KR20200013675A - 기판 연마 장치 및 기판 연마 방법 - Google Patents

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이츠키 고바타
마나부 츠지무라
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가부시키가이샤 에바라 세이사꾸쇼
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Abstract

요철이 있는 기판을 평탄화한다. 기판을 화학 기계적으로 연마하는 방법이 제공되고, 이러한 방법은, 처리액을 사용하여 기판을 연마하는 스텝과, 기판의 연마에 기여하는 상기 처리액의 유효 성분의 농도를 변경하는 스텝을 갖는다.

Description

기판 연마 장치 및 기판 연마 방법
본 발명은 기판 연마 장치 및 기판 연마 방법에 관한 것이다.
근년, 처리 대상물(예를 들어 반도체 기판 등의 기판, 또는 기판의 표면에 형성된 각종 막)에 대하여 각종 처리를 행하기 위하여 처리 장치가 사용되고 있다. 처리 장치의 일례로서는, 처리 대상물의 연마 처리 등을 행하기 위한 CMP(Chemical Mechanical Polishing) 장치를 들 수 있다.
일본 특허 공개 제2005-235901호 공보
요즘의 반도체 디바이스의 제조에 있어서의 각 공정에 대한 요구 정밀도는 이미 몇nm의 오더에 달하고 있고, CMP도 그 예외가 아니다. 또한, 반도체 집적 회로의 형성의 고집적화에 수반하여, 미세화, 다층화가 점점 가속되고 있다. 미세화가 실현된 다층 배선 구조를 형성하는 경우에는, 배선 표면의 근소한 단차여도 경시할 수 없고, 표면에 형성된 요철에 의해 다양한 결함이 야기될 수 있다. 그래서, 반도체 디바이스의 제조 과정의 연마에 있어서도, 몇nm의 오더의 평탄화가 요구되고, 원자층 레벨에서 기판의 연마 제어성이 요구된다.
[형태 1] 형태 1에 의하면, 기판을 화학 기계적으로 연마하는 방법이 제공되고, 이러한 방법은, 처리액을 사용하여 기판을 연마하는 스텝과, 기판의 연마에 기여하는 상기 처리액의 유효 성분의 농도를 변경하는 스텝을 갖는다.
[형태 2] 형태 2에 의하면, 형태 1에 의한 방법에 있어서, 상기 처리액의 유효 성분은, (1) 기판의 피연마층을 산화시키는 성분, (2) 기판의 피연마층을 용해시키는 성분, 및 (3) 기판의 피연마층을 박리시키는 성분의 적어도 하나를 갖는다.
[형태 3] 형태 3에 의하면, 형태 1 또는 형태 2에 의한 방법에 있어서, 추가로, 기판의 피연마층의 두께를 측정하는 스텝을 갖고, 측정된 기판의 피연마층의 두께에 기초하여, 상기 처리액의 유효 성분의 농도를 변경한다.
[형태 4] 형태 4에 의하면, 형태 1 또는 형태 2에 의한 방법에 있어서, 추가로, 상기 처리액의 pH를 측정하는 스텝을 갖고, 측정된 처리액의 pH에 기초하여, 상기 처리액의 유효 성분의 농도를 변경한다.
[형태 5] 형태 5에 의하면, 형태 1 또는 형태 2에 의한 방법에 있어서, 상기 처리액은 지립을 포함하고, 상기 처리액 중의 지립 농도를 측정하는 스텝을 갖고, 측정된 지립 농도에 기초하여, 상기 처리액의 유효 성분의 농도를 변경한다.
[형태 6] 형태 6에 의하면, 형태 1 내지 형태 5 중 어느 하나의 형태에 의한 방법에 있어서, 상기 처리액을 순수로 희석함으로써, 상기 처리액의 유효 성분의 농도를 변경한다.
[형태 7] 형태 7에 의하면, 형태 1, 2, 4 중 어느 하나의 형태에 의한 방법에 있어서, 상기 처리액은 산화성 성분을 갖고, 상기 처리액의 산화 작용을 억제하기 위한 환원제를 첨가함으로써 실효적으로 상기 처리액의 산화성 성분의 농도를 변경한다.
[형태 8] 형태 8에 의하면, 형태 1, 2, 4 중 어느 하나의 형태에 의한 방법에 있어서, 상기 처리액은, 용해성 성분으로서 산을 갖고, 상기 처리액에 알칼리제를 첨가함으로써, 용해성 성분 농도를 변경한다.
[형태 9] 형태 9에 의하면, 형태 1, 2, 4 중 어느 하나의 형태에 의한 방법에 있어서, 상기 처리액은, 용해성 성분으로서 알칼리를 갖고, 상기 처리액에 산을 첨가함으로써, 용해성 성분 농도를 변경한다.
[형태 10] 형태 10에 의하면, 기판을 화학 기계적으로 연마하는 방법이 제공되고, 이러한 방법은, 처리액을 사용하여 기판을 연마하는 스텝과, 기판의 연마 중에 처리액의 온도를 변경하는 스텝을 갖는다.
[형태 11] 형태 11에 의하면, 형태 10에 의한 방법에 있어서, 추가로, 기판의 피연마층의 두께를 측정하는 스텝을 갖고, 측정된 기판의 피연마층의 두께에 기초하여, 상기 처리액의 온도를 변경한다.
[형태 12] 형태 12에 의하면, 동일 종류의 복수의 기판을 화학 기계적으로 연마하는 방법이 제공되고, 이러한 방법은, 제1 처리액을 사용하여 제1 기판을 연마하는 스텝과, 제2 처리액을 사용하여 제2 기판을 연마하는 스텝을 갖고, 상기 제2 처리액은, 기판의 연마에 기여하는 처리액의 유효 성분의 농도가 상기 제1 처리액의 농도와 다르다.
[형태 13] 형태 13에 의하면, 기판에 형성된 금속층을 제거하기 위한 방법이 제공되고, 이러한 방법은, 기판의 금속층에 산화제 및/또는 착체 형성제를 단속적으로 공급함으로써, 상기 금속층의 표면에 취약 반응층을 형성하는 스텝과, 처리액 존재 하에서 상기 취약 반응층에 패드를 압박하고, 상기 취약 반응층을 연마하여 제거하는 스텝을 갖는다.
[형태 14] 형태 14에 의하면, 형태 13에 의한 방법에 있어서, 추가로, 순수의 존재 하에서 기판에 패드를 압박하여 기판을 연마하는 스텝을 갖는다.
[형태 15] 형태 15에 의하면, 형태 13 또는 형태 14에 의한 방법에 있어서, 기판과 패드가 접촉하고 있지 않은 상태에 있어서, 패드 상에 산화제 및/또는 착체 형성제를 공급한 후에, 기판과 패드를 접촉시키는 스텝을 갖는다.
[형태 16] 형태 16에 의하면, 형태 13 또는 형태 14에 의한 방법에 있어서, 패드측에서 기판측을 향하여, 산화제 및/또는 착체 형성제를 단속적으로 공급하는 스텝을 갖는다.
[형태 17] 형태 17에 의하면, 형태 16에 의한 방법에 있어서, 패드측에서 기판측을 향하여, 산화제 및/또는 착체 형성제를 포함하는 제1 처리액을 공급하는 스텝과, 패드의 상방으로부터 패드를 향하여, 상기 제1 처리액과는 다른 성분을 포함하는 제2 처리액을 공급하는 스텝을 갖는다.
[형태 18] 형태 18에 의하면, 형태 17에 의한 방법에 있어서, 상기 처리액은 환원제를 포함한다.
[형태 19] 형태 19에 의하면, 기판에 형성된 금속층을 제거하기 위한 방법이 제공되고, 기판의 금속층에 전해액을 공급하는 스텝과, 기판의 금속층에 전해액을 통해 전류를 공급하는 스텝과, 기판에 패드를 압박하여 기판을 연마하는 스텝을 갖는다.
[형태 20] 형태 20에 의하면, 형태 13 내지 형태 19 중 어느 하나의 형태에 의한 방법에 있어서, 금속층의 제거 중에, 산화제 및/또는 착체 형성제의 공급량을 변화시키는 스텝을 갖는다.
[형태 21] 형태 21에 의하면, 형태 19에 의한 방법에 있어서, 기판의 연마 중에, 기판에 공급되는 전류의 크기를 변화시키는 스텝을 갖는다.
[형태 22] 형태 22에 의하면, 형태 13 내지 형태 21 중 어느 하나의 형태에 있어서, 금속층의 제거 중에, 기판에 패드를 압박하고 있는 시간을 변화시키는 스텝을 갖는다.
[형태 23] 형태 23에 의하면, 형태 13 내지 형태 21 중 어느 하나의 형태에 있어서, 금속층은 알루미늄, 텅스텐, 구리, 루테늄 및 코발트를 포함하는 그룹의 적어도 하나를 포함한다.
[형태 24] 형태 24에 의하면, 기판에 형성된 실리콘 산화층을 제거하기 위한 방법이 제공되고, 이러한 방법은, 실리콘 산화층에 흡착성 계면 활성제를 공급하여, 실리콘 산화층의 표면에 보호층을 형성하는 스텝과, 처리액 존재 하에서 상기 보호층에 패드를 압박하고, 상기 보호층을 연마함으로써 실리콘 산화층을 제거하는 스텝과, 지립의 패드에 대한 흡착을 촉진하는 첨가제를 단속적으로 패드에 공급하는 스텝을 갖는다.
도 1은, 일 실시 형태에 의한 기판 연마 장치를 개략적으로 도시하는 사시도이다.
도 2는, 일 실시 형태에 의한 기판 연마 장치를 개략적으로 도시하는 측면도이다.
도 3은, 일 실시 형태에 의한 기판 연마 장치를 개략적으로 도시하는 측면도이다.
도 4a는, 일 실시 형태에 의한 기판 연마 장치를 개략적으로 도시하는 상면도이다.
도 4b는, 도 4a 중에 나타내는 화살표(4B)의 방향으로부터 본, 반응액 조 및 기판을 보유 지지하는 톱 링의 측면도이다.
도 5a는, 일 실시 형태에 의한 기판 연마 장치를 개략적으로 도시하는 상면도이다.
도 5b는, 도 5a 중에 나타내는 화살표(5B)의 방향으로부터 본, 전해액 조 및 기판을 보유 지지하는 톱 링의 측면도이다.
도 6은, 일 실시 형태에 의한 연마 방법의 개략적인 흐름도이다.
도 7은, 일 실시 형태에 의한, 기판의 표면에 형성된 금속층을 제거하는 방법의 개략적인 흐름도이다.
도 8은, 일 실시 형태에 의한 기판의 연마에 의한 평탄화의 예를 나타내고 있다.
도 9는, 일 실시 형태에 의한 기판의 연마에 의한 평탄화의 예를 나타내고 있다.
도 10은, 일 실시 형태에 의한 기판의 연마에 의한 평탄화의 예를 나타내고 있다.
도 11은, CMP를 사용한 구리 배선 묻기에 있어서의 평탄화 공정의 예를 나타내는 도면이다.
이하에, 본 발명에 따른 기판 연마 장치 및 기판 연마 방법의 실시 형태를 첨부 도면과 함께 설명한다. 첨부 도면에 있어서, 동일하거나 또는 유사한 요소에는 동일하거나 또는 유사한 참조 부호가 부여되고, 각 실시 형태의 설명에 있어서 동일하거나 또는 유사한 요소에 관한 중복되는 설명은 생략하는 경우가 있다. 또한, 각 실시 형태에서 나타내는 특징은, 서로 모순되지 않는 한 다른 실시 형태에도 적용 가능하다.
도 1은, 일 실시 형태에 의한 기판 연마 장치(300)를 개략적으로 도시하는 사시도이다. 기판 연마 장치(300)는, 연마 테이블(320)과, 톱 링(330)을 구비한다. 연마 테이블(320)은, 도시하지 않은 구동원에 의해 회전 구동된다. 연마 테이블(320)에는, 연마 패드(310)가 첩부된다. 톱 링(330)은, 기판을 보유 지지하여 연마 패드(310)에 압박한다. 톱 링(330)은, 도시하고 있지 않은 구동원에 의해 회전 구동된다. 기판은, 톱 링(330)에 보유 지지되어서 연마 패드(310)에 압박됨으로써 연마된다.
기판 연마 장치(300)는, 연마 패드(310)에 처리액 또는 드레싱액을 공급하기 위한 처리액 공급 노즐(340)을 구비한다. 처리액은, 예를 들어 지립을 포함하는 슬러리이다. 드레싱액은, 예를 들어 순수이다. 일 실시 형태로서, 처리액 공급 노즐(340)은, 연마 패드(310)의 면에 평행한 방향으로 이동 가능하게 구성할 수 있다. 그 때문에, 기판의 연마 중에, 처리액을 연마 패드(310) 상의 임의의 위치에 공급할 수 있다. 예를 들어, 기판(WF)의 연마 중에, 기판(WF)을 보유 지지하는 톱 링(330)의 이동에 동기시켜서 처리액 공급 노즐(340)을 이동시킬 수 있다.
또한, 기판 연마 장치(300)는, 연마 패드(310)의 컨디셔닝을 행하기 위한 드레서(350)를 구비한다. 또한, 기판 연마 장치(300)는, 액체, 또는, 액체와 기체의 혼합 유체를 연마 패드(310)를 향하여 분사하기 위한 아토마이저(360)를 구비한다. 액체는, 예를 들어 순수이다. 기체는, 예를 들어 질소 가스이다. 드레서(350) 및 아토마이저(360)는, 임의의 구조의 것을 채용할 수 있다. 또한, 아토마이저(360)는 없어도 된다.
톱 링(330)은, 톱 링 샤프트(332)에 의해 지지된다. 톱 링(330)은, 도시하고 있지 않은 구동부에 의해, 화살표(AB)로 나타내는 것처럼, 톱 링 샤프트(332)의 축심 둘레로 회전 가능하게 구성된다. 또한, 톱 링 샤프트(332)는, 도시하지 않은 구동부에 의해 연마 패드(310)의 면에 수직인 방향으로 톱 링(330)을 이동 가능하게 구성된다. 또한, 톱 링 샤프트(332)는, 요동 가능한 암(400)(도 4a 참조)에 접속된다. 요동 가능한 암(400)에 의해, 톱 링(330)은, 연마 패드(310)의 면에 평행한 방향(예를 들어, 반경 방향)으로 이동 가능하다.
연마 테이블(320)은, 테이블 샤프트(322)에 지지된다. 연마 테이블(320)은, 도시하고 있지 않은 구동부에 의해, 화살표(AC)로 나타내는 것처럼, 테이블 샤프트(322)의 축심 둘레로 회전하게 되어 있다. 연마 테이블(320) 상에는, 연마 패드(310)가 첩부된다. 연마 패드(310)는, 임의의 것을 사용할 수 있고, 연마 대상인 기판(WF)의 재질이나, 요구되는 연마 조건에 따라서 선택할 수 있다. 또한, 일 실시 형태에 있어서, 연마 테이블(320)은, 연마 패드(310)를 냉각하기 위한 냉각 기구를 구비해도 된다. 연마 패드(310)의 온도를 제어함으로써, 연마 패드(310)의 강성을 제어할 수 있다. 예를 들어, 연마 패드(310)를 냉각하여 강성을 크게 함으로써, 연마 대상의 기판(WF)의 표면의 요철에 대한 연마 패드(310)의 선택성을 높일 수 있다. 냉각 기구로서, 예를 들어 연마 테이블(320)에 펠티에 소자를 마련해도 되고, 또한, 냉각 유체가 통하는 유체 통로를 연마 테이블(320) 내에 마련하여, 온도 제어된 냉각 유체를, 연마 테이블(320) 내의 유체 통로를 통과하게 해도 된다. 또한, 연마 패드(310)의 냉각 기구로서, 상기 연마 패드(310)의 표면에 접촉하는 패드 접촉 부재와, 온도 조정된 액체를 패드 접촉 부재 내에 공급하는 액체 공급 시스템을 갖는 냉각 기구로 해도 된다. 여기서, 액체로서, 온수 및 냉수를 사용하여, 각각의 패드 접촉 부재로의 공급량을 제어함으로써, 패드 접촉 부재, 나아가서는 연마 패드(310)가 소정 온도가 되도록 제어해도 된다. 또한, 이들 방법에 의한 연마 패드(310)의 온도 제어에 대해서는, 기판 연마 장치(300)에 예를 들어 방사 온도계와 같은 온도 계측기를 별도 마련하여, 본 계측기에 의해 측정한 온도 신호를 냉각 기구에 피드백시킴으로써, 연마 패드(310) 표면을 소정 온도로 제어할 수 있다.
기판(WF)은, 톱 링(330)의 연마 패드(310)와 대향하는 면에 진공 흡착에 의해 보유 지지된다. 연마 시에는, 처리액 공급 노즐(340)로부터 연마 패드(310)의 연마면에 처리액이 공급된다. 또한, 연마 시에는, 연마 테이블(320) 및 톱 링(330)이 회전 구동된다. 기판(WF)은, 톱 링(330)에 의해 연마 패드(310)의 연마면에 압박됨으로써 연마된다.
일 실시 형태에 있어서, 기판 연마 장치(300)는, 기판(WF)의 연마의 종점을 검지하기 위한 종점 검지 기구를 구비할 수 있다. 종점 검지 기구는, 공지된 종점 검지 기구를 포함하여 임의의 것을 채용할 수 있다. 예를 들어, 와전류 센서, 광학식 센서, 파이버 센서 등을 사용할 수 있다. 와전류 센서, 광학식 센서, 파이버 센서는, 예를 들어 연마 테이블(320) 또는 톱 링(330)에 마련할 수 있다. 또한, 종점 검지 기구로서, 기판 연마 장치(300)의 구동 기구의 토크 변동을 측정하여 연마의 종점을 검지할 수 있다. 연마 패드(310)에 의해 기판(WF)을 연마하고 있을 때, 기판(WF)상의 연마하는 층의 연마가 종료되고, 아래의 층이 나타날 때 연마 패드(310)와 기판(WF)의 표면 사이의 미끄럼 이동 저항이 변화된다. 이러한 변화를 토크 변동으로서 검지함으로써 기판(WF)의 연마의 종점 검지를 행할 수 있다. 예를 들어, 요동 가능한 암(400)의 요동 토크의 변동이나, 톱 링 샤프트(332)의 회전 토크의 변동을 측정함으로써, 연마의 종점을 검지할 수 있다.
일 실시 형태에 있어서, 기판 연마 장치(300)는, 제어 장치(900)를 구비하고, 기판 연마 장치(300)의 동작은 제어 장치(900)에 의해 제어된다. 제어 장치(900)는, 기억 장치, 입출력 장치, 메모리, CPU 등의 하드웨어를 구비하는 일반적인 범용 컴퓨터 및 전용 컴퓨터 등으로 구성할 수 있다. 제어 장치(900)는, 하나의 하드웨어로 구성해도 되고, 복수의 하드웨어로 구성해도 된다.
도 2는, 일 실시 형태에 의한 기판 연마 장치(300)를 개략적으로 도시하는 측면도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 처리액 공급 노즐(340)은, 처리액 공급 라인(500A)에 접속된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 처리액 공급 라인(500A)은, 복수의 액체원(502)(제1 액체원(502A) 내지 제N 액체원(502N))을 구비한다. 액체원(502)은, 처리액인 처리액이나, 순수, 각종 조정제 등을 유지하는 것으로 할 수 있다. 액체원(502)의 수는 임의이다. 복수의 액체원(502)은, 도시하지 않은 각종 밸브를 통해 믹서(504)에 접속되어 있다. 믹서(504)에서는, 복수의 액체원(502)으로부터 공급된 액체를 혼합할 수 있다. 예를 들어, 제1 액체원(502A)에 기준이 되는 농도의 처리액을 유지시키고, 제2 액체원(502B)에 순수를 유지시킨다. 제1 액체원으로부터의 처리액을 제2 액체원(502B)으로부터의 순수와 혼합함으로써, 원하는 농도로 처리액을 희석할 수 있다. 또한, 액체원(502)으로서, 지립 농도가 다른 처리액, pH 조정제, 산화제, 환원제, 산성 성분, 알칼리성 성분, 전해액, 착체 형성제, 계면 활성제 등의 처리액을 조정하기 위한 액체를 유지시켜, 믹서(504)로 원하는 성분을 구비하는 처리액을 조정하게 할 수 있다. 일 실시 형태로서, 믹서(504)는, 온도계 및 온도 조정 기구를 구비하는 것으로 해도 된다. 온도계 및 온도 조정 기구를 구비함으로써, 처리액 공급 노즐(340)로부터 원하는 온도의 처리액을 연마 패드(310) 상에 공급할 수 있다. 또한, 온도계 및 온도 조정 기구는 믹서(504)와는 별도로 마련해도 된다.
일 실시 형태로서, 도 2에 도시된 바와 같이 처리액 공급 라인(500A)은, 믹서(504)의 하류측에 센서(506)를 구비한다. 센서(506)는, 믹서(504)에서 조정된 처리액의 각종 성분의 농도 등을 검출하기 위한 것이다. 예를 들어, 센서(506)는, pH 미터, 산화 환원 전위계, 처리액 중의 지립 농도를 측정하는 파티클 센서 등으로 할 수 있다. 또한, 일 실시 형태로서, 센서(506)는, 믹서(504)에 마련해도 된다. 믹서(504)에 센서(506)를 마련함으로써, 원하는 농도의 처리액이 믹서(504) 내에서 얻어지도록, 각 액체원(502)으로부터의 공급량을 조정할 수 있다.
도 3은, 일 실시 형태에 의한 기판 연마 장치(300)를 개략적으로 도시하는 측면도이다. 도 3에 도시되는 실시 형태에 있어서는, 기판 연마 장치(300)는, 처리액 공급 라인(500B)을 구비한다. 도 3의 실시 형태에 있어서, 처리액 공급 라인(500B)은, 복수의 액체원(502), 믹서(504), 센서(506)를 구비하는 점에 대해서는 도 2의 실시 형태와 마찬가지이다. 그러나, 도 3에 도시되는 실시 형태에 있어서는, 처리액은, 테이블 샤프트(322) 및 연마 테이블(320)을 통하는 관로를 통해서, 연마 패드(310)의 표면에 공급되도록 구성된다. 구체적으로는, 센서(506)로부터 관로가 테이블 샤프트(322) 및 연마 테이블(320)까지 연장된다. 연마 테이블(320) 내에서 관로는 분기되어 있고, 분기한 각 관로가 연마 테이블(320)의 표면에 출구 개구(342a, 342b, 내지 342n)를 획정한다. 출구 개구(342a 내지 342n)의 위치 및 수는 임의이다. 또한, 분기한 각 관로에는, 도시하지 않은 전자 밸브 등이 배치되고, 임의의 출구 개구(342a 내지 342n)로부터 처리액을 공급 가능하게 구성된다. 또한, 출구 개구(342a 내지 342n)에 대응하는 위치에 있어서, 연마 패드(310)에 관통 구멍(312a 내지 312n)이 형성되어 있고, 연마 테이블(320)의 출구 개구(342a 내지 342n) 및 연마 패드(310)의 관통 구멍(312a 내지 312n)을 통해, 처리액을 연마 패드(310)의 표면에 공급할 수 있다. 예를 들어, 기판(WF)의 연마 중에, 기판(WF)이 존재하고 있는 위치에 있어서의 출구 개구(342a 내지 342n) 및 관통 구멍(312a 내지 312n)으로부터 처리액을 공급함으로써, 효율적으로 처리액을 기판(WF)과 연마 패드(310)의 접촉면에 공급할 수 있다. 또한, 일 실시 형태로서, 도 2에 도시되는 처리액 공급 라인(500A) 및 도 3에 도시되는 처리액 공급 라인(500B)의 양쪽을 구비하는 기판 연마 장치(300)로 할 수도 있다. 그 경우, 처리액 공급 라인(500A)을 통해 공급되는 처리액과, 처리액 공급 라인(500B)을 통해 공급되는 처리액의 종류나 소정의 성분의 농도를 다른 것으로 해도 된다. 또한, 도 2, 도 3은, 도시의 명료화를 위해서, 연마 테이블(320), 톱 링(330), 처리액 공급 노즐(340) 및 처리액 공급 라인(500A, 500B) 이외의 구성은 생략하였지만, 예를 들어 도 1에 도시되는 드레서(350), 아토마이저(360) 등의 구성, 혹은 그 밖의 임의의 구성을 추가할 수 있다.
도 4a는, 일 실시 형태에 의한 기판 연마 장치(300)를 개략적으로 도시하는 상면도이다. 도시의 기판 연마 장치(300)는, 도 1에 도시되는 기판 연마 장치(300)와 마찬가지로, 연마 패드(310)가 첩부된 연마 테이블(320), 기판(WF)을 보유 지지하는 톱 링(330), 톱 링(330)을 요동시키기 위한 암(400)을 구비한다. 도 4a에 도시되는 기판 연마 장치(300)는, 추가로, 반응액을 유지하기 위한 반응액 조(600)를 구비한다. 도 4b는, 도 4a 중에 나타내는 화살표(4B)의 방향으로부터 본, 반응액 조(600) 및 기판(WF)을 보유 지지하는 톱 링(330)의 측면도이다. 또한, 도 4a 및 도 4b에 도시되는 기판 연마 장치(300)에 있어서, 반응액 조(600)는 하나지만, 후술하는 바와 같이 복수의 반응액 조(600)를 구비하도록 기판 연마 장치(300)를 구성해도 된다. 도 4b에 도시된 바와 같이, 반응액 조(600)에는 반응액이 유지된다. 반응액 조(600)는, 온도 제어 기능을 유지하고, 반응액을 소정의 온도로 유지할 수 있도록 구성된다. 도 4a에 도시된 바와 같이, 암(400)은, 톱 링(330)을 요동시켜서 기판(WF)을 연마 패드(310)로부터 퇴피시켜서, 반응액 조(600)의 위치까지 기판(WF)을 이동시켜서(도 4a의 파선으로 나타낸다), 기판(WF)을 반응액에 접촉시킬 수 있다(도 4b). 반응액은, 기판(WF)의 피연마면의 표면에 취약한 반응층을 형성하기 위한 산화제, 착화제 등을 포함하는 액체로 할 수 있다. 예를 들어, 기판(WF)의 피연마면이 산화막 포함하는 경우, 반응액은, KOH 등의 알칼리제를 포함하는 것으로 할 수 있다. 또한, 기판(WF)의 피연마면이 텅스텐을 포함하는 경우에는, 반응액은, 요오드산칼륨이나 과산화수소 등의 산화제 등을 포함하는 것으로 할 수 있다. 또한, 기판(WF)의 피연마면이 구리를 포함하는 경우에는, 반응액은, 과산화수소나 과황산암모늄 등의 산화제와 BTA나 각종 킬레이트제(퀴날드산 등)와 같은 표면에 불용성 착체를 형성하기 위한 착체 형성제 등을 포함하는 것으로 할 수 있다. 통상의 반도체 디바이스 형성 공정에 있어서의 평탄화 공정에서는, 상기 제거 대상 재료가 복수 혼재하고, 그것들의 복수의 재료를 동시에 연마함으로써 평탄화를 실현하는 것이 행하여진다. 그 때문에, 상기 반응액 성분은 하나의 반응액 내에 함유되어 있어도 된다. 또한, 하나의 용액 중에 동시에 함유함으로써 반응액 성분이 열화되는 경우에는, 반응액 조(600)를 복수 마련하여 각 반응액 조(600)에 각각의 반응액 성분을 유지시켜도 된다. 그 경우, 각 반응 용액 조(600)에 기판(WF)을 접촉시킴으로써 반응층을 형성시킬 수 있다. 또한, 기판(WF)의 피연마면에 상기와 같은 재료가 복수 존재하고 있는 상태에서 기판(WF)의 평탄화를 행하는 경우, 각 재료의 제거 속도에 차를 갖게 할 필요가 있는 경우가 있다. 이때는, 각 재료에 대한 반응층의 형성량(반응층의 두께)에 차를 갖게 하여, 후술하는 연마 제거의 공정에서 제거하는 양에 차를 갖게 하는 것이 가능하다. 반응층의 형성량에 차를 갖게 하는 방법으로서는, 상기 성분의 농도로 제어해도 된다. 또한, 반응층의 형성 반응을 억제하는 억제제를 함유시킴으로써, 반응층의 형성량에 차를 갖게 해도 된다. 그러한 억제제로서는, 예를 들어 계면 활성제와 같은 제거 대상 재료에 흡착함으로써 반응층의 형성을 억제하는 타입, 또는 예를 들어 산화제에 대한 환원제와 같은 반응 성분 자신을 중화·상쇄하는 타입을 들 수 있다. 또한, 기본적으로 반응층의 형성은 화학 반응에 의한 것이 많다는 점에서, 예를 들어 반응액의 온도를 제어함으로써, 각 재료에 대한 반응층 형성량에 차를 갖게 하게 해도 된다. 또한, 복수의 반응액 조(600)를 구비하는 구성이면, 각 반응액 조(600)의 액온에 차를 갖게 함으로써, 반응층의 형성량에 차를 갖게 해도 된다. 또한 복수의 반응액 조(600)를 배치하는 경우에는, 각 반응액 조(600)에서의 기판(WF)의 반응액에 대한 접촉 시간을 제어함으로써 반응층 형성량에 차를 갖게 하는 것도 가능하다. 또한, 통상의 반도체 디바이스 형성 공정에 있어서의 평탄화 공정에서는, 제거 대상 재료 자신이 그 형성 공정에 있어서 단차를 갖는 경우가 많고, 평탄화에 있어서는 해당 단차의 제거도 동시에 필요하다. 그때, 반응층 형성 전후에, 후술하는 보호층을 형성함으로써, 평탄화의 효율을 촉진시킬 수 있다. 그 경우, 예를 들어 보호막을 형성하기 위한 약액을 포함하는 별액조를 추가로 마련하고, 기판 연마 장치(300)에 있어서, 반응액 조(600)와 보호막 형성용의 액조 사이에서 톱 링(330)을 적절히 이동시킴으로써, 기판(Wf)에 대한 보호층의 형성이 가능하게 된다. 이렇게 해서, 기판(WF)의 표면에 취약한 반응층을 형성한 후에, 기판(WF)을 연마 패드(310)에 압박하여 취약한 반응층을 제거하도록 연마할 수 있다. 기판(WF)을 반응액에 접촉시키는 공정 및 기판(WF)의 표면에 형성된 반응층을 연마 제거하는 공정을 반복하여, 원하는 연마를 달성할 수 있다.
도 5a는, 일 실시 형태에 의한 기판 연마 장치(300)를 개략적으로 도시하는 상면도이다. 도시의 기판 연마 장치(300)는, 도 1에 도시되는 기판 연마 장치(300)와 마찬가지로, 연마 패드(310)가 첩부된 연마 테이블(320), 기판(WF)을 보유 지지하는 톱 링(330), 톱 링(330)을 요동시키기 위한 암(400)을 구비한다. 도 5a에 도시되는 기판 연마 장치(300)는, 추가로, 전해액을 유지하기 위한 전해액 조(650)를 구비한다. 도 5b는, 도 5a 중에 나타내는 화살표(5B)의 방향으로부터 본, 전해액 조(650) 및 기판(WF)을 보유 지지하는 톱 링(330)의 측면도이다. 전해액 조(650)에는 전해액이 유지된다. 전해액 조(650)는, 온도 제어 기능을 유지하고, 전해액을 소정의 온도로 유지할 수 있도록 구성된다. 도 5a에 도시된 바와 같이, 암(400)은, 톱 링(330)을 요동시켜서 기판(WF)을 연마 패드(310)로부터 퇴피시켜서, 전해액 조(650)의 위치까지 기판(WF)을 이동시켜서(도 5a의 파선으로 나타난다), 기판(WF)을 전해액에 접촉시킬 수 있다(도 5b). 전해액은, 기판(WF)의 피연마면의 표면에 전기적 작용을 부여하기 위한 전해질 및 착화제 등을 포함하는 액체라고 할 수 있다. 예를 들어, 기판(WF)의 피연마면이 구리를 포함하는 경우, 전해액은, 지지 전해질로서 예를 들어 황산칼륨과 같은 무기계의 중성염이나 유기염, pH 조정제로서는 각종 무기산·무기 알칼리 및 그의 염이고, 예를 들어 알칼리측에서는 KOH를 들 수 있다. 또한, 착체 형성제로서 예를 들어 BTA나 킬레이트제(퀴날드산 등)를 포함하는 것으로 할 수 있다. 또한, 전해 반응에 의한 반응층 형성의 경우, 부반응으로서 전해 에칭이 발생해 버릴 가능성도 있다는 점에서, 이것을 방지하는 에칭 억제제를 도입해도 된다. 억제제로서는 소위 부식 억제제가 있고, 예를 들어 질소 함유 복소환 화합물에서는, 가공의 대상으로 되는 구리 등의 금속과 화합물을 형성하고, 금속 표면에 보호막을 형성함으로써, 금속의 부식을 억제하는 화합물로서 알려져 있는 것이면 된다.
도 5b에 도시된 바와 같이, 전해액 조(650)는, 저부에 대향 전극(652)이 배치된다. 대향 전극(652)은, 전원(654)의 마이너스측의 단자에 접속된다. 도 5b에 나타나는 실시 형태에 있어서의 기판 연마 장치(300)는, 전원(654)의 플러스 단자에 접속되는 급전 핀(656)을 구비한다. 급전 핀(656)은, 기판(WF)의 표면의 도전층(금속층)에 접촉시킬 수 있다. 그 때문에, 전해액 조(650) 내의 전해액을 통해 기판(WF)의 표면의 도전층에 전류를 부여하여, 도전층의 표면에 취약한 반응층이나 전기 분해 산화에 의한 산화층을 형성할 수 있다. 또한, 산화층에 대해서는 전해액 중에 착체 형성제를 도입함으로써 최종적으로 반응층으로서 형성시켜도 된다. 기판(WF)의 도전층에 부여하는 전하량을 제어함으로써, 형성되는 반응층을 제어할 수 있다. 일 실시 형태로서, 쿨롱 미터에 의해 기판(WF)의 도전층에 부여되는 전하량을 측정함으로써, 전하량을 제어할 수 있다. 기판(WF)의 표면에 취약한 산화층 및 착체 등으로 이루어지는 반응층을 형성한 후에, 기판(WF)을 연마 패드(310)에 압박하여 취약한 반응층을 제거하도록 연마할 수 있다. 기판(WF)을 전해층에 접촉시켜서 기판(WF)의 표면에 전류를 부여하는 공정 및 기판(WF)의 표면에 형성된 반응층을 연마 제거하는 공정을 반복하여, 원하는 연마를 달성할 수 있다.
이하에, 본 발명에 따른 연마 방법의 실시 형태를 설명한다. 일 실시 형태에 있어서, 기판(WF)에 대하여 화학 기계적 연마(CMP)를 행한다. 예를 들어, 반도체 디바이스의 제조 과정에서 기판(WF)을 평탄화하기 위하여 CMP가 일반적으로 행하여지고 있다. 반도체 디바이스의 제조 공정에서는, 평탄화에 대한 요구가 점점 높아지고 있고, 예를 들어 수 나노미터 레벨의 평탄성을 실현할 것이 요망된다. 이하에서 설명하는 연마 방법은, 상술한 기판 연마 장치(300)를 사용하여 행할 수 있다.
도 6은 일 실시 형태에 의한 연마 방법의 개략적인 흐름도이다. 일 실시 형태에 의한 연마 방법에 있어서는, 종래부터 행하여지고 있는 일반적인 CMP의 연마 조건에서 기판(WF)의 연마를 행한다. 연마 조건은, 예를 들어 사용하는 처리액의 종류나 농도, 기판(WF)이나 연마 패드(310)의 회전수, 기판(WF)과 연마 패드(310)의 압박력, 연마 시간 등이다. 이러한 일반적인 CMP 연마에 있어서는, 기판(WF) 연마에 의한 평탄성을 확보하면서 신속히 연마를 행하도록 연마 조건이 선택된다. 일 실시 형태에 있어서, 일반적인 연마 조건에 의해 CMP를 행함으로써 연마 목표 가까이까지 연마하면, 보다 자세하게 기판(WF)을 평탄화하기 위해서, 연마 조건을 변경한다. 보다 구체적으로는, 기판(WF)의 연마에 기여하는 처리액의 유효 성분의 농도를 작게 할 수 있다. 처리액의 유효 성분으로서는, (1) 기판의 피연마층을 산화시키는 성분, (2) 기판의 피연마층을 용해시키는 성분, 및 (3) 기판의 피연마층을 박리시키는 성분 등을 들 수 있다. 처리액의 유효 성분의 농도의 변경은, 상술한 처리액 공급 라인(500A)이나 처리액 공급 라인(500B)의 구성에 의해 실현할 수 있다. 예를 들어, 복수의 액체원(502)에 기준으로 되는 처리액, 순수, 각종 성분을 조정하기 위한 액체 등을 유지시켜, 각종 성분의 원하는 양을 믹서(504)로 혼합하고, 처리액 농도를 변경할 수 있다. 일례로서, 기준으로 되는 처리액과 순수를 혼합함으로써, 처리액 중의 모든 성분을 희석할 수 있다. 예를 들어, 기판(WF)의 피연마층이 산화막을 포함하는 경우, pH를 높임으로써 산화막의 SiO2를 실란올화시켜서 취약화시키므로, 알칼리제 농도를 저하시켜도 된다. 기판(WF)의 피연마층이 구리나 텅스텐과 같은 금속을 포함하는 경우, 이들 금속을 산화시킨 뒤 착체화하거나 하여 취약화시키므로, 산화제 농도를 저하시켜도 된다. 또한, 어느 경우도 최종적으로는 콜로이달 실리카 등의 지립에 의해, 기판(WF)의 표면에 형성된 취약층을 흡착 등의 작용에 의해 박리시키므로, 지립 농도를 저하시켜도 된다.
일 실시 형태에 의한 연마 방법에 있어서는, 기판의 피연마층의 두께를 측정한다. 기판의 피연마층의 두께를 측정함으로써, 예를 들어 상술한 일반적인 CMP에 있어서 연마 목표 가까이까지 연마한 상태를 검지할 수 있고, 또한, 최종적인 연마 목표까지 기판이 연마되었음을 검지할 수 있다. 일 실시 형태로서, 기판의 피연마층의 두께를 측정하면서, 단계적으로 처리액의 유효 성분의 농도를 변경해도 된다. 기판의 피연마층의 두께의 측정은, 상술한 와전류 센서 등의 각종 종점 검지 기구를 사용할 수 있다.
일 실시 형태에 의한 연마 방법에 있어서, 기판을 연마하고 있을 때, 처리액의 pH를 측정한다. CMP에 있어서, 처리액의 pH는 연마 속도에 영향을 준다. 그 때문에, 처리액의 pH를 모니터링하면서, 측정된 pH에 기초하여 처리액의 유효 성분을 변경함으로써, 연마 속도를 조정할 수 있다. 또한, 예를 들어 산화제로서 과산화수소를 사용하는 경우에는, 알칼리측쪽이 산화 반응이 진행되므로, pH를 변경함으로써 산화제의 작용을 조정할 수 있다. 그 때문에, 처리액의 pH 모니터링함으로써, 연마 반응에 기여하는 각 성분의 효과를 조정할 수 있다.
일 실시 형태에 의한 연마 방법에 있어서, 기판을 연마하고 있을 때, 처리액은 지립을 포함하고, 처리액 중의 지립 농도를 측정한다. CMP에 있어서, 처리액 중의 지립 농도는 연마 속도에 영향을 준다. 그 때문에, 처리액 중의 지립 농도를 모니터링하면서, 측정된 지립 농도에 기초하여 처리액의 유효 성분을 변경함으로써, 연마 속도를 조정할 수 있다. 예를 들어, 원자층 레벨에서의 연마를 실현하기 위해서, 연마되는 반응층을 얇게 형성하는 경우, 필요 이상의 지립이 연마 공간에 존재하면, 기판 표면에 기계적인 흠집, 스크래치가 발생할 가능성이 있다. 그러한 스크래치를 회피하기 위해서도 지립 농도의 감시는 유효하다.
일 실시 형태에 의한 연마 방법에 있어서, 처리액은, 기판의 피연마층을 산화시키는 산화성 성분을 포함한다. 그리고, 처리액 중의 산화 작용을 억제하기 위한 환원제를 첨가함으로써, 실효적으로 처리액의 산화성 성분의 농도를 변경할 수 있다. 예를 들어, 구리 배선을 형성하기 위한 다마신 프로세스에 있어서의 연마의 경우, 구리층을 연마 제거한 후, 배리어층을 연마 제거한다. 계속해서, 원자층 오더의 평탄화를 행하는 경우, 전 공정에 상당하는 배리어층의 연마에 사용한 처리액으로부터 산화제를 제거한 것을 사용하여 연마를 행하는 것이 생각된다. 그러나, 구리는 잔류하는 과산화수소 등의 산화제뿐만 아니라 처리액 중의 용존 산소에 의해도 어느 정도 산화가 진행되므로, 산화 환원 전위계로 전위를 모니터하면서 아황산염 등의 환원제를 첨가하여 산화 반응을 제어할 수 있다.
일 실시 형태에 의한 연마 방법에 있어서, 처리액은, 용해성 성분으로서 산을 포함한다. 그리고, 처리액에 알칼리제를 첨가함으로써 처리액 중의 용해성 성분의 농도를 변경할 수 있다. 예를 들어, 기판(WF)의 피연마층에 텅스텐을 포함하는 경우, 연마 속도를 충분한 것으로 하기 위해서, 산화제로서 산화력이 강한 요오드산칼륨을 사용하는 경우가 있다. 요오드산은 낮은 pH에 있어서 높은 산화력을 발휘한다. 따라서, 원자층 오더의 평탄화 시에는, 통상의 CMP에 있어서 사용하는 처리액에 대하여 KOH 등의 알칼리제를 첨가해서 pH를 높임으로써 원하는 연마 속도로 떨어뜨릴 수 있다.
일 실시 형태에 의한 연마 방법에 있어서, 처리액은, 용해성 성분으로서 알칼리를 포함한다. 그리고, 처리액에 산을 첨가함으로써 처리액 중의 용해성 성분의 농도를 변경할 수 있다. 예를 들어, 기판(WF)의 피연마층이 산화막을 포함하는 경우, pH를 높임으로써 산화막의 SiO2를 실란올화시켜서 취약화시키므로, 알칼리제 농도를 저하시킴으로써, 연마 속도를 작게 할 수 있다.
일 실시 형태에 의한 연마 방법에 있어서, 기판의 연마 중에 처리액의 온도를 변경한다. 처리액의 온도는 CMP의 연마 속도에 영향을 준다. 그 때문에, 기판의 연마 중에 처리액의 온도를 변경함으로써, 연마 속도를 조정할 수 있다. 일 실시 형태에 의한 연마 방법에 있어서, 처리액의 온도 변경은, 기판의 피연마층의 두께에 기초하여 행할 수 있다.
상술한 실시 형태에 의한 연마 방법은, 하나의 기판을 연마하는 경우의 방법이지만, 복수의 기판을 연속적으로 연마하는 경우에도 적용할 수 있다. 예를 들어, 제1 기판을 연마할 때 제1 처리액을 사용하고, 제2 기판을 연마할 때 제2 처리액을 사용할 수 있다. 이때, 제1 처리액과 제2 처리액은, 유효 성분의 농도가 다른 것으로 할 수 있다. 그리고, 유효 성분의 농도 변경은, 각 기판의 연마 결과에 따라서 변경할 수 있다. 예를 들어, 연마 후의 기판 표면의 층의 두께나 평탄성을 검사하여, 그 검사 결과나, 기판을 연마하고 있을 때 사용한 처리액의 성분 농도 등에 기초하여, 후속의 기판 연마 처리의 처리액을 변경할 수 있다.
일 실시 형태에 의한 연마 방법에 있어서, 기판의 표면에 형성된 금속층을 제거할 수 있다. 도 7은, 일 실시 형태에 의한, 기판의 표면에 형성된 금속층을 제거 방법의 개략적인 흐름도이다. 일 실시 형태에 의한 방법에 있어서, 기판의 표면 금속층에 산화제 및/또는 착체 형성제를 단속적으로 공급함으로써, 금속층의 표면에 취약한 반응층을 형성한다. 산화제 및/또는 착체 형성제의 공급은, 상술한 처리액 공급 라인(500A)을 사용하여 처리액 공급 노즐(340)로부터 연마 패드(310) 및 기판(WF)의 표면에 공급할 수 있다. 혹은, 상술한 처리액 공급 라인(500B)을 사용하여, 연마 패드(310) 아래로부터 기판(WF)을 향하여 산화제 및/또는 착체 형성제를 공급해도 된다. 처리액 공급 라인(500A) 및 처리액 공급 라인(500B)의 양쪽을 사용할 수도 있다. 또한, 일 실시 형태로서, 금속층의 표면에 취약한 반응층을 형성하기 위해서, 도 4a, 도 4b와 함께 설명한 반응액 조(600)에 산화제 및/또는 착체 형성제를 유지시켜, 도 4b에 도시된 바와 같이, 기판(WF)을 반응액 조(600) 내의 반응액에 접촉시키게 해도 된다. 또한, 산화제 및/또는 착체 형성제의 공급량은, 기판의 처리 중에 변경해도 된다. 예를 들어, 기판의 처리 중에 산화제의 공급을 단계적으로 증가시키게 해도 된다. 수 나노미터 정도의 연마 제거를 실현하기 위해서는, 반응층은 매우 얇게, 원자층 오더의 두께로 형성하는 것이 바람직하다. 그 때문에, 반응층을 형성하기 위한 산화제 및/또는 착체 형성제는 매우 희박하고, 예를 들어 10㎛ol/L의 약액 등으로 된다. 또한, 기판(WF)의 내부로 약액이 침투하는 것을 억제하는 관점에서, 산화제, 착체 형성제는 분자량이 큰 것이 바람직하다. 또한, 형성되는 반응층은 치밀한 것이 바람직하다. 또한, 기판(WF)의 금속층에 반응층을 형성하기 전에, 기판(WF)의 표면을 세정해도 된다. 이것은, 기판(WF)의 표면에 자연 산화막이나 의도하지 않은 막이 형성되어 있는 경우가 있으므로, 이들을 제거하기 위해서이다. 혹은, 기판(WF)의 표면에 형성된 자연 산화막을 제거하기 위하여 환원제를 사용해도 된다.
상술한 바와 같이 기판(WF)의 표면의 금속층에 취약한 반응층을 형성하면, 지립을 포함하는 처리액의 존재 하에서 연마 패드(310)를 반응층에 압박하여 반응층을 연마하여 제거한다. 이때 처리액의 유효 성분의 농도를 상술한 실시 형태와 같이 변경해도 된다. 기판(WF)의 표면에 반응층을 형성하는 공정과, 반응층을 연마 제거하는 공정을 반복하여, 원하는 연마를 달성할 수 있다. 이러한 실시 형태에 있어서는, 산화제 및/또는 착체 형성제의 공급을 단속적으로 행함으로써, 반응층의 형성을 단속적으로 하고, 연마 속도를 정밀하게 제어할 수 있다. 또한, 본 연마 제거에 있어서는, 반응층만을 제거하는 것이 이상적이라는 점에서, 통상의 CMP와 같은 연마 속도는 필요하지 않고, 예를 들어 10nm/min 이하의 연마 속도인 것이 바람직하다. 동시에 평탄화도 필요하다는 점에서, 통상의 CMP 이상으로 연마 패드와 기판(WF)의 접촉을 제어하는 것이 필요하고, 기판(WF)의 제거 대상 재료 표면의 요철에 대한 연마 패드의 접촉 압력의 선택성이 높은 쪽이 바람직하다. 예를 들어 연마 조건으로서는, 연마 압력은 작은 쪽이 좋고, 바람직하게는 1psi 이하, 보다 바람직하게는 0.1psi 이하가 바람직하다. 또한, 드레싱 조건 등의 조정에 의한 연마 패드 표면의 평활화나, 연마 패드(310)의 냉각 기구로 연마 패드 표면을 냉각하는 것 등에 의해 연마 패드(310) 표면의 강성을 증가시키는 방법이어도 된다. 또한, 고정 지립과 같은 강성이 높은 연마 패드를 사용해도 된다.
일 실시 형태에 의한 방법에 있어서, 상술한 반응층을 연마 제거한 후에, 순수만의 존재 하에서, 연마 패드(310)를 기판(WF)의 표면에 압박하여, 기판을 연마할 수 있다. 이러한 실시 형태에 있어서는, 연마 패드(310)에 의해 기판(WF) 상의 취약한 반응층을 제거한 후에, 처리액 중의 지립이 반응층 아래의 금속층에 대미지를 끼치는 것을 방지할 수 있다.
일 실시 형태에 의한 방법에 있어서, 기판(WF)과 연마 패드(310)가 접촉하고 있지 않은 상태에 있어서, 연마 패드(310) 상에 산화제 및/또는 착체 형성제를 공급한다. 기판(WF)과 연마 패드(310)가 접촉하고 있는 상태이면, 산화제 및/또는 착체 형성제가 연마 패드(310) 나아가서는 기판(WF) 상에 균일하게 공급되지 않을 가능성이 있다. 그래서, 본 실시 형태에 있어서는, 기판(WF)과 연마 패드(310)가 접촉하고 있지 않은 상태에 있어서, 미리 연마 패드(310) 상에 산화제 및/또는 착체 형성제를 공급함으로써, 산화제 및/또는 착체 형성제를 균일하게 공급할 수 있다. 보다 구체적으로는, 톱 링(330)을 연마 패드(310)로부터 인상한 상태에서, 처리액 공급 라인(500A) 또는 처리액 공급 라인(500B)을 사용하여 산화제 및/또는 착체 형성제를 연마 패드(310)에 공급할 수 있다. 또한, 산화제 및/또는 착체 형성제를 연마 패드(310)에 공급할 때, 연마 테이블(320)을 회전시켜도 된다. 연마 테이블(320)의 회전에 의한 원심력에 의해, 연마 패드(310) 면 내에 단시간에 산화제 및/또는 착체 형성제를 균일하게 널리 퍼지게 하는 것이 가능하다.
일 실시 형태에 의한 방법에 있어서, 기판의 연마 시의 처리액의 일부 성분을 연마 패드(310)의 상방으로부터 공급하고, 처리액의 일부 성분을 연마 패드(310)의 하방으로부터 공급할 수 있다. 구체적으로는, 상술한 처리액 공급 라인(500A)으로부터 공급되는 처리액과, 처리액 공급 라인(500B)으로부터 공급되는 처리액의 성분을 다른 것으로 할 수 있다. 예를 들어, 기판(WF)의 표면의 금속막을 연마하는 경우에 있어서는, 금속의 산화가 공정을 율속한다. 따라서, 원자층 오더로 연마하기 위해서는 거기에 필요한 지극히 소량의 산화제만을 공급하게 된다. 그러나, 통상의 CMP 장치에서의 처리액 공급 방법인 패드 상방으로부터 모든 처리액 성분을 공급하는 방법에서는, 기판(WF)의 주연부가 먼저 최초에 신선한 처리액과 접촉하므로, 산화제량이 적으면 주연부만이 선택적으로 산화되어, 기판(WF)의 중앙부의 금속막의 연마가 행하여지지 않게 된다. 또한, 산화막의 연마에 있어서는 지립에 의한 취약층의 박리가 연마 반응을 율속하는 경우가 많다. 이 경우에는, 지립량을 감소시킴으로써 원자층 오더의 연마를 실현하게 된다. 이 경우도, 패드 상방으로부터 모든 처리액 성분을 공급하는 방법에서는 기판(WF)의 주연부가 먼저 최초에 신선한 처리액과 접촉하므로, 유효한 지립이 주연부에서의 연마에 의해 소모되어 버려, 기판(WF)의 중앙부의 금속막의 연마가 행하여지지 않게 된다. 따라서, 일례로서, 연마 반응을 율속하는 성분을 연마 패드(310)의 하방으로부터 공급하고, 그 이외의 성분을 종래대로 연마 패드(310)의 상방으로부터 공급하면 유효하다.
일 실시 형태에 의한 기판(WF)의 표면에 형성된 금속층을 제거하기 위한 방법에 있어서, 기판의 금속층에 전해액을 공급한다. 그리고, 전해액을 통해 기판(WF)의 금속층에 전류를 공급함으로써, 금속층의 표면에 취약한 반응층이나 전기 분해 산화에 의한 산화층을 형성할 수 있다. 또한, 산화층에 대해서는 전해액 중에 착체 형성제를 도입함으로써 최종적으로 반응층으로서 형성되어도 된다. 이때, 전류의 크기 및 공급 시간에 의해, 형성되는 반응층의 두께를 제어할 수 있다. 또한, 기판(WF)의 도전층에 부여하는 전하량을 제어함으로써, 형성되는 반응층을 제어할 수 있다. 일 실시 형태로서, 쿨롱 미터에 의해 기판(WF)의 도전층에 부여되는 전하량을 측정함으로써, 전하량을 제어할 수 있다. 원하는 반응층의 두께를 실현하기 위해서, 기판에 공급되는 전류의 크기나 공급 시간을 변경해도 된다. 본 실시 형태에 의한 방법은, 예를 들어 도 5a, 도 5b와 함께 설명한 구성에 의해 실현할 수 있다. 본 실시 형태에 있어서, 금속층에 전기적인 작용에 의해 반응층을 형성하면, 기판(WF)의 표면에 연마 패드(310)를 압박하여, 반응층을 연마 제거한다. 또한, 본 연마 제거에 있어서는, 반응층만을 제거하는 것이 이상적이라는 점에서, 통상의 CMP와 같은 연마 속도는 필요하지 않고, 예를 들어 10nm/min 이하의 연마 속도인 것이 바람직하다. 동시에 평탄화도 필요하다는 점에서, 통상의 CMP 이상으로 연마 패드와 기판(WF)의 접촉을 제어하는 것이 필요하고, 기판(WF)의 제거 대상 재료 표면의 요철에 대한 연마 패드의 접촉 압력의 선택성이 높은 쪽이 바람직하다. 예를 들어 연마 조건으로서는, 연마 압력은 작은 쪽이 좋고, 바람직하게는 1psi 이하, 보다 바람직하게는 0.1psi 이하가 바람직하다. 또한, 드레싱 조건 등의 조정에 의한 연마 패드 표면의 평활화나 연마 패드(310)의 냉각 기구로 연마 패드(310) 표면을 냉각하는 것 등에 의해 연마 패드(310) 표면의 강성을 증가시키는 방법이어도 된다. 또한, 고정 지립과 같은 강성이 높은 연마 패드를 사용해도 된다. 또한, 처리액으로서는 상술한 지립 등의 유효 성분을 적절히 조정한 것을 사용해도 되지만, 반응층이 충분히 취약한 경우에는 순수만의 존재 하에서, 연마 패드(310)를 기판(WF)의 표면에 압박하여, 반응층을 연마 제거할 수 있다. 이에 의해, 반응층 아래의 금속층에 대미지를 끼치는 것을 방지할 수 있다.
일 실시 형태에 의한 방법에 의하면, 기판에 형성된 실리콘 산화층을 제거하기 위한 방법이 제공된다. 이러한 방법에 있어서, 실리콘 산화층에 흡착성 계면 활성제를 공급하여, 실리콘 산화층의 표면에 보호층을 형성한다. 일 실시 형태로서, 흡착성 계면 활성제의 공급은, 상술한 처리액 공급 라인(500A) 및/또는 처리액 공급 라인(500B)을 사용하여 행할 수 있다. 본 실시 형태에 의한 방법에 있어서, 보호층을 형성한 후에, 처리액 존재 하에서, 기판(WF) 상에 형성된 보호층에 연마 패드(310)를 압박하여, 보호층을 연마함으로써 실리콘 산화층을 연마 제거한다. 이때, 지립의 연마 패드(310)에 대한 흡착을 촉진하는 첨가제를 패드에 공급할 수 있다. 예를 들어, 피콜린산을 처리액에 첨가함으로써, 지립인 세리아(산화세륨)의 단위 면적당의 연마 패드(310)에 대한 흡착량이 증가된다는 것이 알려져 있다. 그 때문에, 이러한 첨가제를 처리액에 가함으로써 기판의 연마 속도를 제어할 수 있다.
상술해 온 기판의 연마 방법 중 어느 실시 형태에 있어서도, 처리액의 종류나 각종 성분의 농도, 공급량, 기판(WF)과 연마 패드(310) 사이의 압박력, 접촉 시간, 톱 링(330) 및 연마 테이블(320)의 회전 속도 등은 임의로 변경 가능하다. 이들 처리 조건은, 하나의 기판의 처리 중에 변경해도 되고, 복수의 기판을 처리할 때 처리하는 기판마다 변경해도 된다. 또한, 연마 대상으로 되는 기판은, 임의이다. 연마되는 금속층으로서, 예를 들어 알루미늄, 텅스텐, 구리, 루테늄, 코발트, 티타늄, 탄탈륨 및 그것들의 임의의 합금 내지 화합물의 적어도 어느 하나를 포함하는 것으로 할 수 있다. 또한, 연마되는 절연층으로서는, 산화 실리콘층, 질화 실리콘층, Low-k층, High-k층의 적어도 하나를 포함하는 것으로 할 수 있다.
이하에, 상술한 실시 형태에 의한 기판의 연마 방법을 사용한, 기판을 연마하는 예를 설명한다. 도 8은, 일 실시 형태에 의한 기판의 연마에 의한 평탄화의 예를 나타내고 있다. 도 8의 (a)는 기판 표면에 형성된 제거 대상층의 초기 상태를 측면으로부터 본 도면이다. 여기서, 제거 대상층은 산화 실리콘층, 질화 실리콘층, Low-k층, High-k층과 같은 절연층 또는 알루미늄, 텅스텐, 구리, 루테늄, 코발트, 티타늄, 탄탈륨 및 그들의 합금 내지 화합물의 적어도 하나를 포함하는 것으로 할 수 있다. 이러한 예에 있어서, 기판(WF)의 제거 대상층은, 볼록부(100) 및 오목부(102)를 구비하고 있다. 일례로서 볼록부(100)는, 나노미터 레벨의 크기이다. 도 8은, 제거 대상층의 볼록부(100)를 제거하여, 도 8의 (d)에 도시하는 평탄한 기판을 얻기 위한 방법을 나타내고 있다. 도 8의 예에 있어서, 기판(WF)의 표면에 취약한 반응층(104)을 형성한다(도 8의 (b)). 반응층은 기판(WF)의 볼록부(100) 및 오목부(102)의 양쪽에 형성된다. 반응층(104)은, 바람직하게는 몇Å 레벨의 원자층 단위의 두께로 형성된다. 반응층(104)의 형성은, 상술한 임의의 장치 및 방법을 사용하여 행할 수 있다. 이어서, 단차 선택성이 있는 제거 기술에 의해 볼록부(100) 상에 형성된 반응층(104)을 제거한다(도 8의 (c)). 예를 들어, 상술한 기판 연마 장치(300)나 촉매 기준 에칭(CARE)법을 사용하여 반응층(104)을 제거할 수 있다. 반응층(104)의 형성 및 반응층(104)의 제거를 반복함으로써, 기판(WF)의 볼록부(100)를 제거하여, 평탄한 기판(WF)을 얻을 수 있다(도 8의 (d)). 여기서, 반응층(104)로서는, 제거 대상층이 산화층인 경우에는, 예를 들어 pH를 높임으로써 기판(WF)의 SiO2를 실란올화시켜서 형성한 취약화층이고, 제거 대상층이 텅스텐이나 구리와 같은 금속층인 경우에는, 산화제 및/또는 착체 형성제에 의해 형성된 금속 산화물층 또는 착체층이다. 기판 연마 장치(300)에서의 반응층(104)의 연마 제거에 있어서는, 볼록부(100) 상의 반응층(104)만을 제거하는 것이 이상적이라는 점에서, 통상의 CMP와 같은 연마 속도는 필요하지 않고, 예를 들어 10nm/min 이하의 연마 속도인 것이 바람직하다. 동시에 평탄화도 필요하다는 점에서, 통상의 CMP 이상으로 연마 패드(310)와 기판(WF)의 접촉을 제어할 필요가 있다. 그 때문에, 기판(WF)의 제거 대상 재료 표면의 요철에 대한 연마 패드(310)의 접촉 압력의 선택성이 높은 쪽이 바람직하다. 예를 들어 연마 조건으로서는, 연마 압력은 작은 쪽이 좋고, 바람직하게는 1psi 이하, 보다 바람직하게는 0.1psi 이하가 바람직하다. 또한, 드레싱 조건 등의 조정에 의한 연마 패드(310) 표면의 평활화나 연마 패드(310) 표면을 냉각하여 연마 패드(310) 표면의 강성을 증가시켜도 된다. 또한, 연마 처리액은, 기판(WF) 상의 취약한 반응층(104)을 제거한 후에, 처리액 중의 지립이 반응층(104)의 하층(미반응층)에 대미지를 끼치는 것을 방지하는 관점에서, 예를 들어 지립 성분만을 포함하고, 지립 사이즈도 제거 단위를 작게 하기 위하여 통상의 CMP에 있어서의 지립 사이즈 이하, 구체적으로는 20nm 이하로 작게 하는 쪽이 좋다. 또한, 지립 농도도 연마량의 기판(Wf) 면 내의 균일성을 손상시키지 않는 레벨까지 작게 해도 된다. 또한, 지립의 표면에 대한 흡착이나 지립 자신의 응집에는 pH도 관계하고 있다는 점에서 pH 조정제로 적절히 조정해도 된다. 또한, 상기는 지립에 의한 반응층(104)의 연마 제거의 예이지만, 반응층(104)이 충분히 취약한 경우에는, 순수만의 존재 하에서, 연마 패드(310)를 기판(WF)의 표면에 압박하여, 기판을 연마해도 된다.
도 9는, 일 실시 형태에 의한 기판의 연마에 의한 평탄화의 예를 나타내고 있다. 도 9의 예에 있어서도, 도 8의 예와 마찬가지로, 볼록부(100) 및 오목부(102)를 구비하는 기판을 평탄화하는 예를 나타내고 있다. 도 9의 (a)는 기판 표면에 형성된 제거 대상층의 초기 상태를 측면으로부터 본 도면이다. 일례로서 볼록부(100)는, 나노미터 레벨의 크기이다. 도 9의 예에 있어서는, 먼저, 기판(WF)의 표면 전체에 보호층(106)을 형성한다(도 9의 (b)). 보호층(106)은, 반응층(104)보다도 연마 속도의 연마 압력에 대한 의존성이 작은 것인 것이 바람직하다. 보호층(106)을 형성하면, 볼록부(100) 상의 보호층(106)을 연마 제거한다(도 9의 (c)). 예를 들어, 상술한 기판 연마 장치(300)나 연마 방법을 사용하여 보호층(106)을 연마 제거할 수 있다. 볼록부(100) 상의 보호층(106)을 제거하면, 반응층(104)을 형성한다(도 9의 (d)). 이때, 볼록부(100)가 노출되고, 오목부(102)는 보호층(106)에 덮여 있으므로, 반응층(104)은 볼록부(100)에 형성되게 된다. 반응층(104)은, 바람직하게는 몇Å 레벨의 원자층 단위의 두께로 형성된다. 반응층(104)의 형성은, 상술한 임의의 장치 및 방법을 사용하여 행할 수 있다. 반응층(104)을 형성하면, 반응층(104)만을 제거한다(도 9의 (e)). 반응층(104)의 제거는, 상술한 기판 연마 장치(300)나 촉매 기준 에칭(CARE)법을 사용하여 반응층(104)을 제거할 수 있다. 또한, 보호층(106)이 에칭 내성이 있는 것이라면, 반응층(104)을 에칭에 의해 제거해도 된다. 상술한 반응층(104)의 형성 및 반응층(104)의 제거를 반복함으로써, 기판(WF)의 볼록부(100)를 제거하고, 평탄한 기판(WF)을 얻을 수 있다(도 9의 (f)). 도 9의 예에서는, 보호층(106)을 사용하고 있다. 도 9의 (a)에 나타낸 바와 같은 볼록부(100) 및 오목부(102)를 구비하는 기판을, 예를 들어 CMP 등으로 그대로 연마하면, 볼록부(100)뿐만 아니라 오목부(102)도 동시에 연마되는 경우가 있다. 그 때문에, 도 9의 예에 있어서는, 오목부(102)가 연마되지 않도록 보호층(106)을 사용하여 볼록부(100)를 선택적으로 제거하도록 하고 있다. 여기서, 반응층(104)에 대해서는 도 8의 예와 마찬가지이다. 또한, 보호층(106)은 특히 요철 차가 작은 것에 의해 요철부에서의 연마 압력차가 작은 경우에도, 오목부(102)의 연마 속도의 억제에 기여할 필요가 있다는 점에서, (1) 연마 속도의 연마 압력에 대한 의존성이 높을 것, (2) 반응층의 연마 속도보다 작을 것이 요구된다. 예로서는, 소위 부식 억제제나 레지스트, SOG 등이 후보이고, 부식 억제제로서는 벤조트리아졸 및 그의 유도체나 인돌, 2-에틸이미다졸, 벤즈이미다졸, 2-머캅토벤즈이미다졸, 3-아미노-1,2,4-트리아졸, 3-아미노-5메틸-4H-1,2,4-트리아졸, 5-아미노-1H-테트라졸, 2-머캅토벤조티아졸, 2-머캅토벤조티아졸 나트륨, 2-메틸벤조티아졸, (2-벤조티아졸릴티오)아세트산, 3-(2-벤조티아졸릴티오)프로피온산, 2-머캅토-2-티아졸린, 2-머캅토벤즈옥사졸, 2,5-디머캅토-1,3,4-티아디아졸, 5-메틸-1,3,4-티아디아졸-2-티올, 5-아미노-1,3,4-티아디아졸-2-티올, 피리딘, 페나진, 아크리딘, 1-히드록시피리딘-2-티온, 2-아미노피리딘, 2-아미노피리미딘, 트리티오시아누르산, 2-디부틸아미노-4,6-디머캅토-s-트리아진, 2-아닐리노-4,6-디머캅토-s-트리아진, 6-아미노퓨린, 6-티오구아닌 및 이들의 조합으로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상을 들 수 있다. 보호층(106)의 형성 방법으로서는, 레지스트나 SOG에 대해서는 별도 챔버에서의 스핀 도포 등에 의해 성막할 수 있다. 부식 억제제에 대해서는, 도 4에서 설명한 바와 같이 반응액 조(600)와는 별도 설치한 보호막 형성용의 액조에 기판(WF)을 접촉시켜서 형성해도 된다. 또한, 보호층(106)의 다른 형성 방법으로서는, 도 2 및 도 3에서 나타낸 반응층 형성과 동일한 방법으로 형성해도 되지만, 반응층 성분과의 콘타미네이션의 방지 관점에서는, 보호층(106)의 연마 제거는, 반응층(104)의 연마 제거와는 다른 연마 테이블에서 실시하는 쪽이 보다 확실하다. 또한, 기판 연마 장치(300)에서의 반응층(104)의 연마 제거에 있어서는, 반응층(104)만을 제거하는 것이 이상적이라는 점에서, 통상의 CMP와 같은 연마 속도는 필요하지 않고, 예를 들어 10nm/min 이하의 연마 속도인 것이 바람직하다. 동시에 평탄화도 필요하다는 점에서, 통상의 CMP 이상으로 연마 패드(310)와 기판(WF)의 접촉을 제어하는 것이 필요하고, 기판(WF)의 제거 대상 재료 표면의 요철에 대한 연마 패드(310)의 접촉 압력의 선택성이 높은 쪽이 바람직하다. 예를 들어 연마 조건으로서는, 연마 압력은 작은 쪽이 좋고, 바람직하게는 1psi 이하, 보다 바람직하게는 0.1psi 이하가 바람직하다. 또한, 드레싱 조건 등의 조정에 의한 연마 패드(310) 표면의 평활화나 연마 패드(310) 표면을 냉각하여 연마 패드(310) 표면의 강성을 증가시켜도 된다. 또한, 연마 처리액은, 기판(WF) 상의 취약한 반응층(104)을 제거한 후에, 처리액 중의 지립이 반응층(104)의 하층(미반응층)에 대미지를 끼치는 것을 방지하는 관점에서, 예를 들어 지립 성분만을 포함하고, 지립 사이즈도 제거 단위를 작게 하기 위해서 20nm 이하로 작게 하는 쪽이 좋다. 또한, 지립 농도도 연마량의 기판(WF) 면 내의 균일성을 손상시키지 않는 레벨까지 작게 해도 된다. 또한, 지립의 표면에 대한 흡착이나 지립 자신의 응집에는 pH도 관계하고 있다는 점에서 pH 조정제로 적절히 조정해도 된다. 또한, 상기는 지립에 의한 반응층(104)의 연마 제거의 예지만, 반응층(104)이 충분히 취약한 경우에는, 순수만의 존재 하에서, 연마 패드(310)를 기판(WF)의 표면에 압박하여, 기판을 연마해도 된다.
도 10은, 일 실시 형태에 의한 기판의 연마에 의한 평탄화의 예를 나타내고 있다. 도 10의 예에 있어서도, 도 8의 예와 마찬가지로, 볼록부(100) 및 오목부(102)를 구비하는 기판을 평탄화하는 예를 나타내고 있다. 도 10의 (a)는 기판 표면에 형성된 제거 대상층의 초기 상태를 측면으로부터 본 도면이다. 일례로서 볼록부(100)는, 나노미터 레벨의 크기이다. 도 10의 예에 있어서는, 먼저, 기판(WF)의 표면 전체에 희생층(108)을 형성한다(도 10의 (b)). 희생층(108)은, 제거 대상인 볼록부(100)와 동일한 방법으로 반응층(104)을 형성할 수 있고, 제거 대상인 볼록부(100)와 동등한 제거 속도가 얻어지는 것인 것이 바람직하다. 희생층(108)을 형성하면, 희생층(108)의 표면 전체에 반응층(104)을 형성한다(도 10의 (c)). 반응층(104)은, 바람직하게는 몇Å 레벨의 원자층 단위의 두께로 형성된다. 반응층(104)의 형성은, 상술한 임의의 장치 및 방법을 사용하여 행할 수 있다. 반응층(104)을 형성하면, 반응층(104)만을 제거한다(도 10의 (d)). 반응층(104)의 제거는, 상술한 기판 연마 장치(300)나 촉매 기준 에칭(CARE)법을 사용하여 반응층(104)을 제거할 수 있다. 상술한 반응층(104)의 형성 및 반응층(104)의 제거를 반복함으로써, 기판(WF)의 볼록부(100)를 제거하고, 평탄한 기판(WF)을 얻을 수 있다(도 10의 (e)). 도 10의 예에서는, 희생층(108)을 사용하고 있다. 도 10의 (a)에 도시한 바와 같은 볼록부(100) 및 오목부(102)를 구비하는 기판을, 예를 들어 CMP 등으로 그대로 연마하면, 볼록부(100)뿐만 아니라 오목부(102)도 동시에 연마 되는 경우가 있다. 그 때문에, 도 10의 예에 있어서는, 오목부(102)가 연마되지 않도록 희생층(108)을 사용함으로써 볼록부(100)와 희생층(108)의 연마 속도의 선택성을 맞추어, 평탄화를 행하도록 하고 있다. 여기서, 반응층(104)에 대해서는 도 8의 예와 마찬가지이다. 희생층(108)에 대해서, 도 10과 같은 구조의 제거 대상층의 경우에는, 제거 대상층과 동일 수단으로 반응층(104)을 형성할 수 있는 것, 및/또는 제거 대상층과 동등한 연마 속도의 반응층이 얻어지는 것이 바람직하다. 단, 예를 들어 폭이 넓은 볼록 형상과 같은 CMP에 의한 평탄화가 어려운(단차 해소율이 작은) 볼록 형상의 해소에 있어서는, 예를 들어 희생층의 연마 속도를 제거 대상층보다도 동등 이하로 함으로써, 적극적으로 볼록 형상을 해소시켜도 된다. 희생층(108)의 예로서는, 레지스트 등의 유기계 재료나 SOG 등을 들 수 있고, 이들에 대해서는 스핀 도포 등에 의한 성막이 가능하다. 별도 챔버에서 CVD 등 다른 성막 방법을 사용해도, 상기 요구를 충족시키고 있는 재료라면 희생층(108)으로서 채용 가능하다. 또한, 제거 대상층에 포함되는 재료를 희생층(108)으로서 사용해도 된다. 또한, 제거 대상 재료가 후술하는 도 11의 구리 배선의 평탄화의 예에서 나타내는 바와 같이 복수 존재하는 경우, 희생층(108)은 모두를 피복하도록 형성해도 되지만, 예를 들어 구리 배선에만 무전해 도금 등의 방법으로 특정한 제거 대상 재료에만 희생층(108)을 형성해도 된다. 여기서, 희생층(108)의 형성 타이밍에 대해서, 구리 배선의 평탄화 예에 나타내었다. 도 11은 CMP에 의한 구리 배선 묻기에 있어서의 평탄화 공정의 예이다. 통상 배선 묻기를 위하여 전해 도금에서 형성된 구리층(110)의 잉여 분을 먼저 제거해(도 11(a)로부터 도 11(c)의 공정), 또한 하층의 배리어 메탈(112)(구리층(110)의 절연층(114) 중으로의 확산 방지가 목적)을 추가로 제거함으로써, 최종적으로 배선부에만 구리를 남긴다(도 11의 (c)로부터 도 11의 (d)의 공정). 여기서, 전해 도향 후의 구리층(110) 표면에는 하층에 형성된 배선 홈의 폭이나 도금 조건에 기인하는 요철이 발생하고, 통상의 CMP만으로는, 이러한 요철 형상의 크기에 따라서는 요철의 완전한 해소가 곤란하고, 그 결과, 구리 배선이 과도하게 연마되는 소위 디싱이나, 절연층이 과잉 연마되는 소위 에로전이 발생하고(도 11의 (d) 참조), 나아가서는 배선 높이의 변동으로 된다. 희생층(108)은 본 요철 형상의 영향을 저감시키기 위하여 형성하는 것이고, 그 형성 타이밍으로서는, 도 11에 도시되는 (a) 연마 전(구리층 형성 후), (b) 구리층의 연마의 도중 단계(배리어 메탈 상의 구리층 제거 직전), (c) 배리어 메탈 상의 구리층 제거 후를 들 수 있다. 원자 레벨의 반응층 형성 및 제거에 의한 평탄화의 관점에서는, (b) 또는 (c)의 타이밍에 희생층(108)을 형성하는 것이 좋다고 생각된다. 예를 들어, (b)의 타이밍에 희생층(108)을 형성함으로써, 구리층(110)의 볼록부 평탄화에 의한 디싱의 억제가 가능하고, 또한 (c)의 타이밍에 희생층(108)을 형성함으로써, 다음의 배리어 메탈(112) 제거 시에 있어서, 디싱부의 구리의 연마 속도, 즉 디싱의 진행을 억제할 수 있다. 여기서, 희생층(108)에 대해서는, (b) 또는 (c)의 타이밍이 달라도 된다. 예를 들어 (b)의 타이밍에는, 희생층(108)의 연마 속도를 구리층(110)보다도 동등 이하로 함으로써, 적극적으로 볼록 형상을 해소하게 해도 된다. 또한, (c)의 타이밍에 대해서, (b)에서 디싱 발생이 억제된 상태인 경우, 희생층(108), 구리층(110) 및 절연층(114)의 연마 속도는 동등한 것이 바람직하다. 또한, 기판 연마 장치(300)에서의 반응층(104)의 연마 제거에 있어서는, 반응층(104)만을 제거하는 것이 이상적이라는 점에서, 통상의 CMP와 같은 연마 속도는 필요하지 않고, 예를 들어 10nm/min 이하의 연마 속도인 것이 바람직하다. 동시에 평탄화도 필요하다는 점에서, 통상의 CMP 이상으로 연마 패드(310)와 기판(WF)의 접촉을 제어하는 것이 필요하고, 기판(WF)의 제거 대상 재료 표면의 요철에 대한 연마 패드(310)의 접촉 압력의 선택성이 높은 쪽이 바람직하다. 예를 들어 연마 조건으로서는, 연마 압력은 작은 쪽이 좋고, 바람직하게는 1psi 이하, 보다 바람직하게는 0.1psi 이하가 바람직하다. 또한, 드레싱 조건 등의 조정에 의한 연마 패드(310) 표면의 평활화나 연마 패드(310) 표면을 냉각함으로써 연마 패드(310) 표면의 강성을 증가시켜도 된다. 또한, 연마 처리액은, 기판(WF) 상의 취약한 반응층(104)을 제거한 후에, 처리액 중의 지립이 반응층(104)의 하층(미반응층)에 대미지를 끼치는 것을 방지하는 관점에서, 예를 들어 지립 성분만을 포함하고, 지립 사이즈도 제거 단위를 작게 하기 위해서 20nm 이하로 작게 하는 쪽이 좋다. 또한, 지립 농도도 연마량의 기판(WF) 면 내의 균일성을 손상시키지 않는 레벨까지 작게 해도 된다. 또한, 지립의 표면에 대한 흡착이나 지립 자신의 응집에는 pH도 관계하고 있다는 점에서 pH 조정제로 적절히 조정해도 된다. 또한, 상기는 지립에 의한 반응층(104)의 연마 제거의 예이지만, 반응층이 충분히 취약한 경우에는, 순수만의 존재 하에서, 연마 패드(310)를 기판(WF)의 표면에 압박하여, 기판을 연마해도 된다.
이상, 몇 가지의 예에 기초하여 본 발명의 실시 형태에 대하여 설명해 왔지만, 상기한 발명의 실시 형태는, 본 발명의 이해를 용이하게 하기 위한 것이고, 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 본 발명은 그 취지를 일탈하지 않고, 변경, 개량될 수 있음과 함께, 본 발명에는, 그 균등물이 포함되는 것은 물론이다. 또한, 상술한 과제의 적어도 일부를 해결할 수 있는 범위, 또는, 효과의 적어도 일부를 발휘하는 범위에 있어서, 특허 청구 범위 및 명세서에 기재된 각 구성 요소의 임의의 조합, 또는, 생략이 가능하다.
100: 볼록부
102: 오목부
104: 반응층
106: 보호층
108: 희생층
300: 기판 연마 장치
310: 연마 패드
320: 연마 테이블
330: 톱 링
340: 처리액 공급 노즐
400: 암
502: 액체원
504: 믹서
506: 센서
600: 반응액 조
650: 전해액 조
652: 대향 전극
654: 전원
656: 급전 핀
900: 제어 장치
312a: 관통 구멍
342a: 출구 개구
500A: 처리액 공급 라인
500B: 처리액 공급 라인
WF: 기판

Claims (24)

  1. 기판을 화학 기계적으로 연마하는 방법이며,
    처리액을 사용하여 기판을 연마하는 스텝과,
    기판의 연마에 기여하는 상기 처리액의 유효 성분의 농도를 변경하는 스텝을 갖는,
    방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 처리액의 유효 성분은, (1) 기판의 피연마층을 산화시키는 성분, (2) 기판의 피연마층을 용해시키는 성분, 및 (3) 기판의 피연마층을 박리시키는 성분의 적어도 하나를 갖는,
    방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 추가로,
    기판의 피연마층의 두께를 측정하는 스텝을 갖고,
    측정된 기판의 피연마층의 두께에 기초하여, 상기 처리액의 유효 성분의 농도를 변경하는,
    방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 추가로,
    상기 처리액의 pH를 측정하는 스텝을 갖고,
    측정된 처리액의 pH에 기초하여, 상기 처리액의 유효 성분의 농도를 변경하는,
    방법.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 처리액은 지립을 포함하고,
    상기 처리액 중의 지립 농도를 측정하는 스텝을 갖고,
    측정된 지립 농도에 기초하여, 상기 처리액의 유효 성분의 농도를 변경하는,
    방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 처리액을 순수로 희석함으로써, 상기 처리액의 유효 성분의 농도를 변경하는,
    방법.
  7. 제1항, 제2항 및 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 처리액은 산화성 성분을 갖고,
    상기 처리액의 산화 작용을 억제하기 위한 환원제를 첨가함으로써 실효적으로 상기 처리액의 산화성 성분의 농도를 변경하는,
    방법.
  8. 제1항, 제2항 및 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 처리액은, 용해성 성분으로서 산을 갖고,
    상기 처리액에 알칼리제를 첨가함으로써, 용해성 성분 농도를 변경하는,
    방법.
  9. 제1항, 제2항 및 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 처리액은, 용해성 성분으로서 알칼리를 갖고,
    상기 처리액에 산을 첨가함으로써, 용해성 성분 농도를 변경하는,
    방법.
  10. 기판을 화학 기계적으로 연마하는 방법이며,
    처리액을 사용하여 기판을 연마하는 스텝과,
    기판의 연마 중에 처리액의 온도를 변경하는 스텝을 갖는,
    방법.
  11. 제10항에 기재된 방법이며, 추가로,
    기판의 피연마층의 두께를 측정하는 스텝을 갖고,
    측정된 기판의 피연마층의 두께에 기초하여, 상기 처리액의 온도를 변경하는,
    방법.
  12. 동일 종류의 복수의 기판을 화학 기계적으로 연마하는 방법이며,
    제1 처리액을 사용하여 제1 기판을 연마하는 스텝과,
    제2 처리액을 사용하여 제2 기판을 연마하는 스텝을 갖고,
    상기 제2 처리액은, 기판의 연마에 기여하는 처리액의 유효 성분의 농도가 상기 제1 처리액의 농도와 다른,
    방법.
  13. 기판에 형성된 금속층을 제거하기 위한 방법이며,
    기판의 금속층에 산화제 및/또는 착체 형성제를 단속적으로 공급함으로써, 상기 금속층의 표면에 취약 반응층을 형성하는 스텝과,
    처리액 존재 하에서 상기 취약 반응층에 패드를 압박하고, 상기 취약 반응층을 연마하여 제거하는 스텝을 갖는,
    방법.
  14. 제13항에 있어서, 추가로,
    순수의 존재 하에서 기판에 패드를 압박하여 기판을 연마하는 스텝을 갖는,
    방법.
  15. 제13항 또는 제14항에 있어서,
    기판과 패드가 접촉하고 있지 않은 상태에 있어서, 패드 상에 산화제 및/또는 착체 형성제를 공급한 후에, 기판과 패드를 접촉시키는 스텝을 갖는,
    방법.
  16. 제13항 또는 제14항에 있어서,
    패드측에서 기판측을 향하여, 산화제 및/또는 착체 형성제를 단속적으로 공급하는 스텝을 갖는,
    방법.
  17. 제16항에 있어서,
    패드측에서 기판측을 향하여, 산화제 및/또는 착체 형성제를 포함하는 제1 처리액을 공급하는 스텝과,
    패드의 상방으로부터 패드를 향하여, 상기 제1 처리액과는 다른 성분을 포함하는 제2 처리액을 공급하는 스텝을 갖는,
    방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 처리액은 환원제를 포함하는,
    방법.
  19. 기판에 형성된 금속층을 제거하기 위한 방법이며,
    기판의 금속층에 전해액을 공급하는 스텝과,
    기판의 금속층에 전해액을 통해 전류를 공급하는 스텝과,
    기판에 패드를 압박하여 기판을 연마하는 스텝을 갖는,
    방법.
  20. 제13항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,
    금속층의 제거 중에, 산화제 및/또는 착체 형성제의 공급량을 변화시키는 스텝을 갖는,
    방법.
  21. 제19항에 있어서,
    기판의 연마 중에, 기판에 공급되는 전류의 크기를 변화시키는 스텝을 갖는,
    방법.
  22. 제13항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서,
    금속층의 제거 중에, 기판에 패드를 압박하고 있는 시간을 변화시키는 스텝을 갖는,
    방법.
  23. 제13항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서,
    금속층은, 알루미늄, 텅스텐, 구리, 루테늄 및 코발트를 포함하는 그룹의 적어도 하나를 포함하는,
    방법.
  24. 기판에 형성된 실리콘 산화층을 제거하기 위한 방법이며,
    실리콘 산화층에 흡착성 계면 활성제를 공급하여, 실리콘 산화층의 표면에 보호층을 형성하는 스텝과,
    처리액 존재 하에서 상기 보호층에 패드를 압박하고, 상기 보호층을 연마함으로써 실리콘 산화층을 제거하는 스텝과,
    지립의 패드에 대한 흡착을 촉진하는 첨가제를 단속적으로 패드에 공급하는 스텝을 갖는,
    방법.
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