KR101541212B1 - 연마 방법 - Google Patents

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가부시키가이샤 에바라 세이사꾸쇼
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Abstract

본 발명의 과제는, 연마율을 낮추는 일 없이, 연마액의 사용량을 삭감할 수 있도록 하는 것이다.
연마 패드의 표면에 연마액을 공급하면서 연마 패드의 표면에 기판을 미끄럼 접촉시켜 상기 기판을 연마하는 연마 방법에 있어서, 연마 패드의 표면 온도를 제어하는 일 없이 기판을 연마하였을 때의 연마액 공급 유량과 연마율의 관계 및 연마 패드의 표면 온도를 소정 온도로 제어하면서 기판을 연마하였을 때의 연마액 공급 유량과 연마율의 관계를 미리 구해 두고, 연마 패드의 표면 온도를 소정 온도로 제어하면서 기판을 연마하였을 때의 연마율의 쪽이 연마 패드의 표면 온도를 제어하는 일 없이 기판을 연마하였을 때의 연마율보다도 높아지도록 연마 패드의 표면 온도를 소정 온도로 제어하면서, 높은 연마율이 얻어지도록 연마 패드의 표면에 연마액을 계속적으로 공급한다.

Description

연마 방법 {POLISHING METHOD}
본 발명은, 연마 패드의 표면(연마면)에 연마액(슬러리)을 공급하면서, 반도체 웨이퍼 등의 기판의 피연마면(표면)을 연마 패드의 연마면에 압박 접촉시켜, 기판의 피연마면과 연마 패드의 연마면의 상대 운동에 의해 상기 피연마면을 연마하는 연마 방법에 관한 것이다.
연마 장치로서, 연마 테이블의 상면에 연마 패드를 부착하여 연마면을 형성하고, 이 연마 헤드의 연마면(표면)에 연마 헤드로 보유 지지한 반도체 웨이퍼 등의 기판의 피연마면을 압박 접촉시켜, 연마면에 연마액(슬러리)을 공급하면서, 연마 테이블의 회전과 연마 헤드의 회전에 의한 연마면과 피연마면의 상대 운동에 의해, 피연마면을 평탄하게 연마하는 화학 기계 연마(CMP) 장치가 알려져 있다.
연마 기술에 있어서는, 단위 시간당 기판 처리 매수를 최대로 하기 위해, 최대의 연마율, 즉, 최단의 연마 시간에 기판을 연마할 수 있는 조건을 적용하는 것이 요망되고 있다. 그러기 위해, CMP 장치에 있어서는, 기판을 연마 패드의 연마면에 압박하여 연마할 때의 연마 압력, 연마 헤드 및 연마 테이블의 회전 속도, 연마 패드의 연마면(표면)에 공급되는 연마액 유량 등을 조정하여 원하는 연마율을 얻도록 하고 있다.
한편, 기판의 연마시에, 기판과 연마 패드의 미끄럼 이동에 의해 마찰열이 발생하고, 이 마찰열에 의해, 연마 패드 표면, 나아가서는 연마 패드와 기판의 연마 계면의 온도가 과잉으로 상승하여, 최대 연마율이 얻어지지 않게 되는 경우가 있다. 이러한 경우에, 예를 들어 냉각 노즐 등의 가스 분사부를 사용하여, 냉각 가스 등의 가스를 연마 패드 표면을 향해 분사하여, 주로 연마 패드 표면으로부터 기화열을 빼앗음으로써, 연마 패드 표면, 나아가서는 연마 패드와 기판의 연마 계면의 온도를 적정하게 유지하는 것이 연마율을 최대로 하는 데 유효하다.
이로 인해, 연마 패드 표면을 약 50℃ 이하, 예를 들어 44℃ 등의 온도로 제어함으로써, 디싱을 저감하거나(특허문헌 1 참조), 연마 패드의 표면 온도를 측정하여, 연마 패드의 표면 온도의 변화에 따라서, 예를 들어 연마 패드 상에 배치한 냉각 기구에 의해 연마 패드를 냉각하는 것(특허문헌 2 참조) 등이 제안되어 있다.
또한, 출원인은, 연마면을 향해 압축 가스 등의 기체를 분출하는 유체 분출 기구를 구비하여, 연마면의 온도 분포의 측정 결과를 기초로, 연마면을 소정의 온도 분포로 하도록 유체 분출 기구를 제어하는 것을 제안하고 있다(특허문헌 3 참조).
일본 공개 특허 제2001-308040호 공보 일본 공개 특허 제2001-62706호 공보 일본 공개 특허 제2007-181910호 공보
연마율은, 기판을 연마 패드의 연마면(표면)에 압박하여 연마할 때의 연마 압력, 연마 헤드 및 연마 테이블의 회전 속도, 연마 패드의 연마면에 공급되는 연마액 유량에 의존하여, 연마율을 어느 일정 이상으로 유지하기 위해서는, 연마 패드의 연마면에 충분한 양의 연마액을 공급할 필요가 있다고 여겨지고 있었다. 실제로, 연마액의 공급량(사용량)을 삭감하면, 연마율이 감소하는 것이 일반적으로 알려져 있고, 이 현상은 연마에 기여하는 지립량이 적어짐으로써 발생한다고 여겨져 왔다.
그러나 연마율은, 지립량보다도 연마 패드의 표면 온도와의 상관이 강해, 연마 패드의 표면 온도를 소정 온도로 제어함으로써, 연마 패드의 표면 온도를 제어하지 않는 경우에 비해 연마액의 사용량을 삭감해도, 연마율을 낮추는 일 없이, 높은 연마율이 얻어지는 것을 알 수 있었다.
본 발명은 상기 사정에 비추어 이루어진 것으로, 연마율을 낮추는 일 없이, 연마액의 사용량을 삭감할 수 있도록 한 연마 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
청구항 1에 기재된 발명은, 연마 패드의 표면에 연마액을 공급하면서 연마 패드의 표면에 기판을 미끄럼 접촉시켜 상기 기판을 연마하는 연마 방법에 있어서, 연마 패드의 표면 온도를 제어하는 일 없이 기판을 연마하였을 때의 연마액 공급 유량과 연마율의 관계 및 연마 패드의 표면 온도를 소정 온도로 제어하면서 기판을 연마하였을 때의 연마액 공급 유량과 연마율의 관계를 미리 구해 두고, 연마 패드의 표면 온도를 소정 온도로 제어하면서 기판을 연마하였을 때의 연마율의 쪽이 연마 패드의 표면 온도를 제어하는 일 없이 기판을 연마하였을 때의 연마율보다도 높아지도록 연마 패드의 표면 온도를 소정 온도로 제어하면서, 상기 높은 연마율이 얻어지도록 연마 패드의 표면에 연마액을 계속적으로 공급하는 것을 특징으로 하는 연마 방법이다.
일반적으로, 연마액의 사용량을 삭감하면, 연마에 기여하는 지립량이 적어져 연마율이 낮아지지만, 연마율은, 지립량보다도 연마 패드의 표면 온도와의 상관이 강하다. 이로 인해, 연마 패드의 표면 온도를 소정 온도로 제어함으로써, 연마율을 낮추는 일 없이 연마액의 사용량을 삭감하는 것이 가능해진다.
청구항 2에 기재된 발명은, 연마 패드의 표면에 연마액을 공급하면서 연마 패드의 표면에 기판을 미끄럼 접촉시켜 상기 기판을 연마하는 연마 방법에 있어서, 연마 패드의 표면 온도를 제어하는 일 없이 기판을 연마하였을 때의 연마액 공급 유량과 연마율의 관계를 미리 구하여, 연마율이 최대로 되는 유량보다도 적은 유량의 연마액을 연마 패드의 표면에 계속적으로 공급하면서, 연마 패드의 표면 온도를 소정 온도로 제어하면서 기판을 연마하는 것을 특징으로 하는 연마 방법이다.
청구항 3에 기재된 발명은, 20㎖/min 이상, 200㎖/min 미만의 범위 내의 소정의 유량으로, 연마 패드의 표면에 연마액을 계속적으로 공급하는 것을 특징으로 하는, 청구항 1 또는 2에 기재된 연마 방법이다.
연마 패드의 표면 온도를 소정 온도로 제어함으로써, 200㎖/min 미만의 소정의 유량으로, 연마 패드의 표면에 연마액을 계속적으로 공급해도 적정한 연마율을 확보할 수 있고, 이에 의해 연마 패드의 표면 온도를 제어하지 않는 경우에 비해, 연마액의 소비량을 삭감하는 것이 가능해지는 것이 확인되어 있다. 또한, 20㎖/min 이상의 소정의 유량으로, 연마 패드의 표면에 연마액을 계속적으로 공급함으로써, 연마액을 연마 패드의 전체 표면에 고루 퍼지게 할 수 있고, 이에 의해, (1) 기판의 피연마면 내에서의 연마량의 균일성의 악화, (2) 연마에 기여하는 지립량의 부족에 의한 연마율의 극단적인 저하 및 (3) 연마에 의해 발생하는 열에 의한 연마 패드 표면의 부분적인 건조에 기초하는 정상적인 연마의 저해를 방지할 수 있다.
청구항 4에 기재된 발명은, 50㎖/min 내지 180㎖/min의 범위 내의 소정의 유량으로, 연마 패드의 표면에 연마액을 계속적으로 공급하는 것을 특징으로 하는 청구항 1 또는 2에 기재된 연마 방법이다.
예를 들어, 기판의 표면에 형성된 열산화막 등의 절연막을 연마하는 경우, 연마 패드의 표면 온도를, 예를 들어 42℃ 내지 46℃로 제어함으로써, 50㎖/min 내지 180㎖/min의 범위 내의 소정의 유량으로, 연마 패드의 표면에 연마액을 계속적으로 공급해도, 적정한 연마율을 확보할 수 있는 것이 확인되어 있다.
청구항 5에 기재된 발명은, 50㎖/min 내지 175㎖/min의 범위 내의 소정의 유량으로, 연마 패드의 표면에 연마액을 계속적으로 공급하는 것을 특징으로 하는, 청구항 1 또는 2에 기재된 연마 방법이다.
예를 들어, 기판의 표면에 형성된 구리막을 연마하는 경우, 연마 패드의 표면 온도를, 예를 들어 50℃로 제어함으로써, 50㎖/min 내지 175㎖/min의 범위 내의 소정의 유량으로, 연마 패드의 표면에 연마액을 계속적으로 공급해도 적정한 연마율을 확보할 수 있는 것이 확인되어 있다.
청구항 6에 기재된 발명은, 상기 연마액은, 지립으로서 세리아를 사용한, 첨가제를 포함하는 연마 슬러리인 것을 특징으로 하는 청구항 1 내지 5 중 어느 하나에 기재된 연마 방법이다.
이와 같이, 연마액으로서, 기계 화학적인 연마 작용을 하는 세리아(산화세륨:CeO2)를 지립으로서 사용한, 첨가제를 포함하는 연마 슬러리를 사용함으로써 연마율을 높일 수 있다.
청구항 7에 기재된 발명은, 연마 패드의 표면 온도의 제어를, (1) 연마 패드를 향한 압축 공기의 분사, (2) 냉매를 흘리는 냉매 유로를 내부에 갖는 개체의 연마 패드에의 접촉, (3) 연마 패드를 향한 미스트의 분사 및 (4) 연마 패드를 향한 냉각 기체의 분사 중 어느 하나 이상에 의해 행하는 것을 특징으로 하는 청구항 1 내지 6 중 어느 하나에 기재된 연마 방법이다.
본 발명의 연마 방법에 따르면, 연마 패드의 표면 온도를 소정 온도로 제어하면서, 연마 패드의 표면에 연마액을 계속적으로 공급함으로써, 연마율을 낮추는 일 없이, 연마 패드의 표면 온도를 제어하지 않는 경우에 비해 연마액의 사용량을 삭감할 수 있다.
도 1은 본 발명의 연마 방법에 사용되는 연마 장치의 개요를 도시하는 개요도.
도 2는 연마 패드의 표면 온도를 제어하는 일 없이 열산화막을 연마하였을 때의 연마율과 연마액 유량의 관계 및 연마 패드의 표면 온도와 연마액 유량의 관계 및 연마 패드의 표면 온도를 소정 온도로 제어하면서 열산화막을 연마하였을 때의 연마율과 연마액 유량의 관계 및 연마 패드의 표면 온도와 연마액 유량의 관계를 나타내는 그래프.
도 3은 연마 패드의 표면 온도를 제어하는 일 없이 구리막을 연마하였을 때의 연마율과 연마액 유량의 관계 및 연마 패드의 표면 온도를 약 50℃로 제어하면서 구리막을 연마하였을 때의 연마율과 연마액 유량의 관계를 나타내는 그래프.
도 4는 연마 패드의 표면 온도를 제어하는 일 없이 구리막을 연마하였을 때의 연마 패드의 표면 온도와 연마액 유량의 관계 및 연마 패드의 표면 온도를 약 50℃로 제어하면서 구리막을 연마하였을 때의 연마 패드의 표면 온도와 연마액 유량의 관계를 나타내는 그래프.
이하, 본 발명의 실시 형태를, 도면을 참조하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 연마 방법에 사용되는 연마 장치의 개요를 도시하는 개요도이다. 도 1에 도시하는 바와 같이, 연마 장치(10)는, 회전 가능한 연마 테이블(12)과, 연마 테이블(12)의 상면에 부착되고 표면을 연마면(14a)으로 한 연마 패드(14)와, 반도체 웨이퍼 등의 기판(W)을 보유 지지하여 연마면(14a)을 향해 압박하는 연마 헤드(16)와, 연마 패드(14)의 상방에 배치되어 상기 연마 패드(14)에 연마액(18)을 공급하는 연마액 공급 노즐(20)을 구비하고 있다. 연마액 공급 노즐(20)은, 연마액 공급원(22)으로부터 연장되는 연마액 공급 라인(24)에 접속되고, 연마액 공급 라인(24)에는, 개방도 제어 가능한 유량 제어 밸브(26)가 개재 장착되어 있다.
예를 들어, 열산화막 등의 절연막을 연마할 때에는, 연마액(18)으로서, 예를 들어 지립으로서 세리아를 사용한, 첨가제를 포함하는 연마 슬러리가 사용된다. 이와 같이, 연마액(18)으로서, 기계 화학적인 연마 작용을 행하는 세리아(산화세륨:CeO2)를 지립으로 한 첨가제를 포함하는 연마 슬러리를 사용함으로써, 열산화막 등의 연마율을 높일 수 있다. 또한, 구리막을 연마할 때에는, 연마액(18)으로서, 구리 연마용 연마 슬러리가 사용된다.
이에 의해, 회전하는 연마 테이블(12)에 부착된 연마 패드(14)의 연마면(14a)에, 회전하는 연마 헤드(16)의 하면에 보유 지지한 기판(W)의 피연마면(표면)을 압박 접촉시키고, 또한 연마액 공급 노즐(20)로부터 연마액(18)으로서의 연마 슬러리를 연마 패드(14)의 연마면(표면)(14a)에 공급함으로써, 기판(W)과 연마 패드(14)의 연마면(14a)의 상대 운동에 의해, 기판(W)의 피연마면(표면)을 연마한다. 이 연마시에, 유량 제어 밸브(26)의 밸브 개방도를 조정함으로써, 연마 패드(14)의 연마면(14a)에 공급하는 연마액의 유량을 제어한다.
이 예에서는, 연마 패드(14)로서, 0℃ 내지 80℃의 온도 범위에서, 10㎬ 내지 10㎫까지 탄성률이 변화되도록 한 것이 사용되어 있다. 예를 들어, 수지제의 연마 패드는, 일반적으로 냉각에 의해 그 경도를 증가시키고, 그 효과로서 단차 해소 특성이 향상된다. 또한, 연마 헤드(16)는, 상하 이동 가능하고, 도시하지 않은 요동 아암의 자유 단부에 연결되고, 연마 테이블(12)의 상방의 연마 위치와, 예를 들어 리니어 트랜스포터의 푸셔 등의 기판 전달 위치 사이를 수평 이동하도록 되어 있다.
연마 패드(14)의 상방에 위치하여, 연마 패드(14)의 연마면(14a)과 평행하게 상기 연마 패드(14)의 대략 반경 방향을 따라 연장되는 가스 분사부로서의 냉각 노즐(30)이 배치되고, 이 냉각 노즐(가스 분사부)(30)의 하부에는, 냉각 노즐(30)의 내부와 연통되고, 연마 패드(14)의 연마면(표면)(14a)을 향해, 압축 공기 등의 냉각 가스를 분사하는 가스 분사구(30a)가 구비되어 있다. 냉각 노즐(30)의 배치 위치나 냉각 노즐(30)에 설치되는 가스 분사구(30a)의 개수 등은, 프로세스 조건 등에 따라서 임의로 설정된다.
이 예는, 가스 분사부로서, 연마 패드(14)의 표면을 향해 공기 등의 냉각 가스를 분사하는 냉각 노즐(30)을 구비한 예를 나타내고 있지만, 냉각 노즐(30) 대신에, 연마 패드(14)의 온도를 소정의 온도로 조정하기 위해 온도 제어된 공기 등의 가스를 분사하는 가스 분사부나, 온도 제어된 미스트를 분사하는 미스트 분사부를 구비하도록 해도 된다. 또한, 냉각 노즐(30) 대신에, 냉매를 흘리는 냉매 유로를 내부에 갖는 개체(온도 조정 슬라이더)를 연마 패드(14) 및/또는 연마 테이블(12)에 접속, 분리 가능하게 배치하고, 이 개체(온도 조정 슬라이더)를 연마 패드(14) 및/또는 연마 테이블(12)에 접촉시킴으로써, 연마 패드(14)를 냉각하도록 해도 된다.
냉각 노즐(30)은, 가스 공급원(32)으로부터 연장되는 가스 공급 라인(34)에 접속되고, 이 가스 공급 라인(34)에는, 압력 제어 밸브(36) 및 유량계(38)가 유동 방향을 따라 차례로 개재 장착되어 있다. 이에 의해, 냉각 가스(압축 공기)는, 압력 제어 밸브(36)를 통과하여 압력이 제어되고, 유량계(38)를 통과하여 유량이 계측된 후, 냉각 노즐(30)의 내부로 유입되어, 가스 분사구(30a)로부터 연마 패드(14)를 향해 분사된다. 이때, 압력 제어 밸브(36)를 통해, 가스 분사구(30a)로부터 연마 패드(14)를 향해 분사되는 냉각 가스 유량이 제어된다.
연마 패드(14)의 상방에 위치하여, 연마 패드(14)의 표면 온도를 검출하는, 예를 들어 방사 온도계로 이루어지는 온도계(40)가 배치되고, 이 온도계(40)는 연마 패드(14)의 표면의 설정 온도 등을 설정하는 제어부(42)에 접속되어 있다. 또한, 제어부(42)는 압력 제어 밸브(36)에 접속되고, 이에 의해 압력 제어 밸브(36)는 제어부(42)로부터의 출력 신호에 의해 PID 제어된다.
즉, 제어부(42)에는, 복수 종류의 PID 파라미터가 기억되어 있다. 그리고 제어부(42)에 설정된 연마 패드(14)의 표면 설정 온도와 온도계(40)에 의해 검지된 연마 패드(14)의 실제의 표면 온도의 차에 따라서, 상기 복수 종류의 PID 파라미터로부터 소정의 PID 파라미터가 선택되고, 온도계(40)에 의해 검출된 연마 패드(14)의 온도 정보에 기초하여, 연마 패드(14)의 표면이 소정 온도로 되도록 전공(電空) 레귤레이터(도시하지 않음)를 통해, 압력 제어 밸브(36)의 밸브 개방도가 제어된다. 제어부(42)는 냉각 노즐(30)의 가스 분사구(30a)로부터 연마 패드(14)를 향해 분사되는 냉각 가스(압축 공기) 유량이, 예를 들어 50 내지 1000㎖/min로 되도록 압력 제어 밸브(36)의 밸브 개방도를 제어한다. 또한, 유량계(38) 및 유량 제어 밸브(26)도 제어부(42)에 접속되어 있어, 유량 제어 밸브(26)의 밸브 개방도는, 제어부(42)로부터의 출력 신호에 의해 제어된다.
연마 테이블(12)에는, 기판(W)의 피연마면에 형성되어 연마되는 금속 또는 절연성 박막의 막 두께를 실시간으로 측정하는 와전류식 센서(52)가 매설되고, 연마 테이블(12)을 회전시키는 테이블 모터(54)는, 테이블 전류를 모니터하는 테이블 전류 모니터(56)에 접속되고, 와전류식 센서(52) 및 테이블 전류 모니터(56)로부터의 출력은 제어부(42)에 입력된다. 이에 의해, 연마율을 실시간으로 측정할 수 있도록 되어 있다.
즉, 와전류식 센서(52)에 의해 측정되는 막 두께와 시간의 관계로부터 연마율이 실시간으로 구해진다. 또한, 기판을 연마할 때에 발생하는 마찰력과 연마율은 서로 비례하는 관계에 있고, 테이블 전류와 마찰력도 서로 비례하는 관계에 있다. 이로 인해, 이들 관계를 미리 구해 두고, 테이블 전류 모니터(56)에 의해 테이블 모터(54)의 테이블 전류를 모니터함으로써, 연마율을 실시간으로 측정할 수 있다.
또한, 와전류식 센서(52) 대신에 광학식 센서를 사용해도 된다. 또한, 와전류식 센서(52)와 테이블 전류 모니터(56)는 택일적으로 사용되어, 어느 한쪽을 구비하도록 해도 된다.
제어부(42)에는, 연마 패드(14)의 표면 온도를 제어하는 일 없이 기판(W)을 연마하였을 때의 연마액 공급 유량과 연마율의 관계 및 연마 패드(14)의 표면 온도를 소정 온도로 제어하면서 기판(W)을 연마하였을 때의 연마액 공급 유량과 연마율의 관계 등의 데이터가 미리 실험 등에 의해 구해져 저장되어 있다.
도 2는 연마액(18)으로서, 세리아를 지립으로 하여 첨가제를 포함하는 연마 슬러리를 사용하고, 연마 테이블(12)을 100rpm으로, 연마 헤드(16)를 107rpm으로 각각 회전시키면서, 연마 헤드(16)에 의해 보유 지지한 기판(W)을 0.35kgf/㎠(5psi)의 연마 압력으로 연마 패드(14)의 연마면(14a)에 압박하여, 기판(W)의 표면에 형성된 열산화막(베타막)을 60초간 연마하였을 때의 데이터(선도)를 나타낸다. 연마 패드(14)로서, 로델사제의 IC-1000(경질의 단층 발포 폴리우레탄)을 사용하고 있다.
도 2의 선도 A1은, 연마 패드(14)의 표면 온도를 제어하는 일 없이 열산화막을 연마하였을 때의 연마율과 연마액 유량의 관계를 나타내고, 도 2의 선도 B1은, 마찬가지로 연마 패드의 표면 온도와 연마액 유량의 관계를 나타낸다. 도 2의 선도 A2는, 연마 패드(14)의 표면 온도를 소정 온도로 제어하면서 열산화막을 연마하였을 때의 연마율과 연마액 유량의 관계를 나타내고, 도 2의 선도 B2는, 마찬가지로 연마 패드의 표면 온도와 연마액 유량의 관계를 나타낸다.
도 2의 선도 A1로부터, 연마 패드(14)의 표면 온도를 제어하는 일 없이 열산화막을 연마할 때, 연마액 유량을 200㎖/min 이상으로 함으로써, 약 370㎚/min 내지 약 380㎚/min 정도의 높은 연마율이 얻어지는 것을 알 수 있다. 이로 인해, 종래, 상기한 조건에서 열산화막을 연마할 때에는, 200㎖/min 내지 300㎖/min 정도의 유량의 연마액을 연마 패드(14)의 연마면(표면)(14a)에 공급함으로써, 높은 연마율을 얻도록 하고 있었다. 이와 같이, 200㎖/min 내지 300㎖/min 정도의 유량의 연마액을 연마 패드(14)의 연마면(표면)(14a)에 공급하면, 도 2의 선도 B1로부터, 연마 패드(14)의 표면 온도는 약 51℃ 내지 약 54℃로 되는 것을 알 수 있다.
한편, 도 2의 선도 A2, B2로부터, 연마 패드(14)의 표면 온도를 약 45℃로 제어하면서 열산화막을 연마하면, 연마액 유량을 100㎖/min로 함으로써, 약 400㎚ /min 정도의 높은 연마율이 얻어지는 것을 알 수 있다. 즉, 연마 패드(14)의 표면 온도를 약 45℃로 제어하면서 열산화막을 연마함으로써, 연마액의 공급 유량을, 예를 들어 200㎖/min 이상으로부터 100㎖/min로 삭감해도, 연마 패드(14)의 표면 온도를 제어하는 일 없이, 연마액 유량을 200㎖/min 이상으로 하여 열산화막을 연마할 때 이상의 연마율이 얻어지는 것을 알 수 있다.
마찬가지로, 연마 패드(14)의 표면 온도를 약 46℃로 제어하면서 열산화막을 연마하면, 연마액 유량을 50㎖/min로 함으로써, 약 370㎚/min 정도의 높은 연마율이 얻어지는 것을 알 수 있다. 즉, 연마 패드(14)의 표면 온도를 약 46℃로 제어하면서 열산화막을 연마함으로써, 연마액의 공급 유량을, 예를 들어 200㎖/min 이상으로부터 50㎖/min로 삭감해도, 연마 패드(14)의 표면 온도를 제어하는 일 없이, 연마액 유량을 200㎖/min 이상으로 하여 열산화막을 연마할 때와 동등한 연마율이 얻어지는 것을 알 수 있다.
여기서, 선도 A1과 선도 A2는, 연마액 유량이 약 180㎖/min 부근에서 서로 교차하고, 이것보다 유량이 적은 영역에서는, 연마 패드(14)의 표면 온도를 소정 온도로 제어하면서 열산화막을 연마하였을 때의 쪽이, 연마 패드(14)의 표면 온도를 제어하는 일 없이 열산화막을 연마하였을 때보다도 연마율이 높다. 또한, 연마액 유량을 약 200㎖/min 미만으로 하여 연마 패드(14)의 표면 온도를 소정 온도로 제어하면서 열산화막을 연마함으로써, 연마액 유량을 약 200㎖/min 이상으로 하여 연마 패드(14)의 표면 온도를 제어하는 일 없이 열산화막을 연마하였을 때와 거의 동등한 연마율이 얻어진다. 이로 인해, 연마 패드(14)의 표면 온도를 소정 온도로 제어하면서 열산화막을 연마할 때, 연마액 유량을, 약 200㎖/min 미만, 특히 약 180㎖/min 이하로 함으로써, 연마액의 사용량을 감소시키면서, 연마율이 저하되는 것을 방지할 수 있는 것을 알 수 있다. 이때의 연마 패드(14)의 표면 온도는, 도 2의 선도 B2로부터 약 42℃이다.
또한, 연마 패드의 표면에 20㎖/min 이하의 유량으로 연마액을 공급하면, 연마액을 연마 패드의 전체 표면에 고루 퍼지게 할 수 없어, 이에 의해 (1) 기판의 피연마면 내에서의 연마량의 균일성의 악화, (2) 연마에 기여하는 지립량의 부족에 의한 연마율의 극단적인 저하 및 (3) 연마에 의해 발생하는 열에 의한 연마 패드 표면의 부분적인 건조에 기초하는 정상적인 연마의 저해 등이 발생할 우려가 있다.
상기로부터, 열산화막을 연마할 때, 연마 패드(14)의 표면 온도를 소정 온도로 제어하면서, 연마 패드(14)의 연마면(표면)(14a)에 계속적으로 공급되는 연마액(18)의 유량을, 20㎖/min 이상, 200㎖/min 미만, 바람직하게 50㎖/min 내지 180㎖/min의 범위 내의 소정의 유량으로 제어함으로써, 연마율을 저하시키는 일 없이 연마액의 소비량을 삭감할 수 있다. 이와 같이, 연마 패드(14)의 연마면(표면)(14a)에 공급되는 연마액(18)의 유량을 50㎖/min 내지 180㎖/min로 제어할 때의 연마 패드(14)의 표면 온도는, 도 2의 선도 B2로부터 약 42℃ 내지 약 46℃이다.
연마 패드(14)의 연마면(표면)(14a)에 계속적으로 공급되는 연마액 유량은, 연마 시간의 경과에 관계없이 항상 일정하게 제어된다.
도 3 및 도 4는, 연마액(18)으로서, 구리 연마용 연마 슬러리를 사용하고, 연마 테이블(12)을 60rpm으로, 연마 헤드(16)를 31rpm으로 각각 회전시키면서, 연마 헤드(16)에 의해 보유 지지한 기판(W)을 0.21kgf/㎠(3psi)의 연마 압력으로 연마 패드(14)의 연마면(14a)에 압박하여, 기판(W)의 표면에 형성된 구리막을 60초간 연마하였을 때의 데이터(선도)를 나타낸다. 연마 패드(14)로서, 로델사제의 IC-1000(경질의 단층 발포 폴리우레탄)을 사용하고 있다.
도 3의 선도 A3은, 연마 패드(14)의 표면 온도를 제어하는 일 없이 구리막을 연마하였을 때의 연마율과 연마액 유량의 관계를 나타내고, 도 3의 점 A4는, 연마 패드(14)의 표면 온도를 약 50℃로 제어하면서 구리막을 연마하였을 때의 연마율과 연마액 유량의 관계를 나타낸다. 도 4의 선도 B3은, 연마 패드(14)의 표면 온도를 제어하는 일 없이 구리막을 연마하였을 때의 연마 패드의 표면 온도와 연마액 유량의 관계를 나타내고, 도 4의 점 B4는, 연마 패드(14)의 표면 온도를 약 50℃로 제어하면서 구리막을 연마하였을 때의 연마 패드의 표면 온도와 연마액 유량의 관계를 나타낸다.
도 3의 선도 A3으로부터, 연마 패드(14)의 표면 온도를 제어하는 일 없이 열산화막을 연마할 때, 연마액 유량을 175㎖/min로 함으로써, 약 626㎚/min 정도의 연마율이 얻어지고, 연마액 유량을 250㎖/min로 함으로써, 약 644㎚/min 정도의 높은 연마율이 얻어지는 것을 알 수 있다. 이로 인해, 종래, 상기한 조건에서 구리막을 연마할 때에는, 200㎖/min 내지 300㎖/min 정도의 유량의 연마액을 연마 패드(14)의 연마면(표면)(14a)에 공급함으로써, 높은 연마율을 얻도록 하고 있었다. 이와 같이, 200㎖/min 내지 300㎖/min 정도의 유량의 연마액을 연마 패드(14)의 연마면(표면)(14a)에 공급하면, 도 4의 선도 B3으로부터, 연마 패드(14)의 표면 온도는, 약 59℃로부터 약 54℃로 되는 것을 알 수 있다.
한편, 도 3의 점 A4와 도 4의 점 B4로부터, 연마 패드(14)의 표면 온도를 약 50℃로 제어하면서 구리막을 연마하면, 연마액 유량을 175㎖/min로 함으로써, 약 645㎚/min 정도의 연마율이 얻어지는 것을 알 수 있다. 즉, 연마 패드(14)의 표면 온도를 약 50℃로 제어하면서 구리막을 연마함으로써, 연마액의 공급 유량을, 예를 들어 200㎖/min 이상으로부터 175㎖/min로 삭감해도, 연마 패드(14)의 표면 온도를 제어하는 일 없이 연마액 유량을 200㎖/min 이상으로 하여 구리막을 연마할 때와 거의 동등한 연마율이 얻어지는 것을 알 수 있다.
상기한 구리막의 연마는, 상기 열산화막의 연마와 거의 마찬가지의 거동을 나타낸다고 생각된다. 이것으로부터, 구리막을 연마할 때, 연마 패드(14)의 표면 온도를 소정 온도로 제어하면서, 연마 패드(14)의 연마면(표면)(14a)에 공급되는 연마액(18)의 유량을, 50㎖/min 내지 175㎖/min으로 제어함으로써, 연마율을 저하시키는 일 없이, 연마액의 소비량을 삭감할 수 있다고 생각된다.
또한, 연마 패드(14)의 연마면(표면)(14a)에 계속적으로 공급되는 연마액 유량은, 열산화막의 경우와 마찬가지로, 연마 시간의 경과에 관계없이 항상 일정하게 제어된다.
다음에, 도 1에 도시하는 연마 장치(10)를 사용하여, 기판(W)의 표면에 형성된 열산화막을 연마하는 연마 방법에 대해 설명한다.
도 2에 나타내는 데이터를 기초로, 연마액(18)으로서, 세리아를 지립으로 하여 첨가제를 포함하는 연마 슬러리를 사용하고, 연마 테이블(12)을 100rpm으로, 연마 헤드(16)를 107rpm으로 각각 회전시키면서, 연마 헤드(16)에 의해 보유 지지한 기판(W)을 0.35kgf/㎠(5psi)의 연마 압력으로 연마 패드(14)의 연마면(14a)에 압박하여, 기판(W)의 표면에 형성된 열산화막을 연마한다.
이 열산화막의 연마시에, 연마 패드(14)의 표면 온도를, 예를 들어 약 45℃로 PID 제어하면서, 연마 패드(14)의 연마면(표면)(14a)에 유량 100㎖/min의 연마액을 계속적으로 공급한다. 이 계속적으로 공급되는 연마액의 유량은, 시간의 경과에 관계없이, 100㎖/min로 일정하게 제어된다.
이에 의해, 연마액의 소비량(공급 유량)을, 예를 들어 200㎖/min 이상으로부터 100㎖/min로 삭감해도, 연마 패드(14)의 표면 온도를 제어하는 일 없이, 연마액 유량을 200㎖/min 이상으로 하고, 그 외에는 동일한 연마액을 사용한 동일 조건에서 열산화막을 연마할 때 이상의 높은 연마율이 얻어져, 처리량을 향상시킬 수 있다.
이 열산화막의 연마시에, 도 2에 나타내는 데이터를 기초로, 연마 패드(14)의 표면 온도를, 예를 들어 약 46℃로 PID 제어하면서, 연마 패드(14)의 연마면(표면)에 유량 50㎖/min의 연마액을 공급하도록 해도 된다. 이에 의해, 연마 패드(14)의 표면 온도를 제어하는 일 없이, 연마액 유량을 200㎖/min 이상으로 하고, 그 외에는 동일한 연마액을 사용한 동일 조건에서 열산화막을 연마할 때와 거의 동등한 높은 연마율이 얻어진다.
다음에, 도 1에 도시하는 연마 장치(10)를 사용하여, 기판(W)의 표면에 형성된 구리막을 연마하는 연마 방법에 대해 설명한다.
도 3 및 도 4에 나타내는 데이터를 기초로, 연마액(18)으로서, 구리 연마용 연마 슬러리를 사용하고, 연마 테이블(12)을 60rpm으로, 연마 헤드(16)를 31rpm으로 각각 회전시키면서, 연마 헤드(16)에 의해 보유 지지한 기판(W)을 0.21kgf/㎠(3psi)의 연마 압력으로 연마 패드(14)의 연마면(14a)에 압박하여, 기판(W)의 표면에 형성된 구리막을 연마한다.
이 구리막의 연마시에, 연마 패드(14)의 표면 온도를, 예를 들어 50℃로 PID 제어하면서, 연마 패드(14)의 연마면(표면)(14a)에 유량 175㎖/min의 연마액을 공급한다.
이에 의해, 연마액의 소비량(공급 유량)을, 예를 들어 200㎖/min 이상으로부터 175㎖/min로 삭감해도, 연마 패드(14)의 표면 온도를 제어하는 일 없이, 연마액 유량을 200㎖/min 이상으로 하고, 그 외에는 동일한 연마액을 사용한 동일 조건에서 구리막을 연마할 때와 거의 동등한 높은 연마율이 얻어진다.
지금까지 본 발명의 일 실시 형태에 대해 설명하였지만, 본 발명은 상술한 실시 형태에 한정되지 않고, 그 기술적 사상의 범위 내에 있어서 다양한 다른 형태로 실시되어도 되는 것은 물론이다.
10 : 연마 장치
12 : 연마 테이블
14 : 연마 패드
14a : 연마면(연마 패드의 표면)
16 : 연마 헤드
18 : 연마액
20 : 연마액 공급 노즐
22 : 연마액 공급원
24 : 연마액 공급 라인
26 : 유량 제어 밸브
30 : 냉각 노즐
34 : 가스 공급 라인
36 : 압력 제어 밸브
38 : 유량계
40 : 온도계
42 : 제어부

Claims (7)

  1. 연마 패드의 표면에 연마액을 공급하면서 연마 패드의 표면에 기판을 미끄럼 접촉시켜 상기 기판을 연마하는 연마 방법에 있어서,
    연마 패드의 표면 온도를 제어하는 일 없이 기판을 연마하였을 때의 연마액 공급 유량과 연마율의 제1 관계, 상기 연마 패드의 표면 온도를 제어하면서 기판을 연마하였을 때의 연마액 공급 유량과 연마율의 제2 관계, 및 상기 연마 패드의 표면 온도를 제어하면서 기판을 연마하였을 때의 상기 연마 패드의 표면 온도와 연마액 공급 유량과의 제3 관계를 미리 구해 두고,
    상기 제1 관계 및 상기 제2 관계로부터, 연마 패드의 표면 온도를 제어하면서 기판을 연마하였을 때의 연마율이, 연마 패드의 표면 온도를 제어하는 일 없이 기판을 연마하였을 때의 연마율보다도 높은 연마액의 유량 범위를 결정하고,
    상기 제3 관계로부터, 상기 결정된 유량 범위에 대응하는 상기 연마 패드의 표면 온도의 온도 범위를 결정하고,
    상기 연마 패드의 표면 온도를 상기 결정된 온도 범위 내로 제어하면서, 상기 결정된 유량 범위 내의 유량으로 연마액을 상기 연마 패드의 표면에 계속적으로 공급하는 것을 특징으로 하는, 연마 방법.
  2. 제1항에 있어서, 20㎖/min 이상, 200㎖/min 미만의 범위 내의 소정의 유량으로, 연마 패드의 표면에 연마액을 계속적으로 공급하는 것을 특징으로 하는, 연마 방법.
  3. 제1항에 있어서, 50㎖/min 내지 180㎖/min의 범위 내의 소정의 유량으로, 연마 패드의 표면에 연마액을 계속적으로 공급하는 것을 특징으로 하는, 연마 방법.
  4. 제1항에 있어서, 50㎖/min 내지 175㎖/min의 범위 내의 소정의 유량으로, 연마 패드의 표면에 연마액을 계속적으로 공급하는 것을 특징으로 하는, 연마 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 연마액은, 지립으로서 세리아를 사용한, 첨가제를 포함하는 연마 슬러리인 것을 특징으로 하는, 연마 방법.
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 연마 패드의 표면 온도의 제어를, (1) 연마 패드를 향한 압축 공기의 분사, (2) 냉매를 흘리는 냉매 유로를 내부에 갖는 개체의 연마 패드에의 접촉, (3) 연마 패드를 향한 미스트의 분사 및 (4) 연마 패드를 향한 냉각 기체의 분사 중 어느 하나 이상에 의해 행하는 것을 특징으로 하는, 연마 방법.
  7. 삭제
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