KR101278236B1 - 연마장치 및 연마방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 반도체 웨이퍼 등의 기판을 연마하여 평탄화하는 연마장치 및 연마방법에 관한 것이다. 본 발명에 관한 연마장치는, 연마면을 가지는 연마 테이블(10)과, 기판 상의 제 1 복수의 영역에 대하여 조립하여 가압력을 부여함으로써 기판을 연마 테이블에 가압하는 톱링(14)과, 복수의 계측점에서의 막의 상태를 검출하는 센서(50)와, 센서의 출력신호로부터, 기판 상의 제 2 복수의 영역의 각각에 대하여 모니터링 신호를 생성하는 모니터링장치(53)와, 모니터링 신호의 기준값과 연마시간과의 관계를 나타내는 복수의 기준신호를 저장한 기억부와, 제 2 복수의 영역의 각각에 대응하는 모니터링 신호가 복수의 기준신호 중 어느 하나로 수속되도록 제 1 복수 영역에 대한 가압력을 조작하는 제어부를 구비한다.

Description

연마장치 및 연마방법{POLISHING APPARATUS AND POLISHING METHOD}

본 발명은, 연마장치 및 연마방법에 관한 것으로, 특히 반도체 웨이퍼 등의 기판을 연마하여 평탄화하는 연마장치 및 연마방법에 관한 것이다.

반도체 웨이퍼 등의 기판을 연마하여 평탄화하는 연마장치로서, 톱링 내의 복수의 챔버의 압력을 독립으로 조정할 수 있는 것이 알려져 있다. 이 연마장치에서는, 예를 들면 기판 상의 막 두께에 관련된 물리량을 센서가 측정하고, 이 물리량에 의거하여 모니터링 신호가 생성된다. 기판의 연마 전에는, 미리, 모니터링 신호와 시간과의 관계를 나타내는 기준신호가 준비되고, 연마 중에서는, 기판 상의 각각의 계측점에서의 모니터링 신호가 기준신호에 수속되도록, 톱링의 가압력이 조절된다. 이에 의하여, 기판면 내에서 균일한 잔막 두께를 실현한다(예를 들면, WO 2005/123335 참조).

그러나, 종래의 연마장치에서는, 기판의 어느 영역에서 취득된 센서 신호값이, 다른 영역에 비하여 현저하게 다른 경우가 있어, 센서가 막 두께를 정확하게 평가할 수 없다는 문제가 있다. 이 원인의 하나로서 들 수 있는 것은, 센서의 유효 계측범위에 기인하는 신호의 저하이다. 센서의 유효 계측범위는 필연적으로 어느 정도의 크기를 가지고 있다. 이 때문에, 웨이퍼의 둘레 가장자리부의 근방을 계측하려고 하면, 센서의 유효 계측범위의 일부가 웨이퍼의 피연마면에서 밀려 나와, 센서가 정확한 신호를 취득할 수 없다. 이와 같은 경우에는, 정확한 신호를 취득할 수 없는 부분의 계측점을 제외하고 제어를 행할 수도 있으나, 특히 웨이퍼의 둘레 가장자리부의 막 두께 균일성이 중요한 경우에는, 이와 같은 방법을 채용할 수는 없다.

또, 다른 원인으로서 들 수 있는 것은, 톱링 내의 금속이나 자성재료의 영향이다. 즉, SUS 등의 도전성의 금속부품이나 자성을 가지는 재료가 톱링에 사용되면, 그 영향으로 센서의 신호의 값이 국소적으로 변화된다.

본 발명은, 이와 같은 종래기술의 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 기판의 연마 후의 막 두께 프로파일을 정밀도 좋게 제어할 수 있는 연마장치 및 연마방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 형태는, 표면에 막이 형성된 기판을 연마하는 연마장치로서, 연마면을 가지는 연마 테이블과, 기판 상의 제 1 복수의 영역에 대하여 독립하여 가압력을 부여함으로써 기판을 상기 연마 테이블에 가압하는 톱링과, 복수의 계측점에서의 상기 막의 상태를 검출하는 센서와, 상기 센서의 출력신호로부터, 기판 상의 제 2 복수의 영역의 각각에 대하여 모니터링 신호를 생성하는 모니터링 장치와, 상기 모니터링 신호의 기준값과 연마시간과의 관계를 나타내는 복수의 기준신호를 저장한 기억부와, 상기 제 2 복수의 영역의 각각에 대응하는 상기 모니터링 신호가 상기 복수의 기준신호 중 어느 하나로 수속(converging)되도록상기 제 1 복수의 영역에 대한 가압력을 조작하는 제어부를 구비한 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 형태는, 상기 제 2 복수의 영역의 하나는, 기판의 둘레 가장자리부를 포함하는 영역이고, 상기 복수의 기준신호의 하나는, 상기 기판의 둘레 가장자리부를 포함하는 영역에 대한 기준신호인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 형태는, 상기 복수의 기준신호는, 상기 제 2 복수의 영역에 각각 대응하여 마련된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 형태는, 상기 모니터링 신호의 신호값과 상기 기준신호의 신호값을, 상기 기준신호에 의거하여 연마시간에 관한 값으로 변환하여, 새로운 모니터링 신호와 새로운 기준신호를 생성하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 형태는, 연마공정의 임의의 시각에서, 상기 제 2 복수의 영역에서의 상기 새로운 모니터링 신호를 평균화한 값을 구하여, 상기 시각에서의 상기 새로운 기준신호가 상기 평균화한 값과 일치하도록, 상기 시각 이후의 상기 새로운 기준신호를 시간축에 관하여 평행 이동하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 형태는, 상기 복수의 기준신호는, 동일시점에서 동일한 막 두께에 대응하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 형태는, 상기 복수의 기준신호는, 동일시점에서, 상기 제 2 복수의 영역 사이에 설정된 소정의 막 두께 차를 반영한 막 두께에 대응하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 형태는, 상기 제어부의 제어주기는, 1초 이상 10초 이하인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 형태는, 상기 센서는, 와전류 센서인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 형태는, 상기 제어부는, 상기 모니터링 장치에 의해 생성된 모니터링 신호에 의거하여 연마종점을 검지하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 형태는, 기판 상의 제 1 복수의 영역에 대하여 독립된 가압력을 부여함으로써 기판을 연마 테이블에 가압하여 연마하는 연마방법으로서, 기판 상의 막 두께에 관련되는 모니터링 신호의 기준값과 연마시간과의 관계를 나타내는 복수의 기준신호를 정의하여, 복수의 계측점에서의 기판 상의 막의 상태를 센서를 사용하여 검출하고, 상기 센서의 출력신호로부터, 기판 상의 제 2 복수의 영역의 각각에 대하여 모니터링 신호를 생성하고, 상기 제 2 복수의 영역의 각각에 대응하는 상기 모니터링 신호가 상기 복수의 기준신호 중 어느 하나로 수속(converging)되도록 상기 제 1 복수의 영역에 대한 가압력을 조작하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 형태는, 연마대상이 되는 기판과 동종의 기준기판을 준비하여, 상기 기준기판의 막 두께를 측정하고, 상기 기준기판을 연마하여 복수의 계측점에서의 상기 기준기판 상의 막의 상태를 상기 센서에 의해 검출하고, 상기 제 2 복수의 영역으로부터 선택된 제 1 영역 및 제 2 영역에서의 모니터링 신호를 상기 센서의 출력신호로부터 생성하고, 상기 제 1 영역 및 제 2 영역의 피연마막이 완전히 제거된 시점에서 연마를 정지하며, 상기 제 1 영역 및 상기 제 2 영역의 평균 연마속도를 구하여, 상기 제 2 영역의 평균 연마속도가 상기 제 1 영역의 평균 연마속도와 일치하도록, 상기 제 2 영역의 모니터링 신호를 시간축을 따라 신장 또는 축소시키고, 상기 제 2 영역의 초기 막 두께가 상기 제 1 영역의 초기 막 두께와 일치하기 위하여 필요한 연마시간을 구하고, 상기 신장 또는 축소시킨 제 2 영역의 모니터링 신호를, 상기 구한 연마시간만큼 시간축을 따라 평행 이동시키고, 상기 평행 이동한 모니터링 신호를 상기 제 2 영역의 기준신호로 함으로써 상기 복수의 기준신호를 정의하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 기판 상의 복수의 영역에 대하여 복수의 기준신호가 마련되기 때문에, 기판의 전 영역에서 균일한 막 두께를 얻을 수 있다. 또, 센서의 유효 측정범위를 축소시키기 위하여 센서를 기판의 피연마면에 근접시킬 필요가 없어지기 때문에, 관통구멍이나 이면 오목부 등이 없는 통상의 연마 패드를 사용하는 것이 가능해진다.

도 1은 본 발명의 실시형태에 관한 연마장치의 전체 구성을 나타내는 모식도,

도 2는 도 1에 나타내는 톱링의 단면을 나타내는 모식도,

도 3은 연마 테이블과 웨이퍼와의 관계를 나타내는 평면도,

도 4는 센서가 웨이퍼 상을 주사하는 궤적을 나타낸 도,

도 5는 도 4에 나타내는 웨이퍼 상의 계측점 중 모니터링 장치에 의해 모니터링을 행하는 계측점을 선택하는 일례를 나타내는 평면도,

도 6은 각 계측점에서의 센서의 유효 계측범위를 나타내는 도,

도 7은 웨이퍼 상의 각 영역에서의 신호값을 나타내는 그래프,

도 8은 기준 웨이퍼를 연마하였을 때의 모니터링 신호에 의거하여 각 영역에 대한 기준신호를 작성하는 흐름을 나타내는 플로우차트,

도 9A 및 도 9B는 막 두께 분포의 예를 나타내는 모식도,

도 10은 기준 웨이퍼를 연마하였을 때의 모니터링 신호의 일례를 나타내는 도,

도 11은 모니터링 신호의 시간축에 관한 스케일링을 설명하는 도,

도 12는 시간축을 따라 스케일링된 모니터링 신호를, 또한 시간축을 따라 평행 이동하는 방법을 설명하는 도,

도 13은 기준신호 및 모니터링 신호의 변환방법의 일례를 설명하기 위한 그래프,

도 14는 기준신호의 적용방법의 일례를 설명하기 위한 그래프,

도 15는 기준신호의 적용방법의 다른 예를 설명하기 위한 그래프,

도 16은 기준신호의 적용방법의 다른 예를 설명하기 위한 그래프,

도 17은 기준신호를 작성하여 연마를 행한 경우의 연마 전후의 지름방향 막 두께 분포를 나타내는 그래프,

도 18은 비(非)제어 연마에서의 모니터링 신호의 추이를 나타내는 그래프,

도 19는 제어 연마에서의 모니터링 신호의 추이를 나타내는 그래프,

도 20은 예측형의 퍼지제어를 설명하기 위한 그래프,

도 21은 예측형 제어를 설명하기 위한 모식도,

도 22는 예측형 제어용 퍼지룰의 일례를 나타내는 테이블,

도 23은 예측형 제어용 퍼지룰의 다른 예를 나타내는 테이블,

도 24는 도전성막과 센서 코일과의 사이의 갭(패드 두께)을 변화시킨 경우의 임피던스 좌표면에서의 원 궤적의 변화를 나타내는 도면이다.

이하, 본 발명의 실시형태에 대하여 도 1 내지 도 24를 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1은, 본 발명의 실시형태에 관한 연마장치의 전체 구성을 나타내는 모식도이다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 연마장치는, 상면에 연마 패드(10)가 부착 설치된 연마 테이블(12)과, 연마 대상물인 웨이퍼를 유지하여 연마 패드(10)의 상면에 가압하는 톱링(14)을 구비하고 있다. 연마 패드(10)의 상면은, 연마 대상물인 웨이퍼와 슬라이딩 접촉하는 연마면을 구성하고 있다.

연마 테이블(12)은, 그 아래쪽에 배치되는 모터(도시 생략)에 연결되어 있고, 화살표로 나타내는 바와 같이 그 축심 주위로 회전 가능하게 되어 있다. 또, 연마 테이블(12)의 윗쪽에는 도시 생략한 연마액 공급 노즐이 설치되어 있고, 이 연마액 공급 노즐로부터 연마 패드(10) 상에 연마액이 공급되도록 되어 있다.

톱링(14)은, 톱링 샤프트(18)에 연결되어 있고, 이 톱링 샤프트(18)를 거쳐 모터 및 승강 실린더(도시 생략)에 연결되어 있다. 이에 의하여 톱링(14)은 승강 가능하고 또한 톱링 샤프트(18) 주위로 회전 가능하게 되어 있다. 이 톱링(14)의 하면에는, 연마 대상물인 웨이퍼가 진공 등에 의하여 흡착, 유지된다.

상기한 구성에서, 톱링(14)의 하면에 유지된 웨이퍼는, 회전하고 있는 연마 테이블(12)의 상면의 연마 패드(10)에 가압된다. 이 때, 연마액 공급 노즐로부터 연마 패드(10) 상에 연마액이 공급되고, 웨이퍼의 피연마면(하면)과 연마 패드(10)의 사이에 연마액이 존재한 상태에서 웨이퍼가 연마된다.

도 2는 도 1에 나타내는 톱링의 단면을 나타내는 모식도이다. 도 2에 나타내는 바와 같이, 톱링(14)은, 톱링 샤프트(18)의 하단에 유니버설 커플링부(30)을 거쳐 연결되는 개략 원반형상의 톱링 본체(31)와, 톱링 본체(31)의 하부에 배치된 리테이너링(32)을 구비하고 있다. 톱링 본체(31)는 금속이나 세라믹스 등의 강도 및 강성이 높은 재료로 형성되어 있다. 또, 리테이너링(32)은, 강성이 높은 수지재 또는 세라믹스 등으로 형성되어 있다. 또한, 리테이너링(32)을 톱링 본체(31)와 일체적으로 형성하는 것으로 하여도 된다.

톱링 본체(31) 및 리테이너링(32)의 안쪽에 형성된 공간 내에는, 웨이퍼(W)에 맞닿는 탄성 패드(33)와, 탄성막으로 이루어지는 고리형상의 가압 시트(34)와, 탄성 패드(33)를 유지하는 개략 원반형상의 척킹 플레이트(35)가 수용되어 있다. 탄성 패드(33)의 상부 주위 끝부는 척킹 플레이트(35)에 유지되고, 탄성 패드(33)와 척킹 플레이트(35)와의 사이에는, 4개의 압력실(에어백)(P1, P2, P3, P4)이 설치되어 있다. 이들 압력실(P1, P2, P3, P4)에는 각각 유체로(37, 38, 39, 40)를 거쳐 가압공기 등의 가압유체가 공급되고, 또는 진공 빼기가 되도록 되어 있다. 중앙의 압력실(P1)은 원형이고, 다른 압력실(P2, P3, P4)은 고리형상이다. 이들 압력실(P1, P2, P3, P4)은, 동심 상에 배열되어 있다.

압력실(P1, P2, P3, P4)의 내부 압력은 도시 생략한 압력 조정부에 의해 서로 독립하여 변화시키는 것이 가능하고, 이것에 의하여, 웨이퍼(W)의 4개의 영역, 즉, 중앙부(C1), 안쪽 중간부(C2), 바깥쪽 중간부(C3) 및 둘레 가장자리부(C4)에 대한 가압력을 개략 독립으로 조정할 수 있다(물론, 정확하게는, 인접하는 영역 등 다른 영역에 대한 압력실의 영향을 다소라도 받는다). 또, 톱링(14)의 전체를 승강시킴으로써, 리테이너링(32)을 소정의 가압력으로 연마 패드(10)에 가압할 수 있게 되어 있다. 척킹 플레이트(35)와 톱링 본체(31)와의 사이에는 압력실(P5)이 형성되고, 이 압력실(P5)에는 유체로(41)를 거쳐 가압 유체가 공급되고, 또는 진공빼기가 되게 되어 있다. 이에 의하여 척킹 플레이트(35) 및 탄성 패드(33) 전체가 상하 방향으로 움직일 수 있다. 또한, 웨이퍼(W)의 주위에는 리테이너링(32)이 설치되고, 연마 중에 웨이퍼(W)가 톱링(14)로부터 튕겨져 나가지 않게 되어 있다.

도 1에 나타내는 바와 같이, 연마 테이블(12)의 내부에는, 웨이퍼(W) 막의 상태를 감시(검지)하는 센서(50)가 매설되어 있다. 이 센서(50)는 모니터링 장치(53)에 접속되고, 이 모니터링 장치(53)는 CMP 컨트롤러(54)에 접속되어 있다. 상기 센서(50)로서는 와전류 센서를 사용할 수 있다. 센서(50)의 출력신호는 모니터링 장치(53)에 보내지고, 이 모니터링 장치(53)로, 센서(50)의 출력신호(센싱신호)에 대하여 필요한 변환·처리(연산처리)를 실시하여 모니터링 신호가 생성된다.

모니터링 장치(53)는, 모니터링 신호에 의거하여 각 압력실(P1, P2, P3, P4)의 내부 압력을 조작하는 제어부로서도 기능한다. 즉, 모니터링 장치(53)에서는, 모니터링 신호에 의거하여 톱링(14)이 웨이퍼(W)를 가압하는 힘이 결정되고, 이 가 압력이 CMP 컨트롤러(54)에 송신된다. CMP 컨트롤러(54)는, 톱링(14)의 웨이퍼(W) 에 대한 가압력을 변경하도록 도시 생략한 압력 조정부에 지령을 낸다. 또한, 모니터링 장치(53)와 제어부를 각각의 장치로 하여도 되고, 모니터링 장치(53)와 CMP 컨트롤러(54)를 일체화하여 하나의 제어장치로 하여도 된다.

도 3은, 연마 테이블(12)과 웨이퍼(W)와의 관계를 나타내는 평면도이다. 도 3에 나타내는 바와 같이, 센서(50)는, 톱링(14)에 유지된 연마 중의 웨이퍼(W)의 중심(C_w)을 통과하는 위치에 설치되어 있다. 부호 C_T는 연마 테이블(12)의 회전 중심이다. 예를 들면, 센서(50)는, 웨이퍼(W)의 아래쪽을 통과하고 있는 동안, 통과궤적(주사선) 위에서 연속적으로 웨이퍼(W)의 Cu층 등의 도전성막의 막 두께 또는 막 두께의 변화에 따라 증가 또는 감소하는 양을 검출할 수 있게 되어 있다.

도 4는, 센서(50)가 웨이퍼(W) 상을 주사하는 궤적을 나타낸 것이다. 즉, 센서(50)는, 연마 테이블(12)이 1 회전할 때마다 웨이퍼(W)의 표면(피연마면)을 주사하나, 연마 테이블(12)이 회전하면, 센서(50)는 개략 웨이퍼(W)의 중심(C_w)[톱링 샤프트(18)의 중심]을 지나는 궤적을 그려 웨이퍼(W)의 피연마면 상을 주사하게 된다. 톱링(14)의 회전 속도와 연마 테이블(12)의 회전 속도는 통상 다르기 때문에, 웨이퍼(W) 표면에서의 센서(50)의 궤적은, 도 4에 나타내는 바와 같이, 연마 테이블(12)의 회전에 따라 주사선(SL₁, SL₂, SL₃, …)으로 변화한다. 이 경우에도, 상기한 바와 같이, 센서(50)는 웨이퍼(W)의 중심(C_w)을 지나는 위치에 배치되어 있기 때문에, 센서(50)가 그리는 궤적은, 매회 웨이퍼(W)의 중심(C_w)을 통과한다. 그리고, 본 실시형태에서는, 센서(50)에 의한 계측 타이밍을 조정하여, 센서(50)에 의해 웨이퍼(W)의 중심(C_w)을 매회 반드시 계측하도록 하고 있다.

또, 웨이퍼(W)의 연마 후의 막 두께 프로파일은, 웨이퍼(W)의 중심(C_w)을 통하여 표면에 수직한 축에 관하여 개략 축 대상이 되는 것이 알려져 있다. 따라서, 도 4에 나타내는 바와 같이, m 번째의 주사선(SL_m) 상의 n 번째의 계측점을 MP_m-n으로 나타낼 때, 각 주사선에서의 n 번째의 계측점(MP_1-n, MP_2-n, …, MP_m-n)에 대한 모니터링 신호를 추적함으로써, n 번째의 계측점의 반경위치에서의 웨이퍼(W)의 막 두께의 추이를 모니터링할 수 있다.

또한, 도 4에서는, 간략화를 위해, 1회의 주사에서의 계측점의 수를 15로 하고 있다. 그러나, 계측점의 개수는 이것에 한정되는 것은 아니고, 계측의 주기 및 연마 테이블(12)의 회전 속도에 따라 여러가지의 값으로 할 수 있다. 센서(50)로서 와전류 센서를 사용하는 경우에는, 통상, 하나의 주사선 상에 100개 이상의 계측점이 있다. 이와 같이 계측점을 많게 하면, 어느 하나의 계측점이 웨이퍼(W)의 중심(C_w)에 개략 일치하기 때문에, 상기한 웨이퍼(W)의 중심(C_w)에 대한 계측 타이밍의 조정을 행하지 않아도 된다.

도 5는, 도 4에 나타내는 웨이퍼(W) 상의 계측점 중 모니터링 장치(53)에 의해 모니터링을 행하는 계측점을 선택하는 일례를 나타내는 평면도이다. 도 5에 나 타내는 예에서는, 가압력이 독립하여 조작되는 각 영역(C1, C2, C3, C4)의 중심 근방과 경계선 근방에 대응하는 위치의 계측점(MP_m-1, MP_m-2, MP_m-3, MP_m-4, MP_m-5, MP_m-6, MP_m-8, MP_m-10, MP_m-11, MP_m-12, MP_m-13, MP_m-14, MP_m-15)의 모니터링을 행하고 있다. 여기서, 도 4에 나타낸 예와는 달리, 계측점(MP_m-i)과 MP_m-(i+1)와의 사이에 다른 계측점이 있어도 된다. 또한, 모니터링하는 계측점의 선택은, 도 5에 나타내는 예에 한정되지 않고, 웨이퍼(W)의 피연마면 상에서 제어상 착안해야 할 점을 모니터링해야 할 계측점으로서 선택할 수 있고, 주사선 상의 전 계측점을 선택하는 것도 가능하다.

모니터링 장치(53)는, 선택한 계측점에서의 센서(50)의 출력신호(센싱신호)에 소정의 연산처리를 행하여, 모니터링 신호를 생성한다. 또한, 모니터링 장치(53)는, 생성된 모니터링 신호와 뒤에서 설명하는 기준신호에 의거하여, 웨이퍼(W)의 각 영역(C1, C2, C3, C4)에 대응하는 톱링(14) 내의 압력실(P1, P2, P3, P4)의 압력을 각각 산출한다. 즉, 모니터링 장치(53)는, 상기한 바와 같이 하여 선택된 계측점에 대하여 취득된 모니터링 신호를, 미리 계측점마다 설정된 기준신호와 비교하여, 각 모니터링 신호가 각각의 기준신호에 수속되기 위한 압력실(P1, P2, P3, P4)의 최적의 압력값을 산출한다. 그리고, 산출된 압력값은 모니터링 장치(53)로부터 CMP 컨트롤러(54)에 송신되고, CMP 컨트롤러(54)는 압력실(P1, P2, P3, P4)의 압력을 변경한다. 이와 같이 하여 웨이퍼(W)의 각 영역(C1, C2, C3, C4)에 대한 가압력이 조정된다.

여기서, 노이즈의 영향을 배제하여 데이터를 평활화하기 때문에, 근방의 계측점에 대한 모니터링 신호를 평균화한 것을 사용하여도 된다. 또는 웨이퍼(W)의 표면을 중심(C_w)으로부터의 반경에 따라 동심원 형상으로 복수의 영역으로 분할하고, 각 영역 내의 계측점에 대한 모니터링 신호의 평균값 또는 대표값을 구하여, 이 평균값 또는 대표값을 제어용의 새로운 모니터링 신호로서 사용하여도 된다. 여기서, 연마 중의 각 시점에서 각 계측점의 C_w로부터의 거리를 구하여 어느 영역에 속하는 지를 판단하도록 하면, 센서가 연마 테이블(12)의 반경방향으로 복수개 나란히 배치된 경우나, 연마 중에 톱링(14)이 톱링 샤프트(18)를 중심으로 하여 요동하는 경우에도 효과적으로 대응할 수 있다. 또한, 각 계측점은 실제로는 센서의 유효계측범위에 대응하는 면적을 가지는 것이기 때문에, 이상 모든 경우에 관하여, 모니터링 신호는 기판 상의 복수의 영역의 상태를 나타내는 것이라고 할 수 있다.

도 6은, 각 계측점에서의 센서의 유효 계측범위를 나타내는 도면이다. 센서(50)로서 와전류 센서를 사용한 경우, 센서(50) 내의 코일의 크기, 유효 범위 확산각, 센서(50)로부터 웨이퍼(W)까지의 거리에 따라 웨이퍼(W) 상의 유효 계측범위가 결정된다. 그리고, 센서(50)는, 각 계측점에서 도 6의 점선으로 나타내는 범위 내의 정보를 취득하게 된다. 그러나, 웨이퍼(W)의 둘레 가장자리부의 상태를 계측하려고 하면, 센서(50)의 유효 계측범위의 일부가 웨이퍼(W)의 피연마면에서 밀려 나온다[도 6의 계측점(MP_m-1, MP_m-N) 참조]. 이와 같은 경우에는, 도 7에 나타내는 바와 같이, 웨이퍼(W)의 둘레 가장자리부에서의 계측점(MP_m-1, MP_m-N)에 대응하는 모 니터링 신호가, 다른 영역에서의 모니터링 신호와는 크게 달라, 막 두께를 적정하게 평가할 수 없게 된다. 와전류 센서 이외의 방식의 센서에 관해서도, 조건에 따라서는 유사한 경우가 일어날 수 있다. 또한, 도 7에서, 연마시간 종반에서 각각의 모니터링 신호가 감소로부터 일정하게 바뀌는 점은, 연마종점(금속막이 완전히 제거되는 시점)을 나타내고 있다.

그래서, 본 실시형태에서는, 이와 같은 웨이퍼(W) 상의 영역에 의하여 동일막 두께라도 모니터링 신호값이 달라지는 문제에 대한 대처방법으로서, 웨이퍼(W)의 각 영역(C1∼C4)에 대하여 각각 기준신호를 설정한다. 이 기준신호는, 원하는 막 두께 프로파일(예를 들면 연마 후의 막 두께가 균일한 프로파일)을 실현하기 위하여, 연마 중의 각 시점(연마시점)에서 모니터링 신호의 지표가 되는 값(기준값)을 나타내는 것으로, 연마시점과 그 연마시점에서의 바람직한 모니터링 신호의 값과의 관계를 나타내는 그래프로서 나타낼 수 있다. 본 실시형태에서는, 연마대상의 웨이퍼와 동종의 웨이퍼(이하, 이것을 기준 웨이퍼라 한다)를 사전에 연마하여, 이 때의 모니터링 신호를 기초로 웨이퍼(W)의 지름방향으로 분포되는 각 영역(C1∼C4)에 대한 기준신호를 작성한다.

여기서, 웨이퍼의 지름방향의 막 두께가 균일해지는 것을 목표로 하여 각 영역에 대한 가압력을 조작하는 것으로 하면, 영역마다 설정되는 기준신호는, 동일시점에서 동일 막 두께에 대응하는 것이 아니면 안된다. 즉, 동일 시점에서 동일 막 두께에 대응한다고 간주할 수 있는 기준신호를 영역마다 준비하여, 영역마다 취득되는 모니터링 신호가 이들 기준신호에 수속되도록 가압력을 조작하면, 각 영역에 서의 막 두께가 균일해지도록 웨이퍼(W)를 연마할 수 있다.

도 8은, 기준 웨이퍼를 연마하여, 이 때의 모니터링 신호에 의거하여 각 영역에 대한 기준신호를 작성하는 흐름을 나타내는 플로우차트이다. 먼저, 연마대상의 웨이퍼와 동종의 웨이퍼, 즉 기준 웨이퍼를 준비한다. 그리고, 도 8에 나타내는 바와 같이, 연마 전의 기준 웨이퍼의 지름방향에서의 막 두께 분포를 측정하여, 각 영역(C1∼C4)의 연마 전의 대표 막 두께를 취득한다(단계 1). 여기서, 동종의 웨이퍼란, 연마 중의 각 시점에서의 연마속도(Removal Rate)가 연마대상 웨이퍼와 개략 같고, 막 두께가 동일할 때에 취득되는 모니터링 신호가 연마대상 웨이퍼와 개략 같으며, 또한 웨이퍼 둘레 가장자리부의 성막 범위가 연마대상 웨이퍼와 실질적으로 같은 웨이퍼이다. 예를 들면, 와전류 센서에서, 기준 웨이퍼의 피연마막(금속막)의 재료는, 연마대상 웨이퍼의 피연마막과 기본적으로 동종이 아니면 안된다. 또, 연마대상 웨이퍼 자신의 저항을 금속막의 저항에 비하여 무시할 수 없을 만큼 작아 연마 중의 모니터링 신호에 영향을 주는 경우에는, 기준 웨이퍼의 저항은 연마대상 웨이퍼의 저항와 개략 같지 않으면 안된다. 단, 기준 웨이퍼는, 반드시 연마대상 웨이퍼와 엄밀하게 동일사양의 웨이퍼일 필요는 없다. 예를 들면, 기준 웨이퍼의 연마속도가 연마대상이 되는 웨이퍼의 연마속도와 대폭으로 다른 경우에는, 기준 웨이퍼를 연마하였을 때의 모니터링 신호를 시간축에 관하여 스케일링(신장 또는 축소)함으로써 외견 상의 연마속도를 조정하여, 연마대상 웨이퍼의 제어에 사용할 수도 있다. 또, 제어시간을 충분히 취함에 있어서, 기준 웨이퍼의 초기 막 두께는 연마대상 웨이퍼의 초기 막 두께와 같거나, 또는 보다 큰 것이 바람 직하나, 기준 웨이퍼의 초기 막 두께가 연마대상 웨이퍼의 초기 막 두께보다 작은 경우라도 뒤에서 설명하는 제어시간을 짧게 하는 것만으로, 연마제어는 가능하다.

기준 웨이퍼의 막 두께 분포를 취득한 후, 이 기준 웨이퍼를 연마하여, 각 영역(C1∼C4)에서의 모니터링 신호를 취득한다(단계2). 기준 웨이퍼를 연마하는 동안, 각 영역(C1∼C4)에 대한 압력실(P1, P2, P3, P4) 내의 압력은 일정(불변)하게 한다. 단, 각각의 압력실(P1, P2, P3, P4) 내의 압력을 서로 같게 할 필요는 없다. 또한, 기준 웨이퍼의 연마 동안은, 연마 패드(10), 연마액, 연마 테이블(12)의 회전 속도, 톱링(14)의 회전 속도 등, 그 밖의 연마조건은 원칙으로서 일정하게 한다. 바람직하게는, 기준 웨이퍼의 연마시의 연마조건은, 연마대상 웨이퍼의 연마시와 동일 또는 유사한 조건으로 한다.

소정의 시간이 경과한 후, 기준 웨이퍼의 연마를 종료시킨다. 그리고, 연마후의 기준 웨이퍼 상의 피연마막의 막 두께를 측정하여, 각 영역(C1∼C4)의 연마 후의 대표 막 두께를 취득한다(단계 3). 피연마막이 금속막인 경우는, 금속막이 제거되기 전에 연마를 정지시킨다. 이것은, 센서(50)에 의한 연마 후의 막 두께의 측정을 보증하기 위하여 및 금속막이 제거되면 연마속도가 크게 변화되어, 정밀도가 좋은 기준신호가 얻어지지 않기 때문이다. 단, 웨이퍼(W)의 각 영역의 금속막이 제거되는 시점을 모니터링 신호로부터 구하여, 이 시점의 막 두께를 O으로 하여 기준신호를 작성하는 것도 가능하고, 이 경우에는, 금속막이 완전히 제거될 때까지 기준 웨이퍼를 연마한다.

뒤에서 설명하는 바와 같이, 본 실시형태에서는 취득된 기준 웨이퍼의 각 영 역의 모니터링 신호에 대하여 스케일링 및 평행 이동 등의 처리를 행하여 각 시점에서의 각 영역의 막 두께가 균일하다고 간주할 수 있는 기준신호를 작성하기 때문에, 기준 웨이퍼의 연마에 있어서 반드시 막 두께가 균일할 필요는 없다. 그러나, 센서에 의한 급준한 막 두께 프로파일의 파악에는 문제가 있기 때문에, 연마 전 및 연마 후에 있어서의 기준 웨이퍼 지름방향의 막 두께가 균일할수록, 정밀도 좋은 기준신호를 얻는 것을 기대할 수 있다.

일반적으로, 웨이퍼의 막 두께 프로파일에 국소적인 요철이 있는 경우, 이 요철이 센서의 유효 계측범위보다 작으면, 센서는 그 요철형상을 정확하게 반영한 신호를 출력할 수 없다. 예를 들면, 도 9A에 나타내는 바와 같이, 웨이퍼의 a 점에서 급준한 볼록부가 있다고 한다. 센서의 유효 계측범위는 어느 정도의 크기를 가지기 때문에, 센서는 이 볼록부의 피크의 막 두께에 대응하는 값을 출력하는 것은 아니고, 유효 계측범위 내에서 평균화된 막 두께에 대응하는 신호값을 출력하게 된다. 그래서, 기준 웨이퍼의 연마 전후의 막 두께 측정에서는, 센서(50)의 유효 계측범위에 상당하는 영역에서 취득된 계측값을 평균화하여, 이 영역의 중심점에서의 막 두께값으로 하는 것이 바람직하다. 이와 같이 하여 취득된 막 두께 분포를 도 9B에 나타낸다. 또한, 도 9A 및 도 9B에서 그래프 상의 흑점은 센서(50)의 계측점을 나타내고 있다.

다음에, 단계 4, 5(도 8 참조)에서는, 각 기준신호가 동일 시점에서 동일 막 두께에 대응한다고 간주할 수 있도록, 기준신호를 보정한다.

도 10은, 기준 웨이퍼를 연마하였을 때의 모니터링 신호의 일례이다. 일반 적으로, 모니터링 신호(및 센서신호)의 값은 막 두께 자체를 나타내는 것은 아니나, 모니터링 신호의 값과 막 두께는 어느 일정한 관계를 가진다. 그러나, 상기한 바와 같이, 동일 막 두께이어도 웨이퍼(W)의 둘레 가장자리부에서의 모니터링 신호가 다른 영역에서의 모니터링 신호보다 작아지는 것, 및 도전성재료 등의 영향에 의하여, 취득되는 모니터링 신호가 원래 얻어져야 할 값을 나타내지 않는 경우가 있다. 그래서, 단계 1, 3에서 측정된 연마 전후의 막 두께를 모니터링 신호에 배당함으로써, 모니터링 신호와 막 두께를 관련짓는다. 구체적으로는, 도 10에 나타내는 바와 같이, 기준영역(CO)의 연마 전후의 막 두께(d_coS, d_coE)를 기준영역(C0)의 모니터링 신호의 시점 및 종점에 각각 배당한다. 마찬가지로, 기준영역 이외의 영역(Ci)의 연마 전후의 막 두께(d_ciS, d_ciE)를 영역(Ci)의 모니터링 신호의 시점 및 종점에 각각 배당한다. 또한, 기준영역(C0)으로서는, 예를 들면, 웨이퍼의 중심부를 포함하는 영역(Ci)을 선택할 수 있다.

도 11은, 모니터링 신호의 시간축에 관한 스케일링을 설명하는 도면이다. 단계 4에서는, 각 영역(C1∼C4)의 평균 연마속도가 동일해지도록, 모니터링 신호를 시간축을 따라 스케일링한다. 또한, 여기서 말하는 스케일링이란, 모니터링 신호를 시간축을 따라 신장 또는 축소시키는 것을 의미한다.

또한, 기준 웨이퍼를 사전 연마하였을 때의 연마시간이 TE라 한다. 이때, 기준영역(C0)에서의 평균 연마속도(R)는, 다음 식 (1)로 나타낸다.

그래서, 영역(Ci)의 평균 연마속도가 기준영역(CO)의 평균 연마속도와 같아지도록, 영역(Ci)에 대한 보정 연마시간을,

로 하여 둔다.

그리고, 원래의 연마개시 시각을 0으로 하여, 영역(Ci)의 모니터링 신호의 각 신호값에 대응하는 시각(t1)을, 다음 식 (3)에 나타내는 바와 같이 보정한다.

상기 식 (3)에서, 기호「←」는 치환을 나타내고 있다.

또한, 도 11에는, d_ciS-d_ciE > d_coS-d_coE의 경우의 예를 나타내고 있다.

도 12는, 이와 같이 하여 시간축을 따라 스케일링된 모니터링 신호를, 다시 시간축을 따라 평행이동하는 방법을 설명하는 도면으로, 도 8의 단계 5를 설명하는 도면이다. 이 단계 5에서는, 각 영역에서의 초기 막 두께를 일치시키는 작업을 행한다.

또한, 기준 웨이퍼의 연마 중의 각 시점에서, 각 영역(C1∼C4)에서 연마속도가 근사적으로 일정하다고 가정한다. 이 때, 기준영역(CO)에서의 초기 막 두께 (d_coS)가 영역(Ci)에서의 초기 막 두께(d_ciS)에 일치할 때까지 연마하는 데 필요한 연마시간(Δt_i)은, 다음 식 (4)로부터 구해진다.

그래서, 상기 식 (3)에서 보정된 영역(Ci)에서의 연마시각(t_i)을, 다시 다음 식 (5)를 이용하여 보정한다.

도 12에 나타내는 예에서는, 영역(Ci)의 모니터링 신호의 각 신호값을 시간축을 따라 Δt_i 만큼 평행 이동시키면, 영역(Ci)의 모니터링 신호의 시점인 시각 (TiS)에서의 영역(C0)의 막 두께와 영역(Ci)의 막 두께는 서로 같다고 간주할 수 있다. 또한, 영역(C0)과 영역(Ci)의 사이에서는 평균 연마속도가 같기 때문에, 시각(TE)에서의 막 두께도 서로 같다고 간주할 수 있다. 따라서, 시각(TX)(단, TiS≤ TX ≤ TE)에서의 막 두께(d_coX와 d_ciX)는 서로 같다고 간주할 수 있다.

상기한 바와 같이, 영역(Ci)의 모니터링 신호는 시간축을 따라 스케일링되어, 더욱 평행 이동되기 때문에, 영역(C0)의 모니터링 신호와 영역(Ci)의 보정 후의 모니터링 신호는, 일반적으로 Max(0, TiS)에서 Min(TE, TiE + Δti)까지의 구간에서만 함께 존재한다. 여기서, Max는 괄호 내의 큰 쪽의 값을, Min은 작은 쪽의 값을 취하는 것을 나타낸다. 도 12는 d_coS > d_ciS의 경우의 예를 나타내었으나, 물론 d_coS < d_ciS의 경우도 있고, 그 경우에는 해당 영역(Ci)의 연마개시 시각(TiS)은 음의 값이 된다.

다음에, 이와 같이 하여 얻어진 각 영역의 기준신호의 파형을, 필요에 따라 평활화하여 노이즈성분을 저감한다(단계 6). 평활화의 방법으로서는, 이동 평균이나, 보다 일반적인 디지털 필터, 다항식 회귀를 적용할 수 있다. 그리고 상기한 단계 4 내지 6의 공정을 반복하여, 모든 영역(C1∼C4)에 대한 기준신호를 정의한다. 또한, 이 단계에서는, 기준신호의 각 신호값에 대한 시각은 영역마다 각각 독립으로 보정되어 일반적으로 다른 값을 취하기 때문에, 각 영역의 기준신호를 보간하여, 일정한 시간 간격의 동일 시각에 대한 기준신호를 다시 정의할 수도 있다.

도 12 및 식 (4)에서 알 수 있는 바와 같이, 초기 막 두께(d_ciS)가 작을수록 기준신호의 시점(TiS)은 도 12의 우방향으로 이동한다. 또, 최종 막 두께(d_ciE)가 클수록 기준신호의 종점(TiE + Δti)은 도 12의 좌방향으로 이동한다. 초기 막 두께 및 최종 막 두께는, 일반적으로 영역에 따라 다르기 때문에, 영역마다 기준신호를 구한 경우, 각 기준신호의 시점 및 종점은 통상 일치하지 않는다. 그래서 다음과 같이 하여 기준신호를 설정한다. 먼저, 각 영역의 초기 막 두께를 서로 비교하여, 최종 막 두께의 최소값[Min(d_ciS)]을 구한다. 마찬가지로, 각 영역의 최종 막 두께를 서로 비교하여, 최종 막 두께의 최대값[Max(d_ciE)]을 구한다. 그리고, Min (d_ciS)에 대응하는 시각에서, Max(d_ciE)에 대응하는 시각까지의 구간의 모니터링 신호만을 기준신호라 한다. 또는, 제어시간을 길게 취할 수 있도록, 각 영역의 모니터링 신호를 외삽하여, 보다 넓은 구간의 기준신호를 정의할 수도 있다.

이와 같이 하여 얻어진 각 영역에 대한 기준신호는, 모니터링 장치(53)의 기억부(예를 들면, 하드 디스크)에 저장된다. 그리고, 웨이퍼(W)를 연마할 때는, 각 영역(C1∼C4)의 모니터링 신호가 상기 기준신호에 각각 수속되도록 압력실(P1, P2, P3, P4)의 웨이퍼(W)에 대한 가압력이 조작된다. 또한, 이상에서는 압력실(P1∼P4)에 대응하는 영역(C1∼C4)에 관하여 기준신호를 설정하는 예에 대하여 설명하였으나, 상기한 바와 같이, 모니터링 신호는 이것에 한정하지 않고 여러가지 영역에 대하여 생성할 수 있기 때문에, 기준신호도, 영역(C1∼C4)에 한정하지 않고 웨이퍼(W)의 표면 상의 여러가지 영역에 대하여 정의할 수 있다.

상기한 본 실시형태에 의하면, 동일 시각에 동일 막 두께를 나타내는 기준신호가 얻어지기 때문에, 각 영역에서 취득되는 모니터링 신호가 각각의 기준신호에 수속되도록 압력실(P1, P2, P3, P4)의 압력을 조작하면, 균일한 막 두께를 목표로 하여 연마할 수 있다. 따라서, 도 7에 나타내는 바와 같이, 웨이퍼(W)의 둘레 가장자리부의 모니터링 신호가 다른 영역에 비하여 극단적으로 작은 경우에도, 균일한 최종 막 두께가 얻어진다. 또, 기준신호는 영역마다 정의되기 때문에, 상기한 바와 같이 하여 작성된 각각의 기준신호를 다시 시간축에 관하여 적절하게 평행 이동함으로써, 균일하지 않은 원하는 잔막 두께의 프로파일을 실현할 수도 있다.

예를 들면, 영역(Ci)의 잔막 두께가 영역(C0)보다 Δd_ci만큼 큰 막 두께 프로파일을 실현하고 싶은 경우, 상기 식 (5)에 의하여 영역(Ci)에서의 연마시각(t_i)을 보정한 다음에, 다시 연마시각(t_i)을 다음 식 (5)'를 이용하여 보정한다.

[수학식 5']

바꾸어 말하면, 식 (4) 대신에 다음 식 (4)'를 이용하여 연마시각(t_i)을 보정한다.

[수학식 4']

여기서, Δd_ci < O 이면, 영역(Ci)의 잔막 두께는 영역(C0)보다 -Δd_ci 만큼 작은 것이 된다.

이와 같이 하면, 도 12에서, 영역(Ci)의 모니터링 신호의 시점인 시각(TiS) 에서의 영역(Ci)의 막 두께는 영역(C0)의 막 두께보다 Δd_ci만큼 크다고 간주할 수 있다. 또한, 영역(C0)과 영역(Ci)의 사이에서는 평균 연마속도가 같기 때문에, 임의의 시각(TX)(단, 도 12의 예에서는 TiS ≤ TX ≤ TE)에서의 영역(Ci)의 막 두께도 영역(C0)의 막 두께보다 Δd_ci만큼 크다고 간주할 수 있다. 따라서, 이와 같이 하여 작성된 각 영역의 모니터링 신호를 기준신호로 하여, 연마시에 있어서 영역마 다 취득되는 모니터링 신호가 이들 기준신호에 수속되도록 가압력을 조작하면, 연마 후에 있어서 영역(Ci)의 막 두께가 영역(C0)의 막 두께보다 Δd_ci만큼 크다고 하는 원하는 프로파일을 실현하는 것이 기대된다.

이와 같이 하면, 예를 들면 최상층이 금속막이고 그 밑에 절연층, 또한 배선이 있는 경우에, 절연층의 두께의 분포를 알고 금속막의 잔막 두께의 목표 프로파일을 정의함으로써, 배선으로부터의 높이가 균일해지도록 연마를 진행시킬 수 있다. 또한, 이하에서는, 피연마막의 잔막 두께의 프로파일을 균일하게 하는 경우를 중심으로 하여 상세한 설명을 진행시킨다.

도 13은, 웨이퍼 상의 어느 영역의 모니터링 신호(MS₁)를, 이것에 대하여 설정된 기준신호(RS₀)와 직선(B)에 의거하여, 새로운 모니터링 신호(MS₂)로 변환하는 방법을 나타낸 그래프이다. 여기서, 직선(B)은, 기준신호(RS₀)의 연마종점을 지나는 기울기 -1의 직선이다. 예를 들면, 도 13에 나타내는 바와 같이, 시각(t₁)에 서의 모니터링 신호(MS₁)의 값(v₁)이 주어졌을 때, 기준신호(RS₀) 상에서 동일한 값을 가지는 점(P)을 구한다. 그리고, 이 점(P)의 시각으로부터 기준신호(RS₀)의 연마 종점까지의 나머지 시간(T)을 구한다. 이 나머지 시간(T)은, 도 13에서 알 수 있는 바와 같이, 상기 직선(B)을 참조함으로써 구해진다. 구해진 시간(T)을 기초로 새로운 모니터링 신호(MS₂)의 시각(t₁)에서의 신호값(v₂)을 설정한다. 예를 들면, v₂ = T 가 되도록 신호값(v₂)을 설정한다. 또는 신호값(v₂)을 기준신호에서의 연마개시로부터 연마종점까지의 시간(T₀)으로 정규화하여 v₂ = T/T₀으로 하여도 되고, 이 때 직선(B)은, 시각 0에서 값 1을 취하여, 기울기가 -1/T₀의 직선이 된다.

기준신호(RS₀)에 관해서도 동일한 사고방식을 적용하는 것으로 하면, 상기한 직선(B)이 변환 후의 모니터링 신호에 대한 새로운 기준신호라고 간주할 수 있다. 이 새로운 기준신호[직선(B)]는, 기준신호(RS₀) 상의 각 점에서 연마종점까지의 나머지 시간을 나타내는 것이기 때문에, 시간에 관하여 선형의 단조 감소 함수가 되어, 제어연산이 용이해진다.

연마 후의 막 두께가 균일한 프로파일을 목표로 하여 제어하는 경우, 웨이퍼(W) 상의 각 영역의 모니터링 신호에 대하여, 각각 설정된 기준신호를 사용하여 동일한 변환을 행하면, 변환된 모니터링 신호는 대응하는 기준신호에서의 연마종점까지의 나머지 시간, 또는, 이것을 정규화한 값으로서 나타낸다. 그런데, 각 기준신호는 동일 시각에서 동일 막 두께에 대응하는 것으로 간주하기 때문에, 모든 영역의 모니터링 신호는, 막 두께를 나타내는 지수로서 서로 단순 비교할 수 있게 된다. 이 때, 변환 후의 기준신호는 모두 직선(B)에 일치하여 단일화된다.

또, 이와 같이 하면, 대부분의 경우, 변환 후의 새로운 모니터링 신호(MS₂)가 웨이퍼의 피연마면의 막 두께에 개략 비례하여 직선적으로 변화한다. 따라서, 연마액이나 웨이퍼의 피연마면 상의 배선 패턴, 하층의 영향 등에 의해 피연마면의 막 두께값을 계측할 수 없는 경우에서도, 선형 연산으로 양호한 제어성능을 얻는 것이 가능해진다. 도 13에 나타내는 예에서는, 기준신호(RS₀)에서의 연마종점을 기준시각으로 하여 설명하였으나, 기준신호(RS₀)에서의 기준시각은 연마종점에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 기준신호(RS₀)가 소정의 값을 취하는 시각 등, 임의로 기준시각을 정할 수 있다. 특히, 상기한 바와 같이, 잔막 두께가 비균일한 프로파일이 되도록 연마를 제어하는 경우에는, 기준신호에서 모든 영역이 동시에 연마종점에 도달하는 경우는 없기 때문에, 식 (4)'에 따라 평행 이동하여 작성된 각 영역의 기준신호에 대하여, 시간축 상의 일점을 공통의 기준신호로서 결정하게 된다. 이 때의 변환 후의 기준신호도, 균일 프로파일의 경우와 마찬가지로 모두 직선(B)에 일치하여 단일화된다. 또한, 모니터링 신호값에 대응하는 기준 신호값이 원래 존재하지 않는 구간이나, 모니터링 신호값이 연마시간과 함께 변화하지 않는 구간에서는, 변환 후의 새로운 모니터링 신호의 값은 부정이 된다. 이와 같은 경우에는 제어를 휴지하고, 톱링의 가압력 등의 설정값으로서는 종래 값을 유지하면 된다. 또, 도 13에서, 기준신호는 연마종점에 도달할 때까지 존재하고 있다. 이것은, 기준 웨이퍼를 연마종점을 지나갈 때까지 연마하고, 모니터링 신호에 의거하여 연마종점을 검지하여, 이 때의 막 두께를 O으로 하여 기준신호를 정의하였기 때문이다.

도 14는, 상기한 바와 같이 하여 변환된 기준신호의 적용방법의 예를 나타내는 그래프이다. 도 14에서는, 연마개시 시점 또는 제어개시 시점에, 연마종점까지 의 연마시간이 원하는 값이 되도록, 기준신호(RS₁)를 시간축을 따라 평행 이동하여 새로운 기준신호(RS₂)를 설정하고 있다. 또한, 연마개시 시점 또는 제어개시 시점에서, 기준신호(RS₁)의 연마종점까지의 연마시간이 원하는 값이면, 기준신호(RS₁)의 평행 이동량을 0으로 하여도 된다.

그 후, 시간축에 관하여 기준신호(RS₂)를 고정하고, 모니터링 신호(MS_A, MS_B, MS_C) 및 도시 생략한 그 밖의 영역의 모니터링 신호가, 기준신호(RS₂)에 수속되도록 제어를 행한다. 이와 같이 하면, 어느 영역의 변환 전의 모니터링 신호의 값이 동일 막 두께시에 다른 영역과 달라 있어도, 초기의 막 두께 프로파일에 관계 없이 면내 균일성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 웨이퍼 사이에서 초기 막 두께에 불균일이 있어도, 또는 연마 패드 등의 장치의 상태에 변화가 있어도, 연마종점까지의 시간이 소정의 값이 되는 것을 기대할 수 있다. 이와 같이, 연마시간을 일정하게 할 수 있으면, 연마장치 내에서 웨이퍼를 예상 가능한 개략 일정한 주기로 반송하는 것이 가능하게 된다. 따라서, 연마시간이 긴 웨이퍼에 좌우되어 반송이 지연되는 경우가 없어, 스루풋이 향상한다.

도 15는, 기준신호의 적용방법의 또 다른 예를 나타내는 그래프이다. 도 15에서는, 연마개시 시점 또는 제어개시 시점에, 각 영역의 모니터링 신호값을 평균화한 값(av)이 기준신호와 일치하도록, 기준신호(RS₃)를 시간축을 따라 평행 이동하여 새로운 기준신호(RS₄)를 설정한다. 여기서, 모니터링 신호값의 평균화의 방법 은, 웨이퍼 연마의 진척상황을 대표하는 값을 얻는 것이면 어떠한 방법이어도 되고, 예를 들면, 산술평균 또는 가중평균을 산출하는 방법, 중앙값을 취하는 방법이어도 된다.

그 후, 시간축에 관하여 기준신호(RS₄)를 고정하고, 모니터링 신호(MS_A, MS_B, MS_C) 및 도시 생략한 그 밖의 영역의 모니터링 신호가 이 기준신호(RS₄)에 수속되도록 제어를 행한다. 이와 같이 하면, 어느 영역의 모니터링 신호의 값이 동일 막 두께시에 다른 영역과 달라 있어도, 도 14에 나타낸 예에 비하여, 웨이퍼(W)의 각 영역(C1∼C4)에 대한 가압력 등의 조작량을 극단적으로 변화시킬 필요가 없어, 안정된 연마를 행하는 것을 기대할 수 있다. 또, 연마 개시 후 또는 제어 개시 후의 연마시간이, 기준신호 취득시에 동일 막 두께로부터 연마한 경우의 연마시간과 같아지는 것이 기대되고, 초기의 막 두께 프로파일에 관계없이 면내 균일성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 연마 패드 등의 장치의 상태에 관계없이 평균적인 연마 레이트를 실현할 수 있다.

도 16은, 기준신호의 적용방법의 또 다른 예를 나타내는 그래프이다. 도 16에서는, 소정의 주기로, 각 영역의 모니터링 신호를 평균화한 값이 기준신호(RS₅)와 일치하도록, 기준신호(RS₅)를 시간축을 따라 평행 이동한다. 예를 들면, 모니터링 신호를 평균화한 값(av₁, av₂, av₃)에 일치하도록, 기준신호(RS₅)를 각각 평행 이동하여, 새로운 기준신호(RS₆, RS₇, RS₈)를 각각 설정한다. 그리고, 각 영역의 모니 터링 신호가, 이 시시각각 평행 이동하여 설정되는 기준신호에 수속되도록, 웨이퍼의 각 영역(C1∼C4)에 대한 가압력 등을 조작한다. 이와 같이 하면, 어느 영역의 모니터링 신호의 값이 동일 막 두께시에 다른 영역과 달라 있어도, 초기의 웨이퍼의 각 영역(C1∼C4)의 가압력이 개략 타당한 범위에 있는 경우, 어느 시점에서 어느 영역의 가압력이 증가방향이 되면, 다른 영역의 가압력은 감소방향이 된다. 따라서, 본 실시형태에는, 연마시간이나 연마 레이트를 조정하는 기능은 없으나, 조작량의 변화를 작게 하여 안정된 연마를 행할 수 있다. 또한, 초기의 막 두께 프로파일에 상관없이 우수한 면내 균일성을 달성할 수 있다.

또, 이와 같은 경우에는 특히, 블랭킷 웨이퍼(blanket wafer)를 기준 웨이퍼로 하여 작성한 기준신호를 이용하여 패턴 웨이퍼의 연마를 제어하여도, 양호한 결과를 얻을 수 있다. 여기서, 블랭킷 웨이퍼란, 웨이퍼 상에 1종 이상의 재료가 균일한 두께로 성막된 웨이퍼로서, 소위 패턴이 형성되어 있지 않은 것을 말한다. 일반적으로, 패턴 웨이퍼의 연마에서는, 연마 레이트는 블랭킷 웨이퍼와는 달리, 피연마면의 요철이 해소되기 전과 후에서 다르다. 또, 피연마막이 금속막이고 센서가 와전류 센서라고 하면, 표면의 요철이 해소되기 전후에서 막 두께에 대한 모니터링 신호의 변화속도도 다르다. 그러나, 상기한 방법으로 제어하는 것은 막 두께의 프로파일로서 연마 레이트를 조절하는 기능은 없기 때문에, 그와 같은 연마 레이트나 모니터링 신호의 변화속도의 차이에 관계없이, 양호한 제어성능을 기대할 수 있다.

패턴 웨이퍼에서는 막 두께가 작으면 막 두께의 측정은 곤란하고, 또, 연마 대상의 제품 웨이퍼의 종류가 변할 때마다 사전에 이것을 연마하여 기준신호를 작성하는 것은, 번거로울 뿐만 아니라 제품 웨이퍼를 낭비하게 된다. 따라서, 블랭킷 웨이퍼에 의한 기준신호를 적용하여 패턴 웨이퍼의 연마를 제어할 수 있는 것에는 실용상 큰 의미가 있다.

도 15 및 도 16에서는, 연마개시 시 또는 소정의 주기에 있어서 모니터링 신호를 평균화한 값에 기준신호가 일치하도록 평행 이동한 예를 설명하였으나, 모니터링 신호를 평균화한 값 이외의 값을 기준으로 하여 기준신호를 평행 이동할 수도 있다. 예를 들면, 웨이퍼의 소정의 영역의 모니터링 신호를 기준으로 하여 기준신호를 평행 이동하여도 된다. 즉, 연마개시 시에 있어서, 기준신호가 연마개시 시의 소정의 영역의 모니터링 신호에 일치하도록 기준신호를 평행 이동하여도 되고, 연마공정 중에서도, 기준신호가 그 시각에서의 소정의 영역의 모니터링 신호에 일치하도록 기준신호를 평행 이동하여도 된다.

이상으로 나타낸 바와 같이, 연마대상 웨이퍼에 대하여 기준 웨이퍼를 적당하게 정하여 기준신호를 정의하고, 이것에 의거하여 가압력을 조작하는 것으로 하면, 연마 중 시시각각의 웨이퍼 각 부위의 모니터링 신호와 막 두께와의 관계를 하나하나 정한다는 번잡한 조작없이, 용이하게 막 두께 프로파일의 제어가 가능하다.

도 17은, 연마 후의 막 두께 프로파일이 균일하게 되는 것을 목표로 하여, 본 실시형태의 방법으로 기준신호를 작성하여 연마를 행한 경우의 연마 전후의 지름방향 막 두께 분포를 나타내는 그래프이다. 제어 연마(본 실시형태의 연마방법)에서는, 영역마다의 모니터링 신호가 각 기준신호에 수속되도록 가압력을 조작하였 다. 한편, 비제어 연마에서는, 제어 연마시의 초기 가압력과 같은 가압력을 일정하게 웨이퍼에 부여하였다. 도 17에서 웨이퍼의 둘레 가장자리부를 포함하여 양호한 잔막 두께 균일성이 얻어지는 것을 알 수 있다.

도 18은 비제어 연마에서의 모니터링 신호의 추이를 나타내는 그래프이고, 도 19는 제어 연마에서의 모니터링 신호의 추이를 나타내는 그래프이다. 도 18에 나타내는 바와 같이, 비제어 연마에서는, 웨이퍼면 상의 3영역(중심부, 안쪽 중간부, 바깥쪽 중간부)에서의 모니터링 신호의 값이 달라 있다. 이것에 대하여, 제어연마에서는, 도 19에 나타내는 바와 같이, 모니터링 신호가 하나의 값에 개략 수속되어 있는 모양을 알 수 있다. 웨이퍼의 둘레 가장자리부에 관해서는, 상기한 이유로 모니터링 신호값이 다른 영역으로부터 크게 떨어져 있기 때문에, 도면으로부터 수속성을 시각적으로 확인할 수는 없다. 그러나, 실제로는 웨이퍼의 둘레 가장자리부에서도 보정된 기준신호에 따라 연마제어가 행하여지기 때문에, 도 17에 나타내는 바와 같이 둘레 가장자리부를 포함하는 모든 영역에서 균일한 막 두께가 얻어지고 있다.

도 20은, 본 발명에 관한 제어연산방법의 일례를 설명하기 위한 그래프이다. 도 20에서는, 도 13을 참조하여 설명한 모니터링 신호의 변환방법이 사용되고 있다. 연마 개시 후의 시각(t)에서의 새로운 기준신호[ys(t)]는, 이하의 식 (6)으로 나타낸다.

상기 식 (6)에서, T₀은 기준신호에서의 연마개시로부터 연마종점까지의 시간이다.

여기서, T₀가, 기준신호를 상기한 3가지 중 앞 2가지의 어느 하나의 방법으로 시간축에 관하여 평행 이동한 기준신호에 대한 것(도 14, 도 15 참조)이라고 한다. 도 16에 나타내는 예의 경우에는, 우변은 그 시점의 각 영역의 모니터링 신호를 평균화한 값이 된다. 이 때, t_o을 소정의 시간으로 하고, 시각(t)에서 t_o 경과후의 웨이퍼의 각 영역에서의 모니터링 신호의 예측값[y_p(t, t_o)]은, 이하의 식 (7)로 나타낸다.

상기 식 (7)에서, y(t)는 시각(t)에서의 모니터링 신호, Δt_m은 모니터링 신호의 시간변화에 대한 기울기를 산출하기 위하여 정해진 시간이다.

이 때, 시각(t)에서 t_o 경과 후의 모니터링 신호의 예측값의, 기준신호에 대한 불일치도(D)(t, t_o)를 이하의 식 (8)과 같이 정의한다.

식 (8)에서 나타내는 불일치도(D)가 (+)이면, 모니터링 신호가 기준신호에 대하여 빠른 경향인 것을 의미하고, (-)이면 지연 경향인 것을 의미한다.

도 20에 나타내는 바와 같이, 기준신호가 직선일 때, 주기(Δt)의 각 시점에서, 항상 모니터링 신호의 예측값이 기준신호에 일치하면, 모니터링 신호는 기준신호에 점차 근접하여 수속하는 것이 기대된다. 그래서 예를 들면, 도 21과 같이, 이면에 가압력(u3)이 가해지는 웨이퍼 영역(C3)의 불일치도를 D3, 영역(C3)에 인접하는 영역(C2, C4)의 불일치도를 각각 D2, D4라 하여, 가압력(u3)의 변화량(Δu3)을 결정하는 것을 생각할 수 있다. 도 22는, 이와 같은 가압력(u3)의 변화량(Δu3)을 결정하기 위한 퍼지룰의 일례이다. 또, 도 23은 도 22의 퍼지룰에, 또한 웨이퍼와 슬라이딩 이동한 직후의 연마 패드 부위의 온도(T_p)를 고려한 경우의 퍼지룰의 일례이다. 도 22 및 도 23에서, "S"는 「작다」, "B"는 「크다」, "PB"는 「크게 늘린다」, "PS"는 「조금 늘린다」, "ZR"은 「바꾸지 않는다」, "NS"는 「조금 줄인다」, "NB"는 「크게 줄인다」를 의미한다.

도 22의 퍼지룰에 나타내는 바와 같이, 가압의 변화량(Δu3)은, 대응하는 영역(C3)의 불일치도(D3)나 가압력(u3) 자체가 작을 수록 크게 증가시키고, 또, 영역 (C3)과 인접하는 영역(C2, C4)의 불일치도(D2, D4)가 작은 경우에도 늘리는 방향으로 조정한다. 서로 독립된 그 밖의 영역의 가압력, 이것에 대응하는 영역의 불일치도, 가압력의 변화량에 대해서도, 각각 동일한 사고방식으로 퍼지룰을 정하면, 가압력을 극단적으로 큰 값 또는 작은 값으로 변경하지 않고, 모든 불일치도가 영으로 수속되도록 제어를 행할 수 있다.

또, 도 23에 나타내는 예에서는, 대부분의 경우, 연마 패드의 온도가 높을 수록 연마 레이트가 상승하고, 이것에 의하여 온도가 더욱 상승하기 쉬운 것을 고려하여, 연마 패드의 온도(T_p)가 낮을 수록 가압력(u3)의 변화량(Δu3)을 크게, 온도(T_p)가 높을 수록 변화량(Δu3)을 작게 설정하고 있다.

또한, 적용할 수 있는 퍼지룰은 도 22 및 도 23에 나타낸 것에 한정되는 것은 아니고, 시스템의 특성에 따라 임의로 정의할 수있다. 또, 전건부(前件部) 변수, 후건부(後件部) 변수에 대한 멤버쉽 함수나 논리적법, 함의법, 집적법, 비퍼지화법 등의 추론의 방법도 적절히 선택하여 사용할 수 있다. 예를 들면, 후건부의 멤버쉽 함수를 적당하게 설정하면, 가압력의 변화량(Δu3)을 조절할 수 있고, 이와 같이 하여 구해진 가압력(u3)이나 변화량(Δu3)에 다시 상하한의 제약을 정하는 것도 가능하다. 또한, 모니터링 신호, 또는 불일치도를 정의하는 영역도, 상기한 C1 내지 C4에 한정되는 것은 아니고, 예를 들면, 그 경계부에 각각 1 내지 2개의 영역을 추가하여 더욱 정밀한 제어를 행하는 것도 가능하다.

또, 상기 예에서, 원래의 기준신호나 모니터링 신호가 시간에 관하여 어느 정도 선형에 근접하면, 도 13을 이용하여 설명한 모니터링 신호의 연마시간에 관한 값으로의 변환은 반드시 필요한 것은 아니다. 모니터링 신호의 시간변화를 그래프에 나타내었을 때에 그 곡률이 작은 경우, 도 20과 마찬가지로 하여, 식 (7)에 의하여 구한 시간(t_o) 후의 모니터링 신호의 예측값이 언제나 기준신호[ys(t)]에 일치하면, 모니터링 신호가 점차로 기준신호에 근접하여, 양호한 제어가 행하여지는 것 으로 기대된다. 모니터링 신호를 시간에 관한 값으로 변환하지 않는 경우, 도 15 또는 도 16을 이용하여 설명한 기준신호의 평행 이동에서는, 예를 들면 웨이퍼 둘레 가장자리부를 포함하는 영역이나 SUS 부품의 영향으로 모니터링 신호가 크게 다른 영역을 제외하고, 평행 이동의 기준이 되는 평균화된 값을 구하면 된다.

상기한 예에서는, 불일치도의 예측값을 구하여 추론을 행하는 예측형 퍼지제어를 이용하고 있다. 센서가 웨이퍼의 피연마면의 정보를 도입하고 나서 실제로 가압력이 완전히 새로운 값으로 치환되어 연마상태가 변화하고, 센서의 출력값이 완전히 바뀔 때 까지는, 센서로부터 모니터링 장치로의 출력신호의 전송, 모니터링 신호로의 변환과 평활화, 가압력의 연산, 제어부로의 전송, 압력 조정부로의 지령, 가압기구(압력실)의 동작 등 많은 단계가 필요하게 된다. 따라서, 조작량의 변경이 완전히 신호파형에 반영될 때까지는, 통상 1, 2초 내지 10초 정도가 필요하다. 이와 같이 응답 지연의 영향을 억제하여 효과적인 제어를 행하기 때문에, 예측형의 제어는 유효하다.

예측형 제어의 방법으로서는, 상기한 퍼지제어 뿐만 아니라, 예를 들면, 적당한 수학 모델을 정의하여 모델 예측 제어를 행하여도 된다. 상기한 응답 지연을 포함하여 모델화하는 것으로 하면, 제어성능의 더 한층의 향상을 기대할 수 있다. 또한, 이와 같은 시스템에서는, 제어주기를 짧게 하여도, 모니터링 신호에 조작량의 변화가 충분히 반영되기 전에 다음 조작을 행하게 되어, 의미가 없을 뿐만 아니라, 불필요한 조작량의 변화나 이것에 의한 신호값의 변동을 야기할 염려가 있다. 한편, 연마시간은, 통상 수십초 내지 수백초 정도이기 때문에, 제어주기를 너무 길 게 하면 면내 균일성이 달성되기 전에 연마종점에 도달된다. 따라서, 제어주기는 1초 이상 10초 이하인 것이 바람직하다.

또한, 가압력을 조작하면서 대상 웨이퍼를 연마하는 경우, 동시에, 금속막이 제거되는 시점, 또는, 소정의 문턱값에 도달하는 시점을 모니터링 신호로부터 검지함으로써, 연마종점(연마조건을 변환하는 점을 포함한다)을 검지할 수 있다.

또, 영역(C1)(웨이퍼의 중심부)과 영역(C4)(웨이퍼의 둘레 가장자리부)의 2영역에 대해서만 상기한 바와 같은 기준신호를 정의하여도 된다. 이 경우는, 영역 (C1)과 영역(C2, C3)(안쪽 중간부 및 바깥쪽 중간부)의 제어에서는 영역(C1)의 기준신호를 사용한다. 바람직하게는, 상기한 바와 같이, 웨이퍼면의 전 영역에 대하여 각각 기준신호를 정의하여, 연마시에 각 영역에 각각 대응하는 기준신호를 사용하는 것으로 하여도 된다. 이와 같이 하면, 단지 웨이퍼의 둘레 가장자리부에서의 모니터링 신호 변화의 영향을 배제할 뿐만 아니라, SUS 플랜지 등, 도전성 또는 자성을 가지는 부품이 톱링에 있어 와전류 센서에 의한 모니터링 신호에 영향을 미치는 경우에도, 그 영향을 배제하여 양호한 제어성능을 얻을 수 있다.

또한, 기준신호를 정의하는 과정에서, 기준 웨이퍼의 연마 중은 각 영역의 연마속도가 일정하다는 가정을 두고 모니터링 신호의 스케일링이나 평행 이동을 행하고 있으나, 연마시간이 충분히 길고 초기 막 두께나 연마속도가 영역 사이에서 극단적으로 다르지 않으면 스케일링이나 평행 이동의 양은 작고, 모니터링 신호에의한 막 두께 프로파일의 파악에 관하여 실용성을 손상하는 일은 없다.

상기한 실시형태에서는, 연마의 진행에 따라 모니터링 신호가 단조(單調) 감 소하는 경우를 나타내었으나, 모니터링 신호가 단조 증가하는 경우에도 본 발명을 적용할 수 있다. 예를 들면, 센서(50)로서 임피던스 타입의 와전류 센서를 사용하는 경우, 일본국 특개2005-121616호 공보에 개시되어 있는 다음의 방법을 적용할 수도 있다.

도 1에 나타내는 바와 같이, 웨이퍼(W)의 표면에 존재하는 도전성막은, 연마 테이블(12)에 매립된 센서(와전류 센서)(50)로부터 연마 패드(10)를 거쳐 측정된다. 이 경우, 센서(50)와 그 도전성막과의 사이의 간극은, 이들 사이에 개재하는 연마 패드(10)의 두께에 따라 변화하게 된다. 이 결과, 예를 들면 도 24에 나타내는 바와 같이, 사용하는 연마 패드(10)의 두께(t1 내지 t4)만큼의 간극(갭)(G)에 따라, 신호성분(X) 및 신호성분(Y)의 원호 궤적이 변동한다. 이것으로부터 이 신호성분(X) 또는 신호성분(Y)의 원호 궤적으로부터 반도체 웨이퍼(W)의 도전성막의 막 두께를 고정밀도로 측정하기 위해서는, 사용하는 연마 패드의 두께마다(연마 패드의 사용 전마다이어도 된다), 종래의 막 두께에서의 신호성분(X) 및 신호성분(Y)의 측정정보를 준비하고 나서, 측정대상의 도전성막의 막 두께를 측정할 필요가 있다.

그런데, 와전류 센서에 의한 신호성분(X) 및 신호성분(Y)의 측정결과로부터는, 도 24에 나타내는 바와 같이, 센서 코일 끝부와 도전성막과의 사이의 간극(G)에 상관없이, X 성분 및 Y 성분의 도전성막의 막 두께마다의 출력값을 직선(r1∼r3)으로 연결하면, 그 직선이 교차하는 교점(중심점)(P)을 취득할 수 있다. 이 예비 측정 직선(rn)(n : 1, 2, 3 …)은, 그 교점(P)을 통과하는 신호성분(Y)이 일정 한 기준선(도 24에서의 수평선)(L)에 대하여, 도전성막의 막 두께에 따른 앙각(θ)으로 경사진다.

이것으로부터 반도체 웨이퍼(W)의 도전성막을 연마하는 연마 패드의 두께가 불분명한 경우에도, 연마하는 도전성막의 신호성분(X) 및 신호성분(Y)의 측정결과(출력값)와 중심점(P)을 연결하는 측정 직선(rn)의 기준선(L)에 대한 앙각(θ)을 구하면, 미리 예비 측정이 끝난 도전성막의 막 두께에 따른 앙각(θ)의 변화경향 등과의 상관관계에 의거하여 그 측정대상의 도전성막의 막 두께를 도출할 수 있다. 그런데, 잔막 두께 균일성의 제어를 위해서는, 반드시 막 두께 절대값을 알 필요는 없고, 웨이퍼(W)의 지름방향의 막 두께를 상대적으로 파악하면 된다. 따라서, 단지 앙각(θ)을 모니터링 신호로 하면 되게 된다. 또한, 기준선(L)은, 리액턴스성분(X)을 일정하게 하는 도 24에서의 수직선으로 하여도 된다.

본 발명은, 반도체 웨이퍼 등의 기판을 연마하여 평탄화하는 연마장치 및 연마방법에 적용 가능하다.

Claims (18)

1. 표면에 막이 형성된 기판을 연마하는 연마장치에 있어서,

   연마면을 가지는 연마 테이블과,

   기판 상의 제 1 복수의 영역에 대하여 독립하여 가압력을 부여함으로써 기판을 상기 연마 테이블에 가압하는 톱링과,

   복수의 계측점에서의 상기 막의 상태를 검출하는 센서와,

   상기 센서의 출력신호로부터, 기판 상의 제 2 복수의 영역의 각각에 대하여 모니터링 신호를 생성하는 모니터링 장치와,

   상기 모니터링 신호의 기준값과 연마시간과의 관계를 나타내는 복수의 기준신호를 저장한 기억부와,

   상기 제 2 복수의 영역의 각각에 대응하는 상기 모니터링 신호 각각이 상기 복수의 기준신호 중 어느 하나로 수속되도록 상기 제 1 복수의 영역에 대한 가압력을 조작하는 제어부를 구비한 것을 특징으로 하는 연마장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 제 2 복수의 영역의 하나는, 기판의 둘레 가장자리부를 포함하는 영역 이고,

   상기 복수의 기준신호의 하나는, 상기 기판의 둘레 가장자리부를 포함하는 영역에 대한 기준신호인 것을 특징으로 하는 연마장치.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   상기 복수의 기준신호는, 상기 제 2 복수의 영역에 각각 대응하여 마련된 것을 특징으로 하는 연마장치.
4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   상기 모니터링 신호의 신호값과 상기 기준신호의 신호값을, 상기 기준신호에 의거하여 연마시간에 관한 값으로 변환하여, 새로운 모니터링 신호와 새로운 기준신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 연마장치.
5. 제 4항에 있어서,

   연마공정의 임의의 시각에서, 상기 제 2 복수의 영역에서의 상기 새로운 모니터링 신호를 평균화한 값을 구하고, 상기 시각에서의 상기 새로운 기준신호가 상기 평균화한 값과 일치하도록, 상기 시각 이후의 상기 새로운 기준신호를 시간축에 관하여 평행 이동하는 것을 특징으로 하는 연마장치.
6. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   상기 복수의 기준신호는, 동일시점에서 동일한 막 두께에 대응하는 것을 특징으로 하는 연마장치.
7. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   상기 복수의 기준신호는, 동일시점에서, 상기 제 2 복수의 영역 사이에 설정된 소정의 막 두께 차를 반영한 막 두께에 대응하는 것을 특징으로 하는 연마장치.
8. 제 1항에 있어서,

   상기 제어부의 제어주기는, 1초 이상 10초 이하인 것을 특징으로 하는 연마장치.
9. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   상기 센서는, 와전류 센서인 것을 특징으로 하는 연마장치.
10. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

    상기 제어부는, 상기 모니터링 장치에 의해 생성된 모니터링 신호 중 적어도 어느 하나에 의거하여 연마종점을 검지하는 것을 특징으로 하는 연마장치.
11. 기판 상의 제 1 복수의 영역에 대하여 독립된 가압력을 부여함으로써 기판을 연마 테이블에 가압하여 연마하는 연마방법에 있어서,

    기판 상의 막 두께에 관련되는 모니터링 신호의 기준값과 연마시간과의 관계를 나타내는 복수의 기준신호를 정의하고,

    복수의 계측점에서의 기판 상의 막의 상태를 센서를 이용하여 검출하고,

    상기 센서의 출력신호로부터, 기판 상의 제 2 복수의 영역의 각각에 대하여 모니터링 신호를 생성하고,

    상기 제 2 복수의 영역의 각각에 대응하는 상기 모니터링 신호 각각이 상기 복수의 기준신호 중 어느 하나로 수속되도록 상기 제 1 복수의 영역에 대한 가압력을 조작하는 것을 특징으로 하는 연마방법.
12. 제 11항에 있어서,

    상기 제 2 복수의 영역의 하나는, 기판의 둘레 가장자리부를 포함하는 영역이고,

    상기 복수의 기준신호의 하나는, 상기 기판의 둘레 가장자리부를 포함하는 영역에 대한 기준신호인 것을 특징으로 하는 연마방법.
13. 제 11항 또는 제 12항에 있어서,

    상기 복수의 기준신호는, 상기 제 2 복수의 영역에 각각 대응하여 마련되는 것을 특징으로 하는 연마방법.
14. 제 11항 또는 제 12항에 있어서,

    상기 복수의 기준신호는, 블랭킷 웨이퍼를 연마하여 얻어지는 것을 특징으로 하는 연마방법.
15. 제 11항 또는 제 12항에 있어서,

    상기 복수의 기준신호는, 동일 시점에서 동일 막 두께에 대응하는 것을 특징으로 하는 연마방법.
16. 제 15항에 있어서,

    연마대상이 되는 기판과 동종의 기준기판을 준비하여,

    상기 기준기판의 막 두께를 측정하고,

    상기 기준기판을 연마하여 복수의 계측점에서의 상기 기준기판 상의 막의 상태를 상기 센서에 의하여 검출하고,

    상기 제 2 복수의 영역에서 선택된 제 1 영역 및 제 2 영역에서의 모니터링 신호를 상기 센서의 출력신호로부터 생성하고,

    상기 제 1 영역 및 제 2 영역의 피연마막이 완전히 제거된 시점에서 연마를 정지하며,

    상기 제 1 영역 및 제 2 영역의 평균 연마속도를 구하고,

    상기 제 2 영역의 평균 연마속도가 상기 제 1 영역의 평균 연마속도와 일치하도록, 상기 제 2 영역의 모니터링 신호를 시간축을 따라 신장 또는 축소시키며,

    상기 제 2 영역의 초기 막 두께가 상기 제 1 영역의 초기 막 두께와 일치하기 위하여 필요한 연마시간을 구하고,

    상기 신장 또는 축소시킨 제 2 영역의 모니터링 신호를, 상기 구한 연마시간만큼 시간축을 따라 평행 이동시키고,

    상기 평행 이동한 모니터링 신호를 상기 제 2 영역의 기준신호로 함으로써 상기 복수의 기준신호를 정의하는 것을 특징으로 하는 연마방법.
17. 제 11항 또는 제 12항에 있어서,

    상기 복수의 기준신호는, 동일 시점에서, 상기 제 2 복수의 영역 사이에 설정된 소정의 막 두께 차를 반영한 막 두께에 대응하는 것을 특징으로 하는 연마방법.
18. 제 17항에 있어서,

    연마대상이 되는 기판과 동종의 기준기판을 준비하여,

    상기 기준기판의 막 두께를 측정하고,

    상기 기준기판을 연마하여 복수의 계측점에서의 상기 기준기판 상의 막의 상태를 상기 센서에 의하여 검출하며,

    상기 제 2 복수의 영역에서 선택된 제 1 영역 및 제 2 영역에서의 모니터링 신호를 상기 센서의 출력신호로부터 생성하고,

    연마 후의 상기 기준기판의 막 두께를 측정하며,

    상기 제 1 영역 및 상기 제 2 영역의 평균 연마속도를 구하고,

    상기 제 2 영역의 평균 연마속도가 상기 제 1 영역의 평균 연마속도와 일치하도록, 상기 제 2 영역의 모니터링 신호를 시간축을 따라 신장 또는 축소시키며,

    상기 제 2 영역의 초기 막 두께가 상기 제 1 영역의 초기 막 두께와 일치하 기 위하여 필요한 연마시간을 구하고,

    상기 제 2 영역의 초기 막 두께가 상기 제 1 영역의 초기 막 두께와 소정의 막 두께 차를 가지기 위하여 필요한 제 2 연마시간을 구하고,

    상기 신장 또는 축소시킨 제 2 영역의 모니터링 신호를, 상기 제 1 연마시간과 상기 제 2 연마시간과의 합만큼 시간축을 따라 평행 이동시키고,

    상기 평행 이동한 모니터링 신호를 상기 제 2 영역의 기준신호로 함으로써 상기 복수의 기준신호를 정의하는 것을 특징으로 하는 연마방법.

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