Cu CMP: 평탄하게 깎기

왜 평탄하게 깎아야 할까

Cu 배선은 절연막에 홈(트렌치)과 구멍(비아)을 먼저 파고 그 안을 Cu로 채워서 만든다(4장). Al처럼 금속막을 덮은 뒤 식각해서 무늬를 내지 않는 이유는 Cu 자체에 있다. Cu는 플라스마 식각에 쓸 만한 휘발성 화합물이 적어서 식각으로 선을 정의하기가 어렵다. 그래서 절연막 쪽에 무늬를 새기고 Cu를 채운 뒤, 넘친 Cu와 Barrier를 깎아 내 홈 안에만 Cu를 남긴다. 이 마지막 단계가 CMP(Chemical Mechanical Polishing, 화학 기계 연마)다. 트렌치와 비아를 한꺼번에 채우는 Dual damascene에서는 배선 한 층마다 금속 채우기 한 번과 CMP 한 번이면 된다.

전기 도금은 홈 안만 채우지 않는다. 홈 바깥의 넓은 평지, 곧 Field(Field, 패턴 바깥 영역)에도 Cu가 쌓인다. 이렇게 넘친 Cu를 Overburden(Overburden, 과잉 증착층)이라 부른다. Novellus의 한 특허는 Field 위 Overburden이 보통 가장 깊은 패턴 깊이의 1.2배 이상이고, 깊이 0.5 µm인 구조라면 적어도 약 0.7~0.8 µm가 필요하다고 적었다. 종횡비가 큰 좁은 패턴 위에서는 Cu가 오히려 볼록하게 더 올라오는 Overplating이 생겨 도금 뒤 표면의 높낮이가 커지기도 한다. CMP는 1 µm 가까운 이 Cu를 걷어 내면서 울퉁불퉁한 표면을 평평하게 만들어야 한다.

평평함이 왜 그렇게 중요할까. 배선은 한 층으로 끝나지 않고 여러 층을 쌓는다. 아래층에 남은 높낮이는 그 위에 덮는 절연막으로 옮겨 가고, 다음 층을 노광할 때 문제를 일으킨다. 렌즈는 정해진 깊이 범위 안에서만 또렷한 상을 맺는데, 이 범위가 초점 깊이(Depth of focus)다. Stanford EE311 강의 노트의 예를 보자. 파장 180 nm의 빛으로 0.1 µm 선과 간격을 해상하려면 F수가 0.45인 광학계가 필요하고, 이때 초점 깊이는 ±0.07 µm에 불과하다. 해상도를 높이면 초점 깊이는 더 줄어들고, 표면에 높낮이가 있으면 위쪽과 아래쪽의 무늬를 동시에 정의하기 어려워진다. 0.07 µm는 70 nm에 불과하다. 배선 한 층의 트렌치 깊이만 해도 Park 등의 실험 구조에서 0.8 µm였으니, 그만한 높낮이가 그대로 남는다면 초점 깊이를 훌쩍 넘는다.

그래서 평탄화는 Cu보다 먼저 절연막에서 시작되었다. Havemann과 Hutchby의 정리에 따르면, 해상도가 높아지며 초점 깊이가 줄자 노광할 면을 평평하게 만들려고 절연막 CMP가 도입되었다. 평평한 절연막은 금속을 식각할 때 가는 잔여물을 지우려고 더 깎는 과식각도 줄여 수율을 높였다. 이어 W 플러그를 만들 때 플라스마 Etchback 대신 W CMP를 쓰면서 수율이 더 좋아졌고, 절연막 속에 박아 넣은 금속을 연마로 다듬는 방식, 곧 다마신이 실제로 쓸 만하다는 것이 확인되었다. 이 금속 CMP의 성공이 Cu 배선을 가능하게 했다. Loke는 IBM이 개척한 CMP를 다마신 집적의 핵심 기술로 꼽고, 이름의 유래를 이렇게 소개한다. 옛 다마스쿠스의 장인들은 보석에 구멍을 내 금 같은 무른 금속을 채운 뒤 넘친 금속을 갈아 냈다. W 배선 무늬를 CMP로 만드는 방법을 다룬 IBM 연구진의 논문은 1991년에 나왔다. Stanford 노트는 CMP가 한때 IC 공정에 쓰기엔 너무 거칠고 지저분한 기술로 여겨졌지만, 이제는 전역에 가까운 평탄화를 해내며 절연막과 금속 모두에 널리 쓰인다고 적는다.

Cu 다마신에서 CMP가 해야 할 일은 그래서 두 가지다. Field의 Cu와 Barrier를 남김없이 걷어 내 배선을 서로 떼어 놓는 일, 그리고 다음 층을 위해 표면을 평평하게 만드는 일이다. 문제는 두 목표가 서로 부딪힌다는 데 있다. Park 등은 이렇게 정리한다. 트렌치 사이에 Cu나 Barrier가 조금이라도 남으면 이웃 배선이 단락되므로 다이와 웨이퍼의 모든 곳에서 다 걷어 내야 하고, 그러려면 어떤 곳은 필요 이상으로 더 깎이는 Overpolish(Overpolish, 과연마)를 피할 수 없다. 그 결과 Cu가 움푹 파이는 Dishing과 절연막이 깎여 내려가는 Erosion이 생긴다. 이 장의 나머지는 모두 이 줄다리기에 관한 이야기다.

CMP 장비와 Preston 식

CMP 장비의 기본 구조는 의외로 단순하다. 넓은 원판인 Platen(Platen, 회전 정반) 위에 연마용 Pad(Polishing pad)를 붙여 돌리고, 웨이퍼를 뒤집어 잡은 Carrier head(Carrier head, 연마 헤드)가 웨이퍼 앞면을 패드에 누른다. Carrier head는 웨이퍼에 거는 하중을 조절하고, 패드 위에는 화학 반응 성분과 연마 입자가 든 Slurry(Slurry, 연마액)를 흘려 준다. Applied Materials의 1990년대 특허는 슬러리 입자를 보통 지름 50 nm 안팎의 실리카로 적고, 알루미나를 쓰기도 한다고 했다.

패드는 쓸수록 표면이 반들반들해지는 Glazing(Glazing, 패드 표면 무뎌짐)이 생겨 연마력이 떨어지므로 주기적으로 표면을 되살려야 한다. 이 일을 하는 부품이 Conditioner(Pad conditioner)다. Entegris 특허의 배경 설명에 따르면 흔한 형태는 다이아몬드 연마재를 박은 지름 4인치 원판으로, 돌리면서 패드에 눌러 윗층을 깎아 내고 막힌 기공을 열어 거친 돌기를 다시 만든다. 목적은 제거 속도를 일정하게 지키는 것이다. 장비의 세부 하드웨어와 주요 장비사는 9장에서 다루고, 여기서는 공정을 이해하는 데 필요한 만큼만 본다.

연마를 일으키는 것은 웨이퍼 위 한 점이 패드 위를 미끄러지는 속도, 곧 상대 속도(Relative velocity)다. 그런데 Platen과 Carrier가 둘 다 돈다. 웨이퍼의 어느 점은 패드의 바깥쪽 빠른 부분 위에, 어느 점은 안쪽 느린 부분 위에 있으니 속도가 제각각일 것 같다. 두 회전을 벡터로 더해 보면 뜻밖의 결과가 나온다.

두 각속도가 같으면(\(\omega_p = \omega_c\)) 첫 항이 사라지고, 웨이퍼의 모든 점이 같은 크기 \(\omega_p d\), 같은 방향으로 미끄러진다(계산). 웨이퍼 전체가 같은 속도로 문질러진다는 뜻이다. 실제 연구에서도 두 회전수를 같게 맞춘 조건을 볼 수 있다. Park 등의 Cu CMP 실험은 Down force 2.0, 3.5, 5.0 psi에서 Platen/Carrier 회전수를 각각 70/40, 60/60, 35/35 rpm으로 썼다. 아래 애니메이션에서 두 회전수를 바꿔 가며 웨이퍼 위 미끄럼 속도의 분포를 보자.

애니메이션의 Conditioner는 지름 4인치 다이아몬드 원판을 본떠 그렸다. 속도 분포는 위 식으로 계산했고 장비 치수는 학습용 가정이다.

그러면 얼마나 깎일까. CMP의 제거 속도를 가장 간단히 쓰는 식이 Preston 식(Preston equation)이다. 두께가 줄어드는 속도는 누르는 압력과 패드 위를 미끄러진 거리의 증가 속도, 곧 상대 속도에 비례한다.

식이 말하는 바는 두 배로 누르거나 두 배로 빨리 문지르면 두 배로 깎인다는 것이다. Park 등은 Down force를 2.0~5.0 psi로 바꾸면서 Platen과 Carrier 속도를 조절해 세 조건의 Bulk Cu 제거 속도를 같게 맞췄다. 압력만이 아니라 속도도 제거 속도를 정하는 손잡이라는 뜻이다. 다만 실제 데이터는 이 식보다 조금 복잡하다. Boning 등은 실용 압력 범위에서 제거 속도가 대체로 P·V에 직선으로 비례하지만, 그 직선을 P·V = 0까지 늘이면 0이 아닌 값이 남아서 \(R = R_0 + KPV\)로 맞추는 편이 낫다고 정리했다. P·V가 아주 낮은 곳에서는 다른 거동이 나타날 수 있고, 연마 입자가 없는 슬러리나 계면활성제를 섞은 세리아 슬러리처럼 어떤 압력(문턱 압력) 아래에서는 거의 깎이지 않는 비Preston 거동도 보고되었다.

근거: Preston 식과 맞춤식 \(R_0 + KPV\), 예시 그래프의 P·V 범위, 목표 제거 속도 200 nm/min, Overburden 두께의 예, psi 환산. 그래프의 200 nm/min 선은 Cabot 특허가 기존 슬러리들이 함께 맞추지 못했다고 적은 목표 가운데 하나다.

화학이 절반을 한다: 슬러리

CMP라는 이름에서 Chemical이 Mechanical보다 앞에 오는 데는 이유가 있다. 사포로 문지르듯 입자의 힘만으로 깎는 것이 아니다. Cu는 W보다 무른 금속이라 쉽게 부식되고 긁힘과 입자 박힘에 약하다. 연마 입자는 오히려 긁힘의 원인이 되고, 입자가 뭉치면 긁힘이 생긴다. Cu CMP 슬러리는 연마 입자와 함께 산화제, 착화제, 부식 억제제를 담고 있고, 이 성분들이 Cu 표면에 반응층을 만든다. Park과 Lee는 Cu의 제거를 주로 화학 반응이 좌우한다고 정리한다.

Cabot의 Cu 슬러리 특허는 바람직한 연마 메커니즘을 이렇게 설명한다. 금속 표면과 슬러리 성분이 반응해 얇고 잘 깎이는 층이 계속 생기고, 기계적 작용이 이 층을 조절된 방식으로 걷어 낸다. 연마를 멈추면 얇은 보호막(Passive film)이 표면에 남아 습식 식각을 막는다. Loke의 설명도 같다. 슬러리의 화학 성분이 표면과 반응해 얇은 산화층을 만들고, 패드 압력을 받은 미세 입자가 이 층을 걷어 낸다. 국소적인 패드 압력이 높은 곳일수록 빨리 깎이므로 연마할수록 표면이 평평해진다. 그래서 둘의 균형이 중요하다. 기계 쪽이 지나치면 긁힘과 불균일한 연마가 생기고, 화학 쪽이 지나치면 Overpolish 동안 높낮이가 심해진다. 패드가 잘 닿지 않는 낮은 곳에서는 반응층과 보호막이 벗겨지지 않고 남아 덜 녹는다고 보면 그림 3의 순환이 된다(원리에서 나온 해석).

슬러리의 주요 성분과 역할을 표로 정리하면 다음과 같다.

구체적인 조성의 예로, Cabot 특허는 알루미나 1.0~15.0 wt%, H₂O₂ 0.3~12.0 wt%, 착화제인 옥살산 암모늄 1.0~3.0 wt%, BTA 0.01~0.2 wt%, pH 7.2~9.0인 슬러리를 청구했다. BTA가 0.2 wt% 이하로 아주 적게 들어간다는 점이 눈에 띈다. 억제제는 조금만 넣어도 속도를 크게 바꾼다. 연마 입자가 없는 Cu CMP를 연구한 Park과 Lee도 H₂O₂와 시트르산을 넣으면 제거 속도가 오르고 BTA를 넣으면 내려간다고 보고했다. 그렇다면 착화제를 빼면 어떻게 될까. 예측해 보자.

막대의 값은 Cabot 특허 표 1A의 두 줄(알루미나 5%, H₂O₂ 7%, 옥살산 암모늄 0% 또는 0.5%)에서 가져왔다. 배수와 선택비는 그 값으로 계산했다.

착화제 0.5%를 넣으면 Cu 제거 속도가 21.7에서 278 nm/min으로 약 13배가 된다(계산). 산화제만 있으면 Cu 표면에 생긴 산화막이 입자에 잘 벗겨지지 않는 보호막처럼 행동하고, 착화제가 그 막을 흐트러뜨리며 산화된 Cu를 붙잡아 가는 그림과 맞는다. 더 흥미로운 것은 같은 표의 Ti 제거 속도다. 착화제를 넣자 Ti는 80.6에서 30.7 nm/min으로 오히려 줄었다. Cu와 Ti의 속도비가 약 0.27에서 약 9.1로 뒤집힌 셈이다(계산). 슬러리의 화학을 바꾸면 어떤 물질을 더 빨리 깎을지, 곧 선택비를 고를 수 있다. 다음 절의 여러 단계 연마가 바로 이 성질을 쓴다.

여러 단계로 깎기: 선택비와 Endpoint

Cu CMP는 보통 한 번에 끝내지 않는다. Tugbawa 등은 Cu CMP에 본래 세 단계가 있다고 정리했다. ① 두꺼운 Overburden을 걷어 내는 Bulk Cu 제거, ② Field에 드러난 Barrier를 걷어 내는 Barrier 제거, ③ 남은 금속을 확실히 지우려고 조금 더 깎는 Overpolish다. Overpolish가 필요한 이유도 셋이다. 도금 때부터 생긴 패임(Recess), 웨이퍼 위치에 따라 다른 제거 속도, 다이 안에서 제각각인 패턴(밀도, 선폭, 간격) 때문에 모든 곳이 동시에 끝나지 않는다. Cheng 등의 정리도 같은 세 단계로 설명한다.

단계를 나누는 열쇠는 선택비(Selectivity)다. 같은 조건에서 두 물질이 깎이는 속도의 비를 말한다. Tugbawa 등이 예로 든 2단계 공정에서 1단계 슬러리는 Cu를 가장 빨리, Barrier를 그다음, 산화막을 가장 느리게 깎는다(\(K_{Cu} > K_b > K_{ox}\)). Barrier가 드러나는 시점(Endpoint)에서 슬러리와 조건을 바꾸면 2단계에서는 순서가 뒤집힌다(\(K_{Cu} < K_b < K_{ox}\)). 1단계 끝에서 Cu 밀도가 높은 구조는 이미 Overpolish에 들어가 있고, 밀도가 낮은 구조는 아직 Barrier를 깎는 중일 수 있다. 2단계에서는 Cu가 덜 깎이므로 Dishing이 줄어드는 대신 Erosion은 늘어난다. Park 등의 실험에서도 세 단계로 나눈 연마가 같은 Overpolish 시간의 한 단계 연마보다 Dishing과 Erosion이 뚜렷이 작았고, 처리량도 더 빨랐다. Cheng 등은 Dishing과 Erosion이 빠른 연마 속도와 낮은 슬러리 선택비에서 온다고 보고, Down force를 낮추고 슬러리를 최적화하는 것을 해법으로 든다.

아래 애니메이션은 이 흐름을 단면으로 보여 준다. 1단계에서 높은 곳이 먼저 깎여 표면이 평평해지는 과정은 Boning 등이 정리한 계단 높이 모델을 따른다. 계단이 패드가 낮은 곳에 닿지 못할 만큼 높으면(접촉 높이 \(H_{ex}\) 이상) 높은 곳만 깎여 계단이 시간에 따라 일정하게 줄고, 그보다 낮아지면 낮은 곳도 깎이기 시작해 계단이 지수적으로 줄어든다.

근거: 세 단계와 두 슬러리의 속도 순서, 2단계에서 Dishing은 줄고 Erosion은 느는 경향, 계단 높이 모델, 다단계 연마의 장점, Barrier 25 nm와 트렌치 깊이 0.8 µm는 Park 등의 실험 구조. 속도 숫자는 순서만 맞춘 학습용 값이다.

그러면 1단계를 언제 멈출까. 시간으로 정하면 될 것 같지만 그렇지 않다. 막의 처음 두께, 슬러리 조성, 패드 상태가 조금씩 달라 제거 속도가 바뀌고, 그만큼 끝나는 시간도 달라진다. 그래서 연마 중에 표면의 변화를 직접 재서 멈출 때를 찾는다. 이것이 Endpoint(Endpoint detection, 종말점 검출)다. 1991년 Micron의 특허는 마찰을 본다. 다른 물질이 드러나면 웨이퍼와 패드 사이의 마찰 계수가 바뀌고, 웨이퍼와 패드를 돌리는 모터의 부하, 곧 전류가 바뀐다. 광학 방법은 패드에 낸 투명한 창으로 빛을 보내 웨이퍼에서 돌아오는 반사를 잰다. 층이 드러나면 마찰 계수와 반사율이 갑자기 바뀌므로 그 순간을 잡을 수 있다. 금속막에는 와전류(Eddy current) 센서도 쓴다. Platen 속 코일이 패드 너머로 교류 자기장을 보내 금속막에 와전류를 만들면, 금속이 얇아질수록 센서 신호의 진폭이 커지다가 막이 다 걷히면 더 변하지 않고 평평해진다. 신호의 위상차로 남은 두께를 따지기도 한다.

웨이퍼 안에서 위치마다 깎이는 속도가 다르면 어떻게 할까. Carrier head 가운데에는 웨이퍼 뒤에 여러 개의 동심원 압력실을 둔 것이 있다. Applied Materials의 한 특허는 따로 제어하는 가압 챔버 다섯 개로 반지름 영역마다 다른 압력을 주어, 다른 요인으로 생긴 불균일한 연마 속도와 들어온 막의 두께 불균일을 보정한다고 설명한다. Preston 식으로 보면 당연한 설계다. 늦게 끝나는 영역은 압력을 올리고 빨리 끝나는 영역은 내리면 모든 영역이 비슷한 시간에 끝난다. 이 원리는 다음 절 끝의 도전 과제에서 직접 써 본다.

Dishing과 Erosion

Overpolish의 대가를 정확한 말로 정의해 보자. Park 등의 정의를 따르면 Dishing(Dishing, 접시 모양 패임)은 CMP 뒤의 산화막 높이와 Cu 배선 안에서 가장 낮은 점 사이의 세로 거리다. Erosion(Erosion, 절연막 침식)은 처음 증착한 산화막 두께에서 CMP 뒤 남은 산화막 두께를 뺀 값이다. 두 값을 더하면 트렌치 속 Cu가 잃은 전체 두께가 된다. 레이아웃은 패턴 밀도(Pattern density)와 피치(Pitch)로 나타내는데, 패턴 밀도는 Cu 선폭을 피치로 나눈 값이고, 피치는 선폭과 산화막 간격의 합이다.

둘 다 Cu 배선의 단면을 줄이므로 저항이 커지고 신호가 늦어진다. 표면이 다시 울퉁불퉁해져 다음 공정을 어렵게 하고, 위층 배선에서 이웃 선끼리 단락을 일으킬 수도 있다. 더 곤란한 점은 이 효과가 칩 안의 위치마다, 곧 그 자리의 레이아웃에 따라 다르다는 것이다. 같은 설계의 배선이라도 놓인 자리에 따라 저항과 정전 용량이 달라진다. 아래층의 Dishing은 위층으로 옮겨 가 위층의 높낮이에 더해지기도 한다.

Park 등이 피치와 밀도를 체계적으로 바꾼 시험 마스크로 측정한 경향은 다음과 같다.

• Dishing은 선폭이 넓을수록 크다. 같은 선폭이라도 홀로 떨어진 배선이 배열 속 배선보다 더 파인다. 그래서 Dishing 값을 말할 때는 어느 구조에서 잰 값인지 함께 밝혀야 한다.
• Erosion은 패턴 밀도가 높을수록, 산화막 간격이 좁을수록 크다. 간격이 아주 좁은 구조에서는 Erosion이 급격히 커진다.
• 산화막 간격 약 100 µm 근처에 꺾이는 점이 있다. 간격이 이보다 넓으면 산화막이 패드의 압력을 받쳐 Erosion이 작다. 이보다 좁아지면 산화막이 패드를 받치지 못해 산화막 연마가 빨라지고 Erosion이 커지며, 대신 Dishing은 줄어든다. 피치 250 µm에서 Dishing은 밀도 60~70%에서 가장 컸다.
• Overpolish를 늘리면 Erosion은 계속 늘지만, 배열 속 Dishing은 어느 수준에서 멈춘다. Cu가 파이는 속도와 산화막이 깎이는 속도가 균형을 이루는 상태로, 이를 Steady-state dishing이라 부른다.

왜 넓은 배선이 더 파일까. 계단 높이 모델에서 본 것처럼 패드는 단단한 판이 아니어서 계단이 충분히 낮으면 낮은 곳까지 눌려 들어간다. 좁은 배선은 양옆 산화막이 패드를 받쳐 주어 패드가 배선 안으로 내려가기 어렵지만, 넓은 배선 위에서는 패드가 휘어 들어가 Cu를 계속 깎는다(원리에서 나온 해석). 산화막 간격이 넓으면 산화막이 패드를 받치고, 좁으면 받치지 못한다는 Park 등의 관찰도 같은 그림이다. 이 효과가 미치는 거리도 산화막 CMP와 다르다. 산화막 CMP에는 3~7 mm의 평탄화 길이 하나가 지배적이지만, Cu CMP에는 세 길이 척도가 함께 작용한다.

아래 시뮬레이터는 이 경향을 흉내 내도록 만든 학습용 모델이다. 피치와 밀도로 배열을 정하면 선폭과 산화막 간격이 정해지고, Dishing과 Erosion이 Overpolish 시간에 따라 자란다.

모델이 따른 경향: 선폭과 Dishing, 밀도·간격과 Erosion, 산화막 간격 약 100 µm의 꺾임과 밀도 60~70%의 Dishing 최대, 배열 Dishing의 포화와 Erosion의 계속 증가, 트렌치 깊이 0.8 µm.

Overpolish는 보험과 같다. 남은 Cu가 없다는 확신을 사는 대신 Erosion이라는 보험료를 계속 낸다. 그래서 가장 좋은 전략은 보험료를 줄이는 것, 곧 웨이퍼의 모든 영역이 거의 같은 시간에 깨끗해지게 만드는 것이다. 영역마다 압력을 다르게 줄 수 있는 Carrier head와 Preston 식을 함께 써 보자. Cheng 등이 Overpolish 단계에서 Down force를 낮추라고 권하는 것도 같은 이유다.

근거: 남은 Cu·Barrier가 단락을 부르므로 모든 곳을 걷어 내야 하고 그 대가로 Overpolish가 생긴다, 영역별 압력으로 불균일한 연마 속도와 들어온 두께를 보정하는 Carrier head, Overpolish 단계의 낮은 Down force, Preston 식. 두께, 속도, 손실 계수는 학습용 값이다.

부식, 결함, 그리고 세정

CMP의 마지막 단계에서는 Cu와 Barrier 금속을 함께 연마한다. 서로 다른 두 금속이 전해질인 슬러리 속에서 맞닿아 있으니 갈바닉 부식(Galvanic corrosion)이 생길 수 있다. Tamilmani 등은 CMP 조건에서 Cu와 Ta 사이의 갈바닉 부식을 분극 측정으로 추정하고, 갈바닉 전류를 직접 재는 장치를 만들어 비교했다. 원리로 보면 두 금속과 전해질이 작은 전지를 이루어 한쪽 금속의 산화가 빨라지는 것이다(원리에서 나온 해석). BTA 같은 부식 억제제는 Cu 표면에 Cu-BTA 막을 만들어 지나친 용해를 막는다.

연마가 끝나도 할 일이 남는다. Cu CMP 뒤의 표면에는 유기 금속 착물, Cu 산화물, 화학 흡착된 유기물, 연마 입자 같은 잔여물이 남는다. 이를 지우는 Post-CMP clean(Post-CMP cleaning, CMP 후 세정)은 화학 용액과 PVA 브러시 문지르기를 함께 쓴다. Cu CMP는 젖은 상태에서 Cu²⁺를 내놓으므로, 세정은 슬러리 찌꺼기와 함께 이 이온까지 지워 소자 오염을 막아야 한다. 한 실험실 연구에서는 중성 pH의 타르타르산 용액으로 잔여물을 지웠을 때 브러시로 문지르면 제거 효율이 약 97%, 문지르지 않으면 약 56%였다(전기화학적 추정). 같은 연구는 Cu 산화물이 남은 자리가 Cu Hillock이나 실리카 입자의 부착과 관련된다고 적었다.

세정과 다음 막 증착을 서두르는 이유는 Cu의 성질에 있다. Cu는 Al과 달리 스스로 보호하는 산화막을 만들지 않는다. 드러난 Cu는 계속 산화되어 Barrier와의 접착이 나빠지고 저항이 오른다. IBM의 한 특허는 대기에 드러난 Cu가 수천 Å 깊이까지 부식된다고 적었다. 본딩 패드에서 Cu를 그대로 드러내던 방식의 문제를 설명하는 대목이다. Cheng 등도 CMP를 마치고 절연 Barrier를 덮기 전이 Cu가 공기에 드러나 산화되는 두 시점 가운데 하나라고 짚고, Cu 산화물을 지우는 세정을 권한다. Loke에 따르면 CMP 뒤 Cu는 350~400 °C의 PECVD 질화막으로 덮는데, 이 온도에서 Cu가 쉽게 산화되므로 클러스터 장비의 진공 대기실을 거쳐 넣는 식으로 Cu 표면을 보호한다.

빛도 부식을 부른다. IBM의 한 특허는 금속 배선만 있는 시험 웨이퍼에서는 문제가 없었는데, 실제 회로가 있는 웨이퍼에서는 CMP 뒤 국부적인 금속 부식이 나타났다고 적었다. 빛을 받은 PN 접합이 태양전지처럼 전류를 만들고, 전해질 속에서 접합 양쪽에 이어진 금속 선이 양극과 음극이 되어 한쪽이 녹아 나온 것이다. 이전에는 부식을 충분히 막던 BTA가 있었는데도 일어났다. 특허는 CMP, 브러시 세정, 헹굼 장비를 어둡게 가리거나 띠틈을 넘지 못하는 파장의 빛만 쓰는 방법, 그리고 반응을 억제하는 첨가제를 대책으로 내놓았다. 같은 공정, 같은 슬러리라도 소자가 있는 웨이퍼와 시험 웨이퍼의 결과가 다를 수 있다는 점에서 기억해 둘 만한 사례다.

CMP가 남기는 흔적은 여기서 끝나지 않는다. 마찰로 일하는 공정이라 균열, 박리, 긁힘, 오염이 따라오고, 긁힘은 연마 입자가 뭉쳐 생기기도 한다. 기계적으로 약한 Low-k 절연막 위의 Cu CMP는 그 자체로 통합의 어려움이다. 다공성 Low-k에서는 Dishing과 Erosion도 더 심해진다. 연마 입자를 빼는 접근도 있다. 입자 없는 슬러리는 Dishing·Erosion과 긁힘을 줄이지만, Field의 Cu를 완전히 걷어 내기 어려울 수 있다. 결국 CMP는 끝난 뒤의 표면 상태까지 포함해 평가해야 한다.