KR101090951B1 - 기판폴리싱장치 및 기판폴리싱방법 - Google Patents

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다로 다카하시
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가부시키가이샤 에바라 세이사꾸쇼
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Abstract

본 발명은 반도체 웨이퍼 등의 기판을 평탄 마무리로 폴리싱하기 위한 기판폴리싱장치와 기판폴리싱방법에 관련된다. 기판폴리싱장치는 폴리싱면(101), 기판(W)을 폴리싱테이블(100)의 폴리싱면(101)에 대해 홀딩하고 프레스하는 기판홀더(1), 기판(W) 위 막 두께를 측정하는 막 두께 측정장치(200)를 포함한다. 기판홀더(1)는 복수의 압력 조절가능한 챔버(22 내지 25)를 갖고, 각 챔버(22 내지 25)의 압력은 막 두께 측정장치(200)에 의해 측정된 막 두께에 의거해 조절된다.

Description

기판폴리싱장치 및 기판폴리싱방법{SUBSTRATE POLISHING APPARATUS AND SUBSTRATE POLISHING METHOD}
본 발명은 반도체 웨이퍼 등의 기판을 평탄 마무리로 폴리싱하는 기판폴리싱 장치 및 기판폴리싱방법에 관련된다.
최근, 반도체 장비들은 사이즈가 작아지고, 반도체 소자 구조는 더욱 복잡해지고 있다. 또한, 논리적 시스템에 사용되는 멀티레이어 배선 내 레이어들의 수는 증가되어왔다. 따라서, 반도체 장비의 표면 위 요철들이 증가되었으며, 이로 인해 반도체 장비들의 표면 위 단차가 커지는 경향이다. 이는 왜냐하면, 반도체 장비의 제조 공정에서, 박막이 반도체 장비 위에 형성되고, 이후 패터닝 또는 홀 형성과 같은 미세 가공(micromatching process)이 반도체 장비에 수행되며, 이러한 공정들이 반도체 장비에서 후속하는 박막을 형성하기 위해 수회 반복되기 때문이다.
반도체 장비의 표면 위 요철들의 개수가 증가할 때, 단차를 갖는 부분에 형성되는 박막의 두께는 커지게 된다. 또한, 배선의 단선에 의해 개방 회로가 야기되거나, 배선층간의 절연 불량에 의해 단선 회로가 야기된다. 이 결과, 양품이 얻어질 수 없고, 양품률이 감소하게 된다. 또한, 반도체 장비가 처음에는 정상적으로 동작하는 경우라도, 반도체 장비의 신뢰도는 장시간 사용 후에는 저하된다. 리소그 래피 공정에서 노광시, 조사표면이 요철을 갖는다면, 이때 노광계의 렌즈유닛은 이러한 요철 때문에 포커스를 맞출 수 없다. 따라서, 반도체 장비의 표면의 요철들이 증가하면, 반도체 장비에 미세 패턴을 형성하는 것이 어려워진다.
따라서, 반도체 장비의 제조 공정에서, 반도체 장비의 표면을 평탄화하는 것이 더욱 중요해졌다. 평탄 기술 중 가장 중요한 하나는 CMP(Chemical Mechanical Polishing)이다. 화학기계적 폴리싱은 폴리싱 장치를 사용하여 수행된다. 특히, 반도체 웨이퍼 등의 기판은, SiO2 등의 연마입자를 포함하는 폴리싱액이 폴리싱 표면 위에 공급되면서, 폴리싱패드 등의 폴리싱 표면에 슬라이딩 접촉하게 되고, 이로써 기판이 폴리싱된다.
이러한 종류의 폴리싱 장치는 폴리싱패드에 의해 구성되는 폴리싱표면(폴리싱면)을 갖는 폴리싱테이블, 반도체 웨이퍼를 홀딩하는 톱링 또는 캐리어헤드라고 불리는 기판홀딩장치를 포함한다. 반도체 웨이퍼는 폴리싱 장치에 의해 다음과 같이 폴리싱된다: 반도체 웨이퍼가 기판홀딩장치에 의해 유지되고, 이후 소정 압력 하에서 폴리싱테이블에 대해 프레스된다. 이때, 폴리싱테이블과 기판홀딩장치는 서로 상대적으로 이동하며, 이로써 반도체 웨이퍼가 폴리싱 장치에 슬라이딩 접촉하게 된다. 따라서, 반도체 웨이퍼의 표면이 평탄경 마무리로 폴리싱된다.
이러한 폴리싱장치에서, 폴리싱될 반도체 웨이퍼와 폴리싱패드의 폴리싱면 사이의 상대적인 가압력(pressing force)이 반도체 웨이퍼의 전표면에 걸쳐 균일하지 않다면, 반도체 웨이퍼는 불충분하게 폴리싱되거나, 반도체 웨이퍼의 그 부분에 가해지는 가압력에 의해 일정 부분에서 과도하게 폴리싱될 수 있다. 이러한 문제점을 방지하기 위해, 반도체 웨이퍼의 전 표면에 걸쳐 반도체 웨이퍼에 인가되는 가압력을 균일하게 하도록, 반도체 웨이퍼를 홀딩하기 위한 기판홀딩장치의 표면을 고무 등의 탄성물질로 만들어진 탄성막을 이용하여 형성하고, 탄성막의 이면에 기압 등의 유체압력을 인가하는 시도가 있었다.
폴리싱패드는 탄성을 가지므로, 반도체 웨이퍼의 주변부에 가해지는 가압력이 비균일화 되는 경향이 있다. 따라서, 반도체 웨이퍼의 주변부만이 과도하게 폴리싱되는, "에지 라운딩"이 일어난다. 이러한 에지 라운딩을 방지하기 위해, 반도체 웨이퍼가 가이드링 또는 리테이너링에 의해 주변부에 유지되고, 반도체 웨이퍼의 주변부에 상응하는 폴리싱표면의 환상부가 가이드링 또는 리테이너링에 의해 프레스되는 기판홀딩장치가 사용되었다.
일반적으로, 반도체 웨이퍼의 표면 위 형성되는 박막은 막을 형성하는데 사용되는 방법과 장치의 특성으로 인해 다른, 방사상(반경방향) 위치에서 다른 막 두께를 갖는다. 구체적으로, 박막은 반도체 웨이퍼의 방사상 방향에 따른 두께분포를 갖는다. 그 기판홀딩장치가 폴리싱테이블의 폴리싱면에 인가되는 가압력을 조절하기 위한 조절기구를 갖는 폴리싱 장치가, 일본 공개특허공보 제2003-106805호, 일본 공개특허공보 제2002-187060호에 개시된 바와 같이 알려져 있다. 이러한 종류의 폴리싱 장치에서는, 폴리싱면에 슬라이딩 접촉하게 되는 기판이 몇 개의 존(zone)들로 나눠져서, 폴리싱면의 존들에 가해지는 마찰력 각각이 조절 기구에 의해 조절된다. 상술한 폴리싱 장치에 의해, 방사상 방향에 따라 가압력 분포를 조절하는 것 이 가능하므로, 반도체 웨이퍼의 전 표면에 걸쳐 균일한 막 두께 분포가 얻어질 수 있다.
한편, 반도체 웨이퍼의 표면 위 막 두께 분포는, 막을 형성하는데 사용되는 방법 및 장치의 종류에 따라 달라진다. 구체적으로, 방사상 위치, 두꺼운 부분의 개수, 두꺼운 부분과 얇은 부분 사이의 두께 차이가 막을 형성하는데 사용된 방법 및 장치의 종류에 따라 달라진다. 따라서, 일정 막 두께 분포만을 갖는 일정 기판만을 커버할 수 있는 기판폴리싱장치가 아니라, 다양한 막 두께 분포를 갖는 다양한 기판들을 커버할 수 있고, 저비용으로 용이하게 기판을 폴리싱 할 수 있는 기판폴리싱장치 및 기판폴리싱방법에 대한 요구가 있어 왔다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 고안되었다. 본 발명의 목적은 균일한 막 두께를 얻기 위해, 기판의 표면 위 형성된 막의 두께 분포에 따라 반도체 웨이퍼 등의 기판을 적절하게 폴리싱 할 수 있는 기판폴리싱장치 및 기판폴리싱방법을 제공하는 데 있다.
상술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 폴리싱면을 갖는 폴리싱테이블; 폴리싱테이블의 폴리싱 면에 대하여 기판을 홀딩하고 프레스하는 기판홀더; 및 기판 위 막의 두께를 측정하는 막 두께 측정장치;를 포함하고, 기판홀더는 복수의 압력 조절가능한 챔버를 가지며, 챔버 각각의 압력은 막 두께 측정장치에 의해 측정된 막 두께에 의거해 조절되는 것을 특징으로 하는 기판폴리싱장치가 제공된다.
본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 막 두께 측정장치는 챔버 각각에 상응하는 기판의 복수의 존(zone)의 막 두께를 측정하고, 챔버 각각의 압력은 막 두께 측정장치에 의해 측정된 존 각각의 막 두께에 의거해 조절되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 기판폴리싱장치는 기판의 존 각각에 대한 각 폴리싱 조건을 저장하는 저장장치; 막 두께 측정장치에 의해 측정된 존 각각의 막 두께에 의거해서 기판의 존 각각에서의 폴리싱 비율을 연산하는 연산장치; 연산된 폴리싱 비율에 의거해 챔버의 압력을 포함하는 폴리싱 조건을 보정하는 보정장치를 더 포함한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 막 두께 측정장치는 기판이 폴리싱 된 이후에 기판 위 막의 두께를 측정한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 막 두께 측정장치는, 기판이 폴리싱되는 동안에 기판 위 막 두께를 측정한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 기판이 막 두께 측정장치의 검출 센서를 가로질러 통과하도록 이동되어, 시계열 데이터가 검출센서에 의해 얻어지고; 막 두께 측정장치는 존 각각의 막 두께를 얻기 위해 기판의 존에 시계열 데이터를 할당한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 막 두께 측정장치는 와전류 센서, 광학센서, 온도 센서, 토크전류센서, 또는 마이크로파 센서를 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 폴리싱테이블의 폴리싱면에 대해 기판을 프레스함으로써 기판을 폴리싱하는 방법에 있어서, 방법은: 복수의 압력 조절가능한 챔버를 갖는 기판 홀더에 의해 기판을 홀딩하는 단계; 막 두께 측정장치에 의해 챔버 각각에 상응하는 기판의 복수의 존의 막 두께를 측정하는 단계; 및 각각의 존의 측정된 막 두께에 의거해 각 챔버의 압력을 조절하는 단계를 포함하는 기판폴리싱방법이 제공된다.
본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 막 두께 측정장치는 와전류 센서, 광학센서, 온도센서, 토크전류센서, 및 마이크로파 센서 중 적어도 하나를 포함하고; 기판 위 막의 종류에 적합한 센서 중 적어도 하나로부터의 신호 또는 신호들의 조합에 의해 존 각각의 막 두께가 얻어진다.
본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 막 두께 측정장치에 의해 측정된 막 두께에 의거해 기판을 폴리싱하는 동작 모드가 다른 것으로 바뀐다.
본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 막 두께 측정장치에 의해 측정된 막 두께에 의거해 상기 막 두께 측정장치의 동작 모드가 다른 것으로 바뀐다.
본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 막 두께 측정장치에 의해 측정된 막 두께에 의거해 기판의 폴리싱을 중단하는 타이밍이 검출된다.
본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 와전류 센서가, 기판의 각각의 존의 막 두께를 측정하는 상기 막 두께 측정장치로서 이용되고; 기판이 막 두께 측정장치의 검출 센서를 가로질러 통과하도록 이동되어, 시계열 데이터가 검출 센서에 의해 얻어지고; 및 시계열 데이터가 존 각각의 막 두께를 얻기 위해 기판의 존에 할당된다.
본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 기판의 존 각각의 막 두께가 반복적으로 측정되고, 상기 챔버의 압력이 반복적으로 조절되어, 존 각각의 막 두께가 소정의 범위 내로 수렴한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 기판 위 막의 두께를 측정하는 방법에 있어서, 방법은: 기판과 마주하는 센서 회로를 제공하는 단계; 기판과 센서 회로를 서로 전자 상호 결합하는 단계; 센서 회로의 임피던스 변화를 센서 회로의 공진 주파수로 변환하는 단계; 공진 주파수의 변화를 측정하는 단계; 공진 주파수의 변화에 의거해 막 두께의 변화를 연산하는 단계를 포함하는 막 두께 측정 방법이 제공된다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 기판폴리싱장치에 있어서: 기판의 표면을 폴리싱하는 폴리싱면; 기판의 표면이 폴리싱면과 접촉하게 되도록 기판을 홀딩하는 기판홀더; 폴리싱면에 근접하게 배치되는 센서 회로; 센서 회로의 임피던스 변화를 센서 회로와 기판의 공진 주파수로 변환하는 임피던스-주파수 변환회로; 및 공진 주파수의 변화를 기판 표면 위 막의 두께로 변환하는 주파수-두께 변환회로를 포함하는 기판폴리싱장치가 제공된다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 기판 위 막의 두께를 측정하는 방법에 있어서, 방법이: 기판과 마주하는 센서 회로를 제공하는 단계; 기판과 센서 회로가 서로 전자 상호 결합하는 단계; 센서 회로의 임피던스 변화를 측정하는 단계; 및 임피던스의 변화에 의거해 막 두께 변화를 검출하는 단계를 포함하는 막 두께 측정방법이 제공된다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 기판폴리싱장치에 있어서: 기판의 표면을 폴리싱하는 폴리싱면; 기판의 표면이 폴리싱면과 접촉하게 되도록 기판을 홀딩하는 기판홀더; 폴리싱면에 근접해서 배치되는 센서 회로; 및 센서 회로의 임피던스 변화를 기판 표면 위 막 두께로 변환하는 임피던스-두께 변환회로를 포함하는 기판폴리싱장치가 제공된다.
본 발명에 의하면, 폴리싱테이블의 폴리싱면과 슬라이딩 접촉한 상태로 유지될 때 가지는 기판의 존 각각의 가압력이, 기판의 존 각각의 막 두께에 의거해 조절된다. 따라서, 기판은 각각의 존에 대해 바람직한 폴리싱 비율에서 폴리싱 되므로, 기판 위 막 두께가 높은 정밀도로 제어될 수 있다. 폴리싱면에 개구를 형성할 필요가 없기 때문에, 기판이 폴리싱 되는 도중에 막 두께를 측정하는데 와전류 센서를 이용하는 것이 바람직하다. 한편, 기판 위 막 두께를 나타내는 신호를 출력하는 센서가 이용될 수 있다. 예를 들면, 광학센서, 온도센서, 토크전류 센서, 또는 마이크로파 데이터 센서가 이용되거나, 와전류 센서에 결합될 수 있다.
본 발명에 의한 기판폴리싱장치는 기판의 방사상 방향을 따라 분포되는 가압력을 조절할 수 있는 기판홀더와, 방사상 방향을 따라 분포하는 막 두께를 측정할 수 있는 막 두께 측정장치를 갖는다. 따라서, 기판홀더의 동작 데이터(레시피)가 자동으로 조절되므로, 균일하고 안정적인 폴리싱 결과가 얻어질 수 있다. 또한, Cu 막과 Ta 등의 배리어 막을 포함하는 이중 층(double-layer)을 폴리싱 하는 경우에, 예를 들면, 이 두 막들 사이 인터페이스가 막 두께 측정장치에 의해 검출될 수 있고, 이로 인해 가압력 등의 폴리싱 조건이 Cu 막을 위한 것에서부터 배리어 막을 위한 것으로 바뀔 수 있다. 막 두께 측정 장치 자체를 배리어 막을 검출하는데 적합한 조건 하에 위치하도록, 막 두께 측정장치, 예를 들면, 와전류 센서의 발진기의 발진 주파수가 변경될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 기판폴리싱방법을 수행하는 기판폴리싱장치를 나타내는 평면도, 도 1은 기판폴리싱장치의 구성요소들의 배열을 나타냄;
도 2는 기판폴리싱장치의 폴리싱테이블과 관련 구성요소들을 나타내는 개략도(부분적으로는 단면도);
도 3은 기판폴리싱장치의 기판홀더를 나타내는 수직 단면도;
도 4는 기판폴리싱장치의 기판홀더를 나타내는 저면도;
도 5는 기판폴리싱장치의 막 두께 측정장치와 컨트롤러의 블록 다이어그램;
도 6은 기판폴리싱장치에 의해 수행되는 폴리싱 공정을 나타내는 플로우차트;
도 7은 기판폴리싱장치에 의해 수행되는 다른 폴리싱 공정들을 나타내는 플로우차트;
도 8은 기판폴리싱장치에 의해 수행되는 폴리싱 레시피 수정 프로세스를 나타내는 플로우차트;
도 9는 기판폴리싱장치의 막 두께 측정장치의 종점 검출패턴을 나타내는 테이블;
도 10a 및 도 10b는 기판폴리싱장치의 막 두께 측정장치를 나타내는 블록 다이어그램;
도 11은 기판폴리싱장치의 막 두께 측정장치의 센서코일을 나타내는 배경도;
도 12a 내지 도 12c는 기판폴리싱장치의 막 두께 측정장치의 센서 코일의 연결 구성을 나타내는 다이어그램들;
도 13은 기판폴리싱장치의 막 두께 측정장치의 동기검출회로를 나타내는 블록 다이어그램;
도 14는 기판폴리싱장치의 막 두께 측정장치를 이용해 막 두께 측정에 있어 저항 성분(R)과 리액턴스 성분(X)의 변환 자취를 나타내는 그래프;
도 15a 내지 도 15c는 기판폴리싱장치의 막 두께 측정장치를 이용해 막 두께 측정에 있어 저항 성분(R)과 리액턴스 성분(X)의 변화 방식을 나타내는 그래프들;
도 16a 및 도 16b는 기판폴리싱장치의 필수부를 나타내는 수직 단면도들;
도 17은 기판폴리싱장치가 동작하는 방식을 설명하는 평면도;
도 18은 기판폴리싱장치의 막 두께 측정장치의 센서신호들을 나타내는 그래프;
도 19a 및 도 19b는 기판폴리싱장치로 기판을 폴리싱하는 개념을 설명하는 개략도들;
도 20은 기판폴리싱장치의 막 두께 측정장치의 센서신호들을 나타내는 그래프;
도 21은 기판폴리싱장치가 동작하는 방식을 설명하는 평면도;
도 22a 및 도 22b는 기판폴리싱장치의 막 두께 측정장치의 센서신호들을 나타내는 그래프들;
도 23은 기판폴리싱장치의 막 두께 측정장치의 출력신호를 나타내는 그래프;
도 24a 내지 도 24c는 기판폴리싱장치의 막 두께 측정장치의 센서신호들을 나타내는 그래프들.
이하 본 발명의 일 실시예에 의한 기판폴리싱장치 및 기판폴리싱방법이 첨부하는 도면을 참조해 설명된다. 도 1 내지 24c는 본 발명의 일 실시예에 의한 기판폴리싱방법을 수행하는 기판폴리싱장치를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 기판폴리싱장치의 구성을 나타내는 평면도이다. 기판폴리싱장치는 각 폴리싱면을 갖는 폴리싱테이블들(100), 각각 폴리싱될 기판을 홀딩하고 폴리싱면에 대해 기판을 프레스하는 톱링들(기판홀더)(1), 기판 위 형성된 막 두께를 측정하는 막 두께 측정장치(200')를 포함한다.
기판폴리싱장치는 반도체 웨이퍼 등의 기판을, 기판들이 수용되는 카세트들(1001)에 전달하거나 카세트들(1001)로부터 전달받기 위해, 레일들(1003) 위를 움직이는 전달로봇(1004)을 포함한다. 재치테이블(placing table)(1050)과 전달로봇들(1020)을 거쳐 폴리싱 될 또는 폴리싱 된 기판들이 전달로봇(1004)과 로터리 트랜스포터(rotary transporter)(1027) 사이에 전달된다. 로터리 트랜스포터(1027) 위 기판들은 톱링(1)에 의해 하나씩 유지되고, 이후 폴리싱테이블(10) 위에 위치되어, 복수의 기판들이 성공적으로 폴리싱된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 기판폴리싱장치는 폴리싱 된 기판들을 세척하고 건조하는 세척유닛들(1005, 1022)을 포함한다. 또한 기판폴리싱장치는, 2-단계 폴리싱을 가능하게 하는 폴리싱테이블(1036), 폴리싱테이블(100, 1036)을 드레스하는 드레서(1038 및 3000), 드레서(1038)를 세척하는 물탱크(1043)를 포함한다.
기판폴리싱장치는 폴리싱, 세척, 건조된 기판(반도체 웨이퍼) 위 막 두께를 측정하는 인-라인(in-line) 타입 막 두께 측정장치(200')를 포함한다. 막 두께 측정장치(200')는 폴리싱 된 기판이 전달로봇(1004)에 의해 카세트들(1001) 중 하나에 저장되기 전이나, 폴리싱 될 기판이 전달로봇(1004)에 의해 카세트들(1001) 중 하나로부터 이동된 이후, 막 두께를 측정한다(이를 "인-라인 방식"이라고 부름). 막 두께 측정장치(200')는 센서코일, 광학장치로부터 기판의 표면으로 방사된 입사광과 표면으로부터 반사된 반사광의 광신호, 기판의 표면 온도를 나타내는 신호, 기판 표면으로부터 반사된 마이크로파 신호, 또는 이러한 신호들의 조합에 의거해 막 두께를 측정한다. 막 두께 측정장치(200')에 의해 측정된 대상물들은 반도체 웨이퍼 등의 기판 위, Cu 막 등의 도전성 막이나 배리어 막이나 산화 막 등의 절연막을 포함한다. 기판이 폴리싱 되는 동안이나 기판이 폴리싱 된 이후, 막 두께 측정장치(200')는, 센서신호들과 측정값을 모니터함으로써, 배선 등 필요한 영역 이외에서 기판으로부터 도전성 막이 제거되거나 절연막이 제거되는 것을 검출해, CMP 공정의 종점을 판정하고, 적절한 CMP 공정을 반복한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 각 폴리싱테이블(100)은 폴리싱 중에 기판 위 막 두께를 측정하는 in-situ 타입 막 두께 측정장치(100)를 갖는다. 막 두께 측정장치(200)에 의해 측정된 막 두께가 컨트롤러(400)에 보내지고, 기판폴리싱장치의 작업 데이터(레시피)를 보정하는 데 사용된다. 하나의 센서 출력 또는 센서 조합의 출력은 폴리싱 공정 조건(예를 들면, 폴리싱테이블(100)과 톱링(10)의 회전속도, 톱링(10)의 가압력)과 함께 이용되어, 이로써 각 폴리싱 단계 동안에 금속막과 산화막 등의 비금속막의 두께나, 두께의 상대적인 변화량을 측정한다. 막 두께 측정장치는 얇은 막이나 두꺼운 막의 두께 또는 두께 변화량을 측정하도록 설계된다. 막 두께 측정장치의 측정값은 폴리싱 공정의 다양한 조건들을 설정하기 위해, 특히 폴리싱 고정의 종점을 검출하는데 사용된다. 막 두께 측정장치는 기판의 방사 방향으로 분할된 존(zone)의 막 두께를 측정할 수 있다. 기판의 방사상으로 나눠진 존에 톱링(1)에 의해 가해지는 가압력은, 막 두께 측정장치에 의해 각각의 존에서 측정된 각각의 막 두께를 나타내는 정보에 의거해서 조절된다.
기판폴리싱장치의 톱링(1)(기판홀더)은 폴리싱 될 반도체 웨이퍼 등의 기판을 유지하고, 폴리싱테이블(100)의 폴리싱면에 대해 기판을 프레스하는 역할을 한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 그 위 표면에 장착되는 폴리싱패드(폴리싱직물)(101)와 폴리싱테이블(100)은 기판홀더 역할을 하는 톱링(1) 아래에 배치된다. 폴리싱액 공급노즐(102)은 폴리싱액 Q를 폴리싱테이블(100) 위 폴리싱패드(101) 위에 공급하도록 폴리싱테이블(100) 위에 배치된다.
다양한 종류의 폴리싱 패드들이 시장에서 입수가능하다. 예를 들면, 로델 사(Rodel, Inc.)에 의해 제조되는 SUBA800, IC-1000, IC-1000/SUBA400(2층 직물), 푸지미 사(Fujimi Incorporated)에 의해 제조되는 Surfin xxx-5, Surfin 000 등이 있다. SUBA800, Surfin xxx-5, Surfin 000은 우레탄 수지에 의해 결합된 부직포이고, IC-1000은 경질의 폴리우레탄폼(단일층)으로 만들어진다. 폴리우레탄폼은 다공성을 갖고, 그 표면에 형성되는 다수의 미세한 홈 또는 홀들을 갖는다.
톱링(1)은 유니버설 조인트(10)에 의해 톱링 구동축(11)에 연결되고, 톱링 구동축(11)은 톱링헤드(110)에 고정된 톱링 에어실린더(11)에 연결된다. 톱링 에어실린더(111)는 톱링 구동축(11)을 수직으로 이동시키고, 이로써 톱링(1) 그 전체를 상승 및 하강시켜, 톱링바디(2)의 하부 끝에 고정된 리테이너링(3)을 폴리싱테이블(100)에 대해 가압한다. 톱링 에어실린더(111)는 레귤레이터 RE1을 거쳐 압력조절유닛(120)에 연결된다. 압력조절유닛(120)은 가압 공기 등의 가압 유체를 공급하거나 진공을 생성함으로써 압력을 조절한다. 따라서, 압력조절유닛(120)은 톱링 에어실린더(111)에 공급될 가압 유체의 유체압력을 레귤레이터 RE1으로 조절할 수 있다. 따라서, 폴리싱패드(101)를 프레스하는 리테이너링(3)의 가압력을 조절하는 것이 가능하다.
톱링 구동축(11)이 키(미도시)에 의해 로터리 슬리브(112)에 연결된다. 로터리 슬리브(112)는 그것의 주변부에 고정적으로 배치되는 타이밍 풀리(113)를 갖는다. 톱링모터(114)가 톱링헤드(110)에 고정되고, 타이밍 풀리(113)는 타이밍 벨트(115)에 의해 톱링모터(114) 위 장착되는 타이밍풀리(116)에 연결된다. 따라서, 톱링모터(114)가 회전을 위해 통전될 때, 로터리 슬리브(112)와 톱링 구동축(11)은 타이밍 풀리(116), 타이밍 벨트(115), 타이밍 풀리(113)에 의해 서로 함께 회전하고, 이로써 톱링(1)을 회전시킨다. 톱링헤드(110)는 프레임(미도시)에 의해 회전가능하게 지지되는 톱링 헤드축(117)에 의해 지지된다.
이하, 기판홀더로서 역할하는 톱링(1)이, 도 3 및 4를 참조하여 상세하게 설 명된다. 도 3은 기판폴리싱장치의 기판홀더를 나타내는 수직 단면도이고, 도 4는 기판폴리싱장치의 기판홀더를 나타내는 저면도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 기판홀더로서 역할하는 톱링(1)은, 내부에 하우징 공간을 갖는 원통용기 형상의 톱링바디(2)와, 톱링바디(2)의 하부 끝에 고정되는 환상의 리테이너링(3)을 갖는다. 톱링바디(2)는 금속 또는 세라믹과 같이 강도 및 강성이 높은 재료로 만들어진다. 리테이너링(3)은 높은 강성의 수지, 세라믹 등으로 만들어진다.
톱링바디(2)는 원통용기 형상의 하우징(2a), 하우징(2a)의 내부 원통부 내측에 끼워지는 환상의 가압시트받침(2b), 하우징(2a)의 상부 표면의 주변 가장자리에 형성되는 그루브 안으로 끼워지는 환상의 시일(2c)을 포함한다. 리테이너링(3)은 톱링바디(2)의 하우징(2a)의 하부 끝에 고정된다. 리테이너링(3)은 방사상 안쪽으로 돌출하는 하부를 갖는다. 리테이너링(3)은 톱링바디(2)와 일체로 형성될 수 있다.
톱링 구동축(11)은 톱링바디(2)의 하우징(2a)의 중심부 위에 배치되고, 톱링바디(2)는 유니버설 조인트(10)에 의해 톱링 구동축(11)에 연결된다. 유니버설 조인트(10)는 이것에 의해 톱링바디(2)와 톱링 구동축(11)이 서로에 대해 경동(tiltable)하는 구형 베어링 기구와, 톱링바디(2)로 톱링 구동축(11)의 회전을 전달하는 회전전달기구를 갖는다. 구형 베어링 기구와 회전전달기구는 가압력과 회전력을 톱링 구동축(11)으로부터 톱링바디(2)에 전달하며, 톱링바디(2)와 톱링구동축이 서로에 대해 경동하도록 한다.
구형 베어링 기구는 톱링 구동축(11)의 하부표면에 중심으로 형성되는 반구형 오목홈(11a), 하우징(2a)의 상부 표면에 중심으로 형성된 반구형 오목홈(2d), 세라믹 등의 높은 경도를 갖는 물질로 만들어지고 오목홈(11a, 2d) 사이에 삽입되는 베어링볼(12)을 포함한다. 회전전달기구는 톱링 구동축(11)에 고정되는 구동핀(미도시)과, 하우징(2a)에 고정되는 피구동핀(미도시)을 포함한다. 톱링바디(2)가 톱링 구동축(11)에 대해 기울어지는 경우라도, 구동핀과 피구동핀은 서로에 대해 수직으로 상대운동이 가능하기 때문에 접촉점들이 바뀌면서, 서로 결합 상태를 유지한다. 따라서, 회전전달기구는 톱링 구동축(11)의 회전 토크를 톱링바디(2)에 확실하게 전달한다.
톱링바디(2)와, 톱링바디(2)에 일체로 고정된 리테이너링(3)은 내부에 하우징 공간을 형성한다. 반도체 웨이퍼 W와 밀접하게 접촉하게 되는 탄성패드(4), 환상의 홀더링(5), 및 탄성패드(4)를 지지하는 디스크 형상의 처킹 플레이트(6)가 하우징 공간 내에 제공된다. 탄성패드(4)의 주변부는 홀더링(5)과 홀더링(5)의 하부 끝에 고정된 처킹 플레이트(6) 사이에 삽입된다. 처킹 플레이트(6)의 하부 표면은 탄성패드(4)로 덮인다. 따라서, 탄성패드(4)와 처킹 플레이트(6) 사이에 공간이 형성된다.
처킹 플레이트(6)는 금속으로 만들어질 수 있다. 그러나, 반도체 웨이퍼의 표면에 형성된 박막의 두께가, 폴리싱 될 반도체 웨이퍼가 톱링(1)에 의해 유지된 상태에서 맴돌이 전류를 이용하는 방법에 의해 측정되는 경우, 처킹 플레이트(6)는 절연막 등의 비금속 물질로 만들어지는 것이 바람직하다. 예를 들면, 테트라플루오 로에틸렌 등의 플루오르화 수지, 또는 Al2O3 등의 세라믹들이 처킹 플레이트(6)의 물질로 이용될 수 있다.
가압시트(7)는 홀더링(5)과 톱링바디(2) 사이에 배치되는 탄성막을 포함한다. 가압시트(7)의 외주 가장자리는 톱링바디(2)의 하우징(2a)과 가압시트받침(2b) 사이에 끼워지고, 가압시트(7)의 내주 가장자리는 홀더링(5)의 상부 끝부(5a)와 스토퍼(5b) 사이에 끼워진다. 톱링바디(2), 처킹 플레이트(6), 홀더링(5), 가압시트(7)는 톱링(2) 내에서 공동으로 압력챔버(21)를 형성한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 압력챔버(21)는 튜브, 커넥터 등을 포함하는 유체통로(31)와 연통한다. 압력챔버(21)는 유체통로(31)에 제공되는 레귤레이터 RE2를 거쳐 압력조절유닛(120)에 연결된다. 가압시트(7)는 에틸렌프로필렌 고무(EPDM), 폴리우레탄 고무, 또는 실리콘 고무 등의 강도 및 내구성이 우수한 고무재로 만들어진다.
가압시트(7)가 고무 등의 탄성 물질로 만들어지는 경우에서, 가압시트(7)가 리테이너링(3)과 톱링바디(2) 사이에 고정적으로 끼워진다면, 탄성 물질인 가압시트(7)의 탄성 변형 때문에, 이때 바람직한 수평면이 리테이너링(3)의 하부표면에 유지될 수 없다. 본 실시예에서는, 이러한 문제점을 방지하기 위해, 가압시트(7)가 톱링바디(2)의 하우징(2a)과 별도의 부재로 제공되는 가압시트받침(2b) 사이에 끼워진다. 리테이너링(3)은 톱링바디(2)에 대해 수직으로 이동가능하거나, 리테이너링(3)은 톱링바디(2)와 독립적으로 폴리싱면을 프레스 할 수 있는 구조를 갖는다.
톱링바디(2)의 시일(2c)이 하우징(2a)에 끼워지는 위치에, 환상의 그루브 형 태로 세척액 통로(51)가 하우징(2a)의 상부 표면에 형성된다. 세척액 통로(51)는 시일(2c)에 형성된 스루홀(52)을 통해 유체통로(32)와 연통하여, 순수 등의 세척액이 유체통로(32)를 거쳐 세척액 통로(51)에 공급된다. 복수의 연통홀들(53)이 세척액 통로(51)로부터 아래쪽으로 연장되고, 하우징(2a)과 가압시트받침(2b)을 지나 통과한다. 연통홀들(53)은 탄성패드(4)의 외주면과 리테이너링(3)의 내주면 사이에 작은 갭 G을 가지고 연통한다.
탄성패드(4)와 접촉하게 되는 센터백(중심접촉부재)(8)과 링튜브(9)(외측접촉부재)가 탄성패드(4)와 처킹 플레이트(6) 사이에 형성된 공간에 배치된다. 본 실시예에서는, 도 3 및 4에 도시된 바와 같이, 센터백(8)이 처킹 플레이트(6)의 하부표면에 중심으로 배치되고, 링튜브(9)는 센터백(7)을 둘러싸기 위해 센터백(8)의 방사상 외측에 배치된다. 탄성패드(4), 센터백(8), 링튜브(9)는 가압시트(7)와 마찬가지로, 에틸렌 프로필렌 디엔 단량체(EPDM), 폴리우레탄 고무, 또는 실리콘 고무 등의 강도 및 내구성이 우수한 고무재로 만들어진다.
처킹 플레이트(6)와 탄성패드(4) 사이에 형성된 공간은 센터백(8)과 링튜브(9)에 의해 복수의 공간으로 분할된다. 구체적으로, 압력챔버(22)는 센터백(8)과 링튜브(9) 사이에 형성되고, 압력챔버(23)는 링튜브(9)의 방사상 바깥쪽으로 형성된다.
센터백(8)은 탄성패드(4)의 하부 표면과 접촉하게 되는 탄성막(81), 탄성막(81)을 분리가능하게 홀딩하는 센터백홀더(82)를 포함한다. 센터백홀더(82)는 그 안에 형성되는 스크루홀(82a)을 가지고, 센터백(8)은 스크루홀(82a) 내 쓰레드된(threaded) 스크루(55)에 의해 처킹 플레이트(6)의 하부표면의 중심부에 분리가능하게 고정된다. 센터백(8)은 탄성막(81)과 센터백홀더(82)에 의해 형성되는 중심 압력챔버(24)를 갖는다.
유사하게, 링튜브(9)는 탄성패드(4)의 상부표면에 접촉하게 되는 탄성막(91)과, 탄성막(91)을 분리가능하게 홀딩하는 링튜브홀더(92)를 포함한다. 링튜브홀더(92)는 그 안에 형성되는 스크루홀(92a)을 가지고, 링튜브(9)는 스크루홀들(92a) 내 쓰레드된 스크루(56)에 의해 처킹 플레이트의 하부표면에 분리가능하게 고정된다. 링튜브(9)는 탄성막(91)과 링튜브홀더(92)에 의해 형성되는 중간압력챔버(25)를 갖는다.
압력챔버들(22, 23), 중심압력챔버(24), 중간압력챔버(25)는 각각 튜브, 커넥터 등을 포함하는 유체통로(33, 34, 35, 36)와 각각 연통한다. 압력챔버들(22 내지 25)은 각각 유체통로들(33 내지 36)에 제공되는 레귤레이터 RE3, RE4, RE5, RE6 각각과 연결된다. 유체통로들(31 내지 36)은 순수공급원(미도시)에 각각 연결되고, 또한 톱링축(11)의 상부 끝에 장착되는 로터리조인트(미도시)를 통해 레귤레이터(RE2 내지 RE6) 각각에 연결된다.
처킹 플레이트(6)의 위쪽에 형성되는 압력챔버(21)와 압력챔버들(22 내지 25)에는 이러한 압력챔버들과 연통하는 유체통로들(31, 33, 34, 35, 36)을 통해 가압공기 등의 가압 유체나, 대기나, 진공이 공급된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 유체통로(31, 33, 34, 35, 36)에 제공된 레귤레이터들 RE2 내지 RE6는 각각의 압력챔버들(21 내지 25)에 공급되는 가압 유체의 압력을 조절할 수 있다. 압력챔버들(21 내지 25) 내 압력은 이로써 서로에 대해 독립적으로 제어되거나, 압력챔버들(21 내지 25) 내 대기 및 진공이 생성될 수 있다. 이와 같은 방법으로, 압력챔버들(21 내지 25) 내 압력들이 레귤레이터 RE1 내지 RE6에 의해 서로 독립적으로 변할 수 있기 때문에, 반도체 웨이퍼 W가 탄성패드(4)에 의해 폴리싱패드(101)에 대해 프레스되는 가압력이, 반도체 웨이퍼 W의 각 부(분할된 존들)에서 조절될 수 있다.
압력챔버들(22 내지 25)에 공급되는 가압 유체 또는 대기의 온도가 제어될 수 있고, 이로써 반도체 웨이퍼 등의 작업물의 온도를, 폴리싱되는 그 표면의 이면으로부터 직접 제어할 수 있다. 특히, 압력챔버들의 온도가 독립적으로 제어되는 때, CMP 화학적 폴리싱 공정에 있어서 화학 반응의 비율이 제어될 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 탄성패드(4)는 복수의 개구(41)를 갖는다. 센터백(8)과 링튜브(9) 사이에 위치하는 각각의 개구(41)를 통해 노출되도록, 내측 흡착부(61)는 처킹 플레이트(6)로부터 아래쪽으로 돌출한다. 링튜브(9)의 방사상 바깥쪽에 위치하는 각각의 개구(41)를 통해 노출되도록, 외측 흡착부(62)는 처킹 플레이트(6)의 아래쪽으로 돌출한다. 본 실시예에서, 탄성패드(4)는 8개의 개구(41)를 갖고, 흡착부(61, 62)는 이 개구들(41)을 통해 노출된다.
각각의 내측 흡착부(61)는 유체통로(37)와 연통하는 연통홀(61a)을 갖고, 각각의 외측 흡착부(62)는 유체통로(38)와 연통하는 연통홀(62a)을 갖는다. 내측 흡착부(61)와 외측 흡착부(62)는 유체통로들(37, 38)과 밸브(v1, v2)를 거쳐 각각 진공펌프 등의 진공 소스(121)에 연결된다. 내측 흡착부(61)와 외측 흡착부(62)의 연통홀(61a, 62a)이 진공 스시(121)에 연결된 때, 부압이 연통홀(61a, 62a)의 개방 끝에 생성되고, 이로써 반도체 웨이퍼 W가 내측 흡착부(61)와 외측 흡착부(62)에 흡착된다. 얇은 고무 시트 등의 탄성시트(61b, 62b)가 내측 흡착부(61)와 외측 흡착부(62)의 하부 끝 표면에 각각 부착되어, 내측 흡착부(61)와 외측 흡착부(62)가 반도체 웨이퍼 W를 유연하게 흡착 유지한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 반도체 웨이퍼 W가 폴리싱 되는 동안, 내측 흡착부(61)와 외측 흡착부(62)는 탄성패드(4)의 하부 끝 위쪽에 위치되고, 이로써 탄성패드(4)의 하부 표면으로부터 돌출되지 않는다. 반도체 웨이퍼 W를 흡착할 때, 내측 흡착부(61)와 외측 흡착부(62)의 하부 끝 표면들은 탄성패드(4)의 하부 표면과 거의 동일한 평면에 위치한다.
탄성패드(4)의 외주면과 리테이너링(3)의 내주면 사이에 작은 갭 G가 형성되기 때문에, 홀더링(5), 처킹 플레이트(6), 처킹 플레이트(6) 위에 장착되는 탄성패드(4) 등의 구성요소들이 톱링바디(2)와 리테이너링(3)에 대하여 플로팅 구조로 수직으로 이동가능하다. 홀더링(5)의 스토퍼(5b)는 스토퍼(5b)의 외주 가장자리로부터 방사상 바깥쪽으로 돌출하는 복수의 돌출부들(5c)을 갖는다. 돌출부(5c)가 리테이너링(3)의 안쪽으로 돌출하는 부분의 상부표면에 결합(engage)할 때, 상술한 홀더링(5)을 포함하는 구성요소들의 하방 이동이 소정 위치로 제한된다.
이하, 이처럼 구성되는 톱링(1)의 동작이 설명된다.
기판폴리싱장치에 있어서, 먼저, 톱링(1)이 전체로서 반도체 웨이퍼의 전달 위치로 이동되고, 그리고나서 내측 흡착부(61)와 외측 흡착부(62)의 연통홀(61a, 62a)이 유체통로들(37, 38)을 거쳐 진공소스(121)에 연결된다. 연통홀(61a, 62a)은 반도체 웨이퍼 W를 진공 하에서 내측 흡착부(61)와 외측 흡착부(62)의 하부 끝으로 흡착시키기 위해 이배큐에이트된다. 톱링(1)에 흡착되는 반도체 웨이퍼 W에 의해, 톱링(1)은 전체로서 폴리싱면(폴리싱패드(101))을 갖는 폴리싱테이블(101) 위쪽 위치로 이동된다. 반도체 웨이퍼 W의 주변 가장자리는 리테이너링(3)에 의해 유지되고, 이로써 반도체 웨이퍼 W가 톱링(1)으로부터 해방(disengage)되는 것이 방지된다.
반도체 웨이퍼 W가 폴리싱될 때, 반도체 웨이퍼 W는 흡착부(61, 62)로부터 해제되고, 톱링(1)의 하부표면에 유지된다. 톱링 구동축(11)에 연결된 톱링 에어실린더(11)는 톱링(1)의 하부 끝에 고정된 리테이너링(3)을 폴리싱테이블(100)의 폴리싱면에 대해 소정의 가압력 하에서 프레스 하기 위해 작동된다. 이 상태에서, 각각의 압력들을 갖는 가압 유체들이 압력챔버들(22, 23), 중심압력챔버(24), 중간압력챔버(25)에 공급되고, 이로써 반도체 웨이퍼 W를 폴리싱테이블(100)의 폴리싱면에 대해 프레스한다. 폴리싱액 공급노즐(102)은 폴리싱액 Q를 폴리싱패드(101) 위로 공급하여, 폴리싱액 Q가 폴리싱패드(101)에 의해 유지된다. 이로써, 반도체 웨이퍼 W가, 반도체 웨이퍼 W의 폴리싱되는 면(하부표면)과 폴리싱패드(101) 사이에 존재하는 폴리싱액 Q가 존재하는 상태에서 폴리싱된다.
반도체 웨이퍼 W의 압력챔버들(22, 23) 아래 위치하는 부분 각각은 압력챔버들(22, 23)에 공급되는 가압 유체의 압력 하에서 폴리싱면에 대해 프레스된다. 반도체 웨이퍼 W의 중심압력챔버(24) 아래 위치하는 부분은 센터백(8)의 탄성막(81)과 탄성패드(4)를 통해 폴리싱면에 대해 중심압력챔버(24)에 공급되는 가압 유체의 압력 하에서 프레스된다. 반도체 웨이퍼 W의 중간압력챔버(25) 아래 위치하는 부분은, 링튜브(9)의 탄성막(91)과 탄성패드(4)를 통해 폴리싱면에 대해 중간압력챔버(25)에 공급되는 가압 유체의 압력 하에서 프레스된다.
따라서, 반도체 웨이퍼 W에 가해지는 폴리싱 압력이 반도체 웨이퍼 W의 방사상 방향에 배열되는 그것의 각 부에서, 압력챔버들(22 내지 25)에 공급되는 가압 유체들의 압력을 제어함으로써 조절될 수 있다. 구체적으로, 컨트롤러(제어 장치)(400)는 압력챔버들(22 내지 25)에 공급되는 가압 유체들의 압력을 독립적으로 제어하기 위해 레귤레이터들(조정기구 또는 조절기구) RE3 내지 RE6를 제어하여, 이로써 반도체 웨이퍼 W의 각 부 내 폴리싱테이블(100) 위 폴리싱패드(101)에 대해 반도체 웨이퍼 W를 프레스하기 위해 가해지는 가압력을 조절한다. 폴리싱 압력이 반도체 웨이퍼 W의 각 부에서 소정의 값으로 제어되고, 반도체 웨이퍼 W는 회전하는 폴리싱테이블(100) 위 폴리싱패드(101)에 대해 프레스된다. 유사하게, 레귤레이터 RE1은 톱링 에어실린더(111)에 공급되는 가압 유체의 압력을 조절하여 리테이너 링(3)에 의해 폴리싱패드(101)에 가해지는 가압력을 변경한다. 이와 같은 방법으로, 반도체 웨이퍼 W가 폴리싱 되는 동안, 리테이너링(3)에 의해 폴리싱패드(101)에 가해지는 가압력과 폴리싱패드(101)에 대해 반도체 웨이퍼 W를 프레스 하기 위해 가해지는 가압력은, 반도체 웨이퍼 W의 중심 존(도 4에서 C1), 중간 존(C2), 외측 존(C3), 주변 존(C4), 반도체 웨이퍼 W의 바깥쪽에 배치되는 리테이너링(3)의 하부표면에 각각 가해지는 소정 압력분포를 제공하도록 조절된다.
반도체 웨이퍼 W는 압력챔버들(22, 23) 아래 위치하는 부분을 갖는다. 이 부 분에서는, 두 개 영역이 존재한다. 하나는 탄성패드(4)를 통해 가압 유체에 의해 프레스되고, 다른 하나는 직접 가압 유체에 의해 프레스 된다. 후자는 그 위치가 개구(41)에 상응하는 영역이다. 이들 두 영역들은 동일한 가압력 하에서 프레스 되거나, 다른 가압력 하에서 프레스 될 수 있다. 탄성패드(4)가 반도체 웨이퍼 W의 이면(reverse side)에 밀접하게 접촉한 상태로 유지되기 때문에, 압력챔버들(22, 23)의 가압 유체들은 개구(41)를 통해 외부로 누출되는 것이 확실하게 방지된다.
이와 같은 방식으로, 반도체 웨이퍼 W는 동심으로 배치되는 원형 존과 3개의 환상의 존을 포함하는 네 개의 존(C1, C2, C3, C4)으로 분할되므로, 이 존들이 독립적인 가압력 하에서 프레스 될 수 있다. 폴리싱 비율은 반도체 웨이퍼 W의 표면에 가해지는 가압력에 따라 달라진다. 상술한 바와 같이, 이 존들에 가해지는 가압력들이 제어될 수 있기 때문에, 반도체 웨이퍼 W의 네 개의 존(C1 내지 C4)에서 폴리싱 비율이 독립적으로 제어될 수 있다. 따라서, 반도체 웨이퍼 W의 표면 위 폴리싱 되는 박막이 방사상 방향으로 막 두께를 갖는 경우라도, 반도체 웨이퍼 W의 전체표면이 불충분하거나 과도하게 폴리싱 되는 것이 방지된다. 구체적으로, 반도체 웨이퍼 W의 표면 위 폴리싱 되는 박막이 반도체 웨이퍼 W의 방사상 방향에서 다르게 분포되는 막 두께를 갖는 경우라도, 더 두꺼운 부분 위쪽에 위치되는 압력챔버 내 압력은 다른 압력챔버들의 압력보다 더 놓게 설정되거나, 더 얇은 부분 위쪽에 위치되는 압력챔버 내 압력은 다른 압력챔버들의 압력보다 더 낮게 설정된다. 결과적으로, 더 두꺼운 부분에 가해지는 가압력은 더 얇은 부분에 가해지는 가압력보다 높아져서, 더 두꺼운 부분에서 폴리싱 비율이 선택적으로 증가할 수 있다. 이 결 과, 반도체 웨이퍼 W가 막을 형성할 때 생기는 막 두께 분포에 영향받지 않고 그 전체표면에 걸쳐 균일하게 폴리싱될 수 있다.
반도체 웨이퍼 W의 둘레 가장자리는 리테이너링(3)에 가해지는 가압력을 제어함으로써 에지 라운딩이 방지된다. 박막의 두께가 폴리싱 동안에 반도체 웨이퍼 W의 둘레 가장자리에서 크게 변하는 경우, 이때 리테이너링(3)에 가해지는 가압력은 의도적으로 증가 또는 감소되어, 반도체 웨이퍼 W의 둘레 가장자리에서 폴리싱 비율이 제어된다. 가압 유체가 압력챔버들(22 내지 25)에 공급될 때, 상방 힘이 압력챔버들(22 내지 25)에 의해 처킹 플레이트(6)에 가해진다. 본 실시예에서, 압력챔버(21)에는 유체통로(31)를 거쳐 가압 유체가 공급되어, 압력챔버들(22 내지 25)에 의해 가해지는 힘들에 의해 처킹 플레이트(6)가 상승되는 것이 방지된다.
상술한 바와 같이, 폴리싱패드(101)에 대해 리테이너링(3)을 프레스하기 위해 톱링 에어실린더(111)에 의해 인가되는 가압력과, 폴리싱패드(101)에 대해 반도체 웨이퍼 W의 각 존들을 프레스하기 위해 압력챔버들(22 내지 25)에 공급되는 가압 유체에 의해 가해지는 가압력은, 반도체 웨이퍼 W를 폴리싱 하기 위해 적절하게 조절된다. 반도체 웨이퍼 W의 폴리싱이 마무리된 때, 반도체 웨이퍼 W는 내측 흡착부(61)와 외측 흡착부(62)의 하부 끝 표면으로 다시 진공흡착된다. 이때, 폴리싱면에 대해 반도체 웨이퍼 W를 프레스 하기 위한 압력챔버들(22 내지 25)로의 가압 유체의 공급은 중단되고, 가압챔버들(22 내지 25)이 대기에 개방(vent)되며, 이로써 내측 흡착부(61)와 외측 흡착부(62)의 하부 끝 표면이 반도체 웨이퍼 W와 접촉하게 된다. 압력챔버(21)는 대기에 개방되거나, 부압이 압력챔버(21)에 발생한다. 왜냐 하면, 높은 압력이 압력챔버(21)에 유지되기 때문에, 내측 흡착부(61) 및 외측 흡착부(62)와 접촉하여 유지되는 반도체 웨이퍼 W의 부분들이 폴리싱면에 대해 강하게 프레스 되기 때문이다. 따라서, 압력챔버(21) 내 압력을 신속히 하강시키는 것이 필요하다. 도 3에 도시된 바와 같이, 톱링바디(2)는 압력챔버(21) 내 압력을 신속히 하강시키기 위해, 압력챔버(21)와 대기 사이에서 연통하는 릴리프 포트(39)를 포함할 수 있다. 이 경우, 압력챔버(21)의 내부압력을 소정 정도로 유지하기 위해, 가압유체를 압력챔버(21)에 연속해서 공급할 필요가 있다. 릴리프 포트(39)는 압력챔버(21) 내 부압이 발생한 때, 대기가 압력챔버(21)에 들어가는 것을 방지하기 위한 체크밸브를 갖는다.
상술한 방법으로 반도체 웨이퍼 W를 흡착한 이후, 톱링(1) 전체는 전달위치로 이동되고, 그리고나서, 유체(예들 들면, 가압 유체 또는 질소와 순수의 혼합)가 반도체 웨이퍼 W를 해방하기 위해, 반도체 웨이퍼 W를 향해 내측 흡착부(61)와 외측 흡착부(62)의 연통홀(61a, 62a)로부터 배출된다.
반도체 웨이퍼 W를 폴리싱 하는데 사용되는 폴리싱액 Q는, 탄성패드의 외주면과 리테이너링(3) 사이의 작은 갭 G로 들어가는 경향이 있다. 폴리싱액 Q가 갭 G 사이에 고정적으로 침전되는 경우, 이때 홀더링(5), 처킹 플레이트(6), 탄성패드(4)는 톱링바디(2)와 리테이너링(3)에 대하여 원활하게 수직으로 이동하는 것이 방해된다. 이러한 문제점을 피하기 위해, 세척액(순수)이 유체통로(32)를 통해 세척액 통로(51)에 공급된다. 순수는 연통홀(53)을 통해 갭 G로 공급되어, 갭 G를 세척해서, 폴리싱액 Q가 갭 G에 고정적으로 침전되는 것을 방지한다. 순수는 폴리싱된 반도체 웨이퍼 W가 해방된 이후에 폴리싱될 다음 반도체 웨이퍼 W가 톱링(1)에 흡착될 때까지 공급되는 것이 바람직하다. 도 3에 도시된 바와 같이, 복수의 스루홀(3a)이 후속하는 폴리싱이 수행되기 이전에 공급된 순수 모두를 배출하도록, 리테이너링(3) 내에 형성되는 것이 바람직하다. 리테이너링(3), 홀더링(5), 가압시트(7)에 의해 형성되는 공간(26) 내 일정 압력이 발생하는 경우, 이때 처킹 플레이트(6)는 상승하는 것이 방지된다. 따라서, 처킹 플레이트(6)를 원활하게 상승시키도록, 공간(26) 내 압력을 대기압으로 하강시키기 위해, 상술한 스루홀(3a)이 제공되는 것이 바람직하다.
상술한 바와 같이, 반도체 웨이퍼 W에 가해지는 가압력은 압력챔버(22, 23) 내 압력, 센터백(8)의 압력챔버(24) 내 압력, 링튜브(9)의 압력챔버(25) 내 압력을 독립적으로 제어함으로써 제어될 수 있다. 또한, 톱링(기판홀딩장치)(1)에 있어서, 센터백(8)과 링튜브(9)의 위치 및 사이즈를 변경시킴으로써 가압력이 제어되는 영역을 용이하게 변경할 수 있다.
구체적으로, 반도체 웨이퍼의 표면에 형성된 박막의 두께 분포는 막을 형성하는데 사용되는 방법 및 장치의 종류에 따라 달라진다. 본 실시예에 의한 톱링(1)에 있어서, 반도체 웨이퍼로 가압력을 공급하기 위한 압력챔버들의 위치와 사이즈는 센터백(8)과 센터백홀더(82), 또는 링튜브(9)와 링튜브홀더(92)를 교체함으로써 간단히 변경될 수 있다. 따라서, 가압력이 제어되는 것이 요구되는 영역이, 폴리싱될 막의 두께 분포에 따라 톱링(1)의 일부만을 교체하는 것만으로, 간단하게 저비용으로 용이하게 변경될 수 있다. 즉, 폴리싱될 반도체 웨이퍼 표면에서 막 두께 분포의 변화를 저비용으로 용이하게 대응할 수 있다. 센터백(8)이나 링튜브(9)의 형상 및 위치가 변하는 때, 센터백(8)과 링튜브(9) 사이에 배치되는 압력챔버(22)의 사이즈와 링튜브(9)를 둘러싸는 압력챔버(23)의 사이즈 또한 따라 변경된다.
기판폴리싱장치에 의해 폴리싱되는 반도체 웨이퍼 W에는, 배선을 형성하기 위한 도금된 구리막과 구리막을 위한 베이스 층으로서 배리어 막이 형성되어왔다. 산화물 등의 절연막이 기판폴리싱장치에 의해 폴리싱 되는 반도체 웨이퍼 W의 최상층에 형성된 때, 광학센서나 마이크로파 센서가 절연막의 두께를 측정하기 위해 사용된다. 할로겐 램프, 크세논 플래시 램프, LED, 레이저빔 소스 등이 광학센서의 광원으로 사용된다. 기판폴리싱장치에서, 절연막이나 도전성 막을 반도체 웨이퍼 W 위 불필요한 영역(예를 들면, 배선 이외의 영역)으로부터 제거하기 위해, 폴리싱되는 막의 존재 유무를 측정하는 센서가 이용된다. 예를 들면, 도 2에 도시된 바와 같이, 와전류 센서(막두께측정장치)(200)가 폴리싱되는 막의 두께를 측정하기 위해 사용되고, 컨트롤러(400)가 측정된 막 두께에 의거해 반도체 웨이퍼 W의 폴리싱 공정을 제어한다.
이하, 도 5 내지 9를 참조하여 기판폴리싱장치의 컨트롤러(400)에 의해 수행되는 처리 제어를 설명한다.
도 5는 컨트롤러의 전체 구성을 나타내는 블록 다이어그램이다. 컨트롤러(400)는 조작 패널 등의 맨-머신 인터페이스로부터의 신호와, 다양한 데이터 처리 조작을 수행하는 호스트 컴퓨터(402)로부터의 신호에 의거해 폴리싱 공정을 제어해서, 반도체 웨이퍼 W가 목표 프로파일, 즉 원하는 형상을 달성하기 위해 목표 폴리 싱 비율로 폴리싱 된다. 컨트롤러(400)는 반도체 웨이퍼 W의 존(C1 내지 C4)에 대한 폴리싱 레시피(예를 들면, 폴리싱 조건)를, 하드 디스크 드라이브 등에 저장된 시뮬레이션 소프트웨어(405)를 이용해 자동으로 생성하는 폐루프 제어시스템(403)을 갖는다. 폴리싱 레시피는 연산회로(404)의 메모리(저장장치)(404a) 내 일시적으로 저장되고, 폐루프 제어시스템(403)은 폴리싱 레시피에 따른 폴리싱 제어를 수행한다. 폴리싱 제어에서 막 두께와 폴리싱 비율은, 막 두께 측정장치(200, 200')에 의해 얻어진 측정값에 의거해, 연산유닛(404)에 의해 연산된다. 이후, 막 두께와 폴리싱 비율이 목표 프로파일과 목표 폴리싱 비율과 비교되고, 그리고나서 피드백 프로세스가 비교 결과에 따라 폴리싱 레시피를 보정하기 위해 수행된다. 이와 같은 방법으로, 컨트롤러(400)가 반도체 웨이퍼 W의 폴리싱을 최적의 상태에서 반복하기 위해, 기판폴리싱장치를 제어한다.
작업자는 피드백 프로세스를 수행하는 타이밍을 선택할 수 있다. 구체적으로, 피드백 프로세스는 반도체 웨이퍼 W의 폴리싱 프로세스 이후 또는 도중에 선택적으로 수행될 수 있다. 선택에 따라, 컨트롤러(400)는 폴리싱 공정 이후 또는 도중에 폴리싱 레시피를 보정한다. 컨트롤러(400)는 폴리싱 공정 도중 및 이후 모두에 폴리싱 레시피를 수정할 수 있다.
구체적으로, 도 6에 도시된 바와 같이, 작업자는 호스트 컴퓨터(402)를 통해 건조 시스템 모드(막 두께가 폴리싱된 반도체 웨이퍼 W가 건조된 이후에 측정되는 경우)로 선택 입력하고, 또한 목표 프로파일, 목표 폴리싱 비율, 즉, 목표 제거 비율을 입력한다(단계 S1). 시뮬레이션 소프트웨어(405)는 자동으로 폴리싱 레시피를 작성한다(단계 S2). 폴리싱 레시피에 따른 폴리싱 조건들은 작업자가 폴리싱 레시피들을 보정할 것인지의 여부를 판정하도록 촉구하기 위해, 호스트 컴퓨터(402)의 모니터에 디스플레이된다(단계 S3). 폴리싱 레시피들이 보정되어야 하는 경우, 이때 폐루프 제어시스템(403)은 입력된 보정 신호에 의거해 폴리싱 레시피들을 보정한다(단계 S4). 그리고나서, 반도체 웨이퍼 W의 폴리싱이 개시된다(단계 S5).
반도체 웨이퍼 W는 폴리싱 레시피들에 따라 폴리싱 된다. 폴리싱 공정이 완료된 때, 컨트롤러(400)는 폴리싱 프로세스 카운트 N을 1씩 증가한다(단계 S11). 그리고나서, 폴리싱된 반도체 웨이퍼 W는 세척되고(단계 S12), 건조된다(S13).
이후, 드라이 시스템 모드에서, 막 두께 측정장치(200')는 반도체 웨이퍼 W 위 막의 두께를 측정한다(단계 S14). 폴리싱 결과와, 폴리싱 된 절연막 또는 폴리싱된 금속막을 갖는 반도체 웨이퍼 W를 특정하는 식별 데이터가 저장된다. 폴리싱된 반도체 웨이퍼 W는 카세트(1001)로 전달되고, 그 후 카세트(1001) 중 하나에 저장된다(단계 S15). 반도체 웨이퍼 W의 저장 프로세스와 동시에, 폴리싱 레시피는 폴리싱 시간과 반도체 웨이퍼 W의 존 C1 내지 C4 각각에 가해지는 가압력 등의 폴리싱 조건들을 보정하고, 반도체 웨이퍼 W 위 폴리싱된 막의 측정된 두께에 의거해 시뮬레이션 소프트웨어(405)에 의해 작성된다(단계 S16). 이후 처리 단계는 다음 반도체 웨이퍼 W를 폴리싱 하기 위해 단계 S11로 되돌아간다. 절연막이나 도전성 막 등의 폴리싱 된 막이 충분하게 제거되지 않고 반도체 웨이퍼 W 위 막의 일부가 남아있는 경우, 이때 남아있는 막을 폴리싱 하기 위해, 그 위치가 남아있는 막에 상응하는 압력챔버들만이 가압되도록 하는 재-폴리싱 조건들이 작성된다. 반도체 웨이퍼 W는 그리고나서 재-폴리싱 조건 하에서 다시 폴리싱된다.
건조 시스템 모드에서는, 폴리싱된 반도체 웨이퍼를 측정할 것이 주로 요구된다. 따라서, 건조 이후에 반도체 웨이퍼를 측정하는 것보다는, 폴리싱 이후에, 그러나 건조 이전에, 반도체 웨이퍼를 측정하기 위한 막 두께 측정장치가 채용되도 좋다.
한편, 작업자가 호스트 컴퓨터(402)를 통해 웨트 시스템(wet system)(반도체 웨이퍼가 젖은 상태에서 폴리싱 되는 중에 막 두께가 측정되는 경우)을 선택, 입력하는 경우, 처리 단계들은 다음과 같다: 도 7에 도시된 바와 같이, 먼저, 작업자는 목표 프로파일과 목표 폴리싱 비율을 입력한다(단계 S1). 시뮬레이션 소프트웨어(405)에 의해 자동으로 폴리싱 레시피들이 작성되고, 폴리싱 공정이 개시된다(단계 S2 내지 S5). 폴리싱 레시피에 따른 폴리싱 공정 중에 폴리싱 공정 카운트(레시피 작성 카운트) N이 1씩 증가되고(단계 S21), 반도체 웨이퍼 W 위 막 두께가 와전류 센서(막두께 측정장치)(200), 광학센서, 또는 마이크로파 센서에 의해 측정된다(단계 S22).
폴리싱된 막이 폴리싱된 막의 두께를 측정한 결과가 추가 폴리싱 공정이 필요한 것으로 나타난 정도로 반도체 웨이퍼 W에 남아있는 경우, 이때 폴리싱 조건을 보정하기 위한 새로운 폴리싱 레시피들이 폴리싱된 막의 측정된 두께에 의거해 시뮬레이션 소프트웨어(405)에 의해 자동으로 생성된다. 이후에 처리 단계는 동일한 반도체 웨이퍼 W를 다시 폴리싱 하기 위해 단계 S21로 되돌아간다. 한편, 폴리싱된 막의 두께를 측정한 결과가 추가 폴리싱 공정이 필요하지 않은 것인 경우, 이때 폴 리싱된 반도체 웨이퍼 W는 세척되고(단계 S24), 건조된다(S25). 폴리싱된 막의 폴리싱 결과는 저장되고, 반도체 웨이퍼 W는 카세트(1001)에 전달되어 카세트(1001) 중 하나에 저장된다(단계 S26). 그리고나서, 처리 단계는 다음 반도체 웨이퍼 W를 폴리싱 하기 위해 단계 S11로 되돌아간다.
시뮬레이션 소프트에 의한 폴리싱 레시피의 보정이 도면 8을 참조하여 설명된다. 목표 프로파일과 실제 프로파일이 서로 비교되고(단계 S31), 반도체 웨이퍼 W의 각각의 존(C1 내지 C4) 사이의 폴리싱 비율 차이가 그 존(C1 내지 C4)에 대한 가압력 차이로 변환된다(단계 S32). 목표 폴리싱 비율과 실제 폴리싱 비율이 서로 비교되고(단계 S33), 반도체 웨이퍼 W의 각각의 존(C1 내지 C4)을 폴리싱 하기 위해 요구되는 폴리싱 시간이 연산된다(단계 S34). 각각의 존(C1 내지 C4)에 대한 가압력과 폴리싱 시간을 조절하기 위한 폴리싱 레시피가 폴리싱 조건에 따라 자동으로 생성되고, 이러한 폴리싱 조건들을 반영하기 위해 자동으로 보정된다(단계 S35). 그리고나서, 다음 반도체 웨이퍼 W를 폴리싱 하기 위한 보정된 폴리싱 레시피가 자동으로 작성된다(단계 S36). 결과적으로, 반도체 웨이퍼 W가 방사상으로 균일한 표면으로 폴리싱될 수 있다.
in-situ 에서의 상술한 반도체 웨이퍼 W의 막두께 측정은 소정의 폴리싱 공정이 반도체 웨이퍼 W의 특정 존이나 모든 존(C1 내지 C4) 내에서 완료되었는 지의 여부를 판정하기 위해 수행된다. 따라서, 다양한 종류의 방법들이 소정의 폴리싱 공정이 완료되었는 지의 여부를 판정하는데 이용될 수 있다. 예를 들면, 막 제거 공정의 종점 또는 미리 정해진 막 두께가, 특정 존들에서의 측정 결과, 각각의 존 들에서의 측정 결과, 또는 이러한 측정 결과들의 평균값을 이용하여, 측정값의 시간-의존 변화 패턴에 의거해서 판정될 수 있다. 이 경우, 측정값의 시간-의존 변화는 상술한 판정을 용이하게 하기 위해 1차 미분 또는 n차 미분일 수 있다.
구체적으로, 폴리싱 공정의 종점이 측정값 또는 미분치가 크게 변하는 각종 타이밍에 의거해 판정될 수 있다. 이러한 타이밍은, 도 9에 도시된 바와 같이, 값이 미리 설정된 값 이상인 타이밍(검출패턴 No.0), 미리 설정된 값 이하인 타이밍(검출패턴 No.1), 값이 최대인 타이밍(검출패턴 No.2), 값이 최소인 타이밍(검출패턴 No.3), 값이 증가하기 시작하는 타이밍(검출패턴 No.4), 값이 증가를 중단하는 타이밍(검출패턴 No.5), 값이 감소하기 시작하는 타이밍(검출패턴 No.6), 값이 감소를 중단하는 타이밍(검출패턴 No.7)을 포함한다. 이 타이밍들은 폴리싱될 막의 종류에 따라 선택된다. 또한 폴리싱 공정의 종점이 미분치(기울기)가 미리 정해진 범위 내이거나, 최대, 또는 최소인 타이밍(검출패턴 No.8 내지 No.10)에 의거해 판정될 수 있다. 또한, 폴리싱 공정의 종점은 특정 측정값이 미리 정해진 범위 이내로 수렴하는 타이밍(검출패턴 No.11)에 의거해 판정될 수 있다. 높은 균일성을 얻기 위해서는, 폴리싱 공정의 종점이 모든 존들 C1 내지 C4의 모든 측정값이 미리 정해진 범위 이내로 수렴하는 타이밍(검출패턴 No.12)에 의거해 판정되는 것이 바람직하다.
다음은 판정의 다른 예이다. 본 예시에서는, 측정된 막 두께의 1차 미분값이 모니터되는 대상물로 이용된다. 반도체 웨이퍼의 복수의 미리 지정된 영역들 중에서 미리 정해진 영역과 다른 영역 사이의 1차 미분치 차이가 연산된다. 미리 정해 진 영역들은 미리 정해진 반경 범위 내, 또는 참조점에서 볼 때 미리 정해진 각도 범위 내에서 지정될 수 있다. 이때, 차이가 역치 범위에 들어가는 타이밍은 폴리싱 공정의 종점으로 판정될 수 있다. 선택적으로, 폴리싱 개시 시로부터 와전류 센서의 임피던스 적분값 Sz가 연산되고, 폴리싱된 상태를 모니터하고 폴리싱 프로세스의 종점을 검출하기 위한 참조점인 임피던스 적분값 S0와 비교된다. 이 경우, 저항값 Sx, 리액턴스 값 Sy, 또는 막 두께 적분값 St가 임피던스 적분값 Sz를 대신해 이용될 수 있다.
이와 같이 막 두께를 측정함으로써, Cu 층이나 배리어 층의 폴리싱 공정 종점이 폴리싱 공정 중에 신속히 검출될 수 있고, 이로써 폴리싱 공정을 즉시 중단하는 것이 가능하다. 1000
Figure 112005072054007-pct00001
의 두께를 갖는 텅스텐 층을 폴리싱 하는 경우, 낮은 폴리싱 비율을 달성하기 위해 저압력 폴리싱 공정으로 변경되는 폴리싱 공정에 대한 요구가 있을 수 있다. 이러한 경우라도, 와전류 센서(나중에 상세히 설명됨)는 텅스텐 층 등의 금속층의 절대 막 두께를 계속해서 측정할 수 있고, 폴리싱 공정은 막 두께를 모니터하는 것에 의해 저압력 폴리싱 공정으로 변경될 수 있으며, 이로써 디싱(dishing) 및 침식(erosion)의 감소를 달성할 수 있다. 와전류 센서를 이용하는 것은, in-situ 타입 광학센서를 사용해서는 모니터되기 어려운, 얇은 배리어 막이나 CVD 공정에 의해 성막되는 막의 두께 변화를 모니터하는 것을 가능하게 한다.
와전류 센서는 금속막이 고체막(그 전체 영역을 덮는 막)으로 존재하는 한, 와전류가 흐르는 영역에서 금속 배리어 막의 폴리싱 공정의 종점을 검출할 수 있다. 막 두께의 측정 결과가 이상 발생을 나타내서 평면 내(in-plane) 균일성이 저하되거나, 일정 존에서 폴리싱 비율이 소정 제한값 또는 제한 범위를 초과하게 되는 경우, 폴리싱 공정을 즉시 중단하는 것이 바람직하다. 측정 결과가 반도체 웨이퍼의 스크래치 등의 결함이 존재함을 나타내는 경우, 폴리싱 결과에 결함 정보를 첨부하는 것이 바람직하다.
상술한 바와 같이, 본 실시예에 의하면, 폴리싱패드에 가해지는 가압력이 존 C1 내지 C4 내 막 두께에 따라 반도체 웨이퍼 W의 존 C1 내지 C4에서 각각 조절될 수 있다. 따라서, 반도체 웨이퍼 W 위 막은 막의 형태와 종류에 의거해 조절되는 소정의 폴리싱 비율로 폴리싱된다. 따라서, 반도체 웨이퍼 W 위 막이 높은 정밀도를 가지고 폴리싱 및 제거된다. 도전성 막을 폴리싱하기 위한 공정에서, 폴리싱패드(101) 내 창 등의 개구를 형성하려는 요구가 없고, 이로써 반도체 웨이퍼 W가 저비용으로 고도의 정밀도로 폴리싱될 수 있기 때문에, 와전류 센서(후에 상세히 설명됨)가 웨트 타입 막두께 측정장치에 적합하다. 한편, 마이크로파 센서, 광학 센서 등이 폴리싱 되는 대상물의 특성에 따라 채용될 수 있다.
이하, 본 실시예에 의한 기판폴리싱장치에 일체로 형성되는 막 두께 측정장치로 역할하는 와전류 센서(200)가 도 10a 내지 24c를 참조하여 설명된다.
도 10a에 도시된 바와 같이, 와전류 센서(막두께 측정장치)(200)는 측정될 도전성 막(201') 근처에 배치되는 센서코일(검출센서)(202), 센서코일(202)에 연결되는 AC 신호원(203)을 포함한다. 측정될 대상물로서의 도전성 막(201')은, 예를 들면, 반도체 웨이퍼 W 위에 형성되고 0 내지 1㎛ 범위의 두께를 갖는 도금된 구리 막(또는 Au, Cu, 또는 W 등의 금속 재료의 증착막)이거나, 도금된 구리층 아래 베이스층으로서 형성되고 옹스트롬 단위의 두께를 갖는 배리어 층이다. 배리어 층은 Ta, TaN, Ti, TiN, WN 등으로 만들어진 높은 저항층이다. 화학기계적 폴리싱 공정의 종점을 정확히 검출하기 위해 배리어 층의 두께를 측정하는 것이 중요하다. 센서코일(202)은 도전성 막(201') 근처에 배치되는 검출코일이고, 도전성 막(201')으로부터 1.0 내지 4.0mm의 거리를 둔다. 와전류 센서에 의해 측정될 대상물은 도전성 물질과 Al 등의 금속물질, 콘택트 플러그에 사용되는 폴리실리콘, 하드 디스크 자기 헤드에 사용되는 CoFe 또는 Zr이다. 반도체 웨이퍼에 형성되는 금속막, 금속 배선을 갖는 반도체 기판 또한 와전류 센서에 의해 측정될 대상물들이다.
와전류 센서의 일례는 주파수-타입 와전류 센서와 임피던스-타입 와전류 센서를 포함한다. 주파수-타입 와전류 센서는 도전성 막(201') 내 유도되는 와전류에 의해 야기되는 진동 주파수의 변화에 의거해 도전성 막(201')의 두께를 측정한다. 임피던스-타입 와전류 센서는 임피던스의 변화에 의거해 도전성막(201')의 두께를 측정한다. 도 10b는 등가 회로를 나타낸다. 주파수-타입 와전류 센서에서는, 와전류 I2가 변할 때, 임피던스 Z가 변하고, 이로써 신호원(가변-주파수 발진기)(203)의 진동 주파수의 변화를 야기한다. 검출회로(205)는 진동 주파수의 변화를 검출하고, 이로써 막 두께의 변화를 검출한다. 임피던스-타입 와전류 센서에서는, 도 10b의 등가회로에 도시된 바와 같이, 와전류 I2가 변할 때, 임피던스 Z가 변한다. 신호원(가변-주파수 발진기)(203)으로부터 보는 임피던스 Z가 변할 때, 검출회로(205)는 임피던스 Z의 변화를 검출하고, 이로써 막 두께 변화를 검출한다.
임피던스-타입 와전류 센서에서, 신호 출력 X, Y, 위상, 및 합성 임피던스 Z가 후술하는 바와 같이 얻어진다. 주파수 F 또는 임피던스 X, Y를 막 두께로 변환함으로써, Cu, Al, Au, W의 금속 막, Ta, TaN, Ti, TiN, WN의 배리어 막, 및 콘택트 플러그의 폴리실리콘 막의 막 두께를 나타내는 측정 정보를 얻는 것이 가능하다. 이러한 측정값은 폴리싱 공정의 종점을 검출하기 위해 혼자 사용되거나 합성되어 사용될 수 있다. 와전류 센서는 그 표면 근처의 폴리싱테이블(100) 내 장착되고, 폴리싱패드(101)를 거쳐 폴리싱되는 반도체 웨이퍼와 마주하여, 이로써 도전성막을 지나 흐르는 와전류에 의거해 반도체 웨이퍼 위 도전성막 두께를 검출한다.
와전류 센서의 주파수는 단일의 라디오파, 혼합 라디오파, AM 라디오파, FM 라디오파, 함수 발생기의 스윕(sweep) 출력, 또는 복수의 진동 주파수원을 이용할 수 있다. 측정되는 금속막의 종류에 따라 고도로 민감한 진동 주파수와 변조 방식을 선택하는 것이 바람직하다.
이하, 임피던스-타입 와전류 센서가 구체적으로 설명된다. AC 신호원(203)은 2 내지 8㎒ 범위에 고정 주파수를 생성하는 발진기를 포함한다. 수정발진기가 이러한 발전기로서 이용될 수 있다. 교류 전압이 AC 신호원(203)으로부터 센서코일(202)에 공급될 때, 전류 I1은 센서코일(202)을 지나 흐른다. 전류가 도전성 막(201') 근처 위치되는 센서코일(202)을 지나 흐를 때, 자속이 도전성 막(201')과 연결되고, 이로써 그들 사이에 상호유도 M을 형성하여, 도전성 막(201') 내 와전류 I2를 유도한다. 도 10b에서, R1은 센서코일(202)을 포함하는 1차측의 등가저항이고, L1은 센서코일(202)을 포함하는 1차측의 자기 인덕턴스이다. 도전성 막(201')에서, R2는 와전류 손실에 상응하는 등가 저항을 나타내고, L2는 자기 인덕턴스를 나타낸다. AC 신호원(203)의 "a" 및 "b" 단자로부터 센서코일(202)을 향해 보는 임피던스 Z는 도전성 막(201') 내 야기되는 와전류 손실의 크기에 따라 변한다.
도 11은 본 실시예에 의한 와전류 센서의 센서코일의 구성을 나타낸다. 센서코일(202)은 도전성 막 내 와전류를 생성하는 코일, 도전성 막 내 와전류를 검출하기 위해 상술한 코일로부터 분리되는 코일을 갖는다. 구체적으로, 센서코일(202)은 보빈(311) 둘레에 감긴 3개의 코일들(312, 313, 315)을 포함한다. 센터 코일(312)은 AC 신호원(203)에 연결되는 발진 코일이다. AC 신호원(203)은 발진 코일(312)에 전압을 공급하고, 이로 인해 발진코일(312)은 자기장을 발생시켜, 발전코일(312) 근처에 위치되는 반도체 웨이퍼 W 위 도전성 막 내 와전류를 형성한다. 검출 코일(313)이 보빈(311)의 상부 측(즉, 도전성 막(201') 측)에 배치되고, 도전성 막(201') 내 생기는 와전류에 의해 유도되는 자기장을 검출한다. 밸런스 코일(314)은 발진 코일(312)에 대하여 검출 코일(313)의 반대 측에 배치된다.
도 12a, 12b, 12c는 센서 코일의 코일들의 연결 구성을 나타낸다. 본 실시예에서, 코일들(312, 313, 314)은 동일한 횟수의 턴(turn)을 갖고, 검출 코일(313)과 밸런싱 코일(314)은 서로 정-상(positive phase)으로 접속된다.
도 12a에 도시된 바와 같이, 검출 코일(313)과 밸런싱 코일(314)은 그 터미널 끝이 가변저항(316)을 포함하는 저항 브리지 회로(317)에 연결되는 정-상 직렬 회로를 구성한다. 코일(312)은 AC 신호원(203)에 연결되고, 이로써 교번 자속을 생성하여 코일(312) 근처에 배치되는 도전성 막(201') 내 와전류를 발생시킨다. 가변저항(316)의 저항을 조절함으로써, 코일(313, 314)을 갖는 직렬 회로의 출력전압이, 어떤 도전성 막도 근처에 존재하지 않을 때 출력전압이 0이 되도록 조절될 수 있다. 가변저항(316) VR1, VR2는 코일(313, 314)에 병렬로 연결되고, 서로 위상이 맞도록 신호 L1 내지 L3을 유지하기 위해 조절된다. 구체적으로, 도 12b에 도시된 등가 저항에서, 가변저항 VR1(=VR1-1+VR1-2), VR2(=VR2-1+VR2-2)는 다음의 수학식을 만족하기 위해 조절된다.
VR1 -1 × (VR2 -2 + jwL3 ) = VR1 -2 × ( VR2 -1 + jwL1 )
이와 같은 식으로, 도 12c에 도시된 바와 같이, 신호들 L1 내지 L3가 실선으로 표시된 것처럼 서로 동일 위상과 동일 진폭을 갖도록 변환된다.
검출 코일(313) 근처에 도전성 막이 존재할 때, 도전성 막 내 발생하는 와전류에 의해 생기는 자속은 검출 코일(313)과 밸런싱 코일(314)을 연결시킨다. 검출 코일(313)이 밸런싱 코일(314)보다 도전성 막에 더 가까이 위치하기 때문에, 코일(313, 314)의 유도 전압은 밸런스가 깨지고, 이로써 도전성 막을 지나 흐르는 와전 류에 의해 생기는 자속쇄교수(flux linkage)를 검출할 수 있다. 0점은 검출코일(313)과 밸런싱 코일(314)을 갖는 직렬회로를 AC 신호원(203)에 연결된 발진 코일로부터 분리하고 저항 브리지 회로(317)를 사용해 밸런스를 조절함으로써 조절될 수 있다. 도전성 막을 지나 흐르는 와전류가 0점으로부터 검출될 수 있기 때문에, 도전성 막에 발생하는 와전류가 향상된 감도로 검출될 수 있다. 따라서, 맴돌이 전류의 크기가 넓은 다이내믹 범위에서 검출될 수 있다.
도 13은 AC 신호원(203)으로부터 센서 코일(202)을 향해 보이는 임피던스 Z를 측정하기 위한 회로의 일례이다. 도 13에 도시된 임피던스 측정회로는 막 두께의 변화에 의존해 변하는 저항 성분(R), 리액턴스 성분(X), 진폭 출력(Z), 위상 출력(
Figure 112005072054007-pct00002
)을 얻을 수 있다. 이 네 개의 신호 출력을 이용함으로써, 폴리싱 공정의 진행을 검출할 수 있다. 예를 들면, 막 두께가 진폭의 크기에 의거해 측정될 수 있다.
상술한 바와 같이, AC 신호원(203)은 그 위에 도전성 막(201')을 갖는 반도체 웨이퍼 W에 근접해서 배치되는 센서코일(202)로 AC 신호를 공급한다. AC 신호원(203)은 수정발진기 등의 고정주파수 타입 발진기를 포함한다. AC 신호원(203)은 예를 들면, 2MHz 또는 8MHz의 고정 주파수를 갖는 전압을 공급한다. AC 신호원(203)에 의해 생기는 AC 전압은 밴드패스 필터(302)를 거쳐 센서코일(202)로 보내진다. 센서코일(202)의 터미널에서 검출되는 신호는 고주파 증폭기(303)와 위상 시프트 회로(304)를 거쳐 cos 동기 검출회로(305) 및 sin 동기 검출회로(306)를 포함 하는 동기 검출기에 공급된다. 동기 검출기는 검출된 신호의 cos 성분과 sin 성분을 추출한다. AC 신호원(203)에 의해 생기는 발진 신호는, 발진 신호가 두 개의 신호, 즉, 동상(in-phase) 성분(0°)과 직교 성분(90°)으로 분해되는 위상 시프트 회로(304)에 공급된다. 이 두 개의 신호들은 각각 cos 동기 검출회로(305)와 sin 동기 검출회로(306)로 도입되고, 이로써 상술한 동기 검출이 수행된다.
동기 검출된 신호들은 로우패스 필터(307, 308)에 공급된다. 로우패스 필터(307, 308)는 동기 검출된 신호들로부터 불필요한 고주파 성분들을 제거하여, cos 동기 검출 출력인 저항성분(R)과 sin 동기 검출 출력인 리액턴스 성분(X)을 추출한다. 벡터 연산기(309)는 저항성분(R)과 리액턴스 성분(X)으로부터 위상(
Figure 112005072054007-pct00003
)을 얻는다. 막 두께 측정장치는 센서 신호로부터 노이즈 성분들을 제거하기 위한 다양한 종류의 필터들을 갖는다. 이 필터들은 그들 각각의 컷오프(cut-off) 주파수들을 갖는다. 예를 들면, 로우패스 필터는 반도체 웨이퍼 W가 폴리싱 되는 동안 센서 신호에 섞인 노이즈 성분을 제거하기 위해 0.1 내지 10 ㎐ 범위의 컷오프 주파수를 갖는다. 이러한 로우패스 필터에 의해, 막두께가 높은 정밀도로 측정될 수 있다.
도 14는 AC 신호원으로부터 보이는 임피던스 Z가 변하는 방식을 나타낸다. 수평축은 저항성분(R)을 나타내고, 수직축은 리액턴스 성분(X)을 나타낸다. 포인트 "A"는 막이, 예를 들면 100㎛ 이상의 매우 큰 두께를 갖는 경우를 나타낸다. 이 경우, AC 신호원(203)의 터미널 "a" 및 "b"로부터 보이는 센서 코일(202)의 임피던스 Z는, 센서 코일(202) 근처에 배치되는 도전성 막(201) 내 와전류가 매우 크기 때문에, 센서코일(202)에 등가로 병렬로 접속되는 매우 작은 저항 성분(R2)과 매우 작은 리액턴스 성분 jw(M+L2) 를 갖는다. 따라서, 저항성분(R)과 리액턴스 성분(X)이 작아진다.
폴리싱 공정이 진행됨에 따라 도전성 막이 얇아질 때, 임피던스 Z의 등가 저항성분 R2 와 리액턴스 성분 jw(M+L2) 는 증가한다. "B"는 센서 코일(202)의 입력 터미널로부터 본 임피던스 Z의 저항 성분(R)이 최대인 포인트를 나타낸다. 이 포인트에서, 센서 코일(202)의 입력 터미널로부터 본 와전류 손실은 최대이다. 폴리싱 공정이 더욱 진행되고 도전성 막이 더 얇아짐에 따라, 맴돌이 전류가 감소하고, 이로 인해 와전류 손실이 점차 감소하기 때문에 센서 코일(202)로부터 본 저항성분(R)이 점점 작아진다. 도전성 막이 완전히 폴리싱에 의해 제거된 때, 어떤 와전류손실도 일어나지 않고, 등가 병렬-연결 저항 성분 R2 은 무한대로 증가하여, 센서 코일(202) 자체의 저항 성분 R1 만 남게 된다. 이때 리액턴스 성분 X는 센서코일(202) 자체의 리액턴스 성분 X1 만으로 구성된다. 이러한 포인트가 도 14에서 "C"로 표시되었다.
소위 다마스커스 프로세스에 의해 실리콘 산화막에 형성된 트렌치에서 금속 배선을 형성할 때, 질화 탄탈륨(TaN), 질화 틸탄(TiN) 등의 배리어 층이 실리콘 산화막 위에 형성되고, 높은 전도율을 갖는 구리, 텅스텐 등의 금속 배선이 배리어 층 위에 형성된다. 이러한 도전성 층들이 폴리싱 될 때, 배리어 층을 폴리싱 하는 공정의 종점을 검출하는 것이 중요하다. 그러나, 배리어 층은 상대적으로 낮은 전도율을 갖고, 옹스트롬 오더의 매우 작은 두께를 갖는 질화 탄탈륨(TaN), 질화 틸탄(TiN) 등의 막이다.
본 실시예에 의한 와전류 센서는 폴리싱 공정의 종점에서 매우 가까운 배리어 층의 두께를 용이하게 검출하고, 폴리싱 되는 동안 배리어 층의 두께를 검출할 수 있다. 이 와전류 센서의 측정값은 상대적인 막 두께가 아니라, 절대적인 막 두께이다. 도 14에서, 포인트 "D"는 막두께가 약 100
Figure 112009044271630-pct00004
인 상태를 나타내고, 이는 폴리싱 공정이 진행됨에 따라 0으로 감소한다. 저항성분은 막 두께가 포인트 D로부터 포인트 C로 변함에 따라 매우 크고, 거의 선형으로 변한다. 이 시간 주기에서 리액턴스 성분 X는 도 14에 도시된 바와 같이 저항성분과 비교할 때, 거의 변하지 않는다. 따라서, 리액턴스 성분의 변화에 의한 발진 주파수의 변화에 의거해 막 두께를 측정하는 와전류 센서에 있어서는, 발진 주파수의 변화가 막 두께의 변화에 비해 매우 작기 때문에 문제가 된다. 따라서, 주파수 변화의 분해능(resolution)을 향상시키기 위해서는, 주파수가 증가해야 한다. 한편, 와전류 센서(막 두께 측정장치)(200)는 발진 주파수가 고정된 동안 저항 성분의 변화에 의거해 막 두께의 변화를 검출할 수 있다. 따라서, 상대적으로 낮은 주파수로 매우 작은 막 두께의 폴리싱 상태를 분명히 관찰할 수 있다. 본 실시예에서는, 리액턴스 성분의 변화에 의해 야기되는 리액턴스 성분의 변화에 의거해 막 두께를 측정하는 방법이 채용된다. 한편, 측정되는 대상에 따라, 발진 주파수의 변화에 의거해 막 두께를 측정하는 방법이나, 리액턴스 성분과 저항 성분의 합성 임피던스에 의거해 막 두께를 측정하는 방법이 채용될 수 있다.
도 15a 내지 도 15c는 옹스트롬 오더의 두께를 갖는 얇은 도전성 층의 두께 측정 결과를 나타낸다. 도 15a 내지 도 15c 각각에서, 수평축은 남아있는 막 두께를 나타내고, 왼쪽 수직축은 저항성분 R을 나타내며, 오른쪽 수직축은 리액턴스 성분 X를 나타낸다. 도 15a는 텅스텐(W) 막의 데이터를 나타낸다. 도 15a로부터 알 수 있는 바와 같이, 막 두께의 변화는 막 두께가 1000
Figure 112005072054007-pct00005
이하로 감소하는 경우라도 저항성분의 변화를 관찰함으로써 확실히 검출된다. 도 15b는 질화티탄(TiN) 막의 데이터를 나타낸다. 도 15b로부터 알 수 있는 바와 같이, 막 두께 변화는 막 두께가 1000
Figure 112005072054007-pct00006
이하로 감소하는 경우라도 분명히 검출된다. 도 15c는 티타늄(Ti) 막의 데이터를 나타낸다. 도 15c로부터 알 수 있는 바와 같이, 막 두께 변화는 막 두께가 500 내지 0
Figure 112005072054007-pct00007
에서 변하는 동안에 일어나는 저항성분의 큰 변화에 의거해 분명히 검출된다.
도 15a 내지 도 15c에 도시된 각 예에서, 리액턴스 성분 X의 변화는 저항 성분 R의 변화와 비교해 매우 작다. 탄탈륨의 배리어 층의 두께가 250
Figure 112005072054007-pct00008
내지 0
Figure 112005072054007-pct00009
에서 변할 때, 리액턴스 성분(X)의 변화 비율은 0.005% 였다. 이것과 대조적으로, 리액턴스 성분(R)의 변화 비율은 1.8% 였다. 따라서, 검출감도가 리액턴스 성분의 변화를 검출하는 방법의 검출 감도에 비해 약 360배 향상되었다고 말할 수 있다.
상대적으로 낮은 전도율을 갖는 배리어 층의 두께를 측정할 때, AC 신호원(203)의 발진 주파수는 예를 들면, 8 내지 16㎒의 범위로 증가하는 것이 바람직하 다. 발진 주파수를 증가함으로써, 그 두께가 0 내지 250
Figure 112005072054007-pct00010
범위인 배리어 층의 두께의 변화를 분명히 관찰하는 것이 가능하다. 한편, 상대적으로 높은 전도율을 갖는 구리 막 등의 금속 막의 두께를 측정할 때, 막 두께의 변화는 약 2㎒의 낮은 발진 주파수로 분명히 검출될 수 있다. 텅스텐 막의 경우, 약 8㎒의 발진 주파수가 적절하다. 이와 같은 식으로, 발진 주파수, 센서-증폭, 및 센서의 오프셋 신호를 폴리싱될 막의 종류에 따라 선택하는 것이 바람직하다.
와전류 센서(202)는 반도체 웨이퍼가 폴리싱테이블(100)에 장착된 와전류 센서에 근접하고 마주할 때만 반도체 웨이퍼에 일정 전자기장을 인가하는 와전류 센서모듈을 포함한다. 이러한 전기자기장의 일례는 교류(alternating) 버스트 전자기장, 사인파가 인가되는 평형-변조(balanced-modulated) 버스트 전자기장, 진폭-변조 전자기장, 또는 펄스-변조 전자기장을 포함한다. 선택적으로, 전자기장은 막 두께를 측정하기 위해 반도체 웨이퍼에 연속해서 인가될 수 있다. 이 경우, 반도체 웨이퍼가 와전류 센서에 근접하지 않고 마주하지 않을 때, 과거에 획득한 데이터로부터 예측된 막 두께 데이터가 미래의 막 두께의 시간-의존 변화와 종점 시간을 예측하기 위해 보완될 수 있고, 예측된 폴리싱 타임을 실제 폴리싱 타임과 비교하여, 폴리싱 공정 이상이나 장치 고장을 검출한다. 와전류 센서의 막 두께 측정 기능은 반도체 웨이퍼가 와전류 센서에 근접하지 않거나 마주하지 않을 때, 반도체 웨이퍼가 폴리싱 되지 않은 때, 또는 폴리싱패드가 드레스(dress)된 때 중단되거나, 와전류 신호가 샘플링되지 않을 수 있다.
도 16a는 상술한 와전류 센서를 갖는 기판폴리싱장치의 필수 구성을 나타내 는 수직 단면도이다. 도 17은 상술한 와전류 센서를 갖는 기판폴리싱장치의 평면도이다. 도 16a에 도시된 바와 같이, 폴리싱테이블(100)은 화살표로 표시된 바와 같이, 그 자신의 축 근처에서 회전가능하다. 센서코일(202)은 AC 신호원(203)과 동기 검출회로(205)를 포함하는 전치증폭기에 연결된다(도 10a 참조). 센서코일(202)과 전치증폭기는 일체로 형성되고 폴리싱테이블(100) 내 장착된다. 센서코일(202)은 폴리싱테이블 받침축(321a)과, 폴리싱테이블 받침축(321a)의 하부 끝에 장착되는 로터리 조인트(334)를 거쳐 연장되는 커넥션 케이블을 갖는다. 센서코일(202)은 커넥션 케이블을 통해 메인 증폭기(200a)와 막 두께 측정 메인유닛(컨트롤러)(200b)에 연결된다.
막 두께 측정 메인유닛(200b)은 센서 신호로부터 노이즈 성분을 제거하기 위한 다양한 종류의 필터들을 갖는다. 이 필터들은 그들 각각의 컷오프 주파수를 갖는다. 예를 들면, 로우패스 필터는 0.1 내지 10㎐ 범위의 컷오프 주파수를 갖고, 이로써 반도체 웨이퍼가 폴리싱 되는 중에 센서신호에 섞인 노이즈 성분을 제거한다. 이러한 로우패스 필터에 의해, 막 두께가 높은 정밀도로 측정될 수 있다.
도 16b는 와전류 센서의 확대 단면도를 나타낸다. 와전류 센서(202)의 폴리싱-패드-측 끝(상부 끝)은, 폴리싱패드(101)가 교체를 위해 제거된 때 와전류 센서(200)가 폴리싱테이블(100)로부터 제거되는 것을 방지하기 위해 테트라플루오로에틸렌 등의 플루오로화 수지로 만들어진다. 폴리싱테이블(100)은 SiC로 만들어진 상부 폴리싱테이블(100a), 스테인레스강으로 만들어진 하부 폴리싱테이블(100b)을 포함한다. 와전류 센서(202)의 상부 끝 위치는 상부 폴리싱테이블(100a)의 상부표면 의 위치(폴리싱패드(101)를 향하는 표면)보다 0 내지 0.05mm 만큼 낮아서, 와전류 센서(202)가 폴리싱 공정 중에 반도체 웨이퍼 W에 접촉하는 것이 방지된다. 폴리싱테이블(100)의 상부 표면과 와전류 센서(202)의 상부 끝 사이의 위치 차이는 가능한 작아야 한다. 실제 장치에 있어서, 위치 차이는 일반적으로 약 0.02mm로 설정된다. 와전류 센서(202)의 위치는 심(얇은 판자)(202d)이나 스크루 등의 조절 기구에 의해 조절된다.
센서코일(202)은 로터리조인트(334)와 막두께 측정 메인유닛(200b)을 연결하는 역할을 한다. 로터리조인트(334)는 그 회전 섹션을 통해 신호를 전달할 수 있지만, 신호를 전달하기 위한 신호 라인의 수가 제한된다. 이것 때문에, 로터리조인트(334)에 연결되는 신호 라인들은, DC 전압원 라인, 출력신호 라인, 다양한 종류의 제어 신호들을 위한 전송 라인들인 8개 신호 라인들로 제한된다. 센서코일(202)은 2㎒ 내지 8㎒ 사이의 스위치 가능한 발진 주파수를 갖고, 또한, 전치증폭기의 게인은 폴리싱 되는 막의 종류에 따라서 전환 가능하다.
도 17에 도시된 바와 같이, 폴리싱테이블(100)이 회전될 때, 폴리싱테이블(100)의 외주 가장자리 위 장착되는 도그(351)는 도그센서(350)에 의해 검출된다. 막두께 측정 메인유닛(200b)이 도그센서(350)로부터 검출된 신호를 수신할 때, 막 두께 측정 메인유닛(200b)은 톱링(1)에 의해 유지되는 반도체 웨이퍼 W의 측정을 개시한다. 폴리싱테이블(100)이 회전함에 따라, 센서코일(202)은 반도체 웨이퍼 W를 가로질러 통과하는 경로 R을 추적한다.
도 18에 도시된 바와 같이, 폴리싱테이블(100)이 1회전 할 때, 막 두께 측정 메인유닛(200b)은 도그센서(350)로부터 신호를 수신한다. 이때, 반도체 웨이퍼 W는 센서코일(202) 위 위치에 도착하지 않기 때문에, 막 두께 측정 메인유닛(200b)은 반도체 웨이퍼 W가 위치 밖에 있음을 나타내는 센서신호를 수신한다. 센서코일(202)이 반도체 웨이퍼 W 아래에 위치될 때, 막 두께 측정장치 메인유닛(200b)은 그 크기 레벨이 도전성 막(201') 내 생성되는 와전류에 의존하는 센서신호를 수신한다. 반도체 웨이퍼 W가 센서코일(202) 위를 통과한 후에는, 막 두께 측정 메인유닛(200b)은 그 크기 레벨이 와전류가 유발되지 않았음을 나타내는 신호를 수신한다.
막 두께 측정 메인유닛(200b)은 항상 센싱을 위해 센서코일(202)이 통전된 상태를 유지한다. 그러나, 반도체 웨이퍼 W 위 도전성 막(201')의 막 두께가 직접 측정되는 경우, 센서신호의 크기 레벨은 막 두께가 폴리싱 공정에 의해 변함에 따라 변하게 되고, 이로써 측정 타이밍이 불안정해진다. 이러한 문제점을 피하기 위해, 폴리싱액 공급노즐(102)(도 2 참조)이 반도체 웨이퍼 W의 측정 개시 타이밍에서 신호의 크기 레벨을 획득하기 위해, 참조 웨이퍼로서 역할하는 희생 웨이퍼(dummy wafer) 웨이퍼 위 물 폴리싱을 수행하기 위한 물을 공급한다. 예를 들면, 1000nm 두께의 Cu 층을 갖는 참조 웨이퍼는 1분마다 60회 회전되는 폴리싱테이블(100)에 의해 120초 동안 물로 폴리싱된다. 구체적으로, 도그센서(350)로부터 신호를 수신한 후에 획득되고, 반도체 웨이퍼의 존재 및 부재를 나타내는 상한 및 하한 크기 레벨 사이의 중간값은, 반도체 웨이퍼 W의 둘레 가장자리의 도착을 나타내는 크기 레벨(이하에서는 "도착판정레벨")로 이용된다. 그러므로, 도그센서(350)로부 터 신호를 수신한 이후 크기 레벨이 도착판정레벨을 초과한 때, 센서 신호들은 매 1 밀리미터 초(msec) 내 획득된다. 센서 신호들의 획득은 반도체 웨이퍼 W가 센서코일(202) 위 위치를 이탈할 때 완료된다. 획득한 센서 신호들은 물리적인 치수로 변환되어, 반도체 웨이퍼 W의 각각의 존들로 할당된다.
도 19a에 도시된 바와 같이, 반도체 웨이퍼 W 위 경로 R(도 17 참조)이 직선인 경우, 이때 막 두께 측정 메인유닛(200b)에 의해 수신되는 센서 신호들은 반도체 웨이퍼 W의 둘레 존(C4)를 지나 중심 존(도 4에서 C1)으로 할당된다. 도 19b에 도시된 바와 같이, 반도체 웨이퍼 W 위 도전성막(201)의 3개로 분할된 존들인 중심 존(C1), 중간 존(C2), 주변 존(C3, C4)의 두께가, 폴리싱 공정 이전, 동안, 이후에 측정될 수 있다. 각각의 존들 내 센서 신호들은 가령 평균화되는 등으로 연산되고, 연산된 값들이 각각의 존의 측정값으로 이용된다.
반도체 웨이퍼 W는 도전성 막(201')이 형성되지 않는 가장 바깥쪽의 둘레 영역을 갖는다. 따라서, 소위 에지-컷오프(edge-cutoff) 프로세스가 가장 바깥쪽의 둘레 영역에 상응하는 센서 신호들을 파기하기 위해 수행된다. 본 실시예에서, 반도체 웨이퍼 W는 3개의 존으로 나누어지고, 도 19b에 도시된 바와 같이 각각의 존들(G1 내지 G5)에서 측정값을 획득하기 위해, 측정이 다섯 개의 영역들(G1 내지 G5)에서 수행된다. 한편, 반도체 웨이퍼 W는 가압력이 조절가능한 경우 네 개의 존들(C1 내지 C4)로 나누어져서, 측정값들이 각각의 일곱 개 영역들에서 획득되고 제어된다. 반도체 웨이퍼 W의 폴리싱될 표면은 더 많거나 더 적은 존들로 분할될 수 있다.
도 20에 도시된 바와 같이, 획득된 센서 신호들이 영역 G1 내지 G5에 각각 할당된다. 구체적으로, 각 영역에 할당되는 센서 신호들의 개수는 각 영역의 폭에 의거해 연산되고, 이후 측정값들(센서 신호들)이 각각의 영역 G1 내지 G5에 할당된다. 예를 들면, 두 개의 측정값들이 주변 존 C3, C4에 상응하는 영역 G1에 할당되고, 두 개의 측정값들이 중간 존 C2에 상응하는 영역 G2에 할당되며, 하나의 측정값이 중심 존 C1에 상응하는 영역 G3에 할당되고, 두 개의 측정값들이 중간 존 C2에 상응하는 영역 G4에 할당되고, 마지막으로 두 개의 측정값들이 주변 존 C3, C4에 상응하는 영역 G5에 할당된다.
막 두께 측정 메인유닛(200b)은 코일센서(202)가 영역 G1 내지 G5 각각에서 획득된 측정값에 의거해 반도체 웨이퍼 W를 가로질러 지나갈 때마다, 도전성막(201')의 두께를 측정하고, 막 두께 측정 메인유닛(200b)에 일체로 형성된 디스플레이 장치 상에 도전성 막(201')의 영역 G1 내지 G5의 두께를 표시한다. 따라서, 도 20에 도시된 바와 같이, 코일센서(202)가 반도체 웨이퍼 W 및 영역 R1 내지 G5를 이탈한 위치에 있을 때 획득된 불필요한 검출값을 표시하는 대신에, 보완 데이터가 생성되어 디스플레이 장치상에 표시된다. 보완 데이터(값들)는 도전성 막(201')이 표시된 데이터가 크게 달라지는 것을 방지하도록 존재한다는 가정에서 표시된다. 따라서, 보완 데이터(값들)는 측정값 근처의 유효한 소정 횟수를 이용해 다음 수학식으로부터 연산된다.
보완값 = [ 측정 최대 레벨 - 측정 최소 레벨 ] × 계수 (변환 비율 %) - 측정 최소값
막 두께 데이터들은, 폴리싱테이블(100)의 1회전마다 와전류 센서(센서코일(202))와 반도체 웨이퍼 W가 서로 마주볼 때만 막 두께가 측정되는 배치 프로세스(batch process)에 의해 획득된다. 측정되는 막 두께의 변화에 따라 달라지는 와전류 센서로부터의 신호는, 도그센서(350)로부터의 신호가 공급되는 외부 동기 A/D 컨버터에 의해 매 10
Figure 112005072054007-pct00011
내지 100
Figure 112005072054007-pct00012
(예를 들면, 100
Figure 112005072054007-pct00013
) 마다 연속해서 측정되는 복수의 데이터를 동기 가산함으로써 생성될 수 있다. 예를 들면, 도그센서(350)로부터 매 100
Figure 112005072054007-pct00014
마다 획득된 10개의 연속적인 데이터가 가산되고 평균화되어, 1 msec 마다의 데이터로서 얻어진 데이터로 이용된다. 측정 데이터를 가산 및 평균화함으로써, 데이터에 포함된 노이즈는 감소할 수 있다.
도 21은 도 16에 나타난 폴리싱테이블(100)의 다른 실시예를 나타낸다. 도 21에 도시된 바와 같이, 센서코일(202a 내지 202f)들이 위치들, 즉, 본 실시예에서는 6개의 위치들, 톱링(1)에 의해 유지되는 반도체 웨이퍼 W의 중심 Cw가 폴리싱 중에 가로질러 지나가는 위치에 배치된다. 참조 부호 Ct는 폴리싱테이블(100)의 회전 중심을 나타낸다. 센서코일(202a 내지 202f)은, 센서코일(202a 내지 202f)이 반도체 웨이퍼 W의 중심 존(도 4에서 C1), 중간 존(C2), 외부 존(C3), 주변 존(C4)을 가로질러 지날 때, 반도체 웨이퍼 W 위 Cu 층이나 배리어 층 등의 도전성 막의 두께를 측정한다. 이와 같은 방법으로, 센서코일(202a 내지 202f)은 폴리싱테이블(100)이 1회전 하는 것을 기다리지 않고, 연속적으로 각각의 존들(C1 내지 C4)의 두께를 측정할 수 있다. 구체적으로, 와전류 센서(막두께 측정장치)(200)는, 반도체 웨이퍼 W에 대한 가압력이 조절가능한, 분할된 존들(C1 내지 C4)의 막 두께를 측정할 수 있는 센서코일(202a 내지 202f)을 갖는다. 센서코일(202a 내지 202f)의 주파수들은 센서코일(202a 내지 202f)이 고주파를 이용해 배리어 층의 두께 변화를 검출하고, 저주파를 이용해 Cu 레이어의 막 두께 변화를 검출할 수 있도록, 서로 다르게 설정될 수 있다.
센서코일(202a 내지 202f)은 본 실시예에서 6개의 위치들에 배치되지만, 센서코일의 개수는 바뀔 수 있다. 또한, 본 실시예에서 폴리싱패드는 폴리싱테이블(100) 위에 장착되지만, 고정 연마재 플레이트가 이용될 수 있다. 이 경우, 센서코일은 고정 연마재 플레이트 내 배치된다.
상술한 구성을 갖는 기판폴리싱장치는 다음과 같이 동작한다: 반도체 웨이퍼 W가 톱링(1)의 하부표면에 유지되고, 회전하는 폴리싱테이블(100)의 상부표면에 장착된 폴리싱패드(101)에 대해, 톱링 에어실린더(111)에 의해 프레스된다. 폴리싱액 Q가 폴리싱액 공급노즐(102)로부터 폴리싱패드(101) 위로 공급되어, 폴리싱패드(101)에 의해 유지된다. 반도체 웨이퍼 W는 반도체 웨이퍼 W의 표면(하부표면)과 폴리싱패드(101) 사이에 존재하는 폴리싱액 Q로 폴리싱된다.
반도체 웨이퍼 W가 폴리싱 되는 동안, 센서코일(202a 내지 202f)은 폴리싱테이블(100)이 1회전 할 때마다 반도체 웨이퍼 W의 하부표면을 가로질러 통과한다. 센서코일(202a 내지 202f)이 반도체 웨이퍼 W의 중심 Cw의 경로에 배치되기 때문에, 센서코일(202a 내지 202f)은 막 두께를 연속해서 측정할 수 있다. 센서코일 (202a 내지 202f)이 6개의 위치에 설치되기 때문에, 센서코일(202a 내지 202f) 중의 어느 하나가 짧은 시간 주기 동안 폴리싱 상태를 간헐적으로 검출할 수 있다.
도 22a 및 22b에 도시된 바와 같이, 폴리싱 공정이 진행됨에 따라, 막두께 측정 메인유닛(200)에 의해 센서코일(202a 내지 202f)의 신호로부터 진행되는 측정값은 점차 감소한다. 구체적으로, 도전성 막의 두께가 감소하기 때문에, 막 두께 측정 메인유닛(200b)에 의해 진행되는 측정값들은 시간이 지남에 따라 점점 감소한다. 따라서, 도전성 막이 배선 이외의 필요한 영역으로부터 제거될 때의 타임 포인트에서 획득된 값들을 미리 체크하여, 막 두께 측정 메인유닛(200b)으로부터 출력된 측정값들을 모니터함으로써 CMP 공정의 종점이 검출될 수 있다.
도 23은 막 두께와 저항성분 사이의 관계의 교정된 예를 나타낸다. 1000
Figure 112005072054007-pct00015
(t1) 및 200
Figure 112005072054007-pct00016
(t2)의 두께를 갖는 참조 웨이퍼들이 준비되고, 각각의 참조 웨이퍼들의 저항성분이 기준 포인트로 이용되기 위해 측정된다. 이후, 실제 폴리싱 공정이 수행되어, 막 두께와 저항성분 사이의 관계를 나타내는 데이터가, 도 23에서 점선 커브에 의해 표시된 바와 같이 얻어진다. 리액턴스 성분, 임피던스(진폭), 또는 위상이 저항 성분 대신에 측정될 수 있다. 얻어진 데이터는 기준 포인트에 대해 최소 2승법(squares)의 방법에 의해 처리되고, 처리된 데이터는 커브를 형성하도록 플롯(plot)된다. 이와 같은 식으로, 와전류 센서의 특성들이 상술한 프로세스에 의해 교정되고, 이후 저장된다. 따라서, 측정값이 적절하게 증폭되거나 오프셋되어, 막 두께의 변화가 와전류 센서의 개개의 유닛들 사이의 차에 의해 영향받지 않고 측정값의 변화로부터 정확하게 판독될 수 있다.
이러한 와전류 센서를 다수 구비한 기판폴리싱장치는, 짧은 시간 주기에서 반도체 웨이퍼의 전체표면에 걸쳐 종점을 검출할 수 있다. Ta 층, TaN 층, 또는 TiN 층 등의 배리어 층 위 폴리싱 공정의 종점이 높은 정밀도를 가지고 측정될 수 있다. 도전성 막의 패치(제거되지 않은 금속)가 폴리싱 공정의 마지막 단계에 잔존하는 경우라도, 잔존 패치가 5 mm보다 작지 않은 직경과 반도체 웨이퍼의 폴리싱면과 센서코일의 상부 끝 사이의 갭이 3.5 mm 보다 크지 않다면, 상술한 구성의 와전류 센서는 이러한 잔존 패치를 검출할 수 있다. 이로써, 검출된 패치가 확실하게 폴리싱되고, 폴리싱 공정에서 제거될 수 있다. 도전성 물질의 멀티레이어 배선이 반도체 웨이퍼 위에 형성되는 경우라도, 배선이 90% 보다 크지 않은 밀도를 갖는다면, 상술한 구성의 와전류 센서는 표면 레이어 내 도전성 물질의 이러한 배선을 검출할 수 있다.
막 두께가 소정값으로 감소한 때 폴리싱 모드가 다른 것으로 전환되는 것이 요구되는 경우에, 미리 설정된 막 두께의 정확한 확인을 가능하게 하기 위해 막 두께 측정 메인유닛(200b)이 옹스트롬 오더에서 막 두께를 측정할 수 있도록, 전치증폭기나 메인 증폭기의 초기 게인 범위가 설정된다. 예를 들면, 텅스텐(W) 층을 폴리싱 하는 경우, 막 두께가 약 300
Figure 112005072054007-pct00017
가 된 때 폴리싱 모드가 전환될 것이 요구된다면, 전치증폭기는 텅스텐 층이 300
Figure 112005072054007-pct00018
이상의 두께를 갖는 동안에는 막 두께가 측정될 수 없는 오버레인지(포화 범위)를 갖도록 설정된다. 따라서, 텅스텐 층이 300
Figure 112005072054007-pct00019
보다 작은 두께로 폴리싱 될 때, 전치증폭기의 선형 특성이 얻어질 수 있다.
구체적으로, 도 24a에 도시된 바와 같이, 증폭기의 게인은, 입력신호가 300
Figure 112005072054007-pct00020
이상의 두께를 나타낸 때, 그 출력신호가 포화되도록 설정된다. 예를 들면, 텅스텐 층의 폴리싱이 도 24b에서 점선으로 표시된 바와 같이 진행될 때, 실선에 의해 표시되는 바와 같이, 증폭기의 출력신호는 포화되고, 이로써 텅스텐 층이 300
Figure 112005072054007-pct00021
이상의 두께를 갖는 동안 크기가 일정하다. 막 두께가 300
Figure 112005072054007-pct00022
보다 작게 감소한 때, 증폭기는 선형으로 동작하므로, 그 출력신호는 실선으로 나타난 바와 같이 떨어진다. 증폭기의 출력신호의 1차 미분을 계산함으로써, 도 24c에 도시된 바와 같이, 막 두께가 300
Figure 112005072054007-pct00023
에 도달한 타임 포인트를 명확히 검출할 수 있다.
상술한 검출값에 의거해, 기판폴리싱장치의 동작 모드(레시피)가 배리어 층을 폴리싱 하기 위한 모드로 전환될 수 있고, 이로써 고도로 정확한 폴리싱 공정이 가능하다. 또한, 와전류 센서의 동작 모드(레시피)는 발진 주파수나 증폭으로 변하고, 이로써 매우 작은 두께를 갖는 배리어 층의 존재 여부를 확실하게 판정할 수 있다. 따라서, 폴리싱 공정의 종점을 정확하게 검출할 수 있다.
상술한 바와 같이, 반도체 웨이퍼 W의 중심 존(도 4에서 C1), 중간 존(C2), 외부 존(C3), 주변 존(C4)이, 마이크로파 센서나 와전류 센서 등의 막 두께 측정장치(200 및 200')에 의해 측정된다. 이 측정값들은 기판폴리싱장치의 컨트롤러(400)(도 2 참조)에 보내진다. 컨트롤러(400)는 측정값에 의거해 톱링(1) 내 압력챔버(22 내지 25)로 공급되는 가압 유체의 압력을 독립적으로 조절하도록 레귤레이터 RE3 내지 RE6를 제어하고, 이로써 폴리싱테이블(100) 위 폴리싱패드에 대해 프레스될 때, 반도체 웨이퍼 W의 각각의 존들 C1 내지 C4에 가해지는 가압력들이 최적화된다.
이와 같은 방법으로, 반도체 웨이퍼 W의 각각의 존들(C1 내지 C4)에 가해지는 가압력을 최적화하기 위해, 막 두께 측정장치(200 및 200')는 도전성막(201)의 막 두께의 측정값을 컨트롤러(400)에 전달한다. 한편, 컨트롤러(400)는 막 두께의 측정값에 의거해 막 두께 측정장치(200 및 200')로 보내지는 지시 신호들을 생성한다. 막 두께 측정장치(200 및 200')는 컨트롤러(400)로부터의 지시 신호에 의거해 동작 모드를 전환한다. 구체적으로, 막 두께 측정장치(200 및 200')는 측정될 막 또는 멀티레이어 막의 종류에 대해 적합한 파라미터를 선택하고, 선택된 파라미터들을 이용해 센서 신호들을 처리해서 막 두께를 측정한다.
본 실시예에서, 반도체 웨이퍼 위 막이 CMP 폴리싱에 의해 제거된다. 한편, 에칭 프로세스, 전해 폴리싱 프로세스, 및 초순수 전해 폴리싱 프로세스가 채용될 수 있다. 또한, 이러한 프로세스들에서는, CMP 폴리싱에서와 같이, 제거될 막의 두께가 측정되어, 프로세스가 제어될 수 있다. 막의 두께는 막 제거 장치 이외에 막 형성 장치에서 측정되어, 프로세스가 제어될 수 있다.
와전류 센서의 전자기장(그 발진주파수가 2㎒, 8㎒, 20㎒, 160㎒ 중에 선택된다) 또는 30㎓ 내지 300㎓ 범위의 주파수를 갖는 전자파가 폴리싱패드 위 슬러리 폐기물이나, 반자기장을 발생하기 위한 슬러리의 반응 폐기물이나, 반사파에 인가되어, 반자기장의 진폭, 반사파의 진폭, 반사파의 임피던스 변화가 측정될 수 있다. 측정된 임피던스는 폴리싱 공정이 수행되기 이전에 얻어진 기준 임피던스와 비교되거나, 임피던스의 시간 미분의 변화가 관찰될 수 있다. 이러한 비교 및 관찰에 의해, 폴리싱 공정의 종점 및 이상을 검출할 수 있다. 또한, 와전류 센서나 전자파 를 이용해 폐액(waste liquid) 또는 반응액을 관찰하는 것은, 도금 장치, 초순수 전해 폴리싱 장치, 무전해 도금 장치, 전해 폴리싱 장치에 의해 수행되는 막 형성 프로세스 및 막 제거 프로세스에 이용되는 전해용액 또는 초순수 등의 처리액을 모니터하기 위해 채용될 수 있다.
본 발명에 의하면, 기판이 폴리싱테이블의 폴리싱면에 대해 프레스될 때의 가압력이 존 각각에서 막 두께에 따라 기판의 다양한 존들에서 조절될 수 있다. 따라서, 기판의 존 각각이 다른 폴리싱 비율로 폴리싱 될 수 있으므로, 기판 위 막 두께가 고도의 정밀도를 가지고 조절될 수 있다. 와전류 센서나 마이크로파 센서를 기판 위 막 두께를 측정하기 위한 장치로 이용함으로써, 폴리싱테이블의 폴리싱면에 개구를 형성하는 것이 불필요하므로, 기판의 각각의 존의 막 두께가 용이하게 측정되고, 기판이 저비용으로 매우 정확하게 폴리싱될 수 있다.
이상, 본 발명의 일정한 바람직한 실시예들이 상세히 개시되고 설명되었지만, 다양한 변경과 수정이 첨부하는 청구범위의 영역으로부터 벗어나지 않고 행해질 수 있음이 분명하다.
본 발명은 반도체 웨이퍼 등의 기판을 평탄 마무리로 폴리싱하기 위한 기판폴리싱장치 및 기판폴리싱방법에 적용가능하다.

Claims (18)

  1. 기판폴리싱장치에 있어서:
    폴리싱면을 갖는 폴리싱테이블;
    상기 폴리싱테이블의 상기 폴리싱 면에 대하여 기판을 홀딩하고 프레스하는 기판홀더;
    기판에 근접해서 배치되는 센서코일과 상기 센서코일에 교류 전압을 공급하는 AC 신호원을 구비하여, 기판 위 막의 두께를 측정하는 와전류 센서; 및
    기설정된 폴리싱 레시피에 따라 기판에 대한 폴리싱 공정을 제어하는 컨트롤러;를 포함하고,
    상기 기판홀더는 복수의 압력 조절가능한 챔버를 가지며, 상기 챔버 각각의 압력은 상기 와전류 센서에 의해 측정된 막 두께에 의거해 조절되고,
    상기 컨트롤러는 상기 와전류 센서의 측정 결과로부터 결정되는 막의 종류에 의거해 상기 AC 신호원의 발진 주파수를 제1값으로부터 제2값으로 전환하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 기판폴리싱장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 와전류 센서는 상기 챔버 각각에 상응하는 기판의 복수의 존(zone)의 막 두께를 측정하고, 상기 챔버 각각의 압력은 상기 와전류 센서에 의해 측정된 존 각각의 막 두께에 의거해 조절되는 것을 특징으로 하는 기판폴리싱장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    기판의 존 각각에 대한 각 폴리싱 조건을 저장하는 저장장치;
    상기 와전류 센서에 의해 측정된 존 각각의 막 두께에 의거해서 기판의 존 각각에서의 폴리싱 비율을 연산하는 연산장치; 및
    연산된 폴리싱 비율에 의거해 상기 챔버의 압력을 포함하는 폴리싱 조건을 보정하는 보정장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판폴리싱장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 와전류 센서는, 기판이 폴리싱 된 이후에 기판 위 막의 두께를 측정하는 것을 특징으로 하는 기판폴리싱장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 와전류 센서는, 기판이 폴리싱되는 동안에 기판 위 막 두께를 측정하는 것을 특징으로 하는 기판폴리싱장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 센서코일은 기판 위 막의 두께의 시계열 데이터를 얻기 위해 기판을 가로질러 이동되고;
    상기 와전류 센서는 존 각각의 막 두께를 얻기 위해 기판의 복수의 존에 시계열 데이터를 할당하는 것을 특징으로 하는 기판폴리싱장치.
  7. 삭제
  8. 그 위에 막을 가지는 기판을 기설정된 폴리싱 레시피에 따라 폴리싱하는 방법에 있어서, 상기 방법은:
    복수의 압력 조절가능한 챔버를 갖는 기판 홀더에 의해 기판을 홀딩하는 단계;
    폴리싱테이블의 폴리싱면에 대해 기판을 프레스하는 단계;
    기판과 폴리싱면 사이에 상대운동을 제공하는 단계;
    기판에 근접해서 배치되는 센서코일과 상기 센서코일에 교류 전압을 공급하는 AC 신호원을 구비하는 와전류 센서에 의해 상기 챔버 각각에 상응하는 기판의 복수의 존(zone)의 막 두께를 측정하는 단계;
    각각의 존의 측정된 막 두께에 의거해 상기 각 챔버의 압력을 조절하는 단계; 및
    상기 와전류 센서의 측정 결과로부터 결정되는 막의 종류에 의거해 상기 AC 신호원의 발진 주파수를 제1값으로부터 제2값으로 전환하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판폴리싱방법.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 제 8항에 있어서,
    상기 와전류 센서에 의해 측정된 막 두께에 의거해 기판의 폴리싱을 중단하는 타이밍을 검출하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판폴리싱방법.
  13. 제 8항에 있어서,
    상기 센서코일은 기판 위 막의 두께의 시계열 데이터를 얻기 위해 기판을 가로질러 이동되고; 및
    시계열 데이터가 존 각각의 막 두께를 얻기 위해 기판의 존에 할당되는 것을 특징으로 하는 기판폴리싱방법.
  14. 제 8항에 있어서,
    상기 측정하는 단계는 기판의 존 각각의 막 두께를 반복적으로 측정하는 단계를 포함하고, 상기 조절하는 단계는 상기 챔버의 압력을 반복적으로 조절하는 단계를 포함하여, 존 각각의 막 두께가 기설정된 범위 내로 수렴하는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 기판폴리싱방법.
  15. 기판 위 막의 두께를 측정하는 방법에 있어서, 상기 방법은:
    기판과 마주하는 센서 회로를 제공하는 단계;
    기판과 상기 센서 회로를 서로 전자 상호 결합하는 단계;
    상기 센서 회로의 임피던스 변화를 상기 센서 회로의 공진 주파수로 변환하는 단계;
    공진 주파수의 변화를 측정하는 단계; 및
    공진 주파수의 변화에 의거해 막 두께의 변화를 연산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 막 두께 측정 방법.
  16. 기판폴리싱장치에 있어서:
    기판의 표면을 폴리싱하는 폴리싱면;
    기판의 표면이 상기 폴리싱면과 접촉하게 되도록 기판을 홀딩하는 기판홀더;
    상기 폴리싱면에 근접하게 배치되는 센서 회로;
    상기 센서 회로의 임피던스 변화를 상기 센서 회로와 기판의 공진 주파수로 변환하는 임피던스-주파수 변환회로; 및
    공진 주파수의 변화를 기판 표면 위 막의 두께로 변환하는 주파수-두께 변환회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판폴리싱장치.
  17. 기판 위 막의 두께를 측정하는 방법에 있어서, 상기 방법은:
    기판과 마주하는 센서 회로를 제공하는 단계;
    기판과 상기 센서 회로가 서로 전자 상호 결합하는 단계;
    상기 센서 회로의 임피던스 변화를 측정하는 단계; 및
    임피던스의 변화에 의거해 막 두께 변화를 검출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 막 두께 측정방법.
  18. 기판폴리싱장치에 있어서:
    기판의 표면을 폴리싱하는 폴리싱면;
    기판의 표면이 상기 폴리싱면과 접촉하게 되도록 기판을 홀딩하는 기판홀더;
    상기 폴리싱면에 근접해서 배치되는 센서 회로; 및
    상기 센서 회로의 임피던스 변화를 기판 표면 위 막 두께로 변환하는 임피던스-두께 변환회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판폴리싱장치.
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