KR100258802B1 - 평탄화 장치 및 그를 이용한 평탄화 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 평탄화 장치 및 그를 이용한 평탄화 방법에 관한 것으로서, 받침대의 상부에 열팽창계수가 낮은 물질로 이루어진 열팽창수단과, 상기 열팽창수단에 열을 가하는 히터와, 상기 열팽창수단과 공간에 의해 소정 간격 이격되어 열이 측방으로 방출되는 것을 방지하는 차단수단과, 상기 열팽창수단에 설치된 테이블과, 상기 테이블 내부로 냉각수를 순환시켜 열팽창수단으로 부터 전달되는 열을 냉각시키는 냉각수단과, 상기 테이블의 상부에 설치되는 다공성물질로 이루어져 반도체기판의 표면의 접촉되는 부분을 선택적으로 연마하는 패드와, 상기 패드의 표면에 연마 물질을 공급하는 연마물질 공급수단과, 상기 반도체기판의 상부가 상기 패드와 접촉되도록 고정시킨 상태로 회전시키는 홀더와, 상기 홀더를 구동하는 모터를 포함하고, 반도체기판의 상부에 소정의 도선 패턴을 형성하는 단계와, 상기 도선 패턴이 형성된 반도체기판의 상부에 상기 도선 패턴 보다 두꺼운 절연층을 형성하는 단계와, 상기 반도체기판을 상부가 평탄화 장치의 패드와 접촉된 상태로 고정시키고 열팽창수단을 팽창시키면서 상기 도선 패턴 상에 형성된 상기 절연층의 볼록한 부분만을 선택적으로 연마하여 표면을 평탄하게 하는 단계를 구비한다. 따라서, 반도체기판의 도선 패턴 상에 형성된 절연층의 볼록한 부분만을 단차가 없어지도록 선택적으로 미세하게 연마하므로 표면의 평탄도를 향상시킬 수 있다.

Description

평탄화 장치 및 그를 이용한 평탄화 방법

제1a 내지 c도는 종래 기술에 따른 평탄화 방법의 순서도.

제2도는 본 발명에 따른 평탄화 장치의 개략도.

제3a 내지 c도는 제2도의 평판화 장치를 이용한 평탄화 방법의 순서도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

21 : 받침대 23 : 열팽창수단

25 : 히터 27 : 공간

29 : 열차단수단 31 : 테이블

33 : 냉각수단 35 : 패드

37 : 연마제공급수단 39 : 홀더

40 : 모터 41 : 반도체기판

43 : 도선 패턴 45 : 절연층

본 발명은 평탄화 장치 및 그를 이용한 평탄화 방법에 관한 것으로서, 특히, 반도체 소자의 제조공정 중 반도체기판 상에 형성된 도선 패턴 사이에 절연층을 형성하여 표면을 평탄하게 하는 평탄화 장치 및 그를 이용한 평탄화 방법에 관한 것이다.

반도체소자 제조공정에 있어서 도선 패턴을 형성한 후 이 도선 패턴과 도선 패턴이 형성되지 않은 부분과의 단차를 최소화하기 위해 도선 패턴이 형성되지 않은 부분에 산화실리콘등의 절연물질을 채우는 기술이 사용되고 있다. 그리하여, 토폴로지(topology)가 개선되어 그의 상부에 절연층을 형성하고 다른 도선 패턴을 형성할 때 포토리쏘그래피 공정이 용이하고 패턴의 폭을 좁게할 수 있어 집적도를 향상시킬 수 있다.

제1a도 내지 c도는 종래의 평탄화 방법을 나타내는 순서도이다.

제1a도를 참조하면, 반도체기판(11) 상부의 전표면에 전도성 금속을 증착한후 통상의 포토리쏘그래피 방법에 의해 소정의 도선 패턴(13)을 형성한다.

제1b도를 참조하면, 도선 팬턴(13)이 형성된 반도체기판(11)의 상부에 도선 패턴(13)보다 두꺼운 절연층(15)을 형성한다. 상기 절연층(15)은 산화실리콘등으로 이루어지며 화학기상증착법 등에 의해 도선 패턴(13)이 덮혀지도록 형성된다. 그리고, 절연층(15)의 상부에 포토레지스트를 도포하여 감광층(17)을 형성한다. 상기에서, 절연층(15) 및 감광층(17)은 침적 및 도포 특성에 따라 도선 패턴(13)의 상부 보다 도선 패턴(13)이 형성되지 않은 부분이 더 두껍게 형성된다. 그러므로, 절연층(15) 및 감광층(17)의 표면은 대체로 완만하게 된다.

제1c도를 참조하면, 상기 감광층(17)과 절연층(15)을 프라즈마 반응성 이온 에칭(plasma reactive ion etching)장치(도시되지 않음)에 의해 에치 백(etch back)하여 도선 패턴(13)의 상부 표면을 노출시킨다. 상기 에치 백 공정에서 도선 패턴(13) 상부에 포토레지스트가 모두 제거되어 절연층(15)의 산화실리콘이 노출되어도 도선 패턴(13)이 형성되지 않은 부분에 두껍게 도포된 포토레지스트가 남게 된다. 그러므로, 상기 남아 있는 포토레지스트는 산화실리콘과 같이 제거되는데, 감광층(17)을 이루는 포토레지스트와 절연층(15)을 이루는 산화실리콘의 에칭율(etch rate)이 거의 1:1이므로 동일한 속도로 제거된다. 그리고, 도선 패턴(13)이 노출될 때까지 에치 백을 진행한다. 이때, 도선 패턴(13)이 형성되지 않은 부분의 절연층(15)이 모두 제거되지 않고 잔류하게 된다. 그러므로, 도선 패턴(13)과 이 도선패턴(13)이 형성되지 않은 부분의 단차를 감소시킨다.

상술한 바와 같이 종래에는 도선 패턴이 형성된 반도체기판의 상부에 절연층과 감광층을 형성하고 플라즈마 반응성 이온 에칭 장비로 에치 백하여 단차를 줄였다.

그러나, 상술한 종래의 방법은 감광층을 평탄하게 형성하지 않는한 단차를 완전히 제거하지 못하는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명의 목적은 큰 단차가 형성된 표면을 선택적으로 미세하게 연마할 수 있는 평탄화 장치를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 도선 패턴과 도선 패턴이 형성되지 않은 부분의 단차를 완전히 제거할 수 있는 평탄화 방법을 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 평탄화 장치는 받침대의 상부에 열팽창계수가 낮은 물질로 이루어진 열팽창수단과 상기 열팽창수단에 열을 가하는 히터와, 상기 열팽창수단과 공간에 의해 소정 간격 이격되어 열이 측방으로 방출되는 것을 방지하는 차단수단과, 상기 열팽창수단에 설치된 테이블과, 상기 테이블 내부로 냉각수를 순환시켜 열팽창수단으로 부터 전달되는 열을 냉각시키는 냉각수단과, 상기 테이블의 상부에 설치되는 다공성물질로 이루어져 반도체기판의 표면의 접촉되는 부분을 선택적으로 연마하는 패드와, 상기 패드의 표면에 연마 물질을 공급하는 연마물질 공급수단과, 상기 반도체기판의 상부가 상기 패드와 접촉되도록 고정시킨 상태로 회전시키는 홀더와, 상기 홀더를 구동하는 모터를 포함한다.

상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 평탄화 방법은 반도체기판의 상부에 소정의 도선 패턴을 형성하는 단계와, 상기 도선 패턴이 형성된 반도체기판의 상부에 상기 도선 패턴 보다 두꺼운 절연층을 형성하는 단계와, 상기 반도체기판을 상부가 평탄화 장치의 패드와 접촉된 상태로 고정시키고 열팽창수단을 팽창시키면서 상기 도선 패턴 상에 형성된 상기 절연층의 볼록한 부분만을 선택적으로 연마하여 표면을 평탄하게 하는 단계를 구비한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.

제2도는 본 발명에 따른 평탄화 장치의 개략도이다.

상기 평탄화 장치는 받침대(21), 열팽창수단(23), 히터(25), 열차단수단(29), 테이블(31), 냉각수단(33), 패드(35), 연마제공급수단(37), 홀더(39) 및 모터(40)로 이루어진다.

상기에서 열팽창수단(23)은 받침대(21)의 상부에 열팽창계수가 낮은 물질, 예를 들어, 열팽창계수가 각각 8.8×10^-6, 4.2×10^-6, 4.7×10^-6, 4.5×10^-6인 알루미나(Al₂O3), Zr, Sic 또는 B₄C 등으로 이루어지며, 히터(25)에 의해서 가열된 열에 대응해서 일정하게 팽창한다. 예를 들어, 열팽창 수단(23)을 1cm두께의 알루미늄으로 형성한 경우, 히터(25)에 의해서 1℃ 상승할 때마다 그 두계가 880Å 정도 상승하게 된다. 또한, Å 단위의 작은 단차의 연마를 제어하는 경우에는 열팽창율이 0.5×10^-6정도인 융합된 실리카 글래스(fused silica glass)를 사용한다.

히터(25)는 열팽창수단(23)에 열을 가하여 팽창되도록 하기 위한 수단이며, 이러한 히터(25)의 구동을 제어하기 위한 수단은 본 발명의 핵심 구성 요소가 아닌 관계로 제2도에서는 도시를 생략한다. 즉, 본 발명에 따라 열팽창수단(23)에 열을 가하여 희망하는 소정 온도가 되도록 하기 위해서는 통상적으로 히터(25) 외에 열팽창수단(23)의 온도를 감지하기 위한 온도센서, 온도센서에 의해 측정된 온도에 의거하여 히터(25)의 구동을 제어하므로써 열팽창수단(23)의 온도를 소정 온도까지 상승시키기 위한 제어 수단 등이 필요한데, 이러한 각각의 구성 수단은 당업체에 의해 다양한 방법으로 용이하게 실시 가능한바, 본 발명에서는 도시를 생략한다.

한편, 차단수단(29)은 석영 등으로 이루어지며 공간(27)에 의해 열팽창수단(23)과 소정 간격 이격되고, 이 열팽창수단(23)에 가해진 열이 외부로 발산되는 것을 방지한다. 즉, 히터(25)로부터 가해진 열이 열팽창 수단(23)의 팽창에 작용하지 못하고 외부로 손실되는 것을 방지한다.

테이블(31)은 열팽창 수단(23)의 상단부에 장착되어, 열팽창 수단(23)의 팽창 정도에 대응해서, 그 상부에 형성된 패드(35)를 반도체 기판(41)에 밀착시킨다.

그리고, 냉각수단(33)은 열팽창수단(23)의 상부에 설치된 테이블(31)의 상부에 냉각수가 순환되도록 설치되어 열팽창수단(23)으로 부터 테이블(31)에 전달되는 열을 냉각시킨다. 즉, 열팽창 수단(23)에 가해진 열이 테이블(31) 및 패드(35)에 영향을 미치지 못하도록 열팽창수단(23)으로 부터 테이블(31)에 전달되는 열을 냉각시키게 되는데, 이 냉각수단(33) 또한 상술한 히터(25)가 구동되는 경우에 동작하도록 하기 위해서 그 구동을 제어하는 제어수단이 필요하지만, 본 발명의 핵심 구성 요소가 아닌 관계로 상술한 히터(25)에서와 마찬가지로 제2도에서는 도시를 생략하며, 이는 당업자에 의해 다양한 방법으로 용이하게 실시 가능하다.

한편, 본 발명에 따르면 상술한 히터(25)가 구동되어 열팽창수단(23)에 열이 가해질 경우, 열팽창수단(23)은 히터(25)의 열에 의해 팽창하게 되고, 이로 인해 테이블(31)은 열팽창수단(23)의 팽창정도 만큼 차단수단(29)의 상단부와 이격된다. 다시 말하면, 히터(25)가 구동되지 않는 평상시에는 테이블(31)의 하단부에 열팽창수단(23)과 차단수단(29)의 상단부가 서로 맞닿아 있지만, 히터(25)가 구동되어 열팽창수단(25)이 팽창하게 되면, 차단수단(29)의 상단부는 테이블(31)의 하단부와 이격된다.

패트(35)는 다공성 물질로 이루어져 상기 테이블(31)의 상부에 설치되며 반도체기판(41) 상에 형성된 도선 패턴(도시되지 않음) 상의 절연층 (도시되지 않음)을 연마하여 표면을 평탄화시키며, 연마제공급수단(37)은 절연층을 연마할 때 연마 속도를 증가시키기 위한 연마제를 공급한다. 홀더(39)는 반도체기판(41)의 상부가 패드(35)와 접촉된 상태로 고정시켜 회전시키며, 모터(40)는 상기 홀더(39)를 구동시킨다.

상기와 같이 구성된 평탄화 장치의 동작을 설명한다.

먼저, 홀더(39)에 반도체기판(41)을 상부가 패드(35)를 향하도록 장착하고, 반도체 기판(41)에 형성된 패턴의 단차, 즉, 연마하고자 하는 단차 높이에 대응하는 두께만큼 열팽창 수단(23)을 팽창시킬 수 있는 온도로 히터(25)의 구동하여 열팽창수단(23)을 팽창시킨다.

그와 같은 히터(25)의 가열에 의해서 열팽창수단(23)이 팽창하게 되면, 그 상부에 형성된 테이블(31)은 열팽창수단(23)이 팽창된 높이만큼 수직방향을 따라 위쪽으로 움직이게 되며, 그 결과, 테이블(31)의 상부에 형성된 패드(35)가 반도체기판(41)의 상부에 접촉된다. 이때, 석영으로 이루어진 열차단수단(29)은 테이블(31)의 하단부로부터 이격되고 공간(27)과 함께 열팽창수단(23)의 열이 측방으로 발산되는 겻을 방지함으로써, 히터(25)에 의해서 가해진 열이 외부로 손실되지 않고 열팽창수단(23)에 가해지도록 하며, 냉각수단(33)은 테이블(31)에 냉각수를 순환시켜서 열팽창수단(23)으로 부터 테이블(31) 및 패드(35)에 가해지는 열을 식힌다.

그리고, 연마제공급수단(37)을 통해 알루미나 등의 연마제를 다공성 물질로 이루어진 패드(35)의 표면에 공급하고, 모터(40)를 구동시켜 반도체기판(41)을 회전시킴으로써 이 반도체기판(41) 상에 형성된 절연층의 볼록한 부분을 선택적으로 연마하여 표면을 평탄하게한다.

제3a도 내지 c도는 제2도의 평탄화 장치를 이용한 평탄화 방법을 나타내는 순서도이다.

제3a도를 참조하면, 실리콘 등의 반도체기판(41) 상부의 전표면에 알루미늄 등과 같은 전도성금속을 증착한후 통상의 포토리쏘그래피 방법에 의해 소정의 도선 패턴(43)을 형성한다.

제3b도를 참조하면, 도선 패턴(43)이 형성된 반도체기판(41)의 상부에 산화실리콘 등을 화학기상증착법 등에 의해 이 도선 패턴(43) 보다 두꺼운 절연층(45)을 형성한다. 이때, 절연층(45)은 도선 패턴(43)을 덮게 되며, 따라서, 도선 패턴(41)의 상부에서는 절연층(45)이 볼록하게 된다.

제3c도를 참조하면, 상술한 제2도의 평탄화 장치의 홀더(39)에 반도체기판(41)을 고정시킨다. 이때, 반도체기판(41)은 상부가 패드(39)와 접촉된 상태로 고정시킨다. 그리고, 히터(25)의 온도를 상승시켜 열팽창수단(23)을 팽창시켜 이에 의해 테이블(31)이 수직방향을 따라 위쪽으로 움직여 반도체기판(41)의 상부와 패드(35)를 접촉시킨다. 그 다음 연마제공급수단(37)을 통해 패드(35)의 표면에 연마제를 공급하면서 모터(40)의 구동에 의해 반도체기판(41)을 회전시켜 도선 패턴(43)상에 형성된 절연층(45)의 볼록하게 형성된 부분만을 선택적으로 연마한다. 이때, 열팽창수단(23)은 가해지는 열에 의해 팽창되는 정도가 정확히 제어되므로 표면이 평탄해지도록 연마되는 정도를 정확히 제어할 수 있다. 즉, 상기 열팽창 수단은 일정한 열팽창 계수를 갖는 바, 상기 열팽창수단(23)이 1cm의 두께를 갖는 알루미나로 이루어진다면 1℃ 상승할 때 마다 패드(35)의 상부면이 880Å 정도 상승하게 된다. 따라서, 반도체기판(41)의 상부에 형성된 도선 패턴의 단차가 8800Å이라면, 히터(25)의 온도는10℃ 상승시켜서 열팽창 수단(23)을 8800Å 만큼 팽창 시킴으로써 테이블(31)의 상부에 형성된 패드(35)를 반도체 기판(41)에 8800Å만큼 더 밀착시켜서, 반도체 기판(41) 상에 형성된 도선 패턴을 8800Å 만큼 연마한다.

상술한 바와 같이 본 발명은 미세하게 제어되는 열팽창수단을 갖는 평탄화 장비의 연마 패드에 반도체기판의 도선 패턴 상에 형성된 절연층의 볼록한 부분을 접촉시킨 후 열팽창수단을 팽창시키면서 접촉되는 부분을 선택적으로 미세하게 연마한다.

따라서, 본 발명은 반도체기판의 도선 패턴 상에 형성된 절연층의 볼록한 부분만을 단차가 없어지도록 선택적으로 미세하게 연마하므로 표면의 평탄도를 향상시킬 수 있는 잇점이 있다.

Claims (5)

1. 받침대의 상부에 열팽창계수가 낮은 물질로 이루어진 열팽창수단과, 상기 열팽창수단에 열을 가하는 히터와, 상기 열팽창수단과 공간에 의해 소정 간격 이격되어 열이 측방으로 방출되는 것을 방지하는 차단수단과, 상기 열팽창수단에 설치된 테이블과, 상기 테이블 내부로 냉각수를 순환시켜 열팽창수단으로 부터 전달되는 열을 냉각시키는 냉각수단과, 상기 테이블의 상부에 설치되는 다공성물질로 이루어져 반도체기판의 표면의 접촉되는 부분을 선택적으로 연마하는 패드와, 상기 패드의 표면에 연마 물질을 공급하는 연마물질 공급수단과, 상기 반도체기판의 상부가 상기 패드와 접촉되도록 고정시킨 상태로 회전시키는 홀더와, 상기 홀더를 구동하는 모터를 포함하는 평탄화 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 열팽창수단은 알루미나, Zr, Sic, B₄C 또는 융합된 실리카 글래스 중 어느 하나로 이루어진 평탕화 장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 열차단수단이 석영으로 이루어진 평탄화 장치.
4. 반도체기판의 상부에 소정의 도선 패턴을 형성하는 단계와, 상기 도선 패턴이 형성된 반도체기판의 상부에 상기 도선 패턴 보다 두꺼운 절연층을 형성하는 단계와, 상기 반도체기판을 상부가 평탄화 장치의 패드와 접촉된 상태로 고정시키고 열팽창수단을 팽창시키면서 상기 도선 패턴 상에 형성된 상기 절연층의 볼록한 부분만을 선택적으로 연마하여 표면을 평탄하게 하는 단계를 구비하는 평탄한 방법.
5. 제4항에 있어서, 상기 열팽창단계에서 가해지는 열에 의해 상기 열팽창수단이 팽창되는 것을 제어하여 표면이 연마되는 정도를 정확히 제어하는 평탄화 방법.