KR19980087365A - 반도체의 연마방법 및 장치 - Google Patents

반도체의 연마방법 및 장치 Download PDF

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가나이 츠토무
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Abstract

화학적 기계연마CMP기술에 관한 것으로서, 비용의 상승을 억제하면서 신뢰성이 있는 가공을 안정적으로 실시할 수 있도록 하기 위해서, 회전하는 연마공구의 연마재면에 워크의 피연마면을 압접시켜서 연마하는 연마방법에 있어서, 워크가 연마공구에 압접되고 있는 동안 또는 압접되기 전에 연마공구의 연마재면으로 세정수가 분출됨과 동시에 흡인구에 의해 흡인되어 회수되는 구성으로 하였다.
이러한 구성으로 하는 것에 의해, 손상에 의한 하지패턴의 손상의 발생을 미연에 방지할 수 있어 신뢰성이 있는 화학적 기계연마를 안정적으로 실시할 수 있고, 응집물이나 이물을 크리닝장치에 의해 확실하게 제거할 수 있으며, 매우 고가인 슬러리의 낭비를 저감할 수 있어 비용을 저감할 수 있다는 효과가 얻어진다.

Description

반도체의 연마방법 및 장치
본 발명은 연마기술 특히 화학적 기계연마CMP(Chemical Mechanical Polishing)기술에 관한 것으로서, 예를 들면 패터닝된 반도체웨이퍼(이하, 웨이퍼라 한다)의 패터닝측 주면을 화학적 기계연마하는데 이용해서 유효한 기술에 관한 것이다.
최근, 패터닝된 웨이퍼의 패터닝측 주면의 오목볼록을 화학적 기계연마방법에 의해 평탄화하는 반도체장치의 제조방법이 제안되어 있다. 패터닝된 웨이퍼의 패터닝측 주면의 오목볼록을 화학적 기계연마방법에 의해 평탄화하는 기술은 패터닝된 웨이퍼를 연마공구로 문질러서(마찰시켜) 연마하므로 웨이퍼의 패턴측 주면의 오목볼록을 신속하고 정확하게 평탄화할 수 있다.
이 평탄화에 사용되는 화학적 기계연마방법을 실행하는 화학적 기계연마장치는 원반형상으로 형성되어 회전하는 회전테이블상에 점착된 연마공구, 패터닝된 웨이퍼를 유지한 상태에서 자전하는 헤드, 미세한 숫돌가루(abrasives)를 순수한 물(이하, 간단히 순수(純水)라 한다)등에 의해 현탁시킨 슬러리라고 불리는 연마액을 연마공구로 공급하는 슬러리공급장치를 구비하고 있고, 연마공구의 연마면에 슬러리를 떨어뜨린(적하시킨) 후에 자전하는 헤드에 의해 유지된 패터닝된 웨이퍼의 피연마면을 회전하는 연마공구의 연마면에 밀어붙여서 화학적 기계연마하도록 구성되어 있다.
그러나, 이 화학적 기계연마방법에 있어서는 슬러리에 포함되는 숫돌가루끼리의 응집물 및 연마중에 웨이퍼가 파쇄하는 것에 의해 발생하는 파편이나 먼지등의 이물이 연마공구의 연마면에 다수 존재하고, 이들 이물은 슬러리의 헹굼정도로는 연마면에서 완전하게 제거할 수 없어 연마면에 잔류하는 경우가 발생한다. 그리고, 연마면에 잔류한 이물에 의해 패터닝된 웨이퍼의 피연마면이 손상되는 것에 의해서 하지(바닥)의 패턴이 손상을 받으므로 신뢰성이 있는 화학적 기계연마를 안정적으로 실시할 수 없다.
이 화학적 기계연마방법의 문제점을 해결하는 수단으로서 일본국 특허공개공보 평성8-294861호에는 다음과 같은 연마장치가 제안되어 있다. 즉, 이 연마장치는 연마공구에 있어서의 패턴화된 웨이퍼의 마찰영역의 회전방향 후방측에 연마가공시에 연마면에서 연마폐액을 제거하는 액배출기구를 구비하고 있고, 한번 연마에 사용한 슬러리폐액이 액배출기구에 의해 강제적으로 배출되도록 구성되어 있다.
그러나, 상기한 연마장치에 있어서는 입자지름이 수㎛이상의 비교적 큰 이물이나 연마공구로 연마직물 대신에 고정숫돌가루를 사용한 경우에 발생하는 지석(숫돌)의 치핑(chipping)에 의한 이물의 제거는 충분히 제거할 수 없으므로 신뢰성이 있는 화학적 기계연마를 안정적으로 실시할 수 없다는 문제점이 있는 것이 본 발명자에 의해 명확하게 되었다. 또한, 상기 고정숫돌가루를 사용한 연마기술은 국제특허공개공보 WO 97-10613에 개시되어 있다.
또, 슬러리에는 입자지름이 수십㎛∼서브㎛의 실리콘산화물이나 산화세륨 등의 미세한 숫돌가루가 사용되고 있으므로 슬러리는 매우 고가인 재료로 된다. 한편, 슬러리는 헹궈내지므로 대부분의 슬러리는 화학적 기계연마에 기여하는 일 없이 배출되어 버린다. 따라서, 매우 고가인 슬러리가 헹궈내져 연마에 기여하는 일 없이 강제적으로 배출되어 버리면 연마장치의 운용비용(러닝코스트)가 상승해 버리고 패터닝된 웨이퍼의 평탄화공정의 비용, 더 나아가서는 반도체장치의 제조 방법 전체의 비용가 상승해 버린다.
본 발명의 목적은 비용의 상승을 억제하면서 신뢰성이 있는 가공을 안정적으로 실시할 수 있는 연마기술을 제공하는 것이다.
도 1a는 본 발명의 1실시예인 연마장치를 도시한 사시도,
도 1b는 본 발명의 1실시예인 연마장치를 도시한 전개도,
도 2는 크리닝장치의 확대단면도,
도 3은 헤드의 정면단면도,
도 4는 슬러리 공급장치를 도시한 정면단면도,
도 5는 워크의 평면도,
도 6은 그의 확대부분 단면도,
도 7은 화학적 기계연마의 반도체장치의 제조방법으로의 사용방법을 설명하기 위한 각 확대부분 단면도를 도시한 도면으로서, 도 7의 (a)는 제1 배선형성공정을 도시한 도면, 도 7의 (b)는 제2 절연막형성공정을 도시한 도면, 도 7의 (c)는 평탄화공정을 도시한 도면, 도 7의 (d)는 구멍형성공정을 도시한 도면, 도 7의 (e)는 제2 배선형성공정을 도시한 도면.
본원에 있어서 개시되는 발명 중 대표적인 것의 개요를 설명하면 다음과 같다.
즉, 회전하는 연마공구의 연마재면에 워크(work)의 피연마면을 압접시켜서 연마하는 연마장치로서, 상기 연마공구에 있어서의 상기 워크가 상기 연마공구에 압접되는 위치의 회전방향 후방측으로 상기 연마공구의 연마재면으로 세정수를 분출함과 동시에 흡인구에 의해 흡인해서 회수하는 크리닝장치가 배치되어 있는 것을 특징으로 한다.
상기한 수단에 의하면, 연마에 의해 발생한 응집물이나 이물을 크리닝장치에 의해 완전하게 제거할 수 있으므로, 이들 응집물이나 이물에 의한 워크의 피연마면의 손상의 발생을 방지할 수 있고, 그 결과 그 손상에 의한 하지패턴의 손상의 발생을 미연에 방지할 수 있다. 즉, 신뢰성이 있는 화학적 기계연마를 안정적으로 실시할 수 있다.
본 발명에 의하면, 화학적 기계연마가 실행되는 연마공구에 있어서의 헤드의 회전방향 후방측으로 크리닝장치를 설비하는 것에 의해 화학적 기계연마에 의해 발생한 응집물이나 이물을 크리닝장치에 의해 완전하게 제거할 수 있으므로, 이들 응집물이나 이물에 의한 워크의 피연마면의 손상의 발생을 방지할 수 있고 그 결과 그 손상에 의한 하지패턴의 손상의 발생을 미연에 방지할 수 있다. 즉, 신뢰성이 있는 화학적 기계연마를 안정적으로 실시할 수 있다.
또, 고가인 슬러리를 크리닝장치에 의해 회수하는 것에 의해 재사용할 수 있으므로 비용을 저감시킬 수 있다.
본 발명의 상기 및 그 밖의 목적과 새로운 특징은 본 명세서의 기술 및 첨부도면에서 명확하게 될 것이다.
도 1은 본 발명의 1실시예인 연마장치를 도시한 도면으로서, 도 1a는 사시도, 도 1b는 전개도이다. 도 2∼도 4는 각 주요부를 도시한 도면으로서, 도 2는 크리닝장치의 단면도, 도 3은 헤드의 정면단면도, 도 4는 슬러리공급장치를 도시한 정면단면도이다. 도 4 이후는 본 발명의 1실시예인 연마방법을 설명하는 각 설명도이다.
본 실시예에 있어서, 본 발명에 관한 연마장치는 반도체장치의 제조방법에서 사용되는 패터닝된 웨이퍼 연마장치(이하, 연마장치라 한다)로서 구성되어 있다. 여기에서, 반도체장치의 제조방법의 대상으로서 연마장치(10)의 워크인 도 4에 도시되어 있는 패터닝된 웨이퍼(이하, 워크라 한다)(1)에 대해서 간단하게 설명한다.
도 5에 도시되어 있는 워크(1)은 외주의 일부에 배향판(orientation flat)(3)이 직선형상으로 절단해서 마련된 웨이퍼(이하, 기판이라 한다)(2)를 구비하고 있다. 도 6의 단면도에 의해 명확한 바와 같이 기판(2)의 패터닝측 주면(이하, 표측면이라 한다)에 있어서의 표층영역에는 반도체소자의 1예인 메모리M이 형성되어 있음과 동시에 표면상에는 금속막의 1예인 배선층막으로 형성된 배선(4) 및 절연막의 1예인 층간절연막(5)가 각각 피착되어 있다. 그리고, 배선(4)는 두께를 갖는 선분으로 형성되어 있으므로, 그 위에 피착된 층간절연막(5)의 표측면에는 오목볼록부(6)이 하층의 배선(4)의 오목볼록에 따라서 형성되어 있다. 그래서, 본 실시예에 있어서는 이 층간절연막(5)의 표측면부의 일부를 연마장치(10)에 의해 화학적 기계연마해서 제거하는 것에 의해 층간절연막(5)가 평탄화된다. 따라서, 층간절연막(5)의 표측면은 연마장치(10)에 의해 연마되는 피연마면(7)을 형성하게 된다.
도 1∼도 4를 사용해서 연마장치(10)을 상세하게 설명한다. 본 실시예에 관한 연마장치(10)은 연마공구(11) 및 헤드(20)을 구비하고 있다. 도 3에 도시되어 있는 바와 같이, 연마공구(11)은 워크(1)의 직경보다 충분히 큰 반경을 갖는 원반형상으로 형성된 베이스플레이트(12)를 구비하고 있고, 베이스플레이트(12)는 수평면내에 있어서 회전이 자유롭게 지지되어 있다. 베이스플레이트(12)의 하면의 중심에는 수직방향으로 배치된 회전축(13)이 고정되어 있고, 베이스플레이트(12)는 회전축(13)에 의해 회전구동되도록 구성되어 있다. 베이스플레이트(12)의 상면에는 연마직물(14)가 전체에 걸쳐서 균일하게 점착되어 있다. 연마직물(14)는 표면상에 기공(pore)구조를 갖는 합성수지 직물에 콜로이달 실리카(colloidal silica) 등의 미세한 숫돌가루가 유지된 연마재로서, 표측면에 의해 연마재면(15)가 형성되어 있다. 연마직물(14)에 의한 연마작업시에는 슬러리가 사용되는 것에 의해 기계적인 연마(폴리싱)에 부가해서 그 연마효과를 높이는 기계화학폴리싱(mechanochemical polishing)이 실시되는 상태로 된다.
헤드(20)은 워크(1)의 직경보다 약간 큰 직경을 갖는 원반형상으로 형성된 본체(21)을 구비하고 있고, 본체(21)의 하면에는 원형으로 일정 깊이의 유지구멍(22)가 동심원으로 배치되어 매립되어 있다. 유지구멍(22)의 크기는 워크(1)의 크기보다 약간 크게 형성되어 있다. 유지구멍(22)의 중심에는 통기구(23)이 뚫어 마련되어 있고, 통기구(23)에는 진공펌프나 공기압력펌프(도시하지 않음)에 접속되는 공급로(24)가 접속되어 있다. 유지구멍(22)내에는 유지구멍(22)의 내경과 대략 동일한 외경을 갖는 원반형상의 배킹패드(25)가 동심으로 배치되어 접착재층(도시하지 않음)에 의해 접착되어 있다. 배킹패드(25)는 폴리우레탄의 발포체에 의해 형성되어 있고 발포체의 다공질이고 또한 다공군에 의해 워크(1)과 접하는 면에 유연성이 높은 층이 전체에 걸쳐서 균일하게 구성되어 있다.
본체(21)의 하면에 있어서의 외주변부에는 원형 링형상의 가이드링(26)이 당접되어 있고, 가이드링(26)은 여러개의 볼트(27)에 의해 본체(21)에 고정되어 있다. 가이드링(26)은 워크(1)의 피연마면(7)의 경도보다 충분히 낮은 경도를 갖는 수지가 사용되고 외경이 본체(21)의 외경과 동일하고 내경이 유지구멍(22)의 내경과 대략 동일한 원형 링형상으로 형성되어 있다. 가이드링(26)은 워크(1)을 그 피연마면(7)을 하단에서 아래쪽으로 노출시킨 상태로 연마작업중에 워크(1)이 외측으로 튀어나오는 것을 저지하면서 유지한다. 배킹패드(25)는 가이드링(26)의 중공부내에 끼워넣어져 있다. 또한, (28)은 다공질판이다.
헤드(20)은 통기구(23)을 중심으로 해서 수평면내에 있어서 회전자유롭게 지지되어 있다. 헤드(20)은 회전구동장치(도시하지 않음)에 의해 회전구동된다. 헤드(20)은 연마공구(11)이 설비된 스테이션과 워크(1)이 1개씩 지불되는 로딩스테이션(도시하지 않음) 사이를 이송장치(도시하지 않음)에 의해 왕복이동된다. 헤드(20)은 연마작업시에 아주 조금 하강된다.
도 1a 및 도 1b에 도시되어 있는 바와 같이, 헤드(20)의 연마공구(11)의 상면에 있어서의 회전방향(도면 중의 화살표방향)의 후방위치에는 브러싱장치(30)이 수직방향 아래쪽으로 설비되어 있다. 브러싱장치(30)은 워크(1)의 직경보다 약간 큰 직경을 갖는 원반형상으로 형성된 베이스플레이트(31)을 구비하고 있고 베이스플레이트(31)은 수평면내에 있어서 회전자유롭게 지지되어 있다. 베이스플레이트(31)의 상면의 중심에는 수직방향 위쪽으로 배치된 회전축(32)가 고정되어 있고, 베이스플레이트(31)은 회전축(32)에 의해 회전구동되도록 구성되어 있다. 베이스플레이트(31)의 하면에는 솔(33)이 전체에 걸쳐서 균일하게 심어져 있다.
브러싱장치(30)의 연마공구(11)의 상면에 있어서의 회전방향 후방위치에는 크리닝장치(40)이 수직방향 아래쪽으로 설비되어 있다. 이 크리닝장치(40)은 도 2에 도시한 바와 같이 워크(1)의 직경보다 약간 큰 직경을 갖는 원반형상으로 형성된 베이스(41)을 구비하고 있고, 베이스(41)은 연마공구(11)의 상면의 정해진 위치에 수평으로 고정되어 있다. 베이스(41)의 하면에는 연마공구를 세정하기 위한 세정오목부(42)가 매립되어 있고, 세정오목부(42)는 베이스(41)의 하면과 연마공구(11)의 상면 사이에 높이가 낮고 평면면적이 넓은 좁은 공간을 형성하도록 설정되어 있다. 세정오목부(42)의 직경방향(이하, 좌우방향으로 한다)의 양끝부에는 세정수 공급로(43)이 접속된 분출구(44) 및 흡인로(45)가 접속된 흡인구(46)이 각각 뚫어 마련되어 있다. 세정수 공급로(43)은 수원(水源)이나 펌프 등으로 이루어지는 세정수 공급장치(도시하지 않음)에 접속되어 있고, 가압된 순수를 세정수(47)로서 분출구(44)에서 분출시키도록 구성되어 있다. 흡인로(45)는 진공펌프등으로 이루어지는 진공장치(도시하지 않음)에 접속되어 있고, 분출구(44)에서 분출된 세정수(47)과 함께 피세정물(48)을 흡인하도록 구성되어 있다.
흡인로(45)에는 흡인로(45)를 통과하는 입자의 개수를 계측하는 입자계측장치(49)가 설비되어 있고, 입자계측장치(49)는 계측결과를 컨트롤러(도시하지 않음)로 송신하도록 되어 있다. 컨트롤러는 계측데이타에 따라서 후술하는 바와 같이 크리닝장치 및 슬러리공급장치를 자동제어함과 동시에 보수(maintenance)시기의 판단이나 손상의 발생등의 문제를 예지하도록 구성되어 있다.
베이스(41)의 하면에는 불소수지 등의 저마찰시트(50)이 점착되어 있고, 만일 크리닝장치(40)이 연마공구(11)과 접촉하더도 이 저마찰시트(50)에 의해 연마공구(11)로의 손상이 감소되게 되어 있다.
크리닝장치(40)의 연마공구(11)의 상면에 있어서의 회전방향 후방위치에는 숫돌가루(51)을 연마공구(11)로 공급하기 위한 숫돌가루공급장치(52)가 설비되어 있다. 숫돌가루공급장치(52)는 숫돌가루(51)이 유지된 테이프(53)을 공급하는 공급로울러(54)를 구비하고 있고, 공급로울러(54)에서 공급된 테이프(53)의 1주면은 압접로울러(55)에 의해 연마공구(11)의 상면에 압접되는 것에 의해서 숫돌가루(51)을 연마공구(11)의 상면으로 전이하도록 되어 있다. 숫돌가루(51)이 연마공구(11)의 상면으로 전이된 테이프(53)은 되감기로울러(56)에 되감겨지도록 구성되어 있다. 숫돌가루(51)로서는 콜로이달실리카나 산화세륨의 입자가 사용된다. 입자지름은 콜로이달실리카의 경우에는 20㎚∼50㎚이고, 산화세륨의 경우에는 0.5㎛∼수㎛이다. 또, 테이프(53)의 숫돌가루(51)의 유지는 점착제나 정전기 등을 이용해서 연마공구(11)로의 전이가 신속하고 확실하게 실행되도록 구성할 수 있다.
숫돌가루공급장치(52)의 연마공구(11)의 상면에 있어서의 회전방향 후방위치에는 순수공급장치(60)이 연마공구(11)의 상면에 순수(61)을 공급하도록 구성되어 있다. 도 4에 도시한 바와 같이, 본 실시예에 있어서는 이들 숫돌가루공급장치(52) 및 순수공급장치(60)에 의해 숫돌가루(51)이 순수(61)에 현탁된 슬러리(62)를 연마공구(11)의 연마재면(15)로 공급하는 슬러리공급장치(63)이 구성되어 있다.
다음에, 본 발명의 1실시예인 화학적 기계연마방법을 다층배선이 형성되는 경우를 예로 해서 도 7을 참조해서 설명한다.
도 7의 (a)에 도시되어 있는 바와 같이 기판(2)의 표측면에는 다층배선에 있어서의 제1 절연막(5a)가 형성된다. 계속해서, 제1 절연막(5a)상에는 제1 배선(4a)가 금속피막 피착처리나 리도그래피처리 및 에칭처리에 의해 패터닝된다. 또한, 제1 배선(4a)에는 폴리실리콘이나 폴리사이드 등에 의해 형성되는 워드선 등도 포함된다.
다음에, 도 7의 (b)에 도시되어 있는 바와 같이 웨이퍼(2)의 제1 절연막(5a)상에는 SiO2나 Si3N4등에 의해 형성된 제2 절연막(5b)가 CVD법 등에 의해 피착된다. 제2 절연막(5b)는 제1 배선(4a)를 피복한다. 제2 절연막(5b)의 표면측에는 제1 배선(4a)의 두께분에 상당하는 볼록부가 형성되므로 피연마면(7)에는 불특정다수의 오목볼록부(6)이 형성된 상태로 된다. 이 상태의 웨이퍼가 워크(1)로서 본 실시예에 관한 연마장치(10)에 공급된다.
한편, 연마장치(10)에 있어서 연마공구(11)의 회전축(13)에 의한 회전이 안정하게 되면 숫돌가루 공급장치(52)의 압접로울러(55)가 연마공구(11)의 상면에 압접되는 것에 의해 테이프(53)이 유지한 숫돌가루(51)을 연마공구(11)의 연마재면(15)로 전이시킨다. 숫돌가루(51)은 연마공구(11)의 연마재면(15)에 전체에 걸쳐서 균일하게 점착된다.
동시에 순수(61)이 연마공구(11)의 연마재면(15)에 있어서의 숫돌가루(51)이 점착된 영역에 순수공급장치(60)에 의해 균일하게 살포된다. 이 숫돌가루(51) 및 순수(61)의 공급에 의해 연마공구(11)의 상면에는 이물이 없는 숫돌가루(51)에 의한 신선한 슬러리(62)를 전체에 걸쳐서 균일하게 유지한 연마재면(15)가 형성되므로, 연마율이 안정하고 워크(1)의 피연마면을 손상시키지 않는 화학적 기계연마를 실시할 수 있는 연마재면(15)가 형성된 상태로 된다.
연마장치(10)에 공급된 워크(1)은 도 3에 도시되어 있는 바와 같이 피연마면(7)측이 아래쪽으로 배치된 상태에서 헤드(20)의 가이드링(26)내에 삽입된다. 워크(1)이 가이드링(26)내에 삽입되면 부압공급로(24)를 통해서 부압이 통기구(23)으로 공급된다. 부압은 배킹패드(25)를 통해서 워크(1)의 피연마면(7)과 반대측의 주면(이하, 이측면이라 한다)(8)에 인가되므로 워크(1)은 헤드(20)에 진공흡착된다. 워크(1)을 진공흡착한 헤드(20)은 이송장치에 의해 연마공구(11)의 바로 위로 이송된 후에 하강되고 워크(1)의 피연마면(7)이 연마직물(14)의 연마재면(15)에 압접된다.
헤드(20)의 하강에 따라서 워크(1)은 배킹패드(25)를 거쳐서 헤드본체(21)에 의해 수직방향으로 압압되므로 워크(1)의 피연마면(7)은 연마직물(14)의 연마재면(15)에 헤드본체(21)에 의한 기계적인 힘에 의해 압압된 상태로 연마재면(15)와 마찰된다. 또, 가공균일성을 향상시키기 위해 워크(1)의 이면측에 가압공기를 공급해도 좋다. 동시에 슬러리(62)가 연마재면(15)에 공급되어 있으므로 기계적인 연마(폴리싱)에 부가해서 그 연마효과를 높힌 화학적 기계연마가 실시된다. 워크(1)이 연마재면(15)에 헤드(20)에 의한 기계적인 힘에 의해서 힘이 가해진 상태로 피연마면(7)은 연마재면(15) 및 슬러리(62)에 의해 화학적 기계연마되므로 피연마면(7)의 연마재면(15)에 의한 연마량은 전체에 걸쳐서 균일하게 된다.
그리고, 피연마면(7)을 구성하는 제2 절연막(5b)의 표면부는 전체에 걸쳐서 균등하게 연마되므로, 도 7의 (c)에 도시되어 있는 바와 같이 오목볼록부(6)이 전체에 걸쳐서 제거됨과 동시에 전체에 걸쳐서 균일한 두께를 나타내는 제2 절연막(5b)가 형성되어 매우 양호한 평탄화가 실현된다. 화학적 기계연마에 있어서 워크(1)의 피연마면(7)인 제2 절연막(5b)에 형성된 오목볼록부(6)의 볼록부는 먼저 제거되고 제2 절연막(5b)의 표면은 점차 평탄화되게 된다. 이 때, 피연마면(7)은 전체에 걸쳐서 균일하게 연마되므로 제2 절연막(5b)의 피연마면(7)에 위치하는 두께는 전체에 걸쳐서 균일하게 감소된다. 그리고, 제2 절연막(5b)는 전체에 걸쳐서 균일하게 피착되어 있던 것이기 때문에 연마량이 전체에 걸쳐서 균일하면 그 연마후의 제2 절연막(5b)의 피연마면(7)에 위치하는 두께는 전체에 걸쳐서 균일하게 된다. 따라서, 연마장치(10)에 의한 연마량을 제2 절연막(5b)의 연마전의 두께, 제1 배선(4a)의 두께 및 오목볼록부(6)의 관계에 따라 적당하게 설정하는 것에 의해 제1 배선(4a)를 연마하는 일 없이 제2 절연막(5b)를 평탄화할 수 있다.
이상의 화학적 기계연마에 따라서 슬러리중의 숫돌가루(51)의 응집에 의해 발생한 응집물이나 연마중에 발생한 부스러기, 웨이퍼가 파쇄하는 것에 의해 발생한 파편이나 먼지 등의 이물이 연마공구(11)의 연마재면(15)에 잔류한다. 잔류한 응집물이나 이물은 화학적 기계연마중에 워크(1)의 피연마면(7)을 손상시키는 원인으로 된다. 그리고, 도 6에 도시되어 있는 바와 같이 워크(1)의 피연마면(7)이 손상되면 절연층이 단락되거나 하지패턴인 제1 배선(4a)가 손상을 받아서 저항값이 저하하거나 단선된다. 즉, 응집물이나 이물이 연마공구(11)의 연마재면(15)에 잔류하면 신뢰성이 있는 화학적 기계연마를 안정적으로 실시할 수 없다.
그래서, 본 실시예에 있어서는 헤드(20)의 연마공구(11)에 있어서 회전방향 후방위치에 브러싱장치(30) 및 크리닝장치(40)을 순차 배치하는 것에 의해 응집물이나 이물을 모두 제거하도록 구성하고 있다. 즉, 브러싱장치(30)에 있어서 연마공구(11)의 연마재면(15)가 솔(33)에 의해 브러싱되는 것에 의해서 연마재면(15)에 침투한 응집물이나 이물은 긁어내어진다.
크리닝장치(40)에 있어서 세정수 공급로(43)에서 공급된 세정수(47)은 분출구(44)에서 세정오목부(42)의 좁은 공간으로 분출된다. 한편, 세정오목부(42)는 흡인로(45)에서 흡인구(46)에 가해지는 부압에 의해 흡인되어 있으므로 세정오목부(42)의 공간으로 분출된 세정수(47)은 세정오목부(42)의 전체를 흐른 후에 흡인구(46)으로 모두 회수된다. 세정오목부(42)로 분출된 세정수(47)은 좁은 공간으로 분출되므로 층류로 되지 않고 난류상태로 된다. 따라서, 연마공구(11)의 연마재면(15)에 있어서 브러싱장치(30)에 의해 긁어내어진 응집물이나 이물은 난류상태로 된 세정수(47)에 의해 매우 효과적으로 연마재면(15)에서 떼어내어져 부유된 상태로 된다. 연마재면(15)에서 박리되어 부유된 응집물이나 이물의 피세정물(48)은 난류상태로 된 세정수(47)에 수반해서 흡인구(46)으로 모두 회수된다.
이상과 같이 해서, 본 실시예에 의하면 화학적 기계연마에 의해 발생한 응집물이나 이물은 헤드(20)의 회전방향 후방위치에 배치된 브러싱장치(30) 및 크리닝장치(40)에 의해 완전하게 제거되므로 이들 응집물이나 이물에 의한 워크(1)의 피연마면(7)의 손상의 발생을 방지할 수 있고 그 손상에 의한 제1 배선(4a)의 손상의 발생을 미연에 방지할 수 있다.
여기에서, 크리닝장치(40)에 의한 연마공구(11)의 연마재면(15)의 세정이 강력하게 실행되면 연마재면(15)로 공급된 슬러리(62)도 제거되어 버리는 상태로 된다. 그래서, 본 실시예에 있어서 크리닝장치(40)의 회전방향 후방위치에 배치된 숫돌가루공급장치(52) 및 순수공급장치(60)에 의해 상술한 바와 같이 숫돌가루(51) 및 순수(61)이 순차 공급되는 것에 의해 신선한 슬러리(62)가 연마공구(11)의 연마재면(15)에 새롭게 공급된다.
이 때, 크리닝장치(40)의 흡인로(45)에 마련된 입자계측장치(49)에 의해서 계측된 흡인로(45)를 통과하는 입자의 계측데이타에 따라서 크리닝장치(40)에 의한 연마공구(11)의 연마재면(15)의 세정상황과 숫돌가루공급장치(52) 및 순수공급장치(60)에 의한 슬러리(62)의 공급상황의 관계가 모니터링되는 것에 의해 크리닝장치(40), 숫돌가루공급장치(52) 및 순수공급장치(60)의 운전상황이 최적으로 자동제어된다. 또, 입자의 계측데이타에 따라서 보수시기의 판단이나 워크의 손상의 발생등의 문제가 예지되게 된다.
이 경우, 입자계측장치(49)의 계측데이타에 대해서 표준적인 상태를 미리 표준값으로서 기억해 두고 그 표준값으로 부터의 시프트상태를 모니터링하는 것에 의해 운전상황을 자동제어할 수 있다. 표준적인 상태라는 것은 화학적 기계연마가 적정하게 실시되고 있을 때의 배출입자의 입자지름분포나 농도(입자갯수) 등의 수치데이타이고, 시프트상태라는 것은 예를 들면 입자지름분포의 평균값이 10%마다 변동했을 때의 화학적 기계연마상태이다. 그리고, 이와 같은 각 상태를 미리 학습하여 임의의 비율에 도달한 시점에서 시퀀스제어할 수 있다. 또, 임의의 시점에 도달한 시점에서 알람(경보)을 울리게 하는 등의 수단에 의해 경고를 하도록 시퀀스(순서)를 프로그래밍해도 좋다.
설정된 연마량의 화학적 기계연마가 종료한 상태에서 워크(1)의 피연마면(7)인 제2 절연막(5b)의 표면은 도 7의 (c)에 도시되어 있는 바와 같이 매우 고정밀도로 평탄화되고 또한 제1 배선(4a)의 바로 위에는 제2 절연막(5b)가 미리 설정된 두꺼운 층을 갖고 남겨진 상태로 되어 있다.
이 상태의 워크(1)은 연마장치(10)에서 언로딩장치에 의해 웨이퍼카세트에 수납되고 후속의 세정공정을 거친 후 구멍형성공정으로 보내진다. 구멍형성공정에 있어서 워크(1)의 제2 절연막(5b)에 있어서의 소정의 제1 배선(4a)의 바로 위에는 스루홀(4c)가 도 7의 (d)에 도시되어 있는 바와 같이 뚫어 마련된다.
계속해서, 제2 배선형성공정에 있어서 제2 절연막(5b)상에는 제2 배선(4b)가 금속피막피착처리나 리도그래피처리 및 에칭처리에 의해 도 7의 (e)에 도시되어 있는 바와 같이 패터닝된다. 이 때, 제2 절연막(5b)의 표면은 고정밀도로 평탄화되어 있으므로 제2 배선(4b)는 매우 고정밀도로 패터닝된다. 제2 배선(4b)의 패터닝시에 제2 절연막(5b)상에 피착되는 금속피막의 일부가 제2 절연막(5b)에 뚫어 마련된 스루홀(4c)에 충전된다. 스루홀(4c)에 충전된 금속부에 의해 스루홀도체(4d)가 형성된다. 패터닝된 제2 배선(4b)의 소정부분은 제1 배선(4a)에 스루홀도체(4d)에 의해 전기적으로 접속된 상태로 된다.
이후, 상기한 절연막형성공정, 평탄화공정, 구멍형성공정 및 배선형성공정이 반복되는 것에 의해서, 도 6에 도시되어 있는 다층배선이 형성된다. 이 때, 앞의 공정에서 형성된 층의 절연막 및 배선이 다음의 공정에서 하층의 절연막 및 하층의 배선에 상당하게 된다. 또한, 구멍은 스루홀에 한정되지 않고 콘택트홀의 경우도 포함한다. 또, 구멍은 제1층의 배선을 제2층의 배선에 접속시키는 것에 한정되지 않고 제1층의 배선을 제3층이나 제4층의 배선에 접속시키는 경우도 있다.
상기 실시예에 의하면 다음의 효과가 얻어진다.
① 헤드(20)의 화학적 기계연마가 실행되는 연마공구에 있어서의 회전방향 후방측에 브러싱장치 및 크리닝장치를 순차 설비하는 것에 의해 화학적 기계연마에 의해 발생한 응집물이나 이물을 브러싱장치 및 크리닝장치에 의해 완전하게 제거할 수 있으므로, 이들 응집물이나 이물에 의한 워크의 피연마면의 손상의 발생을 방지할 수 있고 그 결과 그 손상에 의한 하지패턴의 손상의 발생을 미연에 방지할 수 있다.
② 상기 ①에 의해 신뢰성이 있는 화학적 기계연마를 안정적으로 실시할 수 있다.
③ 크리닝장치의 상측에 브러싱장치를 배치하는 것에 의해 연마공구의 연마재면을 브러싱장치의 솔에 의해 브러싱하고 연마재면에 침투한 응집물이나 이물을 사전에 긁어낼 수 있으므로 응집물이나 이물을 크리닝장치에 의해 확실하게 제거할 수 있다.
④ 크리닝장치에 있어서 세정수를 좁은 세정오목부로 분출시킴과 동시에 세정오목부를 흡인하는 것에 의해 연마공구의 연마재면의 응집물이나 이물을 난류상태로 된 세정수에 의해 매우 효과적으로 연마재면에서 떼어내어 부유시킬 수 있으므로, 응집물이나 이물의 피세정물을 난류상태로 된 세정수에 수반시키고 흡인구에 있어서 모두 회수하여 제거할 수 있다.
⑤ 크리닝장치에 있어서 슬러리를 회수하는 것에 의해 슬러리를 재사용할 수 있으므로, 매우 고가인 슬러리의 낭비를 저감할 수 있어 비용을 저감할 수 있다.
⑥ 크리닝장치의 회전방향 후방위치에 숫돌가루공급장치 및 순수공급장치를 배치하는 것에 의해 숫돌가루공급장치 및 순수공급장치에 의해 숫돌가루 및 순수를 공급할 수 있으므로 신선한 슬러리를 연마공구의 연마재면에 새롭게 형성시킬 수 있어 상기 ②의 효과를 한층 더 높일 수 있다.
⑦ 크리닝장치의 흡인로에 입자계측장치를 장비하는 것에 의해 입자계측장치에 의해 계측된 흡인로를 통과하는 입자의 계측데이타에 따라서 크리닝장치에 의한 연마공구의 연마재면의 세정상황과 숫돌가루공급장치 및 순수공급장치에 의한 슬러리의 공급상황의 관계를 모니터링할 수 있으므로, 크리닝장치, 숫돌가루공급장치 및 순수공급장치의 운전상황을 최적으로 자동제어할 수 있고 또 입자의 계측데이타에 따라서 보수시기의 판단이나 워크의 손상의 발생등의 문제를 예지할 수 있다.
이상 본 발명자에 의해 이루어진 발명을 실시예에 따라 구체적으로 설명했지만, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러가지 변경가능한 것은 물론이다.
예를 들면, 연마공구의 연마재면은 연마직물에 의해 형성하는 것에 한정되지 않고 경질의 연마패드에 의해 형성해도 좋고, 연마직물 또는 연마패드 대신에 상술한 국제특허공개공보 WO 97-10613호에 개시된 숫돌가루를 고정한 연마공구의 표면에 의해 형성해도 좋다. 숫돌가루를 고정한 연마공구의 경우에는 치핑에 의해 발생한 큰 이물에 의한 손상을 방지할 수 있고 또 숫돌가루공급장치 및 순수공급장치를 생략할 수 있다.
슬러리의 공급은 숫돌가루공급장치 및 순수공급장치에 의해 실행하도록 구성하는 것에 한정되지 않고 슬러리를 스프레이장치에 의해 연마공구의 연마재면에 살포하도록 구성해도 좋다.
브러싱장치와 크리닝장치는 별개로 구성하는 것에 한정되지 않고 일체적으로 구성해도 좋고, 일체로 구성한 경우에는 공간을 절약할 수 있다.
크리닝장치의 세정수로서는 순수를 사용하는 것에 한정되지 않고 계면활성제를 혼합한 수용액을 사용해도 좋다. 계면활성제를 혼합한 용액을 사용한 경우에는 응집한 숫돌가루를 분산시킬 수 있으므로 세정효율을 높일 수 있다.

Claims (10)

  1. 회전하는 연마공구의 연마재면에 워크의 피연마면을 압접시켜서 연마하는 연마방법에 있어서,
    상기 워크가 상기 연마공구에 압접되고 있는 동안 또는 압접되기 전에 상기 연마공구의 연마재면으로 세정수가 분출됨과 동시에 흡인구에 의해 흡인되어 회수되는 것을 특징으로 하는 연마방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 연마공구의 연마재면으로 상기 세정수가 분출됨과 동시에 흡인구에 의해 흡인되기 전에 상기 연마공구의 연마재면이 솔에 의해 기계적으로 브러싱되는 것을 특징으로 하는 연마방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 연마공구의 연마재면으로 상기 세정수가 분출됨과 동시에 흡인구에 의해 흡인된 후에 상기 연마공구의 연마재면으로 슬러리가 공급되는 것을 특징으로 하는 연마방법.
  4. 회전하는 연마공구의 연마재면에 워크의 피연마면을 압접시켜서 연마하는 연마장치에 있어서, 상기 연마공구에 있어서의 상기 워크가 상기 연마공구에 압접되는 위치의 회전방향 후방측으로 상기 연마공구의 연마재면으로 세정수를 분출시킴과 동시에 흡인구에 의해 흡인해서 회수하는 크리닝장치가 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 연마장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 세정수로서 순수가 사용되고 있는 것을 특징으로 하는 연마장치.
  6. 제4항에 있어서, 상기 세정수로서 계면활성제를 혼합한 수용액이 사용되고 있는 것을 특징으로 하는 연마장치.
  7. 제4항에 있어서, 상기 크리닝장치의 상측에 상기 연마공구의 연마재면을 솔에 의해 기계적으로 브러싱하는 브러싱장치가 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 연마장치.
  8. 제4항에 있어서, 상기 크리닝장치의 하측에 상기 연마공구의 연마재면으로 슬러리를 공급하는 슬러리공급장치가 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 연마장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 슬러리공급장치가 숫돌가루를 상기 연마재면으로 공급하는 숫돌가루공급장치와 상기 연마재면으로 용액을 공급하는 용액공급장치를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 연마장치.
  10. 제4항에 있어서, 상기 크리닝장치의 흡인구측으로 흡인된 입자를 계측하는 입자계측장치가 장비되어 있는 것을 특징으로 하는 연마장치.
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