KR101598548B1 - 연마장치 및 연마방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 연마장치는, 사전에 다수의 연마시험 등을 행하지 않고, 더욱 정밀한 연마 프로파일 제어를 행할 수 있다. 연마장치는, 연마면(52a)을 가지는 연마 테이블(22)과, 연마 대상물(W)을 유지하여 연마면(52a)에 가압하는 톱링(24)과, 연마면(52a)에 연마액을 공급하는 연마액 공급 노즐(26)과, 연마액 공급 노즐(26)의 연마액 공급 위치(26a)를 연마면(52a)의 대략 반경방향을 따라 이동시키는 이동기구(70)와, 이동기구(70)를 제어하는 컨트롤러(66)와, 연마액 공급 노즐(26)의 연마액 공급 위치(26a)와 연마 프로파일의 관계를 예측하여 시뮬레이션을 행하여 컨트롤러에 출력하는 시뮬레이터(72)를 구비하고 있다.

Description

연마장치 및 연마방법{POLISHING APPARATUS AND POLISHING METHOD}
본 발명은, 연마장치 및 연마방법에 관한 것으로, 특히 연마액(슬러리)을 사용하여 반도체 웨이퍼 등의 연마 대상물을 연마하여 평탄화하는 연마장치 및 연마방법에 관한 것이다.
최근, 반도체 디바이스의 고집적화가 진행됨에 따라 회로의 배선이 미세화하고, 배선간 거리도 더욱 좁아지고 있다. 특히 선 폭이 0.5㎛ 이하의 광리소그래피의 경우, 초점 심도가 얕아지기 때문에 스테퍼의 결상면의 평탄도를 필요로 한다. 이와 같은 반도체 웨이퍼의 표면을 평탄화하는 일 수단으로서, 연마액을 사용하여 화학기계연마(CMP)를 행하는 연마장치가 알려져 있다.
이와 같은 종류의 화학기계연마(CMP)장치는, 연마 패드를 상면에 가지는 연마 테이블과 톱링을 구비하고 있다. 그리고, 연마 테이블과 톱링의 사이에 반도체 웨이퍼를 개재시켜, 연마 패드 표면의 연마면에 숫돌액(슬러리)을 공급하면서, 톱링에 의해 유지한 반도체 웨이퍼를 연마 테이블의 연마면에 가압하여, 반도체 웨이퍼의 표면을 평탄하고 또한 경면형상으로 연마하도록 하고 있다(일본국 특개2002-113653호 공보, 특개평10-58309호 공보, 특개평10-286758호 공보, 특개2003-133277호 공보 및 특개2001-237208호 공보 참조).
출원인은, 연마면에 연마액을 공급하는 연마액 공급구와, 연마액이 연마 대상물과 연마면의 상대 이동에 의해 연마 대상물의 전면에 균일하게 골고루 퍼지도록 연마액 공급구를 이동시키는 이동기구를 구비함으로써, 연마 레이트를 개선하고, 연마 레이트의 면내 균일성을 향상시키도록 한 연마장치 및 연마방법을 제안하고 있다(일본국 특개2006-147773호 공보 참조).
또, 출원인은, 연마 대상물의 복수의 영역에 대하여 독립하여 가압력을 주는 복수의 압력실을 구비한 톱링을 사용하여, 연마 대상물 상의 복수의 영역에 대한 가압력을 독립으로 제어하도록 한 연마장치를 제안하고 있다(일본국 특표2008-503356호 공보 참조). 에어백을 사용함으로써, 연마 대상물 상의 복수의 영역에 대한 가압력을 독립으로 제어하도록 한 연마장치도 알려져 있다.
최근, 반도체 디바이스의 고성능화의 요구에 따라, 더욱 정밀한 연마 프로파일 제어가 필요하게 되어 있다. 그러나, 연마 대상물의 복수의 영역에 대하여 독립하여 가압력을 주는 복수의 압력실이나 에어백 등을 구비한 톱링을 사용하고, 연마 대상물 상의 복수의 영역에 대한 가압력을 독립으로 제어하면서 연마함으로써 원하는 연마 프로파일을 얻으려고 하면, 압력실이나 에어백 등보다 작은 영역의 압력을 제어할 수 없고, 좁은 영역의 프로파일 제어를 할 수 없게 되어, 더욱 정밀한 프로파일 제어가 곤란해진다.
한편, 연마액 공급구로부터 연마액을 연마면에 공급하면서 연마액 공급구(연마액 공급 위치)를 이동시켜 연마를 행함으로써 상기한 압력실이나 에어백 등을 구비한 톱링을 사용하여 연마하는 경우보다, 더욱 정밀한 연마 프로파일의 제어가 가능해진다. 그러나, 이 경우, 제어 파라미터가 많아, 원하는 연마 프로파일을 얻기까지 다수의 연마시험이 필요하게 될 뿐만 아니라, 반도체 웨이퍼 등의 소모재의 비용이 증가된다.
연마장치에서는, 가공비용이나 환경 면에서, 연마 시에 사용하는 소모재의 사용량을 삭감하는 것에 대한 요구가 높다. 특히, 화학기계연마(CMP)에 사용되는 연마액(슬러리)은, 일반적으로 비용이 비쌀 뿐만 아니라, 연마액의 폐기(排液)처리에 큰 부담이 든다. 이 때문에, 연마액의 사용량을, 낭비없이, 가능한 한 삭감하는 것이 강하게 요구되고 있다.
본 발명은 상기 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 사전에 다수의 연마시험 등을 행하지 않고, 더욱 정밀한 연마 프로파일 제어를 행할 수 있도록 한 연마장치 및 연마방법을 제공하는 것을 제 1 목적으로 한다.
또, 본 발명은, 비교적 높은 연마 레이트를 유지한 채로, 연마액의 소비량을더욱 삭감할 수 있도록 한 연마방법을 제공하는 것을 제 2 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 연마장치는, 연마면을 가지는 연마 테이블과, 연마 대상물을 유지하여 당해 연마 대상물을 상기 연마면에 가압하는 톱링과, 상기 연마면에 연마액을 공급하는 연마액 공급 노즐과, 상기 연마액 공급 노즐의 연마액 공급 위치를 상기 연마면의 대략 반경방향을 따라 이동시키는 이동기구와, 상기 이동기구를 제어하는 컨트롤러와, 상기 연마액 공급 노즐의 연마액 공급 위치와 연마 프로파일의 관계를 예측하여 시뮬레이션을 행하여 상기 컨트롤러에 출력하는 시뮬레이터를 구비하고 있다.
이와 같이, 연마액 공급 노즐의 연마액 공급 위치와 연마 프로파일의 관계를 예측하여 시뮬레이션을 행하여 컨트롤러에 출력하는 시뮬레이터를 구비함으로써, 사전에 다수의 연마시험을 행하지 않고, 효율적으로 연마액 공급 위치의 이동 패턴 등의 연마 레시피를 결정할 수 있고, 또한, 종래의 에어백방식 등보다, 더욱 정밀한 연마 프로파일이 제어 가능하게 된다.
상기 시뮬레이터는, 원하는 연마 프로파일의 입력에 의거하여, 미리 구해진 복수점의 연마액 공급 위치와 연마 프로파일의 관계를 나타내는 데이터베이스를 참조하여, 상기 연마 프로파일이 얻어진다고 예측되는 연마액 공급 위치의 이동 패턴을 출력하는 것이 바람직하다.
상기 시뮬레이터는, 연마액 공급 위치의 이동 패턴의 입력에 의거하여, 미리 구해진 복수점의 연마액 공급 위치와 연마 프로파일의 관계를 나타내는 데이터베이스를 참조하여, 상기 이동 패턴에 따라 상기 연마액 - 공급 위치를 이동시키면서 연마를 행하였을 때에 얻어진다고 예측되는 연마 프로파일을 출력하도록 하여도 된다.
상기 시뮬레이터는, 미리 구해진 복수점의 연마액 공급 위치와 연마 프로파일의 관계를 나타내는 데이터베이스를 참조하여, N차 회귀, 푸리에 변환, 스플라인 회귀 및 웨이브레트 변환의 적어도 하나의 방법에 의하여, 임의의 연마액 공급 위치와 연마 프로파일의 관계를 예측하도록 하여도 된다.
상기 시뮬레이터는, 임의의 미소 구간에서의 연마액 공급 위치의 이동속도 또는 체재시간에 의해 가중된 연마 프로파일의 겹침에 의하여, 연마액 공급 위치를 이동시키면서 연마를 행하였을 때에 얻어지는 연마 프로파일을 예측하도록 하여도 된다.
본 발명의 바람직한 형태는, 막 두께 모니터를 구비하고, 상기 시뮬레이터는, 막 두께 모니터의 연마 중의 측정결과로부터 연마액 공급 위치의 최적의 이동 패턴을 예측하여 상기 컨트롤러로 피드백한다.
상기 막 두께 모니터는, 예를 들면 와전류 센서로 이루어진다. 와전류 센서에 의해, 금속 박막의 막 두께를 계측할 수 있다.
상기 막 두께 모니터는, 광학식 센서이어도 된다. 광학식 센서에 의해, 산화막 박막 등의 광학적으로 투명한 박막의 막 두께를 계측할 수 있다.
본 발명의 바람직한 형태는, 연마 프로파일 모니터를 구비하고, 연마 프로파일 모니터의 연마 후의 측정결과를 상기 시뮬레이터에 실제 연마 프로파일로서 입력한다.
본 발명의 연마방법은, 연마 테이블의 연마면에 연마액 공급 노즐로부터 연마액을 공급하면서 연마 대상물을 가압하고, 적어도 상기 연마면을 회전시키면서 상기 연마 대상물을 연마하는 연마방법에 있어서, 상기 연마액 공급 노즐의 상기 연마면에 연마액을 공급하는 연마액 공급 위치를, 상기 연마면의 대략 반경방향을 따라, 이동범위 내에서 복수로 분할된 구간마다 개별로 정한 소정의 이동 패턴으로 이동시킨다.
이와 같이, 연마액 공급 노즐의 연마면에 연마액을 공급하는 연마액 공급 위치를, 연마면의 대략 반경방향을 따라, 이동범위 내에서 복수로 분할된 구간마다 개별로 정한 소정의 이동 패턴으로 이동시킴으로써 종래의 에어백방식 등보다, 더욱 정밀한 연마 프로파일이 제어 가능하게 된다.
상기 연마액 공급 위치의 이동 패턴은, 이동범위 내에서 복수로 분할된 구간 내에서의 연마액 공급 위치의 이동속도, 이동범위의 분할위치 및 이동범위 중 어느 하나를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 연마액 공급 위치의 이동 패턴은, 원하는 연마 프로파일을 기초로 시뮬레이터에 의해 얻어진 이동 패턴이어도 된다.
이에 의하여, 사전에 다수의 연마시험을 행하지 않고, 효율적으로 연마액 공급 위치의 이동 패턴 등의 연마 레시피를 결정할 수 있다.
본 발명의 바람직한 형태는, 연마 중에 막 두께 모니터에 의해 얻어진 연마 프로파일과 원하는 연마 프로파일의 차를 계산하여, 이 차를 기초로 시뮬레이터로 시뮬레이트하여, 미리 설정된 연마 프로파일에 근접하도록 상기 연마액 공급 위치의 이동 패턴을 갱신한다.
본 발명의 바람직한 형태는, 연마 대상물에 형성된 연마 프로파일의 다른 적어도 2종류의 막에 대하여, 원하는 연마 프로파일을 기초로, 시뮬레이터에 의해 개별로 연마액 공급 위치의 이동 패턴을 결정한다.
이에 의하여, 예를 들면 SiO2막과 메탈막 등의 연마 프로파일의 다른 2종류의 막을 포함하는 연마 대상물의 연마 프로파일을 개선할 수 있다.
본 발명의 연마장치 및 연마방법에 의하면, 시뮬레이터를 사용함으로써, 사전에 다수의 연마시험을 행하지 않고, 효율적으로 연마액 공급 위치의 이동 패턴 등의 연마 레시피를 결정할 수 있고, 또한, 종래의 에어백방식보다, 더욱 정밀한 연마 프로파일이 제어 가능하게 된다.
본 발명의 다른 연마방법은, 연마 테이블의 연마면에 연마액 공급 노즐로부터 연마액을 공급하면서 연마 대상물을 가압하고, 적어도 상기 연마면을 회전시키면서 상기 연마 대상물을 연마하는 연마방법에 있어서, 상기 연마액 공급 노즐의 상기 연마면에 연마액을 공급하는 연마액 공급 위치를, 당해 연마액 공급 노즐로부터 상기 연마면에 연마액을 공급하면서, 상기 연마면의 중심측에서의 연마 대상물의 에지부의 연마면 상에서의 궤적에 대응하는 제 1 공급 위치와 연마 대상물의 중심부의 연마면 상에서의 궤적에 대응하는 제 2 공급 위치 사이의 영역 내에서 이동시킨다.
이와 같이, 연마공급 노즐의 연마액 공급 위치의 이동범위를 규제하여, 연마 중에 연마액 공급 노즐로부터 연마액을 공급하는 범위를 연마 대상물의 중심으로부터 에지부의 연마 대상물의 대략 반경에 대응하는 영역에 한정함으로써, 높은 연마 레이트를 유지한 채로, 연마액의 사용량을 삭감할 수 있다.
상기 연마액 노즐의 연마액 공급 위치를, 상기 연마 테이블의 대략 반경방향을 따라 당해 연마 테이블 상을 이동시키는 것이 바람직하다.
상기 연마액 노즐의 연마액 공급 위치를, 상기 연마 테이블의 대략 원주방향을 따라 당해 연마 테이블 상을 이동시키도록 하여도 된다.
본 발명의 바람직한 형태는, 상기 연마액 공급 노즐의 연마액 공급 위치의 이동에 따라 당해 연마액 공급 위치의 이동속도를 변화시킨다.
예를 들면, 제 1 공급 위치로부터 제 2 공급 위치로, 연마액 공급 위치의 이동속도를 서서히, 또는 단계적으로 증가시키면서, 연마액 공급 노즐의 연마액 공급 위치를 이동시키고, 제 2 공급 위치로부터 제 1 공급 위치에는, 연마액 공급 위치의 이동속도를 서서히, 또는 단계적으로 감소시키면서, 연마액 공급 노즐의 연마액 공급 위치를 이동시킴으로써, 저속 회전영역으로 고속 회전영역에 비하여 더욱 다량의 연마액을 공급할 수 있다.
본 발명의 바람직한 형태는, 상기 제 1 공급 위치와 상기 제 2 공급 위치 사이의 영역을 복수의 요동영역으로 분할하여, 각각의 요동영역마다 상기 연마액 공급 노즐의 연마액 공급 위치의 이동속도를 설정한다.
예를 들면, 상기 제 1 공급 위치와 상기 제 2 공급 위치 사이의 영역을 11의 요동영역으로 분할하여, 각 요동영역마다 적합한 연마액 공급 노즐의 연마액 공급 위치의 이동속도를 설정함으로써, 높은 연마 레이트를 유지한 채로, 연마액의 사용량을 대폭으로 삭감할 수 있는 것이 확인되고 있다.
본 발명의 연마방법에 의하면, 비교적 높은 연마 레이트를 유지한 채로, 연마액의 소비량을 더욱 삭감할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시형태의 연마장치를 구비한 연마처리 시스템을 나타내는 평면도,
도 2는 도 1에 나타내는 연마처리 시스템에 구비되어 있는 본 발명의 실시형태의 연마장치의 개요를 나타내는 종단면도,
도 3은 도 2에 나타내는 연마장치의 시스템 구성도,
도 4는 시뮬레이터에 의한 시뮬레이션의 예상 플로우도,
도 5a는 시뮬레이터에 의한 시뮬레이션에서의 연마면, 연마액 공급 노즐 및 연마액 공급구(연마액 공급 위치)의 관계를 나타내는 평면도,
도 5b는 도 5a의 정면도,
도 6은 시뮬레이션 프로파일과 실제 연마 프로파일을 참조 프로파일과 함께 나타내는 그래프,
도 7은 다른 연마장치의 개요를 나타내는 종단면도,
도 8은 또 다른 연마장치의 개요를 나타내는 종단면도,
도 9는 또 다른 연마장치의 개요를 나타내는 종단면도,
도 10은 유량 제어부의 다른 예를 나타내는 블럭도,
도 11은 연마액 공급 라인과 당해 라인에 장착된 회전체의 관계를 나타내는 개요도,
도 12는 도 11의 일부를 확대하여 나타내는 확대 사시도,
도 13은 연마면의 윗쪽에 연마액 유지기구를 배치한 상태를 나타내는 개요도,
도 14는 연마면의 윗쪽에 연마액 저류기구를 배치한 상태를 나타내는 개요도,
도 15는 또 다른 연마장치의 주요부를 나타내는 개요도,
도 16은 또 다른 연마장치의 주요부를 나타내는 개요도,
도 17은 도 16에 나타내는 연마장치를 사용하여, 연마액 공급구(연마액 공급 위치)를 고정 또는 이동시켜 연마하였을 때의 각 이동거리(Oscillation Distance)와 연마 레이트(Removal Rate)의 관계를 나타내는 그래프,
도 18은 도 16에 나타내는 연마장치를 사용하여, 연마액 공급구(연마액 공급 위치)의 이동속도를 변화시키면서 연마하였을 때에 있어서의 연마액 공급구의 이동속도(Nozzle Speed)와 연마 레이트(Removal Rate)의 관계를 나타내는 그래프,
도 19는 도 16에 나타내는 연마장치에서, 연마액 공급 노즐로서, 그 선단부가 연직방향으로 직선형상으로 연장되는 것을 사용하여 연마를 행한 경우(Normal) 와, 선단부에 경사부를 가지는 것을 사용하여 연마를 행한 경우(Angled)에 있어서의 연마 레이트(Removal Rate)를 나타내는 그래프,
도 20은 또 다른 연마장치의 주요부를 나타내는 개요도,
도 21은 실시예 1에서의 연마 레이트(Removal Rate)를 비교예 1에서의 연마 레이트와 톱링 회전속도(TT Rotation)의 관계와 함께 나타내는 그래프,
도 22는 실시예 1에서의 연마 레이트(Removal Rate)와 웨이퍼 위치(Wafer Position)의 관계를 비교예 2, 3과 함께 나타내는 그래프,
도 23은 실시예 2에서의 연마 레이트(Removal Rate)를 비교예 4와 함께 나타내는 그래프,
도 24는 실시예 2에서의 연마 레이트(Removal Rate)와 웨이퍼 위치(Wafer Position)의 관계를 비교예 4∼6와 함께 나타내는 그래프이다.
이하, 본 발명의 실시형태를 도면을 참조하여 설명한다. 이하의 예에서는, 연마 대상물로서의 반도체 웨이퍼의 표면에 형성된 구리막 등의 금속 박막을 연마하도록 한 예를 나타낸다. 도면에서, 동일 또는 상당하는 구성요소에는, 동일부호를 붙이고 중복된 설명을 생략한다.
도 1은, 본 발명의 실시형태의 연마장치를 구비한 연마처리 시스템을 나타내는 평면도이다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 이 연마처리 시스템에는, 3개의 웨이퍼 카세트(10)를 장착할 수 있게 되어 있다. 이들 웨이퍼 카세트(10)를 따라 주행기구(12)가 설치되어 있고, 이 주행기구(12)의 위에는, 2개의 핸드를 가지는 제 1반송로봇(14)이 배치되어 있다. 제 1 반송로봇(14)의 핸드는, 웨이퍼 카세트(10)에 엑세스 가능하게 되어 있다.
또, 연마처리 시스템은, 본 발명의 실시형태의 연마장치(20)를 4개 구비하고 있고, 이들 연마장치(20)는, 시스템의 길이방향을 따라 배열되어 있다. 각각의 연마장치(20)에는, 연마면을 가지는 연마 테이블(22)과, 연마 대상물로서의 반도체 웨이퍼를 유지하고 또한 반도체 웨이퍼를 연마 패드(52)(도 2 참조)에 대하여 가압하면서 연마하기 위한 톱링(24)과, 연마 패드(52)에 연마액(슬러리)을 공급하기 위한 연마액 공급 노즐(26)와, 연마 테이블(22)의 드레싱을 행하기 위한 드레서(28)와, 액체(예를 들면 순수)와 기체(예를 들면 질소)의 혼합유체를 안개형상으로 하여, 하나 또는 복수의 노즐로부터 연마면에 분사하는 아토마이저(30)를 구비하고 있다.
연마장치(20)의 근방에는, 길이방향을 따라 반도체 웨이퍼를 반송하는 제 1 리니어 트랜스포터(32)와 제 2 리니어 트랜스포터(34)가 설치되어 있고, 이 제 1 리니어 트랜스포터(32)의 웨이퍼 카세트(10)측에는, 제 1 반송로봇(14)으로부터 수취한 반도체 웨이퍼를 반전하는 반전기(36)가 배치되어 있다.
또, 이 연마처리 시스템은, 제 2 반송로봇(38)과, 제 2 반송로봇(38)으로부터 수취한 반도체 웨이퍼를 반전하는 반전기(40)와, 연마 후의 반도체 웨이퍼를 세정하는 4개의 세정기(42)와, 반전기(40) 및 세정기(42)의 사이에서 반도체 웨이퍼를 반송하는 반송 유닛(44)을 구비하고 있다. 이들 제 2 반송로봇(38), 반전기(40), 및 세정기(42)는, 길이방향을 따라 직렬로 배치되어 있다.
이와 같은 연마처리 시스템에서, 웨이퍼 카세트(10) 내의 반도체 웨이퍼는, 반전기(36), 제 1 리니어 트랜스포터(32), 제 2 리니어 트랜스포터(34)를 거쳐 각 연마장치(20)로 도입된다. 각 연마장치(20)에서는 반도체 웨이퍼가 연마된다. 연마 후의 반도체 웨이퍼는, 제 2 반송로봇(38) 및 반전기(40)를 거쳐 세정기(42)로 도입되고, 여기서 세정된다. 세정 후의 반도체 웨이퍼는, 제 1 반송로봇(14)에 의해 웨이퍼 카세트(10)로 되돌아간다.
도 2는, 연마장치(20)의 일부를 나타내는 종단면도이고, 도 3은 연마장치(20)의 시스템 구성도이다. 도 2에 나타내는 바와 같이, 연마 유닛(20)의 연마테이블(22)은, 그 아래쪽에 배치된 모터(50)에 연결되어 있고, 화살표로 나타내는 바와 같이 그 축심 주위로 회전 가능하게 되어 있다. 또, 연마 테이블(22)의 상면에는 연마면(52a)을 가지는 연마 패드(연마포)(52)가 부착 설치되어 있다. 톱링(24)은 톱링 샤프트(54)에 연결되어 있고, 톱링(24)의 하부 바깥 둘레부에는, 반도체 웨이퍼(W)의 바깥 둘레 가장자리를 유지하는 리테이너링(56)이 설치되어 있다.
톱링(24)은, 모터(도시 생략)에 연결됨과 동시에 승강 실린더(도시 생략)에 연결되어 있다. 이것에 의하여, 톱링(24)은, 화살표로 나타내는 바와 같이 승강 가능하고 또한 그 축심 주위로 회전 가능하게 되어 있으며, 반도체 웨이퍼(W)를 연마 패드(52)의 연마면(52a)에 대하여 임의의 압력으로 가압할 수 있게 되어 있다.
연마 테이블(22)의 내부에는, 반도체 웨이퍼(W)의 표면에 형성된 구리막 등의 금속 박막의 막 두께를 측정하는 막 두께 모니터로서의 와전류 센서(58)가 매설되어 있다. 와전류 센서(막 두께 모니터)(58)로부터 연장되는 배선(60)은, 연마 테이블(22) 및 지지축(62) 내를 지나, 지지축(62)의 축끝에 설치된 로터리 커넥터 (또는 슬립링)(64)를 경유하여 컨트롤러(66)에 접속되어 있다. 이에 의하여, 와전류 센서(58)가 반도체 웨이퍼(W)의 아래쪽을 통과하고 있는 동안, 통과 궤적 상에서 연속적으로 반도체 웨이퍼(W)의 표면에 형성된 구리막 등의 도전막의 막 두께를 측정할 수 있도록 되어 있다.
이 예에서는, 와전류 센서를 사용하여, 반도체 웨이퍼 표면에 형성된 구리막 등의 금속 박막의 막 두께를 측정하고 있도록 하고 있으나, 와전류 센서 대신 광학식 센서를 사용하여, 반도체 웨이퍼의 표면에 설치된 산화막 박막 등의 광학적으로 투명한 박막의 막 두께를 연마 중에 측정하도록 하여도 된다.
도시 생략하나, 반도체 웨이퍼의 표면의 연마 후 프로파일을 측정하는 연마 프로파일 모니터를 구비하고, 이 연마 프로파일 모니터의 측정 결과를 시뮬레이터(72)(도 3 참조)에 실제 연마 프로파일로서 입력하도록 하여도 된다.
연마액 공급 노즐(26)은, 도 3에 나타내는 바와 같이, 이동기구로서의 스테핑 모터(70)의 회전에 따라, 연마면(52a)의 윗쪽을 수평면을 따라 요동하고, 이 연마액 공급 노즐(26)의 요동에 따라, 선단의 아래쪽을 향한 연마액 공급구(26a), 즉 연마액 공급 위치가 연마면(52a)의 대략 반경방향을 따라 이동하도록 되어 있다. 스테핑 모터(구동기구)(70)는, 컨트롤러(66)에 접속되어 있다.
컨트롤러(66)에는, 연마액 공급 노즐(26)의 연마액 공급구(연마액 공급 위치)(26a)와, 이 연마액 공급 위치에서 연마액을 연마면(52a)에 공급하면서 연마를 행한 경우의 연마 프로파일과의 관계를 예측하여, 예를 들면 원하는 연마 프로파일을 기초로 시뮬레이션을 행하는 시뮬레이터(72)가 접속되어 있다.
표 1은, 시뮬레이터(72)에 의하여 구해져 시뮬레이터(72)에 기억되어 있는 데이터베이스의 일례를 나타낸다.
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시뮬레이터(72)에 기억되어 있는 데이터베이스는, 표 1에 나타내는 바와 같이, 연마액 공급 노즐(26)의 연마액 공급구(26a)의 도 3에 나타내는 X 방향을 따른 위치인 복수의 연마액 공급 위치 : X(mm)와, 이 연마액 공급 위치에서 연마액을 공급하면서 반도체 웨이퍼(W)의 연마를 행하였을 때의 당해 반도체 웨이퍼(W)의 도 3에 나타내는 반경(r)을 따른 웨이퍼 위치 : r(mm)와의 각 교점에서의 연마 레이트 : RR (X, r)(nm/min)로 이루어진다. 이 데이터베이스의 각 연마액 공급 위치 : X 에서의 연마 레이트 : RR(X, r), 예를 들면 연마액 공급 위치 X = 10(mm)에 대응하여 열 방향으로 나란히 한 연마 레이트(1O, r)로부터, 각 연마액 공급 위치 : X로부터 연마액을 공급하면서 일정시간 연마를 행하였을 때의 연마 프로파일을 알 수 있다. 즉, 이 데이터베이스에서, 연마 레이트는, 일정시간에 걸치는 연마를 계속하여 행하였을 때의 연마 프로파일도 나타내고 있다.
이와 같은 구성의 연마장치(20)에서, 톱링(24)의 하면에 반도체 웨이퍼(W)를 유지시키고, 회전하고 있는 연마 테이블(22) 상면의 연마 패드(52)에 반도체 웨이퍼(W)를 승강 실린더에 의해 가압한다. 그리고, 연마액 공급 노즐(26)을 요동시켜 연마액 공급구(26a)로부터 연마 패드(52) 상으로 연마액(Q)을 공급함으로써, 반도체 웨이퍼(W)의 피연마면(하면)과 연마 패드(52) 사이에 연마액(Q)이 존재한 상태에서 반도체 웨이퍼(W) 표면의 연마가 행하여진다. 이 연마 시에, 컨트롤러(66)에 의해, 스테핑 모터(70)를 제어하면서 연마액 공급 노즐(26)을 요동시킴으로써, 연마액 공급구(26a)로부터 공급되는 연마액(Q)의 공급 위치(연마액 공급 위치)를 소정의 이동 패턴을 따라 이동시킨다. 이 연마액 공급 위치의 이동 패턴은, 시뮬레이터(72)로 예측되고, 컨트롤러(66)에 입력되어 결정된다.
다음에, 시뮬레이터(72)에 의한 연마액 공급 위치, 즉 연마액 공급 노즐(26)의 연마액 공급구(26a)의 이동 패턴의 예측을 도 4, 도 5a 및 도 5b를 참조하여 설명한다.
먼저, 시뮬레이터(72)는, 연마액 공급 노즐(26)의 요동 가능범위, 즉 도 5b에 나타내는 연마액 공급구(연마액 공급 위치)(26a)의 가동범위(A), 최소 및 최다 속도 변화점수, 및 속도 변화 시의 가감 속도 등의 계산 파라미터를 판독한다(단계 1).
다음에, 시뮬레이터(72)는, 연마액 공급 노즐(26)의 연마액 공급 위치와 실제 연마 프로파일의 상관을 과거 데이터나 직전 데이터 등으로부터 실험 데이터로서 판독한다(단계 2). 이 실험 데이터에서 구해진 연마액 공급 노즐(26)의 복수점의 연마액 공급 위치와 연마 레이트(연마 프로파일)의 관계를 나타내는, 예를 들면 표 1에 나타내는 데이터베이스를 참조하여, 필요에 따라, N차 회귀, 푸리에 변환, 스플라인 회귀 및 웨이브레트 변환의 적어도 하나의 방법에 의하여, 임의의 연마액 공급 위치와 연마 레이트(연마 프로파일)의 관계를 예측하여 기억한다(단계 3).
한편, 직접 또는 연마장치(CMP)로부터 연마 후의 원하는 연마 프로파일을 시뮬레이터(72)에 입력한다(단계 4).
다음에, 예를 들면 도 5b에 나타내는 연마액 공급 개시위치(S), 연마액 공급반환 위치(R), 속도 변화위치(P1∼P4) 및 각 속도 변화위치의 사이(S∼P1, P1∼P2, P2∼P3, P3∼P4, P4∼R)에서의 연마액 공급구의 이동속도(V1∼V5) 등의 연마액 공급 위치의 이동 패턴의 계산 초기값을 설치한다(단계 5). 또한, 최대 반복횟수, 허용 프로파일 오차(원하는 프로파일과 예상 프로파일의 오차) 등의 계산에 있어서의 제한을 설정한다(단계 6).
이상의 각 단계를 거쳐, 시뮬레이터(72)는, 표 1에 나타내는 데이터베이스를 참조하여, 가령 연마액 공급 위치 이동 패턴으로 연마액 공급 위치를 이동시키면서 연마를 행하였을 때의 연마 프로파일(연마 레이트)을 구한다(단계 7).
그리고, 원하는 연마 프로파일과, 단계 7의 계산으로 구한 연마 프로파일의 차를 계산하여(단계 8), 이 차가 단계 6에서 설정한 허용 프로파일 오차의 범위 내인지, 또는 최대 반복수에 도달하고 있지 않은 지를 판단한다(단계 9).
그리고, 원하는 연마 프로파일과 계산으로 구한 연마 프로파일의 차가 허용 프로파일 오차의 범위 내가 아닌 경우에는, 임시 연마액 공급 위치 이동 패턴을 재계산하기 위하여 단계 7로 되돌아간다(단계 10). 그리고, 이것을 반복하여, 원하는 연마 프로파일과 계산으로 구한 연마 프로파일의 차가 허용 프로파일 오차의 범위 내가 되었을 때, 또는 원하는 연마 프로파일과 계산으로 구한 연마 프로파일의 차가 허용 프로파일 오차의 범위 내가 아니더라도, 단계 6에서 설정한 최대 반복수에 도달하였을 때에, 단계 7에서 계산한 연마 프로파일이 되는 연마액 공급 위치의 이동 패턴을 표시하고 보존하여, 컨트롤러(66)에 입력한다(단계 11).
컨트롤러(66)는, 시뮬레이터(72)로부터의 입력을 받아, 연마 중에 있어서의 연마액 공급 위치의 이동 패턴을 따라 연마액 공급 노즐(26)의 연마액 공급구(26a)가 이동하도록, 이동기구로서의 스테핑 모터(72)를 제어하여, 연마액 공급 노즐(26)을 요동시킨다.
이 예에서는, 반도체 웨이퍼의 연마 중에, 와전류 센서(58)에 의해 반도체 웨이퍼의 표면에 형성된 구리막 등의 금속 박막의 막 두께 분포(연마 프로파일)를 취득하여 시뮬레이터(72)에 입력한다. 시뮬레이터(72)에 의하여 도 4의 단계 4에서 입력된 원하는 연마 프로파일과 연마 중에 와전류 센서(58)에 의해 취득된 막 두께 분포(연마 프로파일)를 순간에 비교하여 차를 구하고, 원하는 연마 프로파일로 하기 위하여 필요한 연마조건의 시뮬레이션을 행한다. 시뮬레이션에 의해 얻어진 연마조건에 의거하여, 원하는 프로파일이 되도록, 연마액 공급 노즐(26)의 요동 패턴, 즉 연마액 공급구(연마액 공급 위치)(26a)의 이동 패턴을 갱신한다.
이와 같이 연마액 공급 노즐(26)의 요동 패턴을 제어하여, 연마 후의 반도체 웨이퍼의 표면에 형성된 구리막 등의 금속 박막의 막 두께 분포(연마 프로파일)가 원하는 프로파일이 되도록 원하는 연마를 행하여, 연마를 완료시킨다.
도 6은, 시뮬레이션 프로파일과 실제 연마 프로파일을 참조 프로파일과 함께 나타내는 그래프이다. 즉, 도 6은, 도 5a에 나타내는, 연마면(52a)의 중심으로부터 X 방향으로 45 mm 떨어진 위치로부터 연마액을 공급하면서 300 mm의 반도체 웨이퍼를 연마하였을 때에 있어서의 반도체 웨이퍼의 반경방향의 위치(R)(mm)와 연마 레이트(Removal Rate)의 관계를 참조 프로파일 1로 하여, 연마면(52a)의 중심으로부터 X 방향으로 124 mm 및 195 mm 떨어진 위치로부터 연마액을 공급하면서 300 mm의 반도체 웨이퍼를 연마하였을 때에 있어서의 반도체 웨이퍼의 반경방향의 위치(R)(mm) 와 연마 레이트(Removal Rate)의 관계를 참조 프로파일 2 및 3으로서 나타내고 있다. 그리고, 이들 참조 프로파일 1∼3을 참조하여 시뮬레이션을 행하였을 때의 연마 프로파일을 시뮬레이션 프로파일로 하여, 이 시뮬레이션 프로파일을 기초로 실제로 연마를 행하였을 때의 연마 프로파일을 실제 연마 프로파일로서 나타내고 있다.
이 도 6에서, 시뮬레이션 프로파일에 의거하여 실제로 연마를 행함으로써, 시뮬레이션 프로파일에 근사한 실제 연마 프로파일이 얻어지는 것을 알 수 있다.
또한, 연마 대상물에 형성된 연마 프로파일의 다른 2종류의 막에 대하여, 원하는 연마 프로파일을 기초로, 시뮬레이터에 의해 개별로 연마액 공급 위치의 이동 패턴을 결정하도록 하여도 되고, 이것에 의하여, 예를 들면 SiO2막과 메탈막 등의 연마 프로파일의 다른 2종류의 막을 포함하는 연마 대상물의 연마 프로파일을 개선할 수 있다.
도 7은, 연마장치(20)의 다른 예를 나타내는 종단면도이다. 이 예의 연마장치(20)에서, 연마액 공급 노즐(26)은, 연마 테이블(22)의 이동방향(회전방향)의 상류측에 배치되어 있고, 톱링(24)의 연마액 공급 노즐(26)측의 옆쪽에 위치하여, 연마면(52a) 상의 연마액(Q)의 액량을 연마 중에 감시하는 연마액량 감시수단으로서의 액면 높이 센서(160가 배치되어 있다. 이 액면 높이 센서(160)는, 전원(162)의 양극으로부터 연장되어 선단부가 노출된 양극 도선(164)과, 전원(162)의 음극으로부터 연장되어 선단부가 노출된 음극 도선(166)을 가지고 있고, 양극 도선(164)과 음극 도선(166)은 동일 높이 위치에 서로 대향하여 배치되어 있다. 음극 도선(166) 내에는 전류계(168)가 장착되어 있다.
이것에 의하여, 연마 중에 연마액 공급 노즐(26)의 연마액 공급구(연마액 공급 위치)(26a)로부터 연마면(52a)으로 연마액(Q)이 공급되고, 톱링(24)의 연마액 공급 노즐(26)측의 옆쪽에 저장한 연마액(Q)의 높이가 소정의 높이 이상에 도달하여, 양극 도선(164)과 음극 도선(166)의 하단부가 연마액(Q)에 침지되었을 때, 당해 연마액(Q)을 통하여 양극 도선(164)과 음극 도선(166)의 사이에 전류가 흐르고, 이 전류가 흐른 것을 전류계(168)로 검지함으로써, 톱링(24)의 연마액 공급 노즐(26)측의 옆쪽에 저장된 연마액(Q)의 높이가 소정의 높이에 도달한 것을 검지하도록 되어 있다. 전류계(168)로부터의 신호는 컨트롤러(170)에 입력된다.
연마액 공급 노즐(26)은, 연마액 공급 라인(172)에 접속되고, 이 연마액 공급 라인(172)에는, 당해 라인(172)을 따라 흐르고, 연마액 공급 노즐(26)의 연마액 공급구(26a)로부터 연마면(52a)으로 공급하는 연마액(Q)의 유량을 조정하는 유량 조정부로서의 유량 컨트롤 유닛(174)이 장착되어 있다. 이 유량 컨트롤 유닛(유량 제어부)(174)은, 컨트롤러(170)에 접속되어 컨트롤러(170)로부터의 출력이 입력되어 제어된다.
이 예에서는, 연마 테이블(22)을 회전시킨 후, 유량 컨트롤 유닛(174)에 구비되어 있는 개폐 밸브를 개방하여, 연마액 공급 노즐(26)로부터 연마면(52a)에 대한 연마액(Q)의 공급을 개시한다. 그런 다음, 반도체 웨이퍼(W)를 유지한 톱링(24)을 회전시키면서 하강시켜, 반도체 웨이퍼(W)를 연마 패드(52)의 연마면(52a)에 소정의 가압력으로 가압하고, 이것에 의하여, 연마액(Q)의 존재 하에서의 반도체 웨이퍼(W)의 연마를 개시한다. 그리고, 톱링(24)의 연마액 공급 노즐(26)측의 옆쪽에 저장된 연마액(Q)의 높이가 소정의 높이 이상에 도달한 것을 액면 높이 센서(연마액 감시수단)(160)로 검지하였을 때에, 유량 컨트롤 유닛(174)에 구비되어 있는 개폐 밸브를 폐쇄하여, 연마액 공급 노즐(26)로부터 연마면(52a)에대한 연마액(Q)의 공급을 정지한다. 그리고, 톱링(24)의 연마액 공급 노즐(26)측의 옆쪽에 저장된 연마액(Q)의 높이가 소정의 높이 이하가 된 것을 액면 높이 센서(160)로 검지하였을 때에, 유량 컨트롤 유닛(174)에 구비되고 있는 개폐 밸브를 개방하여, 연마액 공급 노즐(26)로부터 연마면(52a)에 대한 연마액(Q)의 공급을 재개한다. 이 조작을 반복하면서 반도체 웨이퍼(W)에 대한 소정의 연마를 행한다.
이 예에서는, 유량 컨트롤 유닛(174)에 구비되어 있는 개폐 밸브를 사용한 ON-OFF 제어를 행하여 구조의 간소화를 도모하고 있으나, 유량 컨트롤 유닛(174)에 구비되어 있는 유량 컨트롤러에 의해, 밸브간 액 공급 라인(172)을 따라 흐르는 연마액의 유량을, 톱링(24)의 연마액 공급 노즐(26)측의 옆쪽에 저장한 연마액(Q)의 높이가 소정의 높이에 도달하는 전후에서 조정하도록 하여도 된다.
이와 같이, 톱링(24)의 연마액 공급 노즐(26)측의 옆쪽에 저장된 연마액(Q)의 높이가 소정의 높이 이상이 되지 않도록, 연마면(52a)에 공급되는 연마액의 액량을 조정함으로써, 연마액의 사용량을 필요 최저한으로 억제하여, 연마액의 사용량을 가능한 한 삭감하고 싶다는 요청에 응답할 수 있다.
연마면(52a) 상의 소정위치, 예를 들면 톱링(24)의 연마액 공급 노즐(26)측의 옆쪽에서의 연마액(Q)의 액면 높이를, 액면 높이 센서(160)로 검지하도록 하여도 되고, 이에 의하여, 연마면(52a) 상의 연마액량을 연마 중에 감시할 수 있다.
이 예에서는, 리테이너링(56)으로서, 연마면(52a)과 접촉하는 접촉면(56a)에 둘레방향으로 연속되는 1개의 링형상 홈(56b)을 구비한 것을 사용하고 있다. 도시생략하나, 둘레방향으로 연속되는 복수의 링형상 홈의 동심형상으로 설치하도록 하여도 된다.
이와 같이, 리테이너링(56)의 연마면(52a)과 접촉하는 접촉면(56a)에 적어도 1개의 링형상 홈(56b)을 형성하고, 연마 중에, 이 링형상 홈(56b)의 내부로 연마액 (Q)을 유입시킴으로써, 연마액(Q)의 사용량의 삭감효과를 더욱 높일 수 있다.
이 예에서는, 연마면(52a)을 향하여 당해 연마면(52a)과 대략 직교하는 방향으로부터 연마액(Q)을 공급하도록 한 연마액 공급 노즐(26)을 사용하고 있으나, 이 연마액 공급 노즐(26) 대신, 도 8에 나타내는 바와 같이, 연마면(52a)에 대하여 소정의 경사각(α)으로 경사지는 경사부(158a)를 선단부에 가지는 연마액 공급 노즐(158)을 사용하여도 된다. 이것은 이하의 각 예에서도 마찬가지이다. 이 경사부(158a)는, 톱링(24)과 연마면(52a)의 사이를 향하여 경사져 있는 것이 바람직하고, 이 경사각(α)은, 일반적으로는 30℃ 이하이다.
이와 같이, 연마액 공급 노즐(158)의 적어도 선단부의 경사부(158a)를 연마면(52a)에 대하여 소정의 경사각(α)으로 경사시킴으로써, 연마액(W)을 연마면(52a), 또한 연마면(52a)과 톱링(24)으로 유지된 반도체 웨이퍼(W)의 사이에 효율적으로 공급할 수 있다. 특히, 연마액 공급 노즐(158)의 적어도 선단부의 경사부(158a)를 톱링(24)과 연마면(52a)의 사이를 향하여 소정의 경사각(α)으로 경사시킴으로써, 연마액(Q)을 연마면(52a)과 톱링(24)으로 유지된 반도체 웨이퍼(W)의 사이에 더욱 효율적으로 공급할 수 있다.
이 예에서는, 연마액 감시수단으로서, 액면 높이 센서(160)를 사용하고 있으나, 도 9에 나타내는 바와 같이, 연마액 감시수단으로서, CCD 카메라 등의 화상처리를 행하는 비디오 카메라(176)를 사용하여, 톱링(24)의 연마액 공급 노즐(26)측의 옆쪽에 저장한 연마액(Q)을 비디오 카메라[연마액 감시수단](176)로 촬상하여 화상처리를 행하고, 톱링(24)의 연마액 공급 노즐(26)측의 옆쪽에 저장된 연마액(Q)의 높이가 소정의 높이 이상에 도달하였는지의 여부를 검지하도록 하여도 된다.
이와 같이, 비디오 카메라(176)를 사용한 화상 인식에 의해서도, 연마면(52a) 상의 연마액량을 연마 중에 감시할 수 있다.
도시 생략하나, 톱링(24)의 연마액 공급 노즐(26)측의 옆쪽에, 다른 액면 높이를 검지하는 2개의 액면 높이 센서를 배치하여, 톱링(24)의 연마액 공급 노즐(26)측의 옆쪽에 저장된 연마액(Q)의 높이를, 예를 들면 높이(h1)와 당해 높이(h1)보다 높은 h2(h1 < h2)의 2단계로 검지하여, 톱링(24)의 연마액 공급 노즐(26)측의 옆쪽에 저장된 연마액(Q)의 높이를 이 2단계의 높이 범위(h1∼h2) 내로 조정하도록 하여도 된다.
이 경우, 유량 제어부는, 예를 들면, 도 10에 나타내는 바와 같이, 연마액 공급 라인(172)의 도중에 설치한 2개의 분기 라인(180a, 180b)에 유량 컨트롤 유닛(182a, 182b)을 각각 장착하여 구성된다. 그리고, 2개의 액면 높이 센서의 전류계로부터의 신호를 컨트롤러(170)에 입력하고, 이 컨트롤러(170)로부터의 출력을 유량 컨트롤 유닛(182a, 182b)에 입력한다.
그리고, 톱링(24)의 연마액 공급 노즐(26)측의 옆쪽에 저장된 연마액(Q)의 높이가, 높이[h2(> h1)]에 도달한 것을 한쪽의 액면 높이 센서로 검지하였을 때, 예를 들면 한쪽의 분기 라인(180a)에 장착한 유량 컨트롤 유닛(182a)의 개폐 밸브를 폐쇄하고, 다른쪽의 분기 라인(180b)을 통하여, 액면 높이가 높아지지 않는 양의 연마액(Q)을 연마면(52a)에 공급하여 액면을 서서히 저하시킨다. 그리고, 톱링(24)의 연마액 공급 노즐(26)측의 옆쪽에 저장된 연마액(Q)의 높이가, 높이[h1(< h2)]에 도달한 것을 다른쪽의 액면 높이 센서로 검지하였을 때, 예를 들면 다른쪽의 분기 라인(180b)에 장착한 유량 컨트롤 유닛(182b)의 개폐 밸브를 폐쇄하고, 한쪽의 분기 라인(180a)을 통하여, 액면 높이가 높아지는 양의 연마액(Q)을 연마면(52a)에 공급하여, 액면을 서서히 상승시킨다. 이 조작을 반복함으로써 톱링(24)의 연마액 공급 노즐(26)측의 옆쪽에 저장된 연마액(Q)의 높이를 이 2단계의 높이 범위(h1∼h2) 내로 조정할 수 있다.
이와 같이, 톱링(24)의 연마액 공급 노즐(26)측의 옆쪽에 저장된 연마액(Q)의 높이를 소정의 범위 내로 조정함으로써, 연마액의 공급 부족을 확실하게 방지하면서, 연마액의 소비량을 더욱 삭감할 수 있다.
특히, 2개의 분기 라인(180a, 180b)에 유량 컨트롤 유닛(182a, 182b)을 각각 장착하여 연마면(52a)에 공급되는 연마액의 유량을 조정함으로써, 응답성을 좋게 하여, 타임·러그를 더욱 짧게 할 수 있다.
도 11 및 도 12에 나타내는 바와 같이, 두께 방향으로 관통하여 원주방향으로 연장되는 복수의 슬릿(184a)을 가지는 두께가 두꺼운 원판 형상의 회전체(184)를 연마액 공급 라인(172)의 도중에 장착하고, 이 회전체(184)를 유량 조정부의 적어도 일부로서 사용하여도 된다. 이 회전체(184)는, 각 슬릿(184a)이 연마액 공급 라인(172)과 차례로 연통하도록 모터(185)에 의해 회전하고, 이것에 의해, 각 슬릿(184a) 내에 연마액(Q)이 유지된다. 이 경우, 회전체(184)의 회전 속도 또는 회전각을 조정하거나, 각 슬릿(184a)의 길이 또는 폭의 적어도 한쪽을 조정함으로써, 연마 테이블(22) 표면의 연마면(52a)에 공급하는 연마액(Q)의 공급량을 조정할 수 있다.
도시 생략하나, 내부에 연마액을 유지하는 복수의 슬릿을 가지는 회전 자유로운 회전체를 연마액 공급 노즐의 연마액 공급구 근방에 설치하도록 하여도 된다.
도 13에 나타내는 바와 같이, 상하동 자유로운 통 형상체(186)를 가지는 연마액 유지기구(188)를, 연마액 공급 노즐(26)의 연마액 공급구(26a)의 근방에 배치하여, 이 연마액 유지기구(188)를 유량 조정부의 적어도 일부로서 사용하여도 된다. 이 연마액 유지기구(188)의 통 형상체(186)의 중공부는, 연마액 공급 노즐(26)의 연마액 공급구(26a)에 연통하고 있고, 하강하여 통 형상체(186)의 하단면이 연마면(52a)에 접촉하고 있을 때, 통 형상체(186)의 중공부 내에 연마액(Q)이 유지되고, 상승하여 통 형상체(186)의 하단면이 연마면(52a)으로부터 떨어지면, 통 형상체(186)의 중공부 내에 유지된 연마액(Q)이 중공부로부터 배출되어 연마면(52a)으로 공급된다.
이와 같이, 통 형상체(186)의 중공부 내에 유지된 연마액(Q)을 연마면(52a)으로 공급함으로써, 더욱 적은 유량의 연마액(Q)이 공급되고 있는 경우에도, 통 형상체(186)의 중공부 내에 연마액(Q)을 유지하여, 이 중공부 내에 유지된 연마액(Q)을 효과적으로 연마면(52a)에 공급할 수 있다.
도시 생략하나, 연마액의 유지와 배출을 반복하는 연마액 유지기구를 연마액 공급 라인의 도중에 설치하도록 하여도 된다.
도 14에 나타내는 바와 같이, 중심으로부터 편심된 위치에서 소정 각도 회동 자유롭게 지지된 바닥이 있는 통 형상의 용기부(190)를 가지는 연마액 저류기구(192)를, 연마액 공급 노즐(26)의 연마액 공급구(26a)의 근방에 배치하고, 이 연마액 저류기구(192)를 유량 조정부의 적어도 일부로서 사용하여도 된다. 이 연마액 저류기구(192)의 용기부(190)의 중공부는, 연마액 공급 노즐(26)의 연마액 공급구(26a)와 연통되어 있다. 용기부(190) 내에 어느 일정한 연마액이 저장될 때까지는 용기부(190)의 개구부가 윗쪽을 향하여, 용기부(190) 내에 어느 일정한 연마액이 저장되면, 이 용기부(190) 및 연마액의 자중으로 용기부(190)는 그 개구부가 아래쪽을 향하도록 회동하고, 이것에 의하여, 용기부(190) 내의 연마액이 자동적으로 배출되어 연마면(52a)으로 공급된다. 용기부(190)는, 내부의 연마액을 배출 후에 당해 용기부(190)의 자중으로 원래의 상태로 복귀한다.
이와 같이, 용기부(190)의 내부에 유지된 연마액(Q)을 연마면(52a)으로 공급함으로써, 더욱 적은 유량의 연마액(Q)이 공급되고 있는 경우에도, 용기부(190)의 내부에 연마액(Q)을 축적하고, 이 내부에 축적한 연마액(Q)을, 동력을 사용하지 않고, 효과적으로 연마면(52a)으로 공급할 수 있다.
도시 생략하나, 연마액의 일시 저류와 자동 배출을 반복하는 연마액 저류기구를 연마액 공급 라인의 도중에 설치하도록 하여도 된다.
도 15는, 또 다른 연마장치의 주요부를 나타낸다. 이 예의 연마장치의 도 7에 나타내는 연마장치와 다른 점은, 도 7에 나타내는 액면 높이 센서(연마액 감시수단)(160) 대신, 톱링(24)의 바깥 둘레부에 설치한 도그(검출 블럭)(100)와, 톱링(24)의 바깥쪽에 배치되어 도그(100)의 통과를 검출하는 검출센서(102)를 가지는 회전수량 계측수단(104)을 구비하고, 검출센서(102)의 출력을 컨트롤러(170)에 입력하도록 한 점에 있다. 그리고, 이 컨트롤러(170)로부터의 출력으로, 연마액 공급 라인(172)에 구비되어 있는 유량 조정부로서의 유량 컨트롤 유닛(174)을 제어하 도록 하고 있다.
이 예에서는, 연마 테이블(22)을 회전시킨 후, 유량 컨트롤 유닛(174)에 구비되어 있는 개폐 밸브를 개방하여, 연마액 공급 노즐(26)로부터 연마면(52a)으로 연마액(Q)을 공급한다. 그런 다음, 반도체 웨이퍼(W)를 유지한 톱링(24)을 회전시키면서 하강시켜, 반도체 웨이퍼(W)를 연마 패드(52)의 연마면(52a)에 소정의 가압력으로 가압하고, 이것에 의해, 연마액(Q)의 존재 하에서의 반도체 웨이퍼의 연마를 개시한다. 이 연마 중에, 톱링(24)의 바깥 둘레부에 설치한 도그(100)의 통과를 검출센서(102)로 검출하여, 톱링(24)의 (총)회전수량 수를 계측한다. 그리고, 이 톱링(24)의 (총)회전수량 수가 소정의 값에 도달하였을 때에 유량 컨트롤 유닛(174)에 구비되어 있는 유량 컨트롤러를 제어하여, 연마액 공급 노즐(26)로부터 연마면(52a)으로 공급하는 연마액의 공급량을 조정한다. 이 연마액의 공급량의 조정은, 톱링(24)의 (총)회전수량 수가 소정의 값에 도달할 때마다 행하도록 하여도 된다.
이와 같이, 톱링(24)의 (총)회전수량이 일정한 값을 넘은 전후에서, 연마액 공급 노즐(26)로부터 연마면(52a)으로 공급하는 연마액(Q)의 액량을 유량 컨트롤 유닛(유량 조절부)(174)으로 조정함으로써, 비교적 높은 연마 레이트를 유지한 채로, 연마액의 사용량을 더욱 삭감할 수 있다.
이 예에서는, 톱링(24)의 (총)회전수량을 계측하여, 연마액 공급 노즐(26)로부터 연마면(52a)으로 공급하는 연마액(Q)의 액량을 조정하도록 하고 있으나, 연마 테이블(22)의 (총)회전수량을 계측하여, 연마액 공급 노즐(26)로부터 연마면(52a)으로 공급하는 연마액(Q)의 액량을 조정하도록 하여도 된다. 회전수량 계측수단으로서, 도그(100)와 검출센서(102)를 가지는 이외의 임의의 것을 사용하여도 되는 것은 물론이다.
도 16은, 또 다른 연마장치의 주요부를 나타낸다. 이 예의 도 7에 나타내는 연마장치와 다른 점은, 도 7에 나타내는 연마액 공급 노즐(26) 대신, 이동기구로서의 스테핑 모터(106)의 회전에 따라 수평면을 따라 요동하는 연마액 공급 노즐(108)을 사용하여 연마액 공급구(연마액 공급 위치)(108a)를 수평면을 따라 이동시켜, 스테핑 모터(이동기구)(106)를 컨트롤러(110)로 제어하여, 연마액 공급구(연마액 공급 위치)(108a)의 이동속도를 제어하도록 한 점에 있다. 이 예에서는, 도 7에 나타내는 액면 높이 센서(연마액 감시수단)(160)는 구비되어 있지 않다.
이 예에서는, 연마 시에, 연마액 공급구(연마액 공급 위치)(108a)가 연마면(52a)의 둘레 가장자리부의 홈 포지션(H) 상에 위치하는 위치로부터, 연마면(52a)의 중심측에서의 톱링(24)으로 유지된 반도체 웨이퍼(W)의 에지부의 연마면(52a) 상에서의 궤적에 대응하는 제 1 공급 위치(F) 상에 위치하는 위치까지 이동하도록, 연마액 공급 노즐(108)을 요동시킨다. 그리고, 연마액 공급구(108a)가 제 1 공급 위치(F) 상에 위치하는 위치와, 톱링(24)으로 유지된 반도체 웨이퍼(W)의 중심부의 연마면(52a) 상에서의 궤적에 대응하는 제 2 공급 위치(S) 상에 위치하는 위치의 사이를 왕복 이동하도록, 연마액 공급 노즐(108)을 왕복 요동시켜, 연마 종료 후에, 연마액 공급구(108a)가 연마면(52a)의 둘레 가장자리부의 홈 포지션(H) 상에 위치하는 위치까지 이동하도록, 연마액 공급 노즐(108)을 요동시킨다. 이 연마 시에, 스테핑 모터(106)를 컨트롤러(110)로 제어함으로써, 연마액 공급 노즐(108)의 요동 속도, 나아가서는 연마액 공급구(연마액 공급 위치)(108a)의 이동 속도가 제어된다.
메인티넌스 시에는, 연마액 공급구(108a)가 연마면(52a)의 둘레 가장자리부의 홈 포지션(H) 상에 위치하는 위치로부터, 연마면(52a)의 옆쪽의 메인티넌스 위치(M) 상에 위치하는 위치까지 이동하도록, 연마액 공급 노즐(108)을 요동시키고, 메인티넌스 종료 후, 연마액 공급구(108a)가 연마면(52a)의 둘레 가장자리부의 홈 포지션(H) 상에 위치하도록, 연마액 공급 노즐(108)을 요동시킨다.
이 예에서는, 연마 테이블(22)을 회전시킨 후, 도 7에 나타내는 유량 컨트롤 유닛(174)에 구비되어 있는 개폐 밸브를 개방하여, 연마액 공급 노즐(108)로부터 연마면(52a)에 대한 연마액(Q)의 공급을 개시한다. 동시에, 연마액 공급구(108a)가 홈 포지션(H) 상에 위치하는 위치로부터 제 1 공급 위치(F) 상에 위치하는 위치까지 이동하도록, 연마액 공급 노즐(108)을 요동시킨다. 그런 다음, 반도체 웨이퍼(W)를 유지한 톱링(24)을 회전시키면서 하강시켜, 반도체 웨이퍼(W)를 연마 패드(52)의 연마면(52a)에 소정의 가압력으로 가압하고, 이것에 의하여, 연마액(Q)의 존재 하에서의 반도체 웨이퍼의 연마를 개시한다.
이 반도체 웨이퍼(W)의 연마 시에, 연마액 공급구(연마액 공급 위치)(108a)가 제 1 공급 위치(F) 상에 위치하는 위치와 제 2 공급 위치(S) 상에 위치하는 위치의 사이를 왕복 이동하도록, 연마액 공급 노즐(108)을 왕복 요동시킨다. 이 때, 컨트롤러(110)에 의해, 예를 들면, 연마액 공급구(108a)가 제 1 공급 위치(F)로부터 제 2 공급 위치(S)로 이동할 때, 연마액 공급구(108a)의 이동 속도가, 서서히 또는 단계적으로 빨라지도록, 연마액 공급구(108a)의 이동속도를 제어한다. 또, 반대로, 연마액 공급구(108a)가 제 2 공급 위치(S)로부터 제 1 공급 위치(F)로 이동할 때에는, 연마액 공급구(108a)의 이동 속도가, 서서히 또는 단계적으로 느려지도록, 연마액 공급구(108a)의 이동 속도를 제어한다. 예를 들면, 제 1 공급 위치(F)와 제 2 공급 위치(S)의 사이를 11의 요동 영역으로 분할하고, 각 분할 단계 영역마다 최적의 연마액 공급구(108a)의 이동 속도를 설정한다.
이 연마 시에, 연마액 공급구(108a)로부터 연마면(52a)에 공급하는 연마액의 유량을 조정하도록 하여도 된다.
그리고, 반도체 웨이퍼에 대한 소정의 연마를 종료한 후, 연마액 공급구(108a)가 홈 포지션(H) 상에 위치하는 위치까지 이동하도록, 연마액 공급 노즐(108)을 요동시킨다.
반도체 웨이퍼 등의 피연마물을 복수의 연마 단계에서 연마하는 경우, 예를 들면 제 1단 연마 단계에서 배리어막 상의 구리막 등의 도전막의 대부분을 연마하고, 제 2단 연마 단계에서 구리막 등의 도전막을 제거하여 배리어막을 노출시키는 연마를 행하는 경우, 각 연마 단계에 따라, 상기 요동영역마다 연마액 공급구(108a)의 이동 속도를 설정하는 것이 바람직하다. 이에 의하여, 각 연마 단계마다 높은 연마 레이트를 유지한 채로, 연마액의 사용량을 대폭으로 삭감할 수 있다.
연마에 앞서, 연마면(52a)에 연마액을 공급하는 것이 널리 행하여지고 있다. 이와 같이, 반도체 웨이퍼 등의 연마 대상물을 연마하기 전에 연마면(52a)에 연마액을 공급할 때, 연마액 공급구(108a)의 이동 속도를 상기 요동영역마다 설정하는 것이 바람직하다. 이에 의하여, 연마 대상물을 연마하기 전에 연마면(52a)으로 공급되는 연마액의 연마면(52a) 상에서의 분포를 최적으로 하여, 연마액의 사용량을 삭감할 수 있다.
또한, 연마면(52a)에 연마액을 공급하면서, 연마 후의 연마 대상물을 린스 또는 세정하거나, 또는 연마면(52a)을 드레싱하는 것도 행하여지고 있다. 이와 같이 연마면(52a)에 연마액을 공급하면서 연마 후의 연마 대상물을 린스 또는 세정할 때, 또는 연마면(52a)을 드레싱할 때, 연마액 공급구(108a)의 이동 속도를 상기 요동영역마다 설정하는 것이 바람직하다. 이에 의하여, 연마 후의 연마 대상물을 린스 또는 세정할 때, 또는 연마면(52a)을 드레싱할 때에 당해 연마면(52a)으로 공급되는 연마액의 사용량을 삭감할 수 있다.
도 17은, 도 16에 나타내는 연마장치를 사용하여, 연마액 공급구(연마액 공급 위치)(108a)를 제 1 공급 위치(F)에 고정하여, 직경 300 mm의 반도체 웨이퍼를 연마하였을 때(이동거리 0 mm), 연마액 공급구(108a)를 제 1 공급 위치(F)와 제 2 공급 위치(S)의 사이를 이동시키면서, 직경 300 mm의 반도체 웨이퍼를 연마하였을 때(이동거리 150 mm) 및 연마액 공급구(108a)를 제 1 공급 위치(F)와 홈 포지션(H)의 사이를 이동시키면서, 직경 300 mm의 반도체 웨이퍼를 연마하였을 때(이동거리300 mm)에 있어서의, 각 이동거리(Oscillation Distance)와 연마 레이트(Removal Rate)의 관계를 나타낸다. 도 17에서, 연마 레이트는, 이동거리 150 mm일 때를 1로서 나타내고 있다.
도 18은, 도 16에 나타내는 연마장치를 사용하여, 연마액 공급구(108a)의 이동속도를 변화시키면서 직경 300 mm의 반도체 웨이퍼를 연마하였을 때에 있어서의 이동 속도(노즐 속도)와 연마 레이트(Removal Rate)의 관계를 나타낸다. 연마 레이트에서, 연마액 공급구(108a)를 제 1 공급 위치(F)에 고정하여 직경 300 mm의 반도체 웨이퍼를 연마하였을 때와 연마 레이트를 1로서 나타내고 있고, 연마액 공급구(108a)의 이동 속도는, 초기값을 1로서 나타내고 있다.
도 17 및 도 18로부터, 연마처리 중에 있어서의 연마액 공급구(연마액 공급 위치)(108a)의 이동 범위를 규제하고, 연마 중에 연마액 공급구(108a)로부터 연마액을 공급하는 범위를 반도체 웨이퍼의 중심으로부터 에지부의 반도체 웨이퍼의 대략 반경에 대응하는 영역으로 한정함으로써, 연마 레이트를 향상시켜, 연마액 공급구(108a)의 이동 속도를 높임에 의해서도 연마 레이트를 향상시킬 수 있는 것을 알 수 있다.
도 16에 나타내는 연마액 공급 노즐(108)로서, 그 선단부에 도 8에 나타내는 경사부(158a)를 가지는 것을 사용하여도 된다. 도 19는, 연마액 공급 노즐(108)로서, 그 선단부가 연직방향으로 직선형상으로 연장되는 것을 사용하여 연마를 행한 경우(Normal)와, 도 8에 나타내는, 경사각(α)이 30°로 톱링과 연마면의 사이를 향하여 경사져 있는 경사부(158a)를 선단부에 가지는 것을 사용하여 연마를 행한 경우(Angled)에 있어서의 연마 레이트(Removal Rate)를 나타낸다. 도 19에서, 연마액 공급 노즐(108)로서, 그 선단부가 연직방향으로 직선형상으로 연장되는 것을 사용하여 연마를 행한 경우의 연마 레이트를 1로 하고 있다.
도 19로부터, 선단부에 경사부를 가지는 연마액 공급 노즐을 사용함으로써, 선단부가 연직방향으로 연장되는 연마액 공급 노즐을 사용할 때와 비교하여, 약 8%의 연마 레이트를 향상할 수 있는 것을 알 수 있다.
도 20에 나타내는 바와 같이, 연마면(52a)의 윗쪽에 당해 연마면(52a)의 반경방향으로 연장되어 선단이 연마면(52a)의 중심에 도달하는 아암 브래킷(112)을 배치하고, 이 아암 브래킷(112)의 선단에 요동 아암(114)의 기초끝을 요동 자유롭게 연결하고, 이 요동 아암(114)에 연직방법으로 연장되어 하단에 연마액 공급구(연마액 공급 위치)를 가지는 연마액 공급 노즐(116)을 이동 자유롭게 설치하여, 이것에 의해, 요동 아암(114)의 요동에 따라, 연마액 공급 노즐(116)이 연마면(52a)의 원주방향을 따라 이동하도록 하여도 된다.
(실시예 1)
도 16에 나타내는 연마장치에서, 표 2에 나타내는 바와 같이, 제 1 공급 위치(F)와 제 2 공급 위치(S)의 사이를 11의 요동영역(0scillation Zone-1∼11)으로 분할하고, 각 요동영역마다 연마액 공급 노즐(108)의 연마액 공급구(연마액 공급 위치)(108a)의 이동 속도(0sci. Speed)를 설정하여, 직경 300 mm의 반도체 웨이퍼를 연마하였다.
Figure 112010020515839-pat00002
표 2에서, 각 요동영역의 개시위치(Start Position) 및 종료위치(End Position)는, 도 16에 나타내는 제 2 공급 위치(S)를 기점(Omm)으로 하여, 제 1 공급 위치(F)를 종점(195.5 mm)으로 하고 있다. 거리(Osci. Dist.)는, 제 2 공급 위치(S)로부터 제 1 공급 위치(F)를 11의 존으로 분할하였을 때의 각 존에서의 원호형상의 요동 궤적의 거리이다. 요동시간(Oscillation Time)은, 왕로 및 귀로 모두 5.5초이다. 이 연마 시에, 연마액 공급 노즐(108)의 연마액 공급구(108a)로부터 200 ml/min의 유량으로 연마액을 연마면(52a)에 공급하고, 톱링(24)으로 유지한 반도체 웨이퍼를 2 psi(13.79 kPa)의 압력으로 연마면(52a)에 가압하면서, 톱링(24)을 140 min-1의 회전 속도로 회전시켰다.
이 때의 연마 레이트(Removal Rate)를 도 21에, 연마 레이트(Removal Rate)와 웨이퍼 위치(Wafer Position)의 관계를 도 22에 나타낸다. 도 21에는, 연마액 공급 노즐(108)의 연마액 공급구(108a)를 제 1 공급 위치(F)에 고정하고, 톱링 회전 속도(TT Rotation)를 변화시키고, 그 밖의 조건을 실시예 1과 동일하게 하여 반도체 웨이퍼를 연마하였을 때의 연마 레이트와 톱링 회전 속도의 관계를 비교예 1로서 나타낸다. 또, 도 22에는, 연마액 공급 노즐(108)의 연마액 공급구(108a)를 제 1 공급 위치(F)에 고정하여, 톱링(24)의 회전 속도를 90 min-1로 설정하고, 그 밖의 조건을 실시예 1과 동일하게 하여 반도체 웨이퍼를 연마하였을 때의 연마 레이트와 웨이퍼 위치의 관계를 비교예 2로서, 톱링(24)의 회전 속도를 140 min-1로 설정하고, 그 밖의 조건은 비교예 2와 동일하게 하여 반도체 웨이퍼를 연마하였을 때의 연마 레이트와 웨이퍼 위치의 관계를 비교예 3으로서 나타낸다.
도 21 및 도 22로부터, 연마액 공급 노즐(108)의 연마액 공급구(108a)를 제 1 공급 위치(F)에 고정하여 연마를 행한 경우, 톱링(24)의 회전 속도를 높임으로써 연마 레이트를 향상시킬 수 있으나, 이 연마 레이트의 향상은, 톱링(24)의 회전 속도를 140 min-1로 하면 거의 한계에 도달하고, 또한, 이와 같이 톱링의 회전 속도를 높이면, 연마 후의 웨이퍼 표면의 평탄성이 나빠지나, 실시예 1에서는, 연마액 공급구(108a)를 제 1 공급 위치(F)에 고정하고 톱링(24)을 140 min-1의 회전 속도로 회전시켜 연마한 경우에 비하여, 연마 레이트를 약 20% 향상시키고, 또한, 연마 후의 웨이퍼 표면의 평탄성을 높일 수 있는 것을 알 수 있다.
(실시예 2)
연마액 공급 노즐(108)의 연마액 공급구(연마액 공급 위치)(108a)로부터 100 ml/min의 유량으로 연마액을 연마면(52a)으로 공급하고, 그 외는 실시예 1과 동일한 조건으로 직경 300 mm의 반도체 웨이퍼를 연마하였다.
이 때의 연마 레이트(Removal Rate)를 도 23에, 연마 레이트(Removal Rate)와 웨이퍼 위치(Wafer Position)의 관계를 도 24에 나타낸다. 연마액 공급 노즐(108)의 연마액 공급구(108a)를 제 1 공급 위치(F)에 고정하고, 연마액 공급 노즐(108)의 연마액 공급구(108a)로부터 200 ml/min의 유량으로 연마액을 연마면(52a)으로 공급하여, 톱링(24)의 회전 속도를 90 min-1로 설정하고, 그 외는 실시예 2와 동일한 조건으로 직경 300 mm의 반도체 웨이퍼를 연마하였을 때의 연마 레이트를 도 23에, 연마 레이트(Removal Rate)와 웨이퍼 위치(Wafer Position)의 관계를 도 24에 비교예 4로서 각각 나타낸다. 도 24에는, 연마액 공급 노즐(108)의 연마액 공급구(108a)로부터 100 ml/min의 유량으로 연마액을 연마면(52a)으로 공급하고, 그 외는 비교예 4와 동일한 조건으로 직경 300 mm의 반도체 웨이퍼를 연마하였을 때의 연마 레이트와 웨이퍼 위치의 관계를 비교예 5로서, 톱링의 회전 속도를 140 min-1로 설정하고, 그 외는 비교예 5와 동일한 조건으로 직경 300 mm의 반도체 웨이퍼를 연마하였을 때의 연마 레이트와 웨이퍼 위치의 관계를 비교예 6으로서 나타낸다.
도 23 및 도 24로부터, 연마액 공급 노즐(108)의 연마액 공급구(108a)를 제 1 공급 위치(F)에 고정한 경우, 연마액의 공급량을 증대시킴으로써 연마 레이트를 향상할 수 있으나, 실시예 2에서는, 연마액의 공급량을 증대시켜 연마 레이트를 높인 비교예 4에 비하여, 톱링의 회전 속도를 90 min-1로부터 140 min-1로 높일 필요가 있으나, 연마액의 사용량을 200 ml/min으로부터 100 ml/min으로 반감하여도, 비교예 4보다 우수한 연마 레이트를 확보할 수 있는 것을 알 수 있다.
지금까지 본 발명의 실시형태에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시형태에 한정되지 않고, 그 특허청구범위에 정의되는 기술적 사상의 범위 내에서 여러가지 다른 형태로 실시되어도 되는 것은 물론이다.

Claims (19)

  1. 연마면을 가지는 연마 테이블과,
    연마 대상물을 유지하여 당해 연마 대상물을 상기 연마면에 가압하는 톱링과,
    상기 연마면에 연마액을 공급하는 연마액 공급 노즐과,
    상기 연마액 공급 노즐의 연마액 공급 위치를 상기 연마면의 반경방향을 따라 이동시키는 이동기구와,
    상기 이동기구를 제어하는 컨트롤러와,
    상기 연마액 공급 노즐의 연마액 공급 위치와 연마 프로파일의 관계를 예측하여 시뮬레이션을 행하여 상기 컨트롤러에 출력하는 시뮬레이터를 구비한 것을 특징으로 하는 연마장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 시뮬레이터는, 원하는 연마 프로파일의 입력에 의거하여, 미리 구해진 복수점의 연마액 공급 위치와 연마 프로파일의 관계를 나타내는 데이터베이스를 참조하여, 상기 연마 프로파일이 얻어진다고 예측되는 연마액 공급 위치의 이동 패턴을 출력하는 것을 특징으로 하는 연마장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 시뮬레이터는, 연마액 공급 위치의 이동 패턴의 입력에 의거하여, 미리 구해진 복수점의 연마액 공급 위치와 연마 프로파일의 관계를 나타내는 데이터베이스를 참조하여, 상기 이동 패턴에 따라 상기 연마액 공급 위치를 이동시키면서 연마를 행하였을 때에 얻어진다고 예측되는 연마 프로파일을 출력하는 것을 특징으로 하는 연마장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 시뮬레이터는, 미리 구해진 복수점의 연마액 공급 위치와 연마 프로파일의 관계를 나타내는 데이터베이스를 참조하고, N차 회귀, 푸리에 변환, 스플라인 회귀 및 웨이브레트 변환의 적어도 하나의 방법에 의하여 임의의 연마액 공급 위치와 연마 프로파일의 관계를 예측하는 것을 특징으로 하는 연마장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 시뮬레이터는, 임의의 미소 구간에서의 연마액 공급 위치의 이동 속도 또는 체재시간에 의해 가중된 연마 프로파일의 겹침에 의하여, 연마액 공급 위치를 이동시키면서 연마를 행하였을 때에 얻어지는 연마 프로파일을 예측하는 것을 특징으로 하는 연마장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    막 두께 모니터를 구비하고, 상기 시뮬레이터는, 막 두께 모니터의 연마 중의 측정결과로부터 연마액 공급 위치의 이동 패턴을 예측하여 상기 컨트롤러로 피드백하는 것을 특징으로 하는 연마장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 막 두께 모니터는, 와전류 센서인 것을 특징으로 하는 연마장치.
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 막 두께 모니터는, 광학식 센서인 것을 특징으로 하는 연마장치.
  9. 제 1항에 있어서,
    연마 프로파일 모니터를 구비하고, 연마 프로파일 모니터의 연마 후의 측정결과를 상기 시뮬레이터에 실제 연마 프로파일로서 입력하는 것을 특징으로 하는 연마장치.
  10. 연마 테이블의 연마면에 연마액 공급 노즐로부터 연마액을 공급하면서 연마 대상물을 가압하고, 적어도 상기 연마면을 회전시키면서 상기 연마 대상물을 연마하는 연마방법에 있어서,
    상기 연마액 공급 노즐의 상기 연마면에 연마액을 공급하는 연마액 공급 위치를, 상기 연마면의 반경방향을 따라, 이동범위 내에서 복수로 분할된 구간마다 개별로 정한 소정의 이동 패턴으로 이동시키고,
    상기 연마액 공급 위치의 이동 패턴은, 원하는 연마 프로파일을 기초로 시뮬레이터에 의하여 얻어진 이동 패턴인 것을 특징으로 하는 연마방법.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 연마액 공급 위치의 이동 패턴은, 이동범위 내에서 복수로 분할된 구간 내에서의 연마액 공급 위치의 이동속도, 이동범위의 분할위치 및 이동범위 중 어느하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 연마방법.
  12. 삭제
  13. 제 10항에 있어서,
    연마 중에 막 두께 모니터에 의해 얻어진 연마 프로파일과 원하는 연마 프로파일의 차를 계산하고, 이 차를 기초로 시뮬레이터로 시뮬레이트하여, 미리 설정된 연마 프로파일에 근접하도록 상기 연마액 공급 위치의 이동 패턴을 갱신하는 것을 특징으로 하는 연마방법.
  14. 연마 테이블의 연마면에 연마액 공급 노즐로부터 연마액을 공급하면서 연마 대상물을 가압하고, 적어도 상기 연마면을 회전시키면서 상기 연마 대상물을 연마하는 연마방법에 있어서,
    상기 연마액 공급 노즐의 상기 연마면에 연마액을 공급하는 연마액 공급 위치를, 상기 연마면의 반경방향을 따라, 이동범위 내에서 복수로 분할된 구간마다 개별로 정한 소정의 이동 패턴으로 이동시키고,
    연마 대상물에 형성된 연마 프로파일이 서로 다른 적어도 2종류의 막에 대하여, 원하는 연마 프로파일을 기초로, 시뮬레이터에 의해 개별로 연마액 공급구의 이동 패턴을 결정하는 것을 특징으로 하는 연마방법.

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Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8563335B1 (en) * 2012-04-23 2013-10-22 Applied Materials, Inc. Method of controlling polishing using in-situ optical monitoring and fourier transform
JP5789634B2 (ja) * 2012-05-14 2015-10-07 株式会社荏原製作所 ワークピースを研磨するための研磨パッド並びに化学機械研磨装置、および該化学機械研磨装置を用いてワークピースを研磨する方法
JP6140439B2 (ja) * 2012-12-27 2017-05-31 株式会社荏原製作所 研磨装置、及び研磨方法
US8992286B2 (en) * 2013-02-26 2015-03-31 Applied Materials, Inc. Weighted regression of thickness maps from spectral data
KR101637537B1 (ko) * 2014-07-01 2016-07-08 주식회사 케이씨텍 화학 기계적 연마 장치 및 그 방법
US20170053794A1 (en) * 2015-08-21 2017-02-23 Globalfoundries Inc. Automatic control of spray bar and units for chemical mechanical polishing in-situ brush cleaning
US10434630B2 (en) * 2016-05-18 2019-10-08 Graco Minnesota Inc. Vapor abrasive blasting system with closed loop flow control
JP6882017B2 (ja) * 2017-03-06 2021-06-02 株式会社荏原製作所 研磨方法、研磨装置、および基板処理システム
JP6779173B2 (ja) * 2017-05-18 2020-11-04 株式会社荏原製作所 基板処理装置、プログラムを記録した記録媒体
JP7083279B2 (ja) * 2018-06-22 2022-06-10 株式会社荏原製作所 渦電流センサの軌道を特定する方法、基板の研磨の進行度を算出する方法、基板研磨装置の動作を停止する方法および基板研磨の進行度を均一化する方法、これらの方法を実行するためのプログラムならびに当該プログラムが記録された非一過性の記録媒体
JP7145098B2 (ja) * 2019-02-21 2022-09-30 株式会社荏原製作所 研磨装置、研磨方法、および研磨液供給位置決定プログラムを記録した記録媒体

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006147773A (ja) 2004-11-18 2006-06-08 Ebara Corp 研磨装置および研磨方法
JP4105931B2 (ja) 2002-10-31 2008-06-25 ラムリサーチ株式会社 対象物処理装置およびその方法

Family Cites Families (31)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5987010A (ja) * 1982-11-10 1984-05-19 Nippon Denso Co Ltd 濾過器
US5709593A (en) 1995-10-27 1998-01-20 Applied Materials, Inc. Apparatus and method for distribution of slurry in a chemical mechanical polishing system
JP3045966B2 (ja) 1996-02-16 2000-05-29 株式会社荏原製作所 ポリッシング装置および方法
US5885134A (en) * 1996-04-18 1999-03-23 Ebara Corporation Polishing apparatus
JPH1034535A (ja) 1996-07-24 1998-02-10 Sony Corp 研磨方法及び研磨装置
US5857893A (en) * 1996-10-02 1999-01-12 Speedfam Corporation Methods and apparatus for measuring and dispensing processing solutions to a CMP machine
US5791970A (en) * 1997-04-07 1998-08-11 Yueh; William Slurry recycling system for chemical-mechanical polishing apparatus
JPH10286758A (ja) 1997-04-08 1998-10-27 Ebara Corp ポリッシング装置
US6139406A (en) * 1997-06-24 2000-10-31 Applied Materials, Inc. Combined slurry dispenser and rinse arm and method of operation
US6183341B1 (en) * 1999-02-09 2001-02-06 Strasbaugh, Inc. Slurry pump control system
US6546306B1 (en) * 1999-08-11 2003-04-08 Advanced Micro Devices, Inc. Method for adjusting incoming film thickness uniformity such that variations across the film after polishing minimized
JP2001237208A (ja) 2000-02-24 2001-08-31 Ebara Corp 研磨装置の研磨面洗浄方法及び洗浄装置
JP2002113653A (ja) 2000-07-31 2002-04-16 Ebara Corp 基板保持装置及び該基板保持装置を備えたポリッシング装置
CN1537037A (zh) * 2001-08-02 2004-10-13 美商・应用材料股份有限公司 多端口研磨流体传送系统
US6722943B2 (en) * 2001-08-24 2004-04-20 Micron Technology, Inc. Planarizing machines and methods for dispensing planarizing solutions in the processing of microelectronic workpieces
JP2003133277A (ja) 2001-10-30 2003-05-09 Ebara Corp 研磨装置の研磨面洗浄装置
US6736720B2 (en) * 2001-12-26 2004-05-18 Lam Research Corporation Apparatus and methods for controlling wafer temperature in chemical mechanical polishing
US6926584B2 (en) * 2002-10-09 2005-08-09 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Dual mode hybrid control and method for CMP slurry
US6884145B2 (en) * 2002-11-22 2005-04-26 Samsung Austin Semiconductor, L.P. High selectivity slurry delivery system
KR100887049B1 (ko) * 2002-12-18 2009-03-04 주식회사 하이닉스반도체 화학기계적 연마 설비 및 그의 슬러리 공급 장치
JP3923009B2 (ja) * 2002-12-19 2007-05-30 沖電気工業株式会社 ウェーハの研磨方法
US6821895B2 (en) * 2003-02-20 2004-11-23 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd Dynamically adjustable slurry feed arm for wafer edge profile improvement in CMP
US7004824B1 (en) * 2003-03-19 2006-02-28 Madanshetty Sameer I Method and apparatus for detecting and dispersing agglomerates in CMP slurry
JP2004306173A (ja) 2003-04-03 2004-11-04 Sharp Corp 基板研磨装置
EP1758711B1 (en) 2004-06-21 2013-08-07 Ebara Corporation Polishing apparatus and polishing method
US7930058B2 (en) * 2006-01-30 2011-04-19 Memc Electronic Materials, Inc. Nanotopography control and optimization using feedback from warp data
JP2007268678A (ja) * 2006-03-31 2007-10-18 Elpida Memory Inc 研磨装置及び研磨装置の制御方法
JP4790475B2 (ja) * 2006-04-05 2011-10-12 株式会社荏原製作所 研磨装置、研磨方法、および基板の膜厚測定プログラム
JP2008258510A (ja) * 2007-04-07 2008-10-23 Tokyo Seimitsu Co Ltd Ｃｍｐ装置の研磨条件管理装置及び研磨条件管理方法
US8409993B2 (en) * 2007-06-07 2013-04-02 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Method and system for controlling copper chemical mechanical polish uniformity
KR20090030373A (ko) * 2007-09-20 2009-03-25 세메스 주식회사 케미컬 분사 장치

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4105931B2 (ja) 2002-10-31 2008-06-25 ラムリサーチ株式会社 対象物処理装置およびその方法
JP2006147773A (ja) 2004-11-18 2006-06-08 Ebara Corp 研磨装置および研磨方法

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Publication number Publication date
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US20100255756A1 (en) 2010-10-07

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