KR100593811B1 - 평탄화 연마 장치 및 평탄화 연마 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 평탄화 연마 장치 및 평탄화 연마 방법은, 동축(同軸)에 배설된 제1 연마 수단 및 제2 연마 수단과, 상기 각 연마 수단을 축 방향으로 상대 이동시키는 이동 수단과, 상기 각 연마 수단을 축 둘레에서 회전시키는 회전 수단과를 구비하며, 따라서, 고정밀도로서 무결함의 평탄화 연마가 가능하다.
연마물, 평탄화 연마 장치, 연마 수단, 평탄화 연마 방법

Description

평탄화 연마 장치 및 평탄화 연마 방법 {FLATTENING POLISHING DEVICE AND FLATTENING POLISHING METHOD}
도 1은 본 발명의 평탄화 연마 장치의 실시형태의 전체구성을 나타낸 평면도.
도 2는 도 1의 평탄화 연마 장치에 있어서의 가공부의 상세를 나타낸 일부단면 측면도.
도 3 (A),(B)는 도 2의 메탈 정반(定盤)의 상세예를 나타낸 평면도 및 단면 측면도.
도 4 (A),(B)는 도 2의 버프(buff)의 상세예를 나타낸 평면도.
도 5는 도 1의 평탄화 연마 장치에 있어서의 메탈 정반과 샤프트를 잇는 플랜지의 다른 예를 나타낸 단면 측면도.
도 6은 도 1의 평탄화 연마 장치의 동작예를 나타낸 제1 단면 측면도.
도 7은 도 1의 평탄화 연마 장치의 동작예를 나타낸 제2 단면 측면도.
도 8 (A),(B)는 도 1의 평탄화 연마 장치와 종래의 연마 장치에 의한 디싱(dishing) 평가를 나타낸 도면이다.
도 9 (A),(B)는 도 1의 평탄화 연마 장치와 종래의 연마 장치에 의한 침식(erosion) 평가를 나타낸 도면.
도 10 (A)∼(F)는 메탈 배선형 기판의 제조 공정을 나타낸 단면 측면도.
도 11 (A)∼(D)는 메탈 배선형 기판에 있어서의 결함을 나타낸 단면 측면도.
도 12 (A),(B)는 소자 분리형 기판의 제조 공정을 나타낸 단면 측면도.
도 13 (A)∼(D)는 소자 분리형 기판에 있어서의 결함을 나타낸 단면 측면도.
도 14는 종래의 평탄화 연마 장치의 개략(槪略)을 나타낸 사시도.
〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉
100 : 평탄화 연마 장치, 101 : 웨이퍼, 110 : 카세트 포트, 120 : 핸들링 시스템, 130 : 폴리싱 헤드, 132 : 가공부, 140 : 클리너, 150 : 가공 테이블, 151 : 대반(台盤, weighing table), 152 : 웨이퍼 척, 153 : X축 볼 너트, 154 : 지지부, 155 : X축 서버 모터, 156 : X축 볼 나사, 157 : 노즐, 160 : 가공 헤드, 161 : 버프(buff), 162 : 휠, 163 : 메탈 정반(定盤, metal surface plate), 164 : 메탈 툴 플랜지, 165 : 샤프트, 166 : 베어링, 167 : 플랜지, 168 : 스포트 훼이싱(spot facing), 169 : 스프링, 170 : 핀, 171 : 주축 스핀들 모터, 172 : 주축 스핀들, 173 : 에어 실린더, 174 : Z축 볼 너트, 175 : 지지부, 176 : Z축 가이드, 177 : Z축 서버 모터, 178 : Z축 볼 나사.
본 발명은, 예를 들면 웨이퍼(wafer)의 표면에 형성된 도금막이나 절연막을 평탄하게 연마하는 연마 장치 및 평탄화 연마 방법에 관한 것이다.
도 10 (A)∼(F)는, 메탈 배선형 기판의 제조 공정을 나타낸 단면 측면도이다.
실리콘으로 이루어진 웨이퍼(1)의 표면상에 구리(Cu)로 이루어진 배선 패턴(2)을 형성하고, 배선 패턴(2)을 포함하는 웨이퍼(1)의 표면상에 이산화규소 (SiO2)로 이루어진 절연막(3)을 피복한다(도 10 (A)).
그리고, 적층 배선 패턴용의 도통공(4)을 절연막(3)에 에칭형성하고(도 10 (B)), 도통공(4)의 내면을 포함하는 절연막(3)의 표면상에 탄탈(Ta)이나 티탄(Ti)등으로 이루어진 배리어 막(5)을 피복하며(도 10 (C)), 구리(Cu)로 이루어진 시드 막(6)을 스퍼터링 형성한다(도 10 (D)). 그리고, 도통공(4)의 내부가 완전하게 막히도록 비교적 두껍게 구리(Cu)로 이루어진 적층 배선 패턴용 막(7)을 도금 형성한다(도 10 (E)). 그 후, 배리어 막(5) 상의 불필요한 적층 배선 패턴용 막(7)을 연마 가공하여 제거해서 적층 배선 패턴(8)을 형성하고, 최종적인 메탈 배선형 기판(9)으로 한다(도 10 (F)).
도 12는, 소자 분리형 기판의 제조 공정을 나타낸 단면 측면도이다.
예를 들면, 실리콘으로 이루어진 웨이퍼(11)의 표면상에 소자(12)를 형성하고, 소자(12)를 포함하는 웨이퍼(11)의 표면상에 질화규소(SiN)로 이루어진 스토퍼 막(13)을 피복한다. 그리고, 소자 분리용의 트렌치공(14)을 스토퍼 막(13)으로부터 웨이퍼(11)에 걸쳐서 에칭 형성하고, 트렌치공(14)의 내부가 완전하게 막히도록 비교적 두껍게 이산화규소(SiO2)로 이루어진 절연막(15)을 피복한다(도 12 (A)). 그 후, 스토퍼 막(13)상의 불필요한 절연막(15)을 연마 가공하여 제거해서 트렌치(16)를 형성하고, 최종적인 소자 분리형 기판(17)으로 한다(도 12 (B)).
전술한 각 기판(9,17)을 제조할 때의 연마 공정에 있어서는, 평탄화 연마 장치가 사용된다.
도 14는, 종래의 평탄화 연마 장치의 개략(槪略)을 나타낸 사시도이다.
이 평탄화 연마 장치(20)는, 연마포(21)가 상면에 접착된 회전 가능한 원반형의 정반(22)과, 웨이퍼(1,11)를 하면에서 지지하는 회전 가능한 것으로서, 상하동(Z방향) 가능한 원반형의 마운트 판(23)과, 연마포(21)상에 연마액(P)을 공급하는 노즐(24)을 구비하고 있다.
이와 같은 구성에 있어서, 먼저, 막(7,15)이 형성되어 있는 웨이퍼(1,11)의 표면을 아래로 향하고, 웨이퍼(1)의 배면을 마운트 판(23)의 하면에 접착 혹은 진공 흡착시킨다. 다음으로, 정반(22)과 마운트 판(23)을 회전시키는 동시에, 노즐(24)로부터 연마포(21)상에 연마액(P)을 공급한다. 그리고, 마운트 판(23)을 하강시켜서, 웨이퍼(1,11)의 표면을 연마포(21)상에 눌러 붙이고, 웨이퍼(1,11)의 표면에 형성되어 있는 막(7,15)을 연마한다.
전술한 각 기판(9,17)을 제조할 때의 연마 공정의 초기단계에 있어서는, 각각 적층 배선 패턴용 막(7), 절연막(15)이라고 하는 1종류의 막만을 연마하면 된다. 그런데, 최종단계에 있어서는, 각각 배리어 막(5), 스토퍼 막(1)을 노출시킬 필요가 있기 때문에, 적층 배선 패턴용 막(7), 절연막(15)뿐만이 아니라 배리어 막(5), 스토퍼 막(13)이라고 하는 2종류의 막을 동시에 연마하지 않으면 안된다.
이와 같이 다른 종류의 막, 즉 경도가 다른 막을 종래의 평탄화 연마 장치(20)로 연마하면, 디싱(dishing), 침식(erosion)(신닝(thining)), 리세스 (recess), 스크래치·케미컬 대미지, 오버 폴리쉬·언더 폴리쉬라고 하는 결함이 발생하는 경우가 있다.
도 11은, 메탈 배선형 기판(9)에 있어서의 결함을 나타낸 단면 측면도, 도 13은, 소자 분리형 기판(16)에 있어서의 결함을 나타낸 단면 측면도이다.
도 11 (A) 및 도 13 (A)은, 디싱의 예이고, 넓은 부분의 적층 배선 패턴용 막(7), 절연막(15)의 중앙부가 지나치게 연마되어 움푹 파여 버려, 적층 배선 패턴(8), 트렌치(16)의 단면적이 부족해져 버린다고 하는 결함이 있다.
도 11 (B) 및 도 13 (B)은, 침식(신닝)의 예이고, 패턴 밀도가 높은 부분이 지나치게 연마되어 움푹 파여 버려, 적층 배선 패턴(8), 트렌치(16)의 단면적이 부족해져 버린다고 하는 결함이 있다.
도 11 (C) 및 도 13 (C)은, 리세스의 예이고, 적층 배선 패턴(8)과 절연막(3), 트렌치(16)와 스토퍼 막(13)의 경계에서 적층 배선 패턴(8)측, 트렌치(16)측이 낮아져서 단차(段差)가 생겨 버린다고 하는 결함이 있다.
도 11 (D)은, 스크래치·케미컬 대미지의 예이고, 오픈·쇼트(open circuit or short circuit)나 적층 배선 패턴(8)의 저항치 불량이 생겨 버린다고 하는 결함이 있다.
도 13 (D)은, 오버 폴리쉬·언더 폴리쉬의 예이고, 절연막(15)의 설정제거량 에 대한 부족에 의하여, 절연막(15)이 표면에 잔존해 버린다고 하는 결함 및 절연막(15)의 설정제거량에 대한 초과에 의하여, 트렌치(16)의 단면적이 부족해 버린다고 하는 결함이 있다.
본 발명은, 전술한 사정으로부터 이루어진 것이고, 고정밀도로서 무결함의 평탄화 연마가 가능한 평탄화 연마 장치 및 평탄화 연마 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적은, 본 발명에 있어서는, 연마물의 표면을 평탄하게 연마하는 평탄화 연마 장치에 있어서, 동축(同軸)에 배설된 제1 연마 수단 및 제2 연마 수단과, 상기 각 연마 수단을 축 방향으로 상대 이동시키는 이동 수단과, 상기 각 연마 수단을 축 주위에서 회전시키는 회전 수단을 구비하는 것에 의하여 달성된다.
또, 상기 목적은, 본 발명에 있어서는, 연마물의 표면을 평탄하게 연마하는 평탄화 연마 방법에 있어서, 동심원상으로 배설된 2개의 연마 수단을 회전시켜, 한 쪽의 상기 연마 수단의 연마면을 다른 쪽의 상기 연마 수단의 연마면보다 상기 연마물측으로 돌출시키고, 한 쪽의 상기 연마 수단으로 상기 연마물의 표면을 연마시켜, 다른 쪽의 상기 연마 수단의 연마면을 한 쪽의 상기 연마 수단의 연마면보다 상기 연마물측으로 돌출시키고, 다른 쪽의 상기 연마 수단으로 상기 연마물의 표면을 연마시키는 것에 의하여 달성된다.
상기 구성에 의하면, 2개의 연마 수단이 동축에 배치되어 있으므로, 종래와 같이 복수매의 대정반(大定盤)을 설치할 필요가 없이, 장치를 콤팩트하게 할 수 있 다. 또한, 연마물을 원 척(one chuck)으로 멀티 스텝 가공하므로, 재(再)처킹에 의한 가공정밀도 불균일을 억제할 수 있다. 또, 정(定) 치수 고능률 가공이나 정(定) 압력 고품위 케미컬 가공을 멀티 스텝으로 행하므로, 연마물을 무결함으로 가공하는 것이 가능해진다.
또한, 복합 반도체용 연마 공정의 경우에, 2단계 연마가 습식 연마제가 변경되어 수행된다. 따라서, 2단계 연마를 행하기 위한 연속 공정 및 병렬로 1단계 연마를 행하기 위한 병렬 공정은 하나의 디바이스를 연마하는 단계에서 선택적으로 수행될 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 형태를 첨부 도면에 따라서 상세하게 설명한다.
또한, 이하에 서술할 실시 형태는, 본 발명의 바람직한 구체예이므로, 기술적으로 바람직한 여러 가지의 한정이 부가되어 있으나, 본 발명의 범위는, 이하의 설명에 있어서 특히 본 발명을 한정하는 뜻의 기재가 없는 한, 이들 형태에 한정된 것은 아니다.
도 1은, 본 발명의 평탄화 연마 장치의 실시 형태의 전체 구성을 나타낸 평면도이다.
이 평탄화 연마 장치(100)는, 연마 대상인 웨이퍼(101)가 투입되는 카세트 포트(110), 이 카세트 포트(110)에서 꺼내진 웨이퍼(101)를 위치 결정하는 핸들링 시스템(120), 이 핸들링 시스템(120)에서 위치 결정된 웨이퍼(101)를 화학적 기계 연마하는 폴리싱 헤드(130) 및 폴리싱 헤드(130)에서 화학적 기계 연마된 웨이퍼(101)를 세정하는 클리너(140)로 대략 구성되어 있다. 또한, 각 부 간의 웨이퍼(101)의 반송(搬送)은, 도시하지 않은 로봇에 의하여 행해지도록 되어 있다.
이러한 구성에 있어서, 평탄화 연마 장치(100)내에 있어서의 연마 공정에 대해서 설명한다.
먼저, 복수 매의 웨이퍼(101)가, 카세트(102)내에 병렬로 수납되고, 이 카세트(102)가, 카세트 포트(110)에 세트된다. 그리고, 1매의 웨이퍼(101)가, 카세트(102)에서 꺼내져, 핸들링 시스템(120)으로 반송된다.
반송되어 온 웨이퍼(101)는, 콘베이어(121)로 위치 결정부(122)로 이송되고, 센터링 및 오리엔테이션 플래트닝 얼라이언먼트(orientation and flattening alignment)가 행해지고, 다시 콘베이어(121)에서 원래의 위치까지 이송된다. 재이송되어 온 웨이퍼(101)는, 폴리싱 헤드(130)에 반송된다. 반송되어 온 웨이퍼(101)는, 버퍼(131)에 일단 투입된 후, 가공부(132)에 세트되어 화학적 기계 연마된다. 연마가 완료된 웨이퍼(101)는, 웨트 스테이션(wet station)(133)에 일단 꺼내진 후, 클리너(140)에 반송된다.
반송되어 온 웨이퍼(101)는, 약제를 세정하기 위하여 세정부(141)를 통하게 된 후, 세정액을 건조시키기 위하여 건조부(142)로 이송된다. 그리고, 건조가 완료된 웨이퍼(101)는, 다시 핸들링 시스템(120)에 반송되고, 카세트(102)의 빈 부분에 수납된다. 수납되어 있는 모든 웨이퍼에 대해서 이상의 공정이 종료한 카세트(102)는, 카세트 포트(110)에서 꺼내져, 다음 공정으로 반송된다.
도 2는, 도 1의 평탄화 연마 장치(100)에 있어서의 가공부(132)의 상세를 나 타낸 일부 단면 측면도이다.
이 가공부(132)는, 가공 테이블(150)과 가공 헤드(160)로 대략 구성되어 있다.
가공 테이블(150)은, 웨이퍼(101)를 탑재 고정하여 회전시키는 동시에 X방향으로 이동시키는 기능을 가진다.
대반(台盤)(151)의 상면에는, 웨이퍼(101)를 진공 흡착하는 웨이퍼 척(152)이 배설되고, 대반(151)의 하면에는, X축 볼 너트(153)를 가지는 지지부(154)가 배설되어 있다.
그리고, X축 볼 너트(153)에는, X축 서버 모터(155)에 연결되고, X방향으로 연장된 X축 볼 나사(156)가 나사맞춤되어 있다. 또, 대반(151)의 위쪽에는, 연마액을 공급하기 위한 노즐(157)이 배설되어 있다. 또한, 도시하고 있지 않으나. 대반(151)에는, 웨이퍼 척(152)을 회전시키는 기구가 내장되어 있다.
가공 헤드(160)는, Z방향으로 이동하여, 가공 테이블(150)에 고정되어 있는 웨이퍼(101)를 2단계로 화학적 기계 연마하는 기능을 가진다. 웨이퍼(101)와 거의 같은 지름의 원반형의 버프(buff)(제1 연마 수단)(161)와, 이 버프(161)의 지름보다 큰 내경을 가진 원반형의 휠(제2 연마 수단)(162)이, 동축, 즉 동심원형으로 배설되어 있다. 그리고, 버프(161)는, 원반형의 메탈 정반(제1 연마 수단)(163)의 하면에 접착 고정되고, 휠(162)은, 고리형의 메탈 툴 플랜지(제2 연마 수단)(164)의 하면에 접착 고정되어 있다.
메탈 정반(163)의 중앙공에는, 샤프트(고정축)(165)의 일단이, 베어링(166) 을 가지는 플랜지(167)을 통하여 고정되어 있다. 이 플랜지(167)는, 외주면이 테이퍼 형상으로 형성되어 있고, 역시 테이퍼 형상으로 형성되어 있는 메탈 정반(163)의 중앙부의 구멍의 내주면에 결합되어 고정되어 있다. 메탈 툴 플랜지(164)의 상면측에는, 등각도 간격으로 스포트 훼이싱(168)이 배설되어 있다.
이 스포트 훼이싱(168)의 내부에는, 스프링(169)을 가지는 핀(170)이, 메탈 툴 플랜지(164)의 하면측에 관통하도록 삽입되어 있다. 그리고, 핀(170)의 선단(先端)은, 메탈 정반(163)의 상면에 나사맞춤되어 있다. 메탈 툴 플랜지(164)의 상면에는, 주축 스핀들 모터(회전 수단)(171)를 가지는 주축 스핀들(회전 수단)(172)이 고정되고, 또한 주축 스핀들 모터(171)의 상부에는, 에어 실린더(이동 수단)(173)가 고정되어 있다.
샤프트(165)는, 메탈 툴 플랜지(164)의 중앙공으로부터 주축 스핀들(172), 주축 스핀들 모터(171) 및 에어 실린더(173)의 중앙부를 통하여 관통하도록 배설되어 있다.
그리고, 샤프트(165)의 타단에는, 에어 실린더(173)의 피스톤(173a)이 고정되어 있다. 그리고, 샤프트(165)는, 연마액을 공급하기 위하여 중공 원통형으로 형성되어 있다.
주축 스핀들 모터(171)의 외주면에는, Z축 볼 너트(174)를 가지는 지지부(175)가 배설되어 있다. 그리고, 지지부(175)는, Z축 가이드(176)에 걸려 있고, Z축 볼 너트(174)에는, Z축 서버 모터(177)에 연결되고, Z방향으로 이어지는 Z축 볼 나사(178)가 나사맞춤되어 있다.
도 3 (A), (B)는, 도 2의 메탈 정반(163)의 상세예를 나타낸 평면도 및 단면 측면도이다.
이 메탈 정반(163)의 하면, 즉 버프(161)가 접착 고정되는 면에는, 십자형상의 홈(163a)이 형성되어 있다. 그리고, 홈(163a)의 십자 선단부에는, 홈(163a)의 저부(底部)로부터 메탈 정반(163)의 주위면으로 빠지는 관통공(163b)이 배설되어 있다.
도 4 (A), (B)는, 도 2의 버프(161)의 상세예를 나타낸 평면도이다.
도 4 (A)에 나타낸 버프(161A)에는, 메탈 정반(163)의 홈(163a)에 따라서 십자형상으로 복수의 구멍(161Aa)이 배설되어 있다. 또, 도 4 (B)에 나타낸 버프 (161B)에는, 방사형으로 또한 복수의 구멍(161Ba)이 배설되어 있다.
이상과 같은 구성의 메탈 정반(163)의 하면, 즉 홈(163a)의 형성면에, 버프 (161A) 또는 (161B)가 접착 고정되게 되어 있다.
이로써, 샤프트(165)의 중공부로부터 공급되는 연마액은, 메탈 정반(163)의 중앙공(163c)을 통하여 홈(163a)내에 흘러 들어간다. 그리고, 연마액이 홈(163a)내를 흐르는 도중에서, 연마액의 일부는 버프(161A) 또는 (161B)의 구멍(161Aa) 또는 (161Ba)을 통해 버프(161A) 또는 (161B)의 연마면으로 흘러들어 가고, 나머지, 즉 과잉분의 연마액은 메탈 정반(163)의 관통공(163b)을 통하여 버프(161A) 또는 (161B)의 외주면으로부터 방출된다. 따라서, 연마액은 버프(161A) 또는 (161B)의 연마면의 전체면에 널리 퍼지므로, 연마 정밀도나 연마 효율을 향상시킬 수 있다.
도 5는, 메탈 정반과 샤프트를 잇는 플랜지의 다른 예를 나타낸 단면 측면도 이다. 이 플랜지(167′)는, 외주면이 반구면 형상으로 형성되어 있고, 역시 반구면 형상으로 형성되어 있는 메탈 정반(163′)의 중앙부의 구멍의 내주면에 슬라이드 가능하게 밀착되어 있다.
이러한 구성에 의하면, 예를 들면 웨이퍼(101)의 표면이 경사져 있는 경우라도, 그 웨이퍼(101)의 표면에 버프(161)의 연마면이 접촉했을 때에, 메탈 정반 (163′)이 플랜지(167′)를 중심으로 요동(搖動)하므로, 버프(161)의 연마면을 웨이퍼(101)의 표면에 항상 수평으로 접촉시키는 것이 가능해진다. 따라서, 웨이퍼(101)의 표면의 평탄성을 고정밀도로 할 수 있다.
이상과 같은 구성에 있어서, 그 동작예를 도 6 및 도 7을 참조하여 설명한다.
여기에서, 버프(161)로서는, 예를 들면 연질 버프, 그 연마액으로서는, 예를 들면 초산(HNO3)등의 에칭의 약액이 사용된다. 또, 휠(162)로서는, 예를 들면 경질 알루미나 연마재가 고정화된 경질 휠, 그 연마액으로서는, 예를 들면 알루미나 연마재를 약산으로 분산시킨 슬러리(slurry)가 사용된다.
제1 단계로서, 버프(161)를 사용한 연마를 행하고(도 6 참조), 제2 단계로서, 휠(162)을 사용한 연마를 행한다(도 7참조).
먼저, 웨이퍼 척(152)에 웨이퍼(101)를 진공 흡착시키면, X축 서버 모터(155)를 구동하여 X축 볼 나사(156)를 회전시켜, 웨이퍼(101)가 소정의 연마 개시 위치에 이르기까지, 지지부(154)를 통하여 대반(151)을 이동시킨다. 그리고, 대반(151)에 내장되어 있는 회전 기구를 구동하여 웨이퍼 척(152)을 통하여 웨이퍼(101)를 회전시킨다. 동시에, 주축 스핀들 모터(171)를 구동하여 주축 스핀들 모터(172)를 통하여 휠(162)을 회전시키고, 또한 핀(170)을 통하여 버프(161)를 회전시킨다.
다음으로, Z축 서버 모터(177)를 구동하여 Z축 볼 나사(178)를 회전시켜, 휠(162)의 연마면이, 웨이퍼 척(152)에 진공 흡착되어 있는 웨이퍼(101)의 표면으로부터 소정의 간격을 연 상태가 되기 까지, 지지부(175)를 Z축 가이드(176)에 따라서 하강시킨다. 그리고, 약액을 도시하지 않은 공급장치로부터 샤프트(165)의 중공부 및 메탈 정반(163)의 홈(163a)을 통하여 버프(161)에 공급한다. 동시에, 에어 실린더(173)의 실린더(173b)에 배설되어 있는 가압측 공급구(173c)에 에어를 공급하고, 피스톤(173a) 및 샤프트(165a)를 통하여 메탈 정반(163)을 하강시킨다.
이 때, 메탈 정반(163)은, 스프링(169)을 압축하고, 버프(161)의 연마면은, 휠(162)의 연마면보다도 돌출한 상태가 된다. 그리고, 버프(161)의 연마면을 웨이퍼(101)의 표면에 누르고, X축 서버 모터(155)를 구동하여 X축 볼 나사(156)를 회전시켜, 지지부(154)를 통하여 대반(151)을 왕복 이동시키고, 웨이퍼(101)를 화학적 기계 연마한다. 또한, 이 때의 연마량의 절대치는, 주로 에어 실린더(173)의 압력과 버프(161)의 웨이퍼(101)에 대한 통과 속도로 제어할 수 있다. 그리고, 연마 종료 후는, 약액의 공급을 정지하고, 도시하지 않은 노즐을 통하여 웨이퍼(101)의 표면에 순수(純水)를 공급하여, 웨이퍼(101)의 표면에 잔존하고 있는 약액을 세정제거한다.
이상과 같이, 이 제1 단계의 연마 공정은, 연질 버프를 사용하고 있는 것이나, 산에 의한 에칭인 것 등의 이유에 의하여, 선택비, 즉 예를 들면 웨이퍼(101)가 메탈 배선형 기판인 경우는 적층 배선 패턴용 막(7)과 배리어 막(5)의 연마 레이트의 비, 소자 분리형 기판인 경우는 절연막(15)과 스토퍼 막(13)의 연마 레이트의 비는 커지고, 배리어 막(5)이나 스토퍼 막(13)에서의 정지 정밀도는 높아진다.
따라서, 디싱이나 침식은 커지고, 연마 제거 속도는 늦어지는데, 제1 단계 토탈의 연마 제거량 절대치를 작게 설정함으로써, 디싱이나 침식의 절대치를 작게 하고, 연마 처리 시간을 단축시킬 수 있다. 또, 버프(161)에 의한 케미컬 반응이 강한 가공이기 때문에, 웨이퍼(101)의 표면은 대미지가 적고, 기계적으로도 평활한 면으로 할 수 있다.
이어서, 에어 실린더(173)의 실린더(173b)에 배설되어 있는 퇴피측 공급구(173d)에 에어를 공급하고, 피스톤(173a) 및 샤프트(165)를 통하여 메탈 정반(163)을 상승시키고, 버프(161)의 연마면을 웨이퍼(101)의 표면으로부터 떨어뜨린다. 이 때, 메탈 정반(163)의 상면은, 메탈 툴 플랜지(164)의 하면에 용수철(169)의 복원력에 의하여 눌러지고, 버프(161)의 연마면은, 휠(162)의 연마면보다도 들어간 상태가 된다.
그리고, 슬러리를 도시하지 않은 공급 장치로부터 노즐(157)을 통하여 웨이퍼(101)의 표면에 공급한다. 동시에, Z축 서버 모터(177)를 조금 전과는 역방향으로 구동하여 Z축 볼 나사(178)를 회전시켜, 지지부(175)를 Z축 가이드(176)에 따라서 하강시킨다. 그리고, 휠(162)의 연마면을 웨이퍼(101)의 표면에 눌러, X축 서버 모터(155)를 구동하여 X축 볼 나사(156)를 회전시키고, 지지부(154)를 통하여 대반(151)을 왕복 이동시켜, 웨이퍼(101)를 화학적 기계 연마한다. 또한, 이 때의 연마량의 절대치는, 주로 Z축 서버 모터(177)에 의한 압입량과 휠(162)의 웨이퍼(101)에 대한 통과속도로 제어할 수 있다. 그리고, 연마 종료 후는, 슬러리의 공급을 정지하고, 도시하지 않은 노즐을 통하여 웨이퍼(101)의 표면에 순수 및 약액을 공급하고, 웨이퍼(101)의 표면에 잔존하고 있는 슬러리나 분자를 세정 제거한다.
이상과 같이, 이 제2 단계의 연마 공정은, 경질 휠을 사용하고 있는 것이나, 약산이기 때문에 슬러리의 상기 선택비가 작은 것 등의 이유에 의하여, 예를 들면 웨이퍼(101)가 메탈 배선형 기판인 경우는 적층 배선 패턴용 막(7)의 부분과 배리어 막(5)이 노출된 부분, 소자 분리형 기판인 경우는 절연막(15)의 부분과 스토퍼 막(13)이 노출된 부분의 연마는 같이 진행한다. 따라서, 종래의 패드와 슬러리를 이용한 경우와 비교하여, 디싱이나 침식이 작고, 연마 제거 속도가 비교적 빠른 고능률 연마가 가능해진다.
또한, 전술한 평탄화 연마 방법의 실시 형태에서는, 제1 단계에서 버프(161)에 의한 조(粗)연마를 행하고, 제2 단계에서 휠(162)에 의한 마무리 연마를 행하도록 했으나, 제1 단계에서 휠(162)에 의한 조연마를 행하고, 제2 단계에서 버프(161)에 의한 마무리 연마를 행하도록 해도 된다. 그 경우, 휠(162)에 의한 연마는, 선택비가 작기 때문에 그 치수 정지 정밀도가 충분하지 않으므로, 또한 경질 휠에 의한 고능률 연마이기 때문에 웨이퍼(101)의 표면에 미세 조도(micro roughness)나 대미지 등이 잔존하기 때문에, 적당한 범위, 즉 예를 들면 웨이퍼(101)가 메탈 배선형 기판인 경우는 배리어 막(5)의 상에 적층 배선 패턴용 막(7)이 약간 남은 상태, 소자 분리형 기판인 경우는 스토퍼 막(13)의 상에 졀연막(15)이 약간 남은 상태로 종료한다.
그리고, 버프(161)에 의한 연마로 치수 정밀도를 높히고, 잔존하는 대미지 층을 제거한다.
또한, 버프(161)에 의한 연마와 휠(162)에 의한 연마를 동시에 행하도록 해도 된다. 이 방법에 의하면, 조·마무리 연마를 일시에 행할 수 있고, 연마 공정수를 대폭으로 단축시킬 수 있다.
도 8 및 도 9는, 본 실시 형태의 연마와 종래의 연마를 행했을 때의 표면 프로화일 관찰에 의한 디싱 평가 및 침식 평가를 나타낸다. 또한, 종래의 연마 조건은, 패드(로델사(미국)가 만든 발포 폴리우레탄 패드 IC-1000)를 30rpm∼60rpm으로 회전시키는 동시에, 150kgf/cm2∼250kgf/cm2의 압력으로 눌러, 슬러리(캐벗사(미국)가 만든 알루미나 슬러리C4010)를 공급하는 조건으로 했다.
도 8 (A)은, 본 실시 형태의 연마에 의한 폭500㎛의 배선 패턴의 디싱 상태를 나타내고 있고, 디싱량은 약300Å였다. 도 8 (B)은, 배선폭과 디싱량과의 관계를 나타내고 있고, 흰 원이 종래의 연마에 의한 데이터이고, 검은 원이 도 8 (A)의 데이터이다. 이들 도면으로부터도 명백하듯이, 본 실시 형태의 연마에 의하면, 종래의 연마보다도 디싱을 대폭으로 개선할 수 있다.
도 9 (A)는, 본 실시 형태의 연마에 의한 배선 밀도 50%, 라인 앤드 스페이스 100㎛의 부분의 침식 상태를 나타내고 있고, 침식량은 최대 약 80Å였다. 도 9 (B)는, 에러젼의 면적 의존의 관계를 나타내고 있고, 도 11 (A)에 상당하는 데이터는 없지만, 2.00㎛에서 침식량이 75㎚(750Å), 0.25㎛에서 침식량이 30㎚(300Å)와 비교해도 명백하듯이, 본 실시 형태의 연마에 의하면, 종래의 연마보다도 침식을 대폭으로 개선할 수 있다.
이상에 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 고정밀도로서 무결함의 평탄화 연마를 행할 수 있다.

Claims (11)

  1. 연마물의 표면을 평탄하게 연마하는 평탄화 연마 장치에 있어서,
    연마면을 가지고 하나의 축에 동축으로 배치되는 제1 연마 수단-여기서, 상기 제1 연마 수단은 베어링을 포함하는 플랜지를 통해서 상기 축의 단부에 배치됨- 및 제2 연마 수단;
    상기 축과 함께 상기 제1 연마 수단을 상기 각각의 연마 수단의 연마면에 대해서 축 방향으로 상대 이동시키는 이동 수단;
    상기 각각의 연마 수단을 축 주위에서 회전시키는 회전 수단; 및
    상기 제1 및 제2 연마 수단에 의해 연마될 대상물을 배치하고 회전시키기 위한 가공 테이블
    을 구비하며,
    상기 축은 속이 빈 원통형으로 형성되고, 상기 축의 내부를 통해 연마액이 공급되는 것을 특징으로 하는 평탄화 연마 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 각 연마 수단이, 동심원형으로 배설되어 있는 평탄화 연마 장치.
  4. 연마물의 표면을 평탄하게 연마하는 평탄화 연마 장치에 있어서,
    내부를 통해 연마액을 공급하기 위하여 중공 원통형으로 형성된 고정축과,
    상기 고정축의 일단에 배설되어 있고, 축 주위에서 회전 가능한 원반형의 제1 연마 수단과,
    상기 제1 연마 수단과 결합되고, 제1 연마 수단의 외주에 배치되어 있으며, 축 주위에서 회전 가능한 고리형의 제2 연마수단과,
    상기 고정축의 타단에 배치되어 있고, 상기 고정축과 함께 상기 제1 연마 수단을 축방향으로 이동시켜, 상기 각 연마 수단의 연마면의 상대 위치를 변화시키는 이동 수단과,
    상기 각 연마 수단을 축 주위에서 회전시키는 회전 수단과,
    상기 각 연마 수단에 의해 연마된 연마물이 배설되어 회전되는 가공 테이블
    을 구비한 것을 특징으로 하는 평탄화 연마 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 연마 수단이, 베어링을 포함하는 플랜지를 통하여 상기 고정축의 일단에 배치되어 있는 평탄화 연마 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 플랜지와 상기 제1 연마 수단과의 접촉면이, 테이퍼 형상으로 형성되어 있는 평탄화 연마 장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 플랜지와 상기 제1 연마 수단과의 접촉면이, 구면형상으로 형성되어 있는 평탄화 연마 장치.
  8. 연마물의 표면을 평탄하게 연마하는 평탄화 연마 방법에 있어서,
    동심원형으로 배치된 2개의 연마 수단을 공통의 축을 중심으로 회전시키되, 2개의 연마 수단 중 한쪽의 연마 수단은 베어링을 포함하는 플랜지를 통해서 상기 축의 단부에 배치되고,
    상기 한쪽의 연마 수단과 함께 상기 축을 이동시켜서, 한쪽의 연마 수단의 연마면을 다른 쪽의 상기 연마 수단의 연마면보다 상기 연마물측으로 돌출시키고,
    가공 테이블 상에서 상기 연마물을 회전시키면서, 한쪽의 상기 연마 수단으로 상기 연마물의 표면을 연마시키고,
    다른 쪽의 상기 연마 수단의 연마면을 한 쪽의 상기 연마 수단의 연마면보다 상기 연마물측으로 돌출시키고,
    가공 테이블 상에서 상기 연마물을 회전시키면서, 다른 쪽의 상기 연마 수단으로 상기 연마물의 표면을 연마시키되,
    내측에 배치되어 있는 상기 연마 수단으로 연마할 때에, 상기 축의 중공부 내에 연마액을 주입하여 연마면에 공급하는
    것을 특징으로 하는 평탄화 연마 방법.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
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