KR200421911Y1 - 폴리싱 슬러리 분배 제어를 위한 화학 기계적 연마 패드 - Google Patents

폴리싱 슬러리 분배 제어를 위한 화학 기계적 연마 패드 Download PDF

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KR200421911Y1
KR200421911Y1 KR2020060001188U KR20060001188U KR200421911Y1 KR 200421911 Y1 KR200421911 Y1 KR 200421911Y1 KR 2020060001188 U KR2020060001188 U KR 2020060001188U KR 20060001188 U KR20060001188 U KR 20060001188U KR 200421911 Y1 KR200421911 Y1 KR 200421911Y1
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KR
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polishing
radial line
slurry
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chemical mechanical
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KR2020060001188U
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티모시 제임스 도노휴
벤카타 알. 바라가니
로마인 비우 데 로메니
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어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드
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Abstract

화학 기계적 폴리싱 장치용 폴리싱 패드는 반경 영역, 중심 영역, 및 원주 영역을 갖는 폴리싱 표면을 구비한 몸체를 갖는다. 폴리싱 표면은 중심 영역으로부터 원주 영역까지 외측방향으로 방사형으로 연장되는 복수의 주 반경 라인 채녈을 가지며, 각각의 주 반경 라인은 폴리싱 표면의 반경에 대해 각도로 지향되는 원주 영역에서 각진 외측 세그먼트를 갖는다. 폴리싱 표면은 또한 각진 과도 구간에 의해 각각 연결되는 복수의 1차 지류 반경 라인 채널을 가지며, 지류 반경 라인 채널은 주 반경 라인 채널로부터 이격된다. 폴리싱 패드는 폴리싱 프로세스 동안 폴리싱 슬러리의 개선된 분산 및 흐름을 제공한다.

Description

폴리싱 슬러리 분배 제어를 위한 화학 기계적 연마 패드 {CHEMICAL MECHANICAL POLISHING PAD FOR CONTROLLING POLISHING SLURRY DISTRIBUTION}
도 1 내지 도 4는 패턴화된 폴리싱 슬러리 그루브를 포함하는 폴리싱 패드의 일 실시예에 대한 부분 평면도.
도 5a는 압력 하중 수용 미세구조물(feature)을 갖는 폴리싱 패드의 일 실시예에 대한 부분 측단면도.
도 5b는 하중 압력의 인가에 대한 도 5a에 도시된 실시예의 부분 측단면도.
도 6a 내지 6b는 압력 하중 수용 미세구조물의 상이한 패턴을 갖는 폴리싱 패드의 실시예에 대한 부분 저면도.
도 7a는 CMP 폴리싱 장치의 일 실시예에 대한 사시도.
도 7b는 도 7a의 CMP 폴리싱 장치에 대한 부분 확대 사시도.
도 7c는 도 7b의 CMP 폴리싱 장치에 대한 개략적인 평면도.
도 8a 및 도 8b는 개선된 슬러리 흐름 채널을 갖는 폴리싱 패드 표면의 실시예에 대한 부분 평면도.
※도면부호에 대한 부호의 설명※
20a-c:패드 22:바디
24:폴리싱 표면 26:그루브
28:원주 영역 30:채널
32:중심 영역 34:각진 외측 세그먼트
36:접선 아크 37:아크
38:원주 39:반경 라인
40:비 아크 세그먼트 42:첫번째 제 1 지류 반경 라인 채널
44:과도 세그먼트 45:만곡 세그먼트
46:제 2 지류 라인 채널 47:직선 세그먼트
48:과도 섹션 50:제 1 분기점
52:슬러리 저장부 53a-c:컨디셔너
55:제 2 분기점 56a,b:내부 세그먼트
62:오목부 66:돌출부
68:패턴 69:미세구조물
90a-c:분배기 100:장치
104:하우징 108a,b:폴리싱 스테이션
116:캐루젤 120:기판 홀더
124:로딩 장치 126:터브
132:액체 배스 136:카세트
140:기판 152:리스트 조립체
160:지지 플레이트 162:슬롯
182a-c:플래튼 188a-c:조립체
196:컨디셔너 헤드 204:베이스
본 발명의 실시예는 화학 기계적 폴리싱 패드 및 관련 방법 및 장치에 관한 것이다.
화학 기계적 평탄화(CMP)는 집적 회로 및 디스플레이의 제조에 있어서, 기판의 표면을 평탄화하는데 이용된다. 전형적인 CMP는 연마 입자의 슬러리가 기판과 폴리싱 패드 사이에 공급되는 동안, 서로에 대해 기판 및 폴리싱 패드를 진동시키고 가압하는 폴리싱 헤드를 포함한다. CMP는 폴리 실리콘 또는 실리콘 산화물, 금속 필름, 및 다른 이러한 층으로 채워진 깊거나 얕은 트랜치,유전층의 표면을 평탄화하는데 이용될 수 있다. CMP 폴리싱은 일반적으로 화학적 및 기계적 양자의 효과의 결과로서 발생한다고 여겨져 왔으며, 예를 들면, 화학적으로 변화된 층이 폴리싱되어 제거되는 재료 표면에 반복적으로 형성된다고 여겨져 왔다. 예를 들면, 금속 미세구조물(metal features) 또는 층의 폴리싱으로, 금속 산화물 층이 형성되어 폴리싱되는 금속 표면으로부터 반복적으로 제거된다.
슬러리 분배를 제어하기 위해, 폴리싱 패드 표면은 일반적으로 천공(perforation) 또는 그루브 패턴을 구비하여 기판을 가로질러 폴리싱 슬러리의 분배를 제어한다. CMP 폴리싱 결과는 기판에 대해 가압되는 폴리싱 패드의 폴리싱 표면, 폴리싱 패드, 폴리싱 슬러리의 연마 입자, 및 기판의 반응 재료의 화학적 기 계적 상호 작용에 따라 좌우된다. 기판 표면을 가로지르는 폴리싱 슬러리의 불균일한 분배는 기판 표면의 평탄하지 않은 폴리싱 결과를 가져올 수 있다. 그러므로, 폴리싱 패드의 폴리싱 표면이 기판 표면을 가로질러 슬러리의 균일한 분배를 제공할 수 있게 하는 것이 바람직하다.
몇몇 패드 설계가 기판 표면을 가로질러 더 균일한 폴리싱 슬러리 분배를 제공하도록 발전되어 왔다. 하나의 패드 설계는 본 발명에서 전체적으로 참조되고 일반 양도된 미국 특허 번호 5,984,769호에 개시된 예로서, 동심의 원형 그루브 또는 나선 그루브를 이용한다. 동심 그루브는 폴리싱 프로세스 동안 폴리싱 슬러리로 채워져서 기판 표면을 가로질러 폴리싱 슬러리의 더 균일한 분배를 유지한다. 이러한 패드 설계가 전체 폴리싱 균일성을 개선하는 반면, 이러한 설계는 또한 패드 폴리싱 표면의 사전 정의된 영역에서 슬러리를 트랩하여 대응하는 기판 영역에 과다 폴리싱을 가져오는 경향이 있다. 또한, 슬러리는 폐쇄된 원형 그루브에 트랩되기 때문에, 폴리싱 슬러리는 패드 중심으로부터 외측 에지에 연속적으로 흐르는 것이 방해되며, 이는 폴리싱 부산물 및 마모 슬러리 입자를 제거하는 것이 바람직하다. 또다른 패드 설계에서, X-Y 그루브 패턴은 상이한 채널 길이를 갖는 폴리싱 표면 상에 제공된다. 그러나, 폴리싱 패드 및 기판이 회전 운동으로 진동했을 때, X-Y 패턴은 그루브 패턴의 축선 대칭으로 인해 폴리싱 슬러리 흐름 불균형을 발생시켜서, 또한 슬러리가 패드 표면의 에지로부터 급속히 분출되는 결과를 가져올 수 있다.
종래 설계의 추가적인 문제점은 패드가 기판 표면을 평탄화하는데 충분히 단 단하고 기판 표면에 대해 균일한 압력으로 폴리싱 패드를 가압하는데 충분히 유연해야하기 때문에 발생한다. 기판을 적합하게 평탄화하기 위해, 폴리싱 패드는 기판의 표면 토포그래피의 골(valley)이 아니라 마루(peak)만을 폴리싱해야 한다. 그러나, 폴리싱 패드가 기판의 토포그래피상의 골 바로 위에 있는 패드 영역에 인가되는 국부 응력 하에서 너무 용이하게 압축된다면, 골을 둘러싸는 기판 영역은 과도하게 폴리싱되며, 이는 바람직하지 않다. 패드는 기판 상의 토포그래피 골에 의해 인가되는 하중 하에서 너무 많이 압축되지 않도록 충분한 강성을 가져야 하지만, 약간 굽혀지는 기판에 일치되도록 가요적이어서 균일하게 폴리싱어야 한다.
동시의 가요성 및 강성의 동시 요구 조건을 충족하기 위해, 폴리싱 패드는 상이한 재료로 2 개의 적층되는 층으로 전형적으로 제조되며, 바닥층은 유연 탄성 재료로 제조되며 상단층은 폴리싱 표면으로 작용하는 강성 재료로 제조된다. 그러나, 보통, 폴리싱 슬러리는 층의 외측 원주 에지로부터 시작하여 2 개 층의 중심을 향하는 2 개의 층 사이의 공유 영역 내로 위킹(wicking)되는 경향이 있다. 이러한 위킹은 유연한 스프링 층의 압축성에 바람직하지 않은 변화를 야기할 수 있다. 과도한 위킹은 또한 폴리싱 슬러리가 도달할 층 사이에서 너무 깊게 침투하여 패드에서 패드 윈도우(pad window)의 광학적 성질을 변화시키게 할 수 있다. 유연하고 탄성 있고 폴리싱 표면으로 작용하기에 충분히 강성 있는 폴리싱 패드를 구비하는 것이 바람직하다.
따라서, 기판의 균일하고 반복가능한 평탄화를 제공하는 폴리싱 표면을 구비 한 폴리싱 패드를 갖추는 것이 바람직하다. 슬러리가 기판 표면을 가로질러 균일하게 분배되도록 하는 폴리싱 패드의 폴리싱 표면 상에 패턴화된 미세구조물을 갖는 것이 또한 바람직하다. 또한 실질적으로 강성 폴리싱 표면을 여전히 제공하면서 유연한 폴리싱 패드를 갖추는 것이 바람직하다.
일 양태에서, 화학 기계적 폴리싱 장치용 폴리싱 패드는 반경 영역 및 중심 영역 및 원주 영역을 갖는 폴리싱 표면을 구비한 몸체를 갖는다. 폴리싱 표면은 중심 영역으로부터 원주 영역까지 외측방향으로 방사형으로 연장되는 복수의 주 반경 라인 채널을 가지며, 각각의 주 반경 라인 채널은 폴리싱 표면의 반경에 대해 각도를 이루어 지향되는 원주 영역에서 각진 외측 세그먼트를 갖는다. 폴리싱 표면은 또한 각진 과도 구간에 의해 각각 연결되는 복수의 1차 지류 반경 라인 채널을 가지며, 지류 반경 라인 채널은 주 반경 라인 채널로부터 이격된다. 폴리싱 패드는 폴리싱 프로세스 동안 폴리싱 슬러리의 개선된 분배 및 흐름을 제공한다.
다른 양태에서, 폴리싱 패드는 압력-하중 수용 미세구조물이 복수의 돌출부 및 함몰부를 포함하면서, 또한 폴리싱 표면과 대향하는 바닥 표면을 가진다. 함몰부는 폴리싱 표면에 대한 압력의 인가시 돌출부의 수직 연장을 수용하도록 크기화 및 형상화된다.
폴리싱 패드는 화학 기계적 장치에서 이용될 수 있으며 화학 기계적 장치는 폴리싱 패드를 유지하는 플래튼 및 폴리싱 패드에 대해 기판을 유지하는 지지부를 포함하는 폴리싱 스테이션과; 폴리싱 패드 상에 슬러리를 분배하는 슬러리 분배기 와; 그리고 폴리싱 패드 및 기판을 서로에 대해 진동시키도록 플래튼 및 지지부 중 하나 이상을 구동하는 폴리싱 모터를 구비한다.
일 제조 방법에서, 폴리싱 패드는 재료를 용융시켜 실질적으로 채널의 바닥을 완전히 밀봉하는 온도까지 주 및 지류 반경 라인 채널에 있는 재료를 가열시키기에 충분히 높은 절단 속도로, 폴리싱 표면으로부터 재료를 절단하여 주 및 지류 반경 라인 채널을 형성하도록 제조될 수 있다.
또 다른 양태에서, 화학 기계적 폴리싱 패드는 폴리싱 표면을 갖는 몸체를 가지며, 폴리싱 표면은 반경 및 중심 및 주변 영역을 갖는다. 폴리싱 표면은 중심 영역으로부터 주변 영역까지 외측으로 방사형으로 연장되는 복수의 주 반경 라인을 가지며, 각각의 주 반경 라인 채널은 폴리싱 표면의 반경 라인에 대해 각도를 이루어 지향되는 원주 영역의 각진 외측 부분을 갖는다. 폴리싱 표면은 또한 각진 과도 구간에 의해 각각 연결되는 복수의 1차 지류 반경 라인 채널을 가지며, 지류 반경 라인 채널은 주 반경 라인 채널로부터 이격된다. 주 라인 반경 채널의 길이(L1), 각진 외측 세그먼트의 길이(L2), 및 각진 외측 세그먼트와 주 라인 반경 채널 사이에 형성되는 각도(α)는 기판 표면을 가로질러 폴리싱 슬러리의 균일한 분배를 제공하도록 선택된다.
다른 양태에서, 주 라인 반경 채널의 길이(L1), 각진 외측 세그먼트의 길이(L2), 및 각진 외측 세그먼트와 주 라인 반경 채널 사이에 형성되는 각도(α)는 각진 외측 세그먼트에서 폴리싱 슬러리에 작용하는 구심력(FC)이 채널을 통해 슬러리의 목표 유량(flow rate)을 제공하기 위해 제어될 수 있도록 선택되며, 여기서 FC = mv2/r이며 m은 채널 내 슬러리의 질량이며, v는 슬러리 속도이고, r은 폴리싱 패드를 가로질러 각진 외측 세그먼트의 평균 반경 거리이다.
또 다른 양태에서, 주 라인 반경 채널의 길이(L1), 각진 외측 세그먼트의 길이(L2), 및 각진 외측 세그먼트와 주 라인 반경 채널 사이에 형성되는 각도(α)는 각진 외측 세그먼트에서 폴리싱 슬러리에 작용하는 구심력(FC)이 채널의 각진 외측 섹션의 슬러리에 작용하는 반대힘(FO)에 대해 균형을 이루어 채널을 통해 슬러리의 목표 유량을 제공하도록 선택되며, 여기서 FC = mv2/r이며 m은 채널 내 슬러리의 질량이며, v는 슬러리 속도이고, r은 폴리싱 패드를 가로질러 각진 외측 세그먼트의 평균 반경 거리이며, 여기서 FO = mr(dθ/dt)2cos(α-(π/2))이며, dθ/dt는 폴리싱 패드의 각속도이며, α는 주 라인 반경 채널과 각진 외측 세그먼트 사이의 각도이다.
본 발명의 특징, 양태 및 장점은 다음의 상세한 설명, 첨부된 청구범위, 및 본 발명의 실시예를 도시하는 첨부된 도면에 의해 더 양호하게 이해될 것이다. 그러나, 각각의 특징이 본 발명에서, 특별한 도면의 도시관계에서만 이용될 수 있는 것이 아니고, 본 발명이 이러한 특징의 어떠한 결합도 포함한다는 것이 이해되어야 할 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 화학 기계적 폴리싱 장치(도 7a 내지 도 7b)용 폴 리싱 패드(20)는 도 1의 실시예에 도시된 바와 같이, 폴리싱 표면(24)을 갖는 패드 몸체(22)를 포함한다. 폴리싱 패드(20)는 전형적으로 디스크 형태를 갖는 평면 원형 몸체(22) 및 폴리싱 동안 기판 표면의 충분한 커버리지를 제공하도록 크기화된 반경을 포함한다. 예를 들면 패드(20)는 기판(140)보다 적어도 수 배 더 클 수 있다. 폴리싱 표면(24)은 기판(140)에 대해 접촉하고 회전하여 기판을 폴리싱하도록 적용될 수 있으며, 예를 들면 기판(140)으로부터 평탄하지 않은 토포그래피 미세구조물을 제거한다. 폴리싱 표면(24)은 실질적으로 과도한 스크래칭 없이 또는 그렇지 않으면 기판 표면에 손상을 주는 것 없이, 기판(140)으로부터 바람직하지 않은 재료를 폴리싱하여 제거하도록 충분히 연마되는 재료를 포함한다. 예를 들면, 폴리싱 패드(20)의 폴리싱 표면(24)은 폴리머, 펠트, 종이, 천, 세라믹, 또는 다른 재료 등으로 제조될 수 있다. 폴리싱 슬러리는 기판(140)을 진동시켜 화학적 및 기계적으로 폴리싱하면서 폴리싱 표면(24)와 기판(140) 사이에서 흐른다. 적합한 폴리싱 슬러리는 예를 들면, 물, 알콜, 완충 용액 및 현탁 화학물질 중 하나 이상을 포함하는 용액에 부유되는 예를 들면, 알루미늄 산화물, 실리콘 산화물, 실리콘 탄화물, 또는 다른 세라믹 분말 중 하나를 포함하는 슬러리 입자를 포함할 수 있다.
폴리싱 패드(20)의 폴리싱 표면(24)은 도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 폴리싱 표면(24)에 걸쳐 폴리싱 슬러리의 흐름을 강화하도록 내부에 형성되는 하나 이상의 그루브(26)를 포함한다. 예를 들면, 그루브(26)는 표면(24)을 가로질러 슬러리의 더 균일한 분배를 제공하여, 기판(140)의 더 균일한 폴리싱을 제공할 수 있 다. 개선된 폴리싱 표면(24)은 그루브(26)를 형상화하는 것에 의해 제공되어 그루브(26)를 통해 폴리싱 슬러리의 제어된 분배 및 유량을 제공한다는 것이 밝혀졌다. 이러한 개선된 그루브(26)를 포함하는 폴리싱 표면(24)의 실시예는 도 1 내지 도 4에 도시된다. 그루브(26)는 기판 폴리싱 프로세스 동안 폴리싱 표면(24)을 가로질러 폴리싱 슬러리의 양호한 분배를 바람직하게 제공하도록 바람직하게 크기화 및 형상화된다. 그루브(26)는 또한 바람직한 양의 사용 슬러리 및 슬러리 부산물이 폴리싱 프로세스 동안 폴리싱 표면(24)의 원주 영역(28)에서 패드로부터 배출되도록 허용한다.
개선된 그루브(26)는 도 1에 실시예에 도시된 바와 같이, 폴리싱 패드(20)의 중심 영역(32)으로부터 폴리싱 패드의 원주 영역(28)까지 외측으로, 방사형으로 연장되는 복수의 주 반경 라인 채널(30)을 포함한다. 주 반경 라인 채널(30)은 각각 폴리싱 표면(24)의 반경(r)을 나타내는 반경 라인(39)을 따라 연장되며, 채널(30) 사이의 바람직한 거리에 의해 이격된다. 도 1 내지 도 3에서, 채널(30)은 실질적으로 반경 라인과 일치한다. 도 4에서, 채널(30)은 반경 라인(39)을 따라 전체 흐름 방향을 가지지만, 반경 라인(39)에 대해 진동하는 포선형(convoluted) 폴리싱 슬러리를 제공한다. 폴리싱 표면(24)이 회전할 때, 예를 들면 기판(140)의 폴리싱 동안, 주 반경 라인 채널(30)에 인가되는 폴리싱 슬러리는 구심력에 의해 채널(30)을 따라 폴리싱 표면(24)의 원주 영역(28)을 향해 외측으로 전진한다. 따라서, 폴리싱 표면(24)의 회전에 의해 발생된 구심력은 주 반경 라인 채널(30)을 통해 폴리싱 슬러리의 흐름을 일으켜서, 패드 내부로부터 패드 원주(38)까지 폴리싱 표면 (24)에 대해 폴리싱 슬러리를 분배한다. 폴리싱 패드(20)는 상당한 수 및 밀도의 주 반경 라인 채널(30)을 바람직하게 포함하여 폴리싱 표면 상에 복수의 반경을 따라 폴리싱 슬러리를 분배한다. 예를 들면, 폴리싱 패드(20)는 각각 10 도(degree) 아크의 폴리싱 표면(24)을 가로질러 약 2 내지 약 12의 주 반경 라인 채널(30)을 포함할 수 있다.
주 반경 라인 채널(30)은 또한 도 1의 실시예에 도시된 바와 같이, 각각의 주 반경 라인 채널(30)의 반경 라인(r)에 대해 각도를 이루어 지향되는 원주 영역(28)의 각진 외측 세그먼트(34)를 포함한다. 각진 외측 세그먼트(34)는 예를 들면, 접선 아크(36)를 포함할 수 있으며 접선 아크는 도 1, 도 2 및 도 3의 실시예에 도시된 바와 같이, 폴리싱 표면(24)의 원주(38)에 접근하면서 주 반경 라인 채널(30)로부터 멀어지게 아크로 굴곡된다. 이러한 접선 아크(36)의 길이 및 접선 각도는 바람직한 슬러리 흐름 특성을 제공하도록 선택될 수 있다. 예를 들면, 접선 아크(36)는 반경(r)으로부터 5°내지 60°의 평균 접선 각도(θ)로 외측으로 스위핑될 수 있다. 도 4의 실시예에 도시된 바와 같이, 각진 외측 세그먼트(34)는 또한 주 반경 라인 채널(30)의 반경 라인(39)으로부터 멀어지게 굴곡되어 각진 세그먼트(34)가 실질적인 비-원주 각도로 폴리싱 표면(24)의 원주(38)에 접근하는, 실질적으로 직선인 비-아크 세그먼트(40)를 포함할 수 있다. 예를 들면, 세그먼트(34)는 반경 라인(39)으로부터 멀어지게 굴곡될 수 있으며 반경 라인을 따라 주 반경 라인 채널(30)은 각진 외측 세그먼트(34) 및 주 반경 라인 채널(30)이 약 2°내지 45°의 각도(α)를 형성하도록, 도 8a에 도시된 바와 같이 퍼진다.
각진 외측 세그먼트(34)는 기판 폴리싱 동안 폴리싱 표면(24)의 회전 방향과 일치하는 방향으로 바람직하게 만곡되거나(curved) 굴곡되어(bent) 슬러리 흐름을 바람직한 비율로 감속되게 하는 "교반 날개(impeller blade)" 형태의 힘을 제공한다. 예를 들면, 도 1 내지 도 4에서, 폴리싱 회전 방향은 반시계 방향으로 각진 각진 외측 세그먼트(34)를 통해 슬러리 유량을 제어하도록 바람직하게 반시계 방향이다. 주 반경 라인 채널(30)의 길이 및 크기, 또한 각진 외측 세그먼트의 크기 및 각도는 또한 폴리싱 프로세스 동안 바람직한 폴리싱 패드 회전에 대해 바람직한 슬러리 분배 및 유량을 제공하도록 선택될 수 있다. 반대로, 폴리싱 슬러리의 잔류량을 제거하기 위해 폴리싱 패드(20)를 세정하는 것은 폴리싱 프로세스 동안 이용되는 방향과 반대로, 예를 들면 도 1 내지 도 4의 패드(20)에 대한 시계 방향으로 폴리싱 패드를 회전시켜, 폴리싱 표면(24)으로부터 잔류 폴리싱 슬러리의 배출을 촉진시켜 이루어질 수 있다.
각진 외측 세그먼트(34)를 포함하는 주 반경 라인 채널(30)은 폴리싱 표면(24)을 가로질러 폴리싱 슬러리 흐름의 개선된 제어를 제공한다. 각진 외측 세그먼트(34)는 슬러리 흐름을 방사형으로 채널(30)을 따라 외측으로 늦추도록 작용한다. 폴리싱 표면(24)의 회전 동안, 폴리싱 슬러리는 폴리싱 표면(24)의 원주(38)를 향해 구심력에 의해 전진된다. 그러나, 각진 외측 세그먼트(34) 내로 흐를 때, 구심력은 반대 방향으로 폴리싱 슬러리를 미는 "교반 날개형(impeller-like)-" 힘에 의해 반대로 작용된다. 폴리싱 슬러리 흐름 상의 각진 외측 세그먼트(34)의 외관은 도 8a 및 도 8b에 개략적으로 도시된다. 도 8a에 도시된 바와 같이, 주 반경 라인 채널(30)은 길이(L1)을 포함하고, 각진 외측 세그먼트(34)은 길이(L2)를 포함하며, 채널(30) 및 세그먼트(34)는 연결되어 이들 사이의 구동 각도(α)를 형성하며, 길이(L1) 및 길이(L2) 및 구동 각도(α)는 바람직한 크기의 반대 힘을 제공하도록 선택될 수 있어서, 주 채널(30)을 통한 슬러리의 흐름은 바람직한 비율을 포함한다. 채널(30)을 통해 진행함으로써 폴리싱 슬러리의 질량에 의해 받는 구심력은 FC = mv2/r로 정의되며, 여기서 m은 채널 내 슬러리의 질량이며, v는 패드 상에서 슬러리 속도이고, r은 폴리싱 패드 상의 지점에서 슬러리 질량의 평균 반경 거리이며, 예를 들면, 이는 폴리싱 패드를 가로질러 슬러리 질량을 포함하는각진 세그먼트의 평균 반경 거리일 수 있다.
그러나, 슬러리가 각진 외측 세그먼트(34)에 들어가기 때문에, 세그먼트의 각도는 슬러리의 흐름을 늦춘다. 각진 외측 세그먼트(34)를 관통하는 슬러리 흐름의 반대 힘은 FO = mr(dθ/dt)2cos(α-(π/2))로 나타낼 수 있고, 여기서 r은 폴리싱 패드 상의 슬러리 질량 반경이며, dθ/dt는 폴리싱 패드의 각속도이며, α는 주 라인 반경 채널과 각진 외측 세그먼트(34) 사이의 구동 각도이다. 따라서, 더 작은 각도(α)를 선택하여, 폴리싱 슬러리는 각진 외측 세그먼트(34)에서 감속되도록 유도되는 반면, 더 큰 구동 각도가 구동 각도의 더 적은 감속 결과를 가져온다. 유사하게, 길이(L1) 및 길이(L2)는 각진 세그먼트가 시작되는 반경을 변화시켜서, 슬러리를 통해 폴리싱 유체의 유량을 변화시키도록 선택될 수 있다. 일 양태에서, 길이(L1) 및 길이(L2) 및 각도(α)는 구심력과 실질적으로 동등한 반대 힘을 제공하여 힘의 평형을 이루도록 선택될 수 있다. 다른 반대 힘은 또한 각진 섹션을 통해, 예를 들면 반대 마찰력, 또는 특정 압력으로 스핀하는 세그먼트(34)에 유입하는 공기의 반대 힘을 통해, 폴리싱 슬러리의 흐름을 감속할 수 있다.
각진 세그먼트(34)의 감속 작용은 또한 도 8b에 의해 이해될 수 있다. 이 도면에서, 주 반경 라인 채널(30a,b)은 각도 1° 내지 45°로 이격된다. 폴리싱 슬러리 질량(m1)은 주 반경 라인 채널(30)의 지점으로부터 각진 외측 세그먼트(34)의 패드 원주 영역(28)에 가까운 m2 지정된 위치까지 질량 상으로 작용하는 구심력에 따라 진행된다. 그러나, 폴리싱 패드의 회전은 주 반경 라인 채널(30a)이 이웃하는 주 반경 라인 채널(30b)에 의해 선점되었던 위치로 회전함에 따라 채널 위치에서 순간 변화를 가져오며, 슬러리 질량(m2)은 원주 영역(28)으로부터 더 멀리 떨어진 위치(m2')까지 질량 위치를 변화시키는 폴리싱 패드의 반경(R)을 따라 변위(dR)를 갖는다. 이러한 변위는 전술된 바와 같이, 구심력에 의해 평형을 이룬다. 따라서, 폴리싱 패드의 각진 외측 세그먼트(34)는 폴리싱 슬러리를 감속시켜서 채널에서 슬러리의 바람직한 흐름 및 분배를 제공하게 된다. 예를 들면 슬러러를 저장하거나 수집하도록 제조된 슬러리 저장부(52)와 같은, 다른 흐름 제어 미세구조물은 도 8a의 실시예에서 도시된 바와 같이, 또한 주 반경 라인 채널(30) 및/또는 각진 세그먼트를 따라 제공될 수 있다.
일 양태에서, 주 반경 라인 채널(30)의 길이(L1) 및 길이(L2)와 각진 외측 세그먼트(34), 및 이들 사이의 구동 각도(α)는 폴리싱 슬러리의 유량이 감속되어 슬러리를 낭비하지 않는 각진 세그먼트(34)에서 나오는 순흐름(net flow)이 되도록 선택될 수 있다. 슬러리 흐름율이 바람직하게 감속되는 동안, 유량은 또한 바람직하게 0보다 더 커질 수 있어서, 사용된 슬러리 및 슬러리 부산물이 깨끗한 표면을 제공하도록 폴리싱 표면(24)에서 스핀되어 제거되게 할 수 있다. 따라서, 각진 외측 세그먼트(34)를 포함하는 주 반경 라인 채널(30)은 슬러리를 실질적으로 폴리싱 표면(24) 상에 가두는 것 없이 채널(30)의 폴리싱 슬러리의 바람직한 수준을 유지하는, 채널(30)을 관통하는 폴리싱 슬러리의 개선된 흐름을 제공하여 사용 슬러리 및 부산물이 폴리싱 표면(24)으로부터 스핀되어 제거될 수 있게 한다.
폴리싱 표면(24) 상에 슬러리의 분배 및 흐름은 주 반경 라인 채널(30)에 각진 과도 세그먼트(transition segment; 44)에 의해 각각 연결되는 복수의 제 1 지류 반경 라인 채널(42)을 제공하여 더욱 강화된다. 과도 세그먼트(44)는 예를 들면, 도 1, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 주 채널(30)으로부터 멀어지는 각도로 만곡되는 만곡된 세그먼트(45)를 포함할 수 있으며 또한 도 4의 일례에서 도시된 바와 같이, 주 반경 라인 채널(30)로부터 멀어지게 각을 이루는 실질적으로 직선인 세그먼트(47)를 포함할 수 한다. 제 1 지류 반경 라인 채널(42)은 주 반경 라인 채널(30)에 실질적으로 평행이어서 폴리싱 표면(24)에 걸쳐 폴리싱 슬러리의 더 평탄한 분배 흐름을 제공할 수 있다. 제 1 지류 반경 라인 채널(42)은 또한 지 류 채널(42)에서 폴리싱 유체의 흐름을 제어하는데 조력하는 각진 외측 세그먼트(34)를 포함할 수 있다. 과도 세그먼트(44)는 제 1 지류 반경 라인 채널(42) 내로 폴리싱 슬러리의 과도한 흐름에 저항하여, 유사하게 각진 외측 세그먼트(34)에 대해 작용할 수 있다. 예를 들면, 과도 세그먼트(44)는 오직 슬러리 흐름의 약 5% 내지 75%가 제 1 지류 반경 라인 채널(42) 내로 통과하도록 허용하여, 주 반경 라인 채널(30) 및 제 1 지류 반경 라인 채널(42)을 통해 슬러리의 제어되는 유량을 제공할 수 있다.
제 1 지류 반경 라인 채널(42)은 폴리싱 표면(24)에 걸쳐 슬러리 흐름 분배를 개선하도록 선택되는 거리에서 주 채널(30)로부터 이격된다. 예를 들면, 제 1 지류 반경 라인 채널(42)은 인접한 주 채널 사이의 거리가 너무 커서 바람직한 폴리싱 슬러리 분배를 제공할 수 없게 되는 지역을 양분할 수 있다. 제 1 지류 반경 라인 채널(42)의 수 및 밀도는 폴리싱 표면(24)을 가로질러 폴리싱 슬러리의 바람직한 분배를 제공하도록 또한 선택된다. 예를 들면, 폴리싱 표면(24)은 폴리싱 표면(24)의 각각의 10 도 아크(10 degree arc)를 가로 질러 1 내지 10의 제 1 지류 반경 라인 채널(42)을 포함할 수 있다. 주 채널(30)은 또한 도 1 내지 도 4의 일례에 도시된 2 개의 제 1 지류 반경 라인 채널(42)과 같이 1 내지 10의 제 1 지류 반경 라인 채널(42)을 포함한다.
일 양태에서, 폴리싱 표면(24)은 또한 만곡되거나 그렇지 않으면 각진 과도 섹션과 같이, 제 2 과도 섹션(48)에 의해 각각 제 1 지류 반경 라인 채널(46)에 연결되는 복수의 제 2 지류 반경 라인 채널(46)을 포함한다. 제 2 지류 반경 라인 채널(46)은 폴리싱 표면(24)에 걸쳐 폴리싱 슬러리의 흐름을 추가적으로 분배할 수 있으며, 중심 영역(32)으로부터 원주 영역(28)까지 폴리싱 슬러리의 전체 유량의 추가적인 제어를 제공하도록 크기화 및 형상화될 수 있다. 일 양태에서, 폴리싱 표면(24)은 폴리싱 표면(24)의 각각의 10 도 아크를 가로질러 1 내지 10의 제 2 지류 채널을 포함한다.
각각의 주 반경 라인 채널(30)은 폴리싱 표면(24)의 반경을 따라 상이한 길이로 주 채널(30)에서 분기되는 복수의 제 1 지류 반경 라인 채널(42)을 추가적으로 포함할 수 있다. 예를 들면, 도 1 에 도시된 바와 같이, 주 채널(30)은 제 1 분기점(50)에서 제 1 반경으로 주 채널(30)로부터 멀어지게 분기되는 첫번째 제 1 지류 반경 라인 채널(42a), 및 제 1 분기점(50)보다 폴리싱 패드(20)의 중심 영역(32)으로부터 더 먼 제 2 분기점(55)에서 제 2 반경으로 주 채널(30)로부터 멀어지게 분기되는 두번째 제 1 지류 반경 라인 채널(42b)을 포함한다. 예를 들면, 제 1 분기점(50)은 전체 반경의 약 5% 내지 약 60%인 제 1 반경에서 발생할 수 있으며, 제 2 분기점(55)은 패드의 전체 반경의 약 30% 내지 약 95%인 제 2 반경에서 일어날 수 있다. 도 1에 도시된 첫번째 제 1 지류 반경 라인 채널(42a)은 제 3 분기점이 또한 상이한 반경으로 발생할 수 있다 하여도 대략 제 2 분기점(55)과 동일한 반경인 제 3 분기점(51)에서 제 1 지류(42)로부터 분기되는 제 2 지류 반경 라인 채널(46)을 추가적으로 포함한다. 따라서, 주 채널(30) 및 지류 채널(42a,b 및 46)은 폴리싱 표면(24)에 걸쳐 폴리싱 슬러리 흐름의 양호한 분배를 제공한다. 분기점(50, 54, 55) 전 및 사이의 채널(30, 42a,b, 46)의 길이, 과도 세그먼트(44)의 길이 및 각도는 예를 들면, 폴리싱 표면(24)이 폴리싱 동안 회전되어 폴리싱 표면(24)을 가로질러 폴리싱 슬러리의 실질적인 균일한 분배를 제공하는 속도에 대해, 선택될 수 있다.
더욱이 주 및 지류 채널(30, 42, 46) 사이의 폭은 폴리싱 슬러리의 개선된 분배를 제공하도록 선택될 수 있다. 예를 들면, 표면(24) 상에서 동일한 반경으로 주 반경 라인 채널(30)과 제 1 지류 반경 라인 채널(42) 사이의 폭(w2)에 대한 주 반경 라인 채널(30) 사이의 폭(w1)의 비율은 약 1 내지 약 30일 수 있다. 더욱이, 채널의 폭은 바람직한 폴리싱 슬러리 흐름 특성을 제공하도록 그 자체로 선택될 수 있다. 일 양태에서, 주 반경 라인 채널(30)은 그 내의 폴리싱 슬러리의 더 큰 흐름을 수용하도록 지류 채널보다 더 큰 폭을 포함할 수 있다. 예를 들면, 주 반경 라인 채널(30)의 폭 대 제 1 지류 반경 라인 채널(42)의 폭의 비율은 약 3:1 내지 약 6:1과 같이 약 2:1 이상일 수 있다. 일 양태에서, 주 및 지류 반경 라인 채널(40, 42, 46)을 포함하는, 그루브(26)의 길이 및 폭은 채널에서 전형적으로 약 1 ml내지 약 300 ml의 폴리싱 슬러리의 부피를 제공하도록 선택되나, 다른 부피가 또한 응용례에 따라 바람직하게 좌우된다.
주 및 지류 채널(30, 42, 46)의 하나 이상의 폭 및 깊이는 또한 채널의 길이에 대해 변화되어 바람직한 폴리싱 슬러리 흐름 특성을 제공할 수 있다. 예를 들면, 채널의 하나 이상의 폭 및 깊이는 채널의 중심 영역에서 증가되어 그 영역에 폴리싱 유체의 저장부(52)를 제공할 수 있다. 일 양태에서, 채널의 폭은 약 2 배 이상 증가되어 채널의 영역에서 슬러리 저장부(52)를 제공한다. 슬러리 저장부(52)는 바람직한 슬러리 흐름 특성을 제공할 수 있고, 폴리싱 표면(24)의 임계 영역(critical area)에서 슬러리의 소모를 억제할 수 있다. 도 2에서 도시된 양태에서, 슬러리 저장부(52)는 폴리싱 표면(24)의 원주 영역(28)에서 주 및 지류 채널(30, 42, 46)의 단부에 제공되어, 폴리싱 패드(20)의 회전 운동으로 인한 표면(24)으로부터 슬러리의 과도한 손실을 억제한다. 슬러리 저장부(52)는 채널(30, 42, 46)에서 시작하여 폴리싱 표면(24)의 중심 영역(32)을 향해 또한 제공될 수 있으며 채널(30, 42, 46)에 폴리싱 슬러리를 제공하기 위한 슬러리 매니폴드로서 작용하기 충분한 부피를 포함한다. 도 3에서, 슬러리 저장부(52)는 원주 영역(28)과 중심 영역(32) 사이의 영역에 제공되어, 폴리싱 패드(20)의 원주(38)를 향해 진행되는 슬러리를 감속시키며, 슬러리 저장부(52)는 또한 폴리싱 표면(24)의 중심 영역(32) 쪽에 제공된다.
도 4는 주 및 지류 반경 라인 채널(30, 42, 46)을 갖는 폴리싱 패드 표면(24)의 또 다른 실시예를 도시한다. 이러한 양태에서, 주 및 지류 반경 라인 채널(30, 42, 46)은 폴리싱 표면(24)의 중심 영역(32)으로부터 폴리싱 표면(24)의 원주 영역(28)까지 반경 라인(39)에 대해 진동하는 포선형 경로를 포함한다. 포선형 경로는 예를 들면 도 4에 도시된 "지그-재그" 형태를 형성하도록 주어진 반경 라인(39)에 대해 하나의 세그먼트(56a)로부터 또 다른 세그먼트(56b)로 폴리싱 슬러리를 재지향하는 굴곡점(turns; 54)에 의해 연결되는 일련의 간진 내부 세그먼트(56a,b)를 포함할 수 있다. 각진 내부 세그먼트(56a,b)는 예를 들면 서로에 대해 약 2° 내지 약 60°의 각도를 포함할 수 있다. 각진 세그먼트(56a,b)는 채널(30, 42, 46)을 따라 유체 흐름을 감속시키고 제어하여 바람직한 흐름, 및 길이 각도를 제공하며 각진 내부 세그먼트(56a,b)는 목표 유량에 대해 선택될 수 있다. 도 4 는 또한 폴리싱 패드(20)의 원주 영역(28)에서 각각 채널(30, 42, 46)의 슬러리 저장부(52)를 도시하며 저장부 영역에서 슬러리의 흐름을 감속시킨다.
주 및 지류 반경 라인 채널을 포함하는 그루브(26)는 예를 들면 그루브(26)를 형성하도록 절단 도구를 이용하여 폴리싱 표면(24)으로부터 패드 재료를 절단 제거하는, 적절한 방법에 의해 형성될 수 있다. 일 양태에서, 그루브를 형성하는 방법은 그루브(26)를 통해 폴리싱 슬러리의 흐름을 개선한다. 예를 들면, 절단 도구는 그루브(26)의 폴리싱 패드 재료를 패드 재료의 유익한 구조적 변화에 영향을 주기 충분한 온도까지 패드 재료의 가열하는 파라미터와 함께 작동될 수 있다. 증가된 온도는 그루브(26)에서 바람직하게 실질적으로 표면(58)을 밀봉하며, 예를 들면 그루브(26)의 패드 재료에 노출되는 기공(pore)을 실질적으로 밀봉하여 기공 내로 폴리싱 슬러리의 침투를 방지한다. 따라서, 열처리 그루브(26)는 더 적은 폴리싱 슬러리를 패드 재료 내로 흡수하여 그루브(26)를 통해 슬러리 흐름을 개선한다. 일 실시예에서, 절단 도구는 바람직한 온도까지 패드 재료를 바람직한 그루브 형태를 동시에 절단하면서 바람직한 온도까지 가열하는데 충분한 절단 도구의 절단 속도를 사용하여 그루브(26)의 패드 재료를 가열하도록 작동될 수 있다. 그루브의 표면(58)을 실질적으로 밀봉하는데 충분한 온도는 약 100℃이상일 수 있다.
또 다른 실시예에서, 개선된 폴리싱 패드(20)는 도 5a 및 도 5b의 실시예에 서 도시된 바와 같이, 양호한 압력 하중 수용성을 제공하도록 조정된다. 이러한 양태에서, 폴리싱 표면(24)에 대향하는 패드(20)의 후면(60)은 폴리싱 패드(20)의 후방 표면(64)에 형성되는 압력 하중 수용 미세구조물(69)의 패턴(68)을 포함한다. 미세구조물(69)은 절단되어 제거되거나 그렇지 않으면 폴리싱 패드(20)의 후방 표면(64) 내에 형성되는 복수의 오목부(62), 및 복수의 상승 메사(mesa)와 같이 오목부(62) 주위에 복수의 상승 돌출부(66)를 포함한다. 복수의 오목부(62) 및 돌출부(66)는 폴리싱 프로세스 동안 패드(20)에 의해 받은 압력 하중을 수용하도록 크기화 및 형상화된다. 예를 들면, 도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이, 미세구조물(69)은, 예를 들면 폴리싱 표면(24)에 대해 기판(140)의 압력으로부터 기인한 폴리싱 프로세스 동안 상승 미세구조물(66)의 수직 팽창이 오목부(62)에 의해 제공되는 공간에 제공되도록 크기화 및 형상화될 수 있다. 상승 돌출부(66)는 돌출부(66)의 측벽(79)이 인접 오목부(62) 내로 팽창되어, 폴리싱 압력 하중에 의해 도 5a에 도시된 제 1 길이(L1)로부터 도 5b에 도시된 제 2 길이(L2)까지 수직으로 압축될 수 있다. 폴리싱 프로세스 동안 폴리싱 표면(24)에 대한 압력 인가시 돌출부의 수직 팽창을 수용하기에 적합한 후방 표면(64)에 형성되는 오목부(62)의 폭은 약 1 mm 내지 약 100 mm일 수 있으며, 폴리싱 패드(20)의 후면(60)의 오목부(62)의 적합한 깊이는 약 1 mm 내지 약 25 mm일 수 있다.
미세구조물(69)의 개선된 압력 하중 수용 패턴은 폴리싱 패드(20)의 압력 하중이 상이한 재료를 포함하는 적층되는 몸체에 대향하는 패드 재료의 단일부(22)를 이용하는 것을 허용한다. 이것은 미세구조물(69)이 충분히 강성한 폴리싱 표면(24)을 여전히 유지하는 동안 바람직한 순응성(compliance) 및 탄성을 제공할 수 있기 때문이다. 따라서 폴리싱 패드(20)는 폴리싱 표면(24) 용으로 사용되는 상대적으로 강성 재료 아래에 상대적으로 더 순응성 있고 탄성 있는 재료인 여분층을 필요로하지 않는다. 일 양태에서, 오목부(62)는 대기 압력에 개방되며, 폴리싱 압력의 댐핑은 돌출부(66)의 압축을 통해 주로 달성된다. 다른 양태에서, 오목부(62)는 압축될 때 댐핑 메카니즘으로 작용하는 오목부(62)의 트랩 공기 포켓을 제공하도록 기밀 밀봉된다.
도 6a 및 도 6b는 후면(60)을 포함하는 폴리싱 패드(20)의 실례를 제공하며, 후변은 패드 후면(60)의 후방 표면(64)에 형성되는 압축 하중 수용 미세구조물(69)의 패턴(68)을 갖는다. 도 6a에서, 미세구조물(69)의 패턴은 오목한 그리드형 라인(72a,b)을 포함하는 오목부(62)에 의해 분리되는 정방형(square-like) 상승 돌출부(66)의 그리드(74)를 포함한다. 오목부(62)는 후방 표면(64)을 가로질러 연장되며, 그리드 패턴을 형성하도록 서로 수직으로 교차하는 는 복수의 수평 및 수직 라인(72a,b)을 포함한다. 선택적으로, 그리드 라인(72a,b)은 예를 들면 반경 라인(radial line)을 따라서와 같이 다른 패턴으로 폴리싱 표면(24)을 가로질러 연장될 수 있다. 돌출부(66)는 폴리싱 압력의 인가에 대해 수평 및 수직 그리드형 라인 내로 측방향으로 연장된다. 돌출부(66)는 각각 약 1 mm 내지 약 100 mm의 폭을 포함할 수 있다. 그리드형 라인(72a,b)은 약 1 mm 내지 약 100 mm의 폭, 약 1 mm 내지 약 25 mm의 깊이, 및 폴리싱 패드(20)를 가로질러 연장되는 길이를 포함할 수 있다. 도 6b에서, 오목부(62)는 패드 재료가 폴리싱 표면(24)에서 제거되는 정방형 구멍(76)을 포함한다. 구멍(76)은 바둑판 형태로 절단되어, 구멍(76) 사이에서 교대로 정방형 상승 돌출부(66)를 남긴다. 돌출부는 약 1 mm 내지 약 100 mm의 폭을 포함하며 구멍(76)은 약 1 mm 내지 약 100 mm의 폭, 및 약 1 mm 내지 약 25 mm의 깊이를 포함한다. 전술된 압력 하중 수용 미세구조물(69)의 패튼은 상승 미세구조물(66)에 대한 압축을 허용하여 폴리싱 패드의 바람직한 순응성 및 탄성을 제공할 수 있다. 특별히 전술된 것 이외에 오목부(62) 및 돌출부(66)의 패턴은 또한 바람직한 폴리싱 성질을 제공하도록 형성될 수 있다. 예를 들면, 압력 하중 수용 패턴(68)은 목표된 연마 파라미터에 따라, 후방 표면(64)을 가로질러 돌출부(66) 및 오목부(62)의 균일 또는 불균일 분배를 포함할 수 있다. 패턴(68)은 또한 하나 이상의 "x-y" 홈파인(grooving), 오목 구멍, 동심 원형 그루브(concentric cicular groove), 동심 아크(concentric arc) 또는 이들의 결합물을 포함한다.
본 발명의 폴리싱 패드(20)는 어떠한 타입의 CMP 폴리싱 장치에서도 이용될 수 있어서, 폴리싱 패드(20)의 이용을 도시하는 본 발명의 CMP 폴리싱 장치는 본 발명의 사상을 제한하도록 이용되지 않아야 한다. 폴리싱 패드(20)를 이용할 수 있는 화학 기계적 폴리싱(CMP) 장치(100)의 일 실리예는 도 7a 내지 도 7c에 도시된다. CMP 장치(100)는 예를 들면, 캘리포니아, 산타 클라라, 어플라이드 머트리얼사(Applied Material, Inc., Santa Clara, California)의 마이어 CMP 시스템(Mire CMP System)일 수 있다. 일반적으로, 폴리싱 장치(100)는 하우징(104)을 포함하며, 하우징은 다중 폴리싱 스테이션(108a-c), 기판 전달 스테이션(112), 및 독 립적으로 회전 가능한 기판 홀더(120)를 작동시키는 회전 가능한 캐루젤(116)을 포함한다. 기판 로딩 장치(124)는 기판(140)을 포함하는 카세트(136)가 담긴 액체 베스(132)를 포함하는 하우징(104)에 부착되는 터브(tub; 126)를 포함한다. 예를 들면, 터브(126)는 세척 용액을 포함할 수 있거나 폴리싱 전 또는 후에 기판(140)을 세척하기 위해 초음파를 이용하는 메가소닉(megasonic) 린스 세척기, 또는 공기나 액체 드라이어일 수도 있다. 암(144)은 선형 트랙(148)을 따라 운행되고 리스트 조립체(wrist assembly; 152)를 지지하며, 리스트 조립체는 홀딩 스테이션(155)으로부터 터브(126) 내부로 카세트(136)를 전달하는 카세트 클로우(cassette claw; 154) 및 터브(126)로부터 전달 스테이션(112)까지 기판을 전달하는 기판 블레이드(156)을 포함한다.
캐루젤(116)은 도 7a 및 도 7b에 도시된 바와 같이, 기판 홀더(120)의 샤프트(172)가 신장된 슬롯(162)을 구비한 지지 플레이트(160)를 구비한다. 기판 홀더(120)는 균일하게 폴리싱되는 기판 표면을 얻도록 슬롯에서 앞뒤로 진동하며 독립적으로 회전한다. 기판 홀더(120)는 캐루젤(116)의 제거 가능한 측벽(178) 뒤에 정상적으로 가려진 각각의 모터(176)에 의해 회전한다. 작동 중에, 기판(140)은 터브(126)로부터 전달 스테이션(112)으로 로딩되며, 전달 스테이션으로부터 기판은 초기에 진공으로 유지되는 기판 홀더(120)에 전달된다. 그리고나서 캐루젤(116)은 일련의 하나 이상의 폴리싱 스테이션(108a 내지 108c)을 통해 기판을 전달하고 결국 전달 스테이션(112)에 폴리싱된 기판을 리턴한다.
각각의 폴리싱 스테이션(108a 내지 108c)은 도 7b에 도시된 바와 같이, 회전 가능한 플래튼(182a 내지 182c)을 포함하고, 이는 폴리싱 패드(20a 내지 20c), 패드 컨디셔너 조립체(188a 내지 188c)를 지지한다. 플래튼(182a 내지 182c) 및 패드 컨디셔너 조립체(188a 내지 188c) 양자는 폴리싱 장치(100) 내부에 있는 테이블탑(192)에 장착된다. 폴리싱 프로세스 동안, 기판 홀더(120)는 회전하는 폴리싱 플래튼(182)에 첨부된 폴리싱 패드(20a 내지 20c)에 대하여 기판(140)을 홀딩하고, 회전시키고, 가압하며, 폴리싱 플래튼은 기판(140)을 보유하기 위해 기판(140)의 폴리싱 프로세스 동안 미끄러져 나가는 것을 예방하는 플래튼(182)을 둘러싸는 보유링을 또한 구비한다. 기판(140) 및 폴리싱 패드(20a 내지 20c)는 각각에 대해 회전할 때, 예를 들면, 콜로이드의 실리카 또는 알루미나를 포함한 이온 제거된 폴리싱 슬러리의 측정량은 예를 들면 폴리싱 슬러리 분배기(90a 내지 90c)에 의해, 선택된 슬러리 리시피에 따라 공급된다. 플래튼(182) 및 기판 홀더(120) 양자는 프로세스 리시피(process recipe)에 따라 상이한 회전 속도 및 방향으로 회전하도록 프로그램될 수 있다.
CMP 장치(100)의 각각의 패드 컨디셔닝 조립체(188)는 도 7b 및 도 7c에서 도시된 바와 같이, 컨디셔닝 헤드(196), 암(200), 및 베이스(204)를 포함한다. 패드 컨디셔너(50)는 컨디셔닝 헤드(196) 상에 장착된다. 암(200)은 컨디셔닝 헤드(196)에 연결된 원단부(distal end; 198a) 및 베이스(204)에 연결된 인접부(proximal; 198b)를 포함하고, 암은 컨디셔너 헤드(196)가 폴리싱 패드 표면(24)을 가로질러 스위핑하여, 패드 컨디셔너(53a 내지 53c)의 컨디셔닝 면이 폴리싱 패드 표면을 마찰시키는 것에 의해 폴리싱 패드(20)의 폴리싱 표면(24)을 컨디셔닝하여 불순물을 제거하고 표면을 재생 처리한다. 각각의 폴리싱 스테이션(108)은 또한 컵(208)을 포함하며, 이는 컨디셔닝 헤드(196)에 장착된 패드 컨디셔너(50)를 린스하거나 세척하는 세척액를 포함한다.
본 고안은 특정한 바람직한 양태를 참조하여 설명되었으나 다른 양태가 가능하다. 예를 들면, 패드 컨디셔너는 통상의 기술, 예를 들면, 모래 표면으로서 명백하게 다른 형태의 응용례에서 이용될 수 있다. CMP 폴리싱 장치의 다른 구성은 또한 이용될 수 있다. 더욱이, 설명된 것들과 동등한 채널 구성은 통상의 기술 중 하나와 명백하게 설명된 기구의 파라미터와 일치하여 또한 이용될 수 있다. 그러므로, 첨가된 청구항의 고안의 사상은 본 명세서 포함된 바람직한 양태의 상세한 설명에 국한되지 않는다.
따라서 본 고안은 기판의 균일하고 반복가능한 평탄화를 제공하는 폴리싱 표면을 구비한 폴리싱 패드를 갖게 하며, 슬러리가 기판 표면을 가로질러 균일하게 분배되도록 하는 폴리싱 패드의 폴리싱 표면 상에 패턴화된 형태를 갖게 하며, 또한 실질적으로 강성 폴리싱 표면을 여전히 제공하면서 유연한 폴리싱 패드를 갖게 하여 폴리싱 슬러리의 개선된 분배 및 흐름을 제공하는 효과가 있다.

Claims (18)

  1. 반경 영역 및 중심 영역 및 원주 영역을 구비한 폴리싱 표면을 포함하는 몸체를 포함하며, 상기 폴리싱 표면은
    (ⅰ) 상기 중심 영역으로부터 상기 원주 영역까지 외측으로 방사형으로 연장하고, 각각 상기 원주 영역에서 각진 외측 세그먼트를 갖는 복수의 주 반경 라인 채널과; 그리고
    (ⅱ) 각진 과도 세그먼트에 의해 상기 주 반경 라인 채널에 각각 연결되고, 상기 주 반경 라인 채널로부터 이격되는 복수의 제 1 지류 반경 라인 채널을 포함하는,
    화학 기계적 폴리싱 패드.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 지류 반경 라인 채널이 상기 주 반경 라인 채널로부터 이격되어 있는,
    화학 기계적 폴리싱 패드.
  3. 제 1 항에 있어서,
    복수의 제 2 지류 반경 라인 채널을 더 포함하며, 상기 제 2 지류 반경 라인 채널의 각각이 제 2 각진 과도 세그먼트에 의해 제 1 지류 반경 라인 채널에 연결 되는,
    화학 기계적 폴리싱 패드.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 지류 반경 라인 채널의 길이 및 분기점은 폴리싱 슬러리의 균일한 분배가 상기 폴리싱 패드 표면을 가로질러 제공되도록 상기 폴리싱 패드의 이용 속도에 관련하여 선택되는,
    화학 기계적 폴리싱 패드.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 각진 외측 세그먼트는 약 5° 내지 약 60°의 평균 접선 각도를 포함하는 접선 아크를 형성하는,
    화학 기계적 폴리싱 패드.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 주 반경 라인 채널은 서로에 대해 약 2° 내지 약 45°의 각도를 포함하는 복수의 각진 내부 세그먼트를 포함하는,
    화학 기계적 폴리싱 패드.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 폴리싱 표면의 각각 10 도 아크를 가로질러 1 내지 10의 주 반경 라인 채널을 포함하는,
    화학 기계적 폴리싱 패드.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 폴리싱 표면의 각각 10 도 아크를 가로질러 1 내지 10의 제 1 지류 반경 라인 채널을 포함하는,
    화학 기계적 폴리싱 패드.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 폴리싱 표면의 각각 10 도 아크를 가로질러 1 내지 10의 제 2 지류 반경 라인 채널을 포함하는,
    화학 기계적 폴리싱 패드.
  10. 제 1 항에 따른 화학 기계적 폴리싱 패드를 포함하며,
    (ⅰ) 상기 폴리싱 패드를 홀딩하는 플래튼 및 상기 폴리싱 패드에 대해 기판을 홀딩하는 지지부를 포함하는 폴리싱 스테이션과,
    (ⅱ)상기 폴리싱 패드 상에 슬러리를 분배하는 슬러리 분배기와; 그리고
    (ⅲ) 상기 폴리싱 패드 및 기판을 서로에 대해 진동시키도록 상기 플래튼 및 지지부 중 하나 이상을을 구동하는 폴리싱 모터를 더 포함하는,
    화학 기계적 장치.
  11. 삭제
  12. 폴리싱 표면, 및 상기 폴리싱 표면과 대향하는 바닥 표면을 포함하는 몸체를 포함하며,
    (ⅰ) 상기 폴리싱 표면은 반경 영역, 중심 영역 및 원주 영역을 구비하며, 상기 폴리싱 표면이 상기 중심 영역으로부터 상기 원주 영역까지 외측으로 방사형으로 연장하는 복수의 주 반경 라인 채널을 포함하며, 각각의 주 반경 라인 채널은 상기 폴리싱 표면의 반경에 대한 각도로 지향되는 원주 영역의 각진 외측 세그먼트, 및 각진 과도 세그먼트에 의해 주 반경 라인 채널에 각각 연결되는 복수의 제 1 지류 반경 라인 채널을 가지며,
    (ⅱ) 상기 바닥 표면은 압력 하중 수용 미세구조물의 패턴을 포함하며, 상기 미세구조물은 복수의 돌출부 및 함몰부를 포함하며, 상기 함몰부는 상기 폴리싱 표면으로 압력의 인가시 상기 돌출부의 측방향 연장을 수용하도록 크기화 및 형상화되는,
    화학 기계적 폴리싱 패드.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 미세구조물의 패턴은 복수의 수직 및 수평 라인 함몰부에 의해 분리되는 돌출부 그리드를 포함하는,
    화학 기계적 폴리싱 패드.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 미세구조물의 패턴은 구멍과 교대로 복수의 상승 돌출부를 포함하는,
    화학 기계적 폴리싱 패드.
  15. 제 12 항의 화학 기계적 폴리싱 패드를 포함하며,
    (ⅰ) 상기 폴리싱 패드를 홀딩하는 플래튼 및 상기 폴리싱 패드에 대해 기판을 홀딩하는 지지부를 포함하는 폴리싱 스테이션과,
    (ⅱ)상기 폴리싱 패드 상에 슬러리를 분배하는 슬러리 분배기와, 그리고
    (ⅲ) 상기 폴리싱 패드 및 기판을 서로에 대해 진동시키도록 상기 플래튼 및 지지부 중 하나 이상을 구동하는 폴리싱 모터를 더 포함하는,
    화학 기계적 장치.
  16. 반경 영역 및 중심 영역 및 원주 영역을 구비하는 폴리싱 표면을 포함하는 몸체를 포함하며,
    상기 폴리싱 표면은 복수의 주 반경 라인 채널을 포함하며,
    (ⅰ) 상기 복수의 주 반경 라인 채널은 상기 폴리싱 표면의 상기 중심 영역으로부터 상기 원주 영역까지 외측으로 방사형으로 연장되며, 각각의 주 반경 라인 채널은 상기 원주 영역에 상기 폴리싱 표면의 반경 라인에 대해 각도를 이루어 지향되는 각진 외측 세그먼트를 가지며, 상기 주 반경 라인 채널 및 각진 외측 세그먼트는 이를 통해 폴리싱 슬러리가 흐르도록 적용되며,
    상기 주 반경 라인 채널의 길이(L1), 상기 각진 외측 세그먼트의 길이(L2), 및 상기 주 반경 라인 채널과 각진 외측 세그먼트 사이에 형성되는 각도(α)가 상기 기판 표면을 가로질러 폴리싱 슬러리의 균일한 분배를 제공하도록 선택되고,
    (ii) 각진 과도 세그먼트에 의해 상기 주 반경 라인 채널에 각각 연결되고, 상기 주 반경 라인 채널로부터 이격되는 복수의 제 1 지류 반경 라인 채널을 포함하는,
    화학 기계적 폴리싱 패드.
  17. 반경 영역 및 중심 영역 및 원주 영역을 구비한 폴리싱 표면을 포함하는 몸체를 포함하며,
    상기 폴리싱 표면은 복수의 주 반경 라인 채널을 포함하며,
    (ⅰ) 상기 복수의 주 반경 라인 채널은 상기 폴리싱 표면의 상기 중심 영역으로부터 상기 원주 영역까지 외측으로 방사형으로 연장되며, 각각의 주 반경 라인 채널은 상기 원주 영역에 상기 폴리싱 표면의 반경에 대해 각도를 이루어 지향되는 각진 외측 세그먼트를 가지며,
    상기 주 반경 라인 채널의 길이(L1), 상기 각진 외측 세그먼트의 길이(L2), 및 상기 주 반경 라인 채널과 각진 외측 세그먼트 사이에 형성되는 각도(α)는 상기 각진 외측 세그먼트의 폴리싱 슬러리 상에 작용하는 구심력(FC)이 상기 채널을 통해 슬러리의 목표 유량을 제공하게 제어되도록 선택되며,
    여기서, FC = mv2/r이며, 상기 m은 상기 채널 내의 슬러리의 질량이며, 상기 v는 상기 슬러리의 속도이고, 상기 r은 상기 폴리싱 패드를 가로질러 상기 각진 외측 세그먼트의 평균 반경 거리인,
    화학 기계적 폴리싱 패드.
  18. 반경 영역 및 중심 영역 및 원주 영역을 구비한 폴리싱 표면을 포함하는 몸체를 포함하며,
    상기 폴리싱 표면은 복수의 주 반경 라인 채널을 포함하며,
    (ⅰ) 상기 복수의 주 반경 라인 채널은 상기 폴리싱 표면의 상기 중심 영역으로부터 상기 원주 영역까지 외측으로 방사형으로 연장하며, 각각의 주 반경 라인 채널은 상기 원주 영역에 상기 폴리싱 표면의 반경에 대해 각도를 이루어 지향되는 각진 외측 세그먼트를 가지며,
    상기 주 반경 라인 채널의 길이(L1), 상기 각진 외측 세그먼트의 길이(L2), 및 상기 주 반경 라인 채널과 각진 외측 세그먼트 사이에 형성되는 각도(α)는 상 기 각진 외측 세그먼트의 폴리싱 슬러리 상에 작용하는 구심력(FC)이 상기 채널을 통해 슬러리의 목표 유량을 제공하도록 상기 채널의 각진 외측 섹션 상에 작용하는 반대 힘(FO)과 균형을 이루도록 선택되며,
    여기서, FC = mv2/r이며, 상기 m은 상기 채널 내의 슬러리의 질량이며, 상기 v는 상기 슬러리의 속도이고, 상기 r은 상기 폴리싱 패드를 가로질러 상기 각진 외측 세그먼트의 평균 반경 거리이고,
    FO = mr(dθ/dt)2cos(α-(π/2))이며, 상기 dθ/dt는 상기 폴리싱 패드의 각속도이며, 상기 α는 상기 주 라인 반경 채널과 상기 각진 외측 세그먼트 사이의 각도인,
    화학 기계적 폴리싱 패드.
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