KR20050049406A - 워크 피스의 연마 장치 및 연마 방법 - Google Patents

워크 피스의 연마 장치 및 연마 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20050049406A
KR20050049406A KR1020040095232A KR20040095232A KR20050049406A KR 20050049406 A KR20050049406 A KR 20050049406A KR 1020040095232 A KR1020040095232 A KR 1020040095232A KR 20040095232 A KR20040095232 A KR 20040095232A KR 20050049406 A KR20050049406 A KR 20050049406A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
polishing
gas
pressure vessel
slurry
plate
Prior art date
Application number
KR1020040095232A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101157235B1 (ko
Inventor
토시로 도이
필리포시언아라
데나르디스다렌
Original Assignee
토시로 도이
후지코시 기카이 고교 가부시키가이샤
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 토시로 도이, 후지코시 기카이 고교 가부시키가이샤 filed Critical 토시로 도이
Publication of KR20050049406A publication Critical patent/KR20050049406A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101157235B1 publication Critical patent/KR101157235B1/ko

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
    • H01L21/3205—Deposition of non-insulating-, e.g. conductive- or resistive-, layers on insulating layers; After-treatment of these layers
    • H01L21/321—After treatment
    • H01L21/32115—Planarisation
    • H01L21/3212—Planarisation by chemical mechanical polishing [CMP]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B37/00—Lapping machines or devices; Accessories
    • B24B37/005—Control means for lapping machines or devices
    • B24B37/0056—Control means for lapping machines or devices taking regard of the pH-value of lapping agents
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B37/00—Lapping machines or devices; Accessories
    • B24B37/04—Lapping machines or devices; Accessories designed for working plane surfaces
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B57/00—Devices for feeding, applying, grading or recovering grinding, polishing or lapping agents
    • B24B57/02—Devices for feeding, applying, grading or recovering grinding, polishing or lapping agents for feeding of fluid, sprayed, pulverised, or liquefied grinding, polishing or lapping agents
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/302—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting
    • H01L21/304—Mechanical treatment, e.g. grinding, polishing, cutting
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
    • H01L21/3105—After-treatment
    • H01L21/31051—Planarisation of the insulating layers
    • H01L21/31053—Planarisation of the insulating layers involving a dielectric removal step

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)
  • Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)

Abstract

연마 장치(10)는 연마 레이트를 조절하기 위해 pH 값을 변경하고 평탄성 높게 워크 피스를 연마할 수 있다. 상기 연마 장치(10)는 개폐 가능한 덮개(14)를 구비한 압력 용기(12)와, 상기 압력 용기(12) 내에 배치된 연마 플레이트(23)와, 상기 연마 플레이트(23)상에 배치되고, 상기 연마 플레이트(23)와의 사이에 배치된 워크 피스를 상기 연마 플레이트(23)측으로 가압하는 가압 플레이트(36)와, 상기 연마 플레이트(23)를 상기 가압 플레이트(36)에 대하여 상대 운동시킴으로써 워크 피스를 연마하는 구동 유닛(35)과, 상기 압력 용기(12)에 접속되어, 상기 압력 용기(12) 내로 알칼리성 가스 또는 산성 가스를 공급하는 가스 공급원(71, 72)과, 상기 공급된 가스를 상기 압력 용기(12)로부터 배출하는 가스 배출 유닛(48)과, 상기 연마 플레이트(23)상에 슬러리를 공급하는 슬러리 공급 유닛(45)을 포함한다.

Description

워크 피스의 연마 장치 및 연마 방법{POLISHING APPARATUS AND METHOD OF POLIHSING WORK PIECE}
기술분야
본 발명은 워크 피스(work piece) 예컨대 실리콘 웨이퍼의 연마 장치 및 연마 방법에 관한 것이다.
종래기술
실리콘 웨이퍼 등의 워크 피스를 연마하는 통상의 연마 장치에 있어서, 장치 또는 그 연마부의 분위기 조건들, 예컨대 압력, 온도, 습도는 특별히 컨트롤되지 않는다. 따라서, 특히 화학적 기계적 연마의 경우에, 안정된 가공 특성을 얻을 수 없다. 상기 문제를 해결하기 위해, 본 발명의 발명자들은 분위기가 제어될 수 있는 압력 용기를 갖는 압력 용기형(pressure vessel type) 연마 장치를 개발하였다(일본국 특허 공보2003-225859호 참조). 상기 연마 장치는 연마 효율을 개선할 수 있다.
화학적 기계적 연마의 경우에, 슬러리의 pH 값은 연마 속도 및 제품의 품질에 큰 영향을 준다. 종래의 개방형의 연마 장치에 있어서, 슬러리의 pH 값은 분위기 조건에 의해 미소하게 변한다. 따라서, 슬러리의 pH 값을 정밀하게 제어하는 것이 곤란하다.
또한, 상기 화학적 기계적 연마의 경우에, 연마 패드의 드레싱 이후에 정상적인 가공 특성을 얻을 수 있을 때까지는 통상 2 내지 7분이 걸린다. 연마 패드를 드레싱 한 이후에, 연마 패드의 표면은 순수로 세척되고, 따라서, 사용된 슬러리를 완전 제거하는데는 장시간이 걸린다. 특히, 화학적 기계적 연마 공정중에 다른 슬러리로 교체하는 경우에, 완전하게 슬러리를 교체하는 것은 10분 이상을 필요로 한다.
특히, 압력 용기형 연마 장치에 있어서, 연마 조건은 슬러리를 교환하는 일 없이 신속히 교체되어야 한다.>
본 발명의 목적은 연마 속도를 조절하기 위해 슬러리의 pH 값을 변경할 수 있고 평탄성 높게 워크 피스(work piece)를 연마할 수 있는 압력 용기형(pressure vessel type) 연마 장치, 상기 연마 장치로 워크 피스를 연마하는 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 슬러리를 변경함이 없이 상이한 연마 조건에 적합하게 대처할 수 있는 압력 용기형 연마 장치, 및 상기 연마 장치로 워크 피스를 연마하는 방법을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 이하의 구성을 갖는다.
즉, 본 발명에 관한 연마 장치의 제1의 기본 구성은;
개폐 가능한 덮개(14)를 구비한 압력 용기(12)와,
상기 압력 용기(12) 내에 배치된 연마 플레이트(23)와,
상기 연마 플레이트(23)상에 배치되고, 상기 연마 플레이트(23)와의 사이에 배치된 워크 피스를 상기 연마 플레이트(23)측으로 가압하는 가압 플레이트(36)와,
상기 연마 플레이트(23)를 상기 가압 플레이트(36)에 대하여 상대 운동시킴으로써 워크 피스를 연마하는 구동 유닛(35)과,
상기 압력 용기(12)에 접속되어, 상기 압력 용기(12) 내로 알칼리성 가스 또는 산성 가스를 공급하는 가스 공급원(71, 72)과,
상기 공급된 가스를 상기 압력 용기(12)로부터 배출하는 가스 배출 유닛(48)과,
상기 연마 플레이트(23)상에 슬러리를 공급하는 슬러리 공급 유닛(45)을 포함하고,
상기 슬러리의 pH 값은 상기 슬러리 내의 알카리성 가스 또는 산성 가스를 용해함으로써 조절된다.
본 발명에 관한 연마 장치의 제2의 기본 구성은;
개폐 가능한 덮개(14)를 구비한 압력 용기(12)와,
상기 압력 용기(12) 내에 배치된 연마 플레이트(23)와,
상기 연마 플레이트(23)상에 배치되고, 상기 연마 플레이트(23)와의 사이에 배치된 워크 피스를 상기 연마 플레이트(23)측으로 가압하는 가압 플레이트(36)와,
상기 연마 플레이트(23)를 상기 가압 플레이트(36)에 대하여 상대 운동시킴으로써 워크 피스를 연마하는 구동 유닛(35)과,
상기 압력 용기(12)에 접속되어, 상기 압력 용기(12) 내로 알칼리성 가스 또는 산성 가스를 공급하는 가스 공급원(71, 72)과,
상기 공급된 가스를 상기 압력 용기(12)로부터 배출하는 가스 배출 유닛(48)와,
상기 연마 플레이트(23)상에 순수(pure water)를 공급하는 순수 공급 유닛(82)을 포함하고,
상기 순수를 슬러리로 사용하기 위해 상기 순수의 pH 값은 상기 순수 내의 알카리성 가스 또는 산성 가스를 용해함으로써 조절된다.
워크 피스의 제1의 연마 방법에 있어서, 개폐 가능한 덮개(14)를 구비한 압력 용기(12)와, 상기 압력 용기(12) 내에 배치된 연마 플레이트(23)와, 상기 연마 플레이트(23)상에 배치되고, 상기 연마 플레이트(23)와의 사이에 배치된 워크 피스를 상기 연마 플레이트(23)측으로 가압하는 가압 플레이트(36)와, 상기 연마 플레이트(23)를 상기 가압 플레이트(36)에 대하여 상대 운동시킴으로써 워크 피스를 연마하는 구동 유닛(35)과, 상기 압력 용기(12)에 접속되어, 상기 압력 용기(12) 내로 알칼리성 가스 또는 산성 가스를 공급하는 가스 공급원(71, 72)과, 상기 공급된 가스를 상기 압력 용기(12)로부터 배출하는 가스 배출 유닛(48)과, 상기 연마 플레이트(23)상에 슬러리를 공급하는 슬러리 공급 유닛(45)을 포함하는 연마 장치(10)에서 워크 피스를 연마하는 방법에 있어서, 상기 슬러리의 pH 값을 조절하기 위해 상기 가스 공급원으로부터 상기 압력 용기(12) 내로 상기 알카리성 가스 또는 상기 산성 가스를 공급하는 단계를 포함한다.
워크 피스를 연마하는 제2의 방법에 있어서, 개폐 가능한 덮개(14)를 구비한 압력 용기(12)와, 상기 압력 용기(12) 내에 배치된 연마 플레이트(23)와, 상기 연마 플레이트(23)상에 배치되고, 상기 연마 플레이트(23)와의 사이에 배치된 워크 피스를 상기 연마 플레이트(23)측으로 가압하는 가압 플레이트(36)와, 상기 연마 플레이트(23)를 상기 가압 플레이트(36)에 대하여 상대 운동시킴으로써 워크 피스를 연마하는 구동 유닛(35)과, 상기 압력 용기(12)에 접속되어, 상기 압력 용기(12) 내로 알칼리성 가스 또는 산성 가스를 공급하는 가스 공급원(71, 72)과, 상기 공급된 가스를 상기 압력 용기(12)로부터 배출하는 가스 배출 유닛(48)와, 상기 연마 플레이트(23)상에 순수(pure water)를 공급하는 순수 공급 유닛(82)을 포함하는 연마 장치(10)에서 워크 피스를 연마하는 방법에 있어서, 상기 순수의 pH 값을 조절하고 상기 순수를 슬러리로 사용하기 위해 상기 가스 공급원(71,72)으로부터 상기 압력 용기(12) 내로 상기 알카리성 가스 또는 상기 산성 가스를 공급하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 워크 연마 방법.
이하, 본 발명의 양호한 실시예를 첨부 도면에 의거하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예의 연마 장치(10)의 정면 단면도이다. 도 2는 덮개(lid)가 개방된 연마 장치의 평면도이다. 도 3은 벨 자(bell jar)의 평면도이다.
벨 자(12)는 덮개(14)를 구비하여 가압 및 감압 상태에 견딜 수 있는 압력 용기 구조로 기능한다. 덮개(14)는 축(15)에 의해 상기 벨 자(12)의 바디 프로퍼(body proper)(16)에 회전이 자유롭게 부착되어 바디 프로퍼(16)를 개폐한다.
체결 볼트(18)의 하단은 축(21)에 의해 바디 프로퍼(16)에 회전이 자유롭게 부착되고, 상기 볼트(18)의 상단은 고정 암(19)의 U자 형상의 갈퀴(fork) 사이의 틈으로 진입이 가능하다. 너트(20)를 회전함에 의해, 덮개(14)는 바디 프로퍼(16)를 기밀하게 폐쇄할 수 있다. 본 발명의 실시예에 있어서, 6개의 체결 볼트(18)는 60°씩 간격을 두고 제공된다.
바디 프로퍼(16)는 소요 두께의 스틸로 이루어지고 바닥이 있는 원통 형상으로 형성된다. 덮개(14)의 천판(top plate)은 위로 볼록하다. 상기 내압 구조에 의해, 상기 벨 자(12)는 압력 용기로서 기능할 수 있다. 바디 프로퍼(16)의 바닥부(16a)는 평판 형상이고, 그 두께는 내압에 견디기 위해 원통부 보다 훨신 더 두껍다.
여기서, 벨 자(12)의 형상은 원통형에 한정되지 않는다. 내압 구조를 구비하는 다른 압력 용기라면 본 발명에서 채택될 수 있다.
연마 플레이트(23)는 벨 자(12) 내에 배설된다.
공지의 재료로 이루어진 연마포 또는 연마 패드(도시되지 않음)는 연마 플레이트(23)의 윗면상에 부착되어 있다.
연마 플레이트(23)의 하면상에는 통형상을 이루는 연결 부재(24)가 고정되어 있다. 상기 연결 부재(24)는 바닥부(16a)의 베어링(25)에 의해 회전이 자유롭게 지지된 회전축(26)에 키(27)에 의해 연결된다. 상기 구성에 의해, 연마 플레이트(23)는 회전축(26)과 함께 회전된다. 28은 밀봉 부재를 나타낸다.
연마 플레이트(23)의 하단은 스러스트(thrust) 베어링(29)에 의해 지지된다. 지지 부재(30)는 바닥부(16a)상에 마련되고 상기 스러스트 베어링(29)은 상기 지지 부재(30)상에 마련된다.
커버(31)는 연마 플레이트(23)상에 미리 정해진 양의 슬러리를 잔존시키도록 연마 플레이트(23)의 외주를 둘러싼다. 상기 커버(31)는 생략 가능하다.
지지 베이스(32)는 벨 자(12)를 지지하고 4개의 다리(32a)를 가진다. 상기 각 다리(32a) 하단에는 지지 베이스(32)의 높이와 벨 자(12)의 수평을 조절하기 위해 어저스터블 볼트(33)가 마련된다.
구동부로 작용하는 모터(35)는 지지 베이스(32)에 부착된다. 모터(35)의 모터축은 회전축(26)에 연결되어, 모터(35)는 연마 플레이트(23)를 회전시킨다. 본 실시예에 있어서, 모터(35)는 벨 자(12)의 외부에 배설하였지만, 벨 자(12) 내에 배설할 수도 있다.
워크 피스(work piece)(도시되지 않음)를 가압하기 위한 가압 플레이트(36)는 연마 플레이트(23)상에 배치된다. 상기 가압 플레이트(36)는 자신의 무게를 가압력으로서 연마 플레이트(23)에 부여한다. 연마될 상기 워크 피스는 연마 플레이트(23)와 가압 플레이트(36) 사이에 끼워지거나 설치된다.
가압 플레이트(36)상에는 복수의 추(37)가 장착되어 가압력을 조절한다. 여기서, 상기 추(37)의 갯수는 연마 조건에 따라 선택적으로 결정된다.
연마 플레이트(23)와 동축인 롤러(38)와, 연마 플레이트(23)의 주연부 상방에 배치된 롤러(39)는 가압 플레이트(36)의 주연부를 접촉하여, 가압 플레이트(36)는 연마 플레이트(23)상의 소요 부위에 유지될 수 있다. 롤러(38, 39)는 벨 자(12) 내에 배설된 원호 형상의 암(40)에 의해 회전이 자유롭게 지지된다.
도 2에 있어서, 연마 플레이트(23)는 A 방향으로 회전된다. 상기 연마 플레이트(23)의 회전에 의해, 가압 플레이트(36)도 같은 방향으로 그 축 주위에서 회전된다.
여기서, 상기 롤러(38)는 모터(도시되지 않음)에 의해 회전될 수 있어, 상기 롤러(38)에 접촉하는 가압 플레이트(36)를 소요 방향으로 강제로 회전시킨다.
적절한 양의 슬러리는 바디 프로퍼(16) 내에 저장된다. 본 실시예에 있어서, 바디 프로퍼(16)의 하부는 슬러리 수용부(16b)로서 기능한다(도 4를 참조).
도 4에 도시된 바와 같이 상기 바디 프로퍼(16)에 저장된 슬러리는 순환 펌프(43)에 의해 순환된다.
순환 펌프(43)는 슬러리 수용부(16b)에 접속된 파이프(44), 및 바디 프로퍼(16)의 상부에 접속된 파이프(45)에 접속된다. 슬러리 수용부(16b)에 수용된 슬러리는 순환 펌프(43)에 의해 흡인되고, 파이프(45)를 경유하여 연마 플레이트(23)상에 공급된다. 워크 피스를 연마하는데 사용된 상기 슬러리는 슬러리 수용부(16b) 내에 회수된다.
슬러리 수용부(16b), 순환 펌프(43), 및 파이프(44, 45) 등은 슬러리 공급 유닛을 형성한다. 여기서, 도 1에 도시된 44a는 파이프(44)의 접속부이다.
물론, 슬러리 수용부(16b)는 벨 자(12)의 외부에 배설할 수도 있다.
도 4에 있어서, 47은 가압원으로서 작용하는 가압 유닛이고, 48은 가스 배출부이다.
가압 유닛(47)은 파이프(49)를 경유하여 바디 프로퍼(16)에 접속되어, 가압 가스(유체)를 벨 자(12) 내로 공급한다. 본 실시예에 있어서, 가압 가스로서 에서, 산소, 질소, 아르곤 등이 이용될 수 있다. 다른 가스들이 선택적으로 이용될 수 있다. 상기 가압 가스들은 선택되어 전환 밸브(도시되지 않음)에 의해 벨 자(12) 내로 공급될 수 있다. 감압 밸브(51)는 미리 정해진 압력으로 유체를 벨 자(12) 내로 공급하도록 마련된다. 52, 53은 밸브, 54는 유체의 흐름량을 제어할 수 있는 유량 제어 밸브이다.
여기서, 혼합 가스가 유체로서 사용가능하다.
가스 배출부(48)는 밸브(52)와 밸브(53) 사이에 위치한 파이프(49)의 일부에 접속된다. 56은 밸브이다.
상기 가스 배출부(48)는 진공 펌프를 포함한다.
여기서, 도 1에 도시된 49a는 파이프(49)의 접속부이다.
밸브(56)을 닫고, 밸브(52, 53)를 개방함에 의해, 가압 유체는 벨 자(12) 내로 공급될 수 있어서 벨 자(12)이 내압은 증가될 수 있다. 반면에, 밸브(52)를 닫고, 밸브(56), 밸브(53)을 개방함에 의해, 가스 배출부(48)는 벨 자(12) 내의 유체를 흡인하여, 벨 자(12)의 내압을 낮출 수 있다.
계측 장비로서의 압력계(57)는 벨 자(12) 내의 압력을 검출한다. 온도나 습도를 검출하는 다른 계측 장치도 필요에 응하여 부착한다.
안전 밸브(58)는 벨 자(12)의 내압이 허용 압력 이상을 초과하는 경우에 가압된 유체를 외부에 방출한다. 60은 들여다보는 창이다(도 3을 참조).
도 4에 있어서, 71은 암모니아 가스 봄베(bome)로서, 알칼리성 가스의 가스 공급원이고, 72는 탄산 가스 봄베로서, 산성 가스의 가스 공급원으로 기능한다.
가스 공급원(71)은 파이프(73, 74)를 통하여 벨 자(12)에 접속된다. 밸프(75)는 파이프(73)에 마련되고, 밸브(76)는 파이프(74)에 마련된다.
가스 공급원(72)은 파이프(77, 74)를 통하여 벨 자(12)에 접속된다. 밸브(78)는 파이프(77)에 마련된다.
밸브(78)를 닫고, 밸브(75) 및 밸브(76)을 개방함에 의해, 가스 공급원(71)으로부터 벨 자(12) 내로 알칼리성 가스가 공급될 수 있다. 또한, 밸브(75)를 닫고, 밸브(78) 및 밸브(76)를 개방함에 의해 벨 자(12) 내로 가스 공급원(72)으로부터 산성 가스를 공급할 수 있다.
여기서, 슬러리내의 알카리성 가스 및 산성 가스를 용해함에 의해, 슬러리의 pH 값이 조절될 수 있다.
다른 산성 가스, 예컨대 염산 가스(hydrochloric acid gas), 질산 가스가 연마 장치내에서 사용될 수 있다.
pH 검출부(80)는 벨 자(12) 내의 슬러리, 또는 파이프(44) 등을 순환하는 슬러리의 pH를 검출할 수 있다.
구동 유닛의 다른 예는 도 5에 도시된다.
벨 자(12) 내에 스테이터(stator)(62a)와 로터(rotor)(63a)를 포함하는 모터(64a)가 배치되고, 로터(63a)상에는 연마 플레이트(23)가 배치되어 있다. 모터 드라이버(65a)가 벨 자(12) 밖에 배치되고, 배선(66)을 경유하여 스테이터 코일(stator coil)에 전력이 공급되다. 여기서, 모터(64a)는 공지의 모터이다.
본 구동 유닛에 있어서, 배선(66)은 밀봉되어야 하고, 따라서, 밀봉 메커니즘이 단순화 될 수 있다.
또한, 상기 구동 유닛의 다른 예는 도 6에 도시된다.
본 예에 있어서, 자기(magnetic) 커플러 수단들에 의해 연마 플레이트(23)는 회전된다. 즉, 외주면상에 N, S극이 교대로 형성되는 제1의 자석 로터(67)는 모터(68)에 의해 회전된다. 제1의 자석 로터(67)를 회전시킴에 의해, 제2의 자기 로터(69)는 회전된다. 제2의 자석 로터(69)상에는 연마 플레이트(23)이 고정된다.
본 구성에 의해, 외부에 위치된 부재와 어떠한 접촉도 없이 연마 플레이트(23)는 회전될 수 있고, 그에 따라 벨 자(12) 내부 공간을 청결하게 유지할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 회전축의 축선을 중심으로 하여 연마 플레이트(23)를 회전시키고, 연마 플레이트(23)를 연마 플레이트(23)의 연마면(연마 패드)과 평행한 면 내에서 요동시킨다. 상기 실시예는 도 7에 도시된다.
도 7에 있어서, 연마 플레이트(23)에는 복수의 크랭크 축(70)를 부착하고, 크랭크 축(70)을 벨 자(12)의 외부에 마련한 구동부(도시되지 않음)에 의해, 동기하여 회전시키니다. 상기 구성에 의해, 연마 플레이트(23)를 일정한 방향을 향하게 한 채로 선회 운동시킨다. 즉, 연마 플레이트(23)의 모든 점들은 B 방향으로 동일하게 회전한다.
전술한 실시예에 있어서, 워크 피스를 가압 플레이트(36)에 의해 단순히 연마 플레이트(23)상에 가압하였다. 상기 워크피스를 가압 플레이트(36) 하면상에 접착한다. 이 경우에, 연마 종료 후에 워크 피스를 박리한다.
가압 부재(36)는 음의 압력을 생성함에 의해 워크 피스를 보유하기 위한 흡인 수단을 포함할 있다. 이 경우에, 상기 흡인 수단은 탄성 버컹 부재(bucking member)로 또는 직접 상기 워크 피스를 흡인 및 보유할 수 있다.
상기 실시예에서, 가압 유닛으로 추(weight))(37)를 이용할 수 있다. 암(40)상에 마련한 실린더 유닛(도시되지 않음)는 워크 피스에 압력을 가하기 위해 사용될 수 있다.
또한, 가압 헤드 방식의 가압 플레이트가 사용될 수 있다. 상기 가압 헤드 방식이 한 예는 도 8에 도시된다.
헤드 프로퍼(72a) 내에 지지 부재(73a)를 탄성 링 부재(74a), 예컨대 다이어프램에 의해 매단다. 상기 구성에 의해, 가압 챔버(75a)를 형성한다. 상기 가압 챔버(75a) 내로 가압 유체를 도입하도록 하여, 지지 부재(73a)로 지지된 워크 피스를 연마 플레이트(23)에 가압하도록 하는 것이다. 이 경우, 가압 플레이트(36)를 도시하지 않은 모터에 의해 회전축(76a)을 중심으로 하여 회전시키도록 하면 매우 적합하다. 회전축(76a)의 회전 구동 기구(도시되지 않음)는 암(40)상에 마련한다.
또한, 가압 플레이트(36)를 도시하지 않은 실린더 유닛에 의해 상하운동시키도록 하여, 연마 플레이트(23)의 연삭면에 접리 움직임을 시키도록 하면 매우 적합하다. 이 경우, 회전축(76a)을 도시하지 않은 지지 암에 의해 회전 자유롭게 지지하고, 이 지지 암을 암(40)상에 마련한 상기 실린더 유닛에 의해 상하운동시키는 것이다.
상기 회전 구동 메터니즘은 회전축(76a)을 소요 범위 내에서 상하운동을 허용함과 함께, 회전력을 전달 가능하게 하는 구조의 것으로 할 필요가 있다.
가압 챔버(75a) 내에는 회전축(76a)에 마련한 유체 통로(77a)을 통하여 가압 유체를 공급한다. 유체 통로(77a)에는 도시하지 않은 로터리 조인트를 통하여 가압 유체를 도입한다.
규제 링(restraining ring)(78a)은 헤드 프로퍼(72a)로부터의 지지 부재(73a)의 빠짐 방지를 함과 함께, 지지 부재(73a)의 수직 이동을 가이드한다.
O-링(79a)은 헤드 프로퍼(72a)의 내주면과 지지 부재(73a)의 외주면 사이에 배설된다. 상기 O-링(79a)은 지지 부재(73a)의 수평 방향의 이동을 흡수하고 슬러리가 헤드 프로퍼(72a) 내로 진입하는 것을 방지한다.
다음과 같은 조건하에서 상기 연마 장치(10)에서 실험이 실시되었다. 여기서, 벨 자(12)의 내부 공기는 변했고, 워크 피스의, 구리층, SiO2 피막, Si 기판의 연마가 실행되었다.
상기 조건은
연마 패드 : IC1000/SUBA40O(상품명)(직경 : 200㎜)
연마액 : SiO2 피막용의 실리카계 슬러리(SS-25)
콜로이드 시리카(Compol-80)
Cu용의 알루미나계 슬러리(산화제의 첨가 없음)
가공 압력(가압 플레이트로부터의 하중) : 100 내지 500g/㎠
연마 플레이트(23) 회전 수 : 15 내지 90rpm
연마 시간 : 2 내지 4min
워크 피스는 상기 조건하에서 내에서, 가압력, 회전 속도, 연마 시간을 일정하게 유지아며 연마 되었다. 그결과는 도 9에 도시한다.
도 9에 있어서, 0의 내압이 대기압이다. 즉, 벨 자(12)의 횡축, 또는 내압은 대기압으로부터의 가압되거나 감압된 압력을 나타낸다.
도 9에서 명확히 도시된 바와 같이 대기압하의 연마의 연마 레이트가 가장 낮고, 가압측, 감압측을 향하여, 각각 가압력, 감압력에 거의 비례하여 연마 레이트가 향상되었다.
특히, SiO2 피막, Si 기판의 연마의 경우, 20O KPa에서 대기압하의 거의 2배, 50O KPa에서 대기압하의 거의 2.5배의 연마 레이트가 얻어졌다.
구리층의 연마의 경우에는 약간의 감압측(-50KPa 부근)에서 연마 레이트가 최소로 된다. 즉, 최소의 연마 레이트의 부위가 약간 감압측으로 벗어나지만, 이 부위보다도 고압측, 저압측에서는 어느쪽이나 SiO2층, Si 기판의 연마의 경우와 마찬가지로 연마 레이트가 상승하였다.
본 발명자는 가압하의 연마 레이트가 향상하는 것은 가압 플레이트(36)에 가압 유체의 압력이 그대로 작용하고, 유체 압력에 의해 슬러리가 패드속으로 스며들고, 이로써 연마레이트가 향상한다고도 생각한다.
감압측에서 연마 레이트가 향상하는 이유는 분명하지 않지만, 벨 자(12) 내가 감압됨에 의해, 워크와 패드와의 사이에서 발생하는 마찰열이 방산되기 어려워, 온도가 상승하여 반응 속도가 커지기 때문에라고 생각된다.
도 10은 가압 유체를 에어 대신에 산소를 이용한 경우의 압력과 연마 레이트와의 관계를 도시한 그래프이다.
에어의 경우와 거의 같은 경향을 나타내지만, 특히 구리층의 연마의 경우, 고압측에서의 연마 레이트가 크게 향상되었다.
상기 결과에 따르면, 벨 자(12) 내의 압력을 변화시킴에 의해, 다른 조건을 일정하게 한 채로, 연마 레이트의 조절이 가능해진다.
예를 들면, 연마 시작시의 조연마시에는 벨 자(12) 내를 가압, 또는 감압하여, 높은 연마 레이트로 연마를 행하고, 마무리 연마시에는 벨 자(12) 내를 대기압하로 되돌려 낮은 연마 레이트로 마무리 연마를 행한다는 제어가 가능해진다.
물론, 다른 팩터, 예를 들면, 연마 플레이트(23)의 회전수 등의 팩터와 조합시켜서, 연마 공정중에, 연마 레이트의 설정을 변경한다는 것도 가능하다.
복수 종류의 슬러리 또는 연마 패드를 사용하는 경우에, 복수의 연마 스테이션에서의 연마가 필요하게 되어, 장치가 대형화하지만, 벨 자(12) 내의 압력 조정이나, 연마 플레이트(23)의 회전수의 변경이 같은 스테이션에서 행할 수 있기 때문에, 연마 스테이션의 대수를 줄일 수 있고, 연마 조건의 설정이 용이해지고, 또한 장치의 소형화, 비용의 저감화를 도모할 수 있는 이점이 있다.
슬러리가 벨 자(12) 내에 수용되어, 가압된 상태에서 순환되기 때문에, 순환 펌프(43)의 부하는 그렇게 크게 되지 않는다.
만일, 슬러리 수용부가 벨 자(12) 외부에 제공된다면, 가압되어 있는 벨 자(12) 내로 슬러리를 보내 넣을 필요가 있기 때문에, 대형이며 강력한 펌프를 사용할 필요가 있다,
슬러리는 벨 자(12) 내에 체류시켜서 이용하는 것도 좋다. 이 경우에는 어저스터블 볼트(33)를 조절하는 등으로, 연마 플레이트(23)가 수평면에 대해 경사하도록 설정하고, 연마 플레이트(23)의 표면의 낮은 위치가 슬러리중에 잠기도록 한다. 상기 구성에 의해, 슬러리가 항상 패드로 퍼올려저 워크 피스의 연마면에 공급된다.
다음에, 슬러리의 pH 값의 조정이 설명될 것이다.
여기서, 슬러리의 pH 값의 조정 및 벨 자(12)의 내압의 조절은 별개로 또는 동시에 실행될 수 있다.
도 11은 슬러리(CU-5001(미국 캐보트사의 상품명))에 의한 연마 능률을 나타낸다.
상기 슬러리는 구리의 연마용의 것으로, pH는 거의 7이고, 사용시에는 과산화수소를 적절량 첨가하여 사용되는 것이다.
상기 슬러리에, 과산화수소를 첨가한 것(1), 과산화수소를 첨가 하지 않은 것(2), 과산화수소를 첨가하지 않고 암모니아수 등의 알칼리성 액을 첨가하여 pH를 10 정도로 상승시킨 것(3)의 3종류의 슬러리를 조정하고, 벨 자(12) 내를 산소 가스로 가압하여 구리의 연마를 행한 결과를 도 11에 도시한다.
도 11에 있어서, 0 kpa의 내압은 대기압이다. 즉, 횡축 또는 벨 자(12)의 내압은 상기 대기압으로부터 더해지고 감소된 압력을 나타낸다. 반면에, 종축은 상대적인 연마 레이트를 나타낸다.
도 11로부터 분명한 바와 같이 과산화수소를 첨가함에 의해 첨가하지 않은 것에 비해 연마 레이트는 2 내지 3배 향상하지만, 이 슬러리에 있어서는 벨 자(12) 내의 산소에 의한 가압력을 증가시켜도 그만큼 연마 레이트는 향상하지 않았다.
알칼리성 액을 첨가하여 pH 값을 크게 한 것인 경우에는 벨 자 내의 압력 의존성이 극히 높아지고, 과산화수를 첨가한 것에 비하여, 연마 레이트가 3 내지 4배 향상되었다.
상기 결과에 따르면, 슬러리의 연마 레이트의 pH 의존성, 압력 의존성이 큰 것을 시사하고, pH 값이나 벨 자(12) 내의 압력을 조정함으로써 연마 레이트의 컨트롤이 가능하다.
도 12는 SiO2층, 유리, 석영 등의 연마용의 일반적인 슬러리의 연마 레이트의 pH 값 사이의 관계를 나타낸다. 여기서, 벨 자(12)의 내부 공간은 상기 실험 도중에 가압되지 않았다. 도면의 A는 세리아(세륨) 입자계의 슬러리를, B는 실리카(SiO2)계의 슬러리이다. 세리아계의 연마 액은 대강 pH 7 정도가 가장 연마 레이트가 높고, 산성측, 알칼리측의 어느 쪽에서도 연마 레이트가 낮아진다. 실리카계의 것은 pH 9 내지 10 정도가 가장 연마 레이트가 높다.
도 13은 구리, 탄탈, 질화탄탈 등의 금속의 연마용의 슬러리의 연마 레이트와 슬러리의 pH 값 사이의 관계를 도시한다. 여기서, 벨 자(12)의 내압은 상기 실험 도중에 가압되지 않았다. 도 13의 C는 구리용의 것으로, pH 3 내지 4(산성)에서 연마 레이트가 높다. 여기서, 상기 슬러리는 도 11의 캐보트사의 제품과는 다르다. 도면의 D는 탄탈, 질화탄탈용의 것으로, 역시 pH 3 내지 4(산성)에서 연마 레이트가 높다. 탄탈, 질화탄탈은 매우 딱딱한 금속으로, 구리보다는 매우 연마 레이트가 낮다.
도 12, 도 13의 슬러리는 연마될 워크 피스에 따라 일반적으로 선택적으로 사용된다.
전술한 바와 같이, 워크 피스 또는 워크는 밀폐한 벨 자(12) 내에서 연마된다.
벨 자(12)가 밀폐되어 있기 때문에, 상기한 바와 같이 가스 공급원(71, 72)으로부터 알칼리성 가스, 또는 산성 가스를 공급함에 의해, 벨 자(12) 내의 슬러리의 pH를 리얼타임으로 변경할 수 있다. 가스의 배출은 배출부(48)에서 행할 수 있다.
알칼리성 가스나 산성 가스에 의한 연마 액의 pH의 조정은 벨 자(12)가 밀폐되어 있기 때문에 가능하게 된다. 외부 분위기의 영향을 받지 않기 때문이다. 이와 같이 슬러리의 pH를 리얼타임으로 변경할 수 있기 때문에, 같은 벨 자(12) 내에서, 슬러리를 바꾸는 일 없이 즉 동일한 슬러리를 이용하여, 여러가지의 연마 레이트로 세팅하여, 여러가지의 연마 형태에 대응할 수 있게 된다. 이 연마 레이트의 조정은 벨 자(12) 내의 가압 가스의 압력을 바꾸는 일 없이 슬러리의 pH만을 변동시키고도 좋고, 또는 도 11에서 시사되는 바와 같이 벨 자(12) 내의 가압 가스의 압력, 및 슬러리의 pH의 쌍방을 바꾸어, 연마 레이트를 조정하도록 하여도 좋다.
도 14 내지 도 17을 참조하여,연마 레이트의 제어의 한 예가 설명될 것이다. 도 14 내지 도 17은 SiO2층(60)으로 코팅된 구리 케이블을 가판에 형성하는 공정을 도시한다.
배리어 메탈층(61)은 구리(62)가 SiO2 피막(60)중으로 확산하는 것을 방지한다. 상기 배리어 메탈층(61)은 TaN(질화탄탈), 또는 Ta(탄탈)을 스퍼터링하여 형성된다. 구리층(62)은 전해 구리도금 등에 의해 형성된다.
먼저, 도 15에 도시한 바와 같이 예컨대 도 13의 슬러리(3)에 의해 배리어 메탈층(61)의 부근까지 구리층(62)이 연만된다. 구리층(62)이 연마되는 경우에, 벨 자(12) 내의 에어에 의한 높은 가압 조건하에서, 슬러리 pH3 정도의 소요하는 높은 연마 레이트로 행한다.
다음에, 도 16에 도시한 바와 같이 상기 구리 메탈층(61)이 상기 연마 공정중에 노출될 때 까지 구리층(62)이 중간 정도의 연마 레이트에 의해 더 연마된다.상기 연마 공정에서, 벨 자(12)의 내압은 압력을 완화할 정도로 약간 감소되고, 그 후 암모니아가스가 상기 벨 자(12)속으로 공급되어 슬러리의 pH를 6 정도로 조정한다. 만일, 상기 연마 공정이 높은 연마 레이트로 연마를 행하면, 배리어 메탈에 비하여 연한 금속인 구리(62)가 오버 연마되어 평탄성이 손상된다.
최종적으로, 벨 자(12) 내를 예를 들면 대기압하로 되돌리고, 슬러리의 pH를 더욱 7이나 8로 상승시켜서 벨 자(12) 내로 암모니아 가스를 공급하여, 더욱 낮은 연마 레이트로 세팅하여 연마를 행하여, 배리어 메탈층(61)을 제거하여, 평탄성이 좋은 구리 케이블을 형성하는 연마를 행할 수 있다(도 17 참조).
도 18 내지 도 21에 도시한 것은 구리 케이블(63)상에 형성한 SiO2 피막(64)을 연마하는 예를 나타낸다. 또한, 65는 스톱층으로서, 예를 들면 질화탄탈막이다.
예를 들면, 도 12의 슬러리(A)를 이용하고, 슬러리의 pH를 7 정도, 벨 자(12) 내 압력을 에어에 의해 높게 하여, 높은 연마 레이트로, 도 19에 도시한 바와 같이 스톱층(65) 부근까지 SiO2 피막(64)를 효율적으로 연마한다.
다음에, 슬러리의 pH를 5 정도로 조정하고 벨 자(12) 내로 예를 들면 탄산가스를 공급한다, 또한 벨 자(12) 내 압력을 중정도로 하여, 즉 에어 압력을 약간 감압하여, 중정도의 연마 레이트로 세팅하여, 도 20에 도시한 바와 같이 스톱층(65)이 노출할 때까지 연마를 행한다.
최종적으로, 슬러리의 pH를 예를 들면 3 정도로 조정하고 예를 들면 벨 자(12) 내로 탄산가스를 공급하고, 한다), 벨 자(12) 내 압력을 예를 들면 대기압으로 되돌리고, 낮은 연마 레이트로 세팅하여 스톱층(65)를 제거하는 연마를 행함에 의해, 높은 정밀도로 평탄화된 케이블을 형성할 수 있다(도 21을 참조).
전술한 바와 같이 동일한 벨 자(12) 내에서 슬러리를 변경하는 일 없이 연마를 행할 수가 있기 때문에, 극히 효율이 좋은 연마가 가능하게 된다.
연마 장치(10)의 다른 실시예는 도 22에 도시된다. 도 4에 도시된 구성 요소들은 동일 번호가 부여되고 그 설명은 생략될 것이다.
본 실시예에 있어서, 순수가 슬러리로서 사용되고 알라키성 가스 및 산성 가스가 순수 속으로 공급되어 슬러리(물)의 pH 값을 조정한다.
순수는 탱크 등의 순수 공급원(82)에 저장된다. 순수 공급원(82)으로부터 급수 펌프(83)에 의해 파이프(84)를 통하여 순수가 바디 프로퍼(16) 내로 공급할 수 있다. 밸브(85)는 상기 파이프(84)에 마련된다.
바디 프로퍼(16) 내에서의 슬러리의 조정은 다음과 같이 이루어진다.
우선, 바디 프로퍼(16) 내에 순수 공급원(82)으로부터 적정량의 순수가 공급된다. 또한, 연마 지립을 넣은 슬러리으로 조정하는 경우에는 별도 마련한 지립 공급부(도시되지 않음)로부터, 적정량의 연마 지립을 바디 프로퍼(16) 내로 공급한다. 연마 대상(예를 들면 구리 등의 금속막)에 따라서는 연마 지립은 반드시 필요하지는 않다.
본 실시예에 있어서의 슬러리는 기본적으로, 연마 대상물에 응하여, 산성의 슬러리으로 하는지, 알칼리성의 슬러리으로 하는지의, 단순한 구성, 즉, 상기 가스 공급원(71, 72)으로부터, 바디 프로퍼(16) 내로 알칼리성 가스, 또는 산성 가스를 공급하여 이들 가스를 순수에 용해하여 슬러리를 간이하게 조정하도록 하는 것이다. 이와 같이 할 수 있는 것은 밀폐식의 벨 자(12)를 이용하였기 때문에와 다름없다. 가스의 공급량은 pH 검출부(80)에 의해 슬러리의 pH를 검출하여 조정하면 좋다.
또한, 연마 지립은 필요하다면 슬러리속에 공급될 수 있다.
본 실시예에 있어서도, 벨 자(12) 내의 슬러리의 pH 값은 실시간으로 조절될 수 있다. 따라서, 도 14 내지 도 17 및 도 18 내지 도 21에 도시된 공정이 실행될 것이다.
우선, 도 14 내지 도 17에 의해, SiO2 피막(60)으로 코팅된 구리 케이블을 연마에 의해 형성하는 경우에 관해 설명한다.
배리어 메탈층(61)은 구리(62)가 SiO2 피막(60)중으로 확산하는 것을 방지하기 위한 배리어 메탈층으로서, TaN(질화탄탈), 또는 Ta(탄탈)를 스퍼터링하여 형성된다. 구리층(62)은 전해 구리도금 등에 의해 형성된다.
구리층(60)을 연마하기 위해, 상기한 바와 같이 바디 프로퍼(16) 내에, 순수와 산성 가스를 공급하여, pH 3 전후의 산성의 슬러리를 조정한다. 연마 지립을 필요에 응하여 첨가한 것을 조정하여도 좋다.
도 15에 도시된 바와 같이 슬러리를 이용하여, 배리어 메탈층(61)의 부근까지, 구리층(62)의 연마를, 예를 들면, 벨 자(12) 내의 에어에 의한 높은 가압 조건하, 슬러리 pH 3 정도의, 소요되는 높은 연마 레이트로 행한다.
다음에, 도 16에 도시한 바와 같이 에어에 의한 중정도의 압력의 가압 조건하(에어에 의한 가압을 약간 감압한다)에서, 슬러리의 pH를 6 정도로 조정하고(에어에 의한 가압을 약간 감압한 후, 벨 자(12) 내로 암모니아 가스를 공급한다), 중정도의 연마 레이트로 배리어 메탈층(61)이 노출할 때까지 연마를 행한다. 상기 단계를 높은 연마 레이트로 연마를 행하면, 배리어 메탈에 비하여 연한 금속인 구리(62)가 오버 연마되어 평탄성이 손상되기 때문이다.
최종적으로, 벨 자(12) 내를 예를 들면 대기압하로 되돌리고, 슬러리의 pH를 더욱 7이나 8로 상승시키고(벨 자(12) 내로 또한 암모니아 가스를 공급한다), 더욱 낮은 연마 레이트로 세팅하여 연마를 행하고, 배리어 메탈층(61)을 제거하여, 도 12에 도시한 바와 같이 평탄성이 좋은 기리 케이블을 형성하는 연마을 행할 수가 있다.
상기 공정에서, 당초 산성의 슬러리를 조정하고, 암모니아 가스를 공급하여 가기 때문에, 중화에 의한 염이 슬러리 내에 생성되지만, 연마에는 영향이 없다.
전술한 바와 같이 하여 구리 케이블을 형성하는 연마를 행할 수 있다.
신규의 사이클의 연마를 행하는데는 슬러리를 한번 전부 배출하고, 연마 패드를 순수로 세척한 후, 재차 슬러리를 조정하도록 하면 좋다. 본 실시예에 있어서의 슬러리는 (필요에 응하여 첨가되는 연마 지립을 제외하고) 기본적으로 산성 성분 또는 알칼리 성분밖에 혼입되어 있지 않는 간이한 구성의 것이기 때문에, 연마 패드의 세척은 용이하고, 새로운 슬러리의 조정도 극히 단시간에 행할 수가 있다.
따라서 연연 사이클의 단축화가 가능하고, 연마 효율의 향상을 도모할 수 있다.
이어서, 도 18 내지 도 21을 참조하여, 구리 배선(63)상에 형성한 SiO2 피막(64)을 연마하는 예가 설명될 것이다. 여기서 65는 스톱층으로, 예를 들면 질화탄탈막이다.
전술한 바와 같이 SiO2 피막(64)의 연마에는 슬러리의 pH가 7 정도가 매우 적합하기 때문에, 바디 프로퍼(16) 내에 순수를 공급하여 슬러리으로 한다. 또한, SiO2 피막(64)의 연마에는 연마 지립이 들어간 슬러리가 매우 적합하기 때문에, 별도 슬러리 공급부로부터 연마 지립을 공급하여 지립이 들어간 슬러리를 조정하면 좋다.
상기 슬러리를 이용하고, 벨 자(12) 내 압력을 에어에 의해 높게 하여, 높은 연마 레이트로, 도 14에 도시한 바와 같이 스톱층(65) 부근까지 SiO2 피막(64)을 효율 좋게 연마한다.
다음에, 도 20에 도시된 바와 같이 슬러리의 pH을 5 정도로 조정하고(벨 자(12) 내로 예를 들면 탄산가스를 공급한다), 또한 벨 자(12) 내 압력을 중정도에 하고(즉 에어 압력을 약간 감압한다), 중정도의 연마 레이트로 세팅하여, 도 15에 도시한 바와 같이 스톱층(65)이 노출할 때까지 연마를 행한다.
최종적으로, 슬러리의 pH를 예를 들면 3 정도로 조정하고(벨 자(12) 내로 또한 탄산가스를 공급한다), 벨 자(12) 내 압력을 예를 들면 대기압으로 되돌려서, 낮은 연마 레이트로 세팅하여 스톱층(65)을 제거하는 연마를 행함에 의해, 높은 정밀도로 평탄화된 케이블을 형성할 수 있다(도 21을 참조).
이와 같이 같은 벨 자(12) 내에서 슬러리를 변경하는 일 없이 연마를 행할 수 있기 때문에, 극히 효율이 좋은 연마가 가능해진다.
새로운 사이클의 연마를 행하는데는 슬러리를 완전히 갱신하는 것이 좋다. 상기 경우도 슬러리의 조정은 용이하게 행할 수 있다.
본 발명에 있어서, 또한, 알칼리성 가스나 산성 가스가 아니라, 오존이나 산소, 탄화수소 가스 등의 중성 가스를 슬러리 조정 가스용으로서 벨 자 내로 공급하여도 좋다. 이 경우의 중성 가스는 가스 공급원(71, 72)으로부터가 아니라, 상기 가압 가스원(47)으로부터의 가압 가스와 병용하여 공급하도록 하여도 좋다.
본 발명은 그 본질적인 특성 또는 본질을 벗어남이 없이 다른 특정 형태들로 실시될 수 있다. 따라서, 본 발명에서 개시된 실시예는 모든 점에서 예시이고 제한적인 것이 아니라고 생각하여야 할 것이다. 본 발명의 범위는 상기한 설명이 아니라 특허청구의 범위에 의해 나타나고 특허청구의 범위와 균등한 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함되는 것이 의도된다.
이상과 같이 본 발명에 의하면, 벨 자 내에서, 슬러리를 변경하는일 없이 여러가지의 연마 레이트로 리얼타임으로 세팅할 수 있기 때문에, 연마 양태에 응한 연마를 효율적으로 행할 수가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예이 연마 장치의 정면 단면도.
도 2는 덥개를 연 상태의 연마 장치의 평면도.
도 3은 벨 자(bell jar)의 평면도.
도 4는 상기 벨 자에 접속된 압력원의 설명도.
도 5는 구동부의 다른 실시예를 도시한 설명도.
도 6은 구동부의 또다른 실시예를 도시한 설명도.
도 7은 연마 플레이트의 요동 메커니즘(movement mechanism) 기구를 도시한 설명도.
도 8은 압력형 가압 플레이트의 단면도.
도 9는 에어 압과 연마 레이트와의 관계를 도시한 그래프.
도 10은 산소 가스압과 연마 레이트와의 관계를 도시한 그래프.
도 11은 벨 자의 내압과 슬러리의 pH 값 사이의 관계와 연마 레이트를 도시한 그래프.
도 12는 슬러리의 pH와 연마 레이트 사이의 관계를 도시한 그래프.
도 13은 슬러리의 pH와 연마 레이트 사이의 관계를 도시한 그래프.
도 14는 기판에 구리 케이블을 형성하는 공정을 도시하는 단면도로서, 최외각의 구리층이 연마되지 않은 상태를 도시하는 도면.
도 15는 기판에 구리 케이블을 형성하는 공정을 도시하는 단면도로서, 최외각의 구리층을 배리어 메탈층 부근까지 연마한 상태를 도시하는 도면.
도 16은 기판에 구리 케이블을 형성하는 공정을 도시하는 단면도로서, 최외각의 배리어 메탈층을 배리어 메탈층이 노출할 때까지 연마한 상태를 도시하는 도면.
도 17은 기판에 구리 케이블을 형성하는 공정을 도시하는 단면도로서, 배리어 메탈층을 제거한 상태를 도시하는 도면.
도 18은 구리배선상에 형성한 SiO2 피막을 연마하는 경우의 설명 단면도로서, SiO2 피막을 연마지하기 전의 상태를 도시하는 도면.
도 19는 구리배선상에 형성한 SiO2 피막을 연마하는 경우의 설명 단면도로서, 스톱층 부근까지 SiO2피막을 연마한 상태를 도시하는 도면.
도 20은 구리배선상에 형성한 SiO2 피막을 연마하는 경우의 설명 단면도로서, 스톱층이 노출할 때까지 SiO2 피막을 연마한 상태를 도시하는 도면.
도 21은 구리배선상에 형성한 SiO2 피막을 연마하는 경우의 설명 단면도로서, 스톱층을 제거한 상태를 도시하는 도면.
도 22는 다른 실시예의 설명도.

Claims (16)

  1. 연마 장치(10)에 있어서,
    개폐 가능한 덮개(14)를 구비한 압력 용기(12)와,
    상기 압력 용기(12) 내에 배치된 연마 플레이트(23)와,
    상기 연마 플레이트(23)상에 배치되고, 상기 연마 플레이트(23)와의 사이에 배치된 워크 피스를 상기 연마 플레이트(23)측으로 가압하는 가압 플레이트(36)와,
    상기 연마 플레이트(23)를 상기 가압 플레이트(36)에 대하여 상대 운동시킴으로써 워크 피스를 연마하는 구동 유닛(35)과,
    상기 압력 용기(12)에 접속되어, 상기 압력 용기(12) 내로 알칼리성 가스 또는 산성 가스를 공급하는 가스 공급원(71, 72)과,
    상기 공급된 가스를 상기 압력 용기(12)로부터 배출하는 가스 배출 유닛(48)과,
    상기 연마 플레이트(23)상에 슬러리를 공급하는 슬러리 공급 유닛(45)을 포함하고,
    상기 슬러리의 pH 값은 상기 슬러리 내의 알카리성 가스 또는 산성 가스를 용해함으로써 조절되는 것을 특징으로 하는 연마 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 알카리성 가스 또는 상기 산성 가스와는 다른 가압 가스를 상기 압력 용기(12) 내로 공급하고 상기 압력 용기(12)로부터 흡인하여, 상기 압력 용기(12) 내를 가압 또는 감압하는 압력원(47)을 구비하는 것을 특징으로 하는 연마 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 슬러리의 pH 값을 검출하는 pH 검출 유닛(80)를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 연마 장치.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 슬러리의 pH 값을 검출하는 pH 검출 유닛(80)를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 연마 장치.
  5. 연마 장치(10)에 있어서,
    개폐 가능한 덮개(14)를 구비한 압력 용기(12)와,
    상기 압력 용기(12) 내에 배치된 연마 플레이트(23)와,
    상기 연마 플레이트(23)상에 배치되고, 상기 연마 플레이트(23)와의 사이에 배치된 워크 피스를 상기 연마 플레이트(23)측으로 가압하는 가압 플레이트(36)와,
    상기 연마 플레이트(23)를 상기 가압 플레이트(36)에 대하여 상대 운동시킴으로써 워크 피스를 연마하는 구동 유닛(35)과,
    상기 압력 용기(12)에 접속되어, 상기 압력 용기(12) 내로 알칼리성 가스 또는 산성 가스를 공급하는 가스 공급원(71, 72)과,
    상기 공급된 가스를 상기 압력 용기(12)로부터 배출하는 가스 배출 유닛(48)와,
    상기 연마 플레이트(23)상에 순수(pure water)를 공급하는 순수 공급 유닛(82)을 포함하고,
    상기 순수의 pH 값은 상기 순수 내의 알카리성 가스 또는 산성 가스를 용해함으로써 조절되는 것을 특징으로 하는 연마 장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 알카리성 가스 또는 상기 산성 가스와는 다른 가압 가스를 상기 압력 용기(12) 내로 공급하고 상기 압력 용기(12)로부터 흡인하여, 상기 압력 용기(12) 내를 가압 또는 감압하는 압력원(47)을 구비하는 것을 특징으로 하는 연마 장치.
  7. 제 5항에 있어서,
    상기 순수의 pH 값을 검출하는 pH 검출 유닛(80)를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 연마 장치.
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 순수의 pH 값을 검출하는 pH 검출 유닛(80)를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 연마 장치.
  9. 개폐 가능한 덮개(14)를 구비한 압력 용기(12)와, 상기 압력 용기(12) 내에 배치된 연마 플레이트(23)와, 상기 연마 플레이트(23)상에 배치되고, 상기 연마 플레이트(23)와의 사이에 배치된 워크 피스를 상기 연마 플레이트(23)측으로 가압하는 가압 플레이트(36)와, 상기 연마 플레이트(23)를 상기 가압 플레이트(36)에 대하여 상대 운동시킴으로써 워크 피스를 연마하는 구동 유닛(35)과, 상기 압력 용기(12)에 접속되어, 상기 압력 용기(12) 내로 알칼리성 가스 또는 산성 가스를 공급하는 가스 공급원(71, 72)과, 상기 공급된 가스를 상기 압력 용기(12)로부터 배출하는 가스 배출 유닛(48)과, 상기 연마 플레이트(23)상에 슬러리를 공급하는 슬러리 공급 유닛(45)을 포함하는 연마 장치(10)에서 워크 피스를 연마하는 방법에 있어서,
    상기 슬러리의 pH 값을 조절하기 위해 상기 가스 공급원으로부터 상기 압력 용기(12) 내로 상기 알카리성 가스 또는 상기 산성 가스를 공급하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 워크 연마 방법.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 압력 용기(12) 내를 가압 또는 감압하기 위해 상기 압력원(47)에 의해 상기 알카리성 가스 또는 상기 산성 가스와는 다른 가압 가스를 상기 압력 용기(12) 내로 공급하거나 또는 상기 압력 용기(12)로부터 흡인하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연마 방법.
  11. 제 9항에 있어서,
    pH 검출 유닛(80)에 의해 상기 슬러리의 pH 값을 검출하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연마 방법.
  12. 제 10항에 있어서,
    pH 검출 유닛(80)에 의해 상기 슬러리의 pH 값을 검출하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연마 방법.
  13. 개폐 가능한 덮개(14)를 구비한 압력 용기(12)와, 상기 압력 용기(12) 내에 배치된 연마 플레이트(23)와, 상기 연마 플레이트(23)상에 배치되고, 상기 연마 플레이트(23)와의 사이에 배치된 워크 피스를 상기 연마 플레이트(23)측으로 가압하는 가압 플레이트(36)와, 상기 연마 플레이트(23)를 상기 가압 플레이트(36)에 대하여 상대 운동시킴으로써 워크 피스를 연마하는 구동 유닛(35)과, 상기 압력 용기(12)에 접속되어, 상기 압력 용기(12) 내로 알칼리성 가스 또는 산성 가스를 공급하는 가스 공급원(71, 72)과, 상기 공급된 가스를 상기 압력 용기(12)로부터 배출하는 가스 배출 유닛(48)와, 상기 연마 플레이트(23)상에 순수(pure water)를 공급하는 순수 공급 유닛(82)을 포함하는 연마 장치(10)에서 워크 피스를 연마하는 방법에 있어서,
    상기 순수의 pH 값을 조절하기 위해 상기 가스 공급원(71,72)으로부터 상기 압력 용기(12) 내로 상기 알카리성 가스 또는 상기 산성 가스를 공급하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 워크 연마 방법.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 압력 용기(12) 내를 가압 또는 감압하기 위해 상기 압력원(47)에 의해 상기 알카리성 가스 또는 상기 산성 가스와는 다른 가압 가스를 상기 압력 용기(12) 내로 공급하거나 또는 상기 압력 용기(12)로부터 흡인하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연마 방법.
  15. 제 13항에 있어서,
    pH 검출 유닛(80)에 의해 상기 순수의 pH 값을 검출하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연마 방법.
  16. 제 14항에 있어서,
    pH 검출 유닛(80)에 의해 상기 순수의 pH 값을 검출하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연마 방법.
KR1020040095232A 2003-11-20 2004-11-19 워크 피스의 연마 장치 및 연마 방법 KR101157235B1 (ko)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JPJP-P-2003-00390677 2003-11-20
JP2003390692 2003-11-20
JP2003390677 2003-11-20
JPJP-P-2003-00390692 2003-11-20

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20050049406A true KR20050049406A (ko) 2005-05-25
KR101157235B1 KR101157235B1 (ko) 2012-06-15

Family

ID=34437005

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020040095232A KR101157235B1 (ko) 2003-11-20 2004-11-19 워크 피스의 연마 장치 및 연마 방법

Country Status (7)

Country Link
US (2) US7070486B2 (ko)
EP (1) EP1533077B1 (ko)
KR (1) KR101157235B1 (ko)
CN (1) CN100528486C (ko)
DE (1) DE602004003881T2 (ko)
MY (1) MY141996A (ko)
TW (1) TWI340060B (ko)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI340060B (en) * 2003-11-20 2011-04-11 Doi Toshiro Polishing apparatus and method of polishing work piece
US20090054117A1 (en) * 2007-08-20 2009-02-26 James Beser Independently-defined alteration of output from software executable using later-integrated code
JP2014130881A (ja) * 2012-12-28 2014-07-10 Ebara Corp 研磨装置
TWI517935B (zh) * 2013-04-16 2016-01-21 國立台灣科技大學 氣體添加硏磨液的供應系統及其方法
JP6178768B2 (ja) 2014-09-17 2017-08-09 株式会社東芝 品質管理装置およびその管理方法
CN110828345A (zh) * 2019-11-14 2020-02-21 广州市晶鑫光电科技有限公司 一种cob光源颜色均匀控制工艺

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5348615A (en) * 1992-10-21 1994-09-20 Advanced Micro Devices, Inc. Selective planarization method using regelation
US5637185A (en) * 1995-03-30 1997-06-10 Rensselaer Polytechnic Institute Systems for performing chemical mechanical planarization and process for conducting same
JPH08276356A (ja) * 1995-04-10 1996-10-22 Honda Motor Co Ltd セラミックスの加工方法及び加工装置
US5618177A (en) * 1995-05-08 1997-04-08 Dove Systems, Inc. Arrangement for feeding pressurized particulate material
US6007406A (en) * 1997-12-04 1999-12-28 Micron Technology, Inc. Polishing systems, methods of polishing substrates, and method of preparing liquids for semiconductor fabrication process
US6551174B1 (en) 1998-09-25 2003-04-22 Applied Materials, Inc. Supplying slurry to a polishing pad in a chemical mechanical polishing system
US6261406B1 (en) * 1999-01-11 2001-07-17 Lsi Logic Corporation Confinement device for use in dry etching of substrate surface and method of dry etching a wafer surface
US6623355B2 (en) 2000-11-07 2003-09-23 Micell Technologies, Inc. Methods, apparatus and slurries for chemical mechanical planarization
JP3895949B2 (ja) * 2001-07-18 2007-03-22 株式会社東芝 Ｃｍｐ用スラリー、およびこれを用いた半導体装置の製造方法
JP4510362B2 (ja) 2001-11-30 2010-07-21 俊郎 土肥 Ｃｍｐ装置およびｃｍｐ方法
TWI340060B (en) * 2003-11-20 2011-04-11 Doi Toshiro Polishing apparatus and method of polishing work piece

Also Published As

Publication number Publication date
TWI340060B (en) 2011-04-11
US7070486B2 (en) 2006-07-04
US20050113007A1 (en) 2005-05-26
CN100528486C (zh) 2009-08-19
US20060217039A1 (en) 2006-09-28
US7195546B2 (en) 2007-03-27
EP1533077A1 (en) 2005-05-25
CN1644317A (zh) 2005-07-27
MY141996A (en) 2010-08-16
KR101157235B1 (ko) 2012-06-15
DE602004003881T2 (de) 2007-05-31
DE602004003881D1 (de) 2007-02-08
TW200520895A (en) 2005-07-01
EP1533077B1 (en) 2006-12-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6368191B1 (en) Carrier head with local pressure control for a chemical mechanical polishing apparatus
US5913718A (en) Head for a chemical mechanical polishing apparatus
EP1412130B1 (en) Polishing apparatus and polishing method
US6431968B1 (en) Carrier head with a compressible film
CN100449704C (zh) 研磨头的清洗装置
US6244942B1 (en) Carrier head with a flexible membrane and adjustable edge pressure
JP2009129970A (ja) 研磨装置及び研磨方法
US6589099B2 (en) Method for chemical mechanical polishing (CMP) with altering the concentration of oxidizing agent in slurry
US6358121B1 (en) Carrier head with a flexible membrane and an edge load ring
JP4510362B2 (ja) Ｃｍｐ装置およびｃｍｐ方法
US7195546B2 (en) Polishing apparatus and method of polishing work piece
JP4666300B2 (ja) 化学機械研磨システムの振動低減機能付キャリアヘッド
JP2005169613A (ja) ワーク研磨装置およびワーク研磨方法
WO2003107408A1 (ja) 研磨装置
JPH10303155A (ja) 研磨方法および装置
EP4272241A1 (en) Chemical mechanical planarization slurry processing techniques and systems and methods for polishing substrate using the same
JPH06190717A (ja) 精密平面ラップ盤
KR20040070791A (ko) 화학적 기계적 연마장비의 폴리싱헤드 정비장치

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20150528

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160519

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170524

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180517

Year of fee payment: 7