KR20190054971A - 기판을 평탄화하기 위한 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

[과제] 칩 내에 존재하는 패턴 구조나 성막 방법에 유래하는 다양한 치수의 단차의 존재하에 있어서, 균일한 단차 해소성을 얻는다.
[해결 수단] 기판의 표면을 평탄화하기 위한 평탄화 장치가 제공되고, 이러한 평탄화 장치는, 상기 기판의 피처리면을 조면화 입자를 이용하여 조면화 처리하기 위한 조면화 처리 유닛과, 피처리면이 조면화된 상기 기판의 표면을 화학 기계적 연마(CMP)하기 위한 CMP 유닛을 가진다.

Description

기판을 평탄화하기 위한 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR PLANARIZING SUBSTRATE}
본 발명은 기판을 평탄화하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
근래, 처리 대상물(예를 들면 반도체 웨이퍼 등의 기판, 또는 기판의 표면에 형성된 각종의 막)에 대하여 각종 처리를 행하기 위해 처리 장치가 이용되고 있다. 처리 장치의 일례로서는, 처리 대상물의 연마 처리 등을 행하기 위한 CMP(Chemical Mechanical Polishing) 장치를 들 수 있다. 일반적으로 CMP에서는, 처리 대상물을 연마 패드에 가압하고, 연마제(슬러리)를 처리 대상물과 연마 패드의 사이에 공급하면서, 처리 대상물과 연마 패드를 상대적으로 운동시킴으로써, 처리 대상물의 표면을 연마한다.
CMP 장치에 있어서의 연마 속도는 프레스톤의 법칙에 따르는 것이 알려져 있고, 연마 속도는 연마 압력에 비례한다. 연마 대상인 기판의 표면에 요철이 있는 경우, 볼록부에서는 오목부보다 연마 패드에 대한 접촉 압력이 커지기 때문에, 볼록부쪽이 오목부보다 연마 속도가 빨라진다. CMP 장치에 있어서는, 이 볼록부와 오목부의 연마 속도의 차에 의해, 기판 표면의 단차를 해소하여 평탄화를 실현하고 있다.
여기서, CMP 장치로 평탄화하기 전의 기판의 표면에는 다양한 설계의 칩이 형성되어 있고, 본 칩 내에는 패턴 구조나 성막 방법에 유래하는 다양한 높이의 단차가 있으며, 또한 단차의 치수(구체적으로는 볼록부의 폭이나 표면적)도 다양하다. 그리고, 이러한 단차의 치수의 차이가 CMP에 있어서의 평탄성에 크게 영향을 준다. 도 1은, 그 예로서, 배선부를 포함하는 기판 표면에 Cu층이 성막된 기판을 CMP로 평탄화하는 공정을 나타내는 단면도를 나타내고 있다. 도 1의 (a)는, 절연막(51)에 배선 홈(52)이 형성된 기판(WF)에 배리어 메탈(53)이 PVD, CVD, ALD 등의 방법에 의해 성막되고, 추가로 배리어 메탈(53)의 상층에 PVD 등의 방법에 의해 Cu 시드막이 성막되며, 그 후에 전해 도금 등의 방법으로 Cu층(54)이 형성된 상태를 나타내고 있다. 통상의 CMP 공정에서는, 예를 들면 제 1 공정에서 배선부 이외에 있는 배리어 메탈(53) 상의 잉여의 Cu층(54)을 연마 제거한다. 또한, 도시하지 않지만, 제 2 공정에 있어서, 배리어 메탈(53) 및 하층의 절연막(51)을 소량 연마함으로써, 배선부에만 Cu를 잔류시킴으로써, 배선부로의 Cu의 매립을 완료시킨다. 여기서, 도시와 같이, 성막된 Cu층(54)에는 하층의 배선 구조(배선 폭이나 밀도)나, 전해 도금의 성막 조건에 기인하여 Cu층(54)의 표면에 단차가 형성된다. 특히, 세폭(細幅)의 배선 밀집부에서는 도금시에 복수의 배선을 횡단하는 치수가 큰 단차(도 1의 (a)의 좌측의 볼록부)가 형성되는 경우도 있다. 이와 같은 다양한 치수의 단차를 가지는 기판의 표면을 CMP에 의해 연마하면, 단차의 높이나 폭, 면적에 따라 단차의 요철부에 가해지는 연마 압력이 상이하다. 이것은, 연마 패드의 탄성에 의해 단차의 볼록부와 오목부에 접촉함으로써, 단차의 볼록부와 오목부에 인가되는 압력차가 상이하기 때문이고, 구체적으로는, 높이가 작은 단차나, 폭이나 표면적이 큰 단차에 있어서는, 단차의 볼록부와 오목부의 연마 속도차가 작아짐으로써, 연마량에 대한 단차 해소의 속도가 작아진다. 그 때문에, 배리어 메탈(53)이 노출되기 시작한 시점에 있어서, 이와 같은 단차 해소 속도가 작은 부분은, 다른 부분보다 Cu층(54)이 잔류하기 쉽다(도 1의 (b)). 이와 같은 상황에 있어서는, 배선간에서 Cu층(54)이 잔류하면, 배선간 쇼트를 야기하는 원인이 되고, 배선간 이외의 부분에 Cu층이 잔류하면, 추가로 상층에 성막을 실시했을 때에 새롭게 단차를 형성해 버린다. 따라서, 이 잔류하는 Cu층(54)은 완전히 제거할 필요가 있고, 그 때문에 의도적으로 과연마가 행해진다. 그러나, 이 과연마에 의해, Cu의 잔막량이 작거나 Cu 잔막이 없던 배선 부분에서는, 더 과잉으로 Cu가 과연마되거나, 배선간의 배리어 메탈(53)이나 그 하층의 절연막(51)까지 연마되어 버린다. 그 때문에, CMP 종료 후에 있어서, 배선부에 디싱이나 이로전이 생겨 버린다(도 1의 (c)). 이들 디싱이나 이로전은 배선 단면적의 불균일에 크게 영향을 주기 때문에, 나아가서는 디바이스 성능에도 크게 영향을 준다.
이상은, CMP에 의한 Cu 배선의 매립 공정의 예이지만, 다른 평탄화 공정에 있어서도, 사전의 성막 단계에서 칩 내의 패턴 구조나 성막 방법에 유래하는 다양한 치수의 단차가 존재하고, 이 치수차에 의한 단차 해소성의 불균일성이 발생하고 있다. 따라서, 단차의 치수차에 관계없이, 균일한 단차 해소성을 실현하는 것이 요망된다.
일본공개특허 특개2005-150171호 공보
본 발명은, 상기의 배경을 감안하여 이루어진 것으로서, 칩 내에 존재하는 패턴 구조나 성막 방법에 유래하는 다양한 치수의 단차의 존재하에서, 균일한 단차 해소성을 얻는 평탄화 방법을 제공하는 것을 하나의 목적으로 하고 있다.
[형태 1] 형태 1에 의하면, 기판의 표면을 평탄화하기 위한 평탄화 장치가 제공되고, 이러한 평탄화 장치는, 상기 기판의 피처리면을 조면화(粗面化) 입자를 이용하여 조면화 처리하기 위한 조면화 처리 유닛과, 피처리면이 조면화된 상기 기판의 표면을 화학 기계적 연마(CMP)하기 위한 CMP 유닛을 가진다.
[형태 2] 형태 2에 의하면, 형태 1에 의한 평탄화 장치에 있어서, 상기 조면화 처리 유닛은, 상기 기판보다 치수가 큰 패드와, 상기 패드를 보지(保持)하고, 상기 기판에 대하여 상대적으로 운동이 가능한 테이블과, 상기 기판의 피처리면을 상기 패드쪽을 향해 보지하고, 상기 기판을 상기 패드에 가압하면서, 상기 패드에 대하여 상대적으로 운동 가능한 기판 보지 헤드와, 상기 조면화 처리에 있어서, 조면화용 입자를 포함하는 액체를 상기 패드에 공급하기 위한 제 1 공급 노즐과, 상기 조면화 처리 후에 있어서, 상기 기판 및 상기 패드를 세정하기 위한, 세정용 액체를 공급하기 위한 제 2 공급 노즐과, 상기 패드의 표면의 컨디셔닝을 행하기 위한 컨디셔너를 가진다.
[형태 3] 형태 3에 의하면, 형태 1에 의한 평탄화 장치에 있어서, 상기 조면화 처리 유닛은, 상기 기판보다 치수가 크고, 조면화용 입자를 포함하는 패드와, 상기 패드를 보지하기 위한, 상기 기판에 대하여 상대적으로 운동이 가능한 테이블과, 상기 기판의 피연마면을 상기 패드쪽을 향해 보지하고, 상기 기판을 상기 패드에 가압하면서, 상기 패드에 대하여 상대적으로 운동 가능한 기판 보지 헤드와, 상기 조면화 처리에 있어서, 액체를 상기 패드에 공급하기 위한 제 1 공급 노즐과, 상기 조면화 처리 후에 있어서, 상기 기판 및 상기 패드를 세정하기 위한, 세정용 액체를 공급하기 위한 제 2 공급 노즐과, 상기 패드의 표면의 컨디셔닝을 행하기 위한 컨디셔너를 가진다.
[형태 4] 형태 4에 의하면, 형태 1에 의한 평탄화 장치에 있어서, 상기 조면화 처리 유닛은, 상기 기판보다 치수가 작은 패드와, 상기 기판을 보지하기 위한, 상기 기판에 대하여 상대적으로 운동이 가능한 테이블과, 상기 패드를 기판쪽을 향해 보지하고, 상기 패드를 상기 기판에 가압하면서, 상기 패드에 대하여 상대적으로 운동 가능한 보지 헤드와, 상기 보지 헤드를 상기 기판 상에서, 상기 기판의 평면에 평행한 방향으로 요동시키기 위한 아암과, 상기 조면화 처리에 있어서, 조면화용 입자를 포함하는 액체를 상기 기판에 공급하기 위한 제 1 공급 노즐과, 상기 조면화 처리 후에 있어서, 상기 기판에 세정용 액체를 공급하기 위한 제 2 공급 노즐과, 상기 패드의 표면의 컨디셔닝을 행하기 위한 컨디셔너를 가진다.
[형태 5] 형태 5에 의하면, 형태 1에 의한 평탄화 장치에 있어서, 상기 조면화 처리 유닛은, 상기 기판보다 치수가 작고, 조면화용 입자를 포함하는 패드와, 상기 기판을 보지하기 위한, 상기 패드에 대하여 상대적으로 운동이 가능한 테이블과, 상기 패드를 상기 기판쪽을 향해 보지하고, 상기 패드를 기판에 가압하면서, 상기 기판에 대하여 상대적으로 운동 가능한 보지 헤드와, 상기 보지 헤드를 상기 기판 상에서 상기 기판의 평면에 평행한 방향으로 요동시키기 위한 아암과, 상기 조면화 처리에 있어서, 상기 기판에 액체를 공급하기 위한 제 1 공급 노즐과, 상기 조면화 처리 후에 있어서, 상기 기판 및 상기 패드를 세정하기 위한 세정용 액체를 공급하기 위한 제 2 공급 노즐과, 상기 패드의 표면의 컨디셔닝을 행하기 위한 컨디셔너를 가진다.
[형태 6] 형태 6에 의하면, 형태 1에 의한 평탄화 장치에 있어서, 상기 조면화 처리 유닛은, 상기 조면화 입자를 포함하는 액체를 고압으로 기판을 향해 공급하기 위한 고압 공급 노즐과, 상기 기판을 보지하기 위한, 상기 고압 공급 노즐에 대하여 상대적으로 운동이 가능한 테이블과, 상기 고압 공급 노즐을 기판의 평면에 평행하게 요동시키기 위한 아암과, 상기 조면화 처리 후에 있어서, 기판에 세정용 액체를 공급하기 위한 공급 노즐을 가진다.
[형태 7] 형태 7에 의하면, 형태 2 내지 형태 6 중 어느 1개의 형태에 의한 평탄화 장치로서, 상기 상대적인 운동이 회전 운동, 직선 운동, 스크롤 운동, 및 회전 운동과 직선 운동의 조합 중 적어도 1개를 포함한다.
[형태 8] 형태 8에 의하면, 기판의 표면을 평탄화하기 위한 평탄화 장치가 제공되고, 이러한 평탄화 장치는, 상기 기판을 화학 기계적 연마(CMP)하기 위한 CMP 유닛과, 상기 기판을 세정하기 위한 세정 유닛과, 상기 기판을 건조시키기 위한 건조 유닛과, 상기 기판을 상기 CMP 유닛, 상기 세정 유닛 및 상기 건조 유닛의 사이에서 반송하기 위한 반송 기구를 가지고, 상기 CMP 유닛은, 조면화 입자를 포함하는 액체를 공급하기 위한 제 1 공급 노즐과, CMP용의 슬러리를 공급하기 위한 제 2 공급 노즐을 가진다.
[형태 9] 형태 9에 의하면, 형태 8에 의한 평탄화 장치에 있어서, 상기 CMP 유닛은, 상기 기판보다 치수가 큰 패드와, 상기 패드를 보지하고, 상기 기판에 대하여 상대적으로 운동이 가능한 테이블과, 상기 기판의 피처리면을 상기 패드쪽을 향해 보지하고, 상기 기판을 상기 패드에 가압하면서, 상기 패드에 대하여 상대적으로 운동 가능한 기판 보지 헤드와, 상기 패드에 세정용 액체를 공급하기 위한 제 3 공급 노즐과, 상기 패드의 표면의 컨디셔닝을 행하기 위한 컨디셔너를 가지고, 상기 제 1 공급 노즐은, 조면화 입자를 포함하는 액체를 상기 패드 상에 공급하도록 구성되고, 상기 제 2 공급 노즐은, 상기 CMP용의 슬러리를 상기 패드 상에 공급하도록 구성된다.
[형태 10] 형태 10에 의하면, 형태 8에 의한 평탄화 장치에 있어서, 상기 CMP 유닛은, 기판보다 치수가 작은 패드와, 상기 기판을 보지하기 위한, 상기 패드에 대하여 상대적으로 운동이 가능한 테이블과, 상기 패드를 상기 기판쪽을 향해 보지하고, 상기 패드를 상기 기판에 가압하면서, 상기 기판에 대하여 상대적으로 운동 가능한 보지 헤드와, 상기 보지 헤드를 상기 기판 상에서 상기 기판의 평면에 평행한 방향으로 요동시키기 위한 아암과, 상기 기판에 세정용 액체를 공급하기 위한 제 3 공급 노즐과, 상기 패드의 표면의 컨디셔닝을 행하기 위한 컨디셔너를 가지고, 상기 제 1 공급 노즐은, 상기 조면화 입자를 포함하는 액체를 상기 기판에 공급하도록 구성되고, 상기 제 2 공급 노즐은, 상기 CMP용의 슬러리를 상기 기판에 공급하도록 구성된다.
[형태 11] 형태 11에 의하면, 형태 1 내지 형태 10 중 어느 1개의 형태에 의한 평탄화 장치에 있어서, 상기 조면화 입자의 평균 입자경이 100nm 이하이다.
[형태 12] 형태 12에 의하면, 형태 1 내지 형태 11 중 어느 1개의 형태에 의한 평탄화 장치에 있어서, 상기 조면화 입자가, 다이아몬드, SiC, CBN, SiO2, CeO2 및 Al2O3로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 적어도 1개의 입자를 가진다.
[형태 13] 형태 13에 의하면, 기판을 평탄화하는 방법이 제공되고, 이러한 방법은, 상기 기판의 피처리면을 조면화 입자를 이용하여 조면화하는 조면화 처리 단계와, 조면화한 상기 기판의 피처리면을 화학 기계적 연마(CMP)하는 CMP 단계를 가진다.
[형태 14] 형태 14에 의하면, 형태 13에 의한 방법에 있어서, 상기 조면화 처리 단계에 있어서, 조면화에 의해 상기 기판의 피처리면에 형성되는 요철의 높이는, 조면화 처리 전의 상기 기판의 피처리면에 존재하는 최대 초기 단차의 80% 이하이고, 또한, 조면화 처리에 의해 상기 기판의 피처리면에 형성되는 요철의 평균 피치는 100㎛ 이하이다.
[형태 15] 형태 15에 의하면, 형태 13 또는 형태 14에 의한 방법에 있어서, 상기 조면화 처리 단계는, 상기 기판보다 치수가 큰 패드의 위에 조면화 입자를 포함하는 액체를 공급하고, 상기 패드와 상기 기판의 피처리면을 가압한 상태에서, 상기 패드와 상기 기판을 상대적으로 운동시키는 단계를 가진다.
[형태 16] 형태 16에 의하면, 형태 13 또는 형태 14에 의한 방법에 있어서, 상기 조면화 처리 단계는, 상기 기판에 조면화 입자를 포함하는 액체를 공급하고, 상기 기판보다 치수가 작은 패드를 상기 기판에 가압한 상태에서, 상기 패드와 상기 기판을 상대적으로 운동시키는 단계를 가진다.
[형태 17] 형태 17에 의하면, 형태 13 또는 형태 14에 의한 방법에 있어서, 상기 조면화 처리 단계는, 조면화용 입자가 고정된 상기 기판보다 치수가 큰 패드를 상기 기판에 가압한 상태에서, 상기 패드와 상기 기판을 상대적으로 운동시키는 단계를 가진다.
[형태 18] 형태 18에 의하면, 형태 13 또는 형태 14에 의한 방법에 있어서, 상기 조면화 처리 단계는, 조면화용 입자가 고정된 상기 기판보다 치수가 작은 패드를 상기 기판에 가압한 상태에서, 상기 패드와 상기 기판을 상대적으로 운동시키는 단계와, 상기 패드를 상기 기판 상에서 상기 기판의 평면에 평행한 방향으로 요동시키는 단계를 가진다.
[형태 19] 형태 19에 의하면, 형태 13 또는 형태 14에 의한 방법에 있어서, 상기 조면화 처리 단계는, 고압 공급 노즐로부터 조면화 입자를 포함하는 액체를 고압으로 상기 기판을 향해 공급하는 단계와, 상기 기판을 상기 고압 공급 노즐에 대하여 상대적으로 운동시키는 단계와, 상기 고압 공급 노즐을 상기 기판의 평면에 평행하게 요동시키는 단계를 가진다.
[형태 20] 형태 20에 의하면, 형태 13 내지 형태 19 중 어느 1개의 형태에 의한 방법에 있어서, 상기 조면화 입자의 평균 입자경이 100nm 이하이다.
[형태 21] 형태 21에 의하면, 형태 13 내지 형태 20 중 어느 1개의 형태에 의한 방법에 있어서, 상기 조면화 입자가, 다이아몬드, SiC, CBN, SiO2, CeO2 및 Al2O3로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 적어도 1개의 입자를 가진다.
[형태 22] 형태 22에 의하면, 형태 15 내지 형태 21 중 어느 1개의 형태에 의한 방법에 있어서, 상기 상대적인 운동은 회전 운동, 직선 운동, 스크롤 운동, 및 회전 운동과 직선 운동의 조합 중 적어도 1개를 포함한다.
[형태 23] 형태 23에 의하면, 형태 13 내지 형태 22 중 어느 1개의 형태에 의한 방법에 있어서, 상기 조면화 처리 단계는, 조면화 처리 유닛에 의해 실행되고, 상기 CMP 단계는, CMP 유닛에 의해 실행되고, 상기 조면화 처리 유닛에 의해 조면화한 상기 기판을, 상기 CMP 유닛에 반송하는 단계를 가진다.
[형태 24] 형태 24에 의하면, 형태 13 내지 형태 22 중 어느 1개의 형태에 의한 방법에 있어서, 상기 조면화 처리 단계와 상기 CMP 단계의 사이에, 조면화한 상기 기판의 피처리면을 세정하는 단계를 가진다.
도 1은, 배선부를 포함하는 기판 표면에 Cu층이 성막된 기판을 CMP에 의해 평탄화할 때의 공정을 나타내는 단면도이다.
도 2는, 일 실시형태에 의한, 평탄화 장치를 나타내는 평면도이다.
도 3은, 일 실시형태에 의한, 조면화 처리 유닛을 나타내는 사시도이다.
도 4는, 일 실시형태에 의한, 냉각 기구로서 내부에 펠티에 소자가 마련된 테이블을 개략적으로 나타내는 측면도이다.
도 5는, 일 실시형태에 의한, 냉각 유체를 사용하는 냉각 기구를 구비하는 테이블을 개략적으로 나타내는 측면도이다.
도 6은, 일 실시형태에 의한, 평탄화 장치를 개략적으로 나타내는 측면도이다.
도 7은, 일 실시형태에 의한, 조면화 처리 유닛을 개략적으로 나타내는 측면도이다.
도 8은, 일 실시형태에 의한, 조면화 처리 유닛을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 9는, 일 실시형태에 의한, 조면화 처리 유닛을 개략적으로 나타내는 측면도이다.
도 10은, 일 실시형태에 의한, 조면화 처리 유닛을 개략적으로 나타내는 측면도이다.
도 11은, 일 실시형태에 의한, 평탄화 장치를 개략적으로 나타내는 상면도이다.
도 12는, 일 실시형태에 의한, 배선부를 포함하는 기판 표면에 Cu층이 성막된 기판을 평탄화할 때의 공정을 나타내는 단면도이다.
도 13은, 일 실시형태에 의한, 기판 표면을 평탄화하기 위한 방법을 나타내는 플로우 차트이다.
도 14는, 일 실시형태에 의한, 기판 표면을 평탄화하기 위한 방법을 나타내는 플로우 차트이다.
도 15는, 일 실시형태에 의한, 평탄화 장치를 개략적으로 나타내는 측면도이다.
이하에, 본 발명에 관련된 기판의 표면을 평탄화하기 위한 평탄화 장치 및 평탄화 방법의 실시형태를 첨부 도면과 함께 설명한다. 첨부 도면에 있어서, 동일 또는 유사한 요소에는 동일 또는 유사한 참조 부호가 부여되고, 각 실시형태의 설명에 있어서 동일 또는 유사한 요소에 관한 중복되는 설명은 생략하는 경우가 있다. 또한, 각 실시형태에서 설명되는 각 특징은, 서로 모순되지 않는 한 다른 실시형태에도 적용 가능하다.
도 2는, 일 실시형태에 의한 평탄화 장치(10)를 나타내는 평면도이다. 도 2에 나타내는 바와 같이, 평탄화 장치(10)는, 로드/언로드 유닛(20)과, 조면화 처리 유닛(100)과, 연마 유닛(200)과, 세정 유닛(300)과, 건조 유닛(400)을 구비한다. 또한, 평탄화 장치(10)는, 로드/언로드 유닛(20), 조면화 처리 유닛(100), 연마 유닛(200), 세정 유닛(300) 및 건조 유닛(400)의 각종 동작을 제어하기 위한 제어 유닛(500)을 구비한다.
로드/언로드 유닛(20)은, 평탄화 처리가 행해지기 전의 기판(WF)을 조면화 처리 유닛(100)으로 넘김과 함께, 조면화, 연마, 세정 및 건조 등의 처리가 행해진 후의 기판을 건조 유닛(400)으로부터 수취하기 위한 유닛이다. 로드/언로드 유닛(20)은, 복수(본 실시형태에서는 4대)의 프론트 로드부(22)를 구비한다. 프론트 로드부(22)에는 각각, 기판을 스톡하기 위한 카세트 또는 FOUP(Front-Opening Unified Pod)(24)가 탑재된다.
평탄화 장치(10)는 반송 기구(30a, 30b)를 구비한다. 반송 기구(30a)는, 기판(WF)을 카세트 또는 FOUP(24)로부터 취출하여, 조면화 처리 유닛(100)으로 넘긴다. 또한, 반송 기구(30a)는 조면화 처리 유닛(100)에서의 조면화 처리의 형태에 따라서는, 기판(WF)을 반전하는 기구를 가져도 된다. 또한, 반송 기구(30a)는, 기판(WF)의 평탄화가 행해진 후의 기판을 건조 유닛(400)으로부터 수취하여 카세트 또는 FOUP(24)로 되돌린다. 반송 기구(30b)는, 조면화 처리 유닛(100), 연마 유닛(200), 세정 유닛(300) 및 건조 유닛(400)의 사이에서 기판(WF)의 주고 받음을 행한다. 또한, 반송 기구(30b)는 연마 유닛(200)이나 세정 유닛(300)에서의 처리의 형태에 따라서는, 기판(WF)을 반전하는 기구를 가져도 된다. 또한, 도시는 하고 있지 않지만, 반송 기구(30a, 30b)는 복수의 반송 로봇으로 구성되어 있어도 된다. 또한, 반송 기구(30a, 30b)는 임의의 구성으로 할 수 있고, 예를 들면, 기판(WF)을 보지 및 해방할 수 있는 이동 가능한 로봇으로 할 수 있다.
조면화 처리 유닛(100)은, 상세하게는 후술하지만, 기판(WF)을 연마 유닛(200)으로 연마하기 전에, 기판(WF)의 피처리면에 대하여 조면화 처리를 행하기 위한 유닛이다.
연마 유닛(200)은, 조면화 처리 후의 기판(WF)의 피처리면에 연마를 행하기 위한 유닛이다. 도 2의 실시형태에 있어서는, 평탄화 장치(10)는 4개의 연마 유닛(200)을 구비하고 있다. 4개의 연마 유닛(200)은 동일한 구성으로 할 수 있다. 일 실시형태에 있어서는, 연마 유닛은 임의의 구성의 CMP 유닛으로 할 수 있다.
세정 유닛(300)은, 조면화 처리 유닛(100)에 의해 조면화 처리된 기판(WF), 또는 연마 유닛(200)에 의해 연마 처리가 행해진 기판(WF)의 세정 처리를 행하기 위한 유닛이다. 도 2에 나타내어지는 실시형태에 있어서는, 세정 유닛(300)은 3개이지만, 임의의 수의 세정 유닛(300)을 구비하는 것으로 할 수 있다. 또한, 복수의 세정 유닛(300)은 동일한 구성이어도 되고, 상이한 구성이어도 된다.
건조 유닛(400)은, 세정 유닛(300)에 의해 세정된 기판(WF)에 대하여 건조 처리를 행하기 위한 유닛이다. 건조 유닛(400)은 임의의 구성으로 할 수 있다.
이하에 있어서, 평탄화 장치(10)에 채용할 수 있는 조면화 처리 유닛(100)의 실시형태를 설명한다. 도 3은, 일 실시형태에 의한 조면화 처리 유닛(100)을 나타내는 사시도이다. 도 3에 나타내어지는 바와 같이, 조면화 처리 유닛(100)은, 평탄한 상면을 구비하는 테이블(102)을 가진다. 본 실시형태에 있어서는, 테이블(102)은, 도시하지 않은 모터 등의 구동 기구에 의해 도 3의 화살표로 나타내어지는 바와 같이 회전 가능하게 구성되지만, 그 밖의 운동, 예를 들면 직선 운동이나 스크롤 운동, 직선 운동과 회전 운동을 조합한 운동이어도 된다. 여기서, 직선 운동이란, 직선적인 왕복 운동을 포함하고, 회전 운동이란, 도시와 같은 자전 운동이나, 선회 운동, 각도 회전 운동 및 편심 회전 운동을 포함한다. 직선 운동과 회전 운동의 조합은, 예를 들면 타원 궤도를 그리는 운동을 포함한다. 테이블(102)의 상면에는, 조면화 처리용의 패드(104)(이후에서는 「조면화 패드」라고 표기함)가 첩부된다. 도 3에 나타내어지는 실시형태에 있어서, 조면화 패드(104)는, 조면화의 대상인 기판(WF)보다 큰 치수이다. 일 실시형태에 있어서, 조면화 패드(104)는, 기판(WF)의 직경의 3배 이내의 사이즈의 직경을 구비하는 조면화 패드로 할 수 있다. 본 실시형태에 있어서, 조면화 처리에서는 후술과 같이 기판(WF)과 조면화 패드(104)를 상대적으로 운동시키지만, 조면화 패드(104)의 직경이 클수록 기판(WF)과 조면화 패드(104)와의 상대 속도를 크게 할 수 있으므로, 조면화의 속도가 증가함으로써, 기판(WF)의 처리 속도가 향상한다.
조면화 처리 유닛(100)은, 기판(WF)을 보지하기 위한 보지 헤드(106)를 구비한다. 보지 헤드(106)는, 회전 가능한 샤프트(108)에 연결되어 있다. 샤프트(108)는, 도 3에 화살표로 나타내어지는 바와 같이 도시하지 않은 구동 기구에 의해 보지 헤드(106)와 함께 회전 가능하다. 기판(WF)은 보지 헤드(106)의 하면에 진공 흡착에 의해 지지되어 있다. 보지 헤드(106)는, 조면화 패드(104)의 표면에 수직한 방향으로 이동 가능하게 구성된다. 또한, 보지 헤드(106)는, 테이블(102)의 평면 내, 예를 들면 테이블(102)의 반경 방향으로 이동 가능한 아암(109)(도 3에는 도시 생략)에 접속되어 있다. 조면화 처리 유닛(100)은, 테이블(102) 및 보지 헤드(106)를 각각 회전시키면서, 조면화 입자를 포함하는 액체를 조면화 패드(104) 상에 공급함과 함께 보지 헤드(106)에 의해 기판(WF)을 조면화 패드(104)에 가압하고, 보지 헤드(106)를 테이블(102)의 평면 내에서 이동시킴으로써 기판(WF)을 조면화할 수 있다.
조면화 패드(104)는, CMP에 사용되는 연마 패드와 마찬가지의 패드를 조면화 패드(104)로서 사용할 수 있다. 여기서, 조면화 패드(104)는, 예를 들면 발포 폴리우레탄계의 하드 패드, 스웨이드계의 소프트 패드, 또는, 스펀지 등으로 형성된다. 조면화 패드(104)의 종류는 피처리면의 재질이나 조면화 입자에 따라 적절히 선택하면 된다. 예를 들면 피처리면이 Cu나 Low-k막 등의 기계적 강도가 작은 재료인 경우나, 후술하는 조면화 입자의 경도가 큰 경우에는, 조면화 처리에 있어서 필요 이상으로 조면화를 발생시키는 경우가 있기 때문에, 경도나 강성이 낮은 패드를 선택해도 된다. 한편, 조면화하는 기판(WF)의 표면의 볼록부에 대하여 우선적으로 조면화 처리를 행하기 위해서는, 기판(WF)과의 접촉을 컨트롤하는 것이 필요하다. 그것을 위해서는, 기판(WF)의 제거 대상 재료의 표면의 요철에 대한 조면화 패드(104)의 접촉 압력의 선택성이 높은 편이 바람직하다. 예를 들면, 피처리면에 초기에 존재하는 요철의 볼록부만을 선택적으로 조면화하는 경우에는 조면화 패드(104)는 경도나 강성이 높은 것을 선택해도 된다. 또한, 조면화 패드(104)는 복수의 패드를 적층시킨 구조여도 된다. 예를 들면, 기판(WF)의 피처리면과 접촉하는 면은 경도나 강성이 높은 패드로 하고, 하층을 강성, 경도가 낮은 패드로 하는 2층 구조로 해도 된다. 이에 의해, 조면화 패드(104)의 강성이 조정 가능하다.
또한, 조면화 패드(104)의 강성의 조정 방법으로서, 냉각 기구에 의해 조면화 패드(104)의 표면을 냉각함으로써, 조면화 패드(104)의 표면의 강성을 증가시킬 수 있고, 접촉 압력의 선택성을 높일 수도 있다. 냉각 기구로서는, 예를 들면 조면화 패드(104)가 첩부되는 테이블(102)의 내부에 펠티에 소자를 마련해도 된다. 도 4는, 냉각 기구로서 내부에 펠티에 소자(150)가 마련된 테이블(102)을 개략적으로 나타내는 측면도이다. 도 4에 나타내어지는 조면화 처리 유닛(100)은, 예를 들면 방사 온도계와 같은 온도 계측기(152)를 구비한다. 온도 계측기(152)는, 조면화 패드(104) 표면의 온도를 계측하도록 구성된다. 일 실시형태로서, 온도 계측기(152)에 의해 측정된 조면화 패드(104)의 온도에 기초하여, 펠티에 소자(150)에 공급되는 전류를 제어하여, 조면화 패드(104)의 표면의 온도를 소정의 온도로 제어하도록 구성할 수 있다.
또한, 일 실시형태에 있어서, 조면화 패드(104)를 위한 냉각 기구로서, 냉각 유체를 사용할 수도 있다. 도 5는, 냉각 유체를 사용하는 냉각 기구를 구비하는 테이블(102)을 개략적으로 나타내는 측면도이다. 도 5에 나타내어지는 테이블(102)은, 테이블(102)의 내부에 냉각 유체가 통과하도록 구성되는 유체 통로(154)를 구비한다. 유체 통로(154)를 통과하는 냉각 유체의 온도를 제어함으로써, 조면화 패드(104)의 온도를 제어할 수 있다. 또한, 도 5에 나타내어지는 냉각 기구는, 조면화 패드(104)의 표면에 접촉하는 패드 접촉 부재(156)와, 온도 조정된 액체를 패드 접촉 부재(156) 내에 공급하는 액체 공급 기구(158)를 구비한다. 액체 공급 기구(158)는, 온도 제어된 액체가 통과하는 통로로 할 수 있다. 액체 공급 기구(158)에 사용되는 액체로서, 온수 및 냉수를 이용할 수 있고, 각각의 패드 접촉 부재(156)에 통과시키는 액체의 온도 및 공급량을 제어함으로써, 패드 접촉 부재(156) 및 조면화 패드(104)가 소정 온도가 되도록 제어할 수 있다. 도 5에 나타내어지는 실시형태에 있어서도, 온도 계측기(152)가 마련되어 있다. 온도 계측기(152)에 의해 측정된 조면화 패드(104)의 온도에 기초하여, 유체 통로(154)를 통과하는 냉각 유체의 온도 및/또는 유량, 액체 공급 기구(158)를 통과하는 액체의 온도 및/또는 유량을 제어함으로써, 조면화 패드(104)를 소정의 온도로 제어할 수 있다. 또한, 도 5에 나타내어지는 냉각 기구는, 테이블(102)의 내부를 통과하는 유체 통로(154)를 이용하는 냉각 기구, 및 조면화 패드(104)에 접촉하는 패드 접촉 부재(156)를 이용하는 냉각 기구의 2개의 냉각 기구가 나타내어져 있지만, 어느 일방만을 구비하는 것으로 해도 된다. 또한, 도 4, 5에 있어서는, 도면의 명료화를 위해, 조면화 입자 공급 노즐(110) 및 컨디셔너(120)를 생략하고 있지만, 이들을 구비하는 조면화 처리 유닛(100)으로 할 수 있다.
또한, 조면화 패드(104)의 표면에는, 예를 들면 동심원상 홈이나 종횡 방향으로 형성된 XY 홈, 소용돌이 홈, 방사상 홈 등의 홈 형상이 실시되어 있어도 된다. 홈 형상을 마련함으로써, 후술하는 조면화 입자를 포함하는 액체의 기판(WF)과 조면화 패드(104) 사이로의 균일한 공급이나, 조면화 처리에 있어서 생성된 가공 생성물의 배출이 용이해진다.
또한, 조면화 처리에 있어서의 가압에 대하여, 기판(WF)과 조면화 패드(104)의 접촉 압력은 작은 편이 좋고, 바람직하게는 1psi 이하, 보다 바람직하게는 0.1psi 이하이다. 또한, 기판(WF)의 조면화 패드(104)에 대한 가압의 방식으로서는, 에어 실린더 또는 볼 나사 등의 구동 기구에 의해, 보지 헤드(106)에 보지되어 기판(WF)을 조면화 패드(104)에 가압해도 된다. 또한, 다른 형태로서, 도시하지 않지만, 기판(WF)의 배면에 에어백을 구비하고, 보지 헤드(106)를 조면화 패드(104)에 근접시킨 후, 에어백에 접촉 압력 상당의 에어를 공급함으로써, 기판(WF)을 조면화 패드(104)에 가압해도 된다. 또한, 에어백은 복수 개 영역으로 분할하고, 각 영역에서 압력을 조정해도 된다. 본 방식에 의해, 기판(WF)의 조면화 패드(104)에 대한 접촉 압력을 변경함으로써, 조면화 처리로 형성되는 요철의 높이를 조정할 수 있다.
도 3에 나타내어지는 실시형태에 있어서, 조면화 처리 유닛(100)은, 기판(WF)의 피처리면을 조면화하기 위한 조면화 입자를 분산시킨 액체를 조면화 패드(104) 상에 공급하기 위한 조면화 입자 공급 노즐(110)을 구비한다. 일 실시형태에 있어서, 조면화 입자 공급 노즐(110)은, 테이블(102) 상의 조면화 패드(104)의 고정된 일정한 위치에 조면화 입자를 공급하는 것으로 할 수 있다. 또한, 일 실시형태로서, 조면화 입자 공급 노즐(110)을 이동 가능하게 구성하고, 테이블(102) 상의 조면화 패드(104)의 임의의 위치에 조면화 입자를 공급하도록 구성할 수 있다. 예를 들면, 조면화 입자 공급 노즐(110)을 보지 헤드(106)와 동기하여 이동시킴으로써, 효율적으로 기판(WF)과 조면화 패드(104)의 사이에 조면화 입자를 분산시킨 액체를 공급할 수 있다.
여기서, 조면화 처리에 있어서 사용하는 조면화 입자의 사이즈나 종류 및 농도는, 대상이 되는 기판(WF)의 제거 대상층의 초기 단차의 크기, 층의 두께 및 종류에 따라 선택할 수 있다. 조면화 입자의 종류는, 예를 들면, 다이아몬드, 탄화규소(SiC), 큐빅보론나이트라이드(CBN), 이산화규소(SiO2), 산화세륨(CeO2) 및 산화알루미늄(Al2O3) 중 적어도 1개를 포함하는 것으로 할 수 있다. 조면화 입자는 100nm∼수 백nm 정도의 입자 사이즈로 할 수 있다. 예를 들면 CMP에 의해 연마하기 전의 기판(WF)에서는, 표면에 100nm 정도의 큰 단차가 존재하는 경우가 있다. 이 경우, 조면화 처리에 의해 10nm∼수 십nm 정도의 높이의 요철이 되도록 기판의 표면을 조면화하는 것이 바람직하다. 조면화시의 기판(WF)의 표면에 형성되는 요철이 기판의 배선 구조에 도달할수록 깊어지지 않도록 하기 위해, 상기와 같은 조면화 입자의 사이즈가 바람직하다. 또한, 초기 단차가 작은 기판(WF)을 조면화하는 경우, 기판(WF)의 표면에 형성되는 요철이 10nm 이하가 되도록 조면화하는 것이 바람직하다. 그 경우, 조면화 입자의 사이즈는 10nm∼수 십nm 정도로 하는 것이 바람직하다. 또한, 조면화 입자의 농도에 대해서는 10중량% 미만, 바람직하게는 1중량% 미만이다. 조면화 입자의 농도가 크면, 조면화의 속도가 빨라지는 반면에 기판(WF)의 피처리면 자신이 연마되어 버리기 때문이다. 또한, 조면화 입자를 현탁시키는 액체 자신은 순수(DIW:De-Ionized Water)여도 되지만, 피처리면의 성상(性狀)에 따라, 적절히 pH 조정제에 의한 pH 조정을 행해도 된다. 또한, 예를 들면 CeO2와 같은, 응집성이 높은 조면화 입자에 대해서는, 분산제를 첨가함으로써, 조면화 입자의 응집을 억제해도 된다. 또한, 기판(WF)의 피처리면에 초기에 존재하는 단차의 볼록부만을 선택적으로 조면화하는 경우, 오목부를 보호하기 위한, 보호재 성분을 첨가해도 된다. 이에 의해, 단차의 볼록부의 조면화의 선택성이 조정 가능해진다.
또한, 도 3에 나타내어지는 실시형태에 있어서, 조면화 처리 유닛(100)은, 조면화 처리 후의 기판(WF) 및 조면화 패드(104)를 세정하기 위한 세정용 액체를 공급하는 세정액 공급 노즐(111)이 배치되어 있다. 이에 의해, 기판(WF)의 피처리면 및 조면화 패드(104) 상에 잔류한 조면화 입자를 포함하는 액체 및 조면화 처리에 의해 발생한 가공 생성물의 제거가 가능해진다. 또한, 세정액으로서는, DIW여도 되지만, 조면화 입자의 종류에 따라 적절히 약액을 세정액으로서 공급해도 된다. 또한, 세정액 공급 노즐(111)은, 조면화 패드(104) 상의 일정한 위치에 세정액을 공급하도록 구성해도 되고, 또는, 세정액 공급 노즐(111)을 이동 가능하게 구성하여, 조면화 패드(104) 상의 임의의 위치에 세정액을 공급하도록 구성해도 된다. 도시는 하지 않지만, 세정액을 고압 노즐로 공급해도 된다.
도 3에 나타내어지는 조면화 처리 유닛(100)은, 조면화 패드(104)의 컨디셔닝을 행하기 위한 컨디셔너(120)를 구비한다. 컨디셔너(120)는 컨디셔닝 헤드(122)를 구비한다. 컨디셔닝 헤드(122)는, 회전 가능한 샤프트(124)에 연결되어 있다. 샤프트(124)는, 도 3에 나타내어지는 바와 같이 도시하지 않은 구동 기구에 의해 컨디셔닝 헤드(122)와 함께 회전 가능하다. 컨디셔닝 헤드(122)의 하면에는 컨디셔닝 패드(126)가 장착된다. 여기서, 컨디셔닝 패드(126)는, 예를 들면 다이아몬드가 Ni 전착층 등의 고정층에서 고정된 것이어도 되고, 또한 수지의 브러시가 고정되어 있어도 된다. 컨디셔닝 헤드(122)는, 조면화 패드(104)의 표면에 수직한 방향으로 이동 가능하게 구성된다. 또한, 컨디셔닝 헤드(122)는, 테이블(102)의 평면 내, 예를 들면 테이블(102)의 반경 방향으로 이동 가능하게 구성된다. 조면화 처리 유닛(100)은, 테이블(102) 및 컨디셔닝 헤드(122)를 각각 회전시키면서, 컨디셔닝 헤드(122)에 의해 컨디셔닝 패드(126)를 조면화 패드(104)에 에어 실린더나 볼 나사 등의 가압 기구에 의해 소정압으로 가압하고, 또한 컨디셔닝 헤드(122)를 테이블(102)의 평면 내에서 이동시킴으로써 조면화 패드(104)를 컨디셔닝할 수 있다. 컨디셔닝은, 기판(WF)의 조면화를 행하고 있을 때에 동시에 실행해도 되고, 또한 기판(WF)의 조면화가 끝난 후에 다음 기판(WF)을 조면화하기 전에 실행해도 된다. 이에 의해, 조면화 처리에 있어서의 조면화 패드(104)의 표면 상태를 유지하는 것이 가능하고, 조면화 처리 성능이 안정된다. 또한, 컨디셔닝에 의해, 조면화 패드(104)를 CMP에서 사용하는 연마 패드의 경우보다 표면을 평활화해도 된다. 예를 들면 조면화 패드(104)의 평활화의 레벨은 10㎛ 이하, 바람직하게는 1㎛ 이하로 할 수 있다. 이 경우, 예를 들면 컨디셔닝 패드(126)의 다이아몬드 직경을 작게 하거나 고정층으로부터의 다이아몬드의 돌출량을 작게 함으로써, 조면화 패드(104)의 가공량을 작게 함으로써 조정 가능해진다.
또한, 조면화 처리 유닛(100)은, 도 3에 도시는 하지 않지만, 제어부를 구비한다. 조면화 처리 유닛(100)의 각종의 구동 기구나 각 노즐의 밸브의 개폐는 제어부에 접속되어 있고, 제어부는 조면화 처리 유닛(100)의 동작을 제어할 수 있다. 또한, 제어부는, 도 14에서 후술하는 단차의 측정 결과를 처리하고, 목표값 미만인지의 여부의 판단 등을 행하기 위한 연산부를 구비한다. 제어부는, 연산부에 의해 처리·판단된 결과에 기초하여, 조면화 처리 유닛(100)을 제어하도록 구성된다. 또한, 제어부는, 기억 장치, CPU, 입출력 기구 등 구비하는 일반적인 컴퓨터에 소정의 프로그램을 인스톨함으로써 구성할 수 있다.
또한, 도 3에 도시하고 있지 않지만, 조면화 처리에 있어서의 처리의 종점을 판단하는 처리 상태 검출부를 마련해도 된다. 예를 들면, 기판(WF)의 피처리막 표면에 레이저 등의 광을 입사하여, 반사광을 검출하는 방식이나, 화상 인식에 의한 표면 상태를 검출하는 방식을 들 수 있다. 전자는 조면화에 의해, 기판(WF)의 피처리막 표면에서 입사광이 산란됨으로써, 반사광 강도가 변화되는 것을 이용하여, 특정한 반사광 강도에 도달한 시점에서 처리를 종료한다. 또한, 후자는 색조의 변화에 의해 검출하여, 특정한 색조에 도달한 시점에서 처리를 종료한다. 또한, 처리 상태의 검출로서는, 예를 들면, 패드가 장착된 테이블(102)이나 후술의 조면화 처리 헤드(134)의 회전 운동, 또는 기판(WF)을 보지하는 보지 헤드(106)나 테이블(132)의 회전 운동, 또는 조면화 처리 헤드(134)의 요동 운동에 있어서의 구동 모터의 토크의 변화를 감시해도 된다. 이것은, 조면화 처리에 의해, 기판(WF)의 피처리면의 상태가 변화함으로써 패드와의 접촉·마찰 상태가 변환하는 것을 이용하고 있다. 여기서, 검출부는 검출한 반사광이나 색조 및 토크의 신호를 처리하는 신호 처리부에 접속되어 있고, 그 신호를 바탕으로 제어부가 조면화 처리를 종료한다. 또한, 검출부에서 검출한 신호를 처리하는 신호 처리부와, 각종의 구동 기구나 각 노즐의 밸브의 개폐를 제어하기 위한 제어부와 동일한 하드웨어를 사용해도 되고, 별도의 하드웨어를 사용해도 된다. 각각의 하드웨어를 이용하는 경우, 기판(WF)의 조면화 처리와 기판(WF)의 표면 상태의 검출 및 후속의 신호 처리에 사용하는 하드웨어 자원을 분산할 수 있어, 전체로서 처리를 고속화할 수 있다.
도 7은, 일 실시형태에 의한 조면화 처리 유닛(100)을 개략적으로 나타내는 측면도이다. 도 7에 나타내어지는 조면화 처리 유닛(100)은, 테이블(102) 상의 첩부된 조면화 패드(104a)를 사용하여, 보지 헤드(106)에 보지된 기판(WF)을 조면화하도록 구성되어 있다. 여기서, 도 7에 나타내어지는 조면화 처리 유닛(100)에 있어서는, 조면화 패드(104a)에는 조면화 입자가 수지 재료 등의 바인더로 고정되어 있다. 그 때문에, 본 실시형태에 의한 조면화 처리 유닛(100)은, 도 3의 실시형태와 같이 조면화 입자를 포함하는 액체를 조면화 패드(104a) 상에 공급할 필요가 없어, 조면화 입자 공급 노즐(110)은 필요없다. 여기서, 조면화 패드(104a)에 고정하는 조면화 입자의 사이즈나 종류 및 농도는, 대상이 되는 기판(WF)의 제거 대상층의 초기 단차의 크기, 층의 두께 및 종류에 따라 선택할 수 있다. 조면화 입자의 종류는, 예를 들면, 다이아몬드, 탄화규소(SiC), 큐빅보론나이트라이드(CBN), 이산화규소(SiO2), 산화세륨(CeO2) 및 산화알루미늄(Al2O3) 중 적어도 1개를 포함하는 것으로 할 수 있다. 조면화 입자는 100nm∼수 백nm 정도의 입자 사이즈로 할 수 있다. 예를 들면, CMP에 의해 연마하기 전의 기판(WF)에서는, 표면에 100nm 정도의 큰 단차가 존재하는 경우가 있다. 이 경우, 조면화 처리에 의해 10nm∼수 십nm 정도의 높이의 요철이 되도록 기판의 피처리면을 조면화하는 것이 바람직하다. 조면화시의 기판(WF)의 피처리면에 형성되는 요철이 기판의 배선 구조에 도달할수록 깊어지지 않도록 하기 위해, 상기와 같은 조면화 입자의 사이즈가 바람직하다. 또한, 초기 단차가 작은 기판(WF)을 조면화하는 경우, 기판(WF)의 표면에 형성되는 요철이 10nm 이하가 되도록 조면화하는 것이 바람직하다. 그 경우, 조면화 입자의 사이즈는 10nm∼수 십nm 정도로 하는 것이 바람직하다. 도 7에 나타내어지는 조면화 처리 유닛(100)은, 조면화 처리에 있어서 액체를 조면화 패드(104a) 상에 공급하기 위한 액체 공급 노즐(112), 세정액을 공급하기 위한 세정액 공급 노즐(111)을 구비한다. 조면화 처리에 있어서 공급하는 액체는 예를 들면 순수여도 되지만, 바인더 성분을 용해시키는 약액을 공급해도 된다. 또한, 액체 공급 노즐(112)은, 조면화 패드(104a) 상의 일정한 위치에 액체를 공급하도록 구성해도 되고, 또는, 액체 공급 노즐(112)을 이동 가능하게 구성하여, 조면화 패드(104a) 상의 임의의 위치에 액체를 공급하도록 구성해도 된다. 또한, 조면화 처리 후에는 세정액 공급 노즐(111)로부터 세정용의 액체를 공급함으로써, 기판(WF)의 피처리면 및 패드(104a) 상에 잔류한 조면화 입자를 포함하는 액체 및 조면화 처리에 의해 발생한 가공 생성물을 제거한다.
도 8은, 일 실시형태에 의한 조면화 처리 유닛(100)을 개략적으로 나타내는 사시도이다. 도 8에 나타내어지는 조면화 처리 유닛(100)은, 평탄한 상면을 구비하는 테이블(132)을 가진다. 테이블(132)은, 도시하지 않은 모터 등에 의해 회전 가능하게 구성된다. 테이블(132)의 상면에는, 진공 흡착 등에 의해 기판(WF)을 고정하는 것이 가능하게 구성된다. 또한, 테이블(132)의 기판(WF) 고정면에는 완충재가 마련되는 경우가 있다. 이 때문에, 기판(WF)의 흡착은, 테이블(132)을 개재하여 직접 흡착하는 경우와, 완충재를 개재하여 흡착하는 경우가 있다. 완충재는, 예를 들면 폴리우레탄, 나일론, 불소계 고무, 실리콘 고무 등의 탄성 재료로 이루어지고, 점착성 수지층을 개재하여 테이블(132)과 밀착하고 있다. 완충재는 탄성을 가지고 있기 때문에, 웨이퍼에 상처가 나는 것을 막거나, 테이블(132)의 표면의 요철의 조면화 처리에 대한 영향을 완화하는 것이다.
도 8에 나타내어지는 조면화 처리 유닛(100)은, 조면화 처리 헤드(134)를 구비한다. 조면화 처리 헤드(134)는, 회전 가능한 샤프트(136)에 연결되어 있다. 샤프트(136)는, 도시하지 않은 구동 기구에 의해 조면화 처리 헤드(134)와 함께 회전 가능하다. 조면화 처리 헤드(134)의 하면에 조면화 패드(138)가 장착되어 있다. 샤프트(136)는 요동 가능한 아암(109)에 접속되어 있다. 도 8에 나타내어지는 실시형태에 있어서, 조면화 패드(138)는, 조면화의 대상인 기판(WF)보다 작은 치수이다. 예를 들면 기판(WF)의 직경(Φ)이 300mm인 경우, 조면화 패드(138)는 바람직하게는 직경(Φ)이 100mm 이하, 보다 바람직하게는 직경(Φ) 60∼100mm인 것이 바람직하다. 조면화 패드(138)의 직경이 클수록 기판(WF)과의 면적비가 작아지기 때문에, 기판(WF)의 처리 속도는 증가한다. 반면에, 기판(WF)의 피처리면의 처리 속도의 기판 면내 균일성에 대해서는, 반대로 조면화 패드(138)의 직경이 작아질수록 향상한다. 이것은, 단위 처리 면적이 작아지기 때문이고, 후술과 같은, 조면화 패드(138)를 아암(109)에 의해 기판(WF)의 면내에서 요동 등의 상대 운동을 시킴으로써 기판(WF)의 전면(全面) 처리를 행하는 방식에 있어서 유리해진다. 조면화 처리 헤드(134)는, 테이블(132) 상의 기판(WF)의 표면에 수직한 방향으로 이동 가능하게 구성되어 있고, 이에 의해 조면화 패드(138)를 소정 압력으로 기판(WF)에 가압이 가능하다. 여기서, 가압의 방식으로서는 에어 실린더나 볼 나사 등에 의해 가압하는 방식이나, 도시하지 않지만, 조면화 처리 헤드(134) 내에 에어백을 배치하고, 조면화 처리 헤드(134)를 기판(WF)에 근접시킨 후, 에어백에 접촉 압력 상당의 에어를 공급함으로써, 조면화 패드(138)를 기판(WF)에 가압해도 된다. 또한, 에어백은 복수의 영역으로 분할하고, 각 영역에서 압력을 조정해도 된다. 또한, 조면화 처리 헤드(134)는, 아암(109)에 의해, 테이블(132)의 평면 내, 예를 들면 테이블(132)의 반경 방향으로 이동 가능하게 구성된다. 여기서, 아암(109)에 의한 조면화 처리 헤드(134)의 이동 속도에 대하여, 기판(WF) 및 조면화 처리 헤드(134)의 회전수 및 조면화 처리 헤드(134)의 이동 거리에 따라, 최적인 이동 속도의 분포는 상이하게 때문에, 기판(WF) 면내에서 조면화 처리 헤드(134)의 이동 속도는 가변인 것이 바람직하다. 이 경우의 이동 속도의 변화 방식으로서는, 예를 들면 기판(WF) 면내에서의 요동 거리를 복수의 구간으로 분할하고, 각각의 구간에 대하여 이동 속도를 설정할 수 있는 방식이 바람직하다. 도시의 조면화 처리 유닛(100)은, 도 3의 실시형태와 마찬가지로 조면화 입자 공급 노즐(110)을 구비한다. 조면화 처리 유닛(100)은, 테이블(132) 및 조면화 처리 헤드(134)를 각각 회전시키면서, 조면화 입자를 포함하는 액체를 기판(WF)에 공급함과 함께 조면화 처리 헤드(134)를 기판(WF)에 대하여 가압하고, 조면화 처리 헤드(134)를 테이블(132)의 평면 내에서 이동시킴으로써 기판(WF)을 조면화할 수 있다. 조면화 패드(138)는, 치수 이외에는 도 3의 실시형태의 조면화 패드(104)와 마찬가지의 것으로 해도 된다. 도 8에 나타내어지는 조면화 처리 유닛(100)은 추가로, 기판(WF) 상에 세정액을 공급하기 위한 세정액 공급 노즐(111)을 구비한다. 세정액은 예를 들면 순수 및/또는 약액 등으로 할 수 있다. 또한, 도시의 조면화 처리 유닛(100)에서는, 기판(WF) 상으로의 조면화 처리액은 조면화 입자 공급 노즐(110)로부터 공급하고 있지만, 다른 형태로서, 조면화 처리 헤드(134) 내에 공급 유로를 마련하고, 조면화 패드(138) 내에 마련한 관통 구멍을 통과시켜 조면화 입자를 포함하는 액체를 공급하는 방식이어도 된다. 본 방식에 의해, 조면화 처리 헤드(134)가 기판(WF) 면내를 요동할 때에 있어서도, 조면화 패드(138)의 기판(WF)과의 접촉면에 조면화 입자를 포함하는 액체를 효율적으로 공급하는 것이 가능하다.
도 8에 나타내어지는 조면화 처리 유닛(100)은 추가로, 조면화 패드(138)의 컨디셔닝을 행하기 위한 컨디셔너(120)를 구비한다. 컨디셔너(120)는, 드레스 테이블(140)과, 드레스 테이블(140)의 위에 설치된 드레서(142)를 구비한다. 드레스 테이블(140)은, 도시하고 있지 않은 구동 기구에 의해 회전 가능하게 구성된다. 드레서(142)는, 다이아 드레서, 브러시 드레서, 또는 이들의 조합으로 형성된다. 도 8에 나타내어지는 조면화 처리 유닛(100)은, 조면화 패드(138)의 컨디셔닝을 행할 때에는, 조면화 패드(138)가 드레서(142)에 대향하는 위치가 될 때까지 아암(109)을 선회시킨다. 조면화 처리 유닛(100)은, 조면화 패드(138) 및 드레서(142)를 함께 회전시키면서 조면화 패드(138)를 드레서(142)에 누름으로써, 조면화 패드(138)의 컨디셔닝을 행할 수 있다.
도 9는, 일 실시형태에 의한 조면화 처리 유닛(100)을 개략적으로 나타내는 측면도이다. 도 9에 나타내어지는 조면화 처리 유닛(100)은, 도 8에 나타내어지는 조면화 처리 유닛(100)과 마찬가지로, 기판(WF)을 테이블(132) 상에서 상향으로 보지하고, 소경의 조면화 패드(138a)를 기판(WF)에 가압하여 기판(WF)의 표면을 조면화하도록 구성되어 있다. 단, 도 9에 나타내어지는 조면화 처리 유닛(100)에 있어서는, 조면화 패드(138a)에는 조면화 입자가 수지 재료 등의 바인더로 고정되어 있다. 그 때문에, 본 실시형태에 의한 조면화 처리 유닛(100)은, 도 8의 실시형태와 같이 조면화 입자를 포함하는 액체를 기판(WF) 상에 공급할 필요가 없어, 조면화 입자 공급 노즐(110)은 필요없다. 도 9에 나타내어지는 조면화 처리 유닛(100)은, 액체를 기판(WF) 상에 공급하기 위한 액체 공급 노즐(112)을 구비한다. 조면화 처리에 있어서 공급하는 액체는 예를 들면 순수여도 되지만, 바인더 성분을 용해시키는 약액을 공급해도 된다. 또한, 액체 공급 노즐(112)은, 기판(WF) 상의 일정한 위치에 액체를 공급하도록 구성해도 되고, 또는, 액체 공급 노즐(112)을 이동 가능하게 구성하여, 기판(WF) 상의 임의의 위치에 액체를 공급하도록 구성해도 된다. 또한, 조면화 처리 후에는 세정액 공급 노즐(111)로부터 세정용의 액체를 공급함으로써, 기판(WF)의 피처리면 및 조면화 패드(104a) 상에 잔류한 조면화 입자를 포함하는 액체 및 조면화 처리에 의해 발생한 가공 생성물을 제거한다.
도 10은, 일 실시형태에 의한 조면화 처리 유닛(100)을 개략적으로 나타내는 측면도이다. 도 10에 나타내어지는 조면화 처리 유닛(100)은, 도 8, 도 9에 나타내어지는 조면화 처리 유닛(100)과 마찬가지로, 기판(WF)을 테이블(132) 상에서 상향으로 보지하도록 구성된다. 단, 도 10에 나타내어지는 실시형태에 의한 조면화 처리 유닛(100)에 있어서는, 조면화 패드를 사용하지 않는다. 도 10의 조면화 처리 유닛(100)은, 기판(WF)의 평면에 평행하게 요동 가능한 아암(109)에, 조면화 입자를 포함하는 액체를 고압으로 기판(WF)의 표면에 공급하기 위한 고압 공급 노즐(115)이 장착된다. 고압 공급 노즐(115)은, 조면화 입자 공급 탱크(116)에 접속되어 있다. 조면화 입자 공급 탱크(116)는 컴프레서(117) 및 레귤레이터(119) 등에 접속되어 있고, 압력 게이지(121)를 개재하여 고압 공급 노즐(115)로부터, 예를 들면 1kgf/cm2∼10kgf/cm2의 압력으로 조면화 입자를 포함하는 액체를 기판(WF)의 표면에 분사할 수 있다. 여기서, 조면화 입자의 사이즈나 종류 및 농도는, 대상이 되는 기판(WF)의 제거 대상층의 초기 단차의 크기, 층의 두께 및 종류에 따라 선택할 수 있다. 조면화 입자의 종류는, 예를 들면, 다이아몬드, 탄화규소(SiC), 큐빅보론나이트라이드(CBN), 이산화규소(SiO2), 산화세륨(CeO2) 및 산화알루미늄(Al2O3) 중 적어도 1개를 포함하는 것으로 할 수 있다. 조면화 입자는 100nm∼수 백nm 정도의 입자 사이즈로 할 수 있다. 예를 들면, CMP에 의해 연마하기 전의 기판(WF)에서는, 표면에 100nm 정도의 큰 단차가 존재하는 경우가 있다. 이 경우, 조면화 처리에 의해 10nm∼수 십nm 정도의 높이의 요철이 되도록 기판의 표면을 조면화하는 것이 바람직하다. 조면화시의 기판(WF)의 표면에 형성되는 요철이 기판의 배선 구조에 도달할수록 깊어지지 않도록 하기 위해, 상기와 같은 조면화 입자의 사이즈가 바람직하다. 또한, 초기 단차가 작은 기판(WF)을 조면화하는 경우, 기판(WF)의 표면에 형성되는 요철이 10nm 이하가 되도록 조면화하는 것이 바람직하다. 그 경우, 조면화 입자의 사이즈는 10nm∼수 십nm 정도로 하는 것이 바람직하다. 또한, 조면화 입자를 현탁시키는 액체 자신은 DIW여도 되지만, 피처리면의 성상에 따라, 적절히 pH 조정제에 의한 pH 조정을 행해도 된다. 또한, 예를 들면 CeO2와 같은, 응집성이 높은 조면화 입자에 대해서는, 분산제를 첨가함으로써, 조면화 입자의 응집을 억제해도 된다. 또한, 기판(WF)의 피처리면에 초기에 존재하는 요철의 볼록부만을 선택적으로 조면화하는 경우, 오목부를 보호하기 위한, 보호재 성분을 첨가해도 된다. 이에 의해 요철의 조면화의 선택성이 조정 가능해진다. 또한, 아암(109)에 의한 고압 공급 노즐(115)의 이동 속도에 대하여, 기판(WF)의 회전수나 고압 공급 노즐(115)의 이동 거리에 따라, 최적인 이동 속도의 분포는 상이하기 때문에, 기판(WF) 면내에서 고압 공급 노즐(115)의 이동 속도는 가변인 것이 바람직하다. 이 경우의 이동 속도의 변화 방식으로서는, 예를 들면 기판(WF) 면내에서의 요동 거리를 복수의 구간으로 분할하고, 각각의 구간에 대하여 이동 속도를 설정할 수 있는 방식이 바람직하다. 도 10에 나타내어지는 조면화 처리 유닛(100)은, 조면화 처리 후에 있어서 세정액을 기판(WF) 상에 공급하기 위한 세정액 공급 노즐(111)을 구비한다. 세정액 공급 노즐(111)은, 기판(WF) 상의 일정한 위치에 액체를 공급하도록 구성해도 되고, 또는, 세정액 공급 노즐(111)을 이동 가능하게 구성하여, 기판(WF) 상의 임의의 위치에 액체를 공급하도록 구성해도 된다.
도 11은, 일 실시형태에 의한 평탄화 장치(10)를 개략적으로 나타내는 상면도이다. 도 11에 나타내어지는 평탄화 장치(10)는, 동일한 하우징체 내에 조면화 처리 유닛(100)과 연마 유닛(200)을 구비한다. 도 11에 나타내어지는 실시형태에 의한 평탄화 장치(10)에서는, 기판(WF)보다 큰 치수를 구비하는 테이블(102), 조면화 패드(104)를 구비한다. 또한, 이러한 평탄화 장치(10)의 연마 유닛(200)은 CMP 유닛이다. 이러한 CMP 유닛은, 기판(WF)보다 큰 치수를 구비하는 평탄한 상면을 구비하는 테이블(103)을 가진다. 테이블(103)은, 도시하지 않은 모터 등의 구동 기구에 의해 회전 가능하게 구성된다. 테이블(103)의 상면에는 연마 패드(105)가 첩부된다. CMP 유닛은, 연마 패드(105) 상에 슬러리를 공급하기 위한 슬러리 공급 노즐(114)을 구비한다. 도 11에 나타내어지는 평탄화 장치(10)는, 기판(WF)을 보지하기 위한 보지 헤드(106)를 구비한다. 보지 헤드(106)는 회전 가능하게 구성된다. 기판(WF)은 보지 헤드(106)의 하면에 진공 흡착에 의해 지지되어 있다. 보지 헤드(106)는, 조면화 패드(104) 및 연마 패드(105)의 표면에 수직한 방향으로 이동 가능하게 구성된다. 또한, 보지 헤드(106)는, 테이블(102, 103)의 평면 내에서, 조면화 처리 유닛(100)의 테이블(102) 및 연마 유닛(200)의 테이블(103)에 걸쳐 이동 가능하게 구성된다. 따라서, 조면화 처리 유닛(100) 및 연마 유닛(200)은, 아암(109) 및 보지 헤드(106)를 공유하고 있다. 조면화 처리 유닛(100)은, 테이블(102) 및 보지 헤드(106)를 각각 회전시키면서, 조면화 입자 공급 노즐(110)에 의해 조면화 입자를 포함하는 액체를 조면화 패드(104) 상에 공급함과 함께 보지 헤드(106)에 의해 기판(WF)을 조면화 패드(104)에 가압하고, 보지 헤드(106)를 테이블(102)의 평면 내에서 이동시킴으로써 기판(WF)을 조면화할 수 있다. 또한, 연마 유닛(200)은, 테이블(103) 및 보지 헤드(106)를 각각 회전시키면서, 슬러리 공급 노즐(114)에 의해 슬러리를 연마 패드(105) 상에 공급함과 함께 보지 헤드(106)에 의해 기판(WF)을 연마 패드(105)에 가압하고, 보지 헤드(106)를 테이블(103)의 평면 내에서 이동시킴으로써 기판(WF)을 연마할 수 있다. 또한, 도시하지 않지만, 조면화 처리 유닛(100) 및 연마 유닛(200)에는 조면화 패드(104) 및 연마 패드(105)를 세정하는 세정액 공급 노즐이나 컨디셔너을 탑재해도 된다. 이와 같이, 동일한 하우징체 내에 조면화 처리 유닛(100)과 연마 유닛(200)을 구비함으로써, 기판(WF)의 반송이 생략되는 점에서, 처리 속도가 증가한다.
도 6은, 일 실시형태에 의한, 평탄화 장치(10)를 개략적으로 나타내는 측면도이다. 도 6에 나타내어지는 평탄화 장치(10)에 있어서는, 동일한 테이블(102) 상의 동일한 패드(107) 상에서 기판(WF)조면화 및 그 후의 연마를 행할 수 있다. 도 6의 실시형태는 조면화 처리 유닛(100)이고, 또한 동시에 연마 유닛(200)이기도 하다. 도시의 실시형태는, 평탄한 상면을 구비하는 테이블(102)을 가진다. 테이블(102)은, 도시하지 않은 모터 등의 구동 기구에 의해 회전 가능하게 구성된다. 테이블(102)의 상면에는 패드(107)가 첩부된다. 패드(107)는 조면화 패드 및 연마 패드로서의 기능을 구비한다. 도 6에 나타내어지는 실시형태에 있어서, 패드(107)는, 조면화 및 연마의 대상인 기판(WF)보다 큰 치수이다. 도시의 실시형태는, 기판(WF)을 보지하기 위한 보지 헤드(106)를 구비한다. 보지 헤드(106)는, 회전 가능한 샤프트(108)에 연결되어 있다. 샤프트(108)는, 도시하지 않은 구동 기구에 의해 보지 헤드(106)와 함께 회전 가능하다. 기판(WF)은 보지 헤드(106)의 하면에 진공 흡착에 의해 지지되어 있다. 보지 헤드(106)는, 패드(107)의 표면에 수직한 방향으로 이동 가능하게 구성된다. 또한, 보지 헤드(106)는, 테이블(102)의 평면 내, 예를 들면 테이블(102)의 반경 방향으로 이동 가능한 아암(109)에 접속되어 있다. 도시의 실시형태는, 기판(WF)의 표면을 조면화하기 위한 조면화 입자를 분산시킨 액체를 패드(107) 상에 공급하기 위한 조면화 입자 공급 노즐(110), 및 세정용의 액체를 공급하기 위한 세정액 공급 노즐(111)을 구비한다. 일 실시형태에 있어서, 조면화 입자 공급 노즐(110) 및 세정액 공급 노즐(111)은, 테이블(102) 상의 패드(107)의 고정된 일정한 위치에 조면화 입자 및 세정액을 공급하는 것으로 해도 되고, 이동 가능하게 해도 된다. 또한, 도시의 실시형태는, 패드(107) 상에 슬러리를 공급하기 위한 슬러리 공급 노즐(114)을 구비한다. 일 실시형태에 있어서, 슬러리 공급 노즐(114)은, 테이블(102) 상의 패드(107)의 고정된 일정한 위치에 슬러리를 공급하는 것으로 해도 되고, 이동 가능하게 해도 된다. 도시의 실시형태에 있어서의 기판(WF)의 평탄화 공정에 대하여 설명한다. 먼저, 조면화 입자를 포함하는 액체를 조면화 입자 공급 노즐(110)로부터 패드(107)에 공급한 상태에서, 보지 헤드(106)에 보지된 기판(WF)을 패드(107)에 가압하고, 또한 기판(WF)과 패드(107)를 상대 운동시킴으로써, 기판(WF)의 피처리면을 조면화한다. 다음에, 세정액 공급 노즐(111)로부터 세정액을 공급함으로써 기판(WF)의 피처리면 및 패드(107) 상에 잔류한 조면화 입자를 포함하는 액체 및 조면화 처리에 의해 발생한 가공 생성물을 제거한다. 그 후, 기판(WF)을 패드(107)보다 퇴피시킨 상태에서 컨디셔너(120)에 의한 패드(107)의 컨디셔닝을 행하지만, 본 컨디셔닝은 기판(WF)의 피처리면 및 패드(107)의 세정시에 동시에 행해도 된다. 그 후, 슬러리 공급 노즐(114)로부터 CMP 슬러리를 패드(107)에 공급한 상태에서, 보지 헤드(106)에 보지된 기판(WF)을 패드(107)에 가압하고, 또한 기판(WF)과 패드(107)를 상대 운동시킴으로써, 기판(WF)의 피처리면의 평탄화를 행한다. 이와 같이, 조면화와 CMP를 동일한 유닛에서 실시함으로써, 기판(WF)의 반송이 생략되어 처리 속도가 증가한다.
도 15는, 일 실시형태에 의한, 평탄화 장치(10)를 개략적으로 나타내는 측면도이다. 도 6에 나타내어지는 평탄화 장치(10)에 있어서는, 테이블(132) 상에 지지된 기판(WF)을 동일한 패드(137)를 이용하여 조면화 및 그 후의 연마를 행할 수 있다. 도 15의 실시형태는 조면화 처리 유닛(100)이고, 또한 동시에 연마 유닛(200)이기도 하다. 도 15에 나타내어지는 실시형태는, 평탄한 상면을 구비하는 테이블(132)을 가진다. 테이블(132)은, 도시하지 않은 모터 등에 의해 회전 가능하게 구성된다. 테이블(132)의 상면에는, 진공 흡착 등에 의해 기판(WF)을 고정하는 것이 가능하게 구성된다. 도 15에 나타내어지는 실시형태에 의한 평탄화 장치(10), 헤드(134)를 구비한다. 헤드(134)는, 회전 가능한 샤프트(136)에 연결되어 있다. 샤프트(136)는, 도시하지 않은 구동 기구에 의해 헤드(134)와 함께 회전 가능하다. 헤드(134)의 하면에 패드(137)가 장착되어 있다. 샤프트(136)는 요동 가능한 아암(109)에 접속되어 있다. 도 15에 나타내어지는 실시형태에 있어서, 패드(137)는, 조면화 및 연마의 대상인 기판(WF)보다 작은 치수이다. 헤드(134)는, 테이블(132) 상의 기판(WF)의 표면에 수직한 방향으로 이동 가능하게 구성된다. 또한, 헤드(134)는, 아암(109)에 의해, 테이블(132)의 평면 내, 예를 들면 테이블(132)의 반경 방향으로 이동 가능하게 구성된다. 도시의 실시형태는, 조면화 입자 공급 노즐(110)을 구비한다. 도시의 실시형태는, 기판(WF)의 표면을 조면화하기 위한 조면화 입자를 분산시킨 액체를 기판(WF) 상에 공급하기 위한 조면화 입자 공급 노즐(110), 및 세정용의 액체를 공급하기 위한 세정액 공급 노즐(111)을 구비한다. 일 실시형태에 있어서, 조면화 입자 공급 노즐(110) 및 세정액 공급 노즐(111)은, 테이블(132) 상의 기판(WF)의 고정된 일정한 위치에 조면화 입자를 공급하는 것으로 해도 되고, 이동 가능하게 해도 된다. 또한, 도시의 실시형태는, 기판(WF) 상에 슬러리를 공급하기 위한 슬러리 공급 노즐(114)을 구비한다. 일 실시형태에 있어서, 슬러리 공급 노즐(114)은, 테이블(132) 상의 기판(WF)의 고정된 일정한 위치에 슬러리를 공급하는 것으로 해도 되고, 이동 가능하게 해도 된다. 도시의 실시형태에서의 기판(WF)의 평탄화 공정에 대하여 설명한다. 먼저 조면화 입자를 포함하는 액체를 조면화 입자 공급 노즐(110)로부터 기판(WF)에 공급한 상태에서, 처리 헤드(134)에 보지된 패드(137)를 기판(WF)에 가압하고, 또한 기판(WF)과 패드(137)를 상대 운동시킴으로써, 기판(WF)의 피처리면을 조면화한다. 다음에, 세정액 공급 노즐(111)로부터 세정액을 공급함으로써 기판(WF)의 피처리면 및 패드(137) 상에 잔류한 조면화 입자를 포함하는 액체 및 조면화 처리에 의해 발생한 가공 생성물을 제거한다. 또한, 이 때, 도시하지 않지만 컨디셔너(120)에 의한 패드(137)의 컨디셔닝을 행해도 된다. 또한, 슬러리 공급 노즐(114)로부터 CMP 슬러리를 기판(WF) 상에 공급한 상태에서, 처리 헤드(134)에 보지된 패드(137)를 기판(WF)에 가압하고, 또한 기판(WF)과 패드(137)를 상대 운동시킴으로써, 기판(WF)의 피처리면의 평탄화를 행한다. 이와 같이, 조면화와 CMP를 동일 유닛에서 실시함으로써, 기판(WF)의 반송이 생략되는 점에서, 처리 속도가 증가한다.
이하에서는, 일 실시형태에 의한 기판의 표면을 평탄화하기 위한 평탄화 방법을 도 12∼도 14와 함께 설명한다. 도 12는, 일 실시형태에 의한, 배선부를 포함하는 기판 표면에 Cu층이 성막된 기판을 평탄화할 때의 공정을 나타내는 단면도이다. 도 12의 (a)는, 절연막(51)에 배선 홈(52)이 형성된 기판(WF)에 배리어 메탈(53)이 PVD, CVD, ALD 등의 방법으로 성막되고, 추가로 배리어 메탈의 상층에 PVD 등의 방법으로 Cu 시드막이 성막되며, 그 후에 전해 도금 등의 방법으로 Cu층(54)이 형성된 상태를 나타내고 있다. 성막된 Cu층(54)에는 하층의 배선 구조(배선 폭이나 밀도)나, 전해 도금의 성막 조건에 기인하여 Cu층(54)의 표면에 단차가 형성된다. 특히, 세폭의 배선 밀집부에서는 도금시에 복수의 배선을 횡단하는 치수가 큰 단차(도 12의 (a)의 좌측의 볼록부)가 형성되는 경우도 있다.
도 13은, 일 실시형태에 의한, 기판의 표면을 평탄화하기 위한 방법을 나타내는 플로우 차트이다. 도 12의 (a)의 상태에 있는 기판(WF)의 피처리면을 평탄화하는 경우를 생각한다. 일 실시형태에 있어서, 먼저 기판의 표면을 조면화한다(S102). 기판(WF)의 피처리면의 조면화는, 상술한 임의의 조면화 처리 유닛(100)을 사용하여 행할 수 있다. 이러한 조면화는, 기판(WF)의 표면에 형성되어 있는 큰 볼록부의 치수를 작게 하는 것이 목적이므로, 조면화는 기판(WF)의 표면에 형성된 볼록부에 우선적으로 실시되는 것이 바람직하다. 또한, 조면화 처리에 의해 형성되는 요철의 높이는, 처리 대상인 기판(WF)에 형성되어 있는 초기 단차의 높이에 따라 정할 수 있다. 예를 들면, 조면화 처리에 의해 형성되는 요철의 높이가, 기판(WF)에 형성되어 있는 최대 초기 단차의 80% 이하로 할 수 있다. 또는, 평균 초기 단차의 80% 이하로 해도 된다. 예를 들면, 최대 초기 단차가 1.0㎛이라면, 조면화 처리에 의해 형성되는 요철의 높이는 0.8㎛ 이하로 하는 것이 바람직하다. 이것은 일반적인 CMP에 있어서의 단차 해소율은 80% 전후이므로, 조면화 처리에 의해 초기 단차의 80% 이상의 높이의 요철이 형성되면, 조면화 처리로 형성된 요철이 나중의 연마 공정에 있어서 전부 제거할 수 없을 우려가 있기 때문이다. 또한, 조면화에 의해 형성되는 요철의 평균 피치(인접하는 오목부 또는 볼록부의 거리의 평균)는 100㎛ 이하인 것이 바람직하다. CMP에 있어서의 단차 해소는 요철의 폭에 크게 의존하여, 100㎛ 이상에서는 단차 해소율이 대폭 저하하기 때문이다. 조면화 처리에 사용하는 조면화 입자의 사이즈나 종류, 또한 조면화 처리에 있어서의 조면화 패드(104, 138)와 기판(WF)의 접촉 압력, 처리 시간 등은, 원하는 조면화가 달성되도록 적절히 선택한다. 일반적으로는, 조면화하는 대상의 층이 단단한 층이면, 조면화 입자도 단단한 것을 사용하고, 조면화로 큰 요철을 형성하는 경우는, 상대적으로 큰 입자의 조면화 입자를 사용한다. 또한, 기판(WF)의 표면에 형성되어 있는 초기 단차가 작은 경우, 조면화 입자의 농도를 작게 하거나, 조면화 입자의 공급량을 작게 하거나, 단속적(斷續的)으로 조면화 입자를 공급하거나 해도 된다. 또한, 조면화의 대상층의 막 두께가 매우 작은 경우나 Low-k 재료와 같이 취약한 재료인 경우에는, 조면화에 의해 형성되는 요철이 지나치게 커지는 것이 우려된다. 그와 같은 경우, 조면화 처리 전에, 기판(WF)의 표면에 보호막을 형성하고 나서 조면화 처리를 해도 된다. 보호막은, 예를 들면, 레지스트와 같은 유기계 용제를 도포하거나, 스핀코트 등에 의해 형성할 수 있다. 도 12의 (b)는, 조면화된 기판(WF)을 나타내는 단면도이다.
도 13에 나타내어지는 바와 같이, 기판(WF)을 조면화했으면, 다음에 기판(WF)을 세정한다(S104). 조면화 후에 기판(WF)을 세정하지 않으면, 조면화 처리에 사용한 조면화 입자가, 나중의 연마 공정에 있어서 잔류한 조면화 입자가 기판(WF)에 스크래치를 발생시킬 우려가 있기 때문이다. 그러나, 조면화 후의 기판(WF)의 세정이 불필요하면 세정 공정은 생략해도 된다. 예를 들면, 조면화 입자가, 나중의 연마 공정에서 사용하는 슬러리에 포함되는 입자와 동일 종류이고 입자 사이즈가 동(同) 정도이면, 조면화 입자가 연마 공정에서 스크래치 등을 발생시킬 우려는 적으므로, 세정 처리를 생략해도 된다.
다음에, 조면화 및 세정한 기판을 연마한다(S106). 기판(WF)의 연마는 CMP 등에 의해 행할 수 있다. 기판(WF)의 연마는 임의의 CMP 장치에 의해 행할 수 있다. 연마 전에 기판의 표면을 조면화하고 있으므로, 치수가 큰 볼록부가 존재하지 않고, 치수의 큰 볼록부에서 발생했던 연마 속도의 저하의 문제를 해소 내지 완화할 수 있다. 도 12의 (c)는, 조면화 후의 기판을 연마한 기판을 나타내는 단면도이다. 도 12의 (a)에 나타낸 하층의 배선 구조(배선 폭이나 밀도)나, 전해 도금의 성막 조건에 기인하여 발생하고 있던 초기 단차가 균일하게 해소됨으로써, 디싱이나 이로전이 경감된다.
기판(WF)의 연마가 종료되면, 기판(WF)을 세정하고, 건조시킨다(S108). 이와 같이 기판(WF)의 평탄화가 종료되면, 기판(WF)을 카세트(24)(도 2)로 되돌리고, 다음 공정으로 기판(WF)이 넘겨진다.
도 14는, 일 실시형태에 의한, 기판의 표면을 평탄화하기 위한 방법을 나타내는 플로우 차트이다. 본 실시형태에 의한 평탄화 방법에 있어서는, 먼저, 평탄화하는 기판(WF)의 표면에 형성되어 있는 초기의 단차를 측정한다(S202). 측정 방법은 임의이지만, 예를 들면 레이저 현미경(공초점 방식)이나, 위상차 간섭 방식 등으로 단차 형상을 직접 측정하는 방식이나, 막 두께 측정을 이용하여 측정막 두께차에 의해 단차 형상을 간접적으로 구한다. 다음에, 측정한 단차가 목표값 미만인지의 여부를 판단한다(S204). 또한, 본 측정에 대해서는, 평탄화 장치 내에 측정부를 마련하여 측정해도 되고, 또한 평탄화 장치 외에서 측정해도 된다. 이러한 목표값은, 예를 들면 평균값 또는 최대값으로서 100nm로 할 수 있다. 기판(WF)의 초기 단차가 목표값 이상이면, 목표값과 현상값의 차분으로부터 구한 단차 형상의 높이 및 피치에 기초하여, 기판(WF)의 조건을 결정한 후, 기판(WF)의 피처리면을 조면화하고, 그 후 조면화한 기판(WF)의 피처리면을 연마하여 평탄화한다(S206∼S212). 또한, 그 때, 조면화 처리의 전처리로서, 도시는 하지 않지만, 기판(WF)의 표면에 보호막을 형성하는 공정을 넣어도 되고, 초기 단차에 비해 조면화 공정에서 큰 요철이 생기지 않도록 보호막을 형성한다. 보호막은, 상술한 바와 같이 레지스트와 같은 유기계 용제를 도포하거나, 스핀코트 등에 의해 형성할 수 있다. 기판의 조면화 처리부터 연마에 의한 조면화한 피처리면의 평탄화까지는, 도 13의 S102∼S108과 마찬가지이다. 기판(WF)의 초기 단차가 목표값 미만인 경우, 먼저 기판(WF)을 소정 잔막 두께까지 연마한다(S214). 기판(WF)의 연마는 예를 들면 임의의 CMP 장치 등의 연마 유닛(200)에 의해 행할 수 있다. 기판(WF)을 연마 유닛(200)에서 소정 잔막 두께까지 연마 후, 필요하면 세정 및 건조를 행한다. 그 후, 다시 기판(WF)의 표면의 단차를 측정하고(S216), 측정한 단차가 목표값 이상인지의 여부를 판단한다(S218). 이러한 목표값은, 예를 들면 평균값 또는 최대값으로서 10nm로 할 수 있다. 기판(WF)의 표면의 단차가 목표값 미만인 경우, 기판(WF)의 평탄화를 종료한다. 기판(WF)의 표면의 단차가 목표값 이상인 경우, 기판을 조면화하고 나서 연마한다(S222∼S226). 또한, 그 때, 조면화 처리의 전처리로서, 도시는 하지 않지만, 기판(WF)의 표면에 보호막을 형성하는 공정을 넣어도 된다. 기판(WF)을 한 번 연마하였으므로, 기판(WF)의 표면에 형성되어 있는 단차는 작아져 있으므로, 초기 단차에 비해 조면화 공정에서 큰 요철이 생기지 않아 보호막은 보다 효과적이다. 보호막은, 상술한 바와 같이 레지스트와 같은 유기계 용제를 도포하거나, 스핀코트 등에 의해 형성할 수 있다.
10 : 평탄화 장치
51 : 절연막
52 : 배선 홈
54 : Cu층
100 : 조면화 처리 유닛
102 : 테이블
103 : 테이블
104, 104a : 조면화 패드
105 : 연마 패드
107 : 패드
106 : 보지 헤드
109 : 아암
110 : 조면화 입자 공급 노즐
111 : 세정액 공급 노즐
112 : 액체 공급 노즐
113 : 세정액 공급 노즐
114 : 슬러리 공급 노즐
115 : 고압 공급 노즐
116 : 조면화 입자 공급 탱크
120 : 컨디셔너
132 : 테이블
134 : 조면화 처리 헤드
136 : 샤프트
137 : 패드
138, 138a : 조면화 패드
150 : 펠티에 소자
152 : 온도 계측기
154 : 유체 통로
156 : 패드 접촉 부재
158 : 액체 공급 기구
200 : 연마 유닛
300 : 세정 유닛
30a : 반송 기구
30b : 반송 기구
400 : 건조 유닛
500 : 제어 유닛
WF : 기판

Claims (24)

  1. 기판의 표면을 평탄화하기 위한 평탄화 장치로서,
    상기 기판의 피처리면을 조면화 입자를 이용하여 조면화 처리하기 위한 조면화 처리 유닛과,
    피처리면이 조면화된 상기 기판의 표면을 화학 기계적 연마(CMP)하기 위한 CMP 유닛을 가지는 평탄화 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 조면화 처리 유닛은,
    상기 기판보다 치수가 큰 패드와,
    상기 패드를 보지하고, 상기 기판에 대하여 상대적으로 운동이 가능한 테이블과,
    상기 기판의 피처리면을 상기 패드쪽을 향해 보지하고, 상기 기판을 상기 패드에 가압하면서, 상기 패드에 대하여 상대적으로 운동 가능한 기판 보지 헤드와,
    상기 조면화 처리에 있어서, 조면화용 입자를 포함하는 액체를 상기 패드에 공급하기 위한 제 1 공급 노즐과,
    상기 조면화 처리 후에 있어서, 상기 기판 및 상기 패드를 세정하기 위한, 세정용 액체를 공급하기 위한 제 2 공급 노즐과,
    상기 패드의 표면의 컨디셔닝을 행하기 위한 컨디셔너를 가지는, 평탄화 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 조면화 처리 유닛은,
    상기 기판보다 치수가 크고, 조면화용 입자를 포함하는 패드와,
    상기 패드를 보지하기 위한, 상기 기판에 대하여 상대적으로 운동이 가능한 테이블과,
    상기 기판의 피연마면을 상기 패드쪽을 향해 보지하고, 상기 기판을 상기 패드에 가압하면서, 상기 패드에 대하여 상대적으로 운동 가능한 기판 보지 헤드와,
    상기 조면화 처리에 있어서, 액체를 상기 패드에 공급하기 위한 제 1 공급 노즐과,
    상기 조면화 처리 후에 있어서, 상기 기판 및 상기 패드를 세정하기 위한, 세정용 액체를 공급하기 위한 제 2 공급 노즐과,
    상기 패드의 표면의 컨디셔닝을 행하기 위한 컨디셔너를 가지는, 평탄화 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 조면화 처리 유닛은,
    상기 기판보다 치수가 작은 패드와,
    상기 기판을 보지하기 위한, 상기 기판에 대하여 상대적으로 운동이 가능한 테이블과,
    상기 패드를 기판쪽을 향해 보지하고, 상기 패드를 상기 기판에 가압하면서, 상기 패드에 대하여 상대적으로 운동 가능한 보지 헤드와,
    상기 보지 헤드를 상기 기판 상에서, 상기 기판의 평면에 평행한 방향으로 요동시키기 위한 아암과,
    상기 조면화 처리에 있어서, 조면화용 입자를 포함하는 액체를 상기 기판에 공급하기 위한 제 1 공급 노즐과,
    상기 조면화 처리 후에 있어서, 상기 기판에 세정용 액체를 공급하기 위한 제 2 공급 노즐과,
    상기 패드의 표면의 컨디셔닝을 행하기 위한 컨디셔너를 가지는, 평탄화 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 조면화 처리 유닛은,
    상기 기판보다 치수가 작고, 조면화용 입자를 포함하는 패드와,
    상기 기판을 보지하기 위한, 상기 패드에 대하여 상대적으로 운동이 가능한 테이블과,
    상기 패드를 상기 기판쪽을 향해 보지하고, 상기 패드를 기판에 가압하면서, 상기 기판에 대하여 상대적으로 운동 가능한 보지 헤드와,
    상기 보지 헤드를 상기 기판 상에서 상기 기판의 평면에 평행한 방향으로 요동시키기 위한 아암과,
    상기 조면화 처리에 있어서, 상기 기판에 액체를 공급하기 위한 제 1 공급 노즐과,
    상기 조면화 처리 후에 있어서, 상기 기판 및 상기 패드를 세정하기 위한 세정용 액체를 공급하기 위한 제 2 공급 노즐과,
    상기 패드의 표면의 컨디셔닝을 행하기 위한 컨디셔너를 가지는, 평탄화 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 조면화 처리 유닛은,
    상기 조면화 입자를 포함하는 액체를 고압으로 기판을 향해 공급하기 위한 고압 공급 노즐과,
    상기 기판을 보지하기 위한, 상기 고압 공급 노즐에 대하여 상대적으로 운동이 가능한 테이블과,
    상기 고압 공급 노즐을 기판의 평면에 평행하게 요동시키기 위한 아암과,
    상기 조면화 처리 후에 있어서, 기판에 세정용 액체를 공급하기 위한 공급 노즐을 가지는, 평탄화 장치.
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 상대적인 운동이 회전 운동, 직선 운동, 스크롤 운동, 및 회전 운동과 직선 운동의 조합 중 적어도 1개를 포함하는, 평탄화 장치.
  8. 기판의 표면을 평탄화하기 위한 평탄화 장치로서,
    상기 기판을 화학 기계적 연마(CMP)하기 위한 CMP 유닛과,
    상기 기판을 세정하기 위한 세정 유닛과,
    상기 기판을 건조시키기 위한 건조 유닛과,
    상기 기판을 상기 CMP 유닛, 상기 세정 유닛 및 상기 건조 유닛의 사이에서 반송하기 위한 반송 기구를 가지고,
    상기 CMP 유닛은,
    조면화 입자를 포함하는 액체를 공급하기 위한 제 1 공급 노즐과,
    CMP용의 슬러리를 공급하기 위한 제 2 공급 노즐을 가지는, 평탄화 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 CMP 유닛은,
    상기 기판보다 치수가 큰 패드와,
    상기 패드를 보지하고, 상기 기판에 대하여 상대적으로 운동이 가능한 테이블과,
    상기 기판의 피처리면을 상기 패드쪽을 향해 보지하고, 상기 기판을 상기 패드에 가압하면서, 상기 패드에 대하여 상대적으로 운동 가능한 기판 보지 헤드와,
    상기 패드에 세정용 액체를 공급하기 위한 제 3 공급 노즐과,
    상기 패드의 표면의 컨디셔닝을 행하기 위한 컨디셔너를 가지고,
    상기 제 1 공급 노즐은, 조면화 입자를 포함하는 액체를 상기 패드 상에 공급하도록 구성되고,
    상기 제 2 공급 노즐은, 상기 CMP용의 슬러리를 상기 패드 상에 공급하도록 구성되는, 평탄화 장치.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 CMP 유닛은,
    기판보다 치수가 작은 패드와,
    상기 기판을 보지하기 위한, 상기 패드에 대하여 상대적으로 운동이 가능한 테이블과,
    상기 패드를 상기 기판쪽을 향해 보지하고, 상기 패드를 상기 기판에 가압하면서, 상기 기판에 대하여 상대적으로 운동 가능한 보지 헤드와,
    상기 보지 헤드를 상기 기판 상에서 상기 기판의 평면에 평행한 방향으로 요동시키기 위한 아암과,
    상기 기판에 세정용 액체를 공급하기 위한 제 3 공급 노즐과,
    상기 패드의 표면의 컨디셔닝을 행하기 위한 컨디셔너를 가지고,
    상기 제 1 공급 노즐은, 상기 조면화 입자를 포함하는 액체를 상기 기판에 공급하도록 구성되고,
    상기 제 2 공급 노즐은, 상기 CMP용의 슬러리를 상기 기판에 공급하도록 구성되는, 평탄화 장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 조면화 입자의 평균 입자경이 100nm 이하인, 평탄화 장치.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 조면화 입자가, 다이아몬드, SiC, CBN, SiO2, CeO2 및 Al2O3로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 적어도 1개의 입자를 가지는, 평탄화 장치.
  13. 기판을 평탄화하는 방법으로서,
    상기 기판의 피처리면을 조면화 입자를 이용하여 조면화하는 조면화 처리 단계와,
    조면화한 상기 기판의 피처리면을 화학 기계적 연마(CMP)하는 CMP 단계를 가지는, 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 조면화 처리 단계에 있어서, 조면화에 의해 상기 기판의 피처리면에 형성되는 요철의 높이는, 조면화 처리 전의 상기 기판의 피처리면에 존재하는 최대 초기 단차의 80% 이하이고, 또한, 조면화 처리에 의해 상기 기판의 피처리면에 형성되는 요철의 평균 피치는 100㎛ 이하인, 방법.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 조면화 처리 단계는,
    상기 기판보다 치수가 큰 패드의 위에 조면화 입자를 포함하는 액체를 공급하고, 상기 패드와 상기 기판의 피처리면을 가압한 상태에서, 상기 패드와 상기 기판을 상대적으로 운동시키는 단계를 가지는, 방법.
  16. 제 13 항에 있어서,
    상기 조면화 처리 단계는,
    상기 기판에 조면화 입자를 포함하는 액체를 공급하고, 상기 기판보다 치수가 작은 패드를 상기 기판에 가압한 상태에서, 상기 패드와 상기 기판을 상대적으로 운동시키는 단계를 가지는, 방법.
  17. 제 13 항에 있어서,
    상기 조면화 처리 단계는,
    조면화용 입자가 고정된 상기 기판보다 치수가 큰 패드를 상기 기판에 가압한 상태에서, 상기 패드와 상기 기판을 상대적으로 운동시키는 단계를 가지는, 방법.
  18. 제 13 항에 있어서,
    상기 조면화 처리 단계는,
    조면화용 입자가 고정된 상기 기판보다 치수가 작은 패드를 상기 기판에 가압한 상태에서, 상기 패드와 상기 기판을 상대적으로 운동시키는 단계와,
    상기 패드를 상기 기판 상에서 상기 기판의 평면에 평행한 방향으로 요동시키는 단계를 가지는, 방법.
  19. 제 13 항에 있어서,
    상기 조면화 처리 단계는,
    고압 공급 노즐로부터 조면화 입자를 포함하는 액체를 고압으로 상기 기판을 향해 공급하는 단계와,
    상기 기판을 상기 고압 공급 노즐에 대하여 상대적으로 운동시키는 단계와,
    상기 고압 공급 노즐을 상기 기판의 평면에 평행하게 요동시키는 단계를 가지는, 방법.
  20. 제 13 항에 있어서,
    상기 조면화 입자의 평균 입자경이 100nm 이하인, 방법.
  21. 제 13 항에 있어서,
    상기 조면화 입자가, 다이아몬드, SiC, CBN, SiO2, CeO2 및 Al2O3로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 적어도 1개의 입자를 가지는, 방법.
  22. 제 15 항에 있어서,
    상기 상대적인 운동은 회전 운동, 직선 운동, 스크롤 운동, 및 회전 운동과 직선 운동의 조합 중 적어도 1개를 포함하는, 방법.
  23. 제 13 항에 있어서,
    상기 조면화 처리 단계는, 조면화 처리 유닛에 의해 실행되고,
    상기 CMP 단계는, CMP 유닛에 의해 실행되고,
    상기 조면화 처리 유닛에 의해 조면화한 상기 기판을, 상기 CMP 유닛에 반송하는 단계를 가지는, 방법.
  24. 제 13 항에 있어서,
    상기 조면화 처리 단계와 상기 CMP 단계의 사이에, 조면화한 상기 기판의 피처리면을 세정하는 단계를 가지는, 방법.
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