KR101712920B1 - 화학 기계적 연마 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 화학 기계적 연마 장치에 관한 것으로, 상면에 연마 패드가 입혀지고 자전하는 연마 정반과; 상기 웨이퍼의 주위에 도전성 소재로 형성된 제1부재와, 상기 제1부재의 하측에 비도전성 부재로 형성되어 상기 화학 기계적 연마 공정 중에 상기 연마 패드에 접촉하는 제2부재를 포함하는 리테이너 링을 구비하고, 화학 기계적 연마 공정 중에 상기 웨이퍼의 판면에 접촉하여 가압하는 연마 헤드와; 상기 연마 정반에 위치 고정되어 상기 연마 패드와 함께 회전하고, 상기 웨이퍼에 와전류 신호를 인가하여 상기 웨이퍼 연마층의 두께 정보가 포함된 출력 신호를 수신하는 두께 센서와; 상기 두께 센서에서 상기 제1부재의 위치를 기준 위치로 하여, 상기 기준 위치로부터 상기 웨이퍼의 연마층이 차지하는 연마층 영역에서의 상기 웨이퍼의 연마층 두께를 얻는 제어부를; 포함하여 구성되어, 두께 센서가 제1부재를 통과하면서 두께 센서에 수신되는 출력 신호의 출력 전압의 크기가 급격히 변동하므로, 출력 전압의 변동 위치를 기준 위치로 삼아 이로부터 웨이퍼 연마층의 위치를 감지할 수 있는 화학 기계적 연마 장치를 제공한다.

Description

화학 기계적 연마 장치 {CHEMICAL MECHANICAL POLISHING APPARATUS}
본 발명은 화학 기계적 연마 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 화학 기계적 연마 공정 중에 연마 대상물인 연마층의 위치를 정확하게 감지하여, 웨이퍼의 연마층 두께 분포를 정확하게 인식하는 화학 기계적 연마 장치에 관한 것이다.
일반적으로 화학 기계적 연마(Chemical Mechanical Polishing; CMP) 공정은 회전하는 연마 정반 상에 웨이퍼 등의 기판이 접촉한 상태로 회전 시키면서 기계적인 연마를 행하여 미리 정해진 두께에 이르도록 기판의 표면을 평탄하게 하는 공정이다.
이를 위하여, 도1에 도시된 바와 같이 화학 기계적 연마 장치(1)는 연마 정반(12)에 연마 패드(11)를 그 위에 입힌 상태로 자전시키면서, 연마 헤드(20)로 웨이퍼(W)를 연마 패드(11)의 표면에 가압하면서 회전시켜, 웨이퍼(W)의 표면을 평탄하게 연마한다. 이를 위하여, 연마 패드(11)의 표면이 일정한 상태로 유지되도록 회전(30r)하면서 개질시키는 컨디셔너(30)가 구비되고, 연마 패드(11)의 표면에 화학적 연마를 수행하는 슬러리가 슬러리 공급관(40)을 통해 공급된다.
이와 동시에, 연마 패드(11)에는 웨이퍼(W)의 연마층 두께를 측정하는 두께 센서(50)가 설치되어, 연마 패드(11)와 함께 회전하면서, 웨이퍼(W)의 하측을 통과하면서 수신한 수신 신호로부터 웨이퍼(W)의 연마층 두께를 측정한다. 여기서, 연마층 두께를 측정한다는 것은 연마층의 두께가 타겟 두께에 도달하는지 여부만을 모니터링하는 것도 포함한다.
웨이퍼(W)의 연마층이 도전성 재질인 텅스텐 등의 금속 재질로 형성된 경우에는, 두께 센서(50)는 구리 등의 연마층에 인접 배치된 센서 코일이 구비되어, 교류 전류를 인가(Si)하는 것에 의해 웨이퍼 연마층에 와전류를 형성하는 와전류 입력 신호를 출사하여, 도전성 연마층의 두께에 따라 유도된 와전류(50E)의 합성 임피던스 및 위상차의 변동값이 반영된 출력 신호로부터 웨이퍼(W)의 연마층 두께를 감지한다.
한편, 도3에 도시된 바와 같이, 연마 헤드(20)는 외부로부터 회전 구동력이 전달받는 본체부(22)와, 본체부(22)에 고정되어 본체부(22)와의 사이에 압력 챔버를 형성하는 멤브레인(21)과, 멤브레인(21)에 의하여 가압되는 웨이퍼(W)의 둘레를 감싸면서 화학 기계적 연마 공정 중에 웨이퍼(W)의 이탈을 방지하는 리테이너 링(23)으로 이루어진다. 리테이너 링(23)은 그 상측의 리테이너 챔버(23C)의 공압에 의하여 화학 기계적 연마 공정 중에 연마 패드(11)와 밀착된 상태를 유지한다.
그리고, 화학 기계적 연마 공정 중에 웨이퍼(W)를 가압하는 압력 챔버의 압력과 리테이너 챔버(23C)는 압력 조절부(25)로부터 공압 공급관(25a)을 통해 공급되는 공압에 의하여 조절된다.
여기서, 웨이퍼(W)의 직경(dw)은 리테이너 링(23)의 내경(dr)에 비하여 더 작게 형성되므로, 화학 기계적 연마 공정 중에 멤브레인(21) 바닥판의 하측에 위치한 웨이퍼(W)는 리테이너 링(23)의 내주면과의 간격(e1, e2)을 이루면서, 그 간격 내에서 이동할 수 있다. 따라서, 연마 패드(11)와 함께 회전하는 두께 센서(50)가 연마 헤드(20)의 하측을 통과하면서 수신한 출력 신호 중 어느 부분이 웨이퍼(w)의 연마층의 두께 정보가 포함된 부분이고 어느 부분이 웨이퍼(w)가 위치하지 않은 부분인지를 정확히 파악하지 못하여, 웨이퍼의 전체적인 두께 분포가 간격(e1, e2)만큼의 편차를 두고 감지될 수 밖에 없는 문제가 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위한 것으로, 화학 기계적 연마 공정 중에 연마 대상물인 연마층의 위치를 정확하게 감지하여, 웨이퍼의 연마층 두께 분포를 정확하게 감지하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 화학 기계적 연마 공정 중에 웨이퍼가 리테이너 링에 의해 둘러싸인 영역 내에서 수평 방향으로 치우쳐있더라도, 웨이퍼 연마층의 두께를 정확하게 감지하는 것을 목적으로 한다.
그리고, 본 발명은, 웨이퍼의 연마층이 웨이퍼의 표면에 균일하게 분포되지 않고 치우쳐 위치하더라도, 웨이퍼의 기재에 대하여 연마층의 치우친 위치를 감지하여 웨이퍼의 두께 분포를 정확하게 얻을 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 도전성 재질로 연마층이 형성된 웨이퍼의 화학 기계적 연마 장치로서, 상면에 연마 패드가 입혀지고 자전하는 연마 정반과; 상기 웨이퍼의 주위에 도전성 소재로 형성된 제1부재와, 상기 제1부재의 하측에 비도전성 부재로 형성되어 상기 화학 기계적 연마 공정 중에 상기 연마 패드에 접촉하는 제2부재를 포함하는 리테이너 링을 구비하고, 화학 기계적 연마 공정 중에 상기 웨이퍼의 판면에 접촉하여 가압하는 연마 헤드와; 상기 연마 정반에 위치 고정되어 상기 연마 패드와 함께 회전하고, 상기 웨이퍼에 와전류 신호를 인가하여 상기 웨이퍼 연마층의 두께 정보가 포함된 출력 신호를 수신하는 두께 센서와; 상기 두께 센서에서 상기 제1부재의 위치를 기준 위치로 하여, 상기 기준 위치로부터 상기 웨이퍼의 연마층이 차지하는 연마층 영역에서의 상기 웨이퍼의 연마층 두께를 얻는 제어부를; 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치를 제공한다.
종래에는 웨이퍼의 위치를 파악하기 위해서는, 두께 센서로부터 수신된 출력 신호의 파형을 분석하여 연마층 영역을 판별하였는데, 웨이퍼 연마층의 두께는 매우 얇게 형성되므로, 출력 신호의 출력 전압의 크기 변동이 상대적으로 작아 웨이퍼 연마층의 가장자리 끝단 경계를 정확하게 파악하는 것이 곤란하였다.
그러나, 본 발명은, 웨이퍼를 둘러싸는 리테이너 링에 도전성 소재로 형성되고 웨이퍼 연마층에 비하여 10배 내지 수천배 두께인 제1부재를 구비함에 따라, 두께 센서가 제1부재를 통과하면서 두께 센서에 수신되는 출력 신호의 출력 전압의 크기가 급격히 변동하므로, 제1부재의 위치를 정확히 알 수 있게 된다. 따라서, 본 발명은, 두께 센서에 의하여 수신되는 출력 신호에서 제1부재의 위치를 정확하게 알 수 있으므로, 이를 기준 위치로 삼고 이로부터 웨이퍼의 위치를 감지할 수 있다.
여기서, 상기 제어부는, 상기 기준 위치로부터 상기 웨이퍼의 가장자리까지 정해진 평균 거리만큼 이격된 위치에 상기 웨이퍼의 연마층 영역으로 정할 수 있다.
특히, 상기 제1부재는 서로 다른 높이를 갖는 제1단턱면과 제2단턱면이 형성되고, 상기 기준 위치는 상기 제1단턱면과 상기 제2단턱면의 경계로 형성됨으로써, 제1단턱면과 제2단턱면에서 각각 얻어진 출력 신호의 경계를 기준 위치로 삼을 수 있다. 이와 같이, 제1단턱면과 제2단턱면의 경계를 기준 위치로 함에 따라, 제1부재의 내측면이나 외측면을 기준 위치로 삼는 경우에 비하여, 두께 센서가 연마 헤드의 하측을 통과하면서 기준 위치를 감지하는 정확도를 높일 수 있다.
이 때, 상기 제1단턱면과 상기 제2단턱면은 각각 수평한 평탄면으로 형성됨으로써, 회전하는 리테이너 링의 각 단턱면에서의 와전류 출력신호를 균일하게 얻을 수 있다.
또한, 상기 제1단턱면과 상기 제2단턱면의 높이 편차는 원주 방향 전체에 걸쳐 일정하게 유지되는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 제1단턱면과 상기 제2단턱면은 각각 링 형태로 형성되어 중심으로부터 반경 방향으로 서로 다른 길이에 분포됨으로써, 회전하는 리테이너 링의 각 단턱면에서 와전류 출력신호를 균일하게 얻을 수 있다.
한편, 상기 제1부재는 금속 소재로 형성되고, 상기 제2부재는 수지, 플라스틱 중 어느 하나 이상의 소재로 형성될 수 있다. 이를 통해, 인가되는 전류가 제2부재를 관통하여 도전성 금속 소재의 제1부재에서 와전류가 생성됨으로써, 제1단턱면과 제2단턱면에서 와전류 출력신호를 얻을 수 있다.
한편, 상기 제1부재는 링 형태로 형성되어 연마 헤드에 장착하기가 용이하면서도, 웨이퍼를 둘러싸는 전체 원호를 따라 단턱면이 형성됨에 따라, 화학 기계적 연마 공정 중에 연마 헤드가 자전하고 있더라도, 센서에 의하여 제1단턱면과 제2단턱면으로부터 출력 신호를 수신받아 연마 패드의 두께 변동량을 실시간으로 감지할 수 있다.
그리고, 상기 제2부재는 반드시 링 형태로 형성되지 않더라도 무방하지만, 링 형태로 형성됨으로써 연마 패드와 접촉하는 면이 항상 일정하게 유지되면서, 연마 패드의 손상없이 안정적인 접촉 상태를 유지할 수 있다.
무엇보다도, 본 발명은, 도전성 재질로 연마층이 형성된 웨이퍼의 화학 기계적 연마 장치로서, 상면에 연마 패드가 입혀지고 자전하는 연마 정반과; 화학 기계적 연마 공정 중에 상기 웨이퍼의 판면에 접촉하여 가압하는 연마 헤드와; 상기 연마 정반에 위치 고정되어 상기 연마 패드와 함께 회전하고, 상기 웨이퍼에 와전류 신호를 인가하여 상기 웨이퍼 연마층의 두께 정보가 포함된 출력 신호를 수신하는 두께 센서와; 화학 기계적 연마 공정 중에 상기 두께 센서에서 수신된 출력 신호 중 상기 웨이퍼의 연마층의 하측 영역(Ac)의 끝단을 기준값과 만나도록 연장선을 연장하여, 상기 연장선이 상기 기준값과 만나는 2개의 지점 사이를 상기 웨이퍼의 연마층이 위치한 연마층 영역으로 감지하여, 상기 연마층 영역에서의 상기 웨이퍼의 연마층 두께를 얻는 제어부를; 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치를 제공한다.
화학 기계적 연마 공정 중에 리테이너 링에 의하여 둘러싸인 공간 내에 웨이퍼가 위치하지만, 웨이퍼의 위치는 그 공간 내부에서 변동될 수 있다. 상기와 같이, 본 발명은, 화학 기계적 연마 공정이 행해지지 않은 상태에서 두께 센서에 의해 얻어지는 기준값을 미리 알고 있고, 웨이퍼 연마층의 하측 영역의 끝단을 기준값에 도달하도록 연장시키는 것에 의하여, 리테이너 링의 공간 내부에서 웨이퍼가 치우친 상태로 위치하더라도, 치우친 위치의 웨이퍼의 연마층의 위치를 정확하게 감지할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
이 뿐만 아니라, 웨이퍼 기재(基材)에 증착되는 연마층은 기재의 중심에 대하여 좌우 대칭으로 배치되는 것이 이상적이지만, 연마층은 웨이퍼 기재에 치우치게 증착될 수도 있다. 이와 같은 경우라고 하더라도, 두께 센서에 수신되는 출력 신호는 웨이퍼 연마층의 분포에 관한 정보이므로, 리테이너 링의 공간에서 웨이퍼의 위치에 관계없이 웨이퍼의 연마층 영역을 정확하게 감지할 수 있는 잇점도 얻을 수 있다.
여기서, 웨이퍼의 연마층의 하측 영역(Ac)의 끝단을 연장하는 기준이 되는 기준값은 도전성 재료에 의하여 영향을 받지 않은 값이므로 제로(0)로 정해질 수 있다. 센서의 특성이나 주변 구성 요소들에 의해 센서에서 감지되는 신호는 오프셋값을 가질 수 있으므로, 상기 기준값은 상기 연마 헤드의 하측에 웨이퍼가 위치하지 않은 상태에서 수신한 기본 출력 신호의 오프셋값으로 정해지는 것이 보다 정확한 연마층 영역을 구할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
그리고, 상기 연마 헤드는, 상기 웨이퍼의 주위에 도전성 소재로 형성되고 서로 다른 높이를 갖는 제1단턱면과 제2단턱면이 형성된 제1부재와, 상기 제1부재의 하측에 비도전성 부재로 형성되어 상기 화학 기계적 연마 공정 중에 상기 연마 패드에 접촉하는 제2부재를 포함하는 리테이너 링을 구비하여, 화학 기계적 연마 공정 중에 상기 제1단턱면과 상기 제2단턱면에서 각각 수신한 출력 신호에 의하여 상기 연마 패드의 두께 변동값을 감지할 수 있다. 이에 의하여, 웨이퍼 연마층의 두께값을 구할 때에 연마 패드의 두께 변동값을 반영함으로써 웨이퍼의 연마층 두께를 보다 정확하게 산출할 수 있다.
한편, 발명의 다른 분야에 따르면, 본 발명은, 도전성 재질로 연마층이 형성된 웨이퍼의 화학 기계적 연마 방법으로서, 상기 웨이퍼의 주위에 도전성 소재로 형성되고 상기 연마층에 비하여 보다 두껍게 형성된 제1부재와, 상기 제1부재의 하측에 비도전성 부재로 형성되어 상기 연마 패드에 접촉하는 제2부재를 포함하는 리테이너 링을 구비한 연마 헤드로 상기 웨이퍼를 하측에 위치시킨 상태로 연마 패드를 향하여 가압하면서 연마하는 웨이퍼 연마 단계와; 상기 연마 정반에 위치 고정되어 상기 연마 패드와 함께 회전하고, 상기 웨이퍼에 와전류 신호를 인가하여 상기 웨이퍼 연마층의 두께 정보가 포함된 출력 신호를 두께 센서로 수신하는 연마층 두께정보 수신단계와; 상기 두께 센서에서 상기 제1부재의 위치를 기준 위치로 하여, 상기 기준 위치로부터 상기 웨이퍼의 연마층이 차지하는 연마층 영역에 해당하는 출력 신호를 을 상기 출력 신호로부터 얻고, 얻어진 상기 연마층 영역에서의 상기 출력 신호로부터 상기 웨이퍼의 연마층 두께를 얻는 연마층 두께산출단계를; 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 방법을 제공한다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은, 웨이퍼 연마층 두께에 비하여 훨씬 두꺼운 제1부재를 리테이너 링에 구비함으로써, 웨이퍼 연마층 두께를 측정하는 두께 센서가 제1부재를 통과하면서 출력 신호의 출력 전압이 급격히 변동하게 유도되면서 제1부재의 위치를 출력 신호 상에서 정확히 알 수 있게 되어, 이를 기준 위치로 하여 웨이퍼의 위치를 출력 신호 상에서 정확하게 파악할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
무엇보다도, 본 발명은, 화학 기계적 연마 공정 중에 리테이너 링에 의하여 둘러싸인 공간 내에서 웨이퍼의 위치가 변동하더라도, 화학 기계적 연마 공정이 행해지지 않은 상태에서 두께 센서에 의해 얻어지는 기준값을 미리 알고 있고, 웨이퍼 연마층의 하측 영역의 끝단을 기준값에 도달하도록 연장시키는 것에 의하여, 웨이퍼의 치우친 위치를 정확하게 감지할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
이 뿐만 아니라, 본 발명은, 웨이퍼 기재(基材)에 증착되는 연마층이 웨이퍼 기재에 대하여 치우치게 증착되더라도, 그리고 리테이너 링의 내부 공간 내에 웨이퍼가 치우쳐 위치하더라도, 두께 센서에 수신되는 출력 신호는 도전성 재료로 형성된 웨이퍼 연마층의 분포에 관한 정보이므로, 웨이퍼 연마층의 하측 영역의 끝단을 기준값에 도달하도록 연장시키는 것에 의하여 연마층 영역을 정확하게 감지할 수 있는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
도1은 종래의 화학 기계적 연마 장치의 구성을 도시한 정면도,
도2는 도1의 평면도,
도3은 도1의 연마 헤드 및 이에 장착되는 웨이퍼의 크기를 도시한 도면,
도4는 본 발명의 일 실시예에 따른 화학 기계적 연마 장치의 구성을 도시한 평면도,
도5는 도4의 화학 기계적 연마 장치를 이용한 웨이퍼의 연마층 영역을 정하는 제1제어 방법을 순차적으로 도시한 순서도,
도6 및 도7은 도5의 방법을 설명하기 위한 도면,
도8은 화학 기계적 연마 장치를 이용한 웨이퍼의 연마층 영역을 정하는 제2제어 방법을 순차적으로 도시한 순서도,
도9a 내지 도9c는 도8의 방법을 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 화학 기계적 연마 장치(9)를 상술한다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 공지된 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 화학 기계적 연마 장치(9)는, 도전성 연마층이 형성된 웨이퍼(W)의 연마층이 연마되도록 접촉하는 연마 패드(11)가 입혀진 연마 정반(10)과, 웨이퍼(W)를 저면에 위치한 상태로 가압하면서 웨이퍼(W)를 자전시키는 연마 헤드(100)와, 웨이퍼(W)의 연마층의 두께를 감지하도록 와전류를 인가하고 연마층으로부터의 출력 신호를 수신하는 두께 센서(50)와, 두께 센서(50)에 교류 전류를 인가하고 두께 센서(50)에 수신된 출력 신호로부터 웨이퍼(W)의 연마층 두께를 감지하는 제어부(90)로 구성된다.
상기 연마 정반(10)은 상면에 연마 패드(11)가 입혀진 상태로 회전 구동된다. 연마 정반(10)에는 두께 센서(50)가 위치 고정되어, 회전하는 연마 패드(11)와 함께 두께 센서(50)가 회전 이동(50d)하면서, 웨이퍼(W)를 통과하는 궤적을 따라 와전류 출력 신호를 수신하게 구성된다.
상기 두께 센서(50)는 n번 감긴 중공 나선의 형상인 센서 코일(미도시)이 구비되어 제어부(90)로부터 교류 전류를 인가받아, 센서 코일로부터 입력 신호(Si)를 자속 형태로 인가하여, 도전체에 와전류를 인가하며, 도전체의 두께가 변동하거나 도전체와의 거리가 변동될 경우에, 도전체에서 발생되는 와전류에 의한 공진주파수 또는 합성임피던스를 출력 신호(So)로 수신하여 출력 신호(So)의 변화로부터 도전체의 두께 변화나 도전체까지의 거리를 검출하는 데 사용된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 두께 센서(50)는, 연마 헤드(100)의 바깥 위치(Pe)에서 와전류를 발생시켜 출력 신호를 기준치(ref)로 수신하고, 리테이너 링(123)의 제1단턱면(123s1)의 하측 위치(Pr)에서 와전류를 발생시켜 제2-1출력 신호(So21)를 수신하고(도면에는 편의상 도면부호 51로 표시됨), 리테이너 링(123)의 제2단턱면(123s2)의 하측 위치(Pr)에서 와전류를 발생시켜 제2-2출력 신호(So22)를 수신하며(도면에는 편의상 도면부호 52로 표시됨), 웨이퍼(W)의 연마층 하측(Pc)에서 와전류를 발생시켜 제3출력 신호(So3)를 수신한다. 도면에는 3개의 와전류 센서(51, 52, 53; 50)가 별개로 설치된 것으로 표시되어 있지만, 하나의 두께 센서(50)가 각각의 3개의 위치에서 신호를 발진하고 수신할 수 있는 하나의 와전류 센서로 구성될 수도 있다.
두께 센서(50)에서 수신되는 출력 신호는 도전성 재료가 없는 경우에는 합성 임피던스의 감소분이 없으므로 원칙적으로 기준값(default, 또는 오프셋값) 또는 제로(0)로 측정되며, 도전성 재료가 있는 경우에는 합성 임피던스의 감소분에 의해 기준값 또는 제로로부터 합성 임피던스 감소분 만큼 줄어든 크기로 출력된다.
상기 연마 헤드(100)는 도6에 도시된 바와 같이, 외부로부터 회전 구동되는 본체부(122)와, 본체부(122)와의 사이에 압력 챔버(C)를 위치시킨 상태로 본체부(122)에 고정되는 멤브레인(121)과, 멤브레인(121)의 바닥판 둘레를 감싸는 리테이너 링(123)으로 구성된다.
여기서, 멤브레인(121)과 본체부(122)의 사이에 형성되는 압력 챔버(C)는 멤브레인 바닥판으로부터 링 형태로 돌출된 플랩에 의하여 다수로 분할된 압력 챔버를 형성한다. 그리고, 압력 조절부(125)로부터 공압 공급관(125a)을 통해 압력 챔버(C)마다 독립적으로 공압이 공급되어 압력 챔버(C)의 압력이 조절되며, 압력 챔버(C)에 공압이 공급되면서 멤브레인 바닥판을 하방으로 밀어, 멤브레인 바닥판의 하측에 위치한 웨이퍼(W)를 연마 패드(11)를 향하여 가압한다.
이와 동시에, 본체부(122)가 회전함에 따라 멤브레인(121)도 함께 회전하며, 따라서 멤브레인(121)의 바닥판 저면에 위치한 웨이퍼(W)도 함께 회전하면서 화학 기계적 연마 공정이 이루어진다.
그리고, 리테이너 링(123)은 화학 기계적 연마 공정 중인 웨이퍼(W)의 둘레를 감싸는 링 형태로 형성되며, 리테이너 링(123)의 상측에 위치한 리테이너 챔버(123C)의 공압이 조절되면서, 도6에 도시된 바와 같이 화학 기계적 연마 공정 중에 저면(123s)이 연마 패드(11)에 밀착된 상태를 유지한다. 이에 따라, 리테이너 링(123)은 연마 패드(11)와 접하는 저면(123s)을 포함하는 제2부재(1232)는 마모가 이루어질 수 있는 수지, 플라스틱 등과 같은 소모성 소재로 형성된다.
즉, 리테이너 링(123)은 연마 패드(11)와 접촉하는 제2부재(1232)와, 제2부재(1232)의 상측에 적층된 제1부재(1231)로 이루어진다. 제1부재(1231)와 제2부재(1232)가 맞닿는 경계면에는 서로 다른 높이를 갖는 제1단턱면(123s1)과 제2단턱면(123s2)이 형성된다. 이 때, 제1부재(1231)는 예를 들어 금속 등의 도전성 소재로 형성되어 와전류가 발생될 수 있게 된다. 그리고, 제2부재는 예를 들어, 플라스틱이나 수지 등의 비도전성 소재로 형성되어 와전류 센서(51, 52)로부터 인가되는 입력 신호가 통과하여 제1부재(1231)에서 와전류가 생성되게 한다.
제1부재(1231)는 얇은 두께로 형성될 수 있지만, 도전성 재료로 형성된 웨이퍼(W)의 연마층에 비하여 10여배 내지 수천배 더 두껍게 형성된다. 예를 들어, 제1부재는 0.5mm 내지 50mm의 두께로 형성될 수 있다. 이에 따라, 제1부재(1231)의 단턱면(123s1, 123s2)으로부터 두께 센서(50, 500)에 수신되는 출력 신호는 두께 센서(50)로부터 단턱면(123s1, 123s2)까지의 거리에 의해 그 크기가 정해진다.
이 때, 제1단턱면(123s1)과 제2단턱면(123s2)은 수평한 평탄면으로 이루어지고, 멤브레인(121)의 중심으로부터 서로 다른 반경 방향의 길이에서 링 형태로 분포되게 형성된다. 이에 따라, 두께 센서(50)가 제1단턱면(123s1)에 와전류를 생성시키는 위치(편의상, 제1두께센서(51)라고 함)와, 제2단턱면(123s2)에 와전류를 생성시키는 위치(편의상, 제2두께센서(52)라고 함)에서는 리테이너 링(123)이 화학 기계적 연마 공정 중에 지속적으로 회전하더라도, 일정한 와전류를 각 단턱면(123s1, 123s2)에 생성시킬 수 있게 되어, 리테이너 링(123)의 각 단턱면(123s1, 123s2)에서 와전류 출력신호(Sos1, Sos2)를 균일하게 얻을 수 있다.
그리고, 제1부재(1231)는 웨이퍼(W)의 둘레를 감싸는 형태(원주 방향을 따라 서로 이격 배치된 형태를 포함함)로 형성되면 충분하지만, 웨이퍼(W)의 둘레를 폐곡선인 링 형태로 둘러싸는 형태로 형성됨으로써, 화학 기계적 연마 공정 중에 리테이너 링(123)이 연마 헤드(100)와 함께 자전하더라도, 두께 센서(52)로부터의 와전류가 항상 각 단턱면(123s1, 123s2)에 도달하게 된다.
또한, 제2부재(1232)도 웨이퍼(W)의 이탈을 방지하기 위하여 웨이퍼(W)의 둘레를 감싸는 형태(원주 방향을 따라 서로 이격 배치된 형태를 포함함)로 형성되면 충분하지만, 연마 패드(11)와의 일정한 접촉면을 유지하기 위하여 링 형태로 형성되는 것이 바람직하다.
한편, 리테이너 링(123)의 제1단턱면(123s1)과 제2단턱면(123s2)의 높이 편차(y)는 원주 방향 전체에 걸쳐 일정하게 형성되어, 원주 방향으로의 어느 위치에서도 와전류 출력신호(Sos1, Sos2)를 일정하게 얻을 수 있는 잇점이 있다. 그리고, 도면에 도시된 바와 같이 제1단턱면(123s1)과 제2단턱면(123s2)은 각각 링 형태로 형성되어, 멤브레인 바닥판의 중심으로부터 반경 방향으로 서로 다른 길이에 분포된다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 일 실시예에 따른 연마 헤드(100)는, 리테이너 링(123)이 도전성 소재인 제1부재(1231)와 비도전성 소재인 제2부재(1232)가 서로 다른 높이의 단턱면(123s1, 123s2)을 갖게 형성되어, 와전류 센서(51, 52)로부터 인가되는 입력 신호(Si21, Si22)에 의하여 제2부재(1232)의 각 단턱면(123s1, 123s2)에서 와전류가 유도되어, 단턱면(123s1, 123s2)에서의 와전류에 의한 출력 신호(Sos1, Sos2; 예를 들어, 공진 주파수이거나 합성 임피던스)를 와전류 센서(51, 52)에서 수신할 수 있게 된다.
이 때, 각 단턱면(123s1, 123s2) 사이의 높이 편차(y)는 이미 알고 있으므로, 서로 다른 단턱면(123s1, 123s2)에서의 출력 신호(Sos1, Sos2)를 실시간으로 수신하여 얻어진 서로 다른 2개의 출력 신호(Sos1, Sos2)로부터, 화학 기계적 연마 공정 중에 연마 패드(11)의 마모에 따른 두께 감소량을 실시간으로 검출할 수 있는 잇점이 얻어진다.
무엇보다도, 도6에 도시된 바와 같이, 두께 센서(50)가 연마 헤드(100)의 하측을 통과하면서 수신하는 출력 신호(Soi)는 각 단턱면(123s1, 123s2)에서 출력 전압이 기준값(ref, 도전층이 없는 경우에 수신되는 출력 전압)에 비하여 크게 낮은 값(Sos1, Sos2)을 나타내며, 도7에 도시된 바와 같이, 각 단턱면(123s1, 123s2)에서의 출력 전압(Sos1, Sos2)이 다르므로, 이들 출력 전압(Sos1, Sos2)의 경계 위치(Px)를 쉽고 정확하게 검출할 수 있다.
따라서, 상기 제어부(90)는, 화학 기계적 연마 공정이 행해지는 동안(S110)에, 두께 센서(50)에 교류 전류를 인가하여 센서 코일을 통하여 고주파 전류가 흐르게 하고, 연마 패드와 함께 회전하는 두께 센서(50)의 상측에 도전성 층(웨이퍼 연마층이나 리테이너 링(123)의 제1부재(1231))이 위치하면, 도6에 도시된 바와 같이 도전성 층에 유도된 와전류의 합성 임피던스의 변동치나 위상차 등을 출력 신호(Soi)로 수신한다.
이 때, 두께 센서가 웨이퍼의 연마층 영역(Ac)의 하측에 위치하기 이전에, 리테이너 링(123)의 영역(Ar)을 통과하면서, 도전성 소재인 제1부재(1231)의 제1단턱면(123s1)과 제2단턱면(123s2)에서 각각 수신된 출력 신호(Soi)의 출력 전압값(Sos1, Sos2)의 편차가 크므로, 도7의 하측 도면에 나타난 바와 같이 리테이너 링(123)의 단턱면(123s1, 123s2)의 사잇 경계 위치(Px)를 정확하고 쉽게 감지할 수 있다(S120).
이에 따라, 제어부(90)는 단턱면(123s1, 123s2)의 경계 위치(Px)를 기준 위치로 하여, 웨이퍼(W)까지의 평균 이격 거리(e=(e1+e2)/2)만큼 리테이너 링(123)의 반경 내측 방향(x)으로 이격시킨 위치를 화학 기계적 연마 공정 중에 웨이퍼(W)의 평균 위치로 검출할 수 있다(S130).
다시 말하면, 종래에는 웨이퍼의 위치를 파악하기 위해서는, 두께 센서(50)로부터 수신된 출력 신호(Soii)의 파형을 분석하여 웨이퍼 연마층이 위치하는 연마층 영역을 판별함에 따라, 웨이퍼 연마층의 두께가 매우 얇으므로, 도전성 소재가 존재하지 않는 영역(연마 헤드의 바깥 영역)과 웨이퍼 연마층이 존재하는 연마층 영역의 출력 전압의 크기 변동이 상대적으로 작아 웨이퍼 연마층의 가장자리 끝단 경계를 정확하게 파악하는 것이 곤란하였다. 그러나, 상기와 같이 구성된 본 발명은, 도전성 소재로 형성되고 웨이퍼 연마층에 비하여 10배 내지 수천배 두께로 형성된 제1부재(1231)를 리테이너 링(123)에 구비함에 따라, 두께 센서(50)가 제1부재를 통과하면서 두께 센서에 수신되는 출력 신호(Soi)의 출력 전압의 크기가 급격히 변동하므로, 제1부재(1231)의 단턱면(123s1, 123s)의 경계 위치(Px)를 정확히 알 수 있게 된다. 따라서, 두께 센서(50)에 의하여 수신되는 출력 신호(Soi)에서 제1부재(1231)의 경계 위치(Px)를 정확하게 알 수 있으므로, 이를 기준 위치로 삼아 반경 내측 방향(x)으로 정해진 간격(e)만큼 이동한 위치에 웨이퍼(W)가 위치한 것으로 웨이퍼의 위치를 감지할 수 있다.
여기서, 정해진 간격(e)은 리테이너 링(123)과 웨이퍼(W)의 직경 차이(dr-dw)의 1/2로 정해질 수 있다. 그리고, 단턱면(123s1, 123s2)의 높이 차이(y)는 웨이퍼 연마층의 두께에 비하여 5배 내지 1000배 이상 크게 형성되어, 단턱면(123s1, 123s2) 사이의 경계 위치(Px)를 보다 쉽게 감지할 수 있도록 한다.
한편, 도면에는 웨이퍼(W)의 연마층 영역(Ar)을 감지하기 위하여 단턱면(123s1, 123s2)의 사잇 경계 위치(Px)를 기준 위치로 삼는 구성을 예시하였지만, 본 발명의 다른 실시 형태에 따르면, 서로 다른 높이 차이(y)를 갖고 형성된 단턱면(123s1, 123s2)이 제1부재(1231)에 형성되는 대신에, 제1부재(1231)의 내측면이나 외측면과 같이 두꺼운 도전성 소재에 의하여 출력 신호(Soi)의 전압값이 급변하는 위치를 웨이퍼의 연마층 영역(Ar)을 감지하기 위한 기준 위치로 삼을 수도 있다.
이와 같이 두께 센서(50)가 연마 헤드(100)의 하측을 통과하면서 수신한 출력 신호(Soi)로부터 웨이퍼의 연마층 영역(Ac)을 산출한 이후에, 산출된 웨이퍼 영역(Ac)에서의 출력 신호로부터 웨이퍼 연마층 영역(Ar)의 두께를 산출한다(S140).
이 때, 이미 알고 있는 높이 차이(y)를 갖는 제1부재(1231)의 단턱면(123s1, 123s2)에서 수신된 출력 신호로부터 연마 패드(11)의 두께 변동값을 얻을 수 있으므로, S140에서 연마층 영역(Ar)의 두께를 산출할 때에 연마 패드(11)의 두께 변동값을 반영하여, 연마 패드(11)의 마모에 따른 두께 변동에 의하여 웨이퍼의 연마층 두께가 왜곡되지 않도록 할 수 있다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 화학 기계적 연마 장치(9)의 제2제어 방법을 도8 내지 도9c를 참조하여 상술한다.
다만, 도5 내지 도7을 참조하여 전술한 제1제어 방법과 동일하거나 유사한 구성 및 제어 방법에 대해서는 제2제어 방법의 요지가 명료해지도록 이에 대한 설명은 생략하기로 한다.
일반적으로, 도전층에 와전류를 유도하는 두께 센서(50)는 센서 자체의 특성이나 주변 구성과의 상호 작용에 의하여, 수신하는 출력 신호(Soi)에 오프셋값(off)을 포함한다. 여기서, 오프셋값(off)은 신호의 기준값(ref)이라고도 한다.오프셋값(off)은 화학 기계적 연마 공정을 할 때마다 미세하게 변동되기도 하지만, 대체로 일정하게 유지된다.
따라서, 도9a에 도시된 바와 같이, 화학 기계적 연마 공정을 행하기 이전에 도전성 재료로 연마층이 형성되어 있는 웨이퍼(W)를 연마 헤드(100)의 하측에 위치시키지 않고 두께 센서(50)에서 출력 신호(Soi)를 1차적으로 수신하여, 출력 전압값이 제로(0)로부터 어느정도의 오프셋값(off)을 갖는지를 확인하여, 오프셋값(off)을 기준값(ref)으로 제어부(90)에 저장해둔다(S210). 경우에 따라서는 오프셋값(off)이 0일 수도 있으며, 정확성이 저하되는 것을 감수하고서라도 연마 헤드(120)의 하측이 아닌 다른 위치에서 오프셋값(off)을 얻을 수도 있다.
이 공정은 연마 패드(11)에 열(Rx)을 이루며 다수의 두께 센서(50)가 배치된 경우에는, 각 두께 센서(50)마다 기준값(ref)을 구하는 것이 필요하며, 화학 기계적 연마 공정이 행해질 때마다 기준값(ref)을 구할 수도 있지만, 수회의 화학 기계적 연마 공정 마다 1회씩 기준값(ref)을 구할 수도 있다.
그리고 나서, 화학 기계적 연마 공정을 행하면서(S220), 도9b에 도시된 바와 같이, 연마 패드(11)와 함께 회전하는 두께 센서(50)에 의하여 출력 신호(Soii)를 수신한다(S230).
화학 기계적 연마 공정 중에 수신되는 출력 신호(Soii)는 웨이퍼의 연마층 영역(Ac)에서는 출력 전압값의 변동폭이 크지 않지만, 두꺼운 도전성 재료로 형성된 제1부재(1231)에 의하여, 리테이너 링(123)을 통과할 때에는 출력 전압이 급변하므로, 도7에 도시된 원리에 따라 웨이퍼 연마층 영역(Ar)의 평균 위치를 간단히 산술적으로 얻을 수 있다.
그러나, 웨이퍼(W)의 직경(dw)이 리테이너 링(123)의 내경(dr)에 비하여 더 작게 형성되어, 리테이너 링(123)에 의해 둘러싸인 내부 공간 내에서 웨이퍼(W)의 위치가 불일정할 뿐만 아니라, 경우에 따라서는 웨이퍼 기재에 형성된 연마층이 일측으로 치우쳐 위치할 수도 있다. 따라서, 리테이너 링(123)의 내부 공간에서 웨이퍼의 위치, 나아가 웨이퍼 연마층의 위치를 알고 있어야만, 출력 신호(Soii)로부터 웨이퍼 연마층의 두께 분포를 정확하게 얻을 수 있다.
그런데, 웨이퍼의 둘레에 도전성 재료가 두껍게 형성된 제1부재(1231)가 배치되지 않는 경우에는, 도전성 재료가 얇게 형성된 웨이퍼 연마층 만으로는 기준값(ref)과 구별이 용이하지 않으므로, 웨이퍼의 위치를 정확히 파악하기 어렵다. (도면에는 편의상 제1부재의 영역(Ar)에서의 전압값과 웨이퍼 연마층 영역(Ac)에서의 출력 전압값의 편차가 실제보다 더 작게 도시되어 있음) 그리고, 웨이퍼의 둘레에 도전성 재료가 두껍게 형성된 제1부재(1231)가 배치된 경우에는, 도7b의 하측 도면 및 도7c에 도시된 바와 같이, 제1부재(1231)에서 급변한 전압 출력값이 기준값(ref)으로 복귀하는 과정에서 웨이퍼 연마층에 따른 전압 출력값의 일부와 중복되는 현상이 나타난다.
따라서, 제어부(90)는 도9c에 도시된 바와 같이, 두께 센서(50)로부터 수신한 출력 신호(Soii) 중 웨이퍼의 연마층 영역(Ac)에서의 가장자리 끝단 신호값(Pz) 으로부터 끝단 신호값(Pz)에 인접한 연마층 영역(Ac)과 동일하거나 유사한 기울기 변화율로 연장선(99)을 기준값(ref)까지 연장시킨다. 이 때, 연장선(99)은 직선으로 형성될 수도 있고 곡선으로 형성될 수도 있다. 이에 따라, 실제 연마층 영역(Ac)과 출력 신호(Soii)에서의 연마층 영역으로 표시되는 영역과의 편차(err)는 연장선(99)에 의하여 보상되어, 웨이퍼의 연마층 영역(Ac)은 기준값(ref)과 연장선(99)이 만나는 지점(Pe)의 사이에 위치한 영역으로 정해진다(S240).
이와 같이, 웨이퍼의 연마층 영역(Ac)을 연장선(99)을 통해 얻게 되면, 리테이너 링(123)으로 둘러싸인 내부 공간 내부에서 웨이퍼(W)가 치우쳐 위치하거나 화학 기계적 연마 공정 중에 웨이퍼(W)가 치우치는 방향으로 이동하더라도, 다양한 길이의 편차(err)를 즉석에서 보상할 수 있게 되어 웨이퍼의 연마층 두께 분포를 실제 웨이퍼 연마층 좌표와 일치시켜 보다 정확하게 얻을 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
이 뿐만 아니라, 웨이퍼 기재(基材)에 도전성 연마층이 치우쳐 입혀져 있더라도, 두께 센서(50)에 수신되는 출력 신호(Soii)는 웨이퍼 기재의 위치와는 무관하고 웨이퍼 연마층의 위치에 따라 수신되는 정보이므로, 웨이퍼의 위치가 어디에 있든지 그리고 도전성 웨이퍼 연마층이 기재에 치우쳐 위치하였든지에 관계없이, 리테이너 링(123)으로 둘러싸인 내부 공간에서 웨이퍼의 연마층 영역을 정확하게 감지할 수 있는 잇점도 얻을 수 있다.
이와 같이, 웨이퍼의 연마층 영역(Ac)이 얻어지면, 연마층 영역(Ac)에서의 출력 신호(Soii)의 합성 임피던스와 위상차 등을 분석하여 웨이퍼의 연마층 두께를 실시간으로 구한다(S250). 이 때, 출력 신호(Soii)로부터 오프셋값(off)은 모두 차감한 보정 신호로 웨이퍼 연마층의 두께를 구함으로써, 연마층 두께 분포의 정확성을 높일 수 있다.
또한, 웨이퍼의 연마층 영역의 가장자리에서의 연마층 두께는 대체로 인접한 영역의 두께에 대하여 급변하지 않고 완만히 변화하므로, 인접한 출력 전압값의 기울기와 동일하거나 유사하게 연장된 연장선(99)을 연마층 가장자리에서의 두께를 구하는 데 활용함으로써, 웨이퍼의 가장자리에서의 연마층 두께 분포를 보다 더 정확하게 구할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
마찬가지로, 이미 알고 있는 높이 차이(y)를 갖는 제1부재(1231)의 단턱면(123s1, 123s2)에서 수신된 출력 신호로부터 연마 패드(11)의 두께 변동값을 얻을 수 있으므로, S250에서 연마층 영역(Ar)의 두께를 산출할 때에 연마 패드(11)의 두께 변동값을 반영하여, 연마 패드(11)의 마모에 따른 두께 변동이 반영되어 순수한 웨이퍼의 연마층 두께 분포를 구할 수 있다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 화학 기계적 연마 장치는, 화학 기계적 연마 공정 중에 리테이너 링(123)에 의하여 둘러싸인 내부 공간 내에서 웨이퍼(w)의 위치가 변동하거나, 도전성 연마층이 웨이퍼 기재에 치우치게 입혀져 있더라도, 두께 센서에 얻어진 출력 신호 중 웨이퍼 연마층의 하측 영역의 끝단 지점(Pz)을 연장선(99)으로 기준값(ref)에 도달하도록 연장시키고, 기준값(ref)에 도달한 지점(Pe)까지를 웨이퍼 연마층 영역(Ac)으로 보고 연장선(99)을 포함한 출력 신호를 연마층 영역(Ac)에서 연마층 두께를 구하는 출력 전압값으로 산입시킴으로써, 웨이퍼의 연마층 영역이 차지하는 좌표를 정확하게 구하여 웨이퍼 연마층 두께 분포에 정확히 매칭시킴으로써, 화학 기계적 연마 공정 중에 웨이퍼 연마층의 두께 분포를 연마층 위치별로 보다 정확하게 얻을 수 있는 유리한 효과가 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이와 같은 특정 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 특허청구 범위에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경 가능한 것이다.
** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **
10: 연마 정반 11: 연마 패드
100: 연마 헤드 121: 멤브레인
122: 본체부 123: 리테이너 링
123s1: 제1단턱면 123s2: 제2단턱면
50: 와전류 센서 90: 제어부
Soi, Soii: 출력신호 Px: 경계 위치
Pz: 끝단 신호값

Claims (22)

  1. 도전성 재질로 연마층이 형성된 웨이퍼의 화학 기계적 연마 장치로서,
    상면에 연마 패드가 입혀지고 자전하는 연마 정반과;
    상기 웨이퍼의 주위에 도전성 소재로 형성되고 상기 연마층에 비하여 보다 두껍게 형성된 제1부재와, 상기 제1부재의 하측에 비도전성 부재로 형성되어 상기 화학 기계적 연마 공정 중에 상기 연마 패드에 접촉하는 제2부재를 포함하는 리테이너 링을 구비하고, 화학 기계적 연마 공정 중에 상기 웨이퍼의 판면에 접촉하여 가압하는 연마 헤드와;
    상기 연마 정반에 위치 고정되어 상기 연마 패드와 함께 회전하고, 상기 웨이퍼에 와전류 신호를 인가하여 상기 연마층의 두께 정보가 포함된 출력 신호를 수신하는 두께 센서와;
    상기 두께 센서에서 감지된 상기 제1부재의 위치를 기준 위치로 하고, 상기 기준 위치를 기준으로 상기 출력 신호 상에서 상기 연마층이 차지하는 연마층 영역에 해당하는 연마층 출력 신호를 파악하고, 파악된 상기 연마층 출력 신호로부터 상기 연마층의 두께를 얻는 제어부;를
    포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 기준 위치로부터 상기 웨이퍼의 가장자리까지 정해진 평균 거리만큼 이격된 위치에 상기 웨이퍼의 상기 연마층 영역으로 정하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 제1부재는 서로 다른 높이를 갖는 제1단턱면과 제2단턱면이 형성되고, 상기 기준 위치는 상기 제1단턱면과 상기 제2단턱면의 경계인 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치.
  4. 제 1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1부재는 상기 연마층에 비하여 10배 이상 더 두껍게 형성된 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 제1단턱면과 상기 제2단턱면은 각각 수평한 평탄면으로 형성된 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 제1단턱면과 상기 제2단턱면의 높이 편차는 원주 방향 전체에 걸쳐 일정하게 유지되는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치.
  7. 제 5항에 있어서,
    상기 제1단턱면과 상기 제2단턱면은 각각 링 형태로 형성되어 중심으로부터 반경 방향으로 서로 다른 길이에 분포된 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치.
  8. 제 5항에 있어서,
    상기 제1부재는 금속 소재로 형성되고, 상기 제2부재는 수지, 플라스틱 중 어느 하나 이상의 소재로 형성된 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치.
  9. 도전성 재질로 연마층이 형성된 웨이퍼의 화학 기계적 연마 장치로서,
    상면에 연마 패드가 입혀지고 자전하는 연마 정반과;
    화학 기계적 연마 공정 중에 상기 웨이퍼의 판면에 접촉하여 가압하는 연마 헤드와;
    상기 연마 정반에 위치 고정되어 상기 연마 패드와 함께 회전하고, 상기 웨이퍼에 와전류 신호를 인가하여 상기 연마층의 두께 정보가 포함된 출력 신호를 수신하는 두께 센서와;
    화학 기계적 연마 공정 중에 상기 두께 센서에서 수신된 출력 신호 중, 상기 연마층이 차지하는 연마층 영역(Ac)의 가장자리에서 측정된 연마층 출력 신호의 끝단을 미리 설정된 기준값과 만나도록 연장선을 연장하여, 상기 연장선이 상기 기준값과 만나는 2개의 지점 사이를 상기 연마층이 위치한 상기 연마층 영역으로 감지하여, 상기 연마층 영역에서의 상기 연마층 두께를 얻는 제어부를;
    포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 기준값은 0인 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치.
  11. 제 9항에 있어서,
    상기 연장선은 상기 두께 센서로부터 수신한 출력 신호 중 상기 연마층 영역에서 측정된 가장자리 끝단 신호값으로부터 상기 끝단 신호값에 인접한 상기 연마층 영역의 기울기 변화율로 연장된 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 연장선은 직선인 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치.
  13. 제 11항에 있어서,
    상기 연장선은 곡선인 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치.
  14. 제 9항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기준값은 상기 연마 헤드의 하측에 웨이퍼가 위치하지 않은 상태에서 수신한 기본 출력 신호의 오프셋값인 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치.
  15. 제 9항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 연마 헤드는, 상기 웨이퍼의 주위에 도전성 소재로 형성된 제1부재가 구비된 리테이너 링을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치.
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 제1부재에는 서로 다른 높이를 갖는 제1단턱면과 제2단턱면이 형성되고, 화학 기계적 연마 공정 중에 상기 제1단턱면과 상기 제2단턱면에서 각각 수신한 출력 신호에 의하여 상기 연마 패드의 두께 변동값을 감지하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치.
  17. 제 15항에 있어서,
    상기 제1부재는 상기 연마층의 두께에 비하여 10배 이상 더 두꺼운 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치.
  18. 도전성 재질로 연마층이 형성된 웨이퍼의 화학 기계적 연마 방법으로서,
    상기 웨이퍼의 주위에 도전성 소재로 형성되고 상기 연마층에 비하여 보다 두껍게 형성된 제1부재와, 상기 제1부재의 하측에 비도전성 부재로 형성되어 연마 패드에 접촉하는 제2부재를 포함하는 리테이너 링을 구비한 연마 헤드로 상기 웨이퍼를 하측에 위치시킨 상태로 연마 패드를 향하여 가압하면서 연마하는 웨이퍼 연마 단계와;
    연마 정반에 위치 고정되어 상기 연마 패드와 함께 회전하고, 상기 웨이퍼에 와전류 신호를 인가하여 상기 연마층의 두께 정보가 포함된 출력 신호를 두께 센서로 수신하는 연마층 두께정보 수신단계와;
    상기 두께 센서에서 감지된 상기 제1부재의 위치를 기준 위치로 하고, 상기 기준 위치를 기준으로 상기 출력 신호 상에서 상기 연마층이 차지하는 연마층 영역에 해당하는 연마층 출력 신호를 파악하고, 파악된 상기 연마층 영역에서의 상기 연마층 출력 신호로부터 상기 연마층 두께를 얻는 연마층 두께산출단계를;
    포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 방법.
  19. 제 18항에 있어서,
    상기 제1부재는 서로 다른 높이를 갖는 제1단턱면과 제2단턱면이 형성되고, 상기 기준 위치는 상기 제1단턱면과 상기 제2단턱면의 경계로 정해지는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 방법.
  20. 제 19항에 있어서,
    상기 제1부재는 금속 소재로 형성되고, 상기 제2부재는 수지, 플라스틱 중 어느 하나 이상의 소재로 형성된 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 방법.
  21. 도전성 재질로 연마층이 형성된 웨이퍼의 화학 기계적 연마 방법으로서,
    상기 웨이퍼의 주위에 도전성 소재로 형성되고 상기 연마층에 비하여 보다 두껍게 형성된 제1부재와, 상기 제1부재의 하측에 비도전성 부재로 형성되어 연마 패드에 접촉하는 제2부재를 포함하는 리테이너 링을 구비한 연마 헤드로 상기 웨이퍼를 하측에 위치시킨 상태로 상기 연마 패드를 향하여 가압하면서 연마하는 웨이퍼 연마 단계와;
    연마 정반에 위치 고정되어 상기 연마 패드와 함께 회전하고, 상기 웨이퍼에 와전류 신호를 인가하여 상기 연마층의 두께 정보가 포함된 출력 신호를 두께 센서로 수신하는 연마층 두께정보 수신단계와;
    화학 기계적 연마 공정 중에 상기 두께 센서에서 수신된 출력 신호 중, 상기 연마층이 차지하는 연마층 영역(Ac)의 가장자리에서 측정된 연마층 출력 신호의 끝단을 미리 설정된 기준값과 만나도록 연장선을 연장하여, 상기 연장선이 상기 기준값과 만나는 2개의 지점 사이를 상기 연마층이 위치한 상기 연마층 영역으로 얻고, 얻어진 상기 연마층 영역에서의 상기 연마층 출력 신호로부터 상기 연마층 두께를 얻는 연마층 두께산출단계를;
    포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 방법.
  22. 제 21항에 있어서,
    상기 연장선은 상기 두께 센서로부터 수신한 상기 출력 신호 중 상기 연마층 영역에서 측정된 가장자리 끝단 신호값으로부터 상기 끝단 신호값에 인접한 연마층 영역의 기울기 변화율로 연장된 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 방법.
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