 면적 측정치를 차지하는 것을 특징으로 하는 물품. 10. An article according to
11. 발명 5에 따른 물품에 있어서, 상기 폴리머는 제3 및 제4 구역에서 상이한 제2 특성을 가지고 있고, 상기 제2 특성은 상기 폴리머의 연속성인 것을 특징으로 하는 물품.11. The article of
12. 발명 11에 따른 물품에 있어서, 상기 제3 구역은 상기 단일의 연마 패드내에 인터페이스를 가지고 있고 상기 제4 구역은 상기 인터페이스에서 떨어져서 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 물품.12. An article according to claim 11, wherein said third zone has an interface in said single polishing pad and said fourth zone is located apart from said interface.
13. 발명 12에 따른 물품에 있어서, 상기 패드의 연마 표면에 고체 윤활제를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 물품.13. An article according to claim 12 comprising a solid lubricant on the abrasive surface of said pad.
14. 발명 13에 따른 물품에 있어서, 상기 고체 윤활제는 약 0.0001과 약 0.5 사이의 마찰 계수를 갖고 있는 것을 특징으로 하는 물품.14. The article of
15. 발명 13에 따른 물품에 있어서, 상기 패드는 5 wt% 이상의 고체 윤활제를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 물품.15. The article of
16. 발명 1에 따른 물품에 있어서, 상기 제1 및 제2 구역은 상기 단일의 연마 패드내에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 물품.16. An article according to
17. 발명 16에 따른 물품에 있어서, 상기 제1 및 제2 구역은 상기 단일의 연마 패드의 연마 표면에 부가적으로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 물품.17. An article according to
18. 발명 17에 따른 물품에 있어서, 상기 특성은 공극률인 것을 특징으로 하는 물품.18. An article according to
19. 발명 18에 따른 물품에 있어서, 상기 폴리머는 제3 구역과 제4 구역에서 상이한 제2 특성을 가지고 있으며 상기 제2 특성은 경도인 것을 특징으로 하는 물품.19. The article of
20. 발명 17에 따른 물품에 있어서, 상기 특성은 경도인 것을 특징으로 하는 물품.20. An article according to
21. 발명 1에 따른 물품에 있어서, 상기 제1 및 제2 구역은 상기 단일의 연마 패드의 연마 표면에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 물품.21. An article according to
22. 발명 21에 따른 물품에 있어서, 상기 특성은 경도인 것을 특징으로 하는 물품.22. The article of
23. 발명 22에 따른 물품에 있어서, 상기 제1 구역은 상기 단일의 연마 패드의 회전 축선 가까이 존재하고 상기 제2 구역은 상기 패드의 외부 가장자리 가까이 존재하며, 상기 제2 구역의 경도는 상기 제1 구역의 경도보다 작은 것을 특징으로 하는 물품.23. The article of
24. 발명 1에 따른 물품에 있어서, 상기 특성은 압축성인 것을 특징으로 하는 물품.24. An article according to
25. 발명 1에 따른 물품에 있어서, 상기 특성은 복원 계수인 것을 특징으로 하는 물품.25. An article according to
26. 패드의 회전 축선에 수직인 반경을 따라 불균일한 제1 특성을 갖는 연마 패드를 포함하고 있는 물품으로서, 상기 연마 패드는 반경을 따라 불균일한 제1 특성 값의 차이로 인하여 반도체 웨이퍼에 대하여 향상된 평탄도를 제공하는 것을 특징으로 하는 물품.26. An article comprising a polishing pad having a first characteristic that is non-uniform along a radius perpendicular to the axis of rotation of the pad, wherein the polishing pad has an improved first characteristic value on the semiconductor wafer due to the non- Flatness. ≪ / RTI >
27. 발명 26에 따른 물품에 있어서, 상기 값의 차이는 기판상의 디바이스 밀도에 의해서 결정되는 것을 특징으로 하는 물품.27. An article according to claim 26, wherein the difference in value is determined by the device density on the substrate.
28. 발명 27에 따른 물품에 있어서, 상기 값의 차이는 추가적으로 상기 기판상의 테크놀러지 노드의 크기에 의해서 결정되는 것을 특징으로 하는 물품.28. The article of claim 27, wherein the difference in value is additionally determined by the size of the technology node on the substrate.
29. 발명 26에 따른 물품에 있어서, 상기 값의 차이는 기판상의 테크놀러지 노드의 크기에 의해서 결정되는 것을 특징으로 하는 물품.29. The article of claim 26, wherein the difference in value is determined by the size of the technology node on the substrate.
30. 발명 26에 따른 물품에 있어서, 상기 특성은 경도인 것을 특징으로 하는 물품.30. The article of claim 26, wherein the characteristic is a hardness.
31. 발명 30에 따른 물품에 있어서, 제2 특성인 공극률은 제1 반경과 상이하거나 또는 동일한 제2 반경을 따라 상이한 것을 특징으로 하는 물품.31. An article according to
32. 발명 26에 따른 물품에 있어서, 상기 특성은 공극률인 것을 특징으로 하는 물품.32. The article of claim 26, wherein the characteristic is porosity.
33. 이전 발명의 어느 하나에 따른 물품에 있어서, 상기 패드의 연마 표면에 고체 윤활제를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 물품.33. An article according to any one of the preceding claims, characterized in that it comprises a solid lubricant on the polishing surface of the pad.
34. 이전 발명의 어느 하나에 따른 물품에 있어서, 상기 특성은 투명도가 아닌 것을 특징으로 하는 물품.34. An article according to any one of the preceding claims, wherein said characteristic is not transparency.
35. 발명 34에 따른 물품에 있어서, 상기 패드는 추가적으로 인접한 영역보다 투명한 영역을 가지고 있는 것을 특징으로 하는 물품.35. The article of
36. 이전 발명의 어느 하나에 따른 물품에 있어서, 상기 특성은 기공 밀도인 것을 특징으로 하는 물품.36. An article according to any one of the preceding claims, wherein the characteristic is a pore density.
37. 이전 발명의 어느 하나에 따른 물품에 있어서, 상기 특성은 기공 크기인 것을 특징으로 하는 물품.37. An article according to any one of the preceding claims, wherein said characteristic is a pore size.
38. 이전 발명의 어느 하나에 따른 물품에 있어서, 상기 특성은 연마할 물질에 기초하여 선택되는 것을 특징으로 하는 물품.38. An article according to any one of the preceding claims, wherein said characteristic is selected based on the material to be polished.
39. 발명 38에 따른 물품에 있어서, 상기 물질은 구리를 포함하는 것을 특징으로 하는 물품.39. An article according to claim 38, wherein said material comprises copper.
40. 이전 발명의 어느 하나에 따른 물품에 있어서, 상기 특성은 물품과 함께 사용되는 슬러리에 기초하여 선택되는 것을 특징으로 하는 물품.40. An article according to any one of the preceding claims, wherein the property is selected based on the slurry to be used with the article.
41. 이전 발명의 어느 하나에 따른 물품에 있어서, 상기 특성은 물품과 함께 사용되는 연마 장비에 기초하여 선택되는 것을 특징으로 하는 물품.41. An article according to any one of the preceding claims, characterized in that the characteristic is selected based on the polishing equipment used with the article.
42. 이전 발명의 어느 하나에 따른 물품에 있어서, 상기 기판은 반도체 웨이퍼이고 상기 패드는 화학적 기계적인 평탄화 패드를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 물품.42. An article according to any one of the preceding claims, wherein said substrate is a semiconductor wafer and said pad comprises a chemical mechanical planarization pad.
43. 층에 높은 영역과 낮은 영역을 야기시키는 패턴화된 피쳐를 가지고 있는 반도체 웨이퍼의 층을 평탄화하는 방법으로서, 상기 방법은 패드의 회전 축선으로부터 하나 이상의 반경을 따라 변화하는 공극률, 경도, 압축성 및/또는 복원 계수를 갖는 연마 패드와 상기 층을 접촉시키는 단계, 및 연마 패드가 낮은 영역에서 층을 제거하는 속도보다 빠른 속도로 높은 영역에서 층을 제거함으로써 반도체 웨이퍼의 층을 평탄화하는 단계를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 방법.43. A method of planarizing a layer of a semiconductor wafer having a patterned feature that causes the layer to have a high area and a low area, the method comprising the steps of: varying porosity, hardness, / RTI > contacting the layer with a polishing pad having a thickness of less than about < RTI ID = 0.0 > 0 < / RTI > and / or a restitution factor, and planarizing the layer of semiconductor wafer by removing the layer at a higher rate than the rate at which the polishing pad removes the layer ≪ / RTI >
44. 층에 높은 영역과 낮은 영역을 야기시키는 패턴화된 피쳐를 가지고 있는 반도체 웨이퍼의 층을 평탄화하는 방법으로서, 상기 방법은 발명 1 내지 37의 어느 하나에 따른 물품과 상기 층을 접촉시키는 단계, 및 상기 층을 평탄화하는 단계를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 방법.44. A method of planarizing a layer of a semiconductor wafer having a patterned feature that causes a high area and a low area in the layer, said method comprising the steps of: contacting said layer with an article according to any one of
45. 합성 폴리머로 형성되고 패드의 제1 폴리머 층과 제2 폴리머 층 사이에 일체로된 인터페이스를 가지고 있는 것을 특징으로 하는 폴리머 연마 패드.45. A polymer polishing pad formed from a synthetic polymer and having an integrated interface between a first polymer layer and a second polymer layer of the pad.
46. 발명 45에 따른 패드에 있어서, 상기 제1 폴러머 층과 제2 폴리머 층은 동일한 폴리머 인 것을 특징으로 하는 패드. 46. The pad according to claim 45, wherein the first and second polymer layers are the same polymer.
47. 발명 46에 따른 패드에 있어서, 상기 제1 폴리머 층은 제1 공극률을 가지고 있고, 제2 폴리머 층은 제2 공극률을 가지고 있으며 제1 공극률과 제2 공극률은 동일하지 않은 것을 특징으로 하는 패드. 47. The pad according to claim 46, wherein the first polymer layer has a first porosity, the second polymer layer has a second porosity, and the first porosity and the second porosity are not the same. .
48. 발명 46에 따른 패드에 있어서, 상기 제1 폴리머 층은 제1 공극률을 가지고 있고, 제2 폴리머 층은 제2 공극률을 가지고 있으며 제1 공극률과 제2 공극률은 동일한 것을 특징으로 하는 패드. 48. The pad of claim 46, wherein the first polymer layer has a first porosity, the second polymer layer has a second porosity, and the first porosity and the second porosity are the same.
49. 발명 45 내지 48중의 어느 하나에 따른 패드에 있어서, 제1 폴리머 층과 제2 폴리머 층은 동일한 반응물로 형성되지만 제1 및 제2 폴리머에 상이한 폴리머를 제공하기 위하여 다른 조건에서 반응되는 것을 특징으로 하는 패드. 49. The pad according to any of the inventions 45 to 48, characterized in that the first polymer layer and the second polymer layer are formed from the same reactant but are reacted under different conditions to provide different polymers to the first and second polymers .
50. 발명 45 내지 49중의 어느 하나에 따른 패드에 있어서, 상기 패드는 추가적으로 고체 윤활제를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 패드. 50. The pad according to any one of claims 45 to 49, wherein the pad further comprises a solid lubricant.
51. 발명 45 내지 50중의 어느 하나에 따른 패드에 있어서, 상기 패드는 단일의 패드인 것을 특징으로 하는 패드. 51. The pad according to any one of claims 45 to 50, wherein the pad is a single pad.
52. 발명 45 내지 51중의 어느 하나에 따른 패드에 있어서, 비교가능한 패드 또는 상기 폴리머 연마 패드와 동일하지만 인터페이스를 구비하지 않은 패드에 비하여 상기 인터페이스는 상기 패드의 마찰 계수를 감소시키기 위하여 효과적인 것을 특징으로 하는 패드. 52. The pad according to any one of claims 45 to 51, wherein the interface is effective to reduce the friction coefficient of the pad as compared to a comparable pad or a pad that is the same as the polymer polishing pad but does not have an interface Pads.
53. 화학적 기계적인 평탄화를 위한 폴리머 패드로서, 패드는 폴리우레탄 열경화성 수지를 포함하고 있고 약 1.0 미만의 tanδ를 가지고 있는 것을 특징으로 하는패드. 53. A polymer pad for chemical mechanical planarization, wherein the pad comprises a polyurethane thermosetting resin and has a tan? Of less than about 1.0.
54. 발명 53에 따른 패드에 있어서, tanδ는 약 0.5 미만인 것을 특징으로 하는 패드. 54. The pad according to claim 53, wherein tan? Is less than about 0.5.
55. 발명 53 또는 54에 따른 패드에 있어서, 패드는 약 400 MPa보다 큰 E' 값을 갖고 있는 것을 특징으로 하는 패드. 55. The pad of
56. 발명 53 내지 55중의 어느 하나에 따른 패드에 있어서, 패드는 약 250 MPa보다 큰 E" 값을 갖고 있는 것을 특징으로 하는 패드. 56. The pad of any of claims 53-55, wherein the pad has an E "value greater than about 250 MPa.
57. 발명 53 내지 56중의 어느 하나에 따른 패드에 있어서, 폴리우레탄은 약 -30℃ 미만의 Tg 값을 갖고 있는 것을 특징으로 하는 패드. 57. A pad according to any of the 53-56 invention, wherein the polyurethane has a Tg value of less than about -30 占 폚.
58. 발명 53 내지 57중의 어느 하나에 따른 패드에 있어서, 폴리우레탄은 추가적으로 우레아 결합을 갖고 있는 것을 특징으로 하는 패드. 58. A pad according to any of the 53-57 invention, wherein the polyurethane further has a urea bond.
59. 발명 53 내지 58중의 어느 하나에 따른 패드에 있어서, 패드는 약 20% 미만의 △E'(20℃ - 40℃)를 갖고 있는 것을 특징으로 하는 패드. 59. A pad according to any of the 53-58 invention, wherein the pad has a DELTA E '(20 DEG C - 40 DEG C) of less than about 20%.
60. 발명 53 내지 59중의 어느 하나에 따른 패드에 있어서, 패드는 약 1% 미만의 압축성을 갖고 있는 것을 특징으로 하는 패드. 60. A pad according to any of the 53-59 invention, wherein the pad has compressibility of less than about 1%.
61. 발명 53 내지 60중의 어느 하나에 따른 패드에 있어서, 패드는 약 25 mN/m 미만의 표면 장력을 갖고 있는 것을 특징으로 하는 패드. 61. The pad according to any one of claims 53 to 60, wherein the pad has a surface tension of less than about 25 mN / m.
62. 발명 53 내지 61중의 어느 하나에 따른 패드에 있어서, 패드는 약 100 미만의 KEL 값을 갖고 있는 것을 특징으로 하는 패드. 62. The pad of any of claims 53 to 61, wherein the pad has a KEL value of less than about 100.
63. 폴리우레탄 열경화성 수지를 포함하고 있고 약 400 MPa를 초과하는 E' 값을 갖고 있는 것을 특징으로 하는 화학적 기계적인 평탄화를 위한 폴리머 패드. 63. A polymer pad for chemical mechanical planarization comprising a polyurethane thermosetting resin and having an E 'value of greater than about 400 MPa.
64. 폴리우레탄 열경화성 수지를 포함하고 있고 약 250 MPa 를 초과하는 E" 값을 갖고 있는 것을 특징으로 하는 화학적 기계적인 평탄화를 위한 폴리머 패드. 64. A polymer pad for chemical mechanical planarization comprising a polyurethane thermosetting resin and having an E "value of greater than about 250 MPa.
65. 폴리우레탄 열경화성 수지를 포함하고 있고 약 -30℃ 미만의 Tg 값을 갖고 있는 것을 특징으로 하는 화학적 기계적인 평탄화를 위한 폴리머 패드. 65. A polymer pad for chemical mechanical planarization comprising a polyurethane thermosetting resin and having a Tg value of less than about -30 占 폚.
66. 폴리우레탄 열경화성 수지를 포함하고 있고 약 1% 미만의 압축성을 갖고 있는 것을 특징으로 하는 화학적 기계적인 평탄화를 위한 폴리머 패드. 66. A polymer pad for chemical mechanical planarization comprising a polyurethane thermosetting resin and having compressibility of less than about 1%.
67. 폴리우레탄 열경화성 수지를 포함하고 있고 약 25 mN/m 미만의 표면 장력을 갖고 있는 것을 특징으로 하는 화학적 기계적인 평탄화를 위한 폴리머 패드. 67. A polymer pad for chemical mechanical planarization comprising a polyurethane thermosetting resin and having a surface tension of less than about 25 mN / m.
68. 폴리우레탄 열경화성 수지를 포함하고 있고 약 100 미만의 KEL 값을 갖고 있는 것을 특징으로 하는 화학적 기계적인 평탄화를 위한 폴리머 패드. 68. A polymer pad for chemical mechanical planarization comprising a polyurethane thermosetting resin and having a KEL value of less than about 100.
69. 발명 53 내지 68중의 어느 하나에 따른 패드에 있어서, 상기 패드는 인터페이스를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 패드. 69. A pad according to any of the 53-58 invention, wherein said pad comprises an interface.
70. 발명 69에 따른 패드에 있어서, 상기 인터페이스는 일체형의 인터페이스인 것을 특징으로 하는 패드. 70. The pad according to claim 69, wherein the interface is an integrated interface.
71. 발명 53 내지 70중의 어느 하나에 에 따른 패드에 있어서, 상기 패드는 상기 패드의 연마 표면에 고체 윤활제를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 패드. 71. A pad according to any of the 53-57 invention, wherein the pad comprises a solid lubricant on the polishing surface of the pad.
72. 발명 53 내지 71중의 어느 하나에 따른 패드에 있어서, 상기 패드는 연마 표면의 상이한 영역에서 동일한 특성 값과 상이한 특성 값을 갖는 영역을 상기 패드의 연마 표면에 갖고 있는 것을 특징으로 하는 패드. 72. The pad according to any one of 53 to 71, wherein the pad has, on the polishing surface of the pad, an area having characteristic values different from those of the same characteristic value in different areas of the polishing surface.
73. 발명 53 내지 72중의 어느 하나에 따른 패드에 있어서, 상기 패드는 인접한 영역보다 빛에 대하여 투과성이 더욱 높은 영역을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 패드. 73. A pad according to any of the 53-52 invention, wherein the pad comprises a region having a higher transmittance to light than an adjacent region.
74. 열경화성 폴리머로 형성된 화학적 기계적인 연마를 위한 단일의 패드를 포함하고 있고, 상기 패드는 상기 패드의 연마 표면에 경질 폴리머 영역 및 연질 폴리머 영역을 포함하고 있고, 상기 폴리머는 경질 세그먼트 및 연질 세그먼트를 포함하고 있고, 경화될 때 경질 세그먼트는 경질 폴리머 영역을 형성하고 연질 세그먼트는 연질 폴리머 영역을 형성하며, 상기 폴리머는 폴리우레탄우레아를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 물품.74. A polishing pad comprising a single pad for chemical mechanical polishing formed from a thermosetting polymer, the pad comprising a hard polymer region and a soft polymer region on an abrasive surface of the pad, the polymer comprising a hard segment and a soft segment Wherein the rigid segment forms a rigid polymer region and the soft segment forms a soft polymer region when cured, wherein the polymer comprises a polyurethaneurea.
75. 발명 74에 따른 물품에 있어서, 상기 경질 영역은 약 20 ㎚ 미만의 크기를 갖고 있는 것을 특징으로 하는 물품.75. The article of claim 74, wherein the hard region has a size of less than about 20 nm.
76. 발명 74 또는 75에 따른 물품에 있어서, 상기 연질 영역은 약 100 ㎚ 미만의 크기를 갖고 있는 것을 특징으로 하는 물품.76. The article of manufacture of claim 74 or 75, wherein said soft zone has a size of less than about 100 nm.
77. 발명 74 내지 76중의 어느 하나에 따른 물품에 있어서, 상기 연질 영역은 10 ㎚ 보다 큰 크기를 갖고 있는 것을 특징으로 하는 물품.77. An article according to any of the aspects 74 to 76, wherein said soft region has a size greater than 10 nm.
78. 발명 74 내지 77중의 어느 하나에 따른 물품에 있어서, 상기 연질 영역은 상기 경질 영역보다 큰 것을 특징으로 하는 물품.78. The article of any of the embodiments 74-77, wherein the soft region is larger than the hard region.
79. 발명 74 내지 78중의 어느 하나에 따른 물품에 있어서, 상기 경질 영역은 전체 1 내지 약 20 개의 우레탄 및 우레아기를 갖고 있는 것을 특징으로 하는 물품.79. An article according to any one of claims 74 to 78, wherein said rigid region has a total of from 1 to about 20 urethane and urea groups.
80. 발명 79에 따른 물품에 있어서, 상기 경질 영역은 전체 2 내지 약 6 개의 우레탄 및 우레아기를 갖고 있는 것을 특징으로 하는 물품.80. An article according to claim 79, wherein said rigid region has a total of from 2 to about 6 urethane and urea groups.
81. 발명 74 내지 80중의 어느 하나에 따른 물품에 있어서, 상기 패드는 단일의 화학적 기계적인 연마 패드를 형성하기 위하여 적절한 치수를 갖는 몰드에 폴리머를 형성하는 폴리머 용융물 또는 반응제의 혼합물 또는 폴리머 용융물과 반응제의 혼합물을 몰드에 위치시킴으로써 형성되는 단일의 화학적 기계적인 연마 패드인 것을 특징으로 하는 물품.81. The article of any of the embodiments 74-80, wherein the pad is a polymer melt or a mixture of polymer melts or reactants forming a polymer in a mold having an appropriate dimension to form a single chemical mechanical polishing pad, Wherein the chemical mechanical polishing pad is a single chemical mechanical polishing pad formed by placing a mixture of reactants in a mold.
82. 발명 74 내지 81중의 어느 하나에 따른 물품에 있어서, 상기 패드는 패드의 연마 표면에 제1 및 제2 폴리머 구역을 가지고 있고, 제1 및 제2 구역은 상기 경질 영역과 상기 연질 영역을 모두 가지고 있고, 상기 제1 구역은 상기 제2 구역에서의 특성에 대한 값과 상이한 값을 갖는 특성을 가지고 있는 것을 특징으로 하는 물품.82. The article of any one of < RTI ID = 0.0 > 74 < / RTI > to 81, wherein the pad has first and second polymer zones on the polishing surface of the pad, And wherein the first zone has a value that is different from a value for the property in the second zone.
83. 발명 82에 따른 물품에 있어서, 상기 특성은 경도, 공극률, 기공 크기, 압축성, 복원 계수 및 연속성에서 선택된 하나인 것을 특징으로 하는 물품.83. An article according to claim 82, wherein said characteristic is one selected from the group consisting of hardness, porosity, pore size, compressibility, restitution factor and continuity.
84. 발명 74 내지 83중의 어느 하나에 따른 물품에 있어서, 상기 패드는 일체형의 인터페이스를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 물품.84. An article according to any of the embodiments 74-83, wherein the pad comprises an integral interface.
85. 발명 74 내지 84중의 어느 하나에 따른 물품에 있어서, 상기 패드는 고체 윤활제를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 물품.85. An article according to any of the aspects 74 to 84, wherein said pad comprises a solid lubricant.
86. 발명 74 내지 85중의 어느 하나에 따른 물품에 있어서, 상기 패드는 연마재를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 물품.86. An article according to any of the aspects 74 to 85, wherein the pad comprises an abrasive.
87. 화학적 기계적인 연마 패드를 제조하는 방법으로서, 폴리머를 형성하는 반응제의 혼합물 또는 폴리머 용융물을 형성하는 단계, 상기 용융물 또는 혼합물을 몰드에 위치시키는 단계, 및 경질 폴리머 영역과 연질 폴리머 영역을 갖는 상기 화학적 기계적인 연마 패드를 형성하도록 상기 용융물 또는 혼합물을 경화하는 단계를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 방법.87. A method of making a chemical mechanical polishing pad comprising the steps of forming a mixture or polymer melt of a reactant forming a polymer, positioning the melt or mixture in a mold, and forming a mixture of a hard polymer region and a soft polymer region And curing the melt or mixture to form the chemical mechanical polishing pad.
88. 폐쇄 셀 다공성 폴리머로 형성되고, 대부분의 기공이 패드의 연마 표면과 평행한 방향으로 길게 되어 있는 상기 패드의 연마 표면을 가지고 있는 것을 특징으로 하는 연마 패드.88. A polishing pad formed of a closed cell porous polymer and having a polishing surface of the pad in which most of the pores are elongated in a direction parallel to the polishing surface of the pad.
89. 발명 88에 따른 연마 패드에 있어서, 상기 폐쇄 셀 다공성 폴리머의 셀은 패드의 연마 표면과 평행한 방향으로 길게 되어 있는 것을 특징으로 하는 연마 패드.89. The polishing pad according to
90. 발명 88 또는 89에 따른 연마 패드에 있어서, 상기 폐쇄 셀 다공성 폴리머의 셀은 마이크로벌룬으로 형성되는 것을 특징으로 하는 연마 패드.90. The polishing pad according to claim 88 or 89, wherein the cells of the closed cell porous polymer are formed of microballoons.
91. 발명 88 내지 90중의 어느 하나에 따른 연마 패드에 있어서, 상기 길다란 기공은 길이와 폭의 비율이 약 2 보다 큰 것을 특징으로 하는 연마 패드.91. The polishing pad according to any one of
92. 폐쇄 셀 다공성 폴리머를 가지고 있는 연마 패드를 제조하는 방법으로서, 폴리머를 형성하는 폴리머 용융물 또는 반응제의 혼합물내에 마이크로벌룬을 편입시키는 단계, 및 상기 마이크로벌룬을 압축하기에 충분한 압력을 이용하여 상기 용융물 또는 혼합물을 압축 성형하는 단계를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 방법. 92. A method of making a polishing pad having a closed cell porous polymer, the method comprising the steps of: incorporating a microballoons into a polymer melt or a mixture of reactants forming a polymer; and applying a pressure sufficient to compress the microballoons ≪ / RTI > compressing the melt or mixture.
93. 열경화성 폴리머로 형성된 단일의 화학적 기계적인 연마 패드를 포함하고 있는 물품으로서, 상기 패드는 상기 패드의 연마 표면에 경질 폴리머 영역 및 연질 폴리머 영역을 포함하고 있고, 상기 폴리머는 경질 세그먼트 및 연질 세그먼트를 포함하고 있고, 경화될 때 경질 세그먼트는 경질 폴리머 영역을 형성하고 연질 세그먼트는 연질 폴리머 영역을 형성하며, 상기 폴리머는 반복 알콕시 유닛을 함유하는 폴리(우레탄우레아)를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 물품.93. An article comprising a single chemical mechanical polishing pad formed of a thermosetting polymer, the pad comprising a hard polymer region and a soft polymer region on the polishing surface of the pad, the polymer comprising a hard segment and a soft segment Wherein the rigid segment forms a rigid polymer region and the soft segment forms a soft polymer region when cured, the polymer comprising a poly (urethane urea) containing a repeating alkoxy unit.
94. 발명 93에 따른 물품에 있어서, 상기 경질 영역은 어느 방향으로나 약 100 ㎚ 미만의 폭을 갖고 있는 것을 특징으로 하는 물품.94. An article according to claim 93, wherein said rigid region has a width of less than about 100 nm in either direction.
95. 발명 94에 따른 물품에 있어서, 상기 경질 영역은 약 20 ㎚ 미만의 폭을 갖고 있는 것을 특징으로 하는 물품.95. The article of claim 94, wherein the hard region has a width of less than about 20 nm.
96. 발명 93 내지 95중의 어느 하나에 따른 물품에 있어서, 상기 연질 영역은 약 100 ㎚ 보다 큰 폭을 갖고 있는 것을 특징으로 하는 물품.96. An article according to any of the aspects 93 to 95, wherein said soft region has a width greater than about 100 nm.
97. 발명 93 내지 96중의 어느 하나에 따른 물품에 있어서, 상기 경질 영역은 전체 1 내지 약 20 개의 우레탄 및 우레아기를 갖고 있는 것을 특징으로 하는 물품.97. An article according to any of the aspects 93 to 96, wherein said hard zone has from 1 to about 20 total urethane and urea groups.
98. 발명 97에 따른 물품에 있어서, 상기 경질 영역은 전체 2 내지 약 6 개의 우레탄 및 우레아기를 갖고 있는 것을 특징으로 하는 물품.98. An article according to claim 97, wherein said hard zone has a total of from 2 to about 6 urethane and urea groups.
99. 발명 93 내지 98중의 어느 하나에 따른 물품에 있어서, 상기 패드는 단일의 화학적 기계적인 연마 패드를 형성하기 위하여 적절한 치수를 갖는 몰드에 폴리머를 형성하는 폴리머 용융물 또는 반응제의 혼합물 또는 폴리머 용융물과 반응제의 혼합물을 몰드에 위치시킴으로써 형성되는 단일의 화학적 기계적인 연마 패드인 것을 특징으로 하는 물품.99. The article according to any one of claims 93 to 98, wherein the pad is a polymer melt or mixture of reactants or a polymer melt forming a polymer in a mold having an appropriate dimension to form a single chemical mechanical polishing pad Wherein the chemical mechanical polishing pad is a single chemical mechanical polishing pad formed by placing a mixture of reactants in a mold.
100. 발명 93 내지 99중의 어느 하나에 따른 물품에 있어서, 상기 패드는 패드의 연마 표면에 제1 및 제2 폴리머 구역을 가지고 있고, 상기 제1 및 제2 구역은 상기 경질 영역과 연질 영역을 모두 포함하고 있고, 상기 제1 구역은 상기 제2 구역에서의 상기 특성에 대한 값과 상이한 값을 갖는 특성을 가지고 있는 것을 특징으로 하는 물품.100. The article of any one of claims 93 to 99, wherein the pad has first and second polymer zones on the polishing surface of the pad, the first and second zones being both the hard and soft zones And wherein the first zone has a value that is different from a value for the property in the second zone.
101. 발명 100에 따른 물품에 있어서, 상기 특성은 경도, 공극률, 기공 크기, 압축성, 복원 계수 및 연속성에서 선택된 하나인 것을 특징으로 하는 물품.101. The article of
102. 발명 93 내지 101중의 어느 하나에 따른 물품에 있어서, 상기 패드는 일체형의 인터페이스를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 물품.102. An article according to any of the aspects 93-101, wherein the pad comprises an integral interface.
103. 발명 93 내지 102중의 어느 하나에 따른 물품에 있어서, 상기 패드는 고체 윤활제를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 물품.103. An article according to any of the aspects 93-102, wherein the pad comprises a solid lubricant.
104. 발명 93 내지 103중의 어느 하나에 따른 물품에 있어서, 상기 패드는 연마재를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 물품.104. An article according to any of the aspects 93 to 103, wherein the pad comprises an abrasive.
105. 발명 1에 따른 물품에 있어서, 단일의 연마 패드의 상기 제1 구역은 상기 단일의 연마 패드의 회전 축선 가까이 존재하고 상기 제2 구역은 상기 패드의 외부 가장자리 가까이 존재하는 것을 특징으로 하는 물품.105. The article of
106. 발명 105에 따른 물품에 있어서, 연마 표면에 고체 윤활제를 함유하고 있는 것을 특징으로 하는 물품.106. An article according to Clause 105, characterized in that the polishing surface contains a solid lubricant.
107. 발명 106에 따른 물품에 있어서, 고체 윤활제는 보론 나이트라이드 인 것을 특징으로 하는 물품.107. An article according to
108. 발명 105에 따른 물품에 있어서, 종료 시점 검출을 위해 연마 패드에 국부적인 투명한 구역을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 물품.108. An article according to Claim 105 comprising a transparent region local to the polishing pad for endpoint detection.
109. 발명 105에 따른 물품에 있어서, 연마 표면에 인 시투 그루브를 갖고 있는 것을 특징으로 하는 물품.109. The article of item 105, wherein the article has an in-situ groove on a polishing surface.
110. 발명 109에 따른 물품에 있어서, 그루브는 10 ㎛ - 100 ㎛ 범위의 깊이를 갖고 있는 것을 특징으로 하는 물품.110. An article according to claim 109, wherein the groove has a depth in the range of 10 占 퐉 to 100 占 퐉.
111. 발명 109에 따른 물품에 있어서, 그루브는 25 ㎛ - 40 ㎛ 범위의 깊이를 갖고 있는 것을 특징으로 하는 물품.111. The article of claim 109, wherein the groove has a depth in the range of 25 占 퐉 to 40 占 퐉.
112. 발명 109에 따른 물품에 있어서, 그루브는 10 ㎛ - 100 ㎛ 범위의 폭을 갖고 있는 것을 특징으로 하는 물품.112. The article of claim 109, wherein the groove has a width in the range of 10 占 퐉 to 100 占 퐉.
113. 발명 109에 따른 물품에 있어서, 그루브는 25 ㎛ - 40 ㎛ 범위의 폭을 갖고 있는 것을 특징으로 하는 물품.113. The article of claim 109, wherein the groove has a width in the range of 25 占 퐉 to 40 占 퐉.
114. 발명 109에 따른 물품에 있어서, 회전 축선 부근의 그루브는 동심의 원형상 그루브이고 반경방향으로 뻗은 선형의 그루브와 겹치고, 회전 축선 부근에서 직선이고 회전 축선으로부터 멀어져 연마 패드의 외부 가장자리 부근의 그루브는 곡선이며, 곡선의 그루브는 동심의 원형상 그루브와 교차하는 것을 특징으로 하는 물품.114. An article according to claim 109, wherein the groove in the vicinity of the axis of rotation is a concentric circular groove and overlaps a linear groove extending in the radial direction and is straight in the vicinity of the axis of rotation and away from the axis of rotation, Is a curve and the groove of the curve intersects the concentric circular groove.
115. 발명 114에 따른 물품에 있어서, 회전 축선으로부터 떨어져 연마 표면의 둘레 부근에 추가적인 곡선 그루브를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 물품.115. An article according to claim 114 comprising additional curved grooves near the periphery of the abrasive surface away from the axis of rotation.
116. 발명 114 또는 115에 따른 물품에 있어서, 그루브는 연마 표면을 가로질러 일정한 그루브 밀도를 갖도록 형성되는 것을 특징으로 하는 물품.116. The article of claim 114 or 115, wherein the grooves are formed to have a constant groove density across the polishing surface.
117. 발명 114 또는 115에 따른 물품에 있어서, 그루브는 연마 표면을 가로질러 일정한 슬러리 밀도를 유지하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 물품.117. The article of claim 114 or 115, wherein the groove is formed to maintain a constant slurry density across the polishing surface.
118. 발명 105에 따른 물품에 있어서, 패드는 연마 패드를 통하여 미세기공을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 물품.118. The article of claim 105, wherein the pad comprises micropores through the polishing pad.
119. 발명 118에 따른 물품에 있어서, 제1 구역의 미세기공의 밀도는 제2 구역과 상이한 것을 특징으로 하는 물품.119. An article according to claim 118, wherein the density of the micropores in the first zone is different from the density in the second zone.
120. 발명 105에 따른 물품에 있어서, 상기 제2 구역의 경도는 상기 제1 구역의 경도보다 작은 것을 특징으로 하는 물품.120. The article of claim 105, wherein the hardness of the second zone is less than the hardness of the first zone.
121. 발명 105에 따른 물품에 있어서, 패드는 연마 표면과 수직인 일체형의 인터페이스를 포함하고 있고 상기 인터페이스는 두개의 폴리머 층 사이에 존재하는 것을 특징으로 하는 물품.121. The article of claim 105, wherein the pad comprises an integral interface perpendicular to the polishing surface and the interface is between the two polymer layers.
122. 발명 121에 따른 물품에 있어서, 제1 폴리머 층과 제2 폴리머 층은 동일한 폴리머 인 것을 특징으로 하는 물품.122. The article of matter of 121, wherein the first polymer layer and the second polymer layer are the same polymer.
123. 발명 121에 따른 물품에 있어서, 제1 폴리머 층과 제2 폴리머 층은 상이한 폴리머 인 것을 특징으로 하는 물품.123. An article according to claim 121, wherein the first polymer layer and the second polymer layer are different polymers.
124. 발명 105에 따른 물품에 있어서, 폴리머는 열경화성 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 물품.124. An article according to claim 105, wherein the polymer is formed from a thermosetting material.
상기 조합의 발명들은 상술한 임의의 물리적, 화학적, 및/또는 DMA 특성을 가질 수 있다. The combinations of the above combinations may have any of the physical, chemical, and / or DMA characteristics described above.
적합화된 연마 패드의 예시적인 변경들이 설명되었지만, 명세서에 설명된 발명의 사상 및 범주로부터 벗어나지 않고 본 발명의 패드에 대한 다양한 개량이 만들어질 수 있다. 여기에서 설명된 다수의 적합화된 연마 패드의 내용은 상술한 특정한 예 및 도면에 의해 제한되는 것으로 해석되어서는 안된다. 더욱이, 당업자는 이러한 예 및 도면으로부터 수많은 등가의 적합화된 연마 패드가 만들어질 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.Although exemplary modifications of the adapted polishing pad have been described, various modifications to the pads of the present invention can be made without departing from the spirit and scope of the invention as described in the specification. The contents of the plurality of adapted polishing pads described herein should not be construed as being limited by the specific examples and drawings described above. Moreover, it will be appreciated by those skilled in the art that numerous equivalent polishing pads may be made from these examples and figures.
Claims (48)
상기 패드는 제1 폴리머로 구성되는 연마 표면의 제1 구역과, 제2 폴리머로 구성되는 상기 연마 표면의 제2 구역을 구비하고, 상기 제1 폴리머와 제2 폴리머는 쇼어 경도 D 스케일이 상이한 경도를 가지고, 상기 제1 구역과 제2 구역의 인터페이스는 상기 제1 폴리머와 제2 폴리머의 혼합물을 구비하며,
상기 제1 구역과 제2 구역의 경도 차이는 쇼어 경도 D 스케일로 적어도 5이고,
상기 패드의 제1 폴리머로 형성된 제1 폴리머 층은 제1 공극률을 가지고, 상기 패드의 제2 폴리머로 형성된 제2 폴리머 층은 제2 공극률을 가지며, 상기 제1 공극률과 제2 공극률은 동일하지 않은 것을 특징으로 하는 물품.An article comprising a single polishing pad for polishing a substrate,
Wherein the pad has a first zone of a polishing surface comprised of a first polymer and a second zone of the polishing surface comprised of a second polymer, wherein the first and second polymers have hardnesses different from each other in Shore hardness D scale Wherein the interface between the first zone and the second zone comprises a mixture of the first polymer and the second polymer,
The difference in hardness between the first zone and the second zone is at least 5 with a Shore hardness D scale,
Wherein the first polymer layer formed of the first polymer of the pad has a first porosity, the second polymer layer formed of the second polymer of the pad has a second porosity, the first porosity and the second porosity are not the same ≪ / RTI >
상기 반도체 웨이퍼는 상기 층에 높은 영역과 낮은 영역을 야기하는 패턴화된 피쳐를 가지며,
상기 방법은 상기 층을 제 7 항에 따른 연마 패드와 접촉시키는 단계와, 상기 연마 패드가 상기 낮은 영역에서 상기 층을 제거하는 속도보다 더 빠른 속도로 상기 높은 영역에서 상기 층을 제거함으로써 상기 반도체 웨이퍼의 층을 평탄화하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 방법.A method of planarizing a layer of a semiconductor wafer,
The semiconductor wafer having a patterned feature that causes a high area and a low area in the layer,
The method includes contacting the layer with a polishing pad according to claim 7 and removing the layer from the high area at a rate that is faster than the rate at which the polishing pad removes the layer from the low area, ≪ / RTI > wherein the step of planarizing the layer of the substrate is performed.
상기 반도체 웨이퍼는 상기 층에 높은 영역과 낮은 영역을 야기하는 패턴화된 피쳐를 가지며,
상기 방법은 상기 층을 제 1 항에 따른 물품과 접촉시키는 단계와, 상기 층을 평탄화하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 방법.A method of planarizing a layer of a semiconductor wafer,
The semiconductor wafer having a patterned feature that causes a high area and a low area in the layer,
Said method comprising the steps of contacting said layer with an article according to claim 1 and planarizing said layer.
합성 폴리머로 형성되고, 상기 패드의 제1 폴리머 층과 제2 폴리머 층 사이에 일체로된 인터페이스를 가지는 것을 특징으로 하는 폴리머 연마 패드. A polymer polishing pad provided on the article according to claim 1,
Wherein the polymeric pad is formed of a synthetic polymer and has an interface integrated between the first and second polymer layers of the pad.
상기 폴리머 패드는 화학적 기계적인 평탄화 패드를 구비하고,
폴리우레탄 열경화성 수지를 구비하고, 1.0 미만의 탄 델타(tan delta)를 가지는 것을 특징으로 하는 패드. A polymer pad provided on an article according to claim 1,
The polymer pad having a chemical mechanical planarization pad,
Polyurethane thermosetting resin and having a tan delta of less than 1.0.
상기 패드는, 상기 단일의 연마 패드의 상기 상이한 구역들에 대응되는 구역들에서 균일하나 그 밖의 점에서는 상기 단일의 연마 패드와 동일한 단일의 비교 패드와 동일한 작동 조건하에서 비교되는 경우 상기 기판에 대하여 향상된 평탄도 및 수율을 제공하는 것을 특징으로 하는 물품. 10. An article according to claim 1,
Wherein the pad is uniform in areas corresponding to the different areas of the single polishing pad, but is improved in comparison to a single comparison pad, which is the same as the single polishing pad in other respects, Flatness and yield of the article.
상기 패드는 상기 연마 표면에 인 시투(in situ) 그루브들을 가지는 것을 특징으로 하는 물품.
10. An article according to claim 1,
Wherein the pad has in situ grooves on the polishing surface.
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