KR101088785B1 - Polishing apparatus and polishing method - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 폴리싱장치는 폴리싱액을 균일하면서도 효율적으로 가공물의 폴리싱될 표면에 공급할 수 있다. 상기 폴리싱장치는 폴리싱면을 구비한 폴리싱테이블(22), 및 폴리싱될 가공물을 유지하여 상기 가공물을 상기 폴리싱면에 대해 가압하기 위한 톱링(24)을 포함한다. 상기 폴리싱장치는 또한 상기 폴리싱면에 폴리싱액을 공급하기 위한 폴리싱액공급구(57), 및 상기 가공물과 상기 폴리싱면의 상대운동에 의해, 상기 폴리싱액을 상기 가공물의 전체면에 걸쳐 균일하게 분배하기 위하여 상기 폴리싱액공급구를 이동시키는 이동기구를 포함한다.The polishing apparatus according to the present invention can supply the polishing liquid to the surface to be polished of the workpiece uniformly and efficiently. The polishing apparatus includes a polishing table 22 having a polishing surface, and a top ring 24 for holding the workpiece to be polished to press the workpiece against the polishing surface. The polishing apparatus also distributes the polishing liquid evenly over the entire surface of the workpiece by a polishing liquid supply port 57 for supplying a polishing liquid to the polishing surface, and by relative movement of the workpiece and the polishing surface. In order to move the polishing liquid supply port to include.
Description
본 발명은 폴리싱장치 및 폴리싱방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 반도체웨이퍼 등과 같은 가공물을 평면마무리(flat finish)로 폴리싱하기 위한 폴리싱장치 및 폴리싱방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
본 발명은 또한 인터커넥트(interconnects) 형성방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 반도체웨이퍼 등과 같은 기판 상에 도전막의 형태로 인터커넥트를 형성하기 위한 인터커넥트 형성방법에 관한 것이다.The present invention also relates to a method of forming interconnects, and more particularly, to a method of forming interconnects for forming interconnects in the form of conductive films on a substrate such as a semiconductor wafer.
최근, 반도체디바이스 집적 공정이 빨라짐에 따라, 와이어링 패턴 또는 인터커넥트가 더욱더 미세해지고, 활성영역(active areas)을 연결시키는 인터커넥트들간의 거리도 더욱 좁아지고 있는 추세이다. 포토리소그래피 공정은 0.5 ㎛ 이하의 선폭을 갖는 인터커넥트를 형성할 수 있지만, 광학계의 초점심도가 비교적 작기 때문에, 패턴 이미지들이 스테퍼에 의해 포커싱될 표면들이 가능한 한 평탄할 것이 요구된다. 그러므로, 포토리소그래피에 있어서는 반도체웨이퍼의 표면을 평탄하게 만드는 것이 필수적이다. 반도체웨이퍼의 표면을 평탄화하는 한 가지 방식으로는 폴리싱장치를 이용하여 그들을 폴리싱하는 것이 통용되고 있고, 이러한 공정을 화학적 기계적 폴리싱(CMP)이라 한다.In recent years, as semiconductor device integration processes become faster, wiring patterns or interconnects become more fine, and distances between interconnects connecting active areas become smaller. The photolithography process can form interconnects having a line width of 0.5 μm or less, but because the depth of focus of the optical system is relatively small, the surfaces on which the pattern images are to be focused by the stepper are required to be as flat as possible. Therefore, in photolithography, it is essential to make the surface of the semiconductor wafer flat. One way to planarize the surfaces of semiconductor wafers is to polish them using a polishing apparatus, and this process is called chemical mechanical polishing (CMP).
화학적-기계적 폴리싱(CMP) 장치는 폴리싱패드가 상부면 상에 배치된 폴리싱테이블 및 상기 폴리싱패드 상부에 위치한 톱링을 구비한다. 폴리싱될 반도체웨이퍼는 폴리싱패드와 톱링 사이에 위치하여 상기 톱링에 의해 지지된다. 폴리싱액 또는 슬러리가 폴리싱패드의 표면에 공급되는 동안, 상기 톱링은 반도체웨이퍼를 폴리싱패드에 대해 가압시켜, 상기 반도체웨이퍼를 상기 폴리싱패드에 대해 회전시킴으로써, 반도체웨이퍼의 표면을 평면경마무리로 폴리싱하게 된다.The chemical-mechanical polishing (CMP) apparatus has a polishing table with a polishing pad disposed on the top surface and a top ring positioned on the polishing pad. The semiconductor wafer to be polished is positioned between the polishing pad and the top ring and supported by the top ring. While the polishing liquid or slurry is supplied to the surface of the polishing pad, the top ring presses the semiconductor wafer against the polishing pad and rotates the semiconductor wafer relative to the polishing pad, thereby polishing the surface of the semiconductor wafer to a planar finish. .
상술된 속성의 공지된 화학적-기계적 폴리싱장치는 예컨대 일본특허공개공보 제2002-113653호, 일본특허공개공보 제H10-58309호, 일본특허공개공보 제H10-286758호, 일본특허공개공보 제2003-133277호, 및 일본특허공개공보 제2001-237208호에 개시되어 있다.Known chemical-mechanical polishing apparatuses of the above-mentioned attributes are disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 2002-113653, Japanese Patent Laid-Open No. H10-58309, Japanese Patent Laid-Open No. H10-286758, Japanese Patent Laid-Open No. 2003- 133277 and Japanese Patent Laid-Open No. 2001-237208.
본 발명의 첫번째 목적은, 폴리싱액을 가공물의 폴리싱될 표면에 균일하면서도 효율적으로 공급할 수 있는 폴리싱장치를 제공하는 것이다.It is a first object of the present invention to provide a polishing apparatus capable of uniformly and efficiently supplying a polishing liquid to a surface to be polished of a workpiece.
본 발명의 두번째 목적은, 폴리싱액을 폴리싱면과 폴리싱될 가공물 사이에 안정적으로 공급할 수 있는 폴리싱장치를 제공하는 것이다.A second object of the present invention is to provide a polishing apparatus capable of stably supplying a polishing liquid between a polishing surface and a workpiece to be polished.
본 발명의 세번째 목적은, 폴리싱면 상의 폴리싱압력이 낮고, 상기 폴리싱면과 가공물간의 상대속도가 높은 조건 하에도 적절한 양의 폴리싱액을 상기 폴리싱면 상에 유지시켜 폴리싱면 상에 균일한 폴리싱액막을 형성할 수 있는 폴리싱장치를 제공하는 것이다.The third object of the present invention is to maintain a uniform polishing liquid film on the polishing surface by maintaining an appropriate amount of polishing liquid on the polishing surface even under a condition where the polishing pressure on the polishing surface is low and the relative speed between the polishing surface and the workpiece is high. It is to provide a polishing apparatus that can be formed.
본 발명의 네번째 목적은, 폴리싱면 상에 유지되는 폴리싱액의 양을 증가시켜 폴리싱액의 작업 효율성을 높일 수 있는 폴리싱장치를 제공하는 것이다.A fourth object of the present invention is to provide a polishing apparatus capable of increasing the working efficiency of a polishing liquid by increasing the amount of the polishing liquid held on the polishing surface.
본 발명의 다섯번째 목적은, 폴리싱면의 폴리싱 특성을 안정화시키기 위하여 폴리싱면을 항상 깨끗하게 유지시킬 수 있는 폴리싱장치 및 폴리싱방법을 제공하는 것이다.A fifth object of the present invention is to provide a polishing apparatus and a polishing method capable of keeping the polishing surface clean at all times in order to stabilize the polishing characteristics of the polishing surface.
본 발명의 여섯번째 목적은, 가공물이 메인 폴리싱 공정에서 폴리싱된 후, 가공물의 폴리싱될 표면에 부착된 폴리싱액과 같은 잔류물을 효과적으로 씻어내어 제거할 수 있는 폴리싱방법을 제공하는 것이다.A sixth object of the present invention is to provide a polishing method which can effectively rinse and remove residues such as a polishing liquid attached to a surface to be polished after the workpiece is polished in the main polishing process.
본 발명의 일곱번째 목적은, 다단계 폴리싱 공정에서 앞선 폴리싱 단계가 후속 폴리싱 단계에 과도한 부담을 지우는 것을 방지할 수 있는 폴리싱방법을 제공할 수 있다.A seventh object of the present invention is to provide a polishing method which can prevent the preceding polishing step from overloading the subsequent polishing step in the multi-step polishing process.
본 발명의 여덟번째 목적은, 내부에 결함을 발생시키지 않고도 인터커넥트를 형성할 수 있는 인터커넥트 형성방법을 제공하는 것이다.An eighth object of the present invention is to provide an interconnect formation method capable of forming interconnects without generating defects therein.
본 발명의 제1실시형태에 따르면, 폴리싱액을 가공물의 폴리싱될 표면에 균일하면서도 효율적으로 공급할 수 있는 폴리싱장치가 제공된다. 상기 폴리싱장치는, 폴리싱면을 구비한 폴리싱테이블, 및 폴리싱될 가공물을 유지하여 상기 가공물을 상기 폴리싱면에 대해 가압하기 위한 톱링을 포함한다. 상기 폴리싱장치는 또한 상기 폴리싱면에 폴리싱액을 공급하기 위한 폴리싱액공급구, 및 상기 가공물과 상기 폴리싱면의 상대운동에 의해, 상기 폴리싱액을 상기 가공물의 전체면에 걸쳐 균일하게 분배하기 위하여 상기 폴리싱액공급구를 이동시키는 이동기구를 포함한다.According to the first embodiment of the present invention, there is provided a polishing apparatus capable of uniformly and efficiently supplying a polishing liquid to the surface to be polished of a workpiece. The polishing apparatus includes a polishing table having a polishing surface, and a top ring for holding the workpiece to be polished to press the workpiece against the polishing surface. The polishing apparatus further includes a polishing liquid supply port for supplying a polishing liquid to the polishing surface, and by the relative motion of the workpiece and the polishing surface, to uniformly distribute the polishing liquid over the entire surface of the workpiece. And a moving mechanism for moving the polishing liquid supply port.
상기 폴리싱액은, 가공물이 폴리싱되는 동안 폴리싱액공급구를 이동시켜 상기 가공물의 폴리싱될 표면에 균일하면서도 효율적으로 공급될 수 있다. 구체적으로는, 가공물의 폴리싱될 표면에 공급되는 폴리싱액이 균일하게 분배되기 때문에, 가공물의 폴리싱 비율이 개선되고, 폴리싱 비율의 평면내 균일성(in-plane uniformity)이 향상된다. 폴리싱액이 효율적으로 공급됨에 따라, 사용되는 폴리싱액의 양이 감소되고, 여하한의 폴리싱액의 낭비적인 소비가 줄어들게 되어, 폴리싱 비용을 낮추게 된다.The polishing liquid can be uniformly and efficiently supplied to the surface to be polished of the workpiece by moving the polishing liquid supply port while the workpiece is polished. Specifically, since the polishing liquid supplied to the surface to be polished of the workpiece is uniformly distributed, the polishing rate of the workpiece is improved, and the in-plane uniformity of the polishing rate is improved. As the polishing liquid is efficiently supplied, the amount of polishing liquid used is reduced, and wasteful consumption of any polishing liquid is reduced, thereby lowering the polishing cost.
본 발명의 제2실시형태에 따르면, 가공물의 폴리싱될 표면에 폴리싱액을 균일하면서도 효율적으로 공급할 수 있는 폴리싱장치가 제공된다. 상기 폴리싱장치는, 폴리싱면을 구비한 폴리싱테이블, 및 폴리싱될 가공물을 유지하여 상기 가공물을 상기 폴리싱면에 대해 가압하기 위한 톱링을 포함한다. 상기 폴리싱장치는 또한 상기 폴리싱면에 폴리싱액을 공급하기 위한 복수의 폴리싱액공급구, 및 상기 가공물과 상기 폴리싱면의 상대운동에 의해, 상기 폴리싱액을 상기 가공물의 전체면에 걸쳐 균일하게 분배하기 위하여 상기 폴리싱액공급구들로부터 공급되는 상기 폴리싱액의 비율을 제어하기 위한 액체속도제어기구를 포함한다.According to the second embodiment of the present invention, there is provided a polishing apparatus capable of uniformly and efficiently supplying a polishing liquid to a surface to be polished of a workpiece. The polishing apparatus includes a polishing table having a polishing surface, and a top ring for holding the workpiece to be polished to press the workpiece against the polishing surface. The polishing apparatus is also configured to uniformly distribute the polishing liquid over the entire surface of the workpiece by a plurality of polishing liquid supply ports for supplying a polishing liquid to the polishing surface, and by relative movement of the workpiece and the polishing surface. And a liquid speed control mechanism for controlling the ratio of the polishing liquid supplied from the polishing liquid supply ports.
상기 폴리싱액은, 폴리싱액공급구로부터 공급되는 폴리싱액의 비율을 제어하여 가공물의 폴리싱될 표면에 균일하면서도 효율적으로 공급될 수 있다. 구체적으로는, 가공물의 폴리싱될 표면에 공급되는 폴리싱액이 균일하게 분배되기 때문에, 상기 가공물의 폴리싱 비율이 개선되고, 상기 폴리싱 비율의 평면내 균일성이 향상된다. 폴리싱액이 효율적으로 공급됨에 따라, 사용되는 폴리싱액의 양이 감소되고, 여하한의 폴리싱액의 낭비적인 소비가 줄어들게 되어, 폴리싱 비용을 낮추게 된다.The polishing liquid can be uniformly and efficiently supplied to the surface to be polished of the workpiece by controlling the ratio of the polishing liquid supplied from the polishing liquid supply port. Specifically, since the polishing liquid supplied to the surface to be polished of the workpiece is uniformly distributed, the polishing rate of the workpiece is improved, and the in-plane uniformity of the polishing rate is improved. As the polishing liquid is efficiently supplied, the amount of polishing liquid used is reduced, and wasteful consumption of any polishing liquid is reduced, thereby lowering the polishing cost.
본 발명의 제3실시형태에 따르면, 가공물의 폴리싱될 표면에 폴리싱액을 균일하면서도 효율적으로 공급할 수 있는 폴리싱장치가 제공된다. 상기 폴리싱장치는, 폴리싱면을 구비한 폴리싱테이블, 및 폴리싱될 가공물을 유지하여 상기 가공물을 상기 폴리싱면에 대해 가압하기 위한 톱링을 포함한다. 상기 폴리싱장치는 또한 폴리싱액을 상기 폴리싱면에 분배 및 공급하기 위한 분배장치, 및 상기 폴리싱액을 상기 분배장치에 공급하기 위한 폴리싱액공급구를 포함한다.According to the third embodiment of the present invention, there is provided a polishing apparatus capable of uniformly and efficiently supplying a polishing liquid to a surface to be polished of a workpiece. The polishing apparatus includes a polishing table having a polishing surface, and a top ring for holding the workpiece to be polished to press the workpiece against the polishing surface. The polishing apparatus also includes a dispensing apparatus for dispensing and supplying a polishing liquid to the polishing surface, and a polishing liquid supply port for supplying the polishing liquid to the dispensing apparatus.
상기 폴리싱액공급구로부터의 폴리싱액은 폴리싱면으로 분배 및 공급되기 때문에, 가공물의 폴리싱될 표면으로 공급되는 폴리싱액은 균일하게 분배된다. 그러므로, 가공물의 폴리싱 속도가 개선되고, 상기 폴리싱 비율의 평면내 균일성이 향상되게 된다.Since the polishing liquid from the polishing liquid supply port is distributed and supplied to the polishing surface, the polishing liquid supplied to the surface to be polished of the workpiece is uniformly distributed. Therefore, the polishing rate of the workpiece is improved, and the in-plane uniformity of the polishing rate is improved.
본 발명의 제4실시형태에 따르면, 가공물의 폴리싱될 표면에 폴리싱액을 균일하면서도 효율적으로 공급할 수 있는 폴리싱장치가 제공된다. 상기 폴리싱장치는, 폴리싱면을 구비한 폴리싱테이블, 및 폴리싱될 가공물을 유지하여 상기 가공물을 상기 폴리싱면에 대해 가압하기 위한 톱링을 포함한다. 상기 폴리싱장치는 또한 폴리싱액을 상기 폴리싱면에 공급하기 위한 폴리싱액공급구, 및 상기 폴리싱액공급구로부터 공급되는 폴리싱액을 분배하여, 상기 분배된 폴리싱액을 상기 가공물과 상기 폴리싱면 사이에 공급하기 위한 분배장치를 포함한다.According to the fourth embodiment of the present invention, a polishing apparatus capable of uniformly and efficiently supplying a polishing liquid to a surface to be polished of a workpiece is provided. The polishing apparatus includes a polishing table having a polishing surface, and a top ring for holding the workpiece to be polished to press the workpiece against the polishing surface. The polishing apparatus also distributes a polishing liquid supply port for supplying a polishing liquid to the polishing surface, and a polishing liquid supplied from the polishing liquid supply port, thereby supplying the dispensed polishing liquid between the workpiece and the polishing surface. And a dispensing device for
폴리싱액공급구로부터 공급되는 폴리싱액이 분배장치에 의해 분배될 수 있으므로, 가공물의 폴리싱될 표면으로 공급되는 폴리싱액이 균일하게 분배된다. 그러므로, 가공물의 폴리싱 비율이 개선되고, 상기 폴리싱 비율의 평면내 균일성이 향상되게 된다.Since the polishing liquid supplied from the polishing liquid supply port can be dispensed by the dispensing apparatus, the polishing liquid supplied to the surface to be polished of the workpiece is evenly distributed. Therefore, the polishing rate of the workpiece is improved, and the in-plane uniformity of the polishing rate is improved.
본 발명의 제5실시형태에 따르면, 폴리싱면과 폴리싱될 가공물 사이에 폴리싱액을 안정적으로 공급할 수 있는 폴리싱장치가 제공된다. 상기 폴리싱장치는, 폴리싱면을 구비한 폴리싱테이블, 및 폴리싱될 가공물을 유지하여 상기 가공물을 상기 폴리싱면에 대해 가압하기 위한 톱링을 포함한다. 상기 톱링은 상기 가공물의 외주 에지(edge)를 유지하기 위한 리테이너링을 구비한다. 상기 폴리싱면과 접촉하게 되는 리테이너링은 그 표면에 형성된 홈을 구비하되, 상기 홈은 상기 리테이너링의 외주면과 내주면 사이에서 연장되어 있다. 상기 홈은 상기 리테이너링의 외주면에서 10% 내지 50%의 범위에 있는 개방비(opening ratio)를 가진다.According to the fifth embodiment of the present invention, there is provided a polishing apparatus capable of stably supplying a polishing liquid between a polishing surface and a workpiece to be polished. The polishing apparatus includes a polishing table having a polishing surface, and a top ring for holding the workpiece to be polished to press the workpiece against the polishing surface. The top ring has a retaining ring for holding an outer circumferential edge of the workpiece. The retaining ring which comes into contact with the polishing surface has a groove formed in the surface thereof, the groove extending between the outer circumferential surface and the inner circumferential surface of the retainer ring. The groove has an opening ratio in the range of 10% to 50% at the outer circumferential surface of the retaining ring.
상기 리테이너링의 외주면과 내주면 사이에서 연장되어 상기 리테이너링 내에 형성된 홈은 폴리싱액을 폴리싱면과 가공물 사이에 안정적으로 공급할 수 있다. 상기 리테이너링의 외주면에서 10% 내지 50%의 범위에 있는 상기 홈의 개방비에 의하면, 상기 폴리싱액이 상기 폴리싱면과 가공물 사이에 효과적으로 공급될 수 있으므로, 안정된 폴리싱 비율이 달성되고, 반응 후의 여하한의 비활성 폴리싱액이 상기 홈을 통해 상기 리테이너링 외부로 효과적으로 배출될 수 있다.The groove formed between the outer circumferential surface and the inner circumferential surface of the retainer ring and formed in the retainer ring may stably supply the polishing liquid between the polishing surface and the workpiece. According to the opening ratio of the groove in the range of 10% to 50% on the outer circumferential surface of the retaining ring, since the polishing liquid can be effectively supplied between the polishing surface and the workpiece, a stable polishing rate is achieved and any after reaction An inert polishing liquid can be effectively discharged out of the retaining ring through the groove.
본 발명의 제6실시형태에 따르면, 폴리싱면 상의 폴리싱압력이 낮고, 상기 폴리싱면과 가공물간의 상대속도가 높은 조건 하에도 적절한 양의 폴리싱액을 상기 폴리싱면 상에 유지시켜 폴리싱면 상에 균일한 폴리싱액막을 형성할 수 있는 폴리싱장치가 제공된다. 상기 폴리싱장치는, 폴리싱면을 구비한 폴리싱테이블, 및 폴리싱될 가공물을 유지하여 상기 가공물을 상기 폴리싱면에 대해 가압하기 위한 톱링을 포함한다. 상기 폴리싱장치는 또한 상기 폴리싱면에 폴리싱액을 공급하기 위한 폴리싱액공급구, 및 상기 폴리싱면과 상기 가공물을 서로 2 m/s 이상의 상대속도로 이동시키기 위한 상대이동기구를 포함한다. 상기 폴리싱면은 0.38 mm2 이상의 단면적을 갖는 홈을 구비한다.According to the sixth embodiment of the present invention, even if the polishing pressure on the polishing surface is low and the relative speed between the polishing surface and the workpiece is high, an appropriate amount of polishing liquid is maintained on the polishing surface to make it uniform on the polishing surface. There is provided a polishing apparatus capable of forming a polishing liquid film. The polishing apparatus includes a polishing table having a polishing surface, and a top ring for holding the workpiece to be polished to press the workpiece against the polishing surface. The polishing apparatus also includes a polishing liquid supply port for supplying a polishing liquid to the polishing surface, and a relative moving mechanism for moving the polishing surface and the workpiece at a relative speed of 2 m / s or more. The polishing surface has grooves having a cross-sectional area of at least 0.38 mm 2 .
단면적이 넓은 홈이 폴리싱면 내에 형성됨에 따라, 폴리싱면 상의 폴리싱압력이 낮고, 상기 폴리싱면과 가공물간의 상대속도가 높은 조건 하에도 적절한 양의 폴리싱액을 상기 폴리싱면 상에 유지시켜 폴리싱면 상에 균일한 폴리싱액막이 형성될 수 있다.As grooves having a wide cross-sectional area are formed in the polishing surface, an appropriate amount of polishing liquid is maintained on the polishing surface even under conditions where the polishing pressure on the polishing surface is low and the relative speed between the polishing surface and the workpiece is high. A uniform polishing liquid film can be formed.
본 발명의 제7실시형태에 따르면, 폴리싱면 상에 유지되는 폴리싱액의 양을 증가시켜 폴리싱액의 작업 효율성을 높일 수 있는 폴리싱장치가 제공된다. 상기 폴리싱장치는, 폴리싱면을 구비한 폴리싱테이블과, 폴리싱될 가공물을 유지하여 상기 가공물을 상기 폴리싱면에 대해 가압하기 위한 톱링, 및 상기 폴리싱면에 폴리싱액을 공급하기 위한 폴리싱액공급구를 포함한다. 상기 폴리싱면은 2.98 mm2 이상의 개방면적을 갖는 복수의 구멍들이 내부에 형성된다.According to the seventh embodiment of the present invention, there is provided a polishing apparatus capable of increasing the working efficiency of the polishing liquid by increasing the amount of the polishing liquid held on the polishing surface. The polishing apparatus includes a polishing table having a polishing surface, a top ring for holding the workpiece to be polished to press the workpiece against the polishing surface, and a polishing liquid supply port for supplying a polishing liquid to the polishing surface. do. The polishing surface has a plurality of holes formed therein having an open area of 2.98 mm 2 or more.
개방면적이 각각 큰 복수의 구멍들이 폴리싱면 내에 형성되기 때문에, 상기 폴리싱면 상에 유지되는 폴리싱액의 양이 증가되고, 상기 폴리싱액의 작업 효율성이 향상된다. 그러므로, 사용되는 폴리싱액의 양이 감소되고, 폴리싱 비용이 줄어든다.Since a plurality of holes each having a large open area is formed in the polishing surface, the amount of polishing liquid held on the polishing surface is increased, and the working efficiency of the polishing liquid is improved. Therefore, the amount of polishing liquid used is reduced, and the polishing cost is reduced.
본 발명의 제8실시형태에 따르면, 가공물의 폴리싱될 표면에 폴리싱액을 균일하게 공급할 수 있는 폴리싱장치가 제공된다. 상기 폴리싱장치는, 폴리싱면을 구비한 폴리싱테이블, 및 상기 폴리싱면에 폴리싱액을 공급하기 위한 복수의 폴리싱액공급구를 포함한다. 상기 폴리싱장치는 또한 상기 폴리싱액공급구들로부터 각각 연장되어, 상기 폴리싱장치 외부에 배치되어 있는 폴리싱액순환시스템에 직접 연결되는 복수의 폴리싱액공급라인을 포함한다.According to the eighth embodiment of the present invention, there is provided a polishing apparatus capable of uniformly supplying a polishing liquid to a surface to be polished of a workpiece. The polishing apparatus includes a polishing table having a polishing surface, and a plurality of polishing liquid supply ports for supplying a polishing liquid to the polishing surface. The polishing apparatus also includes a plurality of polishing liquid supply lines respectively extending from the polishing liquid supply ports and directly connected to a polishing liquid circulation system disposed outside the polishing apparatus.
상기 형태에 의하면, 가공물이 폴리싱액과 함께 균일하게 공급될 수 있다. 그러므로, 가공물의 폴리싱 비율이 개선되고, 상기 폴리싱 비율의 평면내 균일성이 향상된다.According to this aspect, the workpiece can be uniformly supplied with the polishing liquid. Therefore, the polishing rate of the workpiece is improved, and the in-plane uniformity of the polishing rate is improved.
본 발명의 제9실시형태에 따르면, 폴리싱면의 폴리싱 특성을 안정화시키기 위하여 폴리싱면을 항상 깨끗하게 유지시킬 수 있는 폴리싱장치가 제공된다. 상기 폴리싱장치는, 폴리싱면을 구비한 폴리싱테이블과, 폴리싱될 가공물을 유지하여 상기 가공물을 상기 폴리싱면에 대해 가압하기 위한 톱링, 및 세정액과 가스의 혼합 유체를 상기 폴리싱면에 분사하기 위한 유체분사기구를 포함한다. 상기 폴리싱장치는 또한 상기 혼합 유체를 상기 폴리싱면으로부터 배출하기 위한 배출기구를 포함하되, 상기 배출기구는 상기 폴리싱면이 이동하는 방향에 대해 상기 유체분사기구의 하류에 배치되어 있다.According to the ninth embodiment of the present invention, there is provided a polishing apparatus capable of keeping the polishing surface clean at all times in order to stabilize the polishing characteristics of the polishing surface. The polishing apparatus includes a polishing table having a polishing surface, a top ring for holding the workpiece to be polished to press the workpiece against the polishing surface, and a fluid spray for spraying a mixed fluid of a cleaning liquid and a gas onto the polishing surface. Includes an appliance. The polishing apparatus also includes a discharge mechanism for discharging the mixed fluid from the polishing surface, wherein the discharge mechanism is disposed downstream of the fluid injection mechanism with respect to the direction in which the polishing surface moves.
상기 배출기구는 폴리싱면을 벗어나 유체분사기구로부터 세정액을 즉시 배출시킬 수 있어, 폴리싱면을 항상 깨끗하게 유지할 수 있다. 그러므로, 폴리싱장치의 폴리싱 특성이 안정화될 수 있으며, 유체분사기구에 있어서는 가공물이 폴리싱되고 있는 동안 인-시튜 원자화(in-situ atomizing)를 수행하도록 할 수 있다.The discharge mechanism can immediately discharge the cleaning liquid from the fluid spray mechanism out of the polishing surface, thereby keeping the polishing surface clean at all times. Therefore, the polishing characteristics of the polishing apparatus can be stabilized, and the fluid ejection mechanism can be made to perform in-situ atomizing while the workpiece is being polished.
본 발명의 제10실시형태에 따르면, 폴리싱면의 폴리싱 특성을 안정화시키기 위하여 폴리싱면을 항상 깨끗하게 유지시킬 수 있는 폴리싱방법이 제공된다. 상기 폴리싱방법에 따르면, 폴리싱면과 가공물을 서로에 대해 이동시켜, 가공물이 폴리싱테이블의 폴리싱면에 대해 가압되고 폴리싱된다. 세정액과 가스의 혼합 유체는, 가공물이 폴리싱되는 동안에 유체분사기구로부터 폴리싱면으로 분사된다. 상기 혼합 유체는, 폴리싱면이 이동하는 방향에 대하여 유체분사기구의 하류에 배치되어 있는 배출기구에 의해 폴리싱면으로부터 배출된다.According to the tenth embodiment of the present invention, there is provided a polishing method capable of keeping the polishing surface clean at all times in order to stabilize the polishing characteristics of the polishing surface. According to the polishing method, the polishing surface and the workpiece are moved relative to each other so that the workpiece is pressed and polished against the polishing surface of the polishing table. The mixed fluid of the cleaning liquid and the gas is injected from the fluid spray mechanism to the polishing surface while the workpiece is polished. The mixed fluid is discharged from the polishing surface by a discharge mechanism disposed downstream of the fluid injection mechanism with respect to the direction in which the polishing surface moves.
상기 폴리싱방법에 있어서, 상기 배출기구는 폴리싱면에서 벗어나 유체분사기구로부터 세정액을 즉시 배출시킬 수 있어, 폴리싱면을 항상 깨끗하게 유지시킬 수 있게 된다. 그러므로, 폴리싱장치의 폴리싱 특성이 안정화될 수 있고, 유체분사기구에 있어서는 가공물이 폴리싱되고 있는 동안에 인-시튜 원자화를 수행할 수 있게 된다.In the above polishing method, the discharge mechanism can immediately discharge the cleaning liquid from the fluid injection mechanism, away from the polishing surface, thereby keeping the polishing surface clean at all times. Therefore, the polishing characteristics of the polishing apparatus can be stabilized, and the fluid ejection mechanism can perform in-situ atomization while the workpiece is being polished.
본 발명의 제11실시형태에 따르면, 가공물이 메인 폴리싱 공정에서 폴리싱된 후, 가공물의 폴리싱될 표면에 부착된 폴리싱액과 같은 잔류물을 효과적으로 씻어내어 제거할 수 있는 폴리싱방법이 제공된다. 상기 폴리싱방법에 따르면, 상기 가공물을 13.79 kPa 이하의 저압 하에 폴리싱한 다음, 상기 가공물에 물을 공급하면서, 상기 가공물과 상기 폴리싱면간의 2 m/s 이상의 상대속도로 13.79 kPa 이하의 저압 하에 상기 가공물을 폴리싱한다.According to an eleventh embodiment of the present invention, after a workpiece is polished in the main polishing process, a polishing method is provided which can effectively wash off and remove residues such as a polishing liquid attached to the surface to be polished of the workpiece. According to the polishing method, the workpiece is polished under a low pressure of 13.79 kPa or less, and then, while supplying water to the workpiece, the workpiece under a low pressure of 13.79 kPa or less at a relative speed of 2 m / s or more between the workpiece and the polishing surface. Polish
상기 폴리싱방법에 의하면, 가공물이 저압 하에 폴리싱된 후, 상기 가공물의 폴리싱될 표면에 부착된 폴리싱액과 같은 잔류물이 효과적으로 씻겨져 제거될 수 있다.According to the polishing method, after the workpiece is polished under low pressure, residues such as a polishing liquid attached to the surface to be polished of the workpiece can be effectively washed off and removed.
본 발명의 제12실시형태에 따르면, 가공물이 메인 폴리싱 공정에서 폴리싱된 후, 가공물의 폴리싱될 표면에 부착된 폴리싱액과 같은 잔류물을 효과적으로 씻어내어 제거할 수 있는 폴리싱방법이 제공된다. 상기 폴리싱방법에 따르면, 상기 가공물을 13.79 kPa 이하의 저압 하에 폴리싱한 다음, 상기 가공물에 화학용액을 공급하면서, 상기 가공물과 상기 폴리싱면간의 2 m/s 이상의 상대속도로 13.79 kPa 이하의 저압 하에 상기 가공물을 폴리싱한다.According to a twelfth embodiment of the present invention, after a workpiece is polished in the main polishing process, a polishing method is provided which can effectively wash off and remove residues such as a polishing liquid attached to the surface to be polished of the workpiece. According to the polishing method, the workpiece is polished under a low pressure of 13.79 kPa or less, and then, while supplying a chemical solution to the workpiece, the workpiece is subjected to a low pressure of 13.79 kPa or less at a relative speed of 2 m / s or more between the workpiece and the polishing surface. Polish the workpiece.
상기 폴리싱방법에 의하면, 가공물이 저압 하에 폴리싱된 후, 상기 가공물의 폴리싱될 표면에 부착된 폴리싱액과 같은 잔류물이 효과적으로 씻겨져 제거될 수 있다.According to the polishing method, after the workpiece is polished under low pressure, residues such as a polishing liquid attached to the surface to be polished of the workpiece can be effectively washed off and removed.
본 발명의 제13실시형태에 따르면, 다단계 폴리싱 공정, 특히 2단계 폴리싱 공정에서 앞선 폴리싱 단계가 후속 폴리싱 단계에 과도한 부담을 지우는 것을 방지할 수 있는 폴리싱방법이 제공된다. 상기 폴리싱방법은, 상기 가공물 상에 형성된 제1막의 실질적인 부분을 제1스테이지에서 제거하도록 상기 가공물을 폴리싱하는 단계, 및 인터커넥트 영역은 남겨두면서, 상기 가공물 상의 제2막이 제2스테이지에서 노출될 때까지, 상기 제1막의 남아 있는 부분을 제거하도록 상기 가공물을 폴리싱하는 단계를 포함한다. 상기 폴리싱방법은 또한 상기 제1스테이지 폴리싱에서 상기 제2스테이지 폴리싱으로 전이 시, 상기 제1막을 위한 막두께 분포를 미리 설정하는 단계, 상기 제1막의 막두께 분포를 얻기 위해, 상기 제1스테이지 폴리싱에서 와류센서를 이용하여 상기 제1막의 두께를 측정하는 단계, 및 획득한 상기 제1막의 막두께 분포를 상기 제1막을 위해 미리 설정된 막두께 분포와 같게 하기 위해, 상기 제2스테이지 폴리싱에서 폴리싱 조건들을 조절하는 단계를 포함한다.According to a thirteenth embodiment of the present invention, a polishing method is provided in which a preceding polishing step in a multistage polishing process, in particular a two-stage polishing process, can be prevented from excessively burdening subsequent polishing steps. The polishing method includes polishing the workpiece to remove a substantial portion of the first film formed on the workpiece from the first stage, and leaving the interconnect area, until the second film on the workpiece is exposed at the second stage. And polishing the workpiece to remove remaining portions of the first film. The polishing method may further include presetting a film thickness distribution for the first film when transitioning from the first stage polishing to the second stage polishing, to obtain a film thickness distribution of the first film, to polish the first stage. Measuring the thickness of the first film by using a vortex sensor, and in order to make the obtained film thickness distribution of the first film equal to the film thickness distribution preset for the first film, polishing conditions in the second stage polishing. Adjusting them.
상기 폴리싱방법은, 실제 막두께 분포를 모니터링하면서, 최종적으로 원하는 막두께 분포를 신뢰성 있게 달성할 수 있게 만든다. 제1스테이지 폴리싱은 원하는 막두께 분포에서 항상 제2스테이지 폴리싱으로 전환될 수 있으므로, 상기 제1스테이지 폴리싱이 제2스테이지 폴리싱에 과도한 부담을 지우는 것이 방지된다. 나아가, 상기 폴리싱방법은, 디싱 및 부식이 제2스테이지 폴리싱 이후에 발생하는 것을 방지할 수 있으며, 제2스테이지 폴리싱에 의해 소모되는 시간 주기를 감소시킬 수 있어, 생산성이 향상되고 폴리싱 비용이 감소되게 된다.The polishing method makes it possible to reliably achieve the desired film thickness distribution while monitoring the actual film thickness distribution. Since the first stage polishing can always be switched to the second stage polishing at the desired film thickness distribution, the first stage polishing is prevented from over burdening the second stage polishing. Furthermore, the polishing method can prevent dishing and corrosion from occurring after the second stage polishing, and can reduce the time period consumed by the second stage polishing, so that the productivity is improved and the polishing cost is reduced. do.
본 발명의 제14실시형태에 따르면, 내부에 결함을 발생시키지 않고도 인터커넥트를 형성할 수 있는 인터커넥트 형성방법이 제공된다. 상기 인터커넥트 형성방법은, 상기 기판 상에 평탄한 도전성 박막을 형성하는 단계, 및 화학 에칭 공정에 의하여 상기 기판으로부터 상기 평탄한 도전성 박막을 제거하는 단계를 포함한다.According to a fourteenth embodiment of the present invention, there is provided an interconnect forming method capable of forming an interconnect without causing a defect therein. The interconnect forming method includes forming a flat conductive thin film on the substrate, and removing the flat conductive thin film from the substrate by a chemical etching process.
평탄한 도전성 박막이 기판 상에 형성된 후, 상기 도전성 박막은 여하한의 기계적 작용이 없고 전기접속을 요구하지 않는 화학 에칭 공정에 의해 제거된다.After the flat conductive thin film is formed on the substrate, the conductive thin film is removed by a chemical etching process that has no mechanical action and does not require electrical connection.
본 발명의 제1실시형태 내지 제4실시형태에 따르면, 가공물의 폴리싱될 표면에 균일하면서도 효율적으로 폴리싱액이 공급될 수 있다.According to the first to fourth embodiments of the present invention, the polishing liquid can be supplied uniformly and efficiently to the surface to be polished of the workpiece.
본 발명의 제5실시형태에 따르면, 폴리싱면과 가공물 사이에 폴리싱액이 안정하게 공급될 수 있다.According to the fifth embodiment of the present invention, the polishing liquid can be stably supplied between the polishing surface and the workpiece.
본 발명의 제6실시형태에 따르면, 폴리싱면 상의 폴리싱압력이 낮고, 상기 폴리싱면과 가공물간의 상대속도가 높은 조건 하에도, 적절한 양의 폴리싱액을 상기 폴리싱면 상에 유지시켜 폴리싱면 상에 균일한 폴리싱액막이 형성될 수 있다.According to the sixth embodiment of the present invention, even under conditions in which the polishing pressure on the polishing surface is low and the relative speed between the polishing surface and the workpiece is high, an appropriate amount of polishing liquid is maintained on the polishing surface to make it uniform on the polishing surface. One polishing liquid film can be formed.
본 발명의 제7실시형태에 따르면, 폴리싱면 상에 유지되는 폴리싱액의 양이 증가되어, 폴리싱액의 작업 효율성을 높일 수 있게 된다.According to the seventh embodiment of the present invention, the amount of the polishing liquid held on the polishing surface is increased, so that the working efficiency of the polishing liquid can be increased.
본 발명의 제8실시형태에 따르면, 폴리싱액이 가공물에 균일하게 공급될 수 있다.According to the eighth embodiment of the present invention, the polishing liquid can be uniformly supplied to the workpiece.
본 발명의 제9실시형태 및 제10실시형태에 따르면, 폴리싱면이 항상 깨끗하게 유지되어, 폴리싱면의 폴리싱 특성을 안정화시킨다.According to the ninth and tenth embodiments of the present invention, the polishing surface is always kept clean to stabilize the polishing characteristics of the polishing surface.
본 발명의 제11실시형태 및 제12실시형태에 따르면, 가공물이 메인 폴리싱 공정에서 폴리싱된 이후 가공물의 폴리싱될 표면에 부착된 폴리싱액과 같은 잔류물이 효과적으로 씻겨져 제거될 수 있다.According to the eleventh and twelfth embodiments of the present invention, after the workpiece is polished in the main polishing process, residues such as a polishing liquid attached to the surface to be polished of the workpiece can be effectively washed out and removed.
본 발명의 제13실시형태에 따르면, 다단계 폴리싱 공정에 있어서 앞선 폴리싱 단계가 후속 폴리싱 단계에 과도한 부담을 지우지 않게 한다.According to the thirteenth embodiment of the present invention, in the multi-step polishing process, the preceding polishing step does not place excessive burden on subsequent polishing steps.
본 발명의 제14실시형태에 따르면, 내부에 결함이 발생하지 않고도 인터커넥트가 형성될 수 있다.According to the fourteenth embodiment of the present invention, interconnects can be formed without a defect occurring therein.
본 발명의 상기 목적 및 기타 목적, 특징 및 장점들은 예시의 방법을 통해 본 발명의 바람직한 실시예들을 예시하는 첨부 도면들과 연계하여 후술하는 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.The above and other objects, features and advantages of the present invention will become apparent from the following detailed description when read in conjunction with the accompanying drawings illustrating preferred embodiments of the present invention by way of example.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 폴리싱장치의 평면도;1 is a plan view of a polishing apparatus according to an embodiment of the present invention;
도 2는 도 1에 도시된 폴리싱장치의 폴리싱유닛의 일부분의 수직단면도;FIG. 2 is a vertical sectional view of a portion of the polishing unit of the polishing apparatus shown in FIG. 1; FIG.
도 3은 도 2에 도시된 톱링의 리테이너링의 저면도;3 is a bottom view of the retainer ring of the top ring shown in FIG. 2;
도 4는 도 2에 도시된 톱링과 함께 사용하기 위한 또다른 리테이너링의 저면도;4 is a bottom view of another retainer ring for use with the top ring shown in FIG. 2;
도 5는 도 2에 도시된 톱링과 함께 사용하기 위한 또다른 리테이너링의 저면도;5 is a bottom view of another retainer ring for use with the top ring shown in FIG. 2;
도 6은 도 2에 도시된 톱링과 함께 사용하기 위한 또다른 리테이너링의 저면도;FIG. 6 is a bottom view of another retainer ring for use with the top ring shown in FIG. 2; FIG.
도 7은 도 1에 도시된 폴리싱장치의 폴리싱유닛의 개략적인 평면도;7 is a schematic plan view of the polishing unit of the polishing apparatus shown in FIG. 1;
도 8은 도 7에 도시된 폴리싱유닛에 사용되는 가스분사기구의 사시도;8 is a perspective view of a gas injection mechanism used in the polishing unit shown in FIG.
도 9는 도 1에 도시된 폴리싱장치에서 사용하기 위한 수정된 폴리싱유닛의 평면도;9 is a plan view of a modified polishing unit for use in the polishing apparatus shown in FIG. 1;
도 10은 도 7에 도시된 폴리싱유닛의 폴리싱패드의 사시도;FIG. 10 is a perspective view of a polishing pad of the polishing unit shown in FIG. 7; FIG.
도 11은 도 10에 도시된 폴리싱패드의 확대수직단면도;FIG. 11 is an enlarged vertical sectional view of the polishing pad shown in FIG. 10; FIG.
도 12는 도 10에 도시된 폴리싱패드의 수정예의 확대평면도;12 is an enlarged plan view of a modification of the polishing pad shown in FIG. 10;
도 13은 도 1에 도시된 폴리싱장치의 폴리싱유닛의 수정예의 평면도;13 is a plan view of a modification of the polishing unit of the polishing apparatus shown in FIG. 1;
도 14는 도 1에 도시된 폴리싱장치의 폴리싱유닛의 또다른 수정예의 평면도;14 is a plan view of another modification of the polishing unit of the polishing apparatus shown in FIG. 1;
도 15는 도 1에 도시된 폴리싱장치의 폴리싱유닛의 또다른 수정예의 평면도;FIG. 15 is a plan view of another modification of the polishing unit of the polishing apparatus shown in FIG. 1; FIG.
도 16은 도 1에 도시된 폴리싱장치의 폴리싱유닛의 또다른 수정예의 평면도;FIG. 16 is a plan view of another modification of the polishing unit of the polishing apparatus shown in FIG. 1; FIG.
도 17은 도 1에 도시된 폴리싱장치의 폴리싱유닛의 또다른 수정예의 평면도;FIG. 17 is a plan view of another modification of the polishing unit of the polishing apparatus shown in FIG. 1; FIG.
도 18은 도 1에 도시된 폴리싱장치의 폴리싱유닛의 또다른 수정예의 평면도;18 is a plan view of another modification of the polishing unit of the polishing apparatus shown in FIG. 1;
도 19는 도 1에 도시된 폴리싱장치의 폴리싱유닛의 또다른 수정예의 평면도;19 is a plan view of another modification of the polishing unit of the polishing apparatus shown in FIG. 1;
도 20은 도 1에 도시된 폴리싱장치의 폴리싱유닛의 또다른 수정예의 평면도;20 is a plan view of another modification of the polishing unit of the polishing apparatus shown in FIG. 1;
도 21은 도 1에 도시된 폴리싱장치의 폴리싱유닛에서 사용하기 위한 수정된 폴리싱액공급노즐의 사시도;FIG. 21 is a perspective view of a modified polishing liquid supply nozzle for use in the polishing unit of the polishing apparatus shown in FIG. 1; FIG.
도 22는 도 21에 도시된 폴리싱액공급노즐의 수직단면도;FIG. 22 is a vertical sectional view of the polishing liquid supply nozzle shown in FIG. 21; FIG.
도 23은 도 21에 도시된 폴리싱액공급노즐의 수정예의 사시도;FIG. 23 is a perspective view of a modification of the polishing liquid supply nozzle shown in FIG. 21; FIG.
도 24는 도 1에 도시된 폴리싱장치의 폴리싱유닛에서 사용하기 위한 수정된 또다른 폴리싱액공급노즐의 사시도;24 is a perspective view of another modified polishing liquid supply nozzle for use in the polishing unit of the polishing apparatus shown in FIG. 1;
도 25는 도 21에 도시된 폴리싱액공급노즐의 또다른 수정예의 사시도;25 is a perspective view of another modification of the polishing liquid supply nozzle shown in FIG. 21;
도 26은 도 1에 도시된 폴리싱장치의 폴리싱유닛에서 사용하기 위한 수정된 또다른 폴리싱액공급노즐의 사시도;FIG. 26 is a perspective view of another modified polishing liquid supply nozzle for use in the polishing unit of the polishing apparatus shown in FIG. 1; FIG.
도 27은 도 1에 도시된 폴리싱장치의 폴리싱유닛에서 사용하기 위한 수정된 또다른 폴리싱액공급노즐의 평면도;FIG. 27 is a plan view of another modified polishing liquid supply nozzle for use in the polishing unit of the polishing apparatus shown in FIG. 1; FIG.
도 28은 도 1에 도시된 폴리싱장치의 폴리싱유닛에서 사용하기 위한 수정된 또다른 폴리싱액공급노즐의 개략도;28 is a schematic view of another modified polishing liquid supply nozzle for use in the polishing unit of the polishing apparatus shown in FIG.
도 29는 종래의 폴리싱장치의 폴리싱액공급시스템의 개략도;29 is a schematic diagram of a polishing liquid supply system of a conventional polishing apparatus;
도 30은 본 발명에 따른 폴리싱액공급시스템의 개략도;30 is a schematic view of a polishing liquid supply system according to the present invention;
도 31a 및 도 31b는 도 30에 도시된 폴리싱액공급시스템에서 사용하기 위한 유체압력밸브의 개략도;31A and 31B are schematic views of a fluid pressure valve for use in the polishing liquid supply system shown in FIG. 30;
도 32는 도 2에 도시된 톱링의 수정예의 수직단면도;32 is a vertical sectional view of a modification of the top ring shown in FIG. 2;
도 33a 내지 도 33c는 구리 다마신 인터커넥트를 평탄화하는 CMP 공정을 예시하는 단면도;33A-33C are cross-sectional views illustrating a CMP process to planarize a copper damascene interconnect;
도 34a는 오버폴리싱된 가공물의 단면도이고, 도 34b는 언더폴리싱된 가공물의 단면도;34A is a cross sectional view of an overpolished workpiece and FIG. 34B is a cross sectional view of an underpolished workpiece;
도 35는 스윙가능한 폴리싱액공급노즐로 반도체웨이퍼를 폴리싱하기 위한 폴리싱장치의 평면도;35 is a plan view of a polishing apparatus for polishing a semiconductor wafer with a swingable polishing liquid supply nozzle;
도 36a는 폴리싱액공급노즐이 스윙할 때, 도 35에 도시된 폴리싱장치에 의해 폴리싱되는 반도체웨이퍼의 폴리싱 속도를 도시한 그래프이고, 도 36b는 폴리싱액공급노즐이 스윙하지 않을 때, 도 35에 도시된 폴리싱장치에 의해 폴리싱되는 반도체웨이퍼의 폴리싱 속도를 도시한 그래프; 및FIG. 36A is a graph showing the polishing speed of the semiconductor wafer polished by the polishing apparatus shown in FIG. 35 when the polishing liquid supply nozzle is swinging, and FIG. 36B is a graph showing the polishing rate when the polishing liquid supply nozzle is not swinging. A graph showing a polishing rate of the semiconductor wafer polished by the polishing apparatus shown; And
도 37은 한 폴리싱액공급구(싱글)로부터 폴리싱액을 공급하면서, 폴리싱장치에 의해 폴리싱되는 반도체웨이퍼의 제거율과 비교하여, 복수의 폴리싱액공급구(멀티)로부터 폴리싱액을 공급하면서, 도 30에 도시된 폴리싱장치에 의해 폴리싱되는 반도체웨이퍼의 제거율을 도시한 그래프이다.FIG. 37 shows the polishing liquid supplied from one polishing liquid supply port (single), while supplying the polishing liquid from the plurality of polishing liquid supply ports (multi), as compared with the removal rate of the semiconductor wafer polished by the polishing apparatus. It is a graph showing the removal rate of the semiconductor wafer polished by the polishing apparatus shown in FIG.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 폴리싱장치를 도면들을 참조하여 설명하기로 한다. 도면에는, 동일하거나 대응하는 부분들을 동일하거나 대응하는 참조 부호로 도면 전반에 걸쳐 표시되어 있으며, 반복해서 설명하지 않기로 한다.Hereinafter, a polishing apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same or corresponding reference numerals throughout the drawings and will not be repeated.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 폴리싱장치의 평면도를 보여준다. 도 1 에 도시된 바와 같이, 폴리싱장치는 반도체웨이퍼를 잡아주기 위해 그 단부벽 상에 제거가능하게 탑재된 3개의 웨이퍼카셋트어레이(10), 및 상기 웨이퍼카셋트어레이(10)를 따라 배치된 이동기구(12)를 구비한다. 제1이송로봇(24)이 상기 이동기구(12) 상에 탑재되어, 상기 웨이퍼카셋트(10)에 선택적으로 접근하기 위한 2개의 핸드를 구비한다.1 shows a plan view of a polishing apparatus according to an embodiment of the present invention. As shown in Fig. 1, the polishing apparatus includes three
상기 폴리싱장치는 그 종방향으로 배치되는 4개의 폴리싱유닛어레이(20)를 구비한다. 각각의 폴리싱유닛(20)은 폴리싱면을 구비한 폴리싱테이블(22), 반도체웨이퍼를 폴리싱하기 위해 상기 폴리싱테이블(22)의 폴리싱면에 대해 반도체웨이퍼를 유지 및 가압하기 위한 톱링(24), 폴리싱액과 드레싱액(예컨대, 물)을 폴리싱테이블(22)에 공급하기 위한 폴리싱액공급노즐(26), 상기 폴리싱테이블(22)을 드레싱하기 위한 드레서(28), 및 액체(예컨대, 순수)와 가스(예컨대, 질소)로 이루어진 혼합 유체를 분무화하여 상기 분무화된 유체를 1이상의 노즐로부터 폴리싱면으로 분사하기 위한 분무장치(30)를 포함한다.The polishing apparatus has four polishing
제1선형운반장치(32) 및 제2선형운반장치(34)는 폴리싱유닛어레이(20)를 따라 폴리싱장치의 종방향으로 반도체웨이퍼들을 운반하기 위해 상기 폴리싱유닛(20)을 따라 세로로 붙여서 배치된다. 제1이송로봇(14)으로부터 수용된 반도체웨이퍼를 뒤집기 위한 반전기계(36)는 웨이퍼카셋트(10)에 보다 근접한 제1선형운반장치(32)의 일 단부에 배치된다.The first
상기 폴리싱장치는 또한 제2이송로봇(38), 상기 제2이송로봇(38)으로부터 수용된 반도체웨이퍼를 뒤집기 위한 반전기계(40), 폴리싱된 반도체웨이퍼를 세정하 기 위한 4개의 세정기계어레이(42), 및 상기 반전기계(40)와 세정기계(42) 사이에서 반도체웨이퍼들을 이송하기 위한 이송유닛(44)을 구비한다. 상기 제2이송로봇(38), 반전기계(40), 및 세정기계(42)는 폴리싱장치의 종방향으로 그 한 쪽에 선형으로 배열된다.The polishing apparatus also includes a
웨이퍼카셋트(10) 내에 하우징된 반도체웨이퍼들은 반전기계(36), 제1선형운반장치(32), 및 제2선형운반장치(34)를 통해 각각의 폴리싱유닛(20) 내로 도입된다. 상기 반도체웨이퍼는 각각의 폴리싱유닛(20)에서 폴리싱된다. 폴리싱된 반도체웨이퍼들은 그 후에 제2이송로봇(38) 및 반전기계(40)를 통해 세정기계(42) 안으로 도입되어, 각각의 세정기계(42)에 의해 세정된다. 세정된 반도체웨이퍼들은 그 후에 제1이송로봇(14)에 의해 웨이퍼카셋트(10)로 다시 전달된다.The semiconductor wafers housed in the
도 2는 각각의 폴리싱유닛(20)의 일부분의 수직단면도를 보여준다. 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 폴리싱유닛(20)의 폴리싱테이블(22)은 그 밑에 배치된 모터(50)에 연결되어, 그 자체 축선을 중심으로 화살표로 표시된 방향으로 회전하게 된다. 상부폴리싱면을 구비한 폴리싱패드(연마포)(52)는 상기 폴리싱테이블(22)의 상부면에 제공된다. 상기 톱링(24)은 수직톱링샤프트(54)의 하단부에 결합되어 있다. 반도체웨이퍼(W)의 외주에지를 잡아주기 위한 리테이너링(56)은 상기 톱링(24)의 하부의 외주부 상에 탑재된다.2 shows a vertical sectional view of a portion of each polishing
상기 톱링샤프트(54)는 그 상단부에서 모터(도시안됨)에 결합되고, 승강 실린더(도시안됨)에도 결합되어 있다. 그러므로, 상기 톱링(24)은 화살표로 표시된 바와 같이 그 자체 축선을 중심으로 수직방향으로 이동가능하고 회전가능하여, 원 하는 압력 하에 폴리싱패드(52)에 대해 반도체웨이퍼(W)를 가압하여, 상기 반도체웨이퍼(W)를 상기 폴리싱패드(52)에 대해 회전시키게 된다.The
폴리싱유닛(20)의 작동 시, 상기 반도체웨이퍼(W)는 톱링(24)의 하부면 상에 유지되고, 모터(50)에 의해 회전되고 있는 폴리싱테이블(22) 상에서 승강 실린더에 의해 폴리싱패드(52)에 대해 가압된다. 폴리싱액(Q)은 폴리싱액공급노즐(26)의 폴리싱액공급구(57)로부터 폴리싱패드(52) 상으로 공급된다. 그러면, 반도체웨이퍼(W)가 폴리싱패드(52)와 반도체웨이퍼(W)의 폴리싱될 하부면 사이에 존재하는 폴리싱액(Q)으로 폴리싱된다.In operation of the polishing
도 2에 도시된 바와 같이, 반도체웨이퍼(W)의 막두께를 측정하기 위한 와류센서(58)가 폴리싱테이블(22)에 매입되어 있다. 와이어(60)는 그 하단부에 연결된 지지샤프트(62) 및 폴리싱테이블(22)을 통해 와류센서(58)로부터 연장되어, 상기 지지샤프트(62)의 하단부 상에 장착되어 있는 로터리커넥터(또는 슬립링)(64)를 통해 제어장치(66)에 연결된다. 와류센서(58)가 반도체웨이퍼(W) 아래에서 이동하는 동안, 상기 와류센서(58)는 반도체웨이퍼(W) 아래에서 와류센서(58)의 경로를 따라 연속적으로 반도체웨이퍼(W)의 표면 상에 형성된 구리막 등과 같은 도전막의 두께를 검출한다.As shown in FIG. 2, an
더욱 빠른 반도체디바이스에 대한 요구사항들을 충족시키기 위하여, 유전 상수가 보다 낮은 재료, 예컨대 저-k 재료의 반도체디바이스 내의 인터커넥트들 사이에 절연막을 만드는 것이 연구되어 왔다. 절연 상수가 보다 낮은 재료, 예컨대 저-k 재료가 다공질이면서 기계적으로 부서지기 쉬우므로, 예컨대 저-k 재료의 구리 다마신(damascene) 인터커넥트들의 폴리싱 공정에서는, 13.79 kPa(2 psi) 이하의 레벨로 폴리싱되고 있는 반도체웨이퍼에 가해지는 압력(폴리싱압)을 최소화하는 것이 요청된다.In order to meet the requirements for faster semiconductor devices, it has been studied to make insulating films between interconnects in semiconductor devices of lower dielectric constant materials, such as low-k materials. Materials with lower dielectric constants, such as low-k materials, are porous and mechanically brittle, so, for example, in polishing processes of copper damascene interconnects of low-k materials, to levels below 13.79 kPa (2 psi). It is desired to minimize the pressure (polishing pressure) applied to the semiconductor wafer being polished.
하지만, 일반적으로는 폴리싱 공정에서의 폴리싱 비율이 폴리싱압에 좌우되며, 상기 폴리싱압이 낮아짐에 따라 감소된다. 그러므로, 구리막을 폴리싱하기 위해서는, 화학 작용이 보다 강한 폴리싱액이 사용되어, 폴리싱압의 감소를 보상할 수도 있다. 이러한 화학 작용이 보다 강한 폴리싱액이 사용되면, 폴리싱액과 구리막간에 보다 안정한 화학 반응이 일어나지 않는 한, 균일하면서도 안정된 폴리싱 특성이 달성될 수 없다. 결과적으로, 폴리싱 공정에 있어서 폴리싱패드와 반도체웨이퍼간의 반응하지 않은 폴리싱액을 안정하게 공급하기 위해 화학 작용이 보다 강한 폴리싱액을 사용하는 것이 바람직하다.In general, however, the polishing rate in the polishing process depends on the polishing pressure and decreases as the polishing pressure is lowered. Therefore, in order to polish the copper film, a polishing liquid having a stronger chemical effect may be used to compensate for the decrease in the polishing pressure. If a polishing liquid with stronger chemical action is used, uniform and stable polishing characteristics cannot be achieved unless a more stable chemical reaction occurs between the polishing liquid and the copper film. As a result, in the polishing process, it is preferable to use a polishing liquid having a stronger chemical action in order to stably supply an unreacted polishing liquid between the polishing pad and the semiconductor wafer.
본 실시예에 따르면, 톱링(24)의 리테이너링(56)은 폴리싱패드(52)와 반도체웨이퍼(W) 사이에 폴리싱액을 보다 안정하게 공급하기 위해 그 내부에 형성된 홈을 구비한다. 도 3은 도 2에 도시된 리테이너링(56)의 저면도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 리테이너링(56)은 그 바닥면에 같은 원주 간격으로 형성되어, 그 외주면(70)과 내주면(72) 사이에서 연장되어 있는 복수의 홈(74)을 구비한다. 도 3에서, 상기 톱링(24)은 시계방향으로 회전하고, 각각의 홈(74)은 그 내주개구(78) 앞쪽에 위치한 외주개구(76)를 시계방향, 즉 상기 톱링(24)이 회전하는 방향으로 구비한다. 이렇게 리테이너링(56)에 형성된 홈(74)은 폴리싱패드(52)와 상기 리테이너링(56)의 내부에 위치한 반도체웨이퍼(W) 사이에 폴리싱액을 효율적이면서도 안 정하게 공급하는 데 효과적이다.According to this embodiment, the
상기 홈(74)의 외주개구(76)는 폴리싱액의 화학 작용의 세기에 따라, 외주면(70)의 표면적에 대해 대략 10% 내지 50% 정도의 범위에 있는 개방 퍼센티지를 가진다. 예를 들면, 소정의 폴리싱액이 사용되는 경우, 외주개구(76)의 개방 퍼센티지가 0% 라면, 폴리싱패드(52)와 반도체웨이퍼(W) 사이에 폴리싱액이 충분히 공급될 수 없게 되어, 충분한 폴리싱 비율을 얻을 수 없게 된다. 다른 한편으로, 외주개구(76)의 개방 퍼센티지가 과도하게 높다면, 예컨대 50%를 초과한다면, 리테이너링(56)의 방사상 안쪽으로 소정의 홈(74)을 통과한 폴리싱액은 여타의 홈(74)을 통해 밖으로 유동하게 되어, 폴리싱패드(52)와 반도체웨이퍼(W) 사이에 효과적으로 담아둘 수 없게 된다. 상기 외주개구(76)의 개방 퍼센티지가 대략 10% 내지 50% 정도의 범위에서 선택된다면, 안정된 폴리싱 속도를 위해 폴리싱패드(52)와 반도체웨이퍼(W) 사이에 폴리싱액이 효과적으로 공급될 수 있다. 대략 10% 내지 50% 정도의 범위에서 선택되는 외주개구(76)의 개방 퍼센티지는, 반응 이후의 비활성 폴리싱액이 상기 홈(74)을 통해 상기 리테이너링(56)의 외부로 효과적으로 배출되도록 한다. 홈(74)의 치수 및 상기 홈(74)들간의 피치는 외주개구(76)의 개방 퍼센티지에 따라 결정된다.The outer circumference opening 76 of the
상기 톱링(24)이 그 바닥면에서 볼 때 반시계방향으로 회전한다면, 상기 홈(74)은 도 4에 도시된 바와 같이, 도 3에 도시된 홈(74)에 대향하는 방향으로 배향되어야만 한다. 대안적으로는, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 홈(74)이 등가로 이격된 원주 간격으로 방사상 배치되어, 상기 톱링(24)이 회전할 수 있는 방향에 관 계없이 상기 홈(74)이 사용될 수도 있게 된다. 도 6에 도시된 바와 같이, 반경방향 홈(74)은 그 외주개구(76)보다 큰 내주개구(78)를 가질 수도 있다.If the
리테이너링(56)의 홈(74)을 보다 효과적으로 만들기 위해서는, 상기 톱링(24)의 회전 속도가 폴리싱테이블(22)의 회전속도 이하로, 보다 바람직하게는 폴리싱테이블(22)의 회전속도의 대략 1/3 내지 1/1.5 정도로 되어야만 한다. 상기 폴리싱테이블(22) 및 톱링(24)은 한 방향으로 또는 반대 방향으로 회전될 수도 있다. 만일 폴리싱테이블(22) 및 톱링(24)의 회전 속도가 상기 상대값으로 설정된다면, 상기 폴리싱장치는 반도체웨이퍼(W)를 보다 균일하게 폴리싱할 수 있다.In order to make the
구체적으로는, 톱링(24)의 회전 속도가 폴리싱테이블(22)의 회전 속도보다 빠르다면, 상기 톱링(24)의 외주면 상에 위치하는 리테이너링(56)은 폴리싱패드(52)와 반도체웨이퍼(W) 사이의 폴리싱액의 유입물을 방해하는 경향이 있어, 폴리싱액이 효율적으로 공급되는 것을 막게 된다. 톱링(24)의 회전 속도가 폴리싱테이블(22)의 회전 속도 이하라면, 폴리싱액이 폴리싱패드(52)와 반도체웨이퍼(W) 사이의 홈(74)을 통해 효율적으로 공급될 수 있어, 폴리싱장치가 반도체웨이퍼(W)를 보다 균일하게 폴리싱하게 된다.Specifically, if the rotational speed of the
도 7은 도 1에 도시된 폴리싱장치의 각각의 폴리싱유닛(20)의 개략적인 평면도를 보여준다. 도 7에 도시된 바와 같이, 분무장치(30)는 폴리싱테이블(22)이 회전하는 방향에 대해 상기 톱링(24)의 상류에 배치되어 있다. 상기 분무장치(30)는 세정액과 가스로 이루어진 혼합 유체를 폴리싱패드(52)에 분사하기 위한 유체분사기구로서의 기능을 한다. 예를 들면, 질소 가스와 순수 또는 화학액으로 이루어진 혼합 유체가 분무장치(30)로부터 폴리싱패드(52)로 분사된다. 상기 혼합 유체는 1) 미세 액체 입자, 2) 미세 고액 입자 또는 3) 액체-기화 가스 입자(이들 상(phases)을 "안개 또는 분무" 상태라고 할 수도 있음)로서 분사된다.FIG. 7 shows a schematic plan view of each polishing
안개 또는 분무 혼합 유체가 폴리싱패드(52)로 분사되면, 상기 폴리싱패드(52) 내의 리세스에 포획된 여하한의 폴리싱액과 스워프(swarf)가 상기 혼합 유체 내에 함유된 가스에 의해 그로부터 상승되어, 순수, 화학액 등과 같은 세정액에 의해 세척된다. 이러한 방식으로, 폴리싱패드(52) 상에 존재하여 반도체웨이퍼(W)를 긁을 수도 있는 여하한의 폴리싱액 및 스워프가 효과적으로 제거될 수 있게 된다.When a mist or sprayed mixed fluid is injected into the
반도체웨이퍼가 CMP 공정에 의해 폴리싱된 후, 남아 있는 연마 그레인 및 스워프를 포함하는 폴리싱 잔여물(구리막이 폴리싱되는 경우에는 구리 착물)이 일반적으로 반도체웨이퍼의 폴리싱면 상에 존재한다. 이들 폴리싱 잔여물이 제거되지 않는다면, 반도체웨이퍼의 폴리싱면에 손상을 입히거나 혹은 후속 폴리싱 공정에서 폴리싱액의 화학 반응을 억제하여, 폴리싱 속도를 떨어뜨리기 쉽게 된다. 그러므로, 반도체웨이퍼의 폴리싱되고 있는 표면 상에는 폴리싱 잔여물이 전혀 존재하지 않거나 거의 없는 것이 바람직하다. 보통의 CMP 공정에 따르면, 폴리싱 사이클간의 간격으로, 폴리싱면의 드레싱이 드레서에 의해 실시되고, 세정액과 가스로 이루어진 분무 혼합 유체가 분무장치로부터 폴리싱면으로 제공되어, 폴리싱면으로부터 폴리싱잔여물을 제거하게 된다. 이러한 공정을 "분무화 공정(atomizing process)"이라고 한다.After the semiconductor wafer is polished by the CMP process, a polishing residue (copper complex in the case where the copper film is polished) containing the remaining abrasive grains and the warp is generally present on the polishing surface of the semiconductor wafer. If these polishing residues are not removed, the polishing surface of the semiconductor wafer may be damaged or the chemical reaction of the polishing liquid may be inhibited in a subsequent polishing process, thereby making it easy to reduce the polishing rate. Therefore, it is desirable that there is no or little polishing residue on the polished surface of the semiconductor wafer. According to a normal CMP process, at the interval between polishing cycles, dressing of the polishing surface is performed by the dresser, and a spray mixed fluid consisting of a cleaning liquid and a gas is provided from the spray apparatus to the polishing surface to remove the polishing residue from the polishing surface. Done. This process is called "atomizing process".
도 7에 도시된 바와 같이, 분무장치(30)로부터 분사된 혼합 유체를 드레이닝 하기 위한 드레이닝기구(draining mechanism; 80)는 폴리싱테이블(22)이 회전하는 방향에 대해 상기 분무장치(30)의 하류에 배치되어 있다. 분무장치(30) 및 드레이닝기구(80)를 커버하는 커버(82)는 상기 분무장치(30)와 드레이닝기구(80) 상방에 배치되어 있다. 커버(82)는 플루오르화 수지 등과 같은 발수재(water repelling material)로 제조되는 것이 바람직하다. 상기 커버(82)는 폴리싱테이블(22)의 반경방향으로 개방될 수도 있다.As shown in FIG. 7, a
도 7에 도시된 드레이닝기구(80)는 폴리싱패드(52)와 접촉시키는 접촉부재(84) 및 상기 접촉부재(84)를 잡아주는 홀더(도시안됨)를 포함하여 이루어진다. 상기 접촉부재(84)는 마모를 더욱 줄이기 위해 마찰계수가 낮고, 액체 밀봉 능력이 매우 높은 재료로 만들어지는 것이 바람직하다. 상기 드레이닝기구(80)는 제어된 압력 하에 상기 접촉부재(84) 또는 홀더를 가압하기 위한 압력-조절 가압기구(도시안됨)를 포함할 수도 있고, 상기 접촉부재(84)는 가압기구로부터의 압력 하에 폴리싱패드(52)와 접촉하게 될 수도 있다. 상기 가압기구는 공압 또는 유압과 같은 유체 압력을 인가하기 위한 실린더기구 또는 볼스크루기구일 수도 있다.The
종래의 CMP 공정에 따르면, 분무화 공정을 수행하는 것, 즉 폴리싱 사이클 동안에 분무 유체를 폴리싱면에 제공하는 것이 통상적인 것은 아니었는데, 그 이유는 폴리싱면에 공급되는 세정액이 폴리싱액의 농도를 변화시켜, 폴리싱액의 폴리싱 능력을 바꾸기 때문이다. 본 실시예에 따르면, 드레이닝기구(80)가 분무장치(30)로부터의 세정액을 폴리싱테이블(22) 밖으로 즉시 배수시킬 수 있으므로, 상기 폴리싱패드(52)가 항상 깨끗하게 유지될 수 있게 되어, 폴리싱장치의 폴리싱 특성을 안 정화시키게 된다. 그러므로, 본 실시예에 따른 폴리싱장치는 분무장치(30)로 하여금 폴리싱 사이클 동안에 분무화 공정(인-사이트(In-site) 분무화 공정)을 수행하는 것을 가능하게 한다.According to the conventional CMP process, carrying out the atomization process, i.e. providing spraying fluid to the polishing surface during the polishing cycle, was not common, since the cleaning liquid supplied to the polishing surface changed the concentration of the polishing liquid. This is because the polishing ability of the polishing liquid is changed. According to this embodiment, since the
폴리싱 사이클에서 드레서(28)에 의해 수행되는 드레싱 공정(인-사이트 드레싱 공정) 및 폴리싱 사이클에서 분무장치(30)에 의해 수행되는 분무화 공정(인-사이트 분무화 공정)은 상기 폴리싱 사이클에서 폴리싱패드(52)를 컨디셔닝하기 위해 서로 조합될 수도 있다. 이에 따라, 폴리싱 사이클간의 간격이 감소될 수 있어, 폴리싱장치의 스루풋을 향상시킬 수 있게 된다.The dressing process (in-site dressing process) performed by the
도 7에 도시된 일 예시에 따르면, 상기 접촉부재(84)는 폴리싱테이블(22)의 반경 방향으로 연장되어 있다. 하지만, 상기 접촉부재(84)는 상기 폴리싱테이블(22)의 반경 방향으로부터 0°내지 90°의 범위에 있는 소정의 각도로 기울어질 수도 있다.According to the example shown in FIG. 7, the
상기 폴리싱유닛(20)은 접촉부재(84) 대신에 또는 그 이외에도, 가스를 폴리싱패드(52)에 분사하기 위하여 가스분사구를 구비한 가스분사기구를 구비할 수도 있다. 도 8은 이러한 가스분사기구(86)의 사시도를 보여준다. 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 가스분사기구(86)는 건식 공기 또는 건식 질소와 같은 가스를 폴리싱패드(52)에 분사하기 위한 복수의 가스분사구(88), 및 가스의 분사량, 가스가 분사되는 압력 및 가스가 분사되는 방향을 제어하기 위한 제어장치(도시안됨)를 구비한다. 분무장치(30)로부터의 세정액은 가스분사구(88)로부터 분사되는 가스에 의해 폴리싱테이블(22) 밖으로 배수된다. 상기 가스분사구(88)는 공기 커튼과 같이 부채 꼴 패턴으로 가스를 분사시키는 형상인 것이 바람직하다. 상기 가스분사구(88)는 가스가 분사되는 방향을 제어하기 위해 슬릿 형태로 되어 있을 수도 있다.The polishing
가스분사기구(86)와 조합되는 드레이닝기구(80) 또한 분무장치(30)로부터의 세정액을 폴리싱테이블(22) 밖으로 즉시 배수시킬 수 있다. 이에 따라, 상기 폴리싱패드(52)가 항상 깨끗하게 유지될 수 있어, 폴리싱장치의 폴리싱 특성을 안정화시킬 수 있게 된다.The
더욱 빠른 속도로 작동시키고, 더욱 고도로 집적화시키며, 전력 소비를 더욱 낮추도록 설계하기 위하여, 보다 미세한 인터커넥트를 이용하여, 보다 높은 성능의 LSI 회로를 만들기 위한 노력이 이루어지고 있다. 특히, 보다 미세한 인터커넥트에 대한 기술적 개발이 ITRS(International Technology Roadmap for Semiconductors)에 기초한 예상들에 따라 수행되어 왔다. 인터커넥트 재료를 저항이 보다 낮은 구리로 그리고 절연재를 유전 상수가 낮은 저-k 재료로 변환함으로써, 보다 미세한 인터커넥트를 개발하는 것이 병행되어 왔다. 구리 다마신(damascene) 평탄화 공정(구리 CMP 공정)에 대한 요구사항들이 높아질 것으로 예상된다.Efforts have been made to create higher performance LSI circuits using finer interconnects to design faster operation, higher integration, and lower power consumption. In particular, technical development of finer interconnects has been carried out in accordance with expectations based on the International Technology Roadmap for Semiconductors (ITRS). The development of finer interconnects has been paralleled by converting interconnect materials to copper with lower resistivity and insulating materials to low-k materials with lower dielectric constants. It is expected that the requirements for the copper damascene planarization process (copper CMP process) will increase.
구리 다마신 평탄화 공정에 있어서 저-k 재료 또는 다공질 저-k 재료와의 통합을 달성하기 위해서는, 보다 미세한 인터커넥트를 만들고, 상기 재료의 낮은 기계적 강도로 인해 폴리싱 시에 파손되는 재료에 대한 소정의 대책을 취하기 위한 노력들로 평탄화 특성을 향상시키는 것이 요구된다.In order to achieve integration with low-k materials or porous low-k materials in the copper damascene planarization process, some countermeasures are made for materials that make finer interconnects and are broken during polishing due to the low mechanical strength of the materials. It is required to improve the planarization properties in an effort to take.
상기 요건들을 만족시키기 위하여, 처리되고 있는 표면 상의 압력, 즉 폴리싱압을 낮추는 것이 제안될 수도 있다. 통상의 구리 CMP 공정에 따르면, 구리 착물 이 형성된 후, 상기 구리 착물은 기계적으로 제거되어, 구리막을 점차로 폴리싱하게 된다. 하지만, 통상적인 CMP 장치에 의해 사용되는 폴리싱액에 의하면, 형성된 구리 착물의 기계적 강도가 매우 높아, 폴리싱압을 감소시키는 것이 폴리싱 비율의 감소를 초래하기 쉽다.In order to satisfy the above requirements, it may be proposed to lower the pressure on the surface being treated, ie the polishing pressure. According to a conventional copper CMP process, after the copper complex is formed, the copper complex is mechanically removed, thereby gradually polishing the copper film. However, according to the polishing liquid used by the conventional CMP apparatus, the mechanical strength of the formed copper complex is very high, so that reducing the polishing pressure is likely to cause a decrease in the polishing rate.
최근에는, 구리 착물이 기계적으로 낮은 폴리싱압 하에 제거될 수 있는 이러한 기계적 강도가 낮은 구리 착물을 형성하기 위한 폴리싱액이 개방되어 왔다. 이러한 폴리싱액은 강한 화학 반응성을 가지므로, 반도체웨이퍼의 폴리싱되고 있는 표면에 매우 많이 공급되는 폴리싱액의 양과 분포가 폴리싱 비율 및 상기 폴리싱 비율의 평면내 균일성에 영향을 주게 된다.In recent years, polishing liquids have been opened to form such low mechanical strength copper complexes in which the copper complex can be removed mechanically under low polishing pressure. Since the polishing liquid has a strong chemical reactivity, the amount and distribution of the polishing liquid supplied very much to the polished surface of the semiconductor wafer affect the polishing rate and the in-plane uniformity of the polishing rate.
종래의 CMP 장치에 의하면, 폴리싱액이 고정된 단일 폴리싱액공급구로부터 공급됨에 따라, 그로부터 반도체웨이퍼의 폴리싱되고 있는 표면으로 공급되는 폴리싱액은 국부화된 분포를 가지기 쉬워, 폴리싱 비율의 평면내 균일성을 해치게 된다. 이러한 문제는 자체적으로 특히 폴리싱면과 반도체웨이퍼간의 상대 속도가 높을 때에 분명히 나타난다. 또한, 폴리싱액의 증가량이 낭비되면, 폴리싱 비용이 증가하게 된다. 이에 따라, 반도체웨이퍼의 폴리싱되고 있는 표면이 폴리싱액으로 균일하면서도 효율적으로 공급될 수 있다는 점이 중요하다.According to the conventional CMP apparatus, as the polishing liquid is supplied from a fixed single polishing liquid supply port, the polishing liquid supplied therefrom to the polished surface of the semiconductor wafer is likely to have a localized distribution, so that in-plane uniformity of the polishing rate is achieved. It hurts the castle. This problem manifests itself in particular when the relative speed between the polishing surface and the semiconductor wafer is high. In addition, if the increase amount of the polishing liquid is wasted, the polishing cost increases. Accordingly, it is important that the polished surface of the semiconductor wafer can be supplied uniformly and efficiently to the polishing liquid.
본 실시예에 따르면, 폴리싱액공급노즐(26)의 폴리싱액공급구(57)(도 2 참조)가 폴리싱 공정 시에 이동되어, 반도체웨이퍼의 폴리싱되고 있는 표면에 폴리싱액을 균일하면서도 효율적으로 공급하게 된다. 구체적으로는, 도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 폴리싱액공급노즐(26)이 샤프트(27)를 중심으로 피봇될 수 있 고, 폴리싱 공정 시에 피봇팅기구(이동기구)에 의해 상기 샤프트(27)를 중심으로 피봇된다.According to the present embodiment, the polishing liquid supply port 57 (see Fig. 2) of the polishing
폴리싱액공급노즐(26)로부터 폴리싱패드(52)로 폴리싱액이 공급된다. 톱링(24) 및 폴리싱테이블(22)이 서로 상대적으로 이동함에 따라, 폴리싱패드(52)로 공급되는 폴리싱액이 반도체웨이퍼의 폴리싱되고 있는 표면으로 공급된다. 폴리싱액공급노즐(26)이 샤프트(27)를 중심으로 피봇되어, 폴리싱 공정 시에 그 선단에 장착된 폴리싱액공급구(57)(도 2 참조)를 이동하게 되면, 상기 폴리싱패드(52)로 공급되는 폴리싱액은, 상기 톱링(24) 및 폴리싱테이블(22)이 서로 상대적으로 이동함에 따라 상기 반도체웨이퍼의 전체면에 균일하게 공급되도록 하기 위하여 상기 폴리싱패드(52)에 걸쳐 적절하게 분배된다.The polishing liquid is supplied from the polishing
상술된 바와 같이, 본 실시예에 따른 폴리싱액공급노즐(26)은 반도체웨이퍼의 폴리싱되고 있는 표면으로 공급되는 폴리싱액의 분배를 균일하게 할 수 있다. 결과적으로, 폴리싱 비율이 향상되고, 폴리싱의 평면내 균일성이 향상된다. 폴리싱액이 효율적으로 공급됨에 따라, 사용된 폴리싱액의 양이 감소되고, 상기 폴리싱액의 여하한의 낭비적인 소비량이 감소되어, 폴리싱 비용을 낮출 수 있게 된다.As described above, the polishing
본 실시예에 있어서, 폴리싱액공급노즐(26)은 아치 경로를 따라 피봇된다. 하지만, 상기 폴리싱액공급노즐(26)은 다른 패턴들에 따라 이동될 수도 있다. 예를 들어, 폴리싱액공급노즐(26)은 선형, 회전, 스윙 또는 왕복으로 이동될 수도 있다. 상기 폴리싱액공급노즐(26)은 일정한 속도(예컨대, 50 mm/s) 또는 변하는 속도로 이동될 수도 있다. 상기 폴리싱액공급노즐(26)은, 폴리싱액공급노즐(26)이 이동 중에 있는 동안 상기 폴리싱액공급구(57)로부터 공급되는 폴리싱액의 비율을 변경하기 위한 액체비율제어기구와 조합될 수도 있다. 폴리싱액공급구(57)에 의해 스캐닝되는 범위는 폴리싱테이블(22)의 반경 이내로 유지되고, 폴리싱되고 있는 반도체웨이퍼의 직경을 커버하는 것이 바람직하다.In this embodiment, the polishing
도 1에 도시된 상기 실시예에 있어서, 폴리싱액공급노즐(26)은 폴리싱테이블(22)의 반경 방향으로 연장된다. 하지만, 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 폴리싱액공급노즐(26)은 폴리싱테이블(22)의 반경 방향으로 0°내지 90°의 범위에 있는 소정의 각도로 기울어져 있을 수도 있다.In the embodiment shown in FIG. 1, the polishing
CMP 공정에 따르면, 반도체웨이퍼는 보통 폴리싱패드 상에 남아 있는 폴리싱액의 화학적 기계적 작용에 의해 폴리싱된다. 지금까지는, 폴리싱액을 보유하기 위한 폴리싱패드의 능력이 매우 낮아, 상기 폴리싱패드로 공급되는 대부분의 폴리싱액은 소비되지 않고 폴리싱패드로부터 배출되게 된다. 폴리싱액은 매우 비싸 폴리싱 비용에 큰 영향을 미치므로, 폴리싱 비용을 줄이기 위하여 폴리싱액의 작업 효율성을 향상시키는 것이 필요하다.According to the CMP process, the semiconductor wafer is usually polished by the chemical mechanical action of the polishing liquid remaining on the polishing pad. To date, the polishing pad's ability to hold the polishing liquid is so low that most of the polishing liquid supplied to the polishing pad is not consumed and is discharged from the polishing pad. Since the polishing liquid is very expensive and has a great influence on the polishing cost, it is necessary to improve the working efficiency of the polishing liquid in order to reduce the polishing cost.
폴리싱압이 낮고(6.89 kPa (1 psi) 이하), 반도체웨이퍼와 폴리싱면간의 상대 속도가 높은(2 m/s 이상) 폴리싱 공정에 있어서, 폴리싱면으로 공급되는 폴리싱액의 막의 두께가 증가하면, 하이드로플레이닝(hydroplaning)으로 인하여 반도체웨이퍼와 폴리싱면간에 미끄러짐이 발생한다. 이러한 현상은 그 자체로 특히 폴리싱면에 폴리싱액이 불규칙하게 공급되는 경우, 예컨대 폴리싱면이 그 내부에 형성된 단면이 작은 동심홈을 구비하거나 또는 폴리싱액이 폴리싱면으로 공급되고 폴리싱 테이블의 단일 지점으로부터 중심으로 공급될 때에 분명히 나타난다. 하이드로플레이닝 현상이 발생하면, 폴리싱압이 반도체웨이퍼와 폴리싱면 사이에 작용하지 않게 되어, 폴리싱 비율이 저하된다. 다른 한편으로, 폴리싱액이 폴리싱면으로부터 포지티브하게 배출된다면, 폴리싱면 상에 남게 되는 폴리싱액의 양이 감소되어, 폴리싱액의 작업 효율성 및 폴리싱 비율의 감소를 초래하게 된다. 그러므로, 폴리싱액의 균일한 막을 폴리싱면 상에 형성하기 위하여 적절한 양의 폴리싱액을 폴리싱면 상에 유지시키기 위한 요구사항이 있어 왔다.In a polishing process with a low polishing pressure (6.89 kPa (1 psi) or less) and a high relative speed between the semiconductor wafer and the polishing surface (2 m / s or more), when the thickness of the film of the polishing liquid supplied to the polishing surface is increased, Hydroplaning causes slippage between the semiconductor wafer and the polishing surface. This phenomenon per se, in particular when the polishing liquid is irregularly supplied to the polishing surface, for example, has a small concentric groove having a small cross section formed therein, or the polishing liquid is supplied to the polishing surface and from a single point of the polishing table. It is evident when fed to the center. When the hydroplaning phenomenon occurs, the polishing pressure does not act between the semiconductor wafer and the polishing surface, and the polishing rate is lowered. On the other hand, if the polishing liquid is positively discharged from the polishing surface, the amount of polishing liquid remaining on the polishing surface is reduced, resulting in a reduction in the working efficiency and polishing rate of the polishing liquid. Therefore, there has been a requirement for maintaining an appropriate amount of polishing liquid on the polishing surface in order to form a uniform film of polishing liquid on the polishing surface.
이러한 요구사항을 만족시키기 위하여, 본 실시예에 따르면, 폴리싱패드(52)가 그 표면에 형성된 홈을 구비하는데, 그 각각의 홈은 0.38 cm2 이상의 단면적을 가진다. 도 10은 폴리싱패드(57)의 사시도를 보여주고, 도 11은 폴리싱패드(57)의 확대수직단면도를 보여준다. 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 폴리싱패드(52)는 그 상부면에 형성되어, 예컨대 2 mm의 피치(P1)으로 이격된 복수의 동심홈(90)을 구비한다. 도 11에 도시된 예시에 따르면, 각각의 홈(90)은 0.5 mm의 폭(W1), 0.76 mm의 깊이(D1) 및 0.38 mm2 의 단면적을 가진다. 각각의 홈(90)의 깊이는 종래의 홈의 깊이보다 더 깊을 수 있는데, 예를 들면 1 mm 이상일 수도 있다.In order to satisfy this requirement, according to the present embodiment, the
도 12에 도시된 바와 같이, 상기 폴리싱패드(52)는 동심홈(90) 가운데 인접한 것들을 상호연결시키는 내부에 형성된 직선형 좁은 슬롯(92)을 더 구비할 수도 있다. 상기 좁은 슬롯(92)은 폴리싱액이 원심력에 저항하도록 만드는 데 효과적이 다. 상기 좁은 슬롯(92)은 폴리싱패드(52)의 원주방향에 대해 소정의 각도 α, 예컨대 30°로 기울어지는 것이 바람직하다. 상기 좁은 슬롯(92) 가운데 인접한 것들은 2 mm 의 피치(P2) 만큼 서로 이격되는 것이 바람직하다. 각각의 좁은 슬롯(92)은 상기 홈(90)의 폭의 30% 정도인 것이 바람직하다.As shown in FIG. 12, the
본 실시예에서는 폴리싱패드(52)가 동심홈(90)을 가지지만, 상기 폴리싱패드(52)는 다른 형상의 홈을 가질 수도 있다. 예컨대, 상기 폴리싱패드(52)는 그 상부면에 형성된 나선홈을 가질 수도 있으며, 그 각각은 동심홈(90)의 단면적과 동일한 단면적을 가진다. 상기 나선홈이 폴리싱패드(52)의 원주방향에 수직인 방향에 대해 소정의 각도, 예컨대 45°로 기울어져 있다면, 소정의 원심력 하에 폴리싱액이 상기 폴리싱패드(52)로부터 배출될 수 있다.In the present embodiment, the
상기 폴리싱패드(52)는 그 표면에 형성된 복수의 구멍을 가질 수도 있는데, 그 각각은 상술된 홈(90) 대신에 또는 그 이외에도 2.98 mm2 이상의 개방면적 및 1.95 mm 이상의 직경을 가진다. 폴리싱패드(52)의 표면에 형성된 개방면적이 큰 상기 구멍들은 폴리싱면에 의해 고여 있는 폴리싱액의 양을 증가시키고, 상기 폴리싱액의 작업 효율성을 높이는 데 효과적이다. 상기 각각의 구멍들의 개방면적은 3.14 mm2 이상, 보다 바람직하게는 19.63 mm2 이상(직경이 5 mm 이상)이 바람직하다. 상기 구멍들은 그 모양이 원형 또는 타원형일 수도 있으며, 동심 패턴, 스태거링(stagger) 패턴 또는 그리드 패턴으로 배치될 수도 있다.The
CMP 공정은 주로 (1) 슬러리를 폴리싱패드에 공급하면서, 반도체웨이퍼를 폴 리싱패드에 가압하여 상기 반도체웨이퍼를 폴리싱하기 위한 메인 폴리싱 공정, 및 (2) 반도체웨이퍼가 슬러리에 의해 폴리싱된 후 반도체웨이퍼를 물로 폴리싱(세정)하기 위한 워터 폴리싱 공정을 포함하여 이루어진다. 메인 폴리싱 공정 (1)에 있어서는, 반도체웨이퍼의 표면 상의 과잉 막 재료가 폴리싱된다. 워터 폴리싱 공정 (2)에서는, 상기 메인 폴리싱 공정에서 생성되는 슬러리 퇴적물 및 데브리가 반도체웨이퍼의 표면에서 세척된다.The CMP process mainly includes (1) a main polishing process for polishing the semiconductor wafer by pressing the semiconductor wafer to the polishing pad while supplying the slurry to the polishing pad, and (2) the semiconductor wafer after the semiconductor wafer is polished by the slurry. It comprises a water polishing process for polishing (washing) with water. In the main polishing step (1), excess film material on the surface of the semiconductor wafer is polished. In the water polishing process (2), the slurry deposits and debris produced in the main polishing process are washed on the surface of the semiconductor wafer.
상술된 바와 같이, 반도체웨이퍼 상에 형성된 인터커넥트들이 더욱 미세해짐에 따라, 절연 능력이 더욱 높은 절연막이 요구된다. 이러한 절연 능력이 더욱 높은 절연막의 재료로는 다공질 저-k 재료가 알려져 있다. 하지만, 다공질 저-k 재료는 매우 작은 기계적 강도를 가진다. 이러한 관점에서, 종래의 CMP 장치에 가해지는 폴리싱압은 13.79 내지 344.47 kPa(2 내지 5 psi)의 범위에 있었다. 차후, 폴리싱압은 13.79 kPa(2 psi) 이하 또는 6.89 kPa(1 psi) 이하가 요구될 것이다.As described above, as interconnects formed on semiconductor wafers become finer, an insulating film having a higher insulating capability is required. Porous low-k materials are known as materials for insulating films having higher insulating ability. However, porous low-k materials have very little mechanical strength. In this regard, the polishing pressure applied to the conventional CMP apparatus was in the range of 13.79 to 344.47 kPa (2 to 5 psi). Subsequently, the polishing pressure will require less than 13.79 kPa (2 psi) or less than 6.89 kPa (1 psi).
저-k 재료를 구비한 반도체웨이퍼는 예컨대 3.45 kPa(0.5 psi)의 낮은 폴리싱압 하에 폴리싱되어야 한다. 메인 폴리싱 공정 및 워터 폴리싱 공정 양자 모두는 낮은 폴리싱압 하에 수행되어야 한다. 하지만, 워터 폴리싱 공정이 낮은 폴리싱압 하에 수행된다면, 슬러리와 같은 퇴적물이 반도체웨이퍼로부터 완전히 제거될 수 없고, 상기 반도체웨이퍼 상에 제거되지 않은 채 남아 있을 가능성이 있다.Semiconductor wafers with low-k materials must be polished, for example, under a low polishing pressure of 3.45 kPa (0.5 psi). Both the main polishing process and the water polishing process must be performed under low polishing pressure. However, if the water polishing process is performed under low polishing pressure, deposits such as slurries cannot be completely removed from the semiconductor wafer, and there is a possibility that they remain unremoved on the semiconductor wafer.
본 실시예에 따르면, 워터 폴리싱 공정은 다음과 같이 수행된다: 메인 폴리싱 공정이 낮은 폴리싱압 하에 반도체웨이퍼 상에서 수행된 후, 상기 반도체웨이퍼는 상기 메인 폴리싱 공정에서 가해지는 폴리싱압 이하의 압력 하에 상기 폴리싱패 드(52)에 대해 가압되고, 상기 폴리싱테이블(22)은 1.5 m/s 이상, 바람직하게는 2 m/s 이상, 보다 바람직하게는 3 m/s 이상의 선속도로 회전된다. 순수(DIW)는 1 l/min 의 유량으로 폴리싱패드(52)에 공급되어, 반도체웨이퍼를 물로 폴리싱하게 된다. 이러한 방식으로, 낮은 폴리싱압 하에 폴리싱된 반도체웨이퍼의 표면이 적절하게 세정될 수 있다. 대안적으로는, 반도체웨이퍼가 순수(DIW)보다는 오히려, 슬러리 퇴적물 및 데브리를 반도체웨이퍼로부터 제거하는 것을 가속화시킬 수 있는 시트르산 용액과 같은 화학 용액으로 세정될 수도 있다. 화학 용액으로는 여타의 유기산, 유기알칼리 또는 계면활성제가 사용될 수도 있다. 보통의 세정 공정의 시간 주기가 10초에서 20초로 연장되어, 반도체웨이퍼로부터 슬러리 퇴적물과 데브리를 제거하게 될 수도 있다. 하지만, 이러한 연장된 세정 공정은 스루풋을 저하시키므로, 고속 회전 시에 반도체웨이퍼 상에서 수행되는 상술된 워터 폴리싱 공정 또는 화학 용액 세정 공정이 보다 바람직하다.According to this embodiment, the water polishing process is performed as follows: after the main polishing process is performed on the semiconductor wafer under a low polishing pressure, the semiconductor wafer is subjected to the polishing under a pressure below the polishing pressure applied in the main polishing process. Pressed against
상술된 실시예에 있어서는, 폴리싱액이 폴리싱액공급노즐(26)의 원단부에서 폴리싱액공급구(57)로부터 공급된다. 다르게 설계된 폴리싱액공급노즐이 이용될 수도 있다. 예를 들어, 도 13에 도시된 바와 같이, 폴리싱액공급노즐(26a)은 폴리싱액공급구(57)를 구비한 디스크(100) 및 상기 디스크(100)가 탑재된 아암(102)을 포함하여 이루어질 수도 있다. 상기 아암(102)은 피봇되지 않을 수도 있고, 단지 디스크(100)만이 폴리싱액을 폴리싱액공급구(57)로부터 공급하면서 회전될 수도 있으며, 또는 상기 아암(102)이 피봇될 수도 있고, 폴리싱액을 폴리싱액공급구(57)로부터 공급하면서 디스크(100)가 회전될 수도 있다. 대안적으로는, 상기 아암(102)이 선형으로 이동될 수도 있다. 상기 폴리싱액공급구(57)의 이동 속도, 즉 아암(102)의 이동 속도 및/또는 디스크(100)의 회전 속도는, 폴리싱액공급노즐(26a)이 작동되면서 변할 수도 있다. 상기 폴리싱액공급노즐(26a)은, 폴리싱액공급노즐(26a)이 움직이고 있는 동안 상기 폴리싱액공급구(57)로부터 공급되는 폴리싱액의 비율을 변경하기 위한 액체비율제어기구와 조합될 수도 있다.In the embodiment described above, the polishing liquid is supplied from the polishing
도 14에서, 폴리싱액공급노즐(26b)은 복수의 폴리싱액공급구(57)를 구비할 수도 있다. 상기 폴리싱액공급노즐(26b)은 피봇, 직선운동, 회전, 스윙 또는 왕복운동할 수도 있다. 폴리싱액공급노즐(26b)의 이동 속도는 상기 폴리싱액공급노즐(26b)이 작동 중에 변경될 수도 있다. 상기 폴리싱액공급노즐(26b)은, 폴리싱액공급노즐(26b)이 움직이는 동안 각각의 폴리싱액공급구(57)로부터 공급되는 폴리싱액의 비율을 개별적으로 제어하기 위한 액체비율제어기구와 조합될 수도 있다. 상기 폴리싱액공급구(57)는 상이한 직경을 가질 수도 있다. 예를 들어, 상기 폴리싱액공급구(57)는 폴리싱테이블(22)의 방사상 안쪽 방향으로 차츰 줄어드는 직경을 가질 수도 있다. 도 14에서, 상기 폴리싱액공급노즐(26b)은 폴리싱테이블(22)의 반경 방향으로 연장되어 있다. 하지만, 도 15에 도시된 바와 같이, 상기 폴리싱액공급노즐(26b)은 폴리싱테이블(22)의 반경 방향에 대해 0°에서 45°의 범위에 있는 소정의 각도로 기울어져 있을 수도 있다.In Fig. 14, the polishing
폴리싱액공급노즐을 이동시키기 보다는, 폴리싱액공급구가 상기 폴리싱액공급노즐에서 이동될 수도 있다. 예를 들어, 도 16에 도시된 바와 같이, 폴리싱액공급노즐(26c)은 내부에서 선형으로 이동가능한 폴리싱액공급노즐(57a)을 구비한다. 대안적으로, 상기 폴리싱액공급노즐(57a)은 피봇, 회전, 스윙 또는 왕복할 수도 있다. 상기 폴리싱액공급노즐(26c)은 피봇되지 않을 수도 있고, 단지 폴리싱액공급노즐(57a)만이 폴리싱액을 공급하면서 이동될 수도 있다. 대안적으로, 상기 폴리싱액공급노즐(26c)이 피봇될 수도 있고, 폴리싱액공급노즐(57a)은 폴리싱액을 공급하면서 이동될 수도 있다. 상기 폴리싱액공급노즐(57a)의 이동 속도는 폴리싱액공급노즐(57a)이 움직이는 동안 변경될 수도 있다. 상기 폴리싱액공급노즐(26c)은, 폴리싱액공급노즐(26c)이 움직이는 동안 폴리싱액공급구(57a)로부터 공급되는 폴리싱액의 비율을 변경하기 위한 액체비율제어기구와 조합될 수도 있다. 도 17에 도시된 바와 같이, 도 16에 각각 도시된 복수의 폴리싱액공급노즐(26c)이 서로 조합될 수도 있다.Rather than moving the polishing liquid supply nozzle, the polishing liquid supply port may be moved in the polishing liquid supply nozzle. For example, as shown in FIG. 16, the polishing
도 18에서, 폴리싱액공급노즐(26d)은 복수의 폴리싱액공급구(57)를 구비한 디스크(100) 및 상기 디스크(100)가 탑재된 아암(102)을 포함하여 이루어진다. 상기 아암(102)은 피봇되지 않을 수도 있고, 단지 디스크(100)만이 폴리싱액을 폴리싱액공급구(57)로부터 공급하면서 회전될 수도 있으며, 또는 상기 아암(102)이 피봇될 수도 있고, 폴리싱액을 폴리싱액공급구(57)로부터 공급하면서 디스크(100)가 회전될 수도 있다. 대안적으로는, 상기 아암(102)이 선형으로 이동될 수도 있다. 상기 폴리싱액공급구(57)의 이동 속도, 즉 아암(102)의 이동 속도 및/또는 디스크(100)의 회전 속도는, 폴리싱액공급노즐(26d)이 작동되면서 변할 수도 있다. 상기 폴리싱액공급노즐(26d)은, 폴리싱액공급노즐(26d)이 움직이고 있는 동안 상기 폴리싱액공급구(57)로부터 공급되는 폴리싱액의 비율을 개별적으로 제어하기 위한 액체비율제어기구와 조합될 수도 있다. 상기 폴리싱액공급구(57)는 상이한 직경을 가질 수도 있다. 예를 들어, 폴리싱액공급구(57)는 폴리싱테이블(22)의 방사상 안쪽 방향으로 점차 줄어드는 직경을 가질 수도 있다. 도 18에 도시된 일 예시에 따르면, 상기 폴리싱액공급구(57)는 한 원에 위치한다. 하지만, 상기 폴리싱액공급구(57)는 복수의 동심원 상에 위치하거나, 단일 직선 또는 복수의 직선 상에 위치할 수도 있다.In Fig. 18, the polishing
도 19에서, 폴리싱액공급노즐(26e)은 그 벽에 형성된 복수의 폴리싱액공급구(57)를 구비한 중공롤(hollow roll; 104)을 포함하여 이루어진다. 상기 롤(104)은 폴리싱테이블(22)의 표면에 평행한 축선을 중심으로 회전가능하다. 상기 폴리싱액공급구(57)는 선형 패턴, 나선 패턴 또는 랜덤 패턴으로 배치될 수도 있다. 폴리싱액은 상기 롤(104)이 회전되면서 또는 상기 롤(104)이 피봇 및 회전되면서, 상기 폴리싱액공급구(57)로부터 공급될 수도 있다. 상기 폴리싱액공급구(57)의 이동 속도, 즉 상기 롤(104)의 회전 속도 및/또는 상기 롤(104)의 피봇 속도는, 상기 폴리싱액공급노즐(26e)이 작동 중에 변경될 수도 있다. 상기 폴리싱액공급노즐(26e)은 폴리싱액공급노즐(26e)이 움직이면서 상기 폴리싱액공급구(57) 각각으로부터 공급되는 폴리싱액의 비율을 개별적으로 제어하기 위한 액체비율제어기구와 조합될 수도 있다. 상기 폴리싱액공급구(57)는 상이한 직경을 가질 수도 있다. 예를 들어, 상기 폴리싱액공급구(57)는 폴리싱테이블(22)의 방사상 안쪽 방향으로 차츰 줄어드는 직경을 가질 수도 있다. 상기 롤(104)은 상이한 폴리싱액들이 롤(104)의 종방향에 따라 공급되도록 복수의 구역으로 분할될 수도 있다. 도 19에 도시된 일 예시에 따르면, 상기 폴리싱액공급노즐(26b)의 롤(104)은 폴리싱테이블(22)의 반경 방향으로 연장되어 있다. 하지만, 상기 롤(104)은 폴리싱테이블(22)의 반경 방향에 대해 0°에서 45°의 범위에 있는 소정의 각도로 기울어져 있을 수도 있다.In Fig. 19, the polishing
도 20에서, 폴리싱액공급노즐(26f)은 그 벽에 형성된 나선 슬릿(106)을 구비한 중공롤(104)을 포함하여 이루어진다. 폴리싱액은 상기 롤(104)이 회전되면서 또는 상기 롤(104)이 피봇 및 회전되면서, 상기 폴리싱액공급구(57)로부터 공급될 수도 있다. 상기 롤(104)의 회전 속도 및/또는 상기 롤(104)의 피봇 속도는, 상기 폴리싱액공급노즐(26f)이 작동 중에 변경될 수도 있다. 상기 폴리싱액공급노즐(26f)은 상기 슬릿(106)으로부터 공급되는 폴리싱액의 속도를 제어하기 위한 액체속도제어기구와 조합될 수도 있다. 상기 슬릿(106)의 개구폭은 위치에 따라 변경될 수도 있다. 예를 들어, 상기 슬릿(106)의 개구폭은 폴리싱테이블(22)의 방사상 안쪽 방향으로 차츰 줄어들 수도 있다. 상기 롤(104)은 상이한 폴리싱액들이 롤(104)의 종방향에 따라 공급되도록 복수의 구역으로 분할될 수도 있다. 도 20에 도시된 일 예시에 따르면, 상기 폴리싱액공급노즐(26f)의 롤(104)은 폴리싱테이블(22)의 반경 방향으로 연장되어 있다. 하지만, 상기 롤(104)은 폴리싱테이블(22)의 반경 방향에 대해 0°에서 45°의 범위에 있는 소정의 각도로 기울어져 있을 수도 있다.In Fig. 20, the polishing liquid supply nozzle 26f comprises a
도 20에 도시된 예시에 따르면, 상기 롤(104)은 나선 슬릿(106)을 가진다. 하지만, 상기 롤(104)은 직선 슬릿을 가질 수도 있다. 도 21은 내부에 형성된 직선 슬릿을 구비한 폴리싱액공급노즐(26g)의 사시도를 보여주고, 도 22는 폴리싱액공급노즐(26g)의 수직단면도를 보여준다. 도 22에 도시된 바와 같이, 상기 폴리싱액공 급노즐(26g)은 내부에 형성된 압력챔버(208)를 구비한 압력홀더(110), 및 상기 압력홀더(110)에 탑재되어, 상기 압력홀더(110)로부터 하향으로 연장되어 있는 내부에 형성된 직선 슬릿(112)을 구비한 슬릿 바디(114)를 포함하여 이루어진다. 상기 압력홀더(110)는 압력챔버(108)로 공급되는 폴리싱액(Q)의 압력을 제어하여, 상기 슬릿(112)으로부터 배출되는 폴리싱액(Q)의 유량을 조절하게 된다. 상기 슬릿(112)은 압력홀더(110)를 따라 직선형이므로, 폴리싱액(Q)이 슬릿(112)으로부터 그를 따라 균일하게 배출되도록 한다. 도 23에 도시된 바와 같이, 상기 압력챔버(108)는 복수의 격실로 분할될 수도 있고, 상기 격실에는 유량이 상이한 폴리싱액(Q)이 공급될 수도 있어, 상기 폴리싱액(Q)이 슬릿(112)으로부터 상이한 유량으로 그를 따라 배출될 수 있게 된다. 도 21 및 도 22에 도시된 폴리싱액공급노즐(26g)은 폴리싱테이블(22)의 반경 방향을 따라 배치될 수도 있고, 또는 폴리싱테이블(22)의 반경 방향에 대해 0°내지 45°의 범위에 있는 소정의 각도로 기울어져 있을 수도 있다.According to the example shown in FIG. 20, the
도 24에 도시된 폴리싱액공급노즐(26h)은 폴리싱패드(52)로 공급되는 폴리싱액을 분배하도록 이용될 수도 있다. 상기 폴리싱액공급노즐(26h)은 상기 폴리싱액공급구(57)로부터 분사되는 폴리싱액(Q)을 분배하기 위한 팬형 분배판(분배 스커트(distribution skirt))(116)을 구비한다. 이러한 폴리싱액공급노즐(26h)에 따르면, 폴리싱액공급구(57)로부터 분사되는 폴리싱액(Q)이 분배 스커트(116) 상에서 유동하는 동안, 폴리싱액(Q)은 상이한 방향으로 분배되어 폴리싱패드(52)로 공급된다. 상기 분배 스커트(116)는 폴리싱액(Q)의 유동을 제한하기 위한 홈 또는 저항부재를 구비할 수도 있다. 상기 분배 스커트(116)는 그 위에 흐르는 폴리싱액(Q)의 유동에 대한 저항력을 제공하도록 거친면을 구비할 수도 있다. 상기 분배 스커트(116)는 플루오르화수지 등과 같은 내화학재(chemical-resistant material)로 제조되는 것이 바람직하다. 도 25에 도시된 바와 같이, 도 21에 도시된 폴리싱액공급노즐(26g)은 분배 스커트(116)와 조합될 수도 있다.The polishing
도 26에 도시된 폴리싱액공급노즐(26i)은 폴리싱패드(52)로 공급되는 폴리싱액을 분배하도록 이용될 수도 있다. 상기 폴리싱액공급노즐(26i)은 디스크형 노즐 바디(118) 및 상기 노즐 바디(118)의 하부면 상에 탑재된 분배판(120)을 포함하여 이루어진다. 폴리싱액은 상기 분배판(120) 및 노즐 바디(118)에 형성된 구멍(도시안됨)을 통해 중앙을 거쳐 폴리싱패드(52)로 공급된다. 상기 분배판(120)은 저항성 재료로 제조된 하부면을 가진다. 이러한 폴리싱액공급노즐(26i)에 따르면, 폴리싱액공급구(57)로부터 공급되는 폴리싱액은 상기 분배판(120)의 하부면에 의해 여러 방향으로 분배되어, 폴리싱패드(52)로 제공된다. 상기 분배판(120)은 플루오르화수지 등과 같은 내화학재로 제조되는 것이 바람직하다.The polishing liquid supply nozzle 26i shown in FIG. 26 may be used to dispense the polishing liquid supplied to the
도 27은 폴리싱테이블(22)이 회전하는 방향에 대해 폴리싱액공급노즐(26)의 하류에 배치되어, 폴리싱패드(52)로 공급되는 폴리싱액(Q)을 분배하기 위해 상기 폴리싱패드(52)와 접촉하게 되는 분배판(접촉부재)(122)을 보여준다. 상기 분배판(122)은 폴리싱테이블(22)의 반경 방향으로 폴리싱액공급노즐(26)로부터 공급되는 폴리싱액(Q)을 분배시켜, 상기 폴리싱패드(52) 상에서의 폴리싱액(Q)의 분배를 균일화시키게 된다. 상기 분배판(122)은 플루오르화수지 등과 같은 내마모성 탄성재 로 제조되는 것이 바람직하다. 상기 분배판(122)은 폴리싱테이블(22)의 반경 방향으로 연장될 수도 있고, 또는 상기 폴리싱테이블(22)의 반경 방향에 대해 0°에서 45°의 범위에 있는 소정의 각도로 기울어져 있을 수도 있다. 상기 분배판(122)은 정지하여 유지될 수도 있고, 또는 피봇, 선형운동, 회전, 스윙 또는 왕복운동될 수도 있다. 상기 분배판(122)의 이동 속도는 그것이 움직이면서 변경될 수도 있다. 도 28에 도시된 바와 같이, 상기 분배판(122)은 폴리싱액공급노즐(26)로부터 공급되는 폴리싱액(Q)을 분배시키기 위해 복수의 슬릿(124)을 구비할 수도 있다. 상기 슬릿(124)의 치수, 예컨대 폭, 높이 및 피치는 셔터 등에 의해 조절가능한 것이 바람직하다.FIG. 27 shows the
도 9 및 도 13 내지 도 28에 도시된 폴리싱액공급수단이 이용된다면, 상기 폴리싱패드(52)는, 도 10에 도시된 바와 같이, 동심원을 갖는 폴리싱패드와 같은 반경방향으로 분할된 복수의 영역을 가지는 것이 바람직하다. 반경방향으로 분할된 영역을 구비한 폴리싱패드(52)는, 폴리싱액을 폴리싱패드(52) 상에서 혼합하기보다는, 반경방향으로 분할된 영역에 폴리싱액을 유지시키면서, 상기 폴리싱액이 반도체웨이퍼의 폴리싱되고 있는 표면에 효율적으로 공급되도록 한다.If the polishing liquid supplying means shown in Figs. 9 and 13 to 28 are used, the
도 29에 도시된 바와 같이, 복수의 폴리싱액공급구를 구비한 종래의 CMP 장치(500)는 폴리싱액을 고속으로 순환시키기 위하여 CMP 장치(500)의 외부에 배치된 고속폴리싱액순환시스템(502)과 조합된다. 단일 폴리싱액공급라인(504)은 CMP 장치(500)로부터 폴리싱액순환시스템(502)에 연결되어 있다. CMP 장치(500)에 있어서, 상기 폴리싱액공급라인(504)은 각각의 폴리싱액공급구에 연결된 복수의 라인(506) 으로 분기된다. 폴리싱액공급노즐의 형상에 따라, 폴리싱액은 상기 폴리싱액공급구로부터 상이한 비율로 공급되기 쉽고, 상기 폴리싱액공급노즐은 상기 폴리싱액을 폴리싱패드에 균일하게 공급하기 위한 밸브에 의해 조절되거나 조합되어야만 한다.As shown in FIG. 29, the
본 실시예에 따르면, 도 30에 도시된 바와 같이, 폴리싱액탱크(202), 압력펌프(204), 백압밸브(back-pressure valve; 206), 및 파이프(208)를 포함하여 이루어지는 고속폴리싱액순환시스템(210)과 폴리싱장치(200)가 조합된다. 복수의 폴리싱액공급라인(212)은 각각의 폴리싱액공급구(57)로부터 연장되어 있고, 고속폴리싱액순환시스템(210)의 파이프(208)에 직접 연결되어 있다. 도 30에 도시된 형태는 폴리싱액을 폴리싱될 반도체웨이퍼에 균일하게 공급시킬 수 있게 만들어, 폴리싱비율을 개선하고, 상기 폴리싱비율의 평면내 균일성을 크게 향상시키게 된다.According to the present embodiment, as illustrated in FIG. 30, a high-speed polishing liquid including a polishing
도 30에 도시된 바와 같이, 폴리싱액공급라인(212)은 폴리싱액공급구(57)로부터 공급되는 폴리싱액의 유량을 조정하기 위한 유동조정밸브로서 각각의 유체압력밸브(214)를 구비한다. 도 31a 및 도 31b에 도시된 바와 같이, 각각의 유체압력밸브(214)는 유체 압력 하에 폴리싱액공급라인(212) 가운데 하나의 플렉시블 파이프(212a)의 직경을 줄이기 위한 배관압축부(pipe compression section; 216)를 구비한다. 상기 배관압축부(216)는 상기 파이프(212a) 주위에 배치되어 있다. 도 31b에 도시된 바와 같이, 파이프(212a)가 유체 압력 하에 배관압축부(216)에 의해 압축되면, 상기 파이프(212a)를 통과하는 폴리싱액(Q)의 유량이 줄어든다. 상기 파이프(212a)는 유체 압력 하에 배관압축부(216)에 의해 압축되므로, 파이프(212a)가 과도하게 마모되는 것을 막게 된다.As shown in FIG. 30, the polishing
상기 톱링의 리테이너링은, (1) 가공물의 외주에지를 잡아주고, (2) 그 자체를 폴리싱면(폴리싱패드)에 대해 가압함으로써, 폴리싱될 가공물(반도체웨이퍼)의 폴리싱 프로파일을 제어한다. 상술된 바와 같이, 기계적 강도가 낮은 구리 착물을 형성하기 위한 폴리싱액이 낮은 폴리싱면 압력 하에 사용된다면, 폴리싱면에 대해 리테이너링을 과도하게 가압하는 것은 폴리싱될 가공물의 표면에 폴리싱액을 공급하는 것을 제한하기 쉽다. 그러므로, 폴리싱면에 대해 리테이너링을 가압하도록 인가되는 부하는 가능한 한 적어야 한다. 하지만, 폴리싱면에 대해 리테이너링을 가압하도록 인가되는 부하가 너무 적다면, 상기 리테이너링에 의해 유지되는 가공물이 리테이너링으로부터 변위되기 쉽다. 그러므로, 폴리싱면에 대해 리테이너링을 가압하도록 인가되는 부하가 적더라도, 가공물이 상기 리테이너링으로부터 변위되는 것을 막기 위한 조치가 필요하게 된다.The retaining ring of the top ring controls the polishing profile of the workpiece (semiconductor wafer) to be polished by (1) holding the outer edge of the workpiece and (2) pressing itself against the polishing surface (polishing pad). As described above, if a polishing liquid for forming a copper complex having a low mechanical strength is used under a low polishing surface pressure, excessively pressing the retaining ring against the polishing surface may not be sufficient to supply the polishing liquid to the surface of the workpiece to be polished. Easy to restrict Therefore, the load applied to press the retaining ring against the polishing surface should be as small as possible. However, if the load applied to press the retaining ring against the polishing surface is too small, the workpiece held by the retaining ring is likely to be displaced from the retaining ring. Therefore, even if the load applied to press the retaining ring against the polishing surface is small, measures to prevent the workpiece from being displaced from the retaining ring are required.
이러한 요구사항을 만족시키기 위하여, 도 32에 도시된 바와 같이, 반도체웨이퍼(W)와 폴리싱패드(52)간의 접촉 상태를 조절하도록 폴리싱패드(52)를 가압하기 위한 프레서(300) 및 상기 반도체웨이퍼(W)가 톱링(24)으로부터 변위되는 것을 막기 위한 링형 가이드(302)를 포함하여 이루어지는 리테이너링(356)이 이용될 수도 있다. 상기 가이드(302)는 반도체웨이퍼(W)에 근접하여 상기 프레서(300)의 방사상 안쪽으로 위치되어 있다. 이러한 리테이너링(356)에 따르면, 폴리싱압이 낮더라도, 상기 리테이너링(356)은 반도체웨이퍼(W)가 톱링(24)으로부터 변위되는 것을 방지하면서, 상기 반도체웨이퍼(W)의 폴리싱 프로파일을 제어할 수 있다.To satisfy this requirement, as shown in FIG. 32, the
상기 가이드(302)는 폴리싱패드(52)의 표면과 가이드(302) 사이의 높이를 조 절하기 위해 스크루 또는 에어실린더로 수직방향으로 적당한 위치에서 조절가능하다. 상기 가이드(302)는 6 mm 이하의 반경폭을 가지는 것이 바람직하고, 낮은 레벨의 경성을 갖는 재료로 제조되는 것이 바람직하다.The
반도체디바이스 제조용 구리 다마신 인터커넥트를 평탄화하기 위한 CMP 공정에서는, 구리 인터커넥트를 남기면서, 구리막을 배리어 금속까지 완전히 제거하게 된다. 도 33a 내지 도 33c에 도시된 바와 같이, 배리어 금속까지 구리막을 제거하는 공정은 초기 구리막(400)의 대부분을 신속하게 제거하고 초기 단계들을 줄여 약간의 구리막(400a)을 남기게 되는 제1단계(벌크 구리 폴리싱 공정, 도 33a 및 도 33b 참조), 및 인터커넥트(400b)를 남기면서, 남아 있는 구리막(400a)을 배리어 금속(402)까지 완전히 제거하는 제2단계(구리 클리어링 공정, 도 33b 및 도 33c 참조)를 포함하여 이루어진다.In the CMP process for planarizing the copper damascene interconnect for semiconductor device manufacturing, the copper film is completely removed to the barrier metal while leaving the copper interconnect. As shown in FIGS. 33A-33C, the process of removing the copper film to the barrier metal is a first step in which most of the
상기 벌크 구리 폴리싱 공정에서는, 초기 단계가 가능한 한 많이 감소(평탄화)되고, 구리막(400a)이 가능한 한 얇은 막으로 균일하게 남게 되어, 구리 클리어링 공정에서의 부담이 줄어들게 된다. 예를 들어, 벌크 구리 폴리싱 공정 이후에 남아 있는 구리막(400a)의 두께는 100 내지 150 nm, 바람직하게는 100 nm 이하, 또는 보다 바람직하게는 50 nm 이하의 범위에 있어야 한다. 일반적으로, 도 34a에 도시된 바와 같이, 상기 구리 클리어링 공정은, 구리막의 제거 이후에 디싱(410) 및 부식(412)을 줄이기 위하여 감소된 폴리싱압 하에 수행된다.In the bulk copper polishing process, the initial step is reduced (flattened) as much as possible, and the
종래의 CMP 장치는 웨이퍼 평면 내의 소정의 위치에서의 막두께에 관한 정보를 토대로 공정 전환을 위한 타이밍을 결정하였다. 이러한 방법에 따르면, 공정 전 환을 위한 타이밍이 폴리싱 공정 시의 막두께의 분포에 관계없이 결정되므로, 폴리싱 프로파일이 변경되더라도, 웨이퍼 상에서 측정되고 있는 위치에서의 막두께가 소정값에 도달하는 경우에 공정 전환이 실시되게 된다.The conventional CMP apparatus has determined the timing for the process switching based on the information about the film thickness at a predetermined position in the wafer plane. According to this method, since the timing for the process switching is determined irrespective of the distribution of the film thickness during the polishing process, even when the polishing profile is changed, when the film thickness at the position being measured on the wafer reaches a predetermined value. Process conversion will be carried out.
만일 남아 있는 구리막의 두께가 측정되고 있는 위치에서보다 훨씬 더 두꺼운 구리막이 웨이퍼 상의 또다른 위치에 존재한다면, 도 34b에 도시된 바와 같이, 남아 있는 도전막(414)은 다음의 구리 클리어링 공정이 종료된 후에 발생할 가능성이 있게 된다. 그와는 반대로, 만일 남아 있는 구리막의 두께가 측정되고 있는 위치에서보다 훨씬 덜 두꺼운 구리막이 웨이퍼 상의 또다른 위치에 존재한다면, 도 34a에 도시된 바와 같이, 상기 또다른 위치에서는 디싱(410) 및 부식(412)이 발생할 가능성도 있다.If a much thicker copper film is present at another location on the wafer than at the location where the thickness of the remaining copper film is being measured, as shown in FIG. 34B, the remaining
상기 문제는 다음과 같은 공정에 의해 회피할 수 있다: 벌크 구리 폴리싱 공정으로부터 구리 클리어링 공정으로 전이 시, 구리막의 막두께 분포가 미리 설정되어 메모리에 저장된다. 반도체웨이퍼 상에서 수행되는 벌크 구리 폴리싱 공정 시, 반도체웨이퍼 상의 구리막의 막두께 분포는 와류센서(58)로부터 얻어진다(도 2 참조). 시뮬레이션 소프트웨어 프로그램에 따라, 미리 설정된 막두께 분포 및 획득한 막두께 분포는 서로 순간적으로 비교되고, 미리 설정된 막두께 분포를 얻는데 필요한 폴리싱 조건들이 시뮬레이션된다. 시뮬레이션된 폴리싱 조건들을 토대로, 상기 톱링(24)은 폴리싱 프로파일을 제어하여 미리 설정된 막두께 분포를 얻게 된다. 예를 들어, 상기 톱링(24)은 폴리싱 정도가 현재 막두께 분포에서 불충분한 영역에 대한 폴리싱 속도를 증가시킨다. 이렇게 수행되는 폴리싱 프로파일 제어는, 남아 있는 구리막이 균일한 두께를 가지도록 하거나 또는 구리 클리어링 공정 바로 직전의 미리 설정된 막두께 분포를 가지도록 한다. 실제 막두께 분포가 미리 설정된 막두께 분포와 일치하는 경우, 벌크 구리 폴리싱 공정이 구리 클리어링 공정으로 전환된다.This problem can be avoided by the following process: Upon transition from the bulk copper polishing process to the copper clearing process, the film thickness distribution of the copper film is preset and stored in the memory. In the bulk copper polishing process performed on the semiconductor wafer, the film thickness distribution of the copper film on the semiconductor wafer is obtained from the eddy current sensor 58 (see Fig. 2). According to the simulation software program, the preset film thickness distribution and the obtained film thickness distribution are instantaneously compared with each other, and the polishing conditions necessary for obtaining the preset film thickness distribution are simulated. Based on the simulated polishing conditions, the
상기 공정은 실제 폴리싱 구성(막두께 분포)을 모니터링하면서 최종적으로 원하는 막두께 분포를 확실하게 얻는 것을 가능하게 한다. 벌크 구리 폴리싱 공정은 항상 원하는 막두께 분포에서 구리 클리어링 공정으로 전환될 수 있기 때문에, 상기 구리 클리어링 공정은, 벌크 구리 폴리싱 공정의 변동, 즉 폴리싱 비율 및 폴리싱 프로파일의 변동을 처리함으로써 영향을 받지 않고도 항상 일정한 조건 하에 개시될 수 있다. 이에 따라, 차기 구리 클리어링 공정에 대한 어떠한 과도한 부담도 최소화될 수 있다. 이러한 공정은 구리 클리어링 공정 이후의 디싱(410) 및 부식(412)의 감소 뿐만 아니라, 구리 클리어링 공정에 의해 소비되는 시간의 감소, 즉 과도한 폴리싱 시간의 감소, 생산성의 증가 및 폴리싱 비용의 절감에 기여하게 된다.The process makes it possible to reliably obtain the final desired film thickness distribution while monitoring the actual polishing configuration (film thickness distribution). Since the bulk copper polishing process can always be converted to the copper clearing process at the desired film thickness distribution, the copper clearing process is always unaffected by handling variations in the bulk copper polishing process, i.e. variations in polishing rate and polishing profile. May be initiated under certain conditions. Accordingly, any excessive burden on the next copper clearing process can be minimized. This process not only reduces the dishing 410 and
반도체웨이퍼 상의 도전막이 인터커넥트를 형성하는 공정에서 폴리싱된 후, 존재하는 여하한의 결함, 예컨대 도전막(414)의 잔여물, 스크래치(scratches) 및 피트(pits)(416)(도 34a 및 도 34b 참조)는 인터커넥트를 형성하는 후속 공정 뿐만 아니라, 반도체웨이퍼 상에 최종적으로 형성되는 전기회로의 전기 특성에도 영향을 미친다. 결과적으로, 폴리싱 공정의 종점에서 이들 결함을 소거하는 것이 바람직하다.After the conductive film on the semiconductor wafer is polished in the process of forming the interconnect, any defects present, such as residues, scratches and pits 416 of the conductive film 414 (FIGS. 34A and 34B) As well as the subsequent process of forming the interconnect, as well as the electrical properties of the electrical circuit finally formed on the semiconductor wafer. As a result, it is desirable to eliminate these defects at the end of the polishing process.
CMP 공정에 따르면, 도전막(414)의 잔여물은 초기막의 두께보다 두꺼운 두께로 반도체웨이퍼를 오버폴리싱하여 소거될 수도 있다. 일반적으로, 장시간 동안 반도체웨이퍼를 오버폴리싱하는 것은, 도 34a에 도시된 바와 같이, 반도체웨이퍼의 인터커넥트 영역에서의 디싱(410) 및 부식(412)을 발생시키기 쉽다. 또한, 스크래치 및 피트(416)를 피할 수 없는데, 그 이유는 반도체웨이퍼 상의 기계적인 폴리싱 작용 때문이다.According to the CMP process, the residue of the
일반적으로, 남아 있는 도전막(414)은 통상의 폴리싱에 의해 제거될 수 없으므로, 오버폴리싱에 의해 제거되어야만 한다. 하지만, 오버폴리싱은 상술된 바와 같이 반도체웨이퍼 상에 디싱(410), 부식, 스크래치 및 피트(416)를 발생시키기 쉽다. 이들 결함을 제거하기 위해서는, 벌크 구리 폴리싱 공정이 CMP에 의해 수행되고, CMP에 의한 후속 구리 클리어링 공정은 남아 있는 구리막이 50 nm 이하의 두께에 도달하면 중단된다. 그런 다음, 구리막을 제거하기 위해 구리 클리어링 공정이 화학 에칭 공정에 의해 수행된다. 기계적 폴리싱 작용이 없는 화학 에칭 공정에 의해 수행되는 구리 클리어링 공정은 결함을 유발시키지 않고도 구리막을 폴리싱할 수 있다.In general, the remaining
화학 에칭 공정에서 사용되는 에천트는 황산, 질산, 할로겐산(특히, 플루오르화수소산 또는 염산)과 같은 산, 암모니아수와 같은 알칼리, 또는 과산화수소와 같은 산화제와 플루오르화수소 또는 황산과 같은 산의 혼합물일 수도 있다. 상기 벌크 구리 폴리싱 공정에서는, 도전성 박막의 두께를 측정하여, 측정된 두께가 100 nm 이하와 같은 소정의 두께에 도달하면, 상기 벌크 구리 폴리싱 공정이 구리 클리 어링 공정으로 전환되는 것이 바람직하다. 이러한 도전성 박막의 두께는, 막두께를 측정하도록 도전성 박막에 광을 인가하기 위한 광학센서, 막두께를 측정하도록 도전성 박막에 생성되는 와류를 검출하기 위한 와류센서(도 2 참조), 막두께를 측정하도록 폴리싱테이블(22)의 러닝 토크를 검출하기 위한 토크센서, 및 막두께를 측정하도록 도전성 박막에 초음파에너지를 인가하기 위한 초음파센서 중 하나 이상에 의하여 측정될 수도 있다.The etchant used in the chemical etching process may be an acid such as sulfuric acid, nitric acid, halogen acid (especially hydrofluoric acid or hydrochloric acid), an alkali such as aqueous ammonia, or a mixture of an oxidant such as hydrogen peroxide and an acid such as hydrogen fluoride or sulfuric acid. . In the bulk copper polishing process, the thickness of the conductive thin film is measured, and when the measured thickness reaches a predetermined thickness such as 100 nm or less, the bulk copper polishing process is preferably converted to the copper clearing process. The thickness of the conductive thin film may include an optical sensor for applying light to the conductive thin film to measure the film thickness, a vortex sensor for detecting vortices generated in the conductive thin film to measure the film thickness, and a film thickness. It may be measured by at least one of a torque sensor for detecting the running torque of the polishing table 22, and an ultrasonic sensor for applying ultrasonic energy to the conductive thin film to measure the film thickness.
상기 화학 에칭 공정이 구리 박막을 CMP 장치로 형성하기 위한 벌크 구리 폴리싱 공정으로 국한되는 것은 아니며, 여타의 공정들과 조합될 수도 있다. 구체적으로는, 평탄한 도전성 박막을 기판 상에 형성하기 위한 여러 공정들 이후에, 상기 도전성 박막이 화학 에칭 공정에 의해 제거될 수도 있다.The chemical etching process is not limited to a bulk copper polishing process for forming a copper thin film into a CMP apparatus, and may be combined with other processes. Specifically, after various processes for forming a flat conductive thin film on the substrate, the conductive thin film may be removed by a chemical etching process.
예를 들어, 박막이 전해 폴리싱 공정에 의해 형성된 후, 형성된 박막은 화학 에칭 공정에 의해 제거될 수도 있다. 상기 전해 폴리싱 공정은 스크래치 및 피트(416)를 줄이는 데 효과적인데, 그 이유는 기계적 작용을 포함하고 있지 않기 때문이다. 하지만, 예컨대 절연재 상에 약간 남아 있는 도전막과 같은 전기 연결부를 만들 수 없는 도전막이 발생하면, 전해 폴리싱 공정은 이러한 남아 있는 도전막을 제거할 수 없게 된다. 하지만, 전해 폴리싱 공정에 의해 형성되는 평탄한 도전성 박막은, 결함을 발생시키지 않고도, 전기 연결부가 전혀 필요 없는 화학 에칭 공정에 의해 제거될 수 있다. 상기 전해 폴리싱 공정이 소정의 특정 타입으로 국한되는 것은 아니다. 예를 들어, 이온교환장치를 이용하는 전해 폴리싱 공정이나 이온교환장치를 이용하지 않는 전해 폴리싱 공정이 채택될 수도 있다. 상기 전해 폴리싱 공 정은 초순수, 순수 또는 500 μS/cm 이하의 전도성을 갖는 액체나 전해액을 사용하여 수행되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 상기 전해 폴리싱 공정은 일본특허공개공보 제2003-145354호에 개시된 전해 처리 장치에 의해 실시될 수도 있다.For example, after the thin film is formed by an electrolytic polishing process, the formed thin film may be removed by a chemical etching process. The electrolytic polishing process is effective in reducing scratches and
박막이 평탄 도금 공정에 의해 형성된 후, 상기 형성된 박막은 화학 에칭 공정에 의해 제거될 수도 있다. 구리막(Cu)의 형성 및 제거는 상술하였다. 하지만, 본 발명은 여타의 막의 형성 및 제거에도 적용된다. 예를 들면, Ta, TaN, WN, TiN 및 Ru 중 하나 이상을 함유하는 도전성 박막이 형성된 후, 상기 형성된 박막이 화학 에칭 공정에 의해 제거될 수도 있다.After the thin film is formed by the flat plating process, the formed thin film may be removed by a chemical etching process. Formation and removal of the copper film Cu have been described above. However, the present invention also applies to the formation and removal of other films. For example, after the conductive thin film containing at least one of Ta, TaN, WN, TiN and Ru is formed, the formed thin film may be removed by a chemical etching process.
<예시 1><Example 1>
도 35에 도시된 폴리싱장치는, 폴리싱 공정에서 폴리싱액공급노즐(26)이 실제로 스윙되면서 반도체웨이퍼를 폴리싱하는 데 사용되었다. 도 36a는 도 35에 도시된 폴리싱장치에 의해 폴리싱된 반도체웨이퍼의 폴리싱 비율을 도시한 그래프이다. 도 36b는 폴리싱 공정에서 폴리싱액공급노즐(26)이 스윙되지 않으면서, 도 35에 도시된 폴리싱장치에 의해 폴리싱된 반도체웨이퍼의 폴리싱 비율을 도시한 그래프이다. 이들 그래프간의 비교는, 폴리싱액공급노즐(26)이 폴리싱 공정에서 스윙될 때, 반도체웨이퍼의 폴리싱 비율의 평면내 균일성이 보다 높다는 것을 나타낸다.The polishing apparatus shown in Fig. 35 was used to polish the semiconductor wafer while the polishing
<예시 2><Example 2>
도 30에 도시된 폴리싱장치(200)는 폴리싱 공정 시 복수의 폴리싱액공급구(57)로부터 폴리싱액이 공급되면서 반도체웨이퍼를 폴리싱하는 데 사용되었다. 폴리싱압은 3.45 kPa(0.5 psi) 이다. 도 37은 한 폴리싱액공급구(싱글; single)로부 터 폴리싱액을 공급하면서, 폴리싱장치에 의해 폴리싱되는 반도체웨이퍼의 제거율과 비교하여, 도 30에 도시된 폴리싱장치(멀티; multi)에 의해 폴리싱되는 반도체웨이퍼의 제거율을 보여주는 그래프이다. 반도체웨이퍼의 제거율의 평면내 균일성은, 복수의 폴리싱액공급구로부터 폴리싱액을 공급하면서 폴리싱이 수행될 때에 더욱 높았다는 것을 도 37로부터 알 수 있다.The polishing
지금까지, 본 발명의 소정의 바람직한 실시예들을 상세히 도시 및 기술하였지만, 첨부된 청구 범위에서 벗어나지 않으면서 다양한 변형 및 수정이 가능하다는 것은 자명하다.While certain preferred embodiments of the present invention have been shown and described in detail, it is evident that various modifications and changes can be made without departing from the scope of the appended claims.
본 발명의 폴리싱장치는 반도체웨이퍼와 같은 가공물의 표면을 평면마무리로 폴리싱하는 데 사용될 수 있다.The polishing apparatus of the present invention can be used to polish the surface of a workpiece such as a semiconductor wafer to a planar finish.
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