KR20090088315A - 대상물을 폴리싱하는 방법 및 장치 - Google Patents

대상물을 폴리싱하는 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 방법은 막의 표면에 스크래치를 만들지 않으면서 대상물 상에 형성된 막의 표면레벨차이(불규칙성)을 효과적으로 제거할 수 있고, 생산성을 크게 높이면서 상기 막을 평탄면으로 폴리싱 및 제거할 수 있다. 상기 방법은 폴리싱패드와 대상물을 서로에 대해 제1상대속도로 이동시키면서, 상기 대상물의 반경보다 작은 직경을 갖는 폴리싱장치의 폴리싱패드를 상기 대상물의 표면에 대해 제1압력으로 가압시켜 제1폴리싱단계를 실시하는 단계를 포함하여 이루어진다. 상기 제1폴리싱단계는 상기 대상물의 표면레벨차이가 목표레벨까지 소거되는 시점에 종료된다. 상기 방법은 상기 폴리싱패드와 상기 대상물을 서로에 대해 제2상대속도로 이동시키면서, 대상물의 직경보다 큰 직경을 갖는 폴리싱장치의 폴리싱패드를 상기 대상물의 표면에 대해 제2압력으로 가압시켜 제2폴리싱단계를 실시하는 단계를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

대상물을 폴리싱하는 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR POLISHING OBJECT}
본 발명은 반도체웨이퍼와 같은 대상물의 표면(피폴리싱면)을 평면경 표면으로 폴리싱하기 위한 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 반도체디바이스용 다마신(damascene)배선형성공정에서 트렌치 내에 매입되는 것 이외의 잉여 금속배선재를 폴리싱 및 제거하는 데 유용한 대상물의 폴리싱방법 및 장치에 관한 것이다.
반도체디바이스의 배선들의 형성에 있어서, 알루미늄 또는 보다 최근에는 구리나 은과 같은 금속배선재(도전재)를 절연막(층간유전막)에 미리 형성된 트렌치 또는 콘택홀 안으로 도금에 의해 필링(filling)하는 공정, 그리고 그 다음 화학적기계적폴리싱(이하, 줄여서 "CMP"라고 함)에 의해 금속배선재의 잉여분을 제거하는 공정을 포함하는 소위 다마신 공정이 현재 사용되고 있다.
도 1은 구리배선을 형성하기 위한 예시적인 다마신 공정을 도시하고 있다. 우선, 폭인 좁은 미세한 트렌치(202a)와 폭이 넓은 와이드 트렌치(202b)가 반도체기판과 같은 기판(W)의 표면 상에 퇴적된 예컨대 SiO2 또는 저-k 재료의 절연막(층 간유전막)(200)에 형성된 다음, 예컨대 TaN의 배리어금속층(204)이 기판의 전체 표면 상에 형성된다. 그런 다음, 전기도금 시의 피딩층(feeding layer)으로서의 역할을 하는 시드층(도시안됨)이 필요에 따라 상기 배리어금속층(204)의 표면 상에 형성된다. 다음으로, 기판 표면의 구리 도금이 실시되어, 기판(W)의 표면 상에 구리막(206)을 형성함으로써, 상기 구리막(206)을 트렌치(202a, 202b) 안에 채우게 된다. 그 후, 절연막(200) 상의 여분의 구리막(206)과 배리어금속층(204)이 화학적기계적폴리싱(CMP)에 의해 평탄면으로 제거됨으로써, 도 8d에 도시된 바와 같이 상기 절연막(200)에 구리로 이루어진 미세한 배선(208a)과 와이드 배선(208b)을 형성하게 된다.
미세한 트렌치(202a)과 와이드 트렌치(202b)가 함께 존재하는 기판(W)의 표면 상의 구리 도금에 의한 구리막(206)의 형성 시에는, 도금이 촉진되는 경향이 있어서, 구리막(206)이 미세한 트렌치(202a) 위로 상승되는 한편, 구리의 성장 촉진이 와이드 트렌치(202b)에 발생하지 않아, 상기 구리막(206)이 와이드 트렌치(202b) 위로 후퇴되게 된다. 그 결과, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 미세한 트렌치(202a) 위로 상승된 부분(마운딩)의 높이와 와이드 트렌치(202b) 위로 후퇴된 부분(디싱)의 깊이의 합인 표면레벨차이(불규칙성) H가 기판(W) 상에 형성된 구리막(206)에 생성된다.
CMP에 의해 구리막(206)의 폴리싱이 진행됨에 따라, 도금 후의 구리막(206)의 표면레벨차이(불규칙성) H1가 점진적으로 감소할 지라도, 도 2에 도시된 바와 같 이, 레벨차이 H2는 와이드 트렌치(202b)에 대응하는, 구리막(206)의 표면의 후퇴된 부분(디싱)에 유지된다. 일반적으로 이러한 레벨차이 H2를 소거하는 것은 어렵다. 이에 따라, 미세한 배선(208a)과 와이드 배선(208b)을 형성하기 위해 절연막(200) 상의 여분의 구리막(206)과 배리어금속층(204)을 제거하는 경우, 상기 와이드 배선(208b)의 표면에 디싱(오버-폴리싱)이 발생할 것이다.
이러한 디싱은 CMP 시에 인가되는 폴리싱 압력 및 폴리싱패드의 탄성에 의해 영향을 받는다. 그 표면이 다이아몬드-전착된 드레서에 의해 거칠게 되는 폴리싱패드가 일반적으로 CMP에 사용되어, 일정한 폴리싱율을 유지하게 된다. 연마재를 함유하는 폴리싱액(슬러리)이, CMP 시에 이러한 드레싱된 폴리싱패드의 거친 표면의 리세스 안으로 침투하는 것이 허용되게 된다. 과도하게 퇴적된 구리막(206)과 같은 금속배선재의 막은, 폴리싱액이 표면 상에 유지되는 폴리싱패드를 기판과 같은 대상물 상에 형성된 금속배선재의 막에 대하여 가압시켜 폴리싱될 수 있다. 하지만, 표면이 거친 폴리싱패드는 표면레벨차이(불규칙성)를 갖는 구리막(206)과 같은 금속배선재의 막의 후퇴된 부분들에 쉽게 들어갈 수 있어, 상승된 부분들의 표면 뿐만 아니라, 후퇴된 부분들의 저부들도 폴리싱될 수 있게 된다. 이에 따라, 표면레벨차이가 감소될 수도 있지만, 소거되지는 않을 것이다.
CMP에 의해 가능한 한 많이 금속배선재의 막과 같은 대상막의 표면레벨차이(불규칙성)를 감소시키기 위하여, 후퇴된 부분들의 저부들을 폴리싱하지 않으면서 대상막의 상승된 부분들의 표면들만 폴리싱하는 것을 생각해 볼 수 있다. 이를 위 해, 폴리싱패드가 후퇴된 부분들의 저부들과는 접촉하지 않고 대상막의 상승된 부분들과만 접촉하게 되도록 가장 견고한 폴리싱패드를 사용하는 것을 고려할 수도 있다. 이와 관련하여, CMP에 흔히 사용되는 2층폴리싱패드(상부층: 견고한 폴리싱패드, 하부층: 폴리우레탄 폼과 같은 탄성재) 대신에 견고한 단층 폴리싱패드를 사용하는 것이 공지되어 있다.
금속배선재의 막과 같은 대상막의 표면레벨차이는 폴리싱패드를 이용하지 않고, 상기 막의 폴리싱 실시 중 페놀 수지와 같은 바인더에 고착된 예컨대 세륨 산화물(CeO2)의 연마 그레인을 포함하여 이루어지는 소위 고착연마재(fixed-abrasive)를 이용하여 감소될 수 있다는 것도 공지되어 있다(일본특허공개공보 제2000-315665호 참조).
견고한 단층 폴리싱패드가 CMP에 사용되는 경우, 상기 폴리싱패드는 피폴리싱대상물의 표면을 추종하기 때문에 폴리싱이 매끄럽게 진행되지 못할 것이다. 또한, 폴리싱패드의 표면은 다이아몬드 드레서에 의해 거칠게 되기 때문에, 상기 폴리싱패드의 거친 표면이 대상막의 후퇴된 부분들의 저부들과 접촉하여 폴리싱될 수도 있다. 다른 한편으로, 고착연마재의 사용은 대상막의 표면레벨차이의 저감에 효과적인데, 그 이유는 연마 그레인이 상기 막의 상승된 부분들과만 접촉하게 되기 때문이다. 하지만, 폴리싱 시의 고착연마재의 사용은 대상물의 폴리싱면에 스크래치가 생기게 하기 쉽다.
본 발명은 관련 기술의 상기 상황의 관점에서 고안되었다. 그러므로, 본 발명의 목적은 표면에 스크래치가 생기지 않게 하면서도 대상물 또는 기판 상에 형성된 막의 표면레벨차이 또는 불규칙성을 목표레벨까지 효과적으로 소거할 수 있고, 생산성을 높이면서 대상물의 막을 평탄면으로 폴리싱 및 제거할 수 있는 대상물의 폴리싱방법 및 장치를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예는 폴리싱패드와 대상물을 서로에 대해 이동시키면서, 폴리싱패드를 상기 대상물의 표면에 대해 가압시켜 대상물을 폴리싱하는 방법을 제공하고 있다. 상기 방법은 상기 폴리싱패드와 상기 대상물을 서로에 대해 제1상대속도로 이동시키면서, 폴리싱장치의 폴리싱패드를 상 기 대상물의 표면에 대해 제1압력으로 가압시켜 제1폴리싱단계를 실시하는 단계를 포함하되, 상기 제1폴리싱단계에 사용되는 폴리싱패드는 상기 대상물의 반경보다 작은 직경을 가지며, 상기 대상물의 표면레벨차이가 목표레벨까지 소거되는 시점에 상기 제1폴리싱단계를 종료시키는 종료단계를 실시하는 단계; 및 상기 폴리싱패드와 상기 대상물을 서로에 대해 상기 제1상대속도와 상이한 제2상대속도로 이동시키면서, 폴리싱장치의 폴리싱패드를 상기 대상물의 표면에 대해 상기 제1압력과 상이한 제2압력으로 가압시켜 제2폴리싱단계를 실시하는 단계를 포함하되, 상기 제2폴리싱단계에 사용되는 폴리싱패드는 상기 대상물의 직경보다 큰 직경을 갖는 것을 특징으로 하고 있다.
이렇게 대상물의 반경보다 작은 직경을 갖는 폴리싱장치의 폴리싱패드를, 상기 폴리싱패드와 대상물을 서로에 대해 제1상대속도로 이동시키면서 상기 대상물의 피폴리싱면에 대해 제1압력으로 가압시켜 대상물에 대한 제1폴리싱단계를 실시함으로써, 대상물 상의 폴리싱패드의 압력이 낮아져(저압), 폴리싱패드가 대상막의 후퇴된 부분들과 접촉하기 어렵게 되고, 상기 대상물의 작은 면적에서의 폴리싱패드의 압력이 정밀하게 제어되는 방식으로, 폴리싱패드로서 두 층을 포함하여 이루어지는 폴리싱패드를 이용하여 폴리싱을 실시할 수 있게 되어, 상기 대상물의 표면레벨차이(불규칙성)를 목표레벨까지 효과적으로 소거할 수 있게 된다. 상기 제1폴리싱단계는 폴리싱율이 낮으므로, 폴리싱패드와 대상물간의 높은 상대속도를 이용하는 경우에도 생산성이 불량하게 된다. 그러므로, 제1폴리싱단계는 대상물의 표면레벨차이가 목표레벨까지 소거되는 시점, 예를 들면 상기 대상물의 표면레벨차이가 소위 BPSG(Boron Phosphor Silicate Grass) 공정(65 nm 노드)에서 예컨대 5~20 nm가 되는 시점 또는 대상물의 표면레벨차이가 소위 구리 다마신공정에서 예컨대 30~60 nm가 되는 시점의 검출 시에 종료된 다음, 제2폴리싱단계가 이어진다. 상기 제2폴리싱단계는 대상물의 직경보다 큰 직경을 갖는 폴리싱장치의 폴리싱패드를, 제1상대속도와 상이한, 바람직하게는 그보다 느린 제2상대속도로 상기 폴리싱패드와 대상물을 서로에 대해 이동시키면서, 제1압력과 상이한, 바람직하게는 그보다 큰 제2압력으로 상기 대상물의 피폴리싱면에 대하여 가압시켜 실시된다. 상기 제2폴리싱단계는, 폴리싱되고 있는 대상막의 평탄도를 유지하고, 폴리싱패드와 피폴리싱면간의 폴리싱액(슬러리)을 효과적으로 공급하는 동안, 생산성을 높이면서 보다 높은 폴리싱율로 수행될 수 있다.
대상물의 표면레벨차이가 목표레벨까지 소거되는 시점은, 상기 제1폴리싱단계를 실시하기 위한 폴리싱장치에 제공되는 와류센서의 측정값들을 토대로 검출될 수 있다.
대상물 상에 형성된 막의 두께가 와류센서에 의해 측정되면, 상기 측정된 두께는 폴리싱패드가 막과 완전 접촉하게 될 때까지 크게 변하는 반면, 상기 막의 측정된 두께는 폴리싱패드가 막과 완전 접촉하게 될 때의 폴리싱양에 따라 변한다. 그러므로, 상기 측정된 두께의 변화의 전이를 검출하여, 상기 대상물의 표면레벨차이의 소거 시간이 검출될 수 있다.
상기 대상물의 표면레벨차이가 목표레벨까지 소거되는 시점은, 상기 제1폴리싱단계를 실시하기 위한 폴리싱장치를 회전시키는 토크의 변화를 토대로 검출될 수 도 있다.
표면레벨차이(불규칙성)가 있는 대상물의 폴리싱 시, 폴리싱패드가 대상물과 완전 접촉하게 될 때까지 폴리싱의 개시로부터 토크가 점진적으로 증가하는 반면, 상기 대상물과 폴리싱패드의 완전 접촉 후에는 토크의 변화가 없게 된다. 그러므로, 상기 대상물의 표면레벨차이가 소거되어 상기 대상물의 표면이 평탄하게 되는 시점이 토크의 변화를 검출하여 검출될 수 있다.
본 발명은 또한 대상물의 반경보다 작은 직경을 갖는 폴리싱장치를 구비한 제1폴리싱유닛을 포함하는 대상물의 폴리싱장치를 제공한다. 상기 제1폴리싱유닛은 폴리싱패드와 상기 대상물을 서로에 대해 제1상대속도로 이동시키면서, 상기 폴리싱장치의 폴리싱패드를 상기 대상물의 표면에 대하여 제1압력으로 가압하는 제1폴리싱단계를 실시할 수 있다. 상기 장치는 상기 대상물의 표면레벨차이가 목표레벨까지 소거되는 시점을 검출하기 위한 검출도구, 및 상기 대상물의 직경보다 큰 직경을 갖는 폴리싱장치를 구비한 제2폴리싱유닛을 더 포함하여 이루어진다. 상기 제2폴리싱유닛은 상기 폴리싱패드와 상기 대상물을 서로에 대하여 상기 제1상대속도와 상이한 제2상대속도로 이동시키면서, 상기 폴리싱장치의 폴리싱패드를 상기 대상물의 표면에 대하여 상기 제1압력과 상이한 제2압력으로 가압하는 제2폴리싱단계를 실시할 수 있다.
상기 검출도구는 예컨대 와류센서 또는 토크센서이다.
본 발명에 따르면, 대상물의 표면레벨차이(불규칙성)는 제1폴리싱단계에 의 해 효과적으로 소거될 수 있고, 상기 대상물은 제2폴리싱단계에 의해 폴리싱되고 있는 대상물의 평탄도를 유지하는 동안, 생산성을 높이면서 보다 높은 폴리싱속도로 폴리싱될 수 있다. 따라서, 두 폴리싱단계들의 각각의 장점들을 이용하고, 그들 서로의 단점을 보상하도록 함으로써, 폴리싱면의 디싱 또는 스크래치의 형성없이 생산성이 양호하게 평탄면을 갖는 배선을 형성할 수 있게 된다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예들을 도면들을 참조하여 설명하기로 한다. 하기 설명은 도 1에 도시된 바와 같이, 대상막으로서 구리막(금속배선재)(206)을 그 표면에 구비한 기판(대상물)(W)을 제공하는 단계, 및 표면구리막(206)과 아래에 있는 배리어금속층(204)을 폴리싱 및 제거함으로써, 도 8d에 도시된 바와 같이, 구리배선(208a, 208b)을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 공정을 실시하도록 되어 있는 폴리싱장치 및 폴리싱방법을 예시하고 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 폴리싱장치의 전반적인 구성을 도시한 평면도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 폴리싱장치는 거의 직사각형 형태의 하우징(10)을 구비한다. 상기 하우징(10)의 내부 공간은 격벽(10a, 10b, 10c)에 의해 로딩/언로딩부(12), 2단 폴리싱유닛(14, 16)의 두 유닛 및 세정부(18)로 분할된다. 상기 로딩/언로딩부(12), 2단 폴리싱유닛(14, 16)의 두 유닛 및 세정부(18)는 서로 독립적으로 조립되고, 서로 독립적으로 이들 부와 유닛들로부터 공기가 배출된다.
상기 로딩/언로딩부(12)는 다수의 기판을 내부에 각각 저장하는 기판카셋트 가 배치되는 2이상의 프론트로딩부(20)(도 3에서는 3개)를 구비한다. 상기 프론트로딩부(20)는 폴리싱장치의 폭방향(폴리싱시스템의 종방향에 수직인 방향)을 따라 서로 인접하여 배치된다. 각각의 프론트로딩부(20)는 그 위에 오픈 카셋트, SMIF(Standard Manufacturing Interface) 포드 또는 FOUP(Front Opening Unified Pod)를 수용할 수 있다. 상기 SMIF 및 FOUP는 기판카셋트를 그 내부에 하우징하고 그것을 격벽으로 커버하여 외부 공간으로부터 격리된 내부 환경을 제공하는 기밀형 컨테이너이다.
상기 로딩/언로딩부(12)는 프론트로딩부(20)의 배치 방향을 따라 연장되는 이동기구(21)를 구비한다. 제1이송기구로서의 제1이송로봇(22)이 상기 이동기구(21) 상에 설치되고, 상기 프론트로딩부(20)의 배치 방향을 따라 이동가능하다. 상기 제1이송로봇(22)은 프론트로딩부(20) 상에 장착된 기판카셋트의 기판들을 접근시키기 위하여 이동기구(21) 상에서 이동하도록 동작가능하다. 이러한 제1이송로봇(22)은 별도로 사용되는 수직방향으로 배치된 두 핸드를 구비한다. 예컨대, 상부핸드는 기판카셋트에 폴리싱된 기판을 복귀시키는 데 사용될 수 있고, 하부핸드는 폴리싱되지 않은 기판을 이송시키는 데 사용될 수 있다.
상기 로딩/언로딩부(12)는 가장 깨끗한 영역이 되어야 한다. 그러므로, 상기 로딩/언로딩부(12)의 내부의 압력은 각각 상기 장치의 외부 공간, 2단 폴리싱유닛(14, 16)의 두 유닛 및 세정부(18)의 압력보다 항상 높게 유지된다. 또한, HEPA 필터 또는 ULPA 필터와 같은 클린에어필터를 구비한 필터팬유닛(도면에는 도시되지 않음)은 상기 제1이송로봇(22)의 이동기구(21) 상방에 제공된다. 이러한 필터팬유 닛은 공기로부터 입자, 독증기 및 독가스를 제거하여 클린 에어를 생성하고, 항상 상기 클린 에어의 하향류를 형성한다.
이러한 실시예는 두 기판의 병렬 처리를 실시할 수 있는 2단 폴리싱유닛(14, 16)의 두 유닛을 채택한다. 상기 2단 폴리싱유닛(14)은 기판의 제1폴리싱단계와 제2폴리싱단계가 실시되는 유닛이고; 제1폴리싱단계를 실시하기 위한 제1폴리싱유닛(24a)과 제2폴리싱단계를 실시하기 위한 제2폴리싱유닛(26a)은 상기 2단 폴리싱유닛(14)에 하우징된다. 이와 유사하게, 제1폴리싱단계를 실시하기 위한 제1폴리싱유닛(24b) 및 제2폴리싱단계를 실시하기 위한 제2폴리싱유닛(26b)은 상기 2단 폴리싱유닛(16)에 하우징된다.
상기 2단 폴리싱유닛(14)의 제1폴리싱유닛(24a)은 그 앞면이 위쪽으로 향하는 기판을 유지하기 위한 회전가능한 기판테이블(30a), 기판의 반경보다 작은 직경을 갖는 폴리싱장치(32a)를 기판테이블(30a) 상에 유지된 기판에 대하여 가압하여 기판을 폴리싱하기 위한 피봇가능하면서도 수직방향으로 이동가능한 폴리싱헤드(34a) 및 상기 기판테이블(30a) 상에 유지되는 기판에 헹굼용 린싱액을 공급하기 위한 린싱노즐(36a)을 포함한다. 후술하는 바와 같이, 폴리싱장치(32a)의 표면(하부면)에 폴리싱패드(124)가 부착된다. 상기 제1폴리싱유닛(24a)은 또한 폴리싱패드(124)를 드레싱하기 위한 드레서(38a), 상기 폴리싱패드(124)의 표면 프로파일을 측정하기 위한 폴리싱패드프로파일측정장치(40a) 및 폴리싱패드교체스테이지(42a)를 포함한다.
이와 유사하게, 2단 폴리싱유닛(16)의 제1폴리싱유닛(24b)은 기판테이 블(30b), 폴리싱장치(32b)를 기판테이블(30b) 상에 유지되는 기판에 대하여 가압하여 기판을 폴리싱하는 폴리싱헤드(34b), 린싱노즐(36b), 드레서(38b), 폴리싱패드프로파일측정장치(40b), 및 폴리싱패드교체스테이지(42b)를 포함한다.
상기 제1폴리싱유닛(26a)의 2차폴리싱공정에 사용될 수 있는 2단 폴리싱유닛(14)의 제2폴리싱유닛(26a)은, 기판의 직경보다 큰 직경을 가지면서 직경의 크기가 기판보다 큰 폴리싱패드(50a)가 그것에 부착된 폴리싱장치(제2폴리싱장치)(52a), 기판을 유지하여 상기 기판을 폴리싱패드(50a)에 대해 가압하여 기판을 폴리싱하기 위한 톱링(54a), 폴리싱액 또는 드레싱액(예컨대, 물)을 폴리싱패드(50a)에 공급하기 위한 폴리싱액공급노즐(56a), 폴리싱패드(50a)의 드레싱을 실시하기 위한 드레서(58a), 및 1이상의 노즐로부터 폴리싱면에 액체(예컨대, 순수)와 가스(예컨대, 질소가스)의 분무혼합유체를 뿌리기 위한 분무기(60a)를 포함한다.
이와 유사하게, 제2폴리싱유닛(26b)의 2차폴리싱공정에 사용될 수 있는 2단 폴리싱유닛(16)의 제2폴리싱유닛(26b)은, 폴리싱패드(50b)가 그것에 부착된(유지보수 시 폴리싱패드 분리가능) 폴리싱장치(52b), 톱링(54b), 폴리싱액공급노즐(56b), 드레서(58b) 및 분무기(60b)를 포함한다.
제2(선형)이송기구로서 제1선형운반장치(62)가 2단 폴리싱유닛(14)과 세정부(18) 사이에 제공된다. 이러한 제1선형운반장치(62)는 폴리싱장치의 종방향을 따라 위치하는 4가지 이송 위치들(이하, 이들 4가지 이송 위치를 로딩/언로딩부(12)로부터의 순서대로 제1이송위치(TP1), 제2이송위치(TP2), 제3이송위치(TP3) 및 제4이송위치(TP4)라고 함)간에 기판을 이송하도록 구성된다. 상기 로딩/언로딩부(12) 에서 제1이송로봇(22)으로부터 이송되는 기판을 올리기 위한 리프터(64)는 제1선형운반장치(62)의 제1이송위치(TP1) 하방에 배치된다. 수직방향으로 이동가능한 푸셔(66)는 제2이송위치(TP2) 하방에 배치되고, 수직방향으로 이동가능한 푸셔(68)는 제3이송위치(TP3) 하방에 배치되며, 수직방향으로 이동가능한 푸셔(70)는 제4이송위치(TP4) 하방에 배치된다. 기판을 반전 및 이송하기 위한 반전/이송기계(72)는 푸셔(66)와 기판테이블(30a) 사이에 배치된다.
상기 2단 폴리싱유닛(16)에서, 제2(선형)이송기구로서 제2선형운반장치(74)는 제1선형운반장치(62)에 이웃하여 제공된다. 이러한 제2선형운반장치(74)는 폴리싱장치의 종방향을 따라 위치한 3가지 이송 위치들(이하, 이들 3가지 이송 위치를 로딩/언로딩부(12)로부터 순서대로 제5이송위치(TP5), 제6이송위치(TP6) 및 제7이송위치(TP7)라고 함)간에 기판을 이송하도록 구성된다. 수직방향으로 이동가능한 리프터(76)는 제2선형운반장치(74)의 제5이송위치(TP5) 하방에 배치되고, 푸셔(78)는 제6이송위치(TP6) 하방에 배치되며, 푸셔(80)는 제7이송위치(TP7) 하방에 배치된다. 기판을 반전 및 이송하기 위한 반전/이송기계(82)는 푸셔(78)와 기판테이블(30b) 사이에 배치된다.
상기 세정부(18)는 폴리싱된 기판이 세정되는 영역이다. 상기 세정부(18)는 제2이송로봇(84), 제2이송로봇(84)으로부터 수용되는 기판을 반전하기 위한 반전기계(86), 폴리싱된 기판을 세정하기 위한 4가지 세정장치(88, 90, 92, 94), 및 반전기계(86)와 세정장치(88, 90, 92, 94)간에 기판을 이송하기 위한 제3이송기구로서 이송유닛(96)을 포함한다. 상기 제2이송로봇(84), 반전기계(86), 및 세정장치(88, 90, 92, 94)는 폴리싱장치의 종방향을 따라 직렬로 배치된다. 클린에어필터를 구비한 필터팬유닛(도면에는 도시되지 않음)은 세정장치(88, 90, 92, 94) 상방에 제공된다. 상기 필터팬유닛은 공기로부터 입자를 제거하여 클린 에어를 생성하고, 항상 클린 에어의 하향류를 형성하도록 구성된다. 상기 세정부(18)의 내부의 압력은 2단 폴리싱유닛(14, 16)의 압력보다 높게 유지되어, 상기 2단 폴리싱유닛(14, 16)의 입자들이 세정부(18) 안으로 유동하는 것이 방지되도록 한다.
1차세정장치(88) 및 2차세정장치(90)는 예컨대 기판의 전후면에 대해 회전 및 가압되는 상부 및 하부 롤형 스폰지를 구비하여 상기 기판의 전후면을 세정하게 되는 롤형세정장치를 포함하여 이루어질 수도 있다. 3차세정장치(92)는 예컨대 기판에 대해 회전 및 가압되는 반구형 스폰지를 구비하여 기판을 세정하게 되는 펜슬형세정장치를 포함하여 이루어질 수도 있다. 4차세정장치(94)는 예컨대 기판의 반전면을 헹구고, 기판의 전면에 대해 반구형 스폰지를 회전 및 가압하여 기판을 세정하게 되는 펜슬형세정장치를 포함하여 이루어질 수도 있다. 상기 4차세정장치(94)는 고회전속도로 척킹된 기판을 회전시키기 위한 스테이지를 구비하므로, 기판을 고회전속도로 회전시켜 세정된 기판을 건조시키는 기능(스핀-건조기능)을 가진다. 세정장치(88, 90, 92, 94)에서는, 상술된 롤형세정장치 또는 펜슬형세정장치 이외에, 상기 기판을 세정하도록 초음파를 세정액에 가하는 메가소닉형세정장치가 제공될 수도 있다.
상기 세정부(18)의 이송유닛(96)은 기판들을 동시에 반전기계(86)로부터 1차세정장치(88)로, 1차세정장치(88)로부터 2차세정장치(90)로, 2차세정장치(90)로부 터 3차세정장치(92)로, 그리고 3차세정장치(92)로부터 4차세정장치(94)로 각각 이송한다.
셔터(100)는 제1이송로봇(22)과 리프터(64) 사이에 제공된다. 기판 이송 시, 셔터(100)가 개방되고, 기판은 제1이송로봇(22)과 리프터(64) 사이에 전달된다. 셔터(102, 104, 106, 108)는 또한 반전기계(86)와 제2이송로봇(84) 사이, 반전기계(86)와 1차세정장치(88) 사이, 2단 폴리싱유닛(14)과 제2이송로봇(84) 사이, 그리고 2단 폴리싱유닛(16)과 제2이송로봇(84) 사이에 각각 제공된다. 이들 셔터(102, 104, 106, 108)는, 기판이 반전기계(86)와 제2이송로봇(84)간에, 또는 반전기계(86)와 1차세정장치(88)간에 이송될 때 개방된다. 기판이 이송되지 않으면, 셔터(102, 104, 106, 108)가 폐쇄된다.
이하, 2단 폴리싱유닛(14)의 제1폴리싱유닛(24a)에 제공되는 기판테이블(30a)과 폴리싱장치(32a)를 도 4 및 도 5를 참조하여 설명하기로 한다. 상기 2단 폴리싱유닛(16)의 제1폴리싱유닛(24b)은 후술하는 것과 동일한 구성을 가진다.
상기 제1폴리싱유닛(24a)의 기판테이블(30a)은 그 전면이 위쪽으로 향하는 기판(W)을 예컨대 흡인에 의하여 유지하도록 설계된다. 상기 폴리싱장치(32a)는 회전가능한 폴리싱부구동축(120)의 하단부에 결합된 회전지지부(122), 및 상기 회전지지부(122)의 표면(하부면)에 부착된 폴리싱패드(124)로 이루어진다. 상기 회전지지부(122)의 내부에는, 기판(W)의 표면에 형성된 구리막(206)의 표면레벨차이가 목표레벨까지 소거되거나 막표면이 평탄하게 되는 시점을 검출하기 위한 검출도구로서 와류센서(126)가 제공된다. 본 발명을 이용하면, 기판(W) 상의 막을 목표레벨까 지 평탄화하는 반면, 두께를 갖는 막이 기판 상에 남게 되는 장점이 있다. 기판테이블(30a) 상에 유지되는 기판(W)과 폴리싱패드(124) 사이에 폴리싱액을 공급하기 위한 폴리싱액공급부(128)는 회전지지부(122)와 폴리싱부구동축(120)의 내부에 중심방향으로 제공된다. 폴리싱패드(124)를 드레서(38a)로 드레싱하는 경우, 드레싱액(예컨대, 물)은 폴리싱액공급부(128)로부터 폴리싱패드(124)와 드레서(38a) 사이로 공급된다.
상기 실시예에서, 제1폴리싱유닛(24a)의 동작 시, 기판(W)은 우선 기판테이블(30a) 상에서 그 전면(피폴리싱면)이 상향으로 향하여 유지된다. 그 후, 상기 기판(W)은 기판테이블(30a)을 회전시켜 회전되고, 회전되고 있는 폴리싱테이블(32a)이 하강되어, 폴리싱장치(32a)의 폴리싱패드(124)를 기판(W)에 대하여 사전설정된 압력으로 가압시키는 한편, 이와 동시에 폴리싱액이 폴리싱액공급부(128)로부터 기판(W)과 폴리싱패드(124) 사이로 공급되어, 상기 기판(W)의 피폴리싱면에 형성된 대상막으로서 구리막(206)을 폴리싱하게 된다. 폴리싱 시에는, 상기 폴리싱장치(32a)가 기판(W)의 전체면을 폴리싱하기 위하여 상기 기판(W)의 반경 방향을 따라 피봇된다. 상기 기판을 기판테이블(30a) 상에서 상향으로 향하게 유지시키는 것이 좋은데, 그 이유는 기판의 표면을 정확하게 평탄화하여, 특히 기판의 직경이 클 때 정밀하면서도 정확한 방식으로 기판의 표면레벨차이의 소거 진행 상황을 검출할 수 있기 때문이다.
이하, 2단 폴리싱유닛(14)의 제2폴리싱유닛(26a)에 제공된 폴리싱장치(52a) 및 톱링(54a)을 도 6 및 도 7을 참조하여 설명하기로 한다. 상기 2단 폴리싱유 닛(16)의 제2폴리싱유닛(26b)은 후술하는 것과 동일한 구성을 가진다.
상기 폴리싱장치(52a)는 회전가능한 턴테이블(130) 및 상기 턴테이블(130)의 상부면에 부착된 폴리싱패드(50a)로 이루어진다. 상기 턴테이블(130)의 내부에는, 상기 기판(W)의 표면에 형성된 배리어금속층(204)과 잉여 구리막(206)의 폴리싱에 의한 제거를 검출하기 위한 검출도구로서 와류센서(132)가 제공된다. 상기 톱링(54a)은 회전가능하면서도 수직방향으로 이동가능한 톱링구동축(134)의 하단부에 결합된다.
제2폴리싱유닛(26a)의 동작 시, 상기 기판(W)은 그 전면(피폴리싱면)이 톱링(54a)에 의해 하향으로 향하여 유지된다. 그 후, 상기 턴테이블(130)이 회전되고, 회전되고 있는 톱링(54a)이 하강되어, 폴리싱장치(52a)의 폴리싱패드(50a)에 대하여 기판(W)을 가압시키는 한편, 이와 동시에 폴리싱액이 폴리싱액공급노즐(56a)로부터 폴리싱패드(50a)로 공급되어, 기판(W)의 피폴리싱면에 형성된 대상막으로서 배리어금속층(204) 및 구리막(206)을 폴리싱하게 된다.
이하, 상기 구성을 갖는 폴리싱장치의 동작을 설명하기로 한다.
상기 폴리싱장치는 두 기판의 병렬 처리를 실시하도록 설계된다. 일 기판은 프론트로딩부(20) 중 하나에 장착된 기판카셋트로부터 제1이송로봇(22)에 의해 취해지고, 상기 기판은 제1선형운반장치(62)에 의해 2단 폴리싱유닛(14)의 제1폴리싱유닛(24a)의 기판테이블(30a)로 운반되어 상기 기판테이블(30a) 상에 유지된다. 상기 기판의 제1폴리싱단계는 제1폴리싱유닛(24a)에서 실시된다. 제1폴리싱단계 후의 기판은 반전/이송기계(72)에 의해 반전되어 푸셔(66) 상에 배치된 다음, 상기 기판 은 제1선형운반장치(62)에 의해 상기 2단 폴리싱유닛(14)의 제2폴리싱유닛(26a)의 톱링(54a)으로 운반되어, 상기 톱링(54a)에 의해 유지된다. 기판의 제2폴리싱단계는 제2폴리싱유닛(26a)에서 실시된다. 제2폴리싱단계 후의 기판은 상기 기판이 반전되는 반전기계(86)로 제1선형운반장치(62) 및 제2이송로봇(84)에 의해 운반된다. 상기 반전된 기판은, 기판이 운반유닛(96)에 의해 유지되면서, 상기 기판의 세정을 위해 순차적으로 1차세정장치(88), 2차세정장치(90), 3차세정장치(92) 및 4차세정장치(94)로 운반된다. 세정 후의 기판은 제1이송로봇(22)에 의해 프론트로딩부(20)의 기판카셋트로 복귀된다.
다른 한편으로, 나머지 다른 기판은 프론트로딩부(20) 중 하나에 장착된 기판카셋트로부터 제1이송로봇(22)에 의해 취해지고, 상기 기판은 제1선형운반장치(62) 및 제2이송로봇(84)에 의해 제2선형운반장치(74)로 운반된다. 그 후, 상기 기판은 제2선형운반장치(74)에 의해 2단 폴리싱유닛(16)의 제1폴리싱유닛(24b)의 기판테이블(30b)로 운반되어, 상기 기판테이블(30b) 상에 유지된다. 상기 기판의 제1폴리싱단계는 제1폴리싱유닛(24b)에서 실시된다. 제1폴리싱단계 후의 기판은 반전/이송기계(82)에 의해 반전되어 푸셔(78) 상에 배치된 다음, 상기 기판은 제2선형운반장치(74)에 의해 상기 2단 폴리싱유닛(16)의 제2폴리싱유닛(26b)의 톱링(54b)으로 운반되어, 상기 톱링(54b)에 의해 유지된다. 기판의 제2폴리싱단계는 제2폴리싱유닛(26b)에서 실시된다. 제2폴리싱단계 후의 기판은 상기 기판이 반전되는 반전기계(86)로 제2선형운반장치(74) 및 제2이송로봇(84)에 의해 운반된다. 상기 반전된 기판은, 기판이 운반유닛(96)에 의해 유지되면서, 상기 기판의 세정을 위해 순차적으로 1차세정장치(88), 2차세정장치(90), 3차세정장치(92) 및 4차세정장치(94)로 운반된다. 세정 후의 기판은 제1이송로봇(22)에 의해 프론트로딩부(20)의 기판카셋트로 복귀된다.
이하, 2단 폴리싱유닛(14)의 제1폴리싱유닛(24a) 및 제2폴리싱유닛(26a)에 의해 실시되는 본 발명에 따른 폴리싱공정을 도 8a 내지 도 8d를 참조하여 설명하기로 한다. 도 8a는 도 1에 대응하고; 도 8a 내지 도 8d에서, 도 1에 도시된 것과 동일한 부재 또는 요소들은 동일한 참조 부호들이 주어지고, 그 중복된 설명은 생략하기로 한다.
기판(W)은 우선 제1폴리싱유닛(24a)으로 운반되어, 대상물보다 작은 직경(또는 반경)을 갖는 폴리싱패드를 이용하여 대상물을 폴리싱하기 위한 방법을 의미하는 소형패드폴리싱방법에 의해 기판의 제1폴리싱단계가 실시된다. 특히, 그 전면(피폴리싱면)이 기판테이블(30a) 상에서 상향으로 향하여 유지되는 기판(W)은 기판테이블(30a)을 회전시켜 회전되며, 회전되고 있는 폴리싱테이블(32a)이 하강되어, 폴리싱장치(32a)의 폴리싱패드(124)를 사전설정된 압력으로 기판(W)에 대하여 가압시키는 한편, 이와 동시에 폴리싱액이 폴리싱액공급부(128)로부터 기판(W)과 폴리싱패드(124) 사이로 공급됨으로써, 기판(W)의 피폴리싱면에 형성된 대상막으로서 구리막(206)을 폴리싱하게 된다. 폴리싱 시, 폴리싱장치(32a)는 기판(W)의 전체면을 폴리싱 및 평탄화하기 위하여 기판(W)의 반경 방향을 따라 피봇된다.
제1폴리싱유닛(24a)에 의한 제1폴리싱단계 시, 도 8a에 도시된 바와 같이, 기판(W)의 표면에 형성된 배선재로서의 구리막(206)은 도 8b에 도시된 바와 같이 구리막(206)의 표면을 평탄화하도록 폴리싱된다. 따라서, 상기 구리막(206)의 표면레벨차이(불규칙성)가 목표레벨까지 소거되거나 또는 상기 막의 표면이 폴리싱의 진행과 함께 평탄하게 되는 시점의 와류센서(126)에 의한 검출 시에 제1폴리싱단계가 종료된다.
상기 실시예에서는, 구리막(206)의 표면레벨차이가 예컨대 30~60 nm가 될 때, 상기 구리막(206)의 표면레벨차이가 소거되거나 상기 막의 표면이 평탄화된 것으로 판정된다. 예를 들어, 소위 BPSG(Boron Phosphor Silicate Grass) 공정(65 nm 노드)에서는, 상기 대상물의 표면레벨차이가 예컨대 5~20 nm가 되는 경우에, 상기 대상물의 표면레벨차이가 소거되거나 또는 상기 대상물의 표면이 평탄하게 된 것으로 판정된다.
소형패드폴리싱방법에 의한 제1폴리싱단계에 있어서, 폴리싱압력, 즉 기판(W) 상의 폴리싱패드(124)의 압력은 (제2폴리싱단계에 비해) 낮아져, 기판(W)과 폴리싱패드(124)간의 상대속도가 (제2폴리싱단계에 비해) 높게 된다. 이는 폴리싱패드(124)가 2층폴리싱패드인 경우에도, 폴리싱패드(124)가 구리막(206)의 후퇴된 부분들과 접촉하게 되기 어려워질 수도 있어, 상기 구리막(206)의 표면레벨차이(불규칙성)를 효과적으로 소거할 수 있게 된다. 낮아진 폴리싱압력의 사용이 저감된 폴리싱율을 야기하여 생산성이 저하될 지라도, 기판(W)과 폴리싱패드(124)간의 높은 상대속도의 사용이 상기 폴리싱속도의 저감을 보상할 수 있다.
기판(W)의 반경보다 작은 직경을 갖는 폴리싱장치(32a)를 이용하고, 기판(W)의 반경 방향으로 폴리싱장치(32a)를 피봇하면서, 폴리싱장치(32a)의 회전하는 폴 리싱패드(124)를 회전하는 기판(W)에 대해 가압시켜 제1폴리싱단계를 실시함으로써, 기판(W)과 폴리싱패드(124)간의 접촉 면적을 작게 만들고, 상기 기판(W)의 작은 면적에서 상기 폴리싱패드(124)의 압력을 정밀하게 제어할 수 있게 된다. 특히, 기판(W) 상의 폴리싱패드(124)의 압력이 저압으로 더욱 용이하게 제어될 수 있다. 상기 폴리싱속도는 기판(W) 상의 반경 위치에 따라 폴리싱장치(32a)의 회전속도 또는 폴리싱 압력을 변경하여 기판(W)의 전체면에 걸쳐 정밀하게 제어될 수 있다. 예를 들어, 구리막(206)의 표면의 상승된 부분들만을 집중적으로 폴리싱할 수 있어, 상기 구리막(206)의 전체면이 용이하게 평탄화될 수 있다. 또한, 폴리싱액을 폴리싱패드(124)의 중앙으로부터 폴리싱패드(124)와 기판(W) 사이에 공급하여 폴리싱액이 효과적으로 사용될 수 있다.
따라서, 소형패드폴리싱방법에 의한 제1폴리싱단계에 따르면, 구리막(206)의 표면레벨차이는 폴리싱이 진행됨에 따라 효과적으로 소거될 수 있다.
제1폴리싱단계 후의 기판(W)은 반전/이송기계(72)에 의해 반전된 다음, 제2폴리싱유닛(26a)으로 운반되어, 제2폴리싱단계가 종래의 방법에 의해 실시된다. 특히, 상기 턴테이블(130)이 회전되고, 그 전면(피폴리싱면)이 하향으로 향하여 상기 기판(W)을 유지시키는 톱링(54a)이 회전 및 하강되어, 상기 기판(W)을 폴리싱장치(52a)의 폴리싱패드(50a)에 대해 사전설정된 압력으로 가압시키는 한편, 이와 동시에 폴리싱액이 폴리싱액공급노즐(56a)로부터 폴리싱패드(50a)로 공급됨으로써, 기판(W)의 피폴리싱면에 형성된 대상막으로서 구리막(206)의 전체면을 폴리싱하게 된다.
종래 방법에 의한 제2폴리싱단계에서, 도 8b에 도시된 바와 같이, 그 표면이 평탄화된 구리막(206)은, 도 8c에 도시된 바와 같이, 트렌치(208a, 208b)에 매입된 구리 이외의 잉여 구리막(206)을 제거하도록 전체면에 걸쳐 균일하게 폴리싱되고, 절연막(200) 상의 잉여 배리어금속층(204) 또한 도 8d에 도시된 바와 같이 폴리싱됨으로써, 미세한 구리배선(208a)과 와이드 구리배선(208b)을 형성하게 된다.
종래 방법에 의한 제2폴리싱단계에서는, 폴리싱 압력, 즉 기판(W) 상의 폴리싱패드(50a)의 압력이 높아져 높은 폴리싱율을 달성하게 된다. 기판(W)과 폴리싱패드(50a)간의 상대속도는, 폴리싱패드(50a) 상으로 공급되는 폴리싱액이 폴리싱에 기여하지 않으면서 폴리싱패드(50a)로부터 밀려나는 것을 방지하기 위하여 저감되게 된다.
하기 이유들로 인해 제1폴리싱단계에서 상기 막의 표면레벨차이의 소거를 종료한 후 직경(반경)이 대상물보다 작은 폴리싱패드를 이용하는 대상물의 폴리싱방법에 의해 구리막(206)의 제2폴리싱을 실시하는 것은 좋지 않을 것이다.
(1) 종래의 방법에 비해, 소형패드폴리싱방법에 의해 실시되는 폴리싱 시의 폴리싱속도가 낮다. 이는 기판의 일부분만이 소형패드폴리싱방법에 의한 폴리싱 시에 소정의 모멘트로 폴리싱되는 반면, 기판의 전체면은 항상 종래의 방법에 의한 폴리싱으로 폴리싱되기 때문이다.
(2) 종래의 방법에 비해, 폴리싱되고 있는 막의 두께의 동평면(in-plane) 균일성을 유지하면서 소형패드폴리싱방법으로 계속 폴리싱하는 것이 곤란하다. 기판의 일부분만이 소형패드폴리싱방법에 의한 폴리싱 시에 소정의 모멘트로 폴리싱되 고 있으므로, 일단 초기 표면레벨차이의 소거 시에 얻어지는 폴리싱되고 있는 막의 평탄도는 추후 폴리싱 기간 시에 어렵게 유지될 수 있다. 다른 한편으로, 막의 전체면을 균일하게 폴리싱하는 종래의 방법에 의한 폴리싱 시에 평탄한 막표면이 더욱 용이하게 유지될 수 있다.
그러므로, 상기 실시예에서는, 소형패드폴리싱방법이 제1폴리싱단계에서 채택되어, 구리막(206)의 표면레벨차이(불규칙성)를 효과적으로 소거시키고, 상기 표면레벨차이의 소거 후에 폴리싱을 계속하기 위해 제2폴리싱단계에서 종래의 방법이 채택된다. 예를 들어, 폴리싱 전에 구리막(206)에 형성된 표면 불규칙성의 가장 깊은 디싱(리세스)을 기준값으로서 취하여, 제1폴리싱단계가 실시되고, 구리막(206)의 전체면의 레벨이 가장 깊은 디싱의 저부의 레벨에 도달하는 시점에 종료된 다음, 제2폴리싱단계가 종래의 방법에 의해 실시되어, 표면의 평탄도를 유지하면서 구리막(206)을 폴리싱하고, 배리어금속층(204)도 폴리싱하게 된다.
이렇게 제1폴리싱단계에서의 소형패드폴리싱방법과 제2폴리싱단계에서의 종래 방법을 채택함으로써, 두 폴리싱방법의 각각의 장점들을 이용하여, 그들 서로의 단점을 보상하도록 하는 방식으로 폴리싱을 실시할 수 있게 된다. 특히, 구리막의 표면레벨차이는 막의 표면레벨차이를 소거하기 위해 능력이 우수한 소형패드폴리싱방법에 의해 효과적으로 소거될 수 있고, 이어서 남아 있는 잉여 구리막(206)은 소형패드폴리싱방법보다 높은 폴리싱율을 갖고 막표면의 평탄도를 유지하면서 상기 막을 폴리싱하도록 능력이 우수한 종래의 방법에 의해 폴리싱될 수 있다.
상기 실시예에서, 구리막(206)의 표면레벨차이가 소거되어 막표면이 평탄하 게 되는 시점은 제1폴리싱유닛(24a)의 회전지지부(122)에 장착된 와류센서(126)의 측정값들을 토대로 검출된다.
와류센서(126)에 의한 구리막(206)의 두께 측정 시에는, 폴리싱패드(124)가 구리막(206)과 완전 접촉하게 될 때까지, 막두께의 변화가 검출되기 어려울 수 있다. 상기 막의 상승된 부분에서 측정된 구리막(206)의 측정된 두께는 상기 막의 후퇴된 부분에서 측정된 상기 막의 측정된 두께와 크게 다르다. 예를 들어, 후퇴된 부분의 막두께를 측정한 후에 구리막(206)의 상승된 부분의 막두께가 측정되면, 폴리싱의 진행에도 불구하고 상기 측정된 두께의 증가가 검출될 수 있다. 폴리싱패드(124)가 구리막(206)과 완전히 접촉하게 된 후, 상기 구리막(206)의 측정된 두께는 폴리싱된 양에 따라 변할 것이다. 표면레벨차이의 소거의 처리가 종료되어야 하는 시점은 측정된 막두께의 변화의 전이(shift)를 검출하여 모니터링될 수 있다. 구체적으로는, 구리막(206)의 두께의 증감도가 모니터링되는 동안, 측정된 막두께의 증가가 중지되거나 막두께의 변화가 사라지는 시점이 표면레벨차이의 소거 시점으로 취해질 수 있다. 막두께의 변화의 플랫된 상태를 확인한 후, 제1폴리싱공정을 종료하는 것이 가능하다.
트렌치(202a, 202b)에 매입된 구리 이외의 잉여 구리막(206)의 완전한 제거와 절연막(200) 상의 배리어금속층(204)의 완전한 제거는 제2폴리싱유닛(26a)의 턴테이블(130)에 장착된 와류센서(132)에 의해 검출된다.
구리막(206)의 표면레벨차이가 목표레벨까지 소거되는 시점 또한 제1폴리싱유닛(24a)의 폴리싱장치(32a)를 회전시키는 토크의 변화를 토대로 검출될 수도 있 다. 상기 토크의 변화는 토크센서에 의해 측정될 수 있다.
표면레벨차이(불규칙성)가 있는 대상막의 폴리싱 시, 폴리싱장치의 폴리싱패드는 대상막의 표면레벨차이로 인해 폴리싱 개시 시에 상기 대상막과 부분적으로만 접촉하게 된다. 폴리싱패드와 대상막간의 접촉 면적은 상기 대상막의 표면레벨차이가 감소함에 따라 증가하고, 상기 폴리싱패드가 대상막과 완전 접촉하게 된 후에는 접촉 면적의 변화가 없게 된다. 이는 대상물을 구동시키는 스핀들의 토크에 반영된다. 따라서, 폴리싱패드가 대상막과 완전 접촉하게 될 때까지, 폴리싱의 개시로부터 토크가 점진적으로 증가하는 반면, 대상막과의 폴리싱패드의 완전 접촉 이후에는 토크의 변화가 없게 된다. 그러므로, 상기 대상막의 표면레벨차이가 목표레벨까지 소거되는 시점이 토크의 변화를 검출함으로써 검출될 수 있게 된다.
일반적으로 대경(large-diameter)패드폴리싱방법을 채택하는 폴리싱단계 이후에 실시되는 폴리싱단계에서 사용하기 위한 폴리싱방법으로 공지된 종래의 스크롤폴리싱방법에 비해(일본특허공개공보 제10-058317호 참조), 본 발명은 기판의 표면을 평탄화하는 능력이 우수하다(표면레벨차이의 효과적인 소거). 스크롤폴리싱방법은 2차폴리싱공정에서의 종래의 방법에 의한 폴리싱보다 느린 속도와 낮은 폴리싱압력으로 마무리 폴리싱을 실시하기 위한 2단 폴리싱방법이다. 본 발명에서의 상술된 소경(small-diameter)패드폴리싱방법에 비해, 스크롤폴리싱방법은 표면레벨차이를 목표레벨까지 소거하는 능력에 있어서 효과적인 방법이 아니며, 폴리싱패드와 대상물간의 상대속도가 느린 경우에만 적용된다. 그러므로, 본 발명에 따른 소경패드폴리싱방법은 표면레벨차이의 소거에 대한 신속하면서도 확실한 처리에 있어서 스크롤폴리싱방법에 비해 우수하다.
지금까지 본 발명을 그 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 당업계의 당업자에게는 본 발명이 상술된 특정 실시예들로 제한되지 않고, 본 발명의 기술적 사상 내에서 변형예들을 커버하도록 되어 있다는 점은 자명하다.
도 1은 다마신공정에서 기판의 표면 상에 형성된 금속배선재의 구리막을 예시한 단면도;
도 2는 CMP에 의한 폴리싱 중에 도 1의 구리막을 예시한 단면도;
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 폴리싱장치의 전반적인 구성을 도시한 평면도;
도 4는 도 3에 도시된 폴리싱장치의 2단 폴리싱유닛의 제1폴리싱유닛에 제공되는 폴리싱장치 및 폴리싱테이블을 도시한 개략적인 단면도;
도 5는 도 4에 도시된 폴리싱장치와 폴리싱테이블의 개략적인 평면도;
도 6은 도 3에 도시된 폴리싱장치의 2단 폴리싱유닛의 제2폴리싱유닛에 제공되는 톱링과 폴리싱장치를 도시한 개략적인 단면도;
도 7은 도 6에 도시된 톱링과 폴리싱장치의 개략적인 평면도; 및
도 8a 내지 도 8d는 도 3에 도시된 폴리싱장치에 의해 구리배선을 형성하기 위한 공정을 예시한 도면들이다.

Claims (8)

  1. 폴리싱패드와 대상물을 서로에 대해 이동시키면서, 폴리싱패드를 상기 대상물의 표면에 대해 가압시켜 대상물을 폴리싱하는 방법에 있어서,
    폴리싱패드와 상기 대상물을 서로에 대해 제1 상대속도로 이동시키면서, 폴리싱장치의 폴리싱패드를 상기 대상물의 표면에 대해 제1압력으로 가압시켜 제1폴리싱단계를 실시하는 단계를 포함하되, 상기 제1폴리싱단계에 사용되는 폴리싱패드는 상기 대상물의 반경보다 작은 직경을 가지며,
    상기 대상물의 표면레벨차이가 목표레벨까지 소거되는 시점에 상기 제1폴리싱단계를 종료시키는 종료단계를 실시하는 단계; 및
    폴리싱패드와 상기 대상물을 서로에 대해 상기 제1상대속도와 상이한 제2상대속도로 이동시키면서, 폴리싱장치의 폴리싱패드를 상기 대상물의 표면에 대해 상기 제1압력과 상이한 제2압력으로 가압시키켜 제2폴리싱단계를 실시하는 단계를 포함하되, 상기 제2폴리싱단계에 사용되는 폴리싱패드는 상기 대상물의 직경보다 큰 직경을 갖는 것을 특징으로 하는 폴리싱방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2압력은 상기 제1압력보다 크고, 상기 제2상대속도는 상기 제1상대속도보다 느린 것을 특징으로 하는 폴리싱방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 대상물의 표면레벨차이가 목표레벨까지 소거되는 시점은, 상기 제1폴리싱단계를 실시하기 위한 폴리싱장치에 제공되는 와류센서의 측정값들을 토대로 검출되는 것을 특징으로 하는 폴리싱방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 대상물의 표면레벨차이가 목표레벨까지 소거되는 시점은, 상기 제1폴리싱단계를 실시하기 위한 폴리싱장치를 회전시키는 토크의 변화를 토대로 검출되는 것을 특징으로 하는 폴리싱방법.
  5. 대상물을 폴리싱하기 위한 장치에 있어서,
    상기 대상물의 반경보다 작은 직경을 갖는 폴리싱장치를 구비한 제1폴리싱유닛을 포함하되, 상기 제1폴리싱유닛은 폴리싱패드와 상기 대상물을 서로에 대해 제1상대속도로 이동시키면서, 상기 폴리싱장치의 폴리싱패드를 상기 대상물의 표면에 대해 제1압력으로 가압하는 제1폴리싱단계를 실시할 수 있고,
    상기 대상물의 표면레벨차이가 목표레벨까지 소거되는 시점을 검출하기 위한 검출도구; 및
    상기 대상물의 직경보다 큰 직경을 갖는 폴리싱장치를 구비한 제2폴리싱유닛을 포함하되, 상기 제2폴리싱유닛은 상기 폴리싱패드와 상기 대상물을 서로에 대해 상기 제1상대속도와 상이한 제2상대속도로 이동시키면서, 상기 폴리싱장치의 폴리 싱패드를 상기 대상물의 표면에 대해 상기 제1압력과 상이한 제2압력으로 가압하는 제2폴리싱단계를 실시할 수 있는 것을 특징으로 하는 폴리싱장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제2압력은 상기 제1압력보다 크고, 상기 제2상대속도는 상기 제1상대속도보다 느린 것을 특징으로 하는 폴리싱장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 검출도구는 와류센서인 것을 특징으로 하는 폴리싱장치.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 검출도구는 상기 제1폴리싱유닛의 폴리싱장치의 토크를 측정하기 위한 토크센서인 것을 특징으로 하는 폴리싱장치.
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