CN109786235A - 用于使基板平坦化的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于使基板平坦化的装置和方法，在存在有由于存在于芯片内的图案构造或成膜方法而导致的各种各样的尺寸的阶差的情况下，得到均匀的阶差消除性。提供用于使基板的表面平坦化的平坦化装置，该平坦化装置具有：粗糙化处理单元，该粗糙化处理单元用于使用粗糙化粒子对所述基板的被处理面进行粗糙化处理；以及CMP单元，该CMP单元用于对被处理面被粗糙化后的所述基板的表面进行化学机械研磨(CMP)。

Description

用于使基板平坦化的装置和方法
技术领域
本发明涉及用于使基板平坦化的装置和方法。
背景技术
近年来，为了对处理对象物(例如半导体晶片等基板或者形成在基板的表面上的各种膜)进行各种处理而使用处理装置。作为处理装置的一例，列举了用于进行处理对象物的研磨处理等的CMP(Chemical Mechanical Polishing：化学机械研磨)装置。一般情况下，在CMP中，将处理对象物按压到研磨垫上，将研磨剂(浆料)供给到处理对象物与研磨垫之间并使处理对象物与研磨垫相对运动，由此，对处理对象物的表面进行研磨。
公知有CMP装置的研磨速度基于Preston法则，研磨速度与研磨压力成比例。当在作为研磨对象的基板的表面上存在凹凸的情况下，在凸部处，相比于凹部而言，与研磨垫的接触压力较大，因此，凸部的研磨速度比凹部快。在CMP装置中，通过该凸部与凹部之间的研磨速度之差来消除基板表面的阶差而实现平坦化。
这里，在通过CMP装置进行平坦化之前的基板的表面上形成有各种各样的设计的芯片，在本芯片内存在由于图案构造或成膜方法而导致的各种各样的高度的阶差，并且，阶差的尺寸(具体而言是凸部的宽度和表面积)也各种各样。而且，这些阶差的尺寸的差异对CMP的平坦性带来较大影响。作为该例子，图1表示表示了通过CMP使在包含布线部的基板表面上成膜有Cu层的基板平坦化的工序的剖视图。图1的(a)表示了如下状态：通过PVD、CVD、ALD等方法将阻挡金属53成膜到在绝缘膜51上形成有布线槽52的基板WF上，然后通过PVD等方法将Cu籽晶膜成膜到阻挡金属53的上层，然后，通过电解电镀等方法来形成Cu层54。在通常的CMP工序中，例如在第一工序中，将位于布线部以外的阻挡金属53上的剩余的Cu层54研磨去除。然后，虽未图示，但在第二工序中，通过对阻挡金属53和下层的绝缘膜51进行少量研磨，而仅在布线部上残留Cu，由此，完成了将Cu埋入布线部。这里，如图示那样，在成膜的Cu层54上，由于下层的布线构造(布线宽度和密度)以及电解电镀的成膜条件而导致在Cu层54的表面上形成有阶差。特别地，有时在宽度较小的布线密集部处也会形成有在电镀时将多个布线切断的尺寸较大的阶差(图1的(a)的左侧的凸部)。当通过CMP对具有这样各种各样的尺寸的阶差的基板的表面进行研磨时，由于阶差的高度、宽度、面积而导致施加于阶差的凹凸部的研磨压力不同。这是因为，由于研磨垫的弹性而与阶差的凸部和凹部接触，由此，施加于阶差的凸部和凹部的压力差不同，具体而言，在高度较小的阶差、或者宽度和表面积较大的阶差中，阶差的凸部与凹部之间的研磨速度差变小，由此，阶差相对于研磨量的消除的速度变小。因此，在阻挡金属53开始露出的时刻，这样的阶差消除速度较小的部分相比于其他的部分而言，Cu层54容易残留(图1的(b))。在这样的状况下，如果在布线间残留有Cu层54，则会成为引起布线间短路的原因，如果在布线间以外的部分残留有Cu层，则在进而对上层实施成膜时会重新形成阶差。因而，该残留的Cu层54需要被完全去除，因此，有意地进行过研磨。但是，通过该过研磨，在Cu的残膜量较小的或者没有Cu残膜的布线部分，会进一步过度地对Cu进行过研磨或者研磨至布线间的阻挡金属53或其下层的绝缘膜51。因此，在CMP结束后，会在布线部上产生凹陷或侵蚀(图1的(c))。这些凹陷或侵蚀会对布线截面积的偏差造成较大影响，因此，也会对器件性能造成较大影响。
以上是通过CMP埋入Cu布线的工序的例子，但在其他的平坦化工序中，也会在事先的成膜阶段中存在由于芯片内的图案构造或成膜方法而导致的各种各样的尺寸的阶差，从而产生由于该尺寸差导致的阶差消除性的不均匀性。因此，期望无论阶差的尺寸差如何都实现均匀的阶差消除性。
专利文献1：日本特开2005-150171号公报
发明内容
发明所要解决的课题
本发明是鉴于上述背景而完成的，其目的之一在于提供在存在有由于存在于芯片内的图案构造或成膜方法而导致的各种各样的尺寸的阶差的情况下，得到均匀的阶差消除性的平坦化方法。
用于解决课题的手段
[方式1]根据方式1，提供用于使基板的表面平坦化的平坦化装置，该平坦化装置具有：粗糙化处理单元，该粗糙化处理单元用于使用粗糙化粒子对所述基板的被处理面进行粗糙化处理；以及CMP单元，该CMP单元用于对被处理面被粗糙化后的所述基板的表面进行化学机械研磨(CMP)。
[方式2]根据方式2，在方式1的平坦化装置中，所述粗糙化处理单元具有：垫，该垫的尺寸比所述基板大；工作台，该工作台保持所述垫，该工作台能够相对于所述基板相对运动；基板保持头，该基板保持头将所述基板的被处理面保持为朝向所述垫，该基板保持头能够一边将所述基板向所述垫按压一边相对于所述垫相对运动；第一供给喷嘴，该第一供给喷嘴用于在所述粗糙化处理中将包含粗糙化用粒子的液体供给到所述垫；第二供给喷嘴，该第二供给喷嘴用于在所述粗糙化处理后供给用于清洗所述基板和所述垫的清洗用液体；以及调节器，该调节器用于进行所述垫的表面的调节。
[方式3]根据方式3，在方式1的平坦化装置中，所述粗糙化处理单元具有：垫，该垫的尺寸比所述基板大，该垫包含粗糙化用粒子；工作台，该工作台用于保持所述垫，该工作台能够相对于所述基板相对运动；基板保持头，该基板保持头将所述基板的被研磨面保持为朝向所述垫，该基板保持头能够一边将所述基板向所述垫按压一边相对于所述垫相对运动；第一供给喷嘴，该第一供给喷嘴用于在所述粗糙化处理中将液体供给到所述垫；第二供给喷嘴，该第二供给喷嘴用于在所述粗糙化处理后供给用于清洗所述基板和所述垫的清洗用液体；以及调节器，该调节器用于进行所述垫的表面的调节。
[方式4]根据方式4，在方式1的平坦化装置中，所述粗糙化处理单元具有：垫，该垫的尺寸比所述基板小；工作台，该工作台用于保持所述基板，该工作台能够相对于所述基板相对运动；保持头，该保持头将所述垫保持为朝向基板，该保持头能够一边将所述垫向所述基板按压一边相对于所述基板相对运动；臂，该臂用于使所述保持头在所述基板上沿着与所述基板的平面平行的方向摆动；第一供给喷嘴，该第一供给喷嘴用于在所述粗糙化处理中将包含粗糙化用粒子的液体供给到所述基板；第二供给喷嘴，该第二供给喷嘴用于在所述粗糙化处理后向所述基板供给清洗用液体；以及调节器，该调节器用于进行所述垫的表面的调节。
[方式5]根据方式5，在方式1的平坦化装置中，所述粗糙化处理单元具有：垫，该垫的尺寸比所述基板小，该垫包含粗糙化用粒子；工作台，该工作台用于保持所述基板，该工作台能够相对于所述垫相对运动；保持头，该保持头将所述垫保持为朝向所述基板，该保持头能够一边将所述垫向基板按压一边相对于所述基板相对运动；臂，该臂用于使所述保持头在所述基板上沿着与所述基板的平面平行的方向摆动；第一供给喷嘴，该第一供给喷嘴用于在所述粗糙化处理中向所述基板供给液体；第二供给喷嘴，该第二供给喷嘴用于在所述粗糙化处理后供给用于清洗所述基板和所述垫的清洗用液体；以及调节器，该调节器用于进行所述垫的表面的调节。
[方式6]根据方式6，在方式1的平坦化装置中，所述粗糙化处理单元具有：高压供给喷嘴，该高压供给喷嘴用于将包含所述粗糙化粒子的液体以高压朝向基板供给；工作台，该工作台用于保持所述基板，该工作台能够相对于所述高压供给喷嘴相对运动；臂，该臂用于使所述高压供给喷嘴与基板的平面平行地摆动；以及供给喷嘴，该供给喷嘴用于在所述粗糙化处理后向基板供给清洗用液体。
[方式7]根据方式7，在方式2至方式6中的任意一个方式的平坦化装置中，所述相对运动包含旋转运动、直线运动、涡旋运动以及旋转运动与直线运动的组合中的至少一种。
[方式8]根据方式8，提供用于使基板的表面平坦化的平坦化装置，该平坦化装置具有：CMP单元，该CMP单元用于对所述基板进行化学机械研磨(CMP)；清洗单元，该清洗单元用于清洗所述基板；干燥单元，该干燥单元用于对所述基板进行干燥；以及运送机构，该运送机构用于将所述基板在所述CMP单元、所述清洗单元和所述干燥单元之间运送，所述CMP单元具有：第一供给喷嘴，该第一供给喷嘴用于供给包含粗糙化粒子的液体；以及第二供给喷嘴，该第二供给喷嘴用于供给CMP用的浆料。
[方式9]根据方式9，在方式8的平坦化装置中，所述CMP单元具有：垫，该垫的尺寸比所述基板大；工作台，该工作台保持所述垫，该工作台能够相对于所述基板相对运动；基板保持头，该基板保持头将所述基板的被处理面保持为朝向所述垫，该基板保持头能够一边将所述基板向所述垫按压一边相对于所述垫相对运动；第三供给喷嘴，该第三供给喷嘴用于向所述垫供给清洗用液体；以及调节器，该调节器用于进行所述垫的表面的调节，所述第一供给喷嘴构成为将包含粗糙化粒子的液体供给到所述垫上，所述第二供给喷嘴构成为将所述CMP用的浆料供给到所述垫上。
[方式10]根据方式10，在方式8的平坦化装置中，所述CMP单元具有：垫，该垫的尺寸比基板小；工作台，该工作台用于保持所述基板，该工作台能够相对于所述垫相对运动；保持头，该保持头将所述垫保持为朝向所述基板，该保持头能够一边将所述垫向所述基板按压一边相对于所述基板相对运动；臂，该臂用于使所述保持头在所述基板上沿着与所述基板的平面平行的方向摆动；第三供给喷嘴，该第三供给喷嘴用于向所述基板供给清洗用液体；以及调节器，该调节器用于进行所述垫的表面的调节，所述第一供给喷嘴构成为将包含所述粗糙化粒子的液体供给到所述基板，所述第二供给喷嘴构成为将所述CMP用的浆料供给到所述基板。
[方式11]根据方式11，在方式1至方式10中的任意一个方式的平坦化装置中，所述粗糙化粒子的平均粒径为100nm以下。
[方式12]根据方式12，在方式1至方式11中的任意一个方式的平坦化装置中，所述粗糙化粒子具有从由金刚石、SiC、CBN、SiO2、CeO2以及Al2O3构成的组中选择的至少一种粒子。
[方式13]根据方式13，提供使基板平坦化的方法，该方法具有如下步骤：粗糙化处理步骤，使用粗糙化粒子使所述基板的被处理面粗糙化；以及CMP步骤，对粗糙化后的所述基板的被处理面进行化学机械研磨(CMP)。
[方式14]根据方式14，在方式13的方法中，在所述粗糙化处理步骤中，通过粗糙化，而在所述基板的被处理面形成的凹凸的高度为粗糙化处理前的存在于所述基板的被处理面的最大初始阶差的80％以下，并且，通过粗糙化处理，而形成于所述基板的被处理面的凹凸的平均间距为100μm以下。
[方式15]根据方式15，在方式13或者方式14的方法中，所述粗糙化处理步骤具有如下步骤：向尺寸比所述基板大的垫上供给包含粗糙化粒子的液体，在按压所述垫和所述基板的被处理面的状态下，使所述垫与所述基板相对运动。
[方式16]根据方式16，在方式13或者方式14的方法中，所述粗糙化处理步骤具有如下步骤：向所述基板供给包含粗糙化粒子的液体，在将尺寸比所述基板小的垫按压到所述基板的状态下，使所述垫与所述基板相对运动。
[方式17]根据方式17，在方式13或者方式14的方法中，所述粗糙化处理步骤具有如下步骤：在将固定有粗糙化用粒子且尺寸比所述基板大的垫按压到所述基板的状态下，使所述垫与所述基板相对运动。
[方式18]根据方式18，在方式13或者方式14的方法中，所述粗糙化处理步骤具有如下步骤：在将固定有粗糙化用粒子且尺寸比所述基板小的垫按压到所述基板的状态下，使所述垫与所述基板相对运动的步骤；以及使所述垫在所述基板上沿着与所述基板的平面平行的方向摆动的步骤。
[方式19]根据方式19，在方式13或者方式14的方法中，所述粗糙化处理步骤具有如下步骤：从高压供给喷嘴将包含粗糙化粒子的液体以高压朝向所述基板供给的步骤；使所述基板相对于所述高压供给喷嘴相对运动的步骤；以及使所述高压供给喷嘴与所述基板的平面平行地摆动的步骤。
[方式20]根据方式20，在方式13至方式19中的任意一个方式的方法中，所述粗糙化粒子的平均粒径为100nm以下。
[方式21]根据方式21，在方式13至方式20中的任意一个方式的方法中，所述粗糙化粒子具有从由金刚石、SiC、CBN、SiO2、CeO2以及Al2O3构成的组中选择的至少一种粒子。
[方式22]根据方式22，在方式15至方式21中的任意一个方式的方法中，所述相对运动包含旋转运动、直线运动、涡旋运动以及旋转运动与直线运动的组合中的至少一种。
[方式23]根据方式23，在方式13至方式22中的任意一个方式的方法中，所述粗糙化处理步骤由粗糙化处理单元执行，所述CMP步骤由CMP单元执行，上述方法具有将通过所述粗糙化处理单元而粗糙化后的所述基板运送到所述CMP单元的步骤。
[方式24]根据方式24，在方式13至方式22中的任意一个方式的方法中，在所述粗糙化处理步骤与所述CMP步骤之间具有对粗糙化后的所述基板的被处理面进行清洗的步骤。
附图说明
图1是表示通过CMP使在包含布线部的基板表面上成膜有Cu层的基板平坦化时的工序的剖视图。
图2是表示一个实施方式的平坦化装置的俯视图。
图3是表示一个实施方式的粗糙化处理单元的立体图。
图4是概略地表示一个实施方式的、在内部设置有珀尔帖元件作为冷却机构的工作台的侧视图。
图5是概略地表示一个实施方式的、具有使用冷却流体的冷却机构的工作台的侧视图。
图6是概略地表示一个实施方式的平坦化装置的侧视图。
图7是概略地表示一个实施方式的粗糙化处理单元的侧视图。
图8是概略地表示一个实施方式的粗糙化处理单元的立体图。
图9是概略地表示一个实施方式的粗糙化处理单元的侧视图。
图10是概略地表示一个实施方式的粗糙化处理单元的侧视图。
图11是概略地表示一个实施方式的平坦化装置的俯视图。
图12是表示一个实施方式的、使在包含布线部的基板表面上成膜有Cu层的基板平坦化时的工序的剖视图。
图13是表示一个实施方式的、用于使基板表面平坦化的方法的流程图。
图14是表示一个实施方式的、用于使基板表面平坦化的方法的流程图。
图15是概略地表示一个实施方式的平坦化装置的侧视图。
符号说明
10 平坦化装置
51 绝缘膜
52 布线槽
54 Cu层
100 粗糙化处理单元
102 工作台
103 工作台
104、104a 粗糙化垫
105 研磨垫
107 垫
106 保持头
109 臂
110 粗糙化粒子供给喷嘴
111 清洗液供给喷嘴
112 液体供给喷嘴
113 清洗液供给喷嘴
114 浆料供给喷嘴
115 高压供给喷嘴
116 粗糙化粒子供给箱
120 调节器
132 工作台
134 粗糙化处理头
136 轴
137 垫
138、138a 粗糙化垫
150 珀尔帖元件
152 温度测量器
154 流体通路
156 垫接触部件
158 液体供给机构
200 研磨单元
300 清洗单元
30a 运送机构
30b 运送机构
400 干燥单元
500 控制单元
WF 基板
具体实施方式
以下，与附图一同说明本发明的用于使基板的表面平坦化的平坦化装置和平坦化方法的实施方式。在附图中，对相同或者类似的要素标注相同或者类似的参照符号，在各实施方式的说明中，有时省略与相同或者类似的要素相关的重复的说明。此外，在各实施方式中说明的各特征只要不互相矛盾，则也能够应用于其他实施方式。
图2是表示一个实施方式的平坦化装置10的俯视图。如图2所示，平坦化装置10具有装载/卸载单元20、粗糙化处理单元100、研磨单元200、清洗单元300以及干燥单元400。此外，平坦化装置10具有装载/卸载单元20、粗糙化处理单元100、研磨单元200、清洗单元300以及用于控制干燥单元400的各种动作的控制单元500。
装载/卸载单元20是用于将进行平坦化处理之前的基板WF送到粗糙化处理单元100并且从干燥单元400接受进行了粗糙化、研磨、清洗以及干燥等处理之后的基板的单元。装载/卸载单元20具有多台(在本实施方式中是4台)前装载部22。在前装载部22上分别搭载有用于存放基板的盒体或者FOUP(Front-Opening Unified Pod：正面开口标准箱)24。
平坦化装置10具有运送机构30a、30b。运送机构30a将基板WF从盒体或者FOUP 24取出并送到粗糙化处理单元100。另外，运送机构30a也可以根据粗糙化处理单元100中的粗糙化处理的方式而具有使基板WF反转的机构。此外，运送机构30a从干燥单元400接受进行了基板WF的平坦化后的基板并将其返回到盒体或者FOUP 24中。运送机构30b在粗糙化处理单元100、研磨单元200、清洗单元300以及干燥单元400之间进行基板WF的传递。另外，运送机构30b也可以根据研磨单元200或清洗单元300中的处理的方式而具有使基板WF反转的机构。此外，虽未图示，但运送机构30a、30b也可以由多个运送机器人构成。而且，运送机构30a、30b可以采用任意的结构，例如能够采用能够保持和释放基板WF的可移动的机器人。
在后文叙述详细内容，但粗糙化处理单元100是用于在通过研磨单元200对基板WF进行研磨之前对基板WF的被处理面进行粗糙化处理的单元。
研磨单元200是用于对粗糙化处理后的基板WF的被处理面进行研磨的单元。在图2的实施方式中，平坦化装置10具有4个研磨单元200。4个研磨单元200可以采用同一结构。在一个实施方式中，研磨单元可以是任意的结构的CMP单元。
清洗单元300是用于进行被粗糙化处理单元100进行了粗糙化处理后的基板WF或者被研磨单元200进行了研磨处理后的基板WF的清洗处理的单元。在图2所示的实施方式中，清洗单元300存在有3个，但可以具有任意数量的清洗单元300。此外，多个清洗单元300可以采用同一结构，也可以采用不同的结构。
干燥单元400是用于对被清洗单元300清洗后的基板WF进行干燥处理的单元。干燥单元400可以采用任意的结构。
以下，对能够用于平坦化装置10的粗糙化处理单元100的实施方式进行说明。图3是表示一个实施方式的粗糙化处理单元100的立体图。如图3所示，粗糙化处理单元100具有包含平坦的上表面的工作台102。在本实施方式中，工作台102构成为能够借助未图示的电动机等驱动机构而如图3的箭头所示那样旋转，但也可以进行其他的运动，例如直线运动或涡旋运动以及将直线运动与旋转运动组合起来的运动。这里，直线运动包含直线的往复运动，旋转运动包含图示那样的自转运动、回旋运动、角度旋转运动以及偏心旋转运动。直线运动与旋转运动的组合例如包含描绘椭圆轨迹的运动。在工作台102的上表面粘贴有粗糙化处理用的垫104(后文记作“粗糙化垫”)。在图3所示的实施方式中，粗糙化垫104的尺寸比作为粗糙化的对象的基板WF大。在一个实施方式中，粗糙化垫104能够采用具有基板WF的直径的3倍以内的尺寸的直径的粗糙化垫。在本实施方式中，在粗糙化处理中，如后述那样使基板WF与粗糙化垫104相对运动，但由于粗糙化垫104的直径越大则能够使基板WF与粗糙化垫104的相对速度越大，因此，通过使粗糙化的速度增加，而使基板WF的处理速度提高。
粗糙化处理单元100具有用于保持基板WF的保持头106。保持头106与可旋转轴108连结。轴108如图3中箭头所示那样能够借助未图示的驱动机构而与保持头106一起旋转。基板WF通过真空吸附而支承于保持头106的下表面。保持头106构成为能够沿着与粗糙化垫104的表面垂直的方向移动。此外，保持头106与能够在工作台102的平面内，例如沿着工作台102的半径方向移动的臂109(在图3中未图示)连接。粗糙化处理单元100一边使工作台102和保持头106分别旋转，一边将包含粗糙化粒子的液体供给到粗糙化垫104上并通过保持头106将基板WF按压到粗糙化垫104上，使保持头106在工作台102的平面内移动，从而能够使基板WF粗糙化。
粗糙化垫104能够将与在CMP中使用的研磨垫同样的垫用作粗糙化垫104。这里，粗糙化垫104例如由发泡聚氨酯类的硬垫、绒面革类的软垫或者海绵等形成。粗糙化垫104的种类只要根据被处理面的材质和粗糙化粒子而适当选择即可。例如在被处理面是Cu或Low-k膜等机械强度较小的材料的情况下或者后述的粗糙化粒子的硬度较大的情况下，由于存在在粗糙化处理中产生过度粗糙化的情况，因此，可以选择硬度和刚性较低的垫。另一方面，为了对粗糙化的基板WF的表面的凸部优先地进行粗糙化处理，需要控制与基板WF的接触。因此，优选粗糙化垫104对于基板WF的去除对象材料的表面的凹凸的接触压力的选择性较高的。例如，在选择性地仅使初始存在于被处理面的凹凸的凸部粗糙化的情况下，粗糙化垫104可以选择硬度和刚性较高的垫。此外，粗糙化垫104也可以采用将多个垫层叠的构造。例如，可以采用使与基板WF的被处理面接触的面为硬度和刚性较高的垫、使下层为刚性和硬度较低的垫的两层构造。由此，能够调整粗糙化垫104的刚性。
此外，作为粗糙化垫104的刚性的调整方法，通过冷却机构将粗糙化垫104的表面冷却，由此，能够增大粗糙化垫104的表面的刚性，也能够提高接触压力的选择性。例如可以在粘贴有粗糙化垫104的工作台102的内部设置珀尔帖元件作为冷却机构。图4是概略地表示在内部设置有珀尔帖元件150作为冷却机构的工作台102的侧视图。图4所示的粗糙化处理单元100例如具有放射温度计那样的温度测量器152。温度测量器152构成为测量粗糙化垫104表面的温度。作为一个实施方式，能够构成为根据由温度测量器152测定的粗糙化垫104的温度来控制供给到珀尔帖元件150的电流，从而将粗糙化垫104的表面的温度控制为规定的温度。
此外，在一个实施方式中，作为用于冷却粗糙化垫104的冷却机构，也能够使用冷却流体。图5是概略地表示具有使用冷却流体的冷却机构的工作台102的侧视图。图5所示的工作台102具有构成为供冷却流体在工作台102的内部流动的流体通路154。通过控制在流体通路154中流动的冷却流体的温度，能够控制粗糙化垫104的温度。此外，图5所示的冷却机构具有与粗糙化垫104的表面接触的垫接触部件156以及将温度调整后的液体供给到垫接触部件156内的液体供给机构158。液体供给机构158能够作为供温度控制后的液体流动的通路。作为在液体供给机构158中使用的液体，能够使用热水和冷水，通过控制流向各个垫接触部件156的液体的温度和供给量，能够将垫接触部件156和粗糙化垫104控制为规定温度。在图5所示的实施方式中，也设置有温度测量器152。通过根据由温度测量器152测定的粗糙化垫104的温度来控制在流体通路154中流动的冷却流体的温度和/或流量以及在液体供给机构158中流动的液体的温度和/或流量，能够将粗糙化垫104控制为规定的温度。另外，关于图5所示的冷却机构，示出了利用通过工作台102的内部的流体通路154的冷却机构以及利用与粗糙化垫104接触的垫接触部件156的冷却机构这两种冷却机构，但也可以仅具有任意一方。另外，在图4、图5中，为了图示的清楚化，省略了粗糙化粒子供给喷嘴110和调节器120，但也能够采用具有粗糙化粒子供给喷嘴110和调节器120的粗糙化处理单元100。
另外，可以在粗糙化垫104的表面上设置例如同心圆状槽或者沿着纵横方向形成的XY槽、漩涡槽、放射状槽这类的槽形状。通过设置槽形状，使得包含后述的粗糙化粒子的液体向基板WF与粗糙化垫104之间的均匀的供给以及在粗糙化处理中生成的加工生成物的排出变得容易。
此外，关于粗糙化处理中的按压，基板WF与粗糙化垫104的接触压力较小的话比较好，优选为1psi以下，更优选为0.1psi以下。另外，作为将基板WF向粗糙化垫104按压的方式，可以通过气缸或者滚珠丝杠等驱动机构将保持于保持头106的基板WF向粗糙化垫104按压。此外，作为其他方式，虽未图示，但也可以在基板WF的背面具有气囊，在使保持头106接近粗糙化垫104之后，向气囊供给相当于接触压力的气体，由此，将基板WF向粗糙化垫104按压。另外，也可以将气囊分割为多个区域，在各区域调整压力。根据本方式，通过变更基板WF对粗糙化垫104的接触压力，能够调整通过粗糙化处理形成的凹凸的高度。
在图3所示的实施方式中，粗糙化处理单元100具有粗糙化粒子供给喷嘴110，该粗糙化粒子供给喷嘴110用于将分散有用于使基板WF的被处理面粗糙化的粗糙化粒子的液体供给到粗糙化垫104上。在一个实施方式中，粗糙化粒子供给喷嘴110能够向工作台102上的固定有粗糙化垫104的恒定的位置供给粗糙化粒子。此外，作为一个实施方式，使粗糙化粒子供给喷嘴110构成为可移动，从而构成为能够向工作台102上的粗糙化垫104的任意的位置供给粗糙化粒子。例如，通过使粗糙化粒子供给喷嘴110与保持头106同步地移动，能够有效地向基板WF与粗糙化垫104之间供给分散有粗糙化粒子的液体。
这里，在粗糙化处理中使用的粗糙化粒子的尺寸、种类以及浓度能够根据作为对象的基板WF的去除对象层的初始阶差的大小、层的厚度以及种类来选择。粗糙化粒子的种类例如能够包含金刚石、碳化硅(SiC)、立体氮化硼(CBN)、二氧化硅(SiO2)、氧化铈(CeO2)以及氧化铝(Al2O3)中的至少一种。粗糙化粒子能够采用100nm～几百nm左右的粒子尺寸。例如在通过CMP进行研磨之前的基板WF上，有时在表面上存在100nm左右的较大的阶差。在该情况下，期望通过粗糙化处理将基板的表面粗糙化以使得成为10nm～几十nm左右的高度的凹凸。为了使粗糙化时的形成在基板WF的表面的凹凸不深至到达基板的布线构造，期望上述那样的粗糙化粒子的尺寸。此外，在使初始阶差较小的基板WF粗糙化的情况下，期望以使形成在基板WF的表面的凹凸为10nm以下的方式进行粗糙化。在该情况下，粗糙化粒子的尺寸期望为10nm～几十nm左右。此外，粗糙化粒子的浓度小于10重量％，优选小于1重量％。这是因为，当粗糙化粒子的浓度较大时，粗糙化的速度较快，但另一方面，基板WF的被处理面自身会被研磨。另外，使粗糙化粒子悬浮的液体自身可以是纯水(DIW：De-Ionized Water：去离子水)，但也可以根据被处理面的性状而适当地借助pH调整剂进行pH调整。此外，例如可以通过对CeO2那样的凝聚性较高的粗糙化粒子添加分散剂来抑制粗糙化粒子的凝聚。此外，在选择性地仅将初始存在于基板WF的被处理面的阶差的凸部粗糙化的情况下，可以添加用于保护凹部的保护材料成分。由此，能够调整阶差的凸部的粗糙化的选择性。
此外，在图3所示的实施方式中，在粗糙化处理单元100中配置有供给用于清洗粗糙化处理后的基板WF和粗糙化垫104的清洗用液体的清洗液供给喷嘴111。由此，能够去除残留在基板WF的被处理面和粗糙化垫104上的包含粗糙化粒子的液体以及通过粗糙化处理产生的加工生成物。另外，作为清洗液，可以采用DIW，但也可以根据粗糙化粒子的种类而适当地供给药液作为清洗液。此外，清洗液供给喷嘴111可以构成为向粗糙化垫104上的恒定位置供给清洗液，或者，也可以使清洗液供给喷嘴111构成为可移动从而构成为向粗糙化垫104上的任意的位置供给清洗液。虽未图示，但也可以通过高压喷嘴来供给清洗液。
图3所示的粗糙化处理单元100具有用于进行粗糙化垫104的调节的调节器120。调节器120具有调节头122。调节头122与能够旋转的轴124连结。如图3所示，轴124借助未图示的驱动机构而能够与调节头122一起旋转。在调节头122的下表面安装有调节垫126。这里，在调节垫126中，例如可以通过Ni电沉积层等固定层而固定有金刚石，此外，也可以固定有树脂的刷。调节头122构成为能够沿着与粗糙化垫104的表面垂直的方向移动。此外，调节头122构成为能够在工作台102的平面内，例如沿着工作台102的半径方向移动。粗糙化处理单元100能够通过一边使工作台102和调节头122分别旋转，一边通过调节头122并借助气缸或滚珠丝杠等按压机构将调节垫126以规定的压力按压到粗糙化垫104上，并且使调节头122在工作台102的平面内移动，从而调节粗糙化垫104。调节可以与基板WF的粗糙化同时执行，此外，调节也可以在基板WF的粗糙化结束后并且在使下一个基板WF粗糙化之前执行。由此，能够维持粗糙化处理中的粗糙化垫104的表面状态，粗糙化处理性能稳定。另外，可以通过调节，使粗糙化垫104的表面比在CMP中使用的研磨垫的情况平滑化。例如粗糙化垫104的平滑化的级别能够为10μm以下，优选为1μm以下。在该情况下，例如通过减小调节垫126的金刚石直径或者减小金刚石从固定层突出的量，减少了粗糙化垫104的加工量，从而能够进行调整。
另外，虽然在图3中未图示，但粗糙化处理单元100具有控制部。粗糙化处理单元100的各种驱动机构、各喷嘴的阀的开闭与控制部连接，控制部能够控制粗糙化处理单元100的动作。此外，控制部具有用于在图14中处理后述的阶差的测定结果并进行是否小于目标值的判断等的运算部。控制部构成为根据由运算部进行处理/判断的结果来控制粗糙化处理单元100。另外，控制部能够通过在具有存储装置、CPU以及输入输出机构等的一般的计算机中安装规定的程序而构成。
此外，虽然在图3中未图示，但也可以设置判断粗糙化处理中的处理的终点的处理状态检测部。例如，列举了使激光等光入射到基板WF的被处理膜表面上，并检测反射光的方式以及检测基于图像识别的表面状态的方式。前者通过粗糙化使入射光在基板WF的被处理膜表面散射，从而利用反射光强度发生变化来在达到特定的反射光强度的时刻结束处理。此外，后者通过色调的变化来进行检测，在达到特定的色调的时刻结束处理。此外，作为处理状态的检测，例如可以监视安装有垫的工作台102和后述的粗糙化处理头134的旋转运动、或者保持基板WF的保持头106和工作台132的旋转运动、或者粗糙化处理头134的摆动运动中的驱动电机的扭矩的变化。这是利用了如下原理：通过粗糙化处理而使基板WF的被处理面的状态发生变化，从而与垫的接触/摩擦状态发生转换。这里，检测部与对所检测到的反射光、色调以及扭矩的信号进行处理的信号处理部连接，控制部根据该信号而结束粗糙化处理。另外，对由检测部检测到的信号进行处理的信号处理部与用于控制各种驱动机构、各喷嘴的阀的开闭的控制部可以使用相同硬件，也可以使用不同的硬件。在使用不同的硬件的情况下，能够使在基板WF的粗糙化处理、基板WF的表面状态的检测以及后续的信号处理中使用的硬件资源分散，整体来说，能够使处理高速化。
图7是概略地表示一个实施方式的粗糙化处理单元100的侧视图。图7所示的粗糙化处理单元100构成为使用粘贴在工作台102上的粗糙化垫104a来将保持在保持头106上的基板WF粗糙化。这里，在图7所示的粗糙化处理单元100中，在粗糙化垫104a上借助树脂材料等的粘合剂而固定有粗糙化粒子。因此，在本实施方式的粗糙化处理单元100中，无需像图3的实施方式那样将包含粗糙化粒子在内的液体供给到粗糙化垫104a上，无需粗糙化粒子供给喷嘴110。这里，固定在粗糙化垫104a上的粗糙化粒子的尺寸、种类以及浓度能够根据作为对象的基板WF的去除对象层的初始阶差的大小、层的厚度以及种类来选择。粗糙化粒子的种类例如能够包含金刚石、碳化硅(SiC)、立体氮化硼(CBN)、二氧化硅(SiO2)、氧化铈(CeO2)以及氧化铝(Al2O3)中的至少一种。粗糙化粒子能够采用100nm～几百nm左右的粒子尺寸。例如在通过CMP进行研磨之前的基板WF上，有时在表面上存在100nm左右较大的阶差。在该情况下，期望通过粗糙化处理将基板的被处理面粗糙化以使得成为10nm～几十nm左右的高度的凹凸。为了使粗糙化时的形成在基板WF的被处理面的凹凸不深至到达基板的布线构造，期望上述那样的粗糙化粒子的尺寸。此外，在使初始阶差较小的基板WF粗糙化的情况下，期望以使形成在基板WF的表面的凹凸为10nm以下的方式进行粗糙化。在该情况下，粗糙化粒子的尺寸期望为10nm～几十nm左右。图7所示的粗糙化处理单元100具有：液体供给喷嘴112，该液体供给喷嘴112用于在粗糙化处理中将液体供给到粗糙化垫104a上；以及清洗液供给喷嘴111，该清洗液供给喷嘴111用于供给清洗液。在粗糙化处理中供给的液体例如可以是纯水，但也可以供给使粘合剂成分溶解的药液。此外，液体供给喷嘴112可以构成为向粗糙化垫104a上的恒定位置供给液体、或者、也可以使液体供给喷嘴112构成为可移动从而构成为向粗糙化垫104a上的任意的位置供给液体。此外，通过在粗糙化处理后从清洗液供给喷嘴111供给清洗用的液体，来去除残留在基板WF的被处理面和垫104a上的包含粗糙化粒子的液体以及通过粗糙化处理产生的加工生成物。
图8是概略地表示一个实施方式的粗糙化处理单元100的立体图。图8所示的粗糙化处理单元100具有包含平坦的上表面的工作台132。工作台132构成为能够借助未图示的电动机等而旋转。工作台132的上表面构成为能够通过真空吸附等来固定基板WF。此外，有时在工作台132的基板WF固定面上设置有缓冲材料。因此，基板WF的吸附存在经由工作台132直接吸附的情况以及经由缓冲材料而吸附的情况。缓冲材料例如由聚氨酯、尼龙、氟系橡胶、硅酮橡胶等弹性材料构成，该缓冲材料经由粘接性树脂层而与工作台132紧密贴合。缓冲材料具有弹性，因此，防止了对晶片造成损伤或缓和了工作台132的表面的凹凸对粗糙化处理的影响。
图8所示的粗糙化处理单元100具有粗糙化处理头134。粗糙化处理头134与可旋转的轴136连结。轴136借助未图示的驱动机构而能够与粗糙化处理头134一起旋转。在粗糙化处理头134的下表面安装有粗糙化垫138。轴136与可摆动的臂109连接。在图8所示的实施方式中，粗糙化垫138的尺寸比作为粗糙化的对象的基板WF小。例如在基板WF的直径Φ为300mm的情况下，期望的是，粗糙化垫138优选直径Φ为100mm以下，更优选直径Φ为60～100mm。粗糙化垫138的直径越大，则粗糙化垫138与基板WF的面积比越小，因此，基板WF的处理速度增加。另一方面，相反地，粗糙化垫138的直径越小，则基板WF的被处理面的处理速度在基板面内的均匀性越提高。这是因为单位处理面积变小，这在后述那样的、通过借助臂109使粗糙化垫138在基板WF的面内进行摆动等相对运动来进行基板WF的整面处理的方式中是有利的。粗糙化处理头134构成为能够沿着与工作台132上的基板WF的表面垂直的方向移动，由此，能够将粗糙化垫138以规定的压力按压到基板WF上。这里，作为按压的方式，可以采用通过气缸或滚珠丝杠等进行按压的方式以及在粗糙化处理头134内配置未图示的气囊，在使粗糙化处理头134接近基板WF之后，向气囊供给相当于接触压力的气体，由此，将粗糙化垫138按压到基板WF上。另外，也可以将气囊分割为多个区域，在各区域调整压力。此外，粗糙化处理头134构成为能够借助臂109而在工作台132的平面内，例如沿着工作台132的半径方向移动。这里，关于粗糙化处理头134借助臂109的移动速度，根据基板WF和粗糙化处理头134的转速以及粗糙化处理头134的移动距离而最适合的移动速度的分布不同，因此，期望粗糙化处理头134的移动速度在基板WF面内可变。作为该情况下的移动速度的变化方式，例如期望如下方式：将基板WF面内的摆动距离分割为多个区间，能够对各个区间设定移动速度。与图3的实施方式同样地，图示的粗糙化处理单元100具有粗糙化粒子供给喷嘴110。粗糙化处理单元100一边使工作台132和粗糙化处理头134分别旋转，一边将包含粗糙化粒子的液体供给到基板WF并且将粗糙化处理头134按压到基板WF上，使粗糙化处理头134在工作台132的平面内移动，由此，能够使基板WF粗糙化。粗糙化垫138可以除了尺寸以外与图3的实施方式的粗糙化垫104同样。图8所示的粗糙化处理单元100还具有用于向基板WF上供给清洗液的清洗液供给喷嘴111。清洗液例如能够采用纯水和/或药液等。此外，在图示的粗糙化处理单元100中，从粗糙化粒子供给喷嘴110向基板WF上供给粗糙化处理液，但作为其他方式，也可以采用如下方式：在粗糙化处理头134内设置供给流路，通过设置在粗糙化垫138内的贯通孔来供给包含粗糙化粒子的液体。通过本方式，即使当粗糙化处理头134在基板WF面内摆动时，也能够有效地向粗糙化垫138与基板WF的接触面供给包含粗糙化粒子的液体。
图8所示的粗糙化处理单元100还具有用于进行粗糙化垫138的调节的调节器120。调节器120具有修整工作台140以及设置在修整工作台140上的修整器142。修整工作台140构成为能够借助未图示的驱动机构而旋转。修整器142由金刚石修整器、刷修整器或者它们的组合形成。图8所示的粗糙化处理单元100在进行粗糙化垫138的调节时使臂109回旋至粗糙化垫138与修整器142相对的位置。粗糙化处理单元100一边使粗糙化垫138和修整器142一起旋转，一边将粗糙化垫138按压到修整器142上，由此，能够进行粗糙化垫138的调节。
图9是概略地表示一个实施方式的粗糙化处理单元100的侧视图。图9所示的粗糙化处理单元100与图8所示的粗糙化处理单元100同样地，构成为将基板WF在工作台132上保持为朝上，将小径的粗糙化垫138a按压到基板WF上，将基板WF的表面粗糙化。但是，在图9所示的粗糙化处理单元100中，在粗糙化垫138a上借助树脂材料等的粘合剂而固定有粗糙化粒子。因此，在本实施方式的粗糙化处理单元100中，无需像图8的实施方式那样将包含粗糙化粒子的液体供给到基板WF上，无需粗糙化粒子供给喷嘴110。图9所示的粗糙化处理单元100具有用于将液体供给到基板WF上的液体供给喷嘴112。在粗糙化处理中供给的液体例如可以是纯水，但也可以供给使粘合剂成分溶解的药液。此外，液体供给喷嘴112可以构成为向基板WF上的恒定位置供给液体、或者、也可以使液体供给喷嘴112构成为可移动从而构成为向基板WF上的任意的位置供给液体。此外，通过在粗糙化处理后从清洗液供给喷嘴111供给清洗用的液体，来去除残留在基板WF的被处理面和粗糙化垫104a上的包含粗糙化粒子的液体以及通过粗糙化处理产生的加工生成物。
图10是概略地表示一个实施方式的粗糙化处理单元100的侧视图。图10所示的粗糙化处理单元100与图8、图9所示的粗糙化处理单元100同样地，构成为将基板WF在工作台132上保持为朝上。但是，在图10所示的实施方式的粗糙化处理单元100中，不使用粗糙化垫。图10的粗糙化处理单元100在能够与基板WF的平面平行地摆动的臂109上安装有高压供给喷嘴115，该高压供给喷嘴115用于将包含粗糙化粒子的液体以高压供给到基板WF的表面上。高压供给喷嘴115与粗糙化粒子供给箱116连接。粗糙化粒子供给箱116与压缩机117和调节机119等连接，该粗糙化粒子供给箱116能够经由压力计121而以例如1kgf/cm2～10kgf/cm2的压力从高压供给喷嘴115将包含粗糙化粒子的液体喷到基板WF的表面上。这里，粗糙化粒子的尺寸、种类以及浓度能够根据作为对象的基板WF的去除对象层的初始阶差的大小、层的厚度以及种类来选择。粗糙化粒子的种类例如能够包含金刚石、碳化硅(SiC)、立体氮化硼(CBN)、二氧化硅(SiO2)、氧化铈(CeO2)以及氧化铝(Al2O3)中的至少一种。粗糙化粒子能够采用100nm～几百nm左右的粒子尺寸。例如在通过CMP进行研磨之前的基板WF上，有时在表面上存在100nm左右较大的阶差。在该情况下，期望通过粗糙化处理将基板的表面粗糙化以使得成为10nm～几十nm左右的高度的凹凸。为了使粗糙化时的形成在基板WF的表面的凹凸不深至到达基板的布线构造，期望上述那样的粗糙化粒子的尺寸。此外，在使初始阶差较小的基板WF粗糙化的情况下，期望以使形成在基板WF的表面的凹凸为10nm以下的方式进行粗糙化。在该情况下，粗糙化粒子的尺寸期望为10nm～几十nm左右。另外，使粗糙化粒子悬浮的液体自身可以是DIW，但也可以根据被处理面的性状而适当地借助pH调整剂进行pH调整。此外，例如可以通过对CeO2那样的凝聚性较高的粗糙化粒子添加分散剂来抑制粗糙化粒子的凝聚。此外，在选择性地仅将初始存在于基板WF的被处理面的凹凸的凸部粗糙化的情况下，可以添加用于保护凹部的保护材料成分。由此，能够调整凹凸的粗糙化的选择性。此外，关于高压供给喷嘴115借助臂109的移动速度，根据基板WF的转速和高压供给喷嘴115的移动距离而最适合的移动速度的分布不同，因此，期望高压供给喷嘴115的移动速度在基板WF面内可变。作为该情况下的移动速度的变化方式，例如期望如下方式：将基板WF面内的摆动距离分割为多个区间，能够对各个区间设定移动速度。图10所示的粗糙化处理单元100具有用于在粗糙化处理后将清洗液供给到基板WF上的清洗液供给喷嘴111。清洗液供给喷嘴111可以构成为向基板WF上的恒定位置供给液体、或者、也可以使清洗液供给喷嘴111构成为可移动从而构成为向基板WF上的任意的位置供给液体。
图11是概略地表示一个实施方式的平坦化装置10的俯视图。图11所示的平坦化装置10在同一壳体内具有粗糙化处理单元100和研磨单元200。在图11所示的实施方式的平坦化装置10中，具有工作台102和粗糙化垫104，该工作台102具有比基板WF大的尺寸。此外，该平坦化装置10的研磨单元200是CMP单元。该CMP单元具有包含平坦的上表面的工作台103，该上表面具有比基板WF大的尺寸。工作台103构成为能够借助未图示的电动机等驱动机构而旋转。在工作台103的上表面粘贴有研磨垫105。CMP单元具有用于向研磨垫105上供给浆料的浆料供给喷嘴114。图11所示的平坦化装置10具有用于保持基板WF的保持头106。保持头106构成为可旋转。基板WF通过真空吸附而支承于保持头106的下表面。保持头106构成为能够沿着与粗糙化垫104和研磨垫105的表面垂直的方向移动。保持头106还构成为：保持头106能够在工作台102、103的平面内遍及粗糙化处理单元100的工作台102和研磨单元200的工作台103而移动。因此，粗糙化处理单元100和研磨单元200共享臂109和保持头106。粗糙化处理单元100一边使工作台102和保持头106分别旋转，一边通过粗糙化粒子供给喷嘴110将包含粗糙化粒子的液体供给到粗糙化垫104上并通过保持头106将基板WF按压到粗糙化垫104上，使保持头106在工作台102的平面内移动，从而能够使基板WF粗糙化。此外，研磨单元200一边使工作台103和保持头106分别旋转，一边通过浆料供给喷嘴114将浆料供给到研磨垫105上并且通过保持头106将基板WF按压到研磨垫105上，使保持头106在工作台103的平面内移动，从而能够对基板WF进行研磨。另外，虽未图示，但也可以在粗糙化处理单元100和研磨单元200上搭载清洗粗糙化垫104和研磨垫105的清洗液供给喷嘴或调节器。这样，通过在同一壳体内具有粗糙化处理单元100和研磨单元200，省略了基板WF的运送，因此，处理速度增加。
图6是概略地表示一个实施方式的平坦化装置10的侧视图。在图6所示的平坦化装置10中，能够在同一工作台102上的同一垫107上进行基板WF粗糙化以及随后的研磨。图6的实施方式是粗糙化处理单元100，并且同时也是研磨单元200。图示的实施方式具有包含平坦的上表面的工作台102。工作台102构成为能够借助未图示的电动机等驱动机构而旋转。在工作台102的上表面粘贴有垫107。垫107具有作为粗糙化垫和研磨垫的功能。在图6所示的实施方式中，垫107的尺寸比作为粗糙化和研磨的对象的基板WF大。图示的实施方式具有用于保持基板WF的保持头106。保持头106与可旋转轴108连结。轴108能够借助未图示的驱动机构而与保持头106一起旋转。基板WF通过真空吸附而支承于保持头106的下表面。保持头106构成为能够沿着与垫107的表面垂直的方向移动。此外，保持头106与能够在工作台102的平面内，例如沿着工作台102的半径方向移动的臂109连接。图示的实施方式具有：粗糙化粒子供给喷嘴110，该粗糙化粒子供给喷嘴110用于将分散有用于使基板WF的表面粗糙化的粗糙化粒子的液体供给到垫107上；以及清洗液供给喷嘴111，该清洗液供给喷嘴111用于供给清洗用的液体。在一个实施方式中，粗糙化粒子供给喷嘴110和清洗液供给喷嘴111可以向工作台102上的固定有垫107的恒定位置供给粗糙化粒子及清洗液，也可以能够进行移动。此外，图示的实施方式具有用于向垫107上供给浆料的浆料供给喷嘴114。在一个实施方式中，浆料供给喷嘴114可以向工作台102上的固定有垫107的恒定位置供给浆料，也可以能够进行移动。对图示的实施方式中的基板WF的平坦化工序进行说明。首先，在将包含粗糙化粒子的液体从粗糙化粒子供给喷嘴110供给到垫107上的状态下，将保持于保持头106的基板WF按压到垫107上，并且使基板WF与垫107相对运动，由此，将基板WF的被处理面粗糙化。接下来，通过从清洗液供给喷嘴111供给清洗液来去除残留在基板WF的被处理面和垫107上的包含粗糙化粒子的液体以及通过粗糙化处理产生的加工生成物。此后，在使基板WF从垫107退避的状态下，通过调节器120进行垫107的调节，但本调节也可以与基板WF的被处理面和垫107的清洗同时进行。此后，在通过浆料供给喷嘴114向垫107供给CMP浆料的状态下，将保持于保持头106的基板WF按压到垫107上，并且使基板WF与垫107相对运动，由此，进行基板WF的被处理面的平坦化。这样，通过同一单元实施粗糙化和CMP，省略了基板WF的运送，处理速度增加。
图15是概略地表示一个实施方式的平坦化装置10的侧视图。在图6所示的平坦化装置10中，能够使用同一垫137对支承在工作台132上的基板WF进行粗糙化以及随后的研磨。图15的实施方式是粗糙化处理单元100，并且同时也是研磨单元200。图15所示的实施方式具有包含平坦的上表面的工作台132。工作台132构成为能够借助未图示的电动机等而旋转。工作台132的上表面构成为能够通过真空吸附等来固定基板WF。图15所示的实施方式的平坦化装置10具有头134。头134与可旋转的轴136连结。轴136能够借助未图示的驱动机构而与头134一起旋转。在头134的下表面安装有垫137。轴136与可摆动的臂109连接。在图15所示的实施方式中，垫137的尺寸比作为粗糙化和研磨的对象的基板WF小。头134构成为能够沿着与工作台132上的基板WF的表面垂直的方向移动。此外，头134构成为能够借助臂109而在工作台132的平面内，例如沿着工作台132的半径方向移动。图示的实施方式具有粗糙化粒子供给喷嘴110。图示的实施方式具有：粗糙化粒子供给喷嘴110，该粗糙化粒子供给喷嘴110用于将分散有用于使基板WF的表面粗糙化的粗糙化粒子的液体供给到基板WF上；以及清洗液供给喷嘴111，该清洗液供给喷嘴111用于供给清洗用的液体。在一个实施方式中，粗糙化粒子供给喷嘴110和清洗液供给喷嘴111可以向工作台132上的固定有基板WF的恒定位置供给粗糙化粒子，也可以能够进行移动。此外，图示的实施方式具有用于向基板WF上供给浆料的浆料供给喷嘴114。在一个实施方式中，浆料供给喷嘴114可以向工作台132上的固定有基板WF的恒定位置供给浆料，也可以能够进行移动。对图示的实施方式中的基板WF的平坦化工序进行说明。首先，在将包含粗糙化粒子的液体从粗糙化粒子供给喷嘴110供给到基板WF的状态下，将保持于处理头134的垫137按压到基板WF上，并且使基板WF与垫137相对运动，由此，将基板WF的被处理面粗糙化。接下来，通过从清洗液供给喷嘴111供给清洗液来去除残留在基板WF的被处理面和垫137上的包含粗糙化粒子的液体以及通过粗糙化处理产生的加工生成物。另外，此时，虽未图示，但也可以通过调节器120进行垫137的调节。而且，在从浆料供给喷嘴114将CMP浆料供给到基板WF上的状态下，将保持于处理头134的垫137按压到基板WF上，并且使基板WF与垫137相对运动，由此，进行基板WF的被处理面的平坦化。这样，通过同一单元实施粗糙化和CMP，省略了基板WF的运送，因此，处理速度增加。
以下，与图12～图14一起对用于使一个实施方式的基板的表面平坦化的平坦化方法进基板平坦化时的工序的剖视图。图12的(a)表示了如下状态：通过PVD、CVD、ALD等方法将阻挡金属53成膜到在绝缘膜51上形成有布线槽52的基板WF上，然后通过PVD等方法将Cu籽晶膜成膜到阻挡金属的上层，然后，通过电解电镀等方法来形成Cu层54。在成膜的Cu层54上，由于下层的布线构造(布线宽度和密度)以及电解电镀的成膜条件而导致在Cu层54的表面上形成有阶差。特别地，有时在宽度较小的布线密集部处也会形成有在电镀时将多个布线切断的尺寸较大的阶差(图12的(a)的左侧的凸部)。
图13是表示一个实施方式的、用于使基板的表面平坦化的方法的流程图。考虑使处于图12的(a)的状态下的基板WF的被处理面平坦化的情况。在一个实施方式中，首先，将基板的表面粗糙化(S102)。基板WF的被处理面的粗糙化能够使用上述任意的粗糙化处理单元100来进行。该粗糙化的目的在于使形成在基板WF的表面上的较大的凸部的尺寸减小，因此，优选为，优先地对形成在基板WF的表面上的凸部实施粗糙化。此外，通过粗糙化处理形成的凹凸的高度能够根据形成在作为处理对象的基板WF上的初始阶差的高度来确定。例如，通过粗糙化处理形成的凹凸的高度能够为形成在基板WF上的最大初始阶差的80％以下。或者，可以为平均初始阶差的80％以下。例如，如果最大初始阶差为1.0μm，则通过粗糙化处理形成的凹凸的高度优选为0.8μm以下。这是因为：由于一般情况下，CMP中的阶差消除率为80％左右，因此，当通过粗糙化处理而形成有初始阶差的80％以上的高度的凹凸时，通过粗糙化处理形成的凹凸在后续的研磨工序中可能无法被彻底去除。此外，期望通过粗糙化形成的凹凸的平均间距(相邻的凹部或者凸部之间的距离的平均值)为100μm以下。这是因为，CMP中的阶差消除较大程度地依赖于凹凸的宽度，如果平均间距为100μm以上，则阶差消除率会大幅下降。在粗糙化处理中使用的粗糙化粒子的尺寸和种类、粗糙化处理中的粗糙化垫104、138与基板WF的接触压力、处理时间等以达成期望的粗糙化的方式而适当选择。一般情况下，如果粗糙化的对象的层是较硬的层，则粗糙化粒子也使用较硬的粗糙化粒子，在通过粗糙化形成较大的凹凸的情况下，使用相对较大的粒子的粗糙化粒子。此外，当形成在基板WF的表面上的初始阶差较小的情况下，可以使粗糙化粒子的浓度减小、或者使粗糙化粒子的供给量减小、或者间断地供给粗糙化粒子。此外，在粗糙化的对象层的膜厚非常小的情况下或者针对Low-k材料那样脆弱的材料的情况下，担心通过粗糙化形成的凹凸变得过大。在这样的情况下，可以在粗糙化处理前，先在基板WF的表面上形成保护膜，然后进行粗糙化处理。保护膜例如能够通过涂敷抗蚀剂那样的有机类溶剂或者通过旋涂等来形成。图12的(b)是表示粗糙化后的基板WF的剖视图。
如图13所示，对基板WF进行粗糙化，接下来，清洗基板WF(S104)。这是因为，如果在粗糙化后未清洗基板WF，则在粗糙化处理中使用的粗糙化粒子中的在后续的研磨工序中残留的粗糙化粒子可能会与基板WF产生刮擦。但是，如果不需要粗糙化后的基板WF的清洗，则也可以省略清洗工序。例如，如果粗糙化粒子与在后续的研磨工序中使用的浆料所包含的粒子是相同种类并且粒子尺寸也是相同程度，则粗糙化粒子在研磨工序中产生刮擦等的可能性较小，因此，也可以省略清洗处理。
接下来，对粗糙化以及清洗后的基板进行研磨(S106)。基板WF的研磨能够通过CMP等来进行。基板WF的研磨能够通过任意的CMP装置来进行。由于在研磨前将基板的表面粗糙化，因此，不存在尺寸较大的凸部，能够消除或缓和由于尺寸较大的凸部而产生的研磨速度的下降的问题。图12的(c)是表示对粗糙化后的基板进行研磨而得的基板的剖视图。因图12的(a)所示的下层的布线构造(布线宽度和密度)和电解电镀的成膜条件而产生的初始阶差被均匀地消除，由此，凹陷或侵蚀得以减轻。
在基板WF的研磨结束之后，对基板WF进行清洗，然后使基板WF干燥(S108)。如果像这样基板WF的平坦化结束，则使基板WF返回到盒体24(图2)内，并向下一个工序输送基板WF。
图14是表示一个实施方式的、用于使基板的表面平坦化的方法的流程图。在本实施方式的平坦化方法中，首先，测定形成在平坦化的基板WF的表面上的初始的阶差(S202)。测定方法是任意的，例如存在如下方式：通过激光显微镜(共焦方式)或相位差干渉方式等来直接测定阶差形状的方式；以及利用膜厚测定而根据测定膜厚差来间接地求出阶差形状的方式。接下来，判断测定的阶差是否小于目标值(S204)。另外，关于本测定，可以在平坦化装置内设置测定部来进行测定，此外，也可以在平坦化装置外进行测定。该目标值的例如平均值或者最大值可以为100nm。如果基板WF的初始阶差为目标值以上，则根据利用目标值与现状值之间的差值求得的阶差形状的高度以及间距来确定基板WF的条件，然后，将基板WF的被处理面粗糙化，然后，对粗糙化后的基板WF的被处理面进行研磨而使其平坦化(S206～S212)。另外，此时，作为粗糙化处理的预处理，虽未图示，但也可以添加在基板WF的表面上形成保护膜的工序，以相比于初始阶差而言，在粗糙化工序中不产生较大的凹凸的方式形成保护膜。保护膜能够如上述那样通过涂敷抗蚀剂那样的有机类溶剂或者通过旋涂等来形成。从基板的粗糙化处理起直到通过研磨使粗糙化的被处理面平坦化为止的处理与图13的S102～S108同样。在基板WF的初始阶差小于目标值的情况下，首先，将基板WF研磨至规定的剩余膜厚(S214)。基板WF的研磨例如能够通过任意的CMP装置等研磨单元200来进行。在通过研磨单元200将基板WF研磨至规定的剩余膜厚之后，如果需要的话，则进行清洗和干燥。此后，再次测定基板WF的表面的阶差(S216)，判断测定的阶差是否为目标值以上(S218)。该目标值的例如平均值或者最大值可以为10nm。在基板WF的表面的阶差小于目标值的情况下，结束基板WF的平坦化。在基板WF的表面的阶差为目标值以上的情况下，使基板粗糙化，然后进行研磨(S222～S226)。另外，此时，作为粗糙化处理的预处理，虽未图示，但也可以添加在基板WF的表面上形成保护膜的工序。由于对基板WF进行了一次研磨，因此，形成在基板WF的表面上的阶差变小，因此，相比于初始阶差而言，在粗糙化工序中不产生较大的凹凸，保护膜更有效。保护膜能够如上述那样通过涂敷抗蚀剂那样的有机类溶剂或者通过旋涂等来形成。

Claims (24)

1.一种平坦化装置，用于使基板的表面平坦化，其特征在于，具有：
粗糙化处理单元，该粗糙化处理单元用于使用粗糙化粒子对所述基板的被处理面进行粗糙化处理；以及
CMP单元，该CMP单元用于对被处理面被粗糙化后的所述基板的表面进行化学机械研磨。
2.根据权利要求1所述的平坦化装置，其特征在于，
所述粗糙化处理单元具有：
垫，该垫的尺寸比所述基板大；
工作台，该工作台保持所述垫，该工作台能够相对于所述基板相对运动；
基板保持头，该基板保持头将所述基板的被处理面保持为朝向所述垫，该基板保持头能够一边将所述基板向所述垫按压一边相对于所述垫相对运动；
第一供给喷嘴，该第一供给喷嘴用于在所述粗糙化处理中将包含粗糙化用粒子的液体供给到所述垫；
第二供给喷嘴，该第二供给喷嘴用于在所述粗糙化处理后供给用于清洗所述基板和所述垫的清洗用液体；以及
调节器，该调节器用于进行所述垫的表面的调节。
3.根据权利要求1所述的平坦化装置，其特征在于，
所述粗糙化处理单元具有：
垫，该垫的尺寸比所述基板大，该垫包含粗糙化用粒子；
工作台，该工作台用于保持所述垫，该工作台能够相对于所述基板相对运动；
基板保持头，该基板保持头将所述基板的被研磨面保持为朝向所述垫，该基板保持头能够一边将所述基板向所述垫按压一边相对于所述垫相对运动；
第一供给喷嘴，该第一供给喷嘴用于在所述粗糙化处理中将液体供给到所述垫；
第二供给喷嘴，该第二供给喷嘴用于在所述粗糙化处理后供给用于清洗所述基板和所述垫的清洗用液体；以及
调节器，该调节器用于进行所述垫的表面的调节。
4.根据权利要求1所述的平坦化装置，其特征在于，
所述粗糙化处理单元具有：
垫，该垫的尺寸比所述基板小；
工作台，该工作台用于保持所述基板，该工作台能够相对于所述基板相对运动；
保持头，该保持头将所述垫保持为朝向基板，该保持头能够一边将所述垫向所述基板按压一边相对于所述基板相对运动；
臂，该臂用于使所述保持头在所述基板上沿着与所述基板的平面平行的方向摆动；
第一供给喷嘴，该第一供给喷嘴用于在所述粗糙化处理中将包含粗糙化用粒子的液体供给到所述基板；
第二供给喷嘴，该第二供给喷嘴用于在所述粗糙化处理后向所述基板供给清洗用液体；以及
调节器，该调节器用于进行所述垫的表面的调节。
5.根据权利要求1所述的平坦化装置，其特征在于，
所述粗糙化处理单元具有：
垫，该垫的尺寸比所述基板小，该垫包含粗糙化用粒子；
工作台，该工作台用于保持所述基板，该工作台能够相对于所述垫相对运动；
保持头，该保持头将所述垫保持为朝向所述基板，该保持头能够一边将所述垫向基板按压一边相对于所述基板相对运动；
臂，该臂用于使所述保持头在所述基板上沿着与所述基板的平面平行的方向摆动；
第一供给喷嘴，该第一供给喷嘴用于在所述粗糙化处理中向所述基板供给液体；
第二供给喷嘴，该第二供给喷嘴用于在所述粗糙化处理后供给用于清洗所述基板和所述垫的清洗用液体；以及
调节器，该调节器用于进行所述垫的表面的调节。
6.根据权利要求1所述的平坦化装置，其特征在于，
所述粗糙化处理单元具有：
高压供给喷嘴，该高压供给喷嘴用于将包含所述粗糙化粒子的液体以高压朝向基板供给；
工作台，该工作台用于保持所述基板，该工作台能够相对于所述高压供给喷嘴相对运动；
臂，该臂用于使所述高压供给喷嘴与基板的平面平行地摆动；以及
供给喷嘴，该供给喷嘴用于在所述粗糙化处理后向基板供给清洗用液体。
7.根据权利要求2所述的平坦化装置，其特征在于，
所述相对运动包含旋转运动、直线运动、涡旋运动以及旋转运动与直线运动的组合中的至少一种。
8.根据权利要求1所述的平坦化装置，其特征在于，
所述粗糙化粒子的平均粒径为100nm以下。
9.根据权利要求1所述的平坦化装置，其特征在于，
所述粗糙化粒子具有从由金刚石、SiC、CBN、SiO2、CeO2以及Al2O3构成的组中选择的至少一种粒子。
10.一种平坦化装置，用于使基板的表面平坦化，其特征在于，具有：
CMP单元，该CMP单元用于对所述基板进行化学机械研磨；
清洗单元，该清洗单元用于清洗所述基板；
干燥单元，该干燥单元用于对所述基板进行干燥；以及
运送机构，该运送机构用于将所述基板在所述CMP单元、所述清洗单元和所述干燥单元之间运送，
所述CMP单元具有：
第一供给喷嘴，该第一供给喷嘴用于供给包含粗糙化粒子的液体；以及
第二供给喷嘴，该第二供给喷嘴用于供给化学机械研磨用的浆料。
11.根据权利要求10所述的平坦化装置，其特征在于，
所述CMP单元具有：
垫，该垫的尺寸比所述基板大；
工作台，该工作台保持所述垫，该工作台能够相对于所述基板相对运动；
基板保持头，该基板保持头将所述基板的被处理面保持为朝向所述垫，该基板保持头能够一边将所述基板向所述垫按压一边相对于所述垫相对运动；
第三供给喷嘴，该第三供给喷嘴用于向所述垫供给清洗用液体；以及
调节器，该调节器用于进行所述垫的表面的调节，
所述第一供给喷嘴构成为将包含粗糙化粒子的液体供给到所述垫上，
所述第二供给喷嘴构成为将所述化学机械研磨用的浆料供给到所述垫上。
12.根据权利要求10所述的平坦化装置，其特征在于，
所述CMP单元具有：
垫，该垫的尺寸比基板小；
工作台，该工作台用于保持所述基板，该工作台能够相对于所述垫相对运动；
保持头，该保持头将所述垫保持为朝向所述基板，该保持头能够一边将所述垫向所述基板按压一边相对于所述基板相对运动；
臂，该臂用于使所述保持头在所述基板上沿着与所述基板的平面平行的方向摆动；
第三供给喷嘴，该第三供给喷嘴用于向所述基板供给清洗用液体；以及
调节器，该调节器用于进行所述垫的表面的调节，
所述第一供给喷嘴构成为将包含所述粗糙化粒子的液体供给到所述基板，
所述第二供给喷嘴构成为将所述化学机械研磨用的浆料供给到所述基板。
13.一种使基板平坦化的方法，其特征在于，具有如下步骤：
粗糙化处理步骤，使用粗糙化粒子使所述基板的被处理面进行粗糙化；以及
CMP步骤，对粗糙化后的所述基板的被处理面进行化学机械研磨。
14.根据权利要求13所述的使基板平坦化的方法，其特征在于，
在所述粗糙化处理步骤中，通过粗糙化而在所述基板的被处理面形成的凹凸的高度为粗糙化处理前的存在于所述基板的被处理面的最大初始阶差的80％以下，并且，通过粗糙化处理而形成于所述基板的被处理面的凹凸的平均间距为100μm以下。
15.根据权利要求13所述的使基板平坦化的方法，其特征在于，
所述粗糙化处理步骤具有如下步骤：
向尺寸比所述基板大的垫上供给包含粗糙化粒子的液体，在按压所述垫和所述基板的被处理面的状态下，使所述垫与所述基板相对运动。
16.根据权利要求13所述的使基板平坦化的方法，其特征在于，
所述粗糙化处理步骤具有如下步骤：
向所述基板供给包含粗糙化粒子的液体，在将尺寸比所述基板小的垫按压到所述基板的状态下，使所述垫与所述基板相对运动。
17.根据权利要求13所述的使基板平坦化的方法，其特征在于，
所述粗糙化处理步骤具有如下步骤：
在将固定有粗糙化用粒子且尺寸比所述基板大的垫按压到所述基板的状态下，使所述垫与所述基板相对运动。
18.根据权利要求13所述的使基板平坦化的方法，其特征在于，
所述粗糙化处理步骤具有如下步骤：
在将固定有粗糙化用粒子且尺寸比所述基板小的垫按压到所述基板的状态下，使所述垫与所述基板相对运动的步骤；以及
使所述垫在所述基板上沿着与所述基板的平面平行的方向摆动的步骤。
19.根据权利要求13所述的使基板平坦化的方法，其特征在于，
所述粗糙化处理步骤具有如下步骤：
从高压供给喷嘴将包含粗糙化粒子的液体以高压朝向所述基板供给的步骤；
使所述基板相对于所述高压供给喷嘴相对运动的步骤；以及
使所述高压供给喷嘴与所述基板的平面平行地摆动的步骤。
20.根据权利要求13所述的使基板平坦化的方法，其特征在于，
所述粗糙化粒子的平均粒径为100nm以下。
21.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，
所述粗糙化粒子具有从由金刚石、SiC、CBN、SiO2、CeO2以及Al2O3构成的组中选择的至少一种粒子。
22.根据权利要求15所述的使基板平坦化的方法，其特征在于，
所述相对运动包含旋转运动、直线运动、涡旋运动以及旋转运动与直线运动的组合中的至少一种。
23.根据权利要求13所述的使基板平坦化的方法，其特征在于，
所述粗糙化处理步骤由粗糙化处理单元执行，
所述CMP步骤由CMP单元执行，
所述使基板平坦化的方法具有将通过所述粗糙化处理单元而粗糙化后的所述基板运送到所述CMP单元的步骤。
24.根据权利要求13所述的使基板平坦化的方法，其特征在于，
在所述粗糙化处理步骤与所述CMP步骤之间具有对粗糙化后的所述基板的被处理面进行清洗的步骤。
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