KR100314698B1 - 래핑 방법과 이 래핑 방법에서 사용하기 위한 연마입자 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 래핑 대상 재료를 래핑하기 위한 방법에 관한 것으로서, 본 발명의 방법에서는 회전하는 연마포의 표면에 상기 래핑 대상 재료가 접촉하게되며, 또한 연마입자들을 포함하는 연마제가 사용된다. 연마입자들은 래핑 대상 재료의 경도와 동일하거나 동등한 경도를 갖는다. 경도는 연마입자들의 밀도를 조절하므로써 조절된다. 또한, 본 발명의 래핑방법에서 사용하기 위한 연마입자들을 제조하기 위한 방법이 제공되며, 이 방법에서는 실란과 산소가 원하는 밀도를 갖는 다공성 실리카 입자들을 발생시키기 위해 기체상태로 분사된다.
Description
본 발명은 반도체 웨이퍼와 같은 래핑 대상 재료를 래핑하기 위한 방법에 관한 것이며, 또한 이 래핑방법에서 사용하기 위한 연마입자를 제조하기 위한 방법에 관한 것이다.
도 1은 반도체 웨이퍼를 래핑하기 위한 방법의 일례를 도시하며, 여기서 반도체 웨이퍼, 즉 래핑 대상 재료는 홀딩 테이블(holding table)상에 유지된 연마포(lapping cloth)와 접촉하도록 압착된다. 연마포는 도면에 도시하지 않은 회전 테이블상에 지지된다. 래핑은 웨이퍼와 접촉하는 연마포 표면상에 연마제를 공급하면서 연마포를 회전시키므로써 실시될 수 있다.
연마제는 실리카 또는 알루미나의 연마입자들을 액체 매질과 혼합하고 입자 직경과 입자의 pH를 조절하므로써 얻어진다. 종래의 래핑방법에서, 스크래치(scratch)와 디슁(dishing)을 위한 대책은 기본적으로 연마포의 경도를 조절하므로써 얻어진다.
일본 특개평 제 04-223852 호는 상기와 같은 개념에 기초한 래핑방법을 기재하고 있다. 이러한 공지된 방법에서, 래핑은 래핑 대상 재료의 경도보다 약간 더 높은 경도를 갖는 그라인드스톤(grindstone) 입자를 포함하는 결합성이 낮은 형태의 그라인드스톤을 사용하여 실시된다. 또한, 이 방법은 래핑 대상 재료과 동등하거나 이 물질보다 약간 더 낮은 경도를 갖는 다른 연마입자를 동시에 이용한다. 연마입자에 사용하기 위하여 산화크롬, 산화철, 산화규소, 산화마그네슘과 탄화마그네슘과 같은 산화금속이 권장된다.
일본 특개평 제 08-3540 호에는 상기와 같은 래핑에 사용하기 위한 연마입자들을 제조하기 위한 방법의 일례를 기재하고 있다. 이 종래방법에서 연마입자들의 경도는 비교적 낮은 경도를 갖는 산화금속계 화합물의 입자들을 미크론(micron)정도로 형성하기 위해 금속-산소 원자간 결합을 갖는 유기금속화합물을 순화중화(emulsion-polymerizing)하여 미크론화된 입자들 주위에 비교적 높은 경도를 갖는 다른 산화금속계 화합물을 발생시키므로써 조절될 수 있다.
그러나, Al 다마쉰(Al damascene)을 형성하기 위한 Al-CMP와 같은 물질의 경우에 Al이 부드럽기 때문에 디슁과 스크레치가 용이하게 형성된다.
부가적으로, 최적의 연마 입자 종류는 적용되게 되는 연마 대상 재료에 따라 선택되며, 이는 그 종류를 변화시킴으로써 다양한 연마 입자들로부터 선택될 수 있다. 그러나, 특히 연마입자들의 경도는 조절되지 않기 때문에 연마포의 경도만을 조절하므로써 연마입자들로부터 야기된 스크래치를 제거할 수 없다. 이것은 주로 연마입자의 경도가 연마포의 경도와 함께 조절되지 않기 때문이다.
상술한 일본 특개평 제 08-3540 호에 기재된 바와 같은 연마입자를 제조하기 위한 방법은 비교적 높은 경도를 갖는 연마입자를 제공할 수 있다. 그러나 이 경도의 조절범위는 제한된다. 경도 조절에 있어서, 원료로서 사용되는 유기금속화합물의 구조 등을 선택하여 이 구조의 생성후에 소성시키는 방법이 기재되어 있다. 이것은 연마입자의 경도를 증가시키기 위한 것이다.
본 발명의 목적은 디슁과 스크래치의 발생을 방지할 수 있는 래핑방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상술한 래핑방법에 적절한 연마입자를 제조하기 위한 방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 따라서, 래핑 대상 재료를 래핑하기 위한 방법이 제공된다. 이 방법은 밀도가 조절된 연마입자들을 포함하는 연마제를 이용하며 연마입자들은 래핑 대상 재료의 경도와 동일하거나 동등한 경도를 가질 수 있다.
본 발명에 적용된 연마입자들은 실리카입자, 산화금속입자, 질화금속입자, 탄화금속입자를 포함할 수 있다.
본 발명은 연마입자들을 제조하기 위한 방법을 추가로 제공한다. 이 방법은 기체상태의 산소와 실란(silane)을 분사하므로써 원하는 밀도를 갖는 다공성 실리카입자들을 생성시킬 수 있다.
본 발명의 다른 양상에 따라서, 원하는 밀도를 갖는 다공성 산화금속, 질화금속 또는 탄화금속은 유기금속화합물과 산소, 질소, 탄소 또는 기체상태의 원소를 포함하는 화합물을 분사하므로써 생성될 수 있다.
본 발명의 바람직한 양상에 있어서, 연마입자들은 기체상태반응율에서 실란과 디메틸 알루미늄 하이드리드(dimethyl aluminum hydride)와 같은 유기금속가스를 노즐로부터 분사하며, 또한 동시에 다른 노즐로부터 진공 분위기 또는 수 mmTorr에서 수 Torr까지의 희박가스 분위기로 산소를 분사하므로써 제조될 수 있다. 실리카나 산화금속의 다공성 미크론화 입자들은 온도를 조절하므로써 발생될 수도 있다. 그리하여 실리카나 산화금속의 경도는 연마입자들로 조절될 수 있다.
실리카나 알루미늄 연마입자를 다공화시키기 위해서, 그리고 다공상태로 조절하기 위해서, 이 연마입자의 경도를 자유롭게 조절할 수 있다. 그결과 스크래치의 발생은 연마입자들의 종류에 따라서 액체 매질을 변화시키지 않고도 래핑 대상 재료의 경도에 적합한 연마입자를 이용하므로써 효과적으로 억제될 수 있다.
연마입자들의 경도는 래핑 대상 재료의 경도와 동일하거나 동등하다. 그리하여 래핑 대상 재료의 경도보다 연마입자들의 경도가 현저히 높기 때문에 발생하는 스크래치가 효과적으로 억제될 수 있다.
그결과, 사용중에 액체 매질을 변화시키지 않고도 연마입자들의 경도를 조절하므로써 동일 종류의 연마입자들이 이용될 때조차도 래핑 스크래치를 최소값 이하로 억제할 수 있다.
연마입자들의 경도는 바람직하게는 래핑 대상 재료의 경도와 동일하다. 그러나 연마입자들의 경도는 래핑 대상 재료의 경도와 동일할 필요는 없다. 래핑 대상 재료의 경도와 실질적으로 동일하거나 동등할 때조차도 예상되는 효과가 얻어질 수 있다. 그결과 이 명세서에 사용되는 '실질적으로 동일한'이란 용어는 일반적인 측정방법을 통하여 동일한 것으로 인정되는 것을 의미한다.
본 발명을 첨부한 도면과 관련하여 이하의 상세한 설명으로부터 더 완전히 이해할 수 있다.
도 1은 종래기술에 따른 래핑방법을 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 래핑방법에 따른 연마입자를 제조하기 위한 프로세스를 도시한 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 제 1 노즐 2 : 제 2 노즐
3 : 챔버 4 : 입자
본 발명의 실시예에 따른 다공성 실리카입자를 형성하기 위한 방법을 도 2를 참고하여 설명할 것이다.
실리카튜브나 스테인레스 스틸챔버(3)는 기계식 펌프와 드라이 펌프(도시하지 않음)에 의해 수 mmTorr에서 수 Torr까지의 저압에서 유지된다. 챔버(3)에는 두 개의 노즐(1, 2)이 제공된다. 이 노즐(1, 2)은 1000oC의 온도까지 가열할 수 있는 가열장치(도시하지 않음)에 설치된다.
챔버(3)내로 실란이나 디실란이 제 1 노즐(1)을 통하여 분사될 수 있으며 제 2 노즐(2)을 통하여 산소가 분사될 수 있다. 분사된 실란이나 디실란은 기체상태로 분사된 산소와 반응하여 실리카입자(4)를 형성한다.
분사시에 산화속도를 조절하기 위해서, 노즐(1)은 상온으로부터 400oC까지 연속적인 온도로 가열되며, 노즐(2)은 400oC로부터 1000oC까지 연속적인 온도로 가열된다. 실란이나 디실란의 공급압력은, 또한 유량을 조절하기 위해서 수 mmTorr과 수 Torr사이의 범위내에서 변화될 수 있다. 그리하여, 입자직경 및/또는 발생된 실리카입자(4)의 경도가 이에 따라 조절될 수 있다.
챔버(3)와 발생된 입자(4)를 수용하기 위한 용기(도시하지 않음)는 배출펌프에 근접하여 배치되며, 바람직하게는 상온 이하에서 유지된다. 필터(5)는, 필요하다면, 전체 발생입자(4)들 중에서 원하는 입자직경 범위를 갖는 입자들만을 선택하기 위해서 용기와 노즐(1, 2) 사이에 배치될 수 있다.
입자(4)의 경도는 노즐(1)로부터 고속으로 실란이나 디실란을 분사하며, 동시에 노즐(2)로부터 고온으로 가열된 산소가스를 분사하므로써 감소될 수 있다. 이것은 노즐(1)의 노즐직경을 1 내지 2mm 정도로 감소시키며 노즐(1)내의 가스압력을 수 Torr로부터 수 10 Torr까지의 범위로 증가시키므로써 얻어진다.
각 노즐(1, 2)들은 하나의 보어형태의 노즐일 수 있으며, 또한 가스압력과, 성분들의 균일성과, 반응의 균일성이 유지될 수 있는 샤워기-헤드 형태의 노즐일 수도 있다.
알루미늄, 실리카, 알루미나, 실리콘의 모스 경도(Moh's hardness)는 각각 약 2 내지 2.9, 7, 8, 7이다. 종래의 래핑방법에서, 실리카 또는 알루미나로 구성된 연마입자들은 연마제 슬러리의 사용을 위해서 액체 매질과 혼합된다. 래핑 대상 재료의 경도는 실리카 또는 알루미나의 연마입자들의 경도보다 더 낮다. 알루미늄의 물질을 래핑할 때, 그결과 물질의 표면이 손상될 수 있다. 본 발명에서, 연마입자들의 경도는 래핑 대상 재료의 경도와 동일하거나 동등하게 조절되어 스크래치의 발생이 방지될 수 있다.
연마입자들을 구성하기 위한 원료로서 현재 사용되는 다공성 실리카나 알루미나를 이용하는 경우에, 현재 사용되는 액체 매질은 변화될 필요는 없다. 이러한 장점을 이용하기 위하여, 실리카나 알루미나의 현재 경도를 조절하여 래핑 대상 재료의 경도를 동등하게 할 필요가 있다. 연마입자들의 경도가 실리카나 알루미나의 현재 경도보다 더 높다면, 실리카나 알루미나입자들을 다공화시키며 래핑 대상 재료의 경도와 동일하거나 동등한 경도로 입자의 경도를 감소시키므로써 스크래치가 방지될 수 있다.
조절가능한 경도를 갖는 다른 원료들은 산화금속, 질화금속, 탄화금속 등을 포함한다.
본 발명의 다른 실시예를 질화금속(AlN)으로 구성된 연마입자들을 이용하는 연마제를 포함하는 슬러리에 대하여 이하에서 설명한다.
이 실시예에서는, 제 1 실시예에서 사용되는 것과 동일한 장치가 래핑 대상 재료의 경도와 동일하거나 동등하도록 조절된 경도를 갖는 질화금속 연마입자들을 발생시키기 위해서 이용된다. 먼저, 유기금속화합물이나 디메틸 알루미늄 하이드리드와, 캐리어가스나 수소가 제 1 노즐(1)에 유입된다. 이때, 노즐의 온도는 예를들어, 150oC이며, 가스를 안내하기 위한 모든 전달 파이프들은 바람직하게는 120 내지 150oC까지 가열된다. 수 100sccm의 유량에서 수소 캐리어가스와 함께 노즐로부터 디메틸 알루미늄 하이드리드가 분사될 수 있다.
한편, 200 내지 1000oC의 고온까지 가열된 알루미나 및 질소와 같은 질소가스는 노즐(1)에서의 유량과 실질적으로 동일한 유량으로 제 2 노즐(2)로부터 분사된다. 그리하여, 유기금속화합물이나 디메틸 알루미나 하이드리드는 진공상태의 질소와 반응할 수 있다. 반응시간에서, 각 노즐로부터 분사된 가스의 유량과 질소나 질화가스의 온도 사이의 관계는 적절히 선택될 수 있다. 그리하여, 래핑 대상 재료의 경도와 동일하거나 동등한 경도를 갖는 다공성 질화금속 연마입자들이 형성될 수 있다. 본 분야의 기술자에게는 간단한 실험을 통하여 쉽게 양호한 조건들을 찾을 수 있음이 분명하다.
또한 탄화금속이 연마입자로서 사용된다면 메틸렌 및 에틸렌과 같은 탄화수소가스가 유입가스로서 이용될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 래핑방법에 따라서, 래핑 대상 재료의 경도와 동일하거나 동등한 경도를 갖는 연마입자들은 연마제에 포함된 연마입자로서 사용되기 때문에, 래핑 대상 재료의 표면을 래핑하는 시기에 발생된 스크래치는 효과적으로 억제될 수 있다.
추가로, 본 발명의 연마입자를 제조하기 위한 방법에 따라서, 원하는 밀도를 갖는 다공성 실리카입자들은 기체상태로 실란과 산소를 분사하므로써 발생될 수 있다. 그리하여 원하는 경도를 갖는 연마입자들은 용이하게 발생될 수 있다.
본 발명은 상술한 바람직한 실시예들을 통하여 본 분야의 기술자에게는 이들 개념들에 첨부된 다른 실시예들이 이용될 수 있음이 분명하다. 따라서 본 발명은 상술한 실시예들로 제한되지 말아야 하며, 오히려 첨부한 청구항들의 기본개념과 범주에 의해서만 제한되어야 한다.
Claims (6)
- 연마 입자들을 함유하는 연마제를 사용하여 래핑 대상 재료를 래핑하는 래핑방법에 있어서,상기 연마입자들은 래핑 대상 재료의 경도와 유사한 경도를 가지며, 상기 경도는 연마입자들의 밀도를 조절하므로서 조절되며, 상기 연마입자들은 실리카입자와, 산화금속입자와, 질화금속입자와, 탄화금속입자들 중 하나 이상을 포함하는 래핑방법.
- 연마입자 제조방법에 있어서,실란과 산소를 기체상태로 분사하는 단계를 포함하며, 이로써 원하는 밀도를 갖는 다공성 실리카입자들이 발생되는 연마입자 제조방법.
- 연마입자 제조방법에 있어서,유기금속화합물과,산소, 질소, 탄소, 이들을 함유하는 화합물들 중 하나 이상의 원소로 구성된 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 물질을 기체상태로 분사하는 단계를 포함하며,상기 유기금속화합물과 상기 물질은 서로 반응하며, 이로써 원하는 밀도를 갖는 다공성 실리카입자들이 발생될 수 있는 연마입자 제조방법.
- 제 3 항에 있어서, 상기 분사 단계는 산소, 질소, 탄소 또는 이들 원소를 함유하는 화합물로 구성된 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 물질과, 유기 금속 화합물을 각각 노즐로 분사하는 단계와,상기 노즐들로부터의 분사 압력을 각각 제어하는 단계를 포함하는 연마입자 제조방법.
- 연마입자 제조방법에 있어서,실란과 디실란들 중 하나를 제 1 노즐로부터 저압으로 유지된 분위기로 분사하며, 상기 제 1 노즐을 상온에서 400oC의 온도까지 연속적으로 가열하는 단계와,동시에 산소를 제 2 노즐로부터 상기 분위기로 분사하며, 상기 제 2 노즐을 400oC에서 1000oC의 온도까지 연속적으로 가열하며, 상기 산소는 실란과 디실란들 중 하나와 기체상태로 반응하며, 이로써 실리카입자들이 발생되는 단계를 포함하는 연마입자 제조방법.
- 연마입자 제조방법에 있어서,디메틸 알루미늄 하이드리드와 수소 캐리어가스를 제 1 가열 노즐로부터 저압으로 유지된 분위기로 분사하는 단계와,동시에 제 2 노즐로부터 상기 분위기로 질소나 질화가스를 분사하며, 상기 제 2 노즐을 200oC에서 1000oC의 온도까지 연속적으로 가열하며, 상기 디메틸 알루미늄 하이드리드와 수소 캐리어가스는 질소 또는 질화가스와 기체상태로 반응하며, 이로써 질화알루미늄 입자가 발생되는 단계를 포함하며,상기 제 1 및 제 2 노즐의 온도는 질화알루미늄입자의 경도를 결정하도록 제어되는 연마입자 제조방법.
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