KR100574323B1 - 반도체장치의 제조방법 및 가공장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체집적회로의 제조시에 표면 패턴의 평탄화를 행하는 연마가공공정을 갖는 반도체장치의 제조방법 및 그 가공을 행하는 데 적합한 가공장치에 관한 것이다.
본 발명에 의한 반도체장치의 제조방법은, 표면에 요철패턴이 형성된 반도체웨이퍼를 웨이퍼홀더(14)로 보지하여 지석가루와 이들 지석가루를 보지하기 위한 물질로 구성되는 지석(砥石)(16)의 표면상에 갖다대어 상대운동시켜서 연마하여 요철패턴을 평탄화할 때, 브러시(21)나 초음파 등에 의해 지석(16)의 표면활성화처리를 행하도록 함으로써, 반도체웨이퍼 표면의 요철패턴을 지석을 이용하여 연마가공하고, 요철패널을 평탄화할 때 연마율이 높고 연마량 제어성이 좋도록 가공할 수 있는 반도체장치의 제조방법을 제시하고 있다.
Description
도 1은 본 발명의 1실시예의 가공장치의 구성을 나타내는 모식도이다.
도 2는 웨이퍼표면의 평탄화공정에 대한 설명도이다.
도 3은 종래의 화학기계연마법을 설명하는 도이다.
도 4는 종래의 지석을 이용한 평탄화가공법을 설명하는 도이다.
도 5는 지석표면의 활성화처리에 대한 개념적인 설명도이다.
도 6은 브러시에 의한 활성화처리의 효과에 대한 설명도이다.
도 7은 지석표면의 활성화처리를 행하는 원형상 브러시의 설명도이다.
도 8은 지석표면의 활성화처리를 행하는 링형상 브러시의 설명도이다.
도 9는 지석표면의 활성화처리를 행하는 웨이퍼홀더일체형 브러시의 설명도이다.
도 10은 지석표면의 활성화처리를 행하는 직선형 브러시의 설명도이다.
도 11은 초음파 가진(加振)장치를 이용한 지석표면의 활성화처리에 대한 설명도이다.
도 12는 지석 표면의 트루잉처리를 설명하는 도이다.
도 13은 지석표면 활성화처리의 깊이를 설명하는 도이다.
도 14는 표면활성화처리수단의 효과를 비교하는 설명도이다.
도 15는 연마모니터정보를 기초로 하여 표면활성화처리수단의 조작조건을 제어하는 흐름도이다.
도 16은 가공시마다 표면활성화처리조건을 제어하는 가공방법의 효과에 대힌 설명도이다.
도 17은 지석의 표면활성화처리에 고체지석가루공급원을 이용한 실시예에 대한 설명도이다.
도 18은 지석의 표면활성화처리에 에어로졸상태의 지석가루공급원을 이용한 실시예에 대한 설명도이다.
도 19는 연마패드에 대해 고체상태의 지석가루공급원을 이용한 실시예에 대한 설명도이다.
도 20은 연마패드에 대해 에어로졸상태의 지석가루공급원을 이용한 실시예에 대한 설명도이다.
도 21은 지석상에 대한 공급액량과 연마율과의 관계를 나타낸 도이다.
도 22는 본 발명을 소자분리공정에 적용한 실시예의 설명도이다.
〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉
1 : 웨이퍼기판 2, 4 : 절연막
3 : 배선층 3' : 홈 위의 부분
5 : 금속알루미늄층 6 : 포토레지스트층
7 : 스텝퍼 8 : 볼록부
9 : 목표레벨 11 : 연마패드
12 : 정반 13 : 배킹패드
14 : 웨이퍼홀더 15 : 연마 슬러리
16 : 지석 17 : 아암
18 : 가공액 20 : 가공액공급유니트
21, 28, 31 : 브러시 22 : 브러시 아암
23 : 지석가루 24 : 수지
25 : 지석표면 26 : 포켓
27 : 판재 29 : 브러시 모(毛)
30 : 리테이너 링 32 : 직선형 브러시
33 : 초음파가진(加振)장치 34 : 연삭공구
35 : 깊이 36 : 트루잉(truing) 유니트
37 : 웨이퍼 로드·언로드 유니트 38 : 웨이퍼반송로봇
39 : 아암구동모터 40 : 지석구동모터
41 : 고체지석가루공급원의 지석
42 : 지석에 대한 에어로졸공급노즐
45 : 연마패드상에 대한 지석가루공급원
46 : 연마패드에 대한 에어로졸공급노즐
50 : 얕은 홈 51 : 질화막
52 : 트랜지스터 53 : 소자형성영역
54 : 소자분리공정의 평탄화 목표레벨
본 발명은 반도체집적회로의 제조시에 표면패턴의 평탄화를 행하는 연마가공공정을 갖는 반도체장치의 제조방법 및 그 가공을 행하는 데 적합한 가공장치에 관한 것이다.
반도체장치의 제조공정은 많은 프로세스처리공정으로 이루어지는데, 연마가공공정을 이용하는 하나의 예로서 배선공정에 대하여 도 2를 이용하여 설명한다.
도 2(a)는 제 1층 배선이 형성되어 있는 웨이퍼의 단면도를 나타내고 있다. 트랜지스터부(도시하지 않음)가 형성되어 있는 웨이퍼기판(1)의 표면에는 절연막(2)이 형성되어 있고, 그 위에 알루미늄 등의 배선층(3)이 설치되어 있다. 트랜지스터와 접합하기 위해 절연막(2)에는 구멍이 나 있기 때문에 배선층의 구멍위의 부분(3')은 다소 움푹 패어져 있다. 도 2(b)에서 도시하는 제 2층 배선공정에서는 제 1층 위에 절연막(4), 금속알루미늄층(5)을 형성하고, 또 이 금속알루미늄층(5)을 배선패턴화하기 위해 노광용 포토레지스트층(6)을 부착한다. 다음, 도 2(c)에서 도시하듯이 스텝퍼(stepper)(7)를 이용하여 회로패턴을 상기 포토레지스트(6)상에 노광 전사(轉寫)한다. 이 경우, 포토레지스트층(6) 표면의 요홈부와 볼록부(8)에서는 동시에 촛점이 맞지 않게 되어 해상 불량이라고 하는 중대한 장애가 발생하게 된다.
상기의 문제를 해결하기 위해, 후술하는 바와 같이 기판표면에 평탄화처리가 행하여진다. 도 2(a)에서 도시한 처리공정 다음에, 도 2(d)에서 도시하듯이 절연막(4)을 형성한 후 도면중의 목표레벨(9)까지 평탄해지도록 후술하는 방법에 의해 연마가공하여, 도 2(e)에서 도시하듯이 절연막(4)의 표면을 평탄하게 한다. 그 후 금속알루미늄층(5)과 포토레지스트층(6)을 형성하여, 도 2(f)에서 도시하듯이 스텝퍼(7)를 이용하여 노광한다. 이 상태에서는 포토레지스트층(6)의 표면이 평탄하기 때문에 상기와 같은 해상불량의 문제는 발생되지 않는다.
도 3에서는, 상기 절연막 패턴을 평탄화하기 위해 종래부터 일반적으로 이용되고 있는 CMP(화학기계연마) 가공법에 대하여 나타내고 있다. 연마 패드(11)를 정반(定盤)위에 붙여서 회전시킨다. 이 연마패드로서는 예를 들어 발포(發泡)우레탄수지를 얇은 시트상태로 슬라이스하여 형성한 것이 있는데, 피가공물의 종류나 완성하고자 하는 표면의 거칠기 정도에 따라 그 재질 및 미세한 표면구조를 여러가지로 나누어 선택하여 사용한다. 다른 쪽, 즉 가공할 웨이퍼기판(1)은 탄성이 있는 박킹패드(13)를 매개로 하여 웨이퍼홀더(14)에 고정되어 있다. 이 웨이퍼홀더(14)를 회전시키면서 연마패드(11) 표면에 하중하고, 또 연마패드(11)위에 연마 슬러리(slurry)(15)를 공급하여 웨이퍼 표면 절연막(4)의 볼록부를 연마제거함으로써 평탄화한다.
이산화규소 등의 절연막을 CMP 가공법에 의해 연마하는 경우, 일반적으로 연마 슬라리로서 흄드 실리카(silica)가 이용된다. 흄드 실리카는 직경 30㎚정도의 미세한 실리카 입자를 암모니아나 수산화칼륨 등의 알칼리수용액에 현탁(懸濁)시킨 것으로, 가공 피해가 적은 평활면을 얻을 수 있다.
유리(遊離) 지석가루(砥石粉)를 이용한 CMP가공법에서는, 연마패드와 피가공물 사이에 연마 슬러리를 공급하면서 연마를 행하는데, 이 연마패드와 연마 슬러리를 이용함으로써 하기와 같은 문제가 발생한다.
먼저, 연마패드의 탄성률이 높지 않기 때문에 평탄화 능력이 충분하지 않다고 하는 문제가 있다. 연마패드는 가공시에 웨이퍼 표면의 볼록부뿐만 아니라 요홈부에도 접촉하여 가중하기 때문에 반드시 패턴이 완전히 평탄하게 되지는 않는다. 특히 패턴사이즈가 커짐에 따라 이 경향은 더욱 현저해진다. 연마패드를 이용한 방법에서 평탄화가능한 패턴의 최대사이즈는 폭 수㎜까지이며, DRAM 등과 같이 폭 수㎝에 이르는 더 큰 패턴을 완전히 평탄화하는 것은 어렵다. 또, 연마 슬러리의 취급에 있어서 특별한 주의를 요하기 때문에 비용증대를 초래하는 문제가 있다. 또한, 연마 슬러리는 건조되면 쉽제 제거되지 않기 때문에 먼지를 발생시키는 원인이 되어 클린룸내의 이물질이 증가된다. 또, 연마 슬러리내의 지석가루가 시간이 흐름에 따라 응집됨으로써 스크래치(긁힌 상처) 등의 피해를 발생시키기 쉽다. 연마슬러리는 통상 알칼리를 포함하기 때문에 이에 대한 대책도 필요하다. 결과적으로, 전용의 공급설비를 준비해야하고, 또 연마슬러리 자체도 비싸기 때문에, 유리 지석가루를 이용한 CMP 가공법의 비용은 비싸지게 된다. 또한, 연마패드의 표면형상이 가공에 의해 변화되어 연마율(연마의 능률)이 저하된다고 하는 문제점을 들 수 있다. 이 때문에 통상 웨이퍼기판 1매를 가공할 때마다 또는 가공과 동시에 드레싱이라 불리는 연마패드표면의 재생처리가 행하여진다. 드레싱에는 다 이아몬드의 지석가루를 전착(電着)한 드렛서라고 불리는 줄이 이용되고 있는데, 이것으로 연마패드의 표면을 거칠게 함으로써 연마율을 회복시킨다.
상기한 유리(遊離) 지석가루에 의한 CMP가공법의 문제를 해결하기 위한 웨이퍼기판 평탄화가공기술로서, 본 발명자의 일부는 지석(砥石)을 이용한 고정(固定) 지석가루에 의한 평탄화기술을 제안하였다 (국제공개번호 ; WO97/10613).
도 4는 이 지석을 이용한 평탄화가공방법을 설명하는 모식도이다. 기본적인 장치의 구성은 연마패드를 이용하는 유리 지석가루에 의한 CMP연마기술과 같으나, 연마패드대신에 회전하는 정반위에 산화세륨 등으로 구성되는 지석가루를 포함한 지석(16)을 부착한 점이 다르다. 또 연마액으로서 흄드 실리카 등을 대신해서 지석가루를 포함하지 않는 순수만을 공급함으로써 가공이 가능하다. 이 지석을 연마가공도구로서 이용하는 방법은 패턴 단차를 평탄화하는 능력이 뛰어나며, 종래에는 어려웠던 폭 수㎜이상의 패턴을 완전히 평탄화하는 것이 가능하다. 또, 지석가루의 이용효율이 낮은 연마슬러리 대신에 지석가루의 이용효율이 높은 지석을 이용함으로써 비용을 저하시킬 수 있다.
또, 연삭(硏削)에 대한 종래기술로서 일본국 특허출원공개 평7-249601호를 예로 들면, 여기서 베어 웨이퍼의 연삭 지석이 고압유체(流體)분사 또는 브러시를 이용하여 세정되는 것이 기재되어 있으나, 이것은 디바이스가 형성된 웨이퍼를 연삭하는 것도, 평탄화하기 위한 연삭도 아니다.
한편, 미국 특허공보5624303호에는 지석가루의 탈락방지처리를 실시한 지석가루가 들어간 연마패드를 이용하는 방법이 기재되어 있고, 또 미국 특허공보5782675호에는 지석가루가 들어간 연마패드의 지석가루탈락을 방지하기 위한 컨디셔닝방법에 대하여 기재되어 있다.
상기 지석을 이용하여 연마가공하는 종래기술은 비용이 적게 들고 평탄화능력이 뛰어나지만, 다음과 같은 문제가 있다.
먼저, 가공액으로서 순수만을 이용하면 유리 지석가루를 이용하는 가공법의 1/3정도로 연마율이 낮아진다고 하는 문제점을 들 수 있다. 또, 지석을 이용한 연마가공법에 있어서도 연마패드와 연마슬러리를 이용한 연마가공법과 같이 가공이 진행됨에 따라 연마율이 저하된다. 또한, 연마율이 일정값으로 안정되지 않으면 연마량을 원하는 값으로 제어하는 것은 어렵다.
지석을 이용한 경우의 연마율저하구조는 연마패드와 연마슬러리를 이용한 경우의 구조와 반드시 동일하지는 않다. 연마패드와 연마슬러리 조합의 경우, 지석가루는 연마가공도구인 연마패드에는 고착되지 않고 유리 상태로 연마가 행하여지는 데 비해, 지석의 경우는 지석가루가 연마가공도구 자체에 보지되어 있어 고정 지석가루가 연마에 관여하고 있다는 점이 크게 다르다. 연마패드와 지석가루를 포함하는 가공액(슬러리)을 이용한 경우의 연마율 저하는 연마패드의 표면형상이 변화함으로써 지석가루 보지력의 저하 및 실효적인 접촉면적의 증가가 그 원인이다. 이에 대해, 지석의 경우, 연마율 저하의 주요원인은 지석표면에 나타나 있는 지석가루 수의 감소 및 지석가루의 형상, 지석표면의 화학적활성의 변화가 그 주요요인이다. 지석에 대해 연마율이 저하되지 않도록 그 표면을 활성화하기 위해서는, 연 마패드의 경우와는 다른 원리에 기초한 방법이 필요하게 된다.
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 본 발명의 제 1 목적은, 연마가공공정에 있어서 연마율이 높고 연마량 제어성이 좋도록 가공하는 반도체장치의 제조방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 제 2 목적은 연마가공을 연마율이 높고 연마량 제어성이 좋도록 제어하면서 가공할 수 있는 가공장치를 제공하는 데 있다.
상기 제 1 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 반도체장치 제조방법은, 표면에 요철패턴이 형성된 반도체 웨이퍼를 지석가루와 이들 지석가루를 보지하기 위한 물질로 구성되는 지석의 표면상에 갖다대어 상대운동을 시켜서 연마하여 상기 요철패턴을 평탄화할 때 이 지석의 표면활성화처리를 행하도록 한 것이다.
지석의 표면활성화처리는 브러시를 지석에 갖다대어 행하여도 좋고, 초음파 또는 진동수 10㎑이상의 음파를 지석에 전달하여 행하여도 좋다. 또, 표면활성화처리는 이들 방법에 한정되지 않고, 그외 다이아몬드 지석을 상기 지석에 갖다대는 등의 방법을 취할 수 있다.
지석가루로서는 이산화규소, 산화세륨, 산화알루미늄, 실리콘카바이트, 망간산화물, 질코니아 등의 1종 또는 2종이상의 혼합물이 바람직하고, 지석가루를 보지하기 위한 물질은 유기수지가 바람직하다. 또한, 지석으로서는 상기 PCT출원 ; PCT/JP95/01814호(국제공개번호 WO97/10613호 공보)에 기재된 지석을 이용할 수 있다. 또, 지석은 기공을 포함하고, 이 기공은 체적환산에서 전 기공의 95%(2σ)의 지름이 1㎛이하인 것이 바람직하다. 지석 표면상에는 가공액으로서 순수, 또는 순 수에 첨가제를 가한 액체를 공급한다.
또, 상기 제 2 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 반도체장치의 가공장치는 표면에 요철패턴이 형성된 반도체웨이퍼를 보지하는 제 1 수단과, 지석가루와 이들 지석가루를 보지하기 위한 물질로 구성되는 지석과, 반도체웨이퍼 표면을 지석에 갖다대고 상대운동을 시키는 제 2 수단과, 지석의 표면활성화처리를 행하는 제 3 수단을 갖도록 한 것이다.
상기 제 3 수단으로서는 브러시 또는 초음파 또는 진동수 10㎑이상의 음파를 발생시키는 수단과 이 초음파 또는 음파를 지석에 전달하는 수단을 들 수 있다. 또, 지석으로서는 상술한 지석이 이용된다.
지석의 표면활성화처리에 있어서, 지석표면에는 순수 또는 순수에 첨가제를 가한 액체의 가공액을 공급한다. 또한, 첨가제로서는 분산제나 pH조정제를 들 수 있다. 가공액의 공급량은 지석의 단위면적당 매분 0.14㎖/㎠이하로 제한하는 것이 바람직하다. 표면활성화처리에 의해 지석표면으로부터는 지석에 약하게 결합되어 있는 지석가루와 수지가 대량으로 유리(遊離)된다. 이 유리지석가루농도의 증가가 연마율의 증가에 기여한다. 유리지석가루의 농도를 높은 상태로 유지하기 위해 지석표면에 대한 가공액의 공급량은 과잉으로 되지 않도록 하는 것이 바람직하다. 도 21에서는 공급하는 가공액의 양과 연마율과의 관계를 나타내었다. 높은 연마율을 얻기 위해서는 공급액량에 적당값이 있고, 과잉의 액공급은 연마율을 저하시킨다.
상기 표면활성화처리수단 중 브러시는 털의 선단이 지석표면에 접촉하는 위 치에서 더욱 일정거리만큼 지석측으로 갖다댄다. 갖다대는 거리는 0.1 ~ 5㎜가 바람직하다. 이 거리 이하에서는 브러시가 안정되어 접촉하지 않아 연마율이 저하되고, 이 거리 이상에서는 지석에 피해를 줄 가능성이 있다.
본 발명에서 브러시의 역할은 가공찌꺼기나 탈락된 지석가루를 쓸어내고 새로운 지석가루 표면을 토출시키는 데 있다. 상술한 미국특허공보 5782675호에 기재된, 고정지석가루를 이용한 연마패드를 브러시로 컨디셔닝하는 방법에서는, 브러시는 고정지석가루를 탈락시키지 않는 부드러운 컨디셔닝을 위해 이용되고 있는 것으로, 본원 발명과는 원리가 다르다.
또, 지석은 표면형상을 수정하고 평탄하게 유지하기 위해 트루잉(turing)이라고 불리는 처리를 정기적으로 행한다. 트루잉에 의해 지석면의 평면도는 10㎛이하로 하는 것이 바람직하다. 트루잉의 방법은 일정치수깊이 절삭에 의한 방법을 이용할 수 있다. 이 방법은 다이아몬드 등 경질의 지석가루를 메운 직경 30 ~ 70㎜의 링 또는 디스크를 매분 3000 ~ 10000회전의 속도로 회전시키면서, 공구와 지석의 거리를 일정하게 유지하고 지석면내를 상대적으로 이동시켜 절삭하는 방법으로, 지석면을 정도(精度)좋게 트루잉할 수 있다. 이와 같은 일정치수깊이의 절삭가공에서는 공구높이의 위치결정정도를 높이면 원리적으로 보다 높은 평탄도를 얻을 수 있다. 본 발명에서는 공구높이의 위치결정정도는 1㎛이하인 것이 바람직하다. 또한, 래핑가공이나 CMP 등의 연마가공에서 공구면(工具面)의 수정을 위해 종래부터 일반적으로 이용되어 왔던 수정(修正) 링 또는 드레싱은 일정한 압력으로 공구면을 절삭(정압(定壓)가공)하기 때문에 높은 평탄도를 얻을 수 없다. 상술한 미국특허공보 5782675호에 기재된 고정지석가루 연마패드와 브러시를 이용하는 방법도 브러시의 압력을 설정하는 정압가공에 속하기 때문에, 연마패드면에 높은 평탄도를 기대할 수는 없다.
상기의 일정치수깊이의 절삭에 의한 트루잉처리를 행함으로써, 스크래치 등 웨이퍼의 가공결함이 감소하고 웨이퍼면내에서의 가공량의 균일성도 향상된다. 또, 상기 트루잉처리에 의한 지석의 제거량은 지석표면으로부터 수㎛이하로 적기 때문에 지석의 수명도 길어진다.
지석의 표면처리방법으로서 액체이외의 지석가루공급원을 이용한 표면처리를 행하는 것도 가능하다. 지석가루공급원으로서는 지석가루를 수지 등으로 결합한 지석, 지석가루를 포함하는 액을 동결시킨 얼음상태 물질, 지석가루를 포함하는 액의 겔 또는 에어로졸을 이용할 수 있다.
반도체웨이퍼 연마용인 상기 지석 대신에 연마패드와 액체 이외의 지석가루공급원을 이용하여 표면처리를 행함으로써 상기 제 1, 제 2 목적을 달성할 수도 있다. 이 때, 지석가루공급원으로서는 지석가루를 수지 등으로 결합한 지석, 지석가루를 포함하는 액을 동결시킨 얼음상태 물질, 지석가루를 포함하는 액의 겔 또는 에어로졸을 이용할 수 있다.
(실시예 1)
이하, 본 발명의 실시예를 도면을 이용하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 하나의 실시예인 가공장치의 기본적구성을 나타내는 모식 도이다. 이 가공장치는 지석(16), 지석이 접착되어 회전운동을 행하는 연마 정반(12), 웨이퍼 홀더(14), 웨이퍼 홀더(14)를 구동하여 회전, 요동 등의 동작을 행하게 하는 아암(17), 지석(16)의 표면에 작용하는 브러시(21), 브러시가 장착되어 있는 브러시 아암(22), 트루잉 유니트(36) 등으로 이루어진다. 지석(16) 및 연마정반(12)은 지석구동모터(40)에 의해, 브러시(21)는 도시하지 않은 모터에 의해, 웨이퍼 홀더(14)는 웨이퍼를 보지한 채로 도시하지 않은 모터에 의해 각각 회전운동을 행한다. 아암(17)은 아암구동모터(39)에 의해 구동된다. 웨이퍼의 웨이퍼홀더(14)로의 착탈은 웨이퍼 로드·언로드(load·unload)유니트(37)에 장착된 웨이퍼반송로봇(38)에 의해 행하여진다. 이 웨이퍼의 착탈은 종래의 장치와 같기 때문에 설명은 생략한다. 가공 중에는 가공액공급유니트(20)를 통하여 순수(18)가 공급된다.
웨이퍼는 웨이퍼홀더(14)에 의해서 지석(16)에 대해 표면을 향하게 하여 보지된다. 가공중인 웨이퍼는 이면부터 균등하게 가압되어 지석(16)에 접하게 된다. 지석(16)과 웨이퍼홀더(14)는 가공중 회전운동을 행하나, 양자의 회전수가 같아지도록 설정되어 있어, 웨이퍼홀더(14)에 보지되어 있는 웨이퍼는 그 임의의 점에서 지석에 대한 상대속도가 동등하여 웨이퍼 전면이 균등하게 연마된다.
브러시(21)는 가공중 항상 지석(16)의 가공면 위에 접하여 회전운동을 행함과 동시에, 브러시아암(22)에 의해 그 회전중심이 요동되어 지석의 유효사용면을 빠짐없이 처리한다.
지석은 지석가루와 이들 지석가루를 보지하기 위한 물질로 구성된다. 지석 가루로서는 이산화규소, 산화세륨, 산화알루미늄, 실리콘카바이트, 망간산화물, 질코니아 등의 1종 또는 2종이상의 혼합물이 바람직하고, 지석가루를 보지하기 위한 물질로서는 유기수지가 바람직하다. 또한, 지석으로서는 상기 PCT출원 ; PCT/JP95/01814(국제공개번호 ; WO97/10613호 공보)에 기재된 지석을 이용할 수 있다.
여기서 도 5를 이용하여 브러시의 역할에 대해 설명한다. 도 5는 지석 표면의 단면확대개념도이다. 지석을 구성하는 지석가루(23)와 지석가루를 보지하는 수지(24)는 균등하게 혼합되어 있고, 지석가루내에는 무수한 미세 기공이 형성되어 있다. 도 5(a)는 가공전의 연마율이 높은 상태의 지석표면을 나타내고 있으며, 지석표면(25)상에 지석가루(23)가 다수 노출되어 가공찌꺼기가 배출되어 포켓(26)이 빈 상태로 되어 있다. 도 5(b)는 가공에 이용된 후의 지석표면의 상태를 나타내고 있으며, 지석의 가공면상에는 지석가루가 보이지 않고 가공찌꺼기가 배출되는 포켓도 메워져 버려, 소위 구멍이 막힌 상태로 되어 있다. 이와 같은 상태에서 연마율은 현저하게 저하되어 실용적이지 못하기 때문에, 무언가 표면활성화처리가 필요하게 된다. 본 실시예에 있어서는 지석표면의 표면활성화처리로서 브러시를 이용한 브러시드레싱이라 불리우는 처리를 행한다. 표면에 노출된 지석가루가 적고 가공찌꺼기를 배출할 포켓이 메워진 도 5(b)에 나타난 상태의 지석에 대해, 브러시드레싱을 행하여 지석표면을 활성화하고 있는 상태를 도 5(c)에서 나타내고 있다. 브러시에 의해 포켓에 쌓인 가공찌꺼기 및 탈락된 지석가루를 쓸어내고 알맞은 브러시의 하중에 의해 지석가루를 보지하고 있지 않은 지석표면의 수지층만을 깎아내 어, 신속하게 새로운 지석가루가 표면에 노출된다. 이렇게 브러시의 모(毛)(29)에 의해 표면을 처리함으로써 연마율이 회복되고, 그 시간적 변동을 제어하는 것이 가능하게 된다. 또한, 지석표면(25)의 위치는 도 5(b), (c)와 같이 되면서 하방으로 내려가게 된다.
도 6은 브러시처리의 유무에 의한 연마율의 시간적 변화를 나타내는 도이다. 가로축은 시간을 나타내고, 세로축은 연마율을 나타낸다. 실험개시에서부터 브러시처리를 계속하여 행하고, 도시된 파선의 시점에서 브러시처리만을 중지하였다. 연마율은 브러시처리를 행하고 있는 동안은 안정되어 높으나, 브러시처리를 중단한 순간부터 급격하게 저하된다. 브러시처리 유무에 의한 연마율의 차는 5배이상으로, 브러시처리가 없는 경우는 가공이 진행됨에 따라 연마율이 저하된다.
이용되는 브러시의 형상으로서는 도 7에서 나타내듯이 원반형상의 판재(27) 전면에 브러시 모(29)를 배치한 브러시(21)를 이용하고, 가공중에는 이것을 도 1에 도시된 브러시아암(22)에 의해 요동시킴으로써 지석의 광범위한 면적을 균일하게 활성화처리할 수 있다. 또, 브러시로서는 도 8에서 나타내듯이 링형상을 한 브러시(28)를 이용해도 좋다. 링형상의 경우는 지석과 브러시의 접촉총면적은 감소되지만, 지석의 반경방향으로 브러시의 체류시간분포가 보다 균일하게 되어 표면처리가 지석상에서 보다 균일하게 행하여질 수 있다.
브러시의 사이즈로서 지석의 반경에 준하는 사이즈의 대경(大徑)브러시를 이용한 경우, 브러시 자체를 지석상에서 요동시키지 않아도 비교적 균일하게 지석면의 활성화처리를 행할 수 있는 장점이 있다. 또, 예를 들어 직경 5㎝정도의 소경 브러시를 이용한 경우는 도 1에 도시된 아암(22) 등의 기계적 수단에 의해 요동을 행할 필요가 있으나, 가공장치전체의 사이즈가 작게 된다.
브러시의 회전수는 20 ~ 100rpm의 범위가 바람직하다. 이 범위외에서는 연마율이 저하된다.
(실시예 2)
브러시에 의한 표면활성화처리의 제 2 실시예로서, 도 9에서 웨이퍼홀더 주위에 브러시를 설치한 예를 나타내고 있다. 도 9는 웨이퍼홀더(14)를 웨이퍼를 보지하는 하면으로부터 본 도면이다.
웨이퍼홀더(14)의 외주부에는 가공중인 웨이퍼가 어긋나는 것을 방지하기 위해 리테이너 링(retainer ring)(30)이 설치되어 있고, 또한 그 외주에 브러시(31)를 설치하여 지석표면의 활성화처리를 행한다. 이 경우, 웨이퍼가공을 위한 웨이퍼홀더와 지석표면처리를 위한 브러시가 일체화되어 있어, 독립된 브러시유동수단을 설치할 필요가 없다.
(실시예 3)
브러시에 의한 표면활성화처리의 제 3 실시예로서, 도 10에서 직선형 브러시(32)를 설치하는 방법에 대하여 나타내고 있다. 상기 실시예의 원형 또는 링형상의 브러시 대신에, 직선형 브러시(32)를 지석위에 배치한다.
직선형 브러시는 원형 브러시와 같이 브러시 자체를 회전시킬 필요없이 동일한 효과를 얻을 수 있다. 직선형 브러시의 길이는 지석의 반경과 같이 하면 요동시킬 필요가 없다. 또, 보다 소형의 브러시를 이용하여 반경방향으로 요동시켜도 좋다.
상기 제 1 실시예부터 제 3 실시예에 있어서, 브러시 모(29)의 재질로서는 유기수지가 적합하다. 브러시 모의 소재에서 요구되는 적당한 경도(硬度)와 안정성을 갖추고 반도체용도에 적용가능한 정도의 저불순물농도의 것으로 상기 실시예에서는 나일론으로 이루어지는 브러시를 이용하였다. 브러시 모의 직경으로서는 0.05 ~ 2㎜의 범위가 적합하다.
(실시예 4)
제 4 실시예로서 표면활성화처리수단에 초음파 가진(加振)장치를 이용하는 방법을 나타내고 있다. 도 11에 도시된 바와 같이 초음파 가진장치(33)를 지석상에 배치하여 순수 등의 가공액(18)을 초음파 가진장치(33)로부터 공급한다.
초음파는 가공액(18)을 매개로 하여 지석(16)의 표면에까지 전달된다. 초음파 가진에 의해 지석표층의 지석가루 및 지석가루를 결합하는 수지가 심하게 진동하여 지석 본체로부터 지석가루가 이탈, 유리(遊離)화되고 가공찌꺼기가 배출되어 새로운 지석표면이 노출되기 때문에 연마율이 향상된다. 초음파 가진장치에서는 브러시마찰 등에 의해 시간이 경과함에 따라 열화되는 일이 원리적으로 없고, 표면처리를 장기간에 걸쳐 안정되게 행하는 것이 가능하다. 또, 브러시에 의한 처리에서 볼 수 있는 이물질부착, 부착 지석가루의 건조에 의한 응집덩어리가 원인이 되는 불량이 발생하지 않는 특징이 있다.
또한, 본 실시예는 초음파의 예를 나타내었으나, 진동수 10㎑정도이상의 초음이라도 유효하다. 또, 초음파로서는 진동수 100㎑이하인 것이 적합하다. 이것 은 순수내에 캐비테이션(cavitation)을 일으키게 함으로써 지석가루의 유리, 가공찌꺼기의 배출효율이 향상되기 때문이다. 특히 바람직한 진동수의 범위는 20 ~ 50㎑이다. 이에 대해서는 이하의 설명에서도 동일하다.
표면활성화처리수단에 의한 지석표면활성화의 강도는 다음의 점을 고려하여 결정한다.
지석을 이용한 연마가공법에 있어서는 도 12에서 나타내듯이 웨이퍼 1매 가공때 마다 또는 가공과 동시에 지석표면형상의 수정을 목적으로 하는 트루잉(truing)이라고 불리는 처리를 행한다. 이것은 다이아몬드 등의 지석가루가 부착된 연삭공구(34)를 이용하여 지석 표면에 대해 일정한 크기의 절삭을 행함으로써 지석표면형상을 평탄하게 맞추는 조작이다. 이 조작에 의해 지석표면의 형상을 높이방향으로 수㎛이하의 정도(精度)가 되도록 평탄화하고, 웨이퍼가 그 전면에서 균일하게 가공되는 것을 보장한다. 트루잉에 의한 지석의 마모량은 통상 10㎛이하이다. 여기서 브러시, 초음파 등에 의한 표면활성화처리는 지석의 평탄도를 저하시키지 않는 범위에서 표면을 활성화할 필요가 있다.
따라서, 표면활성화처리의 깊이방향의 영향범위는 도 13에서 도시하는 바와 같이 트루잉에 의한 지석의 마모량 이하가 되도록 제어한다. 구체적으로는, 브러시의 누름압력, 브러시 회전수, 브러시의 경도(硬度), 또는 초음파의 진동수, 파워를 제어하여, 이들 표면활성화처리수단에 의한 표면활성화가 영향을 미치는 깊이(35)(b)를 트루잉에 의한 지석마모량(a) 이하, 즉 a＞b로 한다. 도 1에서 도시한 트루잉유니트(36)는 이 트루잉을 행하는 수단이다.
상기 실시예의 표면활성화처리수단이 특히 유효한 지석으로서, 기공(氣孔)을 포함하고 체적환산에서 전(全)기공의 95%(2σ)의 지름이 1㎛이하가 되는 초미세기공 지석을 예로 들 수 있다. 기공의 지름이 상당히 작아 평균적인 지석가루의 사이즈인 0.1 ~ 2㎛와 동등하거나 그 이하이면, 브러시 등의 표면처리수단에 의한 깊이방향의 영향범위를 지석표면으로부터 수 ㎛인 극표층에만 메우는 것이 가능하다. 따라서, 표면처리에 의한 지석면 형상의 붕괴가 적고, 연마율 향상효과가 공간적으로 균일하게 나타나며 또한 지속되기 쉽다고 하는 특징이 있다. 또, 기공지름은 수은압입법(폴로시메터)에 의해 측정하였다.
상기 실시예에서는 지석의 활성화처리방법으로서 브러시 또는 초음파를 이용하였으나, 지석표면에 새로운 지석가루나 미세기공의 구멍을 노출시켜 연마능률을 높은 상태로 유지한다고 하는 의미에서 활성화처리수단은 브러시에 한정되지 않고 다이아몬드 지석 또는 그 외의 지석가루를 포함하는 지석, PVA브러시, 스폰지브러시, 워터제트 등의 방법을 이용하는 것이 가능하다. 단, 상술한 바와 같이 표면활성화처리의 깊이방향의 영향범위를 지석의 트루잉량인 10㎛정도이하로 메우면서 충분히 지석표면의 활성화를 행한다고 하는 점에서는 브러시 또는 초음파에 의한 표면활성화처리가 적합하다.
도 14에서 주된 표면활성화수단에 의한 연마율의 향상률의 비교결과를 나타내고 있다. 처리수단이 없는 경우와 비교해서 브러시, 초음파, 다이아몬드 지석의 순으로 높은 연마율 향상효과를 얻을 수 있다. 또, 활성화처리를 행하는 타이밍에 있어서도, 본 실시예와 같이 가공중에 활성화처리를 행하는 경우 외에, 가공과 가 공사이에 활성화처리를 행하는 경우, 또는 가공시간중의 일부에 가공과 동시에 활성화처리를 행하는 등의 방법이 있음은 물론이다.
(실시예 5)
본 발명의 제 5 실시예로서, 도 15에서 나타내는 바와 같이 가공중 연마상태의 모니터로부터 얻어지는 정보를 피드백하여 표면활성화처리수단의 조작조건을 결정하는 방법을 나타내고 있다.
피드백에 이용하는 모니터가능한 정보로서는 웨이퍼에 가해지는 마찰력, 웨이퍼홀더의 진동, 배출되는 가공액의 지석가루 농도 등이 있고, 이에 대해 제어가능한 표면활성화처리수단의 주된 조작조건으로서는 브러시 회전수, 브러시를 갖다대는 힘, 브러시를 갖다대는 높이(브러시와 지석의 수직거리), 브러시 요동범위, 브러시 요동속도, 동시사용 브러시 수, 초음파 주파수, 초음파 출력이 있다.
브러시 등의 표면활성화처리수단을 이용한 지석가공에서는 표면활성화처리수단이 없는 경우와 비교해서 가공에 따른 연마율의 변동은 작다. 그러나, 예를 들어 브러시처리를 이용한 경우라도 웨이퍼 1매를 가공하는 동안에 5%정도의 연마율 저하는 불가피하다. 연마율 저하는 웨이퍼와 지석간의 마찰력 저하로서 검출이 가능하고, 마찰력은 도 1에서 나타낸 웨이퍼홀더(14)를 구동하는 모터의 부가전류 또는 아암(17)의 일그러짐량으로서 반도체 일그러짐 게이지를 이용하여 측정할 수 있다.
따라서, 검출된 마찰력의 저하에 맞추어 브러시를 갖다대는 높이를 낮추어서 보다 강력하게 브러시처리를 행하여 연마율을 안정시킬 수 있다. 예를 들어, 5%의 연마율 저하는 100㎛정도 브러시높이를 낮추어 연마율을 증가시킴으로써 보상가능하다.
또, 연마상태 모니터를 사용하지 않는 경우에는, 가공후의 웨이퍼 막두께를 측정하여 구한 연마율의 변동값을 기초로 하여 다음 웨이퍼 가공시의 표면활성화처리조건을 결정하도록 하는 방법을 취하면 좋다.
도 16에서는 웨이퍼 1매 가공때마다 브러시를 갖다대는 높이를 낮추어 연마율 저하를 보상한 경우의 연마율 변동과, 브러시 처리조건이 일정하고 연마율의 변동을 보상하지 않았을 경우의 연마율 변동을 나타낸다. 도면에서 알 수 있듯이, 브러시처리조건을 웨이퍼 1매 가공때마다 제어한 경우 연마율의 변동을 ±3%이내로 억제할 수 있었다.
상기 실시예에서 브러시를 이용하는 지석의 표면활성화처리에 있어서는, 표면활성화처리와 동시에 지석상에 공급하는 가공액의 양을 매분 0.14㎖/㎠이하로 제한하였다. 실험에서는 직경 700㎜, 내경 200㎜의 지석의 경우 가공액의 공급량이 500㎖/min이하이면 브러시에 의한 연마율 향상효과를 손상시키지 않았다. 이 값을 지석단위면적당으로 환산하면, 매분 0.14㎖/㎠이하가 된다.
(실시예 6)
본 발명의 제 6 실시예로서, 지석의 표면활성화처리수단으로서 고체 또는 겔, 에어로졸상태의 지석가루공급원을 이용하는 방법을 나타낸다.
도 17에서는 고체지석가루 공급원으로서 지석(41)을 이용한 경우의 실시예를 나타내고 있다. 이 지석가루공급원의 지석(41)을 웨이퍼 가공중에 웨이퍼가공용 지석(16)에 접촉시켜, 상대운동시킨다. 지석(16) 표면상의 가공찌꺼기나 오래된 지석가루는 배출되어 새로운 면이 노출되고 유리 지석가루 농도가 증가하여 연마율이 향상된다.
여기서,지석가루공급원의 지석(41)은 웨이퍼를 가공하는 지석(16)의 지석가루와 동일한 지석가루를 이용하고, 이들 지석가루를, 웨이퍼가공용 지석과 동등하거나 또는 보다 약하게 결합하는 수지를 이용하여 지석화하였다. 지석가루공급원에 이용하는 지석가루는 웨이퍼가공용 지석(16)과 동등하거나 그 이하의 입자지름을 갖는 지석가루이며, 기공 지름도 지석(16)과 동등하거나 그 이하인 미세한 기공의 지석로 함으로써, 스크래치 등의 연마에 의한 상처를 방지하였다.
(실시예 7)
본 발명의 제 7 실시예로서, 지석의 표면활성화처리수단으로서 얼음상태의 지석을 이용한 예를 나타낸다. 지석가루공급원의 지석(41)(도 17)으로서 지석가루를 포함하는 액체를 동결시킨 얼음상태의 지석을 이용하였다.
이로써, 실시예 6에서 나타낸 수지로 결합한 지석에 비해, 수지를 포함하지 않기 때문에, 가공에 필요한 지석가루와 액 만을 공급할 수 있어, 효율좋게 유리 지석가루 농도를 높일 수 있었다.
(실시예 8)
본 발명의 제 8 실시예로서, 지석가루를 포함하는 액체를 겔상태로 한 것을 이용한 예를 나타낸다. 여기서는 겔상태 지석가루공급원으로서, 웨이퍼가공용의 지석가루인 평균입자지름 0.3미크론의 산화세륨을 순수에 분산시킨 것에 평균입자 지름 0.1미크론의 산화마그네슘 MgO을 가하여 겔화한 것을 이용하였다.
이 부드러운 겔상태의 지석가루공급원을 이용함으로써, 웨이퍼가공용 지석(16)에 대한 표면 피해를 최소로 억제할 수 있고, 지석(16)의 수명연장과 스크래치 방지에 효과가 있다.
(실시예 9)
본 발명의 제 9 실시예로서, 복수의 노즐로부터 에어로졸상태의 지석가루공급원을 이용한 예를 나타낸다.
웨이퍼가공용 지석(16)의 표면에 유리 지석가루를 가장 균일하게 공급할 목적으로, 다음에서 서술하는 에어로졸상태의 지석가루공급원을 이용하는 방법이 효과가 있었다.
도 18에서 도시하는 바와 같이 지석(16)상에 복수의 노즐(42)을 설치하고, 이 노즐(42)로부터 지석가루와 가공액을 에어로졸상태로 분사하였다. 노즐의 주위는 도시하지 않은 커버로 덮어서 환경내로 지석가루가 확산되는 것을 방지하였다. 지석(16)면 위에는 지석가루가 균일하게 분사되어 유리 지석가루 농도의 분포가 균일하게 되었기 때문에, 연마율향상효과에 덧붙여, 웨이퍼(1)상에서의 가공량분포가 균일하게 되는 효과를 얻을 수 있었다.
(실시예 10)
본 발명의 제 10 실시예로서, 반도체웨이퍼의 요철패턴평탄화용 연마패드와, 고체 또는 겔, 에어로졸상태의 지석가루공급원을 이용하는 방법을 나타낸다.
여기서는 종래에 일반적이었던 지석가루를 포함하는 액체인 슬러리를 사용하 지 않는다. 슬러리 대신에, 지석가루를 수지로 결합한 지석, 또는 지석가루를 포함하는 가공액을 동결시킨 얼음상태의 지석, 지석가루와 가공액으로 이루어지는 겔, 지석가루와 가공액으로 이루어지는 에어로졸 중 1종 또는 이들의 조합을 이용하여 지석가루를 연마패드 위에 공급하였다.
먼저, 연마패드상의 지석공급원으로서 지석, 또는 얼음상태 지석, 지석과 가공액의 겔로 한 경우에 대하여 도 19에서 나타내고 있다. 지석가루공급원(45)을 회전하는 연마패드(11)에 접촉시키면서 갖다댐으로써 지석가루를 지석가루공급원(45)으로부터 연마패드(11)에 공급한다.
지석가루공급원(45)이 지석가루와 수지로 이루어지는 지석인 경우에는 연마패드와 비교해서 상대적으로 딱딱한 지석을 갖다대는 효과로, 마찰하는 연마패드 표면의 드레싱과 지석가루의 공급을 동시에 행할 수 있다. 이 방법은 취급성이 나쁜 슬러리 대신에 지석을 지석가루공급원으로 하였기 때문에 자동화에 보다 적합하다.
(실시예 11)
본 발명의 제 11 실시예로서, 부드러운 막을 연마하는 예를 나타낸다.
가공대상이 되는 웨이퍼상의 막이 예를 들어 BPSG막이나 알루미늄막과 같이 부드러운 것일 경우, 지석가루공급원으로서 지석가루와 가공액을 동결시킨 얼음상태의 지석을 이용하였다. 얼음상태 지석은 지석가루를 결합시키는 수지를 포함하지 않기 때문에, 지석가루와 수지로 이루어지는 응집지석가루조각의 발생이 없다. 또, 부드러운 막의 가공에 적합한 부드러운 연마패드의 표면을 필요이상 거칠게 하 지 않기 때문에, 연마패드 표면에 가해지는 피해가 적다. 얼음상태 지석을 사용함으로써, 스크래치 등의 연마 상처를 발생시키지 않고 부드러운 막의 가공을 행할 수 있었다.
(실시예 12)
본 발명의 제 12 실시예로서, 부드러운 막을 연마하는 다른 예를 나타낸다.
부드러운 막에 대해서는 피해를 더욱 적게 하면서 가공하기 위해 지석가루공급원으로서 지석가루를 포함하는 액체를 겔상태로 한 것을 이용하였다. 여기서는 겔상태 지석가루공급원으로서, 웨이퍼가공용 지석가루인 평균입자지름 0.3미크론의 산화마그네슘 MgO을 가하여 겔화한 것을 이용하였다. 이 부드러운 겔상태의 지석가루공급원을 이용함으로써 연마패드(11)에 대한 표면 피해를 최소한으로 억제할 수 있고 연마패드(11)의 수명을 연장하고 스크래치를 방지하는 효과를 얻을 수 있다.
(실시예 13)
본 발명의 제 13 실시예로서, 복수의 노즐로부터 에어로졸상태의 지석가루공급원을 이용한 예를 나타낸다.
연마패드(11)의 표면에 유리 지석가루를 최대한 균일하게 공급할 목적으로, 다음에서 서술하는 에어로졸상태의 지석가루공급원을 이용하는 방법이 효과가 있었다.
도 20에서 도시하듯이, 연마패드(11)상에 복수의 노즐(46)을 설치하고, 이 노즐(46)로부터 지석가루와 가공액을 에어로졸상태로 분사하였다. 노즐의 주위는 도시하지 않은 커버로 덮어 환경내로 지석가루가 확산되는 것을 방지하였다. 연마패드(11)면 위에는 지석가루가 균일하게 분사되어 유리 지석가루 농도가 균일하게 되어 있기 때문에, 웨이퍼(1)상에서의 가공량 분포가 균일하게 되는 효과를 얻을 수 있었다.
(실시예 14)
본 발명의 제 14 실시예로서, 상기의 가공법을 이용하여 제조한 반도체장치의 제조방법을 나타낸다.
도 22(a)에서부터 도 22(d)는 웨이퍼기판에 트랜지스터 등을 형성하기 전의 소자분리공정의 설명도이다. 모두 웨이퍼표면을 확대하여 단면방향으로부터 본 것이다. 도 22(a)는 웨이퍼기판(1)에 소자분리 목적의 얕은 홈(50)을 드라이에칭에 의해 형성한 단계이다. 나중에 트랜지스터 등을 형성할 소자형성영역(53)은 CVD법에 의해 퇴적한 질화막(51)으로 보호되어 있다. 이 후, 웨이퍼 전면에 열산화 및 CVD법에 의해 이산화규소의 절연막(2)을 퇴적하여 얕은 홈(50)에 절연막(1)을 메운 상태가 도 22(b)이다. 여기서 본 발명의 가공법을 이용하여 도 22(b)중의 위치(54)까지 연마, 평탄화하고, 얕은 홈(50)이외의 불필요한 절연막(2)을 제거하면 도 22(c)의 상태가 된다. 그 후, 열인산(熱燐酸) 등의 에칭액에 의해 질화막(51)을 제거하고, 열산화막 제거, 게이트산화막 퇴적, 이온 주입 등의 다수의 공정을 거쳐 소자형성영역(53)에 트랜지스터(52) 등의 소자를 형성한 상태가 도 22(d)이다. 얕은 홈내의 절연막(2)의 표면은 그 후에 형성하는 소자의 성능을 해치지 않기 위해 고도의 평탄성과 무결함성이 요구된다. 동시에 스루풋도 요구되기 때문에, 이 평탄화공정에 대한 본 발명의 적용은 효과적이었다.
이 외, 배선층간 절연막의 평탄화공정에 있어서도 본 발명을 적용함으로써 효과를 얻을 수 있음은 물론이다.
또, 본 발명은 절연막에 한정되지 않고, 다마신 가공의 구리배선이나 알루미늄막 등, 도전막의 연마에 이용하는 것도 물론 가능하다.
본 발명의 반도체장치의 제조방법에 의하면, 반도체집적회로 제조공정에서 이용되는 연마가공법에 의한 웨이퍼표면패턴의 평탄화기술 중 지석을 이용한 평탄화가공법에 있어서, 지석표면의 활성화처리수단을 도입함으로써 연마가공의 능률이 향상되고 저비용의 평탄화가공이 가능하게 된다.
또, 가공중에 지석표면 활성화처리수단을 도입함으로써 연마율의 안정화가 달성되기 때문에, 총연마량을 원하는 값으로 제어하는 것이 용이하게 된다. 그 결과, 연마부족 또는 과잉연마의 가능성이 감소하여 불량발생률이 저하된다. 연마부족에 의한 재연마 공정이 불필요해지기 때문에 전체 공정수를 줄이는 것도 가능하다.
또, 예를 들어 피가공물인 반도체웨이퍼상의 절연막 두께를 정밀하게 제어하는 것이 가능하게 되기 때문에, 막의 전기적 특성을 최적화하여 반도체장치의 생산 수율을 향상시킬 수 있다.
또, 본 발명의 가공장치에 의하면, 웨이퍼 연마가공 능률이 향상되고, 또 연마량의 제어를 용이하게 행할 수 있기 때문에, 장치의 스루풋이 향상된다.
Claims (37)
- 표면에 요철패턴이 형성된 반도체웨이퍼를 지석가루와 이들 지석가루를 보지하기 위한 물질로 구성되는 지석표면상에 갖다대어 상대운동을 시켜서 연마하고, 상기 요철패턴을 평탄화하는 공정을 갖는 반도체장치의 제조방법에 있어서,상기 지석내의 상기 지석가루를 유리(遊離)시키는 표면활성화처리를 행하는 것을 특징으로 하는 반도체장치의 제조방법.
- 청구항 1에 있어서,상기 지석의 표면활성화처리는, 브러시를 상기 지석에 갖다대어 행하는 것을 특징으로 하는 반도체장치의 제조방법.
- 표면에 요철패턴이 형성된 반도체웨이퍼를 지석가루와 이들 지석가루를 보지하기 위한 물질로 구성되는 지석표면상에 갖다대어 상대운동을 시켜서 연마하고, 상기 요철패턴을 평탄화하는 공정을 갖는 반도체장치의 제조방법에 있어서,초음파 또는 진동수 10㎑이상의 음파를 상기 지석에 전달하여 상기 지석의 표면활성화처리를 행하는 것을 특징으로 하는 반도체장치의 제조방법.
- 표면에 요철패턴이 형성된 반도체웨이퍼를 지석가루와 이들 지석가루를 보지하기 위한 물질로 구성되는 지석표면상에 갖다대어 상대운동을 시켜 연마하고, 상 기 요철패턴을 평탄화하는 공정을 갖는 반도체장치의 제조방법에 있어서,상기 연마의 상태를 검출하고, 이 검출한 값을 기초로 하여 상기 지석을 표면활성화처리하는 조건을 제어하는 것을 특징으로 하는 반도체장치의 제조방법.
- 청구항 4에 있어서,상기 검출하는 연마의 상태는 반도체웨이퍼의 막두께이고, 상기 제어는 반도체웨이퍼를 평탄화하는 공정이 종료되고나서 나중에 행하는 것을 특징으로 하는 반도체장치의 제조방법.
- 표면에 요철패턴이 형성된 반도체웨이퍼를 보지하는 제 1 수단과,지석가루와 이들 지석가루를 보지하기 위한 물질로 구성되는 지석과,상기 반도체웨이퍼 표면을 상기 지석에 갖다대고 상대운동을 시키는 제 2 수단과,상기 지석내의 상기 지석가루를 유리시키는 표면활성화처리를 행하는 제 3 수단을 갖는 것을 특징으로 하는 가공장치.
- 청구항 6에 있어서,상기 제 3 수단은 브러시인 것을 특징으로 하는 가공장치.
- 표면에 요철패턴이 형성된 반도체웨이퍼를 보지하는 제 1 수단과,지석가루와 이들 지석가루를 보지하기 위한 물질로 구성되는 지석과,상기 반도체웨이퍼 표면을 상기 지석에 갖다대고 상대운동을 시키는 제 2 수단과,초음파 또는 진동수 10㎑이상의 음파를 발생시키 수단과,상기 초음파 또는 음파를 상기 지석에 전달하는 수단을 갖는 것을 특징으로 하는 가공장치.
- 청구항 6 또는 청구항 7에 있어서,상기 지석은 기공을 포함하고, 이 기공은 체적환산에서 전 기공의 95%의 지름이 1㎛이하인 것을 특징으로 하는 가공장치.
- 표면에 요철패턴이 형성된 반도체웨이퍼를 보지하는 제 1 수단과,지석가루와 이들 지석가루를 보지하기 위한 물질로 구성되는 지석과,상기 반도체웨이퍼 표면을 상기 지석에 갖다대고 상대운동을 시키는 제 2 수단과,상기 지석의 표면활성화처리를 행하는 제 3 수단과,트루잉유니트를 갖는 것을 특징으로 하는 가공장치.
- 지석가루와 상기 지석가루를 보지하기 위한 물질로 이루어지는 지석에, 표면활성화처리를 실시하고,상기 지석에, 상기 지석의 단위면적당 매분 0.14㎖/㎠이하의 공급량으로 액을 공급하고,상기 지석에 반도체웨이퍼를 갖다대면서 연마하여 상기 반도체웨이퍼의 표면을 평탄화하는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 반도체장치의 제조방법.
- 청구항 11에 있어서,상기 표면활성화처리는 브러시를 상기 지석에 갖다대어 행하는 것을 특징으로 하는 반도체장치의 제조방법.
- 청구항 11 또는 청구항 12에 있어서,상기 브러시의 모(毛)가 상기 지석과 접촉하는 길이가 0.1㎜이상 5㎜이하의 범위내가 되도록, 상기 브러시를 상기 지석측에 갖다댄 상태로 연마하는 것을 특징으로 하는 반도체장치의 제조방법.
- 청구항 11에 있어서,상기 표면활성화처리는 초음파 또는 진동수 10㎑이상의 음파를 상기 지석에 전달하여 행하는 것을 특징으로 하는 반도체장치의 제조방법.
- 청구항 11에 있어서,상기 표면활성화처리는 고체지석가루공급원으로부터 상기 지석표면에 지석가 루를 공급하여 행하는 것을 특징으로 하는 반도체장치의 제조방법.
- 청구항 15에 있어서,상기 고체지석가루공급원은 지석가루와 상기 지석가루를 보지하기 위한 물질로 구성되는 제 2 지석인 것을 특징으로 하는 반도체장치의 제조방법.
- 청구항 15에 있어서,상기 고체지석가루공급원은 지석가루를 포함하는 액체를 동결시킨 것임을 특징으로 하는 반도체장치의 제조방법.
- 청구항 11에 있어서,상기 표면활성화처리는 지석가루를 포함하는 액체의 겔 또는 에어로졸로부터 상기 지석표면에 지석가루를 공급하여 행하는 것을 특징으로 하는 반도체장치의 제조방법.
- 청구항 11내지 청구항 18 중 어느 한항에 있어서,상기 표면활성화처리와 상기 평탄화처리를 동시에 행하는 것을 특징으로 하는 반도체장치의 제조방법.
- 지석가루와 상기 지석가루를 보지하기 위한 물질로 이루어지는 지석에, 표면 활성화처리를 실시하고,상기 지석에 트루잉처리를 행하고,상기 지석에 반도체웨이퍼를 갖다대면서 연마하여 상기 반도체웨이퍼 표면을 평탄화하는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 반도체장치의 제조방법.
- 청구항 20에 있어서,상기 트루잉처리에 의해 상기 지석의 평탄도는 10㎛이하로 되는 것을 특징으로 하는 반도체장치의 제조방법.
- 반도체웨이퍼를 연마패드에 갖다대어 상대운동시켜서 연마하고,상기 연마패드표면에, 지석가루를 포함하는 고체지석가루공급원으로부터 상기 지석가루를 공급하여,상기 반도체웨이퍼 표면을 평탄화하는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 반도체장치의 제조방법.
- 청구항 22에 있어서,상기 고체지석가루공급원은 지석가루와 상기 지석가루를 보지하기 위한 물질로 구성된 지석인 것을 특징으로 하는 반도체장치의 제조방법.
- 청구항 22에 있어서,상기 고체지석가루공급원은 지석가루를 포함하는 액체를 동결시킨 것인 것을 특징으로 하는 반도체장치의 제조방법.
- 표면에 요철패턴이 형성된 반도체웨이퍼를 연마패드에 갖다대어 상대운동을 시켜서 연마하고,상기 연마패드표면에 지석가루를 포함하는 액체의 겔로부터 상기 지석가루를 공급하여,상기 요철패턴을 평탄화하는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 반도체장치의 제조방법.
- 표면에 요철패턴이 형성된 반도체웨이퍼를 연마패드에 갖다대어 상대운동을 시켜서 연마하고,상기 연마패드표면에 지석가루를 포함하는 액체의 에어로졸로부터 상기 지석가루를 공급하여,상기 요철패턴을 평탄화하는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 반도체장치의 제조방법.
- 반도체기판상에 막을 형성하는 공정과,지석가루와 상기 지석가루를 보지하기 위한 물질로 이루어지는 지석에 상기 지석가루를 유리시키는 표면활성화처리를 실시하고,상기 지석에 상기 반도체기판을 갖다대면서 상기 막을 연마하여 평탄화하는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 반도체장치의 제조방법.
- 청구항 27에 있어서,상기 막은 절연막인 것을 특징으로 하는 반도체장치의 제조방법.
- 청구항 27에 있어서,상기 막은 도전막인 것을 특징으로 하는 반도체장치의 제조방법.
- 청구항 28에 있어서,상기 표면활성화처리는 상기 지석에 브러시를 갖다대어 행하는 것을 특징으로 하는 반도체장치의 제조방법.
- 청구항 28에 있어서,상기 표면활성화처리는 초음파 또는 진동수 10㎑이상의 음파를 상기 지석에 전달하여 행하는 것을 특징으로 하는 반도체장치의 제조방법.
- 반도체기판에 소자분리영역이 되는 홈부를 형성하는 공정과,상기 홈부로부터 상기 홈의 외주부에 걸쳐 절연막을 형성하는 공정과,지석가루와 상기 지석가루를 보지하기 위한 물질로 이루어지는 지석에 상기 지석가루를 유리시키는 표면활성화처리를 실시하면서, 상기 지석에 상기 반도체기판을 갖다대면서 연마하여 상기 절연막을 연마하는 공정과,상기 소자분리영역 이외의 영역에 전계효과트랜지스터를 형성하는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 반도체장치의 제조방법.
- 피연마물을 보지하는 보지수단과,지석가루와 상기 지석가루를 보지하기 위한 물질로 이루어지는 지석과,상기 피연마물을 상기 지석에 갖다대어 상대운동시키는 수단과,상기 지석가루를 유리시키는 상기 지석의 표면활성화처리를 행하는 수단과,상기 지석의 일정치수깊이의 절삭가공을 행하는 수단을 갖는 것을 특징으로 하는 가공장치.
- 피연마물을 보지하는 보지수단과,지석가루와 결합수지로 이루어지는 지석과,상기 피연마물을 상기 지석에 갖다대어 상대운동시키는 수단과,상기 지석표면에 지석가루를 공급하는 고체지석가루공급원을 갖는 것을 특징으로 하는 가공장치.
- 피연마물을 보지하는 보지수단과,지석가루와 결합수지로 이루어지는 지석과,상기 피연마물을 상기 지석에 갖다대어 상대운동시키는 수단과,상기 지석 표면에 지석가루를 공급하는, 액체의 겔 또는 액체의 에어로졸로 이루어지는 지석가루공급원을 갖는 것을 특징으로 하는 가공장치.
- 피연마물을 보지하는 보지수단과,연마패드와,상기 피연마물을 상기 연마패드에 갖다대어 상대운동시키는 수단과,상기 연마패드 표면에 지석가루를 공급하는 고체지석가루공급을 갖는 것을 특징으로 하는 가공장치.
- 피연마물을 보지하는 보지수단과,연마패드와,상기 피연마물을 상기 연마패드에 갖다대어 상대운동시키는 수단과,상기 연마패드 표면에 지석가루를 공급하는, 액체의 겔 또는 액체의 에어로졸로 이루어지는 지석가루공급원을 갖는 것을 특징으로 하는 가공장치.
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