KR20010039590A - 작업대상물을 폴리싱하는 방법 및 장치 - Google Patents

작업대상물을 폴리싱하는 방법 및 장치 Download PDF

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마에다 시게루
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Abstract

본 발명에 따른 연마 방법과 장치는 환경 문제를 덜 유발하고 공정 비용을 줄이는 반면, 안정한 제거비, 작은 계단 높이 감소비, 및 다양한 종류의 연마 대상의 연마 표면상의 결함의 감소를 동시에 이룩할 수 있다. 반도체 소자 웨이퍼의 표면 연마 방법은 제 1 고정 연마 방법에 의하여 상기 반도체 웨이퍼의 표면을 먼저 연마하는 단계; 및 상기 제 1 고정 연마 방법과 다른 제 2 고정 연마 방법에 의하여 상기 반도체 웨이퍼의 상기 연마 표면을 마무리 연마하는 단계를 포함한다.

Description

작업대상물을 폴리싱하는 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR POLISHING WORKPIECES}
본 발명은 반도체 웨이퍼와 같은 작업물을 연마하는 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 다양한 소자, 배선 패턴, 또는 위에 형성된 불균일한 패턴을 포함하는 소위 "소자 웨이퍼"의 표면을 편평한 거울면으로 처리하는 연마 장치에 관한 것이다.
최근에, 반도체 소자의 집적도가 점진적으로 높게되어 더 미세한 접속 배선과 더 작은 집적 소자를 요구하게 되었다. 그와 같은 반도체 웨이퍼의 제조 공정에서, 표면을 평탄화하게 연마하여 소자 웨이퍼 표면에 형성된 박막을 제거하는 단게를 제공하는 것이 종종 필요하다.
그와 같은 공정은 다음 경우에 필수적이다:
(1) 다중층 회로를 갖는 웨이퍼를 연마하는 경우에,
i) 층간 박막을 평탄화하는 SiO2, SiOF, 및 CF와 같은 같은 물질이 연마되고,
ii) 플러그를 매립한 후, W, Al 또는 Cu가 연마되거나,
iii) 배선을 매립한 후, Al 또는 Cu가 연마된다.
(2) MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)를 제조하는 경우에,
i) 얕은 트렌치를 형성한 후 폴리크리스탈린 Si가 연마되거나,
ii) 여러 전극을 형성한 후 SiO2가 연마된다.
이용 가능한 평탄화 방법 중 하나는 도 22에 도시된 바와 같은 장치를 사용하는 화학적-기계적 연마(CMP)공정이다. 연마 공정은 연마포(패드)(3)를 갖는 턴테이블(9), 및 상부 링 조합체(10)를 포함한다. 상부링 조합체(10)는 반도체 웨이퍼(20)를 고정하는 상부 링(13), 상부 링(13)에 회전력과 가압력을 제공하는 상부 링 새프트(48), 및 상부 링(13)을 상부 링 새프트(48)에 경사지게 결합되는 유니버설 조인트를 형성하는 볼(47)을 포함한다. 상부링(13)은 바닥면에 탄성 매트(42)를 포함하여, 탄성 매트(42)를 관통하는 웨이퍼(20)를 고정한다. 상부 링(13)은 웨이퍼(20)를 고정하도록 외주상에 원통형 보유 링(16)을 구비하여 웨이퍼(20)가 연마동안 상부 링(13)의 바닥면에서 분리되지 않게 한다.
그와 같은 구성으로, 웨이퍼(20)가 턴테이블(9)과 상부 링(13)사이에 있는 동안, 웨이퍼면은 경면으로 연마된다; 소정 압력이 웨이퍼(20)와 연마포(3)사이에 상부 링 조립체(10)에 의하여 가해진다; 턴테이블(9)와 상부 링(13)이 각각 회전되며; 연마 입자를 포함하는 연마액(슬러리)(Q)이 연마포(3)의 상부면에 공급된다.
종래 화학-기계적 연마(CMP)의 문제중 하나는 불균일한 패턴을 갖는 소자 웨이퍼를 연마하는 초기 단계동안에, 표면 구조의 융기 영역이 우선적으로 제거되나, 함몰 영역은 단계적으로 제거된다. 그러므로, 표면의 불균일은 제거하기 어렵다. 이는 상대적으로 소프트한 연마포와 풍부한 자유 연마 입자를 포함하는 슬러리 용액의 결합사용은 반도체 표면 구조의 융기 영역뿐만 아니라 함몰영역에도 화학적- 기계적 연마 효과를 가한다. 도 23은 수직 축상의 표면 박막의 융기 영역과 함몰에 의하여 유발된 불균일과 수평축상의 상대 시간을 도시하여 종래 CMP의 문제점을 예시하고 있다. 이 그래프는 상대 연마 시간 1이 경과한 후, 융기 영역은 27,000Å에서 20,000Å가량의 두께로 연마되고 함몰 영역은 20,000Å에서 16,000Å가량 연마되어, 분균일이 제거된다. 도 24A는 초기 스테이지에서 표면 프로파일을 나타내고, 도 24B는 중간 영역에서 표면 프로파일을 나타내며, 도 24C은 연마의 최종 스테이지에서 표면 프로파일을 나타낸다. 이들 도면에 도시된 바와 같이, 불균일은 제거되기 매우 어렵다. 즉, 계단 높이 감소 비율이 작고, 결과적으로, 그와 같은 연마는 시간 소비적인 동작이다.
또 다른 문제는 상대적으로 소프트 연마포와 풍부한 연마 입자를 포함하는 슬러리의 조합으로 인하여 연마의 "패턴 종속성"에 관한 것이다. 패턴 종속성은 연마되지 않은 표면상의 이미 존재하는 불균일한 패턴으로 인하여, 완전히 평탄한 표면을 얻는 것이 어렵다. 이는 연마된 표면상에 공존하는 미세하고 거친 불균일사이의 연마비 차이에 의하여 유발된다. 미세한 불균일을 갖는 위치는 거친 불균일을 갖는 위치보다 더 높은 비율로 연마되어, 연마 작업 표면상에 대축척의 표면 불균일을 일으킨다.
또한, 연마된 작업물이 탄성 연마포내에 들어가기 때문에 외주(에지)가 작업물 표면의 내부 영역보다 더 심하게 연마되는 "에지 마모" 문제가 일어난다.
또 다른 문제는 연마된 작업물이 에지부의 선택적 연마로 인하여 접시와 같이 성형된다. 이는 외측에서 중앙 영역으로 연마포와 작업물사이에 공급되는 연마액의 불균일한 분포에 기인한 것으로, 연마된 표면의 중앙 영역이 더 작은 양의 연마 입자를 공급받는다.
더우기, 위에서 설명한 바와 같이, 이 방법은 비싼 연마 입자를 포함한 많은 양의 서스펜션(슬러리)을 소비하고, 환경 문제를 일으키고 제조 비용을 상승시킨다.
이리하여, 산화 세륨(CeO2) 또는 페놀 레진등을 포함하는 바인더내에 구속된 다른 연마 입자를 포함하는 (연마 플레이트와 같은) 소위 고정 연마 도구를 사용하는 방법이 개발되었다. 이 방법은 종래의 연마포보다 고경도의 연마 플레이트를 사용하여, 함몰부를 연마되지 않게 하면서, 불균일 표면의 융기부를 우선적으로 연마하는 것을 허용한다. 결과적으로, 연마된 표면의 절대 평탄도가 쉽게 얻어질 수 있다. 더우기, 고정 연마 도구는 그 성분에 종속되어 자기 정지기능을 제공할 수 있어, 표면이 불균일을 제거한 후 평탄하게 될 때, 연마비가 현저하게 낮아진다. 이리하여, 과도한 연마를 피하기 위하여 추가적으로 실질적인 연마를 자동적으로 멈출 수 있다. 또한, 많은 양의 연마 입자을 포함하는 서스펜션(슬러리)을 사용할 필요가 없기 때문에, 환경 문제와 처리 비용이 낮아질 수 있다.
그러나, 고정 연마 도구를 사용하는 연마는 다음과 같은 문제가 있다. 즉, 스크래치 없이 평탄한 표면이 소자를 생산하는 데 적합한 웨이퍼를 생산하는 데 필수적임에도 불구하고, 고경도 도구의 사용은 매우 평탄한 표면을 제공하는 반면 작업물의 연마된 표면상에 많은 스크래치를 발생시킨다.
그러므로, 반도체 웨이퍼를 연마하는 종래의 고정 연마 도구는 바인더 재료를 제한적으로 선택할 수 있고, 연마 입자, 바인더와 공극의 조성범위를 좁게 설정하여 사용되었다. 그러나, 연마될 소자 웨이퍼는 다음과 같은 다양한 물질의 패턴을 포함한다: 실리콘 기판, 폴리크리스탈린 실리콘 박막, 산화 박막, 질화 박막, 및 알루미늄 또는 동을 포함하는 배선층. 이리하여, 작은 계단 높이 감소비로 안정된 제거비를 얻는 반면, 스크래치를 방지하는 다양한 연마대상에 대응하는 다양한 고정 연마 도구를 준비하는 것은 실제적으로 어렵다.
본 발명의 목적은 환경 문제를 덜 유발하고 공정 비용을 줄이는 반면, 안정한 제거비, 작은 계단 높이 감소비, 및 다양한 종류의 연마 대상의 연마 표면상의 결함의 감소를 동시에 이룩할 수 있는 연마 방법과 장치를 제공하는 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 폴리싱장치의 구성을 나타내는 전체 평면도,
도 2는 본 발명에 따른 폴리싱장치의 외관을 나타내는 사시도,
도 3은 도 1 및 도 2에 도시된 폴리싱유닛을 상세히 나타내는 단면도,
도 4는 도 1 내지 도 3에 도시된 폴리싱장치의 동작을 나타내는 다이어그램,
도 5는 도 1에 도시된 폴리싱장치의 턴테이블의 단면도,
도 6은 도 1의 폴리싱장치의 턴테이블의 다른 실시예의 단면도,
도 7은 도 1에 도시된 톱 링의 개략 단면도,
도 8은 도 7에 도시된 톱 링의 주요부분의 확대도,
도 9는 본 발명에 따른 고정 연마 폴리싱도구의 개략 단면도,
도 10은 본 발명에 따른 고정 연마 폴리싱도구의 연마 작용을 도시하는 개략 단면도,
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 고정 연마 폴리싱도구의 개략 단면도,
도 12는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 고정 연마 폴리싱도구의 개략 단면도,
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 드레서의 단면도,
도 14는 본 발명에 따른 폴리싱장치의 다른 실시예의 구성을 나타내는 전체 평면도,
도 15는 도 14에 도시된 폴리싱장치의 턴테이블의 단면도,
도 16A, 16B는 각각 평면도와 단면도로 나타낸 본 발명의 일 실시예에 따른 스크롤형 폴리싱장치의 주요부분의 개략 다이어그램,
도 17은 본 발명에 따른 폴리싱장치의 다른 실시예의 구성을 나타내는 전체 평면도,
도 18A 내지 도 18C는 각각 평면도, 측면도 및 단면도로 나타낸 본 발명의 다른 실시예에 따른 고정 연마 폴리싱도구를 나타내는 도면,
도 19는 도 18A 내지 도 18C에 도시된 고정 연마 폴리싱도구를 사용하도록 하는 폴리싱 유닛의 사시도,
도 20은 본 발명에 따른 폴리싱장치의 다른 실시예의 평면도,
도 21은 본 발명에 따른 폴리싱장치의 또다른 실시예의 평면도,
도 22는 종래의 폴리싱장치의 개략 단면도,
도 23은 종래의 폴리싱장치에 의한 연마의 처리를 도시하는 그래프,
도 24는 종래의 폴리싱장치에 의한 연마의 처리를 도시하는 다이어그램이다.
그와 같은 문제는, 제 1 고정 연마 방법에 의하여 상기 반도체 웨이퍼의 표면을 먼저 연마하는 단계; 및 상기 제 1 고정 연마 방법과 다른 제 2 고정 연마 방법에 의하여 상기 반도체 웨이퍼의 상기 연마 표면을 마무리 연마하는 단계를 포함하는 반도체 소자 웨이퍼의 표면 연마 방법에 의하여 해결된다. 소자 웨이퍼는 발명의 배경의 설명에서 이미 기재되어 있다. 제 1 고정 연마 방법을 사용하는 제 1 연마 공정에서, 웨이퍼는 소정 박막 두께가 제거되게 처리되고 높은 평탄 표면이 실현된다. 제 2 고정 연마 방법을 사용하는 마무리 공정에서, 추가 두께 조절 및/또는 스크래치 제거는 고 평탄도가 유지되면서 수행되어, 고품질의 공정을 실현한다. 단일 단계 공정에 의하여 제 1과 마무리 공정의 각각이 수행될 필요는 없다. 하나 또는 양 공정이 하나 또는 복수의 장치를 사용하여 복수의 단계를 포함할 수 있다. 추가 단계는 이들 공정 전 및/또는 후로 가해질 수 있다.
본 발명에 따른 평탄화 방법으로, 자유 연마 입자를 포함하는 슬러리를 공급하는 것이 기본적으로 필요 없으며, 연마 입자가 없는 연마액이 충분하다. 이리하여, 연마 입자없는 연마액은 충분하다. 따라서, 폐기 용액 처리로 인한 환경 문제를 줄이고, 그와 같은 슬러리의 소비 공급으로 인한 비용 부담을 줄이는 장점을 갖는다. 연마 입자는 고정 연마 도구의 연마면으로부터 직접 공급받아, 연마될 웨이퍼 표면상의 균일한 연마 입자 분포를 나타내어, 균일하고 고품질의 처리 표면을 제공하게 된다. 연마 입자가 더 긴 기간동안 슬러리에 머무르게 되면, 2차 응집으로 더 큰 입자를 생성하여 연마 표면의 스크래칭을 유발한다. 그러나, 이차 응집은 본 발명의 공정에서는 일어나지 않고, 안정된 연마 공정이 실현된다.
과거에, 고정 연마는 잔류 스크래치를 제거하는 마무리 연마에 사용하는 것이 적합하지 않다는 것이 일반적으로 인정되어 왔다. 이는 공정 연마 도구가 일반적으로 고경도이고, 연마 있자가 비고정 연마 방법에서 사용된 것보다 더 고경도이기 때문이다. 말할 필요 없이, 다른 연마 도구, 또는 가압 압력 또는 미끄럼 속도와 같은 다른 조건은 제 1과 마무리 공정의 각 목적에 대응하여 가하여져야 한다. 즉, 제 1 연마 공정은 불균일의 융기부를 우선적으로 제거하여 전체 평탄 표면을 얻는 것을 목적으로 하며, 마무리 공정은 평탄화된 표면상에 남아 있는 미세한 스크래치를 제거하는 것을 목적으로 한다. 발명자는 화학-기계적 연마(CMP)에서 기계적 연마의 요인를 감소하여 마무리 공정에 고정 연마 방법을 적용하려는 과정에서 본 발명을 고안하였다.
제 2 고정 연마 방법은 제 1 고정 연마 방법에 사용되는 제 1 고정 연마 도구와 다른 제 2 고정 연마 도구를 사용할 수 있다. 위에서 설명한 바와 같이, 제 1 연마 공정은 높은 평탄 표면을 얻는 것을 목적으로 하고, 마무리 공정은 스크래치를 제거하는 것이다. 그와 같이 다른 목적은 각 공정에 적합한 다른 연마 도구를 사용하여 달성될 수 있다.
제 2 고정 연마 도구는 제 1 고정 연마 도구보다 더 연성일 수 있다. 또는 제 2 연마 도구는 제 1 고정 연마 도구보다 더 낮은 탄성율을 가질 수 있다. 고품질 표면 연마가 제 1 연마 공정 후, 제 1 연마 도구보다 더 낮은 탄성율(평균 압축 탄성율)을 갖는 제 2 연마 도구를 사용하여 달성될 수 있다. 여기서, 스크래치는 고정 연마도구의 상술한 공정 특징으로 더 낮은 탄성율의 시너지 효과에 의하여 효과적으로 제거된다. 제 1 고정 연마 도구에 대한 적절한 경도는 비커스 경도(Viker's Hardness)로 10-70이고, 500 kgf/㎠(4900 N/㎠), 바람직하게는 500-50000 kgf/㎠(4900-490000 N/㎠), 더 바람직하게는 1000-10000 kgf/㎠(9800-98000 N/㎠)이다. 한편, 제 2 고정 연마 도구에 대한 적절한 경도는 쇼어 경도로 5-60, 바람직하게는 15-40, 또는 1000 kgf/㎠(9800 N/㎠)이하의 탄성율, 바람직하게는 700kgf/㎠(6860 N/㎠), 더 바람직하게는 100-600 kgf/㎠(980-5880 N/㎠)이다. 셀룰러, 중공 또는 거품형 구조를 갖는 재료가 거품형 수지를 포함하는 바인더와 같은 제 2 고정 연마 도구용으로 특히 적합하다.
제 1과 제 2 연마 도구에 대한 탄성율의 적절한 범위가 중첩되는 이유는 적절한 경도가 연마될 박막의 특성, 특히 그 경도에 따라 다르기 때문이다. 고경도 연마 도구는 산화 박막을 연마할 때 사용되고 낮은 경도의 고정 연마 도구는 일반적으로 동을 연마할 때 사용된다. 결론적으로, 제 2 고정 연마 도구는 제 1 고정 연마 도구보다 낮은 경도라야 한다.
제 2 고정 연마 도구는 제 1 고정 연마 도구에서 제 1 연마 입자보다 더 낮은 경도를 갖는 제 2 연마 입자를 포함할 수 있다. 낮은 경도의 연마 입자가 일반적으로 높은 경도의 입자보다 스크래치를 덜 발생하는 경향을 갖는다는 것이 알려져 있다. 그러므로, 더 낮은 경도의 연마 입자를 갖는 고정 연마 도구를 사용하는 작은 연마량이 더 높은 경도의 연마 입자에 의하여 발생된 스크래치를 제거할 수 있고, 이에 의하여 고품질의 연마 표면을 생성한다.
제 2 고정 연마 도구는 제 1 고정 연마 도구 보다 더 강한 연마 입자 자기 생성 능력을 가질 수 있다. 더 큰 능력을 갖는 연마 도구는 그 연마 표면상에 노출된 능동 연마 입자를 항상 가짐으로써, 안정된 연마를 가능하게 한다. 이는 공정에 기여하는 다수의 연마 입자가 많고, 공정에 효과적인 연마 입자가 연마된 표면상에 균일하게 분포되며, 각 연마 입자상에 공정력 부하가 최소화되기 때문이다. 그러므로, 연마 입자에 의한 과도한 연마가 방지되고 더 적은 스크래치를 갖는 고등급의 연마 표면을 생성한다. 스크래치를 감소하는 이러한 효과는 입자 크기 분포가 집중될 때, 즉, 낮은 분산을 가질 때 강하다. 더우기, 자기 발생 연마 입자의 양이 충분하기 때문에, 외부 소스로부터 슬러리를 공급할 필요가 없어, 동작 시간을 단축한다.
더우기 종래의 기술에서, 고정 연마 도구는 일반적으로 연마 입자 크기가 더 미세하게 됨에 따라 더 작은 자기 생성 효과를 나타내어, 연마 거울 표면을 얻는 데 유리한 더 미세한 연마 입자를 사용하는 것을 방해한다. 그러나 본 발명에 따른 방법은 고정 연마 방법을 사용하여 연마 거울 표면을 얻을 수 있게 한다.
제 2 고정 연마 도구는 제 1 고정 연마 도구보다 더 높은 공극율을 갖는다. 고정 연마 도구는 일반적으로 연마 작용을 제공하는 연마 입자; 연마에 효과적이거나 필요한 연마 보조제; 이들 재료를 고정하는 바인더; 및 공극을 포함한다. 이들 조성중에 공극율을 증가시켜, 연마 입자가 느슨하게 결합되고 쉽게 자기 생성된다. 이리하여 제 1 고정 연마 도구보다 더 높은 공극율을 갖는 제 2 고정 연마 도구는 도 높은 자기 생성 효과를 갖고 연마 거울 표면을 형성할 수 있다.
제 2 고정 연마 도구는 제 1 고정 연마 도구보다 더 낮은 바인더비를 가질 수 있다. 조성 중에 바인더 비를 감소시켜, 연마 입자는 느슨하게 결합되고 쉽게 자기 생성된다. 이리하여, 제 1 고저 연마 도구보다 더 낮은 바인더를 갖는 제 2 고정 연마 도구는 더 높은 자기 생성 효과를 가져, 연마 거울 표면을 제공될 수 있게 한다.
제 2 고정 연마 도구는 수용성 바인더를 포함할 수 있다. 연마도구와 같이 사용하여 연마할 때, 수용성 바인더는 정제수, 화학제 또는 슬러리와 같은 공급된 용액내로 용해된다. 이는 연마 도구내의 연마 입자에 대한 바인딩 등급을 감소 시켜 자기 생성 연마 입자의 양을 증가시킨다. 이 고정 연마 도구는 자유 연마 입자가 외부에서 슬러리를 공급할 필요없이, 고정 연마 입자로 주로 작업하는 연마를 허용한다. 이리하여, 스크래치 없는 표면이 제 1 고정 연마 도구에 의하여 생성된 고 평탄도를 유지하면서 얻어질 수 있다. 이 제 2 연마 도구는, 수용성 바인더가 용해되는 위치에서 공동이 연마 도구의 연마 표면상에 형성되는 장점을 제공하여 연마에 잠재적으로 해로운 영향을 끼치는 이물질을 포획하거나 고정하는 데 기여하여, 스크래치의 생성을 방지하는 장점을 또한 제공한다.
제 2고정 연마 폴리싱도구는 제 1고정 연마 폴리싱도구의 제 1연마 입자보다 더 작은 직경을 갖는 제 2연마 입자를 포함할 수 있다. 더 작은 직경이 연마 입자를 갖는 고정 연마 폴리싱도구가 스크래치를 감소시키는데 효과적이라는 것은 공지의 사실이다. 그 이유는 대직경 입자는 연마시 작업된 표면에 고착된다는 것이다. 동일한 성분을 가질 때, 연마 입자가 더 미세할수록, 폴리싱 도구의 단위체적당 더 많은 입자수가 존재한다. 따라서, 유효한 입자들은 하나의 연마제 입자상의 작용력 하중을 평균화하고 감소시키기 위하여 작업된 표면상에 균일하게 분포된다. 이리하여, 연마 입자상의 과도한 작업이 억제되고 보다 적은 스크래치를 갖는 고품질 연마가 얻어질 수 있다. 또한, 보다 작은 연마 입자는 보다 큰 특정 표면 영역을 가져 다량의 표면활성분자를 제공한다. 따라서, 연마 입자와 웨이퍼 사이의 화학적 반응에 근거한 연마 작용은 마무리된 표면 평탄도를 향상시킨다. 여기서, 입자크기분포가 더욱 좁을 수록 더 많은 스크래치가 제거된다.
제 2고정 연마 폴리싱도구는 바인더내에 내장된 탄성의 미소 입자를 부가적으로 포함할 수 있다. 도구내에 이러한 탄성의 미소 입자를 포함함으로써, 연마제 입자로부터의 작업된 표면상의 작용력 하중은 감소되고, 이리하여 미소 크기의 스크래치 없이 고품질 연마표면을 생성한다.
제 2고정 연마 폴리싱도구는 상부 고경도 도구층 및 하부 탄성층을 포함하는 적층된 구성을 포함할 수 있다. 상기 고경도 도구층아래의 하부에 놓인 탄성층은 고정 연마 폴리싱도구에 웨이퍼의 작업된 표면에 부응하는 소정의 탄성을 제공한다. 이리하여, 고정 연마 폴리싱도구의 전체 표면은 웨이퍼와 접촉하여 균일한 작용압력은 스크래치 없는 연마표면이 얻어지는 것을 가능하게 한다. 표면층이 단단하기 때문에 웨이퍼는 높이 감소율을 저하시키는 정도로 도구내로 잠기지 않는다.
제 2고정 연마 폴리싱방법은 바람직하게는 제 1고정 연마 폴리싱방법에서의 제 1조건과는 다른 제 2조건에서 실행된다. 제 1조건은 높은 평탄도를 얻는 것에 목표를 두고, 제 2조건은 낮은 작용압력, 높은 상대속도, 및 높고 충분한 양의 용제 또는 화학제 공급등을 인가함으로써 스크래치 없는 표면을 얻기 위한 것이다. 따라서, 이 방법은 고도로 평탄하고 스크래치 없는 연마 표면을 생성할 수 있다.
예를 들어, 마무리 연마처리의 시작부터 또는 중간 단계에서 제 1연마처리보다 더 낮은 작용압력을 로드하고/거나 웨이퍼와 폴리싱 도구 사이의 상대속도를 증가시키고/거나 연마액의 공급을 증가시키는 것이 바람직하다. 작용압력을 감소시키고 상대속도를 증가시키는 것은 슬라이딩 인터페이스에서의 유체역학적 힘의 발생을 포함하고, 이것에 의해 폴리싱 도구와 웨이퍼 사이의 직접적인 접촉영역을 감소시킨다. 이것은 연마입자로부터 작업된 표면상에 수직으로 작용하는 작용력을 완화하여 스크래치 없는 연마를 제공한다. 연마액의 충분한 공급은 연마 입자, 바인더, 또는 발생된 쉐이빙(shavings)의 비효과적인 조각의 용제내로의 확산을 용이하게 하고 이들의 증착을 방지한다. 상기 조각은 연마액의 풍부한 공급으로 인하여 용이하게 방출되고 이것에 의해 스크래치의 발생을 방지한다.
제 2고정 연마 폴리싱방법은 제 1고정 연마 폴리싱방법에서 사용되는 제 1연마액과는 다른 제 2연마액을 사용할 수 있다. 물 이외의 다른 용액을 공급하는 동안 제 1고정 연마 폴리싱도구를 사용하여 고도로 평탄한 표면을 얻은 후, 정제수를 공급하는 동안 제 2고정 연마 폴리싱도구로써 웨이퍼를 마무리 연마하는 것이 바람직하다. 여기서, 연마 입자에 의해 행해진 화학적 작용 뿐아니라 정제수에 포함된 OH 라디칼에 의해 발생되는 수화작용이 작업된 표면에 인가된다. 따라서, 제 1폴리싱 도구에 의해 얻어진 고도의 평탄도를 유지하는 동안, 제 2폴리싱도구를 사용하여 표면을 약간 연마한 후에 스크래치 없는 작업된 표면이 생성될 수 있다.
화학제를 사용하는 마무리 연마처리에 있어서, 수화작용 뿐아리라 다른 여러가지 화학적 반응이 부가적으로 인가될 수 있다. 특히 고정 연마 폴리싱도구와 웨이퍼 사이에 형성된 액상 필름의 점성을 증가시키는 약제를 공급함으로써, 연마 입자는 작업된 표면상에 완화적으로 작용하여 스크래치를 감소시킨다. 연마 입자를 포함하는 슬러리를 공급함으로써, 연마속도가 증가되어 처리 시간을 단축할 수 있다. 실리콘 또는 다결정 실리콘 필름을 연마할 때 공급될 약제의 예시는 처리가속제로서 유기 아민, 처리성능 안정화제로서 pH 완충 효과를 갖는 무기 염, 미러 표면제로서의 계면활성제 등의 유기 매크로 분자 및 세정 증진제로서의 이소프로필 알콜(IPA: isopropyl alcohol)이다.
폴리싱도구의 드레싱은 제 1연마공정 및/또는 마무리 연마공정에서의 연마와 동시에 수행될 수 있다. 고도로 평탄한 표면을 설치함 후 웨이퍼를 처리할 때 드레싱 또는 수선효과는 고정 연마 폴리싱도구에 제공되지 않는다. 이것은 웨이퍼 표면이 폴리싱 도구를 드레싱하기 위하여 작용하는 어떠한 나머지 불규칙성을 가지지 않고, 도구의 연마 입자 자생력이 낮아지기 때문이다. 제자리에서의 드레싱(연마와 동시에 행해지는 드레싱)은 도구의 연마표면을 강제로 활성화 할 수 있어서 마치 연마 입자를 활발하게 자생시키고 있는 것처럼 연마표면상에 미사용의 연마제 입자를 노출시킨다. 이리하여, 마무리 처리는 제 1고정 연마 폴리싱도구에 의해 생성된 높은 평탄도를 유지함으로써 안정하게 연마하는 동안, 목표 두께에 이르도록 표면을 약간 제거한 후 스크래치 없는 연마표면을 생성할 수 있다.
또한, 도구를 드레싱함으로써 연마제 입자가 신속히 방출되어 많은 양이 연마된 표면상에 작용한다. 따라서, 실질적으로 연마된 표면의 단위면적당 효과적인 연마 입자의 충분한 수가 공급되어 하나의 연마 입자에 의해 인가되는 가압력이 낮아져 작업된 표면상에 완화적으로 작용한다. 연마 입자가 미세할 때 연마 입자가 연마액에 분산되는 것을 용이하게 하는 계면활성제 등의 분산제를 부가하는 것이 바람직하다.
제 1연마공정 및 마무리 연마공정 사이의 소자 웨이퍼를 세정하는 것이 바람직하다. 마무리된 표면에 손상을 줄 수 있는 연마 입자, 바인더 또는 부가제의 조각 또는 사용되거나 반응된 화학제 등의 제 1연마공정에서 발생된 이 물질이 연마된 표면상에 남을 수 있다. 마무리 처리 전에 웨이퍼를 세정함으로써, 이러한 손상이 방지되어 높은 품질의 연마를 제공할 수 있다.
제 1연마공정과 마무리 연마공정은 서로 다른 연마조건에서 동일한 고정 연마 폴리싱 도구를 사용하여 실행될 수 있다. 마무리 연마를 위해 필요한 미세한 연마 입자를 포함하는 단단한 형태의 폴리싱 도구가 동일한 고정 연마 폴리싱 도구로서 선택된다. 제 1처리와 비교하여 마무리 연마의 조건은 스크래칭을 방지할 수 있는 낮은 작용압력, 높은 상대속도, 높고 충분한 용액 또는 화학제의 공급 등을 포함한다. 이러한 조건을 채택함으로써, 스크래치 없는 고도로 평탄한 표면이 생성될 수 있다.
제 1연마공정 및 마무리 연마공정은 동일한 고정 연마 폴리싱 도구와 다른 연마액을 사용함으로써 실행될 수 있다. 마무리 연마를 위하여 필요한 미세 연마 입자를 포함하는 단단한 형태의 폴리싱 도구는 동일한 고정 연마 폴리싱 도구로서 선택된다. 제 1고정 연마 폴리싱 도구와 물이외의 다른 용액을 사용함으로써 고도로 평탄한 표면을 얻은 후, 정제수를 제공함으로써 웨이퍼를 마무리 연마하는 것이 바람직하다. 여기서, 연마 입자에 의해 발생된 화학적 작용 뿐아니라 정제수에 포함된 OH 라디칼에 의해 발생된 수화작용이 작업된 표면에 인가된다. 이리하여, 제 2폴리싱 도구를 사용하여 약간의 연마를 실행함으로써 제 1폴리싱 도구에 의해 얻어진 평탄한 표면을 유지하면서 스크래치 없는 작업된 표면이 생성될 수 있다.
마무리 연마처리에 있어서, 수화작용과는 다른 여러가지 화학적 반응이 부가적으로 인가될 수 있다. 특히 고정 연마 폴리싱 도구와 웨이퍼 사이에 형성된 액상 필름의 점성을 증가시키는 약제를 공급함으로써 연마 입자는 스크래치를 감소시키기 위하여 작업된 표면상에 완화적으로 작용한다. 연마 입자를 포함하는 슬러리를 공급할 때, 연마속도가 증가되어 처리시간을 단축할 수 있다. 실리콘 또는 다결정 실리콘 재료를 연마할 때 공급될 제의 예시는 처리가속제로서의 유기 아민, 안정화제로서의 pH 완충 효과를 갖는 무기 염, 미러 표면제로서의 계면활성제 등의 유기 매크로 분자 및 세정 증진제로서의 이소프로필 알콜(IPA: isopropyl alcohol)이다.
제 1연마공정과 마무리 연마공정은 동일한 고정 연마 폴리싱 도구를 사용하여 행해질 수 있고, 연마도구의 드레싱은 연마와 동시에 실행될 수 있다. 마무리 연마를 위해 필요한 미세한 연마 입자를 포함하는 단단한 형태의 폴리싱 도구가 동일한 고정 연마 폴리싱 도구로서 선택된다. 고도로 평탄한 표면을 설치한 후 웨이퍼를 처리할 때 드레싱 효과 또는 수선효과는 고정 연마 폴리싱 도구에 제공되지 않는다. 이것은 웨이퍼 표면이 폴리싱 도구를 드레스하기 위하여 작용하는 어떠한 나머지 불규칙성도 가지지 않아 도구의 연마 입자 자생 능력을 낮추기 때문이다. 제자리에서의 드레싱(연마와 동시에 행해지는 드레싱)은 도구의 연마표면을 강제로 활성화 할 수 있어서 마치 연마 입자를 활발하게 자생시키고 있는 것처럼 연마표면상에 미사용의 연마 입자를 노출시킨다. 이리하여, 마무리 공정은 제 1고정 연마 폴리싱 도구에 의해 생성된 높은 평탄도와 안정한 연마성능을 유지하면서, 목표 두께에 이르도록 표면을 약간 제거함으로써 스크래치 없는 연마된 표면을 생성할 수 있다.
또한, 도구를 드레싱함으로써 연마 입자가 신속히 방출되어 많은 양이 연마된 표면상에 작용한다. 따라서, 실질적으로 연마된 표면의 단위면적당 효과적인 연마 입자의 충분한 수가 공급되어 하나의 연마 입자에 의해 인가되는 가압력이 낮아져 작업된 표면상에 완화적으로 작용한다. 연마 입자가 미세할 때 연마 입자를 연마 용액에 분산시키는 계면활성제 등의 분산제를 부가하는 것이 바람직하다.
제 1연마처리와 마무리 연마처리가 동일한 고정 연마 폴리싱 도구를 사용하여 실행될 때, 소자 웨이퍼는 제 1연마처리 및 마무리 연마처리 사이에 세정될 수 있다. 마무리 연마를 위해 필요한 미세한 연마 입자를 포함하는 단단한 형태의 폴리싱 도구가 동일한 고정 연마 폴리싱 도구로서 선택된다. 연마 입자, 바인더 또는 부가제의 조각 또는 사용되거나 반응된 화학제 등의 제 1연마처리에서 발생된 이물질이 웨이퍼의 연마된 표면상에 남아 마무리 연마처리에서 마무리된 표면에 소정의 손상을 발생시킬 수 있다. 마무리 처리 전에 웨이퍼를 세정함으로써, 이러한 손상이 방지되어 높은 품질의 연마를 제공할 수 있다.
제 1연마공정과 마무리 연마공정이 동일한 고정 연마 폴리싱 도구를 사용하여 행해질 수 있을 때, 폴리싱 도구는 제 1연마공정 및 마무리 연마공정 사이에서 세정 또는 드레싱될 수 있다. 제 1 및 마무리 공정을 위하여 동일한 도구가 연속으로 사용될 때, 마무리 연마처리에서 마무리될 표면에 소정의 손상을 발생시킬 수 있는 연마 용액 또는 연마 쉐이빙이 폴리싱 도구상에 남을 수 있다. 연마 입자, 바인더, 부가제(화학제)의 조각 또는 반응된 물질등을 제거하기 위하여 마무리공정전에 도구의 연마표면을 세정함으로써, 이러한 손상이 방지되어 고품질 연마를 제공할 수 있다. 세정공정은 드레싱액 또는 정제수의 액상 유동속에서 대상물을 세정하기, 대상물에 물을 분사하기, 드레싱액 또는 정제수에 초음파를 인가하기 및브러시, 로울러, 또는 다이아몬드 드레싱 도구 등의 도구로 드레싱하기 등의 도구를 강제력에 의해 세정하는 물리적 세정방법을 포함할 수 있다. 다른 공정은 화학제를 사용하는 것 또는 자외선 등의 에너지 빔을 방사하는 것을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 형태는 소자 웨이퍼의 연마가 주로 기계적 연마효과에 기초하여 실행되는 제 1연마공정과, 소자 웨이퍼의 연마가 주로 화학적 연마효과에 기초하여 실행되는 마무리 연마공정을 포함하는 반도체 소자 웨이퍼의 표면을 연마하는 방법이다.
주로 기계적 연마효과에 기초하는 제 1공정에 있어서, 웨이퍼의 융기 부분은 예를 들어 단단한 고정 연마 폴리싱 도구를 사용하여 우선적으로 연마되고 웨이퍼 표면상에 높은 평탄도가 얻어질 수 있다. 화학적 연마효과에 기초하여 마무리 연마를 행함으로써 제 1공정에서 생성된 스크래치는 제거되어 고품질 연마를 실행한다. 화학적 연마효과는 예를 들어 제 1 및 마무리 처리를 위한 동일한 폴리싱 도구를 사용할 때 화학제 또는 그 농도를 변화시킴으로써 증가될 수 있다. 또한, 반응성 입자는 연마시 제자리에서의 (동시의) 드레싱을 실행함으로써 증가될 수 있고 또는 기계적 연마 효과가 억제되어 연마시 연마 압력을 낮출 수 있다.
또한, 제 1 및 마무리 공정을 위해 서로 다른 폴리싱 도구를 사용할 때, 상술된 방법에 부가하여 다음의 방법이 이용가능하다: 고정 연마 입자내의 소정의 화학제를 부가하는 것; 또는 제 1고정 연마 폴리싱 도구 보다 더 작은 직경의 연마 입자를 포함하는 제 2고정 연마 폴리싱 도구를 사용하는 것. 보다 작은 직경 연마 입자들은 보다 큰 특정 표면영역을 가져서 이들이 더 높은 표면 활성을 일정하게 제공한다. 따라서, 이들은 감소된 기계적 연마작용 뿐아니라 증가된 화학적 연마 작용을 제공하여 고품질 처리를 제공할 수 있다.
본 발명이 다른 형태에 있어서, 반도체 소자 웨이퍼의 표면을 연마하는 장치는 제 1고정 연마 폴리싱 도구를 포함하는 제 1연마유닛과, 제 1고정 연마 폴리싱도구와는 다른 제 2고정 연마 폴리싱도구를 포함하는 마무리 연마 유닛을 포함한다. 예를 들어, 제 2고정 연마 폴리싱도구는 더 작은 탄성률을 갖도록 또는 제 1고정 연마 폴리싱도구 보다 더 소프트하게 설계된다. 따라서, 스크래치는 고정 연마 폴리싱 도구의 상술된 처리특성과 함께 낮은 탄성률 도구의 시너지 효과에 의해 효과적으로 제거된다.
마무리 연마의 웨이퍼 홀딩 부재는 웨이퍼를 둘러싸고 연마시 제 2고정 연마 폴리싱 도구의 표면과 접촉하는 웨이퍼 유지 링을 포함할 수 있다. 높은 탄성률의 고정 연마 폴리싱도구는 그것의 강성에 기인하여 적은 변형성을 가지고 따라서, 가장자리부를 포함하여 웨이퍼의 전체표면을 평탄하게 연마할 수 있다는 특징을 갖는다. 따라서, 웨이퍼의 외주를 둘러싸는 가이드 링은 웨이퍼 주위의 폴리싱 도구를 가압하는 기능을 가지는 것이 요구되지 않는다. 한편, 마무리 처리에서 사용되는 고정 연마 폴리싱 도구는 바람직하게는 연마 표면 평면화 기능을 갖는 가이드 링을 포함하여 연마속도가 가장자리에서 증가하는 것을 방지한다.
제 1 및/또는 제 2고정 연마 폴리싱도구는 턴테이블, 병진운동테이블 또는 컵형태의 고정 연마 폴리싱 도구를 포함할 수 있다. 고정 연마 폴리싱 도구를 사용할 때, 울퉁불퉁한 디바이스 웨이퍼 표면의 융기 부분만이 우선적으로 처리된다. 이리하여, 폴리싱 도구 및 작업된 웨이퍼 표면 사이의 일정한 상대 속도를 제공하는 것은 필요가 없고 여러가지 형태의 구동기구 또는 폴리싱 도구가 채택될 수 있다. 병진운동테이블의 적용의 일예는 스크롤형 테이블 이동을 활용하는 제 2고정 연마 폴리싱 도구이고, 이것은 전체 설비의 간결성과 클린룸을 위한 장치 비용에 있어서의 장점 또는 유지보수의 용이성을 초래한다.
본 발명의 다른 형태는 제 1폴리싱 도구로 반도체 웨이퍼의 표면을 제 1연마하는 단계; 및 고정 연마 폴리싱 도구로 소자 웨이퍼의 표면상에 남아있는 스크래치를 제거하기 위하여 반도체 웨이퍼의 연마된 표면을 마무리 연마하는 단계를 포함하여 이루어지는 반도체 소자 웨이퍼의 표면을 연마하는 방법이다. 과거에는 스크래치를 제거하기위하여 마무리 처리를 위한 고정 연마 폴리싱 도구를 사용하는 것은 이롭지 않다고 생각되었다. 그 이유는 고정 연마 폴리싱 도구가 일반적으로 고경도 비고정 연마 폴리싱도구와 비교하여 더 큰 연마 입자를 포함하는 것으로 생각된다.
본 발명에 따르면, 주요한 또는 제 1연마처리는 종래의 패드를 사용하는 CMP 처리일 수 있고, 마무리 고정 연마 폴리싱 도구를 사용하여 마무리 연마를 함으로써 스크래치 없는 고품질 연마가 가능하다. 다른 예시는 종래의 패드를 사용하는 제 1 CMP 공정, 다른 종래의 패드를 사용하는 제 2CMP 공정 및 마무리 고정 연마 폴리싱 도구를 사용하는 마무리 공정으로 구성된다. 또다른 예시는 종래의 패드를 사용하는 제 1CMP 공정, 단단한 고정 연마 폴리싱 도구를 사용하는 제 2CMP 공정 및 마무리 고정 연마 폴리싱 도구를 사용하는 마무리 공정으로 구성된다. 고정 연마 폴리싱 공정 이전에 자유 연마 입자를 사용하여 연마를 행함으로써 전체 일반 평면화가 실시될 수 있다. 평면화 및/또는 마무리를 위한 고정 연마 폴리싱 공정을 행함으로써, 연마속도 또는 연마 압력을 상승시켜 스크래치 없는 고정 연마 폴리싱이 실현되도록 하는 것이 필요하지 않다. 고정 연마 폴리싱 공정으로써 마무리 연마함으로써, 이전의 공정에서 얻어진 표면의 평탄도를 저감시키지 않고 마무리 연마가 실행된다.
또다른 예시는 고정 연마 폴리싱 도구를 사용하는 제 1CMP 공정, 종래의 패드를 사용하는 제 2연마공정 및 마무리 고정 연마 폴리싱 도구를 사용하는 마무리 연마공정으로 구성될 수 있다. 여기서, 제 1단계는 높은 평탄도를 얻는 것에 목표를 두고 있고, 제 2단계는 작은 만곡부의 가장자리를 갖는 발생된 "날카로운" 스크래치를 큰 만곡부의 가장자리를 갖는 제거하기 쉬운 스크래치로 처리하는 것이다. 이리하여, 최종 고정 연마 폴리싱 공정은 스크래치 제거 뿐아니라 평면화를 실행하여 고품질 처리를 제공할 수 있다.
발명자들은 고정 연마 폴리싱 공정은 일반적으로 비고정 연마 폴리싱 공정보다 화학 기계적 연마(CMP)공정에서 더 큰 기계적 연마 인자를 갖는다. 따라서, 이들은 고정 연마 폴리싱을 마무리 연마처리에 인가하기 위하여 CMP 공정에서의 화학적 연마인자를 확장하는 노력을 했고 본 발명을 실시했다. 본 발명자들은 중요한 변수들중 하나가 폴리싱 도구의 경도이고, 도구가 부드러울 때 스크래치 생성을 방지 또는 억제할 수 있다라는 것을 발견했다. 마무리 고정 연마 폴리싱 도구의 적당한 경도는 5-60, 바람직하게는 15-40의 쇼어 경도이고, 또는 1000 kgf/㎠(9800 N/㎠)이하, 바람직하게는 700 kgf/㎠(6860 N/㎠) 이하, 더욱 바람직하게는 100-600 kgf/㎠(980-5880 N/㎠)의 탄성률이다. 거품(foamed) 또는 셀룰러(cellular) 구조를 갖는 재료가 특히 적당하고, 거품형 수지로 구성된 바인더가 바람직하다.
본 발명의 수개의 실시예가 첨부된 도면을 참조하여 이하에 설명된다.
(1) 폴리싱장치의 전체구성
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 폴리싱장치는 직사각형 바닥공간의 일단에 위치되고 서로에 마주보는 관계로 서로로부터 이격된 한 쌍의 폴리싱유닛(1a, 1b)과, 상기 직사각형 바닥공간의 타단에 위치되고 마주보는 관계로 폴리싱유닛(1a, 1b)로 부터 이격된 각각의 웨이퍼 저장 카세트(2a, 2b)를 갖는 한 쌍의 로딩/언로딩 유닛을 포함하여 이루어진다. 2개의 이송로봇(4a, 4b)은 폴리싱유닛(1a, 1b)과 로딩/언로딩 유닛 사이에 연장된 이송 라인상에 제공된다. 폴리싱장치는 또한 이송라인의 각 측면상에 하나씩 배치된 한 쌍의 역전 유닛(5, 6)과, 이송라인의 각 측면상에 한 쌍씩 배치된 두쌍의 세정 유닛(7a, 7b 및 8a, 8b)을 갖는다. 역전 유닛(5)은 세정 유닛(7a, 8a) 사이에 위치되고, 역전 유닛(6)은 세정 유닛(7b, 8b) 사이에 위치된다. 각각의 역전 유닛(5, 6)은 반도체 웨이퍼를 전복시키도록 작용한다.
각각의 폴리싱유닛(1a, 1b)은 상부표면에 부착된 폴리싱 도구를 가지는 턴테이블(9); 진공하에 반도체 웨이퍼를 유지하고 이것을 턴테이블(9)상의 연마 표면에 대해 가압하는 톱링 기구(10) 및 고정 연마 폴리싱도구를 드레싱하는 드레싱 기구(11)를 포함하여 이루어진다. 폴리싱유닛(1a, 1b)은 기본적으로 동일한 사양이고, 이송라인에 대하여 대칭적으로 위치된다.
도 3은 폴리싱유닛(1a, 1b)의 상세 구조를 나타낸다. 도 3에 도시된 바와 같이, 톱 링 기구(10)는 턴테이블(9) 위에 위치되어 반도체 웨이퍼(20)를 유지하고 턴테이블(9)에 대해 이것을 가압하는 톱링(13)을 가진다. 톱 링(13)은 턴테이블(9)에 대해 중심에서 떨어진 위치에 위치된다. 턴테이블(9)은 샤프트(9a)를 통하여 턴테이블(9)에 결합된 모터(도시하지 않음)에 의해 화살표(A)에 의해 나타난 바와 같이 그 자신의 축에 대하여 회전가능한다. 서로 다른 고정 연마 폴리싱도구는 이하에 기술하는 바와 같이, 각각의 폴리싱 유닛의 각 턴테이블(9)의 상부 표면에 부착된다.
톱 링(13)은 수직으로 이동가능하고 화살표(B, C)에 의해 나타난 바와 같이 그 자신의 축에 대하여 회전가능할 뿐아니라 소정의 압력하에서 고정 연마 폴리싱도구(14a(14b))에 대해 반도체 웨이퍼(20)를 가압할 수 있도록 모터(도시하지 않음)와 상승/하강 실린더(lifting/lowering cylinder)(도시하지 않음)에 결합된다. 반도체 웨이퍼(20)는 진공 등의 아래서 톱 링(13)의 하부표면에 부착된다. 가이드 링(16)은 톱 링(13)의 하부표면의 외주 가장자리상에 탑재되어 반도체 웨이퍼(20)가 톱 링(13)으로부터 맞물림이 해제되는 것을 방지한다.
폴리싱 용제 공급노즐(15)은 턴테이블(9) 위에 배치되어 폴리싱 용제를 턴테이블(9)에 부착된 고정 연마 폴리싱 도구(14a(14b)) 상으로 공급한다. 프레임(17)이 턴테이블(9) 주위에 배치되어 턴테이블(9)로부터 방출된 폴리싱 용제 및 물을 수집한다. 프레임(17)은 그 하부에 형성되어 수집된 폴리싱 용제 및 물을 배출하는 거터(gutter)(17a)를 갖는다.
드레싱 기구(11)는 고정 연마 폴리싱 도구(14a(14b))를 드레싱하는 드레싱 부재(18)를 갖는다. 드레싱 부재(18)는 톱 링(13)에 대해 정반대로 마주하는 관계로 턴테이블(9) 위에 위치된다. 고정 연마 폴리싱 도구(14a(14b))는 턴테이블(9) 위로 연장하는 드레싱액 공급노즐(21)로부터 물 등의 드레싱액이 공급된다. 드레싱 부재(18)는 화살표(D, E)에 의해 나타난 바와 같이 그 자신의 축에 대해 회전가능할 뿐아니라 수직으로 이동가능하도록 상승/하강 실린더(도시하지 않음) 및 모터(도시하지 않음)에 결합된다.
드레싱 부재(18)는 톱 링(13)과 거의 동일한 직경을 갖는 디스크 형상이어서 그 하부 표면상에 드레싱 요소(19)를 유지한다. 드레싱 부재(18)의 하부표면은 진공원에 연결되어 진공하에서 드레싱 요소(19)를 유지하도록 형성된 구멍(도시하지 않음)을 갖는다. 폴리싱 용제 공급노즐(15)과 드레싱액 공급노즐(21)은 각각 턴테이블 위로 그 회전 중심 근처까지 연장되어 소정 위치의 고정 연마 폴리싱 도구(14a(14b))상으로 폴리싱 용액 및 물을 공급한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 각각의 폴리싱유닛(1a, 1b)은 이송라인 근처에 위치되어 반도체 웨이퍼(20)를 톱 링(13)으로 및 톱 링(13)으로부터 이송 및 수용하는 푸셔(12)를 갖는다. 톱 링(13)은 수평평면에서 선회가능하고 푸셔(12)는 수직으로 이동가능하다.
세정 유닛(7a, 7b 및 8a, 8b)은 임의의 소정 형태일 수 있다. 예를 들어, 폴리싱유닛(1a, 1b) 근처에 위치된 세정 유닛(7a, 7b)은 각각의 스폰지층을 갖는 로울러로 반도체 웨이퍼의 페이스측과 역전측을 모두 문지르는 형태일 수 있다. 웨이퍼 저장 카세트(2a, 2b) 근처에 위치된 세정 유닛(8a, 8b)은 웨이퍼를 그 가장자리에서 고정하고 그것을 수평 평면에서 회전시키는 동안 반도체 웨이퍼에 세정 용액을 공급하는 형태일 수 있다. 각각의 세정 유닛(8a, 8b)은 원심력하에서 반도체 웨이퍼를 탈수하는 원심 건조기로서 작용한다. 반도체 웨이퍼는 일차적으로 세정 유닛(7a, 7b)에서 세정되고 이차적으로는 세정 유닛(8a, 8b)에서 세정된다.
각각의 이송로봇(4a, 4b)은 수평 평면에서 접을 수 있는 관절을 갖는 아암을 가진다. 관절을 갖는 아암은 각각의 상부 및 하부에 마른 웨이퍼 및 젖은 웨이퍼를 각각 배타적으로 다루는 2개의 그립퍼를 갖는다. 이송로봇(4a)은 역전 유닛(5, 6)으로부터 저장 카세트(2a, 2b)까지의 영역을 담당하도록 작동하고 이송로봇(4b)은 역전 유닛(5, 6)으로부터 폴리싱유닛(1a, 1b)까지의 영역을 담당하도록 작동한다. 비록 이송로봇(4a, 4b)이 이 예시에 있어서는 고정형태이지만, 레일상을 이동하는 이송가능한 형태일 수 있다.
역전 유닛(5, 6)은 연마되어야 할 또는 연마된 표면이 위로 향한채로 반도체 웨이퍼를 저장하는 저장 카세트(2a, 2b)로 인하여 도시된 실시예에서 필요하다. 그러나, 역전 유닛(5, 6)은 만일 연마될 또는 연마된 표면이 아래로 향한 채로 반도체 웨이퍼가 저장 카세트(2a, 2b)내에 저장된다면 분산될 수 있다. 또는, 이송로봇(4a, 4b)은 반도체 웨이퍼를 교대로 역전하는 기구를 가질 수 있다. 도시된 실시예에 있어서, 역전 유닛(5)은 건조한 반도체 웨이퍼를 역전시키도록 배타적으로 작용하고 역전 유닛(6)은 젖은 반도체 웨이퍼를 역전시키도록 배타적으로 작용한다.
폴리싱 장치는 도 4에 도시된 바와 같은 연마 작업의 일련의 모드에서 선택적으로 동작된다. 이것은 각각의 위치에서 반도체 웨이퍼의 상태를 나타낸다. 줄그어진 원은 연마될 또는 연마된 반도체 웨이퍼표면이 위로 향하고 있는 위치를 나타내고; 검정 원은 연마될 또는 연마된 반도체 웨이퍼 표면이 아래로 향하고 있는 위치를 나타내고; 상반부는 음영지고 하반부는 검정색인 원은 연마될 반도체 웨이퍼 표면이 페이스에 대해 아래로 역전되는 위치를 나타내고; 하반부는 음영지고 상반부는 검정색인 원은 연마된 반도체 웨이퍼 표면이 페이스에 대해 위로 역전되는 위치를 나타낸다.
2 스테이지 폴리싱에 있어서, 4개의 세정 유닛 중 3개(7a, 7b, 8b)는 반도체 웨이퍼를 세정하도록 동작된다. 선으로 도시된 바와 같이, 반도체 웨이퍼는 저장 카세트(2a)로부터 역전 유닛(5)으로 이송된다. 그 후, 웨이퍼는 역전 유닛(5)에서 역전된 후 역전 유닛(5)으로부터 제 1폴리싱 유닛(1a)으로 이송된다. 그후, 웨이퍼는 제 1폴리싱 유닛(1a)에서 연마되어 이것이 세정되는 세정 유닛(7a)으로 이송된다. 세정된 웨이퍼는 세정 유닛(7a)으로부터 이것이 마무리 연마되는 제 2폴리싱유닛(1b)으로 이송된다. 웨이퍼는 그후 제 2폴리싱유닛(1b)으로부터 이것이 세정되는 세정 유닛(7b)으로 이송된다. 세정된 웨이퍼는 세정 유닛(7b)으로부터 역전 유닛(6)으로 이송되어 역전되고, 역전 유닛(6)으로부터 세정 유닛(8b)으로 이송된다. 그후, 웨이퍼는 세정 유닛(8b)에서 세정 및 건조된 후 세정 유닛(8b)로부터 저장 카세트(2a)로 이송된다. 이송로봇(4a, 4b)은 건조한 반도체 웨이퍼를 다룰때는 각각의 건조한 핑거를 사용하고 젖은 반도체 웨이퍼를 다룰때는 각각의 젖은 핑거를 사용한다. 폴리싱유닛(1a)의 푸셔(12)는 이송로봇(4b)으로부터 연마될 반도체 웨이퍼를 받고 상승되어 톱 링(13)이 푸셔(12) 위에 위치될 때 톱 링(13)에 반도체 웨이퍼를 이송한다. 연마된 반도체 웨이퍼는 푸셔(12)에 제공된 헹굼액(rinsing liquid) 공급장치로부터 공급된 헹굼액에 의해 행궈진다.
반도체 웨이퍼는 톱 링(13)으로부터 분리된 후 세정유닛(7a)에서 및 푸셔(12)에서의 세정 작업에 영향을 받기 때문에, 제 1연마에 기인한 반도체 웨이퍼의 연마된 표면, 배면, 및 측면에 부착된 폴리싱 용제가 완전히 제거된다. 그후, 반도체 웨이퍼는 폴리싱유닛(1b)에서의 마무리 또는 제 2연마작업에 영향을 받고 그후 세정 유닛(7b, 8b)에서 세정된다. 따라서, 연마 및 세정된 반도체 웨이퍼는 원심 탈수를 거쳐 저장 카세트(2a)로 복귀된다. 제 1연마 및 제 2연마의 연마 조건은 후술되는 바와 같이 서로 다르다.
각각의 폴리싱유닛(1a, 1b)에 있어서, 반도체 웨이퍼(20)는 톱 링(13)의 하부표면상에 유지되고 턴테이블(9)의 상부표면상의 고정 연마 폴리싱도구 (14a(14b))에 대해 가압된다. 턴테이블(9)과 톱 링(13)은 반도체 웨이퍼(20)의 하부표면이 고정 연마 폴리싱도구(14a(14b))와 슬라이딩 접촉하도록 회전된다. 이 때, 폴리싱 용제 노즐(15)은 고정 연마 폴리싱도구(14a(14b))상에 폴리싱 용액을 공급한다. 반도체 웨이퍼(20)의 하부표면은 폴리싱 도구내의 연마제 입자 또는 그것으로부터 방출된 연마제 입자의 기계적 연마작용과 이들 입자와 폴리싱 용액의 화학적 연마작용의 조합에 의해 연마된다. 사용된 폴리싱 용액은 턴테이블(9)의 회전에 의해 발생된 원심력하에서 턴테이블(9)로부터 나와 프레임(17)으로 흘러들어가고 프레임(17)의 하부의 거터(17a)에 의해 수집된다.
도 5는 제 1고정 연마 폴리싱도구(14a)를 턴테이블(9)의 표면 플레이트(9b)에 고정하는 기구를 나타낸다. 고정 연마 폴리싱도구(14a)는 단단하여 부하된 충격에 의해 쉽게 부러지거나 손상된다. 따라서, 본 실시예에서 고정 연마 폴리싱 도구(14a)는 접착제에 의해 알루미늄 등으로 만들어진 금속 디스크(26)에 접착되어 떼어낼 수 있는 폴리싱 도구 카트리지(27a)를 구성한다. 표면 플레이트(9b)는 가동 아암(29)을 갖는 클램프 기구(28)를 가져서 폴리싱 도구 카트리지(27a)의 외부 플랜지를 클램핑한다. 이리하여, 가동아암(29)이 개방되어 있는 동안 턴테이블(9)상에 고정 연마 폴리싱도구(14a)를 위치시키고, 그후 폐쇄 위치로 회전시킴으로써 고정 연마 폴리싱도구(14a)는 가동 아암(29)에 내장된 스프링 기구(도시하지 않음)로 턴테이블(9)에 고정된다. 고정 연마 폴리싱도구(14a)는 가동아암(29)을 개방 위치로 회전시킴으로써 턴테이블(9)로부터 떼어내어질 수 있다.
도 4는 고정 연마 폴리싱 도구(14a)를 턴테이블(9)에 클램핑하는 다른 기구를 나타낸다. 고정 연마 폴리싱 도구(14a)는 폴리싱 도구 카트리지(27a)를 구성하도록 외부 플랜지(27A)를 갖는 알루미늄 등으로 만들어진 금속 디스크(26)에 접착된다. 폴리싱 도구 카트리지(27a)는 볼트(33)에 의해 표면 플레이트(9b)에 체결되는 클램프(32)에 의해 플랜지(27A)를 클램핑함으로써 고정된다. 각각의 클램프(32)는 만곡부의 중심에서 44°로 마주대하는 비교적 긴 활모양 부재를 포함하고, 2개의 볼트(33)에 의해 체결되어 그 자신과 표면 플레이트(9b)의 상부 표면 사이에 외부 플랜지(27A)를 샌드위치시킨다. 따라서, 고정 연마 폴리싱도구(14a)는 볼트(33)를 조이고 풀므로써 용이하게 표면 플레이트(9b)로 체결 및 표면플레이트(9b)로부터 제거될 수 있다. 비교적 넓은 클램프(32)가 외부 플랜지(27A)를 표면 플레이트(9b)에 안정하게 고정하도록 채용되어 고정 연마 폴리싱 도구의 표면이 반도체 웨이퍼에 대해 가압되는 것에 의해 구부러지는 것을 방지한다.
도 6에 있어서, 폴리싱 도구 카트리지(27a)의 플랜지(27A)는 그것의 외주 가자장리로부터 반지름 방향으로 바깥쪽으로 돌출하는 4개의 치(teeth)(35)를 갖는다. 치(35)는 상승 또는 푸싱 볼트(37)가 끼워질 수 있는 각각의 나사 구멍(36)을 갖는다. 고정 연마 폴리싱 도구(14a)는 상당히 무겁기 때문에, 상승 볼트(37)는 작업자가 고정 연마 폴리싱 도구(14a)를 용이하게 다루는 것을 가능하게 한다. 한편, 푸싱 볼트(37)는 제거를 위하여 턴테이블(27)로부터 고정 연마 폴리싱 도구(14a)를 벗겨내는 것을 돕는데 사용될 수 있다. 즉, 푸싱 볼트(37)가 나사 구멍(36)으로 들어가 그 선단이 표면 플레이트(9b)의 표면에 대해 접경한 후 계속적으로 회전될 때, 푸싱 볼트(37)는 턴테이블(27)로부터 고정 연마 폴리싱도구(14a)를 자동적으로 상승시킨다. 표면 플레이트(9b)는 각각의 치(35) 아래의 상부 외주 표면에 형성된 활모양 홈(36)을 가져서 볼트(37)의 선단을 그 내부에 수용한다.
도 6에 도시된 실시예에 있어서, 4개의 클램프와 4개의 치(35)가 있다. 바람직하게는, 환상 클램프는 고정 연마 폴리싱 도구(14a)의 전체 외부 플랜지(27A)를 클램프하는데 사용되어 균일한 압력을 외부 플랜지(27A)에 인가하여 표면 플레이트(9b)상에 카트리지(27a)를 더욱 안정하게 유지한다. 치(35)의 개수는 고정 연마 폴리싱 도구(14a)의 하중 또는 고정 연마 폴리싱 도구(14a)와 표면 플레이트 (9b) 사이의 소정 레벨의 긴밀한 접촉을 고려하여 증가 또는 감소될 수 있다. 고정 연마 폴리싱도구가 접합되는 금속 디스크(26)는 스테인레스 스틸, 티타늄 등의 알루미늄 이외의 재료로 만들어질수 있거나 부식에 저항성이 큰 합성 수지의 디스크로 대체될 수 있다. 카트리지(27a)를 고정하는 다른 방법은 표면 플레이트(9b) 내부로부터 흡입력을 활용하는 진공 척킹, 전자기 또는 영구자기 인력을 인가하는 자기 척킹 또는 핀에 의한 체결을 채용할 수 있다.
제 1폴리싱 공정에서의 사용을 위한 고정 연마 폴리싱 도구는 단단하여 용이하게 부러질 수 있고 따라서 그것을 상술된 카트리지 형태로 조립된 상태로 다루는 것이 적합하다. 한편, 제 2고정 연마 폴리싱 도구(14b)는 소정의 탄성을 가지며 종래의 폴리싱 패드와 같이 다루어질 수 있다. 즉, 종래의 연마포용으로 사용되는 연마 테이블은 접착제로 표면 플레이트(9b)상에 고정 연마 폴리싱 도구를 접착함으로써 그 자체로서 사용될 수 있다. 금속성 표면 플레이트(26)는 그위에 도구를 부착하는데 사용될 수 있다. 제 2고정 연마 폴리싱 도구(14b)는 도 5 및 도 6에 괄호로 나타낸 바와 같이 폴리싱 도구 카트리지(27b)에 조립될 수 있고, 이것에 의해 도구 교환 작업에 있어서의 편리를 제공하고 작업 시간을 단축한다.
제 1폴리싱 처리를 위해 사용되는 톱 링은 도 22에 도시된 종래의 것과 동일하다. 가이드링(웨이퍼 유지 링)은 웨이퍼가 톱 링으로부터 맞물림 해제되는 것을 방지하는데 목표가 있기 때문에, 수직으로 이동가능한 것이 필요하지 않다. 가이드 링이 웨이퍼 두께 보다 더 작은 짧은 거리만큼 톱 링의 저부 표면으로부터 돌출되는 것은 충분하고, 이리하여 연마하는 동안 가이드 링의 저부 표면과 고정 연마도구의 표면 사이의 갭을 형성한다. 만일 도구가 부드러운 것이어야 한다면, 웨이퍼는 톱 링으로부터 인가된 가압력에 의해 도구내로 잠길 것이고, 웨이퍼의 가장자리부의 과도한 연마는 가장자리의 낮은 코너를 둥글게 닳게할 것이다. 그러나, 제 1고정 연마 폴리싱 도구는 이러한 현상을 피하기에 충분히 단단하여 도 22 또는 도 3에 도시된 도구는 충분하다.
(3) 마무리 연마용 톱 링
도 7은 마무리 연마하는 제 2폴리싱 유닛(1b)의 톱 링(13)을 나타낸다. 톱 링(13)은 톱 링(13) 주위에 배치되고 톱 링(13)에 대해 수직으로 이동가능한 가압 링(43)을 갖는다. 톱 링(13)은 톱 링(13)의 상부표면상에 탑재된 유니버셜 조인트러서 작용하는 볼(47)을 통하여 수직의 톱 링 샤프트(48)의 하단부에 연결된다. 톱 링 샤프트(48)는 톱 링 헤드(9)의 상부 표면상에 고정적으로 탑재된 톱 링 공기 실린더(50)에 동작가능하게 결합된다. 톱 링 샤프트(48)는 톱 링 공기 실린더(50)에 의해 수직으로 이동가능하여 톱 링(13)의 하부표면에 유지된 반도체 웨이퍼(20)를 턴테이블(27)상의 연마포(6)에 대해 가압한다. 여기서, 탄성 패드(42)가 톱 링의 저부표면과 반도체 웨이퍼(20) 사이에서 완충하도록 개재된다.
톱 링 샤프트(48)는 키(도시하지 않음)에 의해 회전 가능 실린더(51)에 함께 회전가능하도록 결합되고, 회전가능 실린더(51)는 그것의 외주 표면상에 탑재된 풀리(52)를 갖는다. 풀리(52)는 톱 링 헤드(9)상에 고정적으로 탑재된 톱 링 모터(54)의 회전가능 샤프트상에 탑재된 타이밍 풀리(55)에 타이밍 벨트(53)에 이해 동작가능하게 연결된다. 따라서, 톱 링 모터(54)에 에너지가 공급되면, 회전가능 실린더(51)와 톱 링 샤프트(48)는 타이밍 풀리(55), 타이밍 벨트(53) 및 타이밍 풀리(52)를 통하여 일체로 회전되어 톱 링(13)을 회전시킨다. 톱 링 헤드(9)는 프레임(도시하지 않음)상에 수직으로 고정된 톱 링 헤드 샤프트(56)에 의해 지지된다.
이리하여, 가압 링(43)은 함께 회전가능하고 수직적으로 이동가능한 방식으로 키(58)에 의해 톱 링(13)에 결합된다. 가압 링(43)은 베어링 홀더(60)상에 탑재된 베어링(59)에 의해 회전가능하게 지지된다. 베어링 홀더(60)는 수직 샤프트(61)에 의해 복수(이 실시예에서는 3개)의 원주방향으로 이격된 가압 링 공기 실린더(62)에 연결된다. 가압 링 공기 실린더(62)는 톱 링 헤드(49)의 하부 표면에 고정된다.
톱 링 공기 실린더(50)과 가압 링 공기 실린더(62)는 각각 조정기(R1, R2)를 통하여 가압공기원(64)에 기체 역학적으로 연결된다. 조정기(R1)는 압축공기원 (64)으로부터 톱 링 공기 실린더(50)에 공급된 공기 압력을 조정하여 제 2고정 연마 폴리싱 도구(14b)에 대하여 반도체 웨이퍼(20)를 가압하도록 톱 링(13)에 의해 인가된 가압력을 조정한다. 조정기(R2)는 압축공기원(64)으로부터 가압링 공기 실린더(62)로 공급된 공기 압력을 조정하여 제 2고정 연마 폴리싱 도구(14b)를 가압하도록 가압링(43)에 의해 인가된 가압력을 조절한다. 조정기(R1, R2)는 제어기(도 7에 도시되지 않음)에 의해 제어된다.
도 8은 톱 링(13)과 가압 링(43)의 조립체를 나타내며, 여기서 톱 링(13)은 턴테이블(9)쪽으로 아래로 연장하는 외부 원주방향 환형 플랜지(13s)를 갖는다. 톱 링(13)의 하부표면과 환형 플랜지(13s)는 그내부에 반도체 웨이퍼(20)를 수용하는 오목부(13a)를 공동으로 형성한다.
톱 링 공기 실린더(50)에 의해 구동되는 톱 링(13)에 의해 인가된 가압력에 따라, 가압 링 공기 실린더(62)에 의해 구동된 가압링에 의해 제 2고정 연마 폴리싱도구(14b)에 인가된 가압력은 반도체 웨이퍼(20)가 연마되는 동안 조절된다. 연마처리 동안, 제 2고정 연마 폴리싱 도구(14b)에 대해 반도체 웨이퍼(20)를 가압하도록 톱 링(13)에 의해 인가된 가압력(F1)(도 7 참조)은 조정기(R1)에 의해 조절될 수 있고, 제 2고정 연마 폴리싱 도구(14b)를 가압하도록 가압링(43)에 의해 인가된 가압력(F2)은 조정기(R2)에 의해 조절될 수 있어, 가압력(F2)은 가압력(F1)에 따라 변화될 수 있다. 가압력(F1)에 대해 가압력(F2)를 조절함으로써, 연마 압력의 분포는 반도체 웨이퍼(20)의 중심으로부터 그 원주 가장자리까지, 더 나아가 반도체 웨이퍼(20) 주위에 배치된 가압 링(43)의 외주 가장자리까지 연속적이고 균일하게 만들어진다. 결과적으로, 반도체 웨이퍼(20)의 외주부는 과도하거나 불충분하게 연마되는 것으로부터 방지된다. 이리하여 반도체 웨이퍼(20)는 높은 수율을 갖는 고품질로 연마될 수 있다.
반도체 웨이퍼(20)의 내부 영역으로부터라기보다 반도체 웨이퍼(20)의 외주부로부터 더 크거나 더 작은 두께의 재료가 제거되어야 한다면, 가압링(43)에 의해 인가된 가압력(F2)은 톱 링(13)에 의해 인가된 가압력(F1)에 기초하여 적당한 값이되도록 선택된다. 따라서, 반도체 웨이퍼(20)의 외주부로부터 제거된 재료의 양을 의도적으로 증가 또는 감소시키는 것이 가능하다.
제 1실시예에 있어서, 반도체 웨이퍼(20)는 톱 링(13)의 오목부(13a)에 수용되고 환형 플랜지(13s)에 의해 보호되기 때문에, 외면의 가장자리에서 반도체 웨이퍼(20)의 외부 원주의 표면이 프레서 링(43)이 상부 링(13)에 관하여 수직으로 이동될때 프레서 링(43)에 의해 마찰되지 않는다. 그러므로, 상부 링(13)에 관하여 수직으로 이동되는 프레서 링(43)은 폴리싱 공정중에 폴리싱 장치의 폴리싱 수행에 반대로 영향을 주지 않는다. 그러나, 웨이퍼(20)의 가장자리를 직접 지지하는 것은 환형 플랜지 (13s)에 분산됨으로써 프레서 링(43)에 의해 가능하다. 제 1 폴리싱 공정에서, 고정된 연마 폴리싱 도구가 두껍기때문에 웨이퍼가 간신히 상기 도구로 몰아 넣어진다. 이렇게, 도 3에서 도시된 보통의 가이드 링(16)을 갖는 상부 링 장치(10)는 충분하다.
(4) 고정 연마 폴리싱 도구
제 1 및 제 2 고정 연마 폴리싱 도구는 이후에 설명될 것이다. 고정 연마 폴리싱 도구는 보통 매트릭스를 형성하는 바인더(바인딩 매체)와 그 안에 분산된 연마 입자로 구성된다. 바인더는 주로 수지나 중합시킨 매크로 분자로 구성되고, 이것은 어떤 형태로 일치하게 형상화하도록 분산된 연마 입자를 포함하는 중합시킨 수지 전구체(precursor)에 의해 제조된다. 입자 재료로 형성된 적당한 추가물이 바인더의 물리적 특성을 조절하도록 수지 전구체에 부가된다. 제 1 및 제 2연마 폴리싱 도구사이의 가장 중요한 차이는 매트릭스의 경도(탄성)이고, 이것은 주로 재료를 교체함에 의해 성취될 수 있다.
도 9는 본 발명에 따라서 고정 연마 폴리싱 도구(14a, 14b)의 구성을 개략적으로 도시하고, 여기서 매트릭스 도구를 구성하는 바인더(65)내의 연마 입자(66), 탄성 마이크로-입자(67), 및 포어(pore)(68)는 각각의 미리 결정된 구성안으로 분산된다.
연마 입자에 관하여, CeO2, SiO2, Al2O3, ZrO2, MnO2, 및 Mn2O3의 이러한 재료가 사용된다. CeO2와 Al2O3는 고립 필름을 폴리싱하는데 적당하고, Al2O3와 SiO2는 금속 필름을 폴리싱하는데 적당하다. 이들중 어떤것은 두 제 1 및 제 2고정 연마 폴리싱 도구로 사용될 수 있다. 다른 조건을 제외하면, Al2O3는고경도용으로 제 1고정 연마 폴리싱 도구에 적당하다.
더 좋은 연마 입자를 사용하는 것은 스크래치-레스(scratch-less) 폴리싱을 실현할 수 있다고 알려진다. 이렇게 좋은 연마 입자의 과립을 제조함에 의해 쉽게 분쇄되고 분산된다. 그리고, 고정연마에 이들을 적용함으로써 스크래치-레스 폴리싱은 실현된다. 다음은 실시예의 수치 데이타이다. 제 1고정 연마 폴리싱 도구 (14a)로 사용된 상기 연마 입자는 평균직경 1.0 ㎛이하이고, 최대직경 3㎛이하이다. 제 2고정 연마 폴리싱 도구(14b)로 사용된 상기 연마 입자는 제 1고정 연마 폴리싱 도구(14a)에 비교하여 동등하거나 더 작은 크기를 갖는다. 그러나, 이러한 수치 데이타는 수지 재료등의 선택에 좌우된다. 이들 데이타는 제 1고정 연마 폴리싱 도구(14a)보다 제 2고정 연마 폴리싱 도구(14b)로 더 부드러운 연마 입자가 사용될때 적용될 수 없다.
바인더(65)에 관하여, 제 1고정 연마 폴리싱 도구(14a)에 사용된 하드 바인더용으로 적당한 재료는: 페놀(PF), 요소(UF), 멜라민(MF), 불포화 폴리에스테르 (UP), 에폭시(EP), 폴리비닐 클로라이드(PVC), 아크릴로니트릴 스티렌(AS), 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA), 폴리아미드(PA), 폴리카르보네이트(PC), 폴리페닐렌 에테르(PPE), 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT), 폴리술폰(PSF), 폴리에테르 술폰 (PES), 폴리페닐렌 술파이드(PPS), 폴리알릴레이트(PAR), 폴리아미드 이미드(PAI), 폴리에테르 이미드(PEI), 폴리에테르 에테르 케톤(PEEK), 폴리이미드(PI), 등이다.
소프트 고정 연마 폴리싱 도구는 다음 방법을 적용함으로써 성취될 수 있다.
a) 소프트 재료 사용(바인더 재료의 선택이나 바인더의 큐어링(curing) 조건)
b) 다공성 증가( 발포제(foaming agent) 사용, 다공성 입자 혼합, 혼합시 공기 혼입), 및
c) 고무같은 소프트 입자를 포함하는 합성재료 사용
제 2 고정 연마 폴리싱 도구의 소프트 바인더용 고무 기초 수지(rubber based resins)와 다른 적당한 재료는 불포화 또는 다공성 수지이다. 불포화 수지 구성의 재료: 폴리우레탄(PUR), 폴리비닐 알코올(PVA), 폴리비닐리덴 클로라이드 (PVDC), 폴리에틸렌 (PC), 폴리프로필렌(PP), 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF), 폴리스티렌(PS), 아크릴로니트닐 부타디엔 스티렌(ABS, 이후에), 폴리아세탈(POM), 초고분자량 폴리에틸렌(UHMW-PE), 에틸렌 테레프탈레이트(PET), 테트라플루오로에틸렌(PTFE), 폴리비닐 플루오라이드, 클로로트리플루오로에틸렌, 비닐 플루오라이드, 비닐리덴 플루오로라이드, 디클로로플루오로에틸렌: 비닐 클로라이드, 비닐리덴 클로라이드, 퍼플루오로-.알파.-올레핀(이를테면: 헥사플루오로프로필렌, 퍼플루오로부텐-1, 퍼플루오로펜텐-1, 퍼플루오로헥센-1) 퍼플루오로부타디엔, 클로로트리플루오로에틸렌, 트리클로로에틸렌, 테트라플루오로에틸렌, 퍼플루오로알킬 퍼플루오로비닐 에테르(이를테면: 퍼플루오로메틸 퍼플루오로비닐 에테르, 퍼플루오로에틸 퍼플루오로비닐 에테르, 퍼플루오로프로필 퍼플루오로비닐 에테르), 1 내지 6 탄소원자를 갖는 알킬 비닐 에테르, 6 내지 8 탄소원자를 갖는 아릴 비닐 에테르, 1 내지 6 탄소원자를 갖는 알킬 비닐 에테르, 6 내지 8 탄소원자를 갖는 아릴 퍼플루오로비닐 에테르, 에틸렌, 프로필렌, 스티렌, 비닐리덴 플루오라이드와 테트라플루오로에틸렌의 코폴리머, 비닐리덴 플루오라이드와 헥사플루오로프로필렌의 코폴리머, 테트라플루오로에틸렌과 에틸렌의 코폴리머, 테트라플루오로에틸렌과 프로필렌의 코폴리머, 에틸렌과 테트라플루오로에틸렌의 코폴리머, 테트라플루오로에틸렌과 클로로트리플루오로에틸렌의 코폴리머, 테트라플루오로에틸렌과 헥사플루오로프로필렌의 코폴리머, 테트라플루오로에틸렌과 퍼플루오로에틸 퍼플루오로비닐 에테르의 코폴리머, 테트라플루오로에틸렌과 퍼플루오로에틸렌 퍼플루오로비닐 에테르의 코폴리머, 테트라플루오로에틸렌과 퍼플루오로프로필렌 퍼플루오로비닐 에테르의 코폴리머, 테트라플루오로에틸렌과 헥사플루오로프로필렌 및 퍼플루오로메틸 퍼플루오로비닐 에테르의 코폴리머, 테트라플루오로에틸렌과 헥사플루오로프로필렌 및 퍼플루오로에틸 퍼플루오로비닐 에테르의 코폴리머, 테트라플루오로에틸렌과 헥사플루오로프로필렌 및 퍼플루오로프로필 퍼플루오로비닐 에테르의 코폴리머, 등이다. 제 2고정 연마 폴리싱 도구(14b)로 제 1고정 연마 폴리싱 도구(14a)보다 더 작은 탄성계수를 갖는 바인더를 사용하는 원리가 있음에도 불구하고, 이것은 폴리싱되어질 대상물이나 사용된 연마 입자의 형태에 의존하여 교환될 것이다.
흔히 두 제 1 및 제 2고정 연마 폴리싱 도구에 적용가능한 상기 고정 연마 폴리싱 도구의 제조 공정은 다음에 예시되었다: 압축 몰딩, 트랜스퍼 몰딩, 인젝션 (injection)몰딩, 익스트러션(extrusion) 몰딩, 주조(cast) 몰딩, 스래쉬(slash) 몰딩, 냉간(cold) 몰딩, 블로우(blow) 몰딩, 진공 몰딩, 및 머시닝(machining), 등등. 다공성을 증가시키기 위해서, 발포제로 혼합된 수지 전구체를 캐스트하거나 폴리아크릴로니트릴(PAN)같은 재료로부터 만든 다공성입자를 혼합하는 것이 바람직하다.
다른 방법은 도 9에서 도시된 바인더(67)내로 고무 기초 입자(rubber based particles)를 포함한다. 주어진 구성을 바인더내로 탄성입자로서 이러한 고무 기초 입자를 분산함으로써, 소프트 탄성 입자는 미시적인 견해에서 충격에너지를 흡수한다. 그러므로, 그들이 제 2고정 연마 폴리싱 도구(14b)에 사용될때 스크래치 발생기는 고 등급(grade) 연마를 실현하도록 가압된다.
탄성 입자의 재료 예는: 이소프렌 고무(IR), 스티렌 부타디엔 고무(SBR), 부타디엔 고무(BR), 클로로프렌 고무(CR), 부틸 고무(BR), 아크릴로니트릴 부타디엔 고무(NBR), 에틸렌 프로필렌 고무(EPM, EPDM), 클로로술포닉 폴리에틸렌(CSM), 아크릴릭(acrylic) 고무, 아크릴 산 알킬에테르와 2-클로로에틸 비닐 에테르의 코폴리머, 아크릴 산 알킬에테르와 2-클로로에틸 비닐 에테르의 코폴리머, 우레탄 고무(또는 폴리우레탄 고무), 실리콘 고무, 플루오로를 넣은 고무, 및 폴리술파이드 고무등이다. 특히, 클로로술포닉 폴리에틸렌(CSM)은 날씨-저항, 산 저항, 무기 화학적 저항, 및 마손(abrasion) 저항에서 우위에 있고, 아크릴 산 알킬에테르와 2-클로로에틸 비닐 에테르의 코폴리머, 및 아크릴 산 알킬에테르와 아크릴로니트릴의 코폴리모는 열 저항에서 우위에 있으며, 플루오로를 넣은 고무는 열 저항, 화학 저항, 및 기후-저항에서 우위에 있다. 실리콘 고무는 특히 열 저항에서 우위에 있을 뿐만아니라 넓은 온도범위에서 사용할 수 있고 열화(deterioration) 저항때문에 적합하다. 이것은 또한 폴리아크릴로니트릴 등등을 만드는 다공성 입자를 사용하는데 효과적이다.
제 1고정 연마 폴리싱 도구(14a)의 적당한 경도는 10∼70의 빅커스의 (Vicker's )경도이고, 1000∼10000 kgf/㎠ (9800∼98000 N/㎠)의 탄성계수이며, 바람직하게 3000∼7000 kgf/㎠ (29400∼68600 N/㎠)이다. 다른 한편으로, 제 2고정 연마 폴리싱 도구(14b)의 적당한 경도는 20∼50의 쇼어(Shore's)경도이고, 바람직하게 30∼40 이며, 300∼1000 kgf/㎠ (2940∼9800 N/㎠)의 탄성계수이고, 바람직하게 450∼700 kgf/㎠ (4410∼6860 N/㎠)이다. 여기서, "고정 연마 폴리싱 도구의 탄성계수"는 고정 연마부의 물리적인 특성으로 언급된다. 상기 도구가 이후에 설명되는 적층 구성을 포함할때, 상기 용어 "고정 연마 폴리싱 도구의 탄성계수"는 상부층,예를들어, 고정 연마부의 물리적 특성으로 언급되도록 사용된다.
여기서, 웨이퍼 표면으로부터 스크래치를 제거하는 고정 연마 폴리싱 도구의 기계장치가 설명될 것이다. 도 10(A)에서 도시된 고경도 고정 연마 폴리싱 도구 (14a)의 경우에, 폴리싱 표면은 변형하기가 어렵다. 그러므로, 연마입자가 직경분포의 넓은 다양성을 갖을 때, 큰 입자만이 폴리싱되어질 웨이퍼(20)의 표면에 부착된다. 이렇게, 연마 입자(66)는 스크래치 발생을 일으키도록 웨이퍼상에 과도한 힘이 부가한다. 도 10(B)에서 도시된 고경도 고정 연마 폴리싱 도구 (14b)의 경우에, 더 큰 입자는 웨이퍼(20)와 폴리싱 도구(14b)사이의 갭을 좁게하고, 이것에 의하여 웨이퍼(20)에 접촉하도록 더 작은 연마 입자(66)가 가능하게 하는 폴리싱 도구의 매트릭스내에 끼워넣게 된다. 그러므로, 대다수의 연마입자(66)가 각 연마입자(66)로부터 적용된 작업 힘을 작게하고 동등하게 하도록 웨이퍼(23)에 부착하고, 과도한 힘 로드가 거의 일어나지 않으며, 이런식으로 스크래치를 방지한다.
도 11은 특별한 수용성 바인더(69)가 연마입자(66)의 자기생성을 촉진하기 위해서 바인더안에 포함되는 예를 도시한다. 이 폴리싱 도구에서, 상기 수용성 바인더는 정제수에 용해되고, 화학제나 슬러리가 연마동안 공급되며, 이것에 의해 자기 생성 연마 입자가 증가하는 상기 연마입자는 바인딩 힘을 감소시킨다. 따라서, 대다수의 연마 입자는 작업표면상에서 활동한다. 즉, 상기 유닛 표면영역상에 작업하는 효과적인 연마입자는 각 연마입자가 적당하게 작업표면상에서 활동하도록 각 하나의 연마입자마다 압력힘을 감소시키기 위해 많아진다. 상기 연마입자가 좋을때, 폴리싱 용액으로 연마 입자를 분산시키기 위해 표면활성제같은 분산제를 추가하는 것이 바람직하다.
도 12에서 도시된 제 2고정 연마 폴리싱 도구(14b)는 상기 설명된 상부층으로서 소프트 고정 연마 폴리싱 도구 층(14b1)과 하부층으로서 상부층보다 더 부드러운 직조안된 직물이나 불포화 수지같은 탄성체(14b2)를 갖는 적층 구성을 갖는다. 이러한 구성은 고정 연마 폴리싱 도구에 전면적인 부드러움을 준다.
두께에 관하여, 제조 과정등등에 기인하는 다른 제한은 없다. 그러나, 제 2고정 연마 폴리싱 도구(14b)가 부드러울때는, 큰 탄성 변형을 피하도록 충분히 얇게하는 것이 바람직하다. 제 1고정 연마 폴리싱 도구(14a)는 이러한 제한은 없다. 두꺼운 도구는 더 긴 수명을 얻기위해 표면을 드레싱하거나 회복시킴으로써 재사용될 수 있기때문에, 이후에 설명될, 일반적으로 고정 연마 폴리싱 도구를 두껍게 만들도록 특별히 추천한다. 본 발명자의 경험에 따르면, 제 1고정 연마 폴리싱 도구를 5㎜두께이상, 바람직하게 10∼20㎜두께로 만들고, 제 2고정 연마 폴리싱 도구 (14b)는 5㎜두께이하, 바람직하게 1∼2㎜로 만들도록 추천할 수 있다.
(5) 연마 단계
주 및 마무리 연마 과정의 회전 연마 테이블을 사용하는 추천된 폴리싱 조건은 이후에 설명될 것이다.
주 연마 과정은 폴리싱 도구 표면과 도구표면상에 웨이퍼 연마의 드레싱을 포함한다. 드레싱 조건은, 예를들면: 테이블/드레서의 회전수는 25/30 min-1이고, 드레싱 압력은 50 g/㎠ (490 mN/㎠)이며, 드레싱 시간은 10초이다. 웨이퍼 폴리싱 조건은: 웨이퍼상의 폴리싱 압력은 300 g/㎠ (2940 mN/㎠)이고, 테이블/웨이퍼의 회전수는 30/35 min-1이며, 폴리싱 용제의 공급율은 200 cc/min 이다. 그리고, 폴리싱 용제는 정화된 물(1 wt％이하의 표면활성제를 포함하는)이다. 여기서, 드레싱의 목적은 폴리싱 도구표면상에 잠깐동안 불규칙을 일으키는 것이다. 이렇게, 어떤 드레싱 압력은 필수적이지만, 과도한 압력은 자신의 서비스 수명을 저하하는 도구의 연마를 촉진한다. 이렇게, 드레싱 압력은 200 g/㎠ (1960 mN/㎠)이하여야 하고, 바람직하게 100 g/㎠ (980 mN/㎠)이하이다. 드레싱은 각 물의 폴리싱에 행해져야 한다. 드레싱 시간은 30초이하여야 하고, 상기와 같은 이유로, 바람직하게 15초이하이다. 웨이퍼 폴리싱에서, 폴리싱 도구가 고경도일때, 웨이퍼상의 폴리싱 압력은 웨이퍼로 피해를 막도록 낮아져야 하고, 바람직하게 300 g/㎠ (2940 mN/㎠)이하이다.
마무리 폴리싱 공정은 또한 폴리싱 도구 표면의 드레싱과 도구 표면으로의 웨이퍼의 연마를 포함한다. 드레싱 조건은 예를들면: 테이블/드레서의 회전수는 40/17 min-1이고, 드레싱 압력은 200 g/㎠ (1960 mN/㎠)이며, 드레싱 시간은 17초이다. 웨이퍼 폴리싱 조건은: 웨이퍼상의 연마 압력은 150 g/㎠ (1470 mN/㎠)이고, 테이블/웨이퍼의 회전수는 70/75 min-1이며, 연마 용액의 공급율은 200 cc/min 이다. 그리고, 연마 용액은 정제수(1 wt％이하의 표면활성제를 포함하는)또는 화학제 또는 슬러리이다. 마무리 폴리싱의 경우에, 드레싱 압력은 200 g/㎠ (1960 mN/㎠)이하여야 하고, 바람직하게 100 g/㎠ (980 mN/㎠)이하이다. 드레싱은 각 물의 폴리싱에 행해져야 한다. 드레싱 시간은 20초이하여야 하고, 상기와 같은 이유로, 바람직하게 10초이하이다. 마지막 연마의 목적은 표면피해(특히 스크래치)를 제거하는 것이고, 과도한 압력은 스크래치를 제거하지 않고 때때로 확대할 것이다. 상기 스크래치를 효과적으로 제거하기 위해, 연마 압력은 낮아져야 하고 웨이퍼와 폴리싱 표면사이의 상대 속도는 높아져야 한다. 즉, 폴리싱 압력은 300 g/㎠ (2940 mN/㎠)이하가 되기위해 주 폴리싱 과정에서의 압력보다 작아야 하고, 바람직하게 200 g/㎠ (1960 mN/㎠)이하이고, 폴리싱 테이블의 회전수는 50 min-1이상이고, 바람직하게 70 min-1이상이다.
폴리싱 용액은 연마되는 대상에 좌우되어 산 또는 알카리를 포함한다. 고정 연마 폴리싱 도구에 사용된 매크로 분자 재료는 보통 연마 용액에 저항하는 하이드로포빅(hydrophobic)이다. 이렇게, 상기 도구는 낮은 용액 유지능력을 갖고, 안정한 연마의 실패를 초래한다. 이 문제는 연마 용액내로 약간의 하이드로필릭 (hydrophilic) 특성을 제공하기 위해 표면활성제를 첨가함으로써 해결되고, 이 결과 안정적인 폴리싱이 폴리싱 전체 표면에 균일하게 수행된다. 마무리 폴리싱에서, 표면활성제나 글리세린같은 첨가제가 폴리싱 용제의 점성을 증가하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 첨가제의 첨가시간은 폴리싱 제 1 또는 후반일 것이다. 이것은 도구 표면과 작업대상사이에 액체 완충물을 형성한다. 이렇게, 연마입자는 기계적 폴리싱 요소를 감소하도록 표면상에 부드럽게 작용하고, 이것은 탁월한 스크래치 제거작용을 갖도록 도구를 허용한다. 소자 웨이퍼 표면상에 불규칙 패턴이 평탄화(planairized)되는 제 1 폴리싱 과정 이후에, 마무리 과정에서, 상기 웨이퍼는 부가적 표면두께가 제거되고 이후에 스크래치가 제거된다. 이 경우에, 마무리 연마 공정에서 연마률을 증가하기 위하여, 슬러리가 공급되거나 동일 위치에서 드레싱이 연마시 연마 표면상에 수행된다.
연마의 시간관리에 관하여, 소위 고정 연마 폴리싱 도구의 자기-멈춤 기능이 초기 연마 과정에서 활용될 수 있다. 이것은 불규칙성이 작업표면에서 제거된 후에 폴리싱 과정이 진행되지 않는 현상이다. 이것은 턴테이블이나 톱링을 회전시키는 구동 모터의 부하를 측정함으로써 검출할 수 있다. 금속필름을 연마할때, 다른 방법은 제 1폴리싱의 엔드포인트(endpoint)를 검출할 수 있다. 이것은 톱링에 부착된 와전류 센서를 사용하는 필름 두께 측정에 기초를 둔다. 마무리 연마 과정에서, 이미 평탄화된 표면상에 존재하는 스크래치는 500∼1000Å의 깊이로 연마하는 동안 제거된다. 이렇게 엔드포인트는 시간관리를 사용하거나 광학 또는 와동전류에 기초를 둔 필름두께 게이지와 함께 제거된 두께를 측정함으로써 판단하는 것이 바람직하다.
(6) 드레싱
제 1 폴리싱과정에서 드레싱의 목적은 연마입자의 자기 생성을 촉진하기 위해 이곳에 좋은 스크래치를 제공하도록 고정 연마 폴리싱 도구의 작업표면을 거칠게 하는 것이다. 고경도 연마 도구의 제 1 드레싱에서, 연마입자가 또한 단단하기 때문에 상대 광 하중 부하가 고정 연마표면을 거칠게 하는데 충분하다. 다른 한편으로, 마무리 연마 과정의 고정 연마 폴리싱 도구(14a)는 소정의 탄성을 갖고, 드레싱 부하가 이것을 형성하기에 너무 적다면 효율적으로 드레스되지 않는다. 그러므로, 어떤 드레싱 부하량이 필수적이다. 이 부하가 주 연마 과정에서 보다 대체로 더 크다.
폴리싱 장치에서, 고정 연마 폴리싱 도구(14a, 14a)의 드레싱은 연마 작동(과 같은 위치에서) 동시에 또는 (벗어난 위치에서) 먼저 수행된다. 도 3에서 도시된바와 같이, 바닥에서의 드레싱 도구(9)를 갖는 드레싱부(18)와 턴테이블(9)은 둘다 회전된다. 드레싱 도구(19)는 웨이퍼 폴리싱위치에 대립적인 위치에서 제 1또는 제 2연마 도구(14a, 14b)의 폴리싱 표면에대해 어떤 압력으로 압력을 받는다. 제 1고정 연마 폴리싱 도구(14a)는 어떤 두께와 어떤 깊이로 균일한 연마입자 분포를 갖고, 이렇게 새 폴리싱 표면은 드레싱과정을 거쳐 반복적으로 형성된다. 이렇게 도구의 흔한 교체는 필수적이지 않으며, 이것에 의해 저비용으로 효과적인 연마를 허용한다.
도 13은 드레서 샤프트(70)의 하부끝 표면에 접촉된 드레서 바디(71)와 드레서 바디(71)의 하부에 접촉된 드레서 플레이트(72)를 포함하고 전착된 좋은 다이아몬드 입자상의 드레싱 표면을 갖는 드레서 조립품(11)의 예로서 다이아몬드 드레서를 도시한다. 드레서 샤프트(70)의 하부 끝에서, 접착부(74)는 볼트(75)에의해 안정된다. 세라믹 볼은 유니버설 조인트를 형성하도록 접착부(74)와 드레서 몸체(71)사이에 있다. 드레서 몸체(71)와 접착부(74)는 드레서 몸체(71)에 고정된 접착 볼트(77)에 의해 움직이도록 결합되고, 코일 스프링은 접착부(74)와 접착 볼트(77)사이에 제공된다. 트랜스퍼 핀은 거기사이에 회전력을 전달하기 위해 드레서 몸체 (71)와 접착부(74)사이에 제공된다. 다이아몬드 드레서는 환형 드레서 도구를 형성하도록 드레서 몸체(71)상에 부착된 드레서 도구 세그먼트(segments)에 의해 형성될 것이다.
동시에 드레싱하는 필요성은 예를들어 연마되는 표면의 불규칙의 관점에서 판단된다. 불규칙 밀도가 높을때, 이러한 표면 조건은 연마동안 고정 연마 폴리싱 도구의 표면을 거칠게할 수 있고, 이것에 의해 연마 능력을 지닌 도구를 제공하도록 연마입자의 자기 생성을 촉진한다. 불규칙 밀도가 낮을때, 이러한 기계장치가 작동하지 않고, 연마입자를 강제로 발생하도록 연마와 동시에 도구를 드레스하는 것이 바람직하다.
여기서, 드레싱 용액은 드레싱 도구(19)가 폴리싱 도구에 접촉하는 시간에 또는 그 전에 제 1또는 제 2고정 연마 폴리싱 도구(14a, 14b)위로 드레싱 용제 공급노즐 (21)로부터 공급된다. 이것은 사용된 연마입자나 고정 연마 폴리싱 도구(14a, 14b)의 표면상에 남아있는 연마 용액을 깨끗이 없앤다. 드레싱 용제로서, 정제수나 표면활성제를 첨가된 것이 사용된다. 드레싱 용제는 또한 드레싱 도구(19)와 제 1또는 제 2고정 연마 폴리싱 도구(14a, 14b)가 연마되는 드레싱작동을 통해 발생된 마찰열을 제거하는 냉각제로서 대용된다. 제 1또는 제 2고정 연마 폴리싱 도구(14a, 14b)상에 제공된 드레싱 용액은 턴테이블 회전으로 기인한 원심력에 의해 테이블의 바깥쪽으로 향하게 되고, 프레임(17)의 하부부분에서 거터(gutter) (17a)에 의해 수집된다.
드레싱은 전착된 다이아몬드 입자상에 바닥표면을 갖는 다이아몬드 드레서를 사용함으로써 주로 기계적으로 수행된다. 다른 방법은 전자파 방사를 활용하는 소정의 구성의 고정 연마 폴리싱 도구가 사용가능하다. 이 방사는 표면을 거칠어지는것을 촉진하도록 도구의 표면층을 분해시키고 무르게 한다. 이러한 전자파는 엑시머 램프나 전자빔으로 부터 조사된 집중적인 자외선을 포함한다. 상기 전자파 방법은 폴리싱 도구 표면상에 떨어지는 다이아몬드 입자같은 드레싱 입자를 사용하지 않고, 이렇게 이러한 입자로 인한 잠재적 스크래칭을 막는다.
도 14는 제 2고정 연마 폴리싱 도구가 순환 이송 테이블(스크롤형 테이블)을 포함하는 전체 폴리싱 장치 구성의 다른 실시예를 도시한다. 여기서, 마무리 폴리싱 테이블은 전체 장치가 더 작게되도록 더 작게 된다.
도 15, 16A, 및 16B는 스크롤형 폴리싱 장치의 순환적이고 이송적인 모션 장치를 도시하여 설명한다. 순환적이고 이송적인 모션은 두 표면이 순환하는 상대 이송 모션과 상대 방위를 바꾸지 않는 운동을 제공함을 의미한다. 이러한 디자인에서, 고정 연마 폴리싱 도구는 연마되는 작업대상물보다 약간 더 크게 될 필요가 있고, 이것은 아주 편평한 표면을 갖는 고정 연마 폴리싱 도구의 제조를 쉽게 한다. 또한, 구동모터는 그때문에 작게될 수 있고, 상기 장치도 또한 상기 플로어(floor) 공간을 줄이기 위해 더 작고 컴팩트하게 만들 수 있다. 상기 장치는 순환적이고 이송적인 모션을 제공하는 이송적인 테이블(131)과 아래쪽으로 향하는 연마 표면을 지닌 웨이퍼(20)를 고정하고 고정연마 폴리싱 도구의 표면에 대해 이것에 압력을 가하는 톱링(132)를 포함한다.
이송 테이블(131)은 원통형 케이싱(casing)(134)의 상부로 부터 링-형상내에서 안쪽으로 연장되고 그속에서 모터(133)를 수용한 지지 플레이트(135)를 포함한다. 세개 또는 이상의 지지 섹션(136)은 표면 프레이트(137)을 지지하도록 지지 플레이트(135)의 외면의 위치에서 제공된다. 즉, 각 베어링(140, 141)은 대응 원주위치에서 지지 섹션(136)과 표면 플레이트(137)의 마주보는 표면상에 형성된 디프레션(depressions)(138, 139)내에 제공된다. 베어링(140, 141)의 각 쌍은 도 8에서 도시된대로 거리 "e"에 의해 떨어져있는 샤프트(142, 143)와 각각의 베어링으로 삽입된 단부(ends)를 지닌 접속부재(144)에 의해 접속된다. 표면 플레이트(137)는 원의 반경 "e" 을 따라 순환적이고 이송적인 모션을 겪는다.
상기 플레이트(137)은 베어링(147)을 통해 구멍(148)안에 삽입된 샤프트 (145)가 오프셋(offset) 드라이브 핀(146)을 갖는 모터(133)에 의해 회전된다. 상기 오프셋량은 거리 "e"와 또한 같다. 상기 모터(133)은 케이싱(134)내의 모터 챔버 (149)내에 수용되고, 샤프트(145)는 상부 및 저부 베어링(150, 151)에 의해 지지되며, 상기 오프셋을 균형을 맞추도록 평형기(balancers)(152a, 152b)가 제공된다.
표면 플레이트(137)은 오프셋량 "e"에 의해 웨이퍼(20)보다 약간 더 크게되는 반경을 갖고, 두 부착된 디스크 부재(153, 154)를 포함한다. 두 디스크 부재는 흐르는 물 또는 용액이 연마 인터페이스로 공급되는 디스크사이에서 공간 (155)을 형성한다. 상기 공간(155)은 표면측상에 용액 공급 구멍(156)과 통하고, 상부표면에서 열린 다수의 액체 구멍(157)과 또한 통한다. 표면 플레이트(137)는 최상부 표면에 부착된 제 2고정 연마 폴리싱 도구(159)를 갖는다. 배출 구멍(158)은 제 2고정 연마 폴리싱 도구(159)상에 형성된 액체 구멍 (157)의 대응위치에서 표면 플레이트(137)상에 형성된다. 이들 구멍(157, 158)은 보통 표면 플레이트 (137)와 제 2고정 연마 폴리싱 도구(159)를 가로질러 균등하게 분포된다.
톱링(132)는 웨이퍼(20)의 연마 표면에 관하여 어느 정도의 기울기(tilting)를 허용하기 위해서 샤프트(160)에 부착되는 웨이퍼(20)의 프레싱 도구로서 대용된다. 상기 웨이퍼(20)는 사이에 끼는 탄성 매트(mat)를 거쳐 톱링(132)의 바닥부에 부착된다. 상기 케이싱(134)은 최상부에의 외부 표면으로 부착된 용액 회수 용기(163)를 갖는다.
폴리싱 유닛을 사용하는 폴리싱 과정은 아래에 설명될 것이다. 상기 모터(133)는 순환 이송 모션으로 표면 플레이트(137)를 작동하도록 회전되고, 톱링 (132)에 부착된 상기 웨이퍼(20)는 표면 플레이트(137)에 접착된 제 2고정 연마 폴리싱 도구(159)의 연마 표면에 대해 압력을 받게된다. 연마액은 용액공급 구멍(156), 공간(155)및 구멍(157,158)을 통해 공급되고, 고정 연마 폴리싱 도구 (159)의 표면상에 조립된 홈(grooves)을 통해 연마 인터페이스로 전달된다.
여기서, 반경 "e" 의 순환적이고 이송적인 모션은 웨이퍼(20)의 전체 표면상에 균일한 연마를 생산하기 위해서 제 2고정 연마 폴리싱 도구와 웨이퍼(20)사이에 발생된다. 이 경우에, 작업대상물의 위치와 연마 표면이 고정될때, 연마 표면의 특성에의 국부적 차이는 반대로 연마된 표면에 영향을 끼칠것이다.
이러한 영향을 피하기 위하여, 톱링(132)은 폴리싱이 제 2고정 연마 폴리싱 도구(159)의 같은 스팟(spot)내에서 수행되지 않도록 스스로 느리게 회전된다.
도 14에서 도시된 폴리싱 장치에서, 반도체 웨이퍼(20)는 푸셔(pusher)(12)로부터 톱링 조립체(10), 제 1고정 연마 폴리싱 도구(14a), 푸셔(12), 톱링(132), 및 마무리 고정 연마 폴리싱 도구(14b)를 통하여 이송되고, 푸셔(12)에 이른다. 이렇게 주 폴리싱 유닛의 톱링 조립체(10)은, 웨이퍼를 마무리 과정에 전달한 후, 푸셔(12)로부터 연마되지 않은 웨이퍼가 공급된후 곧 제 1 단계 폴리싱을 시작할 수 있다. 이렇게,이 시스템은 처리량을 증가하기 위해 두 제 1및 제 2단계에서의 웨이퍼를 동시에 연마할 수 있다. 연마된 상기 반도체 웨이퍼는 하나 또는 두개의 제 1및 마무리 연마 과정이후에 정제수 또는 화학제를 공급함으로써 세정될 것이다.
도 17은 제 1및 제 2폴리싱 유닛(1a, 1b)은 각 턴테이블(9)과 각 턴테이블에 부착된 제 1 및 제 2고정 연마 폴리싱 도구(14a, 14b)를 각각 포함되는 본 발명의 다른 실시예를 도시한다. 실시예에서, 제 1및 제 2폴리싱 유닛은 흔히 하나의 톱링 조립체(10)를 갖는다. 이 실시예에서, 웨이퍼(20)는 푸셔(12)로부터 톱링 조립체 (10), 제 1고정 연마 폴리싱 도구(14a), 및 마무리 고정 연마 폴리싱 도구(14b)를 통하여 이송되고, 푸셔(12)로 돌아온다. 이렇게 제 1및 제 2폴리싱 과정사이의 웨이퍼를 전달하는 것은 필수적이지 않고, 이것에 의해 작동사이클이 짧아진다.
도 18은 링 또는 컵형 고정 연마 폴리싱 도구(14A)를 포함하는 본 발명의 다른 실시예를 도시한다. 도 18A,및 18B에서 도시된바와 같이, 상기 도구(14A)는 디스크형 지지 부재(80)의 저부 표면에서 링형 고정 연마부재(81)를 부착함으로써 구성된다. 상기 도구(81)의 하부/내부와 외부 가장자리부(82, 83)는 도 18C에서 도시된 바와같이 어떤 반경의 둥글게된 챔퍼(chamfer)로 형성된다.
상기 설명된 컵형 고정 연마 연마 도구(14A)는 도 19에서 도시된 폴리싱 장치상에 사용된다. 상기 장치는 위쪽으로 향하는 연마되는 표면을 지닌 웨이퍼를 회전가능하게 고정하는 웨이퍼 홀더(84a)와 아래쪽으로 향하는 폴리싱 표면을 지닌 고정 연마 폴리싱 도구(14A)를 고정하는 도구 홀더(85)를 포함한다.
상기 웨이퍼 홀더(84a)는 상부 표면상의 웨이퍼를 수용하는 회전하는 테이블 (86)과 웨이퍼와 함께 분출(flush)되는 표면을 지닌 웨이퍼를 둘러싸고 J방향에서 상호적으로 이동하는 이송 테이블(87)을 포함한다. 다른 한편으로, 도구 홀더(85)는 구동 모터에 의해 구동되고 비도시된 가압하는 조립체에 의하여 아래쪽으로 고정 연마 폴리싱 도구(14A)를 가압하는 회전 샤프트(88)을 포함한다.
이 장치에서, 웨이퍼(20)의 전체 표면이 독립적으로 웨이퍼 홀더와 컵형 고정 연마 폴리싱 도구를 회전하고, 웨이퍼(20)위로 폴리싱 도구(14A)를 가압하며, 상호적으로 이송 테이블(87)을 이동함으로써 폴리싱된다. 여기서, 폴리싱 도구 (14A)의 내부와 외부 가장자리부(82, 83)는 둥글게 되고, 이렇게 웨이퍼(20)는 전체적으로 균일하게 폴리싱된 표면을 이루기 위해서 가장자리부(82, 83)에 의해 과도하게 폴리싱되지 않는다.
도 20은 폴리싱 장치의 다른 실시예를 도시하고, 이것은 표면의 내부영역에서 제 1고정 연마 폴리싱 도구(14a)와 외부영역에서 제 2고정 연마 폴리싱 도구 (14b)를 갖는 턴테이블을 포함한다. 제 2고정 연마 폴리싱 도구(14b)가 외부영역에 위치되기 때문에, 반경 벡터는 제 1고정 연마 폴리싱 도구보다 더 크고, 그 결과 상대 속도는 제 2고정 연마 폴리싱 도구(14b)가 더 높다. 이것은 스크래치가 없는 표면을 얻는 이점이 있다. 또한, 제 1및 제 2고정 연마 폴리싱 도구(14a, 14b)사이에 형성된 환형 홈은 다른 연마 용액을 서로 혼합하지 않게 도움을 준다.
도 21은 본 발명의 다른 실시예의 폴리싱 장치에서 구성요소(component) 유닛의 배치를 도시한다. 도 21에서 도시된 바와같이, 직사각형의 형상인 플로어 공간의 일단에서, 반도체 웨이퍼의 전달을 위한 로딩/언로딩 유닛(221)이 있고, 이것은 폴리싱 장치로 및 부터 연마되거나 이미 연마되었다. 플로어 공간의 대향 단에서, 두개의 주 폴리싱 유닛(230a, 230b)이 있다. 이송 라인은 로딩/언로딩 유닛(221)과 두 폴리싱 유닛(230a, 230b)사이를 연장하고, 두 로봇 이송장치(222a, 222b)는 이 실시예에서 이송 라인을 따라 제공된다.
이송 라인의 일측에서, 반도체 웨이퍼를 뒤집기 위한 작업대상물 인버터 (inverter)(225)가 있고, 대향측에서, 배치된 마무리 폴리싱 유닛(230c)과 세개의 세정 기계(223a, 223b, 및 223c)가 있다. 세정 기계(223a, 223b, 및 223c)는 헹굼 기계 또는 브러시나 스폰지를 사용하는 세탁 기계를 포함한다.
주 폴리싱 유닛(230a, 230b)과 마무리 폴리싱 유닛(230c)은 기본적으로 같은 구성이고 폴리싱 도구의 연마 표면의 순환 이송 모션과 작업대상물(20)을 고정하고 주어진 압력을 지닌 폴리싱 도구 표면위로 이것을 가압하는 톱링을 구비한 이송 테이블부가 각각 제공된다.
주 폴리싱 유닛(230a, 230b)과 마무리 폴리싱 유닛(230c)는 도 15및 도16에서 도시된 바와같이 같은 구성이다. 즉, 연마 플레이트(259)는 주 폴리싱 유닛 (230a, 230b)의 표면 플레이트(137)의 상부 표면상에 부착되고, 연마포(259)는 마무리 폴리싱 유닛(230c)의 표면 플레이트(137)의 상부 표면상에 부착된다. 연마 플레이트(259)는 이 실시예에서 표면 플레이트상에 직접 접착됨에도 불구하고, 상기 설명된대로 카트리지형 연마 도구를 사용하는 고정 방법을 적용하는 것이 가능하다. 이들 연마 플레이트(159)와 연마포(159a)는 또한 액체 구멍(157)에 대응하여 다수의 배출 구멍(158)이 제공된다. 액체 구멍(157)과 배출 구멍(158)은 표면 플레이트(137)의 전체 표면들에 걸쳐 일반적으로 균일하게 분포된다.
연마 플레이트(159)는 여러개의 마이크로미터이하의 연마 입자(예를 들어, CeO2)를 위한 바인더로서 역할하는 수지로 만든 원형 디스크이다. 연마 표면이 편평함을 보장하도록, 재료와 제조 과정은 연마 플레이트가 제조와 저장동안 활모양으로 휘어지고 변형이 보이지 않기위해 선택되어 진다. 연마 플레이트(159)의 표면은 연마 용액이 분산되고 연마 파편을 제거하도록 격자모양, 나선모양, 방사패턴(비도시)의 형상으로된 홈으로 만든 채널(channels)이 제공된다. 상기 배출 구멍(158)은 채널에 정렬된다. 연마 용액내에서 포함된 연마입자의 입자 크기는 상기 크기가 거친 폴리싱 유닛(230a, 230b)을 위하여 상대적으로 크도록 선택되지만, 마무리 폴리싱 유닛(230c)에서는 상대적으로 작다.
상기 톱링은 도 15에서 도시된 바와같이, 같은 방식으로 구성된다.
이러한 구성의 연마 촉진 작용은 다음에서 설명된다. 웨이퍼 저장 카세트내의 웨이퍼(작업대상물)(20)는 필수적으로 주 폴리싱 유닛(230a 또는 230b)내에서 톱링(132)중의 하나에 부착되는 웨이퍼 인버터(225)를 통해 이송 로봇(222a, 222b)에 의해 이송된다. 주 폴리싱 유닛(230a 또는 230b)내에서 거칠게 연마된다. 상기 거칠게 폴리싱된 웨이퍼는 로봇(222a, 222b)에 의해 폴리싱 유닛(230c)내에서 씻겨지고 마무리되는 세정부(223a)로 이송된다.
연마 작용의 상세함이 설명될 것이다. 플레이트(137)의 표면은 구동 모터의 작동에 의해 순환 이송 모션(스크롤 모션)을 겪고, 톱링(132)에 부착된 웨이퍼(20)는 표면 플레이트(137)에 접착된 연마 플레이트(159)의 표면에 대해 감압된다. 연마 용액은 액체 구멍(157), 배출구멍(158) 및 연마 플레이트(159)상의 채널을 통해 웨이퍼(20)의 작업표면에 도달하도록 공급된다.
웨이퍼(20)와 연마 플레이트(159)의 표면사이의 상세한 순환 이송 모션(모션 반경 "e" 의)의 행동은 웨이퍼(20)의 전체 작업표면상에 균일한 연마를 생성한다. 웨이퍼(20)가 일정한 관계에서 웨이퍼(20)와 연마 플레이트(159)를 위치함으로써 진행될 때, 연마 플레이트(159)의 표면조건에서 국부적인 차이에 의해 유도되는 어떤 문제를 일으킨다. 이러한 문제를 피하기 위하여, 톱링(132)은 연마 플레이트(159)에 상대적인 웨이퍼(20)의 위치를 변화하기 위해서 느리게 회전된다. 이렇게, 반도체 웨이퍼의 표면은 연마 플레이트(159)의 다른 위치에서 계속적으로 균일하게 연마된다. 마무리 폴리싱은 기본적으로 거친 폴리싱으로 같은 과정이다. 여기서, 주 연마 과정에서, 연마 조건은 웨이퍼(20)과 폴리싱 도구(연마 플레이트)(159)는 상대적으로 빠른 속도로 이동되고, 가압력은 상대적으로 높고 연마 용액은 주어진 재료이동의 양을 생산하기 위해 상대적으로 거친 연마입자를 포함한다.
다른 한편으로, 마무리 폴리싱 과정의 목적은, 작업표면의 평탄성과 부드러움을 생성하는 것과 더불어, 웨이퍼 표면으로 부터 어떤 파편된 마이크로-입자를 제거하는 것이다. 그 까닭으로, 폴리싱 도구(천)(159a)의 작업표면의 거칠음은 더 좋게되고, 폴리싱 도구와 웨이퍼사이의 상대 모션 속도와 가압력은 주 폴리싱 과정에서의 것보다 더 낮게 만든다. 폴리싱 용액은 주로 정화된 물이지만, 경우에 따라서 용액이나 슬러리가 필요할 때 사용될 것이다. 슬러리를 사용할 때, 슬러리내의 연마 플레이트와 같은 재료의 폴리싱 입자의 사용은 어떤 경우에는 좋은 결과를 낳는다.
마무리 폴리싱 과정이후의 웨이퍼(20)는 세정 기계(223a∼223c)에서 하나 또는 여러개의 세정과 건조 단계에 영향을 받는다. 이 폴리싱 설비에서, 두 주 폴리싱 유닛(230a, 230b)는 하나의 마무리 폴리싱 유닛(230c)가 제공되는 동안 주 폴리싱 과정을 수행하도록 제공된다. 이 배치는 주 폴리싱 과정의 지속기간이 마무리 폴리싱의 기간보다 더 길다는 이유때문에 선택되고, 그 결과, 두 유닛중 하나는 다른것의 작업중단시간 동안 동작하여 동작 효율을 증가시킬 수 있다.
본 연마 설비에 있어서, 연마 처리는 2개의 스테이지에서 병렬로 수행되기 때문에, 입자 크기 및 용액 출구 개구부(157, 158)는 각 연마 처리의 특성에 적합하도록 선택될 수 있고, 따라서, 각 연마 처리의 기간은 단축된다. 따라서, 전체 스루풋(행해진 일)은 종래의 폴리싱 장치에 비하여 상당히 개선된다.
또한, 폴리싱 유닛(230a 내지 230c)은 순환 병진운동으로 이동되기 때문에, 표면 플레이트(137)의 크기는 이심률("e")의 양 만큼 반도체 웨이퍼(20) 보다 큰 것이 필요하다. 따라서, 종래의 폴리싱 유닛(10)과 비교하여 설치공간이 상당히 줄어든다. 부가적으로 현존하는 레이아웃을 수정할 뿐아니라 세정기 및 웨이퍼 역전기 등의 유닛의 결합된 레이아웃을 설계하는 것이 더 용이하다. 또한, 표면 플레이트(137)는 폴리싱 유닛(230a 내지 230c)에서 순환 병진운동을 겪고, 그것의 외주 가장자리를 따라 분포된 몇몇의 장소에서 지지되고 고속 턴테이블에 기초한 종래의 폴리싱 장치에 비하여 연마된 웨이퍼의 개선된 평탄도에 기여한다.
도 21에 도시된 설비에 있어서, 비록 연마포가 제 2연마 공정에서 사용될 지라도 제 2연마공정에서 연마 플레이트를 사용하는 것은 가능하다. 이 경우, 제 2연마 처리에서 사용되는 연마 플레이트의 연마 입자는 제 1연마 공정에서 사용되는 것보다 더 미세하여야 한다.
다음, 제 1 및 제 2연마 단계에서의 몇몇의 통상적인 동작 파라미터가 비교된다.
1. 제 1연마 단계(초벌 연마)
연마 용액 연마될 재료에 따라 다름
연마 플레이트의 연마 입자 재료
CeO2
입자 크기 0.1 - 10 mm
가압 압력 200 - 500 g/㎠(1960 - 4900 mN/㎠)
상대 속도 0.07 - 0.6 m/sec
연마 기간 제거 속도에 따라 다름
제 2 연마 단계(마무리 연마)
연마 용액 물, 화학제, 슬러리
연마포 부드러운 천(부직포, 냅 라미네이션
(nap lamination))
가압 압력 0 - 200 g/㎠ (1 - 1960 mN/㎠)
상대 속도 0.07 - 0.6 m/sec
연마 기간 10 - 120 sec
상기 실시예에 있어서, 연마 도구는 고정 연마 폴리싱도구와 동일한 범위를 담당하는데 사용되는 "연마 플레이트"로서 설명된다. 상술된 실시예들은 단지 설명을 위해서 제공되었고, 본 발명의 범위를 제한하도록 구성되어서는 안된다. 하기의 특허청구범위의 범위를 벗어나지 않고 다양한 변경과 수정이 행해질 수 있다.
본 발명은 여러가지 형태의 고정 연마 폴리싱방법을 사용함으로써 환경적인 문제 및 비용 문제에 대한 고유의 장점을 유지하면서 웨이퍼표면상의 높은 평탄도와 적은 스크래치 생성을 갖는 우수한 품질을 달성할 수 있다.

Claims (27)

  1. 반도체 소자 웨이퍼의 표면 연마 방법에 있어서,
    제 1 고정 연마 방법에 의하여 상기 반도체 웨이퍼의 표면을 먼저 연마하는 단계; 및
    상기 제 1 고정 연마 방법과 다른 제 2 고정 연마 방법에 의하여 상기 반도체 웨이퍼의 상기 연마 표면을 마무리 연마하는 단계를 포함하는 반도체 소자 웨이퍼의 표면 연마 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제 2 고정 연마 방법은 상기 제 1 고정 연마 방방에서 사용된 제 1 고정 연마 도구와 다른 제 2 고정 연마 도구를 사용하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 웨이퍼의 표면 연마 방법.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 제 2 고정 연마 도구는 상기 제 2 고정 연마 도구보다 연성인 것을 특징으로 하는 반도체 소자 웨이퍼 표면의 연마 방법.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 제 2 고정 연마 도구는 상기 제 1 연마 도구보다 더 낮은 탄성율를 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 웨이퍼 표면의 연마 방법.
  5. 제 2항에 있어서,
    상기 제 2 고정 연마 도구는 상기 제 1 고정 연마 도구의 제 1 연마 입자보다 더 낮은 경도를 갖는 제 2 연마 입자를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 웨이퍼의 표면 연마 방법.
  6. 제 2항에 있어서,
    상기 제 2 고정 연마 도구는 상기 제 1 고정 연마 도구보다 더 높은 연마 입자 자기 생성 능력을 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 웨이퍼 표면의 연마 방법.
  7. 제 2항에 있어서,
    상기 제 2 고정 연마 도구는 상기 제 1 고정 연마 도구보다 더 높은 공극율을 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 웨이퍼의 표면 연마 방법.
  8. 제 2항에 있어서,
    상기 제 2 고정 연마 도구는 상기 제 1 고정 연마 도구보다 더 낮은 바인더 비율을 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 웨이퍼의 표면 연마 방법.
  9. 제 2항에 있어서,
    상기 제 2 고정 연마 도구는 수용성 바인더를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 웨이퍼의 표면 연마 방법.
  10. 제 2항에 있어서,
    상기 제 2 고정 연마 도구는 상기 제 1 고정 연마 도구의 제 1 연마 입자 보다 더 작은 직경을 갖는 제 2 연마 입자를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 웨이퍼의 표면 연마 방법.
  11. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 고정 연마 도구는 상기 바인더에 매립된 탄성 마이크로 입자를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 웨이퍼의 표면 연마 방법.
  12. 제 2항에 있어서,
    상기 제 2 고정 연마 도구는 상부 경화 도구 층과 하부 탄성 층을 포함하는 적층 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 웨이퍼의 표면 연마 방법.
  13. 제 1항에 있어서,
    상기 제 2 고정 연마 방법은 상기 제 1 고정 연마 방법의 제 1 상태와 다른 제 2 상태로 수행되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 웨이퍼의 표면 연마 방법.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 제 2 고정 연마 방법은 상기 제 1 고정 연마 방법에서 사용된 제 1 연마액과 다른 제 2 연마액을 사용하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 웨이퍼의 표면 연마 방법.
  15. 제 1항에 있어서,
    연마 도구의 드레싱이 상기 제 1 연마 공정 및/또는 상기 마무리 연마 공정과 동시에 수행되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 웨이퍼의 표면 연마 방법.
  16. 제 1항에 있어서,
    상기 소자 웨이퍼는 상기 제 1 연마 공정과 상기 마무리 연마 공정사이에서 세정되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 웨이퍼의 표면 연마 방법.
  17. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 연마 공정과 상기 마무리 연마 공정은 다른 연마 조건에서 동일한 고정 연마 도구를 사용하여 수행되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 웨이퍼의 표면 연마 방법.
  18. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 연마 공정과 상기 마무리 연마 공정은 동일한 고정 연마 도구와 다른 연마액을 사용하여 수행되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 웨이퍼의 표면 연마 방법.
  19. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 연마 공정과 상기 마무리 연마 공정은 동일한 고정 연마 도구를 사용하여 수행되며, 상기 연마 도구의 드레싱은 연마와 동싱 수행되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 웨이퍼의 표면 연마 방법.
  20. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 연마 공정과 상기 마무리 연마 공정은 동일한 고정 연마 도구를 사용하여 수행되며, 상기 소자 웨이퍼는 상기 제 1 연마 공정과 상기 마무리 연마 공정사이에서 세정되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 웨이퍼의 표면 연마 방법.
  21. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 연마 공정과 상기 마무리 연마 공정은 동일한 고정 연마 도구에 의하여 수행되며, 상기 연마 도구는 상기 제 1 연마 공정과 상기 마무리 연마 공정사이에서 세정되거나 드레싱되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 웨이퍼의 표면 연마 방법.
  22. 반도체 소자 웨이퍼의 표면 연마 방법에 있어서,
    상기 소자 웨이퍼의 연마는 기계적 연마 효과에 주로 기초하여 수행되는 제 1 연마 공정; 및
    상기 소자 웨이퍼의 연마가 화학적 연마 효과에 주로 기초하여 수행되는 마무리 연마 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 웨이퍼의 표면 연마 방법.
  23. 반도체 소자 웨이퍼의 표면 연마 장치에 있어서,
    상기 소자 웨이퍼의 연마는 기계적 연마 효과에 주로 기초하여 수행되는 제 1 연마 공정; 및
    상기 제 1 고정 연마 도구와 다른 제 2 연마 도구를 포함하는 마무리 연마 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 웨이퍼의 표면 연마 장치.
  24. 제 23항에 있어서, 상기 마무리 연마 장치의 웨이퍼 고정 부재는 상기 웨이퍼를 둘러싸과 연마동안 상기 제 2 고정 연마 도구의 표면과 접촉하게 웨이퍼 보유 링을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 웨이퍼의 표면 연마 장치.
  25. 제 23항에 있어서, 상기 제 2 및/또는 제 2 고정 연마 도구는 턴테이블, 병진 이동 테이블 또는 컵형상의 고정 연마 도구를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 웨이퍼의 표면 연마 장치.
  26. 반도체 소자 웨이퍼의 표면의 연마 방법에 있어서,
    제 1 연마 도구로 상기 반도체 웨이퍼의 표면을 먼저 연마하는 단계; 및
    상기 고정 연마 도구로 상기 소자 웨이퍼의 상기 표면상에 남아 있는 스크래치를 제거하는 상기 반도체 웨이퍼의 상기 연마 표면을 마무리 연마하는 단계를 포함하는 반도체 소자 웨이퍼의 표면 연마 방법.
  27. 반도체 소자 웨이퍼의 표면의 연마 방법에 있어서,
    제 1 연마 플레이트로 상기 반도체 웨이퍼의 표면을 먼저 연마하는 단계; 및
    상기 제 1 연마 플레이트와 다른 제 2 연마 플레이트로 상기 반도체 웨이퍼의 상기 연마 표면을 마무리 연마하는 단계를 포함하는 반도체 소자 웨이퍼의 표면 연마 방법.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100723788B1 (ko) * 2001-12-12 2007-05-30 매그나칩 반도체 유한회사 반도체 소자의 화학적 기계적 연마 방법
KR100914578B1 (ko) * 2007-12-12 2009-08-31 주식회사 실트론 웨이퍼 가공장치 및 이를 이용한 웨이퍼 가공방법

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10131668B4 (de) 2001-06-29 2006-05-18 Infineon Technologies Ag Verfahren zur abrasiven Bearbeitung von Oberflächen, auf Halbleiter-Wafern
DE60320227T2 (de) * 2002-02-20 2009-05-20 Ebara Corp. Verfahren und einrichtung zum polieren
US6908366B2 (en) 2003-01-10 2005-06-21 3M Innovative Properties Company Method of using a soft subpad for chemical mechanical polishing
EP1590127A1 (en) * 2003-01-10 2005-11-02 3M Innovative Properties Company Pad constructions for chemical mechanical planarization applications
JP2004273547A (ja) * 2003-03-05 2004-09-30 Kao Corp 研磨速度選択比向上剤
DE102004011994A1 (de) * 2004-03-11 2005-09-29 Siltronic Ag Verfahren zur Herstellung der Halbleiterscheibe
DE102007035266B4 (de) * 2007-07-27 2010-03-25 Siltronic Ag Verfahren zum Polieren eines Substrates aus Silicium oder einer Legierung aus Silicium und Germanium
DE102008053610B4 (de) * 2008-10-29 2011-03-31 Siltronic Ag Verfahren zum beidseitigen Polieren einer Halbleiterscheibe
DE102009051007B4 (de) * 2009-10-28 2011-12-22 Siltronic Ag Verfahren zum Polieren einer Halbleiterscheibe
CN114121637A (zh) * 2020-08-31 2022-03-01 和舰芯片制造(苏州)股份有限公司 一种用于多晶硅层的研磨工艺及晶圆

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR950007015A (ko) * 1993-08-18 1995-03-21 테오도르 이 갈랜쎄이 트렌치 평탄화법에 의해 서브 마이크론적으로 접합된 soi
KR970052699A (ko) * 1995-12-29 1997-07-29 김주용 씨엠피(cmp)를 이용한 박막 평탄화방법
KR980005725A (ko) * 1996-06-21 1998-03-30 김주용 반도체 소자의 층간 절연막 평탄화 방법
KR19980012045U (ko) * 1996-08-24 1998-05-25 문정환 반도체 제조장비의 연마장치
KR19990023250A (ko) * 1997-08-29 1999-03-25 모토로라, 인크 입자 오염을 방지하기 위하여 물 린스를 사용하는 화학 기계적인 평탄화 방법

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6413156B1 (en) * 1996-05-16 2002-07-02 Ebara Corporation Method and apparatus for polishing workpiece
JPH11156704A (ja) * 1997-11-21 1999-06-15 Ebara Corp 基板の研磨装置
JP2000315665A (ja) * 1999-04-29 2000-11-14 Ebara Corp 研磨方法及び装置
EP0807492B1 (en) * 1996-05-16 2003-03-19 Ebara Corporation Method for polishing workpieces and apparatus therefor
US5897426A (en) * 1998-04-24 1999-04-27 Applied Materials, Inc. Chemical mechanical polishing with multiple polishing pads

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR950007015A (ko) * 1993-08-18 1995-03-21 테오도르 이 갈랜쎄이 트렌치 평탄화법에 의해 서브 마이크론적으로 접합된 soi
KR970052699A (ko) * 1995-12-29 1997-07-29 김주용 씨엠피(cmp)를 이용한 박막 평탄화방법
KR980005725A (ko) * 1996-06-21 1998-03-30 김주용 반도체 소자의 층간 절연막 평탄화 방법
KR19980012045U (ko) * 1996-08-24 1998-05-25 문정환 반도체 제조장비의 연마장치
KR19990023250A (ko) * 1997-08-29 1999-03-25 모토로라, 인크 입자 오염을 방지하기 위하여 물 린스를 사용하는 화학 기계적인 평탄화 방법

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100723788B1 (ko) * 2001-12-12 2007-05-30 매그나칩 반도체 유한회사 반도체 소자의 화학적 기계적 연마 방법
KR100914578B1 (ko) * 2007-12-12 2009-08-31 주식회사 실트론 웨이퍼 가공장치 및 이를 이용한 웨이퍼 가공방법

Also Published As

Publication number Publication date
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