TW201926449A - 用以將基板平坦化之裝置及方法 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種用以將基板的表面平坦化的平坦化裝置，即使因存在於晶片內的圖案構造、成膜方法等所致的各式各樣的尺寸的段差存在的情況下，亦獲得均勻的段差消除性。該平坦化裝置係具有：粗糙化處理單元，係用於使用粗糙化粒子對前述基板的被處理面進行粗糙化處理；以及化學機械研磨(CMP)單元，係用於對被處理面經粗糙化後的前述基板的表面進行化學機械研磨。

Description

用以將基板平坦化之裝置及方法
本發明係關於用以將基板平坦化的裝置及方法。
近年來，為了對於處理對象物(例如半導體晶圓等基板或者形成在基板的表面的各種膜)進行各種處理而使用處理裝置。就處理裝置的一例而言，可列舉用於進行處理對象物的研磨處理等的化學機械研磨(Chemical Mechanical Polishing；CMP)裝置。一般情況下，CMP中，將處理對象物按壓到研磨墊，並且在將研磨劑(漿料)供給到處理對象物與研磨墊之間的同時使處理對象物與研磨墊相對運動，由此對於處理對象物的表面進行研磨。
已知CMP裝置的研磨速度係依循Preston法則，研磨速度係比例於研磨壓力。作為研磨對象的基板的表面存在凹凸的情況下，由於相較於凹部，凸部與研磨墊的接觸壓力較大，因此，相較於凹部，凸部的研磨速度較快。CMP裝置中，藉由如此的凸部與凹部之間的研磨速度之差來消除基板表面的段差而實現平坦化。
在此，在以CMP裝置進行平坦化之前的基板的表面形成有各種設計的晶片，在此等晶片內存在有由於圖案構造、成膜方法等所致的各種高度的段差，並且，段差的尺寸(具體而言為凸部的幅距、表面積等)也為各式各樣。而且，這些段差的尺寸的差異係大幅地影響CMP的平坦性。第1圖係其一例之顯示藉由CMP將基板平坦化的製程的剖視圖，其中該基板係於包含配線部的基板表面成膜有Cu層。第1圖(a)係顯示了如下狀態：藉由PVD、CVD、ALD等方法，將阻障金屬53成膜到在絕緣膜51上形成有配線溝52的基板WF，再藉由PVD等方法，將Cu種晶膜成膜到阻障金屬53的上層，然後，以電解鍍覆等方法形成Cu層54。通常的CMP製程中，例如以第一製程，將位於配線部以外的阻障金屬53上的多餘的Cu層54研磨去除。然後，雖未圖示，但在第二製程中，少量研磨阻障金屬53及下層的絕緣膜51而僅在配線部殘留Cu，以完成將Cu埋入配線部。在此，如圖所示，所成膜的Cu層54中，由於下層的配線構造(配線幅距、密度等)、電解鍍覆的成膜條件等，而導致在Cu層54的表面形成段差。特別是，在幅距較小的配線密集部會在鍍覆時形成橫跨複數個配線之尺寸較大的段差(第1圖(a)的左側的凸部)。藉由CMP研磨此種具有各式各樣尺寸的段差的基板的表面時，由於段差的高度、幅距、面積等相異而導致施加於段差的凹凸部的研磨壓力不同。這是由於研磨墊係藉由彈性而與段差的凸部及凹部接觸，使得施加於段差的凸部及 凹部的壓力差不同，具體而言，高度較小的段差、幅距、表面積較大的段差中，，段差的凸部與凹部的研磨速度差變小，使得相對於研磨量的段差消除的速度變小。因此，在阻障金屬53開始露出的時刻，此種段差消除速度較小的部分相較於其他的部分容易殘留Cu層54(第1圖(b))。此種狀況下，若Cu層54殘留在配線間，則會成為引起配線間短路的原因，若Cu層殘留在配線間以外的部分，則在更於上層實施成膜時，會形成新的段差。對此，因必需完全去除此殘留的Cu層54而刻意地進行過度研磨。然而，由於此過度研磨，在Cu的殘膜量較小或是沒有Cu殘膜的配線部分，會進一步過量度地對Cu進行過度研磨或者研磨至配線間的阻障金屬53、其下層的絕緣膜51等。因此，在CMP結束後，會在配線部上產生凹陷、蝕痕(第1圖(c))。這些凹陷、蝕痕等會大幅影響配線截面積的均勻性，因此，也進而大幅影響元件性能。
以上係藉由CMP進行之埋入Cu配線的製程的例子，惟其他的平坦化製程中，也會存在由於事先的成膜階段中因晶片內的圖案構造、成膜方法等所致的各種尺寸的段差，而產生該尺寸的差所致的段差消除性的不均性。因此，無論段差的尺寸差如何，都希望能實現均勻的段差消除性。
專利文獻1：日本特開2005-150171號公報
本發明係有鑒於上述背景而完成者，一目在於提供一種平坦化方法，即使因存在於晶片內的圖案構造、成膜方法等所致的各種尺寸的段差存在的情況下，亦獲得均勻的段差消除性。
〔型態1〕根據型態1，提供用以將基板的表面平坦化的平坦化裝置，該平坦化裝置係具有：粗糙化處理單元，係用於使用粗糙化粒子對前述基板的被處理面進行粗糙化處理；以及CMP單元，係用於對被處理面經粗糙化後的前述基板的表面進行化學機械研磨。
〔型態2〕根據型態2，在型態1的平坦化裝置中，前述粗糙化處理單元係具有：墊，該墊的尺寸係比前述基板大；工作臺，係保持前述墊，且能夠相對於前述基板相對運動；基板保持頭，係將前述基板的被處理面保持為朝向前述墊，且能夠在將前述基板向前述墊按壓的同時，相對於前述墊相對運動；第一供給口，係用於在前述粗糙化處理中，將包含粗糙化用粒子的液體供給到前述墊；第二供給口，係用於在前述粗糙化處理後，供給用於清洗前述基板及前述墊的清洗用液體；以及調整器，係用於進行前述墊的表面的狀況調整。
〔型態3〕根據型態3，在型態1的平坦化裝置中，前述粗糙化處理單元係具有：墊，係包含粗糙化用粒子，該墊的尺寸係比前述基板大；工作臺，係用於保持前述墊，且能夠相對於前述基板相對運動；基板保持頭， 係將前述基板的被研磨面保持為朝向前述墊，且能夠在將前述基板向前述墊按壓的同時，相對於前述墊相對運動；第一供給口，係用於在前述粗糙化處理中，將液體供給到前述墊；第二供給口，係用於在前述粗糙化處理後，供給用於清洗前述基板及前述墊的清洗用液體；以及調整器，係用於進行前述墊的表面的狀況調整。
〔型態4〕根據型態4，在型態1的平坦化裝置中，前述粗糙化處理單元係具有：墊，該墊的尺寸係比前述基板小；工作臺，係用於保持前述基板，且能夠相對於前述墊相對運動；保持頭，係將前述墊保持為朝向基板，且能夠在將前述墊向前述基板按壓的同時，相對於前述基板相對運動；臂，係用於使前述保持頭在前述基板上沿著與前述基板的平面平行的方向擺動；第一供給口，係用於在前述粗糙化處理中，將包含粗糙化用粒子的液體供給到前述基板；第二供給口，係用於在前述粗糙化處理後，向前述基板供給清洗用液體；以及調整器，係用於進行前述墊的表面的狀況調整。
〔型態5〕根據型態5，在型態1的平坦化裝置中，前述粗糙化處理單元具有：墊，，係包含粗糙化用粒子，該墊的尺寸係比前述基板小；工作臺，係用於保持前述基板，且能夠相對於前述墊相對運動；保持頭，係將前述墊保持為朝向前述基板，且能夠在將前述墊向基板按壓的同時，相對於前述基板相對運動；臂，係用於使前述保持頭在前述基板上沿著與前述基板的平面平行的方向擺 動；第一供給口，係用於在前述粗糙化處理中，向前述基板供給液體；第二供給口，係用於在前述粗糙化處理後，供給用於清洗前述基板及前述墊的清洗用液體；以及調整器，係用於進行前述墊的表面的狀況調整。
〔型態6〕根據型態6，在型態1的平坦化裝置中，前述粗糙化處理單元係具有：高壓供給噴嘴，係用於將包含前述粗糙化粒子的液體以高壓朝向基板供給；工作臺，係用於保持前述基板，且能夠相對於前述高壓供給噴嘴相對運動；臂，係用於使前述高壓供給噴嘴與基板的平面平行地擺動；以及供給口，係用於在前述粗糙化處理後，向基板供給清洗用液體。
〔型態7〕根據型態7，在型態2至型態6的任一型態的平坦化裝置中，前述相對運動係包含旋轉運動、直線運動、螺旋運動、以及旋轉運動與直線運動的組合之中的至少一種。
〔型態8〕根據型態8，提供用以將基板的表面平坦化的平坦化裝置，該平坦化裝置係具有：CMP單元，係用於對前述基板進行化學機械研磨；清洗單元，係用於清洗前述基板；乾燥單元，係用於對前述基板進行乾燥；以及運送機構，係用於將前述基板在前述CMP單元、前述清洗單元、及前述乾燥單元之間運送，前述CMP單元係具有：第一供給口，係用於供給包含粗糙化粒子的液體；以及第二供給口，係用於供給CMP用的漿料。
〔型態9〕根據型態9，在型態8的平坦化裝 置中，前述CMP單元係具有：墊，該墊的尺寸係比前述基板大；工作臺，係保持前述墊，且能夠相對於前述基板相對運動；基板保持頭，係將前述基板的被處理面保持為朝向前述墊，且能夠在將前述基板向前述墊按壓的同時，相對於前述墊相對運動；第三供給口，係用於向前述墊供給清洗用液體；以及調整器，係用於進行前述墊的表面的狀況調整，前述第一供給口係構成為將包含粗糙化粒子的液體供給到前述墊上，前述第二供給口係構成為將前述CMP用的漿料供給到前述墊上。
〔型態10〕根據型態10，在型態8的平坦化裝置中，前述CMP單元係具有：墊，該墊的尺寸係比基板小；工作臺，係用於保持前述基板，且能夠相對於前述墊相對運動；保持頭，係將前述墊保持為朝向前述基板，且能夠在將前述墊向前述基板按壓的同時，相對於前述基板相對運動；臂，係用於使前述保持頭在前述基板上沿著與前述基板的平面平行的方向擺動；第三供給口，係用於向前述基板供給清洗用液體；以及調整器，係用於進行前述墊的表面的狀況調整，前述第一供給口係構成為將包含前述粗糙化粒子的液體供給到前述基板，前述第二供給口係構成為將前述CMP用的漿料供給到前述基板。
〔型態11〕根據型態11，在型態1至型態10的任一型態的平坦化裝置中，前述粗糙化粒子的平均粒徑為100nm以下。
〔型態12〕根據型態12，在型態1至型態 11的任一型態的平坦化裝置中，前述粗糙化粒子係具有選自包含金剛石、SiC、CBN、SiO2、CeO2、以及Al2O3的群組之至少一種粒子。
〔型態13〕根據型態13，提供將基板平坦化的方法，該方法係具有下述步驟：粗糙化處理步驟，係使用粗糙化粒子對前述基板的被處理面粗糙化；以及CMP步驟，對經粗糙化後的前述基板的被處理面進行化學機械研磨(CMP)。
〔型態14〕根據型態14，在型態13的方法中，前述粗糙化處理步驟中，藉由粗糙化而形成在前述基板的被處理面的凹凸的高度為存在於粗糙化處理前的前述基板的被處理面的最大初始段差的80%以下，並且，藉由粗糙化處理而形成於前述基板的被處理面的凹凸的平均間距為100μm以下。
〔型態15〕根據型態15，在型態13或型態14的方法中，前述粗糙化處理步驟係具有下述步驟：向尺寸比前述基板大的墊上供給包含粗糙化粒子的液體，在按壓前述墊與前述基板的被處理面的狀態下，使前述墊與前述基板相對運動。
〔型態16〕根據型態16，在型態13或型態14的方法中，前述粗糙化處理步驟係具有下述步驟：向前述基板供給包含粗糙化粒子的液體，在將尺寸比前述基板小的墊按壓到前述基板的狀態下，使前述墊與前述基板相對運動。
〔型態17〕根據型態17，在型態13或型態14的方法中，前述粗糙化處理步驟係具有下述步驟：在將固定有粗糙化用粒子且尺寸比前述基板大的墊按壓到前述基板的狀態下，使前述墊與前述基板相對運動。
〔型態18〕根據型態18，在型態13或型態14的方法中，前述粗糙化處理步驟係具有下述步驟：在將固定有粗糙化用粒子且尺寸比前述基板小的墊按壓到前述基板的狀態下，使前述墊與前述基板相對運動的步驟；以及使前述墊在前述基板上沿著與前述基板的平面平行的方向擺動的步驟。
〔型態19〕根據型態19，在型態13或型態14的方法中，前述粗糙化處理步驟係具有下述步驟：從高壓供給噴嘴將包含粗糙化粒子的液體以高壓朝向前述基板供給的步驟；使前述基板相對於前述高壓供給噴嘴相對運動的步驟；以及使前述高壓供給噴嘴與前述基板的平面平行地擺動的步驟。
〔型態20〕根據型態20，在型態13至型態19的任一型態的方法中，前述粗糙化粒子的平均粒徑為100nm以下。
〔型態21〕根據型態21，在型態13至型態20的任一型態的方法中，前述粗糙化粒子係具有選自包含金剛石、SiC、CBN、SiO2、CeO2、以及Al2O3的群組之至少一種粒子。
〔型態22〕根據型態22，在型態15至型態 21的任一型態的方法中，前述相對運動係包含旋轉運動、直線運動、螺旋運動、以及旋轉運動與直線運動的組合之中的至少一種。
〔型態23〕根據型態23，在型態13至型態22的任一型態的方法中，前述粗糙化處理步驟係由粗糙化處理單元執行，前述CMP步驟係由CMP單元執行，且上述方法係有將藉由前述粗糙化處理單元粗糙化後的前述基板運送到前述CMP單元的步驟。
〔型態24〕根據型態24，在型態13至型態22的任一型態的方法中，前述粗糙化處理步驟與前述CMP步驟之間係具有對經粗糙化後的前述基板的被處理面進行清洗的步驟。
10‧‧‧平坦化裝置
20‧‧‧裝載/卸載單元
22‧‧‧裝載部
24‧‧‧前開式標準箱(FOUP)、匣體
30a‧‧‧運送機構
30b‧‧‧運送機構
51‧‧‧絕緣膜
52‧‧‧配線溝
53‧‧‧阻障金屬
54‧‧‧Cu層
100‧‧‧粗糙化處理單元
102‧‧‧工作臺
103‧‧‧工作臺
104、104a‧‧‧墊(粗糙化墊)
105‧‧‧研磨墊
106‧‧‧保持頭
107‧‧‧墊
108‧‧‧軸
109‧‧‧臂
110‧‧‧粗糙化粒子供給口
111‧‧‧清洗液供給口
112‧‧‧液體供給口
113‧‧‧清洗液供給口
114‧‧‧漿料供給口
115‧‧‧高壓供給噴嘴
116‧‧‧粗糙化粒子供給槽
117‧‧‧壓縮機
119‧‧‧調節器
120‧‧‧調整器
121‧‧‧壓力計
122‧‧‧調整頭
124‧‧‧軸
126‧‧‧調整墊
132‧‧‧工作臺
134‧‧‧粗糙化處理頭
136‧‧‧軸
137‧‧‧墊
138、138a‧‧‧粗糙化墊
140‧‧‧修整工作臺
142‧‧‧修整器
150‧‧‧帕爾帖元件
152‧‧‧溫度測量器
154‧‧‧流體通路
156‧‧‧墊接觸構件
158‧‧‧液體供給機構
200‧‧‧研磨單元
300‧‧‧清洗單元
400‧‧‧乾燥單元
500‧‧‧控制單元
WF‧‧‧基板
S102、S104、S106、S108、S202、S204、S206、S208、S210、S212、S214、S216、S218、S220、S222、S224、S226‧‧‧步驟
第1圖係顯示藉由CMP將基板平坦化時的製程的剖視圖，其中該基板係於包含配線部的基板表面成膜有Cu層。
第2圖係顯示一實施型態之平坦化裝置的俯視圖。
第3圖係顯示一實施型態之粗糙化處理單元的立體圖。
第4圖係概略顯示一實施型態之內部設有帕爾帖元件作為冷卻機構的工作臺的側視圖。
第5圖係概略顯示一實施型態之具有使用冷卻流體的冷卻機構的工作臺的側視圖。
第6圖係概略顯示一實施型態之平坦化裝置的側視 圖。
第7圖係概略顯示一實施型態之粗糙化處理單元的側視圖。
第8圖係概略顯示一實施型態之粗糙化處理單元的立體圖。
第9圖係概略顯示一實施型態之粗糙化處理單元的側視圖。
第10圖係概略顯示一實施型態之粗糙化處理單元的側視圖。
第11圖係概略顯示一實施型態之平坦化裝置的俯視圖。
第12圖係顯示一實施型態之將基板平坦化時的製程的剖視圖，其中該基板係於包含配線部的基板表面成膜有Cu層。
第13圖係顯示一實施型態之用以將基板表面平坦化的方法的流程圖。
第14圖係顯示一實施型態之用以將基板表面平坦化的方法的流程圖。
第15圖係概略顯示一實施型態之平坦化裝置的側視圖。
以下，參照所附圖式一同說明本發明支用以將基板的表面平坦化的平坦化裝置及平坦化方法的實施型態。所附圖式中，對相同或類似的要素標注相同或類似的 符號，並且在各實施型態的說明中，會有省略關於相同或類似的要素的重複的說明之情形。此外，在各實施型態中說明的各特徵，只要不互相矛盾，則也能夠應用於其他實施型態。
第2圖係顯示一實施型態之平坦化裝置10的俯視圖。如第2圖所示，平坦化裝置10係具有裝載/卸載單元20、粗糙化處理單元100、研磨單元200、清洗單元300、以及乾燥單元400。此外，平坦化裝置10係具有用於控制裝載/卸載單元20、粗糙化處理單元100、研磨單元200、清洗單元300、以及乾燥單元400的各種動作的控制單元500。
裝載/卸載單元20係用於將進行平坦化處理之前的基板WF送到粗糙化處理單元100，並且從乾燥單元400接受進行了粗糙化、研磨、清洗、以及乾燥等處理之後的基板的單元。裝載/卸載單元20係具有複數台(本實施型態中為四台)前裝載部22。在前裝載部22上分別搭載有用於存放基板的匣體或前開式標準箱(Front-Opening Unified Pod；FOUP)24。
平坦化裝置10係具有運送機構30a、30b。運送機構30a係將基板WF從匣體或FOUP 24取出並送到粗糙化處理單元100。另外，根據粗糙化處理單元100中的粗糙化處理的型態，運送機構30a也可具有使基板WF反轉的機構。此外，運送機構30a係從乾燥單元400接受進行了基板WF的平坦化後的基板，並送回到匣體或FOUP 24中。運送機構30b係在粗糙化處理單元100、研磨單元200、清洗單元300以及乾燥單元400之間進行基板WF的傳遞。另外，根據研磨單元200或清洗單元300中的處理的型態，運送機構30b也可具有使基板WF反轉的機構。此外，雖未圖示，但運送機構30a、30b也可由複數個運送機器人構成。而且，運送機構30a、30b可為任意的構成，例如可為能夠保持及釋放基板WF的可移動的機器人。
粗糙化處理單元100係用於在利用研磨單元200研磨基板WF之前，對基板WF的被處理面進行粗糙化處理的單元，詳細內容將於後述。
研磨單元200係用於對粗糙化處理後的基板WF的被處理面進行研磨的單元。第2圖的實施型態中，平坦化裝置10係具有四個研磨單元200。四個研磨單元200可採用相同構成。一實施型態中，研磨單元可為任意的構成的CMP單元。
清洗單元300係用於對藉由粗糙化處理單元100進行了粗糙化處理後的基板WF或藉由研磨單元200進行了研磨處理後的基板WF進行清洗處理的單元。第2圖所示的實施型態中，清洗單元300具有三個，但亦可為具有任意數量的清洗單元300。此外，複數個清洗單元300可為相同構成，也可為不同構成。
乾燥單元400係用於對藉由清洗單元300清洗後的基板WF進行乾燥處理的單元。乾燥單元400可為任意的構成。
以下，對能夠採用於平坦化裝置10的粗糙化處理單元100的實施型態進行說明。第3圖係顯示一實施型態之粗糙化處理單元100的立體圖。如第3圖所示，粗糙化處理單元100係具有工作臺102，工作臺102係具備平坦的上表面。本實施型態中，工作臺102係構成為能夠藉由未圖示的電動機等驅動機構而如第3圖的箭頭所示地旋轉，但也可進行其他的運動，例如直線運動、螺旋運動、直線運動與旋轉運動的組合之運動等。在此，直線運動係包含直線的往復運動，旋轉運動係包含如圖所示的自轉運動、旋繞運動、角度旋轉運動以及偏心旋轉運動。直線運動與旋轉運動的組合係包含描繪例如橢圓軌跡的運動。在工作臺102的上表面黏貼有粗糙化處理用的墊104(後文記作「粗糙化墊」)。第3圖所示的實施型態中，粗糙化墊104的尺寸比作為粗糙化的對象的基板WF大。一實施型態中，粗糙化墊104可為具有基板WF的直徑的三倍以內的尺寸的直徑的粗糙化墊。本實施型態中，粗糙化處理中係如後所述地使基板WF與粗糙化墊104相對運動，惟，由於粗糙化墊104的直徑越大，越能夠提高基板WF與粗糙化墊104的相對速度，因此能夠增加粗糙化的速度而提高基板WF的處理速度。
粗糙化處理單元100係具有用於保持基板WF的保持頭106。保持頭106係與可旋轉的軸108連結。軸108係如第3圖中箭頭所示，能夠藉由未圖示的驅動機構而與保持頭106一起旋轉。基板WF係藉由真空吸附而 支持於保持頭106的下表面。保持頭106係構成為能夠沿著與粗糙化墊104的表面垂直的方向移動。此外，保持頭106係連接於能夠在工作臺102的平面內，例如沿著工作臺102的半徑方向移動的臂109(第3圖中未圖示)。粗糙化處理單元100係在使工作臺102及保持頭106分別旋轉的同時，將包含粗糙化粒子的液體供給到粗糙化墊104上，並藉由保持頭106將基板WF按壓到粗糙化墊104，使保持頭106在工作臺102的平面內移動，而能夠將基板WF粗糙化。
粗糙化墊104係能夠將與使用於CMP的研磨墊同樣的墊使用作為粗糙化墊104。在此，粗糙化墊104係例如由發泡聚氨酯類的硬墊、絨面革類的軟墊或者海綿等形成。粗糙化墊104的種類可根據被處理面的材質、粗糙化粒子等而適當地選擇。例如在被處理面為Cu、低介電係數材料(Low-k)膜等機械強度較小的材料的情況、後述之粗糙化粒子的硬度較大等的情況下，由於會有在粗糙化處理中產生過度粗糙化的情況，因而可選擇硬度、剛性較低的墊。另一方面，為了對粗糙化的基板WF的表面的凸部優先地進行粗糙化處理，需要控制與基板WF的接觸。對此，對於基板WF的去除對象材料的表面的凹凸之粗糙化墊104的接觸壓力的選擇性，以較高者為佳。例如，選擇僅使初始存在於被處理面的凹凸的凸部粗糙化的情況下，粗糙化墊104可選擇硬度、剛性較高的墊。此外，粗糙化墊104也可為複數個墊層疊的構造。例如，可採用與基板 WF的被處理面接觸的面為硬度、剛性較高的墊，而下層為剛性、硬度較低的墊之雙層構造。藉此，能夠調整粗糙化墊104的剛性。
此外，就粗糙化墊104的剛性的調整方法而言，可藉由冷卻機構將粗糙化墊104的表面冷卻使粗糙化墊104的表面的剛性增大，而亦可提高接觸壓力的選擇性。例如可在黏貼粗糙化墊104的工作臺102的內部設置帕爾帖元件作為冷卻機構。第4圖係概略顯示內部設有帕爾帖元件150作為冷卻機構的工作臺102的側視圖。第4圖所示的粗糙化處理單元100係例如具有輻射溫度計之類的溫度測量器152。溫度測量器152係構成為測量粗糙化墊104表面的溫度。就一個實施型態而言，能夠構成為根據溫度測量器152所測定之粗糙化墊104的溫度來控制供給到帕爾帖元件150的電流，而將粗糙化墊104的表面的溫度控制為預定的溫度。
此外，一實施型態中，也能夠使用冷卻流體作為用於冷卻粗糙化墊104的冷卻機構。第5圖係概略顯示具有使用冷卻流體的冷卻機構的工作臺102的側視圖。第5圖所示的工作臺102係具有構成為供冷卻流體在工作臺102的內部流動的流體通路154。藉由控制在流體通路154中流動的冷卻流體的溫度而能夠控制粗糙化墊104的溫度。此外，第5圖所示的冷卻機構係具有：與粗糙化墊104的表面接觸的墊接觸構件156；以及將經溫度調整的液體供給到墊接觸構件156內的液體供給機構158。液體供 給機構158係能夠作為供經溫度控制的液體流動的通路。能夠使用溫水及冷水作為使用於液體供給機構158的液體，藉由分別控制流向墊接觸構件156的液體的溫度及供給量，而能夠將墊接觸構件156及粗糙化墊104控制為預定溫度。第5圖所示的實施型態中也設有溫度測量器152。根據溫度測量器152所測定的粗糙化墊104的溫度來控制在流體通路154中流動的冷卻流體的溫度及/或流量以及在液體供給機構158中流動的液體的溫度及/或流量，而能夠將粗糙化墊104控制為預定的溫度。另外，第5圖所示的冷卻機構係顯示了利用通過工作臺102的內部的流體通路154的冷卻機構以及利用與粗糙化墊104接觸的墊接觸構件156的冷卻機構之二個冷卻機構，但也可僅具有任意一方。另外，第4圖、第5圖中，為了圖示的清楚化，省略了粗糙化粒子供給口110及調整器120，但也能夠採用具有粗糙化粒子供給口110及調整器120的粗糙化處理單元100。
另外，粗糙化墊104的表面亦可施作例如同心圓狀溝、沿著縱橫方向形成的XY方向溝、漩渦狀溝、放射狀溝等溝形狀。藉由設置溝形狀，使得後述包含粗糙化粒子的液體向基板WF與粗糙化墊104之間的均勻的供給、在粗糙化處理中生成的加工生成物的排出變得容易。
此外，關於粗糙化處理中的按壓，以基板WF與粗糙化墊104的接觸壓力小為佳，較佳為1psi以下，更佳為0.1psi以下。另外，就將基板WF向粗糙化墊104按壓的方式而言，可藉由氣缸或滾珠螺桿等驅動機構，將保 持於保持頭106的基板WF向粗糙化墊104按壓。此外，就其他型態而言，雖未圖示，但也可在基板WF的背面具有氣囊，在使保持頭106接近粗糙化墊104之後，向氣囊供給相當於接觸壓力的氣體，將基板WF向粗糙化墊104按壓。另外，也可將氣囊分割為複數個區域而在各區域調整壓力。根據本方式，藉由變更基板WF對粗糙化墊104的接觸壓力，能夠調整因粗糙化處理而形成的凹凸的高度。
第3圖所示的實施型態中，粗糙化處理單元100係具有粗糙化粒子供給口110，該粗糙化粒子供給口110係用於將分散有用以將基板WF的被處理面粗糙化的粗糙化粒子的液體供給到粗糙化墊104上。一實施型態中，粗糙化粒子供給口110係能夠向工作臺102上的粗糙化墊104的固的位置供給粗糙化粒子。此外，就一實施型態而言，將粗糙化粒子供給口110構成為可移動而構成為能夠向工作臺102上的粗糙化墊104的任意位置供給粗糙化粒子。例如，使粗糙化粒子供給口110與保持頭106同步地移動，而能夠有效率地向基板WF與粗糙化墊104之間供給分散有粗糙化粒子的液體。
在此，在粗糙化處理中使用的粗糙化粒子的尺寸、種類以及濃度係能夠根據作為對象的基板WF的去除對象層的初始段差的大小、層的厚度以及種類來選擇。粗糙化粒子的種類係例如能夠包含金剛石、碳化矽(SiC)、立方氮化硼(CBN)、二氧化矽(SiO2)、氧化鈰(CeO2)以及氧化鋁(Al2O3)之至少一種。粗糙化粒子係能夠採用 100nm~數百nm左右的粒子尺寸。例如進行CMP研磨之前的基板WF，有時在表面會存在100nm左右的較大的段差。此情況下，期望藉由粗糙化處理將基板的表面粗糙化成為10nm~數十nm左右的高度的凹凸。為了使粗糙化時形成在基板WF的表面的凹凸不至深及基板的配線構造，而以如上述的粗糙化粒子的尺寸較佳。此外，將初始段差較小的基板WF粗糙化時，以使形成在基板WF的表面的凹凸為10nm以下的方式進行粗糙化較佳。此情況下，粗糙化粒子的尺寸較佳為10nm~數十nm左右。此外，粗糙化粒子的濃度係未達10重量%，較佳為未達1重量%。這是因為粗糙化粒子的濃度大時，粗糙化的速度雖較快，但另一方面，基板WF的被處理面自身會被研磨。另外，使粗糙化粒子懸浮的液體自身可為純水(De-Ionized Water；DIW(去離子水))，但也可根據被處理面的性狀而適當地藉由pH調整劑進行pH調整。此外，例如對於如CeO2之凝聚性高的粗糙化粒子，可添加分散劑來抑制粗糙化粒子的凝聚。此外，選擇性地僅將初始存在於基板WF的被處理面的段差的凸部粗糙化時，可添加用於保護凹部的保護材料成分。藉此，能夠調整段差的凸部的粗糙化的選擇性。
此外，第3圖所示的實施型態中，粗糙化處理單元100係配置有供給用於清洗粗糙化處理後的基板WF及粗糙化墊104的清洗用液體的清洗液供給口111。藉此，能夠去除基板WF的被處理面及粗糙化墊104上殘留的包含粗糙化粒子的液體以及因粗糙化處理而產生的加工 生成物。另外，可以採用DIW作為清洗液，但也可根據粗糙化粒子的種類而適當地供給藥液作為清洗液。此外，清洗液供給口111可構成為向粗糙化墊104上的一定位置供給清洗液，或者，也可將清洗液供給口111構成為可移動而構成為向粗糙化墊104上的任意位置供給清洗液。雖未圖示，但也可經由高壓噴嘴來供給清洗液。
第3圖所示的粗糙化處理單元100係具有用於進行粗糙化墊104的狀況的調整的調整器120。調整器120係具有調整頭122。調整頭122係與能夠旋轉的軸124連結。如第3圖所示，軸124係藉由未圖示的驅動機構而能夠與調整頭122一起旋轉。在調整頭122的下表面安裝有調整墊126。在此，調整墊126例如可為以Ni電沉積層等固定層固定金剛石而成者，此外，也可固定樹脂的刷。調整頭122係構成為能夠沿著與粗糙化墊104的表面垂直的方向移動。此外，調整頭122係構成為能夠在工作臺102的平面內，例如沿著工作臺102的半徑方向移動。粗糙化處理單元100係能夠使工作臺102及調整頭122分別旋轉的同時，利用氣缸、滾珠螺桿等按壓機構，藉由調整頭122將調整墊126以預定壓力按壓到粗糙化墊104上，並且使調整頭122在工作臺102的平面內移動，從而調整粗糙化墊104的狀況。狀況的調整可在基板WF的粗糙化時同時執行，或也可在一個基板WF的粗糙化結束後，在下一個基板WF的粗糙化之前執行。藉此，能夠維持粗糙化處理中的粗糙化墊104的表面狀態，穩定粗糙化處理性能。另 外，亦可藉由狀況的調整，使粗糙化墊104的表面相較於CMP中使用的研磨墊的情況更為平滑化。例如粗糙化墊104的平滑化的級別能夠為10μm以下，較佳為1μm以下。此情況下，例如藉由縮小調整墊126的金剛石直徑或是縮小金剛石從固定層的突出量，使粗糙化墊104的加工量減少，而能夠進行調整。
另外，第3圖中雖未圖示，惟粗糙化處理單元100係具有控制部。粗糙化處理單元100的各種驅動機構、各供給口的閥等係與控制部連接，控制部係能夠控制粗糙化處理單元100的動作。此外，控制部係具有運算部，該運算部係用於在第14圖中處理後述的段差的測定結果並進行是否未達目標值的判斷等。控制部係構成為根據運算部進行處理、判斷的結果來控制粗糙化處理單元100。另外，控制部係能夠藉由在具有存儲裝置、CPU、以及輸入輸出機構等的一般的電腦中安裝預定的程序而構成。
此外，第3圖中雖未圖示，惟也可設置判斷粗糙化處理中的處理的終點的處理狀態檢測部。例如，可舉例使雷射等光入射到基板WF的被處理膜表面而檢測反射光的方式、檢測依據圖像識別的表面狀態的方式等。前者係藉由粗糙化使入射光在基板WF的被處理膜表面散射，利用反射光強度的變化，在達到特定的反射光強度的時刻時結束處理。此外，後者係檢測色調的變化，在達到特定的色調的時刻時結束處理。此外，就處理狀態的檢測而言，例如可監視安裝有墊的工作臺102、後述的粗糙化處理頭 134的旋轉運動、或保持基板WF的保持頭106、工作臺132的旋轉運動、或粗糙化處理頭134的擺動運動中的驅動電機的扭矩的變化。這是利用了如下原理：由於粗糙化處理而使基板WF的被處理面的狀態發生變化，從而與墊的接觸、摩擦狀態發生轉換。在此，檢測部係連接於對所檢測到的反射光、色調以及扭矩的信號進行處理的信號處理部，控制部係根據該信號而結束粗糙化處理。另外，對檢測部檢測到的信號進行處理的信號處理部與用於控制各種驅動機構、各供給口的閥的開閉的控制部，可使用相同硬體，也可使用個別的硬體。使用個別的硬體時，能夠分散基板WF的粗糙化處理、基板WF的表面狀態的檢測以及後續的信號處理所使用的硬體資源，整體而言，能夠使處理高速化。
第7圖係概略顯示一實施型態之粗糙化處理單元100的側視圖。第7圖所示的粗糙化處理單元100係構成為使用黏貼在工作臺102上的粗糙化墊104a來將保持在保持頭106上的基板WF粗糙化。在此，第7圖所示的粗糙化處理單元100中，粗糙化粒子係以樹脂材料等黏合劑固定在粗糙化墊104a。因此，本實施型態之粗糙化處理單元100中，無需如第3圖的實施型態將包含粗糙化粒子的液體供給到粗糙化墊104a上，而無需粗糙化粒子供給口110。在此，固定在粗糙化墊104a上的粗糙化粒子的尺寸、種類等能夠根據作為對象的基板WF的去除對象層的初始段差的大小、層的厚度以及種類來選擇。粗糙化粒子的種 類係例如能夠包含金剛石、碳化矽(SiC)、立方氮化硼(CBN)、二氧化矽(SiO2)、氧化鈰(CeO2)以及氧化鋁(Al2O3)之至少一種。粗糙化粒子係能夠採用100nm~數百nm左右的粒子尺寸。例如進行CMP研磨之前的基板WF，有時在表面會存在100nm左右的較大的段差。此情況下，期望藉由粗糙化處理將基板的被處理面粗糙化成為10nm~數十nm左右的高度的凹凸。為了使粗糙化時形成在基板WF的被處理面的凹凸不至深及基板的配線構造，而以如上述的粗糙化粒子的尺寸較佳。此外，將初始段差較小的基板WF粗糙化時，以使形成在基板WF的表面的凹凸為10nm以下的方式進行粗糙化較佳。此情況下，粗糙化粒子的尺寸較佳為10nm~數十nm左右。第7圖所示的粗糙化處理單元100係具有：用於在粗糙化處理中將液體供給到粗糙化墊104a上的液體供給口112；以及用於供給清洗液的清洗液供給口111。粗糙化處理中供給的液體例如可為純水，但也可供給使黏合劑成分溶解的藥液。此外，液體供給口112可構成為向粗糙化墊104a上的一定位置供給液體，或者，也可將液體供給口112構成為可移動而構成為向粗糙化墊104a上的任意位置供給液體。此外，在粗糙化處理後，從清洗液供給口111供給清洗用的液體，以去除基板WF的被處理面及墊104a上殘留的包含粗糙化粒子的液體以及因粗糙化處理而產生的加工生成物。
第8圖係概略顯示一實施型態之粗糙化處理單元100的立體圖。第8圖所示的粗糙化處理單元100係 具有工作臺132，該工作臺132係包含平坦的上表面。工作臺132係構成為能夠藉由未圖示的電動機等而旋轉。工作臺132的上表面構成為能夠藉由真空吸附等來固定基板WF。此外，會有在工作臺132的基板WF固定面設置緩衝材的情況。因此，基板WF的吸附係有由工作臺132直接吸附的情況以及經由緩衝材而吸附的情況。緩衝材係例如由聚氨酯、尼龍、氟系橡膠、矽橡膠等彈性材料構成，該緩衝材經由黏接性樹脂層而與工作臺132緊密貼合。緩衝材係具有彈性，因而防止對晶片造成損傷，緩和工作臺132的表面的凹凸對粗糙化處理的影響。
第8圖所示的粗糙化處理單元100係具有粗糙化處理頭134。粗糙化處理頭134係與可旋轉的軸136連結。軸136係藉由未圖示的驅動機構而能夠與粗糙化處理頭134一起旋轉。粗糙化處理頭134的下表面安裝有粗糙化墊138。軸136係與可擺動的臂109連接。第8圖所示的實施型態中，粗糙化墊138的尺寸比作為粗糙化的對象的基板WF小。例如基板WF的直徑Φ為300mm時，期望粗糙化墊138以直徑Φ 100mm以下為佳，較佳為直徑Φ 60~100mm。粗糙化墊138的直徑越大，則與基板WF的面積比越小，因此，基板WF的處理速度增加。另一方面，關於基板WF的被處理面的處理速度在基板面內的均勻性，粗糙化墊138的直徑越小反而越提高。這是因單位處理面積變小，而有利於如後所述的藉由臂109使粗糙化墊138在基板WF的面內進行擺動等相對運動來進行基板 WF的整面處理的方式。粗糙化處理頭134係構成為能夠沿著與工作臺132上的基板WF的表面垂直的方向移動，藉此，能夠將粗糙化墊138以預定的壓力按壓到基板WF上。在此，就按壓的方式而言，可為藉由氣缸、滾珠螺桿等進行按壓的方式、在粗糙化處理頭134內配置未圖示的氣囊，在使粗糙化處理頭134接近基板WF之後，向氣囊供給相當於接觸壓力的氣體，將粗糙化墊138向基板WF按壓。另外，也可將氣囊分割為複數個區域而在各區域調整壓力。此外，粗糙化處理頭134係構成為能夠藉由臂109而在工作臺132的平面內，例如沿著工作臺132的半徑方向移動。在此，關於藉由臂109而進行之粗糙化處理頭134的移動的速度，由於最適合的移動速度的分佈係因基板WF及粗糙化處理頭134的轉速以及粗糙化處理頭134的移動距離而異，因此，粗糙化處理頭134的移動速度在基板WF面內以可變為佳。就此情況下的移動速度的變化方式而言，例如較佳為將基板WF面內的擺動距離分割為複數個區間而能夠對各個區間分別設定移動速度。圖示的粗糙化處理單元100係與第3圖的實施型態同樣地，具有粗糙化粒子供給口110。粗糙化處理單元100係在使工作臺132及粗糙化處理頭134分別旋轉的同時，將包含粗糙化粒子的液體供給到基板WF，並且將粗糙化處理頭134按壓到基板WF，使粗糙化處理頭134在工作臺132的平面內移動，由此，能夠使基板WF粗糙化。粗糙化墊138除了尺寸以外，可為與第3圖的實施型態之粗糙化墊104為相同者。第8 圖所示的粗糙化處理單元100還具有用於向基板WF上供給清洗液的清洗液供給口111。清洗液例如能夠採用純水及/或藥液等。此外，圖示的粗糙化處理單元100中，向基板WF上供給的粗糙化處理液係供給自粗糙化粒子供給口110，但就其他型態而言，也可為在粗糙化處理頭134內設置供給流路而通過設於粗糙化墊138內的貫通孔來供給包含粗糙化粒子的液體之方式。依據本方式，即使粗糙化處理頭134在基板WF面內擺動時，也能夠有效率地向粗糙化墊138與基板WF的接觸面供給包含粗糙化粒子的液體。
第8圖所示的粗糙化處理單元100還具有用於進行粗糙化墊138的狀況的調整的調整器120。調整器120係具有修整工作臺140以及設置在修整工作臺140之上的修整器142。修整工作臺140構成為能夠藉由未圖示的驅動機構而旋轉。修整器142係由金剛石修整器、刷修整器或者此等的組合形成。第8圖所示的粗糙化處理單元100係在進行粗糙化墊138的狀況調節時，使臂109回旋至粗糙化墊138與修整器142相對向的位置。粗糙化處理單元100使粗糙化墊138及修整器142一起旋轉的同時，將粗糙化墊138按壓到修整器142上，藉此，能夠進行粗糙化墊138的狀況的調整。
第9圖係概略顯示一實施型態之粗糙化處理單元100的側視圖。第9圖所示的粗糙化處理單元100係與第8圖所示的粗糙化處理單元100同樣地，構成為將基 板WF向上保持於工作臺132上，並將小徑的粗糙化墊138a按壓到基板WF上，以將基板WF的表面粗糙化。惟，第9圖所示的粗糙化處理單元100中，粗糙化粒子係以樹脂材料等的黏合劑固定在粗糙化墊138a。因此，本實施型態之粗糙化處理單元100中，無需如第8圖的實施型態將包含粗糙化粒子的液體供給到基板WF上而無需粗糙化粒子供給口110。第9圖所示的粗糙化處理單元100係具有用於將液體供給到基板WF上的液體供給口112。粗糙化處理中供給的液體例如可為純水，但也可供給使黏合劑成分溶解的藥液。此外，液體供給口112可構成為向基板WF上的一定位置供給液體，或者，也可使液體供給口112構成為可移動而構成為向基板WF上的任意位置供給液體。此外，在粗糙化處理後，由清洗液供給口111供給清洗用的液體，以去除基板WF的被處理面及粗糙化墊104a上殘留的包含粗糙化粒子的液體以及因粗糙化處理而產生的加工生成物。
第10圖係概略顯示一實施型態之粗糙化處理單元100的側視圖。第10圖所示的粗糙化處理單元100與第8圖、第9圖所示的粗糙化處理單元100同樣地，構成為將基板WF向上保持於工作臺132上。惟，第10圖所示的實施型態之粗糙化處理單元100中不使用粗糙化墊。第10圖的粗糙化處理單元100係在能夠與基板WF的平面平行地擺動的臂109上安裝有高壓供給噴嘴115，該高壓供給噴嘴115係用於將包含粗糙化粒子的液體以高壓供給 到基板WF的表面。高壓供給噴嘴115係與粗糙化粒子供給槽116連接。粗糙化粒子供給槽116係與壓縮機117及調節器119等連接，經由壓力計121，從高壓供給噴嘴115將包含粗糙化粒子的液體以例如1kgf/cm2~10kgf/cm2的壓力噴到基板WF的表面。在此，粗糙化粒子的尺寸、種類以及濃度係能夠根據作為對象的基板WF的去除對象層的初始段差的大小、層的厚度以及種類來選擇。粗糙化粒子的種類係例如能夠包含金剛石、碳化矽(SiC)、立方氮化硼(CBN)、二氧化矽(SiO2)、氧化鈰(CeO2)以及氧化鋁(Al2O3)之至少一種。粗糙化粒子係能夠採用100nm~數百nm左右的粒子尺寸。例如進行CMP研磨之前的基板WF上，有時在表面會存在100nm左右的較大的段差。此情況下，期望藉由粗糙化處理將基板的表面粗糙化成為10nm~數十nm左右的高度的凹凸。為了使粗糙化時形成在基板WF的表面的凹凸不至深及基板的配線構造，而以如上述的粗糙化粒子的尺寸較佳。此外，將初始段差較小的基板WF粗糙化時，以使形成在基板WF的表面的凹凸為10nm以下的方式進行粗糙化較佳。此情況下，粗糙化粒子的尺寸較佳為10nm~數十nm左右。另外，使粗糙化粒子懸浮的液體自身可為DIW，但也可根據被處理面的性狀而適當地藉由pH調整劑進行pH調整。此外，例如對於如CeO2之凝聚性高的粗糙化粒子，可添加分散劑來抑制粗糙化粒子的凝聚。此外，選擇性地僅將初始存在於基板WF的被處理面的凹凸的凸部粗糙化時，可添加用於保護 凹部的保護材料成分。藉此，能夠調整凹凸的粗糙化的選擇性。此外，關於藉由臂109而進行之高壓供給噴嘴115的移動的速度，由於最適合的移動速度的分佈係因基板WF的轉速及高壓供給噴嘴115的移動距離而異，因此，高壓供給噴嘴115的移動速度在基板WF面內以可變為佳。就此情況下的移動速度的變化方式而言，例如較佳為將基板WF面內的擺動距離分割為複數個區間而能夠對各個區間分別設定移動速度。第10圖所示的粗糙化處理單元100係具有用於在粗糙化處理後將清洗液供給到基板WF上的清洗液供給口111。清洗液供給口111可構成為向基板WF上的一定位置供給液體，或者，也可使清洗液供給口111構成為可移動而構成為向基板WF上的任意位置供給液體。
第11圖係概略顯示一實施型態之平坦化裝置10的俯視圖。第11圖所示的平坦化裝置10係在同一殼體內具有粗糙化處理單元100與研磨單元200。第11圖所示的實施型態之平坦化裝置10中，具有工作臺102及粗糙化墊104，該工作臺102係具有比基板WF大的尺寸。此外，該平坦化裝置10的研磨單元200為CMP單元。該CMP單元係具有工作臺103，該工作臺103係包含平坦的上表面，該上表面係具有比基板WF大的尺寸。工作臺103係構成為能夠藉由未圖示的電動機等驅動機構而旋轉。在工作臺103的上表面黏貼有研磨墊105。CMP單元係具有用於向研磨墊105上供給漿料的漿料供給口114。第11圖所示的平 坦化裝置10係具有用於保持基板WF的保持頭106。保持頭106係構成為可旋轉。基板WF係藉由真空吸附而支持於保持頭106的下表面。保持頭106係構成為能夠沿著與粗糙化墊104及研磨墊105的表面垂直的方向移動。另外，保持頭106係構成為能夠在工作臺102、103的平面內，跨粗糙化處理單元100的工作臺102及研磨單元200的工作臺103而移動。因此，粗糙化處理單元100及研磨單元200係共有臂109及保持頭106。粗糙化處理單元100係在使工作臺102及保持頭106分別旋轉的同時，由粗糙化粒子供給口110將包含粗糙化粒子的液體供給到粗糙化墊104上，並藉由保持頭106將基板WF按壓到粗糙化墊104，使保持頭106在工作臺102的平面內移動，從而能夠使基板WF粗糙化。此外，研磨單元200係在使工作臺103及保持頭106分別旋轉的同時，由漿料供給口114將漿料供給到研磨墊105上，並藉由保持頭106將基板WF按壓到研磨墊105，使保持頭106在工作臺103的平面內移動，從而能夠研磨基板WF。另外，雖未圖示，但粗糙化處理單元100及研磨單元200也可設置清洗粗糙化墊104及研磨墊105的清洗液供給口、調整器等。如此，由於在同一殼體內具有粗糙化處理單元100及研磨單元200，省略了基板WF的運送，因而加快處理速度。
第6圖係概略顯示一實施型態之平坦化裝置10的側視圖。第6圖所示的平坦化裝置10中，能夠在同一工作臺102上的同一墊107上進行基板WF粗糙化以及 隨後的研磨。第6圖的實施型態既是粗糙化處理單元100，並且同時也是研磨單元200。圖示的實施型態具有工作臺102，該工作臺102係包含平坦的上表面。工作臺102係構成為能夠藉由未圖示的電動機等驅動機構而旋轉。在工作臺102的上表面黏貼有墊107。墊107係具有作為粗糙化墊及研磨墊的功能。第6圖所示的實施型態中，墊107的尺寸係比作為粗糙化及研磨的對象的基板WF大。圖示的實施型態係具有用於保持基板WF的保持頭106。保持頭106係與可旋轉的軸108連結。軸108係能夠藉由未圖示的驅動機構而與保持頭106一起旋轉。基板WF係藉由真空吸附而支持於保持頭106的下表面。保持頭106係構成為能夠沿著與墊107的表面垂直的方向移動。此外，保持頭106係連接於能夠在工作臺102的平面內，例如沿著工作臺102的半徑方向移動的臂109。圖示的實施型態係具有：粗糙化粒子供給口110，係用於將分散有為了將基板WF的表面粗糙化的粗糙化粒子的液體供給到墊107上；以及清洗液供給口111係用於供給清洗用的液體。一實施型態中，粗糙化粒子供給口110及清洗液供給口111可向工作臺102上的固定有墊107的一定位置供給粗糙化粒子及清洗液，也可為能夠移動。此外，圖示的實施型態係具有用於向墊107上供給漿料的漿料供給口114。一實施型態中，漿料供給口114可向工作臺102上的固定有墊107的一定位置供給漿料，也可為能夠移動。在此對圖示的實施型態中的基板WF的平坦化製程進行說明。首先，在將包 含粗糙化粒子的液體從粗糙化粒子供給口110供給到墊107上的狀態下，將保持於保持頭106的基板WF按壓到墊107上，並且使基板WF與墊107相對運動，將基板WF的被處理面粗糙化。接著，從清洗液供給口111供給清洗液以去除基板WF的被處理面及墊107上殘留的包含粗糙化粒子的液體以及因粗糙化處理而產生的加工生成物。之後，在使基板WF從墊107退避的狀態下，藉由調整器120進行墊107的狀況調整，但此狀況調整也可與基板WF的被處理面及墊107的清洗時同時進行。之後，在從漿料供給口114向墊107供給CMP漿料的狀態下，將保持於保持頭106的基板WF按壓到墊107上，並且使基板WF與墊107相對運動，進行基板WF的被處理面的平坦化。如此，藉由同一單元實施粗糙化及CMP，可省略基板WF的運送而加快處理速度。
第15圖係概略顯示一實施型態之平坦化裝置10的側視圖。第15圖所示的平坦化裝置10中，能夠使用同一墊137對支持承在工作臺132上的基板WF進行粗糙化以及隨後的研磨。第15圖的實施型態既是粗糙化處理單元100，並且同時也是研磨單元200。第15圖所示的實施型態具有工作臺132，該工作臺132係包含平坦的上表面。工作臺132構成為能夠藉由未圖示的電動機等而旋轉。工作臺132的上表面構成為能夠藉由真空吸附等來固定基板WF。第15圖所示的實施型態之平坦化裝置10係具有粗糙化處理頭134。粗糙化處理頭134係與可旋轉的軸136 連結。軸136係能夠藉由未圖示的驅動機構而與粗糙化處理頭134一起旋轉。在粗糙化處理頭134的下表面安裝有墊137。軸136係與可擺動的臂109連接。第15圖所示的實施型態中，墊137的尺寸係比作為粗糙化及研磨的對象的基板WF小。粗糙化處理頭134係構成為能夠沿著與工作臺132上的基板WF的表面垂直的方向移動。此外，粗糙化處理頭134係構成為能夠藉由臂109而在工作臺132的平面內，例如沿著工作臺132的半徑方向移動。圖示的實施型態係具有：粗糙化粒子供給口110，係用於將分散有為了將基板WF的表面粗糙化的粗糙化粒子的液體供給到基板WF上；以及清洗液供給口111，係用於供給清洗用的液體。一實施型態中，粗糙化粒子供給口110及清洗液供給口111可向工作臺132上的固定有基板WF的一定位置供給粗糙化粒子，也可為能夠移動。此外，圖示的實施型態係具有用於向基板WF上供給漿料的漿料供給口114。一實施型態中，漿料供給口114可向工作臺132上的固定有基板WF的一定位置供給漿料，也可為能夠移動。在此對圖示的實施型態中的基板WF的平坦化製程進行說明。首先，在將包含粗糙化粒子的液體從粗糙化粒子供給口110供給到基板WF的狀態下，將保持於粗糙化處理頭134的墊137按壓到基板WF上，並且使基板WF與墊137相對運動，將基板WF的被處理面粗糙化。接著，從清洗液供給口111供給清洗液以去除基板WF的被處理面及墊137上殘留的包含粗糙化粒子的液體以及因粗糙化處理而產生 的加工生成物。另外，此時，雖未圖示，但也可藉由調整器120進行墊137的狀況調整。再者，在從漿料供給口114將CMP漿料供給到基板WF上的狀態下，將保持於粗糙化處理頭134的墊137按壓到基板WF上，並且使基板WF與墊137相對運動，進行基板WF的被處理面的平坦化。如此，藉由同一單元實施粗糙化及CMP，可省略基板WF的運送而加快處理速度。
以下，參照第12圖~第14圖，對於以一實施型態進行之將基板的表面平坦化的平坦化方法進行說明，第12圖係顯示一實施型態之將基板平坦化時的製程的剖視圖，其中該基板係於包含配線部的基板表面成膜有Cu層。第12圖(a)顯示了如下狀態：藉由PVD、CVD、ALD等方法，將阻障金屬53成膜到在絕緣膜51上形成有配線溝52的基板WF，再藉由PVD等方法，將Cu種晶膜成膜到阻擋金屬的上層，然後，以電解鍍覆等方法形成Cu層54。所成膜的Cu層54中，由於下層的配線構造(配線幅距、密度等)、電解鍍覆的成膜條件等，而導致在Cu層54的表面形成段差。特別是，在幅距較小的配線密集部會在鍍覆時形成橫跨複數個配線之尺寸較大的段差(第12圖(a)的左側的凸部)。
第13圖係顯示一實施型態之用以將基板的表面平坦化的方法的流程圖。在此考慮將第12圖(a)的狀態下的基板WF的被處理面平坦化的情況。一實施型態中，首先，將基板的表面粗糙化(S102)。基板WF的被處 理面的粗糙化能夠使用上述任意的粗糙化處理單元100來進行。該粗糙化的目的在於使形成在基板WF的表面的較大的凸部的尺寸減小，因此，較佳係優先對形成在基板WF的表面的凸部實施粗糙化。此外，藉由粗糙化處理形成的凹凸的高度能夠根據形成在作為處理對象的基板WF上的初始段差的高度來決定。例如，藉由粗糙化處理形成的凹凸的高度能夠為形成在基板WF上的最大初始段差的80%以下。或者，可為平均初始段差的80%以下。例如，最大初始段差若為1.0μm，則藉由粗糙化處理形成的凹凸的高度以0.8μm以下較佳。這是因為一般的CMP中的段差消除率為80%左右，因此，若藉由粗糙化處理而形成初始段差的80%以上的高度的凹凸時，以粗糙化處理形成的凹凸在後續的研磨製程中可能無法被徹底去除。此外，藉由粗糙化而形成的凹凸的平均間距(相鄰的凹部或者凸部之間的距離的平均值)以100μm以下為佳。這是因為CMP中的段差消除係大幅地依存於凹凸的幅距，若為100μm以上，則段差消除率會大幅下降。粗糙化處理中使用的粗糙化粒子的尺寸、種類、粗糙化處理中的粗糙化墊104、138與基板WF的接觸壓力、處理時間等，可適當選擇以達成期望的粗糙化。一般情況下，粗糙化的對象的層若為較硬的層，則粗糙化粒子也使用較硬的粗糙化粒子，要藉由粗糙化來形成較大的凹凸的情況下，則使用相對較大顆粒的粗糙化粒子。此外，形成在基板WF的表面的初始段差較小的情況下，可進行使粗糙化粒子的濃度減小、使粗糙化 粒子的供給量減小、斷續地供給粗糙化粒子等。此外，粗糙化的對象層為膜厚非常小、如Low-k材料般脆弱的材料的情況下，會擔心藉由粗糙化而形成的凹凸變得過大。此等情況下，可在粗糙化處理前，先在基板WF的表面形成保護膜，然後進行粗糙化處理。保護膜係例如能夠將如阻劑之有機溶劑藉由塗佈、旋塗等來形成。第12圖(b)係顯示粗糙化後的基板WF的剖視圖。
如第13圖所示，將基板WF進行粗糙化之後，接著清洗基板WF(S104)。這是因為在粗糙化後若未清洗基板WF，則在後續的研磨製程中，殘留的粗糙化粒子可能會使基板WF產生刮擦。惟，若不需要粗糙化後的基板WF的清洗，則也可以省略清洗製程。例如，若粗糙化粒子與後續的研磨製程中使用的漿料所包含的粒子為相同種類並且粒子尺寸為相同程度，則粗糙化粒子在研磨製程中產生刮擦等的可能性較小，故可省略清洗處理。
接著，對經粗糙化以及清洗後的基板進行研磨(S106)。基板WF的研磨能夠藉由CMP等來進行。基板WF的研磨能夠藉由任意的CMP裝置來進行。由於在研磨前將基板的表面粗糙化，因此，不存在尺寸較大的凸部，能夠緩和進而消除由於尺寸較大的凸部而產生的研磨速度下降的問題。第12圖(c)係顯示對粗糙化後的基板進行研磨而得的基板的剖視圖。因第12圖(a)所示的下層的配線構造(配線幅距、密度等)、電解鍍覆的成膜條件等而產生的初始段差被均勻地消除，由此，凹陷、蝕痕得以減輕。
在基板WF的研磨結束之後，將基板WF清洗，並使基板WF乾燥(S108)。如此，完成基板WF的平坦化之後，將基板WF送回到匣體24(第2圖)內，並將基板WF輸送向下一個製程。
第14圖係顯示一實施型態之用以將基板的表面平坦化的方法的流程圖。本實施型態之平坦化方法中，首先，測定形成在將要平坦化的基板WF的表面的初始的段差(S202)。測定方法為任意，例如以雷射顯微鏡(共焦方式)、相位差干渉方式等來直接測定段差形狀的方式、利用膜厚測定而根據測定膜厚差來間接地求出段差形狀的方式等。接著，判斷所測定的段差是否未達目標值(S204)。另外，關於本測定，可在平坦化裝置內設置測定部來進行測定，此外，也可在平坦化裝置外進行測定。該目標值係例如可定為平均值或最大值為100nm。若基板WF的初始段差為目標值以上，則根據由目標值與現狀值之間的差值求得的段差形狀的高度及間距來決定基板WF的條件之後，將基板WF的被處理面粗糙化，然後，對粗糙化後的基板WF的被處理面進行研磨而使其平坦化(S206~S212)。另外，此時，雖未圖示，但可排入在基板WF的表面形成保護膜的製程作為粗糙化處理的前置處理，以不在粗糙化製程中產生相比於初始段差更大的凹凸的方式形成保護膜。保護膜能夠如上述將如阻劑之有機溶劑藉由塗佈、旋塗等來形成。從基板的粗糙化處理起至藉由研磨使經粗糙化的被處理面平坦化為止的處理係與第13圖的S102~S108相 同。在基板WF的初始段差未達目標值的情況下，首先，將基板WF研磨至預定殘餘膜厚(S214)。基板WF的研磨例如能夠藉由任意的CMP裝置等研磨單元200來進行。在藉由研磨單元200將基板WF研磨至規定的殘餘膜厚之後，若有需要，則進行清洗及乾燥。之後，再次測定基板WF的表面的段差(S216)，判斷所測定的段差是否為目標值以上(S218)。該目標值係例如可定為平均值或最大值為10nm。在基板WF的表面的段差未達目標值時，結束基板WF的平坦化。在基板WF的表面的段差為目標值以上時，將基板粗糙化，然後進行研磨(S222~S226)。另外，此時雖未圖示，但可排入在基板WF的表面形成保護膜的製程作為粗糙化處理的前置處理。由於已對基板WF進行了一次研磨，形成在基板WF的表面的段差變小，因此，保護膜係更有效於不在粗糙化製程中產生相比於初始段差更大的凹凸。保護膜能夠如上述將如阻劑之有機溶劑藉由塗佈、旋塗等來形成。

Claims (24)

  1. 一種平坦化裝置，係用以將基板的表面平坦化，該平坦化裝置係具有：粗糙化處理單元，係用於使用粗糙化粒子對前述基板的被處理面進行粗糙化處理；以及化學機械研磨(CMP)單元，係用於對被處理面經粗糙化後的前述基板的表面進行化學機械研磨。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的平坦化裝置，其中，前述粗糙化處理單元係具有：墊，該墊的尺寸係比前述基板大；工作臺，係保持前述墊，且能夠相對於前述基板相對運動；基板保持頭，係將前述基板的被處理面保持為朝向前述墊，且能夠在將前述基板向前述墊按壓的同時，相對於前述墊相對運動；第一供給口，係用於在前述粗糙化處理中，將包含粗糙化用粒子的液體供給到前述墊；第二供給口，係用於在前述粗糙化處理後，供給用於清洗前述基板及前述墊的清洗用液體；以及調整器，係用於進行前述墊的表面的狀況調整。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的平坦化裝置，其中，前述粗糙化處理單元係具有：墊，係包含粗糙化用粒子，該墊的尺寸係比前述基板大； 工作臺，係用於保持前述墊，且能夠相對於前述基板相對運動；基板保持頭，係將前述基板的被研磨面保持為朝向前述墊，且能夠在將前述基板向前述墊按壓的同時，相對於前述墊相對運動；第一供給口，係用於在前述粗糙化處理中，將液體供給到前述墊；第二供給口，係用於在前述粗糙化處理後，供給用於清洗前述基板及前述墊的清洗用液體；以及調整器，係用於進行前述墊的表面的狀況調整。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的平坦化裝置，其中，前述粗糙化處理單元係具有：墊，該墊的尺寸係比前述基板小；工作臺，係用於保持前述基板，且能夠相對於前述墊相對運動；保持頭，係將前述墊保持為朝向基板，且能夠在將前述墊向前述基板按壓的同時，相對於前述基板相對運動；臂，係用於使前述保持頭在前述基板上沿著與前述基板的平面平行的方向擺動；第一供給口，係用於在前述粗糙化處理中，將包含粗糙化用粒子的液體供給到前述基板；第二供給口，係用於在前述粗糙化處理後，向前述基板供給清洗用液體；以及 調整器，係用於進行前述墊的表面的狀況調整。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的平坦化裝置，其中，前述粗糙化處理單元係具有：墊，係包含粗糙化用粒子，該墊的尺寸係比前述基板小；工作臺，係用於保持前述基板，且能夠相對於前述墊相對運動；保持頭，係將前述墊保持為朝向前述基板，且能夠在將前述墊向基板按壓的同時，相對於前述基板相對運動；臂，係用於使前述保持頭在前述基板上沿著與前述基板的平面平行的方向擺動；第一供給口，係用於在前述粗糙化處理中，向前述基板供給液體；第二供給口，係用於在前述粗糙化處理後，供給用於清洗前述基板及前述墊的清洗用液體；以及調整器，係用於進行前述墊的表面的狀況調整。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的平坦化裝置，其中，前述粗糙化處理單元係具有：高壓供給噴嘴，係用於將包含前述粗糙化粒子的液體以高壓朝向基板供給；工作臺，係用於保持前述基板，且能夠相對於前述高壓供給噴嘴相對運動；臂，係用於使前述高壓供給噴嘴與基板的平面平 行地擺動；以及供給口，係用於在前述粗糙化處理後，向基板供給清洗用液體。
  7. 如申請專利範圍第2項所述的平坦化裝置，其中，前述相對運動係包含旋轉運動、直線運動、螺旋運動、以及旋轉運動與直線運動的組合之中的至少一種。
  8. 一種平坦化裝置，係用以將基板的表面平坦化，該平坦化裝置係具有：CMP單元，係用於對前述基板進行化學機械研磨；清洗單元，係用於清洗前述基板；乾燥單元，係用於對前述基板進行乾燥；以及運送機構，係用於將前述基板在前述CMP單元、前述清洗單元、及前述乾燥單元之間運送，前述CMP單元係具有：第一供給口，係用於供給包含粗糙化粒子的液體；以及第二供給口，係用於供給化學機械研磨用的漿料。
  9. 如申請專利範圍第8項所述的平坦化裝置，其中，前述CMP單元係具有：墊，該墊的尺寸係比前述基板大；工作臺，係保持前述墊，且能夠相對於前述基板 相對運動；基板保持頭，係將前述基板的被處理面保持為朝向前述墊，且能夠在將前述基板向前述墊按壓的同時，相對於前述墊相對運動；第三供給口，係用於向前述墊供給清洗用液體；以及調整器，係用於進行前述墊的表面的狀況調整，前述第一供給口係構成為將包含粗糙化粒子的液體供給到前述墊上，前述第二供給口係構成為將前述CMP用的漿料供給到前述墊上。
  10. 如申請專利範圍第8項所述的平坦化裝置，其中，前述CMP單元係具有：墊，該墊的尺寸係比基板小；工作臺，係用於保持前述基板，且能夠相對於前述墊相對運動；保持頭，係將前述墊保持為朝向前述基板，且能夠在將前述墊向前述基板按壓的同時，相對於前述基板相對運動；臂，係用於使前述保持頭在前述基板上沿著與前述基板的平面平行的方向擺動；第三供給口，係用於向前述基板供給清洗用液體；以及調整器，係用於進行前述墊的表面的狀況調整， 前述第一供給口係構成為將包含前述粗糙化粒子的液體供給到前述基板，前述第二供給口係構成為將前述CMP用的漿料供給到前述基板。
  11. 如申請專利範圍第1項所述的平坦化裝置，其中，前述粗糙化粒子的平均粒徑為100nm以下。
  12. 如申請專利範圍第1項所述的平坦化裝置，其中，前述粗糙化粒子係具有選自包含金剛石、SiC、CBN、SiO2、CeO2、以及Al2O3的群組之至少一種粒子。
  13. 一種將基板平坦化的方法，係具有下述步驟：粗糙化處理步驟，係使用粗糙化粒子對前述基板的被處理面進行粗糙化；以及CMP步驟，對經粗糙化後的前述基板的被處理面進行化學機械研磨。
  14. 如申請專利範圍第13項所述的將基板平坦化的方法，其中，前述粗糙化處理步驟中，藉由粗糙化而形成在前述基板的被處理面的凹凸的高度為存在於粗糙化處理前的前述基板的被處理面的最大初始段差的80%以下，並且，藉由粗糙化處理而形成於前述基板的被處理面的凹凸的平均間距為100μm以下。
  15. 如申請專利範圍第13項所述的將基板平坦化的方法，其中，前述粗糙化處理步驟係具有下述步驟： 向尺寸比前述基板大的墊上供給包含粗糙化粒子的液體，在按壓前述墊與前述基板的被處理面的狀態下，使前述墊與前述基板相對運動。
  16. 如申請專利範圍第13項所述的將基板平坦化的方法，其中，前述粗糙化處理步驟係具有下述步驟：向前述基板供給包含粗糙化粒子的液體，在將尺寸比前述基板小的墊按壓到前述基板的狀態下，使前述墊與前述基板相對運動。
  17. 如申請專利範圍第13項所述的將基板平坦化的方法，其中，前述粗糙化處理步驟係具有下述步驟：在將固定有粗糙化用粒子且尺寸比前述基板大的墊按壓到前述基板的狀態下，使前述墊與前述基板相對運動。
  18. 如申請專利範圍第13項所述的將基板平坦化的方法，其中，前述粗糙化處理步驟係具有下述步驟：在將固定有粗糙化用粒子且尺寸比前述基板小的墊按壓到前述基板的狀態下，使前述墊與前述基板相對運動的步驟；以及使前述墊在前述基板上沿著與前述基板的平面平行的方向擺動的步驟。
  19. 如申請專利範圍第13項所述的將基板平坦化的方法， 其中，前述粗糙化處理步驟係具有下述步驟：從高壓供給噴嘴將包含粗糙化粒子的液體以高壓朝向前述基板供給的步驟；使前述基板相對於前述高壓供給噴嘴相對運動的步驟；以及使前述高壓供給噴嘴與前述基板的平面平行地擺動的步驟。
  20. 如申請專利範圍第13項所述的將基板平坦化的方法，其中，前述粗糙化粒子的平均粒徑為100nm以下。
  21. 如申請專利範圍第13項所述的將基板平坦化的方法，其中，前述粗糙化粒子係具有選自包含金剛石、SiC、CBN、SiO2、CeO2、以及Al2O3的群組之至少一種粒子。
  22. 如申請專利範圍第15項所述的將基板平坦化的方法，其中，前述相對運動係包含旋轉運動、直線運動、螺旋運動、以及旋轉運動與直線運動的組合之中的至少一種。
  23. 如申請專利範圍第13項所述的將基板平坦化的方法，其中，前述粗糙化處理步驟係由粗糙化處理單元執行，前述CMP步驟係由CMP單元執行， 且該將基板平坦化的方法係具有將藉由前述粗糙化處理單元粗糙化後的前述基板運送到前述CMP單元的步驟。
  24. 如申請專利範圍第13項所述的將基板平坦化的方法，其中，前述粗糙化處理步驟與前述CMP步驟之間係具有對經粗糙化後的前述基板的被處理面進行清洗的步驟。
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