KR20130132480A

KR20130132480A - Cmp 패드 컨디셔닝 공구

Info

Publication number: KR20130132480A
Application number: KR1020137015870A
Authority: KR
Inventors: 개리 이 룰랜드; 찰스 랠리; 토마스 찰스 이슬리; 제임스 그레이엄; 마크 슈바이처
Original assignee: 다이아몬드 이노베이션즈, 인크.
Priority date: 2010-12-20
Filing date: 2011-12-20
Publication date: 2013-12-04
Anticipated expiration: 2031-12-20
Also published as: US20120171935A1; WO2012088004A3; SG190811A1; JP6022477B2; AU2011349393B2; EP2655015A2; JP2014504458A; WO2012088004A2; AU2011349393A1; CN103269831B; KR101924241B1; CN103269831A

Abstract

본 개시는 적어도 하나의 일체형 연마 돌기를 구비한 CMP 패드 컨디셔닝 공구를 제공한다. 또한, 본 개시는 CMP 패드를 컨디셔닝하도록 상기 공구를 사용하는 방법과 함께 이런 CMP 패드 컨디셔닝 공구를 제조하는 방법을 제공한다.

Description

CMP 패드 컨디셔닝 공구{CMP PAD CONDITIONING TOOL}

본 개시는 화학적 기계적 폴리싱 ("CMP") 패드를 리컨디셔닝하는 새로운 공구 및 방법을 제공한다. 본 개시는 또한 본원에 기술한 새로운 공구를 제조하는 방법 뿐만 아니라 그 공구를 사용하는 방법을 포함한다.

CMP 방법은 본 기술분야에 잘 알려져 있고 집적 회로 웨이퍼를 폴리싱하는데 자주 사용된다. CMP 프로세스에서, 폴리싱 반응물, 연마재, 및 캐리어 유체는 다공성 패드에 의해 웨이퍼 표면에 적용된다. 화학적 및 기계적 작용의 조합을 통하여, 패드는 폴리싱되는 웨이퍼를 재표면처리하여서, 평활한 웨이퍼 표면이 얻어진다. CMP 패드의 유용성을 유지하기 위해서, 균일하고 반복가능한 폴리싱 성능을 유지하도록 패드는 주기적으로 재컨디셔닝되어야 한다. 이런 재컨디셔닝은 이미 사용된 반응물, 연마재, 및 폴리싱 스와프 (swarf) 를 제거하도록 패드 컨디셔닝 공구를 사용할 수도 있다.

다양한 CMP 패드 컨디셔닝 공구가 또한 본 기술분야에 알려져 있다. 전형적으로, 이런 컨디셔닝 공구는 본딩제에 의해 기판에 랜덤하게 유지되는 연마재를 포함한다. 미국 특허 공개 2009/0275274 는, 예를 들어, 브레이징 금속으로 금속 지지체의 표면에 고정된 연마 결정립 (grain) 을 포함하는 컨디셔닝 공구를 기술한다. 마찬가지로, 미국 특허 7,641,538 은 브레이징 합금 및 소결된 내부식성 분말을 사용해 기판에 고정된 연마 입자를 포함하는 CMP 패드 컨디셔닝 공구를 기술한다.

미국 특허 공개 2010/0139174 는, 아미노 수지, 아크릴레이트 수지, 폴리에스테르 수지, 폴리우레탄 수지, 페놀 수지 등과 같은 유기 재료를 사용해 연마 입자가 기판의 표면에 고정되는 CMP 컨디셔닝 패드를 기술한다. 미국 특허 공개 2009/0224370 은 CMP 컨디셔닝 공구를 제조하기 위해 기판의 표면에서 성장하는 CVD 다이아몬드를 기술하고, PCT/US2008/073823 은 브레이징 필름으로부터 제조된 브레이징 합금을 사용하여 기판에 결합된 연마 결정립을 포함하는 CMP 패드 컨디셔닝 공구를 개시한다.

전술한 CMP 패드 컨디셔닝 공구들이 리컨디셔닝 프로세스에 광범위하게 사용되고 있지만, 전술한 연마재는 종종 불규칙하게 폴리싱 패드를 마모 및 변형시키는 평평하지 않은 표면을 제공하여, 컨디셔닝 프로세스에 대한 제어를 제한한다. 더욱이, 전술한 CMP 패드 컨디셔닝 공구들 대다수는, 본딩제가 기판에 연마 입자를 유지하지 못할 때, CMP 패드로 연마 입자 또는 다른 오염물질을 방출할 수 있다. 그리고 오염물질을 포함한 CMP 패드가 집적 회로 웨이퍼를 폴리싱하는데 사용된다면, 웨이퍼가 손상될 수 있다.

따라서, 전술한 결함이 없는 CMP 패드 컨디셔너가 필요하다.

본 개시는, CMP 패드 리컨디셔닝 프로세스를 더욱 완벽히 제어하는 연마 돌기의 완전 일체형 어레이를 포함하는 CMP 패드 컨디셔닝 공구를 제공한다. 이 연마 돌기는, 연마 입자손실을 불가하게 하는 고강도 본드에 의해 기판에 일체로 부착된다. 본 개시는 또한 CMP 패드 컨디셔닝 공구에 제어된 단일 돌기 또는 제어된 돌기 어레이를 제조하는 방법을 제공한다.

본 발명은, CMP 패드의 표면을 컨디셔닝하기 위한 화학적 기계적 폴리싱 ("CMP") 패드 컨디셔닝 공구를 포함한다. 본 공구는 공구 면 (tool face) 을 가지는 공구 보디를 포함하고, 상기 공구 보디와 공구 면은 다결정 다이아몬드, 다결정 입방정 질화붕소, 탄화붕소, 탄화규소, 및 이들의 조합물의 군으로부터 선택된 재료를 포함한다. 공구 면은 상기 공구 면으로부터 연장되는 적어도 하나의 일체형 연마 돌기를 가지고, 적어도 하나의 일체형 연마 돌기는 컨디셔닝될 CMP 패드의 표면에 대해 90 도보다 큰 각도를 이루는 적어도 하나의 측면을 갖는다.

임의의 실시형태에서, 적어도 하나의 일체형 연마 돌기는 일체형 연마 돌기들의 어레이를 포함한다. 특정 실시형태에서, 피라미드, 사면체, 원뿔체, 또는 다른 다각형이 컨디셔닝될 CMP 패드의 표면에 대해 약 90 도보다 큰 각도를 이루는 적어도 하나의 측면을 갖는 경우, 일체형 연마 돌기들의 어레이는 피라미드, 사면체, 원뿔체, 또는 다른 다각형의 어레이를 포함한다.

임의의 실시형태에서, 다결정 다이아몬드, 다결정 입방정 질화붕소, 탄화붕소, 탄화규소, 및 이들의 조합물의 군으로부터 재료가 선택된다. 임의의 실시형태에서, 재료는 SiC-다이아몬드 복합재료 (composite) 이다.

본 발명은 또한 CMP 패드의 표면을 컨디셔닝하는 방법을 제공한다. 이 프로세스는 단계 a) 및 단계 b) 를 포함한다. 단계 a) 는, CMP 패드의 표면과 공구 면을 가지는 공구 보디를 포함하는 CMP 패드 컨디셔닝 공구를 접촉시키는 것을 포함하고, 상기 공구 보디와 공구 면은 다결정 다이아몬드, 다결정 입방정 질화붕소, 탄화붕소, 탄화규소, 및 이들의 조합물의 군으로부터 선택된 재료를 포함하고; 공구 면은 상기 공구 면으로부터 연장되는 적어도 하나의 일체형 연마 돌기를 가지고; 상기 적어도 하나의 일체형 연마 돌기는 상기 CMP 패드 컨디셔닝 공구에 의해 접촉되는 CMP 패드의 표면에 대해 약 90 도보다 큰 각도를 이루는 적어도 하나의 측면을 가진다. 단계 b) 는, 선택적으로 하나 이상의 컨디셔닝 유체의 존재하에 상기 CMP 패드의 표면을 컨디셔닝하는 것을 포함한다.

임의의 실시형태에서, 적어도 하나의 일체형 연마 돌기는 일체형 연마 돌기들의 어레이를 포함한다. 특정 실시형태에서, 피라미드, 사면체, 원뿔체, 또는 다른 다각형이 CMP 패드 컨디셔닝 공구에 의해 접촉되는 CMP 패드의 표면에 대해 약 90 도보다 큰 각도를 이루는 적어도 하나의 측면을 갖는 경우, 일체형 연마 돌기들의 어레이는 피라미드, 사면체, 원뿔체, 또는 다른 다각형의 어레이를 포함한다.

임의의 실시형태에서, 다결정 다이아몬드, 다결정 입방정 질화붕소, 탄화붕소, 탄화규소, 및 이들의 조합물의 군으로부터 선택된 재료는 SiC-다이아몬드 복합재료이다.

본 발명은 또한 CMP 패드의 표면을 컨디셔닝하기 위한 시스템을 제공한다. 이 시스템은, 적어도 하나의 CMP 패드를 수용하도록 된 적어도 하나의 CMP 패드 컨디셔닝 시스템; 및 공구 면을 가지는 공구 보디를 구비한 적어도 하나의 CMP 패드 컨디셔닝 공구를 포함하는데, 상기 공구 보디와 공구 면은 다결정 다이아몬드, 다결정 입방정 질화붕소, 탄화붕소, 탄화규소, 및 이들의 조합물의 군으로부터 선택된 재료를 포함하고; 상기 공구 면은 상기 공구 면으로부터 연장되는 적어도 하나의 일체형 연마 돌기를 가지고; 상기 적어도 하나의 일체형 연마 돌기는 컨디셔닝될 CMP 패드의 표면에 대해 약 90 도보다 큰 각도를 이루는 적어도 하나의 측면을 갖는다.

임의의 실시형태에서, 적어도 하나의 일체형 연마 돌기는 일체형 연마 돌기들의 어레이를 포함한다. 특정 실시형태에서, 피라미드, 사면체, 원뿔체, 또는 다른 다각형이 상기 CMP 패드 컨디셔닝 공구에 의해 접촉되는 CMP 패드의 표면에 대해 약 90 도보다 큰 각도를 이루는 적어도 하나의 측면을 갖는 경우, 일체형 연마 돌기들의 어레이는 피라미드, 사면체, 원뿔체, 또는 다른 다각형의 어레이를 포함한다.

본 발명은 또한 CMP 패드의 표면을 컨디셔닝하기 위한 CMP 패드 컨디셔닝 공구를 제조하는 방법을 제공한다. 이 방법은, 청구항 1 에 따른 CMP 패드 컨디셔닝 공구를 제조하기 위해 다결정 다이아몬드, 다결정 입방정 질화붕소, 탄화붕소, 탄화규소, 및 이들의 조합물의 군으로부터 선택된 재료를 포함하는 블랭크의 표면을 기계가공하는 것을 포함한다.

임의의 실시형태에서, 기계가공으로 복수의 일체형 연마 돌기들을 형성한다.

임의의 실시형태에서, 복수의 돌기들은 일체형 연마 돌기들의 규칙적인 어레이이다.

일부 실시형태에서, 기계가공 방법은 와이어 EDM 이다. 다른 실시형태에서, 기계가공 방법은 플런지 (plunge) EDM 이다.

본 발명은 또한 본원에 기술한 CMP 패드 컨디셔닝 공구를 제조하는 다른 방법을 포함한다. 이 방법은, 약 90 중량% 다이아몬드 분말, 약 9.5 중량% 규소 분말, 및 약 0.5 중량% Si₃N₄ 를 포함하는 분말 혼합물을 규소 매스 (mass) 를 포함하는 음각 (negative) 형태로 프레싱하는 단계, 및 상기 분말과 상기 매스를 가압하에 가열하여서 본원에 기술한 CMP 패드 컨디셔닝 공구를 제조하는 단계를 포함한다.

본 발명은 또한 본원에 기술한 CMP 패드 컨디셔닝 공구를 제조하는 다른 방법을 포함한다. 이 방법은, 약 90 중량% 다이아몬드 분말, 약 9.5 중량% 규소 분말, 및 약 0.5 중량% Si₃N₄ 를 포함하는 분말과 바인더를 혼합하여 분말/바인더 혼합물을 형성하는 것을 포함한다. 본 방법은 또한 상기 분말/바인더 혼합물을 프레싱하여 프리폼 (preform) 을 형성하는 단계로서, 상기 프리폼은 프리폼 면으로부터 연장되는 적어도 하나의 일체형 연마 돌기를 포함하는 프리폼 면을 가지는, 프레싱하여 프리폼을 형성하는 단계; 소각 (incineration) 에 의해 프리폼으로부터 모든 바인더를 제거하기에 적합한 온도와 분위기로 상기 프리폼을 가열하는 단계; 및 적어도 약 1,000 ℃ 의 온도에서 적어도 약 5 분 동안 상기 프리폼을 소성 (firing) 시켜서 부분적으로 분말 입자와 반응하여 다공성의 강성 프리폼을 형성하는 단계를 포함한다.

임의의 실시형태에서, 바인더는 폴리에틸렌글리콜 또는 폴리비닐알코올이다.

일부 실시형태에서, 프리폼은 적어도 약 1,450 ℃ 의 온도에서 적어도 약 5 분 동안 소성된다. 다른 실시형태에서, 프리폼은 약 1,300 ℃ 의 온도에서 약 5 분 동안 소성된다.

임의의 실시형태에서, 본 방법은 또한 제 2 온도에서 불활성 가스 내에서 또는 진공하에 다공성의 강성 프리폼을 가열하는 단계; 및 액체 규소가 프리폼에 침투하여 프리폼 내의 다이아몬드와 반응하여 SiC 를 형성하도록 상기 제 2 온도로 가열된 다공성의 강성 프리폼을 액체 규소와 접촉시키는 단계를 포함한다.

전술한 요약 뿐만 아니라 이하의 실시형태의 상세한 설명은 첨부된 도면과 연결하여 읽혀질 때 더 잘 이해될 것이다. 설명의 목적을 위해, 도면들에 바람직한 다양한 실시형태들이 도시되어 있다. 그러나, 나타낸 실시형태들은 도시된 정확한 배치 및 수단에 제한되지 않는다는 것이 이해되어야 한다.

도 1 은 SiC-다이아몬드 복합재료 CMP 패드 컨디셔닝 공구의 표면을 도시하는데, 공구의 표면은 공구의 표면과 일체형인 균등하게 분배된 정사각형 피라미드의 어레이로 실장되어 (populated) 있다.
도 2 는 도 1 에 도시된 공구의 표면에 나타낸 패턴의 개략도이다.
도 3 은 다양한 돌기 어레이를 생성하는데 사용될 수 있는 일반적인 와이어 EDM 절삭 패턴의 개략도이다.
도 4 는 도 1 에서 관찰되는 정사각형 피라미드 패턴을 가지는 기판에 도달하는데 사용되는 와이어 EDM 절삭 패턴의 개략도이다.
도 5 는 본원에 기술한 CMP 패드 컨디셔닝 공구의 연마 돌기와 컨디셔닝되는 CMP 패드 사이에 형성되는 각도의 개략도이다.
도 6 은 실시예 3 에서 기술된 바와 같은 패턴의 개략도이다.

본 개시는, CMP 패드 리컨디셔닝 프로세스를 더욱 완벽히 제어하는 완전 일체형 연마 돌기의 적어도 하나의, 임의의 실시형태에서는 하나의 어레이를 포함하는 CMP 패드 컨디셔닝 공구를 제공한다. 일체형 연마 돌기 및 그것이 존재하는 기판은 본원에 기술한 다양한 프로세스들 중 하나를 사용해 단일 재료로 형성된다. 단일 재료로 기판 및 기판의 돌기를 만들면 접착제가 필요하지 않으나, 그렇지 않으면 연마 돌기가 존재할 기판에 연마 돌기를 간접적으로 본딩시킨다. 완전 일체형 돌기는 연마 입자손실에 실질적으로 덜 민감하다.

임의의 특정 이론에 얽매이지 않기를 바라며, 연마 입자손실에 대한 민감성 부족은 적어도 부분적으로 기판 및 연마 돌기를 제조하는데 사용되는 재료의 고유 강도 뿐만 아니라, CMP 프로세스 중 전형적으로 사용되는 폴리싱 슬러리 내의 화학물질에 의한 부식 공격에 대한 이 재료의 저항성으로부터 파생하는 것으로 알려져 있다. 따라서, 미국 특허 7,641,538 에 기술된 것과 같은 공지된 CMP 패드 컨디셔닝 공구와 비교했을 때, 본원에 기술한 CMP 패드 컨디셔닝 공구는 보다 높은 연마재 보유율과 더 긴 공구 수명을 제공한다. 본원에 기술한 프로세스 및 재료는 또한 일체형 연마 돌기의 절삭 작용의 공격성 (aggressiveness) 을 최적화시키고 제어할 수 있도록 한다.

본 개시는 또한 적어도 하나의 연마 돌기 또는 그것의 어레이를 가지는 CMP 패드 컨디셔닝 공구를 제조하는 방법을 제공한다. 예를 들어, 본원에 기술한 CMP 패드 컨디셔닝 공구를 제조하는 프로세스는 일체형 연마 돌기(들)의 기하학적 구조에 대한 충분한 제어를 제공한다. 일체형 연마 돌기(들)의 높이, 폭, 간격, 및 형상을 제어할 수 있는 능력은 현재 컨디셔닝 공구에서 통상적인 불규칙성을 제거하고 공지된 랜덤 어레이에서 통상적인 하나 이상의 너무 공격적인 돌기를 수정하거나 제거할 필요가 없도록 한다. 예를 들어, 미국 공개 2010/0186479 를 참조할 수 있다. 본원에 기술한 공구 및 방법은 또한 컨디셔닝 프로세스의 반복성을 개선한다.

임의의 실시형태에서, CMP 패드 컨디셔닝 공구는, 다결정 다이아몬드 (Co-결합된 다결정 다이아몬드 및 SiC-결합된 다이아몬드 포함), 다결정 입방정 질화붕소, 탄화붕소, 탄화규소, 이들의 조합물, 또는 다른 극히 단단한 내부식성 재료와 같은 공지된 재료로 가공될 수 있다. 이런 단단한, 내부식성 재료는 단결정 재료, 다결정 재료, 또는 복합재료로서 제공될 수도 있다.

예를 들어, 임의의 실시형태에서, CMP 패드 컨디셔닝 공구는, 전체 내용이 본원에 참조로 포함된 미국 특허 5,106,393 에 기술된 재료와 같은 SiC-다이아몬드 복합재료로 제조될 수 있다. 특정 실시형태에서, SiC-다이아몬드 복합재료는 X선 회절로 측정했을 때 약 78 중량% ~ 약 82 중량% 다이아몬드, 약 18 중량% ~ 약 20 중량% SiC, 및 선택적으로, 약 1 중량% ~ 약 2 중량% 미반응 Si 를 포함할 수 있다.

Si₃N₄ 가 SiC/다이아몬드 복합재료를 제조하는데 사용되는 재료의 혼합물에 포함될 때, 미량의 질소가 프로세싱 중 용융된 혼합물로 침투하여 탄소를 대체할 수 있다. 미량의 질소는 결과적으로 생긴 재료에 전기 전도성을 부여한다. SiC-다이아몬드 복합재료 중 질소의 양은 전형적으로 전체 조성의 약 0.2 중량% 미만이다. 복합재료에 사용되는 다이아몬드는 단일 결정립도, 또는 선택적으로 서브미크론 크기로부터 최대 약 200 미크론의 범위에 있는 결정립도의 임의의 조합을 포함할 수 있다.

특정 실시형태에서, SiC-다이아몬드 복합재료는 2 가지 다른 결정립도를 갖는 다이아몬드의 혼합물을 포함할 수 있다. 임의의 실시형태에서, 1 차 다이아몬드 결정립도는 약 20 미크론일 수 있고 2 차 다이아몬드 결정립도는 약 5 미크론일 수 있다. 이 다이아몬드는 약 1 : 10 내지 약 10 : 1 의 중량비로 혼합될 수 있다. 특정 실시형태에서, 1 차 대 2 차 다이아몬드 결정립도의 중량비는 약 4 : 1 이다 .

임의의 실시형태에서, CMP 컨디셔닝 패드에서 사용하기에 적합한 것으로서 본원에 기술한 재료는 CVD 방법에 의해 생성될 수 있다. 다결정 다이아몬드 및 입방정 질화붕소는 공지된 HPHT 방법에 의해 생성될 수 있다. 반응 소결 다이아몬드 및 입방정 질화붕소 복합재료는 HPHT 소결, 모세관 침투, 반응 소결, 또는 종래의 소결에 의해 생성될 수 있다. SiC 와 같은 종래의 단결정 연마재 또는 연마재 결정의 소결된 복합체 (assemblages) 가 또한 이런 방법들에 의해 생성될 수도 있다.

CMP 컨디셔닝 패드에서 사용하기에 적합한 것으로서 본원에 기술한 임의의 재료는 본질적으로 전도성이 있거나, 전도성 또는 반전도성으로 되도록 도핑되거나, 하나 이상이 전기 전도성을 가질 수도 있는 재료들의 혼합물을 포함할 수 있다. 전기 전도성은, 와이어 EDM, 플런지 EDM, 형성 전극 방전 연삭, 방전 연삭, 및 본 기술분야의 당업자에게 알려진 유사한 방법과 같은 플라즈마 기계가공 방법을 용이하게 한다.

비전기 전도성 재료에 대해, 기계가공 방법은 종래의 연삭, 리소그래피, 레이저 어블레이션 (laser ablation), 및 다른 종래의 방법을 포함하지만, 이에 제한되지 않는다. 이런 종래의 방법은 또한 플라즈마 기계가공에 적합한 샘플의 플라즈마 기계가공과 함께 또는 대안으로 사용될 수 있다.

본원에 기술한 재료를 사용해 제조된 CMP 패드 컨디셔닝 공구는 적어도 하나의 연마 돌기를 포함할 수 있지만 복수의 돌기를 포함할 수도 있다. 돌기는 직선, 곡선 또는 톱니형 에지를 가질 수 있다. 돌기는, 피라미드 (정사각형 피라미드, 삼각형 피라미드, 팔각형 및 다른 다각형 피라미드를 포함하지만 이에 제한되지 않음), 절두 피라미드, 사면체, 원뿔체 (완전하거나 절두형임), 원통, 각기둥 (삼각형, 직사각형, 오각형, 육각형, 및 그 밖의 정각기둥 또는 비정각기둥을 포함하지만 이에 제한되지 않음), 및 다른 다각형과 같은 임의의 공지된 기하학적 형상의 형태를 취할 수 있지만 이에 제한되지 않는다.

피라미드, 원뿔체, 및 사면체 (제한되지 않음) 와 같은 돌기는 그것의 자연적인 기하학적 구조에 따라 뾰족하게 될 수도 있고, 또는 절두형이거나 그렇지 않으면 뭉툭할 (blunted) 수도 있다. 바람직한 실시형태에서, 돌기의 기하학적 구조는, 컨디셔닝되는 CMP 패드의 표면과 돌기의 표면 사이의 각도가 약 90°초과, 약 95°초과, 100°초과, 또는 심지어 105°또는 110°를 초과하도록 되어 있다. 도 5 에 나타난 것처럼 각도 (α₃) 가 측정될 수 있다.

임의의 실시형태에서, CMP 패드 컨디셔닝 공구는 연마 돌기의 어레이를 포함할 수 있다. 어레이된 돌기의 크기는 단일 공구 내에서 또는 공구별로 평면 치수 및 높이가 바뀔 수 있다. 어레이는 주기적 데카르트 성질 (periodic Cartesian nature), 회전 대칭, 반복가능한 세미-랜덤 특성, 또는 완전 랜덤 특성을 가질 수 있다. 컨디셔닝 도구는, 유체, 반응물, 및 폴리싱 스와프가 공구로부터 보다 효과적으로 제거되도록 허용하는 침입 (penetrations) 을 또한 포함할 수도 있다.

CMP 패드 컨디셔닝 공구의 돌기는 다수의 방법으로 제조될 수 있다. 예를 들어, 임의의 실시형태에서, 본원에 전술한 조성을 가지는 SiC-다이아몬드 복합재료는 2 차 기계가공할 필요없이 재료의 제조 프로세스 동안 연마 돌기로 형성될 수 있다. 이러한 프로세스는, 표면에서 음각 형태의 원하는 돌기 또는 돌기 어레이를 가지는 규소 매스와 필수적 다이아몬드 및 규소 분말을 접촉하게 배치하는 것을 포함한다. 규소 표면에서의 음각 형태는 에칭, 드릴링, 레이저 어블레이션, 및 방전 기계가공을 포함한 공지된 방법을 사용해 제조될 수 있다.

제조 프로세스 중, 다이아몬드와 규소 분말 혼합물은 음각 형태로 프레싱되어, 그것의 형상을 취한다. 제조 프로세스를 완료할 때, 즉 가압하에 온도로 분말 혼합물을 가열할 때, 결과적인 SiC-다이아몬드 복합재료는 규소 매스에 대응하는 음각 형태의 크기, 형상, 및 간격을 가지는 돌기를 구비한 표면을 갖는다.

전술한 방법에 따라 제조된 CMP 패드 컨디셔닝 공구는, 공지된 프로세스에 따라 개별적으로, 또는 그룹으로, 또는 이들의 조합으로 제조될 수 있다.

다른 실시형태에서, Si-C 다이아몬드 복합재료의 CMP 패드 컨디셔닝 공구는, 다이 또는 펀치로 프레싱될 때, 분말 혼합물이 압밀되어 "프리폼" 을 생성하도록 적절한 규소 및 다이아몬드 분말 혼합물을 PEG (폴리에틸렌글리콜) 또는 PVA (폴리비닐알코올) 과 같은 바인더와 배합함으로써 제조될 수 있다. 원하는 돌기 또는 돌기 어레이에 대응하는 함몰부 어레이를 가지는 펀치 또는 다이를 만들어줌으로써, 원하는 표면 기하학적 구조를 포함하는 프리폼이 제조될 수 있다. 선택적으로, 프리폼으로 압축되기 전, 분말은 분무 건조, 동결 과립화 또는 다른 과립화 방법과 같은 프로세스를 사용해 과립화될 수도 있다.

여전히 원하는 표면 기하학적 구조를 제공하는 프리폼은 그 후 바인더를 제거하기 위해서 제어된 분위기와 온도를 가지는 노 (furnace) 에서 소성될 수 있다. 임의의 실시형태에서, 미시 양의 SiC 를 생성하도록 프리폼 내의 일부 규소가 프리폼 내의 일부 다이아몬드와 반응하도록 프리폼은 그 후 약 1,000 ℃ 에서 소성된다. 일부 실시형태에서, 프리폼은 적어도 약 5 분 동안 약 1,300 ℃ 에서 소성된다. 미시 양의 SiC 는 입자를 함께 본딩하여서, 추가 프로세싱을 용이하게 한다. 이렇게 소성된 프리폼은 또한 바인더가 있었던 곳에 다공성 매트릭스를 포함한다.

그 후, 소성된 프리폼은 다른 노에 배치될 수 있는데 규소가 침투하여 프리폼 내부의 기공을 충전시키도록 프리폼이 불활성 가스에서 가열되고 액체 규소와 접촉하게 배치된다. 침투 프로세스 중, 규소는 프리폼 내의 다이아몬드와 반응하여 SiC 를 형성하여서 다이아몬드, SiC, 및 규소로 구성된 조밀체 (dense body) 를 생성한다. 임의의 실시형태에서, 그리고 불활성 가스하에 가열의 대안으로서, 소성된 프리폼은 진공에서 가열될 수 있다. 각각의 프로세스는 거의 완전한 조밀체를 형성한다.

대안적인 실시형태에서, 바인더를 포함한 프리폼은 적어도 약 5 분 동안 적어도 약 1,450 ℃ 의 온도로 소성될 수 있다. 이런 성질의 프로세스에서, Si 의 SiC 로 변환은 실질적으로 완전하여, 약 20 체적% ~ 약 50 체적% 의 다공성을 포함한 SiC-다이아몬드 복합재료를 발생시킨다. 다공성 양은 분말 조성, 분말 프로세싱 및 프리폼 프레싱 파라미터를 조절함으로써 제어될 수 있다.

이용되는 프로세스에 관계없이, 결과적인 생성물은 원하는 표면 기하학적 구조를 보유하고 임의의 필요한 후 프로세싱 후에 CMP 패드 컨디셔닝 공구로서 사용하기에 적합하다.

다른 실시형태에서, CMP 패드 컨디셔닝 공구는 먼저 기판을 제조하고, 그 후 원하는 돌기 또는 돌기 어레이를 제공하도록 기판을 기계가공함으로써 제조될 수 있다. 예를 들어, 전기 전도성의 SiC-다이아몬드 복합재료는 가변적 크기와 기하학적 구조의 돌기를 제조하도록 와이어 EDM 과 같은 플라즈마 기계가공법을 부여받을 수 있다.

일반적인 와이어 EDM 절차에 따르면, 본원에 전술한 SiC-다이아몬드 복합재료와 같은 전기 전도성 재료는 원형, 정사각형, 육각형, 또는 다른 원하는 단면과 적절한 직경을 갖는 바 (bar) 와 같은 편리한 형상 또는 크기로 제조된다. 임의의 실시형태에서, 블랭크는 그것의 축선이 수평이도록 와이어 EDM 에 장착된다. 그 후에, 그리고 임의의 실시형태에서, 새로운 표면이 추가 프로세싱을 위해 노출되도록 제 1 절삭부가 만들어질 수 있다.

임의의 실시형태에서, 일련의 절삭부가 블랭크의 표면 안으로 가로질러 만들어질 수 있다. 예시적 일련의 절삭부는 도 3 에 개략적으로 도시된다. 이런 일련의 절삭부는 일 방향으로 블랭크의 표면을 가로질러 횡단하고 블랭크 표면의 법선에 대해 약 0 ~ 약 -90 도 사이의 제 1 각도 (α₁) 로 블랭크의 표면 안으로 적어도 하나의 제 1 절삭부를 포함한다. 특정 실시형태에서, α₁ 은 약 -45 ~ 약 0 도일 수 있다. 절삭부는 블랭크의 표면에 수직인 라인에서 측정되는 것과 같이 적절한 깊이까지 블랭크로 진행할 수 있다. 이 거리는 도 3 에서 -y2 로 나타나 있다.

절삭부는 그 후 표면에 평행하게, 깊이 -y2 에서, 원하는 거리 x5 에 대해 진행할 수 있는데, x5 는 0 이상일 수 있다. 절삭부는 그 후 법선 표면에 대해 제 2 각도 (α₂) 로 블랭크 밖으로 진행할 수 있다. 임의의 실시형태에서, α₂는 α₁과 동일한 절대값을 가질 수 있지만, 다른 부호를 가질 수 있다 (즉, 약 -30°및 약 30°). 다른 실시형태에서, α₁ 과 α₂는 동일할 수 있다. 또다른 실시형태에서, α₁ 과 α₂는 다른 절대값과 다른 부호를 가질 수 있다. 이런 일련의 절삭부는 블랭크의 표면에 골 (trough) 을 형성한다.

임의의 실시형태에서, 와이어는 그 후 원하는 돌기의 유형에 따라 제 1 일련의 절삭부에 대해 양의 방향 또는 음의 방향 중 어느 하나로 와이어를 거리 (x6) 로 이동시킴으로써 후속 절삭을 위해 위치결정될 수 있다. 그 후에, 임의의 실시형태에서, 다음 골, 또는 일련의 골을 블랭크의 표면에 절삭하도록 제 2 일련의 절삭부가 만들어질 수 있다. 이 프로세스는 절삭될 부가적 표면 영역이 없을 때까지 원하는 대로 반복될 수 있다.

블랭크의 표면에 원하는 개수의 적절한 형상의 골을 절삭함으로써, 블랭크는 각도 (β) 만큼 그것의 축선을 중심으로 회전할 수 있고, 전술한 절삭 프로세스가 반복될 수 있어서, 제 1 일련의 골에 대해 각도 (β) 로 제 2 일련의 골이 생성된다. 원하는 돌기의 형상, 크기, 및 간격에 따라, 회전 (β) 및 골 절삭은 추가로 반복될 수도 있다.

CMP 패드 컨디셔닝 공구는, CMP 패드 표면을 가로질러 공구를 이동시키는 장비 모듈에서 하나 이상의 공구의 조립체로 통합될 수 있다.

실시예

본원에 개시된 CMP 패드 컨디셔닝 공구 및 이를 제조하는 방법은 이제 다음 실시예를 참조로 더 상세히 설명된다. 이 실시예는 단지 설명을 위해 제공되고, CMP 패드 컨디셔닝 공구 및 이를 제조하는 방법은 결코 이 실시예에 제한되는 것으로 이해해서는 안 되고 오히려 본원에 제공되는 교시에 따라 분명하게 되는 임의의 모든 변형예를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

실시예 1

대략적으로 원통형인 SiC-다이아몬드 복합재료가 다음 절차에 따라 제조되었다. 약 90 중량% 다이아몬드, 약 9.5 중량% Si 분말, 및 약 0.5 중량% Si₃N₄ 를 포함하는 혼합물이 제조되었다. 다이아몬드 분말은 약 20 미크론의 입자 크기를 가지는 다이아몬드 분말 4 부분과 약 5 미크론의 평균 입자 크기를 가지는 다이아몬드 분말의 1 부분을 포함하였다. Si 분말은 약 10 미크론 미만의 평균 입자 크기를 가졌고, Si₃N₄ 분말은 약 1 미크론의 입자 크기를 가졌다.

분말 혼합물은 그 후 압력 셀로 로딩되었고 규소 보디와 접촉하게 배치되었다. 이 재료는 그 후 약 1,600 ℃ 에서 최대 약 30 kBar 의 압력에서 HPHT 를 거쳤다. 30 분 후, 온도와 압력은 주위 조건으로 점차 감소되었고 대략적으로 원통형인 SiC-다이아몬드 복합재료 샘플은 압력 셀로부터 회수되었다.

결과적으로 생긴 다이아몬드 복합재료는, X선 회절로 결정했을 때, 대략적으로 약 78 중량% ~ 약 82 중량% 다이아몬드, 약 18 중량% ~ 약 20 중량% 의 연속 SiC 매트릭스, 약 1 중량% ~ 2 중량% 의 미반응 Si 를 포함하였다.

실시예 2

도 2 에 나타낸 표면 패턴을 가지는 CMP 패드 컨디셔너는 다음 프로세스에 의해 제조되었다. 모든 기계가공은 Fanuc Robocut alpha-oc 와이어 EDM 기계에서 수행되었다. 와이어 EDM 기계에서, 0.008" 직경의 와이어는 수직 배향으로 유지되었고, 실시예 1 에 따라 제조된 SiC-다이아몬드 복합재료의 원통은 원통의 축선이 수평 배향되게 장착되었다. 제 1 절삭부는 SiC-다이아몬드 복합재료의 새로운 표면을 노출시키도록 원통 축선에 수직으로 만들어졌다.

그 후, 일련의 제 2 절삭부는 이 새로운 표면 안으로 가로질러 만들어졌다. 이런 일련의 절삭부는, 샘플의 표면 안으로 0.5 ㎜, 30 도의 각도를 이루는 절삭부; 0.5 ㎜ 깊이로 샘플의 표면과 평행한 0.2 ㎜ 길이의 절삭부; 및 표면 밖으로 -30 도의 각도를 이루는 후속 절삭부로 이루어졌다. 이런 일련의 절삭부는 SiC-다이아몬드 복합재료의 표면에 골을 형성하였다. 이 절삭 패턴의 그래프 도면이 도 4 에 나타나 있다

이런 일련의 절삭부는, 일련의 평행한 골들이 형성되도록 원통의 표면을 가로질러 반복되었다. 다음에, 원통은 그 축선을 중심으로 90 도만큼 회전하였고 일련의 제 2 절삭부와 동일한 일련의 제 3 절삭부가 원통 표면에 정사각형-피라미드 형상의 돌기의 매트릭스를 남기면서 만들어졌다. 제 1 절삭부에 평행하고 원통 축선에 수직인 최종 절삭부가 그 후 새롭게 절삭된 표면 뒤 적절한 거리에서 만들어져서 SiC-다이아몬드 복합재료의 원통으로부터 원형 CMP 패드 컨디셔닝 공구를 제거한다.

실시예 3

도 6 에 나타낸 표면 패턴을 가지는 CMP 패드 컨디셔너는, 다음과 같은 차이점을 제외하고는, 실시예 2 에서와 동일한 프로세스에 의해 제조되었다.

일련의 제 2 절삭부는 그 후 이 새로운 표면 안으로 가로질러 만들어졌다. 이런 일련의 절삭부는, 샘플의 표면 안으로 0.5 ㎜, -15 도의 각도를 이루는 절삭부; 0.5 mm 깊이로 샘플의 표면과 평행한 0.18 ㎜ 길이의 절삭부; 및 표면 밖으로 15 도의 각도를 이루는 후속 절삭부로 이루어졌다. 이런 일련의 절삭부는 SiC-다이아몬드 복합재료의 표면에 골을 형성하였다.

이런 일련의 절삭부는, 일련의 평행한 골이 형성되도록 원통 표면을 가로질러 반복되었다. 다음에, 원통은 그것의 축선을 중심으로 120 도만큼 회전하였고, 일련의 제 2 절삭부와 동일한 일련의 제 3 절삭부가 만들어졌다. 다음에, 원통은 다시 120 도만큼 회전하였고 일련의 제 2 및 제 3 절삭부와 동일한 일련의 제 4 절삭부가 원통 표면에 삼각형-피라미드 형상인 돌기의 매트릭스를 남기면서 만들어졌다. 그 후, SiC-다이아몬드 복합재료의 원통으로부터 원형 CMP 패드 컨디셔닝 공구를 제거하도록 제 1 절삭부에 평행하고 원통 축선에 수직인 최종 절삭부가 새롭게 절삭된 표면 뒤에서 적절한 거리에 만들어졌다.

특정 실시형태들이 참조되었지만, 다른 실시형태 및 변형예가 그것의 정신 및 범위에서 벗어나지 않으면서 본 기술분야의 당업자에 의해 고안될 수 있음은 자명하다. 첨부된 청구항은, 이런 모든 실시형태 및 등가의 변형예를 포함하는 것으로 이해된다.

Claims

화학적 기계적 폴리싱 ("CMP") 패드의 표면을 컨디셔닝하기 위한 CMP 패드 컨디셔닝 공구로서,
상기 공구는, 공구 면 (tool face) 을 가지는 공구 보디를 포함하고, 상기 공구 보디와 상기 공구 면은 다결정 다이아몬드, 다결정 입방정 질화붕소, 탄화붕소, 탄화규소, 및 이들의 조합물의 군으로부터 선택된 재료를 포함하고,
상기 공구 면은 상기 공구 면으로부터 연장되는 적어도 하나의 일체형 연마 돌기를 가지고,
상기 적어도 하나의 일체형 연마 돌기는 컨디셔닝될 CMP 패드의 표면에 대해 약 90 도보다 큰 각도를 이루는 적어도 하나의 측면을 가지는, CMP 패드 컨디셔닝 공구.
제 1 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 일체형 연마 돌기는 일체형 연마 돌기들의 어레이를 포함하는, CMP 패드 컨디셔닝 공구.
제 2 항에 있어서,
피라미드, 사면체, 원뿔체, 또는 다른 다각형이 컨디셔닝될 CMP 패드의 표면에 대해 90 도보다 큰 각도를 이루는 적어도 하나의 측면을 갖는 경우, 상기 일체형 연마 돌기들의 어레이는 상기 피라미드, 사면체, 원뿔체, 또는 다른 다각형의 어레이를 포함하는, CMP 패드 컨디셔닝 공구.
제 1 항에 있어서,
다결정 다이아몬드, 다결정 입방정 질화붕소, 탄화붕소, 탄화규소, 및 이들의 조합물의 군으로부터 선택된 상기 재료는 SiC-다이아몬드 복합재료 (composite) 인, CMP 패드 컨디셔닝 공구.
CMP 패드의 표면을 컨디셔닝하는 방법으로서,
상기 방법은,
a) 상기 CMP 패드의 표면을 CMP 패드 컨디셔닝 공구와 접촉시키는 단계로서, 상기 CMP 패드 컨디셔닝 공구는:
공구 면을 가지는 공구 보디를 포함하고, 상기 공구 보디와 상기 공구 면은 다결정 다이아몬드, 다결정 입방정 질화붕소, 탄화붕소, 탄화규소, 및 이들의 조합물의 군으로부터 선택된 재료를 포함하고,
상기 공구 면은 상기 공구 면으로부터 연장되는 적어도 하나의 일체형 연마 돌기를 가지고,
상기 적어도 하나의 일체형 연마 돌기는, 상기 CMP 패드 컨디셔닝 공구와 접촉하게 되는 상기 CMP 패드의 표면에 대해 약 90 도보다 큰 각도를 이루는 적어도 하나의 측면을 가지는, 상기 CMP 패드의 표면을 CMP 패드 컨디셔닝 공구와 접촉시키는 단계; 및
b) 상기 CMP 패드의 표면을, 선택적으로 하나 이상의 컨디셔닝 유체의 존재하에서, 컨디셔닝하는 단계를 포함하는, CMP 패드의 표면을 컨디셔닝하는 방법.
제 5 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 일체형 연마 돌기는 일체형 연마 돌기들의 어레이를 포함하는, CMP 패드의 표면을 컨디셔닝하는 방법.
제 6 항에 있어서,
피라미드, 사면체, 원뿔체, 또는 다른 다각형이 상기 CMP 패드 컨디셔닝 공구와 접촉하게 되는 상기 CMP 패드의 표면에 대해 약 90 도보다 큰 각도를 이루는 적어도 하나의 측면을 갖는 경우, 상기 일체형 연마 돌기들의 어레이는 상기 피라미드, 사면체, 원뿔체, 또는 다각형의 어레이를 포함하는, CMP 패드의 표면을 컨디셔닝하는 방법.
제 5 항에 있어서,
다결정 다이아몬드, 다결정 입방정 질화붕소, 탄화붕소, 탄화규소, 및 이들의 조합물의 군으로부터 선택된 상기 재료는 SiC-다이아몬드 복합재료인, CMP 패드의 표면을 컨디셔닝하는 방법.
CMP 패드의 표면을 컨디셔닝하는 시스템으로서,
적어도 하나의 CMP 패드를 수용하도록 된 적어도 하나의 CMP 패드 컨디셔닝 시스템; 및
적어도 하나의 CMP 패드 컨디셔닝 공구를 포함하고,
상기 공구는, 공구 면을 가지는 공구 보디를 포함하고, 상기 공구 보디와 상기 공구 면은 다결정 다이아몬드, 다결정 입방정 질화붕소, 탄화붕소, 탄화규소, 및 이들의 조합물의 군으로부터 선택된 재료를 포함하고;
상기 공구 면은 상기 공구 면으로부터 연장되는 적어도 하나의 일체형 연마 돌기를 가지고;
상기 적어도 하나의 일체형 연마 돌기는 컨디셔닝될 CMP 패드의 표면에 대해 약 90 도보다 큰 각도를 이루는 적어도 하나의 측면을 가지는, CMP 패드의 표면을 컨디셔닝하는 시스템.
제 9 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 일체형 연마 돌기는 일체형 연마 돌기들의 어레이를 포함하는, CMP 패드의 표면을 컨디셔닝하는 시스템.
제 10 항에 있어서,
피라미드, 사면체, 원뿔체, 또는 다른 다각형이 상기 CMP 패드 컨디셔닝 공구와 접촉하게 되는 상기 CMP 패드의 표면에 대해 90 도보다 큰 각도를 이루는 적어도 하나의 측면을 갖는 경우, 상기 일체형 연마 돌기들의 어레이는 상기 피라미드, 사면체, 원뿔체, 또는 다각형의 어레이를 포함하는, CMP 패드의 표면을 컨디셔닝하는 시스템.
제 9 항에 있어서,
다결정 다이아몬드, 다결정 입방정 질화붕소, 탄화붕소, 탄화규소, 및 이들의 조합물의 군으로부터 선택된 상기 재료는 SiC-다이아몬드 복합재료인, CMP 패드의 표면을 컨디셔닝하는 시스템.
CMP 패드의 표면을 컨디셔닝하는 CMP 패드 컨디셔닝 공구를 제조하는 방법으로서,
다결정 다이아몬드, 다결정 입방정 질화붕소, 탄화붕소, 탄화규소, 및 이들의 조합물의 군으로부터 선택된 재료를 포함한 블랭크의 표면을 기계가공하여, 제 1 항에 따른 CMP 패드 컨디셔닝 공구를 제조하는 단계를 포함하는, CMP 패드 컨디셔닝 공구를 제조하는 방법.
제 13 항에 있어서,
상기 기계가공으로 복수의 일체형 연마 돌기들을 형성하는, CMP 패드 컨디셔닝 공구를 제조하는 방법.
제 14 항에 있어서,
상기 복수의 돌기들은 일체형 연마 돌기들의 규칙적인 어레이인, CMP 패드 컨디셔닝 공구를 제조하는 방법.
제 13 항에 있어서,
상기 기계가공의 방법은 와이어 EDM 인, CMP 패드 컨디셔닝 공구를 제조하는 방법.
제 13 항에 있어서,
상기 기계가공의 방법은 플런지 (plunge) EDM 인, CMP 패드 컨디셔닝 공구를 제조하는 방법.
제 1 항에 따른 CMP 패드 컨디셔닝 공구를 제조하는 방법으로서,
약 90 중량% 다이아몬드 분말, 약 9.5 중량% 규소 분말, 및 약 0.5 중량% Si₃N₄ 를 포함하는 분말 혼합물을, 규소 매스 (mass) 를 포함하는 음각 (negative) 형태로 프레싱하는 단계, 및
상기 분말과 상기 매스를 가압하에 가열하여, 제 1 항에 따른 CMP 패드 컨디셔닝 공구를 형성하는 단계를 포함하는, CMP 패드 컨디셔닝 공구를 제조하는 방법.
제 1 항에 따른 CMP 패드 컨디셔닝 공구를 제조하는 방법으로서,
약 90 중량% 다이아몬드 분말, 약 9.5 중량% 규소 분말, 및 약 0.5 중량% Si₃N₄ 를 포함하는 분말을 바인더와 혼합하여 분말/바인더 혼합물을 형성하는 단계;
상기 분말/바인더 혼합물을 프레싱하여 프리폼 (preform) 을 형성하는 단계로서, 상기 프리폼은 프리폼 면으로부터 연장되는 적어도 하나의 일체형 연마 돌기를 포함하는 상기 프리폼 면을 가지는, 상기 프리폼의 형성 단계;
소각 (incineration) 에 의해 상기 프리폼으로부터 모든 바인더를 제거하기에 적합한 온도와 분위기로 상기 프리폼을 가열하는 단계; 및
적어도 약 1,000 ℃ 의 온도에서 적어도 약 5 분 동안 상기 프리폼을 소성 (firing) 시켜서, 분말 입자을 부분적으로 반응시키고 다공성의 강성 프리폼을 형성하는 단계를 포함하는, CMP 패드 컨디셔닝 공구를 제조하는 방법.
제 19 항에 있어서,
상기 바인더는 폴리에틸렌글리콜 또는 폴리비닐알코올인, CMP 패드 컨디셔닝 공구를 제조하는 방법.
제 20 항에 있어서,
상기 프리폼은 적어도 약 1,450 ℃ 의 온도에서 적어도 약 5 분 동안 소성되는, CMP 패드 컨디셔닝 공구를 제조하는 방법.
제 20 항에 있어서,
상기 프리폼은 약 1,300 ℃ 의 온도에서 약 5 분 동안 소성되는, CMP 패드 컨디셔닝 공구를 제조하는 방법.
제 19 항에 있어서,
불활성 가스 내에서 또는 진공하에서 상기 다공성의 강성 프리폼을 제 2 온도에서 가열하는 단계; 및
상기 제 2 온도로 가열된 상기 다공성의 강성 프리폼을 액체 규소와 접촉시켜서, 상기 액체 규소가 프리폼에 침투하고 상기 프리폼 내의 다이아몬드와 반응하여 SiC 를 형성하게 하는 단계를 더 포함하는, CMP 패드 컨디셔닝 공구를 제조하는 방법.