KR20140013938A - 웨이퍼의 연마 방법 - Google Patents

웨이퍼의 연마 방법

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KR20140013938A
KR20140013938A KR1020130084179A KR20130084179A KR20140013938A KR 20140013938 A KR20140013938 A KR 20140013938A KR 1020130084179 A KR1020130084179 A KR 1020130084179A KR 20130084179 A KR20130084179 A KR 20130084179A KR 20140013938 A KR20140013938 A KR 20140013938A
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신로오 오오타
도시카즈 노무라
다케시 이이즈미
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가부시키가이샤 에바라 세이사꾸쇼
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Abstract

본 발명은 Ru막 및 그 아래로 형성된 Ta막 또는 TaN막을 갖는 웨이퍼의 연마 방법을 제공한다. 이 연마 방법은, 웨이퍼(W)를 연마 패드(10)에 미끄럼접촉시켜서 Ru막(106a)을 연마하고, Ru막(106a)의 연마중에 Ru막(106a)의 두께를 막 두께 센서에서 측정하고, 막 두께 센서의 출력값의 미분값을 산출하고, 미분값의 소정의 변화점을 검출하고, 변화점이 검출된 시점으로부터 Ru막(106a)의 제거점을 결정한다.

Description

웨이퍼의 연마 방법{WAFER POLISHING METHOD}
본 발명은 웨이퍼의 연마 방법에 관한 것이며, 특히 다층 도전층이 형성된 웨이퍼를 연마하는 방법에 관한 것이다.
웨이퍼의 배선 형성 공정에 있어서는, 배선이 되는 금속막을 형성한 후에 화학적 기계 연마(CMP)를 행하고, 배선에 사용되지 않는 불필요한 금속막을 제거하는 연마 공정이 행해지고 있다. 이 연마 공정에서는, 불필요한 금속막이 제거된 후, 그 금속막의 아래에 형성되어 있는 배리어층으로서의 도전층이 연마에 의해 제거된다. 또한, 그 아래에 형성된 하드 마스크막이 연마에 의해 제거되어, 금속 배선이 소정의 높이로 되었을 때에 연마가 종료된다. 이 소정의 높이는 금속 배선이 소정의 저항값을 갖는데 필요한 높이다.
하드 마스크막은 절연성 재료로 이루어지는 절연막 또는 금속막이며, 층간 절연막을 덮도록 형성되어 있다. 층간 절연막은 취성 재료인 Low-k재 등으로 형성되어 있다. 하드 마스크막은, 이 층간 절연막을 배선 홈 형성을 위한 드라이 에칭이나 CMP에 의한 물리 가공 등으로부터 보호하기 위해서 형성되는 것이다.
도 1은 배선을 형성하는 다층 구조의 일 예를 나타내는 단면도이다. 도 1에 도시한 바와 같이, SiO2나 Low-k재로 되는 층간 절연막(102)의 상에 예를 들어 SiO2로 이루어지는 하드 마스크막(103)이 형성되어 있다. 층간 절연막(102)에는, 비아 홀(104)과 트렌치(105)가 형성된다. 또한, 하드 마스크막(103), 비아 홀(104), 및 트렌치(105)의 표면에, 도전층(106)이 형성된다. 도전층(106)은 Ru막(루테늄막)(106a)과, 그 아래로 형성되어 있은 부호 106b로 표시되는 Ta막(탄탈막) 또는 TaN막(질화 탄탈막)으로 구성되어 있다. 이하, Ta막 또는 TaN막을 Ta/TaN막으로 표기한다.
도전층(106)이 형성된 후, 웨이퍼에 동도금을 실시함으로써, 비아 홀(104) 및 트렌치(105) 내에 구리를 충전시키는 동시에, 도전층(106) 위에 금속막으로서의 구리막(107)을 퇴적시킨다. 그 후, 화학적 기계적 연마(CMP)에 의해 불필요한 구리막(107), 도전층(106), 및 하드 마스크막(103)이 제거되어, 비아 홀(104) 및 트렌치(105) 내에만 구리가 남는다. 이 구리가 반도체 디바이스의 배선을 구성한다. 도 1의 점선으로 나타내는 바와 같이, 배선이 소정의 높이가 된 시점에서 연마가 종료된다.
도전층(106)은 구리막(107)의 배리어층으로서 기능한다. 도전층(106)의 일부를 구성하는 Ru막(106a)은 얇게 형성하는 것이 가능하므로, 얇은 배리어층의 형성에 기여할 수 있다. 또한, Ru막(106a)은 종래부터 배리어층으로서 사용되고 있는 Ta 및 TaN보다도 낮은 저항값을 갖기 때문에, 보다 미세한 반도체 디바이스의 실현에 기여할 수 있을 것으로 기대되고 있다. 그러나, Ru막(106a)은 구리의 확산을 방지하는 기능을 갖지 않는다. 따라서, 구리의 확산을 방지하는 기능을 갖는 Ta/TaN막(106b)이 Ru막(106a)의 아래에 형성된다.
CMP에 의해 불필요한 도전층(106)을 제거하는 것은 배선간의 단락을 방지하기 위해서이다. 이것은, 불필요한 구리막(107)을 제거하는 목적과 동일하다. 그러나, Ru막(106a)의 연마 레이트는 Ta/TaN막(106b)의 연마 레이트에 비교해서 낮다. 이로 인해, Ru막(106a)의 두께에 편차가 있을 경우, 불필요한 Ru막(106a)을 연마에 의해 제거할 수 없고, 결과적으로 배선간의 단락을 야기해 버린다.
본 발명은, 이러한 종래의 문제점을 해결하기 위해서 이루어진 것으로, Ta막 또는 TaN막의 상에 형성된 Ru막의 제거점을 확실하게 검출할 수 있는 연마 방법 및 연마 장치를 제안하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 형태는, Ru막 및 그 아래로 형성된 Ta막 또는 TaN막을 갖는 웨이퍼의 연마 방법으로서, 상기 웨이퍼를 연마 패드에 미끄럼접촉시켜서 상기 Ru막을 연마하고, 상기 Ru막의 연마중에 상기 Ru막의 두께를 막 두께 센서로 측정하고, 상기 막 두께 센서의 출력값의 미분값을 산출하고, 상기 미분값의 소정의 변화점을 검출하고, 상기 변화점이 검출된 시점으로부터 상기 Ru막의 제거점을 결정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 형태는, 상기 소정의 변화점은 상기 미분값의 극대점 또는 극소점인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 형태는, 상기 Ru막의 제거점은 상기 변화점이 검출된 시점으로부터 소정의 시간이 경과한 시점인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 형태는, 상기 소정의 시간은 0을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 형태는, 상기 연마 패드는, 그 전체에 미세 다공 구조가 균일하게 형성되고, 또한 상기 미세 다공 구조의 내부에 연속 기포가 형성된 구성을 갖고 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 형태는, 상기 Ru막의 제거점을 결정한 후에, 상기 웨이퍼로부터 상기 연마 패드에 가해지는 연마 압력을 상승시키고, 상기 상승된 연마 압력에서 상기 웨이퍼를 상기 연마 패드에 미끄럼접촉시켜서 상기 Ta막 또는 TaN막을 연마하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 형태는, 상기 Ru막의 제거점을 결정한 후에, 상기 웨이퍼로부터 상기 연마 패드에 가해지는 연마 압력을 저하시켜, 상기 저하된 연마 압력에서 상기 웨이퍼를 상기 연마 패드에 미끄럼접촉시켜서 상기 Ta막 또는 TaN막을 연마하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 형태는, 상기 Ru막의 연마는, 상기 연마 패드에 제1 연마액을 공급하면서 상기 웨이퍼를 상기 연마 패드에 미끄럼접촉시킴으로써 행해지고, 상기 Ru막의 제거점을 결정한 후에, 상기 제1 연마액 대신에 제2 연마액을 상기 연마 패드에 공급하면서 상기 웨이퍼를 상기 연마 패드에 미끄럼접촉시켜서 상기 Ta막 또는 TaN막을 연마하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 형태는, 상기 Ru막을 연마하기 전에, 상기 Ru막의 상에 형성되어 있는 구리막을 연마하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 형태는, 상기 Ru막 및 상기 Ta막 또는 TaN막은 구리의 확산을 방지하기 위한 배리어층인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 형태는, 상기 막 두께 센서는 와전류 센서인 것을 특징으로 한다.
Ru막의 연마 레이트(단위 시간당에 제거되는 막의 두께, 제거 레이트라고도 한다)와 Ta막 또는 TaN막의 연마 레이트는 크게 상이하다. Ru막이 제거되면, 와전류 센서의 출력값의 미분값에 특징적인 변화점이 나타난다. 따라서, 이 변화점에 기초해서 Ru막의 제거점을 정확하게 검출할 수 있다.
도 1은 배선을 형성하는 다층 구조의 일 예를 나타내는 단면도.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 관한 연마 방법을 실행하기 위한 연마 장치를 도시하는 모식도.
도 3은 Ru막 및 TaN막으로 이루어지는 배리어층으로서의 도전층을 연마하고 있을 때의 와전류 센서의 출력값을 도시하는 그래프.
도 4는 도 3에 도시하는 와전류 센서의 출력값의 미분값을 도시하는 그래프.
도 5는 Ta/TaN막만으로 이루어지는 도전층(배리어층)을 연마했을 때의 와전류 센서의 출력값의 변화를 도시하는 그래프.
도 6은 연마 패드의 단면을 도시하는 모식도.
도 7은 전체에 미세 다공 구조가 균일하게 형성되고, 그 미세 다공 구조의 내부에 연속 기포가 형성된 연마 패드를 사용해서 웨이퍼를 연마한 결과와, 미세 다공 구조가 부분적으로 형성되고, 연속 기포가 내부에 형성된 종래의 연마 패드를 사용해서 웨이퍼를 연마한 결과를 도시하는 그래프.
도 8은 웨이퍼를 연마하고, 세정하고, 건조할 수 있는 웨이퍼 처리 장치를 도시하는 모식도.
도 9는 웨이퍼의 처리 플로우의 일 예를 나타내는 도면.
도 10은 웨이퍼의 처리 플로우의 다른 예를 도시하는 도면.
도 11은 웨이퍼의 처리 플로우의 또 다른 예를 나타내는 도면.
이하, 본 발명에 관한 웨이퍼의 연마 방법의 실시형태를 도 2 내지 도 11을 참조해서 설명한다. 도 2 내지 도 11에 있어서, 동일 또는 상당하는 구성 요소에는 동일한 번호를 부여해서 중복한 설명을 생략한다.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 관한 연마 방법을 실행하기 위한 연마 장치를 도시하는 모식도이다. 연마 장치는 연마 패드(10)를 지지하는 연마 테이블(11)과, 웨이퍼(W)를 유지해 회전시키는 톱 링(9)과, 연마 패드(10)에 연마액(슬러리)을 공급하는 슬러리 공급 기구(15)와, 연마 패드(10)에 순수(DIW)를 공급하는 물 공급 기구(16)와, 웨이퍼(W)의 막 두께를 측정하는 와전류 센서(12)를 구비하고 있다. 와전류 센서(12)는 연마 테이블(11) 내에 설치되고 있어, 연마 테이블(11)이 1회전하는 때마다 웨이퍼(W)의 막 두께에 따라 변화되는 막 두께 데이터를 취득한다.
톱 링(9) 및 연마 테이블(11)은, 화살표로 나타내는 바와 같이 동일 방향으로 회전하고, 이 상태에서 톱 링(9)은 웨이퍼(W)를 연마 패드(10)의 연마면(10a)에 압박한다. 슬러리 공급 기구(15)로부터는 연마액이 연마 패드(10) 위에 공급되고, 웨이퍼(W)는 연마액의 존재하에서 연마 패드(10)와의 미끄럼접촉에 의해 연마된다. 웨이퍼(W)의 연마중 와전류 센서(12)는 연마 테이블(11)과 함께 회전하고, 부호 A로 도시한 바와 같이 웨이퍼(W)의 표면을 가로지르면서 막 두께 데이터를 취득한다. 와전류 센서(12)는 연마 제어부(18)에 접속되어 있다. 이 연마 제어부(18)는 와전류 센서(12)에 의해 취득된 막 두께 데이터에 기초하여, 웨이퍼(W)의 연마의 진척을 감시한다.
연마되는 웨이퍼(W)는 도 1에 도시하는 다층 구조를 갖는 웨이퍼이다. 도 3은 Ru막(도 1에서는 부호 106a로 표시한다) 및 TaN막(도 1에서는 부호 106b로 표시한다)으로 이루어지는 배리어층으로서의 도전층(106)을 연마하고 있을 때의 와전류 센서의 출력값을 도시하는 그래프이다. 도 3에 있어서, 종축은 와전류 센서(12)의 출력값, 즉 막 두께를 나타내고, 횡축은 연마 시간을 나타내고 있다. 도 3에 도시한 바와 같이, 와전류 센서(12)의 출력값은 연마 시간과 함께 변화된다. 도 4는 도 3에 도시하는 와전류 센서(12)의 출력값의 미분값을 도시하는 그래프이다. 와전류 센서(12)의 출력값의 미분값은 도 3에 도시하는 그래프의 기울기를 나타내고, 와전류 센서(12)의 출력값의 단위 시간당의 변화량이라 바꿔 말할 수도 있다. 도 3에 도시한 바와 같이, Ru막을 연마하고 있을 때와 TaN막을 연마하고 있을 때에서는, 와전류 센서(12)의 출력값의 변화의 방법이 다르다. 이것은, Ru막의 연마 레이트와 TaN막의 연마 레이트의 차이에 기인한다. 이러한 연마 레이트의 차이 때문에, 도 4에 도시한 바와 같이, Ru막이 제거되었을 때에, 와전류 센서(12)의 출력값의 미분값에 특징적인 변화점, 즉 극대점(또는 극소점)이 나타난다. 미분값의 극대점 및 극소점은 미분값의 극대값 및 극대값을 도시하는 점이다. 도시하지 않지만, Ta막의 경우에도 같은 특징적인 변화점이 나타난다.
연마 제어부(18)는 이 와전류 센서(12)의 출력값의 변화점에 기초하여, Ru막의 제거를 검출한다. 이 변화점이 나타난 시점에서는, Ru막의 일부가 남아있는 것이 있다. 따라서, 연마 제어부(18)는, 와전류 센서(12)의 출력값의 변화점이 나타난 시점으로부터 소정의 시간이 경과했는지의 여부를 결정함으로써 Ru막의 제거를 검출한다. 이 소정의 시간은 0이여도 좋다.
도 5는 Ta막 또는 TaN막(이하, Ta/TaN막이라고 한다)만으로 이루어지는 배리어층으로서의 도전층을 연마했을 때의 와전류 센서(12)의 출력값의 변화를 도시하는 그래프이다. 도 5로부터 알 수 있는 바와 같이, Ta/TaN막의 연마중은 와전류 센서(12)의 출력값은 완만하게 변화된다. 이로 인해, 도시하지 않지만, 출력값의 미분값에도 특징적인 변화점이 보이지 않는다.
Ru막이 그 아래의 Ta/TaN막으로 되는 다층 구조를 갖는 웨이퍼의 연마에서는, Ru막의 연마 레이트와 Ta/TaN막의 연마 레이트에 차이가 있는 결과, 와전류 센서(12)의 출력값의 미분값에 특징적인 변화점이 나타난다. 따라서, 그 변화점으로부터 연마 제어부(18)는 Ru막의 제거점을 정확하게 결정할 수 있다. 제거점의 결정이란 막이 제거되었는지의 여부를 판단하는 프로세스이다.
Ru막의 제거점 검출에 기초하여, 웨이퍼(W)의 연마 프로세스를 조정할 수도 있다. 구체적으로는, Ru막의 제거가 검출된 후에, 웨이퍼(W)의 연마 조건을 바꾸는 것이 가능하다. 예를 들어, Ru막의 제거의 검출후에, 웨이퍼(W)에서 연마 패드(10)에 가해지는 연마 압력을 내려도 좋다. 이에 의해, 웨이퍼(W)의 피연마면상의 스크래치를 저감시킬 수 있다. 다른 예로서는, Ru막의 제거의 검출후에, 연마 시간 단축을 위해, 웨이퍼(W)로부터 연마 패드(10)에 가해지는 연마 압력을 올려도 좋다.
도 3에 도시한 바와 같이, 와전류 센서(12)의 출력값은 막 두께의 감소에 따라서 저하한다. 즉, 와전류 센서(12)의 변화량과 막의 제거량 사이에는 상관 관계가 있다. 따라서, 와전류 센서(12)의 출력값의 변화량으로부터 Ru막의 제거점을 검출하는 것도 가능하다. 이 경우에는, 복수의 동일 구조의 웨이퍼를 연마하고, 초기 막 두께와 연마후의 막 두께를 측정함으로써, Ru막의 제거량과 와전류 센서(12)의 출력값의 변화량과의 상관 관계가 미리 취득된다.
연마된 웨이퍼(W)의 표면에 형성되는 스크래치는 디바이스의 신뢰성을 저하시키는 결함(디펙트)이 될 수 있다. 이러한 디펙트를 개선하기 위해서, 연마 패드(10)는, 도 6에 도시한 바와 같이, 그 전체에 미세 다공 구조(13)가 균일하게 형성되고, 또한 그 미세 다공 구조(13)의 내부에 연속 기포(14)가 형성된 구성을 갖고 있다. 연마 패드(10)의 전체에 미세 다공 구조(13)가 균일하게 형성되어 있으므로, 연마 패드(10)의 연마면에서 응력 집중이 일어나기 어렵다. 따라서, 연마 패드(10)가 충격을 흡수하고, 웨이퍼(W)에 스크래치가 발생하기 어렵다.
도 7은 상술한 연마 패드(10)를 사용해서 웨이퍼를 연마한 결과와, 미세 다공 구조가 부분적으로 형성되고, 연속 기포가 내부에 형성된 종래의 연마 패드를 사용해서 웨이퍼를 연마한 결과를 나타내는 그래프이다. 도 7에 있어서, 종축은 웨이퍼 위에 형성된 스크래치수를 정규화한 수치를 나타내고 있다. 정규화된 스크래치수는, 웨이퍼상의 스크래치 총수를, 가장 스크래치수가 적었던 저 연마 압력에서 연마 패드(10)에 웨이퍼를 압박했을 경우의 스크래치 총수로 나눈 값이다. 도 7의 그래프에 도시한 바와 같이, 종래의 연마 패드를 사용했을 경우의 스크래치수는 171.4이며, 연마 패드(10)를 사용했을 경우의 스크래치수는 1.4이었다. 이 그래프로부터 알 수 있는 바와 같이, 전체에 미세 다공 구조가 균일하게 형성되고, 그 미세 다공 구조의 내부에 연속 기포가 형성된 연마 패드(10)를 사용함으로써, 스크래치수를 대폭 줄일 수 있다.
막 두께 센서로서, 와전류 센서(12) 대신에, 광학식 막 두께 모니터링 센서를 사용해도 좋다. 광학식 막 두께 모니터링 센서는 웨이퍼에 광을 대고, 웨이퍼로부터의 반사광의 스펙트럼에 기초해서 막 두께를 감시하는 센서이다. 반사광의 스펙트럼은 막 두께에 따라 변화된다. 이것은, 막의 표면에서 반사된 광의 파와, 막과 그 아래의 층과의 계면에서 반사한 광의 파와의 간섭의 방법이 막의 두께를 따라 변화되기 때문이다. 금속막이 지극히 얇아지면, 광은 금속막을 투과한다. 따라서, 지극히 얇은 금속막의 두께는 광학식 막 두께 모니터링 센서에 의해도 측정할 수 있다.
다음에, 본 발명의 연마 방법을 실행할 수 있는 웨이퍼 처리 장치에 대해서 설명한다. 도 8은 웨이퍼를 연마하고, 세정하고, 건조할 수 있는 웨이퍼 처리 장치를 도시하는 모식도이다. 도 8에 도시한 바와 같이, 웨이퍼 처리 장치는 대략 직사각 형상의 하우징(1)을 구비하고 있고, 하우징(1)의 내부는 격벽(1a, 1b)에 의해 로드·언로드부(2)와 연마부(3)와 세정부(4)로 구획되어 있다.
로드·언로드부(2)는 웨이퍼 카세트가 적재되는 복수의 프론트 로드부(20)를 구비하고 있다. 로드·언로드부(2)에는, 프론트 로드부(20)의 배열에 따라 주행 가능한 제1 반송 로봇(22)이 설치되어 있다. 제1 반송 로봇(22)은 프론트 로드부(20)에 탑재된 웨이퍼 카세트에 액세스할 수 있게 되어 있다. 이 제1 반송 로봇(22)은 상하에 2개의 핸드를 구비하고 있고, 예를 들어 상측의 핸드를 웨이퍼 카세트에 연마된 웨이퍼를 복귀시킬 때에 사용하고, 하측의 핸드를 연마전의 웨이퍼를 반송할 때에 사용하고, 상하의 핸드를 구분지어 사용할 수 있게 되어 있다.
연마부(3)는 제1 연마 유닛(30A), 제2 연마 유닛(30B), 제3 연마 유닛(30C), 및 제4 연마 유닛(30D)을 구비하고 있다. 각 연마 유닛(30A 내지 30D)은 도 2에 도시하는 연마 장치와 같은 구성을 갖고 있으므로, 그 상세한 설명을 생략한다. 연마부(3)에는, 제1 연마 유닛(30A)과 제2 연마 유닛(30B) 사이에서 웨이퍼를 반송하는 제1 리니어 트랜스포터(5)가 배치되어 있다. 마찬가지로, 제3 연마 유닛(30C) 및 제4 연마 유닛(30D)과의 사이에서 웨이퍼를 반송하는 제2 리니어 트랜스포터(6)가 배치되어 있다.
연마부(3)와 세정부(4) 사이에는, 연마된 웨이퍼를 세정부(4)에 반송하는 스윙 트랜스포터(40)가 설치되어 있다. 세정부(4)는 스윙 트랜스포터(40)로부터 수취한 웨이퍼를 반전하는 반전기(41)와, 연마된 웨이퍼를 세정하는 3개의 세정기(42, 43, 44)와, 세정된 웨이퍼를 건조시키는 건조기(45)와, 반전기(41), 세정기(42 내지 44), 건조기(45)의 사이에서 웨이퍼를 반송하는 반송 유닛(46)을 구비하고 있다.
반송 유닛(46)은 웨이퍼를 파지하는 복수의 아암(도시하지 않음)을 갖고 있고, 이들 아암에 의해 복수의 웨이퍼를 반전기(41), 세정기(42 내지 44), 건조기(45)의 사이에서 동시에 수평 방향으로 이동시킬 수 있게 되어 있다. 세정기(42) 및 세정기(43)로서는, 예를 들어, 상하에 배치된 롤 형상의 스펀지를 회전시켜서 웨이퍼의 표면 및 이면에 압박해서 웨이퍼의 표면 및 이면을 세정하는 롤 타입의 세정기를 사용할 수 있다. 또한, 세정기(44)로서는, 예를 들어, 반구 형상의 스펀지를 회전시키면서 웨이퍼에 압박해서 세정하는 펜슬 타입의 세정기를 사용할 수 있다. 건조기(45)로서는, IPA 건조기를 사용할 수 있다. 이 IPA 건조기는, 이소프로필알코올의 증기를 포함하는 기체를 웨이퍼의 표면에 분사해서 웨이퍼를 건조시킨다. 건조기(45)로 건조된 웨이퍼는 제1 반송 로봇(22)에 의해 프론트 로드부(20) 상의 웨이퍼 카세트에 복귀된다.
다음에, 웨이퍼의 처리 플로우의 일 예에 대해서 도 1, 도 8, 및 도 9를 참조해서 설명한다. 웨이퍼는 제1 연마 유닛(30A)에 반송되고, 제1 연마 유닛(30A)에서 구리막(107)이 연마된다(제1 연마 공정). 불필요한 구리막(107)이 제거된 후, 연마 패드(10)에 물 공급 기구(16)(도 2 참조)로부터 순수(DIW)를 공급하면서, 웨이퍼가 물 연마된다. 물 연마시의 연마 하중은 0으로 된다. 물 연마후, 웨이퍼는 제1 리니어 트랜스포터(5)에 의해 제1 연마 유닛(30A)으로부터 제2 연마 유닛(30B)에 반송된다.
제2 연마 유닛(30B)에서는, 우선 배리어층인 도전층(106)이 연마된다. 이 도전층(106)의 연마 공정은 상층 도전층인 Ru막(106a)의 연마(제2 연마 공정의 제1 단계)와 하층 도전층인 Ta/TaN막(106b)의 연마(제2 연마 공정의 제2 단계)로 나뉜다. Ru막(106a)의 제거점은 상술한 방법에 따라서 와전류 센서(12)의 출력값에 기초해서 검출된다. Ru막(106a)의 제거점이 검출되면, 연마 압력은 제1 연마 압력으로부터 제2 연마 압력으로 전환할 수 있다. 구체적으로는, Ru막(106a)의 연마는 1.3psi[9.0㎪] 이상의 제1 연마 압력에서 실시되고, Ta/TaN막(106b)의 연마는 1.0psi [6.9㎪] 이하의 제2 연마 압력에서 실시된다. 도전층(106)이 제거되면, 다음에 하드 마스크막(103)이 연마된다(제2 연마 공정의 제3 단계). 이 연마는 하드 마스크막(103)이 제거될 때까지 행해진다.
다음에, 층간 절연막(102) 및 트렌치(105) 내에 남는 구리 배선이 연마된다(제3 연마 공정). 이 연마는, 1.0psi 이하의 연마 압력에서 실시되고, 구리 배선이 소정의 높이에 도달한 시점에서 종료된다. 그 후, 웨이퍼는 0.7psi[4.8㎪] 이하의 연마 압력에서 물 연마된다. 물 연마를 행하는 목적은 웨이퍼 및 연마 패드(10) 위에 잔류하는 연마액(슬러리) 및 연마 칩을 제거하는 것이다.
연마된 웨이퍼는 스윙 트랜스포터(40)에 의해 세정부(4)로 반송된다. 웨이퍼는 세정부(4)에 있어서 세정되고, 건조된다. 건조된 웨이퍼는 제1 반송 로봇(22)에 의해 프론트 로드부(20) 상의 웨이퍼 카세트로 복귀된다.
도 10은 웨이퍼 처리 플로우의 다른 예를 도시하는 흐름도이다. 이 처리 플로우에서의 제2 연마 공정 및 제3 연마 공정에서의 연마 압력은 도 9에 도시하는 처리 플로우에서의 연마 압력과 다르다. 즉, Ru막(106a)의 연마는 1.0psi 이하의 제1 연마 압력에서 실시되고, Ta/TaN막(106b)의 연마는 1.3psi 이상의 제2 연마 압력에서 실시된다. 또한, 층간 절연막(102) 및 트렌치(105) 내에 남는 구리 배선의 연마(제3 연마 공정)는 1.3psi 이상의 연마 압력에서 실시된다. 그 밖의 단계는 도 9에 도시하는 단계와 동일하다.
도 11은 웨이퍼 처리 플로우의 또 다른 예를 나타내는 흐름도이다. 이 예에서는, 연마액으로서, 제1 연마액과 제2 연마액의 2종류의 연마액이 사용된다. 구체적으로는, Ru막(106a)의 연마시에는, Ru막(106a)의 연마 레이트가 높아지는 루테늄용의 제1 연마액이 사용된다. Ru막(106a)의 제거가 상술한 방법에 따라서 와전류 센서(12)의 출력값에 기초해서 검출되면, 연마 패드(10)에 공급되는 연마액은 루테늄용의 제1 연마액으로부터 Ta 또는 TaN용의 제2 연마액으로 전환할 수 있다. 제1 연마액은 Ru막(106a)의 연마 레이트가 높은 성질을 갖고, 제2 연마액은 Ta/TaN막(106b)의 연마 레이트가 보다 높은 성질을 갖고 있다.
Ru막(106a)의 연마 및 Ta/TaN막(106b)의 연마는 1psi~1.3psi의 연마 압력에서 행해진다. Ru막(106a)의 연마 압력과 Ta/TaN막(106b)의 연마 압력은 상이해도 좋다. 또한, 루테늄용의 제1 연마액 및 연마 칩을 제거하기 위해서, Ru막(106a)의 연마와 Ta/TaN막(106b)의 연마 사이에 물 연마를 행해도 좋다.
상술한 실시형태는 Ru막과 Ta/TaN막과의 조합으로 이루어지는 다층 구조를 연마하는 예를 나타내고 있지만, 본 발명은 연마 레이트가 크게 다른 금속막 또는 도전막의 조합으로 이루어지는 다층 구조의 연마에도 적용할 수 있다.
상술한 실시형태는 본 발명이 속하는 기술 분야에 있어서의 통상의 지식을 갖는 자가 본 발명을 실시할 수 있는 것을 목적으로 해서 기재된 것이다. 상기 실시형태의 다양한 변형예는 당업자라면 당연하게 이룰 수 있는 것이며, 본 발명의 기술적 사상은 다른 실시형태에도 적용할 수 있다. 따라서, 본 발명은 기재된 실시형태에 한정되는 일은 없고, 특허청구의 범위에 의해 정의되는 기술적 사상을 따른 가장 넓은 범위로 해석되는 것이다.
1 : 하우징
1a, 1b : 격벽
2 : 로드·언로드부
3 : 연마부
4 : 세정부
5 : 제1 리니어 트랜스포터
6 : 제2 리니어 트랜스포터
9 : 톱 링
10 : 연마 패드
10a : 연마면
11 : 연마 테이블
12 : 와전류 센서
13 : 미세 다공 구조
14 : 연속 기포
15 : 슬러리 공급 기구
16 : 물 공급 기구
18 : 연마 제어부
20 : 프론트 로드부
22 : 제1 반송 로봇
30A : 제1 연마 유닛
30B : 제2 연마 유닛
30C : 제3 연마 유닛
30D : 제4 연마 유닛
40 : 스윙 트랜스포터
41 : 반전기
42, 43, 44 : 세정기
45 : 건조기
46 : 반송 유닛
102 : 층간 절연막
103 : 하드 마스크막
104 : 비아 홀
105 : 트렌치
106 : 도전층
106a : Ru막
106b : Ta막, TaN막
107 : 구리막
W : 웨이퍼

Claims (11)

  1. Ru막 및 그 아래에 형성된 Ta막 또는 TaN막을 갖는 웨이퍼의 연마 방법이며,
    상기 웨이퍼를 연마 패드에 미끄럼접촉시켜서 상기 Ru막을 연마하고,
    상기 Ru막의 연마중에 상기 Ru막의 두께를 막 두께 센서로 측정하고,
    상기 막 두께 센서의 출력값의 미분값을 산출하고,
    상기 미분값의 소정의 변화점을 검출하고,
    상기 변화점이 검출된 시점으로부터 상기 Ru막의 제거점을 결정하는 것을 특징으로 하는, 연마 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 소정의 변화점은 상기 미분값의 극대점 또는 극소점인 것을 특징으로 하는, 연마 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 Ru막의 제거점은 상기 변화점이 검출된 시점으로부터 소정의 시간이 경과한 시점인 것을 특징으로 하는, 연마 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 소정의 시간은 0을 포함하는 것을 특징으로 하는, 연마 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 연마 패드는 그 전체에 미세 다공 구조가 균일하게 형성되고, 또한 상기 미세 다공 구조의 내부에 연속 기포가 형성된 구성을 갖고 있는 것을 특징으로 하는, 연마 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 Ru막의 제거점을 결정한 후에, 상기 웨이퍼로부터 상기 연마 패드에 가해지는 연마 압력을 상승시키고,
    상기 상승된 연마 압력에서 상기 웨이퍼를 상기 연마 패드에 미끄럼접촉시켜서 상기 Ta막 또는 TaN막을 연마하는 것을 특징으로 하는, 연마 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 Ru막의 제거점을 결정한 후에, 상기 웨이퍼로부터 상기 연마 패드에 가해지는 연마 압력을 저하시키고,
    상기 저하된 연마 압력에서 상기 웨이퍼를 상기 연마 패드에 미끄럼접촉시켜서 상기 Ta막 또는 TaN막을 연마하는 것을 특징으로 하는, 연마 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 Ru막의 연마는, 상기 연마 패드에 제1 연마액을 공급하면서 상기 웨이퍼를 상기 연마 패드에 미끄럼접촉시킴으로써 행해지고,
    상기 Ru막의 제거점을 결정한 후에, 상기 제1 연마액 대신에 제2 연마액을 상기 연마 패드에 공급하면서 상기 웨이퍼를 상기 연마 패드에 미끄럼접촉시켜서 상기 Ta막 또는 TaN막을 연마하는 것을 특징으로 하는, 연마 방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 Ru막을 연마하기 전에, 상기 Ru막의 위에 형성되어 있는 구리막을 연마하는 것을 특징으로 하는, 연마 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 Ru막 및 상기 Ta막 또는 TaN막은 구리의 확산을 방지하기 위한 배리어층인 것을 특징으로 하는, 연마 방법.
  11. 제1항에 있어서, 상기 막 두께 센서는 와전류 센서인 것을 특징으로 하는, 연마 방법.
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