KR101661279B1 - 와전류 센서 및 연마 방법 및 장치 - Google Patents
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Abstract
와전류 센서의 발진 주파수, 내부 회로의 증폭도 및 여자 전압을 상승시키는 일 없이, 반도체 웨이퍼 등의 기판 상의 금속 박막(또는 도전성 박막)을 검출할 수 있는 와전류 센서를 제공한다.
금속막(또는 도전성막)(mf)이 형성된 기판의 근방에 배치되는 센서 코일(60)을 구비한 와전류 센서로서, 센서 코일(60)은, 상기 신호원에 접속된 발진 코일(62)과, 금속막 또는 도전성막(mf)에 형성되는 와전류를 검출하는 검출 코일(63)과, 검출 코일(63)에 직렬로 접속되는 밸런스 코일(64)을 가지고, 검출 코일(63)은, 열을 기판에 대하여 수직 방향, 층을 기판에 대하여 평행 방향이라 정의하였을 때에, 선재 또는 도전체를 1열 복수층으로 감은 코일로 이루어진다.
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Description
본 발명은, 반도체 웨이퍼 등의 기판의 표면에 형성한 금속막(또는 도전성막)을 검출하는 데 적합한 와전류 센서에 관한 것이다. 또, 본 발명은, 기판의 표면에 형성한 금속막(또는 도전성막)을 와전류 센서에 의해 감시하면서 기판을 연마하여 금속막(또는 도전성막)을 제거하는 연마 방법 및 장치에 관한 것이다.
최근, 반도체 디바이스의 고집적화·고밀도화에 따라, 회로의 배선이 점점 미세화하고, 다층 배선의 층수도 증가하고 있다. 회로의 미세화를 도모하면서 다층 배선을 실현하려고 하면, 하측 층의 표면 요철을 답습하면서 단차가 더욱 커지기 때문에, 배선 층수가 증가함에 따라, 박막형성에서의 단차 형상에 대한 막 피복성(스텝 커버리지)이 나빠진다. 따라서, 다층 배선하기 위해서는, 이 스텝 커버리지를 개선하여, 적당한 과정에서 평탄화 처리하지 않으면 안된다. 또 광리소그래피의 미세화와 함께 초점 심도가 얕아지기 때문에, 반도체 디바이스의 표면의 요철 단차가 초점 심도 이하에 들어가도록 반도체 디바이스 표면을 평탄화 처리할 필요가 있다.
따라서, 반도체 디바이스의 제조공정에서는, 반도체 디바이스 표면의 평탄화 기술이 점점 중요해지고 있다. 이 평탄화 기술 중, 가장 중요한 기술은, 화학적 기계연마[CMP(Chemical Mechanical Polishing)]이다. 이 화학적 기계적 연마는, 연마 장치를 이용하여, 실리카(SiO2) 등의 숫돌 입자를 포함한 연마액을 연마 패드 등의 연마면 상에 공급하면서 반도체 웨이퍼 등의 기판을 연마면에 슬라이딩 접촉시켜 연마를 행하는 것이다.
상기한 다층 배선을 행하는 경우, 미리 기판 상의 절연층(유전재료)에 소정 패턴의 배선용 홈을 형성하여 두고, 기판을 도금액 중에 침지시켜 예를 들면 구리(Cu)의 무전해 또는 전해 도금을 행하여 Cu층을 형성하고, 그 후 CMP 프로세스에 의해 배선용 홈 내에 형성된 Cu층만을 남기고 불필요 부분을 선택적으로 제거하는 것이 행하여지고 있다. 이 경우, 연마가 불충분하여, Cu층이 절연층(산화막) 상에 남으면, 회로의 분리가 잘 되지 않아, 단락이 일어난다. 반대로, 과잉 연마의 경우, 배선용 홈 내의 Cu층을 절연층과 함께 연마하면, 회로 저항이 상승하여, 반도체 기판 전체를 폐기하지 않으면 안되어, 막대한 손해가 된다. 이 사정은, Cu층에 한정하지 않고, Al층 등의 다른 금속막을 형성하고, 이 금속막을 CMP 프로세스로 연마하는 경우도 마찬가지이다.
상기한 CMP 프로세스를 행하는 연마 장치는, 연마 패드로 이루어지는 연마면을 가지는 연마 테이블과, 반도체 웨이퍼(기판)를 유지하기 위한 톱링 또는 연마 헤드 등이라 불리우는 기판 유지장치를 구비하고 있다. 이와 같은 연마 장치를 사용하여 반도체 웨이퍼의 연마를 행하는 경우에는, 기판 유지장치에 의해 반도체 웨이퍼를 유지하면서, 이 반도체 웨이퍼를 연마면에 대하여 소정의 압력으로 가압하여 연마를 행하고, 반도체 웨이퍼 상의 금속막을 제거하는 것이 행하여지고 있다.
연마 공정의 종료 후, 반도체 웨이퍼 내에 금속 잔막이 있는 상태에서 다음 공정으로 진행하면, 단락 등의 문제가 일어나기 때문에 반도체 웨이퍼는 사용할 수 없게 된다. 그 때문에, 연마 공정의 종료 후, 웨이퍼를 연마 패드(연마면)로부터 이간시켜 금속 잔막의 유무에 대하여 검사를 실시함으로써, 잔막 확인은 가능하게 되나, 검사에 시간을 요하기 때문에 웨이퍼 처리 능력이 저감된다는 문제가 있다. 검사 실시 후, 웨이퍼 상에 잔막을 검출한 경우, 재연마를 실시할 필요가 있으나, 웨이퍼가 연마 패드를 벗어난 후, 연마를 실시하는 경우에는, 웨이퍼 1매당의 처리 시간이 증가한다는 문제가 있다. 즉, 스루풋이 저하한다는 문제가 있다.
본건 출원인은, 상기한 금속 잔막의 검사 및 검사 후의 재연마에 따라 스루풋이 저하한다는 문제를 해결하기 위하여, 먼저, 일본국 특원2009-167788호(2009년 7월 16일 출원)에서, 연마 중에 반도체 웨이퍼 등의 기판 상에 금속막(또는 도전성막)의 잔막이 있는지의 여부의 검사를 실시함으로써 검사 시간을 단축할 수 있고, 잔막을 검출한 경우에는, 그대로 추가 연마를 실시함으로써 처리 시간을 단축할 수 있는 연마 방법 및 연마 장치를 제안하였다.
앞에 제안한 일본국 특원2009-167788호에서는, 반도체 웨이퍼 등의 기판 상에 형성된 Cu 등의 금속막에 반응하는 와전류 센서를 연마 테이블 내에 배치하고, 기판의 연마 중에, 연마 테이블의 회전에 따라 와전류 센서가 기판의 하방을 통과하고 있는 동안 기판의 금속막에 반응하여 소정의 전압값을 출력하기 때문에, 이 출력을 감시하여 금속막이 제거된 것을 검출하도록 하고 있다. 이 경우, 연마가 진행되어 금속 박막을 검출하기 위해서는, 와전류 센서의 발진 주파수를 상승시키는 것, 와전류 센서의 내부 회로의 증폭도를 올리는 것, 또는 와전류 센서의 여자전압을 상승시키는 것에 의하여 행하고 있다.
그러나, 와전류 센서의 발진 주파수를 상승시킨 경우에는 코일 자체의 정전용량에 의해 코일 공진 주파수가 낮아진다는 문제점이 있다. 또, 와전류 센서의 내부 회로의 증폭도를 올린 경우에는 회로 노이즈의 영향이 커진다는 문제가 있다. 또한 와전류 센서의 여자전압을 상승시킨 경우에는 특성의 안정성에 문제가 있다.
본 발명은, 상기 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 와전류 센서의 발진 주파수, 내부 회로의 증폭도 및 여자전압을 상승시키는 일 없이, 반도체 웨이퍼 등의 기판 상의 금속 박막(또는 도전성 박막)을 검출할 수 있는 와전류 센서를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또, 본 발명은, 와전류 센서를 사용하여 연마 중에 기판 상에 금속막(또는 도전성막)의 잔막이 있는지의 여부의 검사를 실시함으로써 검사 시간을 단축할 수 있고, 잔막을 검출한 경우에는, 그대로 추가 연마를 실시함으로써 처리 시간을 단축할 수 있는 연마 방법 및 연마 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 와전류 센서는, 금속막 또는 도전성막이 형성된 기판의 근방에 배치되는 센서 코일과, 당해 센서 코일에 교류 신호를 공급하여 상기 금속막 또는 도전성막에 와전류를 형성하는 신호원과, 상기 센서 코일의 출력에 의거하여 상기 금속막 또는 도전성막에 형성된 와전류를 검출하는 검출 회로를 구비한 와전류 센서로서, 상기 센서 코일은, 상기 신호원에 접속된 발진 코일과, 상기 금속막 또는 도전성막에 형성되는 와전류를 검출하는 검출 코일과, 당해 검출 코일에 직렬로 접속되는 밸런스 코일을 가지고, 상기 검출 코일은, 열을 기판에 대하여 수직 방향, 층을 기판에 대하여 평행 방향이라 정의하였을 때에, 선재(線材) 또는 도전체를 1열 복수층으로 감은 코일로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 와전류 센서에 의하면, 와전류 센서에서의 검출 코일을 선재 또는 도전체를 1열 복수층으로 감은 코일로 구성하였기 때문에, 검출 코일을 기판에 접근시킬 수 있고, 또 선간의 용량 성분을 작게 할 수 있기 때문에, 센서 감도가 좋아진다. 따라서, 와전류 센서의 발진 주파수, 내부 회로의 증폭도 및 여자전압을 상승시키지 않고, 반도체 웨이퍼 등의 기판 상의 금속 박막(또는 도전성 박막)을 검출할 수 있다. 상기 검출 코일은, 반도체 웨이퍼(기판)의 금속막(또는 도전성막)이 형성된 면과 평행하게 선재 또는 도전체를 스파이럴 형상으로 복수층 감음으로써 열방향으로 선재 또는 도전체의 직경만큼밖에 두께가 없어, 편평하게 되어 있어도 되고, 선재 또는 도전체를 스파이럴 형상으로 복수층 감을 때에 기판에 점차로 접근하도록(또는 멀어지도록) 만곡시킴으로써 열방향으로 선재 또는 도전체의 직경만큼보다 소정의 두께를 가지게 한 것이어도 된다.
본 발명의 바람직한 형태에 의하면, 상기 발진 코일은, 선재 또는 도전체를 1열 복수층으로 감은 코일, 또는, 선재 또는 도전체를 복수열 1층 또는 복수층으로 감은 코일로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 와전류 센서에서의 발진 코일을 선재 또는 도전체를 1열 복수층으로 감은 코일로 구성한 경우, 코일 공진 주파수의 발진 주파수가 향상되기 때문에, 발진 주파수를 상승시켜도 안정된 박막 검출이 가능하게 된다.
본 발명의 바람직한 형태에 의하면, 상기 밸런스 코일은, 선재 또는 도전체를 1열 복수층으로 감은 코일로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 형태에 의하면, 상기 검출 코일, 상기 발진 코일 및 상기 밸런스 코일 중 적어도 하나는, 선재 또는 도전체를 1열 복수층으로 감은 상기 코일을 복수개 직렬로 접속함으로써 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 선재 또는 도전체를 1열 복수층으로 감은 코일을 열방향으로 복수개 나란히 배열하고, 인접하는 코일이 접촉하지 않도록 코일 사이에 간극을 두고, 이 간극에는 투자율이 낮은 재료를 배치한다. 이에 의하여 1열 복수층으로 감은 코일이 복수열 또는 다열이 되어도, 센서 코일을 기판에 접근시킬 수 있기 때문에, 센서 감도가 좋아진다.
또한, 본 발명에 의하면, 1열 복수층의 코일을 복수개 직렬로 접속함으로써, 코일의 합성 인덕턴스는, 코일 복수개분의 인덕턴스와 인접하는 코일 사이의 상호 인덕턴스의 합이 되기 때문에, 코일의 합성 인덕턴스의 상승에 따라, 코일 전체의 센서 출력값은 증가하게 되어, 금속막의 검출을 양호하게 행하는 것이 가능하게 된다.
본 발명의 바람직한 형태에 의하면, 상기 발진 코일은, 반경방향 외측으로 감에 따라 기판에 접근하도록 만곡하여 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 발진 코일은, 반경방향 내측이 밸런스 코일측으로 오목하고, 반경방향 외측으로 감에 따라 검출 코일측에 접근하도록 오목 구면(球面) 형상으로 만곡시켜 선재 또는 도전체를 감은 코일이다. 이와 같이, 발진 코일을 오목 구면 형상으로 만곡시켜 형성함으로써, 발진 자계를 중앙부에 수속(收束)시키는 것이 가능하게 되어, 센서 감도를 올릴 수 있다.
본 발명의 바람직한 형태에 의하면, 상기 검출 코일과 상기 발진 코일은, 코일 외경에 차이가 있어도 된다.
본 발명에 의하면, 검출 코일의 외경(직경)을 발진 코일(여자 코일)의 외경(직경)보다 작게 함으로써, 타겟의 금속막의 미세한 검출이 가능하게 된다.
본 발명의 바람직한 형태에 의하면, 상기 검출 코일, 상기 발진 코일 및 상기 밸런스 코일은, 이 순서대로 기판측으로부터 배열되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 센서 코일은, 검출 코일과 밸런스 코일에 의하여, 검출 출력의 제로점을 자동적으로 조정 가능하게 하는 것이 바람직하다. 제로점을 조정 함으로써 측정 대상의 금속막(또는 도전성막)의 두께에 대한 변화 신호만을 증폭하여 검출할 수 있다.
본 발명의 바람직한 형태에 의하면, 상기 검출 코일, 상기 발진 코일 및 상기 밸런스 코일은, 동심원 형상으로 배열되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 검출 코일, 발진 코일 및 밸런스 코일을 동심원 형상으로 배열함으로써, 센서 코일 전체를 기판에 접근시켜 배치할 수 있어, 센서 감도가 좋아진다.
본 발명의 바람직한 형태에 의하면, 상기 센서 코일은, 고투자율 재료에 의해 형성된 통 형상 부재 내에 수용되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 센서 코일로부터의 자속은, 센서 코일의 주위에 위치하는 고투자율 재료의 통 형상 부재 내를 통하여 측정 대상의 금속막(또는 도전성막) 내를 통과하는 경로(자로)을 취할 수 있다. 따라서, 설치 환경의 부재 내에 자속이 통과하여 감쇠시키는 일이 없고, 측정 대상의 금속막(또는 도전성막)의 내부에는, 센서 코일에 의한 와전류를 효율적으로 발생시킬 수 있어, 금속막(또는 도전성막)을 양호한 감도로 측정할 수 있다.
본 발명의 연마 방법은, 회전하는 연마 테이블 상의 연마면에 연마 대상의 기판을 가압하여 기판 상의 막을 연마하는 연마 방법에 있어서, 상기 기판의 연마 중에, 상기 연마 테이블의 회전에 따라, 당해 연마 테이블에 설치된 종점 검출 센서에 의해 기판의 피연마면을 주사하고, 상기 기판의 피연마면의 주사에 의해 얻어진 상기 종점 검출 센서의 출력을 감시하여, 당해 종점 검출 센서의 출력의 변화로부터 연마 종점을 검출하고, 상기 연마 종점을 검출한 후에, 상기 종점 검출 센서 또는 다른 센서의 출력을 감시하여, 기판 상의 일부에 남은 막을 검출하는 잔막 감시를 행하고, 상기 종점 검출 센서 또는 다른 센서에는 와전류 센서를 사용하고, 당해 와전류 센서에서 기판 상의 막에 형성되는 와전류를 검출하는 코일에는, 열을 기판에 대하여 수직 방향, 층을 기판에 대하여 평행 방향이라 정의하였을 때에, 선재 또는 도전체를 1열 복수층으로 감은 코일을 사용하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 연마 방법에 의하면, 종점 검출 센서는, 연마 테이블의 회전에 따라 기판의 하방을 통과하고 있는 동안, 기판의 금속막(또는 도전성막) 등의 막에 반응하여 소정의 전압값 등을 출력하기 때문에, 이 종점 검출 센서의 출력을 감시하여, 출력의 변화가 미리 설정된 막 제거 레벨이 되면 연마 종점을 검출한다. 그리고, 연마 종점을 검출한 후에, 종점 검출 센서 또는 다른 센서의 출력을 감시하여, 기판 상의 일부에 남은 막을 검출하는 잔막 감시를 행함으로써, 연마 중에 잔막의 유무에 대하여 검사를 실시할 수 있다. 상기 종점 검출 센서 또는 상기 다른 센서에는, 선재 또는 도전체를 1열 복수층으로 감은 코일을 사용함으로써 코일을 기판에 접근시킬 수 있고, 또 선간의 용량 성분을 작게 할 수 있기 때문에, 센서 감도가 좋아져, 연마 종점 또는 잔막을 확실하게 검출할 수 있다.
본 발명의 바람직한 형태에 의하면, 상기 잔막 감시는, 상기 종점 검출 센서보다 감도가 높은 상기 다른 센서에 의해 행하고, 상기 다른 센서의 코일에는, 선재 또는 도전체를 1열 복수층으로 감은 상기 코일을 사용하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 연마 개시부터 연마 종점의 검출 및 잔막 감시까지 소정의 감도를 가지는 종점 검출 센서만을 사용한 경우, 타겟의 막이 얇아진 경우나 막의 면적이 작아진 경우에는, 막의 검출이 곤란해진다. 한편, 박막용 센서만을 사용하여 연마 종점의 검출을 행하는 경우, 초기 막이 두꺼운 경우에는, 출력이 오버레인지(측정 범위 밖)가 되기 때문에, 연마 공정을 감시할 수 없다. 따라서, 본 발명에서는, 감도가 다른 2개의 센서를 사용하여, 연마 개시부터 종점 검출 센서의 감도가 없어질 때까지 출력을 감시하여 연마 종점을 검출하고, 연마 종점의 검출을 실시한 후, 다른 센서로 전환을 행하여, 기판 상의 잔막을 확실하게 검출할 수 있다.
본 발명의 바람직한 형태에 의하면, 상기 잔막 감시는, 상기 종점 검출 센서의 감도를 전환하여 행하고, 당해 감도의 전환은 상기 코일의 감김수를 전환함으로써 행하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 연마 개시부터 연마 종점의 검출 및 잔막 감시까지 소정의 감도를 가지는 종점 검출 센서만을 사용한 경우, 타겟의 막이 얇아진 경우나 막의 면적이 작아진 경우에는, 막의 검출이 곤란해진다. 한편, 박막용 센서만을 사용하여 연마 종점의 검출을 행하는 경우, 초기 막이 두꺼운 경우에는, 출력이 오버레인지(측정 범위 밖)가 되기 때문에, 연마 공정을 감시할 수 없다. 따라서, 본 발명에서는, 종점 검출 센서의 센서 감도를 감김수를 전환함으로써 고저 2단계의 전환을 가능하게 하고, 연마 개시부터 연마 종점의 검출까지는 낮은 센서 감도로 하여 출력이 오버 레인지(측정 범위 밖)가 되는 것을 방지하고, 연마 종점의 검출 후에는 높은 센서 감도로 하여 기판 상의 잔막을 확실하게 검출할 수 있도록 한 것이다.
본 발명의 바람직한 형태에 의하면, 상기 잔막 감시는, 상기 종점 검출 센서보다 감도가 높은 상기 다른 센서에 의해 행하고, 상기 종점 검출 센서와 상기 다른 센서는, 기판 상의 막에 와전류를 형성하기 위한 발진 코일과, 기판 상의 막에 형성되는 와전류를 검출하는 검출 코일과, 당해 검출 코일에 직렬로 접속되는 밸런스 코일을 구비한 와전류 센서이며, 상기 다른 센서의 상기 발진 코일, 상기 검출 코일 및 상기 밸런스 코일에는, 선재 또는 도전체를 1열 복수층으로 감은 코일을 사용하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 연마 장치는, 연마면을 가지는 연마 테이블과, 연마 대상의 기판을 유지하는 톱링을 가지고, 회전하는 연마 테이블 상의 연마면에 기판을 가압하여 기판 상의 막을 연마하는 연마 장치에 있어서, 상기 연마 테이블에 설치되어, 상기 연마 테이블의 회전에 따라 기판의 피연마면을 주사하는 종점 검출 센서와, 상기 기판의 피연마면의 주사에 의해 얻어진 상기 종점 검출 센서의 출력을 감시하고, 당해 종점 검출 센서의 출력의 변화로부터 연마 종점을 검출하는 제어 장치를 구비하고, 상기 종점 검출 센서는 와전류 센서로 이루어지고, 당해 와전류 센서에서 기판 상의 막에 형성되는 와전류를 검출하는 코일은, 열을 기판에 대하여 수직 방향, 층을 기판에 대하여 평행 방향이라 정의하였을 때에, 선재 또는 도전체를 1열 복수층으로 감은 코일로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 연마 장치에 의하면, 종점 검출 센서는, 연마 테이블의 회전에 따라 기판의 하방을 통과하고 있는 동안, 기판의 금속막(또는 도전성막) 등의 막에 반응하여 소정의 전압값 등을 출력하기 때문에, 이 종점 검출 센서의 출력을 감시하여, 출력의 변화가 미리 설정된 막 제거 레벨이 되면 연마 종점을 검출한다. 상기 종점 검출 센서의 코일을 선재 또는 도전체를 1열 복수층으로 감은 코일로 구성하였기 때문에 코일을 기판에 접근시킬 수 있으므로, 센서 감도가 좋아져, 연마 종점을 확실하게 검출할 수 있다.
본 발명의 바람직한 형태에 의하면, 상기 제어 장치는, 상기 연마 종점을 검출한 후에, 상기 종점 검출 센서 또는 다른 센서의 출력을 감시하여, 기판 상의 일부에 남은 막을 검출하는 잔막 감시를 행하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 연마 종점을 검출한 후에, 종점 검출 센서 또는 다른 센서의 출력을 감시하여, 기판 상의 일부에 남은 막을 검출하는 잔막 감시를 행함으로써, 연마 중에 잔막의 유무에 대하여 검사를 실시할 수 있다.
본 발명의 바람직한 형태에 의하면, 상기 잔막 감시는, 상기 종점 검출 센서보다 감도가 높은 와전류 센서로 이루어지는 상기 다른 센서에 의해 행하고, 상기 다른 센서의 코일은, 선재 또는 도전체를 1열 복수층으로 감은 코일로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 연마 개시부터 연마 종점의 검출 및 잔막 감시까지 소정의 감도를 가지는 종점 검출 센서만을 사용한 경우, 타겟의 막이 얇아진 경우나 막의 면적이 작아진 경우에는, 막의 검출이 곤란해진다. 한편, 박막용 센서만을 사용하여 연마 종점의 검출을 행하는 경우, 초기 막이 두꺼운 경우에는, 출력이 오버 레인지(측정 범위 밖)가 되기 때문에, 연마 공정을 감시할 수 없다. 따라서, 본 발명에서는, 감도가 다른 2개의 센서를 사용하여, 연마 개시부터 종점 검출 센서의 감도가 없어질 때까지 출력을 감시하여 연마 종점을 검출하고, 연마 종점의 검출을 실시한 후, 다른 센서로 전환을 행하여, 기판 상의 잔막을 확실하게 검출할 수 있다. 상기 다른 센서의 코일을 선재 또는 도전체를 1열 복수층으로 감은 코일로 구성하였기 때문에 코일을 기판에 접근시킬 수 있으므로, 센서 감도가 좋아져, 잔막을 확실하게 검출할 수 있다.
본 발명의 바람직한 형태에 의하면, 상기 잔막 감시는, 상기 종점 검출 센서의 감도를 전환하여 행하고, 당해 감도의 전환은 상기 코일의 감김수를 전환함으로써 행하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 연마 개시부터 연마 종점의 검출 및 잔막 감시까지 소정의 감도를 가지는 종점 검출 센서만을 사용한 경우, 타겟의 막이 얇아진 경우나 막의 면적이 작아진 경우에는, 막의 검출이 곤란해진다. 한편, 박막용 센서만을 사용하여 연마 종점의 검출을 행하는 경우, 초기 막이 두꺼운 경우에는, 출력이 오버 레인지(측정 범위 밖)가 되기 때문에, 연마 공정을 감시할 수 없다. 그래서, 본 발명에서는, 종점 검출 센서의 센서 감도를 감김수를 전환함으로써 고저 2단계의 전환을 가능하게 하고, 연마 개시부터 연마 종점의 검출까지는 낮은 센서 감도로 하여 출력이 오버 레인지(측정 범위 밖)가 되는 것을 방지하고, 연마 종점의 검출 후에는 높은 센서 감도로 하여 기판 상의 잔막을 확실하게 검출할 수 있도록 한 것이다.
본 발명의 바람직한 형태에 의하면, 상기 종점 검출 센서 또는 상기 다른 센서는, 기판 상의 막에 와전류를 형성하기 위한 발진 코일과, 기판 상의 막에 형성되는 와전류를 검출하는 검출 코일과, 당해 검출 코일에 직렬로 접속되는 밸런스 코일을 가진 센서 코일을 구비한 와전류 센서로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 형태에 의하면, 상기 발진 코일은, 선재 또는 도전체를 1열 복수층으로 감은 코일, 또는, 선재 또는 도전체를 복수열 1층 또는 복수층으로 감은 코일로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 와전류 센서에서의 발진 코일을 선재 또는 도전체를 1열 복수층으로 감은 코일로 구성한 경우, 코일 공진 주파수의 발진 주파수가 향상되기 때문에, 발진 주파수를 상승시켜도 안정된 박막 검출이 가능하게 된다.
본 발명의 바람직한 형태에 의하면, 상기 밸런스 코일은, 선재 또는 도전체를 1열 복수층으로 감은 코일로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 형태에 의하면, 상기 검출 코일, 상기 발진 코일 및 상기 밸런스 코일 중 적어도 하나는, 선재 또는 도전체를 1열 복수층으로 감은 상기 코일을 복수개 직렬로 접속함으로써 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 선재 또는 도전체를 1열 복수층으로 감은 코일을 열방향으로 복수개 나란히 배열하고, 인접하는 코일이 접촉하지 않도록 코일 사이에 간극을 두고, 이 간극에는 투자율의 낮은 재료를 배치한다. 이에 의하여 1열 복수층으로 감은 코일이 복수열 또는 다열이 되어도, 센서 코일을 기판에 접근시킬 수 있기 때문에, 센서 감도가 좋아진다.
또한, 본 발명에 의하면, 1열 복수층의 코일을 복수개 직렬로 접속함으로써, 코일의 합성 인덕턴스는, 코일 복수개분의 인덕턴스와 인접하는 코일 사이의 상호 인덕턴스의 합이 되기 때문에, 코일의 합성 인덕턴스의 상승에 따라, 코일 전체의 센서 출력값은 증가하게 되어, 금속막의 검출을 양호하게 행하는 것이 가능하게 된다.
본 발명의 바람직한 형태에 의하면, 상기 발진 코일은, 반경방향 외측으로 감에 따라 기판에 접근하도록 만곡하여 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 발진 코일은, 반경방향 내측이 밸런스 코일측으로 오목하고, 반경방향 외측으로 감에 따라 검출 코일측에 접근하도록 오목 구면 형상으로 만곡시켜 선재 또는 도전체를 감은 코일이다. 이와 같이, 발진 코일을 오목 구면 형상으로 만곡시켜 형성함으로써, 발진 자계를 중앙부에 수속시키는 것이 가능해져, 센서 감도를 올릴 수 있다.
본 발명의 바람직한 형태에 의하면, 상기 검출 코일과 상기 발진 코일은, 코일 외경에 차이가 있어도 된다.
본 발명에 의하면, 검출 코일의 외경(직경)을 발진 코일(여자 코일)의 외경(직경)보다 작게 함으로써, 센서의 검출단(檢出端)의 크기를 작게 할 수 있어, 타겟의 금속막의 미세한 검출이 가능하게 된다.
본 발명의 바람직한 형태에 의하면, 상기 검출 코일, 상기 발진 코일 및 상기 밸런스 코일은, 이 순서대로 기판측으로부터 배열되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 센서 코일은, 검출 코일과 밸런스 코일에 의하여, 검출 출력의 제로점을 자동적으로 조정 가능하게 하는 것이 바람직하다. 제로점을 조정 함으로써 측정 대상의 금속막(또는 도전성막)의 두께에 대한 변화 신호만을 증폭하여 검출할 수 있다.
본 발명의 바람직한 형태에 의하면, 상기 검출 코일, 상기 발진 코일 및 상기 밸런스 코일은, 동심원 형상으로 배열되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 검출 코일, 발진 코일 및 밸런스 코일을 동심원 형상으로 배열함으로써, 센서 코일 전체를 기판에 접근시켜 배치할 수 있어, 센서 감도가 좋아진다.
본 발명의 바람직한 형태에 의하면, 상기 센서 코일은, 고투자율 재료에 의해 형성된 통 형상 부재 내에 수용되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 센서 코일로부터의 자속은, 센서 코일의 주위에 위치하는 고투자율 재료의 통 형상 부재 내를 통과하여 측정 대상의 금속막(또는 도전성막) 내를 통과하는 경로(자로)를 취할 수 있다. 따라서, 설치 환경의 부재 내에 자속이 통과하여 감쇠시키는 일이 없고, 측정 대상의 금속막(또는 도전성막)의 내부에는, 센서 코일에 의한 와전류를 효율적으로 발생시킬 수 있어, 금속막(또는 도전성막)을 양호한 감도로 측정할 수 있다.
본 발명에 의하면, 이하에 열거하는 효과를 가진다.
(1) 와전류 센서에서의 검출 코일을 선재 또는 도전체를 1열 복수층으로 감은 코일로 구성하였기 때문에, 검출 코일을 기판에 접근시킬 수 있고, 또 선간의 용량 성분을 작게 할 수 있기 때문에, 센서 감도가 좋아진다. 따라서, 와전류 센서의 발진 주파수, 내부 회로의 증폭도 및 여자전압을 상승시키지 않고, 반도체 웨이퍼 등의 기판 상의 금속 박막(또는 도전성 박막)을 검출할 수 있다.
(2) 와전류 센서에서의 발진 코일을 선재 또는 도전체를 1열 복수층으로 감은 코일로 구성하였기 때문에, 코일 공진 주파수의 발진 주파수가 향상되므로, 발진 주파수를 상승시켜도 안정된 박막 검출이 가능하게 된다.
(3) 1열 복수층의 코일을 복수개 직렬로 접속함으로써, 코일의 합성 인덕턴스는, 코일 복수개분의 인덕턴스와 인접하는 코일 사이의 상호 인덕턴스의 합이 되기 때문에, 코일의 합성 인덕턴스의 상승에 따라, 코일 전체의 센서 출력값은 증가하게 되어, 금속막의 검출을 양호하게 행하는 것이 가능하게 된다.
(4) 연마 중에 반도체 웨이퍼 등의 기판 상에 금속막(또는 도전성막) 등의 잔막이 있는지의 여부의 검사를 실시함으로써, 검사 시간을 단축할 수 있고, 기판처리 능력을 향상시킬 수 있다.
(5) 연마 중에 기판 상에 금속막(또는 도전성막) 등의 잔막이 있는지의 여부의 검사를 실시하여, 잔막을 검출한 경우에는, 그대로 추가 연마를 실시함으로써 처리 시간을 단축할 수 있다.
(6) 연마 중의 검사에 의해 잔막을 검출한 경우에, CMP 프로세스의 전체를 관리하는 제어 장치가 추가 연마 시간이나 잔막 상황을 관리함으로써, 다음 연마 대상의 연마 조건을 최적의 것으로 변경하는 것이 가능하게 된다.
(7) 반도체 웨이퍼 등의 기판을 연마면(연마 패드)으로부터 떼지 않고 기판 상에 금속막(또는 도전성막) 등의 잔막이 있는지의 여부의 검사를 실시할 수 있다.
도 1은 본 발명에 관한 연마 장치의 전체 구성을 나타내는 개략도,
도 2는 연마 테이블과 와전류 센서와 반도체 웨이퍼의 관계를 나타내는 평면도,
도 3은 와전류 센서의 구성을 나타내는 도면으로, 도 3(a)는 와전류 센서의 구성을 나타내는 블럭도이고, 도 3(b)는 와전류 센서의 등가 회로도,
도 4(a), 도 4(b), 도 4(c)는, 종래의 와전류 센서의 센서 코일과 본 발명의 와전류 센서의 센서 코일을 대비하여 나타내는 도면으로, 도 4(a)는 종래의 와전류 센서에서 사용되고 있는 센서 코일의 구성예를 나타내는 개략도, 도 4(b)는 본 발명의 와전류 센서의 센서 코일의 구성예를 나타내는 개략도, 도 4(c)는 본 발명의 와전류 센서의 검출 코일을 나타내는 모식적 평면도,
도 5(a), 5(b)는, 1열 N층의 코일을 m개 직렬로 접속하는 형태를 나타내는 모식도,
도 6은 종래의 와전류 센서의 센서 코일 및 본 발명의 와전류 센서의 센서 코일과 반도체 웨이퍼(기판)의 위치 관계를 나타내는 모식적 입면도,
도 7은 센서 코일의 다른 감기 방법을 나타내는 개략도,
도 8은 센서 코일의 다른 감기 방법을 나타내는 개략도,
도 9는 센서 코일의 다른 감기 방법을 나타내는 개략도,
도 10은 발진 코일의 형상을 오목 구면 형상으로 형성한 예를 나타내는 개략도,
도 11은 도 4(b)에 나타내는 센서 코일의 주위에 고투자율 재료로 이루어지는 통 형상 부재를 배치한 예를 나타내는 개략도,
도 12는 와전류 센서의 센서 코일의 3개의 코일에 대하여 솔레노이드 감기와 스파이럴 감기를 조합시킨 예를 나타내는 개략도,
도 13은, 검출 코일, 발진 코일(여자 코일), 밸런스 코일(더미 코일)의 직경을 바꾼 실시형태를 나타내는 개략도,
도 14는 와전류 센서의 센서 코일의 3개의 코일을 동심원 형상으로 배치한 예를 나타내는 개략도,
도 15는 센서 코일에서의 각 코일의 접속예를 나타내는 개략도,
도 16은 와전류 센서의 동기 검파 회로를 나타내는 블럭도,
도 17은 와전류 센서를 구비한 연마 장치의 주요부 구성을 나타내는 도면으로, 도 17(a)는 와전류 센서의 제어부를 포함하는 전체 구성을 나타내는 도, 도 17(b)는 와전류 센서 부분의 확대 단면도,
도 18(a)는, 와전류 센서가 반도체 웨이퍼의 표면(피연마면)을 주사(스캔) 할 때의 궤적과 와전류 센서의 출력과의 관계를 나타내는 도, 도 18(b)는, 정상인 반도체 웨이퍼의 경우의 와전류 센서의 출력을 나타내는 도,
도 19(a)는, 반도체 웨이퍼의 연마를 개시하고 나서 반도체 웨이퍼 상의 금속막(또는 도전성막)이 제거되기(없어지기)까지의 연마 공정과 와전류 센서의 출력과의 관계를 나타내는 도, 도 19(b)는, 반도체 웨이퍼의 연마를 개시하고 나서 반도체 웨이퍼 상의 금속막(또는 도전성막)이 제거되기(없어지기)까지의 연마 시간(t)과 와전류 센서의 출력값의 변화의 관계를 나타내는 도,
도 20은 반도체 웨이퍼 상의 금속막(또는 도전성막)의 연마 공정 및 감시 공정의 순서를 나타내는 플로우차트,
도 21(a), 도 21(b)는 스파이럴 감기의 3개의 코일을 구비한 와전류 센서를 사용하여 코일의 감김수를 전환하여 감도가 다른 2개의 센서를 구성하는 방법을 나타내는 모식적 평면도,
도 22는 금속 박막 검출을 목적으로 한 센서 감도를 올려 실시하는 방법에서 센서의 전환을 행하는 타이밍을 나타내는 모식도,
도 23은 웨이퍼 상의 국소적인 잔막의 검출을 목적으로 감시 수법을 변경하는 방법을 나타내는 도면으로, 도 23(a)는, 1회의 주사로 얻어진 센서 궤적 상의 모든 측정점의 데이터를 평균한 출력값을 사용하는 감시 수법을 나타내고, 도 23(b)는, 1회의 주사로 얻어진 센서 궤적 상의 각 측정점의 출력값을 사용하는 감시 수법을 나타내고, 도 23(c)는, 도 23(a)에 나타내는 감시 수법으로부터 도 23(b)에 나타내는 감시 수법으로 전환하는 경우를 나타내는 그래프,
도 24는 와전류 센서에 의해 얻은 각 측정값의 출력값을 감시함으로써 국소적인 잔막의 발생을 검출하는 경우에, 웨이퍼의 하층에 있는 금속 배선 등의 영향에 대하여 나타내는 도면으로, 도 24(a)는, 웨이퍼의 하층의 영향을 받지 않는 경우를 나타내는 도, 도 24(b)는, 웨이퍼의 하층에 있는 금속 배선 등의 영향을 받는 경우를 나타내는 도,
도 25는 와전류 센서가 반도체 웨이퍼 상을 주사하는 궤적을 나타내는 모식도,
도 26은 와전류 센서가 반도체 웨이퍼 상을 주사하는 궤적을 나타내는 모식도,
도 27은 와전류 센서가 반도체 웨이퍼 상을 주사하는 궤적을 나타내는 모식도,
도 28은 본 발명의 연마 장치에서 적합하게 사용할 수 있는 복수의 압력실을 구비한 톱링을 나타내는 모식적인 단면도이다.
도 2는 연마 테이블과 와전류 센서와 반도체 웨이퍼의 관계를 나타내는 평면도,
도 3은 와전류 센서의 구성을 나타내는 도면으로, 도 3(a)는 와전류 센서의 구성을 나타내는 블럭도이고, 도 3(b)는 와전류 센서의 등가 회로도,
도 4(a), 도 4(b), 도 4(c)는, 종래의 와전류 센서의 센서 코일과 본 발명의 와전류 센서의 센서 코일을 대비하여 나타내는 도면으로, 도 4(a)는 종래의 와전류 센서에서 사용되고 있는 센서 코일의 구성예를 나타내는 개략도, 도 4(b)는 본 발명의 와전류 센서의 센서 코일의 구성예를 나타내는 개략도, 도 4(c)는 본 발명의 와전류 센서의 검출 코일을 나타내는 모식적 평면도,
도 5(a), 5(b)는, 1열 N층의 코일을 m개 직렬로 접속하는 형태를 나타내는 모식도,
도 6은 종래의 와전류 센서의 센서 코일 및 본 발명의 와전류 센서의 센서 코일과 반도체 웨이퍼(기판)의 위치 관계를 나타내는 모식적 입면도,
도 7은 센서 코일의 다른 감기 방법을 나타내는 개략도,
도 8은 센서 코일의 다른 감기 방법을 나타내는 개략도,
도 9는 센서 코일의 다른 감기 방법을 나타내는 개략도,
도 10은 발진 코일의 형상을 오목 구면 형상으로 형성한 예를 나타내는 개략도,
도 11은 도 4(b)에 나타내는 센서 코일의 주위에 고투자율 재료로 이루어지는 통 형상 부재를 배치한 예를 나타내는 개략도,
도 12는 와전류 센서의 센서 코일의 3개의 코일에 대하여 솔레노이드 감기와 스파이럴 감기를 조합시킨 예를 나타내는 개략도,
도 13은, 검출 코일, 발진 코일(여자 코일), 밸런스 코일(더미 코일)의 직경을 바꾼 실시형태를 나타내는 개략도,
도 14는 와전류 센서의 센서 코일의 3개의 코일을 동심원 형상으로 배치한 예를 나타내는 개략도,
도 15는 센서 코일에서의 각 코일의 접속예를 나타내는 개략도,
도 16은 와전류 센서의 동기 검파 회로를 나타내는 블럭도,
도 17은 와전류 센서를 구비한 연마 장치의 주요부 구성을 나타내는 도면으로, 도 17(a)는 와전류 센서의 제어부를 포함하는 전체 구성을 나타내는 도, 도 17(b)는 와전류 센서 부분의 확대 단면도,
도 18(a)는, 와전류 센서가 반도체 웨이퍼의 표면(피연마면)을 주사(스캔) 할 때의 궤적과 와전류 센서의 출력과의 관계를 나타내는 도, 도 18(b)는, 정상인 반도체 웨이퍼의 경우의 와전류 센서의 출력을 나타내는 도,
도 19(a)는, 반도체 웨이퍼의 연마를 개시하고 나서 반도체 웨이퍼 상의 금속막(또는 도전성막)이 제거되기(없어지기)까지의 연마 공정과 와전류 센서의 출력과의 관계를 나타내는 도, 도 19(b)는, 반도체 웨이퍼의 연마를 개시하고 나서 반도체 웨이퍼 상의 금속막(또는 도전성막)이 제거되기(없어지기)까지의 연마 시간(t)과 와전류 센서의 출력값의 변화의 관계를 나타내는 도,
도 20은 반도체 웨이퍼 상의 금속막(또는 도전성막)의 연마 공정 및 감시 공정의 순서를 나타내는 플로우차트,
도 21(a), 도 21(b)는 스파이럴 감기의 3개의 코일을 구비한 와전류 센서를 사용하여 코일의 감김수를 전환하여 감도가 다른 2개의 센서를 구성하는 방법을 나타내는 모식적 평면도,
도 22는 금속 박막 검출을 목적으로 한 센서 감도를 올려 실시하는 방법에서 센서의 전환을 행하는 타이밍을 나타내는 모식도,
도 23은 웨이퍼 상의 국소적인 잔막의 검출을 목적으로 감시 수법을 변경하는 방법을 나타내는 도면으로, 도 23(a)는, 1회의 주사로 얻어진 센서 궤적 상의 모든 측정점의 데이터를 평균한 출력값을 사용하는 감시 수법을 나타내고, 도 23(b)는, 1회의 주사로 얻어진 센서 궤적 상의 각 측정점의 출력값을 사용하는 감시 수법을 나타내고, 도 23(c)는, 도 23(a)에 나타내는 감시 수법으로부터 도 23(b)에 나타내는 감시 수법으로 전환하는 경우를 나타내는 그래프,
도 24는 와전류 센서에 의해 얻은 각 측정값의 출력값을 감시함으로써 국소적인 잔막의 발생을 검출하는 경우에, 웨이퍼의 하층에 있는 금속 배선 등의 영향에 대하여 나타내는 도면으로, 도 24(a)는, 웨이퍼의 하층의 영향을 받지 않는 경우를 나타내는 도, 도 24(b)는, 웨이퍼의 하층에 있는 금속 배선 등의 영향을 받는 경우를 나타내는 도,
도 25는 와전류 센서가 반도체 웨이퍼 상을 주사하는 궤적을 나타내는 모식도,
도 26은 와전류 센서가 반도체 웨이퍼 상을 주사하는 궤적을 나타내는 모식도,
도 27은 와전류 센서가 반도체 웨이퍼 상을 주사하는 궤적을 나타내는 모식도,
도 28은 본 발명의 연마 장치에서 적합하게 사용할 수 있는 복수의 압력실을 구비한 톱링을 나타내는 모식적인 단면도이다.
이하, 본 발명에 관한 연마 장치의 실시형태에 대하여 도 1 내지 도 28을 참조하여 상세하게 설명한다. 또한, 도 1 내지 도 28에서, 동일 또는 상당하는 구성 요소에는, 동일한 부호를 붙이고 중복된 설명을 생략한다.
도 1은, 본 발명에 따른 연마 장치의 전체 구성을 나타내는 개략도이다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 연마 장치는, 연마 테이블(100)과, 연마 대상물인 반도체 웨이퍼 등의 기판을 유지하여 연마 테이블 상의 연마면에 가압하는 톱링(1)을 구비하고 있다.
연마 테이블(100)은, 테이블 축(100a)을 거쳐 그 하방에 배치되는 모터(도시 생략)에 연결되어 있고, 그 테이블 축(100a) 주위로 회전 가능하게 되어 있다. 연마 테이블(100)의 상면에는 연마 패드(101)가 접착되어 있고, 연마 패드(101)의 표면(101a)이 반도체 웨이퍼(W)를 연마하는 연마면을 구성하고 있다. 연마 테이블(100)의 상방에는 연마액 공급 노즐(102)이 설치되어 있고, 이 연마액 공급 노즐(102)에 의해 연마 테이블(100) 상의 연마 패드(101) 상으로 연마액(Q)이 공급되도록 되어 있다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 연마 테이블(100)의 내부에는, 와전류 센서(50)가 매설되어 있다.
톱링(1)은, 반도체 웨이퍼(W)를 연마면(101a)에 대하여 가압하는 톱링 본체(2)와, 반도체 웨이퍼(W)의 외주연을 유지하여 반도체 웨이퍼(W)가 톱링으로부터 튀어나오지 않도록 하는 리테이너링(3)으로 기본적으로 구성되어 있다.
톱링(1)은, 톱링 샤프트(111)에 접속되어 있고, 이 톱링 샤프트(111)는, 상하 이동기구(124)에 의해 톱링 헤드(110)에 대하여 상하 이동하도록 되어 있다. 이 톱링 샤프트(111)의 상하 이동에 의해, 톱링 헤드(110)에 대하여 톱링(1)의 전체를 승강시켜 위치 결정하도록 되어 있다. 또한, 톱링 샤프트(111)의 상단에는 로터리 조인트(125)가 설치되어 있다.
톱링 샤프트(111) 및 톱링(1)을 상하 이동시키는 상하 이동기구(124)는, 베어링(126)을 거쳐 톱링 샤프트(111)를 회전 가능하게 지지하는 브리지(128)와, 브리지(128)에 설치된 볼 나사(132)와, 지주(130)에 의해 지지된 지지대(129)와, 지지대(129) 상에 설치된 AC 서보 모터(138)를 구비하고 있다. 서보 모터(138)를 지지하는 지지대(129)는, 지주(130)를 거쳐 톱링 헤드(110)에 고정되어 있다.
볼 나사(132)는, 서보 모터(138)에 연결된 나사 축(132a)과, 이 나사 축(132a)이 나사 결합하는 너트(132b)를 구비하고 있다. 톱링 샤프트(111)는, 브리지(128)와 일체가 되어 상하 이동하도록 되어 있다. 따라서, 서보 모터(138)를 구동하면, 볼 나사(132)를 거쳐 브리지(128)가 상하 이동하고, 이에 의하여 톱링 샤프트(111) 및 톱링(1)이 상하 이동한다.
또, 톱링 샤프트(111)는 키(도시 생략)를 거쳐 회전통(112)에 연결되어 있다. 이 회전통(112)은 그 외주부에 타이밍 풀리(113)를 구비하고 있다. 톱링 헤드(110)에는 톱링용 모터(114)가 고정되어 있고, 상기 타이밍 풀리(113)는, 타이밍벨트(115)를 거쳐 톱링용 모터(114)에 설치된 타이밍 풀리(116)에 접속되어 있다. 따라서, 톱링용 모터(114)를 회전 구동함으로써 타이밍 풀리(116), 타이밍 벨트(115) 및 타이밍 풀리(113)를 거쳐 회전통(112) 및 톱링 샤프트(111)가 일체로 회전하고, 톱링(1)이 회전한다. 또한, 톱링 헤드(110)는, 프레임(도시 생략)에 회전 가능하게 지지된 톱링 헤드 샤프트(117)에 의해 지지되어 있다.
도 1에 나타내는 바와 같이 구성된 연마 장치에서, 톱링(1)은, 그 하면에 반도체 웨이퍼(W) 등의 기판을 유지할 수 있도록 되어 있다. 톱링 헤드(110)는 톱링 샤프트(117)를 중심으로 하여 선회 가능하게 구성되어 있고, 하면에 반도체 웨이퍼(W)를 유지한 톱링(1)은, 톱링 헤드(110)의 선회에 의해 반도체 웨이퍼(W)의 수취 위치로부터 연마 테이블(100)의 상방으로 이동된다. 그리고, 톱링(1)을 하강시켜 반도체 웨이퍼(W)를 연마 패드(101)의 표면(연마면)(101a)에 가압한다. 이 때, 톱링(1) 및 연마 테이블(100)을 각각 회전시켜, 연마 테이블(100)의 상방에 설치된 연마액 공급 노즐(102)로부터 연마 패드(101) 상으로 연마액을 공급한다. 이와 같이, 반도체 웨이퍼(W)를 연마 패드(101)의 연마면(101a)에 슬라이딩 접촉시켜 반도체 웨이퍼(W)의 표면을 연마한다.
도 2는, 연마 테이블(100)과 와전류 센서(50)와 반도체 웨이퍼(W)의 관계를 나타내는 평면도이다. 도 2에 나타내는 바와 같이, 와전류 센서(50)는, 톱링(1)에 유지된 연마 중인 반도체 웨이퍼(W)의 중심(Cw)을 통과하는 위치에 설치되어 있다. 부호 CT는 연마 테이블(100)의 회전 중심이다. 예를 들면 와전류 센서(50)는, 반도체 웨이퍼(W)의 하방을 통과하고 있는 동안, 통과 궤적(주사선) 상에서 연속적으로 반도체 웨이퍼(W)의 Cu층 등의 금속막(도전성막)을 검출할 수 있도록 되어 있다.
다음으로, 본 발명에 관한 연마 장치가 구비하는 와전류 센서(50)에 대하여, 도 3 내지 도 17을 이용하여 더욱 상세하게 설명한다.
도 3은, 와전류 센서(50)의 구성을 나타내는 도면이고, 도 3(a)는 와전류 센서(50)의 구성을 나타내는 블럭도이며, 도 3(b)는 와전류 센서(50)의 등가 회로도이다.
도 3(a)에 나타내는 바와 같이, 와전류 센서(50)는, 검출 대상의 금속막(또는 도전성막)(mf)의 근방에 센서 코일(60)을 배치하고, 그 코일에 교류 신호원(52)이 접속되어 있다. 여기서, 검출 대상의 금속막(또는 도전성막)(mf)은, 예를 들면 반도체 웨이퍼(W) 상에 형성된 Cu, Al, Au, W 등의 박막이다. 센서 코일(60)은, 검출용 코일이고, 검출 대상의 금속막(또는 도전성막)에 대하여, 예를 들면 1.0∼4.0 mm 정도의 근방에 배치된다.
와전류 센서에는, 금속막(또는 도전성막)(mf)에 와전류가 생김으로써, 발진 주파수가 변화되고, 이 주파수 변화로부터 금속막(또는 도전성막)을 검출하는 주파수 타입과, 임피던스가 변화되고, 이 임피던스 변화로부터 금속막(또는 도전성막)을 검출하는 임피던스 타입이 있다. 즉, 주파수 타입에서는, 도 3(b)에 나타내는 등가회로에서, 와전류(I2)가 변화됨으로써 임피던스(Z)가 변화되고, 신호원(가변 주파수 발진기)(52)의 발진 주파수가 변화되면, 검파 회로(54)에서 이 발진 주파수의 변화를 검출하여, 금속막(또는 도전성막)의 변화를 검출할 수 있다. 임피던스 타입에서는, 도 3(b)에 나타내는 등가회로에서, 와전류(I2)가 변화됨으로써 임피던스(Z)가 변화되고, 신호원(고정 주파수 발진기)(52)에서 본 임피던스(Z)가 변화되면, 검파 회로(54)에서 이 임피던스(Z)의 변화를 검출하여, 금속막(또는 도전성막)의 변화를 검출할 수 있다.
임피던스 타입의 와전류 센서에서는, 신호 출력(X, Y), 위상, 합성 임피던스(Z)가 후술하는 바와 같이 추출된다. 주파수(F) 또는 임피던스 X, Y 등으로부터, 금속막(또는 도전성막) Cu, Al, Au, W의 측정 정보가 얻어진다. 와전류 센서(50)는, 도 1에 나타내는 바와 같이, 연마 테이블(100) 내부의 표면 부근의 위치에 내장할 수 있고, 연마 대상의 반도체 웨이퍼에 대하여 연마 패드를 거쳐 대면하도록 위치하여, 반도체 웨이퍼 상의 금속막(또는 도전성막)에 흐르는 와전류로부터 금속막(또는 도전성막)의 변화를 검출할 수 있다.
와전류 센서의 주파수는, 단일 전파, 혼합 전파, AM 변조 전파, FM 변조 전파, 함수 발생기의 소인(掃引) 출력 또는 복수의 발진 주파수원을 사용할 수 있고, 금속막의 막 종류에 적합시켜, 감도 좋은 발진 주파수나 변조 방식을 선택하는 것이 바람직하다.
이하에, 임피던스 타입의 와전류 센서에 대하여 구체적으로 설명한다. 교류 신호원(52)은, 2∼8 MHz 정도의 고정 주파수의 발진기이고, 예를 들면 수정 발진기가 사용된다. 그리고, 교류 신호원(52)에 의해 공급되는 교류 전압에 의해, 센서 코일(60)에 전류(I1)가 흐른다. 금속막(또는 도전성막)(mf)의 근방에 배치된 센서 코일(60)에 전류가 흐름으로써, 이 자속이 금속막(또는 도전성막)(mf)과 쇄교(鎖交)함으로써 그 사이에 상호 인덕턴스(M)가 형성되고, 금속막(또는 도전성막)(mf) 중에 와전류(I2)가 흐른다. 여기서 R1은 센서 코일을 포함하는 1차측의 등가 저항이고, L1은 마찬가지로 센서 코일을 포함하는 1차측의 자기 인덕턴스이다. 금속막(또는 도전성막)(mf) 측에서는, R2는 와전류손(損)에 상당하는 등가 저항이고, L2는 그 자기 인덕턴스이다. 교류 신호원(52)의 단자(a, b)로부터 센서 코일측을 본 임피던스(Z)는, 금속막(또는 도전성막)(mf) 중에 형성되는 와전류손의 크기에 따라 변화된다.
도 4(a), 도 4(b), 도 4(c)는, 종래의 와전류 센서의 센서 코일과 본 발명의 와전류 센서의 센서 코일을 대비하여 나타내는 도면이다. 도 4(a)는 종래의 와전류 센서에서 사용되고 있는 센서 코일의 구성예를 나타내는 개략도, 도 4(b)는 본 발명의 와전류 센서(50)의 센서 코일의 구성예를 나타내는 개략도이고, 도 4(c)는 본 발명의 와전류 센서(50)의 검출 코일을 나타내는 모식적인 평면도이다.
도 4(a)에 나타내는 바와 같이, 종래의 와전류 센서의 센서 코일(51)은, 금속막(또는 도전성막)에 와전류를 형성하기 위한 코일과, 금속막(또는 도전성막)의 와전류를 검출하기 위한 코일을 분리한 것으로, 보빈(71)에 권회된 3개의 코일(72, 73, 74)에 의해 구성되어 있다. 센서의 감도를 얻기 위해서는, 코일의 감김수를 증가시킬 필요가 있다. 그 때문에 센서 코일(51)에서의 3개의 코일(72, 73, 74)은, 열을 반도체 웨이퍼(기판)(W)에 대하여 수직 방향, 층을 반도체 웨이퍼(기판)(W)에 대하여 평행 방향이라 정의하였을 때에, 보빈(71)의 외주에 선재(ln)를 각각 5열 2층(10턴)으로 솔레노이드 감기한 코일로 이루어진다. 여기서 중앙의 코일(72)은, 교류 신호원(52)에 접속되는 발진 코일이다. 이 발진 코일(72)은, 교류 신호원(52)으로부터 공급되는 전압이 형성하는 자계에 의해, 근방에 배치되는 반도체 웨이퍼(기판)(W) 상의 금속막(또는 도전성막)(mf)에 와전류를 형성한다. 보빈(71)의 금속막(또는 도전성막)측에는, 검출 코일(73)이 배치되고, 금속막(또는 도전성막)에 형성되는 와전류에 의해 발생하는 자계를 검출한다. 발진 코일(72)을 사이에 두고 검출 코일(73)의 반대측에는 밸런스 코일(74)이 배치되어 있다.
이에 대하여 본 발명의 와전류 센서(50)의 센서 코일(60)은, 도 4(b)에 나타내는 바와 같이, 3개의 코일(62, 63, 64)에 의해 구성되어 있고, 보빈(61)에 감기는 방식을 채용하고 있지 않다. 센서 코일(60)의 3개의 코일(62, 63, 64)은, 열을 반도체 웨이퍼(기판)(W)에 대하여 수직 방향, 층을 반도체 웨이퍼(기판)(W)에 대하여 평행 방향이라 정의하였을 때에, 선재(ln)를 각각 1열 N층 감기로 스파이럴 형상으로 감은 코일이다. 더욱 상세하게 설명하면, 3개의 코일(62, 63, 64)은, 열을 반도체 웨이퍼(기판)(W)의 금속막(또는 도전성막)이 형성된 면에 대하여 수직 방향, 층을 반도체 웨이퍼(기판)(W)의 금속막(또는 도전성막)이 형성된 면에 대하여 평행 방향이라 정의하였을 때에, 선재(ln)를 각각 1열 N층 감기로 스파이럴 형상으로 감은 코일이다. N은 2 이상의 정수이고, 예를 들면 종래와 동등 이상의 감김수로 하면 N은 10 이상이다. 도 4(b)에 나타내는 예에서는 1열 14층의 코일이다.
상기 3개의 코일(62, 63, 64) 중, 중앙의 코일(62)은, 교류 신호원(52)에 접속되는 발진 코일이다. 이 발진 코일(62)은, 교류 신호원(52)으로부터 공급되는 전압이 형성하는 자계에 의해, 근방에 배치되는 반도체 웨이퍼(W) 상의 금속막(또는 도전성막)(mf)에 와전류를 형성한다. 발진 코일(62)의 금속막(또는 도전성막)측에는, 검출 코일(63)이 배치되고, 금속막(또는 도전성막)에 형성되는 와전류에 의해 발생하는 자계를 검출한다. 발진 코일(62)을 사이에 두고 검출 코일(63)과 반대측에는 밸런스 코일(64)이 배치되어 있다. 발진 코일(62)과 검출 코일(63)의 사이에는 발진 코일(62)과 검출 코일(63)의 간격을 일정하게 유지하기 위한 스페이서(S1)가 배치되어 있고, 발진 코일(62)과 밸런스 코일(64)의 사이에는 발진 코일(62)과 밸런스 코일(64)의 간격을 일정하게 유지하기 위한 스페이서(S2)가 배치되어 있다. 그리고, 밸런스 코일(64)에 인접하여 보빈(61)이 배치되어 있다. 또한, 발진 코일(62)과 검출 코일(63)의 사이 및 발진 코일(62)과 밸런스 코일(64)의 사이는, 거리만 두고 있으면 되고, 특히 스페이서를 설치하지 않고 공간뿐이어도 된다.
도 4(c)에 나타내는 바와 같이, 검출 코일(63)은, 선재(ln)를 1열 N층 감기로 반경방향으로 스파이럴 형상으로 감은 코일로 이루어져 있다. 검출 코일(63)은, 반도체 웨이퍼(기판)의 금속막(또는 도전성막)(mf)이 형성된 면과 평행하게 선재(ln)를 스파이럴 형상으로 N층 감음으로써 열방향[도 4(c)에서 지면과 직교하는 방향]으로 선재(ln)의 직경만큼밖에 두께가 없어 편평하게 되어 있어도 되고, 선재(ln)를 스파이럴 형상으로 N층 감을 때에 반도체 웨이퍼(기판)(W)에 점차로 접근하도록(또는 멀어지도록) 만곡시킴으로써 열방향으로 선재(ln)의 직경만큼보다 소정의 두께를 가지게 한 것이어도 된다. 도 4(c)에서는 검출 코일(63)을 도시하였으나, 발진 코일(62) 및 밸런스 코일(64)도 도 4(c)와 동일한 형상으로 되어 있다.
또, 센서 코일(60)에서의 각 코일(62, 63, 64)은, 선재(ln)를 1열 N층 감기로 스파이럴 형상으로 감은 도 4(c)에 나타내는 코일을 m개 직렬로 접속하여 구성하여도 된다. 여기서 m은 2 이상의 정수이다. 1열 N층의 코일을 m개 직렬로 접속하는 경우, 각 코일끼리가 접촉하면, 용량 성분이 증가하기 때문에, 1열 N층의 코일을 열방향(기판에 대하여 수직 방향)으로 m개 나란히 배열하고, 인접하는 코일사이에 간극을 두는 것이 바람직하다. 또한, 이 간극에 투자율이 낮은 재료를 설치하여도 된다.
도 5(a), 도 5(b)는, 1열 N층의 코일을 m개 직렬로 접속하는 형태를 나타내는 모식도이다.
도 5(a)에 나타내는 형태에서는, 1열 N층의 코일 A, 코일 B를 직렬로 접속하고 있다. 도 5(a)의 형태에서는, 코일 2열분의 인덕턴스(L1A+L1B)와, 인접하는 코일 사이의 상호 인덕턴스(M)가 얻어진다. 인접하는 코일 사이의 상호 인덕턴스(M)는 다음의 식이 된다.
[수학식 1]
여기서, k는 결합계수, L1A, L1B는 자기 인덕턴스 [H]이다.
따라서, 도 5(a)에 나타내는 예에서는, 합성 인덕턴스는, L0=L1A+L1B+2M이 된다.
도 5(b)에 나타내는 형태에서는, 1열 N층의 코일 A, 코일 B, 코일 C를 직렬로 접속하고 있다. 도 5(b)의 형태에서는, 코일 3열분의 인덕턴스(L1A+L1B+L1C)와, 인접하는 코일 사이의 상호 인덕턴스(M1AB, M1BC, M1AC)가 얻어진다. 상호 인덕턴스(M1AB, M1BC, M1AC)는 다음의 식이 된다.
[수학식 2]
여기서, k0, k1, k2는 결합계수, L1A, L1B, L1C는 자기 인덕턴스이다.
따라서, 도 5(b)에 나타내는 예에서는, 합성 인덕턴스는, L0=L1A+L1B+L1C+2M1AB+2M1BC+2M1AC가 된다.
도 5(a), 도 5(b)에서는, 1열 N층의 코일을 2개 또는 3개 직렬 접속하는 경우를 나타냈으나, 1열 N층의 코일을 m개 직렬로 접속하는 경우에는, 코일의 합성 인덕턴스(L0)는, m열분의 인덕턴스와 m열 사이의 상호 인덕턴스의 합이 되기 때문에, 코일의 합성 인덕턴스의 상승에 따라, 코일 전체의 센서 출력값은 증가하게 되어, 검출을 양호하게 행하는 것이 가능하게 된다.
또한, 도 5(a), 도 5(b)에 나타내는 예에 있어서는, 1열 N층의 코일 사이에 전환 스위치를 설치함으로써, 직렬 접속되는 코일수를 적절히 선정할 수 있다. 따라서, 검출 대상의 금속막이나 막두께에 따라, 검출 코일(63), 발진 코일(여자 코일)(62), 밸런스 코일(더미 코일)(64)의 코일수(열수)를 전환하여, 최적의 검출을 행하는 것이 가능하게 된다. 예를 들면, 금속막의 막두께가 얇거나, 금속의 저항값이 낮은 경우에는 코일수(열수)를 늘리는 것이 가능하게 된다. 또한, 도 5(a), 도 5(b)에 있어서, 코일 A, 코일 B, 코일 C 등의 코일 사이에는, 공간(간극)은 없어도 되지만, 설치하는 편이 바람직하다. 이 공간(간극)에 유전율이 낮은 재질인 것을 배치해도 된다.
도 6은, 종래의 와전류 센서의 센서 코일(51) 및 본 발명의 와전류 센서의 센서 코일(60)과 반도체 웨이퍼(기판)의 위치 관계를 나타내는 모식적 입면도이다. 도 6에 나타내는 바와 같이, 종래의 센서 코일(51)의 검출단(51e)과 본 발명의 와전류 센서의 센서 코일(60)의 검출단(60e)을 동일한 높이 위치에 배치하는 경우, 본 발명의 와전류 센서(50)의 센서 코일(60)은, 종래의 와전류 센서의 센서 코일(51)에 비하여, 반도체 웨이퍼(W)에 접근시켜 배치할 수 있는 것이 특징으로 되어 있다.
센서의 감도를 얻기 위해서는, 코일의 감김수를 증가시킬 필요가 있다. 종래의 솔레노이드 감기의 센서 코일(51)은, 보빈[공심(空芯)을 포함한다]에 선재(ln)를 감고 있었기 때문에 5열 2층(10턴)이 되고, 센서 코일(51)에서의 각 코일(73, 72, 74)과 반도체 웨이퍼(W) 사이의 거리(L1, L2, L3)가 멀어진다.
본 발명의 센서 코일(60)은, 보빈에 감는 방식이 아니어도 되기 때문에, 각 코일(62, 63, 64)을 1열 N층 감기로 스파이럴 형상으로 감음으로써, 각 코일의 두께가 얇은 상태에서 감김수를 많이 취하는 것이 가능하게 된다. 따라서, 센서 코일(60)에서의 각 코일(63, 62, 64)과 반도체 웨이퍼(W) 사이의 거리(L1, L2, L3)를 접근시킬 수 있기 때문에, 센서 감도가 좋아진다. 그리고, 감김수를 크게 취함으로써 L성분도 상승하고, 감도가 향상한다.
종래의 솔레노이드 감기 방식에서는, 감김수가 증가하면 코일 공진 주파수는 낮아지고, 선간의 용량 성분은 병렬 접속이 되어 증가하며, 공진 주파수는 실제로는 높게 할 수 없기 때문에, 코일로부터 발진하는 주파수를 높게 할 수 없게 된다.
이에 대하여, 본 발명의 스파이럴 감기를 실시한 경우, 1열 N층 감기이기 때문에, 선간의 용량 성분은 직렬 접속이 되어 작게 할 수 있다. 그리고, 감김수를 많이 취하는 것이 가능해져, L성분을 높게 유지한 채로, 공진 주파수가 상승하여, 발진 주파수를 상승시키는 것이 가능하게 된다.
도 4(b), 도 4(c)에서는, 스파이럴 감기의 코일을 예시하였으나, 스파이럴 감기뿐만 아니라 다른 감기 방법이어도, 1열 N층 감기이면 동일한 효과를 얻을 수 있는 것이다.
도 7 내지 도 9는, 1열 N층 감기의 센서 코일의 다른 감기 방법을 나타내는 개략도이다.
도 7에 나타내는 예에서는, 선재(ln)를 1열 N층 감기로 다각 형상으로 감음으로써 검출 코일(63)을 형성하고 있다. 도 7에 나타내는 바와 같이, 다각형은, 반경방향 내측으로부터 반경방향 외측으로 감에 따라, 다각형의 모서리수가 증가하는 것이어도 되고, 삼각형이나 사각형만으로 이루어져 다각형의 모서리수가 동일한 것이어도 된다.
도 8에 나타내는 예에서는, 선재(ln)를 1열 N층 감기로 타원형상으로 감음으로써 검출 코일(63)을 형성하고 있다.
도 9에 나타내는 예에서는, 소정의 기판(BP)에 1열 N층 감기로 스파이럴 형상으로 인쇄 배선(printed wiring)(PW)을 실시함으로써, 도전체(1n)를 1열 N층으로 감은 패턴 코일로 이루어지는 검출 코일(63)을 형성하고 있다. 또한, 도전체(1n)를 1열 N층으로 감은 패턴 코일은, 인쇄 배선 이외에, 금속 부재(Cu막, Cu박, Cu재 등)를 에칭 또는 와이어 커트 등의 가공에 의해 제작하는 것이 가능하다. 또한, 금속 부재는, Cu 이외에 AL 등의 다른 재질인 것이어도 된다.
도 7 내지 도 9에 나타내는 예에서는, 선재 또는 도전체(ln)의 각종 감기 방법을 검출 코일(63)에 적용한 경우를 나타냈으나, 발진 코일(62) 및 밸런스 코일(64)에도 마찬가지로 적용할 수 있다.
도 10은, 센서 코일(60)의 3개의 코일(62, 63, 64) 중 발진 코일(62)의 형상을 오목 구면 형상으로 형성한 예를 나타내는 개략도이다. 도 10에 나타내는 바와 같이, 발진 코일(62)은, 반경방향 내측이 밸런스 코일측으로 오목하고, 반경방향 외측으로 감에 따라 검출 코일측에 접근하도록 오목 구면 형상으로 만곡시켜 선재를 감은 코일이다. 이와 같이, 발진 코일(62)을 오목 구면 형상으로 만곡시켜 형성함으로써, 발진 자계를 중앙부에 수속시키는 것이 가능해지고, 센서 감도를 올릴 수 있다.
도 11은, 도 4(b)에 나타내는 센서 코일의 주위에 고투자율 재료로 이루어지는 통 형상 부재를 배치한 예를 나타내는 개략도이다. 도 11에 나타내는 바와 같이, 센서 코일(60)의 보빈(61) 및 3개의 코일(62, 63, 64)의 주위를 고투자율 재료로 이루어지는 통 형상 부재(65)에 의해 둘러싸도록 하고 있다. 통 형상 부재(65)는, 예를 들면, 비투자율 μ=50인 고투자율 재료(예를 들면 페라이트, 아모르퍼스, 퍼멀로이, 슈퍼멀로이, 뮤 메탈)를 사용하여 제작함으로써, 센서 코일 주위의 환경이 공기인 경우보다 50배의 자속을 통과시킬 수 있다. 바꿔 말하면, 세라믹스 재료 등의 전기적으로 절연재료의 주위 환경 내에 설치하는 경우보다 1/50의 두께 내로 동등한 자속을 통과시킬 수 있다.
도 11에 나타내는 바와 같이, 센서 코일의 주위에 고투자율 재료로 이루어지는 통 형상 부재(65)를 배치함으로써, 연마 테이블(100)이 스테인리스(SUS)재 등의 도전성 재료에 의해 제작되어 있는 경우에도, 통 형상 부재(65) 내에 배치되어 있는 센서 코일(60)의 발진 코일(62)에 전류 공급하여 형성하는 자속은, 연마 테이블 내에 와전류를 발생시켜 측정에 필요한 크기의 자속의 경로(자로)를 작게 하는 일이 없고, 반도체 웨이퍼(W)의 금속막에 유효한 와전류를 발생시키는 경로를 취할 수 있다. 즉, 통 형상 부재(65)는, 센서 코일(60)의 발진 코일(62)에 의한 자속을 연마 테이블(100)의 도전성의 모재 내로 통과시키지 않고, 반도체 웨이퍼(W)측의 검출 공간 내로 넓어지는 경로로서 기능하고, 그 자속은, 측정 대상의 금속막(또는 도전성막)(mf) 내에 큰 와전류를 발생시킬 수 있다. 이 때문에, 연마 테이블(100)이, 스테인리스(SUS) 등의 도전성 재료에 의해 제작되어 있는 경우에도, SiC 등의 세라믹스 재료(절연재료)에 의해 제작한 경우와, 동일한 감도를 확보할 수 있다.
도 12는, 와전류 센서(50)의 센서 코일(60)의 3개의 코일(62, 63, 64)에 대하여 솔레노이드 감기와 스파이럴 감기를 조합시킨 예를 나타내는 개략도이다. 검출 코일(63)을 1열 N층으로 스파이럴 감기로 함으로써, 검출 코일(63)을 웨이퍼에 접근시킬 수 있고, 또 선간의 용량 성분이 직렬 접속이 되어 작게 할 수 있는 등의 이유로부터 검출 코일(63)의 성능을 향상시킬 수 있다. 그 때문에 검출 코일(63)의 감도는 향상하므로, 도 12에 나타내는 바와 같이, 발진 코일(62)이 종래의 솔레노이드 감기이어도 종래의 센서보다 감도는 좋아진다. 발진 코일(62)은, 선재 또는 도전체(ln)를 N열 1층에 솔레노이드 감기한 코일을 M층으로 하여 구성하여도 된다. 여기서 M은 2 이상의 정수이다. N열 1층의 코일을 M층으로 하는 경우, 각 코일끼리가 접촉하면, 용량 성분이 증가하기 때문에, N열 1층의 코일을 층 방향(기판에 대하여 평행 방향)으로 M개 나란히 배열하고, 인접하는 코일 사이에 간극을 두는 것이 바람직하며, 이 간극에 투자율이 낮은 재료를 설치하여도 된다. 또한, 밸런스 코일(64)은, 검출 코일(63)과 브리지 회로(후술한다)를 구성하기 때문에, 양 코일(63, 64)은 동일 특성인 것을 사용하는 것이 바람직하다. 그 때문에 도 12에 나타내는 바와 같이, 밸런스 코일(64)은 스파이럴 감기를 채용하고 있다.
다음으로, 코일의 크기(직경)를 작게 함으로써 금속막의 미세한 검출을 가능하게 하는 실시형태에 대해 설명한다.
도 13은, 검출 코일(63), 발진 코일(여자 코일)(62), 밸런스 코일(더미 코일)(64)의 직경(외경)을 바꾼 실시형태를 나타내는 개략도이다. 도 13에 나타내는 바와 같이, 검출 코일(63), 발진 코일(62), 밸런스 코일(64)의 직경(외경)은 동일할 필요는 없으며, 발진 코일(62)과, 검출 코일(63) 및 밸런스 코일(64)과의 직경이 달라도 된다. 도 13에 나타내는 예에서는, 검출 코일(63)과 밸런스 코일(64)의 직경을 발진 코일(62)의 직경보다 작게 함으로써, 센서의 검출단의 크기를 작게 하고 있다. 이에 따라, 타겟의 금속막의 미세한 검출이 가능하게 된다.
코일의 직경을 작게 하는 방법으로는, 감김수를 적게 하는 것, 및 선재 직경(패턴 폭), 선재(패턴) 사이 거리를 작게 하는 것을 생각할 수 있다.
코일이 작아지면 센서 출력이 작아지므로, 구조적으로는, 발진 코일(여자 코일)을 크게 하거나, 다단으로 할 필요가 생기지만, 여자 주파수를 올리거나, 여자 전류를 올리는 것으로도 출력을 개선할 수 있다.
도 4 내지 도 9에 나타내는 스파이럴 감기, 다각형 감기, 타원 감기 등의 1열 N층 감기의 검출 코일은, 당해 검출 코일과 콘덴서를 병렬 접속시켜 콜피츠 회로를 구성하여 여자, 검출 기능을 가지게 하여 여자 주파수의 주파수의 변화로부터 연마 종점을 검출하는 센서에도 이용할 수 있다.
도 14는, 와전류 센서(50)의 센서 코일(60)의 3개의 코일(62, 63, 64)을 동심원 형상으로 배치한 예를 나타내는 개략도이다.
도 14에 나타내는 바와 같이, 와전류 센서(50)의 센서 코일(60)의 3개의 코일(62, 63, 64)은 동심원 형상으로 배치되어 있다. 3개의 코일(62, 63, 64) 중, 검출 코일(63)은 최외주에 배치되고, 코일(62)은 중간부에 배치되며, 밸런스 코일(64)은 최내주에 배치되어 있다. 3개의 코일(62, 63, 64)은, 모두 선재 또는 도전체(ln)를 각각 1열 N층 감기로 스파이럴 형상으로 감은 코일이고, 인쇄 배선(printed wiring)으로 일체로 형성할 수 있다.
도 14에 나타내는 바와 같은, 3개의 코일(62, 63, 64)을 동심원 형상으로 배치한 센서 코일(60)에 의하면, 센서 코일 전체를 도 5에 나타내는 반도체 웨이퍼(기판)(W)로부터의 거리 L1의 위치에 접근시켜 배치할 수 있어, 센서 감도가 좋아진다.
도 15는, 센서 코일에서의 각 코일의 접속예를 나타내는 개략도이다. 도 15(a)에 나타내는 바와 같이, 코일(62, 63, 64)은, 1열 N층으로 스파이럴 감기의 코일에 의해 형성되고, 검출 코일(63)과 밸런스 코일(64)은 서로 역상(逆相)으로 접속되어 있다.
검출 코일(63)과 밸런스 코일(64)은, 상기한 바와 같이, 역상의 직렬 회로를 구성하고, 그 양단은 가변 저항(76)을 포함하는 저항 브리지 회로(77)에 접속되어 있다. 발진 코일(62)은 교류 신호원(52)에 접속되고, 교번 자속(交番磁束)을 생성함으로써, 근방에 배치되는 금속막(또는 도전성막)(mf)에 와전류를 형성한다. 가변 저항(76)의 저항값을 조정함으로써, 코일(63, 64)로 이루어지는 직렬 회로의 출력 전압이, 금속막(또는 도전성막)이 존재하지 않을 때에는 제로가 되도록 조정 가능하게 하고 있다. 코일(63, 64)의 각각에 병렬에 들어가는 가변 저항(76)(VR1, VR2)으로 L1, L3의 신호를 동위상으로 하도록 조정한다. 즉, 도 15(b)의 등가회로에서,
이 되도록, 가변 저항 VR1(=VR1 -1 + VR1 -2) 및 VR2(=VR2 -1 + VR2 -2)를 조정한다. 이에 의하여 도 15(c)에 나타내는 바와 같이, 조정 전의 L1, L3의 신호(도면에서 점선으로 나타낸다)를, 동위상·동진폭의 신호(도면에서 실선으로 나타낸다)로 한다.
그리고, 금속막(또는 도전성막)이 검출 코일(63)의 근방에 존재할 때에는, 금속막(또는 도전성막) 중에 형성되는 와전류에 의해 생기는 자속이 검출 코일(63)과 밸런스 코일(64)에 쇄교하나, 검출 코일(63)의 쪽이 금속막(또는 도전성막)에 가까운 위치에 배치되어 있기 때문에, 양 코일(63, 64)에 생기는 유기 전압의 밸런스가 무너지고, 이에 의하여 금속막(또는 도전성막)의 와전류에 의해 형성되는 쇄교 자속을 검출할 수 있다. 즉, 교류 신호원에 접속된 발진 코일(62)로부터, 검출 코일(63)과 밸런스 코일(64)의 직렬 회로를 분리하여, 저항 브리지 회로로 밸런스의 조정을 행함으로써, 제로점의 조정이 가능하다. 따라서, 금속막(또는 도전성막)에 흐르는 와전류를 제로 상태로부터 검출하는 것이 가능해지기 때문에, 금속막(또는 도전성막) 중의 와전류의 검출 감도를 높일 수 있다. 이에 의하여 넓은 다이나믹 레인지로 금속막(또는 도전성막)에 형성되는 와전류의 크기의 검출이 가능하게 된다.
도 16은, 와전류 센서의 동기 검파 회로를 나타내는 블럭도이다.
도 16은, 교류 신호원(52)측에서 센서 코일(60)측을 본 임피던스(Z)의 계측 회로예를 나타내고 있다. 도 16에 나타내는 임피던스(Z)의 계측 회로에서는, 막 두께의 변화에 따르는 저항 성분(R), 리액턴스 성분(X), 진폭 출력(Z) 및 위상출력(tan-1R/X)을 취출할 수 있다.
상기한 바와 같이, 검출 대상의 금속막(또는 도전성막)(mf)이 성막된 반도체 웨이퍼(W) 근방에 배치된 센서 코일(60)에, 교류 신호를 공급하는 신호원(52)은, 수정 발진기로 이루어지는 고정 주파수의 발진기이고, 예를 들면 2 MHz, 8 MHz의 고정 주파수의 전압을 공급한다. 신호원(52)으로 형성되는 교류전압은, 밴드 패스 필터(82)를 거쳐 센서 코일(60)에 공급된다. 센서 코일(60)의 단자에서 검출된 신호는, 고주파 앰플리파이어(83) 및 위상 시프트 회로(84)를 거쳐, cos 동기 검파 회로(85) 및 sin 동기 검파 회로(86)로 이루어지는 동기 검파부에 의해 검출 신호의 cos 성분과 sin 성분이 취출된다. 여기서, 신호원(52)으로 형성되는 발진 신호는, 위상 시프트 회로(84)에 의해 신호원(52)의 동상(同相) 성분(0°)과 직교 성분(90°)의 2개의 신호가 형성되고, 각각 cos 동기 검파 회로(85)와 sin 동기 검파 회로(86)에 도입되어, 상기한 동기 검파가 행하여진다.
동기 검파된 신호는, 로우 패스 필터(87, 88)에 의해, 신호 성분 이상의 불필요한 고주파 성분이 제거되고, cos 동기 검파 출력인 저항 성분(R) 출력과, sin동기 검파 출력인 리액턴스 성분(X) 출력이 각각 취출된다. 또, 벡터 연산 회로(89)에 의해, 저항 성분(R) 출력과 리액턴스 성분(X) 출력으로부터 진폭 출력(R2 +X2)1 /2이 얻어진다. 또, 벡터 연산 회로(90)에 의해, 마찬가지로 저항 성분 출력과 리액턴스 성분 출력으로부터 위상 출력(tan-1R/X)이 얻어진다. 여기서, 측정 장치본체에는, 각종 필터가 센서 신호의 잡음 성분을 제거하기 위하여 설치되어 있다. 각종 필터는, 각각에 따른 컷오프 주파수가 설정되어 있고, 예를 들면 로우 패스 필터의 컷오프 주파수를 0.1∼10 Hz의 범위에서 설정함으로써, 연마 중의 센서 신호에 혼재하는 잡음 성분을 제거하여 측정 대상의 금속막(또는 도전성막)을 고정밀도로 측정할 수 있다.
도 17은, 와전류 센서(50)를 구비한 연마 장치의 주요부 구성을 나타내는 도면이고, 도 17(a)는 와전류 센서(50)의 제어부를 포함하는 전체 구성을 나타내는 도면이며, 도 17(b)는 와전류 센서 부분의 확대 단면도이다. 도 17(a)에 나타내는 바와 같이, 연마 장치의 연마 테이블(100)은 화살표로 나타내는 바와 같이, 그 축심 둘레로 회전 가능하게 되어 있다. 이 연마 테이블(100) 내에는, 교류 신호원 및 동기 검파 회로를 포함하는 프리앰플리파이어 일체형의 센서 코일(60)이 매립되어 있다. 센서 코일(60)의 접속 케이블은, 연마 테이블(100)의 테이블 축(100a) 내를 통과하고, 테이블 축(100a)의 축단에 설치된 로터리 조인트(150)를 경유하여, 케이블에 의해 메인 앰플리파이어(55)를 거쳐 제어 장치(컨트롤러)(56)에 접속되어 있다. 또, 센서 코일(60)은 메인 앰플리파이어(55)를 일체로 구비하고 있는 경우도 있다.
여기서, 제어 장치(56)에는, 각종 필터가 센서 신호의 잡음 성분을 제거하기 위하여 설치되어 있다. 각종 필터는, 각각에 따른 컷오프 주파수가 설정되어 있고, 예를 들면 로우 패스 필터의 컷오프 주파수를 0.1∼10 Hz의 범위에서 설정함으로써, 연마 중인 센서 신호에 혼재되는 잡음 성분을 제거하여 측정 대상의 금속막(또는 도전성막)을 고정밀도로 측정할 수 있다.
도 17(b)에 나타내는 바와 같이, 연마 테이블(100)에 매립된 와전류 센서(50)의 연마 패드측의 단면에는 4불화에틸렌수지 등의 불소계 수지의 코팅(C)을 가짐으로써 연마 패드를 벗기는 경우에, 연마 패드와 와전류 센서가 모두 벗겨지지 않도록 할 수 있다. 또 와전류 센서의 연마 패드측의 단면은 연마 패드(101) 근방의 SiC 등의 재료로 구성된 연마 테이블(100)의 면(연마 패드측의 면)으로부터는 0∼0.05 mm 오목한 위치에 설치되어, 연마시에 웨이퍼에 접촉하는 것을 방지하고 있다. 이 연마 테이블면과 와전류 센서면의 위치의 차는 가능한 한 작은 쪽이 좋으나 실제의 장치에서는 0.02 mm 전후로 설정하는 경우가 많다. 또 이 위치 조정에는 심(박판)(151m)에 의한 조정이나 나사에 의한 조정 수단이 취해진다.
여기서, 센서 코일(60)과 제어 장치(56)를 접속하는 로터리 조인트(150)는, 회전부에서도 신호를 전송할 수는 있으나, 전송하는 신호선 수에 제한이 있다. 이 때문에, 접속하는 신호선은, 8개로 제한되어, DC 전압원, 출력 신호선 및 각종 제어신호의 전송선만에 한정된다. 또한, 이 센서 코일(60)은, 발진 주파수가, 2 내지 8 MHz에서 전환 가능하게 되어 있어, 프리앰플리파이어의 게인도 연마 대상의 막질에 따라 전환 가능하게 되어 있다.
다음으로 도 1 내지 도 17에 나타내는 바와 같이 구성된 와전류 센서를 구비한 연마 장치에서, 연마 중인 반도체 웨이퍼 상의 금속막(또는 도전성막)을 검출하여 모니터하는 방법에 대하여 설명한다.
도 18(a)는, 와전류 센서(50)가 반도체 웨이퍼(W)의 표면(피연마면)을 주사(스캔)할 때의 궤적과 와전류 센서(50)의 출력과의 관계를 나타낸다. 도 18(a)에 나타내는 바와 같이, 와전류 센서(50)는, 연마 테이블(100)의 회전에 따라 반도체 웨이퍼(W)의 하방을 통과하고 있는 동안, 반도체 웨이퍼(W)의 금속막(또는 도전성막)(mf)에 반응하여 소정의 전압값(V)을 출력하도록 되어 있다.
도 18(b)는, 정상인 반도체 웨이퍼(W)의 경우의 와전류 센서(50)의 출력을 나타내는 도면이다. 도 18(b)에서, 가로축은 연마 시간(t)이고, 세로축은 와전류 센서(50)의 출력값(전압값)(V)이다. 도 18(b)에 나타내는 바와 같이, 정상인 반도체 웨이퍼(W)의 경우에는, 와전류 센서(50)는, 반도체 웨이퍼 상의 금속막(또는 도전성막)(mf)에 반응한 개략 사각형 펄스형상의 출력(전압값)을 얻을 수 있다.
도 19(a)는, 반도체 웨이퍼(W)의 연마를 개시하고 나서 반도체 웨이퍼(W) 상의 금속막(또는 도전성막)(mf)이 제거되기(없어지기)까지의 연마 공정과 와전류 센서(50)의 출력과의 관계를 나타내는 도면이다. 도 19(a)에 나타내는 바와 같이, 반도체 웨이퍼(W)의 연마 개시 직후는, 금속막(또는 도전성막)(mf)이 두껍기 때문에, 와전류 센서(50)의 출력은 높아지나, 연마가 진행됨에 따라 금속막(mf)이 얇아지기 때문에, 와전류 센서(50)의 출력이 저하되어 간다. 그리고, 금속막(mf)이 제거되면(없어지면), 와전류 센서(50)의 출력값이 없어진다.
도 19(b)는, 반도체 웨이퍼(W)의 연마를 개시하고 나서 반도체 웨이퍼(W) 상의 금속막(또는 도전성막)(mf)이 제거되기(없어지기)까지의 연마 시간(t)과 와전류 센서(50)의 출력값의 변화의 관계를 나타내는 도면이다. 연마 테이블(100)이 1 회전하여, 와전류 센서(50)가 반도체 웨이퍼(W)의 표면(피연마면)을 주사(스캔)하면, 와전류 센서(50)는 대략 사각형 펄스형상의 출력을 낸다. 제어 장치(56)(도 17 참조)는, 와전류 센서(50)가 반도체 웨이퍼(W)의 표면을 1회 주사할 때마다, 통과 궤적(주사선) 상의 각 측정점의 출력값을 평균한 평균값을 출력값으로서 출력한다. 그리고, 제어 장치(56)는, 연마 테이블(100)이 1 회전할 때마다 와전류 센서(50)의 각 측정점의 평균값으로서의 출력값을 감시하고, 와전류 센서(50)의 출력값이 없어질 때까지 계속해서 감시한다.
도 19(b)는 연마 시간에 따른 와전류 센서(50)의 출력값(평균값)의 변화를 나타낸다. 도 19(b)에 나타내는 바와 같이, 와전류 센서(50)의 출력값의 감시를 행함으로써, 금속막이 똑같이 제거된 상태를 검출할 수 있다.
도 20은, 반도체 웨이퍼(W) 상의 금속막(또는 도전성막)의 연마 공정 및 감시 공정의 순서를 나타내는 플로우차트이다.
도 20에 나타내는 바와 같이, 연마 장치는, 웨이퍼 카세트로부터 반도체 웨이퍼(W)를 취출하여 톱링(1)에 주고 받고, 톱링(1)에 의해 반도체 웨이퍼(W)를 연마 테이블(100) 상의 연마면(101a)에 가압하여 연마를 개시한다. 연마를 개시한 후에, 제어 장치(56)는 와전류 센서(50)의 출력값을 감시하여, 연마 종점의 검출까지는 연마를 속행하고, 와전류 센서(50)의 출력값의 감시 공정을 속행한다. 연마 종점의 검출은, 와전류 센서(50)의 출력값이 금속막 제거 레벨이 된 것을 검출하여 반도체 웨이퍼(W) 상에 똑같이 금속 잔막이 없는 것을 검출하는 것이다. 연마 종점을 검출하면, 반도체 웨이퍼(W)를 연마면(연마 패드)으로부터 떼지 않고, 잔막 감시로 이행한다.
잔막 감시는, 이하의 방법을 임의로 선택함으로써 행한다.
(1) 와전류 센서의 센서 감도의 전환
(2) 감시 수단의 전환
또한, 상기 (1) (2)의 잔막 감시방법에 대해서는 후술한다.
다음으로, 잔막 감시에 의해 얻은 정보를 CMP 프로세스의 전체를 제어하는 제어 장치[프로세스 컨트롤러(도시 생략)]에 전달한다. 또한, CMP 프로세스의 전체를 제어하는 제어 장치(프로세스 컨트롤러)는, 상기 제어 장치(56)를 포함하는 단일의 제어 장치이어도 되고, 제어 장치(56)와는 다른 제어 장치이어도 된다. 제어 장치(프로세스 컨트롤러)는, 잔막 감시의 정보에 의거하여 추가 연마의 실시가 필요한지의 여부를 판정한다. 그리고, 추가 연마의 실시가 필요하다고 판정된 경우에는, 추가 연마를 실시하고, 잔막 감시를 행하여, 잔막이 없는 것을 확인한 후에, 세정 프로세스로 이행한다. 한편, CMP의 프로세스에 이상을 초래하고 있다고 판정한 경우에는, 추가 연마의 실시가 아니라, 연마 프로파일 이상 통지를 행한 후에, 세정 프로세스로 이행한다. 세정 프로세스는, 연마가 끝난 반도체 웨이퍼를 톱링(1)으로부터 떼어낸 후에 연마 장치 내의 세정기에 의해 스크럽 세정, 순수(純水) 세정, 건조 등을 행한다. 그리고, 세정 프로세스가 종료하면, 연마가 끝난 반도체 웨이퍼(W)의 웨이퍼 카세트로의 회수를 행한다.
다음으로, 도 20에 나타내는 플로우차트에서의 잔막 감시 및 추가 연마에 대하여 더 설명한다.
잔막 감시는, 웨이퍼의 본 연마처리 후의 수(水)폴리싱 중 또는 오버폴리시 중에 실시한다. 여기서, 수폴리싱이란, 연마면에 순수(물)를 공급하면서 웨이퍼에 가하는 면압을 작게 하여 폴리싱을 행하는 것을 말한다. 또, 오버폴리시란, 특징점 검출 후에 연마면에 슬러리를 공급하면서 폴리싱을 행하는 방법을 말한다.
잔막 감시로서, 이하의 방법을 사용한다.
(1) 금속 박막 검출을 목적으로 한 센서 감도를 올려 실시하는 방법
(2) 국소적인 잔막을 검출하기 위하여 감시를 행하는 범위를 점 데이터의 집적값의 평균으로부터 점 데이터에 의한 검출방법
잔막 감시방법으로서, (1), (2)를 임의로 조합하여 실시한다. 이 경우, (1)과 (2)의 방법을 조합시킴으로써, 국부적인 금속 박막의 검출이 가능하게 된다.
또, 잔막을 검출한 경우의 추가 연마는 이하와 같이 행한다.
추가 연마의 실시수단으로서, 오버폴리시 중에 잔막을 검출한 경우에는, 오버폴리시의 연마 시간을 변경한다. 또, 잔막 감시에 의해 웨이퍼의 특정 지점에 잔막이 있는 것을 검출한 경우에는, 검출한 특정 지점의 톱링의 압력을 변화시킴으로써 추가 연마를 행하고, 또는 전용 연마조건으로 추가 연마를 행한다. 추가 연마 조건은, 다음의 반도체 웨이퍼 이후를 연마할 때의 연마 조건으로 피드백한다.
다음으로, 상기한 잔막 감시방법 중, 금속 박막 검출을 목적으로 한 센서 감도를 올려 실시하는 방법에 대하여 설명한다.
연마 개시부터 타겟의 금속막 제거까지 소정의 감도를 가지는 센서(센서 A)만을 사용한 경우, 타겟의 금속막이 얇아진 경우나 금속막의 면적이 작아진 경우에는, 금속막의 검출이 곤란해진다. 한편, 박막용 센서(센서 B)만을 사용하여 연마 종점의 검출을 행하는 경우, 초기 금속막이 두꺼운 경우에는, 출력이 오버 레인지(측정 범위 밖)가 되기 때문에, 연마 공정을 감시할 수 없다.
그래서, 본 발명에서는, 감도가 다른 2개의 센서 A, B를 사용하여, 연마 개시부터 센서 A의 감도가 없어질 때까지 출력을 감시하고, 연마 종점의 검출을 실시한 후, 센서 B로 전환을 행하여, 웨이퍼 상에 금속 잔막이 없는 것을 확인한다. 이 경우, 센서 A에는, 도 4(a)에 나타내는 솔레노이드 감기의 3개의 코일(72, 73, 74)을 구비한 와전류 센서를 사용하고, 센서 B에는, 도 4(b)에 나타내는 스파이럴 감기의 3개의 코일(62, 63, 64)을 구비한 와전류 센서를 사용한다. 이에 의하여, 센서 A를 센서 감도가 낮은 센서로 하고, 센서 B를 센서 감도가 높은 센서로 할 수 있다.
또, 도 4(b), 도 7, 도 8, 도 9 등에 나타내는 스파이럴 감기, 다각형 감기,타원 감기 등의 1열 N층 감기의 3개의 코일(62, 63, 64)을 구비한 와전류 센서를 1개 사용하여 코일의 감김수를 전환함으로써, 감도가 다른 2개의 센서 A와 센서 B를 구성할 수도 있다.
도 21(a), 도 21(b)는, 스파이럴 감기의 3개의 코일을 구비한 와전류 센서를 사용하여 코일의 감김수를 전환하여, 감도가 다른 2개의 센서 A, B를 구성하는 방법을 나타내는 모식적인 평면도이다. 도 21(a), 도 21(b)에서는 검출 코일(63)의 감김수를 전환하는 방법에 대하여 나타내나, 발진 코일(62) 및 밸런스 코일(64)의 경우도 동일한 전환방법이다.
도 21(a)에 나타내는 바와 같이, 스파이럴 감기의 검출 코일(63)에 통전하기 위한 입력 단자(T1, T2)가 설치되어 있고, 입력 단자(T1)는 검출 코일(63)의 외주측 단부(63oe)에 접속되고, 입력 단자(T2)는 전환 스위치(SW)에 접속되어 있다. 한편, 검출 코일(63)의 내주측 단부(63ie)는 전환용 단자(TS1)에 접속되고, 검출 코일(63)의 중간부(63m1, 63m2)는 각각 전환용 단자(TS2, TS3)에 접속되어 있다.
도 21(b)에 나타내는 바와 같이, 스파이럴 감기의 검출 코일(63)에 통전하기 위한 입력 단자(T1, T2)가 설치되어 있고, 입력 단자(T1)는 검출 코일(63)의 내주측 단부(63ie)에 접속되고, 입력 단자(T2)는 전환 스위치(SW)에 접속되어 있다. 한편, 검출 코일(63)의 외주측 단부(63oe)는 전환용 단자(TS1)에 접속되고, 검출 코일(63)의 중간부(63m1, 63m2)는 각각 전환용 단자(TS2, TS3)에 접속되어 있다.
도 21(a), 도 21(b)에 나타내는 바와 같이 구성된 검출 코일(63)에서, 전환 스위치(SW)를 전환용 단자(TS1)에 접속함으로써, 입력 단자(T1, T2)로부터 검출 코일(63)의 내주측 단부(63ie)와 외주측 단부(63oe)의 사이에 통전 가능하게 되고, 코일의 감김수는 최대가 된다. 또, 전환 스위치(SW)를 전환용 단자(TS2 또는 TS3)에 접속함으로써, 입력 단자(T1, T2)로부터 검출 코일(63)의 중간부(63m1 또는 63m2)와 외주측 단부(63oe)[또는 내주측 단부(63ie)]의 사이에 통전 가능하게 되고, 코일의 감김수는 적어진다. 이와 같이 하여, 코일의 감김수를 2단계 또는 3단계로 변화시킴으로써, 센서 감도를 바꿀 수 있고, 단일의 검출 코일(63)을 사용하여 코일의 감김수를 전환함으로써 센서 A와 센서 B를 구성할 수 있다.
또, 도 12에 나타내는 바와 같이, 검출 코일(63)과 밸런스 코일(64)을 스파이럴 감기로 하고, 발진 코일(62)을 솔레노이드 감기로 구성한 센서 코일(60)을 구비한 와전류 센서를 센서 A로서 사용하고, 도 4(b)에 나타내는 스파이럴 감기의 3개의 코일(62, 63, 64)을 구비한 와전류 센서를 센서 B로서 사용할 수도 있다.
도 22는, 금속 박막 검출을 목적으로 한 센서 감도를 올려서 실시하는 방법에서 센서의 전환을 행하는 타이밍을 나타내는 모식도이다. 도 22에 나타내는 바와 같이, 반도체 웨이퍼(W)의 연마 개시시에는, 금속막(또는 도전성막)(mf)이 두껍기 때문에, 센서 A의 출력은 높아지나, 연마가 진행됨에 따라 금속막(mf)이 얇아지기 때문에, 센서 A의 출력이 저하하여 간다. 그리고, 「웨이퍼 중심부 금속막 제거/웨이퍼 단부 금속 잔막 있음」의 상태가 되면, 센서 A는 센서 감도 없음의 상태가 된다. 따라서, 센서 A는 연마 종점의 검출을 실시한다. 센서 A가 연마 종점의 검출을 실시한 후, 센서 B로 전환을 행한다. 센서 B는, 센서 A보다 감도가 높게 설정되어 있기 때문에, 웨이퍼 단부측의 출력값이 산 형상으로 커지고, 「웨이퍼 중심부 금속막 제거/웨이퍼 단부 금속 잔막 있음」의 상태를 검출할 수 있다.
다음으로, 상기한 잔막 감시방법 중, 웨이퍼 상의 국소적인 잔막의 검출을 목적으로 감시 방법을 변경하는 방법에 대하여 설명한다.
잔막 발생 위치, 잔막의 크기·막 두께에 관한 정보를 얻기 위하여, 연마 종점의 검출에 사용한, 1회의 주사로 얻어진 모든 측정점의 데이터를 평균한 출력값에 의한 감시로부터, 각 측정점의 출력값에 의한 감시로 전환한다. 잔막의 위치가 전체 둘레에 걸치지 않고, 국소적인 경우에는 센서의 궤적 상을 잔막이 통과한 경우에, 출력값이 변화된다. 이 출력값의 변화를 포착하여 웨이퍼의 단부(또는 중심)로부터의 거리를 파악할 수 있다. 이 경우, 센서 감도를 전환함으로써, 금속 박막의 감시도 가능하게 된다.
도 23은, 웨이퍼 상의 국소적인 잔막의 검출을 목적으로 감시 방법을 변경하는 방법을 나타내는 도면이다. 도 23(a)는, 1회의 주사로 얻어진 센서 궤적 상의 모든 측정점의 데이터를 평균한 출력값을 사용하는 감시 방법을 나타내고, 도 23(b)는, 1회의 주사로 얻어진 센서 궤적 상의 각 측정점의 출력값을 사용하는 감시 방법을 나타내며, 도 23(c)는 도 23(a)에 나타내는 감시 방법으로부터 도 23(b)에 나타내는 감시 방법으로 전환하는 경우를 나타내는 그래프이다. 도 23(c)에서, 가로축은 연마 시간(t)이고, 세로축은 와전류 센서의 출력값이다.
도 23(a)에 나타내는 바와 같이, 와전류 센서(50)가 반도체 웨이퍼의 표면을 1회 주사할 때마다, 모든 측정점에서 측정된 데이터를 평균한 출력값을 사용하여 감시한다. 그리고, 도 23(c)에 나타내는 바와 같이, 센서 A의 궤적 상의 모든 측정점의 데이터를 평균한 출력값을 감시함으로써 연마 종점의 검출을 행한다. 센서 A에 의해 연마 종점을 검출한 시점에서는, 금속막 제거 레벨로 되어 있다. 이 경우, 국소적인 면적이 작은 금속 박막은, 그 부분의 출력값이 평균화 처리되기 때문에 검출할 수는 없다.
그 때문에 연마 종점을 검출한 후에, 감도가 높은 센서 B로 전환을 행한다. 도 23(b)에 나타내는 바와 같이, 센서 B는, 센서가 반도체 웨이퍼의 표면을 1회 주사할 때마다, 각 측정점에서 측정된 출력값을 출력한다. 그 때문에 잔막이 발생하고 있는 경우에는, 센서 B의 출력값은, 도 23(b)의 하부에 나타내는 바와 같이 산형상의 출력값이 되어, 금속 박막의 검출이 가능하게 된다. 또, 잔막이 발생하고 있는 지점의 파악도 가능하게 된다. 즉, 도 23(c)에 나타내는 바와 같이, 센서 A의 평균화 처리된 출력값을 감시하여 연마 종점을 검출한 후에, 감도가 높은 센서 B로 전환하고, 센서 B에서의 평균화 처리되지 않는 각 측정값의 출력값을 감시함으로써, 국소적인 면적이 작은 잔막의 발생을 검출할 수 있다.
도 24는, 센서 B에 의하여 얻은 각 측정값의 출력값을 감시함으로써 국소적인 잔막의 발생을 검출하는 경우에, 웨이퍼의 하층에 있는 금속 배선 등의 영향에 대하여 나타내는 도면이다. 도 24(a)는, 웨이퍼의 하층의 영향을 받지 않는 경우를 나타내고, 도 24(b)는, 웨이퍼의 하층에 있는 금속 배선 등의 영향을 받는 경우를 나타낸다.
상기한 바와 같이, 센서 A를 사용하여, 웨이퍼면 내를 통과하는 센서의 궤적 상의 출력을 평균화함으로써, 금속막의 하층에 있는 금속 배선의 영향을 회피할 수 있다. 한편, 센서 B는 각 측정점에서 측정된 출력값을 출력하기 때문에, 도 24(a)에 나타내는 바와 같이, 센서 B의 평균화 처리되지 않는 각 측정값의 출력값을 감시함으로써, 국소적인 면적이 작은 잔막의 발생을 검출할 수 있다. 그러나, 센서 B의 출력값은, 각 측정점의 출력값이기 때문에, 금속막의 하층에 있는 금속 배선 등의 영향을 받을 가능성이 있다. 그 때문에 도 24(b)에 나타내는 바와 같이, 출력이 상승하고 있는 점이 많은 경우에는, 잔막이 아니고, 웨이퍼의 하층에 의한 영향이라고 판단한다.
다음으로, 도 20에 나타내는 플로우차트 중의 잔막 감시에서 잔막을 검출한 경우에, CMP에 의해 추가 연마를 실시하는 경우와 연마 프로파일의 이상을 통지하는 경우의 방식을 선택 가능하게 하고 있는 점에 대하여 설명한다.
잔막 감시에서 잔막을 검출한 경우에, 통상, 추가 연마를 실시하여 금속 박막을 제거한다. 그러나, 추가 연마에 의해 웨이퍼의 평탄성이 유지된 경우에도, CMP의 프로세스에 이상을 초래하고 있는 경우가 있기 때문에, 연마 프로파일의 이상을 연마 장치의 제어 장치에 통지할 수 있도록 하고 있다.
다음으로, 와전류 센서(50)가 반도체 웨이퍼의 표면을 주사할 때의 궤적(주사선)에 대하여 설명한다.
본 발명에서는, 소정의 시간 내(예를 들면 이동 평균시간 내)에 와전류 센서(50)가 반도체 웨이퍼(W) 상에 그리는 궤적이 반도체 웨이퍼(W) 표면의 전체 둘레에 걸쳐 대략 균등하게 분포되도록 톱링(1)과 연마 테이블(100)의 회전 속도비를 조정한다.
도 25는, 와전류 센서(50)가 반도체 웨이퍼(W) 상을 주사하는 궤적을 나타내는 모식도이다. 도 25에 나타내는 바와 같이, 와전류 센서(50)는, 연마 테이블(100)이 1 회전할 때마다 반도체 웨이퍼(W)의 표면(피연마면)을 주사하나, 연마 테이블(100)이 회전하면, 와전류 센서(50)는 대략 반도체 웨이퍼(W)의 중심(Cw)[톱링 샤프트(111)의 중심]을 통과하는 궤적을 그려 반도체 웨이퍼(W)의 피연마면 상을 주사하게 된다. 톱링(1)의 회전 속도와 연마 테이블(100)의 회전 속도를 다르게 함으로써, 반도체 웨이퍼(W)의 표면에서의 와전류 센서(50)의 궤적은, 도 25에 나타내는 바와 같이, 연마 테이블(100)의 회전에 따라 주사선 SL1, SL2, SL3, …으로 변화된다. 이 경우에도, 상기한 바와 같이, 와전류 센서(50)는, 반도체 웨이퍼(W)의 중심(Cw)을 통과하는 위치에 배치되어 있기 때문에, 와전류 센서(50)가 그리는 궤적은, 매회 반도체 웨이퍼(W)의 중심(Cw)을 통과한다.
도 26은, 연마 테이블(100)의 회전 속도를 70 min-1, 톱링(1)의 회전 속도를 77 min-1로 하여, 이동 평균시간(본 예에서는 5초) 내에 와전류 센서(50)가 그리는 반도체 웨이퍼 상의 궤적을 나타내는 도면이다. 도 26에 나타내는 바와 같이, 이 조건 하에서는, 연마 테이블(100)이 1 회전할 때마다 와전류 센서(50)의 궤적이 36도 회전하기 때문에, 5회 주사할 때마다 센서 궤적이 반도체 웨이퍼(W) 상을 반 바퀴만큼 회전하게 된다. 센서 궤적의 만곡도 고려하면, 이동 평균시간 내에 와전류 센서(50)가 반도체 웨이퍼(W)를 6회 주사함으로써, 와전류 센서(50)는 반도체 웨이퍼(W) 상을 대략 균등하게 전체면 스캔하게 된다.
상기한 예에서는, 톱링(1)의 회전 속도가 연마 테이블(100)의 회전 속도보다 빠른 경우를 나타냈으나, 톱링(1)의 회전 속도가 연마 테이블(100)의 회전 속도보다 느린 경우[예를 들면 연마 테이블(100)의 회전속도가 70 min-1, 톱링(1)의 회전속도가 63 min-1]도, 센서 궤적이 역방향으로 회전할 뿐이고, 소정의 시간 내에 와전류 센서(50)가 반도체 웨이퍼(W)의 표면에 그리는 궤적을 반도체 웨이퍼(W) 표면의 전체 둘레에 걸쳐 분포되도록 하는 점에서는 상기의 예와 동일하다.
또, 상기한 예에서는, 톱링(1)과 연마 테이블(100)의 회전 속도비가 1에 가까운 경우를 설명하였으나, 회전 속도비가 0.5나 1.5, 2 등(0.5의 배수)에 가까운 경우도 마찬가지이다. 즉, 톱링(1)과 연마 테이블(100)의 회전 속도비가 0.5인 경우, 연마 테이블(100)이 1 회전할 때마다 센서 궤적이 180도 회전하고, 반도체 웨이퍼(W)에서 보면 와전류 센서(50)가 1회전마다 역방향으로부터 동일 궤적 상을 이동하게 된다.
그래서, 톱링(1)과 연마 테이블(100)의 회전 속도비를 0.5로부터 약간 어긋나게 하여[예를 들면 톱링(1)의 회전 속도를 36 min-1, 연마 테이블(100)의 회전 속도를 70 min-1로 한다], 연마 테이블(100)이 1회전할 때마다 센서 궤적이 (180 + 
)도 회전하도록 하면, 센서 궤적이 외견상 
도 어긋나도록 할 수 있다. 따라서, 이동 평균시간 내에 센서 궤적이 반도체 웨이퍼(W)의 표면 상을 약 0.5회, 또는 약 N회, 또는 약 0.5 + N회[바꿔 말하면, 0.5 의 배수, 즉 0.5 × N회(N은 자연수)]만큼 회전하도록 
를 설정[즉, 톱링(1)과 연마 테이블(100)의 회전 속도비를 설정]하면 된다.
이동 평균시간 내에 와전류 센서(50)가 반도체 웨이퍼(W)의 표면에 그리는 궤적이 전체 둘레에 걸쳐 대략 균등하게 분포되도록 하는 것은, 이동 평균시간의 조정도 고려하면 넓은 범위에서 회전 속도비의 선택을 가능하게 한다. 따라서, 연마액(슬러리)의 특성 등에 의해 톱링(1)과 연마 테이블(100)의 회전 속도비를 크게 바꿀 필요가 있는 연마 프로세스에도 대응할 수 있다.
그런데, 일반적으로, 톱링(1)의 회전 속도가 연마 테이블(100)의 회전 속도의 정확히 절반인 경우를 제외하고, 와전류 센서(50)가 반도체 웨이퍼(W) 상에 그리는 궤적은 도 26에 나타내는 바와 같이, 만곡된다. 따라서, 소정의 시간 내(예를 들면 이동 평균시간 내)에 와전류 센서(50)가 반도체 웨이퍼(W) 상에 그리는 궤적이 반도체 웨이퍼(W)의 전체 둘레에 걸쳐 분포되었다 하여도, 센서 궤적이 반드시 엄밀한 의미에서 둘레 방향으로 균등하게 분포되는 것은 아니다. 센서 궤적을 반도체 웨이퍼(W)의 둘레 방향으로 엄밀히 균등하게 분포시키기 위해서는, 소정 시간마다 센서 궤적이 반도체 웨이퍼(W)의 둘레 상을 정확히 N회(N은 자연수)만큼 회전하도록 할 필요가 있다. 이 사이에, 와전류 센서(50)는, 반도체 웨이퍼(W)의 표면을 전체 둘레에 걸쳐 둘레 방향으로 균등한 방향·방면으로 주사한다. 이것을 실현하기 위해서는, 예를 들면 연마 테이블(100)이 소정의 횟수(자연수)만큼 회전하는 사이에, 톱링(1)이 정확히 연마 테이블(100)의 회전 횟수와는 다른 횟수(자연수)만큼 회전하도록, 연마 테이블(100)과 톱링(1)의 회전 속도를 정하면 된다. 이 경우에서도, 상기한 바와 같이, 센서 궤적은 만곡되기 때문에, 센서 궤적이 둘레 방향으로 등간격으로 분포된다고는 할 수 없으나, 센서 궤적을 2개씩 쌍으로 하여 생각하면, 센서 궤적은 임의의 반경 위치에서 둘레 방향으로 균등하게 분포되어 있는 것으로 간주할 수 있다. 도 27은 이것을 나타내는 예이며, 도 26과 동일한 조건으로 연마 테이블(100)이 10회 회전하는 사이의 반도체 웨이퍼(W) 상의 센서 궤적을 나타낸 도면이다. 이상으로, 와전류 센서(50)는, 상기한 예에 비하여 반도체 웨이퍼(W)의 전체면을 더욱 평균적으로 반영한 데이터를 취득할 수 있다.
도 28은, 본 발명의 연마 장치에서 적합하게 사용할 수 있는 복수의 압력실을 구비한 톱링을 나타내는 모식적 단면도이다. 톱링(1)은, 반도체 웨이퍼(W)에 맞닿는 원형의 탄성 패드(142)와, 탄성 패드(142)를 유지하는 척킹 플레이트(144)를 가지고 있다. 탄성 패드(142)의 상주(上周) 단부는 척킹 플레이트(144)에 유지되고, 탄성 패드(142)와 척킹 플레이트(144)의 사이에는, 4개의 압력실(에어백)(P1, P2, P3, P4)이 설치되어 있다. 압력실(P1, P2, P3, P4)에는 각각 유체로(152, 153, 154, 155)를 거쳐 가압 공기 등의 가압 유체가 공급되고, 또는 에어퍼지가 되도록 되어 있다. 중앙의 압력실(P1)은 원형이고, 다른 압력실(P2, P3, P4)은 고리형상이다. 이들 압력실(P1, P2, P3, P4)은, 동심상으로 배열되어 있다.
압력실(P1, P2, P3, P4)의 내부 압력은 도시 생략한 압력 조정부에 의해 서로 독립적으로 변화시키는 것이 가능하고, 이에 의하여 반도체 웨이퍼(W)의 4개의 영역, 즉, 중앙부, 내측 중간부, 외측 중간부 및 주연부에 대한 가압력을 독립적으로 조정할 수 있다. 이 예에서는, 압력실(P1, P2, P3, P4)은, 서로 독립적으로 반도체 웨이퍼(W)를 가압하는 가압 기구를 구성한다. 연마 중인 반도체 웨이퍼(W)의 금속막(또는 도전성막)(mf)의 막 두께는, 연마 테이블(100)에 설치된 와전류 센서(50)(도 1 참조)에 의해 측정되고, 반도체 웨이퍼(W)의 지름방향의 막 두께 분포가 제어 장치(56)(도 17 참조)에 의해 취득된다. 제어 장치(56)는, 막 두께 분포에 따라 압력실(P1, P2, P3, P4)의 내부 압력을 제어하고, 예를 들면 반도체 웨이퍼(W) 상의 금속막(또는 도전성막)(mf)의 중앙부의 막 두께가 주연부의 막 두께보다 두꺼운 경우에는 압력실(P1)의 압력을 압력실(P4)의 압력보다 높이고 금속막(또는 도전성막)(mf)의 중앙부의 연마 압력을 주연부의 연마 압력을 높여 연마를 행하여, 원하는 연마 프로파일을 달성한다.
지금까지 본 발명의 실시형태에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시형태에 한정되지 않고, 그 기술적 사상의 범위 내에서 여러가지 다른 형태로 실시되어도 좋은 것은 물론이다.
1 : 톱링 2 : 톱링 본체
3 : 리테이너링 50 : 와전류 센서
52 : 교류 신호원 54 : 검파 회로
55 : 메인 앰플리파이어 56 : 제어 장치(컨트롤러)
60 : 센서 코일 61 : 보빈
62 : 발진 코일 63 : 검출 코일
64 : 밸런스 코일 65 : 통 형상 부재
76 : 가변 저항 77 : 저항 브리지 회로
82 : 밴드 패스 필터 83 : 고주파 앰플리파이어
84 : 위상 시프트 회로 85 : cos 동기 검파 회로
86 : sin 동기 검파 회로 87, 88 : 로우 패스 필터
89 : 벡터 연산회로 100 : 연마 테이블
100a : 테이블축 101 : 연마 패드
101a : 연마면 102 : 연마액 공급 노즐
110 : 톱링 헤드 111 : 톱링 샤프트
112 : 회전통 113 : 타이밍 풀리
114 : 톱링용 모터 115 : 타이밍 벨트
116 : 타이밍 풀리 117 : 톱링 헤드 샤프트
124 : 상하 이동기구 125 : 로터리 조인트
126 : 베어링 128 : 브리지
129 : 지지대 130 : 지주
132 : 볼나사 138 : AC 서보 모터
132a : 나사축 132b : 너트
142 : 탄성 패드 144 : 척킹 플레이트
150 : 로터리 조인트 151m : 심(박판)
152∼155 : 유체로 W : 반도체 웨이퍼
mf : 금속막(또는 도전성막) P1∼P4 : 압력실
3 : 리테이너링 50 : 와전류 센서
52 : 교류 신호원 54 : 검파 회로
55 : 메인 앰플리파이어 56 : 제어 장치(컨트롤러)
60 : 센서 코일 61 : 보빈
62 : 발진 코일 63 : 검출 코일
64 : 밸런스 코일 65 : 통 형상 부재
76 : 가변 저항 77 : 저항 브리지 회로
82 : 밴드 패스 필터 83 : 고주파 앰플리파이어
84 : 위상 시프트 회로 85 : cos 동기 검파 회로
86 : sin 동기 검파 회로 87, 88 : 로우 패스 필터
89 : 벡터 연산회로 100 : 연마 테이블
100a : 테이블축 101 : 연마 패드
101a : 연마면 102 : 연마액 공급 노즐
110 : 톱링 헤드 111 : 톱링 샤프트
112 : 회전통 113 : 타이밍 풀리
114 : 톱링용 모터 115 : 타이밍 벨트
116 : 타이밍 풀리 117 : 톱링 헤드 샤프트
124 : 상하 이동기구 125 : 로터리 조인트
126 : 베어링 128 : 브리지
129 : 지지대 130 : 지주
132 : 볼나사 138 : AC 서보 모터
132a : 나사축 132b : 너트
142 : 탄성 패드 144 : 척킹 플레이트
150 : 로터리 조인트 151m : 심(박판)
152∼155 : 유체로 W : 반도체 웨이퍼
mf : 금속막(또는 도전성막) P1∼P4 : 압력실
Claims (26)
- 금속막 또는 도전성막이 형성된 기판의 근방에 배치되는 센서 코일과, 당해 센서 코일에 교류 신호를 공급하여 상기 금속막 또는 도전성막에 와전류를 형성하는 신호원과, 상기 센서 코일의 출력에 의거하여 상기 금속막 또는 도전성막에 형성된 와전류를 검출하는 검출 회로를 구비한 와전류 센서로서,
상기 센서 코일은, 상기 신호원에 접속된 발진 코일과, 상기 금속막 또는 도전성막에 형성되는 와전류를 검출하는 검출 코일과, 당해 검출 코일에 직렬로 접속되는 밸런스 코일을 가지고,
상기 검출 코일은, 열을 기판에 대하여 수직 방향, 층을 기판에 대하여 평행 방향이라 정의하였을 때에, 선재(線材) 또는 도전체를 1열 복수층으로 감은 코일을 복수개 직렬로 접속하여 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 와전류 센서. - 제 1항에 있어서,
상기 발진 코일은, 선재 또는 도전체를 1열 복수층으로 감은 코일, 또는, 선재 또는 도전체를 복수열 1층 또는 복수층으로 감은 코일로 이루어지는 것을 특징으로 하는 와전류 센서. - 제 1항에 있어서,
상기 밸런스 코일은, 선재 또는 도전체를 1열 복수층으로 감은 코일로 이루어지는 것을 특징으로 하는 와전류 센서. - 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 발진 코일 및 상기 밸런스 코일 중 적어도 하나는, 선재 또는 도전체를 1열 복수층으로 감은 상기 코일을 복수개 직렬로 접속함으로써 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 와전류 센서. - 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 발진 코일은, 반경방향 외측으로 감에 따라 기판에 접근하도록 만곡하여 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 와전류 센서. - 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 검출 코일과 상기 발진 코일은, 코일 외경이 다른 것을 특징으로 하는 와전류 센서. - 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 검출 코일, 상기 발진 코일 및 상기 밸런스 코일은, 이 순서대로 기판측으로부터 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 와전류 센서. - 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 검출 코일, 상기 발진 코일 및 상기 밸런스 코일은, 동심원 형상으로 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 와전류 센서. - 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 센서 코일은, 고투자율 재료에 의해 형성된 통 형상 부재 내에 수용되어 있는 것을 특징으로 하는 와전류 센서. - 회전하는 연마 테이블 상의 연마면에 연마 대상의 기판을 가압하여 기판 상의 막을 연마하는 연마 방법에 있어서,
상기 기판의 연마 중에, 상기 연마 테이블의 회전에 따라, 당해 연마 테이블에 설치된 종점 검출 센서에 의해 기판의 피연마면을 주사하고,
상기 기판의 피연마면의 주사에 의해 얻어진 상기 종점 검출 센서의 출력을 감시하여, 당해 종점 검출 센서의 출력의 변화로부터 연마 종점을 검출하고,
상기 연마 종점을 검출한 후에, 상기 종점 검출 센서 또는 다른 센서의 출력을 감시하여, 기판 상의 일부에 남은 막을 검출하는 잔막 감시를 행하고,
상기 종점 검출 센서 또는 다른 센서에는 와전류 센서를 사용하고, 당해 와전류 센서에서 기판 상의 막에 형성되는 와전류를 검출하는 코일은, 열을 기판에 대하여 수직 방향, 층을 기판에 대하여 평행 방향이라 정의하였을 때에, 선재 또는 도전체를 1열 복수층으로 감은 코일을 복수개 직렬로 접속하여 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 연마 방법. - 제 10항에 있어서,
상기 잔막 감시는, 상기 종점 검출 센서보다 감도가 높은 상기 다른 센서에 의해 행하고, 상기 다른 센서의 코일에는, 선재 또는 도전체를 1열 복수층으로 감은 상기 코일을 사용하는 것을 특징으로 하는 연마 방법. - 제 10항에 있어서,
상기 잔막 감시는, 상기 종점 검출 센서의 감도를 전환하여 행하고, 당해 감도의 전환은 상기 코일의 감김수를 전환함으로써 행하는 것을 특징으로 하는 연마 방법. - 제 10항에 있어서,
상기 잔막 감시는, 상기 종점 검출 센서보다 감도가 높은 상기 다른 센서에 의해 행하고, 상기 종점 검출 센서와 상기 다른 센서는, 기판 상의 막에 와전류를 형성하기 위한 발진 코일과, 기판 상의 막에 형성되는 와전류를 검출하는 검출 코일과, 당해 검출 코일에 직렬로 접속되는 밸런스 코일을 구비한 와전류 센서이며, 상기 다른 센서의 상기 발진 코일, 상기 검출 코일 및 상기 밸런스 코일에는, 선재 또는 도전체를 1열 복수층으로 감은 코일을 사용하는 것을 특징으로 하는 연마 방법. - 연마면을 가지는 연마 테이블과, 연마 대상의 기판을 유지하는 톱링을 가지고, 회전하는 연마 테이블 상의 연마면에 기판을 가압하여 기판 상의 막을 연마하는 연마 장치에 있어서,
상기 연마 테이블에 설치되어, 상기 연마 테이블의 회전에 따라 기판의 피연마면을 주사하는 종점 검출 센서와,
상기 기판의 피연마면의 주사에 의해 얻어진 상기 종점 검출 센서의 출력을 감시하고, 당해 종점 검출 센서의 출력의 변화로부터 연마 종점을 검출하는 제어 장치를 구비하고,
상기 종점 검출 센서는 와전류 센서로 이루어지고, 당해 와전류 센서에서 기판 상의 막에 형성되는 와전류를 검출하는 코일은, 열을 기판에 대하여 수직 방향, 층을 기판에 대하여 평행 방향이라 정의하였을 때에, 선재 또는 도전체를 1열 복수층으로 감은 코일을 복수개 직렬로 접속하여 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 연마 장치. - 제 14항에 있어서,
상기 제어 장치는, 상기 연마 종점을 검출한 후에, 상기 종점 검출 센서 또는 다른 센서의 출력을 감시하여, 기판 상의 일부에 남은 막을 검출하는 잔막 감시를 행하는 것을 특징으로 하는 연마 장치. - 제 15항에 있어서,
상기 잔막 감시는, 상기 종점 검출 센서보다 감도가 높은 와전류 센서로 이루어지는 상기 다른 센서에 의해 행하고, 상기 다른 센서의 코일은, 선재 또는 도전체를 1열 복수층으로 감은 코일로 이루어지는 것을 특징으로 하는 연마 장치. - 제 15항에 있어서,
상기 잔막 감시는, 상기 종점 검출 센서의 감도를 전환하여 행하고, 당해 감도의 전환은 상기 코일의 감김수를 전환함으로써 행하는 것을 특징으로 하는 연마 장치. - 제 14항 또는 제 15항에 있어서,
상기 종점 검출 센서 또는 다른 센서는, 기판 상의 막에 와전류를 형성하기 위한 발진 코일과, 기판 상의 막에 형성되는 와전류를 검출하는 검출 코일과, 당해 검출 코일에 직렬로 접속되는 밸런스 코일을 가진 센서 코일을 구비한 와전류 센서로 이루어지는 것을 특징으로 하는 연마 장치. - 제 18항에 있어서,
상기 발진 코일은, 선재 또는 도전체를 1열 복수층으로 감은 코일, 또는, 선재 또는 도전체를 복수열 1층 또는 복수층으로 감은 코일로 이루어지는 것을 특징으로 하는 연마 장치. - 제 18항에 있어서,
상기 밸런스 코일은, 선재 또는 도전체를 1열 복수층으로 감은 코일로 이루어지는 것을 특징으로 하는 연마 장치. - 제 18항에 있어서,
상기 발진 코일 및 상기 밸런스 코일 중 적어도 하나는, 선재 또는 도전체를 1열 복수층으로 감은 상기 코일을 복수개 직렬로 접속함으로써 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 연마 장치. - 제 18항에 있어서,
상기 발진 코일은, 반경방향 외측으로 감에 따라 기판에 접근하도록 만곡하여 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 연마 장치. - 제 18항에 있어서,
상기 검출 코일과 상기 발진 코일은, 코일 외경이 다른 것을 특징으로 하는 연마 장치. - 제 18항에 있어서,
상기 검출 코일, 상기 발진 코일 및 상기 밸런스 코일은, 이 순서대로 기판측으로부터 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 연마 장치. - 제 18항에 있어서,
상기 검출 코일, 상기 발진 코일 및 상기 밸런스 코일은, 동심원 형상으로 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 연마 장치. - 제 18항에 있어서,
상기 센서 코일은, 고투자율 재료에 의해 형성된 통 형상 부재 내에 수용되어 있는 것을 특징으로 하는 연마 장치.
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