KR20030034251A - 활성화된 슬러리를 이용한 화학적 기계적 평탄화시스템 및이의 이용방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 화학적 기계적 평탄화(CMP)시스템에서 웨이퍼의 상부층의 물질제거율을 향상시키는 방법을 제공한다. 이 방법은 슬러리가 웨이퍼의 상부층에 적용되기 전에 슬러리에 방사를 적용시키는 것을 포함한다. 한 예에서, 상기 방법은 웨이퍼를 지지하도록 형성된 연마패드와 캐리어를 제공하는 단계를 또한 포함한다. 상기 방법은 연마패드와 캐리어헤드를 접촉시켜서 연마패드와 웨이퍼의 상부층 및 방사에 노출된 슬러리 사이의 기계적인 연마접촉을 발생시키는 단계를 포함한다.
Description
반도체소자의 제조시, 평탄화와 버핑 및 웨이퍼의 세척을 포함하는 CMP작업을 수행할 필요가 있다. 전형적으로, 집적회로소자는 다층구조의 형태이다. 기판층에는, 확산영역을 가지는 트랜지스터소자가 형성되어 있다. 다음 층에는, 연결금속선이 패턴화되어 있고, 요구되는 기능성소자를 한정하기 위해서 트랜지스터소자에 전기연결된다. 주지하듯이, 패턴화된 전도층은 이산화규소와 같은 절연재에 의해서 다른 전도층으로부터 절연된다. 더 많은 금속층과 이와 관련된 절연층이 형성됨에 따라서, 절연물질을 편평화시키는 필요성이 증가한다. 편평화 공정없이, 추가적인 금속층의 제조는 표면형태의 많은 변동 때문에 실제적으로 더욱 어려워진다. 다른 응용에서, 금속선패턴은 절연재 내에 형성되고, 금속 CMP작업은 과잉금속물을 제거하기 위해서 수행된다. 어떠한 다른 기술도 구리플러그와 와이어를 형성할 수 없어서, 구리(Cu) CMP는 구리이중물결무늬(Cu Dual Damascene)기술이 되었다.
전형적으로 CMP시스템은 벨트나 패드 또는 브러쉬가 웨이퍼의 한쪽이나 양쪽면을 세정과 버핑 및 연마하는 데에 사용되는 회전부나 벨트부, 선회부 또는 브러쉬부를 수행한다. 일반적으로, 과잉절연층과 금속층의 제거는 처리된 웨이퍼표면의 제자리에서의 화학적변화를 통해서 달성되어서, 물질제거를 위해 더 유연하게 웨이퍼표면을 만든다. 슬러리(slurry)는 CMP작업의 화학적변화을 용이하게 하고 향상시키는 데에 사용된다. 슬러리는 일반적으로 움직이는 준비면 예컨대, 패드로 주입되고, 버핑이나 연마 또는 CMP공정에 의해서 준비된 반도체 웨이퍼의 표면 뿐만 아니라 상기 준비면 위에 분포된다. 이 슬러리 분포는 일반적으로 상기 준비면의 운동과 반도체 웨이퍼의 운동 및 반도체 웨이퍼와 준비면 사이에서 발생되는 마찰의 조합에 의해서 달성된다. 다음에, 화학적으로 변화된 과잉금속층과 과잉절연층은 웨이퍼의 표면으로부터 제거된다. 금속층과 절연층이 각각 다른 화학적 특성을 가지므로, 금속층의 화학적 기계적 평탄화작업은 절연층의 화학적 기계적 평탄화작업과 다르다. 다음은 상기 2개의 CMP작업의 간략한 설명이다.
절연층의 화학적 기계적 평탄화작업은 뜨거운 물에서 절연층(즉, 산화물층)을 용해시켜, 폴리하이드로실리케이트(polyhydrosilicate)를 이탈시킬 수 있다. 대조적으로, 금속의 연성이 과잉금속층의 제거를 사실상 불가능하게 하기 때문에, 금속층의 화학적 기계적 평탄화작업은 특별한 변화를 취해야한다. 전자가 원자사이에 위치된 비금속성 원소와 대조적으로, 금속원소의 원자가전자는 한 쌍의 원자 사이에 놓이지 않고, "전도영역"이나 "전자구름" 또는 "전자층"을 만든다. 결과적으로, 자유금속이온은 전자층으로 끌린다. 그러므로, 잔여의 금속성 원자는 이 금속성 원자와 전자구름 사이의 연결이 끊어지지 않게 하면서, 금속층의 표면을 따라서 쉽게 이동할 수 있다. 빈번하게, 이는 금속의 "연성"과 관련되고, 금속원자와 금속층의 표면 사이의 금속결합을 끊지 않고 금속층표면 위의 금속원자의 개별적인 평형위치로부터 금속원자를 쉽게 움직이는, 부착된 잔여의 금속성 원자의 능력으로서 언급된다. 비교하여, 고정전자를 가지는 비금속원자에서, 분자결합은 간단히 원자의 각도를 20%에서 30%로 변화시켜서 쉽게 끊어뜨릴 수 있다.
이와 같이, 금속층 위에서 CMP작업을 수행하기 위해서, 금속층은 분자결합(예컨대, 산화물 등)을 가지는 화합물로 전환되어야만 한다. 다시말해서, 잔여의 금속성 원자와 금속층 사이의 금속결합은, 전자가 2개의 특별한 원자사이에 위치되는 분자결합의 형태로 바뀌어야만 한다. 그러므로, 금속 CMP작업에서 금속층은 산화되어 산화층을 만든다. 산화물 분자가 분자결합을 하므로, 산화층은 기계적으로 쉽게 제거될 수 있다.
대표적인 선행기술 CMP시스템(100)이 도 1에 도시된다. 도 1의 이 CMP시스템(100)은 벨트형 시스템으로, 준비면이 연마패드회전방향화살표(116)로 표시된 회전운동에서 연마패드(108)를 구동하는 2개의 드럼(114) 상에 장착된 무한연마패드(108)로 되어 있다. 웨이퍼(102)는 캐리어(104)에 장착된다. 이 캐리어(104)는 방향(106)으로 회전된다. 회전하는 웨이퍼(102)는 CMP공정을 달성하기 위해서 회전하는 연마패드(108)에 대해서 힘(F)으로 밀착된다. 몇몇의 CMP공정은 밀착시키기 위한 특별한 힘(F)을 필요로 한다. 플래튼(platen;112)은 연마패드(108)를 안정화하고 그 위에 웨이퍼(102)를 밀착하기 위한 단단한 표면을 제공한다. 제거될 과잉소재 형태에 따라서, 분산된 연마미립자를 함유하는 수산화암모늄(NH4OH)이나 탈이온화수와 같은 수용액을 구비한 슬러리(118)는 웨이퍼(102)의 상부로 주입된다.
금속 CMP작업에서 금속층이 먼저 산화되어야 하기 때문에, 슬러리(118)의 구성성분은 금속 CMP작업에서 중요하다. 추가로, 사용될 슬러리(118)는 웨이퍼표면(102) 위에 부식과 결함을 발생시키지 않도록 선택되어야만 한다. 이와 같이, 전형적인 금속 CMP슬러리는 산화제와 산을 함유하고, 이 산화제와 산은 금속층의 산화물층으로의 전환을 용이하게 한다. 일반적으로, 이러한 슬러리는 "매우 안정화" 되어야 하고, 다음의 2가지 기본적 특성을 갖는다. 첫째, 슬러리는 충분히 긴 저장수명을 가진다. 두번째 슬러리는 활성화될 많은 양의 에너지를 필요로 한다. 이와 같이, 높게 안정화된 금속 슬러리의 특징은 특별하게 낮은 산화율을 낳아서 전반적인 제거율을 감소시킨다. 결과적으로, 금속 CMP공정에서 사용된 전체시간이 증가되어 처리량을 감소시킨다.
그러므로, 종래의 슬러리를 사용하여 많은 처리량을 산출하는 화학적 기계적 평탄화시스템을 위한 기술이 필요하다.
본 발명은 일반적으로 화학적 기계적 평탄화(chemical mechanical planarization; 이하 CMP)시스템과 CMP작업의 성능과 효과를 개선하기 위한 기술에 관한 것이다. 특별하게, 본 발명은 금속 CMP시스템의 성능을 향상시키는 것과 관련이 있다.
도 1은 대표적인 선행기술의 CMP시스템을 나타내는 도면이고,
도 2a는 본 발명의 한 실시예에 따른, 금속층과 다수의 산화제 사이의 화학반응의 결과로 용해된 금속과 금속층의 금속 부산물의 생성을 나타내는 반응식의 표,
도 2b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른, 온도의 증가와 함께 활성화 배리어를 극복하기 위해서 필요한 에너지의 감소를 나타내는 도 2a의 화학반응식의 그래프,
도 3a-1은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른, 연마패드와 웨이퍼표면이 접촉하기 전에 슬러리의 활성화를 나타내는 벨트형 CMP시스템의 평면도,
도 3a-2는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른, 단일 램프를 사용하여 슬러리의 활성화를 나타내는 도 3a-1의 CMP시스템을 개략적으로 도시한 부분단면도,
도 3b-1은 본 발명의 한 실례에 따른, 다른 방사강도를 가지는 다수의 램프를 사용하여 슬러리가 활성화되는 벨트형 CMP시스템을 개략적으로 도시한 부분평면도,
도 3b-2는 본 발명의 또 다른 실례에 따른, 다른 활성화 계층을 가지는 슬러리를 생산하기 위한 본 발명의 능력을 나타내는 도 3b-1의 CMP시스템의 확대부분단면도,
도 3c-1은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른, 구리층을 갖춘 웨이퍼의 확대 부분단면도,
도 3c-2는 본 발명의 또 다른 실례에 따른, 다수의 깊이를 가지는 활성화된 구리층을 가지는 웨이퍼의 상부층의 부분의 확대부분단면도,
도 3c-3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른, 활성화된 구리층의 다수의 깊이 중 하나가 활성화된 슬러리와 반응하는 활성화된 구리층을 갖춘 웨이퍼의 상부층의 부분의 확대부분단면도,
도 3c-4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른, 활성화된 구리층의 깊이의 하나가 제거된, 활성화된 구리층을 갖춘 웨이퍼의 상부층의 확대부분단면도,
도 3c-5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른, 활성화된 구리층의 다수의 깊이가 모두 제거된, 활성화된 구리층을 갖춘 웨이퍼의 상부층의 확대부분단면도,
도 4는 본 발명의 한 실례에 따른, 다양한 부분 오버랩핑(즉, 구멍) CMP시스템을 나타내는 도면이다.
넓게 말하자면, 본 발명은 웨이퍼표면에 형성된 과잉층의 제거율을 향상하도록 슬러리의 구성성분을 조작하여 상기의 필요성을 채운다. 한 실시예에서, 화학적 기계적 평탄화(CMP)시스템의 처리량은 이용된 슬러리의 활성화를 통해 과잉층의 제거율을 향상시켜서 증가된다. 바람직한 실시예에서, 웨이퍼표면의 금속층의 제거율은 슬러리 활성화에 방사(放射)된 빛을 통해서 자가-억제 CMP시스템에서 증가된다. 여기에서, 자가-억제 CMP시스템은 산화물형성율이 금속-산화물의 용해율보다 더 큰 CMP시스템으로 정의된다. 본 발명은 공정이나, 장치, 시스템, 장비 또는 방법으로서 포함하는 많은 수단으로 실시될 수 있다는 것이 이해되어야만 한다. 본 발명의 다수의 독창적인 실시예가 아래에 기술된다.
한 실시예에서 화학적 기계적 평탄화(CMP)장치가 공지되는바, 이 CMP장치는 슬러리 화학물을 수용하도록 형성된 연마패드를 포함한다. 또한, 이 CMP장치는 금속표면층을 가지는 웨이퍼를 지지하도록 형성된 캐리어헤드(carrier head)를 구비한다. 이 캐리어헤드와 연마패드는 금속표면층을 슬러리 화학물로 연마하는 동안에 기계적으로 접촉하도록 되어 있다. CMP장치는 슬러리 공급위치 뒤에서와 상기 패드가 웨이퍼의 아래에 들어가기 전에 연마패드 위에 적용되는 방사유니트를 추가로 구비한다. 이 방사유니트는 웨이퍼의 금속표면층과 연마패드 사이의 기계적인 접촉 바로 전에 슬러리 화학물을 방사선(放射線)에 노출되도록 한다.
또 다른 실시예에서 화학적 기계적 평탄화(CMP)장치가 공지되는바, 이 CMP장치는 회전하도록 된 연마패드와 연마될 웨이퍼를 지지하도록 형성된 캐리어를 구비한다. 상기 CMP장치는 캐리어 옆에 정렬된 조정패드를 추가로 구비한다. 연마패드는 부분적으로 캐리어의 위와 조정패드 사이에서 점진적으로 완전하게 캐리어에서벗어나서 그리고 완전히 조정패드의 위에서 회전하는 동안 움직이도록 되어 있다. 또한, CMP장치에서 슬러리공급유니트를 구비한다. 이 슬러리공급유니트는 회전할 때 웨이퍼와 연마패드 사이에서 연마패드가 슬러리를 밀착할 수 있도록 조정패드 위에 슬러리를 도포하도록 되어 있다. 이 CMP장치는 또한 웨이퍼와 연마패드 사이에 도포될 슬러리에 방사선을 적용하도록 된 방사원(放射源)을 구비한다.
다른 실시예에서, 화학적 기계적 평탄화(CMP)시스템에서 웨이퍼의 웨이퍼층의 제거를 향상시키기 위한 방법이 제공된다. 이 방법은 슬러리가 웨이퍼층에 도포되기 전에 슬러리에 방사선을 적용하는 단계를 포함한다.
또 다른 실시예에서, 화학적 기계적 평탄화(CMP)장치가 공지되는바, 이 CMP장치는 슬러리 화학물을 수용하도록 형성된 연마패드를 구비한다. 또한, CMP장치에서 금속표면층을 가지는 웨이퍼를 지지하도록 형성된 캐리어헤드를 구비한다. 슬러리 화학물로 금속표면층을 연마하는 동안에, 이 캐리어헤드와 연마패드는 기계적으로 접촉하도록 되어 있다. 이 CMP장치는 슬러리공급위치 뒤에서 연마패드 위에 적용될 방사유니트를 추가로 구비한다. 이 방사유니트는 웨이퍼의 금속표면층과 연마패드사이의 기계적인 접촉 바로 전에 슬러리 화학물을 방사선에 노출시키게 되어 있다.
본 발명의 장점은 다양하다. 특별하게, 슬러리를 그대로 이용하는 대신에, 본 발명은 방사선을 통해서 그 자리에서 슬러리를 활성화시켜서, CMP시스템에서 금속의 제거율을 향상시킨다. 그러므로, 본 발명은 예컨대 자외선이나 적외선 노출과 같은 적용된 방사선으로 에너지를 주입하여 슬러리와 과잉층 사이의 화학반응의 활성화 배리어(activation barrier)의 통과를 용이하게 하고 촉진시킨다. 이와 같이, 본 발명의 실시예는 같은 양의 종래의 슬러리를 같은 시간 내에 이용하여, 웨이퍼표면을 오염시키지 않고 더 많은 처리량을 산출하기 위해서 만들어질 수 있다. 한 실시예에서, CMP시스템이 처리될 웨이퍼의 다른 부분에 다른 제거율을 적용시킬 수 있어서, 웨이퍼표면에 요구되는 평탄화 형상을 달성하기 때문에, 다중 광원형상이 바람직하다. 다중 광원형상은 본 발명의 활성화 효율을 재분배하는 능력을 가지고, 다른것과 관련해서 연마될 반도체의 한 부분의 제거율을 선택적으로 증가시킬 수 있다. 본 발명의 실시예의 또 다른 장점은 더 안정된 산화제와 심지어 가스산소가 이용될 수 있어서, 향상된 저장수명을 갖는 슬러리의 구성을 가능하게 한다.
본 발명의 다른 양상과 장점은 본 발명의 원리를 실례로서 나타내는 첨부도면과 관계해서 다음의 상세한 설명으로부터 분명해질 것이다.
본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 다음의 상세한 설명에 의해서 빠르게 이해될 것이며, 유사 구조부재는 유사한 참조번호로 표기한다.
웨이퍼표면에 형성된 과잉층의 제거율을 향상시켜서 시스템 처리량을 최적화하기 위한 화학적 기계적 평탄화(CMP)시스템이 설명된다. 바람직한 실시예에서, CMP시스템은 활성화된 슬러리를 이용하여 제거율을 향상시킨다. 한 실시예에서, 이 슬러리는 적외선(IR) 또는 자외선(UV) 방사를 통해서 활성화된다. 바람직하게, 자가-억제 금속 CMP시스템에서, 다수의 산화제를 함유하는 슬러리는 산화제와 금속층 사이의 화학반응을 촉진시키기 위해서 활성화된다. 결과적으로, 예컨대, 연마패드와 슬러리 및 웨이퍼 사이의 상호작용에 의하여 웨이퍼의 표면 위에 기계적인 작용을 하여 더 쉽게 제거되는 금속-산화물층이 형성된다. 이와 같이, 바람직한 실시예에서, 방사된 금속 CMP시스템의 산화물형성율은 비-방사 시스템의 산화물형성율보다 커서, 방사 CMP시스템의 제거율을 향상시키고, 이것의 처리량을 향상시킨다.
다음의 설명에서, 다양하고 특별한 상세설명이 본 발명의 전체적인 이해를 위해서 설명된다. 그러나, 본 발명은 당해업자에게 이러한 특별한 상세설명 없이도 실시될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 다른 예에서, 주지의 공정작업은 불필요하게 본 발명을 불명료하게 하지 않도록 상세하게 설명되지는 않는다.
도 2a는 본 발명의 한 실시예에 따른, 금속층과 다수의 산화제 사이의 화학반응의 결과로 용해된 금속과 금속층의 금속 부산물의 생성을 나타내는 반응식의 표(150)이다. 반응식 1에서 나타나듯이, 한 실시예에서, 웨이퍼의 금속층(Mlayer)의 금속 CMP작업동안에, 용해가능한 금속화합물(Mdissolved)과 부산물의 용해는 화학반응과, 다수의 산화제와 용해제 및 금속층(Mlayer)사이의 상호작용의 결과로서 생성된다. 반응식 2에서 나타나듯이, 반응식 1의 더 간단한 화학반응이 2개의 실제적으로 계속되는 단계에서 진행된다. 산화물형성율(Rox)을 가지는 최초의 산화단계에서, 고체금속(s)은 하나 이상의 산화제와 화학반응하여서, 고체 금속-산화물(M-oxide(s))을 생성한다.다음에, Rdis의 용해율을 가지는 용해단계에서, 하나 이상의 용해제가 단계 1의 결과적인 고체 금속-산화물(M-oxide(s))과 화학반응하여 용해된 금속용해물(Mdis)과 부산물을 생성한다.
CMP작업을 수행하는 목적이 실제적으로 평탄한 표면을 달성하기 위한 것이므로, 잔여의 고체 금속-산화물층(M-oxide(s))은 CMP작업의 화학적 구성요소보다 기계적인 구성요소에 의해서 제거되는 것이 바람직하다. 이고체 금속-산화물층(M-oxide(s))의 기계적인 제거는 몇몇의 이유로 인하여 바람직하다. 제 1의 이유로, CMP작업의 화학적인 구성요소는 압력에 민감하나, 화학성분에는 민감하지 않다는것이다. 즉, 웨이퍼의 기계적인 연마동안에, 웨이퍼의 더 높은 표면형상은 연마접촉면에 더 높은 압력을 발생시켜서 형상 상부로부터의 고체 금속-산화물층(M-oxide(s))의 제거를 증가시켜서 평탄화된 지형을 달성한다. 제 2의 이유로, CMP작업이 산화물형성율(Rox)보다 더 빠른 용해율(Rdis)을 사용한다면, 필요치 않은 웨이퍼 구리 부식을 유발한다는 것이다. 이것은 도 2a의 표(150)의 반응식 3을 참조하여 더 이해될 수 있다. 도시되듯이, 산화물이 천천히 형성되는 상황에서, 산화물형성율(Rox)은 용해율(Rdis)보다 더 낮다. 이러한 상황에서는 구리를 계속되는 산화/용해로부터 막는 것이 없기 때문에, 구리 부식이 발생한다. 산화물이 빠르게 형성되는 상황에서는, 산화물형성율(Rox)이 용해율(Rdis)보다 커서, 뚫고 들어갈 수 없는 산화물층이 형성되면 실제적으로 완전히 반응을 막는다. 결과적으로, 구리 부식의 발생없이 기계적으로 고체 금속-산화물층(M-oxide(s))을 제거하는 목적을 달성하기 위해서는 산화물형성율(Rox)은 용해율(Rdis)보다 큰 것이 바람직하다.
따라서, 바람직한 실시예에서, 본 발명의 CMP작업은 자가-억제적이고, 금속층의 산화율이 결과적인 고체 금속-산화물층의 용해율보다 빠른 CMP공정으로 정의된다. 그러나, 이 같은 CMP시스템에서, 결과적인 고체 금속-산화물층이 실제적으로 순간적으로 제거되는 것이 바람직하고, 그렇지 않으면 잔여의 고체 금속-산화물 층은 완전히 웨이퍼표면을 덮어서(즉, 방해한다), 산화과정을 멈추게 한다. 이와 같이, 용해율(Rdis)보다 더 느린 산화물형성율(Rox)을가지기 때문에 "습식 에칭"공정은금속 CMP작업에서 바람직하지 못하다. 산화물형성율을 고려한 더 자세한 설명은 도 2b와 관련해서 아래에서 설명되어진다.
자가-억제 CMP공정을 실시하기 위한 바람직한 관점에서, 슬러리의 적절한 성분을 선택하는 것이 바람직하다. 용해율(Rdis)보다 더 빠른 산화물형성율(Rox)을 가지는 것이 바람직하기 때문에, 바람직하게 수용된 슬러리는 산화제(예컨대, 과산화수소(hydrogen peroxide), 질산철(ferric nitrate), 과망간산염(permanganates), 용존산소가스(dissolved gaseous oxygen), 용존오존가스(dissolved gaseous ozone), 질산암모늄(ammonium nitrate), 질산칼륨(potassium nitrate), 질산구리(copper nitrate), 중크롬산칼륨(potassium bichromate) 등)를 포함한다. 예컨대, 구리 CMP시스템에서, 다른 많은 산화제가 슬러리에서 사용될 수 있다(예컨대, 과산화수소(hydrogen peroxide), 질산철(ferric nitrate), 과망간산염(permanganates), 용존산소가스(dissolved gaseous oxygen), 용존오존가스(dissolved gaseous ozone), 질산암모늄(ammonium nitrate), 질산칼륨(potassium nitrate), 질산구리(copper nitrate), 중크롬산칼륨(potassium bichromate) 등). 바람직한 실시예에서, 과산화물은 매우 효과적인 구리 산화제이다. 거의 대부분의 슬러리가 과산화물을 함유한다고 하더라도, 몇몇 회사는 금속층(Mlayer)의 산화를 위해서 다른 산화제를 사용한다.
도 2b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른, 온도의 증가와 함께 활성화 배리어를 극복하기 위해서 필요한 에너지의 감소를 나타내는 도 2a의 표(150)의 화학반응식의 그래프이다. 도시되듯이, 그래프의 수직축은 분석된 시스템에 적용가능한 에너지 변화를 나타내고, 수평축은 화학반응경로의 다른 단계를 나타낸다. 한 실시예에서, 비-방사 금속층(Mlayer)과 산화제를 위한 포텐셜에너지표면최소를 나타내는 곡선(150a')은 점(152)에서 출발한다. 일반적으로, 분자들 간의 반발력은 금속층(Mlayer)과 산화제의 분자들이 화학적으로 서로 반응하는 것을 막는다. 따라서, 반응이 진행되는 것을 돕기위해서, 그리고 이러한 반발력을 이기기 위해서, 추가의 에너지가 시스템에 주입되는 것이 필요하다. 도시되듯이, 곡선(150a')의 최대점(156)은 시스템이 생성물-상태에 들어가기 전에 극복해야 할 포텐셜에너지표면을 나타낸다. 분자간의 반발력을 극복하기 위해서 시스템에 주입되어야 할 추가의 에너지양은 "활성화 에너지" 또는 "활성화 배리어"로서 알려져 있다. 단지, 활성화 배리어보다 더 높은 에너지를 가지는 분자만이 활성화 배리어를 극복할할 수 있어서 생성물 상태로 통과된다. 활성화 배리어가 높으면 높을수록, 상기 장애물을 극복할 수 있는 분자의 숫자는 더 적어지고, 금속층(Mlayer)과 산화제 사이에서 진행되는 반응은 더 느려진다.
도시되듯이, Eact.(150a'')는 진행될 금속층(Mlayer)과 산화제 사이의 화학적인 반응을 위해서 있어야할 필요한 에너지의 양을 나타낸다. 직접적으로, Eact.(150a'')는 산화반응을 위해서 금속층(Mlayer)과 자유롭게 반응하기 위해 활성산화물 원자를 방출하기 위해서 산화제 내에서의 특별한 분자결합을 끊기 위해서 필요한에너지의 양을 나타낸다. 도시되듯이, 활성화 배리어가 통과되면, 시스템은 자발적으로 구리 산화물(s)과 이에 따르는 부산물을 형성한다. 결과적으로, 가장 에너지화된 분자가 활성화 배리어를 극복하여 서로 반응할 수 있어서, 이것으로 반응율을 정의한다. 도시되듯이, 시스템의 온도가 높으면 높을수록, 더 많은 분자가 활성화 배리어를 극복할 수 있다. 또한, 어떤 주어진 온도에서 활성화 배리어가 낮으면 낮을수록 활성화 배리어를 통과할 수 있는 분자의 갯수는 더 많아진다.
반응율은 촉매의 반응율 향상이나 반응물의 여기(勵起)를 통해서 향상될 수 있다. 곡선(150b')에서 도시되듯이, 촉매의 반응율 향상에서 활성화 배리어를 통과하기 위해서 필요한 에너지의 양은 촉매와의 상호작용를 통해서 감소된다. 도시되듯이, 곡선(150b')의 최고점(158)에 도달하는 데에 필요한 에너지의 양은 곡선(150a')의 최고점(156)에 도달하는 데에 필요한 에너지의 양보다 실제적으로 낮다. 바꾸어 말하면, 촉매의 반응율 향상 시스템의 활성화 에너지 Eact.-cat.(150b'')는 비-촉매 시스템 Eact.(150a'')을 위한 활성화 에너지보다 실제적으로 더 낮다.
또한, 다른 실시예에서, 반응율은 반응물의 여기를 통해서 시스템의 에너지를 증가시켜서 향상될 수 있다. 이것은 도 2b의 곡선(150c')에 의해서 설명된다. 도시되듯이, 곡선(150c')은 여기에너지 Eex.(150d)로 정의된 몇몇의 외부 에너지가 외부에너지원(예컨대, 가열, 방사, 압력충격 등)을 사용해서 시스템으로 주입되는 상태(154)에서 출발한다. 도시되듯이, 더 많은 에너지가 시스템에 주입되면 될수록, 활성화 에너지 Eact.-ex.(150c'')가 더 낮고(즉, 활성화 배리어(164)를 통과시키기 위해서 필요한 에너지의 양), 반응율은 더 높아진다. 그러므로, 금속층(Mlayer)과 산화제의 초기 에너지를 증가시켜서, 활성화 배리어를 극복하기 위한 에너지의 양은 급격히 감소되어 산화물형성율을 향상시켜 마지막으로 CMP제거율을 향상시킨다.
활성화 배리어를 통과하도록 요구되는 에너지를 낮추는 것은 산화제로서 과산화수소(즉, H2O2또는 H-O-O-H)를 가지는 슬러리를 사용하는 대표적인 구리 CMP시스템과 관련해서 더 이해될 수 있다. 주지하듯이, 과산화수소는 2개의 산소원자를 가지고, 이것들 중 하나는 금속층(Mlayer)의 산화과정에 참여하기 위해서 떨어져야만 한다. 이와 같이, 에너지는 적절한 분자결합으로 끊어지거나 적어도 약화시키기 위해서 필요하여, 구리 금속층(Mlayer)과 자유롭게 화학반응하도록 산소를 자유롭게 한다. 그러므로, 금속층(Mlayer)과 과산화수소 사이에 발생하는 화학반응을 위해서 과산화수소의 분자결합을 약화시키거나 끊기 위해서 에너지가 필요하다. 한 실시예에서, 금속층(Mlayer)과 산화제 사이의 화학반응은 적외선(IR)이나 자외선(UV) 방사를 이용하여 산화제를 더 활성화시켜서 향상된다. 적외선(IR)은 슬러리에서 분자의 여기된 병진과 진동운동이 발생되도록 하고, 자외선(UV)은 원자가전자의 여기와 반응물 분자에서의 화학적 결합을 약하게 하거나 심지어 끊어서 반응율을 향상시키게 한다.
도 3a-1은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른, 연마패드(20)와 웨이퍼표면이 접촉하기 전에 슬러리의 활성화를 나타내는 벨트형 CMP시스템(200a)의 평면도이다.도시되듯이, 연마패드가 회전방향(216)으로 움직임에 따라서 웨이퍼(202)는 연마패드(208)와 밀착되도록 형성된다. 슬러리(218)는 연마패드(208)의 표면 위에 주입되고, 이것은 이 실시예에서는 웨이퍼(202)의 표면과 연마패드(208)가 접촉하기 전에 수행된다. 이 슬러리(218)는 연마패드(208)로 주입되어 실제적으로 연마패드(208)의 너비를 덮어서, 연마패드(208)를 적신다. 램프(220)는 움직이는 연마패드(208)의 위에 실제적으로 위치되어 이 램프(220)에 의해서 만들어진 방사가, 슬러리(218)가 웨이퍼(202)와 연마패드(208)의 연마접촉면에 도달하기 전에 슬러리(218)에 방사된다. 바람직하게 상기 램프(220)는 적외선(IR) 또는 자외선(UV) 램프가 되도록 형성된다. 그러나, 다른 실시예에서 웨이퍼표면(202)에 구리 부식이나 결함없이 슬러리를 활성화하기 위해서 필요한 에너지를 제공하는 역할이 달성되기만 한다면, 상기 램프(220)는 어떤 형태의 램프나 방사유니트가 될 수 있다. 바람직하게, 한 실시예에서, 슬러리(218)는 과산화수소나 용존산소를 포함한다. 그러나, 다른 실시예에서 상기 슬러리(218)는 어떤 형태의 산화제도 포함할 수 있다.
이 형상에서 도시되듯이, 종래의 구리 CMP시스템과는 다르게, 이 실시예의 슬러리(218)는 적외선 빛의 적외선 방사나 자외선 램프(220)에 의해서 빠르게 활성화 되도록 형성되어 있다. 일반적으로 선행기술의 구리 CMP시스템에서, 활성화 배리어를 통과하도록 요구되는 에너지는 순전히 기계적인 구성요소에 의해서 발생한다. 즉, 슬러리가 웨이퍼와 연마패드의 연마 접촉면에 공급됨에 따라서, 패드와 웨이퍼 및 슬러리의 운동은 연마 접촉면의 온도를 높여서 활성화 배리어를 통과할 수있는 분자의 갯수를 증가시킨다. 따라서, 이러한 상황에서, 금속층(Mlayer)과 산화제 사이의 화학반응은 확장된 시간을 위해서 발생할 수 없다. 게다가, 활성화 배리어를 끊기 위해서 필요한 시간이 급진적으로 더 길어짐에 따라서, 금속층(Mlayer)에 대한 구리 산화물층을 형성하는 데 걸리는 시간도 길어지므로, 금속-산화물(예컨대, 구리 CMP공정에서와 같은)의 전체 제거율은 감소한다. 이와 같이, 전체 CMP공정에 대해서 확장된 시간이 더 크므로, 반대되는 영향을 처리량에 발생시킨다.
선행기술의 구리 CMP공정과는 반대로, 본 발명은 매우 높은 제거율을 달성한다. 본 발명의 한 관점에서, 자외선의 광자에 의해서 만들어진 특별한 양의 에너지가 수행되어질 과산화수소의 원자나 다른 산화제 사이의 결합을 끊기에 충분하도록 형성되어서, 구리 CMP작업의 산화물형성의 속도를 향상시킨다. 움직이는 연마패드(208)가 웨이퍼(202)에 밀착됨에 따라서, 과산화수소를 함유하는 활성화된 슬러리(218)가 웨이퍼(202)의 구리층과 화학반응한다. 슬러리(218)가 활성화됨에 따라서, 이 활성화된 슬러리(218')는 웨이퍼(202)의 금속층(Mlayer)과 화학반응하도록 준비된 자유 산화물 원자를 포함하여, 더 빠르게 구리층으로부터 구리 산화물의 층을 만든다. 즉, 화학반응의 결과로 구리 층의 금속결합은 흔히 구리산화물에 더 존재하는 분자결합으로 변한다. 그러므로, 본 발명은 활성화 배리어를 끊는 2가지 형태의 에너지를 사용한다. 제 1형태의 에너지는 구리 CMP시스템의 연마패드(208)에 대해서 웨이퍼(202)표면의 기계적인 운동에 의해서 발생되는 에너지이다. 제 2형태의 에너지는 적외선(IR)이나 자외선(UV)으로부터 발생되는 에너지이다. 이 2가지 형태의 에너지를 사용하여, 본 발명은 결과적인 고체 산화물-금속층의 형성을 촉진시켜서, 산화물형성율(Rox)을 증가시킨다. 결과적으로, 웨이퍼(202)의 구리 CMP작업에서 확장된 전체 시간은 매우 감소된다.
또한, 결과적인 고체 산화물-금속층의 제거율은 구리층의 산화물형성율(Rox)에 직접 의존한다. 그러므로, 산화물형성율(Rox)이 크면 클수록, 결과적인 고체 산화물-금속층은 구리층의 표면에서 더 빠르게 제거될 수 있다. 이와 같은 것이 다음의 산화물-금속층에 적용된다. 더 특별하게, 구리 CMP작업의 전체 제거율은 구리층에 있는 산화물형성율에 의해서 제한되고, 이것은 직접 슬러리(218)의 활성화율과 관련된다. 산화물형성율의 의존도와 구리 CMP시스템의 전체제거율을 고려한 추가의 상세한 설명이 도 3c-1내지 도 3c-5와 관련해서 아래에서 설명된다.
도 3a-2는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른, 단일 램프를 사용하여 슬러리의 활성화를 나타내는 도 3a-1의 CMP시스템(200a)을 개략적으로 도시한 부분단면도이다. 이 실시예에서, 단일 램프(220)는 슬러리(218)위에 적외선(IR)이나 자외선(UV)을 실제적으로 균일하게 적용할 수 있도록 형성되어 슬러리(218)를 활성화한다. 램프(220)의 길이는 거의 약 6 1/2인치에서 약 12 1/2 인치의 범위를 가지도록 형성되며, 바람직하게는 웨이퍼의 크기보다 약간 크다. 전술했듯이, 활성화된 슬러리(218')는 산화된 층을 만들기 위해서 웨이퍼(202)의 활성화된 구리층과 화학반응하도록 준비된 증가되고 활성화된 산화제의 양을 포함하도록 형성된다.
도 3b-1은 본 발명의 한 실례에 따른, 다른 방사강도(예컨대, 방사강도의 관점에서 조정가능할 수 있는)를 가지는 다수의 램프를 사용하여 슬러리가 활성화되는 벨트형 CMP시스템(200a')을 개략적으로 도시한 부분평면도이다. 도시되듯이, 슬러리(218)는 연마패드(208)가 운동방향(216)으로 움직임에 따라서, 연마패드(208) 위로 주입된다. 측면램프(220a)와 중앙램프(220b) 및 측면램프(220c)는 연마패드(208) 위에 위치되어서 측면램프(220a)와 중앙램프(220b) 및 측면램프(220c)는 실제적으로 같은 수직선에 서로 나란히 위치된다. 한 실시예에서, 측면램프(220a)와 중앙램프(220b) 및 측면램프(220c)는 다른 활성화 강도를 가지는 활성화된 슬러리를 만들기 위해서 각각이 다른 방사강도를 가지도록 형성된다. 다시, 도 3b-1의 실시예에서, 슬러리(218)는 웨이퍼(202)와 연마패드(208)사이의 연마접촉면에 도달하기 전에 신속하게 활성화된다. 슬러리가 연마접촉면에 도달하기 전에 자외선(UV) 활성화됨에 따라서, 슬러리 활성도의 활성화는 어떤 다른 CMP공정 소모품이나 웨이퍼표면의 열적 성질에 영항을 주지 않는다. 예컨대, 연마패드(208)의 온도를 가능한한 낮게 지지시키는 것이 바람직하기 때문에, 본 발명은 연마패드(208)의 온도를 올리지 않고 슬러리 활성도를 증가시킨다.
도 3b-2는 본 발명의 또 다른 실례에 따른, 다른 활성화 계층을 가지는 슬러리를 생산하기 위한 본 발명의 능력을 나타내는 도 3b-1의 CMP시스템(200a')의 확대부분단면도이다. 도시되듯이, 방사강도(220a')를 가지는 측면램프(220a)가 웨이퍼(202)의 측면부의 아래에서 움직이도록 된 슬러리(218)를 활성화시키기 위해 사용되어, 활성화된 측면 슬러리(218a)를 만든다. 중앙램프(220b)는 방사강도(220b')를 가지고 활성화된 중앙 슬러리(218b)를 만들기 위해서 웨이퍼(202)의 중앙부분아래에서 움직이도록 된 슬러리(218)의 부분을 활성화시키도록 형성된다. 방사강도(220c')를 가지는 측면 램프(220c)는 웨이퍼(202)의 측면부분 아래에서 움직이도록 된 슬러리(218)의 부분에 적용되어 활성화된 측면 슬러리(218c)를 발생시킨다. 이 대표적인 실시예에서, 램프방사강도(220a', 220b' 및 220c')는 조정가능하도록 선택되도록 형성되어서 방사강도(220b')는 방사강도(220a'와 220c')보다 더 크고, 방사강도(220c')는 방사강도(220a')보다 더 크다.
다중의 광원 형상의 사용은 구리 CMP시스템이 연마될 웨이퍼의 다른 부분에 다른 제거율을 촉진시키므로, 연마될 특별한 층에 필요한 평탄화된 표면이 달성된다. 주지하듯이, 웨이퍼표면 형상은 때때로 웨이퍼(202)의 단부에서 웨이퍼(202)의 중앙부까지 다르다. 본 발명의 실시예는 다른 부분과 관련하여 한 부분의 제거율을 선택적으로 증가시키는 능력을 제공한다(예컨대, 웨이퍼(202)의 단부보다 웨이퍼(202)의 중앙이 더 많게). 이 실시예가 3개의 분리된 램프를 사용하기 위해서 설계되었다 하더라도, 당해업자에게 어떠한 수의 램프나 다중 유니트가 슬러리를 활성화시키기 위해서 수행될 수 있도록 본 발명이 실시될 수 있다는 것이 이해될 것이다.
도 3c-1 내지 도 3c-5는 본 발명의 실시예에 따른 구리층을 가지는 웨이퍼의 부분에 화학적 기계적 평탄화를 수행하기위한 다른 단계의 확대부분단면도이다. 도 3c-1은 절연부분(202a)과 구리층(202b)을 가지는 웨이퍼(202)를 도시한다. 도 3c-2에는 웨이퍼(202)의 상부층(202')의 확대단면도가 도시된다. 도 3c-2에서는 웨이퍼(202)의 상부층(202')의 확대단면이 도시된다. 이 도면이 구리층내에 몇 개의 점선층을 도시하였다 하더라도, 구리가 연마됨에 따라서, 단지 최상층이 어떤 한 점에서 활성화 된다. 활성화된 슬러리(218')는 구리층(202b)에 주입된다. 단지 설명을 위해서 도 3c-2의 구리층(202b)은 점선에 의해서 깊이 1(202bd1), 깊이 2(202bd2), 깊이 3(202bd3), 깊이 4(202bd4), 깊이 5(202bd5)로 정의된 다수의 구리깊이로 구분된다. 깊이 1(202bd1)은 웨이퍼(202)의 표면에 가장 가까운 구리깊이이고, 깊이(202bd5)는 웨이퍼의 절연부분(202a)에 가장 가까운 깊이이다. 도 3c-2에 도시되듯이, 활성화된 슬러리는 연마패드의 기계적인 접촉에 의해서 상부면 깊이(202bd1)에 적용된다.
도 3c-3의 실시예를 언급하면, 구리층의 깊이 1(202bd1)은 활성화된 슬러리(218')와 반응하여서, 구리 산화물-슬러리막(202c)을 만든다. 도시되듯이, 구리 산화물-슬러리층(202c)은 실제적으로 웨이퍼(202)의 전체표면을 덮는다. 이 점에서, 깊이 1(202bd1)은 전술된 종래의 금속 CMP와 관련된 문제없이 제거된다. 즉, 구리제거는 산화물제거와 흡사하고 연성금속제거와는 덜 흡사하다. 전술했듯이, 이 단계에서 도 3c-3의 구리층(202b)은 이제 깊이 2(202bd2)와 깊이 3(202bd3), 깊이 4(202bd4) 및 깊이 5(202bd5)만을 포함한다. 도 3c-4는 활성화된 슬러리가 구리층(202b)의 깊이 3(202bd3)의 표면에서 한정된 웨이퍼(202)를 도시한다. 이 실시예에서, 구리층의 깊이 3(202bd3)은 활성화된 슬러리(218')와 화학반응하여웨이퍼(202)의 표면근처에서 구리 산화물-슬러리층(202c)을 만든다. 전술했듯이, 이 단계에서, 도 3c-4의 구리층(202b)은 단지 깊이 4(202bd4)및 깊이 5 (202bd5)를 포함한다. 따라서, 깊이 1(202bd1)과 깊이 2(202bd2)는 이미 활성화된 슬러리(218')와 화학반응했고, 기계적으로 제거되었다. 마지막으로, 도 3c-5의 실시예에서, 구리층(202b)이 실제적으로 제거되어 실제적으로 평탄화되고 평평한 웨이퍼 절연물(202a)이 남겨졌다.
도시되듯이, 구리 CMP시스템의 제거율은 웨이퍼(202)표면 위의 구리-산화물층의 형성에 의존한다. 활성화된 슬러리(218')가 어떤 주어진 시간에 활성화된 구리층(202b)의 특별한 깊이와 화학반응할 수 있다는 것이 더 도시된다. 이와 같이, 구리 CMP시스템의 전체 질은 산화물형성율에 의존한다. 즉, 구리-산화물층이 더 빨리 형성되면 될수록, 금속층(Mlayer)은 웨이퍼(202)의 표면으로부터 더 빠르게 제거된다.
도 4는 본 발명의 한 실시예와 관련하여, 다양한 부분 오버랩핑(즉, 구멍) CMP시스템(200b)의 간략화된 단면도이다. 도 4의 실시예는 연마헤드(208')가 연마회전방향(216)으로 회전하고 운동방향(216')으로 웨이퍼(202)의 중앙으로부터 웨이퍼(202)의 단부까지 움직임에 따라서 웨이퍼(202)의 표면을 연마하도록 형성된 연마헤드(208')를 포함한다. 연마헤드(208')는 왕복운동을 발생시키기 위해서 왕복방향(216")으로 앞뒤로 움직이도록 더 형성된다. 도시되듯이, 이 실시예에서 캐리어(206)는 연마헤드(208') 아래에 위치된다. 캐리어(206)는 축받이링(204)을사용하는 웨이퍼(202)와 맞물리도록 형성된다. 도시되듯이, 한 실시예에서 축받이링(204)은 웨이퍼(202)가 연마헤드(208')에 의해서 연마되는 동안에 웨이퍼(202)와 동일평면을 지지하도록 형성된다. 이 실시예에서 웨이퍼의 노출된 표면은 연마헤드(208')에 접하도록 형성된다. 이 실시예에서 짐벌(gimbal;222)은 캐리어(206)의 아래에 위치되고 CMP공정 동안에 캐리어(206)를 움직이는 연마헤드(208')에 정렬되도록 한정된다. 한 실시예에서 짐벌(222)은 확장되는 스핀들(224)의 위에 장착되고, 이것은 웨이퍼회전방향(207)으로 회전한다. 이 확장되는 스핀들은 캐리어(206)에 힘(F)을 작용하도록 형성된다.
조정헤드(210)는 연마헤드(208')를 조정하기 위해서 캐리어(206)의 오른쪽(또는 어느 쪽이든)과 연마헤드(208) 아래에 위치되도록 형성된다. 연마헤드(208')와 비슷하게, 조정헤드(210)는 연마헤드(208')와 같은 회전방향(즉, 연마회전방향(216))으로 회전하도록 형성된다. 조정헤드(210)는 조정스핀들(226) 위에 장착된다. 조정스핀들(226)은 힘(F)을 조정헤드(210)에 작용하도록 형성된다. 용기(219a)에 위치된 슬러리(218)의 공급은 슬러리공급유니트(219b)를 통해서 조정헤드(210)의 표면에 직접 분사된다. 슬러리(218)가 조정헤드(210)와 연마헤드(208')의 조정접촉면에 분사되고 다음에 연마헤드(208')와 웨이퍼(202)의 연마접촉면에 분사됨에 따라서, 슬러리(218)를 활성화시키기 위해서 램프(220)는 조정헤드(210)의 부분 위에 실제적으로 위치한다. 또 다른 실시예에서, 활성화된 형태의 슬러리는 연마헤드(208')에 형성된 공급도관(도시되지 않음)을 통해서 웨이퍼표면으로 공급될 수 있다. 한 실시예에서, 이 램프(220)는 적외선(IR) 또는 자외선(UV) 램프가 될 수 있다.
이 실시예에서, 조정헤드(210)로 안내된 후에 슬러리(218)가 활성화되었다 하더라도, 다른 실시예에서, 슬러리(218)가 용기(219a) 내에 있을 때 슬러리(218)의 공급은 활성화될 수 있다. 이 후에, 슬러리(218)가 활성화 되면, 활성화된 슬러리(218')는 조정헤드(210)에 주입될 수 있어서 상기 활성화된 슬러리(218')는 조정접촉면을 통해서 연마접촉면으로 주입될 수 있다. 연마헤드(208')의 온도를 가능한한 낮게 지지시키는 것이 바람직하기 때문에, 연마헤드(208')보다는 조정헤드(210)에 주입되는 슬러리(218)에 빛을 적용시키는 것이 바람직하다.
슬러리를 활성화시키기 위해서 적외선(IR) 또는 자외선(UV) 램프는 유용하게 설명되어져왔다. 그러나, 당해업자에게 CMP시스템에서 슬러리를 활성화시키기 위해서 다른 형태의 빛방사 시스템이 사용될 수 있다는 것은 명백할 것이다. 또한, 응용에 따라서, 램프의 방사강도는 Rdis와 관련되어 필요한 Rox를 달성하기 위해서 제어가능하게 조정될 수 있다.
전술한 발명이 분명한 이해를 목적으로 부분 부분 상세하게 설명되었다 하더라도, 특별한 변화와 변경이 청구항의 범위 내에서 실시가능하다는 것은 명백하다. 예컨대, 여기에 설명된 실시예는 웨이퍼의 화학적 기계적 연마에 직접 관련된 것이나, 본 발명의 화학적 기계적 평탄화 작업은 어떤 형태의 기판의 연마를 위해서도 매우 적절하다는 것이 이해되어야 한다. 또한, 여기에 설명된 실시는 특별하게 구리의 화학적 기계적 연마에 관한 것이나, 본 발명의 화학적 기계적 평탄화 작업은어떤 형태의 절연물 또는 금속(예컨대, 텅스텐과 다른 금속 또는 합금)의 연마를 위해서도 매우 적절하다는 것이 이해되어야만 한다. 따라서, 본 실시예는 제한적이 아닌 설명적으로 고려되어야만 하고, 본 발명은 여기에 주어진 상세한 설명에 제한되지 않으나, 첨부된 청구항의 관점과 동등물 내에서 변경가능하다.
Claims (23)
- 슬러리 화학물을 수용하도록 된 연마패드와;금속표면층을 구비한 웨이퍼를 지지하도록 되어 있고, 슬러리 화학물로 금속표면층을 연마하는 동안에 캐리어헤드와 상기 연마패드가 기계적으로 접촉하도록 된 캐리어헤드 및;슬러리공급위치의 뒤와 패드가 웨이퍼의 아래로 들어가기 전에 상기 연마패드 위에 방사하여, 웨이퍼의 금속표면층과 연마패드 사이의 기계적인 접촉 바로 전에 슬러리 화학물을 방사(放射)에 노출시키도록 된 방사유니트;를 포함하여 이루어진 화학적 기계적 평탄화(CMP)장치.
- 제 1항에 있어서, 상기 방사유니트는 적외선(IR)램프와 자외선(UV)램프 중의 하나인 화학적 기계적 평탄화(CMP)장치.
- 제 1항에 있어서, 상기 연마패드는 벨트형 패드이고, 슬러리공급위치는 웨이퍼 밀착위치로부터 상부로 한정되며, 상기 방사유니트는 슬러리공급위치와 웨이퍼 밀착위치 사이에 위치되는 화학적 기계적 평탄화(CMP)장치.
- 제 1항에 있어서, 상기 연마패드는 회전형CMP패드이고, 슬러리공급위치는 웨이퍼 밀착위치로부터 상부로 한정되며, 상기 방사유니트는 슬러리공급위치와 웨이퍼 밀착위치 사이에 위치되는 화학적 기계적 평탄화(CMP)장치.
- 제 3항에 있어서, 상기 방사유니트는 다중유니트이고, 이 다중유니트의 각부는 벨트형 패드위에서 이송되는 화학물 슬러리에 같거나 다른 방사레벨을 가하도록 된 화학적 기계적 평탄화(CMP)장치.
- 제 1항에 있어서, 상기 금속표면층은 구리와 텅스텐 중 하나인 화학적 기계적 평탄화(CMP)장치.
- 회전하도록 된 연마패드와;연마될 웨이퍼를 지지하도록 된 캐리어;캐리어의 옆에 정렬되고, 상기 연마패드는 부분적으로 캐리어와 조정패드의 위와 점차 캐리어를 벗어나서 완전히 조정패드의 위에 있을 때의 사이에서 회전하는 동안 움직이도록 된 조정패드;회전할 때 웨이퍼와 연마패드 사이에 상기 연마패드가 슬러리를 도포할 수 있도록 상기 조정패드 위에 슬러리를 도포하도록 된 슬러리공급유니트 및;웨이퍼와 연마패드 사이에 도포되는 슬러리에 방사하도록 된 방사원;을 포함하여 이루어진 화학적 기계적 평탄화(CMP)장치.
- 제 7항에 있어서, 상기 방사원은 슬러리를 활성화하도록 된 화학적 기계적평탄화(CMP)장치.
- 제 7항에 있어서, 상기 방사원은 적외선(IR)램프와 자외선(UV)램프 중의 하나인 화학적 기계적 평탄화(CMP)장치.
- 제 7항에 있어서, 상기 가해진 방사는 웨이퍼와 연마패드 사이에 가해질 때 슬러리에 안내되는 화학적 기계적 평탄화(CMP)장치.
- 제 7항에 있어서, 상기 웨이퍼는 금속표면층을 구비하고, 이 금속표면층은 방사에 노출된 슬러리로 연마되는 것에 응하여 산화레벨이 증가하도록 된 화학적 기계적 평탄화(CMP)장치.
- 제 11항에 있어서, 상기 금속표면층은 구리와 텅스텐 중 하나인 화학적 기계적 평탄화(CMP)장치.
- 제 7항에 있어서, 상기 연마패드는 조정가능한 비율로 왕복운동하도록 형성되고, 이 왕복운동은 부분적으로 캐리어와 조정패드의 위에서와 그리고 완전히 캐리어를 벗어나 완전히 조정패드의 위의 사이에서 움직임에 따라서 발생하도록 형성되는 화학적 기계적 평탄화(CMP)장치.
- 제 7항에 있어서, 상기 가해진 방사는 슬러리가 슬러리공급유니트를 통해서 조정패드 위에 도포되기 전에 슬러리에 안내되는 화학적 기계적 평탄화(CMP)장치.
- 제 10항에 있어서, 상기 금속표면층의 산화된 층의 기계적인 제거의 레벨은 금속표면층의 산화레벨의 증가의 결과로 증가되도록 된 화학적 기계적 평탄화(CMP)장치.
- 슬러리가 웨이퍼층에 도포되기 전에 방사를 슬러리에 적용하는 화학적 기계적 평탄화(CMP)시스템에서 웨이퍼의 웨이퍼층의 제거를 향상시키는 방법.
- 제 16항에 있어서,연마패드를 공급하는 단계와;웨이퍼를 지지하도록 된 캐리어헤드를 제공하는 단계 및;연마패드와 캐리어헤드를 접촉하게 함으로써 연마패드와 웨이퍼층 및 방사에 노출된 슬러리 사이에서 기계적인 연마를 발생시키는 단계;를 더 포함하여 이루어지는 화학적 기계적 평탄화(CMP)시스템에서 웨이퍼의 웨이퍼층의 제거를 향상시키는 방법.
- 제 17항에 있어서, 상기 웨이퍼층은 금속표면층인 화학적 기계적 평탄화(CMP)시스템에서 웨이퍼의 웨이퍼층의 제거를 향상시키는 방법.
- 제 18항에 있어서, 상기 연마패드와 캐리어헤드를 접촉시켜서 상기 연마패드와 웨이퍼층 및 방사에 노출된 슬러리 사이에 기계적인 연마를 발생시키는 단계는상부표면층을 형성하기 위해서 금속표면층에 방사에 노출된 슬러리를 도포하는 단계와;상부표면층을 상기 연마패드와 접촉시켜서 기계적으로 상부표면층을 제거하는 단계;를 더 포함하여 이루어지는 화학적 기계적 평탄화(CMP)시스템에서 웨이퍼의 웨이퍼층의 제거를 향상시키는 방법.
- 제 19항에 있어서, 상기 상부표면층을 형성하기 위해서 금속표면층에 방사에 노출된 슬러리를 도포하는 단계는, 금속결합을 가지는 금속표면층을 분자결합을 가지는 상부표면층으로 바꾸는 단계를 더 포함하여 이루어지는 화학적 기계적 평탄화(CMP)시스템에서 웨이퍼의 웨이퍼층의 제거를 향상시키는 방법.
- 제 19항에 있어서, 상기 상부표면층을 형성하기 위해서 금속표면층에 방사에 노출된 슬러리를 도포하는 단계는, 산화된 금속표면층을 형성하기 위해서 금속표면층을 산화시키는 단계;를 더 포함하여 이루어지는 화학적 기계적 평탄화(CMP)시스템에서 웨이퍼의 웨이퍼층의 제거를 향상시키는 방법.
- 제 21항에 있어서, 상기 금속표면층에 방사에 노출된 슬러리를 도포하는 단계는 금속표면층의 산화레벨의 증가에 응하여 금속표면층의 기계적인 제거의 레벨을 증가시키도록 된 화학적 기계적 평탄화(CMP)시스템에서 웨이퍼의 웨이퍼층의 제거를 향상시키는 방법.
- 슬러리 화학물을 수용하도록 된 연마패드와;금속표면층을 구비한 웨이퍼를 지지하도록 되어 있고, 슬러리 화학물로 금속표면층을 연마하는 동안에 캐리어헤드와 상기 연마패드가 기계적으로 접촉하도록 된, 캐리어헤드 및;슬러리공급위치의 뒤에서 상기 연마패드의 위와 연마패드를 가로질러서 도포되어, 웨이퍼의 금속표면층과 상기 연마패드 사이의 기계적인 접촉 바로 전에 슬러리 화학물을 방사에 노출시키도록 된 방사유니트;를 포함하여 이루어진 화학적 기계적 평탄화(CMP)장치.
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