KR20070108546A - 화학적 기계적인 평탄화를 위해 적합화된 연마 패드와 그연마 패드의 제조 및 사용 방법 - Google Patents
화학적 기계적인 평탄화를 위해 적합화된 연마 패드와 그연마 패드의 제조 및 사용 방법 Download PDFInfo
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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.
연마 패드, 기판, 슬러리, 폴리머, 윤활제, 연마재
Description
본 발명은 화학적 기계적인 평탄화(CMP : chemical mechanical planarization)를 위한 연마 패드 및 그 연마 패드의 제조 및 사용 방법에 관한 것이다.
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 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.
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 신뢰성 이 현저하게 저하되었다는 것이다.
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.
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.
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. 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.
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.
이하의 특성 중의 하나 또는 임의의 조합을 갖는 패드가 설명된다.
1) 패드 마이크로 구조
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.
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.
2) 제어된 공극률
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.
여기에 설명되고 있는 다수의 적합한 연마 패드는, 패드에 형성되는 공극률이 기공 크기와 형태, 기공 밀도 및 공극률의 분포와 관련하여 제어되도록 제조될 수 있다.
3) 기계적 성질의 기능적인 등급화
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.
4) 표면 처리(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.
5) 낮은 전단력의 일체형 패드
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.
6) 연마재가 삽입되어 있는 패드
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.
7) 인 시투 그루브 패드
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.
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.
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.
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.
8) 종료 시점 검출을 위한 투명한 윈도우를 구비한 패드
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.
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.
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.
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 개략 적으로 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), 또 는 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.
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.
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, 알 루미늄 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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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 통 상적인 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.
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.
CMP 공정에 영향을 미치는 몇몇 인자를 이해하기 위하여, 도 4에 도시된 스트라이벡 곡선을 이해하는 것이 유용한다. 스트라이벡 곡선(Stribeck curve)은 좀 머펠트 수(Sommerfeld Number(So))에 대한 마찰 계수(COF)의 관계를 나타내며, 마찰 계수(COF)와 좀머펠트 수(So)는 다음과 같은 식으로 주어진다.
COF = Fshear/Fnormal (1)
여기에서 Fshear는 전단력이며, Fnormal는 법선력이다.
So [= μV/(pδeff)] (2)
여기에서 μ는 슬러리 점성, V는 패드와 웨이퍼의 상대 속도, p는 압력, 그리고 δeff = αRa+[1-α]δgroove
여기에서 Ra는 패드 평균 거칠기, δgroove는 패드 그루브 깊이, 그리고 α는 스케일 인자로서 α=Aup -feature/Aflat pad 로 정의되며, A는 대응하는 면적이다.
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.
도 5에는 이상적인 프레스토니안 플로트(Prestonian plot)가 도시되어 있으며, 제거 속도(RR)는 다음과 같은 식으로 주어진다.
RR = KPr x p x V (3)
KPr는 프레스톤 상수, p는 패드와 기판 사이의 실제 압력, 그리고 V는 패드와 기판의 상대 속도이다.
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.
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.
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/폴리유레아를 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.
Ⅰ. 화학적 기계적인 평탄화에 사용되는 폴리머 패드를 위한 폴리머 생성 및 패드 미세구조의 제어
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.
본 발명의 적합화된 연마 패드는 폴리머로 만들어진다. 여기에서 설명되는 적합화된 다양한 연마 패드의 제조를 위해 시도된 폴리머의 예는 폴리우레탄, 폴리유레아, 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.
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.
예를 들면, CMP 연마 패드를 위해 중요한 과학적, 공학적 및 상업적 성과를 갖는 폴리머는 폴리우레탄, 폴리유레아 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 폴리유레아 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. 폴리유레아에 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.
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 폴리유레아가 패드 제조를 위해 사용될 수 있다.
캐스팅/몰딩, 패드 재료 및 미세구조 제어
캐스팅 및 몰딩을 위한 여러가지 방법이 단일의 구조로서 적합화된 다양한 연마 패드를 제조하기 위해 적절하다. 패드내에 설계되는 물리적인 특성의 공간적 인 제어를 허용하며, 단일의 구조로서 연마 패드를 캐스팅 및 몰딩하기 위한 몇몇 예시적인 제조 방법이 이하에서 설명된다.
폴리머의 액상 캐스팅
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 층 이 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.
다중 인젝션 몰딩
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.
복수의 라이브 피드(또는 인 시투) 인젝션 몰딩
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 포 트를 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.
반응 인젝션 몰딩(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 특성 을 갖는 적합화된 패드를 제조하기 위하여 사용될 수 있다.
라멜라 인젝션 몰딩
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.
미세 기공을 가진 패드를 제조하기 위하여 가스의 인젝션 몰딩.
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.
마이크로셀룰러(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.
원 쇼트 및 투 쇼트 폴리머 합성 기술
몰딩 또는 캐스팅 이전에 폴리머가 준비되는 방식은 연마 패드 특성 및 일관성에 대한 영향을 준다. 예를 들면, 폴리유레아 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 폴리유레아 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.
CMP 패드 합성
본 연구에서 CMP 패드에서의 경질 영역의 크기, 밀도 및 종류에 대한 균일성은 최종 제품에서의 폴리우레탄 및 폴리유레아의 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 폴리유레아/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.
결과적으로 나노-마이크론 크기 범위에서 경질 영역의 크기, 종류 및 밀도의 균일한 분포가 성취될 수 있다. 개별적인 경질 영역 세그먼트는 각각의 폴리우레탄 및 폴리유레아 형성에서 우레탄 또는 유레아 결합에 대한 구역을 포함하고 있 다. 경질 영역은 하나 이상의 개별적인 경질 세그먼트로 구성될 수 있다. 경질 영역의 종류는 경질 영역을 구성하는 유레아 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 유레아에 대한 우레탄의 상대적인 양에 의해서 지배될 수 있는데, 왜냐하면 우레탄은 단일 수소 결합을 갖고 있는 반면에 유레아는 두개의 수소 결합을 갖고 있으며 우레탄 또는 유레아 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.
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.
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.
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.
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 타원 형 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).
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.
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.
패드 제조를 위해 사용되는 일부 재료가 이하에 설명된다. 이 재료들은 몇가지 카테고리로 분류된다. 카테고리는 이소시아네이트 프레폴리머 및 모노머, 폴 리올 및 폴리아민 모노머와 사슬 연장제, 경화제(가교제), 안정제, 기공 형성제, 고체 윤활제, 및 연마재를 포함한다.
패드의 제조를 위해 사용될 수 있는 이소시아네이트 모노머 및 프레폴리머가 표 1에 기재되어 있다.
패드의 제조를 위해 사용될 수 있는 폴리올 모노머 및 사슬 연장제가 표 2에 기재되어 있다.
패드의 제조를 위해 사용될 수 있는 폴리아민 모노머 및 사슬 연장제가 표 3에 기재되어 있다.
패드의 제조를 위해 사용될 수 있는 경화제가 표 4에 기재되어 있다.
패드의 제조를 위해 사용될 수 있는 안정제가 표 5에 기재되어 있다.
패드 제조시에 미세기공을 생성하기 위해 사용될 수 있는 기공 형성제가 표 6에 기재되어 있다.
패드 제조를 위해 사용될 수 있는 고체 윤활제가 표 7에 기재되어 있다.
패드 제조를 위해 사용될 수 있는 삽입 연마재가 표 8에 기재되어 있다.
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.
Ⅱ. 제어된 다공성 패드
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.
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.
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.
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.
A. 폴리머 중공형의 미세 성분(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.
B. 화학적인 발포제
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.
C. 초임계 유체
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.
D. 미셀
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.
E. 포로겐 재료
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.
Ⅲ. 기능적으로 등급화된 패드
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.
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.
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 상한 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.
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.
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.
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.
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.
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.
Ⅳ. 낮은 전단력의 일체형 패드
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.
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.
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.
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.
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.
Ⅴ. 서브표면 처리된 패드(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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Ⅵ. 연마재가 삽입된 적합화된 패드
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.
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.
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.
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.
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.
자체 연마재 패드를 만들기 위한 블록 코폴리머
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.
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.
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.
불꽃 용사(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.
Ⅶ. 인 시투 그루브 패드
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
A. 레이저 라이팅(레이저 커팅)
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.
B. 워터 제트 커팅
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.
C. 3-D 프린팅
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.
D. 열성형 및 진공 성형
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.
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.
E. 마이크로 접촉 프린팅
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.
F. 핫 스탬핑, 프린팅
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.
Ⅷ. CMP 과정 중에 종료시점 검출을 위한 일체형 광학 투명 윈도우
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
이하의 예들은 신규의 연마 패드의 예 및 그러한 패드를 제조하는 방법을 설명한다.
예 1 : 윈도우를 구비한 패드를 형성하기 위한 공정
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.
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.
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.
예 2 : 가시 광선에 투명한 윈도우를 구비한 연마 패드의 특성
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.
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.
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.
Ⅸ. 적합화 방법
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.
A. 연마할 재료에 따라 패드를 적합화하기 위한 방법
SiO2 와 같은 산화물의 연마는 연마 패드의 폴리머 재료내에 SiO2 입자와 같은 연마재를 삽입시켜 첨가하는 것을 통하여 달성될 수 있다.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
B. 연마할 IC 특성에 따라 패드를 적합화하기 위한 방법.
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.
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.
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.
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.
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.
CMP를 위한 적합화된 패드의 특성
패드 열적 특성(온도 변화)
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.
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.
DMA/TMA 특성
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Ⅹ. 예시적인 패드 성능
상업적으로 입수가능한 패드와 비교한 본 발명의 패드에 대한 중요한 몇몇 관점에서의 CMP 성능의 비교 및 제한적이지 않은 예시적인 제조 방법의 내용이 아래에서 설명된다.
예 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.
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.
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.
예 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.
예 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.
부가적으로, 성능 평가되는 웨이퍼의 구리선은 X선 회절(XRD)을 이용하여 분석되었으며 응력에 의해 구리에 실질적인 변화가 일어났는지 여부를 체크하기 위하여 연마되지 않은 웨이퍼와 비교되었다.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
또한, 피막내에 축적된 응력(σacc)의 정량적인 측정은 다음과 같은 식을 사용하여 구할 수 있다.
σacc = E/(1-υ)ε (4)
여기에서 E = 탄성 계수
υ = 푸아송 비
ε = 격자 변형
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.
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.
예 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.
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.
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.
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.
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.
(본원 발명의 예)
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.
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.
4. 발명 3에 따른 물품에 있어서, 상기 제1 및 제3 구역은 동일한 구역이며, 상기 제2 및 제4 구역은 동일한 구역인 것을 특징으로 하는 물품.
5. 발명 1에 따른 물품에 있어서, 상기 특성은 경도인 것을 특징으로 하는 물품.
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.
7. 발명 6에 따른 물품에 있어서, 제1 구역과 제2 구역의 경도 차이는 쇼어 경도 D 스케일로 적어도 약 5 인 것을 특징으로 하는 물품.
8. 발명 7에 따른 물품에 있어서, 상기 차이는 쇼어 경도 D 스케일로 적어도 약 10 인 것을 특징으로 하는 물품.
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.
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.
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.
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.
13. 발명 12에 따른 물품에 있어서, 상기 패드의 연마 표면에 고체 윤활제를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 물품.
14. 발명 13에 따른 물품에 있어서, 상기 고체 윤활제는 약 0.0001과 약 0.5 사이의 마찰 계수를 갖고 있는 것을 특징으로 하는 물품.
15. 발명 13에 따른 물품에 있어서, 상기 패드는 5 wt% 이상의 고체 윤활제를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 물품.
16. 발명 1에 따른 물품에 있어서, 상기 제1 및 제2 구역은 상기 단일의 연마 패드내에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 물품.
17. 발명 16에 따른 물품에 있어서, 상기 제1 및 제2 구역은 상기 단일의 연마 패드의 연마 표면에 부가적으로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 물품.
18. 발명 17에 따른 물품에 있어서, 상기 특성은 공극률인 것을 특징으로 하는 물품.
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.
20. 발명 17에 따른 물품에 있어서, 상기 특성은 경도인 것을 특징으로 하는 물품.
21. 발명 1에 따른 물품에 있어서, 상기 제1 및 제2 구역은 상기 단일의 연마 패드의 연마 표면에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 물품.
22. 발명 21에 따른 물품에 있어서, 상기 특성은 경도인 것을 특징으로 하는 물품.
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.
24. 발명 1에 따른 물품에 있어서, 상기 특성은 압축성인 것을 특징으로 하는 물품.
25. 발명 1에 따른 물품에 있어서, 상기 특성은 복원 계수인 것을 특징으로 하는 물품.
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.
27. 발명 26에 따른 물품에 있어서, 상기 값의 차이는 기판상의 디바이스 밀도에 의해서 결정되는 것을 특징으로 하는 물품.
28. 발명 27에 따른 물품에 있어서, 상기 값의 차이는 추가적으로 상기 기판상의 테크놀러지 노드의 크기에 의해서 결정되는 것을 특징으로 하는 물품.
29. 발명 26에 따른 물품에 있어서, 상기 값의 차이는 기판상의 테크놀러지 노드의 크기에 의해서 결정되는 것을 특징으로 하는 물품.
30. 발명 26에 따른 물품에 있어서, 상기 특성은 경도인 것을 특징으로 하는 물품.
31. 발명 30에 따른 물품에 있어서, 제2 특성인 공극률은 제1 반경과 상이하거나 또는 동일한 제2 반경을 따라 상이한 것을 특징으로 하는 물품.
32. 발명 26에 따른 물품에 있어서, 상기 특성은 공극률인 것을 특징으로 하는 물품.
33. 이전 발명의 어느 하나에 따른 물품에 있어서, 상기 패드의 연마 표면에 고체 윤활제를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 물품.
34. 이전 발명의 어느 하나에 따른 물품에 있어서, 상기 특성은 투명도가 아닌 것을 특징으로 하는 물품.
35. 발명 34에 따른 물품에 있어서, 상기 패드는 추가적으로 인접한 영역보다 투명한 영역을 가지고 있는 것을 특징으로 하는 물품.
36. 이전 발명의 어느 하나에 따른 물품에 있어서, 상기 특성은 기공 밀도인 것을 특징으로 하는 물품.
37. 이전 발명의 어느 하나에 따른 물품에 있어서, 상기 특성은 기공 크기인 것을 특징으로 하는 물품.
38. 이전 발명의 어느 하나에 따른 물품에 있어서, 상기 특성은 연마할 물질에 기초하여 선택되는 것을 특징으로 하는 물품.
39. 발명 38에 따른 물품에 있어서, 상기 물질은 구리를 포함하는 것을 특징으로 하는 물품.
40. 이전 발명의 어느 하나에 따른 물품에 있어서, 상기 특성은 물품과 함께 사용되는 슬러리에 기초하여 선택되는 것을 특징으로 하는 물품.
41. 이전 발명의 어느 하나에 따른 물품에 있어서, 상기 특성은 물품과 함께 사용되는 연마 장비에 기초하여 선택되는 것을 특징으로 하는 물품.
42. 이전 발명의 어느 하나에 따른 물품에 있어서, 상기 기판은 반도체 웨이퍼이고 상기 패드는 화학적 기계적인 평탄화 패드를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 물품.
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.
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.
45. 합성 폴리머로 형성되고 패드의 제1 폴리머 층과 제2 폴리머 층 사이에 일체로된 인터페이스를 가지고 있는 것을 특징으로 하는 폴리머 연마 패드.
46. 발명 45에 따른 패드에 있어서, 상기 제1 폴러머 층과 제2 폴리머 층은 동일한 폴리머 인 것을 특징으로 하는 패드.
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.
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.
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.
50. 발명 45 내지 49중의 어느 하나에 따른 패드에 있어서, 상기 패드는 추가적으로 고체 윤활제를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 패드.
51. 발명 45 내지 50중의 어느 하나에 따른 패드에 있어서, 상기 패드는 단일의 패드인 것을 특징으로 하는 패드.
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.
53. 화학적 기계적인 평탄화를 위한 폴리머 패드로서, 패드는 폴리우레탄 열경화성 수지를 포함하고 있고 약 1.0 미만의 tanδ를 가지고 있는 것을 특징으로 하는패드.
54. 발명 53에 따른 패드에 있어서, tanδ는 약 0.5 미만인 것을 특징으로 하는 패드.
55. 발명 53 또는 54에 따른 패드에 있어서, 패드는 약 400 MPa보다 큰 E' 값을 갖고 있는 것을 특징으로 하는 패드.
56. 발명 53 내지 55중의 어느 하나에 따른 패드에 있어서, 패드는 약 250 MPa보다 큰 E" 값을 갖고 있는 것을 특징으로 하는 패드.
57. 발명 53 내지 56중의 어느 하나에 따른 패드에 있어서, 폴리우레탄은 약 -30℃ 미만의 Tg 값을 갖고 있는 것을 특징으로 하는 패드.
58. 발명 53 내지 57중의 어느 하나에 따른 패드에 있어서, 폴리우레탄은 추가적으로 유레아 결합을 갖고 있는 것을 특징으로 하는 패드.
59. 발명 53 내지 58중의 어느 하나에 따른 패드에 있어서, 패드는 약 20% 미만의 △E'(20℃ - 40℃)를 갖고 있는 것을 특징으로 하는 패드.
60. 발명 53 내지 59중의 어느 하나에 따른 패드에 있어서, 패드는 약 1% 미만의 압축성을 갖고 있는 것을 특징으로 하는 패드.
61. 발명 53 내지 60중의 어느 하나에 따른 패드에 있어서, 패드는 약 25 mN/m 미만의 표면 장력을 갖고 있는 것을 특징으로 하는 패드.
62. 발명 53 내지 61중의 어느 하나에 따른 패드에 있어서, 패드는 약 100 미만의 KEL 값을 갖고 있는 것을 특징으로 하는 패드.
63. 폴리우레탄 열경화성 수지를 포함하고 있고 약 400 MPa를 초과하는 E' 값을 갖고 있는 것을 특징으로 하는 화학적 기계적인 평탄화를 위한 폴리머 패드.
64. 폴리우레탄 열경화성 수지를 포함하고 있고 약 250 MPa 를 초과하는 E" 값을 갖고 있는 것을 특징으로 하는 화학적 기계적인 평탄화를 위한 폴리머 패드.
65. 폴리우레탄 열경화성 수지를 포함하고 있고 약 -30℃ 미만의 Tg 값을 갖고 있는 것을 특징으로 하는 화학적 기계적인 평탄화를 위한 폴리머 패드.
66. 폴리우레탄 열경화성 수지를 포함하고 있고 약 1% 미만의 압축성을 갖고 있는 것을 특징으로 하는 화학적 기계적인 평탄화를 위한 폴리머 패드.
67. 폴리우레탄 열경화성 수지를 포함하고 있고 약 25 mN/m 미만의 표면 장력을 갖고 있는 것을 특징으로 하는 화학적 기계적인 평탄화를 위한 폴리머 패드.
68. 폴리우레탄 열경화성 수지를 포함하고 있고 약 100 미만의 KEL 값을 갖고 있는 것을 특징으로 하는 화학적 기계적인 평탄화를 위한 폴리머 패드.
69. 발명 53 내지 68중의 어느 하나에 따른 패드에 있어서, 상기 패드는 인터페이스를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 패드.
70. 발명 69에 따른 패드에 있어서, 상기 인터페이스는 일체형의 인터페이스인 것을 특징으로 하는 패드.
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.
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.
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.
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 폴리우레탄유레아를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 물품.
75. 발명 74에 따른 물품에 있어서, 상기 경질 영역은 약 20 ㎚ 미만의 크기를 갖고 있는 것을 특징으로 하는 물품.
76. 발명 74 또는 75에 따른 물품에 있어서, 상기 연질 영역은 약 100 ㎚ 미만의 크기를 갖고 있는 것을 특징으로 하는 물품.
77. 발명 74 내지 76중의 어느 하나에 따른 물품에 있어서, 상기 연질 영역은 10 ㎚ 보다 큰 크기를 갖고 있는 것을 특징으로 하는 물품.
78. 발명 74 내지 77중의 어느 하나에 따른 물품에 있어서, 상기 연질 영역은 상기 경질 영역보다 큰 것을 특징으로 하는 물품.
79. 발명 74 내지 78중의 어느 하나에 따른 물품에 있어서, 상기 경질 영역은 전체 1 내지 약 20 개의 우레탄 및 유레아 그룹을 갖고 있는 것을 특징으로 하는 물품.
80. 발명 79에 따른 물품에 있어서, 상기 경질 영역은 전체 2 내지 약 6 개의 우레탄 및 유레아 그룹을 갖고 있는 것을 특징으로 하는 물품.
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.
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.
83. 발명 82에 따른 물품에 있어서, 상기 특성은 경도, 공극률, 기공 크기, 압축성, 복원 계수 및 연속성에서 선택된 하나인 것을 특징으로 하는 물품.
84. 발명 74 내지 83중의 어느 하나에 따른 물품에 있어서, 상기 패드는 일체형의 인터페이스를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 물품.
85. 발명 74 내지 84중의 어느 하나에 따른 물품에 있어서, 상기 패드는 고체 윤활제를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 물품.
86. 발명 74 내지 85중의 어느 하나에 따른 물품에 있어서, 상기 패드는 연마재를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 물품.
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.
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.
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.
90. 발명 88 또는 89에 따른 연마 패드에 있어서, 상기 폐쇄 셀 다공성 폴리머의 셀은 마이크로벌룬으로 형성되는 것을 특징으로 하는 연마 패드.
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.
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.
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(우레탄유레아)를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 물품.
94. 발명 93에 따른 물품에 있어서, 상기 경질 영역은 어느 방향으로나 약 100 ㎚ 미만의 폭을 갖고 있는 것을 특징으로 하는 물품.
95. 발명 94에 따른 물품에 있어서, 상기 경질 영역은 약 20 ㎚ 미만의 폭을 갖고 있는 것을 특징으로 하는 물품.
96. 발명 93 내지 95중의 어느 하나에 따른 물품에 있어서, 상기 연질 영역은 약 100 ㎚ 보다 큰 폭을 갖고 있는 것을 특징으로 하는 물품.
97. 발명 93 내지 96중의 어느 하나에 따른 물품에 있어서, 상기 경질 영역은 전체 1 내지 약 20 개의 우레탄 및 유레아 그룹을 갖고 있는 것을 특징으로 하는 물품.
98. 발명 97에 따른 물품에 있어서, 상기 경질 영역은 전체 2 내지 약 6 개의 우레탄 및 유레아 그룹을 갖고 있는 것을 특징으로 하는 물품.
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.
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.
101. 발명 100에 따른 물품에 있어서, 상기 특성은 경도, 공극률, 기공 크기, 압축성, 복원 계수 및 연속성에서 선택된 하나인 것을 특징으로 하는 물품.
102. 발명 93 내지 101중의 어느 하나에 따른 물품에 있어서, 상기 패드는 일체형의 인터페이스를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 물품.
103. 발명 93 내지 102중의 어느 하나에 따른 물품에 있어서, 상기 패드는 고체 윤활제를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 물품.
104. 발명 93 내지 103중의 어느 하나에 따른 물품에 있어서, 상기 패드는 연마재를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 물품.
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.
106. 발명 105에 따른 물품에 있어서, 연마 표면에 고체 윤활제를 함유하고 있는 것을 특징으로 하는 물품.
107. 발명 106에 따른 물품에 있어서, 고체 윤활제는 보론 나이트라이드 인 것을 특징으로 하는 물품.
108. 발명 105에 따른 물품에 있어서, 종료 시점 검출을 위해 연마 패드에 국부적인 투명한 구역을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 물품.
109. 발명 105에 따른 물품에 있어서, 연마 표면에 인 시투 그루브를 갖고 있는 것을 특징으로 하는 물품.
110. 발명 109에 따른 물품에 있어서, 그루브는 10 ㎛ - 100 ㎛ 범위의 깊이를 갖고 있는 것을 특징으로 하는 물품.
111. 발명 109에 따른 물품에 있어서, 그루브는 25 ㎛ - 40 ㎛ 범위의 깊이를 갖고 있는 것을 특징으로 하는 물품.
112. 발명 109에 따른 물품에 있어서, 그루브는 10 ㎛ - 100 ㎛ 범위의 폭을 갖고 있는 것을 특징으로 하는 물품.
113. 발명 109에 따른 물품에 있어서, 그루브는 25 ㎛ - 40 ㎛ 범위의 폭을 갖고 있는 것을 특징으로 하는 물품.
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.
115. 발명 114에 따른 물품에 있어서, 회전 축선으로부터 떨어져 연마 표면의 둘레 부근에 추가적인 곡선 그루브를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 물품.
116. 발명 114 또는 115에 따른 물품에 있어서, 그루브는 연마 표면을 가로질러 일정한 그루브 밀도를 갖도록 형성되는 것을 특징으로 하는 물품.
117. 발명 114 또는 115에 따른 물품에 있어서, 그루브는 연마 표면을 가로질러 일정한 슬러리 밀도를 유지하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 물품.
118. 발명 105에 따른 물품에 있어서, 패드는 연마 패드를 통하여 미세기공을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 물품.
119. 발명 118에 따른 물품에 있어서, 제1 구역의 미세기공의 밀도는 제2 구역과 상이한 것을 특징으로 하는 물품.
120. 발명 105에 따른 물품에 있어서, 상기 제2 구역의 경도는 상기 제1 구역의 경도보다 작은 것을 특징으로 하는 물품.
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.
122. 발명 121에 따른 물품에 있어서, 제1 폴리머 층과 제2 폴리머 층은 동일한 폴리머 인 것을 특징으로 하는 물품.
123. 발명 121에 따른 물품에 있어서, 제1 폴리머 층과 제2 폴리머 층은 상이한 폴리머 인 것을 특징으로 하는 물품.
124. 발명 105에 따른 물품에 있어서, 폴리머는 열경화성 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 물품.
상기 조합의 발명들은 상술한 임의의 물리적, 화학적, 및/또는 DMA 특성을 가질 수 있다.
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.
Claims (124)
- 기판을 연마하기 위한 단일의 연마 패드를 포함하고 있는 물품으로서,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 기판의 평탄도 또는 수율을 증가시키는 것을 특징으로 하는 물품.
- 제 1 항에 있어서, 상기 특성은 공극률인 것을 특징으로 하는 물품.
- 제 2 항에 있어서, 상기 폴리머는 제3 및 제4 구역에서 상이한 제2 특성을 갖고 있으며 상기 제2 특성은 경도인 것을 특징으로 하는 물품.
- 제 3 항에 있어서, 상기 제1 및 제3 구역은 동일한 구역이며, 상기 제2 및 제4 구역은 동일한 구역인 것을 특징으로 하는 물품.
- 제 1 항에 있어서, 상기 특성은 경도인 것을 특징으로 하는 물품.
- 제 5 항에 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.
- 제 6 항에 있어서, 제1 구역과 제2 구역의 경도 차이는 쇼어 경도 D 스케일로 적어도 약 5 인 것을 특징으로 하는 물품.
- 제 7 항에 있어서, 상기 차이는 쇼어 경도 D 스케일로 적어도 약 10 인 것을 특징으로 하는 물품.
- 제 6 항에 있어서, 상기 패드의 원형상 프로파일은 면적을 가지고 있으며, 상기 제1 구역은 상기 패드의 원형상 프로파일의 상기 면적의 적어도 약 75%를 차지하는 것을 특징으로 하는 물품.
- 제 9 항에 있어서, 상기 제1 구역과 상기 제2 구역 사이의 인터페이스와 상기 제2 구역이 패드의 원형상 프로파일의 나머지 면적을 차지하는 것을 특징으로 하는 물품.
- 제 5 항에 있어서, 상기 폴리머는 제3 및 제4 구역에서 상이한 제2 특성을 가지고 있고, 상기 제2 특성은 상기 폴리머의 연속성인 것을 특징으로 하는 물품.
- 제 11 항에 있어서, 상기 제3 구역은 상기 단일의 연마 패드내에 인터페이스를 포함하고 있고 상기 제4 구역은 상기 인터페이스에서 떨어져서 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 물품.
- 제 12 항에 있어서, 상기 패드의 연마 표면에 고체 윤활제를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 물품.
- 제 13 항에 있어서, 상기 고체 윤활제는 약 0.0001 내지 약 0.5 사이의 마찰 계수를 갖는 것을 특징으로 하는 물품.
- 제 13 항에 있어서, 상기 패드는 5 wt% 이상의 고체 윤활제를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 물품.
- 제 1 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 구역은 상기 단일의 연마 패드내에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 물품.
- 제 16 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 구역은 상기 단일의 연마 패드의 연마 표면에 부가적으로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 물품.
- 제 17 항에 있어서, 상기 특성은 공극률인 것을 특징으로 하는 물품.
- 제 18 항에 있어서, 상기 폴리머는 제3 구역과 제4 구역에서 상이한 제2 특성을 가지고 있으며 상기 제2 특성은 경도인 것을 특징으로 하는 물품.
- 제 17 항에 있어서, 상기 특성은 경도인 것을 특징으로 하는 물품.
- 제 1 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 구역은 상기 단일의 연마 패드의 연마 표면에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 물품.
- 제 21 항에 있어서, 상기 특성은 경도인 것을 특징으로 하는 물품.
- 제 22 항에 있어서, 단일의 연마 패드의 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.
- 제 1 항에 있어서, 상기 특성은 압축성인 것을 특징으로 하는 물품.
- 제 1 항에 있어서, 상기 특성은 복원 계수인 것을 특징으로 하는 물품.
- 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.
- 제 26 항에 있어서, 상기 값의 차이는 기판상의 디바이스 밀도에 의해서 결정되는 것을 특징으로 하는 물품.
- 제 27 항에 있어서, 상기 값의 차이는 추가적으로 상기 기판상의 테크놀러지 노드의 크기에 의해서 결정되는 것을 특징으로 하는 물품.
- 제 26 항에 있어서, 상기 값의 차이는 기판상의 테크놀러지 노드의 크기에 의해서 결정되는 것을 특징으로 하는 물품.
- 제 26 항에 있어서, 상기 특성은 경도인 것을 특징으로 하는 물품.
- 제 30 항에 있어서, 제2 특성인 공극률은 제1 반경과 상이하거나 또는 동일한 제2 반경을 따라 상이한 것을 특징으로 하는 물품.
- 제 26 항에 있어서, 상기 특성은 공극률인 것을 특징으로 하는 물품.
- 상기 청구항 중의 어느 하나의 항에 있어서, 상기 패드의 연마 표면에 고체 윤활제를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 물품.
- 상기 청구항 중의 어느 하나의 항에 있어서, 상기 특성은 투명도가 아닌 것을 특징으로 하는 물품.
- 제 34 항에 있어서, 상기 패드는 추가적으로 인접한 영역보다 투명한 영역을 가지고 있는 것을 특징으로 하는 물품.
- 상기 청구항 중의 어느 하나의 항에 있어서, 상기 특성은 기공 밀도인 것을 특징으로 하는 물품.
- 상기 청구항 중의 어느 하나의 항에 있어서, 상기 특성은 기공 크기인 것을 특징으로 하는 물품.
- 상기 청구항 중의 어느 하나의 항에 있어서, 상기 특성은 연마할 물질에 기초하여 선택되는 것을 특징으로 하는 물품.
- 제 38 항에 있어서, 상기 물질은 구리를 포함하는 것을 특징으로 하는 물품.
- 상기 청구항 중의 어느 하나의 항에 있어서, 상기 특성은 물품과 함께 사용되는 슬러리에 기초하여 선택되는 것을 특징으로 하는 물품.
- 상기 청구항 중의 어느 하나의 항에 있어서, 상기 특성은 물품과 함께 사용되는 연마 장비에 기초하여 선택되는 것을 특징으로 하는 물품.
- 상기 청구항 중의 어느 하나의 항에 있어서, 상기 기판은 반도체 웨이퍼이고 상기 패드는 화학적 기계적인 평탄화 패드를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 물품.
- 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, 및연마 패드가 낮은 영역에서 층을 제거하는 속도보다 빠른 속도로 높은 영역에서 층을 제거함으로써 반도체 웨이퍼의 층을 평탄화하는 단계를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 방법.
- 층에 높은 영역과 낮은 영역을 야기시키는 패턴화된 피쳐를 가지고 있는 반도체 웨이퍼의 층을 평탄화하는 방법으로서,상기 방법은 제 1 항 내지 제 37 항 중의 어느 하나에 따른 물품과 상기 층을 접촉시키는 단계, 및상기 층을 평탄화하는 단계를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 방법.
- 합성 폴리머로 형성되고 패드의 제1 폴리머 층과 제2 폴리머 층 사이에 일체로된 인터페이스를 가지고 있는 것을 특징으로 하는 폴리머 연마 패드.
- 제 45 항에 있어서, 상기 제1 폴러머 층과 제2 폴리머 층은 동일한 폴리머 인 것을 특징으로 하는 패드.
- 제 46 항에 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.
- 제 46 항에 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.
- 제 45 항 내지 제 48 항 중의 어느 하나의 항에 있어서, 제1 폴리머 층과 제2 폴리머 층은 동일한 반응물로 형성되지만 제1 및 제2 폴리머 층에 상이한 폴리머를 제공하기 위하여 다른 조건하에서 반응하는 것을 특징으로 하는 패드.
- 제 45 항 내지 제 49 항 중의 어느 하나의 항에 있어서, 상기 패드는 추가적으로 고체 윤활제를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 패드.
- 제 45 항 내지 제 50 항 중의 어느 하나의 항에 있어서, 상기 패드는 단일의 패드인 것을 특징으로 하는 패드.
- 제 45 항 내지 제 51 항 중의 어느 하나의 항에 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.
- 화학적 기계적인 평탄화를 위한 폴리머 패드로서, 패드는 폴리우레탄 열경화성 수지를 포함하고 있고 약 1.0 미만의 tanδ를 가지고 있는 것을 특징으로 하는패드.
- 제 53 항에 있어서, tanδ는 약 0.5 미만인 것을 특징으로 하는 패드.
- 제 53 항 또는 제 54 항에 있어서, 패드는 약 400 MPa보다 큰 E' 값을 갖고 있는 것을 특징으로 하는 패드.
- 제 53 항 내지 제 55 항 중의 어느 하나의 항에 있어서, 패드는 약 250 MPa보다 큰 E" 값을 갖고 있는 것을 특징으로 하는 패드.
- 제 53 항 내지 제 56 항 중의 어느 하나의 항에 있어서, 폴리우레탄은 약 -30℃ 미만의 Tg 값을 갖고 있는 것을 특징으로 하는 패드.
- 제 53 항 내지 제 57 항 중의 어느 하나의 항에 있어서, 폴리우레탄은 추가적으로 유레아 결합을 갖고 있는 것을 특징으로 하는 패드.
- 제 53 항 내지 제 58 항 중의 어느 하나의 항에 있어서, 패드는 약 20% 미만의 △E'(20℃ - 40℃)를 갖고 있는 것을 특징으로 하는 패드.
- 제 53 항 내지 제 59 항 중의 어느 하나의 항에 있어서, 패드는 약 1% 미만의 압축성을 갖고 있는 것을 특징으로 하는 패드.
- 제 53 항 내지 제 60 항 중의 어느 하나의 항에 있어서, 패드는 약 25 mN/m 미만의 표면 장력을 갖고 있는 것을 특징으로 하는 패드.
- 제 53 항 내지 제 61 항 중의 어느 하나의 항에 있어서, 패드는 약 100 미만의 KEL 값을 갖고 있는 것을 특징으로 하는 패드.
- 폴리우레탄 열경화성 수지를 포함하고 있고 약 400 MPa를 초과하는 E' 값을 갖고 있는 것을 특징으로 하는 화학적 기계적인 평탄화를 위한 폴리머 패드.
- 폴리우레탄 열경화성 수지를 포함하고 있고 약 250 MPa 를 초과하는 E" 값을 갖고 있는 것을 특징으로 하는 화학적 기계적인 평탄화를 위한 폴리머 패드.
- 폴리우레탄 열경화성 수지를 포함하고 있고 약 -30℃ 미만의 Tg 값을 갖고 있는 것을 특징으로 하는 화학적 기계적인 평탄화를 위한 폴리머 패드.
- 폴리우레탄 열경화성 수지를 포함하고 있고 약 1% 미만의 압축성을 갖고 있는 것을 특징으로 하는 화학적 기계적인 평탄화를 위한 폴리머 패드.
- 폴리우레탄 열경화성 수지를 포함하고 있고 약 25 mN/m 미만의 표면 장력을 갖고 있는 것을 특징으로 하는 화학적 기계적인 평탄화를 위한 폴리머 패드.
- 폴리우레탄 열경화성 수지를 포함하고 있고 약 100 미만의 KEL 값을 갖고 있는 것을 특징으로 하는 화학적 기계적인 평탄화를 위한 폴리머 패드.
- 제 53 항 내지 제 68 항 중의 어느 하나의 항에 있어서, 상기 패드는 인터페이스를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 패드.
- 제 69 항에 있어서, 상기 인터페이스는 일체형의 인터페이스인 것을 특징으로 하는 패드.
- 제 53 항 내지 제 70 항 중의 어느 하나의 항에 있어서, 상기 패드는 상기 패드의 연마 표면에 고체 윤활제를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 패드.
- 제 53 항 내지 제 71 항 중의 어느 하나의 항에 있어서, 상기 패드는 연마 표면의 상이한 영역에서 동일한 특성의 값과 값이 상이한 특성을 갖는 영역을 상기 패드의 연마 표면에 가지고 있는 것을 특징으로 하는 패드.
- 제 53 항 내지 제 72 항 중의 어느 하나의 항에 있어서, 상기 패드는 인접한 영역보다 빛에 대한 투과성이 더 높은 영역을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 패드.
- 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 폴리(우레탄유레아)를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 물품.
- 제 74 항에 있어서, 상기 경질 영역은 약 20 ㎚ 미만의 크기를 갖고 있는 것을 특징으로 하는 물품.
- 제 74 항 또는 제 75 항에 있어서, 상기 연질 영역은 약 100 ㎚ 미만의 크기를 갖고 있는 것을 특징으로 하는 물품.
- 제 74 항 내지 제 76 항 중의 어느 하나의 항에 있어서, 상기 연질 영역은 10 ㎚ 보다 큰 크기를 갖고 있는 것을 특징으로 하는 물품.
- 제 74 항 내지 제 77 항 중의 어느 하나의 항에 있어서, 상기 연질 영역은 상기 경질 영역보다 큰 것을 특징으로 하는 물품.
- 제 74 항 내지 제 78 항 중의 어느 하나의 항에 있어서, 상기 경질 영역은 전체 1 내지 약 20 개의 우레탄 및 유레아 그룹을 갖고 있는 것을 특징으로 하는 물품.
- 제 79 항에 있어서, 상기 경질 영역은 전체 2 내지 약 6 개의 우레탄 및 유레아 그룹을 갖고 있는 것을 특징으로 하는 물품.
- 제 74 항 내지 제 80 항 중의 어느 하나의 항에 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.
- 제 74 항 내지 제 81 항 중의 어느 하나의 항에 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.
- 제 82 항에 있어서, 상기 특성은 경도, 공극률, 기공 크기, 압축성, 복원 계수 및 연속성에서 선택된 하나인 것을 특징으로 하는 물품.
- 제 74 항 내지 제 83 항 중의 어느 하나의 항에 있어서, 상기 패드는 일체형의 인터페이스를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 물품.
- 제 74 항 내지 제 84 항 중의 어느 하나의 항에 있어서, 상기 패드는 고체 윤활제를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 물품.
- 제 74 항 내지 제 85 항 중의 어느 하나의 항에 있어서, 상기 패드는 연마재를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 물품.
- 화학적 기계적인 연마 패드를 제조하는 방법으로서,폴리머를 형성하는 반응제의 혼합물 또는 폴리머 용융물을 형성하는 단계,상기 용융물 또는 혼합물을 몰드에 위치시키는 단계, 및경질 폴리머 영역과 연질 폴리머 영역을 갖는 상기 화학적 기계적인 연마 패드를 형성하도록 상기 용융물 또는 혼합물을 경화하는 단계를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 방법.
- 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.
- 제 88 항에 있어서, 상기 폐쇄 셀 다공성 폴리머의 셀은 패드의 연마 표면과 평행한 방향으로 길게 되어 있는 것을 특징으로 하는 연마 패드.
- 제 88 항 또는 제 89 항에 있어서, 상기 폐쇄 셀 다공성 폴리머의 셀은 마이크로벌룬으로 형성되는 것을 특징으로 하는 연마 패드.
- 제 88 항 내지 제 90 항 중의 어느 하나의 항에 있어서, 상기 길다란 기공은 길이와 폭의 비율이 약 2 보다 큰 것을 특징으로 하는 연마 패드.
- 폐쇄 셀 다공성 폴리머를 가지고 있는 연마 패드를 제조하는 방법으로서,폴리머를 형성하는 폴리머 용융물 또는 반응제의 혼합물내에 마이크로벌룬을 편입시키는 단계, 및상기 마이크로벌룬을 압축하기에 충분한 압력을 이용하여 상기 용융물 또는 혼합물을 압축 성형하는 단계를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 방법.
- 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 세 그먼트는 연질 폴리머 영역을 형성하며, 상기 폴리머는 반복 알콕시 유닛을 함유하는 폴리(우레탄유레아)를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 물품.
- 제 93 항에 있어서, 상기 경질 영역은 어느 방향으로나 약 100 ㎚ 미만의 폭을 갖고 있는 것을 특징으로 하는 물품.
- 제 94 항에 있어서, 상기 경질 영역은 약 20 ㎚ 미만의 폭을 갖고 있는 것을 특징으로 하는 물품.
- 제 93 항 내지 제 95 항 중의 어느 하나의 항에 있어서, 상기 연질 영역은 약 100 ㎚ 보다 큰 폭을 갖고 있는 것을 특징으로 하는 물품.
- 제 93 항 내지 제 96 항 중의 어느 하나의 항에 있어서, 상기 경질 영역은 전체 1 내지 약 20 개의 우레탄 및 유레아 그룹을 갖고 있는 것을 특징으로 하는 물품.
- 제 97 항에 있어서, 상기 경질 영역은 전체 2 내지 약 6 개의 우레탄 및 유레아 그룹을 갖고 있는 것을 특징으로 하는 물품.
- 제 93 항 내지 제 98 항 중의 어느 하나의 항에 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.
- 제 93 항 내지 제 99 항 중의 어느 하나의 항에 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.
- 제 100 항에 있어서, 상기 특성은 경도, 공극률, 기공 크기, 압축성, 복원 계수 및 연속성에서 선택된 하나인 것을 특징으로 하는 물품.
- 제 93 항 내지 제 101 항 중의 어느 하나의 항에 있어서, 상기 패드는 일체형의 인터페이스를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 물품.
- 제 93 항 내지 제 102 항 중의 어느 하나의 항에 있어서, 상기 패드는 고체 윤활제를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 물품.
- 제 93 항 내지 제 103 항 중의 어느 하나의 항에 있어서, 상기 패드는 연마재를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 물품.
- 제 1 항에 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.
- 제 105 항에 있어서, 연마 표면에 고체 윤활제를 함유하고 있는 것을 특징으로 하는 물품.
- 제 106 항에 있어서, 고체 윤활제는 보론 나이트라이드 인 것을 특징으로 하는 물품.
- 제 105 항에 있어서, 종료 시점 검출을 위해 연마 패드에 국부적인 투명한 구역을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 물품.
- 제 105 항에 있어서, 연마 표면에 인 시투 그루브를 갖고 있는 것을 특징으로 하는 물품.
- 제 109 항에 있어서, 그루브는 10 ㎛ - 100 ㎛ 범위의 깊이를 갖고 있는 것 을 특징으로 하는 물품.
- 제 109 항에 있어서, 그루브는 25 ㎛ - 40 ㎛ 범위의 깊이를 갖고 있는 것을 특징으로 하는 물품.
- 제 109 항에 있어서, 그루브는 10 ㎛ - 100 ㎛ 범위의 폭을 갖고 있는 것을 특징으로 하는 물품.
- 제 109 항에 있어서, 그루브는 25 ㎛ - 40 ㎛ 범위의 폭을 갖고 있는 것을 특징으로 하는 물품.
- 제 109 항에 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.
- 제 114 항에 있어서, 회전 축선으로부터 떨어져 연마 표면의 둘레 부근에 추가적인 곡선 그루브를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 물품.
- 제 114 항 또는 제 115 항에 있어서, 그루브는 연마 표면을 가로질러 일정한 그루브 밀도를 갖도록 형성되는 것을 특징으로 하는 물품.
- 제 114 항 또는 제 115 항에 있어서, 그루브는 연마 표면을 가로질러 일정한 슬러리 밀도를 유지하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 물품.
- 제 105 항에 있어서, 패드는 연마 패드를 통하여 미세기공을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 물품.
- 제 118 항에 있어서, 제1 구역의 미세기공의 밀도는 제2 구역과 상이한 것을 특징으로 하는 물품.
- 제 105 항에 있어서, 상기 제2 구역의 경도는 상기 제1 구역의 경도보다 작은 것을 특징으로 하는 물품.
- 제 105 항에 있어서, 패드는 연마 표면과 수직인 일체형의 인터페이스를 포함하고 있고 상기 인터페이스는 두개의 폴리머 층 사이에 존재하는 것을 특징으로 하는 물품.
- 제 121 항에 있어서, 제1 폴리머 층과 제2 폴리머 층은 동일한 폴리머 인 것을 특징으로 하는 물품.
- 제 121 항에 있어서, 제1 폴리머 층과 제2 폴리머 층은 상이한 폴리머 인 것을 특징으로 하는 물품.
- 제 105 항에 있어서, 폴리머는 열경화성 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 물품.
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Legal Events
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