KR100728545B1 - 연마체, 연마 장치, 반도체 디바이스 및 반도체디바이스의 제조 방법 - Google Patents

연마체, 연마 장치, 반도체 디바이스 및 반도체디바이스의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

연마체(4)는 기재(5)에 부착된다. 연마체(4)는 연마 패드(6), 경질 탄성 부재(7), 및 연질 부재(8)를 연마면측에서 이 순서로 적층한 구조를 갖는다. 연마 패드(6)로서, 예컨대 로델사 제조의 IC1000(상품명)이 이용된다. 경질 탄성 부재(7)로서, 예컨대 스테인레스판이 이용된다. 연질 부재(8)로서 로델사 제조의 Suba400(상품명)이 이용된다. 연마 패드(6)는 연마면측에 홈(6a)을 갖는다. 연마 패드(6)에서 홈(6a) 개소의 나머지 두께(d)는 0 mm<d≤0.6 mm의 조건을 만족하도록 설정된다. 이에 따라, 「글로벌 ·리무벌 균일성」을 확보하면서 단차 해소성을 높여 「로컬 ·패턴 평탄성」을 향상시킬 수 있으며, 더구나 수명이 긴 연마체를 구성할 수 있다.

Description

연마체, 연마 장치, 반도체 디바이스 및 반도체 디바이스의 제조 방법{POLISHING BODY, POLISHING DEVIC, SEMICONDUCTOR DEVICE, AND METHOD OF MANUFACTURING SEMICONDUCTOR DEVICE}
본 발명은 내부에 반도체 회로 등이 형성된 웨이퍼 등의 반도체 웨이퍼 등의 피연마물의 연마에 이용되는 연마체, 이 연마체를 이용한 연마 장치, 이 연마 장치를 이용한 반도체 디바이스의 제조 방법, 및 반도체 디바이스에 관한 것이다.
반도체 집적 회로의 고집적화와 미세화에 수반하여, 반도체 제조 프로세스의 공정이 증가하고 복잡해지고 있다. 이것에 따라, 반도체 디바이스의 표면은 반드시 평탄하지는 않게 되고 있다. 반도체 디바이스의 표면에서의 단차의 존재는 배선의 절단, 국소적인 저항의 증대 등을 초래하고, 단선이나 전기용량의 저하 등을 초래한다. 또한, 절연막에서는 내전압 열화나 누설의 발생 등으로도 이어진다.
한편, 반도체 집적 회로의 고집적화, 미세화에 수반하여, 포토리소그래피에 이용되는 반도체 노광 장치의 광원 파장은 줄어들고, 반도체 노광 장치의 투영 렌즈의 개구수, 소위 NA는 커지고 있다. 이에 따라, 반도체 노광 장치의 투영 렌즈의 초점 심도는 실질적으로 얕게 되어 있다. 초점 심도가 얕게 되는 것에 대응하기 위해서는 지금 이상으로 반도체 디바이스의 표면의 평탄화가 요구되고 있다.
내부에 반도체 회로 등이 형성된 웨이퍼 등의 프로세스 웨이퍼 등의 피연마물의 연마 기술로서, 큰(다이 사이즈 레벨에서의) 영역이 효율적인 평탄화 기술로서 주목을 모으고 있는 것이 화학적 기계적 연마이다. 이것은 CMP(Chemical Mechanical Polishing 또는 Planarization)라 불리는 연마 공정이다. CMP는 물리적 연마에 화학적인 작용을 병용하여, 프로세스 웨이퍼의 표면층을 제거해 가는 공정으로, 글로벌 평탄화, 및 전극 형성을 위한 중요한 기술이다. 구체적으로는, 산성, 알카리성 등의 연마물의 가용성 용매중에 연마 입자(실리카, 알루미나, 산화세륨 등이 일반적임)를 분산시킨 슬러리라고 불리는 연마제를 이용하고, 또한 연마 패드를 갖는 연마 공구의 상기 연마 패드로 웨이퍼 표면을 가압하여, 상대 운동으로 마찰함으로써 연마를 진행시킨다.
그런데, 블랭크 상태의 웨이퍼와 달리, 패턴 웨이퍼의 표면은 평탄이 아니라, 특히 칩이 형성되어 있는 부분과 형성되어 있지 않은 부분에서는 단차가 있는 것이 보통이다. 따라서, 이러한 패턴 웨이퍼를 연마하는 경우에는 웨이퍼 기판의 큰 주기의 요철(기복)을 따라, 즉 요철(기복)에 따라서 한결같이 연마(이것을 「글로벌 ·리무벌 균일성」이라고 부름)를 행하면서 국소적인 요철을 없애는 (이것을 「로컬 ·패턴 평탄성」이라고 부름) 것이 요구되고 있다.
이러한 요청에 응하기 위해 종래는 연마 공구에 있어서, 연마체로서 경질 연마 패드와 연질 패드를 접합시킨 소위 2층 패드를 이용하여, 이 2층 패드를 경질 연마 패드가 피연마물측이 되도록 강성체로 이루어지는 연마정반의 표면에 접착하고 있었다. 상기 경질 연마 패드로서 로델사 제조의 IC1000(상품명)이 이용되고, 그 표면에는 연마제의 공급 및 배출을 위한 홈이 형성되어 있었다. 이 경질 연마 패드에서는 홈이 형성되어 있지 않은 개소의 두께가 1.27 mm, 홈의 깊이가 약 0.6 mm, 홈이 형성되어 있는 개소의 나머지 두께가 약 0.67(=1.27-0.6) mm이었다. 또한, 상기 연질 패드로서 스폰지형의 로델사 제조의 Suba400(상품명)이 이용되고 있었다.
이러한 2층 패드로 이루어지는 연마체를 이용하면 경질 연마 패드와 연마정반과의 사이에 연질 패드가 개재하고 있기 때문에 연질 패드가 비교적으로 압축 변형하여 쉽기 때문에 경질 연마 패드가 패턴 웨이퍼의 큰 기복에 따라 변형한다. 따라서, 패턴 웨이퍼의 기복에 따라서 연마량을 일정하게 한 연마가 가능하다. 한편, 국소적인 요철에 대해서는 경질 연마 패드가 비교적 변형되기 어렵기 때문에 국소적인 요철은 연마로 제거할 수 있다.
그러나, 지금 이상으로 반도체 집적 회로의 집적도를 높이는 것이 요청되고, 보다 미세한 배선룰을 적용하는 것이 요청되고 있다. 또한, 시스템 LSI를 연마하는 수요가 증가하고 있지만, 시스템 LSI에서는 패턴의 소밀도의 분포가 심해지고 있다.
이와 같이, 미세한 배선룰로 결정되는 패턴이나, 소밀도의 분포가 심한 패턴이 내부에 형성된 패턴 웨이퍼를 연마하는 경우, 전술한 바와 같은 종래의 연마체를 이용하더라도 「글로벌 ·리무벌 균일성」과 「로컬 ·패턴 평탄성」을 함께 만족시키기 어려웠다. 즉, 이들의 웨이퍼에 있어서는 국소적인 요철이 커지는 경향이 있어, 전술한 바와 같은 종래의 연마체를 이용한 경우에는 국소적인 요철이 증대함 에 따라 연질 패드가 압축 변형하고, 경질 패드도 그것에 따라 변형하는 결과, 단차 해소성이 저하하여, 「로컬 ·패턴 평탄성」을 확보하는 것이 곤란해진다.
그래서, 본 발명자는 표면에 홈이 형성된 연마 패드, 경질 탄성 부재, 및 연질 부재를 이 순서로 적층한 구조를 갖는 연마체를 생각해 냈다. 여기서, 경질 탄성 부재는, 예컨대 영율이 10000 kg/mm2 이상인 탄성 부재이다. 연질 부재는, 예컨대 1.0 kg/cm2로 가압했을 때의 압축율이 10% 이상인 부재이다.
이 연마체를 이용하면, 연마 패드와 연질 부재와의 사이에 경질 탄성 부재가 끼워져 있기 때문에 「글로벌 ·리무벌 균일성」을 확보하면서, 단차 해소성을 높여, 「로컬 ·패턴 평탄성」을 향상시킬 수 있다.
이 경질 탄성 부재를 끼운 연마체에 있어서 이용하는 연마면측의 연마 패드로서는 경질 패드를 이용하는 것이 바람직하다. 그래서, 이 연마체의 연마면측의 연마 패드로서 상기 종래의 연마체의 경질 패드와 같이 홈이 형성되어 있지 않은 개소의 두께가 1.27 mm, 홈의 깊이가 약 0.6 mm, 홈이 형성되어 있는 개소의 나머지 두께가 약 0.67(=1.27-0.6) mm의, 로델사 제조의 IC1000(상품명)을 그대로 이용하는 것이 고려된다.
그러나, 본 발명자의 연구의 결과, 이 경우에는 경질 탄성 부재를 끼운 연마체에서는 단차 해소성의 점에서는 연마면측의 연마 패드가 본래적으로 긴 수명을 가지고 있음에도 관계되지 않고서, 해당 연마 패드의 홈의 깊이에 의한 제약을 받아, 해당 연마 패드의 수명이 줄어든다고 판명되었다.
즉, 경질 탄성 부재를 끼운 연마체의 연마면측의 연마 패드의 두께는 피연마물의 연마에 따르는 소모나 드레싱(연마면의 막힘 등을 제거하는 처리이며, 컨디셔닝이라고도 부름)에 따르는 소모에 의해 얇아진다. 한편, 연마 패드의 표면의 홈은 연마중인 연마제의 공급 및 배출을 위해 불가결이며, 홈이 소실 또는 소정깊이 이하가 되면 원하는 연마 특성을 얻을 수 없다. 따라서, 상기 두께나 홈 깊이를 갖는 IC1000을 이용하는 경우에는 홈이 소실할 때까지 수명이 없어지지 않는다고 가정한 경우라도 홈이 불가결이라고 하는 제약으로부터, 홈이 형성되어 있지 않은 개소의 두께가 0.67(=1.27-0.6) mm까지 얇아진 시점에서 수명이 다하게 된다. 그런데, 본 발명자의 연구의 결과, 경질 탄성 부재를 끼운 연마체에 있어서 연마면측의 연마 패드의 두께가 0.67(=1.27-0.6) mm보다 얇아지더라도 해당 연마체에 의한 단차 해소성이 저하하기는 커녕 반대로 약간 향상하는 것이 판명되었다.
이와 같이, 경질 탄성 부재를 끼운 연마체에 있어서 종래의 연마 패드를 그대로 이용하면 홈의 깊이의 제약을 받아, 쓸데없이 수명이 저하한다.
또, 전술한 2층 패드로 이루어지는 연마체의 경우, 애당초 전술한 경질 탄성 부재를 끼운 연마체에 비교해서 단차 해소성이 뒤떨어지는 데다가, 연마면측의 연마 패드의 홈이 형성되어 있지 않은 개소의 두께가 얇아짐에 따라서 단차 해소성이 저하하여, 상기 두께나 홈 깊이를 갖는 IC1000을 이용하더라도 홈이 소실하기 전에 단차 해소성의 점에서 제약을 받아 수명이 없어져 버린다. 따라서, 2층 패드로 이루어지는 연마체의 경우, 연마면측의 연마 패드의 홈을 보다 깊게 한다 해도 아무런 수명도 연장시킬 수 없다.
발명의 개시
본 발명은 전술한 바와 같은 본 발명자의 연구에 의해 새롭게 발견된 사정에 감안하여 이루어진 것으로, 「글로벌 ·리무벌 균일성」을 확보하면서, 단차 해소성을 높여 「로컬 ·패턴 평탄성」을 향상시킬 수 있으며, 더구나 수명이 긴 연마체, 및 이것에 이용할 수 있는 연마 패드를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 피연마물을 효율적으로 연마할 수 있는 동시에, 운전 비용을 저감할 수 있는 연마 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 종래의 반도체 디바이스의 제조 방법에 비교해서, 수율이 향상하고 게다가 효율적으로 저비용으로 반도체 디바이스를 제조할 수 있는 반도체 디바이스의 제조 방법, 및 저비용의 반도체 디바이스를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 제1 발명은, 연마체와 피연마물과의 사이에 연마제를 개재시킨 상태로, 상기 연마체와 상기 피연마물과의 사이에 하중을 가하면서, 상기 연마체와 상기 피연마물을 상대 이동시킴으로써 상기 피연마물을 연마하는 연마 장치에 이용되는 연마체로서, (a) 연마면측에 홈이 형성된 연마 패드, 경질 탄성 부재, 및 연질 부재를 이 순서로 적층한 구조를 갖고, (b) 상기 연마 패드에서 상기 홈 개소의 나머지 두께(d)는 0 mm<d≤1.6 mm의 조건을 만족하는 것을 특징으로 한다.
상기 제1 발명에 있어서, 경질 탄성 부재는, 예컨대 영율이 10000 kg/mm2 이상인 탄성 부재이며, 전형적인 예로서 금속판을 예로 들 수 있다. 경질 탄성 부재로서, 예컨대 스테인레스판을 이용할 수 있고, 그 두께는 예컨대 0.1 mm∼0.94 mm로 할 수 있다. 상기 연질 부재는, 예컨대 1.0 kg/cm2로 가압했을 때의 압축율이 10% 이상인 부재이며, 전형적인 예로서 기포를 내포하는 우레탄 탄성 부재, 부직포 등을 예로 들 수 있다.
또한, 상기 제1 발명에 있어서, 예컨대 상기 피연마물은 내부에 반도체 집적 회로가 형성된 웨이퍼 등의 패턴 웨이퍼이며, 상기 경질 탄성 부재는 상기 패턴 웨이퍼의 연마중에 가하는 연마 하중에 따른 변형량이 상기 패턴 웨이퍼에 있어서의 패턴의 최대 간격 사이에서 상기 패턴 웨이퍼에 허용되는 LTV보다 작고, 1칩에 해당하는 간격 사이에서 상기 패턴 웨이퍼에 허용되는 TTV보다 커지도록 구성된 것이라도 좋다. 여기서, LTV(Local Thickness Variation)란 웨이퍼의 1칩내의 국소적인 요철인 것이며, TTV(Total Thickness Variation)란 웨이퍼 전체에서의 요철인 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 제2 발명은, 상기 제1 발명으로서 상기 나머지 두께(d)가 d≤0.27 mm의 조건을 만족하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 제3 발명은, 연마체와 피연마물과의 사이에 연마제를 개재시킨 상태로, 상기 연마체와 상기 피연마물과의 사이에 하중을 가하면서, 상기 연마체와 상기 피연마물을 상대 이동시킴으로써 상기 피연마물을 연마하는 연 마 장치에 이용되는 연마체로서, (a) 연마면측에 홈이 형성된 연마 패드, 경질 탄성 부재, 및 연질 부재를 이 순서로 적층한 구조를 갖고, (b) 상기 연마 패드에서 상기 홈 개소의 나머지 두께(d)는 상기 연마 패드에서 상기 홈 이외의 개소의 두께가 2.5 mm 이상 5 mm 이하인 경우에는 0 mm<d≤1.6 mm의 조건을 만족하고, 상기 홈 이외의 개소의 두께가 0.9 mm 이상 2.5 mm 미만인 경우에는 0 mm<d≤0.6 mm의 조건을 만족하며, 상기 홈 이외의 개소의 두께가 0.9 mm 미만인 경우에는 0 mm<d≤0.27 mm의 조건을 만족하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 제4 발명은 연마체와 피연마물과의 사이에 연마제를 개재시킨 상태로, 상기 연마체와 상기 피연마물과의 사이에 하중을 가하면서, 상기 연마체와 상기 피연마물을 상대 이동시킴으로써 상기 피연마물을 연마하는 연마 장치에 이용되는 상기 연마체로서,
연마면측에 홈이 형성된 연마 패드, 경질 탄성 부재, 및 연질 부재를 이 순서로 적층한 구조를 갖고, 상기 홈의 깊이는 0.3 mm 이상이며, 상기 연마 패드에서 상기 홈 개소의 나머지 두께(d)는 0 mm<d인 것을 특징으로 하는 연마체이다.
상기 목적을 달성하기 위한 제5 발명은 연마체와 피연마물과의 사이에 연마제를 개재시킨 상태로, 상기 연마체와 상기 피연마물과의 사이에 하중을 가하면서, 상기 연마체와 상기 피연마물을 상대 이동시킴으로써 상기 피연마물을 연마하는 연마 장치에 이용되는 상기 연마체로서, 연마면측에 홈이 형성된 연마 패드, 경질 탄성 부재, 및 연질 부재를 이 순서로 적층한 구조를 갖고, 상기 홈의 깊이는 0.7 mm 이상이며, 상기 연마 패드에서 상기 홈 개소의 나머지 두께(d)는 0 mm<d인 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 제6 발명은 상기 제1 발명 및 제3 발명 내지 제5 발명 중 어느 하나로서, 상기 나머지 두께(d)가 O.1 mm≤d의 조건을 만족하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 제7 발명은 상기 제1 발명 및 제3 발명 내지 제5 발명 중 어느 하나로서, 상기 연마 패드는 1.0 kg/cm2로 가압했을 때의 압축율이 10 % 이하인 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 제8 발명은, 상기 제3 발명인 연마체를 구성하기 위해서 이용되는 연마면측에 홈이 형성된 연마 패드로서, 상기 홈 개소의 나머지 두께(d)는 상기 홈 이외의 개소의 두께가 2.5 mm 이상 5 mm 이하인 경우에 0 mm<d≤1.6 mm의 조건을 만족하고, 상기 홈 이외의 개소의 두께가 0.9 mm 이상 2.5 mm 미만인 경우에는 0 mm<d≤0.6 mm의 조건을 만족하며, 상기 홈 이외의 개소의 두께가 0.9 mm 미만인 경우에는 0 mm<d≤0.27 mm의 조건을 만족하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 제9 발명은 연마면측에 홈이 형성된 연마 패드로서, 상기 홈 개소의 나머지 두께(d)는 상기 홈 이외의 개소의 두께가 2.5 mm 이상 5 mm 이하인 경우에 0 mm<d≤1.6 mm의 조건을 만족하고, 상기 홈 이외의 개소의 두께가 0.9 mm 이상 2.5 mm 미만인 경우에는 0 mm<d≤ 0.6 mm의 조건을 만족하며, 상기 홈 이외의 개소의 두께가 0.9 mm 미만인 경우에는 0 mm<d≤0.27 mm의 조건을 만족하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 제10 발명은 상기 제4 발명인 연마체를 구성하기 위해서 이용되는 연마면측에 홈이 형성된 연마 패드로서, 상기 홈의 깊이는 0.3 mm 이상이며, 상기 연마 패드에서 상기 홈 개소의 나머지 두께(d)는 0 mm<d인 것을 특징으로 하는 연마 패드이다.
상기 목적을 달성하기 위한 제11 발명은 연마면측에 홈이 형성된 연마 패드로서, 상기 홈의 깊이는 0.3 mm 이상이며, 상기 연마 패드에서 상기 홈 개소의 나머지 두께(d)는 0 mm<d인 것을 특징으로 하는 연마 패드이다.
상기 목적을 달성하기 위한 제12 발명은 상기 제4 발명인 연마체를 구성하기 위해서 이용되는 연마면측에 홈이 형성된 연마 패드로서, 상기 홈의 깊이는 0.7 mm 이상이며, 상기 연마 패드에서 상기 홈 개소의 나머지 두께(d)는 0 mm<d인 것을 특징으로 하는 연마 패드이다.
상기 목적을 달성하기 위한 제13 발명은 연마면측에 홈이 형성된 연마 패드로서, 상기 홈의 깊이는 0.7 mm 이상이며, 상기 연마 패드에서 상기 홈 개소의 나머지 두께(d)는 0 mm<d인 것을 특징으로 하는 연마 패드이다.
상기 목적을 달성하기 위한 제14 발명은 상기 제8 발명 내지 제13 발명 중 어느 하나로서, 1.0 kg/cm2로 가압했을 때의 압축율이 10% 이하인 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 제15 발명은 연마체와 피연마물과의 사이에 연마제를 개재시킨 상태로, 상기 연마체와 상기 피연마물과의 사이에 하중을 가하면서, 상기 연마체와 상기 피연마물을 상대 이동시킴으로써 상기 피연마물을 연마하는 연마 장치로서, 상기 연마체가 상기 제1 발명 및 제3 발명 내지 제5 발명 중 어느 하나의 연마체인 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 제16 발명은 상기 제15 발명인 연마 장치를 이용하여, 반도체 웨이퍼의 표면을 평탄화하는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 디바이스의 제조 방법이다.
상기 목적을 달성하기 위한 제17 발명은 상기 제16 발명인 반도체 디바이스의 제조 방법에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는 반도체 디바이스이다.
도 1은 본 발명의 일실시형태인 연마 장치를 모식적으로 도시하는 개략 구성도이다.
도 2는 도 1 중 A-A’ 화살 표시의 일부 확대도이다.
도 3은 도 2 중 B-B’선에 따른 개략 단면도이다.
도 4는 해석 모델을 모식적으로 도시하는 개략 단면도이다.
도 5는 다른 해석 모델을 모식적으로 도시하는 개략 단면도이다.
도 6은 도 4 및 도 5에 도시하는 모델의 해석 결과를 도시한 도면이다.
도 7은 반도체 디바이스 제조 프로세스를 도시하는 흐름도이다.
이하, 본 발명인 연마체, 연마 장치, 반도체 디바이스 및 반도체 디바이스 제조 방법에 관해서 도면을 참조하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시형태인 연마 장치를 모식적으로 도시하는 개략 구성도이다. 도 2는 도 1 중 A-A’ 화살 표시의 일부 확대도이다. 도 3은 도 2 중 B-B 선에 따른 개략 단면도이다.
본 실시형태인 연마 장치는 연마 공구(1)와, 연마 공구(1)의 하측에 피연마물로서의 웨이퍼(2)를 유지하는 웨이퍼 홀더(3)와, 연마 공구(1)에 형성한 공급로(도시 생략)를 통해 웨이퍼(2)와 연마 공구(1)와의 사이에 연마제(슬러리)를 공급하는 연마제 공급부(도시 생략)를 구비하고 있다.
연마 공구(1)는 액츄에이터로서 전동 모터 등을 이용한 도시 생략한 기구에 의해서, 도 1 중 화살표 a, b, c로 나타내는 바와 같이 회전, 상하 이동 및 좌우로 요동(왕복 운동)할 수 있도록 되어 있다. 웨이퍼 홀더(3)는 액츄에이터로서 전동 모터 등을 이용한 도시 생략한 기구에 의해서 도 1 중 화살표 t로 나타내는 바와 같이 회전할 수 있게 되어 있다.
연마 공구(1)는 연마체(4)와, 연마체(4)의 연마면(도 1 중 하면)과 반대측의 면(도 1 중 상면)을 지지하는 기재(5)를 갖고 있다. 본 실시형태에서는 연마체(4)의 직경이 웨이퍼(2)의 직경보다 작게 되어, 장치 전체의 풋 프린트(footprint)가 작게 되어 있는 동시에, 고속 ·저하중 연마가 용이하게 되어 있다. 그렇지만, 본 발명에서는 연마체(4)의 직경은 웨이퍼(2)의 직경과 동일하거나 그것보다 크더라도 좋다. 연마체(4)[특히 연마 패드(6)]의 평면에서 본 형상은, 예컨대 회전 중심의 부근의 부분이 제거된 링형으로 해도 좋고, 원판형으로 해도 좋다.
연마체(4)는 도 1 및 도 3에 도시한 바와 같이 연마 패드(6), 경질 탄성 부재(7), 및 연질 부재(8)를 연마면측에서 이 순서로 적층한 구조로 되어 있다. 연마 패드(6)와 경질 탄성 부재(7)와의 사이, 경질 탄성 부재(7)와 연질 부재(8)와의 사이, 연질 부재(8)와 기재(5)와의 사이는, 예컨대 접착제나 양면 접착 테이프를 이용한 접착 등에 의해, 접합할 수 있다. 연마 패드(6)의 수명이 다한 경우에는 연마체(4)의 전체를 교환하더라도 좋고, 연마 패드(6)만을 교환하여도 좋다.
연마 패드(6)는 경질 패드인 것이 바람직하며, 예컨대 1.0 kg/cm2로 가압했을 때의 압축율이 10% 이하인 것이 바람직하다. 구체적으로는, 연마 패드(6)로서, 예컨대 로델사 제조의 IC1000(상품명)을 이용할 수 있지만, 이것에 한정되지 않는 다.
연마 패드(6)의 연마면측에는 도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이 격자형의 패턴으로 홈(6a)이 형성되어 있다. 그렇지만, 홈(6a)의 패턴은 격자형에만 한정되지 않고, 여러 가지의 패턴을 채용할 수 있다.
연마 패드(6)에서 홈(6a) 개소의 나머지 두께(d)는 0 mm<d≤0.6 mm의 조건을 만족하도록 설정되어 있다. 연마 패드(6)에서 홈(6a) 개소의 나머지 두께(d)를, 예컨대 0 mm<d≤0.27 mm의 조건을 만족하도록 설정하여도 좋다.
또는, 연마 패드(6)에서 홈(6a) 개소의 나머지 두께(d)는 연마 패드(6)에서 홈 이외의 개소의 초기 두께(d0)가 2.5 mm 이상 5 mm 이하인 경우에는 0 mm<d≤1.6 mm의 조건을 만족하고, 홈(6a) 이외의 개소의 초기 두께(d0)가 0.9 mm 이상 2.5 mm 미만인 경우에는 0 mm<d≤0.6 mm의 조건을 만족하며, 홈(6a) 이외의 개소의 초기 두께(d0)가 0.9 mm 미만인 경우에는 0 mm<d≤0.27 mm의 조건을 만족하도록 설정하여도 좋다.
또, 연마 패드(6)에서 홈(6a) 개소의 나머지 두께(d)가 0 mm을 넘는 값이면 홈(6a)에서 분리하지 않기 때문에 연마 패드(6)를 경질 탄성 부재(7)에 접착할 때의 취급이 용이해진다. 나머지 두께(d)가 0.1 mm 이상이면 부주의하게 홈(6a) 개소에서 분리하여 버릴 우려가 없어져, 보다 바람직하다.
경질 탄성 부재(7)는, 예컨대 영율이 10000 kg/mm2 이상인 탄성 부재이며, 전형적인 예로서 금속판을 예로 들 수 있다. 구체적으로는, 경질 탄성 부재(7)로 서, 예컨대 스테인레스판을 이용할 수 있고, 그 두께는 예컨대 0.1 mm∼0.94 mm으로 할 수 있다.
또, 경질 탄성 부재(7)는 웨이퍼(2)의 연마중에 가하는 연마 하중에 있어서의 변형량이 웨이퍼(2)에 있어서의 패턴의 최대 간격 사이에서 웨이퍼(2)에 허용되는 LTV보다 작고, 1칩에 해당하는 간격 사이에서 상기 패턴 웨이퍼에 허용되는 TTV보다 커지도록 구성된 것이라도 좋다.
연질 부재(8)는, 예컨대 1.0 kg/cm2로 가압했을 때의 압축율이 10% 이상인 부재이며, 전형적인 예로서, 기포를 내포하는 우레탄 탄성 부재, 부직포 등을 예로 들 수 있다. 구체적으로는, 연질 부재(8)로서 로델사 제조의 Suba400(상품명)을 이용할 수 있다.
여기서, 본 실시형태인 웨이퍼(2)의 연마에 관해서 설명한다. 연마 공구(1)는 회전하면서 요동하고, 연마 공구(1)의 연마체(4)가 웨이퍼 홀더(3) 상의 웨이퍼(2)의 상면에 소정의 압력(하중)으로 압박된다. 웨이퍼 홀더(3)를 회전시켜 웨이퍼(2)도 회전시키고, 웨이퍼(2)와 연마 공구(1)와의 사이에서 상대 운동을 하게 한다. 이 상태로, 연마제가 연마제 공급부에서 웨이퍼(2)와 연마체(4)와의 사이에 공급되고, 그동안에 확산하여, 웨이퍼(2)의 피연마면을 연마한다. 즉, 연마 공구(1)와 웨이퍼(2)의 상대 운동에 의한 기계적 연마와, 연마제의 화학적 작용이 상승적으로 작용하여 양호한 연마가 행하여진다. 이 때, 연마체(4)의 연마 패드(6)의 홈(6a)은 연마중인 연마제의 공급 및 배출의 작용을 담당한다.
본 실시형태에 따르면, 연마체(4)가 연마 패드(6), 경질 탄성 부재(7) 및 연질 부재(8)의 적층체로 구성되어 있고, 연마 패드(6)와 연질 부재(8)와의 사이에 경질 탄성 부재(7)가 끼워져 있기 때문에 경질 탄성 부재(7)를 개재시키지 않는 경우(즉, 연마체를 경질 연마 패드와 연질 패드를 접합시킨 종래의 2층 패드로 구성하는 경우)에 비교해서, 「글로벌 ·리무벌 균일성」을 확보하면서, 단차 해소성을 높여, 「로컬 ·패턴 평탄성」을 향상시킬 수 있다.
연마 패드(6)의 홈(6a) 이외의 개소의 두께는 웨이퍼(2)의 연마에 따르는 소모나 드레싱에 따르는 소모에 의해 얇아진다. 본 실시형태에서는 종래의 2층 패드로 이루어진 연마체의 경질 패드와 달리, 연마체(4)의 연마 패드(6)에 있어서의 홈(6a) 개소의 나머지 두께(d)가 전술한 바와 같이 설정되기 때문에 홈(6a)의 깊이의 제약이 완화되어, 쓸데없이 연마 패드(6)의 수명이 저하하여 버리는 사태가 저감되어, 수명이 연장된다. 따라서, 본 실시형태에 따르면 웨이퍼(2)를 효율적으로 연마할 수 있는 동시에, 운전 비용을 저감할 수 있다.
이 점에 관해서, 본 발명자는 도 4에 도시하는 모델 및 도 5에 도시하는 모델에 관해서 유한 요소법을 이용하여 해석하여, 도 6에 도시하는 해석 결과를 얻었다. 도 4 및 도 5에 있어서 도 1 및 도 3 중 요소와 동일 또는 대응하는 요소에는 동일 부호를 붙이고 있다. 도 4 및 도 5는 해석 모델을 모식적으로 도시하는 개략 단면도이다.
도 4에 도시하는 모델에서는 기재(5)는 완전한 강체인 것으로 했다. 연질 부재(8)는 로델사 제조의 Suba400(상품명)으로 하고, 하중을 가하지 않을 때의 그 두 께를 1.27 mm으로 했다. 경질 탄성 부재(7)는 두께 0.2 mm인 스테인레스판으로 했다. 연마 패드(6)는 로델사 제조의 IC1000(상품명)으로 하고, 하중을 가하지 않을 때의 그 두께를 d 0’로 했다. 연마 패드(6)는 홈(6a)이 없는 것으로 했다. 웨이퍼(2)로 교체한 것으로서, 평면으로 이루어진 상면을 가지고 상면측에 평면에서 본 4 ×4 mm 각이 충분히 깊은 구멍(10a)을 갖는 완전한 강체(10)를 상정하여, 기재(5)에 상측으로부터 200 gf/cm2의 하중을 가했을 때의, 연마 패드(6)의 구멍(10a) 내에의 함몰량(Δh)을 연마 패드(6)의 두께(d0’)를 각각 변경하여 각 두께(d0’)에 관해서 유한 요소법을 이용하여 산출했다. 이와 같이 하여 얻은, 도 4에 도시하는 해석 모델의 해석 결과를 도 6에 라인 C로 도시한다. 도 4에 도시하는 해석 모델은 전술한 실시형태의 연마체(4)에 해당한다.
도 5에 도시하는 모델이 도 4에 도시하는 모델과 다른 곳은 경질 탄성 부재(7)가 제거되어 있는 점뿐이다. 도 5에 도시하는 모델의 다른 조건은 도 4에 도시하는 모델과 경우와 완전하게 동일한 것으로서, 연마 패드(6)의 구멍(10a) 내에의 함몰량(Δh)을 연마 패드(6)의 두께(d0’)를 각각 변경하여 각 두께(d0’)에 관해서 유한 요소법을 이용하여 산출했다. 이와 같이 하여 얻은 도 5에 도시하는 해석 모델의 해석 결과를 도 6에 라인 D로 도시한다. 도 5에 도시하는 해석 모델은 전술한 2층 패드로 이루어진 종래의 연마체에 해당한다.
도 4 및 도 5에 도시하는 모델에 있어서, 함몰량(Δh)의 크기는 웨이퍼(2) 등의 피연마물의 단차 해소성의 지표가 되어, 함몰량(Δh)이 클수록 단차 해소성은 낮고, 반대로 함몰량(Δh)이 작을수록 단차 해소성이 높은 것을 의미한다.
도 6으로부터 알 수 있는 바와 같이, 전술한 실시형태의 연마체(4)에 해당하는 도 4에 도시하는 모델의 경우, 연마 패드(6)의 각 두께(d0’)에 걸쳐 함몰량(Δh)이 충분히 작고 단차 해소성이 높으며, 더구나 두께(d0’)가 얇아짐에 따라서 단차 해소성이 저하하기는 커녕 반대로 약간 향상한다. 이것은 연마 패드(6)가 얇아짐에 따라서 경질 탄성 부재(7)의 영향이 지배적이게 되기 때문이라고 생각된다. 또, 도 6에서 C로 도시한 바와 같이 연마 패드(6)의 두께(d0’)가 0.67(=1.27-0.6) mm보다 얇아지더라도 단차 해소성이 향상된다.
이것에 대하여 전술한 2층 패드로 이루어진 종래의 연마체에 해당하는 도 5에 도시하는 모델의 경우, 연마 패드(6)의 각 두께(d0’)에 걸쳐 당초 함몰량(Δh)이 크고 단차 해소성이 낮은 데다가, 두께(d0’)가 얇아짐에 따라서 급격히 함몰량(Δh)이 증대하여, 단차 해소성이 급격히 크게 저하하는 것을 알 수 있다.
따라서, 도 6에 도시하는 해석 결과로부터 전술한 2층 패드로 이루어진 종래의 연마체의 경우에는 단차 해소성의 점에서 연마 패드(6)의 수명에 제약이 생겨 버리는 데 대하여, 전술한 실시형태의 연마체(4)의 경우에는 단차 해소성의 점에서 연마 패드(6)의 수명이 제약되어 버리는 일이 없다.
이 때문에, 전술한 실시형태의 연마체(4)의 경우에는 연마체(4)의 연마 패드(6)에서 홈(6a) 개소의 나머지 두께(d)를 가능한 한 얇게 하고, 당초의 연마 패드(6)의 홈(6a)의 깊이를 깊게 해 둘수록 홈(6a)에 의한 수명의 제약이 완화되어, 연마 패드(6)의 수명이 연장되는 것을 알 수 있다. 따라서, 본 실시형태에서는 연마 체(4)의 연마 패드(6)에 있어서의 홈(6a) 개소의 나머지 두께(d)가 전술한 바와 같이 설정되기 때문에 기존의 홈이 형성된 로델사 제조의 IC1000(상품명)을 연마 패드(6)로서 그대로 이용하는 경우와 비교해서, 연마 패드(6)의 수명을 연장시킬 수 있다.
또, 전술한 2층 패드로 이루어진 종래의 연마체의 경우에는 단차 해소성의 점에서 연마 패드의 수명이 제약되기 때문에 홈 개소의 나머지 두께를 아무리 얇게 하더라도 연마 패드(6)의 수명을 연장시키는 것은 불가능하다.
다음에, 본 발명에 따른 반도체 디바이스의 제조 방법의 실시형태에 관해서 설명한다. 도 7은 반도체 디바이스 제조 프로세스를 도시하는 흐름도이다. 반도체 디바이스 제조 프로세스를 시작하여, 우선 단계 S200에서 다음에 예시하는 단계 S201∼S204 가운데 적절한 처리 공정을 선택한다. 선택에 따라서, 단계 S201∼S204 중 어느 하나로 진행한다.
단계 S201은 실리콘웨이퍼의 표면을 산화시키는 산화 공정이다. 단계 S202는 CVD 등으로 실리콘웨이퍼 표면에 절연막을 형성하는 CVD 공정이다. 단계 S203은 실리콘웨이퍼 상에 전극막을 증착 등의 공정으로 형성하는 전극 형성 공정이다. 단계 S204는 실리콘웨이퍼에 이온을 주입하는 이온 주입 공정이다.
CVD 공정 또는 전극 형성 공정의 후에, 단계 S209로 진행하여 CMP 공정을 행할지 여부를 판단한다. 행하지 않는 경우는 단계 S206으로 진행하지만, 행하는 경우는 단계 S205로 진행한다. 단계 S205는 CMP 공정이며, 이 공정에서는 본 발명에 따른 연마 장치를 이용하여, 층간 절연막의 평탄화나, 반도체 디바이스의 표면의 금속막의 연마에 의한 다마신(damascene)의 형성 등이 행해진다.
CMP 공정 또는 산화 공정의 후에 단계 S206으로 진행한다. 단계 S206은 포토리소 공정이다. 포토리소 공정에서는 실리콘웨이퍼에 대한 레지스트의 도포, 노광 장치를 이용한 노광에 의한 실리콘웨이퍼에의 회로 패턴의 베이킹, 노광한 실리콘웨이퍼의 현상이 행해진다. 또한 다음 단계 S207은 현상한 레지스트상 이외의 부분을 에칭으로 깎고, 그 후 레지스트 박리를 행하여, 에칭후에 불필요해진 레지스트를 제거하는 에칭 공정이다.
다음에 단계 S208에서 필요한 전체 공정이 완료되었는지를 판단하여, 완료되지 않았다면 단계 S200으로 되돌아가, 전회의 단계를 반복하여, 실리콘웨이퍼 상에 회로 패턴이 형성된다. 단계 S208에서 전체 공정이 완료되었다고 판단되면 종료된다.
본 발명에 따른 반도체 디바이스 제조 방법에서는, CMP 공정에서 본 발명에 따른 연마 장치를 이용하기 때문에 웨이퍼(2)를 높은 정밀도로 평탄하게 연마할 수 있다. 이 때문에, CMP 공정에서의 수율이 향상하여, 종래의 반도체 디바이스 제조 방법에 비교해서 저비용으로 반도체 디바이스를 제조할 수 있는 효과가 있다. 또한, 연마체(4)의 연마 패드(6)의 수명이 길기 때문에 웨이퍼(2)를 효율적으로 평탄하게 연마할 수 있어, 이 점으로부터도 저비용으로 반도체 디바이스를 제조할 수 있다.
또, 상기한 반도체 디바이스 제조 프로세스 이외의 반도체 디바이스 제조 프로세스의 CMP 공정에 본 발명에 따른 연마 장치를 이용하더라도 좋다.
본 발명에 따른 반도체 디바이스는 본 발명에 따른 반도체 디바이스 제조 방법에 의해 제조된다. 이에 따라, 종래의 반도체 디바이스 제조 방법에 비교해서 저비용으로 반도체 디바이스를 제조할 수 있어, 반도체 디바이스의 제조 원가를 저감할 수 있는 효과가 있다.
이상, 본 발명의 실시형태에 관해서 설명했지만, 본 발명은 이 실시형태에 한정되는 것이 아니다.

Claims (17)

  1. 연마체와 피연마물과의 사이에 연마제를 개재시킨 상태로, 상기 연마체와 상기 피연마물과의 사이에 하중을 가하면서, 상기 연마체와 상기 피연마물을 상대 이동시킴으로써 상기 피연마물을 연마하는 연마 장치에 이용되는 상기 연마체로서,
    연마면측에 홈이 형성된 연마 패드, 경질 탄성 부재, 및 연질 부재를 이 순서로 적층한 구조를 갖고,
    상기 연마 패드에서 상기 홈 개소의 나머지 두께(d)는 0 mm<d≤1.6 mm의 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 연마체.
  2. 제1항에 있어서, 상기 나머지 두께(d)는 d≤0.27 mm의 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 연마체.
  3. 연마체와 피연마물과의 사이에 연마제를 개재시킨 상태로, 상기 연마체와 상기 피연마물과의 사이에 하중을 가하면서, 상기 연마체와 상기 피연마물을 상대 이동시킴으로써 상기 피연마물을 연마하는 연마 장치에 이용되는 상기 연마체로서,
    연마면측에 홈이 형성된 연마 패드, 경질 탄성 부재, 및 연질 부재를 이 순서로 적층한 구조를 갖고,
    상기 연마 패드에서 상기 홈 개소의 나머지 두께(d)는 상기 연마 패드에서 상기 홈 이외의 개소의 두께가 2.5 mm 이상 5 mm 이하인 경우에 0 mm<d≤1.6 mm의 조건을 만족하고, 상기 홈 이외의 개소의 두께가 0.9 mm 이상 2.5 mm 미만인 경우에는 0 mm<d≤0.6 mm의 조건을 만족하며, 상기 홈 이외의 개소의 두께가 0.9 mm 미만인 경우에는 0 mm<d≤0.27 mm의 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 연마체.
  4. 연마체와 피연마물과의 사이에 연마제를 개재시킨 상태로, 상기 연마체와 상기 피연마물과의 사이에 하중을 가하면서, 상기 연마체와 상기 피연마물을 상대 이동시킴으로써 상기 피연마물을 연마하는 연마 장치에 이용되는 상기 연마체로서,
    연마면측에 홈이 형성된 연마 패드, 경질 탄성 부재, 및 연질 부재를 이 순서로 적층한 구조를 갖고,
    상기 홈의 깊이는 0.3 mm 이상인 것을 특징으로 하는 연마체.
  5. 연마체와 피연마물과의 사이에 연마제를 개재시킨 상태로, 상기 연마체와 상기 피연마물과의 사이에 하중을 가하면서, 상기 연마체와 상기 피연마물을 상대 이동시킴으로써 상기 피연마물을 연마하는 연마 장치에 이용되는 상기 연마체로서,
    연마면측에 홈이 형성된 연마 패드, 경질 탄성 부재, 및 연질 부재를 이 순서로 적층한 구조를 갖고,
    상기 홈의 깊이는 0.7 mm 이상인 것을 특징으로 하는 연마체.
  6. 제1항 또는 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 홈 개소의 나머지 두께(d)는 0.1 mm≤d의 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 연마체.
  7. 제1항 또는 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 연마 패드는 1.0 kg/cm2로 가압했을 때의 압축율이 10% 이하인 것을 특징으로 하는 연마체.
  8. 제3항에 기재한 연마체를 구성하기 위해서 이용되는 연마면측에 홈이 형성된 연마 패드로서,
    상기 홈 개소의 나머지 두께(d)는 상기 홈 이외의 개소의 두께가 2.5 mm 이상 5 mm 이하인 경우에 0 mm<d≤1.6 mm의 조건을 만족하고, 상기 홈 이외의 개소의 두께가 0.9 mm 이상 2.5 mm 미만인 경우에는 0 mm<d≤0.6 mm의 조건을 만족하며, 상기 홈 이외의 개소의 두께가 0.9 mm 미만인 경우에는 0 mm<d≤0.27 mm의 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 연마 패드.
  9. 연마면측에 홈이 형성된 연마 패드로서, 상기 홈 개소의 나머지 두께(d)는 상기 홈 이외의 개소의 두께가 2.5 mm 이상 5 mm 이하인 경우에 0 mm<d≤1.6 mm의 조건을 만족하고, 상기 홈 이외의 개소의 두께가 0.9 mm 이상 2.5 mm 미만인 경우에는 0 mm<d≤0.6 mm의 조건을 만족하며, 상기 홈 이외의 개소의 두께가 0.9 mm 미만인 경우에는 0 mm<d≤0.27 mm의 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 연마 패드.
  10. 제4항에 기재한 연마체를 구성하기 위해서 이용되는 연마면측에 홈이 형성된 연마 패드로서, 상기 홈의 깊이는 0.3 mm 이상인 것을 특징으로 하는 연마 패드.
  11. 삭제
  12. 제4항에 기재한 연마체를 구성하기 위해서 이용되는 연마면측에 홈이 형성된 연마 패드로서, 상기 홈의 깊이는 0.7 mm 이상인 것을 특징으로 하는 연마 패드.
  13. 삭제
  14. 제8항, 제9항, 제10항 또는 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 1.0 kg/cm2로 가압했을 때의 압축율이 10% 이하인 것을 특징으로 하는 연마 패드.
  15. 연마체와 피연마물과의 사이에 연마제를 개재시킨 상태로, 상기 연마체와 상기 피연마물과의 사이에 하중을 가하면서, 상기 연마체와 상기 피연마물을 상대 이동시킴으로써 상기 피연마물을 연마하는 연마 장치로서,
    상기 연마체는 제1항 또는 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 기재한 연마체인 것을 특징으로 하는 연마 장치.
  16. 제15항에 기재한 연마 장치를 이용하여 반도체 웨이퍼의 표면을 평탄화하는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 디바이스의 제조 방법.
  17. 제16항에 기재한 반도체 디바이스의 제조 방법에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는 반도체 디바이스.
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