KR101336255B1 - 스퍼터링에 의해 형성된 알루미늄 박막의 평탄화 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 스퍼터링에 의해 형성된 알루미늄 박막의 평탄화 방법에 관한 것으로, 스퍼터링으로 10㎛ 두께를 갖는 알루미늄 박막이 형성된 실리콘 웨이퍼를 준비하는 단계; 상기 실리콘 웨이퍼의 알루미늄 박막을 전해연마하고 상기 알루미늄 박막의 표면을 알루미나(Al2O3)층으로 변화시키는 단계; 및 상기 알루미나층을 에칭하여, 평탄화된 알루미늄 박막을 노출시키는 단계;를 포함한다.
Description
본 발명은 스퍼터링에 의해 형성된 알루미늄 박막의 평탄화 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 스퍼터링에 의해 형성된 10㎛ 두께의 알루미늄 박막을 전해연마하고, 전해연마시 형성된 알루미나(Al2O3)층을 에칭하여, 나노 단위의 표면 거칠기를 갖는 평탄화된 알루미늄 박막을 획득함으로써, 평탄화된 알루미늄 박막을 반사 방지 나노 필름 제조용 템플레이트(template)로 적용할 수 있는, 스퍼터링에 의해 형성된 알루미늄 박막의 평탄화 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 산업에서 회로의 고집적화, 다층구조, 기능성 템플레이트(template)를 형성하기 위해, 대상면을 평탄화시키는 공정이 더 강조되고 있다.
이와 같이 대상면을 평탄화시키는 공정으로 화학적-기계적 연마(CMP: Chemical-Mechanical Planarization) 공정이 대부분 적용되고 있으며, 최근 전해 연마가 도입되고 있다.
화학적-기계적 연마공정이란 화학적 반응과 기계적 힘을 동시에 이용하여 표면을 평탄화하는 공정으로, 화학적-기계적 연마 공정은 압력, 속도 등의 공정조건과, 화학적 반응을 유도하는 슬러리(Slurry), 기계적 힘을 위한 패드 등에 의해 복합적으로 영향을 받는다.
전해 연마 공정은 연마하려는 대상물을 양극으로 하고, 양극과 음극을 전해액 내에 배치한 후, 전압을 인가하여 전류 밀도로 전기화학반응에 의해 연마하는 공정이다.
한국 등록특허공보 제10-0745102호에는 노출된 금속막의 볼록부를 전해연마에 의해 제거하여, 금속막 표면의 요철(凹凸)을 평탄화하는 공정, 및 표면이 평탄화된 금속막의 절연막 상에 존재하는 금속막을 전해연마와 기계연마를 복합시킨 전해복합연마방법에 대한 기술이 개시되어 있다.
이러한 연마방법은 전해연마와 기계연마를 복합시켜 금속막을 평탄화하는 것으로, 연마공구를 음극으로 하고 피연마 대상물의 표면을 양극으로 하여, 피연마 대상물의 표면으로부터 연마공구에 전해액을 통해 흐르는 전해전류를 공급하고, 연마공구와 피연마 대상물을 함께 회전시키면서 소정의 평면에 따라 상대이동시키고, 전해액에 의한 전해연마 및 연마면에 의한 기계연마를 복합한 전해복합연마에 의해 피연마 대상물에 형성된 금속막을 평탄화시키는 것이다.
그러므로, 한국 등록특허공보 제10-0745102호에 개시된 연마 기술은 기계적 연마를 포함하고 있고, 이 기계적 연마는 메디아(media)나 브러시(brush)가 연마대상물에 접속됨으로, 마이크로(㎛) 단위의 표면 거칠기를 갖는 평탄화 공정은 가능할 수 있으나, 나노(㎚) 단위의 표면 거칠기를 갖는 평탄화 공정은 수행할 수 없는 단점이 있다.
따라서, 본 발명자들은 나노(㎚) 단위의 표면 거칠기를 갖는 연마 기술에 대한 연구를 지속적으로 진행하여 스퍼터링된 10㎛ 두께의 알루미늄 박막을 초미세 단위의 표면 거칠기를 갖는 획기적인 방법적인 특징을 도출하여 발명함으로써, 보다 경제적이고, 활용 가능하고 경쟁력있는 본 발명을 완성하였다.
본 발명은 종래기술의 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 그 목적은 스퍼터링에 의해 형성된 10㎛ 두께의 알루미늄 박막을 나노 단위의 표면 거칠기를 갖도록 평탄화하여, 평탄화된 알루미늄 박막을 반사 방지 나노 필름 제조용 템플레이트(template)로 적용할 수 있는, 스퍼터링에 의해 형성된 알루미늄 박막의 평탄화 방법을 제공하는 데 있다.
상술된 목적을 달성하기 위한, 본 발명의 일 실시예는, 스퍼터링으로 10㎛ 두께를 갖는 알루미늄 박막이 형성된 실리콘 웨이퍼를 준비하는 단계;
상기 실리콘 웨이퍼의 알루미늄 박막을 전해연마하고 상기 알루미늄 박막의 표면을 알루미나(Al2O3)층으로 변화시키는 단계; 및
상기 알루미나층을 에칭하여, 평탄화된 알루미늄 박막을 노출시키는 단계;를 포함하며,
상기 실리콘 웨이퍼의 알루미늄 박막을 전해연마하고 상기 알루미늄 박막의 표면을 알루미나(Al2O3)층으로 변화시키는 단계는, 전해연마 용기의 전해 용액 내에, 상기 스퍼터링에 의해 형성된 알루미늄 박막이 구비된 실리콘 웨이퍼와 전극을 거리를 두고 배치한 다음, 상기 알루미늄 박막과 상기 전극 사이에 전압을 인가하여 알루미늄 박막 표면을 전해연마함과 동시에 상기 알루미늄 박막의 표면을 알루미나(Al2O3)층으로 변화시키는 단계이고, 상기 전해 용액은 전해 용액 전체에 대하여 1중량% - 2중량%의 농도를 갖는 인산(H3PO4)으로 이루어진 전해질이 초순수(DI-water)에 용해된 전해 용액이고,
상기 알루미나층을 에칭하여, 평탄화된 알루미늄 박막을 노출시키는 단계는, 지그에 상기 전해연마되어 알루미나층이 표면에 형성된 알루미늄 박막을 갖는 실리콘 웨이퍼를 장착하고, 상기 지그를 에칭 용액에 삽입한 후, 상기 에칭 용액으로 상기 알루미나층을 에칭하여, 평탄화된 알루미늄 박막을 노출시키는 단계이고, 상기 에칭 용액은 크롬산(Cr2O3) 및 인산이 초순수(DI-water)에 용해된 에칭 용액을 적용하고, 상기 크롬산은 상기 에칭 용액 전체에 대하여 상기 크롬산은 1중량% - 2중량의 농도를 갖고, 상기 인산은 5중량% - 6중량의 농도를 가지며, 상기 평탄화된 알루미늄 박막의 표면 거칠기(Rmax)는 10㎚ - 20㎚인, 스퍼터링에 의해 형성된 알루미늄 박막의 평탄화 방법을 제공한다.
상기한 바와 같이, 본 발명에서는 스퍼터링으로 10㎛ 두께를 갖는 알루미늄 박막이 형성된 실리콘 웨이퍼에서, 알루미늄 박막을 전해연마하고 전해연마로 알루미늄 박막의 표면에 형성된 알루미나(Al2O3)층을 에칭하여, 평탄화된 알루미늄 박막을 획득할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명에서는 나노 단위의 표면 거칠기를 갖는 알루미늄 박막으로 평탄화시킬 수 있는 기술을 제공하여, 평탄화된 알루미늄 박막을 반사 방지 나노 필름 제조용 템플레이트(template)로 적용할 수 있는 효과가 있다.
아울러, 본 발명에서는 메디아(media)나 브러시(brush)가 연마대상물에 접속되는 기계적 연마를 배제하고, 평탄화 방법의 기술적인 특징을 도출하여 초미세 단위의 표면 거칠기를 갖는 평탄화 공정을 달성할 수 있는 잇점이 있다.
도 1a 내지 도 1c는 본 발명의 일실시예에 따른 스퍼터링에 의해 형성된 알루미늄막의 평탄화 방법을 설명하기 위한 모식적인 단면도이고,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따라 적용된 스퍼터링에 의해 형성된 알루미늄막을 1000배율로 촬영한 SEM(Scanning Electron Microscope) 사진이고,
도 3는 본 발명의 일실시예에 따라 적용된 스퍼터링에 의해 형성된 알루미늄막을 5000배율로 촬영한 SEM 사진이고,
도 4는 본 발명의 일실시예에 따라 적용된 스퍼터링에 의해 형성된 알루미늄막표면의 AFM(Atomic Force Microscope) 사진이고,
도 5는 본 발명의 일실시예에 따라 적용된 스퍼터링에 의해 형성된 알루미늄 박막을 전해연마하는 장치의 구성도이고,
도 6은 본 발명의 일실시예에 따라 적용된 스퍼터링에 의해 형성된 알루미늄 박막이 전해연마되는 현상을 설명하기 위한 개념적인 도면이고,
도 7은 본 발명의 일실시예에 따라 적용된 전해연마된 알루미늄 박막을 식각하는 장치의 구성도이고,
도 8은 본 발명의 일실시예에 따라 알루미나층이 제거되는 상태를 설명하기 위한 개념적인 도면이고,
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 평탄화 방법으로 평탄화된 알루미늄 박막 표면의 AFM 사진이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따라 적용된 스퍼터링에 의해 형성된 알루미늄막을 1000배율로 촬영한 SEM(Scanning Electron Microscope) 사진이고,
도 3는 본 발명의 일실시예에 따라 적용된 스퍼터링에 의해 형성된 알루미늄막을 5000배율로 촬영한 SEM 사진이고,
도 4는 본 발명의 일실시예에 따라 적용된 스퍼터링에 의해 형성된 알루미늄막표면의 AFM(Atomic Force Microscope) 사진이고,
도 5는 본 발명의 일실시예에 따라 적용된 스퍼터링에 의해 형성된 알루미늄 박막을 전해연마하는 장치의 구성도이고,
도 6은 본 발명의 일실시예에 따라 적용된 스퍼터링에 의해 형성된 알루미늄 박막이 전해연마되는 현상을 설명하기 위한 개념적인 도면이고,
도 7은 본 발명의 일실시예에 따라 적용된 전해연마된 알루미늄 박막을 식각하는 장치의 구성도이고,
도 8은 본 발명의 일실시예에 따라 알루미나층이 제거되는 상태를 설명하기 위한 개념적인 도면이고,
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 평탄화 방법으로 평탄화된 알루미늄 박막 표면의 AFM 사진이다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
도 1a 내지 도 1c는 본 발명의 일실시예에 따른 스퍼터링에 의해 형성된 알루미늄 박막의 평탄화 방법을 설명하기 위한 모식적인 단면도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따라 적용된 스퍼터링에 의해 형성된 알루미늄 박막 표면의 AFM 사진이고, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따라 적용된 스퍼터링에 의해 형성된 알루미늄 박막을 1000배율로 촬영한 SEM 사진이고, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따라 적용된 스퍼터링에 의해 형성된 알루미늄 박막을 5000배율로 촬영한 SEM 사진이다.
도 1a 내지 도 1c를 참고하면, 본 발명의 일실시예에 따른 스퍼터링에 의해 형성된 알루미늄 박막의 평탄화 방법은 먼저, 스퍼터링으로 알루미늄 박막(110)이 형성된 반도체 웨이퍼(100)를 준비한다(도 1a). 반도체 웨이퍼(100)는 실리콘 웨이퍼가 바람직하며, 실리콘 웨이퍼 이외의 다른 반도체 웨이퍼를 적용할 수도 있다.
한편, 반도체 웨이퍼(100)에 스퍼터링으로 10㎛ 두께를 갖는 알루미늄 박막(110)을 형성하게 되면, 알루미늄 박막(110)의 표면(111) 거칠기(Rmax)는 200㎚ - 300㎚가 된다. 도 2는 3000℃ 스퍼터링 챔버 온도에서 25KeV 에너지 세기로 반도체 웨이퍼(100)에 10㎛ 두께의 알루미늄 박막(110)을 형성하고, 그 알루미늄 박막(110) 표면의 AFM(Atomic Force Microscope) 사진으로, 표면 거칠기는 256㎚로 나타났다.
이와 같이 256㎚와 같은 거친 표면을 갖는 알루미늄 박막(110)은 반사 방지 나노 필름 제조용 템플레이트(template) 등 대략 10㎚ - 20㎚의 표면 거칠기를 요구하는 소자의 템플레이트로 적용하기 어렵다. 이러한 요구에 의한 표면 거칠기를 갖기 위해서 본 발명에서는 후술된 바와 같이 전해연마 공정 및 에칭 공정을 순차적으로 수행하여 알루미늄 박막(110)을 평탄화시킴으로써, 알루미늄 박막(110)의 표면의 거칠기(Rmax)가 10㎚ - 20㎚ 정도의 평탄화된 알루미늄 박막을 획득하는데 기술적인 특징이 있는 것이다.
그리고, 반도체 웨이퍼(100)에 스퍼터링하여 알루미늄 박막(110)을 형성하는 방법을 설명하면, 스퍼터링 타겟에서 이탈한 원자와 이온이 반도체 웨이퍼(100)에 도달하여 반도체 웨이퍼(100)에서 발생한 핵이 3차원으로 성장하여 알루미늄 박막을 형성하게 된다.
알루미늄 박막을 성장시키는 무수히 많은 핵들은 반도체 웨이퍼(100) 상에 무작위로 형성되며, 형성된 핵들에서 알루미늄이 성장되고, 이웃한 핵에서 성장된 알루미늄이 서로 합체되는 방식으로 박막화되는 것이다. 이때, 각각의 핵들에서 성장한 알루미늄이 합체되어 박막으로 형성함으로써, 알루미늄 박막(110) 표면(111)에는 그레인 영역이 나타나며, 알루미늄 박막(110) 표면(111)에 나타난 그레인 영역의 사이즈는 다르다.
여기서, 각각의 핵들에서 성장한 알루미늄은 성장 속도 및 성장 볼륨이 상이하여 각각의 핵들에서 성장한 알루미늄은 다른 성장 높이를 갖게 되고, 각각의 핵들에서 성장한 알루미늄이 합체될 때 충돌되어, 각각의 핵들에서 성장한 알루미늄의 계면(알루미늄 박막이 형성된 후 그레인 계면)에는 더 높은 산모양의 형상이 형성된다. 결과적으로, 반도체 웨이퍼(100)에 스퍼터링에 의해 형성된 알루미늄 박막(110)은 표면(111) 거칠기(Rmax)가 256㎚ 정도의 거친 표면을 갖게 된다.
참고로, 1000배율로 촬영한 SEM(Scanning Electron Microscope) 사진인 도 2 및 5000배율로 촬영한 SEM 사진인 도 3을 참고하면, 반도체 웨이퍼(100)에 스퍼터링에 의해 형성된 알루미늄 박막의 표면(111)에는, 다양한 크기를 갖는 그레인(Grain)들이 나타나 있다.
그 후, 도 1b를 참고하면, 반도체 웨이퍼(100)의 알루미늄 박막(110)을 전해연마하고 알루미늄 박막(110)의 표면을 알루미나(Al2O3)층(120)으로 변화시킨다.
반도체 웨이퍼(100)의 알루미늄 박막(110)을 전해연마하게 되면, 알루미늄 박막(110)의 표면(121)은 전해연마됨과 동시에, 알루미늄 박막(110)의 표면이 알루미나(Al2O3)층으로 변화된다.
즉, 반도체 웨이퍼(100)의 알루미늄 박막(110)이 전해연마되기 전(前)인 도 1a의 반도체 웨이퍼(100)의 알루미늄 박막(110) 표면(111)의 거칠기보다, 반도체 웨이퍼(100)의 알루미늄 박막(110)을 전해연마되기 후(後)인 도 1b의 알루미늄 박막(110) 표면(121)의 거칠기가 완화된다. 이와 동시에, 후술된 설명과 같이 전해연마공정 시, 알루미늄 박막(110)의 표면(121)에는 알루미나층(120)이 형성된다.
계속하여, 알루미나층(120)을 에칭하여, 평탄화된 알루미늄 박막(110)을 노출시킨다(도 1c). 여기서, 표면 거칠기가 거친 알루미나층(120)을 에칭 공정으로 제거하게 되면, 에칭된 알루미늄 박막(110)의 표면(112)은 거칠기(Rmax)가 10㎚ - 20㎚로 평탄화된 상태가 된다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따라 적용된 스퍼터링에 의해 형성된 알루미늄 박막을 전해연마하는 장치의 구성도이고, 도 6은 본 발명의 일실시예에 따라 적용된 스퍼터링에 의해 형성된 알루미늄 박막이 전해연마되는 현상을 설명하기 위한 개념적인 도면이고, 도 7은 본 발명의 일실시예에 따라 적용된 전해연마된 알루미늄 박막을 식각하는 장치의 구성도이고, 도 8은 본 발명의 일실시예에 따라 알루미나층이 제거되는 상태를 설명하기 위한 개념적인 도면이고, 도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 평탄화 방법으로 평탄화된 알루미늄 박막 표면의 AFM 사진이다.
도 5를 참고하면, 본 발명의 일실시예에 따라 적용된 스퍼터링에 의해 형성된 알루미늄 박막을 전해연마하는 장치는 전해 용액(210)이 채워져 있는 전해연마 용기(200); 상기 전해 용액(210) 내에 배치되어 있는 전극(201); 상기 전해 용액(210) 내에 상기 전극(201)과 거리를 두고 배치되어 있으며, 상기 전극(201)에 대향되어 있고 스퍼터링에 의해 형성된 알루미늄 박막(110)이 구비된 반도체 웨이퍼(100); 및 상기 알루미늄 박막(110) 표면을 전해연마하기 위해 상기 전극(201) 및 상기 알루미늄 박막(110) 사이에 전압을 인가하기 위한 전원장치(250);를 포함한다.
전해 용액(210)은 알루미늄 박막(110)을 전해 연마하기 위해, 전해질이 초순수(DI-water)에 용해된 전해 용액을 적용할 수 있다. 이때, 전해질은 전해 용액(210) 전체에 대하여 1중량% - 2중량%의 농도를 갖는 인산(H3PO4)을 적용하는 것이 바람직하다.
인산이 전해 용액(210) 전체에 대하여 1중량% 미만의 농도인 경우, 전해연마 공정에서 인산과 알루미늄 박막의 반응이 늦어져 전해 연마 시간이 많이 소요되어 적합하지 않고, 인산이 전해 용액(210) 전체에 대하여 2중량% 초과의 농도가되는 경우, 인산과 알루미늄 박막의 반응이 빨라져 만족할 만한 초미세 표면 거칠기를 갖는 알루미늄 박막의 표면을 구현할 수 없다.
그리고, 전해연마 공정은 20V의 전압과 0.5㎃의 전류 밀도로 10시간 수행하는 것이 바람직하다.
이와 같은 스퍼터링에 의해 형성된 알루미늄 박막을 전해연마하는 장치에서 전해연마하는 공정을 설명하면, 먼저 전해연마 용기(210)의 전해 용액(210) 내에, 스퍼터링에 의해 형성된 알루미늄 박막(110)이 구비된 반도체 웨이퍼(100)와 전극(201)을 배치한다. 그후, 알루미늄 박막(110)과 전극(201) 사이에 전압을 인가하여 알루미늄 박막(110) 표면을 전해연마한다.
더 세부적으로 설명하면, 알루미늄 박막(110)과 전극(201) 사이에 인가된 전압에 의해, 전해 용액(210)의 인산(H3PO4)(211)에서 이온화된 OH- 이온이 알루미늄 박막(110) 표면을 공격하여 전해연마를 수행하고, 이와 동시에 이온화 에너지에 의해, 알루미늄 박막(110)에서 이온화된 Al+와 결합하여 알루미늄 박막(110)의 표면에서는 알루미나(Al2O3)층(120)이 형성된다.
이때, 알루미늄 박막(110)과 전극(201) 사이에 전압이 인가되면, 전해 용액(210)에 포함된 전해질인 인산은 도 6에 도시된 바와 같이, 알루미늄 박막(110)의 거친 표면(111)의 산영역(a)을 먼저 공격하여 연마하면서 알루미나층(120)을 형성한다. 그다음, 점차적으로 알루미늄 박막(110) 내측으로 인산이 침투된다. 알루미늄 박막(110)의 거친 표면(111)의 골영역(b)은 산영역(a)의 내측으로 인산이 침투된 지점(c)(즉, 골영역(b)의 수평선상에 인접된 지점)에 도달되었을 때, 인산의 공격을 받게 된다.
그러므로, 알루미늄 박막(110)의 거친 표면(111)의 산영역(a) 및 골영역(b)을 인산이 연마한 후, 산영역(a) 및 골영역(b)으로 이격된 알루미늄 박막(110) 내측에서는 인산이 대략적으로 균일한 수평선상으로 침투하게 됨으로써, 알루미늄 박막(110) 내측에서 형성되는 알루미나층(120)과 알루미늄 박막(110)간의 경계면(121)은 평탄화가 되는 것이다.
더불어, 전해연마 용기(210) 내에는 전해 용액(210)을 교반하기 위한 교반기(250)가 설치되어 있을 수 있다.
도 7을 참고하면, 본 발명의 일실시예에 따라 적용된 전해연마된 알루미늄 박막을 식각하는 장치는 에칭 용액(310)이 채워져 있는 에칭 용기(300); 상기 에칭 용액(310) 내에 배치되어 있으며, 전해연마되어 알루미나층(120)이 표면에 형성된 알루미늄 박막(110)을 갖는 반도체 웨이퍼(100)가 장착된 지그(320)를 포함한다.
여기서, 에칭 용기(300)는 에칭 반응에 의해 발생된 열을 냉각시키기 위하여, 이중 용기 형태로 구성할 수 있으며, 도 7과 같이 에칭 용액(300)이 담겨진 에칭 용기(310) 케이스 외측에 냉각용 물이 흐를수 있는 유로(301)를 설치하고, 이 유로(301)로 물이 주입되는 주입구(302) 및 유로(301)로 흐른 물이 배출되는 배출구(303)을 설치할 수 있다.
그리고, 에칭 용액(310)은 전해연마로 알루미늄 박막(110)에 형성된 알루미나층(120)을 에칭하기 위하여, 크롬산(Cr2O3) 및 인산이 초순수(DI-water)에 용해된 에칭 용액을 적용할 수 있다. 이때, 크롬산은 에칭 용액(310) 전체에 대하여 1중량% - 2중량의 농도를 갖고, 인산은 5중량% - 6중량의 농도를 갖는 것이 바람직하다. 여기서, 인산은 에칭의 활성제 역할을 수행한다.
따라서, 지그(320)에 전해연마되어 알루미나층(120)이 표면에 형성된 알루미늄 박막(110)을 갖는 반도체 웨이퍼(100)를 장착하고, 에칭 용액(310)에 지그(320)을 삽입하면, 에칭 용액(310)은 알루미나층(120)을 에칭하여 제거하게 된다.
또한, 에칭 용기(300) 내에는 에칭 용액(310)을 교반하기 위한 교반기(350)가 설치되어 있을 수 있다.
이와 같은 전해연마된 알루미늄 박막을 식각하는 장치를 이용하여, 전해연마되어 알루미늄 박막(110)에 형성된 알루미나층(120)을 도 8에 도시된 바와 같이, 제거하게 되면, 알루미나층(120)이 제거된 알루미늄 박막(110)의 표면(112)은 평탄화되는 것이다.
결국, 도 9와 같이, 전해연마되어 알루미늄 박막(110)에 형성된 알루미나층(120)을 에칭하여 제거하게 되면, 알루미늄 박막(110)의 표면 거칠기(Rmax)가 11㎚로, 상술된 본 발명의 퍼터링에 의해 형성된 알루미늄 박막의 평탄화 방법을 수행하게 되면, 알루미늄 박막을 10㎚ - 20㎚ 정도의 거칠기(Rmax)를 갖는 면으로 평탄화시킬 수 있는 것이다.
이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예를 예를 들어 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.
100:반도체 웨이퍼 110:알루미늄 박막
120:알루미나층 121:경계면
200:전해연마 용기 201:전극
210:전해용액 250,350:교반기
260:전원장치 300:에칭용기
301:유로 302:주입구
303:배출구 310:에칭용액
320:지그
120:알루미나층 121:경계면
200:전해연마 용기 201:전극
210:전해용액 250,350:교반기
260:전원장치 300:에칭용기
301:유로 302:주입구
303:배출구 310:에칭용액
320:지그
Claims (1)
- 스퍼터링으로 10㎛ 두께를 갖는 알루미늄 박막이 형성된 실리콘 웨이퍼를 준비하는 단계;
상기 실리콘 웨이퍼의 알루미늄 박막을 전해연마하고 상기 알루미늄 박막의 표면을 알루미나(Al2O3)층으로 변화시키는 단계; 및
상기 알루미나층을 에칭하여, 평탄화된 알루미늄 박막을 노출시키는 단계;를 포함하며,
상기 실리콘 웨이퍼의 알루미늄 박막을 전해연마하고 상기 알루미늄 박막의 표면을 알루미나(Al2O3)층으로 변화시키는 단계는, 전해연마 용기의 전해 용액 내에, 상기 스퍼터링에 의해 형성된 알루미늄 박막이 구비된 실리콘 웨이퍼와 전극을 거리를 두고 배치한 다음, 상기 알루미늄 박막과 상기 전극 사이에 전압을 인가하여 알루미늄 박막 표면을 전해연마함과 동시에 상기 알루미늄 박막의 표면을 알루미나(Al2O3)층으로 변화시키는 단계이고, 상기 전해 용액은 전해 용액 전체에 대하여 1중량% - 2중량%의 농도를 갖는 인산(H3PO4)으로 이루어진 전해질이 초순수(DI-water)에 용해된 전해 용액이고,
상기 알루미나층을 에칭하여, 평탄화된 알루미늄 박막을 노출시키는 단계는, 지그에 상기 전해연마되어 알루미나층이 표면에 형성된 알루미늄 박막을 갖는 실리콘 웨이퍼를 장착하고, 상기 지그를 에칭 용액에 삽입한 후, 상기 에칭 용액으로 상기 알루미나층을 에칭하여, 평탄화된 알루미늄 박막을 노출시키는 단계이고, 상기 에칭 용액은 크롬산(Cr2O3) 및 인산이 초순수(DI-water)에 용해된 에칭 용액을 적용하고, 상기 크롬산은 상기 에칭 용액 전체에 대하여 상기 크롬산은 1중량% - 2중량의 농도를 갖고, 상기 인산은 5중량% - 6중량의 농도를 가지며, 상기 평탄화된 알루미늄 박막의 표면 거칠기(Rmax)는 10㎚ - 20㎚인, 스퍼터링에 의해 형성된 알루미늄 박막의 평탄화 방법.
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP3254772A4 (en) * | 2015-02-03 | 2018-11-14 | Toyo Aluminium Kabushiki Kaisha | Aluminum foil, electronic device, roll-to-roll aluminum foil, and aluminum-foil manufacturing method |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004141990A (ja) * | 2002-10-22 | 2004-05-20 | Sony Corp | 電解研磨組成物 |
| JP2009119641A (ja) * | 2007-11-13 | 2009-06-04 | Kanagawa Acad Of Sci & Technol | インプリント用モールドおよびその製造方法並びにそのモールドを用いて形成された構造体 |
| JP4994401B2 (ja) * | 2009-02-04 | 2012-08-08 | エンパイア テクノロジー ディベロップメント エルエルシー | 半導体デバイスの製造方法 |
| KR20130087055A (ko) * | 2011-07-19 | 2013-08-05 | 미쯔비시 레이온 가부시끼가이샤 | 나노임프린트용 몰드의 제조 방법 |
-
2013
- 2013-10-18 KR KR1020130124782A patent/KR101336255B1/ko not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004141990A (ja) * | 2002-10-22 | 2004-05-20 | Sony Corp | 電解研磨組成物 |
| JP2009119641A (ja) * | 2007-11-13 | 2009-06-04 | Kanagawa Acad Of Sci & Technol | インプリント用モールドおよびその製造方法並びにそのモールドを用いて形成された構造体 |
| JP4994401B2 (ja) * | 2009-02-04 | 2012-08-08 | エンパイア テクノロジー ディベロップメント エルエルシー | 半導体デバイスの製造方法 |
| KR20130087055A (ko) * | 2011-07-19 | 2013-08-05 | 미쯔비시 레이온 가부시끼가이샤 | 나노임프린트용 몰드의 제조 방법 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP3254772A4 (en) * | 2015-02-03 | 2018-11-14 | Toyo Aluminium Kabushiki Kaisha | Aluminum foil, electronic device, roll-to-roll aluminum foil, and aluminum-foil manufacturing method |
| US10166580B2 (en) | 2015-02-03 | 2019-01-01 | Toyo Aluminium Kabushiki Kaisha | Aluminum foil, electronic device, roll-to-roll aluminum foil, and method of producing aluminum foil |
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