KR101228941B1 - 와류 센서 - Google Patents

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KR101228941B1
KR101228941B1 KR1020067007521A KR20067007521A KR101228941B1 KR 101228941 B1 KR101228941 B1 KR 101228941B1 KR 1020067007521 A KR1020067007521 A KR 1020067007521A KR 20067007521 A KR20067007521 A KR 20067007521A KR 101228941 B1 KR101228941 B1 KR 101228941B1
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vortex
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미츠오 다다
야스나리 스토
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가부시키가이샤 에바라 세이사꾸쇼
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Abstract

본 발명에 따른 와류 센서(10)는 반도체 웨이퍼(W) 상에 형성되는 도전성막(6) 부근에 배치된 센서 코일(100) 및 와류를 도전성막(6)에 생성하기 위해 AC 신호를 상기 센서 코일(100)에 공급하도록 구성된 신호원을 구비한다. 상기 와류 센서(10)는 상기 도전성막(6)에서 생성되는 와류를 검출하도록 작동 가능한 검출 회로를 포함한다. 상기 검출 회로는 상기 센서 코일(100)에 연결된다. 와류 센서(10)는 또한 투자율이 높은 재료로 만들어진 하우징(200)을 포함한다. 상기 하우징(200)은 상기 센서 코일(100)을 내부에 수용한다. 상기 하우징(200)은, 센서 코일(100)이 자속(MF)의 경로를 형성하여 도전성막(6)에 와류를 효과적으로 생성시키도록 구성된다.

Description

와류 센서{EDDY CURRENT SENSOR}
본 발명은 와류 센서에 관한 것으로, 보다 상세하게는 반도체 웨이퍼와 같은 기판의 표면상에 형성되는 도전성막의 두께를 검출하기에 적합한 와류 센서에 관한 것이다. 본 발명은 또한 상기 와류 센서를 구비한 폴리싱 장치 또는 기판 증착 장치와 같은 기판 처리 장치에 관한 것이다.
반도체 웨이퍼와 같은 기판의 배선(interconnection) 회로들을 형성하기 위하여, 기판을 구리로 도금하여 그 위에 구리층을 형성한 다음 상기 구리층의 불필요한 부분들을 화학적 기계적 폴리싱(CMP)으로 제거하여 기판 내에 구리 배선층을 형성하는 공정이 채택되어 왔다. 이러한 공정에서 화학적 기계적 폴리싱(CMP)을 하는 동안에는, 구리층(구리층의 막 두께)의 폴리싱 공정의 진행을 정확하게 제어할 필요가 있다. 이러한 도전성막의 막 두께를 제어하기 위해 광학 센서 또는 와류 센서가 채택될 수도 있다.
광학 센서는 광파장에 기초하여 도전성막의 막 두께를 측정한다. 이에 따라, 광이 제공되는 영역들의 막 두께의 정확한 측정을 수행하는 것이 가능하다. 예를 들어, 화학적 기계적 폴리싱을 하는 동안 반도체 기판상에 형성되는 도전성막의 막 두께를 검출하기 위해서는, 폴리싱하는 동안 광이 기판에 직접 제공되는 위치에 개 구부를 형성하는 것이 필요하다. 하지만, 이러한 개구부를 형성하는 것은 화학적 기계적 폴리싱 장치의 폴리싱 성능에 악영향을 미칠 수도 있다.
와류 센서는 도전성막의 막 두께를 상기 도전성막에 생성되는 와류의 크기에 근거하여 측정한다. 이에 따라, 예컨대 와류 센서는 화학적 기계적 폴리싱 장치의 폴리싱 툴(tool) 내에 장착될 수 있다. 또한, 와류 센서는 폴리싱을 하는 동안 비접촉 방식으로 반도체 기판의 폴리싱 상태들을 측정할 수도 있다. 따라서, 폴리싱 툴이 기판을 관측하기 위한 개구부를 반드시 가질 필요는 없다. 예를 들어, 반도체 기판상에 형성되는 도전성막의 막 두께(폴리싱 정도)는, 어떠한 윈도우도 폴리싱 패드 내에 형성되지 않고도 폴리싱하는 동안에 비접촉 방식으로 측정될 수 있다. 또한, 배리어층과 같은 초박막의 폴리싱 공정의 종점을 검출할 수 있는 와류 센서가 제안되어 왔다.
하지만, 와류 센서의 센서 코일이 스테인리스와 같은 도전성 재료로 만들어진 폴리싱 테이블 내에 내장되는 경우에는, 센서 코일에 의해 발생되는 자속(magnetic flux)이 폴리싱 테이블 내에 와류를 생성한다. 이에 따라, 외부로 방출되는 자속이 줄어든다. 이러한 경우, 측정될 반도체 웨이퍼에 도달하는 자속이 줄어들기 때문에, 웨이퍼 상의 도전성막에 생성되는 와류 또한 감소된다. 이에 따라, 와류 센서는 감도(sensibility)가 높아야만 한다.
예를 들어, 와류 센서가 폴리싱 장치 내에 제공되는 경우, 폴리싱 패드는 반도체 기판의 도전성막과 와류 센서의 센서 코일 사이에 배치된다. 만일 폴리싱 패드의 두께와 같은 측정 환경이 변한다면, 와류 센서로부터의 신호들도 변한다. 따 라서, 와류 센서는 파라미터들 가운데 하나로서 상기 측정 환경을 고려하여 기판의 막 두께를 측정하여야만 한다. 이에 따라, 복잡하면서도 힘든 공정들이 기판의 막 두께를 측정하는 데 필요하게 된다.
도전성 초박막이 측정되는 경우, 반도체 웨이퍼와 같은 기판의 내부에 생성되는 와류는 무시할 수 없다. 이에 따라, 도전성 초박막의 막 두께를 측정하기 위해서는, 와류 센서에 의한 측정에 악영향을 줄 수도 있는 측정 환경으로서 기판의 내부로부터의 영향이 고려되어야만 한다. 따라서, 복잡하면서도 힘든 공정들이 기판의 막 두께를 측정하는 데 필요하게 된다.
본 발명은 이러한 단점들의 관점에서 고안되었다. 그러므로 본 발명의 목적은 측정 환경으로부터 별다른 영향을 받지 않으면서도 도전성막을 고정밀도로 용이하게 측정할 수 있는 와류 센서를 제공하는 것이다.
본 발명의 제1실시형태에 따르면, 기판상에 형성되는 도전성막 부근에 배치된 센서 코일 및 와류(와상 전류; eddy current)를 상기 도전성막에 생성하기 위해 AC 신호를 상기 센서 코일에 공급하도록 구성된 신호원을 구비한 와류 센서가 제공된다. 상기 와류 센서는 상기 도전성막에서 생성되는 상기 와류를 검출하도록 작동할 수 있는 검출 회로를 포함한다. 상기 검출 회로는 상기 센서 코일에 연결되어 있다. 상기 와류 센서는 또한 투자율이 높은 재료로 만들어지는 하우징을 포함한다. 상기 하우징은 상기 센서 코일을 내부에 수용한다. 따라서, 상기 하우징은 센서 코일이 자속의 경로를 형성하여 도전성막에 와류를 효과적으로 생성시키도록 구성된다.
상기 형태에 의하면, 센서 코일로부터의 자속은, 센서 코일 주위에 위치하는 고투자율을 갖는 하우징을 통과한 다음 측정될 도전성막을 통과하기 위하여 경로(자기 회로)를 형성한다. 자속은 설치 환경에서 부재를 통과하지 않기 때문에, 상기 자속이 감쇄되지 아니한다. 따라서, 와류가 센서 코일에 의해 도전성막에 효과적으로 생성될 수 있고, 상기 도전성막의 막 두께가 고감도로 측정될 수 있다.
상기 하우징은 원통형 또는 센서 코일을 둘러싸는 형상으로 형성될 수도 있다. 상기 센서 코일은 와류를 상기 도전성막에 생성하도록 작동할 수 있는 여자 코일 및 상기 도전성막에 생성되는 상기 와류를 검출하도록 작동할 수 있는 검출 코일을 포함할 수도 있다. 상기 센서 코일은 검출 출력의 영점(zero point)을 상기 검출 코일과 협동하여 조정하도록 작동할 수 있는 밸런스 코일(balance coil)을 더 포함할 수도 있다. 상기 영점을 조정하면, 도전성막의 두께에 상응하는 변동 신호만을 증폭하는 것이 가능하다. 상기 하우징은 도전성 부재(폴리싱 테이블) 내에 배치될 수도 있다.
본 발명의 제2실시형태에 따르면, 기판상에 형성되는 도전성막 부근에 배치된 센서 코일 및 와류를 상기 도전성막에 생성하기 위해 AC 신호를 상기 센서 코일에 공급하도록 구성된 신호원을 구비하는 와류 센서가 제공된다. 상기 와류 센서는 상기 도전성막에서 생성되는 와류를 검출하도록 작동할 수 있는 검출 회로를 포함한다. 상기 검출 회로는 상기 센서 코일에 연결되어 있다. 상기 와류 센서는 또한 상기 센서 코일을 내부에 수용하는 절연 부재를 포함한다. 상기 절연 부재는 도전성 재료(폴리싱 테이블) 내에 내장(embed)된다.
본 발명의 제3실시형태에 따르면, 기판상에 형성된 도전성막 부근에 배치된 센서 코일 및 와류를 상기 도전성막에 생성하기 위해 AC 신호를 상기 센서 코일에 공급하도록 구성된 신호원을 구비한 와류 센서가 제공된다. 상기 와류 센서는 상기 센서 코일에서 본 임피던스에 근거하여 상기 도전성막에 생성되는 상기 와류를 검출하도록 작동할 수 있는 검출 회로를 포함한다. 상기 와류 센서는 또한 직교 좌표에서 임피던스의 저항 성분과 리액턴스 성분을 포함하는 점을 특정하고, 상기 도전성막의 막 두께를 상기 직교 좌표의 점과 사전결정된 중심점 간에 연결되는 선으로 형성되는 각도로부터 검출하도록 구성된 제어기를 포함한다. 상기 제어기는 상기 센서 코일과 상기 도전성막 간의 거리에 영향을 받지 않으면서도, 상기 도전성막의 막 두께를 상기 각도로부터 검출하도록 구성될 수도 있다. 상기 사전결정된 중심점은, 도전성막의 막 두께가 상기 센서 코일과 상기 도전성막 간의 거리에 영향을 받지 않으면서도 획득될 수 있는 점에서, 막 두께들과 상기 막 두께들에 상응하는 저항 성분들(Xm) 및 리액턴스 성분들(Ym)을 포함하는 캘리브레이션 데이터 테이블(calibration data table)에 의해 캘리브레이션될 수도 있다.
예비 측정 라인들이, 상이한 측정 환경들에 대하여, 도전성막의 동일한 막 두께의 저항 성분들과 리액턴스 성분들의 출력값들에 근거하여 xy-좌표 상에 그려지는 경우, 상기 예비 측정 라인들은 측정 환경들에 상관없이 단 하나의 교차점(중심점)에서 서로 교차한다. 도전성막의 막 두께가 미지의 측정 환경 하에 측정되는 경우, 도전성막에 생성되는 와류신호의 저항 성분과 리액턴스 성분의 출력값들을 갖는 점과 교차점은 실제 측정 라인에 의해 xy-좌표 상에서 연결된다. 실제 측정 라인의 경사(실제 측정 라인과 베이스 라인간의 각도)를 예비 측정 라인들의 경사들(예비 측정 라인들과 베이스 라인간의 각도들)과 비교함으로써, 도전성막의 막 두께가 용이하게 획득될 수 있다. 따라서, 와류 센서는 폴리싱 패드의 두께에 영향을 받지 않으면서도, 도전성막의 막 두께를 용이하면서도 신속하게 측정할 수 있다.
본 발명의 제4실시형태에 따르면, 기판상에 형성된 제1 도전성막 부근에 배치된 센서 코일 및 와류를 상기 제1 도전성막에 생성하기 위해 AC 신호를 상기 센서 코일에 공급하도록 구성된 신호원을 구비한 와류 센서가 제공된다. 상기 와류 센서는 상기 센서 코일에서 본 임피던스에 근거하여 상기 제1 도전성막에서 생성되는 와류를 검출하도록 작동할 수 있는 검출 회로를 포함한다. 상기 와류 센서는 또한 직교 좌표에서 임피던스의 저항 성분과 리액턴스 성분의 제1임피던스 좌표를 특정하고, 상기 제1임피던스 좌표 상에서의 위상 회전(phase rotation), 평행 변위(parallel displacement) 및 전개(expansion)를 수행하도록 구성된 제어기를 포함한다.
상기 제어기는, 제2도전성 재료의 임피던스의 제2임피던스 좌표를 직교 좌표의 축과 일치시키기 위한 위상 회전, 및 상기 제1임피던스 좌표가 상기 제2임피던스 좌표에 의해 영향을 받는 경우, 확대된 방식(enlarged manner)으로 상기 제1도전성 재료의 임피던스의 제1임피던스 좌표의 변화값을 얻기 위한 전개를 수행하도록 구성될 수도 있다.
위상 회전각은 제2도전성 재료(기판)에서 생성되는 와류의 저항 성분과 리액턴스 성분의 출력값들을 xy-좌표의 x축 또는 y축에 일치시키도록 얻어진다. 도전성막의 막 두께가 측정되면, 측정된 와류의 저항 성분과 리액턴스 성분의 출력값들이 위상 회전각의 위상 회전을 겪게 된다. 따라서, 제2도전성 재료에서 생성되는 와류의 저항 성분과 리액턴스 성분이 상쇄될 수 있다. 이에 따라, 와류 센서는 제2도전성막으로부터의 영향을 받지 않으면서도 제1도전성막의 막 두께를 정확하게 측정할 수 있다. 상기 위상 회전은, 제1도전성막이 얇아 제2도전성막에 의해 영향을 받게 되는 경우에 보다 효과적이다. 이러한 위상 회전은 정밀한 측정이 요구되는 경우에만 수행될 수 있다. 따라서, 상기 위상 회전은 막 두께 측정을 위한 곤란한 공정들을 피할 수 있다.
상기 제2도전성막은 반도체 웨이퍼를 포함하여 이루어질 수도 있고, 상기 제1도전성막은 상기 반도체 웨이퍼 상에 형성된 배리어층 또는 금속막을 포함하여 이루어질 수도 있다.
본 발명의 제5실시형태에 따르면, 기판상에 형성된 도전성막 부근에 배치된 센서 코일 및 와류를 상기 도전성막에 생성하기 위해 AC 신호를 상기 센서 코일에 공급하도록 구성된 신호원을 구비한 와류 센서가 제공된다. 상기 와류 센서는 상기 센서 코일에서 본 임피던스에 근거하여 상기 도전성막에서 생성되는 와류를 검출하도록 작동할 수 있는 검출 회로를 포함한다. 상기 와류 센서는 또한 상기 도전성막의 증착 상태에 따라 보정 계수를 저장하도록 작동할 수 있는 저장 장치 및 직교 좌표에서 임피던스의 저항 성분과 리액턴스 성분을 포함하는 점을 특정하고, 상기 점을 상기 저장 장치 내에 저장된 보정 계수로 보정하도록 구성된 제어기를 포함한다.
와류 센서의 개별적인 차이들은, 도전성막을 갖는 기준 웨이퍼의 막 두께를 측정하고, 임피던스 좌표에서의 막 두께의 호 궤적 상의 기저점과 종점을 원하는 좌표(x, y)에 대해 조정함으로써 상쇄될 수 있다. 상기 제어기는 상기 저항 성분 및 상기 리액턴스 성분이 기준 도전성막의 막 두께가 측정될 때에 일정하도록 구성될 수도 있다.
본 발명의 제6실시형태에 따르면, 기판상에 형성된 도전성막 부근에 배치된 센서 코일 및 와류를 상기 도전성막에 생성하기 위해 AC 신호를 상기 센서 코일에 공급하도록 구성된 신호원을 구비한 와류 센서가 제공된다. 상기 와류 센서는 상기 센서 코일에서 본 임피던스에 근거하여 상기 도전성막에서 생성되는 와류를 검출하도록 작동할 수 있는 검출 회로를 포함한다. 상기 와류 센서는 또한 직교 좌표에서 상기 임피던스의 저항 성분과 리액턴스 성분의 임피던스 좌표를 특정하고, 상기 임피던스 좌표를 공정의 진행에 따라 상기 직교 좌표에서 반원 궤적으로 움직이도록 구성된 제어기를 포함한다.
따라서, 상기 제어기는 직교 좌표에서의 임피던스의 저항 성분과 리액턴스 성분의 임피던스 좌표를 특정한다. 임피던스 좌표의 궤적은 공정의 진행에 따라 직교 좌표에서의 반원 궤적 상에서 움직인다. 상기 제어기는 상기 도전성막의 막 두께의 변화값을 상기 임피던스 좌표가 움직이는 호의 길이에 근거하여 계산하도록 구성될 수도 있다. 상기 도전성막의 막 두께의 변화는 임피던스 좌표가 움직이는 호의 길이(호 길이)로부터 계산될 수 있다. 상기 와류 센서는, 상기 호의 길이가 상기 기판(도전성막 아래쪽에 위치함)의 전도도에 영향을 받지 않도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 아래에 있는 실리콘 기판이 저저항 기판인 경우에도, 금속막 또는 배리어층과 같은 고저항을 갖는 도전성막의 막 두께가, 아래에 있는 실리콘 기판에 영향을 받지 않으면서 검출될 수 있다.
상기 임피던스는 상기 직교 좌표의 축들 가운데 한 축을 따라 급격하게(dramatically) 변할 수도 있다. 이 경우, 상기 제어기는 상기 직교 좌표의 축들 가운데 한 축을 선택하도록 구성될 수도 있다. 상기 임피던스 좌표는, 주증폭기의 오프셋, 증폭도, 위상 회전 또는 극성 선택에 의해 설정되도록 구성될 수도 있다.
상기 제어기는, 상기 임피던스 좌표를 사전결정된 시간마다 측정하고, 임피던스 특성과 모델 데이터 간의 상관(correlation)에 근거하여 공정의 종점을 검출하도록 구성될 수도 있다. 상기 제어기는 공정의 종점까지 남아 있는 시간을 예측하도록 구성될 수도 있다. 따라서, (폴리싱) 공정의 진행을 모니터링하고 예방적인 유지보수에 있어서 (폴리싱) 공정 동안에 이례적으로 야기되는 것에 대해 신속하게 대처하는 것이 가능하다.
기판 유지 장치는 상기 센서 코일로부터 멀리 위치한 도전성 부재를 구비하여, 상기 도전성막에 생성되는 와류에 영향을 받지 않도록 하는 것이 바람직하다.
본 발명의 제7실시형태에 따르면, 복수의 구역을 갖는 기판 부근에 배치된 센서 코일 및 와류를 상기 기판에 생성하기 위해 AC 신호를 상기 센서 코일에 공급하도록 구성된 신호원을 구비한 와류 센서가 제공된다. 상기 와류 센서는 상기 기판의 복수의 구역에서 생성되는 상기 와류에 대한 신호 데이터를 획득하도록 작동할 수 있는 검출 회로를 포함한다. 상기 와류 센서는 또한 상기 신호 데이터에 근거하여 공정의 종점을 검출하도록 구성된 제어기를 포함한다.
상기 제어기는, 상기 복수의 구역의 최적 구역에 대한 신호 데이터의 값, 상기 복수의 구역에 대한 신호 데이터의 평균값, 상기 복수의 구역의 원하는 조합에 대한 신호 데이터의 평균값, 유효값, 상기 신호 데이터의 제1차시간도함수, 상기 신호 데이터의 제2차시간도함수, 및 상기 신호 데이터의 제n차시간도함수를 포함하는 판정값을 채택하도록 구성될 수도 있다. 또한, 상기 제어기는 상기 판정값을 상기 공정의 종점을 검출하기 위한 사전결정된 값과 비교하도록 구성될 수도 있다.
상기 제어기는 상기 신호 데이터에 대한 에지 컷팅 공정(edge cutting process)을 수행하도록 구성될 수도 있다. 상기 신호 데이터는 임피던스의 X 및 Y 성분, 위상 θ, 합성임피던스 Z, 주파수 F, 및 그로부터 변환된 막 두께값을 포함할 수도 있다. 상기 제어기는 상기 신호 데이터로부터 계산된 기준 시간에 대한 산술 연산을, 추가적인 공정 시간 주기를 계산하기 위한 계수를 이용하여 수행하고, 상기 추가적인 공정 시간 주기를 상기 기준 시간에 더하여 상기 공정의 종점을 검출하도록 구성될 수도 있다.
본 발명의 제8실시형태에 따르면, 상기 기판을 처리하도록 구성된 처리 장치 및 전술한 와류 센서를 구비한 기판 처리 장치가 제공된다.
본 발명의 제9실시형태에 따르면, 폴리싱면, 상기 기판을 유지하고 상기 기판을 상기 폴리싱면에 대해 가압하도록 구성된 기판 유지 장치 및 전술한 와류 센서를 구비한 폴리싱 장치가 제공된다.
본 발명의 제10실시형태에 따르면, 도전성막을 기판상에 증착하도록 구성된 기판 증착 장치 및 전술한 와류 센서를 구비한 기판 증착 장치가 제공된다.
본 발명에 따르면, 측정 환경으로부터의 악영향을 피하면서, 도전성막의 막 두께를 고정밀도로 용이하게 그리고 신속하게 측정하는 것이 가능하다.
본 발명의 상기 목적과 기타 목적, 특징 및 장점들은, 예시의 방법을 통해 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명하는 첨부 도면들과 연계하여 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 와류 센서를 구비한 폴리싱 장치를 도시한 개략도;
도 2는 도 1에 도시된 와류 센서의 센서 코일을 도시한 확대단면도;
도 3은 폴리싱 장치의 톱링에 의해 유지되는 반도체 웨이퍼와 도 1에 도시된 와류 센서의 센서 코일 간의 관계를 도시한 평면도;
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 와류 센서로서 사용되는 주파수형 와류 센서의 일 예시를 도시한 블럭도;
도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 와류 센서로서 사용되는 임피던스형 와류 센서의 일 예시를 도시한 블럭도;
도 6은 도 5에 도시된 와류 센서의 등가 회로도;
도 7은 본 발명의 제1실시예에 따른 와류 센서의 센서 코일의 일 예시를 도시한 사시도;
도 8은 도 7에 도시된 센서 코일에서의 코일들의 연결을 도시한 회로도;
도 9는 도 8의 등가 회로도;
도 10은 도 8에 도시된 검출 코일과 밸런스 코일에서 생성되는 전압을 도시한 벡터도;
도 11은 도 5에 도시된 센서 코일에 연결되는 동기 검출 회로를 도시한 블럭도;
도 12는 도전성막의 막 두께의 변화에 따라 임피던스 좌표에서의 저항 성분(R)과 리액턴스 성분(X)의 원 궤적을 도시한 그래프;
도 13은 도전성막과 센서 코일(패드 두께) 간의 갭들의 변동에 따른 임피던스 좌표 상의 원 궤적들의 변동들을 도시한 그래프;
도 14의 (a) 내지 도 14의 (c)는 실리콘 기판의 임피던스 성분들이 위상 회전에 의해 상쇄되고, TaN막의 성분들이 전개되는 것을 도시한 다이어그램들;
도 15의 (a) 내지 도 15의 (d)는 막 두께 검출에 적합한 증폭기의 이득을 설정하는 방법을 도시한 그래프들;
도 16의 (a) 및 도 16의 (b)는 호들의 길이에 근거하여 막 두께를 측정하는 방법을 도시한 다이어그램들;
도 17은 와류 센서가 절연성 재료로 이루어진 폴리싱 테이블 내에 내장되는 경우, 와류 센서에 의한 자속 분포를 도시한 단면도;
도 18은 와류 센서가 도전성 재료로 이루어진 폴리싱 테이블 내에 내장되는 경우, 와류 센서에 의한 자속 분포를 도시한 단면도;
도 19는 본 발명의 제2실시예에 따른 와류 센서에 의한 자속 분포를 도시한 단면도;
도 20은 와류 센서가 도전성 재료(SUS)로 이루어진 폴리싱 테이블 내에 내장되는 경우 및 와류 센서가 절연성 재료(SiC)로 이루어진 폴리싱 테이블 내에 내장되는 경우, 제2실시예에 따른 와류 센서의 특성들을 도시한 그래프;
도 21은 와류 센서가 도전성 재료(SUS)로 이루어진 폴리싱 테이블 내에 내장되는 경우 및 와류 센서가 절연성 재료(SiC)로 이루어진 폴리싱 테이블 내에 내장되는 경우에 와류 센서의 특성들을 도시한 그래프;
도 22는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 와류 센서에 의한 자속 분포를 도시한 단면도;
도 23은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 폴리싱 장치를 도시한 사시도;
도 24는 본 발명에 따른 와류 센서를 구비한 증착 장치를 도시한 개략도이다.
이하, 본 발명의 실시예들에 따른 와류 센서를 구비한 폴리싱 장치를 도 1 내지 도 23을 참조하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 와류 센서(10)를 구비한 폴리싱 장치를 보여준다. 도 1에 도시된 바와 같이, 폴리싱 장치는 폴리싱 테이블(1), 상기 폴리싱 테이블(1)의 표면에 부착된 폴리싱 패드(2), 반도체 웨이퍼(W)를 유지하고 상기 반도체 웨이퍼(W)를 폴리싱 패드(2)에 대해 가압하는 톱링(3) 및 상기 반도체 웨이퍼(W) 상에서 폴리싱될 도전성막의 막 두께를 측정하는 와류 센서(10)를 구비한다. 상기 폴리싱 장치의 폴리싱 테이블(1)은 화살표 21로 도시된 바와 같이 지지 샤프 트(20)를 중심으로 회전 가능하다. 상기 톱링(3)은 화살표 22로 도시된 바와 같이 그 축선을 중심으로 회전 가능하다.
상기 톱링(3)은, 톱링(3)과 폴리싱 테이블(1)이 서로 독립적으로 회전되면서, 상기 반도체 웨이퍼(W)를 상기 폴리싱 테이블(1) 상의 폴리싱 패드(2)에 대해 가압시킨다. 이 때, 폴리싱액이 폴리싱액 공급 노즐(도시 안됨)로부터 폴리싱 패드(2) 상으로 공급된다. 따라서, 반도체 웨이퍼(W)가 폴리싱된다. 본 실시예에서, 폴리싱 장치의 폴리싱 테이블(1)은 SiC와 같은 세라믹 재료 또는 스테인리스(SUS)와 같은 금속 재료로 만들어진다.
도 1에 도시된 바와 같이, 와류 센서(10)는 폴리싱 테이블(1) 내에 내장된 센서 코일(100), 전치 증폭기(preamplifier; 102), 주증폭기(104) 및 제어기(106)를 포함한다. 도시된 예시에서는 센서 코일(100) 및 전치 증폭기(102)가 분리되어 있지만, 전치 증폭기는 센서 코일(100) 내에 일체형으로 통합될 수도 있다. 케이블(108)은 폴리싱 테이블(1)의 지지 샤프트(20)를 통해 센서 코일(100)로부터 연장되어 있다. 따라서, 센서 코일(100)은 지지 샤프트(20)의 단부에 제공되는 회전 조인트(23)를 통해 제어기(106) 및 주증폭기(104)에 연결되어 있다.
와류 센서(10)의 제어기(106)는, 저역 통과 필터(LPF: Low-Pass Filter), 대역 통과 필터(BPF: Band-Pass Filter), 고역 통과 필터(HPF: High-Pass Filter) 또는 노치 필터(notch filter)와 같은 아날로그 필터 또는 센서 신호들의 노이즈를 제거하기 위한 소프트웨어를 사용하는 디지털 필터를 포함한다. 각각의 필터는 적절한 컷-오프 주파수를 가질 수도 있다. 예를 들어, 저역 통과 필터가 0.1 내지 1 kHz의 컷-오프 주파수를 가지는 경우, 센서 신호들에 포함된 노이즈는 반도체 웨이퍼(W)의 막 두께를 정확하게 측정하기 위하여 폴리싱하는 동안에 제거될 수 있다.
도 2는 와류 센서(10)의 센서 코일(100)을 도시한 확대 단면도이다. 폴리싱 패드(2)는 폴리싱 테이블(1)의 상부면에 부착된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 폴리싱 패드(2) 부근의 센서 코일(100)의 상단면에는 플루오르화수지(110)가 부착된다. 상기 플루오르화수지(110)는, 폴리싱 패드(2)가 폴리싱 테이블(1)로부터 벗겨지는 경우(peel off), 센서 코일(100)이 폴리싱 패드(2)와 함께 제거되는 것을 방지할 수 있다. 플루오르화수지(110)는, 폴리싱 패드(2)가 센서 코일(100) 위쪽의 위치에서 부풀지 않도록 폴리싱 테이블(1)의 상부면 아래쪽 0 내지 0.05mm 에 위치한 상단면을 가진다. 따라서, 폴리싱 공정이 센서 코일(100)의 존재에 영향을 받지 아니한다. 폴리싱 테이블(1)의 상부면과 센서 코일(100)의 상단면 사이의 높이차는 가능한 한 작아야만 하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 상기 높이차는 실제로 0.01mm 정도로 설정될 수 있다. 센서 코일(100)의 높이는 센서 코일(100)의 하단에 제공되는 심(shim)(박판)(112)이나 스크루(도시 안됨)에 의해 조정될 수 있다.
센서 코일(100)과 제어기(106)를 상호 연결시키는 회전 조인트(23)는 그것이 회전 부재를 가지더라도 신호들을 전송할 수 있다. 하지만, 회전 조인트(23)는 신호들을 전송하기 위한 제한된 개수의 신호 라인들을 가진다. 본 실시예에서, 회전 조인트(23)는 DC 전압원, 출력 신호 및 여러 제어 신호들을 위한 단 8개의 신호 라인들을 가질 수 있다. 하나의 신호 라인은 판별식 DC 전압, 변조 주파수, 1-비트 디지털 신호 등을 포함하는 제어 신호들을 제어기(106)로부터 회전 조인트(23)를 통해 전치 증폭기(102)로 전송할 수 있다. 상기 전치 증폭기(102)는 제어 신호들을 처리하도록 작동 가능한 입력부를 구비한다. 예를 들어, 폴리싱될 막의 특성들과 센서 코일(100)의 코일 밸런스 상의 명령 신호들에 따라, 전치 증폭기(102)의 진동 주파수들은 2 내지 8 MHz의 범위로 조정될 수 있다. RF 전압의 증폭 이득 또한 조정될 수 있다. 전술한 신호 라인들의 개수에 대한 제한은 무선 신호 전송을 이용하여 제거할 수 있다.
도 3은 톱링(3)에 의해 유지되는 반도체 웨이퍼(W)와 폴리싱 테이블(1) 내에 내장되는 와류 센서(10)의 센서 코일(100) 간의 관계를 도시한 평면도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 폴리싱 테이블(1)의 주변부에는 도그(dog; 4)가 제공되고, 상기 도그(4)에 상응하기 위해 도그 센서(5)가 제공된다. 상기 도그 센서(5)는 도그(4)를 검출하고 이에 따라 폴리싱 테이블(1)의 회전을 검출한다. 톱링(3)에 의해 유지되는 반도체 웨이퍼(W)용 신호 처리는 도그 센서(5)로부터의 검출 신호들에 근거하여 시작된다. 특별히, 와류 센서(10)의 센서 코일(100)은, 폴리싱 테이블(1)이 회전되는 동안, 도 3에 도시된 자취 라인(24) 상에서 반도체 웨이퍼(W)를 스캔한다.
폴리싱 테이블(1)이 한 번 회전하는 동안, 도그 센서(5)는 도그(4)를 검출하고 검출 신호를 와류 센서(10)에 출력한다. 이 때, 센서 코일(100)은 아직 반도체 웨이퍼(W) 아래쪽에 위치하지 않으므로, 와류 센서(10)의 센서 코일(100)로부터의 센서 신호는 웨이퍼(W)의 외부의 감지 결과들을 나타낸다. 센서 코일(100)이 반도체 웨이퍼(W) 아래쪽 영역으로 이동되면, 와류 센서(10)의 제어기(106)는 웨이퍼(W)의 도전성막에 생성되는 와류에 상응하는 레벨을 갖는 센서 신호를 수신한다. 센서 코일(100)이 반도체 웨이퍼(W) 아래쪽 영역을 지나간 후, 와류 센서(10)의 제어기(106)는 와류가 생성되지 않는 레벨을 갖는 센서 신호를 수신한다. 즉, 센서 신호는 웨이퍼(W)의 외부의 감지 결과들을 나타낸다.
이 경우, 센서 코일(100)은 연속해서 감지를 수행하도록 구성될 수도 있다. 하지만, 제어기(106)에 의해 수신되는 센서 신호들의 레벨들은 폴리싱 동안에 웨이퍼(W)의 막 두께의 변화들에 따라 변하기 때문에, 반도체 웨이퍼(W) 상의 도전성막의 막 두께가 단순히 센서 코일(100)에 의해 감지되는 경우에는 측정 타이밍이 불안정하게 된다. 이에 따라, 반도체 웨이퍼(W)의 폴리싱 영역에 대한 측정을 시작할 때, 센서 신호의 레벨을 획득 및 설정하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 측정 타이밍은 폴리싱액 공급 노즐(도시 안됨)로부터 물을 공급하는 동안, 기준 웨이퍼(더미 웨이퍼)를 워터-폴리싱하여 얻어질 수도 있다. 특별히, 1000 nm의 구리층이 그 위에 증착된 기준 웨이퍼는 120초 동안, 60 min- 1 의 회전 속도로 회전되는 폴리싱 테이블(1) 상에서 워터-폴리싱될 수도 있다.
보다 상세하게는, 센서 신호값들의 중간값(median value)이, 제어기(106)가 도그 센서(5)로부터 도그(4)의 검출 신호를 수신한 후, 반도체 웨이퍼(W)의 외부 및 내부에 대한 센서 신호들로부터 계산된다. 계산된 중간값은 반도체 웨이퍼(W)의 측정을 위한 기준 레벨로서 설정된다. 따라서, 제어기(106)가 도그 센서(5)로부터 도그(4)의 검출 신호를 수신한 후에 기준 레벨보다 높은 레벨을 갖는 센서 신호를 수신하면, 센서 신호들이 예컨대 매 1 밀리 초마다 획득된다. 센서 신호들의 획득 은, 센서 코일(100)이 웨이퍼(W)로부터 떨어져 이동될 때에 종료된다. 획득된 센서 신호들은 웨이퍼(W)의 물리적인 크기에 따라 각각의 영역들에 할당된다. 또한, 센서 신호들의 유효화와 무효화가 시스템에 설정될 수도 있다. 예를 들어, 센서 신호들의 무효화는 폴리싱 공정이 수행되지 않는 경우, 센서 신호들의 레벨들이 사전결정된 값보다 높은 경우, 센서 신호들의 레벨들이 사전결정된 값보다 낮은 경우, 또는 톱링(3)이 센서 코일(100) 위쪽에 존재하지 않는 경우에 설정될 수 있다.
와류 센서(10)에 있어서, 도전성막 부근에 위치하는 센서 코일(100)은 와류를 도전성막에 생성하기 위하여 자속이 웨이퍼의 도전성막을 통과하게 한다. 상기 도전성막의 막 두께는 와류에 의해 야기되는 센서 신호에 근거하여 측정된다. 이에 따라, 와류 센서(10)는, 센서 코일(100)을 폴리싱 테이블(1) 내에 내장하여 상기 폴리싱 테이블(1) 상의 폴리싱 패드(2) 내에 어떠한 윈도우도 형성되지 않으면서도 도전성막의 막 두께를 측정할 수 있다.
예를 들어, 도전성막의 막 두께는 본 발명에 따른 와류 센서에 의해 폴리싱의 개시로부터 모니터링된다. 따라서, 와류 센서에 의하여, 도전성막의 막 두께가 폴리싱의 시작에서 끝까지 실시간으로 연속적으로 또는 간헐적으로 모니터링될 수 있다. 이러한 특징은 폴리싱 공정의 변화 또는 추가를 촉진시킨다. 연속적인 측정은, 와류 센서가 계속해서 도전성막이 그 위에 형성된 반도체 기판을 향하고 있는 장치에 의해 수행되는 측정을 의미한다(도 23 및 도 24 참조). 간헐적인 측정은, 와류 센서가 주기적으로 도전성막이 그 위에 형성된 반도체 기판을 향하고 있는 장치에 의해 수행되는 측정을 의미한다(도 1 및 도 3 참조).
또한, 예컨대 와류 센서(10)의 제어기(106)가, 웨이퍼 상에 형성된 텅스텐막의 막 두께가 1000 Å 이 된 것을 나타내는 신호를 수신한 후, 폴리싱 공정은 웨이퍼가 저압 하에 폴리싱 패드에 대해 가압되는 저압 공정으로 신속하게 전환될 수도 있다. 또한, 폴리싱 공정은 측정된 절대적인 막 두께에 근거하여 실시간으로 여러 방식들로 제어 및 변경될 수 있다. 예를 들어, 워터-폴리싱이 폴리싱 테이블의 온도 및 폴리싱 속도를 낮추도록 행해질 수도 있다. 대안적으로는, 폴리싱 패드 상으로 공급되는 슬러리가 낮은 폴리싱 속도를 갖는 슬러리로 변경될 수도 있다. 이러한 와류 센서의 센서 신호들에 기초한 공정 제어는 디싱(dishing) 및 부식 정도를 감소시킬 수 있다. 물론, 와류 센서를 이용하는 이러한 공정 제어는 텅스텐 폴리싱에 뿐만 아니라 구리 폴리싱 및 알루미늄 폴리싱에도 적용될 수 있다.
텅스텐 폴리싱의 경우, 와류 센서로부터의 센서 신호는 1000 Å, 500 Å 또는 0 Å 의 막 두께를 나타내며, 상술한 폴리싱 상태들의 변화가 여러 형태의 공정 관리를 달성하기 위해 행해질 수도 있다. 대안적으로는, 폴리싱 상태들이 폴리싱의 소요량이 막 두께로 출력될 때에 변경될 수도 있다. 구리 폴리싱의 경우, 와류 센서로부터의 센서 신호가 1500 Å 의 막 두께를 나타내면, 폴리싱 상태들이 변경될 수도 있다.
본 발명에 따른 와류에 의한 도전성막의 막 두께의 측정공정의 특정 예시들을 설명한다.
상술한 와류 센서(10)는, 와류를 도전성막에 생성하여 변화된 진동 주파수에서의 변화값들에 근거하여 막 두께를 검출하는 주파수형 와류 센서 및 센서 코일에 서 본 임피던스를 도전성막에 대해 변화시켜 임피던스의 변화값들에 근거하여 막 두께를 검출하는 임피던스형 와류 센서를 포함하는 2가지 형태의 와류 센서들로 분류된다. 도 4는 주파수형 와류 센서(10a)를 도시한 다이어그램인 반면, 도 5는 임피던스형 와류 센서(10b)를 도시한 다이어그램이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 주파수형 와류 센서(10a)는 측정될 반도체 웨이퍼(W)의 도전성막(6) 부근에 배치된 센서 코일(100), 상기 센서 코일(100)에 연결된 가변-주파수 콜핏츠(Colpitts) 발진기(120)(신호원), 및 상기 콜핏츠 발진기(120)에 연결된 주파수 디바이더/카운터 회로(122)를 구비한다. 이러한 와류 센서(10a)에 있어서, 콜핏츠 발진기(120)의 진동 주파수는 도전성막(6)의 막 두께가 변할 때에 변경된다. 따라서, 도전성막(6)의 막 두께의 변화값들은 콜핏츠 발진기(120)의 진동 주파수의 변동에 의해 검출될 수 있다. 주파수 디바이더/카운터 회로(122)는 콜핏츠 발진기(120)의 진동 주파수의 변동을 검출할 수 있고, 따라서 도전성막(6)의 막 두께의 변화값들을 검출할 수 있다. 특별히, 센서 코일(100) 및 발진기(120)는 도전성막(6)의 막 두께에 상응하는 진동 주파수에서 진동하는 탱크 회로(tank circuit)를 형성한다. 발진기(120)의 진동 신호들은, 발진기(120)의 진동 주파수를 검출하기 위해 주파수 디바이더/카운터 회로(122)에 의해 주파수가 분할되고 카운트된다. 상기 발진기(120)의 진동 주파수는 상응하는 막 두께로 변환된다.
도 5에 도시된 바와 같이, 임피던스형 와류 센서(10b)는 측정될 반도체 웨이퍼(W)의 도전성막(6) 부근에 배치된 센서 코일(100), 상기 센서 코일(100)에 연결 된 AC 신호원(124), 및 상기 센서 코일(100)에서 본 도전성막(6)을 포함하는 임피던스를 검출하기 위한 동기 검출 회로(126)를 구비한다. 측정될 반도체 웨이퍼(W) 상에 형성되는 도전성막(6)은, 대략 0 내지 2㎛의 두께를 가지는 Au, Cr 또는 W 와 같은 금속의 증기막이나 구리 도금막 또는 옹스트롬 정도의 두께를 가지는 증기막이나 구리 도금막의 아래층으로서 형성되는 배리어층일 수도 있다. 상기 배리어층은 Ta, TaN, Ti, TiN, WN 등으로 이루어진 고저항층이다. 화학적 기계적 폴리싱의 종점의 정확한 검출의 관점에서 배리어층의 막 두께를 검출하는 것이 중요하다. 센서 코일(100)은 한 번 내지 수십 번을 감은 코일을 가진다. 상기 센서 코일(100)은 도전성막(6) 부근에, 예컨대 상기 도전성막(6)으로부터 대략 0.5 내지 5mm 정도의 거리로 배치된다.
도 6은 도 5에 도시된 와류 센서(10b)의 등가 회로를 보여준다. 도 6에 도시된 등가 회로에서는, 임피던스형 와류 센서(10b)의 AC 신호원(124)의 진동 주파수가 일정하기 때문에, AC 신호원(124)에서 센서 코일(100)까지 본 임피던스 z 가 도전성막(6)의 막 두께가 변할 때에 변한다. 도 6에 도시된 등가 회로에서, L1 은 센서 코일(100)의 셀프-임피던스(센서 코일(100)을 포함하는 1차 셀프-임피던스)를 나타내고, R1 은 센서 코일(100)의 저항(센서 코일(100)을 포함하는 1차 등가 저항)을 나타내며, I1 은 센서 코일(100)을 통과하는 전류를 나타낸다. 도전성막(6)에 관하여, R2 는 와류 손실에 상응하는 등가 저항을 나타내고, L2 는 도전성막(6)의 셀 프-임피던스를 나타내며, I2 는 도전성막(6)을 통과하는 와류를 나타낸다. 상기 와류 I2 는 도전성막(6)의 등가 저항 R2 및 셀프-임피던스 L2 에 따라 달라진다. 상기 와류 I2 는 도전성막(6)의 막 두께가 변할 때에 변한다. 이에 따라, 도전성막(6)의 막 두께의 변화값들은, AC 신호원(124)에서 본 임피던스 z의 변동에 의하여 상기 도전성막(6)과 센서 코일(100) 간의 상호 임피던스 M 을 통해 검출될 수 있다.
보다 상세하게는, AC 신호원(124)은 쿼츠(quartz) 발진기와 같은 1 내지 50 MHz의 고정주파수를 갖는 발진기를 포함하여 이루어진다. AC 전압이 AC 신호원(124)에 의해 공급되면, 전류 I1 은 센서 코일(100)을 통과한다. 전류가 도전성막(6) 부근에 배치된 센서 코일(100)을 통과하면, 도전성막(6)과 자속의 상호 연결이 발생되어 센서 코일(100)과 도전성막(6) 간의 상호 임피던스 M을 형성하게 된다. 따라서, 와류 I2 가 도전성막(6)을 통과한다. AC 신호원(124)의 단자(128, 130)에서 본 임피던스 z 는 도전성막(6)에서 야기되는 와류 손실의 크기에 따라 변한다.
와류 센서의 신호원은 단 하나의 전파, 혼합된 전파, AM 변조 전파, FM 변조 전파, 함수 발생기의 스윕 주파수(sweep frequency) 또는 복수의 신호원의 진동 주파수들을 채택할 수도 있다. 상기 센서는 폴리싱되고 있는 웨이퍼를 향하지만, 밸런스드 변조, 진폭 변조 또는 펄스 변조가 교번 버스트 전자기장 또는 사인파에서 수행되어, 와류 센서에서의 자기장 및 자속을 생성하게 된다. 측정될 막의 형태에 일치시키기 위하여 고감도를 가지는 변조 방법 및 진동 주파수를 선택하는 것이 바람직하다.
도 7은 본 실시예에 따른 센서 코일(100)의 일 예시를 보여준다. 상기 센서 코일(100)은 와류를 도전성막에 형성하기 위한 코일 및 와류를 도전성막에서 검출하기 위한 코일을 포함하는 분리된 코일들을 구비한다. 본 실시예에서는, 도 7에 도시된 바와 같이, 센서 코일(100)이 보빈(bobbin; 132) 상에 감긴 3개의 코일(134a, 134b, 134c)을 가진다. 중앙 코일(134b)은 AC 신호원(124)에 연결된 여자 코일이다. 여자 코일(134b)은 상기 AC 신호원(124)으로부터 공급되는 전압에 의해 생성되는 자기장에 의하여 상기 센서 코일(100) 부근에 위치한 반도체 웨이퍼(W) 상에서 도전성막(6)에 와류를 형성한다. 검출 코일(134a)은 (도전성막 부근의) 보빈(132)의 상부에 배치된다. 상기 검출 코일(134a)은 도전성막 내에 형성되는 와류에 의해 생성되는 자기장을 검출한다. 밸런스 코일(134c)은 상기 검출 코일(134a)에 대해 여자 코일(134b)의 반대쪽에 배치된다.
도 8은 센서 코일(100)에서의 코일들(134a, 134b, 134c)의 연결의 일 예시를 보여준다. 도 9는 도 8의 등가 회로를 보여준다. 본 실시예에서, 상기 코일(134a, 134b, 134c)은 동일한 횟수의 감은 수(1 내지 500 번)를 가진다. 상기 검출 코일(134a) 및 밸런스 코일(134c)은 서로 반대 위상으로 연결된다.
따라서, 검출 코일(134a) 및 밸런스 코일(134c)은 반대 위상으로 직렬 회로를 형성한다. 직렬 회로의 각각의 단부는 가변 저항(VR2)을 포함하는 저항 브릿지 회로(138)에 연결된다. 여자 코일(134b)은 AC 신호원(124)에 연결된다. 상기 여자 코일(134b)은 여자 코일(134b) 부근에 위치한 도전성막(6)에 와류 및 교번 자기장(alternating magnetic feild)을 생성한다. 가변 저항 VR1 및 VR2 의 저항값들을 조정함으로써, 코일(134a, 134c)들을 포함하는 직렬 회로의 출력 전압은 도전막이 센서 코일(100) 부근에 위치하지 않을 때에 제로가 되도록 조정될 수 있다.
상기 코일(134a, 134c)의 신호(LA, LC)들은 상기 코일(134a, 134c)에 병렬로 연결되는 가변 저항 VR1 및 VR2 에 의해 조정된다. 상기 가변 저항 VR2 은 동일한 위상을 가지기 위하여 상기 신호들을 조정하는 반면, 상기 가변 저항 VR1 은 상기 신호들의 길이들을 조정한다. 특별히, 도 9에 도시된 등가 회로에서, 상기 가변 저항 VR1 (= VR1-1 + VR1-2) 및 VR2 (= VR2-1 + VR2-2)는 VR1-1 x (VR2-2 + jωLC) = VR1-2 x (VR2-1 + jωLA)이 되도록 조정된다. 따라서, 도 10에 도시된 바와 같이, 점선으로 도시된 코일(134a, 134c)들의 신호(LA, LC)들은 실선으로 도시된 동일한 위상 및 진폭을 갖는 신호들로 조정된다. 가변 저항 VR1 (= VR1-1 + VR1-2) 및 VR2 (= VR2-1 + VR2-2)의 조정은 바람직하게는 자동으로 서보모터(servomotor)(DC 펄스 모터)에 의해 행해진다. 따라서, 센서 코일(100)의 소정의 변동들과 상기 센서 코일(100)이 제공되는 환경을 고려하여 밸런스가 자동으로 조정될 수 있어, 와류 센서(10)가 개별적인 차이들을 가지지 않도록 할 수 있다.
특별히, 검출 코일(134a) 및 밸런스 코일(134c)의 직렬 회로는 상기 AC 신호원(124)에 연결된 여자 코일(134b)로부터 분리되어 있다. 상기 밸런스는 저항 브릿지 회로(138)에 의해 조정된다. 이에 따라, 영점이 조정될 수 있다. 특별히, 밸런스 코일(134c)은 검출 코일(134a)의 검출 출력의 영점을 조정하도록 작동 가능하다. 따라서, 도전성막을 통과하는 와류가 제로로 검출될 수 있어, 도전성막을 통과하는 와류의 검출 감도가 증대될 수 있게 된다. 이에 따라, 도전성막의 변경값들이 도전성막에 생성되는 와류의 크기에 근거하여 고감도로 검출될 수 있다. 도전성막이 검출 코일(134a) 부근에 위치되면, 도전성막에 생성되는 와류에 의해 생성된 자속은 검출 코일(134a) 및 밸런스 코일(134c)과 상호 연결된다. 검출 코일(134a)은 다른 코일들보다 도전성막에 근접하여 위치되기 때문에, 상기 코일(134a, 134c)에 의해 생성되는 유도 전압들이 언밸런싱되어 상기 도전성막에서 와류에 의해 형성되는 상호연결 자속을 검출하게 된다.
도 11은 도 5에 도시된 AC 신호원(124)에서 센서 코일(100)까지 본 임피던스 z를 측정하기 위한 동기 검출 회로(126)의 일 예시를 보여준다. 도 11에 도시된 측정 회로에서는, 막 두께의 변화값들에 따라 임피던스 평면 좌표(x, y)에서의 저항 성분(R), 리액턴스 성분(X), 임피던스 성분(Z) 및 위상 출력(θ = tan-1R/X)을 얻는 것이 가능하다. 이에 따라, 이러한 신호 출력들의 사용에 의하여, 막 두께가 예컨대 임피던스의 각각의 성분들의 크기들에 의해 측정될 수 있다. 따라서, 여러 방식들로 공정의 진행을 검출하는 것이 가능하다. 이하, "임피던스"라는 용어는 저항 성분(R)과 리액턴스 성분(X) 양자 모두의 의미로서 사용된다.
상술된 바와 같이, 측정될 도전성막(6)을 구비한 반도체 웨이퍼(W) 부근에 위치한 센서 코일(100)에 AC 신호를 공급하는 AC 신호원(124)은 쿼츠 발진기와 같은 고정 주파수를 갖는 발진기를 포함하여 이루어진다. 예를 들어, AC 신호원(124)은 1 내지 50 MHz의 고정주파수를 갖는 전압을 공급한다. 상기 AC 신호원(124)에서 생성되는 AC 전압은 대역 통과 필터(140)를 통해 센서 코일(100)의 여자 코일(134b)로 공급된다. 센서 코일(100)의 단자들에서 검출되는 신호들은 고주파 증폭기(142) 및 위상 시프트 회로(144)를 통해, 동기 검출 유닛을 형성하는 코사인 동기 검출 회로(146) 및 사인 동기 검출 회로(148)로 전송된다. 상기 동기 검출 유닛은 상기 검출 신호들로부터 코사인 성분(X 성분) 및 사인 성분(Y 성분)을 추출한다. 상기 위상 시프트 회로(144)는 상기 신호원(124)에서 형성된 진동 신호들로부터 인-페이즈 성분(0°) 및 쿼드러처 성분(90°)의 2가지 신호들을 형성한다. 상기 2가지 신호들은 코사인 동기 검출 회로(146) 및 사인 동기 검출 회로(148)로 각각 전송된다. 따라서, 상술된 동기 검출이 수행된다.
불필요한 적어도 5 kHz의 고주파 성분들이, 저역 통과 필터(150, 152)들에 의해, 동기 검출을 받은 신호들로부터 제거된다. 그 후, X 성분 출력이 코사인 동기 검출의 출력으로서 얻어지고, Y 성분 출력이 사인 동기 검출의 출력으로서 얻어진다. 또한, 임피던스 성분 Z = (X2 + Y2)1/2 이 벡터 산술 회로(154)에 의해 X 및 Y 성분 출력들로부터 얻어진다. 이와 유사하게, 위상 출력(θ = tan-1Y/X)이 벡터 산술 회로(154)(θ 처리 회로)(156)에 의해 X 및 Y 성분 출력들로부터 얻어진다. 상기 필터들은 센서 신호들의 노이즈 성분들을 제거하기 위해 제공된다. 상기 필터들은 그 목적을 위해 적절하게 설정된 컷-오프 주파수를 가진다.
따라서, 신호 출력 X 및 Y, 위상 θ 및 합성 임피던스 Z 가 추출되어 임피던스형 와류 센서에서 막 두께값으로 변환된다. 금속막(Cu, Al, Au 또는 W), 배리어층(Ta, TaN, Ti, TiN 또는 WN) 또는 배리어층을 갖는 콘택 플러그(contact plug)용 다결정 실리콘의 막 두께에 대한 측정 정보는 신호 출력 X 및 Y, 위상 θ 및 합성임피던스 Z 등으로부터 얻어질 수 있다. 상기 측정 정보는 종점 검출과 같은 폴리싱 공정의 검출을 위하여 단독으로 또는 조합하여 사용될 수 있다. 와류 센서는, 폴리싱 패드를 통해 폴리싱되고 있는 반도체 웨이퍼를 향하도록 상기 폴리싱 테이블의 표면 부근의 폴리싱 테이블 내에 제공될 수 있다. 이러한 형태에 의하면, 와류 센서는 반도체 웨이퍼 상의 도전성막을 통과하는 와류를 기초로 하여 상기 반도체 웨이퍼 상의 도전성막의 막 두께를 검출할 수 있다.
도 6에 도시된 등가 회로에서 볼 수 있듯이, 각각의 전압 및 전류가 사인파를 가지면, 다음과 같은 수학식 1 과 2가 얻어진다.
Figure 112006027173910-pct00001
Figure 112006027173910-pct00002
상기 수학식들로부터, 1차 측에서 본 임피던스 z 는 수학식 3으로 나타난다.
Figure 112006027173910-pct00003
저항 성분 x 및 리액턴스 성분 y 는 각각 다음과 같은 수학식 4 와 5로 나타난다.
Figure 112006027173910-pct00004
Figure 112006027173910-pct00005
여기서, 와류의 저항에 상응하는 R2 가 수학식 4 와 5로부터 소거되면, 다음과 같은 수학식 6 이 얻어진다.
Figure 112006027173910-pct00006
따라서, 수학식 6은 중심이 점 (x = R1, y = ωL1(2 + k2)/2)이고 반경이 k2ωL1/2인 원의 궤적을 나타내고, 여기서 k는 커플링 계수이고, M = k(L1L2)1/ 2 이다.
이는 1차 측에서 본 임피던스 z 가 도 12에 도시된 반원 상의 여하한의 지점에 위치한다는 것을 의미한다. 와류 손실에 상응하는 저항 R2 는 다음과 같은 수학식 7로 표현되는데, 여기서 ρ는 부피저항이고, L 은 도전성막의 등가 길이이며, W 는 도전성막의 등가 폭이고, d 는 도전성막의 두께이다.
Figure 112006027173910-pct00007
도 12는 임피던스 좌표에서의 AC 신호원(124)에서 본 임피던스 z의 궤적을 보여준다. 수직축은 리액턴스 성분(X)을 나타내는 반면, 수평축은 저항 성분(R)을 나타낸다. 지점 C 는 막 두께가 100㎛ 정도로 극히 큰 경우를 나타낸다(도전성막이 완전 도체로 간주될 수 있음). 이 경우, AC 신호원(124)의 단자(128, 130)에서 본 임피던스 z (도 6 참조)는 센서 코일(100) 부근에 위치한 도전성막(6)의 극히 증가된 와류, 상기 센서 코일(100)에 병렬로 등가적으로 연결된 극히 감소된 저항 성분(R2) 및 극히 감소된 리액턴스 성분을 가진다. 이에 따라, 저항 성분(R) 및 리액턴스 성분(X) 양자 모두가 작아지게 된다.
도전성막이 폴리싱하는 동안에 얇아지게 되면, 센서 코일(100)의 입력 단자(단자 128, 130)들에서 본 임피던스 z 는 지점 C 에 비해 증가된 등가 저항 성분(R2) 및 증가된 리액턴스 성분을 가진다. 점 B 는 센서 코일(100)의 입력 단자들에서 본 임피던스 z 가 최대 저항 성분(R)을 가지는 점을 나타낸다. 상기 점 B에 서, 센서 코일(100)의 입력 단자들에서 본 와류 손실이 최대화된다. 도전성막이 추가 폴리싱을 하는 동안에 보다 얇아지게 되면, 와류가 감소된다. 따라서, 센서 코일(100)에서 본 저항 성분(R)이 점차 감소되는데, 그 이유는 와류가 점진적으로 감소되기 때문이다. 도전성막이 폴리싱에 의해 완전히 제거되면, 더이상 와류 손실이 발생하지 않는다. 이에 따라, 센서 코일(100)에 병렬로 등가적으로 연결된 저항 성분(R2)이 무한하게 된다. 따라서, 센서 코일(100)의 저항 성분(R1)만이 유지된다. 이 때, 저항 성분(X)은 센서 코일 자체의 리액턴스 성분(L1)에 해당한다. 지점 A 가 이 상태를 나타낸다.
구리 배선들이 다마신 공정(damascene process)에 의해 실리콘 산화막에 형성되는 트렌치들 내에 형성되면, 탄탈질화물(TaN) 또는 티탄질화물(TiN)과 같은 배리어층이 실리콘 산화막 상에 형성되고, 전도도가 높은 구리나 텅스텐과 같은 금속배선이 추가로 배리어층 상에 형성된다. 이에 따라, 이러한 도전성막을 폴리싱하는 경우, 배리어층 폴리싱의 종점을 검출하는 것이 중요하다. 하지만, 상술된 바와 같이, 배리어층은 비교적 낮은 전도도 및 탄탈질화물(TaN) 또는 티탄질화물(TiN)과 같은 옹스트롬 정도의 두께를 갖는 초박막으로서 형성된다.
본 실시예에 따른 와류 센서에 의하면, 폴리싱의 종점 근처에서 상기 배리어층의 막 두께를 용이하게 검출하는 것이 가능하다. 특별히, 도 12에 도시된 점 D 는 막 두께가 대략 1000 Å 정도인 경우를 나타낸다. 저항 성분의 변동이 상기 점 D로부터 막 두께가 제로인 점 A로의 막 두께의 변화값들에 따라 실질적으로 선형방 식으로 극히 커지게 된다. 이 때, 도 12에 도시된 바와 같이, 리액턴스 성분(X)은 저항 성분(R)에 비해 극히 감소된 양의 변동을 가진다. 이에 따라, 막 두께가 리액턴스의 변화값들에 의해 야기되는 진동 주파수의 변동에 기초하여 검출된다는 원리를 채택하는 와류 센서에 있어서는, 상기 진동 주파수의 변동이 막 두께의 변화값들보다 극히 작게 되어, 주파수 변동의 분해능을 증대시키기 위하여 주파수를 높일 필요가 있다.
임피던스형 와류 센서는 리액턴스 성분의 변동을 검출하여 고정된 진동 주파수로 막 두께의 변화값들을 검출할 수 있다. 따라서, 극히 얇은 막의 폴리싱 상태들이 비교적 낮은 주파수로 명확하게 모니터링될 수 있다. 본 실시예에서, 막 두께는 상기 막 두께의 변화들에 의해 야기되는 저항 성분의 변동에 근거하여 검출된다. 하지만, 도전성막의 형태에 따라, 상기 막 두께는 진동 주파수의 변동에 근거하여 검출될 수도 있다. 대안적으로는, 막 두께가 리액턴스 성분 및 저항 성분의 합성 임피던스에 기초하여 검출될 수도 있다. 또한, 막 두께는 후술하는 호의 길이를 측정함으로써 검출될 수도 있다.
비교적 낮은 전도도를 갖는 배리어층을 검출하기 위해서는, 높은 전도도를 갖는 금속막을 검출하는 경우에 비해 AC 신호원(124)의 진동 주파수를 높이는 것이 바람직하다. 진동 주파수가 높아지면, 0 내지 250 Å 범위의 배리어층의 막 두께의 변동을 명확하게 모니터링하는 것이 가능하다. 비교적 높은 전도도를 갖는 구리막과 같은 금속막의 경우에는, 낮은 진동 주파수에서도 막 두께의 변화값들을 명확하게 검출하는 것이 가능하다. 또한, 상기 주파수들 중간의 진동 주파수가 텅스텐막 에 적합하게 사용될 수도 있다. 따라서, 측정될 막의 형태에 따라 진동 주파수를 선택하는 것이 바람직하다.
다음으로, 임피던스형 와류 센서(10b)에서의 폴리싱 패드(2)로부터의 영향을 설명한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 폴리싱되고 있는 반도체 웨이퍼(W)의 표면상에 형성된 도전성막은 폴리싱 테이블(1)에 내장된 와류 센서(10)의 센서 코일(100)에 의해 폴리싱 패드(2)를 통해 측정된다. 폴리싱 장치의 폴리싱 패드(2)에 의해 폴리싱되고 있는 반도체 웨이퍼(W) 상의 도전성막(6)의 막 두께를 측정하기 위해서는, 센서 코일(100)의 상단과 도전성막(6) 사이에 형성된 갭 G(도 5 참조)가 센서 코일(100)과 도전성막(6) 사이에 개재된 폴리싱 패드(2)의 두께에 따라 변한다. 그 결과, 도 13에 도시된 바와 같이, X 및 Y 성분들의 호 궤적은 두께가 d1, d2, d3, d4(d1 < d2 < d3 < d4)인 폴리싱 패드들에 의해 형성된 갭 G 에 따라 변한다. 따라서, X 및 Y 성분들의 호 궤적에 기초한 반도체 웨이퍼(W) 상의 도전성막(6)의 막 두께를 정확하게 측정하기 위해서는, 다양한 두께를 갖는 폴리싱 패드들을 사용하여 웨이퍼의 막 두께의 X 및 Y 성분들에 대한 측정 정보를 준비하는 것이 필요하다. 이러한 측정 정보는 폴리싱 패드가 새로운 것으로 교체될 때마다 준비될 수도 있다. 상기 측정 정보의 준비 후, 도전성막(6)의 막 두께가 측정된다.
X 및 Y 성분들의 측정 결과들에 있어서, 도 13에 도시된 바와 같이, 동일한 막 두께의 도전성막의 X 및 Y 성분들의 출력값들은 센서 코일의 상단과 도전성막 사이의 상이한 갭 G 에 대한 라인(r1, r2, r3)들로 연결된다. 상기 라인(r1, r2, r3) 들은 교차점(중심점) P에서 서로 교차한다. 따라서, 중심점 P 는 와류 센서에 의해 X 및 Y 성분들의 측정 결과들로부터 얻어질 수 있다. 이러한 예비 측정 라인들 rn(n = 1, 2, 3… ) 각각은, 교차점 P를 통과하여 Y 성분의 상수값을 갖는 베이스라인 L(도 13의 수평 라인)에 대한 고도각(elevation angle) θ 만큼 기울어진다. 상기 고도각 θ 는 도전성막의 막 두께에 따라 달라진다.
이에 따라, 반도체 웨이퍼(W)의 도전성막(6)을 폴리싱하는데 사용되는 폴리싱 패드의 두께가 미지인 경우에도, 도전성막의 막 두께가 도전성막의 막 두께에 따라 사전에 이미 측정된 고도각 θ 들의 변동 성향의 상관에 기초하여 계산될 수 있다. 특별히, 중심점 P 및 도전성막(6)의 X 및 Y 성분들의 출력값들(측정결과)을 갖는 점이 실제 측정 라인 rn 으로 연결된다. 베이스라인 L 에 대한 실제 측정 라인 rn 의 고도각 θ 가 얻어지면, 도전성막(6)의 막 두께가 상기 고도각 θ 에 근거하여 계산될 수 있다. 물론, 베이스라인 L 은 도 13의 X 성분의 상수값을 갖는 수직 라인일 수도 있다.
다음으로, 고도각 θ 로부터 막 두께를 계산하는 특정 예시를 설명한다. 예를 들어, 상이한 두께들을 갖는 폴리싱 패드들과 상이한 막 두께를 갖는 구리막이 그 위에 형성되는 샘플 웨이퍼들이 준비된다. 이러한 폴리싱 패드와 샘플들의 조합들에 대한 점들이 직교 좌표에서 측정된다. 예를 들면, 점(x1, y1)이 2mm 의 패드 두께 및 2000 Å 의 막 두께에 대해 계산되고, 점(x2, y2)이 3mm 의 패드 두께 및 2000 Å 의 막 두께에 대해 계산된다. 그런 다음, 이들 점을 통과하는 라인이 계산된다. 이러한 라인은 다음과 같은 수학식 8로 표현된다. 상기 라인은 고도각 θ1 을 가지고, 2000 Å 의 공통 막 두께의 점들을 통과한다.
Figure 112006027173910-pct00008
이와 유사하게, 점(x3, y3)이 2mm 의 패드 두께 및 3000 Å 의 막 두께에 대해 계산되고, 점(x4, y4)은 3mm 의 패드 두께 및 3000 Å 의 막 두께에 대해 계산된다. 그런 다음, 이들 점을 통과하는 라인이 계산된다. 이러한 라인은 다음과 같은 수학식 9로 표현된다. 상기 라인은 고도각 θ2 을 가지고, 3000 Å 의 공통 막 두께에 대한 점들을 통과한다.
Figure 112006027173910-pct00009
상이한 경사들을 갖는 이러한 점들은 중심점 P에서 교차한다. 고도각 θ 이 동일한 값을 가지면, 도전성막들은 패드 두께에 관계없이 동일한 막 두께들을 가진다. 상이한 경사들을 갖는 라인들의 교차점(중심점)은 다음의 수학식 10 내지 13으로 계산된다.
Figure 112006027173910-pct00010
Figure 112006027173910-pct00011
Figure 112006027173910-pct00012
Figure 112006027173910-pct00013
와류 센서의 제어기(106)는 다음과 같은 방식으로 고도각 θ 에 기초하여 막 두께를 측정하도록 구성된다. 상기 제어기(106)는 도전성막의 형태에 상응하는 중심점 P 및 상기 도전성막의 막 두께들에 상응하는 고도각들 θ 를 계산하고, 메모리와 같은 저장 장치에 중심점 P 및 고도각 θ를 저장한다. 폴리싱 장치가 작동되면, 제어기(106)는 X 및 Y 성분들의 출력값들을 갖는 점과 메모리 내의 중심점 P를 교차시키는 실제 측정 라인 rn 의 고도각 θ 에 기초하여 도전성막의 막 두께를 계산한다. 특별히, 와류 센서의 제어기(106)는 산술 유닛을 형성하여, 반도체 웨이퍼(W) 상의 도전성막(6)의 막 두께가 폴리싱하는 동안 신속하게 측정될 수 있게 한다. 중심점 P 및 고도각 θ 를 계산하는데 사용되는 정보는 메모리 내에 저장될 수 도 있고, 중심점 P 및 고도각 θ 가 모든 측정에서 계산될 수도 있다. 또한, 중심점은 막 두께들과 상기 막 두께들에 상응하는 저항 성분(Xm)들과 리액턴스 성분(Ym)들을 포함하는 캘리브레이션 데이터 테이블에 의해 캘리브레이션될 수도 있다.
와류 센서에 의해 측정될 도전성막들이 동일한 재료로 만들어진다면, 도전성막들은 증착 장치 또는 증착 방법과 같은 증착 조건들에 따라 약간 변경된 저항률을 가진다. 만일 도전성막들이 상이한 저항률을 가진다면, 저항 성분(R) 및 리액턴스 성분(X)의 출력값들은 도 12의 상기 출력값들의 원 궤적 상에서 그들의 저항률들에 따라 변한다. 특별히, 저항률이 변동이 있는 작은 값을 가지면, 출력값들이 원 궤적 상에서 시계 방향으로 움직인다. 저항률이 변동이 있는 큰 값을 가지면, 출력값들이 원 궤적 상에서 반시계 방향으로 움직인다. 이에 따라, 보정 계수는 증착 상태들의 변동에 의해 야기되는 저항률의 변동에 따라 미리 조정된다. 와류 센서에 의한 측정 결과는 저항률의 변동을 상쇄하기 위한 보정 계수에 의해 계산 및 보정된다. 따라서, 도전성막들의 막 두께들을 정확하게 측정하는 것이 가능하다.
상기 목적들을 위하여, 와류 센서의 제어기(106)(도 1 참조)는 저항률의 변동을 상쇄하도록 구성된다. 특별히, 증착 상태들의 변동에 의해 야기되는 도전성막들의 저항률들의 변동을 상쇄하기 위한 보정 계수는 사전에 미리 얻어지고 메모리와 같은 저장 장치에 저장된다. 도전성막의 막 두께가 측정되면, 상기 메모리 내의 보정 계수에 의해 X 및 Y 성분들의 출력값들의 곱셈과 같은 프로세스들이 행해져 상기 도전성막의 막 두께를 고정밀도로 측정하게 된다. 따라서, 와류 센서의 제어기(106)는 증착 상태들의 변동으로 야기되는 어떠한 에러도 없이 반도체 웨이퍼(W) 상의 도전성막(6)의 막 두께를 고정밀도로 측정할 수 있다.
배리어층(예컨대, 대략 30 nm의 두께를 갖는 TaN 막)이 폴리싱되면, 측정점들은 그들이 임피던스 평면상에서 움직이는 동안 원형을 형성하지 않을 수도 있다. 이 경우에도, 막 두께의 변동 및 막 두께의 값들은 임피던스 평면의 일부를 확대하고 측정점들의 이동 거리를 측정함으로써 얻어질 수 있다.
반도체 웨이퍼의 도전성막으로서 구리층이 폴리싱되지만, 두께가 극히 얇은 TaN 층(배리어층)이 반도체 웨이퍼 상에 남게 되면, 반도체 웨이퍼의 실리콘 재료에 생성되는 와류가 와류 센서에 의한 X 및 Y 성분들의 측정 결과들에 크게 영향을 줄 수도 있다. 이에 따라, 반도체 웨이퍼의 실리콘 재료로부터 영향을 받지 않으면서도 남아있는 TaN 층과 같은 초박배리어층의 막 두께를 정확하게 측정하기 위해서는, TaN 층과 같은 배리어층으로 인한 좌표 변동만을 추출하기 위하여 상기 측정 결과들로부터 실리콘 재료로 인한 X 및 Y 성분들을 제거하는 것이 필요하다. 특별히, 도전성막들이 그 위에 증착된 반도체 웨이퍼 내의 실리콘 재료로 인한 X 및 Y 성분들은 사전에 미리 와류 센서에 의해 측정된다. 실리콘 재료로 인한 X 및 Y 성분들은 와류 센서의 측정 결과들로부터 제거된다. 따라서, 반도체 웨이퍼 상에 남아 있는 TaN 층과 같은 배리어층의 경우에도, 배리어층의 막 두께가 고정밀도로 측정될 수 있다. 특별히, 폴리싱하는 동안 변하지 않는 실리콘 재료로부터의 영향이 제거될 수 있고, 배리어층의 막 두께의 변화값들에 의한 변동이 폴리싱하는 동안 임피던스 평면상에 확대된 상태로 디스플레이될 수 있다.
이에 따라, 본 실시예에서는, 도전성막들이 없는 실리콘 기판의 X 및 Y 성분들이 사전에 미리 측정된다. 와류 센서의 제어기(106)(도 1 참조)는 X 및 Y 성분들의 출력값들을 xy-좌표의 x-축 또는 y-축에 일치시키도록 위상 회전을 수행한다. 이를 위하여, 상기 위상 회전을 수행하기 위한 회전각 θ 은 xy-좌표(직교 좌표)에서 계산되고 메모리와 같은 저장 장치에 저장된다.
예를 들어, 반도체 웨이퍼(실리콘 기판) 상에 남아 있는 TaN 층과 같은 배리어층이 측정되면, 도 14의 (a)의 실선으로 도시된 궤적이 얻어진다. 점선은 실리콘 기판의 X 및 Y 성분들을 나타낸다. 도 14의 (a)에 도시된 바와 같이, 배리어층(TaN)의 막 두께의 변화값들이 극히 작다. 이 경우, 실리콘 기판에 의해 영향을 받는 지점 P의 좌표는, 좌표축의 회전운동을 수행하기 위하여 컨버전 로직 소프트웨어를 구비한 제어기(106) 내로 입력된다. 특별히, 도 14의 (b)에 도시된 바와 같이, 실리콘 기판의 임피던스 성분들을 x-축 또는 y-축에 일치시키기 위하여 회전이 수행된다. 그 후, 도 14의 (c)에 도시된 바와 같이, TaN의 성분들만이 x-방향 또는 y-방향으로 확대된다. 따라서, 실리콘 기판의 임피던스 성분들로부터의 영향을 피하고 검출 감도를 향상시키는 것이 가능하다. 상기 방법에 따르면, 실리콘 기판의 임피던스 성분들로부터의 영향이 실리콘 기판의 X 및 Y 성분들의 앞선 측정 없이도 상쇄될 수 있고, 배리어층의 임피던스의 변동만이 확대된 방식으로 디스플레이될 수 있다.
특별히, 위상 회전 및 오프셋 조정(평행 변위)이 우선 수행된 다음, 좌표계가 도 14의 (b)에 도시된 바와 같이 변환된다. 따라서, 실리콘 기판의 X 및 Y 성분 들은 위상각의 회전에 의해 상쇄될 수 있다. 다음으로, 도 14의 (c)에 도시된 바와 같이, 배리어층의 성분들만을 확대된 방식으로 디스플레이하기 위하여 y-방향으로 전개가 수행되어, 배리어층의 막 두께가 고정밀도로 검출될 수 있게 한다. 따라서, 상기 방법은 기판상에서 도전성막의 막 두께를 측정하기 위한 위상 회전 및 전개를 채택한다.
보다 상세하게는, 와류 센서의 제어기(106)는 실리콘으로부터 영향을 받는 좌표 성분들을 상쇄하고 초박배리어층과 같은 도전성막(6)의 막 두께에 상응하는 좌표 성분들을 전개하는 역할을 하여, 상기 도전성막의 막 두께를 정확하게 측정하도록 한다. 이러한 예시에 있어서, 위상 회전은 와류 센서로부터의 결과들에서 수행된다. 하지만, 배리어층의 감도만이 추출되고 실리콘만을 포함하는 결과들의 X 또는 Y 성분들을 배리어층을 포함하는 결과들로부터 감산함으로써 출력될 수도 있다.
또한, 센서 코일(100)로부터 반도체 웨이퍼(도전성막)까지의 거리에 대하여, 반도체 웨이퍼를 잡아주는 톱링(3)에서의 스테인리스 금속 재료와 같은 도전성 재료가 센서 코일(100) 부근에 위치한다면, 톱링(3)의 도전성 재료로 인한 X 및 Y 성분들은 출력값들에 영향을 줄 수도 있다. 이에 따라, 반도체 웨이퍼를 잡아주는 톱링(3)에서의 스테인리스 금속 재료와 같은 도전성 재료는 센서 코일(100)로부터 떨어져 위치되어, 상기 톱링(3)이 와류 센서(반도체 웨이퍼의 도전성막에 생성되는 와류)로부터 X 및 Y 성분들의 출력값들에 영향을 주지 않도록 하는 것이 바람직하다. 바람직하게는, 도전성 재료가 센서 코일(100)로부터 적어도 10mm 떨어져 위치 할 수도 있다. 이 경우, 톱링(3)에서의 스테인리스 금속 재료로부터의 영향은 실질적으로 무시할 만한 레벨까지 감소될 수 있다. 톱링의 도전성 재료가 영향력을 가지면, 상술한 위상 회전은 상기 영향력을 무시할 만한 레벨까지 감소시킬 수 있다.
와류 센서에서의 캘리브레이션은 다음과 같이 수행될 수도 있다. 기준 웨이퍼의 도전성막이 폴리싱되고, 기준 웨이퍼의 막 두께가 측정된다. 주증폭기(104)의 위상, 이득 및 오프셋이 조정되고, 주증폭기(104)에서 반전(inversion)이 수행되어, 도 12의 저항 성분(R) 및 리액턴스 성분(X)의 원 궤적의, 측정이 개시되는 기저점 및 도전성막이 제거되는 종점이 일정하게 된다. 따라서, 와류 센서의 개별적인 차이들에 의한 영향을 제거하고 상기 도전성막의 막 두께의 변화값들을 정확하게 검출하는 것이 가능하다.
와류 센서의 제어기(106)는 폴리싱하는 동안 도전성막의 막 두께 측정을 신속하게 수행할 수 있다. 만일 폴리싱 모드가 사전결정된 막 두께로 전환될 것이 요구된다면, 전치 증폭기 또는 주증폭기는 정확한 막 두께 측정을 수행하기 위하여 상기 막 두께가 옹스트롬 정도로 측정될 수 있도록 하는 범위 내에서 사전에 미리 구성될 수도 있다. 예를 들어, 폴리싱 모드가 대략 300 Å 으로 전환되는 경우, 전치 증폭기 또는 주증폭기는 측정 결과들이 두께가 적어도 300 Å 정도인 Cu 층 또는 W 층이 폴리싱될 때에 측정 가능한 범위(즉, 포화 상태)에 걸쳐 있도록 구성될 수도 있다. 상기 전치 증폭기 또는 주증폭기는, Cu 층 또는 W 층이 대략 300 Å 보다 얇은 두께를 가질 때에 선형 증폭도를 가지도록 구성될 수도 있다.
특별히, 상기 전치 증폭기 또는 주증폭기는, 신호들이 사전결정된 막 두께 위에서 포화되고 사전결정된 막 두께 밑에서 변경되도록 하는 특성들을 가지도록 구성될 수도 있다. 따라서, 공정이 사전결정된 막 두께로 전환될 수 있다. 이 때, 폴리싱 프로파일은 가파른 형상을 가지고, 미분값들의 셋팅의 넓어진 폭으로 인하여 셋팅이 촉진될 수 있다. 예를 들어, 폴리싱 공정이 도 15의 (a)에 도시된 바와 같이 사전결정된 막 두께 T1으로 전환되면, 증폭기의 이득은 도 15의 (b)에 도시된 바와 같이 막 두께 T1으로 포화되도록 사전에 설정된다. 따라서, 도 15의 (c)에 도시된 바와 같이, 실질적으로 일정한 출력들이 막 두께 T1 밑에서 얻어질 수 있다. 출력들은 막 두께 T1에서 극적으로 낮아지기 시작한다. 도 15의 (d)에 도시된 바와 같이, t2 는 시간 미분의 저부에서 검출되어, 사전결정된 막 두께 T1 가 폴리싱하는 동안에 명확하게 검출될 수 있도록 한다.
상술된 측정 결과들에 근거하여, 와류 센서의 제어기(106)는 작동 모드를 상술된 막 두께 측정으로부터 위상 회전 및 전개를 채택하는 배리어층에 대한 막 두께 측정으로 전환시킨다. 따라서, 정밀도가 높은 폴리싱 공정을 수행하는 것이 가능하다. 이러한 작동 모드에 있어서, 막 두께가 얇은 배리어층의 존재는 진동 주파수 또는 증폭도를 전환하여 용이하게 검출될 수 있어, 폴리싱 공정의 종점이 적절하게 결정될 수 있도록 한다. 또한, 텅스텐막, 구리막 등이 폴리싱되는 경우, 폴리싱 공정의 사전결정된 막 두께로 고압 폴리싱 공정에서 저압 폴리싱 공정으로 전환함으로써 폴리싱하는 동안 디싱이나 부식을 방지하는 것이 가능하다.
예컨대, 텅스텐 공정에서 저저항(예컨대, 0.01 내지 0.03 Ω·cm 의 저항률) 을 갖는 기판의 경우, 막 두께 측정의 정밀도가 낮은데, 그 이유는 기판의 저항의 변동 때문이다. 만일 기판상에 형성된 금속막의 막 두께 및 저항률이 같다면, 임피던스 좌표에서의 궤적 곡선의 호의 길이가 기판의 저항에 관계없이 일정하다. 예를 들어, 측정점들의 이동(이동 거리)은 캘리브레이션을 위한 기판의 저항, 금속막의 두께 및 막 두께의 변화값에 따라 임피던스 곡선상에서 사전에 미리 측정된다. 다음으로, 실제 기판의 막 두께는, 기판이 폴리싱될 때에 얻어지는 폴리싱 시작점과 임피던스 곡선상의 궤적의 현재점 사이의 거리에 근거하여 계산될 수 있다. 캘리브레이션을 위한 기판의 금속 재료는 실제 기판의 도전성 재료와 같은 재료인 것이 바람직하다. 특별히, 기판이 저저항률을 가지거나 불안정한 재료로 형성되더라도, 도전성막의 막 두께의 변화값들은 다양한 종류의 금속들의 막 두께들과 호에서의 측정점들의 위치들의 사전 계산에 의해 적절하게 계산될 수 있다.
저저항을 갖는 기판의 경우, W 막과 같은 비교적 낮은 전도도를 갖는 막에 대한 막 두께 측정에 적합한 호의 길이를 이용하는 방법을 설명한다. 임피던스 평면상의 궤적은 폴리싱 데이터의 x, y, z로부터 계산되고, 폴리싱 공정의 종점 검출을 위해 채택될 수 있다. 하지만, 좌표축들의 절대값들이 종점 검출을 위한 신호들로서 사용된다면 고감도가 성취될 수 없는데, 그 이유는 측정점들이 아래에 있는 실리콘 기판의 영향으로 인하여 각각의 폴리싱 공정에서 변하기 때문이다. 이러한 관점에서, 폴리싱 시작점(t = 0)에서의 좌표(X0, Y0)로부터 폴리싱 시간 t 이후의 좌표 궤적(Xp, Yp)까지의 폴리싱 궤적의 길이가 측정된다. 폴리싱의 종점은 폴리싱 궤적의 길이의 변화값들에 근거하여 검출될 수 있다. 상기 방법은 호의 길이의 측정을 채택하기 때문에, 폴리싱 시작점으로부터의 변화값들의 절대값들은 폴리싱 궤적이 임피던스 평면상에서 이동하더라도 항상 얻어질 수 있다. 이에 따라, 측정 감도를 향상시키는 것이 가능하다.
도 16의 (a) 및 도 16의 (b)는 호의 길이의 측정을 채택하는 방법의 일 예시를 보여준다. 도 16의 (a)는 임피던스 평면상의 호의 길이를 예시하고, 도 16의 (b)는 아래에 있는 실리콘 기판들이 상이한 전도도를 가질 때의 호의 길이 C 및 D를 예시한다. 예를 들어, 폴리싱 테이블이 60 min- 1 의 회전 속도로 회전되는 경우, 센서 코일은 각각의 회전, 즉 1초마다 기판의 사전결정된 영역을 통과하고, 상기 사전결정된 영역에 대한 데이터를 획득한다. 따라서, t = 0에서의 좌표(X0, Y0), t1에서의 좌표(X1, Y1), 및 t2 에서의 좌표(X2, Y2)가 얻어진다. 이러한 데이터에 근거하여, t = 0에서의 점과 t = t1 에서의 점 사이의 호의 길이 L1 이 얻어진다. 이와 유사하게, t1 에서 t2 까지의 호의 길이 L2 가 얻어지고, t2 에서 t3 까지의 호의 길이 L3 가 얻어진다.
상이한 저항률을 갖는 저저항 기판들이 실리콘 기판으로서 사용되는 경우에 텅스텐막의 막 두께의 측정을 설명한다. 이 경우, 실리콘 기판들이 같은 저항률을 가진다면, 임피던스 궤적은 폴리싱하는 동안 임피던스 평면상에 호의 형태로 있다. 상이한 저항률을 갖는 저저항 기판들이 실리콘 기판으로서 사용되더라도, 임피던스 궤적은 W 막의 막 두께가 같은 변동량을 가질 때에 동일한 길이의 동일한 호 상에 있다.
예를 들어, 도 16의 (b)에 도시된 바와 같이, 두께가 3000 Å 인 W 막이 폴리싱되면, 아래에 있는 실리콘 기판이 0.03 Ω·cm 의 저항률을 가지는 호 C 가 0.01 Ω·cm 의 저항률을 가진다. 아래에 있는 실리콘 기판들의 저항률로부터의 영향으로 인하여, 임피던스 좌표 상의 반원 중심에서 본 회전각들 사이에 차이가 있다. 이에 따라, 회전각들 간의 차이는 상술된 알려진 저항률들을 갖는 기판들에 대한 캘리브레이션 데이터로부터 캘리브레이션된다. 따라서, 미지의 저항률을 갖는 아래에 있는 실리콘 기판을 포함하는 기판상에 형성되는 W 막의 막 두께를 계산하는 것이 가능하다.
상술된 와류 센서를 구비한 폴리싱 장치에 따르면, 막 두께 측정은 폴리싱 공정의 종점을 검출하기 위해 짧은 간격들로 반도체 웨이퍼의 전체 표면에 걸쳐 수행될 수 있다. 또한, Ta, TaN, TiN 또는 Ti 와 같은 배리어층에 대한 종점이 검출될 수 있으므로, 극히 높은 정밀도로 폴리싱 공정의 종점을 검출하는 것이 가능하다. 이 때, 도전성막의 패치 잔류물(로컬 잔류물)이 폴리싱 공정의 마지막 단계에서 생성되더라도, 본 발명에 따른 와류 센서는 적어도 5mm 의 직경을 갖는 패치 잔류물을 검출할 수 있다. 따라서, 신뢰성 있게 폴리싱하고 폴리싱 공정을 하는 동안 패치 잔류물을 제거하는 것이 가능하다. 또한, 반도체 웨이퍼가 도전성 재료로 만들어진 다층 배선들을 가지는 경우에도, 와류 센서는 상기 배선들의 밀도가 90%를 넘지 않는 한 도전성막을 신뢰성 있게 검출할 수 있다.
폴리싱 테이블의 토크 전류, 와류에 의한 금속막의 임피던스의 변화값, 광학 모니터에 의한 산화막의 막 두께의 변화값, 마이크로파에 의한 금속막 또는 산화막의 막 두께 신호의 변화값 등을 측정한 후, 신호 재생에 의한 노이즈 성분들을 분석하고, 상기 노이즈 성분들을 제거하기 위하여, LPF, BPF, HPF 및 노치 필터를 포함하는 다양한 필터들의 컷-오프 주파수들을 설정하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 와류 센서에서의 LPF의 컷-오프 주파수가 0.1 내지 1 kHz의 범위로 설정되면, 상기 센서에서 야기된 노이즈 성분들은 특성점들이 정확한 신호 검출에 의해 정확하게 검출될 수 있도록 제거될 수 있다.
예를 들어, 금속막이 전해질 폴리싱 또는 화학적 기계적 폴리싱에 의해 제거되면, 톱링의 폴리싱 패드에 대한 가압력, 폴리싱 테이블의 온도, 폴리싱 테이블과 톱링의 회전 속도 등은, 폴리싱 속도 및 폴리싱 공정에서의 웨이퍼 내의 연마 균일도(a within wafer uniformity)를 제어하기 위하여 와류 센서에 의해 측정되는 절대 막 두께에 기초한 폐쇄 루프 제어에 의하여 제어될 수도 있다.
또한, 와류 센서는 폴리싱 예측 또는 예방 유지 보수에 사용될 수도 있다. 예컨대, 폴리싱되고 있는 웨이퍼로부터 얻어지는 와류 센서의 임피던스 특성들은 사전결정된 시간마다 측정된다. 임피던스 특성들과 모델 데이터 간의 상관에 근거하여, 폴리싱 공정의 종점의 모델 데이터에 상응하는 임피던스 특성들을 획득하는 데 필요한 나머지 시간을 예측하기 위하여 폴리싱 예측이 수행된다. 따라서, CMP 장치의 폴리싱 테이블의 회전에 관계없이, 폴리싱 테이블의 일 회전을 하는데 필요한 시간 주기보다 짧은 간격들로 폴리싱 종점을 검출하는 것이 가능하다. 또한, 초 기 스테이지에서 폴리싱 종점까지의 남아 있는 시간을 예측하는 것이 가능하다. 이에 따라, 폴리싱 공정의 진행이 체크될 수 있으므로, 폴리싱하는 동안에 야기되는 비정상 상태에 신속하게 대처할 수 있다.
본 발명에 따른 와류 센서에 의한 임피던스 분석에 의해 폐수 또는 폴리싱에 사용된 슬러리를 처리하기 위한 공정의 종점을 검출하는 것도 가능하다. 예를 들어, 2, 8, 20, 160 MHz의 주파수를 갖는 전자기파들과 30 내지 300 GHz의 주파수를 갖는 마이크로파는, 폴리싱 패드 상의 슬러리, 폴리싱 공정 동안에 배출된 슬러리 배출 라인 내의 슬러리 또는 슬러리 배출 탱크 내의 슬러리에 적용된다. 반자장, 반사진폭 및 반사의 임피던스 변동이 검출된다. 그 후, 폴리싱 전의 표준 임피던스, 상대값 및 절대값들이 평균화된다. 따라서, 평균값들의 시간 미분들의 변동으로부터 폴리싱 종점을 검출하는 것이 가능하다. 또한, 전해질 도금이나 무전해 도금과 같은 증착 공정 또는 (초순수) 전해질 폴리싱이나 전기 화학적 폴리싱과 같은 폴리싱 공정에서, 도금 용액의 폐수, 전해질, 초순수 등의 임피던스의 변화값들은 증착 공정 또는 폴리싱 공정의 종점을 검출하도록 계속해서 모니터링될 수도 있다.
또한, 신호들의 적분 처리에 의해 비정상 상태를 판정하는 것이 가능하다. 특별히, 와류 센서 또는 마이크로파 센서의 임피던스의 적분값은 폴리싱 시작점으로부터의 센서의 임피던스의 시간 적분값과 같다. 상기 센서로부터 검출된 임피던스 T(x), T(y), T(z) 및 막 두께는 폴리싱 시작 시각 t0 으로부터 현재 시각 t 까지 적분되어, 신호 적분값 St(f)을 계산하게 된다. 특별히, 신호 적분값 St(f)은 폴리 싱 시작 시각으로부터 현재 시각까지 계산된다. 기준 웨이퍼의 폴리싱 시작 시각으로부터 폴리싱 종점까지 사전에 미리 계산된 신호 적분값 So(f)에 대한 신호 적분값 St(f)의 비가 계산된다. 상기 비는 폴리싱 상태들의 폴리싱 종점 또는 비정상 상태를 검출하는 데 사용될 수 있다.
도전성막이 웨이퍼로부터 제거되는 폴리싱 (공정) 종점을 검출하는 방법에 있어서, 에지 컷팅 공정은 와류 센서 또는 마이크로파 센서에서 수행될 수도 있다. 특별히, 반도체 웨이퍼는 복수의 구역(N 구역), 예컨대 5개의 구역들로 분할된다. 와류 센서에서는, 임피던스의 X 및 Y 성분, 위상 θ, 합성임피던스 Z, 주파수 F 및 그로부터 변환된 막 두께값이 각각의 구역에 대해 얻어진다. 마이크로파 센서에서는, 반사 신호 및 송신 신호가 각각의 구역에 대해 얻어진다. 폴리싱 (공정) 종점은, 각각의 구역에 대한 데이터로부터 얻어진 값(판정값)이 사전결정된 값보다 높거나 낮은 경우에 검출된다. 예를 들어, 이러한 종점 검출은 최적 구역에 대한 데이터의 단일값, 모든 N 구역들에 대한 데이터의 평균값, N 구역들의 원하는 조합에 대한 데이터의 평균값, 유효값, 상기 데이터의 제1차시간도함수, 상기 데이터의 제2차시간도함수 및 상기 데이터의 제n차시간도함수를 포함하는 판정값을 채택할 수도 있다.
또한, 센서 신호들로부터 계산되는 기준 시간에 근거하여 금속막이 완전히 제거되는 종점을 검출하기 위해서는, 산술 연산이 추가적인 폴리싱 시간 주기를 계산하기 위한 계수에 의해 기준 시간에서 수행된다. 추가적인 폴리싱 시간 주기는 기준 시간에 부가되어, 폴리싱 종점을 얻게 된다. 따라서, 폴리싱 종점을 적절하게 설정하는 것이 가능하다.
예를 들어, 도 17에 도시된 바와 같이, 센서 코일(100)이 SiC와 같은 세라믹(절연 재료)으로 만들어지는 폴리싱 테이블(1) 내에 배치되면, 자속 MF 는 상기 폴리싱 테이블(1) 위쪽에 위치하는 검출 공간에서 큰 경로(자기 회로)들을 형성하기 위하여 센서 코일(100)에 의해 생성된다. 따라서, 와류는 폴리싱 테이블(1) 상의 폴리싱 패드(폴리싱면)에 의해 폴리싱될 반도체 웨이퍼(W) 상에서 도전성막(6)에 효과적으로 생성될 수 있다.
하지만, 도 18에 도시된 바와 같이, 와류 센서의 센서 코일(100)이 스테인리스와 같은 도전성 재료로 만들어진 폴리싱 테이블(1) 내에 내장된다면, 센서 코일(100)에 의한 자속 MF 는 외부로 방출되는 자속의 세기를 낮추기 위하여 상기 폴리싱 테이블(1)에서 와류를 생성한다. 이러한 경우에, 반도체 웨이퍼(W)에 도달하는 자속 MF 가 줄어들기 때문에, 도전성막에서 생성되는 와류의 신호들이 약해진다. 이에 따라, 도전성막에서 생성되는 와류가 검출될 수 없고, 그렇지 않으면 센서 코일(100)이 극히 높은 감도를 가져야만 한다.
이에 따라, (설치 환경에서) 와류 센서의 센서 코일 부근에는 측정될 도전성 재료 이외의 도전성 재료를 위치시키는 것이 좋지 않다. 하지만, 예를 들면 스테인리스 재료는, 센서 코일이 내장되는 폴리싱 테이블의 재료에 적합할 수도 있다. 특별히, 높은 열전도도를 가지는 SiC 또는 알루미나(Al2O3)와 같은 세라믹 재료들이 폴리싱 테이블을 위한 재료로서 폭넓게 사용되고 있지만, 스테인리스 재료는 제조 비용을 감소시킬 수 있다. SiC가 폴리싱 테이블용 재료로 사용되면, 폴리싱 테이블의 온도는 일반적으로 상기 폴리싱 테이블을 통과하는 냉각수에 의해 제어된다. 예를 들어, 산화막은 온도에 별로 영향을 받지 않는다. 이에 따라, 산화막이 폴리싱되는 경우에는, 온도 제어가 없이도 스테인리스 재료가 폴리싱 테이블을 위한 재료로서 사용될 수 있다.
하지만, 스테인리스 재료는 도전성이다. 와류 센서가 교번 자기장을 형성하면, 와류가 스테인리스 재료 내에 생성되어, 반도체 웨이퍼(W) 상의 도전성막으로 방출되는 자속이 좋지 않게 줄어들게 된다. 이러한 경우, 측정될 도전성막에 와류를 생성하는 자속은 센서 코일의 설치 환경에 의해 덜 영향을 받는 것이 바람직하다. 특별히, 센서 코일의 설치 환경이 스테인리스 재료와 같은 도전성 재료를 포함하더라도, 와류 센서는 고감도를 가져야만 하는 것이 바람직하다.
도 19는 본 발명의 제2실시예에 따른 센서 코일(100)을 보여준다. 상기 센서 코일(100)은 투자율이 높은 재료로 만들어지는 원통형 하우징(200) 내에 하우징된다. 상술된 바와 같이, 폴리싱 장치가 반도체 웨이퍼(W)의 도전성막(6)을 폴리싱 패드로 폴리싱하면, 센서 코일(100)은 도전성막(6)의 막 두께를 측정하기 위하여 스테인리스 재료와 같은 도전성 재료로 만들어진 폴리싱 테이블(1) 내에 배치된다.
상기 하우징(200)은, 페라이트(ferrite), 비결정 재료(amorphous material), 퍼멀로이(permalloy), 수퍼-퍼멀로이 또는 무메탈(Mumetal)과 같은 투자율이 높은 재료로 만들어진다. 예를 들어, 하우징(200)의 상대 투자율은 50이다. 따라서, 하우징(200)은 센서 코일 주위에 존재하는 공기의 50배 정도로 자속을 통과시킬 수 있다. 다시 말해, 하우징(200)은 센서 코일(100) 주위에 배치된 세라믹 재료와 같은 전기적인 절연 재료의 1/50 두께를 갖는 등가 자속을 통과시킬 수 있다.
도 19에 도시된 형태에 의하면, 하우징(200) 내에 하우징된 센서 코일(100)의 에어-코어(air-core) 코일에 전류가 공급되어, 자속 MF를 생성하게 된다. 도 19에 도시된 바와 같이, 폴리싱 테이블(1)이 스테인리스(SUS) 재료와 같은 도전성 재료로 만들어지더라도, 와류는 자속 MF 에 의해 폴리싱 테이블(1)에 생성되지 않는다. 따라서, 측정에 필요한 자속 MF의 경로(자기 회로)들은 도 18에 도시된 예시와 달리 감소되지 않는다. 이에 따라, 반도체 웨이퍼(W)의 도전성막(6)에 와류를 효과적으로 생성하기 위하여 자속 MF의 경로(자기 회로)들을 유지하는 것이 가능하다. 특별히, 하우징(200)은 센서 코일(100)의 에어-코어 코일에 의해 생성되는 자속 MF 가 도전성 재료의 폴리싱 테이블(1)을 통과하는 것을 방지하고 상기 자속 MF를 반도체 웨이퍼(W) 상의 검출 공간 안으로 전개시키기 위한 경로로서의 역할을 한다. 따라서, 상기 자속 MF 는 측정될 도전성막(6)에 대량의 와류를 생성할 수 있다.
예를 들어, 도 20에서, 네모들은 폴리싱 테이블(1)이 스테인리스(SUS) 재료와 같은 도전성 재료로 만들어진 경우를 나타내는 반면, 마름모들은 폴리싱 테이블(1)이 SiC와 같은 세라믹 재료(절연 재료)로 만들어진 경우를 나타낸다. 도 20에 도시된 바와 같이, 도전성 재료로 만들어진 폴리싱 테이블(1)의 경우에서도, 세라믹 재료로 만들어진 폴리싱 테이블(1)의 경우에서와 실질적으로 동일한 감도를 유지하는 것이 가능하다. 특별히, X 및 Y 성분들의 출력값들이 센서 코일에서 본 직교 좌표의 유사한 원 궤적 상에서 변하도록 측정 감도들을 얻는 것이 가능하다. 상 기 임피던스는 저항 성분과 리액턴스 성분을 포함하는 복소수들로 나타낸다. 센서 코일에서 본 임피던스는, 코사인 동기 검출의 출력값들인 X 성분들과 사인 동기 검출의 출력값들인 Y 성분들로 검출된다. X 성분들은 저항 성분들에 해당되고, Y 성분들은 리액턴스 성분들에 해당된다.
도 21은 도 18에 도시된 와류 센서와 도 17에 도시된 와류 센서의 센서 감도들의 비교 그래프를 보여준다. 특별히, 마름모들은 도 17에 도시된 SiC와 같은 세라믹 재료(절연 재료)로 만들어진 폴리싱 테이블(1)의 경우를 나타내는 반면, 네모들은 도 18에 도시된 스테인리스(SUS)와 같은 도전성 재료로 만들어진 폴리싱 테이블(1)의 경우를 나타낸다. 도 21에서 볼 수 있듯이, 도 17에 도시된 경우에서는 충분한 양의 자속에 의하여 충분한 양의 와류가 도전성막에 생성된다. 다른 한편으로, 불충분한 양의 자속으로 인하여 도전성막에는 충분한 양의 와류가 생성되지 않는다. 본 실시예에 따른 와류 센서에 있어서, 센서 코일(100)은 투자율이 높은 원통형 하우징(200) 내에 하우징되기 때문에, 도 19에 도시된 자속 분포를 얻을 수 있다. 따라서, 폴리싱 테이블이 스테인리스(SUS) 재료와 같은 도전성 재료로 만들어지더라도, 상기 와류 센서는 SiC 또는 알루미나(Al2O3)와 같은 세라믹 재료(절연 재료)로 만들어진 폴리싱 테이블의 경우에서와 실질적으로 동일한 감도를 가질 수 있다. 이러한 투자율이 높은 재료는 페라이트, 비결정재료, 퍼멀로이, 수퍼-퍼멀로이 또는 무메탈을 포함한다.
따라서, 도 20 및 도 21에 도시된 바와 같이, 폴리싱 테이블(1)이 설계 목적 을 위해 스테인리스 재료와 같은 도전성 재료로 만들어지는 경우에도, 본 실시예에 따른 와류 센서는 SiC와 같은 세라믹 재료로 만들어진 폴리싱 테이블의 경우에 비해, X 및 Y 성분들의 출력값들이 저하되는 것과 감도가 크게 저하되는 것을 방지할 수 있다.
본 실시예에서, 센서 코일(100)은 투자율이 높은 원통형 하우징(200) 내에 하우징되고, 상기 하우징(200)은 폴리싱 테이블(1) 내에 내장된다. 하지만, 도 22에 도시된 바와 같이, SiC와 같은 세라믹 재료(절연 부재)(200a)가 자속 MF의 경로들의 범위 내에 내장될 수 있어, 반도체 웨이퍼(W)의 도전성막(6)에 유효 와류를 생성할 수도 있다. 이 경우, 센서 코일(100)의 에어-코어 코일에 의해 생성되는 자속 MF 는 스테인리스 재료와 같은 도전성 재료로 만들어진 폴리싱 테이블(1)에서는 쓸모없게 와류를 생성하지 아니한다. 따라서, 측정될 도전성막(6)에 대량의 와류를 생성하는 것이 가능하다. 이러한 구성예는 전체 폴리싱 테이블이 비용 등의 관점에서 세라믹 재료로 만들어지는 경우보다 설계 제한 요건이 덜하다.
상기 실시예들에서는, 반도체 웨이퍼 상에 형성되는 도전성막이 폴리싱 테이블 상에 부착된 폴리싱 패드에 의해 폴리싱된다. 하지만, 본 발명은 에칭 공정, 전해질 폴리싱 공정, 전기 화학적 폴리싱 공정 및 초순수 전해질 공정에서 도전성막의 막 두께 측정을 이용하는 공정 제어에도 적용 가능하다. 또한, 도전성막의 막 두께 측정을 이용하는 공정 제어는 도전성막의 제거뿐만 아니라, 도전성막의 증착을 위해서도 채택될 수 있다.
도 23은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 폴리싱 장치를 보여준다. 도 23에 도시된 폴리싱 장치는 벨트 형태의 폴리싱 패드(41), 상기 폴리싱 패드(41)를 회전하기 위한 롤러(42, 43), 및 반도체 웨이퍼를 회전하고 상기 반도체 웨이퍼를 폴리싱 패드(41)에 대해 가압하기 위한 톱링(유지 장치)(45)을 구비한다. 반도체 웨이퍼의 표면은 폴리싱 패드(41)(폴리싱면)와 슬라이딩접촉을 하게 된다. 따라서, 반도체 웨이퍼의 표면이 폴리싱된다. 폴리싱 장치는 톱링(45) 바로 밑에 위치한 지지부(46)를 가진다. 본 발명에 따른 와류 센서는 반도체 웨이퍼의 표면의 상태들을 모니터링하기 위해 지지부(46) 내에 내장된다.
또한, 본 발명에 따른 와류 센서는 폴리싱 장치에서뿐만 아니라, 다양한 기판 처리 장치들에서도 사용될 수 있다. 예를 들어, 기판의 표면상의 막을 도금하는 도금 장치는 본 발명에 따른 와류 센서를 포함할 수도 있다. 도 24는 본 발명에 따른 와류 센서를 구비한 도금 장치의 일 예시를 보여준다. 상기 도금 장치는 반도체 웨이퍼(W) 상에 금속 도금막을 증착시키는 역할을 하고, 도금 용액을 그 안에 담고 있는 도금 탱크(51), 상기 반도체 웨이퍼(W)를 도금 탱크(51) 내에 유지시키는 홀더(52) 및 상기 반도체 웨이퍼(W)를 향하도록 배치되는 애노드(55)를 구비한다. 와류 센서의 센서 코일(100)은 상기 홀더(52) 내에 제공되고 제어기(53)에 연결되어 있다. 상기 제어기(53)는 AC 신호원 및 반도체 웨이퍼(W) 상에 증착된 금속도금막의 막 두께를 검출하기 위한 동기 검출 회로를 포함한다. 따라서, 도금막의 증착 상태들이 비접촉 방식으로 신뢰성 있게 얻어질 수 있다.
본 발명은 상기 실시예들로 제한되지 아니한다. 예를 들어, 폴리싱 장치의 기판 유지 장치 및 와류 센서는 예시된 예시들로 제한되지 아니한다. 지금까지 본 발명의 바람직한 소정의 실시예들을 상세히 설명하고 도시하였지만, 첨부된 청구범위의 범위에서 벗어나지 않으면서도 다양한 변경들과 수정들이 이루어질 수 있다는 사실을 이해하여야만 한다.
본 발명은 반도체 웨이퍼와 같은 기판의 표면상에 형성된 도전성막의 두께를 검출하기에 적합한 와류 센서에서 사용하기에 적합하다.

Claims (29)

  1. 와류 센서에 있어서,
    기판상에 형성되는 도전성막 부근에 배치된 센서 코일;
    와류를 상기 도전성막에 생성하기 위해 AC 신호를 상기 센서 코일에 공급하도록 구성된 신호원;
    상기 도전성막에서 생성되는 상기 와류를 검출하도록 작동할 수 있고, 상기 센서 코일에 연결되는 검출 회로; 및
    투자율(透磁率)이 높은 재료로 만들어지고, 상기 센서 코일을 내부에 수용하는 원통형의 하우징을 포함하고,
    상기 센서 코일은,
    상기 신호원에 연결되는 여자 코일,
    상기 도전성막 내에 형성되는 와류를 검출하기 위한 검출 코일,
    상기 검출 코일에 직렬로 연결되되, 상기 검출 코일과는 서로 반대 위상으로 연결되는 밸런스 코일, 및
    상기 여자 코일, 상기 검출 코일 및 상기 밸런스 코일이 감기는 보빈을 포함하며,
    상기 보빈은, 상기 원통형의 하우징에서 분리된 요소이고,
    상기 검출 코일, 상기 여자 코일 및 상기 밸런스 코일은 이 순서로 상기 보빈 상에 정렬되며,
    상기 원통형의 하우징은, 그 내부에 그것을 관통하는 공간을 형성하고,
    상기 공간 내에 상기 검출 코일, 상기 여자 코일, 상기 밸런스 코일 및 상기 보빈이 위치되는 것을 특징으로 하는 와류 센서.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 밸런스 코일은, 검출 출력의 영점을 상기 검출 코일과 협력하여 조정하도록 작동할 수 있는 것을 특징으로 하는 와류 센서.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 하우징은 도전성 폴리싱 테이블 내에 배치되는 것을 특징으로 하는 와류 센서.
  6. 삭제
  7. 삭제
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  23. 삭제
  24. 삭제
  25. 삭제
  26. 삭제
  27. 기판 처리 장치에 있어서,
    상기 기판을 처리하도록 구성된 처리 장치; 및
    제1항, 제4항 또는 제5항 중 어느 한 항에 인용된 와류 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  28. 폴리싱 장치에 있어서,
    폴리싱면;
    상기 기판을 유지하고 상기 기판을 상기 폴리싱면에 대해 가압하도록 구성된 기판 유지 장치; 및
    제1항, 제4항 또는 제5항 중 어느 한 항에 인용된 와류 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리싱 장치.
  29. 기판 증착 장치에 있어서,
    도전성막을 기판상에 증착하도록 구성된 기판 증착 장치; 및
    제1항, 제4항 또는 제5항 중 어느 한 항에 인용된 와류 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 증착 장치.
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Families Citing this family (108)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6966816B2 (en) * 2001-05-02 2005-11-22 Applied Materials, Inc. Integrated endpoint detection system with optical and eddy current monitoring
US7413988B1 (en) * 2003-06-27 2008-08-19 Lam Research Corporation Method and apparatus for detecting planarization of metal films prior to clearing
JP2006144783A (ja) * 2004-11-24 2006-06-08 Pfeiffer Vacuum Gmbh 高速回転ロータを有する真空ポンプのフランジと結合可能な破損防止装置
JP4699797B2 (ja) * 2005-04-20 2011-06-15 株式会社リベックス 測定方法および装置
JP5065614B2 (ja) * 2006-04-14 2012-11-07 株式会社アルバック 渦電流式膜厚計
JP4888765B2 (ja) * 2006-04-24 2012-02-29 株式会社アルバック 膜厚計及び膜厚の測定方法
KR101278236B1 (ko) 2006-09-12 2013-06-24 가부시키가이샤 에바라 세이사꾸쇼 연마장치 및 연마방법
JP2008087091A (ja) * 2006-09-29 2008-04-17 Tokyo Seimitsu Co Ltd 平面インダクタ搭載静電結合型センサ及びそれを用いた終点検出方法及び終点検出装置
US8941037B2 (en) * 2006-12-25 2015-01-27 Tokyo Electron Limited Substrate processing apparatus, focus ring heating method, and substrate processing method
DE102007015502A1 (de) * 2007-03-30 2008-10-02 Advanced Micro Devices, Inc., Sunnyvale CMP-System mit einem Wirbelstromsensor mit geringerer Höhe
JP5122854B2 (ja) * 2007-04-13 2013-01-16 株式会社ディスコ デバイスの研削方法
JP2009026850A (ja) * 2007-07-18 2009-02-05 Elpida Memory Inc Ｃｍｐ装置及びｃｍｐによるウェハー研磨方法
JP2009049147A (ja) * 2007-08-17 2009-03-05 Tokyo Seimitsu Co Ltd 高周波を用いた金属膜終点検出方法とその装置
JP5224752B2 (ja) * 2007-09-03 2013-07-03 株式会社東京精密 研磨完了時点の予測方法とその装置
US7821257B2 (en) * 2007-09-03 2010-10-26 Tokyo Seimitsu Co., Ltd Method and device for forecasting/detecting polishing end point and method and device for monitoring real-time film thickness
JP5094320B2 (ja) * 2007-10-11 2012-12-12 株式会社荏原製作所 研磨監視方法、研磨装置、およびモニタリング装置
JP5080933B2 (ja) 2007-10-18 2012-11-21 株式会社荏原製作所 研磨監視方法および研磨装置
DE102007053843A1 (de) * 2007-11-12 2009-05-20 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Kleidungsstück zur Erfassung einer Atembewegung
JP5495493B2 (ja) * 2008-02-07 2014-05-21 株式会社東京精密 膜厚測定装置、及び膜厚測定方法
US8106651B2 (en) * 2008-04-17 2012-01-31 Novellus Systems, Inc. Methods and apparatuses for determining thickness of a conductive layer
JP5052413B2 (ja) * 2008-05-27 2012-10-17 株式会社荏原製作所 基板観察装置及び基板研磨装置
SG192518A1 (en) * 2008-07-31 2013-08-30 Shinetsu Handotai Kk Wafer polishing method
JP5513795B2 (ja) * 2009-07-16 2014-06-04 株式会社荏原製作所 研磨方法および装置
TWI408759B (zh) * 2008-11-14 2013-09-11 Applied Materials Inc 具有增強邊緣解析度的渦電流感測器
US8657644B2 (en) 2009-07-16 2014-02-25 Ebara Corporation Eddy current sensor and polishing method and apparatus
JP5730747B2 (ja) * 2010-12-10 2015-06-10 株式会社荏原製作所 渦電流センサ並びに研磨方法および装置
JP5513821B2 (ja) * 2009-09-17 2014-06-04 株式会社荏原製作所 渦電流センサ、研磨装置、めっき装置、研磨方法、めっき方法
US8436608B2 (en) * 2009-09-21 2013-05-07 General Electric Company Eddy current inspection system and method
CN102575998B (zh) * 2009-09-22 2016-03-30 Adem有限公司 用于测量固体和液体对象构成的阻抗传感系统及方法
CN101813655B (zh) * 2010-04-23 2012-08-29 天津大学 一种基于电磁传感测量碳纤维增强塑料的装置及方法
US8890517B2 (en) * 2010-04-27 2014-11-18 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Eddy current measuring sensor
US9057146B2 (en) * 2010-08-24 2015-06-16 Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. Eddy current thickness measurement apparatus
JP5403524B2 (ja) * 2010-12-08 2014-01-29 レーザーテック株式会社 電池用電極材の厚さ測定装置、及び厚さ測定方法
US20120249128A1 (en) * 2011-03-28 2012-10-04 GM Global Technology Operations LLC Magnetic sensor system
US20120276817A1 (en) * 2011-04-27 2012-11-01 Iravani Hassan G Eddy current monitoring of metal residue or metal pillars
US9528814B2 (en) 2011-05-19 2016-12-27 NeoVision, LLC Apparatus and method of using impedance resonance sensor for thickness measurement
US20130017762A1 (en) * 2011-07-15 2013-01-17 Infineon Technologies Ag Method and Apparatus for Determining a Measure of a Thickness of a Polishing Pad of a Polishing Machine
JP6050571B2 (ja) * 2011-08-09 2016-12-21 株式会社荏原製作所 研磨監視方法および研磨装置
JP5705093B2 (ja) * 2011-11-21 2015-04-22 株式会社荏原製作所 研磨終点検出方法および研磨装置
RU2482444C2 (ru) * 2011-08-25 2013-05-20 Общество с ограниченной ответственностью "Научно-внедренческое предприятие "Кропус" (ООО "НВП "Кропус") Способ настройки электромагнитного преобразователя
US9377287B2 (en) 2011-11-17 2016-06-28 Caterpillar Inc. Eddy current based method for coating thickness measurement
US9465089B2 (en) 2011-12-01 2016-10-11 Neovision Llc NMR spectroscopy device based on resonance type impedance (IR) sensor and method of NMR spectra acquisition
US8952708B2 (en) 2011-12-02 2015-02-10 Neovision Llc Impedance resonance sensor for real time monitoring of different processes and methods of using same
JP5829930B2 (ja) * 2012-01-27 2015-12-09 日立Ｇｅニュークリア・エナジー株式会社 渦電流探傷システム及び渦電流探傷方法
JP2013222856A (ja) * 2012-04-17 2013-10-28 Ebara Corp 研磨装置および研磨方法
CN102703964B (zh) * 2012-05-08 2015-05-06 常州天合光能有限公司 铸锭单晶生产方法
JP5941763B2 (ja) * 2012-06-15 2016-06-29 株式会社荏原製作所 研磨方法
CN102841128B (zh) * 2012-08-20 2015-01-21 上海交通大学 用于生物组织识别的电涡流传感器
DE102013200698A1 (de) * 2013-01-18 2014-07-24 Zf Friedrichshafen Ag Spulenanordnung mit zwei Spulen
US9479134B2 (en) * 2013-03-04 2016-10-25 Texas Instruments Incorporated Position detecting system
US9285398B2 (en) * 2013-06-27 2016-03-15 General Electric Company Systems and methods for shielding current transducers
US9372249B2 (en) * 2013-06-27 2016-06-21 General Electric Company Systems and methods for calibrating phase and sensitivity of current transducers
CN103344174B (zh) * 2013-07-12 2016-03-09 爱德森（厦门）电子有限公司 一种不均匀导电材料表面覆盖层厚度的涡流测厚方法
JP6302189B2 (ja) * 2013-08-23 2018-03-28 株式会社荏原製作所 渦電流センサを備えた基板保持装置
JP6153904B2 (ja) * 2013-09-04 2017-06-28 非破壊検査株式会社 溶射膜の膜厚測定方法及び膜厚測定装置
JP6033751B2 (ja) 2013-10-07 2016-11-30 株式会社荏原製作所 研磨方法
US9275917B2 (en) 2013-10-29 2016-03-01 Applied Materials, Inc. Determination of gain for eddy current sensor
US9281253B2 (en) 2013-10-29 2016-03-08 Applied Materials, Inc. Determination of gain for eddy current sensor
CN105659363B (zh) * 2013-10-29 2019-05-03 应用材料公司 涡电流传感器增益的确定
JP6030041B2 (ja) * 2013-11-01 2016-11-24 株式会社荏原製作所 研磨装置および研磨方法
CN103712548B (zh) * 2013-12-14 2016-08-17 华中科技大学 一种管道弯头脉冲涡流检测装置
CN103615965B (zh) * 2013-12-20 2017-01-25 爱德森（厦门）电子有限公司 一种曲率变化的曲面金属表面覆盖层厚度的涡流测厚方法
US9636797B2 (en) 2014-02-12 2017-05-02 Applied Materials, Inc. Adjusting eddy current measurements
KR102326730B1 (ko) 2014-03-12 2021-11-17 가부시키가이샤 에바라 세이사꾸쇼 막 두께 측정값의 보정 방법, 막 두께 보정기 및 와전류 센서
JP6445241B2 (ja) * 2014-03-13 2018-12-26 株式会社荏原製作所 渦電流センサ
WO2015147977A1 (en) * 2014-03-24 2015-10-01 General Electric Company Battery cell health monitoring using eddy currents
FR3025306B1 (fr) * 2014-08-29 2020-07-10 Safran Procede non-destructif de mesure de l'epaisseur de barriere thermique et/ou de mur en superalliage d'aube creuse de turbomachine
JP6399873B2 (ja) * 2014-09-17 2018-10-03 株式会社荏原製作所 膜厚信号処理装置、研磨装置、膜厚信号処理方法、及び、研磨方法
CN104266579B (zh) * 2014-10-08 2016-10-12 北京航空航天大学 一种对铁磁构件进行脉冲涡流检测的信号特征量的提取方法
US20160121452A1 (en) * 2014-10-31 2016-05-05 Ebara Corporation Polishing apparatus and polishing method
JP2016087780A (ja) * 2014-10-31 2016-05-23 株式会社荏原製作所 研磨装置および研磨方法
CN104359389B (zh) * 2014-11-05 2017-04-26 北京航空航天大学 一种测量铁磁构件壁厚相对变化量的脉冲涡流检测方法
CN104614692A (zh) * 2015-02-09 2015-05-13 哈尔滨工业大学深圳研究生院 采用涡流技术的金属标签检测系统
JP6319195B2 (ja) * 2015-06-09 2018-05-09 Ｊｆｅスチール株式会社 めっき材のめっき厚さ測定方法、めっき材の腐食量測定方法、およびめっき材の腐食センサ
US9933392B2 (en) * 2015-09-30 2018-04-03 The Boeing Company Apparatus, system, and method for non-destructive ultrasonic inspection
JP2017064899A (ja) * 2015-10-01 2017-04-06 株式会社荏原製作所 研磨装置
CA2951848C (en) * 2015-12-15 2024-01-16 Eddyfi Ndt Inc. Pulsed eddy current testing with dual-purpose coils
JP6795337B2 (ja) 2016-06-29 2020-12-02 株式会社荏原製作所 膜厚信号処理装置、研磨装置、膜厚信号処理方法、及び、研磨方法
JP6842851B2 (ja) 2016-07-13 2021-03-17 株式会社荏原製作所 膜厚測定装置、研磨装置、膜厚測定方法、及び、研磨方法
JP6756540B2 (ja) 2016-08-08 2020-09-16 株式会社荏原製作所 めっき装置、めっき装置の制御方法、及び、めっき装置の制御方法をコンピュータに実行させるためのプログラムを格納した記憶媒体
CN106403799B (zh) * 2016-08-29 2019-03-22 爱德森（厦门）电子有限公司 一种自动抑制绝对式涡流检测信号漂移的装置及方法
WO2018080764A1 (en) * 2016-10-28 2018-05-03 Applied Materials, Inc. Core configuration with alternating posts for in-situ electromagnetic induction monitoring system
TWI619928B (zh) * 2016-11-17 2018-04-01 財團法人金屬工業研究發展中心 薄膜量測設備以及薄膜量測方法
KR102608200B1 (ko) 2017-01-13 2023-11-30 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드 인-시튜 모니터링으로부터의 측정들의 비저항 기반 조정
JP7019305B2 (ja) 2017-04-26 2022-02-15 株式会社荏原製作所 渦電流センサのキャリブレーション方法
US10324141B2 (en) * 2017-05-26 2019-06-18 Allegro Microsystems, Llc Packages for coil actuated position sensors
JP7001385B2 (ja) * 2017-08-07 2022-01-19 ナブテスコ株式会社 速度検出装置及び速度検出方法
US10898986B2 (en) 2017-09-15 2021-01-26 Applied Materials, Inc. Chattering correction for accurate sensor position determination on wafer
US11133231B2 (en) * 2017-11-20 2021-09-28 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company Ltd. CMP apparatus and method for estimating film thickness
CN108008177B (zh) * 2017-11-22 2021-04-16 南方电网科学研究院有限责任公司 多轴磁阻电流测量方法、装置、设备和系统
CN108489373B (zh) * 2018-03-29 2020-06-16 清华大学 用于金属膜厚测量的差分探头装置
TWI825075B (zh) 2018-04-03 2023-12-11 美商應用材料股份有限公司 針對墊子厚度使用機器學習及補償的拋光裝置、拋光系統、方法及電腦儲存媒體
US11169192B2 (en) * 2018-04-23 2021-11-09 The Government Of The United States, As Represented By The Secretary Of The Army Trigonometry dependent plot creation
RU2693740C1 (ru) * 2018-06-09 2019-07-04 Акционерное общество "Научно-производственное объединение Измерительной техники" (АО "НПО ИТ") Вихретоковый измеритель
TWI828706B (zh) * 2018-06-20 2024-01-11 美商應用材料股份有限公司 用於原位電磁感應監控的基板摻雜補償的方法、電腦程式產品及研磨系統
JP7153490B2 (ja) 2018-07-13 2022-10-14 株式会社荏原製作所 研磨装置およびキャリブレーション方法
JP7084811B2 (ja) * 2018-07-13 2022-06-15 株式会社荏原製作所 研磨装置および研磨方法
US11143495B2 (en) * 2018-09-24 2021-10-12 Honeywell International Inc. Thickness measurement with inductive and optical displacement sensors
CN110608660B (zh) * 2019-08-28 2021-11-16 西安理工大学 一种电涡流传感器位移、温度预测方法
JP7374032B2 (ja) 2020-03-24 2023-11-06 一般財団法人発電設備技術検査協会 電磁気測定による厚さ測定用マスターカーブの作成方法とその使用方法
JP2023517449A (ja) 2020-05-14 2023-04-26 アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド 研磨中のインシトゥモニタリングで使用するためのニューラルネットワークをトレーニングするための技術及び研磨システム
JP7447284B2 (ja) 2020-06-24 2024-03-11 アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド 研磨パッドの摩耗補償による基板層の厚さの決定
CN114367919A (zh) * 2020-10-14 2022-04-19 长鑫存储技术有限公司 研磨控制方法、装置及存储介质
CN112432588B (zh) * 2020-12-08 2021-09-14 电子科技大学 一种通过磁饱和特性测量吸波涂层厚度的方法
CN112729089B (zh) * 2020-12-28 2022-08-19 无锡广联数字传感科技有限公司 一种应用于多场合的位移传感器
CN113251909B (zh) * 2021-06-25 2022-03-11 清华大学 用于转轴位移测量的电涡流传感器的标定装置与方法
CN114577105A (zh) * 2022-04-01 2022-06-03 南京航空航天大学 一种基于电涡流原理的电机位移传感器
CN115464556B (zh) * 2022-09-14 2024-01-26 清华大学 一种金属膜厚测量方法和化学机械抛光设备

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001141529A (ja) * 1999-09-24 2001-05-25 Anton Paar Gmbh 回転式流量計
KR20010093678A (ko) * 2000-03-28 2001-10-29 니시무로 타이죠 와전류 손실 측정 센서, 막 두께 측정 장치, 막 두께 측정방법 및 기록 매체
JP2003106805A (ja) * 2001-07-23 2003-04-09 Ebara Corp 渦電流センサ

Family Cites Families (39)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3358225A (en) * 1964-03-27 1967-12-12 Richard S Peugeot Lift-off compensation for eddy current testers
GB1130870A (en) * 1966-10-20 1968-10-16 Nat Res Dev Method and apparatus for detecting and measuring cracks in metal structures
JPS5967405A (ja) * 1982-09-30 1984-04-17 Sumitomo Metal Ind Ltd ライナ厚測定方法
FR2574938B1 (fr) * 1984-12-19 1986-12-26 Snecma Methode de controle par courants de foucault sans contact et dispositif de mise en oeuvre
JPH068722B2 (ja) * 1985-07-19 1994-02-02 株式会社神戸製鋼所 ライニング管の厚み測定法
JPS6221003A (ja) * 1985-07-19 1987-01-29 Kobe Steel Ltd ライニング管の厚み測定法
JPS62191755A (ja) * 1986-02-18 1987-08-22 Kobe Steel Ltd 電磁誘導試験における信号処理方法
JPH068723B2 (ja) * 1986-04-04 1994-02-02 株式会社神戸製鋼所 ライナ被覆管の厚み測定方法
JPH01209302A (ja) * 1988-02-16 1989-08-23 Sumitomo Metal Ind Ltd 管寸法測定方法
FR2627862A1 (fr) * 1988-02-26 1989-09-01 Commissariat Energie Atomique Procede de controle par courants de foucault impulsionnels et dispositif de mise en oeuvre
US4922201A (en) * 1989-01-09 1990-05-01 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Eddy current method for measuring electrical resistivity and device for providing accurate phase detection
US5017869A (en) * 1989-12-14 1991-05-21 General Electric Company Swept frequency eddy current system for measuring coating thickness
JP2733544B2 (ja) * 1990-05-30 1998-03-30 古河電気工業株式会社 導電性薄膜検査方法
US5394084A (en) * 1991-12-23 1995-02-28 The Boeing Company Method and apparatus for reducing errors in eddy-current conductivity measurements due to lift-off by interpolating between a plurality of reference conductivity measurements
FR2689637B1 (fr) * 1992-04-06 1996-08-09 Aerospatiale Procede et installation de controle non destructif d'une piece utilisant un capteur a courants de foucault.
US5552704A (en) * 1993-06-25 1996-09-03 Tencor Instruments Eddy current test method and apparatus for measuring conductance by determining intersection of lift-off and selected curves
JPH07294239A (ja) 1994-04-26 1995-11-10 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 円形をなす被測定体の自動計測装置
JP3899477B2 (ja) * 1995-03-06 2007-03-28 二郎 磯部 コイルのインピーダンスにより変位を測る方法
US5630494A (en) * 1995-03-07 1997-05-20 Cummins-Allison Corp. Coin discrimination sensor and coin handling system
US5541510A (en) * 1995-04-06 1996-07-30 Kaman Instrumentation Corporation Multi-Parameter eddy current measuring system with parameter compensation technical field
US5660672A (en) 1995-04-10 1997-08-26 International Business Machines Corporation In-situ monitoring of conductive films on semiconductor wafers
US5559428A (en) 1995-04-10 1996-09-24 International Business Machines Corporation In-situ monitoring of the change in thickness of films
WO1997023762A2 (de) * 1995-12-22 1997-07-03 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren und vorrichtung zur bestimmung der dicke einer elektrisch leitfähigen schicht
US5663637A (en) 1996-03-19 1997-09-02 International Business Machines Corporation Rotary signal coupling for chemical mechanical polishing endpoint detection with a westech tool
US5770948A (en) 1996-03-19 1998-06-23 International Business Machines Corporation Rotary signal coupling for chemical mechanical polishing endpoint detection with a strasbaugh tool
US5644221A (en) 1996-03-19 1997-07-01 International Business Machines Corporation Endpoint detection for chemical mechanical polishing using frequency or amplitude mode
US5659492A (en) 1996-03-19 1997-08-19 International Business Machines Corporation Chemical mechanical polishing endpoint process control
JP2911828B2 (ja) * 1996-07-30 1999-06-23 カーマン・インスツルメンテーション・コーポレーション パラメータ補償付き複数パラメータうず電流計測システム
JP3285530B2 (ja) 1998-03-16 2002-05-27 財団法人電力中央研究所 推進工法でのトンネル掘削路誘導方法およびそのための装置
CN1094191C (zh) * 1998-09-04 2002-11-13 清华大学 金属基体表面非金属涂层厚度非接触测量方法及其装置
US6369566B1 (en) * 1999-09-27 2002-04-09 Framatone Anp Inc. Method for measuring crud thickness on nuclear fuel rods
US6707540B1 (en) 1999-12-23 2004-03-16 Kla-Tencor Corporation In-situ metalization monitoring using eddy current and optical measurements
US6433541B1 (en) * 1999-12-23 2002-08-13 Kla-Tencor Corporation In-situ metalization monitoring using eddy current measurements during the process for removing the film
JP4817575B2 (ja) * 1999-12-23 2011-11-16 ケーエルエー−テンカー コーポレイション 渦電流測定を利用して、メタライゼーション処理を実状態で監視する方法
JP2001235449A (ja) * 2000-02-23 2001-08-31 Shinko Inspection & Service Co Ltd 浸炭深さ測定装置
JP4874465B2 (ja) 2000-03-28 2012-02-15 株式会社東芝 渦電流損失測定センサ
US20030210041A1 (en) * 2000-04-07 2003-11-13 Le Cuong Duy Eddy current measuring system for monitoring and controlling a chemical vapor deposition (CVD) process
US6549006B2 (en) * 2000-04-07 2003-04-15 Cuong Duy Le Eddy current measurements of thin-film metal coatings using a selectable calibration standard
TW541425B (en) 2000-10-20 2003-07-11 Ebara Corp Frequency measuring device, polishing device using the same and eddy current sensor

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001141529A (ja) * 1999-09-24 2001-05-25 Anton Paar Gmbh 回転式流量計
KR20010093678A (ko) * 2000-03-28 2001-10-29 니시무로 타이죠 와전류 손실 측정 센서, 막 두께 측정 장치, 막 두께 측정방법 및 기록 매체
JP2003106805A (ja) * 2001-07-23 2003-04-09 Ebara Corp 渦電流センサ

Also Published As

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EP1676094A4 (en) 2011-01-12
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EP1676094B1 (en) 2015-12-23
KR20060097726A (ko) 2006-09-14
CN101329157A (zh) 2008-12-24
EP2615411B1 (en) 2017-03-01
KR101176095B1 (ko) 2012-08-22
KR20110079862A (ko) 2011-07-08

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