KR20010066764A - 기판의 화학기계 연마장치 - Google Patents

Abstract

(과제)

소경 연마 패드로 큰 지름의 기판을 화학기계연마할 때에 얻어지는 가공기판의 평탄성의 향상.

(해결수단)

금속막 또는 디바이스를 표면에 갖는 기판을 금속막면 또는 절연막면을 상향으로 하여 척에 고정하고, 이 기판에 대하여 축심을 연직방향으로 갖는 스핀들축에 축지지된 장착판에 부착된 연마패드면을 연마제액을 통하여 눌러, 이 기판을 고정하는 척과 연마패드를 슬라이드시키면서, 또한, 이 연마패드를 기판 상에서 수평방향으로 왕복요동하여 기판표면의 금속막 또는 절연막의 적어도 일부를 제거하는데 사용하는 화학기계 연마장치로,

상기 척에 고정된 기판표면의 연장수평면 상에는 연마패드가 기판 상에서 요동하여 기판 외주로부터 밀려나온 연마패드부분의 표면을 지지하는 가이드부재가 척과는 독립하여 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 기판의 화학기계 연마장치.

Description

기판의 화학기계 연마장치 {apparatus for chemical mechanical polishing of a substrate}

본 발명은, 화학기계연마된 기판의 두께분포의 균일성이 우수한 기판을 부여할 수 있는 화학기계 연마장치에 관한 것이다. 본 발명의 화학기계 연마장치는, 기판의 절연층 상에 형성된 금속막의 제거, 금속막의 패턴모양 위에 절연층막이 형성된 기판표면의 절연층막의 제거, STI (Shallow Trench Insulator) 의 P-TEOS 층의 제거 등에 유용하다.

스핀들축에 축지지된 연마패드를 사용하여, 이 연마패드면에 연마제 슬러리를 공급하면서 척에 고정된 기판을 눌러붙여, 패드와 기판을 동일방향 또는 역방향으로 회전 슬라이드시키면서, 또한, 연마패드를 기판상에서 한방향으로 왕복이동 (요동) 시켜 기판을 화학기계연마 (CMP 연마함) 하는 화학기계연마장치는 알려져 있다 (일본 공개특허공보 평10-303152호, 동공보 11-156711호, 특허 제2968784호, 영국공개특허 제2331948호 공보 등).

도 5 내지 도 8 에 그 화학기계연마장치를 나타낸다.

도 5 는, 화학기계연마장치의 일례를 나타낸 사시도, 도 6 은 연마패드의 이송기구를 나타내는 사시도, 도 7 은 연마패드와 콘디셔닝 장치의 부분단면도, 도 8 은 연마패드의 단면도이다.

도 5, 도 6 및 도 7 에 나타낸 인덱스형 화학기계연마장치 (1) 에 있어서, 2 는 연마헤드, 2a 는 조연마용 연마헤드, 2b 는 마무리 연마용 헤드, 3 은 회전축, 3a 는 모터, 3b 는 기어, 3c 는 프리, 3d 는 기어, 4 는 연마패드, 5 는 패드 콘디셔닝 기구, 5a 는 드레싱디스크, 5b 는 분사노즐, 5c 는 보호커버, 6 은 회전가능한 세정브러시, 7 은 연마헤드의 이송기구, 7a 는 레일, 7b 는 이송나사, 7c 는 이송나사에 나사식으로 붙인 이동체로 연마헤드 (2) 를 구비시킨다. 7d, 7e 는 기어, 7f 는 모터, 8 은 헤드의 승강기구인 에어실린더, 9 는 웨이퍼 (W) 수납카세트, 10 은 로딩반송용 로봇, 11 은 웨이퍼 임시설치대, 12 는 축 (12e) 을 축심으로서 동일원주상에 등간격으로 형성된 회전가능한 4 기의 웨이퍼척 기구 (12a, 12b, 12c, 12d) 를 구비하는 인덱스 테이블이고, 테이블 (12) 은 S₁의 웨이퍼로딩 존, S₂는 조연마 존, S₃은 웨이퍼 마무리연마 존, S₄는 웨이퍼 언로딩 존으로 구분되어 있다.

13 은 언로딩용 반송로봇, 14a 는 척드레서, 14b 는 척 세정기구, 15 는 웨이퍼 임시설치대, 16 은 벨트컨베이어, 17 은 웨이퍼 세정기구이다.

도 8 에 나타낸 연마헤드 (2) 에 있어서, 헤드 (2) 는 기판 (21) 의 신장 가장자리 (21a) 가 가압실린더 (20) 의 플랜지부분 (20a) 에 고정되어, 연마패드 (고리형상 연마포 ; 4) 는 연마포 장착판 (22) 을 통하여 기판 (21) 에 고정되어 있다. 가압실린더 (20) 내의 가압실 (20b) 내에는 다이어프램 (23) 이 형성되어, 스핀들축 (3) 내를 통하여 가압실 (20b) 내에 압축공기가 압입되어, 그 압력에 의해 기판 (21) 은 3 차원 (X, Y, Z) 방향으로 요동자유롭게 고정되어, 패드 (4) 는 웨이퍼 표면에 대하여 평행으로 유지될 수 있다.

헤드 (2) 의 중앙에 연마액 또는 세정액 공급파이프 (24) 가 형성되고, 파이프의 끝은 연마패드의 중앙 펀칭부 (4a) 를 피하여 연마패드 고리형상체 이면을 향하여, 고리형상체를 경유하여 기판의 금속층 표면에 연마액 또는 에칭액이 공급된다.

상기의 화학기계 연마장치 (1) 를 사용하여 절연층 상에 금속막을 갖는 웨이퍼 (기판) 을 연마하는 공정은, 다음과 같이 행해진다.

1) 웨이퍼 (W1) 는, 반송로봇 (10) 의 아암에 의해 카세트 (9) 로부터 취출되어 임시설치대 (11) 상에 금속막면을 상향으로 하여 올려져, 여기에서 이면이 세정되고, 이어서 반송로봇에 의해 인덱스 테이블 (12) 의 웨이퍼 로딩존 (S₁) 에 이송되어, 척기구 (12a) 에 의해 흡착된다.

2) 인덱스 테이블 (12) 을 90 도 시계방향으로 회전시켜 웨이퍼 (W1) 를 제 1 연마존 (S₂) 에 안내하여, 스핀들축 (3) 을 하강시켜 헤드 (2a) 에 장착된 연마패드 (4) 를 웨이퍼 (W1) 에 눌러, 스핀들축 (3) 과 척기구의 축을 회전시킴으로써 웨이퍼의 화학기계 연마를 행한다. 그 동안, 새로운 웨이퍼 (W2) 가 임시설치대 상에 올려져, 웨이퍼 로딩존 (S₁) 으로 이송되어, 척기구 (12b) 에 의해 흡착된다.

웨이퍼의 CMP 가공시, 스핀들축 (3) 의 중공부에 형성한 공급관 (24) 으로부터 고리형상체 (4) 이면에 연마제액이 10 ∼ 100 ㎖/분의 비율로 공급된다. 척테이블에 흡착된 웨이퍼의 회전수는, 200 ∼ 800 rpm, 바람직하게는 200 ∼ 600 rpm, 연마패드의 회전수는 400 ∼ 3000 rpm, 바람직하게는 400 ∼ 1000 rpm, 기판에 걸리는 압력은 1.2 ∼ 3 psi 이다.

CMP 가공중, 연마패드 (4) 를 볼나사로 웨이퍼의 중심점 (O) 보다 왼쪽으로 기판의 반경의 8분점 내지 2분점 (200 ㎜ 지름의 웨이퍼로, 외경 150 ㎜ 의 연마패드일 때에는 4분점의 25 ㎜ 전후) 의 위치를 요동개시점 (Xo) 로 하고, 이 개시점위치로부터 좌방향 (웨이퍼 외주방향) 으로 약 10 ∼ 50 ㎜ 폭, 바람직하게는 20 ∼ 40 ㎜ 의 곳을 요동종점 (Xe) 으로 하여, 그 사이의 거리 (L) 를 좌우방향 (X축 방향) 으로 왕복요동시킨다 (도 9 참조).

제 1 연마존 (S₂) 에서의 화학기계연마가 원하는 시간 행해지면, 스핀들축 (3) 을 상승시키고, 우방향으로 후퇴시켜, 패드 세정기구 (5) 상에 안내하고, 여기에서 고압제트수를 노즐 (5b) 로부터 분사하면서 회전브러시 (5) 로 겉패드면에 부착된 지립, 금속연마 찌꺼기를 제거하여, 다시 우방향으로 연마패드를 이송하여, 연마존 (S₂) 상에 대기시킨다.

3) 인덱스 테이블을 시계방향으로 90 도 회전운동시켜, 연마된 웨이퍼 (W1) 를 제 2 연마존 (S₃) 에 안내하고, 스핀들축 (3) 을 하강시켜 헤드 (2b) 에 장착된연마패드 (4) 를 조연마된 웨이퍼 (W1) 에 눌러, 스핀들축 (3) 과 척기구의 축을 회전시킴으로써 웨이퍼의 화학기계 마무리연마를 행한다. 마무리연마 종료후는, 스핀들축 (3) 을 상승, 우방향으로 후퇴시켜, 헤드 (2b) 에 장착된 연마패드를 세정기구 (5) 로 세정하고, 다시 우방향으로 이송하여, 제 2 연마존 (S₃) 상에 대기시킨다.

그 동안, 새로운 웨이퍼 (W3) 가 임시설치대 상에 올려져, 웨이퍼 로딩존 (S₁) 에 이송되고, 척기구 (12c) 에 의해 흡착된다. 또, 제 1 연마존 (S₂) 에서는 웨이퍼 (W2) 의 화학기계 조연마가 실시된다.

4) 인덱스 테이블 (12) 을 시계방향으로 90 도 회전운동시켜, 연마된 웨이퍼 (W1) 를 언로딩존 (S₄) 으로 안내한다. 이어서, 언로딩 반송로봇 (13) 으로 마무리연마된 웨이퍼를 임시설치대 (15) 로 반송하여, 이면을 세정한 후, 다시 반송로봇 (13) 으로 벨트 컨베이어를 이용한 반송기구로 안내하여, 연마된 웨이퍼의 패턴면에 세정액을 노즐 (17) 로부터 분사하여 세정하고, 다시 웨이퍼를 다음공정으로 안내한다.

그 동안에, 새로운 웨이퍼 (W4) 가 임시설치대 상에 올려져, 웨이퍼 로딩존 (S₁) 에 이송되고, 척기구 (12d) 에 의해 흡착된다. 또, 제 1 연마존 (S₂) 에서는 웨이퍼 (W3) 의 화학기계 조연마가, 제 2 연마존 (S₃) 에서는 웨이퍼 (W2) 의 화학기계 마무리연마가 실시된다.

5) 인덱스 테이블 (12) 을 시계방향으로 90 도 회전시켜, 이하 상기 2) 부터4) 의 공정과 동일한 조작을 반복하여, 웨이퍼의 화학기계연마를 행한다.

상기예에 있어서, 화학기계 연마가공을 제 1 조연마와 제 2 마무리연마의 2 단으로 나눈 것은, 처리 시간을 단축하기 위해서 이지만, CMP 가공을 1단으로 행하는 것도 있고, 조연마, 중간마무리연마, 마무리연마로 3단계로 나누어, 보다 처리 시간을 단축하는 것도 행해진다. 3 단계의 CMP 가공공정을 행할 때는, S₁을 웨이퍼 로딩과 웨이퍼 언로딩의 겸용존으로 하고, S₂를 제 1 연마존, S₃을 제 2 연마존, S₄를 제 3 연마존으로 한다 (후술하는 도 1 에 나타낸 CMP 장치의 예).

또, 연마패드소재는, 제 1 연마패드와 제 2 연마패드의 소재를 변경하여도 된다. 연마제 슬러리도 변경하는 경우도 있다.

이와 같은 기판의 금속막면 또는 절연층면 (양자가 혼재하는 면도 포함) 을 상향으로 하여 척테이블에 고정하고, 이 기판에 대하여 축심을 연직방향으로 갖는 스핀들축에 축지지된 장착판에 접합된 연마패드면을 유리연마 지립 (연마제) 을 통하여 눌러, 이 기판과 연마패드를 슬라이드시키고, 또한, 연마패드를 왕복요동시켜 기판표면의 금속막 또는 절연막의 적어도 일부를 제거하여 화학기계연마에 있어서, 연마패드의 왕복요동시에 연마패드가 왕복요동하여 기판 외주로부터 밀려나온 때에는, 이 밀려나온 연마패드부분을 지지하는 것이 없기 때문에 스핀들축이 약간 경사지기 쉬워, CMP 연마된 기판의 외주 근방의 내측부분에 두께가 있는 산부분이 형성되어, CMP 연마기판의 불균일성이 발생하는 결점이 있다.

따라서, 특허 제 3007678 호 공보에 기재되는 스핀들축 경사기구를 장치에구비시켜 보정을 행하여도 되지만, 장치비용이 상승됨과 동시에, 장치전체가 대형화되어, 설치면적이 넓어지는 결점이 있다.

본 발명은, 기판지름에 대하여 소경의 연마패드를 사용하여, 연마패드를 요동시키면서 기판을 CMP 연마하는 화학기계 연마장치에 있어서, 불균일성을 없앤 가공기판을 부여하는 화학기계 연마장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1 은 본 발명의 CMP 장치의 인덱스 테이블과 척과 가이드부재의 위치관계를 나타낸 평면도이다.

도 2 는 도 1 에 있어서의 I-I 부분의 단면도이다.

도 3 은 도 1 에서의 Ⅱ-Ⅱ 방면에서 본 가이드부재의 측면도이다.

도 4 는 가이드부재의 평면도이다.

도 5 는 공지의 CMP 장치의 사이도이다.

도 6 은 연마장치의 사시도이다.

도 7 은 연마 헤드와 콘디셔닝기구와의 위치관계를 나타낸 단면도이다.

도 8 은 연마헤드의 단면도이다.

도 9 는 기판과 연마패드의 요동개시점의 위치관계를 설명하는 도면이다.

도 10 은 연마패드의 사시도이다.

도 11 은 연마패드의 요동속도변화패턴을 나타낸 도면이다.

※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ※

1 : 화학기계 연마장치 W : 기판

L : 요동폭 2 : 연마헤드

3 : 스핀들축 4 : 연마패드

7 : 연마헤드 이송기구 8 : 연마헤드 승강기구

12 : 인덱스 테이블 12a, 12b, 12c, 12d : 척

30 : 가이드부재

본 발명의 청구항 1 은, 기판의 금속막면 또는 절연막면을 상향으로 하여 척에 기판을 고정하고, 이 기판에 대하여 축심을 연직방향으로 갖는 스핀들축에 축지지된 장착판에 접착된 연마패드면을 연마제액을 통하여 눌러, 이 기판을 고정하는 척과 연마패드를 슬라이드시키면서, 또한, 이 연마패드를 기판상에서 수평방향으로 왕복요동시켜 기판표면의 금속막 또는 절연막의 적어도 일부를 제거하는데 사용하는 화학기계연마장치로서,

상기 척에 고정된 기판표면의 연장수평면 상에는 연마패드가 기판상에서 요동하여 기판 외주로부터 밀려나온 연마패드부분의 표면을 지지하는 가이드부재가 척과는 독립하여 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 기판의 화학기계 연마장치를 제공하는 것이다.

기판 외주로부터 밀려나온 연마패드부분의 표면이 가이드부재로 지지되므로, 스핀들축이 경사지는 것이 방지되어, 두께분포가 양호한 가공기판을 얻을 수 있다.

또, 가이드부재는 회전하는 척과는 독립하여 고정하여 형성되므로, 그 표면적을 작게 할 수 있어, 가이드부재에 의한 연마패드의 마모를 적게 할 수 있다.

본 발명의 청구항 2 는, 상기 화학기계 연마장치의 연마패드의 외경 (r) 은 기판의 직경 (R) 의 1/2 ∼ 3/4 이고, 연마패드의 왕복요동폭은 20 ∼ 60 ㎜ 인 것을 특징으로 한다.

연마패드 지름을 기판지름보다 작게 함으로써 연마패드의 요동속도, 요동가속도의 변화회수를 크게 할 수 있다. 또, CMP 연마중, 기판의 금속층, 절연층의 연마상태를 눈으로 볼 수 있음과 동시에, 레이저 센서로 기판의 두께를 측정하거나, 컬러 식별 센서로 연마상태를 관찰 할 수 있어, 연마종점 검출을 용이하게 할 수 있다.

본 발명의 청구항 3 은, 상기 화학기계 연마장치의 가이드부재는, 연마패드가 맞닿는 그 표면에 폭 0.5 ∼ 3 ㎜, 깊이 0.3 ∼ 3 ㎜ 의 원호형상 홈이 피치간격 1 ∼ 5 ㎜ 마다 다수 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

가이드부재에 연마패드와는 맞닿지 않는 홈을 형성함으로써 연마패드의 가이드부재에 의한 마모정도를 감소시킬 수 있다.

본 발명의 청구항 4 는, 상기 화학기계 연마장치의 기판을 고정하는 척은, 인덱스 테이블의 축심의 동심원 상에 등간격 위치에 형성된 인덱스 테이블을 펀칭한 구멍에 4 기 각각 독립하여 회전 자유롭게 형성되고, 가이드부재는 척 외주의 1/4 내지 1/2 를 둘러싸는 크기의 원호형상이고, 또한, 각 피치마다 연마패드가 요동하는 방향으로 인덱스 테이블에 고정하여 형성되며, 또한, 각 피치마다 형성되는 가이드부재는, 인덱스 테이블의 축심에 대하여 180 도 회전의 점대칭위치에 형성되는 것을 특징으로 한다.

인덱스 테이블 방식의 화학기계 연마장치로 함으로써, 기판의 가공 처리 시간을 단축할 수 있다.

(발명의 실시형태)

이하, 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.

도 1 은, 화학기계 연마장치의 척을 4 기 구비한 인덱스 테이블의 평면도, 도 2 는 도 1 에 있어서의 I-I 단면도, 도 3 은 도 1 에 있어서의 II-II 방향에서 본 가이드부재의 부분측면도, 도 4 는 가이드부재의 평면도이다.

도 1 에 있어서, 인덱스 테이블 (12) 은, 기판 로딩/언로딩존 (S₁), 제 1 연마존 (S₂), 제 2 연마존 (S₃), 제 3 연마존 (S₄) 에 지시되어, 90 도씩 간헐적으로 회전하는 구조로 이루어져 있다.

기판을 고정하는 척 (12a, 12b, 12c, 12d) 은, 인덱스 테이블 (12) 의 축심의 동심원 상에 등간격위치에 형성되고, 인덱스 테이블을 뚫은 구멍 (12f) 에 4 기 각각 독립하여 회전 자유롭게 형성된다.

가이드부재 (30) 는 척 외주의 1/4 내지 1/2 를 둘러싸는 크기의 원호형상이고, 또한, 각 척 (12a, 12b, 12c, 12d) 마다 연마패드 (4) 가 요동하는 방향으로 인덱스 테이블 (12 ; 도 2 참조) 에 고정되어 형성되며, 또한, 각 척마다 형성되는 가이드부재 (30) 는, 인덱스 테이블의 축심에 대하여 180 도 회전의 점대칭위치에 형성된다.

가이드부재 (30) 는 연마패드의 요동방향 (도 1 에서 화살표방향) 의 척의 외주에 형성된다. 인덱스 테이블 (12) 이 90도씩 회전되기 때문에, 각 존 (S₁, S₂, S₃, S₄) 에서 연마패드의 요동방향으로 가이드부재 (30) 가 존재되기위해 가이드부재 (30) 는 , 인덱스 테이블의 축심에 대하여 180 도 회전의 점대칭위치에 형성된다. 가이드부재 (30) 는 도 1 에 나타낸 바와 같이 30a, 39b 에 2분할하여도 된다.

가이드부재 (30) 의 표면높이는, 척 상의 기판의 표면높이와 동일하거나, 기판의 표면높이로부터 연마되어 제외되는 층의 두께분 (층의 종류에 따라 다르지만 통상적으로는 1 ∼ 10 ㎛) 을 뺀 높이이다.

반송로봇 (10) 의 제 3 아암 (10c), 흡착패드 (10d) 는 도 1 에서 가상선으로 표시되고, 아암 (10c) 은 축심 (O) 에서 회전할 수 있도록 구성되어 있다. 가이드부재 (30a) 가 빈 곳 (30c) 에는 반송로봇의 클릭 (10e) 을 삽입할 수 있다.

도 2 에 있어서, 40 은 세라믹 포러스 척 (12a) 의 고정대, 41 은 세라믹 포러스 척 (12a) 을 감압하거나 가압하는 공기의 공급관, 및 세정액의 공급관을 겸용하는 관이다.

가이드부재 (30) 의 표면은, 표면조도가 0.1 ㎛ 이하로 평탄하여도 되고, 도 4 에 나타낸 바와 같이 폭 0.5 ∼ 3 ㎜, 깊이 0.3 ∼ 3 ㎜ 의 원호형상 홈 (30d, 30d, 30d) 이 피치간격 1 ∼ 5 ㎜ 마다 다수 형성되어 있는 것이어도 된다. 가이드부재는 알루미늄, 폴리불화에틸렌, 세라믹스 등을 소재로 하여 형성된다.

연마패드 소재로서는, 경질 발포 우레탄시트, 폴리불화 에틸렌시트, 폴리에스테르섬유 부직포, 펠트, 폴리비닐알코올섬유 부직포, 나일론섬유 부직포, 이들 부직포 상에 발포성 우레탄 수지용액을 흘려보내, 이어서 발포·경화시킨 것 등이 사용되고 있다.

패드형상으로서는, 원판형상, 도너츠형상, 타원형상의 것이 사용되고, 두께 3 ∼ 7 ㎜ 의 것이 알루미늄판이나 스텐레스판 등의 장착판에 접합되어 사용된다. 바람직하게는, 도 10 에 나타낸 원고리형상 연마패드가 좋다. 이 고리형상 연마패드의 펀칭된 내경 (1i) 은, 연마패드 외경 (1o) 의 길이의 15 ∼ 75%, 바람직하게는 30 ∼ 50% 이다. 연마되는 기판 (W) 의 외경 (R) 에 대한 연마패드의 외경 (r) 은 0.55 ∼ 0.75 배이다.

연마제액은, (a) 콜로이달알루미나, 퓸드실리카 (fumed silica), 산화세륨, 티타니아 등의 고형지립을 0.01 ∼ 20 중량%, (b) 질산구리, 시트르산철, 과산화망간, 에틸렌아민테트라아세트산, 헥사시아노철, 불화수소산, 플루오로티탄산, 디페르설페이트, 불화암모늄, 이불화수소암모늄, 과황산암모늄, 과산화수소, 등의 산화제 1 ∼ 15 중량%, (c) 계면활성제 0.3 ∼ 3 중량%, (d) pH 조정제, (e) 방부제 등을 함유하는 슬러리가 사용된다 (일본공개특허공보 평6-313164호, 동공보 8-197414호, 일본특허공표공보 평8-510437 호, 일본 공개특허공보 평10-67986 호, 동공보 10-226784 호 등).

구리, 구리-티탄, 구리-텅스텐, 티탄-알루미늄 등의 금속연마에 적합한 연마제 슬러리는, 주식회사 후지미 인코포레이티드, 로델·니터 주식회사, 미국의 캐보트사, 미국 로델사, 미국 오린 아치 (Olin Arch) 사 등으로 부터 입수할 수 있다.

화학기계 연마장치를 사용하여 기판을 화학기계 연마할 때의 연마패드의 요동거리 (L) 는, 200 ㎜ 지름의 기판일 때는 20 ∼ 50 ㎜, 300 ㎜ 지름의 기판일 때에는 20 ∼ 60 ㎜ 가 바람직하다.

연마패드의 요동은, 연마패드 (4) 를 볼나사로 웨이퍼의 중심점 (O) 보다 왼쪽으로 기판의 반경의 8분점 내지 2분점 (200 ㎜ 지름의 기판으로, 외경 150 ㎜ 의 원고리형상 패드일 때는 4 분점의 25 ㎜ 전후) 의 위치를 요동개시점 (Xo) 로 하고, 이 개시점위치보다 왼쪽방향 (웨이퍼의 외주방향) 으로 약 10 ∼ 50 ㎜ 폭, 바람직하게는 20 ∼ 40 ㎜ 인 곳을 요동종점 (Xe) 로 하여, 그 동안의 거리 (L) 를 왕복요동시킨다.

연마패드의 왕복요동은, 연마패드 외주가 기판의 중심점과 외주간에 위치할 때를 기준의 빠르기로 하면, 기판중심점부에서는 연마패드의 요동속도를 천천히 하고, 기판 외주에서는 연마패드의 요동속도를 빠르게 하여 디싱이 균일하게 행해지도록, 또한, 요동속도를 기판의 지름이 200 ㎜ 일 때에는 n 회 (5 내지 30 회) 로 나누어 점점 증감시키는 변화를 행하는 것이 바람직하다.

기판의 지름이 300 ㎜ 일 때에는, 요동폭 (L) 을 20 ∼ 60 ㎜, 요동속도를 5 ∼ 50 회로 나누어 점점 증감시키는 변화를 행한다.

예를 들면, 200 ㎜ 지름의 기판으로, 요동개시점 (Xo=Po) 이 웨이퍼 중심점보다 왼쪽으로 25 ㎜ 의 위치에서 요동폭 (L) 이 36 ㎜ 에 도달하기 까지 속도변화 9 회의 경우, 요동개시점 (Xo=Po) 부터 요동종점 (Xe=Pa) 까지 이동하는 동안에 연마패드의 요동속도를 도 11 에 나타낸 바와 같이 9 회 변경한다,

도 11 에 있어서는, 요동개시점 (Xo=Po) 에서의 요동속도는 0 ㎜/분, Po 로부터 제 1 변환점 (P1) 에 도달하기 까지 요동속도를 400 ㎜/분, P1 으로부터 제 2 변환점 (P2) 에 도달하기 까지는 최고속도가 3000 ㎜/분이 되도록 잠시 증속하고, P2 로부터 제 3 변환점 (P3) 에 도달하기 까지는 속도 2000 ㎜/분, P3 으로부터 제 4 변환점 (P4) 에 도달하기 까지는 속도 1000 ㎜/분, P4 로부터 제 5 변환점 (P5) 에 도달하기 까지는 속도 500 ㎜/분, P5 로부터 제 6 변환점 (P6) 에 도달하기 까지는 속도 100 ㎜/분으로 잠시 감속하고, P6 으로부터 제 7 변환점 (P7) 에 도달하기 까지는 속도가 증가로 바뀌어 200 ㎜/분, P7 로부터 제 8 변환점 (P8) 에 도달하기 까지 피크속도의 2000 ㎜/분에 도달하고, 이어서 P8 로부터 요동종시점의 제 9 변환점 (Xe=P9) 에 도달하기 까지는 감속하여 제 9 변환점 (P9) 에서의 요동속도가 0 ㎜/분으로 되도록 요동속도의 변화를 행한다.

기판 상의 Po 의 위치는, 기판중심점에서 25 ㎜, P1 은 기판중심점에서 29 ㎜, P2 는 기판중심점에서 33 ㎜, P3 은 기판중심점에서 37 ㎜, P4 는 기판중심점에서 41 ㎜, P5 는 기판중심점에서 45 ㎜, P6 은 기판중심점에서 49 ㎜, P7 은 기판중심점에서 53 ㎜, P8 은 기판중심점에서 57 ㎜ 및 요동종점의 P9 는 기판중심점에서 61 ㎜ 의 위치이다.

연마 패드가 요동종점 (P9 (Xe)) 에 도달하여, 요동속도가 0 ㎜/분이 되면, 연마패드의 요동방향은 기판의 중심점의 O 방향으로 변경되어, P8, P7, P6, P5, P4, P3, P2, P1 및 요동개시점 (Po) 으로 각 위치에서의 상기의 요동속도 (2000㎜/분, 200 ㎜/분, 100 ㎜/분, 500 ㎜/분, 1000 ㎜/분, 2000 ㎜/분, 3000 ㎜/분, 400 ㎜/분, 0 ㎜/분) 로 변경되면서 복귀된다.

요동속도, 요동속도 변화회수, 요동종시점위치, 피크속도의 출현회수는, 사용하는 기판의 종류, 지름, 연마 패드 외경 등에 의존한다. 단, 요동속도의 변화는, 요동속도를 요동개시점 (Po) 으로부터 요동종점 (Pn) 을 향하여 0 ㎜/분, 잠시증속으로부터 최고속도로 되면 잠시감속하고, 다시, 잠시증속, 피크속도, 잠시감속하여, 0 ㎜/분으로 하는 패턴경향인 것에 통일된다.

실시예

실시예 1

기판으로서 200 ㎜ 지름의 산화규소절연막 상에 구리막을 형성한 실리콘기판을, 연마제로서 후지미 인코포레이티드사의 제 1 스텝용 구리막 연마용 슬러리 (시작품) 를 75 ㎖/분의 양, 연마 패드로서 미국 로델사의 폴리우레탄수지를 소재 (상품명 IC1000) 으로 한 외경 150 ㎜ 의 원판의 중앙부를 50 ㎜ 지름의 원을 뚫은 원고리형상 패드를, 연마장치로서 도 1 에 나타낸 인덱스 테이블, 척, 가이드부재 및 3 헤드의 연마패드를 구비하는 자동화학 기계연마장치를 사용하여, 기판척 테이블의 회전수를 시계반대방향 200 rpm, 연마패드의 회전수를 시계방향 400 rpm, 기판에 걸리는 연마패드의 압력을 2.8 psi (200 g/㎠) 으로 하고, 좌우요동폭을 36 ㎜ (요동개시점은 기판중심점에서 26 ㎜ 외경측) 으로 하여, 요동속도를 도 11 에 나타낸 바와 같이 1 요동폭 (L) 내에서 9 회 변화시켜 60 초간 화학기계 연마를 행하였다.

구리제거속도는 7340 옹스트롱/분, 불균일성은 2.6% 이었다.

비교예 1

실시예 1 에서, 화학기계 연마장치로서 도 5 에 나타낸 CMP 장치 (가이드부재 없음) 를 사용하고, 연마패드로서 폴리우레탄수지를 소재로 한 외경 150 ㎜ 의 원판형상 패드를 사용하여, 연마패드의 요동을 좌우요동폭 54 ㎜ (요동개시점은 기판중심점에서 27 ㎜) 로 하고, 요동속도를 변경하지 않고 일정속도 300 ㎜/분으로 구리막 도금기판을 화학기계 연마를 행하였다.

구리제거속도는 3540 옹스트롱/분, 불균일성은 7.8% 이었다.

본 발명의 화학기계 연마장치에서는, 연마패드 요동시에 기판 외주로부터 벗어난 연마패드부분이 가이드부재에 의해 지지되므로, 스핀들축의 경사가 억제되어, 평탄성이 우수한 가공기판을 얻을 수 있다.

Claims (4)

1. 기판의 금속막면 또는 절연막면을 상향으로 하여 척에 기판을 고정하고, 이 기판에 대하여 축심을 연직방향으로 갖는 스핀들축에 축지지된 장착판에 접착된 연마패드면을 연마제액을 통하여 눌러, 이 기판을 고정하는 척과 연마패드를 슬라이드시키면서, 또한, 이 연마패드를 기판상에서 수평방향으로 왕복요동시켜 기판표면의 금속막 또는 절연막의 적어도 일부를 제거하는데 사용하는 화학기계 연마장치로서,

   상기 척에 고정된 기판표면의 연장수평면 상에는 연마패드가 기판상에서 요동하여 기판 외주로부터 밀려나온 연마패드부분의 표면을 지지하는 가이드부재가 척과는 독립하여 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 기판의 화학기계 연마장치.
2. 제 1 항에 있어서, 연마패드의 외경 (r) 은 기판의 직경 (R) 의 1/2 ∼ 3/4 이고, 연마패드의 왕복요동폭은 20 ∼ 60 ㎜ 인 것을 특징으로 하는 기판의 화학기계 연마장치.
3. 제 1 항에 있어서, 가이드부재는, 연마패드가 맞닿는 그 표면에 폭 0.5 ∼ 3 ㎜, 깊이 0.3 ∼ 3 ㎜ 의 원호형상 홈이 피치간격 1 ∼ 5 ㎜ 마다 다수 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 기판의 화학기계 연마장치.
4. 제 1 항에 있어서, 기판을 고정하는 척은, 인덱스 테이블의 축심의 동심원 상에 등간격 위치에 형성된 인덱스 테이블을 펀칭한 구멍에 4 기 각각 독립하여 회전 자유롭게 형성되고, 가이드부재는 척 외주의 1/4 내지 1/2 를 둘러싸는 크기의 원호형상이고, 또한, 각 피치마다 연마패드가 요동하는 방향으로 인덱스 테이블에 고정하여 형성되며, 또한, 각 피치마다 형성되는 가이드부재는, 인덱스 테이블의 축심에 대하여 180 도 회전의 점대칭위치에 형성되는 것을 특징으로 하는 기판의 화학기계 연마장치.