KR20000064128A - 냉각 패드를 구비하는 연마 장치 및 이를 이용한 연마 방법 - Google Patents
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Abstract
연마에 소요되는 연마 케미컬이 연마 패드로부터 자체 공급되는 화학 연마 장치 및 이를 이용한 연마 방법에 관해 개시되어 있다. 본 발명은 반도체 장치의 제조 공정에서 웨이퍼 상에 형성되는 물질막을 연마하는데 사용되는 화학 연마 장치에 있어서, 상기 화학 연마 장치는 저면에 연마용 웨이퍼가 흡착되며 연마 공정 동안 웨이퍼의 온도 및 웨이퍼 뒷면에 인가되는 압력을 균일하게 유지할 수 있는 웨이퍼 헤드, 상기 웨이퍼 헤드와 대향하는 위치에 구비되어 있고 상기 연마에 필요한 케미컬이 연마 과정에서 자체 공급되는 냉각 패드, 상기 냉각 패드의 저면 및 측면을 감싸는 냉각 용기, 상기 냉각 용기 저면에 부착되어 상기 냉각 패드의 형성 및 유지에 사용하는 냉각 수단 및 상기 각 요소들을 포함하고 무수분 상태로 유지되는 챔버로 구비된 것을 특징으로 하는 화학 연마 장치와 상기장치의 운용방법을 제공한다.
Description
본 발명은 반도체 장치의 제조 공정에 사용되는 연마 장치 및 이를 이용한 연마 방법에 관한 것으로서, 자세하게는 연마 케미컬이 자체 공급되는 메카니즘을 갖는 냉각 연마 패드 및 관련된 웨이퍼 헤드가 구비된 화학 기계적 연마(Chemical Mechanical Polishing) 장치 및 이를 이용한 연마 방법에 관한 것이다.
반도체 공정에서 웨이퍼 사이즈가 대구경화 되면서, 화학적 기계적 연마를 이용한 연마 방법이 널리 이용되고 있다.
도 1을 참조하면, 종래의 화학적 기계적 연마 장치는 연마 테이블(10)과 그 위에 구비된 연마 패드(12)로 구성되는 하부 구조물과 연마 과정에서 웨이퍼(18) 뒷면을 흡착한 뒤, 웨이퍼 앞면을 연마 패드(12)에 접촉시키는 웨이퍼 헤드(14) 및 연마 과정에서 웨이퍼(18)와 연마 패드(12) 사이에 슬러리(22)를 공급하는 슬러리 공급 수단(20)으로 구성된다. 연마 과정에서 웨이퍼(18)는 연마 패드(12)와 대향하는 웨이퍼 헤드(14)의 저면에 부착된 가이드 링(16)에 의해 이탈이 방지된다.
연마는 웨이퍼(18)가 웨이퍼 헤드(14)에 흡착된 후, 웨이퍼(18)와 연마 패드(12) 사이로 슬러리(22)가 공급됨으로써 시작된다. 슬러리(22)에는 미세한 세라믹 입자들로 구성되는 기계적 연마 성분인 연마제와 연마 대상 물질에 따른 각종 화학용액이 포함되어 있어 기계적 요소와 화학적 요소의 결합에 의해 웨이퍼 표면 연마가 이루어진다.
이러한 종래 기술에 의한 화학 연마 장치를 이용한 연마의 경우, 기계적 요소에 의한 연마가 주요한 요소가 되어 스크래치 등 후속 공정에 영향을 미치는 결함을 일으킬 뿐만 아니라 부식(erosion)이 나타나기도 하며 기계적 마찰에 의한 슬러리 온도 상승으로 화학작용이 커져서 디싱(dishing)이 나타난다.
예를 들면, 도 2는 게이트 라인(26) 또는 비트라인 형성 후에 종래의 CMP를 사용하여 셀 영역(C) 및 주변회로 영역(P)에 폴리 실리콘 콘택 플러그(28)을 형성하는 과정을 나타낸 것으로서, 셀 영역(C)에 디싱(30)을 비롯해서 부식(32), 영역의 경계에 나타나는 라운딩(34) 및 셀 영역(C)에 비해 패턴간의 간격이 상대적으로 넓은 주변회로영역(P)의 특성으로 나타나는 과도한 산화막 손실(36)과 그에 따른 게이트 라인의 손상(38)이 나타나고, 층간 절연막(39) 상에 폴리 실리콘의 찌꺼기(40)가 남게 된다. 도 2에서 참조번호 24는 기판을 나타낸다.
도 3은 금속층간 절연막(41)의 평탄화 공정에 종래의 CMP를 이용한 경우로서, 마찬가지로 라운딩(42), 과도 식각 부분(44) 및 영역의 가장 자리에 형성된 금속 배선(45)의 손상(46)이 나타난다. 참조번호 48은 장벽층(barrier layer)이다.
도 4는 금속 플러그(50)를 형성 과정에 종래의 CMP를 이용한 경우로서, 부식(52) 및 금속 플러그(50)에 디싱(54)이 나타나고 층간 절연막(56) 상에 금속 잔류물(58)이 형성됨을 알 수 있다.
도 5는 듀얼 다마신 공정에 종래의 CMP를 이용한 경우로서, 1차 및 2차 다마신으로 형성된 콘택홀에 채워진 도전성 플러그(60)에 디싱(62)이 나타나고, 층간 절연막(64)의 부식(66)이 나타나며, 금속 잔류물(68)이 형성됨을 알 수 있다.
상기한 문제점외에 슬러리 보관 및 운반에 따른 문제점으로서, 슬러리내의 연마제가 비중의 차이로 인해 침전 및 응집(agglomeration)되는 것을 방지하고 효과적인 슬러리 분산을 위해 슬러리를 계속 순환(circulation)시키고 질소 등을 사용하여 유지 및 관리하고 있어 공정 및 장비 관리상의 문제점을 안고 있으며, 슬러리의 경시(aging) 변화에 따른 연마제의 응집으로 연마 과정에서 스크래치가 발생될 수 있는데, 이를 방지하기 위해 응집된 슬러리를 필터 등을 이용하여 제거한다. 이에 따라 전체적인 슬러리 양이 감소하고 부대 비용이 증가하는 등 종래의 CMP공정은 전체적인 공정의 비용이 증가되는 문제점을 갖고 있다.
따라서, 본 발명이 이루고자하는 기술적 과제는 상술한 종래 기술이 갖는 문제점을 해소하기 위한 것으로서, 슬러리 사용을 배제하여 슬러리 사용에 따른 제반 문제점을 해결함으로써, 저비용, 고효율 및 고생산성과 함께 웨이퍼 수율 확보가 가능한 화학적 기계적 연마 장치를 제공함에 있다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 상기 화학적 기계적 연마 장치를 이용한 연마 방법을 제공함에 있다.
도 1은 종래 기술에 의한 화학 연마 장치의 개략적 단면도이다.
도 2 내지 도 5는 각각 도 1의 종래 기술에 의한 화학 연마 장치를 이용한 연마 과정에서 발생되는 문제점을 예시한 단면도들이다.
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 의한 냉각 패드를 구비하는 연마 장치의 단면도이다.
도 7은 도 6에 도시한 연마 장치에 구비된 냉각 수단의 상세 단면도이다.
도 8은 도 6에 도시한 연마 장치에 구비된 웨이퍼 헤드의 상세 단면도이다.
도 9 및 도 10은 각각 도 8에 도시한 웨이퍼 헤드에서 웨이퍼 가이드 링을 확대 도시한 단면도로써, 가이드 링의 서로 다른 실시예를 나타낸다.
도 11은 도 6에 도시한 연마 장치에 구비될 수 있는 진동기를 구비하는 웨이퍼 헤드의 단면도이다.
도 12는 도 6에 도시한 연마 장치에 구비된 웨이퍼 헤드의 회전 유발 수단을 예시한 단면도이다.
도 13은 본 발명의 제2 실시예에 의한 연마 장치의 단면도로서 연마 패드 부분만을 도시한 것이다.
도 14는 도 13의 평면도이다.
도 15는 본 발명의 제3 실시예에 의한 연마 장치의 단면도로써 제2 실시예와 상이한 부분만을 간략하게 도시한 것이다.
도 16은 본 발명의 제4 실시예에 의한 연마 장치의 단면도로써 제1 실시예와 상이한 연마 패드 부분만을 도시한 것이다.
도 17은 본 발명의 제5 실시예에 의한 연마 장치의 단면도로써 제2 및 제4 실시예를 결합한 경우를 나타낸 것이다.
도 18 및 도 19는 본 발명의 제1 실시예에 의한 연마 장치를 이용한 연마 방법을 단계별로 나타낸 단면도이다.
도 20 내지 도 22는 본 발명의 제2 내지 제4 실시예에 의한 연마 방법을 나타낸 단면도이다.
도 23은 서로 다른 물질막을 순차적으로 연마하는데 필요한 냉각 패드의 구성을 나타낸 도면이다.
도 24는 본 발명의 제5 실시예에 의한 연마 방법을 단계별로 나타낸 블록도이다.
도 25는 본 발명의 제5 실시예에 의한 연마 방법으로 표면이 연마된 베어 웨이퍼의 단면도이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호설명*
100:냉각 패드 102:냉각 패드 용기
104:냉각 수단 104a, 104c:제1 및 제2 열전 소자
104b, 160:냉각부 110:웨이퍼 헤드
112:헤드 본체 114:헤드 냉각 수단
116:웨이퍼 흡착판(backing plate)
118:웨이퍼 가이드 링 120:웨이퍼
122:헤드 열전 소자 124:진공 라인
128:모터 130:타이밍 벨트
150:핀 152:진동기
160a, 160b:냉각 가스 유입구 및 배기구
162:냉각판 162a:핀
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 저온 화학 연마 공정을 이용하여 웨이퍼 상에 형성된 물질막을 연마하는데 사용하는 화학적 기계적 연마(CMP) 장치에 있어서, 상기 화학적 기계적 연마 장치는 저면에 연마용 웨이퍼가 흡착되며 연마 공정 동안 웨이퍼의 온도 및 웨이퍼 뒷면에 인가되는 압력을 균일하게 유지할 수 있는 웨이퍼 헤드; 상기 웨이퍼 헤드와 대향하는 위치에 구비되어 있고, 상기 웨이퍼 연마에 적합하게 표면이 평탄화 되어 있으며, 상기 연마에 필요한 케미컬이 연마 과정에서 자체 공급되는 냉각 패드; 상기 냉각 패드의 저면 및 측면을 감싸는 냉각 용기; 상기 냉각 용기 저면에 부착되어 상기 냉각 패드의 형성 및 유지에 사용하는 냉각 수단; 및 상기 각 요소들을 포함하고 무수분 상태로 유지되는 챔버를 구비하는 것을 특징으로 하는 화학적 기계적 연마 장치를 제공한다.
여기서, 상기 웨이퍼 헤드는 상부로 가압가스가 유입되는 본체; 상기 웨이퍼를 냉각하는데 사용되는 헤드 냉각부; 상기 헤드 냉각부 저면에 부착되어 있되, 상기 냉각 패드에 대향하는 면과 상기 헤드 냉각부에 부착되는 면 사이에 온도차를 발생시키는 웨이퍼 흡착판; 상기 웨이퍼 흡착판 둘레에 상기 웨이퍼 둘레를 감싸도록 구비된 웨이퍼 가이드 링; 및 상기 헤드 냉각부 및 상기 웨이퍼 흡착판을 관통하여 형성된 상기 웨이퍼 흡착에 사용되는 진공라인으로 구성되어 있다.
상기 냉각 패드는 원형 계열 또는 사각형 계열이다.
상기 냉각 패드의 표면 평탄화를 위해 상기 챔버에 플래터가 더 구비되어 있다.
상기 냉각 용기의 재질은 알루미늄 계열의 합금, 구리계열의 합금, 티타늄 계열의 합금, 또는 스테인리스 스틸 계열의 합금이다.
상기 냉각 용기의 상기 냉각 패드와 직접 접촉되는 부분은 주기율표 상의 8족등의 금속물질과 금(Au)등으로 도금되어 있다.
상기 냉각 수단은 상기 냉각 용기 저면에 접촉된 제1 및 제2 열전소자 및 상기 제1 및 제2 열전소자의 저면 전체와 접촉되어 제1 및 제2 열전 소자로부터 발생되는 열을 제거하기 위한 냉각부로 구성되어 있되, 상기 제1 및 제2 열전 소자는 상기 냉각 용기 측에 저온을, 상기 냉각부 측에 고온을 발생시킨다.
상기 제1 및 제2 열전소자의 주 재질은 주기율표 상의 6A족 및 5B족을 일정한 몰 비율로 혼합하여 형상한 것이다.
상기 웨이퍼 흡착판내에도 상기 온도차를 발생시키는 열전소자가 구비되어 있다.
상기 웨이퍼 흡착판의 상기 웨이퍼와 직접 접촉되는 부분을 제외한 다른 부분은 알루니늄, 구리, 티타늄, 티타늄 합금 또는 스테인리스 스틸로 구성되어 있다.
상기 냉각 용기 바닥에 복수개의 냉각 핀이 형성되어 있다.
상기 바닥에 복수개의 냉각 핀이 형성되어 있는 냉각 용기의 측면에 10∼100㎒의 진동 주파수를 이용하는 진동기(vibrator)가 부착되어 있다.
상기 냉각부 천장에 복수개의 핀이 형성된 발열판이 구비되어 있다.
상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 기판 상에 물질층을 형성하는 단계; 및 상기 물질층을 연마하되, 제 1 항의 연마 장치를 이용하여 연마하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 연마 방법을 제공한다.
상기 물질층은 기판과 직접 접촉되도록 형성하거나 하부 물질막을 통해 간접적으로 접촉되도록 형성한다.
상기 물질층은 도전층, 절연층 및 상기 도전층과 상기 절연층으로 구성된 혼합층 중 선택된 적어도 어느 하나로 형성한다.
이 과정에서, 상기 절연층은 금속 층간 절연막으로써, 고밀도 플라즈마 방식으로 형성된 물질막이거나 BPSG(Boro-Phospo Silicate Glass)막인 경우, 상기 냉각 패드는 불산, NH4F, CH3COOH를 혼합하되, 각 화학물질을 10∼1,000:1∼10:1∼20의 비율로 혼합하는 단계; 상기 혼합한 화학용액을 상기 냉각 용기에 채우는 단계; 및 상기 혼합된 화학용액을 열전소자를 사용하여 빙점이하로 균일하게 냉각하는 단계를 통해 형성한다.
또, 상기 도전층이 상기 폴리 실리콘층일 때, 상기 도전층 연마를 위한 냉각 패드는 불산, 질산, 과산화 수소수 및 TMAH 또는 NH4OH등을 혼합하되, 상기 불산 대 질산은 1∼10:50∼1,000의 혼합비로 혼합하고, 상기 과산화 수소수 대 TMAH(또는 NH4OH)는 100∼300:100∼500의 혼합비로 물과 혼합하는 단계; 상기 혼합된 화학용액을 열전소자를 사용하여 상분리 및 농도변화 없이 빙점이하로 균일하게 냉각하는 단계를 통해 형성한다.
상기 도전층이 상기 텅스텐층일 때, 상기 도전층 연마를 위한 냉각 패드는
KH2PO4, KOH(또는 NH4OH), K3[Fe(CN)6]을 1∼100:1∼10:1∼100의 혼합비율로 혼합하는 단계; 상기 혼합한 화학용액을 상기 냉각 용기에 채우는 단계; 및 상기 혼합된 화학용액을 열전소자를 사용하여 빙점이하로 균일하게 냉각하는 단계를 통해 형성한다.
상기 도전층이 텅스텐층일 때, 상기 도전층 연마를 위한 냉각 패드는 HNO3:HF를 각각 1∼100:1∼20의 비율로 혼합하는 단계; 상기 혼합한 화학용액을 상기 냉각 용기에 채우는 단계; 및 상기 혼합된 화학용액을 열전소자를 사용하여 빙점이하로 균일하게 냉각하는 단계를 통해 형성한다.
상기 도전층이 텅스텐층일 때, 상기 도전층 연마를 위한 냉각 패드는 H2O2를 상기 냉각 용기에 채우는 단계; 및 상기 H202를 열전소자를 사용하여 빙점이하로 균일하게 냉각하는 단계를 통해 형성한다.
상기 도전층이 알루미늄층인 경우, 상기 도전층 연마를 위한 냉각 패드는 HNO3, CH3COOH, H3PO4를 1∼20:1∼100:1∼100의 혼합비율로 혼합하는 단계; 상기 혼합한 화학용액을 상기 냉각 용기에 채우는 단계; 및 상기 혼합된 화학용액을 열전소자를 사용하여 상분리 및 농도변화 없이 빙점이하로 균일하게 냉각하는 단계를 통해 형성한다.
상기 도전층이 구리층인 경우에 상기 냉각 패드는 CuCl2, H202, 또는 FeCl2를 순수와 1∼100:1∼500의 혼합비율로 혼합하는 단계; 상기 혼합한 화학용액을 상기 냉각 용기에 채우는 단계; 및 상기 혼합된 화학용액을 열전소자를 사용하여 상분리 및 농도변화 없이 빙점이하로 균일하게 냉각하는 단계를 통해 형성한다.
본 발명을 이용하면, 반도체 장치의 제조 공정에서 수행하는 각종 연마 공정에 종래의 슬러리를 사용하지 않기 때문에 슬러리 사용으로 나타나는 제반 문제점, 곧 디싱, 부식, 과도 식각, 라운딩이나 스크래치 등을 해소할 수 있고, 슬러리 관리 및 유지가 불필요하게 되어 그 과정에서 발생되는 부대 비용을 줄일 수 있으므로, 종래의 CMP 공정에 비해 전체적인 공정의 비용을 대폭 줄일 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예에 의한 화학적 기계적 연마 장치 및 이를 이용한 연마 방법을 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 층이나 영역들의 두께는 명세서의 명확성을 위해 과장되게 도시된 것이다.
먼저, 본 발명의 실시예에 의한 화학적 기계적 연마 장치에 관해 설명한다.
<제1 실시예>
도 6을 참조하면, 참조번호 98은 수분을 제거한 무수분 챔버로서, 이를 위해 건조용 질소가스(N2)가 유입되는 유입구(99a)가 위쪽에 구비되어 있고, 아래쪽에 유출구(99b)가 각각 구비되어 있다. 유입구(99a) 및 유출구(99b)의 위치는 선택적이다. 참조번호 100은 연마에 사용되는 화학 용액을 빙점 이하로 냉각하여 동결시킨 냉각 연마 패드(이하, '냉각 패드'라 한다)이다. 냉각 패드(100)는 연마 대상 물질에 따라 다양한 화학물질로 구성될 수 있다. 예컨대, 냉각 패드(100)는 질산(HNO3), 불산(HF), 염산(HCl), 황산(H2SO4), 인산(H3PO4), 암모니아(NH4OH), NH4F, 과수(H202), TMAH, KH2P04, KOH, K3[Fe(CN)6], 순수, CH3COOH, CuCl2 및 FeCl2 등으로 이루어진 군중 적어도 선택된 소정의 화학물질을 연마대상물질에 따라 적절한 혼합비율로 혼합하여 구성한 것이다.
일예로써, 냉각 패드(100)가 금속 층간 절연막을 평탄화하는 공정에 사용하기 위한 것이고, 상기 금속 층간 절연막이 고밀도 플라즈마 방식으로 형성된 물질막이거나 BPSG(Boro-Phospo Silicate Glass)막인 경우, 냉각 패드(100)는 불산, NH4F, CH3COOH로 구성된 것이되, 각각의 화학물질이 10∼1,000:1∼10:1∼20의 비율로 혼합된 것이다. 또한, 금속 패드(100)가 금속 플러그, 특히 텅스텐(W) 플러그를 형성하는 과정에 사용하기 위한 것이라면, KH2PO4, KOH(또는 NH4OH), K3[Fe(CN)6]으로 구성된 것이되, 각각의 화학 물질이 1∼100:1∼10:1∼100의 비율로 혼합된 것이다.
이와 같이, 냉각 패드(100)는 연마 대상 물질에 따라 다양한 화학물질을 소정의 비율로 혼합하여 구성할 수 있다.
냉각 패드(100)는 냉각 용기(102)에 채워져 있고, 그 표면은 웨이퍼 연마에 적합한 평탄도를 갖고 있다. 챔버(98)에는 연마 공정 전에 냉각 패드(100)의 표면을 웨이퍼 연마에 적합하게 평탄화하기 위한 수단으로써, 플래트 룰러(flat ruler) 또는 플래트 패널(flat panel)과 같은 냉각 패드 플래터(flater, 이하, '플래터'라 한다)가 구비되어 있다. 상기 플래터 재질은 티타늄 합금이나 백금(Pt), 텅스텐(W), 철(Fe) 계열의 합금이다. 냉각 용기(102)에 채워진 화학 용액을 냉각하여 냉각 패드(100)를 형성하는 경우, 그 표면은 어느 정도 평평하게 되지만, 웨이퍼 연마에 적합할 정도로 평평한 상태는 되지 않는다. 따라서, 냉각 패드(100)를 형성한 직후, 냉각 패드(100)의 표면을 웨이퍼 연마에 적합할 정도로 평평하게 할 필요가 있고 이를 위해 상기 플래터가 사용된다. 플래터는 한 장의 웨이퍼를 연마한 후, 다음 연마를 위해 냉각 패드(100)를 재 냉각한 다음의 표면 평탄화에도 사용된다.
냉각 용기(102)는 평면 형태가 원형 계열이 바람직하나 사각형 계열이라도 무방하다. 또, 냉각 용기(102) 재질은 열전도가 우수한 것으로써 알루미늄 계열의 합금, 구리계열의 합금, 티타늄 계열의 합금, 또는 스테인리스 스틸 계열의 합금이다. 또한, 냉각 패드(100)와 직접 접촉되는 부분은 주기율표 상의 8족 물질, 예컨대 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni), 루테늄(Ru), 팔라듐(Pd), 오스뮴(0s), 이리듐(Ir) 또는 백금(Pt)과 금(Au) 등으로 도금되어 있다.
냉각 용기(102) 저면에 냉각 수단(104)이 부착되어 있다. 냉각 수단(104)은 냉각 패드(100)를 구성하는 화학물질의 동결 및 동결 상태 유지를 위한 것이다.
도 7을 참조하면, 냉각 수단(104)은 냉각 용기(102) 저면에 접촉되어 있는 제1 및 제2 열전소자(104a, 104c)와 제1 및 제2 열전소자(104a, 104c)의 저면 전체와 접촉되어 있는 냉각부(104b)로 구성되어 있다. 제1 및 제2 열전소자(104a, 104b)는 전원이 인가됨에 따라 냉각 용기(102)측과 냉각부(104b)측에 온도차가 발생시키는 것으로써, 냉각 용기(102)측에 저온을 발생시키고, 냉각부(104b)측에 고온을 발생시킨다. 제1 및 제2 열전소자(104a, 104c)를 사용하여 냉각 용기(102)측 온도를 -250℃∼100℃까지 낮출 수 있다. 제1 및 제2 열전소자(104a, 104c)의 주 재질은 주기율표 상의 6A족(예컨대, Se, Po, Te) 및 5A족(예컨대, P, As, Sb, Bi)등을 일정한 몰 비율로 혼합한 것이다. 또, 제1 및 제2 열전소자(104a, 104c)의 형태는 냉각 용기(102)에 대응하여 원형계열인 것이 바람직하나 사각형, 삼각형, 또는 도넛형 계열이라도 무방하다.
냉각부(104b)는 제1 및 제2 열전소자(104a, 104c)의 고온측에 접촉되어 있다. 따라서, 제1 및 제2 열전소자(104a, 104b)에서 발생되는 열을 신속하게 제거할 필요가 있고, 그 정도에 따라 냉각 용기(102)측을 원하는 온도로 유지할 수 있다. 이를 위해, 냉각부(104b)에 냉각 가스를 유입시킨다. 상기 냉각 가스는 드라이 아이스(LCO2), 액체 질소(LN2), 액체 수소(LH2), 액체 산소(LO2), 액체 헬륨(LHe), 액체 네온(LNe), 액체 알곤(LAr), 액체 제논(LXe) 또는 액체 크립톤(LKr) 등이다.
다시 도 6을 참조하면, 냉각 패드(100) 위에 웨이퍼 헤드(110)가 구비되어 있다. 웨이퍼 헤드(110)는 본체(112)와 본체(112) 저면에 부착된 헤드 냉각부(114), 헤드 냉각부(114) 저면에 부착된 웨이퍼 흡착판(116) 및 그 둘레에 구비된 웨이퍼 가이드 링(118)으로 구성되어 있다. 참조번호 120은 웨이퍼 흡착판(116)에 진공 흡착된 웨이퍼이다. 본체(112) 상부로 가압 가스가 유입되어 웨이퍼 전면에 고른 압력이 가해진다. 예를 들면, 상기 가압 가스를 사용하여 웨이퍼(120)와 냉각 패드(100) 접촉시에 0.01psi∼100psi 정도의 압력을 발생시킬 수 있다.
한편, 도면에 도시하지는 않았지만, 웨이퍼 흡착판(116)과 웨이퍼(120) 사이에는 상기 가압 가스에 의한 압력을 웨이퍼 전면에 고르게 전달시키는데 사용되는 수단의 하나로써 캐리어 필름이 구비되어 있을 수 있다.
또, 연마 중에 웨이퍼(120)와 냉각 패드(110)의 수평 및 간격 유지를 위해, 웨이퍼 헤더(120) 및 냉각 패드(100) 중의 어느 하나의 수평 및 간격 변화를 감지할 수 있는 감지 수단이 웨이퍼 헤드(110) 및 냉각 용기(102)의 구동 중에서 적어도 웨이퍼 헤드(110)에 구비되어 있다. 바람직하게는 웨이퍼 헤드(110) 둘레, 특히 헤드 본체(112)의 둘레에 구비되어 있다. 상기 감지 수단을 웨이퍼 헤드(110)에 구비하는 것만으로, 웨이퍼(120)와 냉각 패드(100) 사이의 수평 및 간격 변화를 충분히 감지할 수 있으나, 냉각 용기(102)에 제2의 감지 수단을 더 구비하여 감지율 및 정밀도를 높일 수도 있다.
상기 감지 수단으로 웨이퍼 헤드(110) 및 냉각 용기(102)의 움직임을 직접적으로 제어하는 것은 어려우므로, 상기 감지 수단은 웨이퍼 헤드(110) 및 냉각 용기(102)에 동력을 전달하여 양자의 움직임을 유발하는 동력계, 예컨대 웨이퍼 헤드(110)의 회전 및 상하 운동을 이동을 담당하는 회전 동력계와 얼라이너(aligner)에 연결시켜 두는 것이 바람직하다.
상기 감지 수단은 두 물체의 상대적인 수평 및 간격 변화를 감지할 수 있는 것이라면 어떠한 것이라도 무방하나, 간섭계(interferometer), 자이로스코프(gyroscope), 반사계(reflectometry), 음향 진동(acoustic vibration), 적외선 센서(RI sensor) 및 토크 전동기 전류(torque motor current) 중에서 어느 하나인 것이 바람직하다.
도 8을 참조하면, 웨이퍼 흡착판(116) 내에 헤드 열전소자(122)가 구비되어 있다. 헤드 열전소자(122)는 냉각부(104)의 제1 및 제2 열전소자(104a, 104c)와 재질 및 구성을 동일하게 할 수 있다. 헤드 열전소자(122)의 웨이퍼(120)와 대향하는 면이 저온 영역이고, 헤드 냉각부(114)와 대향하는 면이 고온 영역이다. 헤드 열전소자(122)로 인해 웨이퍼(120)의 전면은 균일한 온도로 유지된다. 헤드 열전소자(122) 사이에 웨이퍼(120)에 연결되는 진공 라인(124)이 구비되어 있다. 헤드 냉각부(114)는 냉각부(104)와 동일한 기능을 한다. 즉, 웨이퍼(120) 온도를 낮추고 일정한 온도로 유지시키는 역할을 한다. 이때, 웨이퍼(120)의 저온면은 -10℃∼200℃정도로 유지할 수 있다. 웨이퍼 흡착판(116)의 웨이퍼(120)와 직접 접촉되는 부분은 열전달율이 높은 금속, 예컨대 알루니늄, 백금, 금, 구리, 니켈 등으로 구성되어 있고, 그 전면에 주기율표 상의 8A족(Fe, Co, Mo, Pt, Ru, Ir) 물질이 도금되어 있다. 웨이퍼 흡착판(116)의 다른 부분은 알루미늄, 구리, 티타늄, 티타늄 합금 또는 스테인리스 스틸로 구성되어 있다.
도 9를 참조하면, 웨이퍼 가이드 링(118)은 실린더(118a)와 웨이퍼(120)와 접촉되는 가이더(118b) 및 실린더(118a)내에서 가이더(118b)에 뒷면에 탄성력을 가하는 스프링(118c)으로 구성되어 있다. 또한 웨이퍼 가이드 링(118)의 재질은 내 화학성이 있는 테플론계 폴리머 수지이다.
한편, 도 10에 도시한 바와 같이, 가이더 뒷면에 탄성력을 인가하는 수단으로 도 9의 스프링(118c)대신에 액체(118d)가 사용될 수도 있다.
도 11은 변형된 웨이퍼 헤드를 나타낸 것으로서, 도 6에 도시한 웨이퍼 헤드(110)의 본체 둘레에 진동기(126)가 구비되어 있다. 진동기(126)는 연마 과정에서 냉각 패드(100)의 액화된 용액이 웨이퍼 연마 면의 패턴 사이로 쉽게 유입 및 유출되게 하기 위한 것이다. 진동기(126)는 10㎒∼100㎒의 진동 주파수를 이용한다.
도 12를 참조하면, 웨이퍼 헤드(110)의 회전축(110a)은 고속 및 저속에서도 일정한 회전율을 유지할 수 있는 모터(128)의 회전축(128a)과 타이밍 벨트(130)를 통해 연결되어 있다. 모터(128)를 이용하여 웨이퍼 헤드(110)를 0.01rpm∼500rpm으로 회전시킬 수 있다.
<제2 실시예>
제1 실시예와 상이한 부분만 설명한다.
도 13을 참조하면, 냉각 용기(102)의 바닥에 냉각핀(150)이 복수개 구비되어 있다. 냉각핀(150)은 도 14에 도시한 바와 같이 냉각 용기(102) 바닥에 고르게 형성되어 있다. 냉각핀(150)은 냉각용기(102)에 채워지는 냉각 패드(100)로 사용할 화학용액과 냉각용기(102)의 접촉면적을 확장한 결과가 되므로 상기 화학용액을 보다 짧은 시간에 빙점 이하로 균일하게 동결시킬 수 있다. 이와 같이, 냉각 용기(102)에 채워진 화학용액을 순간적으로 균일하게 급속 동결하는 것이 가능하므로, 여러 가지 성분으로 구성된 화학 용액이 동결과정에서 성분별로 분리되어 용액의 조성이 변하는 것을 방지할 수 있다.
도 14를 참조하면, 원형의 제2 열전소자(104c)를 중심으로 그 둘레에 도넛형 제1 열전소자(104c)가 구비되어 있음을 알 수 있다. 또, 제1 열전소자(104c)의 직경이 냉각 패드(100)의 직경보다 큰 것을 알 수 있다.
<제3 실시예>
제1 및 제2 실시예와 상이한 부분만 설명한다.
도 15를 참조하면, 다른 부분은 제2 실시예와 동일하되, 냉각 용기(102)의 측면에 진동기(152)가 더 구비되어 있다. 진동기(152)에 대한 설명한 상기한 바와 같다.
<제4 실시예>
제1 내지 제3 실시예와 상이한 부분만 설명한다.
도 16을 참조하면, 참조번호 160은 냉각부를 나타낸다. 제1 및 제2 열전소자(104a, 104c)와 접촉되는 냉각부(160)의 천장에 제1 및 제2 열전소자(104a, 104c)로부터 발생되는 열을 냉각부(160)에 유입되는 냉각가스에 전달시키는 발열판(162)이 구비되어 있다. 발열판(162)에 발열 표면적을 넓게 하기 위한 수단으로써 복수개의 핀(162a)이 구비되어 있다. 따라서, 냉각가스 유입구(160a)를 통해서 냉각부(160)에 유입된 냉각 가스가 유출구(160b)를 통해 냉각부(160)을 벗어날 때까지 접촉되는 발열 면적이 발열판(162)이 없을 때에 비해 훨씬 넓으므로, 제1 및 제2 열전소자(104a, 104c)로부터 발생되는 열을 신속히 제거할 수 있고, 그에 따라 냉각 용기(102)에 채워진 연마용 화학물질을 짧은 시간에 빙점 이하로 동결시킬 수 있다.
<제5 실시예>
제2 및 제4 실시예를 결합한 경우이다.
즉, 도 17을 참조하면, 제1 및 제2 열전소자(104a, 104c)를 사이에 두고 위에 제2 실시예에서 제시한, 바닥에 복수개의 냉각핀(150)이 구비된 냉각 용기(102)가 구비되어 있고, 아래에 제4 실시예에서 제시한, 천장에 발열판(162)이 구비된 냉각부(160)가 구비되어 있다.
다음에는 본 발명의 실시예에 의한 상기한 화학 연마 장치를 이용한 연마 방법에 관해 설명한다.
<제1 실시예>
도 18을 참조하면, 기판(200)을 셀 영역(C)과 주변회로 영역(P)으로 구분한 다음, 기판(200)의 각 영역 상에 게이트 적층물(210)을 형성한다. 게이트 적층물(210)은 게이트 산화막, 게이트 도전층, 게이트 절연막을 순차적으로 형성하여 형성한다. 게이트 적층물(210)의 측면에 스페이서(212)를 형성한 후, 기판(200) 상에 게이트 적층물(210) 및 스페이서(212)를 덮는 층간 절연막(213)을 형성한다. 셀프 얼라인(self-aligned)을 이용한 층간 절연막(213) 패터닝으로, 층간 절연막(213)에 셀 영역(C)의 게이트 적층물(212) 사이의 기판이 노출되는 콘택홀(214)과 주변회로 영역(P)에 형성된 게이트 적층물(210)의 게이트 도전층(미도시)이 노출되는 비어홀(via hole)(216)을 형성한다. 층간 절연막(213) 상에 콘택홀(214) 및 비어홀(216)을 채우는 폴리 실리콘층(218)을 형성한다. 이때, 폴리 실리콘층(218)은 1,000Å∼10,000Å정도의 두께로 형성한다.
이후, 상기한 제1 내지 제5 실시예에 의한 화학 연마 장치 중에서 선택한 어느 한 화학 연마 장치, 예컨대 제1 실시예에 의한 연마 장치를 이용하여 폴리 실리콘층(218)의 전면을 연마한다. 이때, 상기 연마는 층간 절연막(213)이 노출될 때까지 실시한다.
상기 연마에 앞서, 폴리 실리콘층(218)이 형성된 기판(200)을 도 6에 도시한 챔버(98)에 로딩하여 웨이퍼 헤드(110)에 진공 흡착하고, 챔버(98)내에 건조 질소 가스(dry N2)를 플로우시켜 챔버(98)내부를 무수분 상태로 유지한다. 이어서, 냉각 패드(100)를 형성하기 위해, 폴리 실리콘층(218) 연마에 적합한 케미컬 에쳔트를 제조하여 냉각용기(102)에 채운다. 상기 케미컬 에쳔트는 불산, 질산, 과산화 수소수 및 TMAH 또는 NH4OH등을 사용하여 제조한다. 이때, 불산 대 질산은 1∼10:50∼1,000의 혼합비로 혼합하고, 과산화 수소수 대 TMAH(또는 NH4OH)는 100∼300:100∼500의 혼합비로 혼합한다. 이후, 제1 및 제2 열전소자(104a, 104c)에 전원을 인가하여 상기 케미컬 에천트를 빙점이하로 균일하게 동결한다. 바람직하게는, 상기 케미컬 에쳔트를 10℃ ∼-150℃로 냉각한다. 이와 같이 냉각한 냉각 패드(100) 표면을 챔버(98)에 구비된 플래터를 사용하여 웨이퍼 연마에 적합하게 평탄화 하는데, 구체적으로는 플래터를 냉각 패드(100) 표면에 접촉시킨 후, 플래터를 통해 냉각 패드(100)에 소정의 압력(0.1psi∼30psi)을 가하면서 0.01m/분∼10m/분 정도의 이동속도로 움직이면서 냉각 패드(100)의 표면을 평탄화한다. 상기 플래터는 티타늄 합금이나 백금(Pt), 텅스텐(W), 철(Fe) 계열의 합금을 사용하여 형성한다.
한편, 상기 연마 과정에서 웨이퍼 헤드(110)에 진공 흡착된 기판(200)은 헤드 열전 소자(122)를 이용하여 원하는 연마속도에 따라 -50℃∼200℃ 정도로 유지한다. 또한, 기판(200)의 회전속도, 압력 및 진동 주파수는 각각 1rpm∼300rpm, 0psi∼100psi 및 10㎒∼300㎒의 범위내에서 적정 값으로 유지하는 것이 바람직하다. 이때 웨이퍼헤드(110) 및 기판(200)과 냉각패드는(100)는 정확히 수평을 유지하도록 한다.
상기 연마에서 종래의 연마제를 사용하는 기계적 요소는 배제되었고, 열전소자를 사용함으로써 기판(200) 및 냉각 패드(100)의 온도가 연마 공정 내내 전 영역에 걸쳐 균일하게 유지될 수 있으므로, 기판(200)의 전 영역에 걸쳐 폴리 실리콘층(218)의 전면은 균일하게 연마된다. 이 결과, 도 19에 도시한 바와 같이, 종래의 문제점인 디싱이나, 영역 경계에서 나타나는 라운딩, 패턴의 부식, 스크래치 등이나타나지 않고 주변회로영역에 형성된 게이트 적층물(210)의 손상이나 층간 절연막(218) 상에 폴리 실리콘 찌꺼기도 형성되지 않는 등, 콘택홀(214) 및 비어홀(216)을 채우는 완전한 폴리 실리콘 플러그(218a, 218b)가 형성된다.
<제2 실시예>
제2 실시예는 도 20에 도시한 바와 같이, 기판(200) 상의 셀 및 주변 회로 영역(C, P)에 금속 배선(230, 232)을 형성한 후, 그 전면을 덮는 금속층간 절연막(234)의 평탄화와 관련된 것으로서, 금속 배선(230, 232) 전면에 갭필 향상을 위한 절연막(233)을 형성하는 것과 금속 층간 절연막(234)의 형성 두께(100Å∼20,000Å)와 이를 연마하기 위한 냉각 패드 형성에 사용되는 케미컬 에쳔트만 다를 뿐 나머지 조건은 제1 실시예와 동일하게 한다.
금속 층간 절연막(234)은 고밀도 플라즈마 방식으로 형성된 물질막이거나 BPSG막으로 형성한다. 이때, 냉각 패드(100) 형성을 위한 케미컬 에쳔트로는 불산, NH4F, CH3COOH를 사용하되, 각각을 10∼1,000:1∼10:1∼20의 혼합비로 혼합하여 사용한다.
<제3 실시예>
상, 하부에 형성된 금속층 또는 도전층을 연결하기 위한 도전성 플러그 형성 방법에 관한 것으로써, 도 21에 도시한 바와 같이, 층간 절연막(250)에 도전층(252)이 노출되는 비어홀(254)을 형성한 후, 비어홀(254) 전면에 장벽층(256)을 형성하되, 탄탈륨 나이트라이드막, 티타늄막, 티타늄 나이트라이드막으로 구성된 물질막으로 형성하고, 각각은 0∼1,000Å:50∼1,000Å:50∼1,000Å의 두께로 형성한다. 장벽층(256) 상에 비어홀(254)을 채우는 도전층(미도시)을 형성한다. 상기 도전층은 100Å∼50,000Å두께로 형성한다. 이어서, 본 발명에서 제시한 화학 연마 장치를 이용하여 상기 도전층의 전면을 층간 절연막(250)이 노출될 때까지 연마한다. 이렇게 해서, 비어홀(254)을 채우는 도전성 플러그(258)가 형성된다. 상기 도전층은 텅스텐층, 알루미늄층 또는 구리층으로 형성한다. 따라서, 도전성 플러그(258)는 텅스텐 플러그, 알루니늄 플러그 또는 구리 플러그가 된다.
상기 연마 과정에서 상기 도전층이 텅스텐층인 경우, 상기 도전층 연마를 위한 냉각 패드를 형성하기 위해, KH2PO4, KOH(또는 NH4OH), K3[Fe(CN)6]을 케미컬 에쳔트로 사용하되, 각각을 1∼100:1∼10:1∼100의 혼합비율로 혼합하여 사용한다.
상기 도전층이 텅스텐인 경우, 상기 케미컬 에쳔트 외에 HNO3:HF를 각각 1∼100:1∼20의 비율로 혼합하여 사용할 수도 있고, H202만을 사용할 수도 있다.
또, 상기 도전층으로써 알루미늄층을 사용하는 경우, 그 냉각 패드 형성을 위해 사용하는 케미컬 에쳔트로서 HNO3, CH3COOH, H3PO4를 1∼20:1∼100:1∼100의 혼합비율로 혼합하여 사용한다.
또한, 상기 도전층으로써 구리층을 사용하는 경우는 상기 케미컬 에쳔트로써 CuCl2, H202, 또는 FeCl2를 순수와 혼합하여 사용하되, 1∼100:1∼500의 혼합비율로 혼합하여 사용한다.
상기 각 도전층의 연마 과정에서 기판(200)에 직접적으로 가해지는 온도는 원하는 연마속도에 따라 -30℃∼300℃로 유지하는 것이 바람직하다.
이외의 기타 연마 조건은 제1 실시예와 동일하게 유지한다.
<제4 실시예>
듀얼 다마신(dual damascene) 제조 공정에 본 발명의 화학 연마 장치를 이용하는 경우로서, 도 22에 도시한 바와 같이, 1차 및 2차 다마신 공정으로 기판(200) 상에 하부막(270)이 노출되는 콘택홀(272, 274, 276)이 형성된 층간 절연막(278) 및 스톱퍼층(280)을 순차적으로 형성한다. 층간 절연막(278)은 5,000∼30,000Å의 두께로 형성한다. 또, 스톱퍼층(280)은 나이트라이드막으로 형성한다. 이어서, 스톱퍼층(280) 상에 콘택홀(272, 274, 276)을 채우는 도전층(미도시)을 형성한다. 상기 도전층의 전면을 상기한 본 발명의 화학 연마 장치, 예컨대 제1 실시예에 의한 연마 장치를 사용하여 연마하되, 스톱퍼층(280)이 노출될 때까지 연마한다.
상기 연마 과정에서, 상기 도전층은 텅스텐층, 알루미늄층 또는 구리층으로 형성한다. 이때, 각 도전층을 연마하기 위한 냉각 패드(100)를 형성하는데 사용되는 케미컬 에쳔트 및 기타 조건은 제3 실시예와 동일하다.
상기 제1 내지 제4 실시예에 의한 화학 연마 방법에서, 기판 상에 서로 다른 성질의 물질막이 순차적으로 형성되어 있는 경우, 예컨대, 기판 상에 폴리 실리콘층, BPSG막 및 텅스텐층이 순차적으로 형성되어 있고, 상기 물질층을 역순으로 연마하는 경우에는 하나의 냉각 패드로는 그 실시가 어려우므로, 도 23에 도시한 바와 같이, 상기 각 물질층 연마에 적합한 화학 용액을 균일하게 냉각한 제1 내지 제3 냉각패드(300, 310, 320)를 준비하여 상기 텅스텐층은 제1 냉각 패드(300)를 사용해서 연마하고, 상기 BPSG막은 제2 냉각 패드(310)을 사용해서, 상기 폴리 실리콘층은 제3 냉각 패드(320)를 사용해서 연마한다. 제1 내지 제3 냉각 패드(300, 310, 320)는 회전축(330)에 고정된 위치에서 회전된다. 따라서, 텅스텐층이 연마되는 경우, 제1 냉각 패드(300)를 회전시켜 기판(340) 아래에 위치시킨 다음, 기판(340)을 제1 냉각 패드(300)에 접촉시켜서 연마한다. 제2 및 제3 냉각 패드(310, 320)가 사용되는 경우에도 동일한 과정을 거친다.
<제5 실시예>
반도체 장치의 제조에 사용되는 웨이퍼는 반도체 재질의 잉곳(ingot)을 얇은 두께로 슬라이싱하여 표면을 연마하여 형성된다. 잉곳으로부터 분리된 초기의 배어 웨이퍼(bare wafer)의 표면은 평탄하지 않을 뿐만 아니라 여러 종류의 오염물질도 존재한다.
제5 실시예는 잉곳으로부터 분리된 초기 베어 웨이퍼 표면의 연마에 관한 것이다.
도 24를 참조하면, 제1 단계(400)는 잉곳을 얇은 두께로 잘라서 반도체 장치의 제조에 사용하기 위한 초기 베어 웨이퍼를 형성하는 단계이다.
제2 단계(402)는 상기 초기 베어 웨이퍼의 표면을 연마에 필요한 케미컬이 연마 과정에서 자체 공급되는 화학 연마 장치에서 연마하는 단계이다.
구체적으로, 본 발명의 제1 내지 제5 실시예에 의한 화학연마장치 중 선택된 어느 하나를 선택하고, 선택한 화학연막장치에 상기 초기 베어 웨이퍼를 로딩하여 웨이퍼 헤드의 저면에 부착하고, 상기 웨이퍼 헤드를 내려서 냉각 패드와 상기 초기 베어 웨이퍼를 상호 회전시키면서 압착시켜 상기 초기 베어 웨이퍼의 표면을 연마한다. 이렇게 해서 도 25에 도시한 바와 같이 표면이 매끄럽게 평탄화된 반도체 장치의 제조 공정에 적합한 베어 웨이퍼(410)가 형성된다.
한편, 웨이퍼의 매끄러운 표면상에 레시피(recipe)에 따라 트랜지스터와 커패시터와 같은 반도체 장치와 이를 연결하기 위한 배선들을 형성한 웨이퍼의 뒷면을 연마할 때도 본 발명의 실시예에 의한 화학 연마 장치를 이용할 수 있다.
상기한 설명에서 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나, 그들은 발명의 범위를 한정하는 것이라기보다, 바람직한 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 예들 들어 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 냉각 용기의 구조를 변형할 수 있고, 특히 냉각핀(150)의 형태를 보다 다양한 형태로 변형할 수 있을 것이다. 그리고, 냉각 패드 형성을 위해 열전소자 외에 압축기 등을 이용하여 소기의 목적을 달성할 수도 있을 것이며, 본 발명의 기술적 사상을 멀티 챔버에도 적용할 수 있을 것이다. 또, 슬러리 공급 장치를 배제한 종래의 웨이퍼 헤드와 본 발명의 냉각 패드를 결합한 연마 장치가 있을 수도 있다. 따라서, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정하여 질 것이 아니고 특허 청구범위에 기재된 기술적 사상에 의해 정하여져야 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 슬러리가 불필요하고 기계적 성질이 강한 연마제를 배제한, 자체적으로 연마용 케미컬 공급이 가능한 냉각 패드와 이에 대응할 수 있는 웨이퍼 헤드를 구비한 화학 연마 장치를 제공한다. 이와 같이, 본 발명의 연마 장치를 이용하는 경우, 종래의 슬러리를 사용하지 않기 때문에 슬러리 사용으로 나타나는 제반 문제점, 곧 디싱, 부식, 과도 식각, 라운딩이나 스크래치 등을 해소할 수 있고, 슬러리 관리 및 유지가 불필요하게 되어 그 과정에서 발생되는 부대 비용을 줄일 수 있으므로, 종래의 CMP 공정에 비해 전체적인 공정의 비용을 대폭 줄일 수 있다.
Claims (30)
- 저온 화학 연마 공정을 이용하여 웨이퍼 상에 형성된 물질막을 연마하는데 사용하는 화학적 기계적 연마(CMP) 장치에 있어서,상기 화학적 기계적 연마 장치는 저면에 연마용 웨이퍼가 흡착되며 연마 공정 동안 웨이퍼의 온도 및 웨이퍼 뒷면에 인가되는 압력을 균일하게 유지할 수 있는 웨이퍼 헤드;상기 웨이퍼 헤드와 대향하는 위치에 구비되어 있고, 상기 웨이퍼 연마에 적합하게 표면이 평탄화 되어 있으며, 상기 연마에 필요한 케미컬이 연마 과정에서 자체 공급되는 냉각 패드;상기 냉각 패드의 저면 및 측면을 감싸는 냉각 용기;상기 냉각 용기 저면에 부착되어 상기 냉각 패드의 형성 및 유지에 사용하는 냉각 수단; 및상기 각 요소들을 포함하고 무수분 상태로 유지되는 챔버로 구비된 것을 특징으로 하는 연마 장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 웨이퍼 헤드는상부로 가압가스가 유입되는 본체;상기 웨이퍼를 냉각하는데 사용되는 헤드 냉각부;상기 헤드 냉각부 저면에 부착되어 있되, 상기 냉각 패드에 대향하는 면과 상기 헤드 냉각부에 부착되는 면 사이에 온도차를 발생시키는 웨이퍼 흡착판;상기 웨이퍼 흡착판 둘레에 상기 웨이퍼 둘레를 감싸도록 구비된 웨이퍼 가이드 링; 및상기 헤드 냉각부 및 상기 웨이퍼 흡착판을 관통하여 형성된 상기 웨이퍼 흡착에 사용되는 진공라인으로 구성된 것을 특징으로 하는 화학 연마 장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 챔버에 상기 냉각 패드의 표면 평탄화를 위한 플래터(flater)가 더 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 화학 연마 장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 냉각 패드를 구성하는 케미컬은 질산(HNO3), 불산(HF), 염산(HCl), 황산(H2SO4), 인산(H3PO4), 암모니아(NH4OH), NH4F, 과산화 수소수(H202), TMAH, KH2P04, KOH, K3[Fe(CN)6] , 순수, CH3COOH, CuCl2 및 FeCl2 등으로 이루어진 군중 적어도 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 화학 연마 장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 웨이퍼 헤드 및 냉각 용기 중 선택된 적어도 어느 한 곳에 상기 웨이퍼 및 냉각 패드의 수평 및 간격 변화를 감지하기 위한 감지 수단이 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 화학 연마 장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 냉각 용기의 재질은 알루미늄 계열의 합금, 구리계열의 합금, 티타늄 계열의 합금, 또는 스테인리스 스틸 계열의 합금인 것을 특징으로 하는 화학 연마 장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 냉각 용기의 상기 냉각 패드와 직접 접촉되는 부분은 주기율표 상의 8족 물질과 금(Au)등으로 도금되어 있는 것을 특징으로 하는 화학 연마 장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 냉각 수단은,상기 냉각 용기 저면에 접촉된 제1 및 제2 열전소자; 및상기 제1 및 제2 열전소자의 저면 전체와 접촉되어 제1 및 제2 열전 소자로부터 발생되는 열을 제거하기 위한 냉각부로 구성되어 있되, 상기 제1 및 제2 열전 소자는 상기 냉각 용기 측에 저온을, 상기 냉각부 측에 고온을 발생시키는 것을 특징으로 하는 화학 연마 장치.
- 제 8 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 열전소자의 주 재질은 주기율표 상의 6A족 및 5A족을 일정한 몰 비율로 혼합하여 형성한 것임을 특징으로 하는 화학 연마 장치.
- 제 2 항에 있어서, 상기 웨이퍼 흡착판내에 상기 온도차를 발생시키는 열전소자가 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 화학 연마 장치.
- 제 2 항에 있어서, 상기 웨이퍼 흡착판의 상기 웨이퍼와 직접 접촉되는 부분은 알루니늄, 백금, 금, 구리 또는 니켈 등으로 구성되어 있고, 그 전면에 주기율표 상의 8족 물질이 도금되어 있는 것을 특징으로 하는 화학 연마 장치.
- 제 11 항에 있어서, 상기 웨이퍼 흡착판의 상기 웨이퍼와 직접 접촉되는 부분을 제외한 다른 부분은 알루니늄, 구리, 티타늄, 티타늄 합금 또는 스테인리스 스틸로 구성된 것을 특징으로 하는 화학 연마 장치.
- 제 2 항에 있어서, 상기 웨이퍼 헤드는 타이밍 벨트를 통해 고속 및 저속에서 일정한 회전율을 유지하는 모터와 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 화학 연마 장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 냉각 용기 바닥에 복수개의 냉각 핀이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 화학 연마 장치.
- 제 14 항에 있어서, 상기 바닥에 복수개의 냉각 핀이 형성되어 있는 냉각 용기의 측면에 10∼100㎒의 진동 주파수를 이용하는 진동기(vibrator)가 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 화학 연마 장치.
- 제 2 항에 있어서, 상기 웨이퍼 헤드 측면에 진동기가 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 화학 연마 장치.
- 제 8 항에 있어서, 상기 냉각부 천장에 복수개의 핀이 형성된 발열판이 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 화학 연마 장치.
- 기판 상에 물질층을 형성하는 단계; 및상기 물질층을 연마하되, 제 1 항의 연마 장치를 이용하여 연마하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 연마 방법.
- 제 18 항에 있어서, 상기 물질층은 기판과 직접 접촉되도록 형성하거나 하부 물질막을 통해 간접적으로 접촉되도록 형성하는 것을 특징으로 하는 연마 방법.
- 제 18 항에 있어서, 상기 물질층은 도전층, 절연층 및 상기 도전층과 상기 절연층으로 구성된 혼합층 중 선택된 적어도 어느 하나로 형성하는 것을 특징으로 하는 연마 방법.
- 제 20 항에 있어서, 상기 도전층은 폴리 실리콘층, 텅스텐층, 알루미늄층 또는 구리층으로 형성하는 것을 특징으로 하는 화학 연마 장치.
- 제 21 항에 있어서, 상기 도전층이 상기 폴리 실리콘층일 때, 상기 도전층 연마를 위한 냉각 패드는 불산, 질산, 과산화 수소수 및 TMAH 또는 NH4OH등을 혼합하되, 상기 불산 대 질산은 1∼10:50∼1,000의 혼합비로 혼합하고, 상기 과산화 수소수 대 TMAH(또는 NH4OH)는 100∼300:100∼500의 혼합비로 혼합하는 단계;상기 혼합된 화학용액을 열전소자를 사용하여 빙점이하로 균일하게 냉각하는 단계를 통해 형성하는 것을 특징으로 하는 화학 연마 장치.
- 제 21 항에 있어서, 상기 도전층이 상기 텅스텐층일 때, 상기 도전층 연마를 위한 냉각 패드는 KH2PO4, KOH(또는 NH4OH), K3[Fe(CN)6]을 1∼100:1∼10:1∼100의 혼합비율로 혼합하는 단계;상기 혼합한 화학용액을 상기 냉각 용기에 채우는 단계; 및상기 혼합된 화학용액을 열전소자를 사용하여 빙점이하로 균일하게 냉각하는 단계를 통해 형성하는 것을 특징으로 하는 화학 연마 장치.
- 제 21 항에 있어서, 상기 도전층이 텅스텐층일 때, 상기 도전층 연마를 위한 냉각 패드는HNO3:HF를 각각 1∼100:1∼20의 비율로 혼합하는 단계;상기 혼합한 화학용액을 상기 냉각 용기에 채우는 단계; 및상기 혼합된 화학용액을 열전소자를 사용하여 빙점이하로 균일하게 냉각하는 단계를 통해 형성하는 것을 특징으로 하는 화학 연마 장치.
- 제 21 항에 있어서, 상기 도전층이 텅스텐층일 때, 상기 도전층 연마를 위한 냉각 패드는 H2O2를 상기 냉각 용기에 채우는 단계; 및상기 H202를 열전소자를 사용하여 빙점이하로 균일하게 냉각하는 단계를 통해 형성하는 것을 특징으로 하는 화학 연마 장치.
- 제 21 항에 있어서, 상기 도전층이 알루미늄층인 경우, 상기 도전층 연마를 위한 냉각 패드는HNO3, CH3COOH, H3PO4를 1∼20:1∼100:1∼100의 혼합비율로 혼합하는 단계;상기 혼합한 화학용액을 상기 냉각 용기에 채우는 단계; 및상기 혼합된 화학용액을 열전소자를 사용하여 빙점이하로 균일하게 냉각하는 단계를 통해 형성하는 것을 특징으로 하는 화학 연마 장치.
- 제 21 항에 있어서, 상기 도전층이 구리층인 경우에 상기 냉각 패드는CuCl2, H202, 또는 FeCl2를 순수와 1∼100:1∼500의 혼합비율로 혼합하는 단계;상기 혼합한 화학용액을 상기 냉각 용기에 채우는 단계; 및상기 혼합된 화학용액을 열전소자를 사용하여 빙점이하로 균일하게 냉각하는 단계를 통해 형성하는 것을 특징으로 하는 화학 연마 장치.
- 잉곳(ingot)을 잘라서 초기 베어 웨이퍼를 형성하는 단계; 및상기 초기 베어 웨이퍼 표면을 연마하되, 제 1 항의 연마 장치를 이용하여 연마하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 연마 방법.
- 제 28 항에 있어서, 상기 초기 베어 웨이퍼는 실리콘(Si) 웨이퍼 또는 비소 갈륨(GaAs) 웨이퍼인 것을 특징으로 하는 연마 방법.
- 제 23 항 내지 제 25 항에 있어서, 상기 냉각 패드를 형성한 후, 그 표면을 웨이퍼 연마에 적합하게 평탄화하는 것을 특징으로 하는 연마 방법.
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