KR20010043003A - 다중 폴리싱 패드를 구비한 화학적 기계적 폴리싱 - Google Patents

다중 폴리싱 패드를 구비한 화학적 기계적 폴리싱 Download PDF

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KR20010043003A
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조셉 제이. 스위니
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Abstract

화학적 기계적 폴리싱에서, 하나 이상의 고정 연마 폴리싱 패드(110)로써 기판을 평탄화한다. 그 후, 표준 폴리싱 패드(100)로써 기판을 폴리싱하여 고정 연마 폴리싱 패드(110)에 의해 생성된 스크래지 흠집을 제거한다.

Description

다중 폴리싱 패드를 구비한 화학적 기계적 폴리싱{CHEMICAL MECHANICAL POLISHING WITH MULTIPLE POLISHING PADS}
전형적으로, 전도층, 반전도층 또는 절연층의 연속적인 증착에 의해 기판, 특히 실리콘 웨이퍼 상에 집적 회로를 형성한다. 각각의 층을 증착한 후, 회로 형상을 생성하도록 이들 층을 에칭한다. 일련의 층들을 연속적으로 증착하여 에칭하면서, 기판의 외부 또는 최상부면, 즉 기판의 노출면은 점차 비평탄화된다. 이러한 비평탄화 외부면은 집적 회로 제조 회사에게 문제점을 제시한다. 따라서, 비교적 편평한 표면을 제공하기 위해 기판 표면을 주기적으로 평탄화할 필요가 있다. 그러나, 어떠한 조립 공정에서도 외부층을 평탄화함으로써 하부층이 노출되어선 안된다.
화학적 기계적 폴리싱(CMP)에는 한 가지 평탄화 방법이 있다. 이러한 평탄화 방법은 전형적으로 캐리어(carrier) 또는 폴리싱 헤드 상에 기판을 장착한다. 회전하는 폴리싱 패드에 대하여 기판의 노출면을 위치시킨다. 폴리싱 패드는 "표준" 패드 또는 고정 연마 패드일 수 있다. 고정 연마 패드는 오염 억제제에 함유된 연마 입자를 가지는 한편, 표준 패드는 연마 입자를 이용하지 않는 내구 표면을 가진다. 폴리싱 패드에 대하여 기판을 밀기 위해 캐리어 헤드가 기판 상에 제어 가능한 하중, 즉 압력을 제공한다. 하나 이상의 화학 반응제를 포함하는 폴리싱 슬러리(polishing slurry)를 폴리싱 패드의 표면에 공급한다. 표준 패드를 이용한다면 폴리싱 슬러리는 연마 입자를 포함한다.
효과적인 화학적 기계적 폴리싱 공정은 높은 폴리싱 비(high polishing rate)를 제공할 뿐만 아니라, 마무리 되고(소규모 거칠기 결핍), 편평한(대규모 토포그래피(topography) 결핍) 기판 표면을 제공한다. 폴리싱 비, 마무리 및 편평성은 패드와 슬러리 결합, 기판과 패드 사이의 상대 속도, 및 패드에 대한 기판의 가압력에 의해 결정된다.
고정 연마 패드로 인해 재발생하는 문제점은 기판 표면에 생성되는 스크래치(scratches)이다. 특히, 고정 연마 패드를 이용하는 어떤 화학적 기계적 폴리싱 공정은 기판 표면에 얕은 홈(shallow grooves), 예컨대, 500Å 급이 생성된다. 이러한 홈은 기판 마무리가 집적 회로 조립에 부적합하게 함으로써 공정 수율을 떨어뜨린다.
본 발명은 일반적으로 기판의 화학적 기계적 폴리싱에 관한 것이며, 더 구체적으로는 고정 연마 폴리싱 패드로써 기판을 폴리싱하는 것에 관한 것이다.
도 1은 기계적 화학적 폴리싱 장치의 개략 분해사시도이다.
도 2a는 도 1의 화학적 기계적 장치의 제 1 폴리싱 스테이션의 개략 단면도이다.
도 2b는 도 1의 화학적 기계적 장치의 최종 폴리싱 스테이션의 개략 단면도이다.
도 3a 내지 도 3e는 본 발명의 방법을 도시하는 기판의 개략 단면도이다.
한 양상에서, 본 발명은 기판을 폴리싱하는 방법을 구현한다. 이러한 공정은 기판을 거의 평탄화할 때까지 고정 연마 폴리싱 패드에 의해 화학적 기계적 폴리싱하는 단계, 및 임의의 스크래치를 제거하기 위해 비고정 연마 폴리싱 패드에 의해 기판을 화학적 기계적 폴리싱하는 단계를 포함한다.
본 발명의 실시는 다음을 포함할 수도 있다. 고정 연마 폴리싱 패드는 폴리싱 장치의 제 1 폴리싱 스테이션에 위치할 수도 있으며, 비고정 연마 폴리싱 패드는 폴리싱 장치의 제 2 폴리싱 스테이션에 위치할 수도 있다. 예컨대, 제 2 폴리싱 스테이션에서 기판을 폴리싱하기 전에, 제 3 폴리싱 스테이션에서 제 2 고정 연마 폴리싱 패드 또는 제 2 비고정 연마 폴리싱 패드에 의해 기판을 화학적 기계적 폴리싱할 수도 있다. 제 1 폴리싱액은 제 1 폴리싱 스테이션으로 공급될 수도 있고, 제 2 폴리싱액은 제 2 폴리싱 스테이션으로 공급될 수도 있으며, 제 3 폴리싱액은 제 3 폴리싱 스테이션으로 공급될 수도 있다. 제 1 폴리싱액은 제 2 폴리싱액과 상이한 pH를 가질 수도 있다. 제 2 폴리싱액은 연마 입자를 포함할 수도 있다. 고정 연마 폴리싱 패드는 바인더 재료(binder material)에 함유된 연마 알갱이(abrasive grains)를 포함하는 상부층, 및 폴리머 막(polymeric film), 종이, 섬유 및 금속막으로 이루어지는 군으로부터 선택된 하부층을 포함할 수도 있다. 비고정 연마 폴리싱 패드는 폴리우레탄을 포함하는 제 1 층, 및 압축 펠트 섬유(compressed felt fiber)를 포함하는 제 2 층, 또는 통기성 재료로 이루어진 층을 포함한다.
다른 양상에서, 본 발명은 기판 상에 평탄화된 층을 형성하는 방법을 구현한다. 기판의 비평탄 표면상에 층이 형성된다. 잔류층이 표면 위에 남을 때까지 고정 연마 폴리싱 패드에 의해 이러한 층을 화학적 기계적 폴리싱하며, 임의의 스크래치를 제거하기 위해 비고정 연마 폴리싱 패드에 의해 잔류층을 화학적 기계적 폴리싱한다. 잔류층의 두께는 잔류층 내에 형성된 임의의 스크래치 깊이와 동일하거나 더 크다.
본 발명의 실시는 다음을 포함한다. 잔류층은 예컨대 약 100 내지 1000Å와 같이, 임의의 스크래치의 깊이와 대략 동일한 두께를 가진다. 층이 타깃 두께, 예컨대 300 내지 1000Å을 가지면, 비고정 연마 폴리싱 패드에 의한 폴리싱이 중지되어 비평탄 표면 위에 남게 된다.
본 발명의 장점은 다음을 포함할 수도 있다는 것이다. 기판의 스크래치를 감소시키거나 제거하여, 공정 수율을 향상시킨다.
본 발명의 다른 특징과 장점을 도면과 청구 범위를 포함하여 다음의 상세한 설명으로부터 보다 명확하게 설명한다.
도 1을 참조하면, 화학적 기계적 폴리싱 장치(20)에 의해 하나 이상의 기판(10)을 폴리싱한다. 여기에 명세서 모두 참조로 첨부된, 미국 특허출원 제 5,738,574 호에 폴리싱 장치(20)의 상세한 설명이 개재되어 있다. 폴리싱 장치(20)는 상부에 테이블 탑(table top)(23)이 장착된 하부 머신 기부(lower machine base)(22), 및 제거가능한 외부 커버(도시 안함)를 포함한다. 제 1 폴리싱 스테이션(25a), 제 2 폴리싱 스테이션(25b), 및 최종 폴리싱 스테이션을 포함하는 일련의 폴리싱 스테이션과 전송 스테이션을 테이블 탑(23)이 지지한다. 전송 스테이션(27)은 3개의 폴리싱 스테이션(25a,25b,25c)과 함께 일반적으로 사각형을 형성한다. 로딩 장치(도시 안함)로부터 개개의 기판(10)을 수용하는 기능, 기판을 세척하는 기능, 캐리어 헤드 내측으로 기판을 로딩하는 기능, 캐리어 헤드로부터 기판을 수용하는 기능, 다시 기판을 세척하는 기능, 및 최종적으로 기판을 로딩 장치로 전송하는 기능을 포함하는 복수의 기능을 전송 스테이션(27)이 제공한다.
각각의 폴리싱 스테이션은 회전가능한 플래턴(rotatable platen)을 포함하며, 이러한 회전가능한 플래턴 상에는 폴리싱 패드가 위치한다. 제 1 스테이션(25a) 및 제 2 스테이션(25b)은 고정 연마 패드(100)를 포함할 수도 있는 한편, 최종 폴리싱 스테이션은 표준 패드(110)를 포함할 수도 있다. 기판(10)이 "8 인치(inch)"(200 mm) 또는 "12 인치"(300 mm) 직경의 디스크라면, 플래턴 및 폴리싱 패드의 직경은 각각 12 인치 또는 13 인치이다. 각각의 플래턴(30)은 플래턴 구동 모터(도시 안함)에 연결된 회전가능한 알루미늄 또는 스테인레스 강판일 수도 있다. 대부분의 폴리싱 공정에 있어서, 플래턴 구동 모터는 30 내지 200 rev/min로 플래턴(30)을 회전시키지만, 더 낮거나 더 높은 회전 속도를 이용할 수도 있다.
폴리싱 스테이션(25c)은 패드 컨디셔너(40)를 포함할 수도 있다. 패드 컨디셔너(40)는 개별적으로 회전하는 컨디셔너 헤드(44)와 연관된 세정조(washing basin)(46)를 유지하는 회전가능한 암(42)을 구비한다. 효과적으로 기판을 폴리싱하기 위해 패드 컨디셔너(40)는 폴리싱 패드의 상태를 유지한다. 고정 연마 패드가 일반적으로 컨디셔닝(conditioning)을 필요로 하지 않기 때문에 폴리싱 스테이션(25a,25b)은 패드 컨디셔너를 필요로 하지 않는다. 그러나, 도시한 바와 같이, 각각의 폴리싱 스테이션은 화학적 기계적 장치가 다른 패드 구성과 함께 이용되는 경우에 각각의 폴리싱 스테이션은 컨디셔닝 스테이션을 포함할 수도 있다.
또한, 각각의 폴리싱 스테이션은 결합된 슬러리/린스 암(slurry/rinse arm)(52)을 포함한다. 폴리싱 스테이션(25a,25b)에서, 탈이온수와 화학 반응 성분(예컨대, 산화물 폴리싱용 수산화칼륨)를 포함하는 폴리싱액(50a)이 슬러리/린스 암(52)에 의해 폴리싱 패드 표면에 공급된다. 폴리싱액(50a)은 연마 입자를 포함해서는 안된다. 폴리싱 스테이션(25c)에서, 슬러리/린스 암(52)에 의해 폴리싱 패드 표면으로 탈이온수를 포함하는 폴리싱액(50b)이 공급된다. 폴리싱액(50b)은 또한 연마 입자(예컨대, 산화물 폴리싱용 이산화규소 입자), 및 화학 반응제(예컨대, 산화물 폴리싱용 수산화칼륨)를 포함할 수도 있다. 폴리싱액의 작용제의 농도는 상이할 수도 있다. 구체적으로, 폴리싱액(50a)의 pH는 폴리싱액(50b)의 pH와 상이할 수도 있다.
폴리싱 패드의 표면으로 슬러리를 제공하기 위해, 각각의 슬러리/린스 암은 2 이상의 슬러리 공급관을 포함한다. 슬러리가 커버로 충분하게 공급되면 폴리싱 패드 전체가 습윤해진다. 각각의 슬러리/린스 암(52)은 또한, 각각의 폴링싱 및 컨디셔닝 순환의 종국에 폴리싱 패드의 고압 린스를 제공하는 여러 스프레이 노즐(도시 안함)을 포함한다.
이웃하는 폴리싱 스테이션(25a,25b,25c) 사이에 2 이상의 중간 세정 스테이션(55a,55b)이 위치할 수도 있다. 기판이 폴리싱 스테이션을 출발한 후, 세정 스테이션이 기판을 린스한다.
회전가능한 멀티 헤드 캐루셀(multi-head carousel)(60)이 하부 머신 기부(22) 위에 위치한다. 캐루셀(60)은 센터 포스트(center post)(62)에 의해 지지되어, 하부 머신 기부(22) 내에 위치한 캐루셀 모터 조립체에 의해 캐루셀 축선(64)에 대하여 회전한다. 캐루셀(60)은 4 개의 캐리어 헤드 시스템(70a,70b,70c,70d)을 포함한다. 3 개의 캐리어 헤드 시스템이 기판을 수용하여 유지하며, 폴리싱 스테이션(25a,25b,25c)의 플래턴 상의 폴리싱 패드에 대항하여 기판을 가압함으로써 기판을 폴리싱한다. 캐리어 헤드 시스템 중 하나는 전송 스테이션(27)으로부터 기판을 수용하여 다시 전송 스테이션(27)으로 기판을 전달한다.
이러한 4 개의 캐리어 헤드 시스템(70a,70b,70c,70d)은 캐루셀 축선(64)에 대하여 동일각 간격으로 캐루셀 지지판(66) 상에 장착된다. 센터 포스트(62)는 캐루셀 모터가 캐루셀 지지판(66)을 회전시키게 하며, 캐리어 헤드 시스템(70a,70b,70c,70d), 및 캐루셀 축선(64)에 대하여 캐리어 헤드 시스템(70a,70b,70c,70d) 상에 부착된 기판이 선회운동 하도록 한다.
각각의 캐리어 헤드 시스템(70a,70b,70c,70d)은 캐리어 또는 캐리어 헤드(80)를 포함한다. 캐리어 구동 샤프트(74)는 캐리어 헤드 회전 모터(76)(커버(68)의 1/4이 제거되어 도시된)를 캐리어 헤드(80)에 연결하여, 각각의 캐리어 헤드(80)가 자신의 축에 대하여 독립적으로 회전할 수 있다. 각각의 헤드를 위한 하나의 캐리어 구동 샤프트와 모터가 있다. 또한, 각각의 캐리어 헤드(80)는 캐루셀 지지판(66) 내에 형성된 방사상 슬롯(72)에서 독립적으로 측면으로 진동한다. 슬라이더(slider)(도시 안함)는 연관된 방사상 슬롯에서 각각의 구동 샤프트를 지지한다. 방사상 구동 모터(도시 안함)는 캐리어 헤드를 측면으로 진동시키기 위해 슬라이더를 이동시킬 수도 있다.
캐리어 헤드(80)는 몇가지 기계적 기능을 실행한다. 일반적으로, 캐리어 헤드는 폴리싱 패드에 대항하여 기판을 유지하여, 기판의 후면에 걸쳐서 하향 압력을 균등하게 분포하고, 구동 샤프트로부터 기판으로 토크(torque)를 전송하여, 폴리싱 작동 동안 캐리어 헤드 아래로부터 기판이 미끄러지지 않는 것을 보장한다.
캐리어 헤드(80)는 기판 수용면을 제공하는 유연성 부재(도시 안함)를 포함한다. 전문이 여기에 참조로 첨부된, 쥬니가, 스티븐 엠.(ZUNIGA, steven M.) 등에 의해 1996년 11월 8일 출원되어 본 발명의 양수인에게 양도된, 발명의 명칭이 "화학학 기계적 폴리싱 시스템용 유연성 부재를 갖춘 캐리어 헤드"인 미국 특허출원 제 08/745,679 호에는 적합한 캐리어 헤드(80)의 상세한 설명이 개재되어 있다.
도 2a를 참조하면, 각각의 플래턴(30) 내에 개구부 또는 홀(hole)(34)이 형성되며, 홀과 중첩되는 폴리싱 패드 부분 내에 투명창(transparent window)이 형성된다. 전문이 여기에 참조로 첨부된, 비랭, 마누쳐(BIRANG, manoocher) 등에 의해 1996년 8월 26일 출원되어 본 발명의 양수인에게 양도된, 발명의 명칭이 "화학학 기계적 폴리싱 장치를 위해 폴리싱 패드에 투명창을 형성하는 방법"인 미국 특허출원 제 08/689,930 호에 개재된 바와 같이, 투명창(36)이 구성될 수도 있다. 폴리싱 헤드의 병진 운동 위치에 무관하게 플래턴 부분이 회전하는 동안, 기판(10)이 "시현"될 정도로 이러한 홀(34) 및 투명창(36)이 위치한다. 플래턴(30) 아래에 레이져 간섭계(laser interferometer)(90)가 위치한다. 레이져 간섭계는 레이져(94) 및 검지기(96)를 포함한다. 기판(10)의 노출면 상에 충돌하도록 투명창(36)을 통하여 전파되는 조준 레이져 빔(laser beam)(92)을 레이져가 발생시킨다.
홀(34)이 기판(10)과 근접한 시간동안, 레이져 빔(92)을 발생하도록 레이져(94)가 작동된다. 작동하는 동안, 기판의 표면으로부터 제거된 재료의 양을 결정하거나, 표면이 평탄화되었던 때를 결정하기 위해 CMP 장치(20)는 레이져 간섭계(90)를 이용한다. 통상 목적 프래그래밍 가능한 디지털 컴퓨터(98)가 레이져(94) 및 검지기(96)에 연결될 수도 있다. 상기한 미국 특허출원 제 08/689,930 호에 개재된 바와 같이, 검지기로부터의 측정을 저장하여 출력 장치(93) 상에 측정값을 나타내고 폴리싱 종점을 검지하기 위해 기판이 창에 중첩되면, 컴퓨터가 레이져를 작동하도록 프로그래밍될 수도 있다.
도 2a를 다시 참조하면, 제 1 폴리싱 스테이션(25a) 및 제 2 폴리싱 스테이션(25b)에서, 폴리싱면(102)을 가지는 고정 연마 폴리싱 패드(100)를 플래턴이 지지한다. 고정 연마 폴리싱 패드(100)는 상부층(104) 및 하부층(106)을 포함한다. 하부층(106)은 압력 감응 접착층(pressure-sensitive adhesive layer)(108)에 의해 플래턴(30)에 고정될 수도 있다. 전형적으로 상부층은 바인더(binder) 재료에 유지되거나 매설된 접착 알갱이로 이루어진, 5mm 내지 200mm 두께의 접착 혼합층이다. 접착 알갱이는 약 0.1 내지 1500 미크론(micron)의 입자 크기와, 8이상의 모오스 경도(Mohs' hardness)를 가진다. 이러한 알갱이는 용융 산화알루미늄, 세라믹 산화알루미늄, 미정제 탄화규소, 탄화규소, 크로미아(chromia), 알루미나 지르코니아(alumina zirconia), 다이아몬드, 산화철, 세리아(ceria), 입방 질소화 붕소(cubic boron nitride), 가닛(garnet), 및 그것들의 혼합물을 포함한다. 바인더 재료는 경화된 형태 바인더 재료인 유기적 폴리머화 가능한 수지를 포함하는 전조로부터 바인더 재료를 추출할 수도 있다. 이러한 수지는 예로서, 페놀 수지, 우레아 포름알데히드 수지(urea-formaldehyde resins), 멜라민 포름알데히드 수지(melamine formaldehyde resins), 아크릴화된 우레탄(acrylated urethanes), 아크릴화된 에폭시(acrylated epoxies), 에틸렌적으로 불포화된 화합물(ethylentically unsaturated compounds), 하나 이상의 펜던트 아크릴레이트계(pendant acrylate group)을 함유한 아미노플라스트 유도체(aminoplast derivatives), 비닐 에테르, 에폭시 수지, 및 그들의 혼합물이 있다. 하부층(106)은 폴리머막, 종이, 섬유, 금속막 등과 같은 재료로 이루어진, 전형적으로 25mm 내지 200mm 두께의 받침층(backing layer)이다.
참조로 여기에 첨부된, 발명의 명칭이 "구성된 연마 제품"인, 1992년 10월 6일 허여된 미국 특허출원 제 5,152,917 호, 발명의 명칭이 "부식 제어비(controlled rate of erosion)를 가지는 연마 혼합물, 그것을 혼합한 제품, 및 그것을 생산하고 이용하는 방법"인, 1994년 8월 30일 허여된 미국 특허출원 제 5,342,419 호, 발명의 명칭이 "감소된 점성 슬러리, 그것으로부터 제조된 연마 제품 및 상기 제품을 생산하는 방법"인, 1994년 11월 29일 허여된 미국 특허출원 제 5,368,619 호, 및 발명의 명칭이 "연마 제품 및 그것을 생산하고 이용하는 방법"인, 1995년 1월 3일 허여된 미국 특허출원 제 5,378,251 호에는 고정 연마 폴리싱 패드가 상세히 설명되어 있다. 고정 연마 패드는 미네소타, 미네아폴리스(Minnesota, Minneapolis) 소재의 쓰리엠 코포레이션(3M Corporation)에서 생산된 제품을 이용할 수 있다.
도 2b를 참조하면, 최종 폴리싱 스테이션(25c)에서, 표준 폴리싱 또는 "비고정 연마" 패드(110), 즉, 매입된 연마 약품을 가지지 않으며, 일반적으로 윤활 폴리싱면(112)을 가지고, 단일 연질층(114)을 포함하는 폴리싱 패드를 플래턴이 지지한다. 연질층(114)은 보풀이 선 통기성 합성 재료를 포함할 수도 있다. 적합한 연질 폴리싱 패드는 폴리텍스(Politex)라는 상표명으로, 델러웨어 뉴어크(Delaware, Newark) 소재의 로델, 인코포레이션(Rodel, Inc.)에서 생산된 제품을 이용할 수 있다. 폴리싱 패드(110)는 양각으로 돌출할 수도 있고, 또는 기판의 표면에 걸쳐 슬러리(slurry)의 분포를 향상하기 위한 패턴으로 스템프(stamp)될 수도 있다. 선택적으로, 폴리싱 패드(110)는 상부층이 항구성 거친 표면을 가지며 하부층보다 단단한 표준형 2층 패드일 수도 있다. 예컨대, 2층 패드의 상부층은 미공성(microporous) 폴리우레탄 또는 필터에 의해 혼합된 폴리우레탄으로 구성될 수도 있는 한편, 하부층은 우레탄으로 여과된 압축 펠트 섬유(compressed felt fibers)로 이루어질 수도 있다. 두 상부층 및 하부층은 약 50mm의 두께를 가진다. 2층 표준 패드는 로델, 인코포레이션에서 제조된 제품(IC-1000 및 SUBA-4는 로델,인코포레이티드의 제품명이다.)을 이용할 수 있다. 폴리싱 스테이션(25c)은 다른 점에서 폴리싱 스테이션(25a,25b)과 동일할 수도 있다.
도 3a 내지 도 3e는 예컨대, 절연층과 같은 층을 화학적 기계적 폴리싱하는 방법을 도시한다. 절연층을 도시하여 설명하지만, 본 발명은 또한 금속층 및 반도체 층의 폴리싱에도 적용가능하다. 도 3a에 나타낸 바와 같이, 기판(10)은 실리콘 웨이퍼(12) 상에 증착된, 구리 또는 텅스텐과 같은 금속층(14)을 포함한다. 이러한 금속층(14)은 패턴화된 바닥층 상에 패턴화되거나 증착되어, 비평면 외부면을 가진다. 이산화규소와 같은 절연층(16)이 금속층(14) 위에 증착된다. 절연층(16)의 외부면은 금속층의 바닥 구조를 거의 정확하게 모사하며, 기판의 노출면이 비평면이도록 일련의 피크(peaks) 및 밸리(valleys)를 생성한다.
상기한 바와 같이, 평탄화의 한 가지 목적은 절연층 표면이 편평하게 마무리될 때까지 절연층(16)을 폴리싱하는 것이다. 불행히도, 고정 연마 패드에 의한 폴리싱의 한 가지 문제점은 생성된 기판의 외부면에 스크래치(scratches)가 발생한다는 것이다. 또한, 상술한 바와 같이, 바닥 금속층은 노출되어선 안된다. 따라서, 타깃 두께 T를 가지는 절연층이 금속층에 남으면 폴리싱이 중지되어야만 한다. 타깃 두께 T는 약 300 내지 1000Å일 수도 있다.
도 3b를 참조하면, 초기에는 폴리싱액(50a)과 하나 이상의 고정 연마 폴리싱 패드에 의해 폴리싱 스테이션(25a,25b)에서 기판(10)이 폴리싱된다. 도 3c에 나타낸 바와 같이, 절연층(16)이 거의 평탄화될 때까지, 즉, 피크와 밸리와 같은 대규모 토포그래피가 거의 제거되어, 두께 D를 가지는 잔류막(18)이 타깃 두께 이상으로 남을 때까지, 기판이 폴리싱된다. 잔류막의 두께는 스크래치(120)의 깊이와 동일하거나 더 두껍다. 구체적으로, 두께 D는 약 100 내지 1000Å, 예컨대, 약 500Å일 수도 있다. 잔류층이 원하는 두께로 남을 때까지 기판이 폴리싱되는 때를 결정하기 위해, 레이져 간섭계(90)(도 2a참조)를 이용할 수도 있다.
그 후, 도 3d를 참조하면, 폴리싱액(50b) 및 표준 폴리싱 패드(110)을 이용하여 최종 폴리싱 스테이션(25c)에서 기판을 폴리싱한다. 도 3e에 나타낸 바와 같이, 잔류막(18)이 제거되어 타깃 두께 T의 절연층이 금속층 위에 남을 때까지, 연질 폴리싱 패드를 이용하여 기판을 폴리싱한다. 표준 폴리싱 패드(110)에의해 잔류막을 폴리싱함으로써, 폴리싱 스테이션(25a,25b)에서 고정 연마 패드에 의해 폴리싱함으로써 생성된 스크래치를 제거한다. 따라서, 스크래치 결점이 감소하여 공정 수율이 증가한다. 고정 연마 폴리싱 패드를 이용함으로써 대부분의 절연층이 평탄화되며, 연마 입자 또는 컨디셔닝(conditioning)을 필요로 하지 않는다. 또한, 최종 스테이션에서 버핑(buffing)만이 실행되는 폴리싱 방법과는 대조적으로, 제 1 스테이션과 제 2 스테이션에서 폴리싱이 실행되는 동안 최종 스테이션은 작동하지 않으며, 폴리싱액(50b)이 연마 입자를 함유할 수도 있고, 절연층의 일부분이 최종 폴리싱 스테이션에서 제거될 수도 있으므로, 제 1 폴리싱 스테이션 및 제 2 폴리싱 스테이션의 폴리싱 시간을 단축시키고, 또한, 작업처리량을 증가시킨다. 또한, 연질 패드에 의한 폴리싱은 기판 표면으로부터 폴리싱 부스러기를 제거하는데 도움을 준다.
선택적으로, 폴리싱액(50a) 및 고정 연마 폴리싱 패드(100)에 의해 폴리싱 스테이션(25a)에서 초기에 기판을 폴리싱하고, 그 후, 표준 폴리싱 패드(110)로써 폴리싱 스테이션(25b,25c)에서 기판을 폴리싱할 수도 있다. 예컨대, 특히 금속 폴리싱에 있어서, 제 1 폴리싱 스테이션에서 고정 연마 패드로써 구리층을 폴리싱하고, 제 2 폴리싱 스테이션에서 표준 폴리싱 패드(예컨대, 2층 패드)로써 배리어층(barrier layer)을 폴리싱할 수도 있으며, 제 3 폴리싱 스테이션에서 다른 표준 폴리싱 패드(예컨대, 연질 패드)로써 스크래치를 제거할 수도 있다. 상이한 폴리싱액을 3가지 폴리싱 스테이션에 공급할 수도 있다.
본 발명은 도시하여 설명한 상기 실시예에 한정되지 않는다. 오히려, 본 발명의 범위는 첨부한 청구범위에 의해 한정된다.

Claims (18)

  1. 기판을 폴리싱하는 방법으로서,
    상기 기판이 거의 평탄화될 때 까지 고정 연마 폴리싱 패드로써 상기 기판을 화학적 기계적 폴리싱하는 단계; 및
    임의의 스크래치를 제거하기 위해 비고정 연마 폴리싱 패드로써 상기 기판을 화학적 기계적 폴리싱하는 단계를 포함하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 고정 연마 폴리싱 패드가 폴리싱 장치의 제 1 폴리싱 스테이션에 위치하며, 상기 비고정 연마 폴리싱 패드가 상기 폴리싱 장치의 제 2 스테이션에 위치하는 방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 제 2 폴리싱 스테이션에서 상기 기판을 폴리싱하기 전에, 제 3 폴리싱 스테이션에서 제 2 고정 연마 폴리싱 패드로써 상기 기판을 화학적 기계적 폴리싱하는 단계를 더 포함하는 방법.
  4. 제 2 항에 있어서, 제 3 폴리싱 스테이션에서 제 2 비고정 연마 폴리싱 패드로써 상기 기판을 화학적 기계적 폴리싱하는 단계를 더 포함하는 방법.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 제 1 폴리싱 스테이션으로 제 1 폴리싱액을 공급하는 단계,
    상기 제 2 폴리싱 스테이션으로 제 2 폴리싱액을 공급하는 단계, 및
    상기 제 3 폴리싱 스테이션으로 제 3 폴리싱액을 공급하는 단계를 더 포함하는 방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 고정 연마 폴리싱 패드로 제 1 폴리싱액을 공급하는 단계, 및
    상기 비고정 연마 폴리싱 패드로 제 2 폴리싱액을 공급하는 단계를 더 포함하는 방법.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 제 1 폴리싱액은 상기 제 2 폴리싱액과 상이한 pH값을 가지는 방법.
  8. 제 6 항에 있어서, 상기 제 2 폴리싱액은 연마 입자를 포함하는 방법.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 고정 연마 폴리싱 패드는 상부층 및 하부층을 포함하는 방법.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 고정 연마 폴리싱 패드는 바인더 재료에 함유된 연마 알갱이를 포함하는 방법.
  11. 제 9 항에 있어서, 상기 고정 연마 폴리싱 패드의 하부층은 폴리머 막, 종이 및 금속막을 포함하는 군으로부터 선택되는 방법.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 비고정 연마 폴리싱 패드는 폴리우레탄을 포함하는 제 1 층, 및 압축 펠트 섬유를 포함하는 제 2 층을 포함하는 방법.
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 비고정 연마 폴리싱 패드는 통기성 재료로 이루어진 층을 포함하는 방법.
  14. 기판 상에 평탄화된 층을 형성하는 방법으로서,
    상기 기판의 비평면 표면 상에 층을 형성하는 단계,
    내부에 형성된 임의의 스크래치의 깊이와 동일하거나 더 큰 두께를 가지는 잔류층이 상기 비평면 표면 상에 남아 있을 때 까지, 고정 연마 폴리싱 패드로써 상기 층을 화학적 기계적 폴리싱하는 단계, 및
    임의의 스크래치를 제거하기 위해 비고정 연마 폴리싱 패드로써 상기 잔류층을 화학적 기계적 폴리싱하는 단계를 포함하는 방법.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 잔류층은 상기 임의의 스크래치 깊이와 대략 동일한 두께를 가지는 방법.
  16. 제 14 항에 있어서, 상기 잔류층은 약 100 내지 1000Å의 두께를 가지는 방법.
  17. 제 14 항에 있어서, 타깃 두께를 가지는 층이 상기 비평면 표면 위에 남는 경우, 상기 비고정 연마 폴리싱 패드에 의한 화학적 기계적 폴리싱이 중지되는 방법.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 타깃 두께는 약 300 내지 1000Å인 방법.
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