KR20080061248A - 공진 현상을 응용한 종점 검출 방법, 종점 검출 장치 및그것을 탑재한 화학 기계 연마 장치 및 화학 기계 연마장치로 작성한 반도체 장치 - Google Patents

공진 현상을 응용한 종점 검출 방법, 종점 검출 장치 및그것을 탑재한 화학 기계 연마 장치 및 화학 기계 연마장치로 작성한 반도체 장치 Download PDF

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KR20080061248A
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케이타 키타데
오사무 마츠시타
타카시 후지타
토시유키 요코야마
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가부시키가이샤 토쿄 세이미쯔
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Abstract

도전성막의 막 두께의 변화를 리얼 타임(real time)으로 감시하여 이 도전성막의 연마 종점을 높은 정밀도로 확실히 검출하고, 노이즈의 발생이 없고, 저소비 전력이며, 또한 비용 절감을 도모할 수 있는 공진 현상을 응용한 종점 검출 방법, 종점 검출 장치 및 그것을 탑재한 화학 기계 연마 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 상기 목적을 달성하기 위해서, 도전성막을 연마하여 적정한 두께가 제거되었을 때의 연마 종점을 검출하는 종점 검출 방법으로서, 평면 인덕터와 집중 정수 캐패시터를 구비한 콜피츠(Colpitts)형 등의 발진 회로로 구성된 센서(37)를 사용하여, 평면 인덕터와 대치하는 도전성막의 막 두께의 변화에 따른 센서(37)의 발진 주파수의 변화로부터, 도전성막의 막 두께의 변화를 리얼 타임으로 감시하는 공진 현상을 응용한 종점 검출 방법을 제공하는 것이다.

Description

공진 현상을 응용한 종점 검출 방법, 종점 검출 장치 및 그것을 탑재한 화학 기계 연마 장치 및 화학 기계 연마 장치로 작성한 반도체 장치{End point detection method applying resonance phenomenon, end point detection apparatus, chemical mechanical polishing apparatus on which the detection apparatus is loaded, and semiconductor device fabricated by the chemical mechanical polishing apparatus}
본 발명은 공진 현상을 응용한 종점 검출 방법, 종점 검출 장치 및 그것을 탑재한 화학 기계 연마 장치 및 화학 기계 연마 장치로 작성한 반도체 장치에 관한 것이며, 특히, 화학 기계적 연마 가공(CMP : Chemical Mechanical Polishing)에 있어서 도전성막의 연마 종점을 높은 정밀도로 확실하게 검출하는 것이 가능한 공진 현상을 응용한 종점 검출 방법, 종점 검출 장치 및 그것을 탑재한 화학 기계 연마 장치 및 화학 기계 연마 장치로 작성한 반도체 장치에 관한 것이다.
공진 현상을 응용한 종점 검출 방법, 종점 검출 장치 및 그것을 탑재한 화학 기계 연마 장치에 관한 종래 기술로서, 예를 들면, 다음과 같은 필름 두께의 변화를 그 자리에서 감시하는 방법이 알려져 있다. 이 종래 기술은 하지 본체(반도체 웨이퍼) 상으로부터 화학 기계 연마에 의해 도전성 필름을 제거하는 방법에 있어서, 이 도전성 필름의 두께 변화를 그 자리에서 감시하기 위한 방법으로서, 페라이트 토로이드(ferrite toroid)로 감겨진 코일로 이루어지는 인덕터와 콘덴서의 직렬 또는 병렬 공진 회로를 포함하는 센서를 상기 도전성 필름에 근접하여 배치하고, 고주파 여진 신호원으로부터의 스위프 출력(sweep output)을 동작점 설정용 임피던스(impedance) 수단을 통하여 상기 센서에 인가함으로써 교번(交番) 전자계를 발생하여 상기 도전성 필름 중에 와전류(渦電流)를 유발시키고, 상기 도전성 필름의 두께 변화에 기인하는 센서 공진 피크에 관한 주파수 시프트를 감시함으로써, 이 도전성 필름의 두께 변화를 검출하도록 하고 있다(예를 들면, 문헌 1 참조).
또한, 공진 현상을 응용한 종점 검출 방법, 종점 검출 장치 및 그것을 탑재한 화학 기계 연마 장치에 관한 다른 종래 기술로서, 예를 들면 다음과 같은 와전류 센서가 알려져 있다. 이 종래 기술은 도전성막 또는 도전성막이 형성되는 기체(基體)의 근방에 배치되는 센서 코일(와전류 센서)과 이 센서 코일에 일정 주파수의 교류 신호를 공급하여 상기 도전성막에 와전류를 형성하는 교류 신호원과, 상기 도전성막을 포함한 리액턴스 성분 및 저항 성분을 계측하는 검출 회로를 구비하고, 상기 센서 코일은 상기 신호원에 접속하는 발진 코일과, 이 코일의 상기 도전성막측에 배치하는 검출 코일과, 상기 발진 코일의 상기 도전성막측의 반대측에 배치하는 밸런스 코일을 구비하고, 상기 검출 코일과 밸런스 코일은 서로 역상(逆相)이 되도록 접속되어 있다. 그리고, 상기 검출 회로로 검출한 저항 성분 및 리액턴스 성분으로부터 합성 임피던스를 출력하여, 이 임피던스의 변화로부터 상기 도전 성막의 막 두께의 변화를 넓은 범위에서 거의 직선적인 관계로서 검출하도록 하고 있다(예를 들면, 문헌 2 참조).
또한, 공진 현상을 응용한 종점 검출 방법, 종점 검출 장치 및 그것을 탑재한 화학 기계 연마 장치에 관한 다른 종래 기술로서, 예를 들면 다음과 같은 거리 측정용 IC가 알려져 있다. 이 종래 기술은 패키지에 내장되어 있는 발진기와, 상기 패키지에 배치됨과 동시에 상기 발진기에 접속되어 이 발진기의 발진 주파수를 특정하는 평면상 인덕터를 구비하고 있다. IC의 패키지 표면에 도전성 물질이 접근하면, 상기 평면상 인덕터에 의해 상기 발진기의 발진 주파수가 변화한다. 이 발진 주파수를 검출하여 도전성 물질의 접근 거리를 검출할 수 있다. 측정 시간을 짧게 하기 위하여, 높은 주파수의 전류를 상기 평면상 인덕터에 흘리고, 그 표면에 발생하는 정전기적인 유도를 유효하게 이용하고 있다. 용도로서, 로봇 아암의 위치 계측에 의한 이 아암(arm)의 제어나, 위치 검출기의 내부에 격납하는 것에 의한 압력 검출 등이 있다(예를 들면, 문헌 3 참조).
[문헌 1] 일본국 특허 제 2878178호 공보(2 페이지, 도 1, 도 2).
[문헌 2] 일본국 특허 제 3587822호 공보(3 페이지, 도 1∼도 11).
[문헌 3] 일본국 특허 제 3352619호 공보(2∼4 페이지, 도 18).
반도체 웨이퍼 상에 형성한 산화막에 리소그래피(lithography) 및 에칭을 실시하여 배선 패턴에 대응한 홈 패턴을 형성하고, 이 위에 상기 홈 패턴을 충전하기 위한 Cu 등으로 이루어지는 도전성막을 성막하여, 이 도전성막 중 불필요 부분을 화학 기계 연마에 의해 제거하여 배선 패턴을 형성하는 공정이 알려져 있다. 이 배선 패턴의 형성에서는 도전성막이 적정한 두께가 제거되었을 때의 연마 종점을 확실히 검출하여 공정을 정지하는 것이 매우 중요하다. 도전성막의 연마량이 과잉이면 배선의 저항이 증가하고, 연마량이 부족하면 배선의 절연 장해로 이어진다.
이것에 대하여, 와전류를 이용하여 도전성막의 막 두께를 감시하는 문헌 1 등에 기재한 종래 기술에서는 와전류를 일으키는데 강한 자속(磁束)을 만들 필요가 있고, 인덕터의 형상은 삼차원으로 되어 있다. 이 때문에, 와전류 센서를 연마 장치 등에 조합함에 있어서, 일반적으로 다음과 같은 문제가 있다. 코일에 흘리는 전류가 커져 소비 전력이 많아지고, 전원 장치도 대형이 된다. 자속이 주변에 누출되어 노이즈가 발생하기 쉽다. 도선을 코일 형상으로 감는 공정 등이 필요하게 되어 고비용이 된다.
또한, 문헌 3에 기재된 거리 측정용 IC로 이루어지는 종래 기술에 있어서는 발진기와 이 발진기에 접속되어 이 발진기의 발진 주파수를 특정하는 평면상 인덕터를 구비하여 구성되어 있지만, 용도로서 로봇 아암의 위치 계측에 의한 이 아암의 제어나, 위치 검출기의 내부에 격납하여 압력 검출 등에 사용되고 있다.
또한, 종래의 와전류 센서의 경우, 막 두께의 변화에 대한 발진 주파수의 변화는 단조롭고, 종점을 판단하는데 있어서 매우 유용성이 높은 극값(피크)이 없기 때문에, 종점 판단의 신뢰성이 약하다(일본국 공개특허공고 2003-021501호 참조).
따라서, 도전성막의 막 두께의 변화를 리얼 타임으로 감시하여 이 도전성막의 연마 종점을 높은 정밀도로 확실하게 검출하여, 노이즈의 발생이 없고, 저소비 전력이며, 또한 비용 절감을 도모하기 위하여 해결해야 할 기술적 과제가 생기는 것이고, 본 발명은 이 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여 제안된 것이고, 청구항 1에 기재된 발명은 도전성막을 연마하여 적정한 두께가 제거되었을 때의 연마 종점을 검출하는 종점 검출 방법이며, 평면 인덕터와 집중 정수 캐패시터를 구비한 콜피츠형 등의 발진 회로로 구성된 센서를 사용하고, 상기 평면 인덕터와 대치하는 상기 도전성막의 막 두께의 변화에 따른 상기 센서의 발진 주파수의 변화로부터, 상기 도전성막의 막 두께의 변화를 리얼 타임으로 감시하는 공진 현상을 응용한 종점 검출 방법을 제공한다.
이 구성에 따르면, 평면 인덕터를 도전성막에 대치시키면, 다음과 같은 각 현상이 발생한다고 생각된다. 즉, 첫번째로, 평면 인덕터가 가지는 위상 분포에 의해 도전성막측에 정전 유도를 일으키고, 분포 캐패시턴스를 통하여 상기 평면 인덕터와 도전성막이 정전 결합한다. 상기 도전성막의 막 두께 저항을 무시할 수 없는 영역에서는 상기 평면 인덕터의 인덕턴스와 캐패시터의 집중 정수 캐패시턴스 에, 이 분포 캐패시턴스와 상기 도전성막의 막 두께 저항이 더해진 등가 회로는 병렬 공진 회로로 간주할 수 있다. 이 병렬 공진 회로의 공진 주파수의 표기식에 있어서, 상기 막 두께 저항값은 분포 캐패시턴스와의 곱일 때 정수의 형태와 관련된다. 따라서, 평면 인덕터와 집중 정수 캐패시터를 구비한 발진 회로로 구성된 센서는 상기 정전 결합을 통하여 도전성막의 막 두께 저항값의 변화에 대응한 공진 주파수로 발진하고, 이 막 두께 저항값의 증대에 따라 발진 주파수의 증대를 일으킨다.
두번째로, 평면 인덕터는 변화하는 1차 자계(磁界)를 낳는다. 이 평면 인덕터는 그 평면 인덕터 상의 위상차에 의해, 도전성막측에 정전 유도를 일으켜, 분포 캐패시턴스를 통하여 이 평면 인덕터와 도전성막이 정전 결합한다. 이 정전 유도 시에 상기 도전성막의 표면부에 생기는 유도 전류는 상기 1차 자계를 지우는 방향으로 2차 자계를 발생시킨다. 이 2차 자계는 인덕턴스를 감소시키는 방향으로 움직인다. 여기서, 도전성막의 막 두께가 표피 효과를 무시할 수 없는 얇은 영역에 있어서는, 도전성막에 생기는 상기 유도 전류의 발생량은 막 두께가 얇을수록 감소한다고 생각되고, 동시에 상기 2차 자계도 약해진다. 따라서, 도전성막의 막 두께의 감소는 인덕턴스의 감소분의 저하로 이어지고, 결과적으로 센서 회로계의 인덕턴스가 등가적으로 증가하여, 발진 주파수를 감소시킨다.
세번째로, 평면 인덕터는 시간적으로 변화하는 1차 자계를 낳는다. 이 시간적으로 변화하는 1차 자계는 도전성막 중에 유도 전류를 발생시킨다. 이 도전성막 중의 유도 전류는 평면 인덕터가 만드는 상기 1차 자계를 지우는 2차 자계를 낳고, 평면 인덕터와 도전성막과의 사이에 전자 결합이 일어난다. 상기 유도 전류로 만들어지는 2차 자계는 인덕턴스를 감소시키는 방향으로 움직인다. 여기에서, 도전성막의 막 두께가 표피 효과를 무시할 수 없는 얇은 영역에서는 도전성막 중에 생기는 상기 유도 전류의 발생량은 막 두께가 얇을수록 감소한다고 생각되고, 동시에 상기 2차 자계도 약하게 된다. 따라서, 도전성막의 막 두께의 감소는 인덕턴스의 감소분의 저하로 이어지고, 결과적으로 센서 회로계의 인덕턴스가 등가적으로 증가하여, 발진 주파수를 감소시킨다.
그리고, 평면 인덕터와 집중 정수 캐패시터를 구비한 발진 회로로 구성된 센서는 상기 제1 정전 결합을 통한 상기 도전성막의 막 두께 저항값의 변화, 상기 제2 정전 결합의 결과 발생하는 2차 자계에 의한 센서 회로계의 인덕턴스의 변화, 및 상기 제3 전자 결합의 결과 발생하는 2차 자계에 의한 센서 회로계의 인덕턴스의 변화의 각 변화가 상승(相乘)한 변화에 대응한 공진 주파수로 발진하고, 이 발진 주파수의 변화로부터, 도전성막의 막 두께의 변화를 리얼 타임으로 감시하여, 이 도전성막이 적정한 두께가 연마 제거되었을 때의 연마 종점을 검출한다.
청구항 2에 기재된 발명은, 상기 센서의 발진 주파수의 전송 방법이 카운터를 이용한 디지털 출력인 공진 현상을 응용한 종점 검출 방법을 제공한다.
이 구성에 의하면, 센서의 발진 주파수 출력을 디지털로 전송함으로써, 노이즈의 영향 및 출력의 감쇠가 방지된다. 또한, 막 두께 데이터의 관리 용이성을 얻을 수 있다.
청구항 3에 기재된 발명은, 상기 센서의 발진 주파수대가 30 MHz 이상인 공 진 현상을 응용한 종점 검출 방법을 제공한다.
이 구성에 의하면, 센서의 발진 주파수대를 30 MHz 이상의 고주파를 이용함으로써, 상기 분포 캐패시턴스를 통한 평면 인덕터와 도전성막과의 정전 결합, 및 상기 평면 인덕터와 도전성막과의 사이의 전자 결합 등이 적절히 생긴다. 이 결과, 상기 정전 결합을 통한 도전성막의 막 두께 저항값의 변화, 상기 정전 결합의 결과 발생하는 2차 자계에 의한 센서 회로계의 인덕턴스의 변화가 적절히 생길 수 있다. 그리고, 이러한 각 변화가 상승한 변화에 대응한 공진 주파수에서의 발진 신호를 얻을 수 있다. 또한, 센서의 발진 주파수대를 상기 고주파대로 함으로써, 고속 측정이 가능하게 되어, 도전성막의 막 두께의 변화가 리얼 타임으로 확실히 감시된다.
청구항 4에 기재된 발명은, 상기 센서에서의 집중 정수 캐패시터는 캐패시턴스가 가변이며, 이 센서는 발진 주파수대를 선택할 수 있게 되어 있는 공진 현상을 응용한 종점 검출 방법을 제공한다.
이 구성에 의하면, 도전성막의 막종(膜種)이 다르면, 그 도전율의 차이로부터, 발진 주파수가 피크에 달할 때의 도전성막의 막 두께의 크기는 다르다. 집중 정수 캐패시터를 캐패시턴스 가변으로 하면, 발진 주파수대를 선택할 수 있게 되어, 피크에 달할 때의 막 두께의 크기를 제어하는 것이 가능하게 된다. 이것에 의해, 도전율이 다른 각각의 막종에 대응하여, 발진 주파수의 피크를 검출하고 나서 다음의 층이 노출하기 전에, 확실하게 연마를 정지할 수 있다.
청구항 5에 기재된 발명은, 상기 도전성막은 Cu, W, Ta, Cr, Al, Ti, TiN 및 그것들을 포함하는 막종의 패턴으로 형성되어 있는 공진 현상을 응용한 종점 검출 방법을 제공한다.
이 구성에 의하면, 도전성막의 막 두께의 변화를 리얼 타임으로 감시하는 종점 검출 방법은, 반도체 웨이퍼 상의 다층 상호 구조 등에 통상 사용되는 각 금속막에 대하여, 이들 각 금속막을 연마 제거할 때에 적용된다.
청구항 6에 기재된 발명은, 상기 도전성막은 화학 기계 연마에 의해 제거되는 공진 현상을 응용한 종점 검출 방법을 제공한다.
이 구성에 의하면, 도전성막의 막 두께의 변화를 리얼 타임으로 감시하는 종점 검출 방법은 도전성막을 그 막종에 따른 화학적 반응성을 가지는 슬러리의 존재하에서, 이 도전성막이 제어된 압력하에서 연마 노드에 눌러져 적당하게 회전시켜 연마 제거하는 화학 기계 연마가 행해질 때에 적용된다.
청구항 7에 기재된 발명은, 상기 센서가 화학 기계 연마 장치를 구성하는 플래튼(platen)의 상면부에 1개 이상 묻혀져 있는 공진 현상을 응용한 종점 검출 방법을 제공한다.
이 구성에 의하면, 센서를 플래튼의 상면부에 묻음으로써, 화학 기계 연마 장치의 가동 중에 도전성막의 막 두께의 변화를 리얼 타임으로 감시하는 것이 가능하게 된다. 또한, 이 구성에 의하면, 센서는 도전성막의 직경 방향을 스캔하게 되어, 도전성막의 직경 방향의 면내 막 두께 분포의 정보를 취득할 수 있게 된다. 또한, 묻는 센서수를 1개 이상으로 함으로써, 보다 상세한 막 면내에 있어서의 막 두께 변화의 분포 정보를 얻을 수 있다.
청구항 8에 기재된 발명은, 상기 센서가 화학 기계 연마 장치를 구성하는 연마 헤드의 내부에 1개 이상 파묻혀 있는 공진 현상을 응용한 종점 검출 방법을 제공한다.
이 구성에 의하면, 센서를 연마 헤드의 내부에 묻음으로써, 화학 기계 연마 장치의 가동 중에 있어서 도전성막의 막 두께의 변화를 리얼 타임으로 감시하는 것이 가능하게 된다. 또한 묻는 센서수를 1개 이상으로 함으로써, 상기와 마찬가지로, 막 면내에 있어서의 막 두께 변화의 분포 정보를 얻을 수 있다.
청구항 9에 기재된 발명은, 상기 도전성막의 막 두께의 변화에 따른 상기 센서의 발진 주파수의 변화가 단조로운 증감이 아니고, 피크를 가지며, 이 피크를 기준으로 하여 연마 종점을 검출하는 공진 현상을 응용한 종점 검출 방법을 제공한다.
이 구성에 의하면, 평면 인덕터를 가지는 발진 회로로 구성된 센서를 이용하여 도전성막의 연마 상황을 감시했을 때에 얻어지는 발진 주파수의 값은 상기 제1 정전 결합을 통한 도전성막의 막 두께 저항값의 변화, 상기 제2 정전 결합의 결과 발생하는 2차 자계에 의한 인덕턴스의 변화, 및 상기 제3 전자 결합의 결과 발생하는 2차 자계에 의한 인덕턴스의 변화의 각 변화가 상승한 변화에 대응한 공진 주파수로 발진한다. 그리고, 상기 정전 결합을 통한 도전성막의 막 두께 저항값의 변화에 대해서는 이 막 두께 저항값의 증대에 따라 발진 주파수의 증대가 일어난다. 또한, 상기 정전 결합의 결과 발생하는 2차 자계에 의한 센서 회로계의 인덕턴스의 변화 및 전자 결합의 결과 발생하는 2차 자계에 의한 센서 회로계의 인덕턴스의 변 화의 양변화에 대해서는 어느 것도 도전성막의 막 두께의 감소에 따라 발진 주파수가 감소한다. 이와 같은 각 변화가 상승한 변화에 대응한 발진 주파수의 값은 연마의 진행에 따라 올라가고, 연마 종점의 부근에서 피크가 되고, 그 후 떨어진다. 이 발진 주파수의 피크를 기준으로 하여 연마 종점을 검출한다.
청구항 10에 기재된 발명은 상기 도전성막의 막 두께의 변화에 따른 상기 센서의 발진 주파수의 변화가 단조로운 증감은 아니고, 피크를 가지며, 상기 도전성막의 막종에 따라, 상기 피크를 검지한 시점 혹은 상기 피크를 검지하고 나서 소요량 연마를 행한 시점의 어느 하나를 연마 종점으로 하여 상기 연마를 정지시키는 공진 현상을 응용한 종점 검출 방법을 제공한다.
이 구성에 의하면, 발진 주파수의 피크는 도전성막의 막종의 차이에 따라, 급준한 형태로 나타나거나, 또는 완만한 형태로 나타난다. 거기서, 피크가 급준한 형태로 나타나는 막종에 대해서는 피크가 검지된 시점을 즉 연마 종점으로 하고, 또한, 피크가 완만한 형태로 나타나는 막종에 대해서는 피크가 검지된 시점으로부터 소요량 연마를 진행시킨 시점을 연마 종점으로 함으로써, 다른 막종의 각 도전성막에 대하여 각각 적정한 연마 종점을 얻을 수 있다.
청구항 11에 기재된 발명은, 상기 도전성막의 막 두께의 변화에 따른 상기 센서의 발진 주파수의 변화가 단조로운 증감은 아니고, 피크를 가지며, 그 피크는 상기 도전성막이 있는 막 두께에 달했을 때에 생기고, 그 막 두께의 크기는 일정하다. 그 발진 주파수 피크값을 기준으로 스레시홀드(threshold)값을 설정하고, 피크가 되기 전, 또는 피크가 된 후에 발진 주파수가 스레시홀드값에 도달한 단계를 연마 종점으로 하여 상기 연마를 정지시키는 공진 현상을 응용한 종점 검출 방법을 제공한다.
이 구성에 의하면, 인덕터와 상기 도전성막의 거리, 및 선택한 발진 주파수대에 대하여, 상기 도전성막이 있는 막 두께에 달하였을 때에 생기는 발진 주파수 피크값은 항상 일정하다. 이 안정된 피크값을 기준으로 스레시홀드를 설정하여, 피크가 되기 전, 또는 피크가 된 후에 발진 주파수가 스레시홀드에 도달한 단계를 연마 종점으로 함으로써, 연마 과잉이나 연마량 부족을 방지할 수 있다.
청구항 12에 기재된 발명은, 상기 도전성막은 웨이퍼의 표면에 성막되어 있고, 상기 평면 인덕터가 웨이퍼 표면부의 상기 도전성막 혹은 상기 웨이퍼의 이면의 어느 하나에 근접하고 있는 공진 현상을 응용한 종점 검출 방법을 제공한다.
이 구성에 의하면, 센서가 화학 기계 연마 장치를 구성하는 플래튼의 상면부에 파묻혔을 때, 평면 인덕터는 웨이퍼를 통하지 않고, 도전성막과 대치하는 양태가 된다. 또한, 센서가 연마 헤드의 내부에 파묻혔을 때, 평면 인덕터는 웨이퍼를 통하여 도전성막과 대치하는 양태가 된다. 센서는 평면 인덕터와 도전성막이 이들 중 어느 대치 양태가 되어도, 도전성막의 막 두께의 변화를 리얼 타임으로 감시하여, 이 도전성막이 적정한 두께가 연마 제거되었을 때의 연마 종점을 검출한다.
청구항 13에 기재된 발명은, 평면 인덕터와 집중 정수 캐패시터를 구비한 콜피츠형 등의 발진 회로로 구성된 센서를 가지고, 청구항 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 또는 12에 기재된 공진 현상을 응용한 종점 검출 방법을 실행하는 공진 현상을 응용한 종점 검출 장치를 제공한다.
이 구성에 의하면, 평면 인덕터와 집중 정수 캐패시터를 구비한 콜피츠형 등의 발진 회로로 구성된 센서를 가지는 종점 검출 장치는 상기 정전 결합을 통한 도전성막의 막 두께 저항값의 변화, 상기 정전 결합의 결과 발생하는 2차 자계에 의한 센서 회로계의 인덕턴스의 변화, 및 상기 전자 결합의 결과 발생하는 2차 자계에 의한 센서 회로계의 인덕턴스의 변화의 각 변화가 상승한 변화에 대응한 공진 주파수로 발진시키는 것이 가능하게 되고, 이 발진 주파수의 변화로부터, 도전성막의 막 두께의 변화를 리얼 타임으로 감시하여, 이 도전성막이 적정한 두께가 연마 제거되었을 때의 연마 종점을 검출한다.
청구항 14에 기재된 발명은 청구항 13에 기재된 공진 현상을 응용한 종점 검출 장치를 탑재한 화학 기계 연마 장치를 제공한다.
이 구성에 의하면, 평면 인덕터와 집중 정수 캐패시터를 구비한 콜피츠형 등의 발진 회로로 구성된 센서를 가지는 종점 검출 장치는 화학 기계 연마 장치에 있어서의 플래튼의 상면부 혹은 연마 헤드의 내부의 어느 한쪽에 묻어 탑재되고, 도전성막의 막 두께의 변화를 리얼 타임으로 감시하여, 이 도전성막이 적정한 두께가로 연마 제거되었을 때의 연마 종점을 검출한다.
청구항 15에 기재된 발명은, 청구항 14에 기재된 화학 기계 연마 장치로 작성한 반도체 장치를 제공한다.
이 구성에 의하면, 평면 인덕터와 집중 정수 캐패시터를 구비한 콜피츠형 등의 발진 회로로 구성된 센서를 가지는 종점 검출 장치는 화학 기계 연마 장치에서의 플래튼의 상면부 혹은 연마 헤드의 내부의 어느 하나에 묻어 탑재되고, 도전성 막의 막 두께의 변화를 리얼 타임으로 감시하여, 이 도전성막이 적정한 두께가 연마 제거되었을 때의 연마 종점을 검출함으로써, 고성능의 반도체 장치를 제작하는 것이 가능하게 된다.
청구항 1에 기재된 발명은, 평면 인덕터와 집중 정수 캐패시터를 구비한 콜피츠형 등의 발진 회로로 구성된 센서를 사용하여, 상기 평면 인덕터와 대치하는 도전성막의 막 두께의 변화에 따른 상기 센서의 발진 주파수의 변화로부터, 상기 도전성막의 막 두께의 변화를 리얼 타임으로 감시하도록 하였으므로, 센서가 평면 인덕터와 도전성막과의 정전 결합을 통한 이 도전성막의 막 두께 저항값의 변화, 정전 결합의 결과 발생하는 2차 자계에 의한 센서 회로계의 인덕턴스의 변화, 및 전자 결합의 결과 발생하는 2차 자계에 의한 센서 회로계의 인덕턴스의 변화의 각 변화가 상승한 변화에 대응한 공진 주파수로 발진함으로써 이 발진 주파수의 변화를 기본으로 도전성막이 적정한 두께가 연마 제거되었을 때의 연마 종점을 높은 정밀도로 확실히 검출할 수 있다는 이점이 있다.
청구항 2에 기재된 발명은, 상기 센서의 발진 주파수의 전송 방법을 카운터를 이용한 디지털 출력으로 하였으므로, 노이즈의 영향 및 발진 주파수 출력의 감쇠가 방지되고, 도전성막이 적정한 두께가 연마 제거되었을 때의 연마 종점을 확실히 검출할 수 있다는 이점이 있다.
청구항 3에 기재된 발명은, 상기 센서의 발진 주파수대는 30 MHz 이상의 고주파수대로 하였으므로, 분포 캐패시턴스를 통한 평면 인덕터와 도전성막과의 정전 결합, 및 평면 인덕터와 도전성막과의 사이의 전자 결합 등을 적절히 발생시킬 수 있다. 또한, 고속 측정이 가능하게 되고, 도전성막의 막 두께의 변화를 리얼 타임으로 확실하게 감시할 수 있다는 이점이 있다.
청구항 4에 기재된 발명은, 상기 센서에 있어서의 집중 정수 캐패시터는 캐패시턴스가 가변이며, 이 센서는 발진 주파수대를 선택할 수 있게 되어 있으므로, 도전성막의 막종이 다르면, 그 도전율의 차이로부터, 연마 종점을 검출할 수 있는 변화가 생기는 막 두께의 크기에 대응하는 발진 주파수대는 일반적으로 다르기 때문에, 다른 막종의 도전성막에 대하여, 이 도전성막이 적정한 두께가 연마 제거되었을 때의 연마 종점을 확실히 검출할 수 있다는 이점이 있다.
청구항 5에 기재된 발명은, 상기 도전성막은, Cu, W, Ta, Cr, Al, Ti, TiN 및 그것들을 포함하는 막종의 패턴으로 형성되어 있으므로, 평면 인덕터와 집중 정수 캐패시터를 구비한 콜피츠형 등의 발진 회로로 구성된 센서는 발진 주파수의 변화를 기초로, 반도체 웨이퍼 상의 다층 상호 구조 등에 통상 사용되는 각 금속막의 연마 제거에 있어서, 이들 금속막의 막 두께의 변화를 리얼 타임으로 감시하고, 적정한 두께가 연마 제거되었을 때의 연마 종점을 확실히 검출할 수 있다는 이점이 있다.
청구항 6에 기재된 발명은, 상기 도전성막은 화학 기계 연마에 의해 제거되도록 하였으므로, 도전성막의 막 두께의 변화를 리얼 타임으로 감시하는 종점 검출 방법은 도전성막을 그 막종에 따른 화학적 반응성을 가지는 슬러리의 존재 하에서, 이 도전성막이 제어된 압력 하에서, 연마 패드에 누르고 적절히 회전시켜 연마 제 거하는 화학 기계 연마를 행할 때에 적용되고, 이 도전성막이 적정한 두께가 연마 제거되었을 때의 연마 종점을 확실히 검출할 수 있다는 이점이 있다.
청구항 7에 기재된 발명은, 상기 센서가 화학 기계 연마 장치를 구성하는 플래튼의 상면부에 1개 이상 묻혀 있으므로, 센서를 플래튼의 상면부에 묻음으로써, 화학 기계 연마 장치의 가동 중에 있어서 연마 제거되는 도전성막의 막 두께 변화를 리얼 타임으로 감시할 수 있다. 또한, 이 구성에 의하면, 센서는 도전성막의 직경 방향을 스캔하게 되어, 도전성막의 직경 방향의 면내 막 두께 분포 정보를 동시에 얻을 수 있다는 이점이 있다.
또한, 묻는 센서수를 1개 이상으로 함으로써, 보다 상세한 막 면내에 있어서의 막 두께 변화의 분포 정보를 얻을 수 있다는 이점이 있다.
청구항 8에 기재된 발명은, 상기 센서가 화학 기계 연마 장치를 구성하는 연마 헤드의 내부에 1개 이상 묻혀 있으므로, 센서를 연마 헤드의 내부에 묻음으로써, 화학 기계 연마 장치의 가동 중에 있어서 연마 제거되는 도전성막의 막 두께의 변화를 리얼 타임으로 감시할 수 있다. 또한, 묻는 센서수를 1개 이상으로 함으로써, 상기와 마찬가지로, 막 면내에 있어서의 막 두께 변화의 분포 정보를 동시에 얻을 수 있다는 이점이 있다.
청구항 9에 기재된 발명은, 상기 도전성막의 막 두께의 변화에 따른 상기 센서의 발진 주파수의 변화가 단조로운 증감이 아니고, 피크를 가지며, 이 피크를 기준으로 하여 연마 종점을 검출하도록 하였으므로, 평면 인덕터를 가지는 발진 회로로 구성된 센서를 이용하여 도전성막의 연마 상황을 감시했을 때에 얻어지는 발진 주파수의 값은, 평면 인덕터와 도전성막과의 정전 결합을 통한 이 도전성막의 막 두께 저항값의 변화, 정전 결합의 결과 발생하는 2차 자계에 의한 센서 회로계의 인덕턴스의 변화, 및 전자 결합의 결과 발생하는 2차 자계에 의한 센서 회로계의 인덕턴스의 변화의 각 변화가 상승한 변화에 대응한 공진 주파수로 발진한다. 그리고, 상기 정전 결합을 통한 도전성막의 막 두께 저항값의 변화에 대해서는 이 막 두께 저항값의 증대에 따라 발진 주파수의 증대가 일어난다. 또한, 상기 정전 결합의 결과 발생하는 2차 자계에 의한 센서 회로계의 인덕턴스의 변화 및 전자 결합의 결과 발생하는 2차 자계에 의한 센서 회로계의 인덕턴스의 변화의 양변화에 대해서는 모두 도전성막의 막 두께의 감소에 따라 발진 주파수가 감소한다. 이와 같은 각 변화가 상승한 변화에 대응한 발진 주파수의 값은, 연마의 진행에 따라 올라가고, 연마 종점의 부근에서 피크를 가지기 때문에, 이 발진 주파수의 피크를 기준으로 하여 연마에 의해 적정한 두께가 제거되었을 때의 연마 종점을 변화가 단조로운 경우에 비하여, 매우 높은 정밀도로 확실히 검출할 수 있다는 이점이 있다.
청구항 10에 기재된 발명은, 상기 도전성막의 막 두께의 변화에 따른 상기 센서의 발진 주파수의 변화가 단조로운 증감이 아니고, 피크를 가지며, 상기 도전성막의 막종에 따라, 상기 피크를 검지한 시점 혹은 상기 피크를 검지하고 나서 소요량 연마를 행한 시점의 어느 하나를 연마 종점으로 하여 상기 연마를 정지시키도록 하였으므로, 센서로부터의 발진 주파수의 피크는 도전성막의 막종의 차이에 따라, 급준한 형태로 나타나거나, 또는 완만한 형태로 나타나는 것으로부터, 다른 막종의 각 도전성막에 대하여 각각 적정한 연마 종점을 적절히 얻을 수 있다는 이점 이 있다.
청구항 11에 기재된 발명은, 상기 도전성막의 막 두께의 변화에 따른 상기 센서의 발진 주파수의 변화가 단조로운 증감이 아니고, 피크를 가지며, 그 피크가 나타날 때의 막 두께의 크기가 일정하기 때문에, 피크를 기준으로 스레시홀드를 설정하고, 피크가 되기 전, 또는 피크가 된 후에 발진 주파수가 스레시홀드에 도달한 단계를 연마 종점으로 함으로써, 연마 과잉이나 연마량 부족을 방지할 수 있다는 이점이 있다.
청구항 12에 기재된 발명은 상기 도전성막은 웨이퍼의 표면에 성막되어 있고, 상기 평면 인덕터가 웨이퍼 표면부의 상기 도전성막 혹은 상기 웨이퍼의 이면의 어느 하나에 근접하고 있으므로, 평면 인덕터는 웨이퍼를 통하지 않고 도전성막과 대치시켜도, 또 웨이퍼를 통하여 도전성막과 대치시켜도, 도전성막의 막 두께의 변화를 리얼 타임으로 감시하여, 이 도전성막이 적정한 두께가 연마 제거되었을 때의 연마 종점을 검출할 수 있다. 따라서, 센서는 화학 기계 연마 장치를 구성하는 플래튼의 상면부, 혹은 연마 헤드의 내부의 어느 것에도 묻을 수 있다는 이점이 있다.
청구항 13에 기재된 발명은, 평면 인덕터와 집중 정수 캐패시터를 구비한 콜피츠형 등의 발진 회로로 구성된 센서를 가지고, 청구항 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 또는 12에 기재된 공진 현상을 응용한 종점 검출 방법을 실행하는 종점 검출 장치로 하였으므로, 종점 검출 장치는 센서로부터의 발진 주파수의 변화를 기본으로 도전성막의 막 두께의 변화를 리얼 타임으로 감시하고, 이 도전성막이 적정 한 두께가 연마 제거되었을 때의 연마 종점을 높은 정밀도로 확실하게 검출할 수 있다. 또한, 주구성 요소인 평면 인덕터는 노이즈의 발생 및 전력 소비는 거의 없고, 또한 비교적 저렴하다는 점에서 비용 절감을 도모할 수 있다는 이점이 있다.
청구항 14에 기재된 발명은, 청구항 13에 기재된 공진 현상을 응용한 종점 검출 장치를 탑재한 화학 기계 연마 장치로 하였으므로, 평면 인덕터와 집중 정수 캐패시터를 구비한 콜피츠형 등의 발진 회로로 구성된 센서를 가지는 종점 검출 장치를 화학 기계 연마 장치에 있어서의 플래튼의 상면부 혹은 연마 헤드의 내부의 어느 하나에 묻어 탑재함으로써, 연마 제거되는 도전성막의 막 두께의 변화를 리얼 타임으로 확실히 감시할 수 있어, 이 도전성막이 적정한 두께가 연마 제거되었을 때의 연마 종점을 높은 정밀도로 검출할 수 있다는 이점이 있다.
청구항 15에 기재된 발명은, 청구항 14에 기재된 화학 기계 연마 장치로 작성한 반도체 장치로 하였으므로, 평면 인덕터와 집중 정수 캐패시터를 구비한 콜피츠형 등의 발진 회로로 구성된 센서를 가지는 종점 검출 장치를 화학 기계 연마 장치에 있어서의 플래튼의 상면부 혹은 연마 헤드의 내부의 어느 하나에 묻어 탑재되고, 도전성막의 막 두께의 변화를 리얼 타임으로 감시하여, 이 도전성막이 적정한 두께가 연마 제거되었을 때의 연마 종점을 높은 정밀도로 검출할 수 있기 때문에, 고성능의 반도체 장치를 작성할 수 있다는 이점이 있다.
도전성막의 막 두께의 변화를 리얼 타임으로 감시하여 이 도전성막의 연마 종점을 높은 정밀도로 확실히 검출하여, 노이즈의 발생이 없고, 저소비 전력이며, 또한 비용의 절감을 도모한다는 목적을 달성하기 위해, 도전성막을 연마하여 적정한 두께가 제거되었을 때의 연마 종점을 검출하는 종점 검출 방법으로서, 평면 인덕터와 집중 정수 캐패시터를 구비한 콜피츠형 등의 발진 회로로 구성된 센서를 사용하여, 상기 평면 인덕터와 대치하는 상기 도전성막의 막 두께의 변화에 따른 상기 센서의 발진 주파수의 변화로부터, 이 도전성막의 막 두께의 변화를 리얼 타임으로 감시하여, 상기 센서의 발진 주파수의 변화에 생기는 피크를 기준으로 하여 연마 종점을 검출함으로써 실현하였다.
이하, 본 발명의 바람직한 일 실시예를 도면에 따라 상세하게 설명한다. 도 1은 공진 현상을 응용한 종점 검출 장치가 짜넣어진 화학 기계 연마 장치의 사시도, 도 2는 연마 헤드의 확대 종단면도, 도 3은 종점 검출 장치에 있어서의 센서가 플래튼에 짜넣어진 상태를 설명하기 위한 도면이며, 도 3(A)은 일부 파단하여 나타내는 개략 측면도, 도 3(B)은 개략 평면도, 도 4는 종점 검출 장치에 있어서의 센서가 연마 헤드에 내장된 상태를 설명하기 위한 일부 파단하여 나타내는 개략 측면도이다.
먼저, 본 실시예에 관한 공진 현상을 응용한 종점 검출 방법, 종점 검출 장치 및 그것을 탑재한 화학 기계 연마 장치의 구성을 화학 기계 연마 장치의 구성으로부터 설명한다. 도 1에 있어서 화학 기계 연마 장치(1)는 주로 플래튼(2)과 연마 헤드(3)로 구성되어 있다. 상기 플래튼(2)은 원반 형상으로 형성되고, 그 하면 중앙에는 회전축(4)이 연결되어 있고, 모터(5)의 구동에 의해 화살표 A 방향으로 회전한다. 상기 플래튼(2)의 상면에는 연마 패드(6)가 접착되어 있고, 이 연마 패 드(6) 상에 도시하지 않은 노즐로부터 연마제와 화학 약품과의 혼합물인 슬러리가 공급된다.
상기 연마 헤드(3)는 도 2에 나타내는 바와 같이, 주로 헤드 본체(7), 캐리어(8), 리테이너 링(9), 리테이너 링 가압 수단(10), 탄성 시트(11), 캐리어 가압 수단(16) 및 에어 등의 제어 수단으로 구성되어 있다.
상기 헤드 본체(7)는 원반 형상으로 형성되고, 그 상면 중앙에 회전축(12)(도 1 참조)이 연결되어 있다. 이 헤드 본체(7)는 상기 회전축(12)에 피복되어 도시하지 않은 모터로 구동되고 도 1의 화살표 B 방향으로 회전한다.
상기 캐리어(8)는 원반 형상으로 형성되고, 상기 헤드 본체(7)의 중앙에 배치되어 있다. 이 캐리어(8)의 상면 중앙부와 헤드 본체(7)의 중앙 하부와의 사이에는 드라이 플레이트(13)가 설치되어 있고, 핀(14, 14)을 통하여 헤드 본체(7)로부터 회전이 전달된다.
상기 드라이 플레이트(13)의 중앙 하부와 상기 캐리어(8)의 중앙 상부와의 사이에는 작동 트랜스 본체(15a)가 고정되어 있고, 또한, 상기 캐리어(8)의 중앙 상부에는 작동 트랜스(15)의 코어(15b)가 고정되고, 도시하지 않은 제어부에 연결되어 웨이퍼(W) 상(도 2의 하방측)에 형성된 Cu 등으로 이루어지는 도전성막의 연마 상태 신호를 이 제어부에 출력하고 있다.
상기 캐리어(8)의 표면 주연부(周緣部)에는 캐리어 가압 부재(16a)가 설치되어 있고, 이 캐리어(8)는 이 캐리어 가압 부재(16a)를 통하여 캐리어 가압 수단(16)으로부터 가압력이 전달된다.
상기 캐리어(8)의 하면에는 에어 플롯 라인(17)으로부터 탄성 시트(11)에 에어를 분사하기 위한 에어 취출구(19)가 형성되어 있다. 이 에어 플롯 라인(17)에는 에어 필터(20) 및 자동 개폐 밸브(VI)를 통하여 에어 공급원인 급기 펌프(21)에 접속되어 있다. 상기 에어 취출구(19)로부터의 에어의 취출은 상기 자동 개폐 밸브(V1)의 전환에 의해 실행된다.
상기 캐리어(8)의 하면에는 진공 및 필요에 따라 DIW(순수(純水)) 또는 에어를 취출하기 위한 구멍(22)이 형성되어 있다. 이 에어의 흡인은 진공 펌프(23)의 구동에 의해 실행되고, 자동 개폐 밸브(V2)를 진공 라인(24)에 설치하고, 이 자동 개폐 밸브(V2)의 전환에 의해, 이 진공 라인(24)을 통하여, 진공 및 DIW의 송급(送給)이 실행된다.
상기 에어 플롯 라인(17)으로부터의 에어 송급 및 진공 라인(24)으로부터의 진공 작용 및 DIW의 송급 등은 제어부로부터의 지령 신호에 의해 실행된다.
또한, 상기 캐리어 가압 수단(16)은 헤드 본체(7) 하면의 중앙부 주연에 배치되고, 캐리어 가압 부재(16a)에 가압력을 줌으로써, 이것에 결합된 캐리어(8)에 가압력을 전달한다. 이 캐리어 가압 수단(16)은 바람직하게는 에어의 흡배기(吸排氣)에 의해 팽창 수축하는 고무 시트제의 에어백(25)으로 구성된다. 이 에어백(25)에는 에어를 공급하기 위한 도시하지 않은 공기 공급 기구가 연결되어 있다.
상기 리테이너 링(9)은 링 형상으로 형성되고, 캐리어(8)의 외주에 배치되어 있다. 이 리테이너 링(9)은 연마 헤드(3)에 형성된 리테이너 링 홀더(27)에 부착되고, 그 내주부에 상기 탄성 시트(11)가 설치되어 있다.
상기 탄성 시트(11)는 원형 형상으로 형성되고, 복수의 구멍(22)이 천공(穿孔)되어 있다. 이 탄성 시트(11)는 주연부가 리테이너 링(9)과 리테이너 링 홀더(27)와의 사이에 끼워짐으로써, 리테이너 링(9)의 내측에 설치된다.
상기 탄성 시트(11)가 설치된 캐리어(8)의 하부에는 캐리어(8)와 탄성 시트(11)와의 사이에 에어실(29)이 형성되어 있다. 도전성막이 형성된 웨이퍼(W)는 이 에어실(29)을 통하여 캐리어(8)에 가압된다. 상기 리테이너 링 홀더(27)는 링형상으로 형성된 부착 부재(30)에 스냅 링(31)을 통하여 부착되어 있다. 이 부착 부재(30)에는 리테이너 링 가압 부재(10a)가 연결되어 있다. 리테이너 링(9)은, 이 리테이너 링 가압 부재(10a)를 통하여 리테이너 링 가압 수단(10)으로부터의 가압력이 전달된다.
리테이너 링 가압 수단(10)은 헤드 본체(7)의 하면의 외주부에 배치되고, 리테이너 링 가압 부재(10a)에 가압력을 주는 것에 의해, 이것에 결합하고 있는 리테이너 링(9)을 연마용 패드(6)에 가압한다. 이 리테이너 링 가압 수단(10)도 바람직하게는 캐리어 가압 수단(16)과 마찬가지로, 고무 시트제의 에어백(16b)으로 구성된다. 이 에어백(16b)에는 에어를 공급하기 위한 도시하지 않은 공기 공급 기구가 연결되어 있다.
그리고, 도 3(A), 도 3(B) 및 도 4에 나타내는 바와 같이, 화학 기계 연마 장치(1)에 있어서의 플래튼(2)의 상부의 부분 또는 연마 헤드(3)의 캐리어(8)의 부분에, 도전성막의 연마 종점을 검출하기 위한 후술하는 센서(37)가 각각 하나씩 짜넣어져 있다. 센서(37)가 플래튼(2)측에 짜넣어졌을 때, 이 센서(37)로부터의 연 마 종점의 검출 신호 등은 슬립 링(32)을 통하여 외부에 출력된다.
상기 화학 기계 연마 장치(1)에서의 플래튼(2)의 상부에 센서를 탑재한 경우, 센서(37)는 웨이퍼(W)면내의 직경 방향을 스캔하게 되고, 도전성막의 직경 방향의 면내 막 두께 분포의 정보가 취득 가능하게 된다. 또한 센서(37)는 상기 플래튼(2)의 상부의 부분 또는 상기 연마 헤드(3)의 캐리어(8)의 부분에, 각각 2개 이상을 짜넣어도 좋다. 센서(37)를 2개 이상 짜넣어, 회전 방향 전방측의 센서(37)로부터 시계열적으로 막 두께 정보를 채취함으로써, 웨이퍼(W)면내의 막 두께 변화의 분포 정보 등을 얻을 수 있다.
도 5는 센서의 기본적인 구성예를 나타내고, 도 5(A)는 구성도, 도 5(B)는 그 등가 회로를 나타내고 있다. 이 기본적인 센서(33)는 평면 인덕터(34)와 집중 정수 캐패시터(35)로 이루어지는 발진 회로(36)를 주체로 하여 구성되어 있다. 상기 평면 인덕터(34)의 형상은 도 5(A)에 나타내는 미앤더(meander)형 외에, 환(round)형 및 각(square)형의 스파이럴(spiral)형 등이어도 좋다.
상기 발진 회로(36)는 그 발진 주파수대(f)가, 다음 식 (1)에 나타내는 바와 같이, 평면 인덕터(34)의 인덕턴스(L)와 집중 정수 캐패시터(35)의 캐패시턴스(C0)로 정해지는 콜피츠(Colpitts)형 등의 발진 회로로 되어 있다.
Figure 112007073033984-PAT00001
여기서, 상기 평면 인덕터(34)를 도전성막(28)에 10 mm 정도 이하의 간격으 로 평행하게 근접시키면, 다음의 (가) 정전 결합을 통한 도전성막의 막 두께 저항값의 변화, (나) 정전 결합으로 발생하는 2차 자계에 의한 인덕턴스의 변화, 및 (다) 전자 결합으로 발생하는 2차 자계에 의한 인덕턴스의 변화의 세 가지 현상이 일어날 수 있다. 이 세 가지 현상 (가), (나), (다)를 각각 도면을 이용하여 순서대로 설명한다.
(가) 정전 결합을 통한 도전성막의 막 두께 저항값의 변화.
이 현상을 도 6을 이용하여 설명한다. 평면 인덕터(34)를 도전성막(28)에 평행하게 근접시키면, 이 평면 인덕터(34)가 가지는 위상 분포에 의해 도전성막(28)측에 정전 유도를 일으켜, 분포 캐패시턴스(Cm')를 통하여 평면 인덕터(34)와 도전성막(28)이 정전 결합한다.
여기서, 도전성막(28)의 막 두께가 충분히 두꺼운 경우에는 이 도전성막(28)을 저항이 거의 없는 도체로서 생각할 수 있지만, 막 두께가 극단적으로 얇은 영역에서는 그 막 두께 저항(R)을 무시할 수 없다. 이때, 도 6(A)의 등가 회로는 도 6(B)과 같이 나타낼 수 있고, 평면 인덕터(34)의 인덕턴스(L)와 집중 정수 캐패시터(35)의 캐패시턴스(C0)에, 상기 분포 캐패시턴스(Cm')와 도전성막(28)의 막 두께 저항(R)이 더해진 병렬 공진 회로로 간주할 수 있다.
도 6(B)의 등가 회로에 대하여 어드미턴스(admittance)(Y)를 구하면 식 (2)와 같이 나타낼 수 있다.
따라서, 그 서셉턴스(B)는 식 (3)과 같이 된다.
Figure 112007073033984-PAT00003
이 병렬 공진 회로의 공진 주파수는 그 등가 회로의 어드미턴스(Y)에 있어서의 서셉턴스분 B=O일 때의 ω(=2πf)의 값이다. 식 (3)에서, 막 두께 저항(R)은 분포 캐패시턴스(Cm')와의 곱일 때 정수(Cm'·R)의 형태로 공진 조건에 관련되어 있다. 따라서, 이 33의 발진 주파수는 분포 캐패시턴스(Cm')를 통하여 막 두께 저항(R)의 영향을 받는다. 또한, 도 6(B)의 등가 회로에 대하여 시뮬레이터에 의해, 막 두께 저항(R)을 0→∞(막 두께 : 두꺼움→얇음)로 변화시켰을 때의 막 두께와 공진 주파수와의 관계를 구한 결과를 도 6(C)에 나타낸다. 도 6(B)으로부터, 도전성막(28)의 막 두께의 감소, 즉 막 두께 저항(R)의 증대는 발진 주파수의 증대를 불러올 수 있다는 것을 알 수 있다. 또한, 상기 시뮬레이션의 결과는 막 두께 저항(R)이 매우 큰 영역에서 공진 주파수의 피크를 만들 수 있다는 것을 나타내고 있다.
(나) 정전 결합으로 발생하는 2차 자계에 의한 인덕턴스의 변화.
이 현상을 도 7을 이용하여 설명한다. 평면 인덕터(34)는 변화하는 1차 자계(M1)를 낳는다. 이 평면 인덕터(34)는 그 평면 인덕터(34) 상의 위상차에 의해, 도전성막(28)측에 정전 유도를 일으켜, 분포 캐패시턴스(Cm')를 통하여 이 평면 인덕터(34)와 도전성막(28)이 정전 결합한다.
이 정전 유도 시에 상기 도전성막(28)의 표면부에 생기는 유도 전류(I1)는 상기 1차 자계(M1)를 지우는 방향으로 2차 자계(M2)를 발생시킨다. 이 2차 자계(M2)는 인덕턴스를 감소시키는 방향으로 움직인다. 이 때문에, 인덕턴스의 감소분을 Lm이라고 하면, 발진 주파수는 식 (4)와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112007073033984-PAT00004
여기서, 도전성막(28)의 막 두께가 표피 효과를 무시할 수 없는 얇은 영역에서는 도전성막(28)에 생기는 상기 유도 전류(I1)의 발생량은 막 두께가 얇을수록 감소한다고 생각되고, 동시에 상기 2차 자계(M2)도 약해진다. 따라서, 도전성막(28)의 막 두께의 감소는 인덕턴스의 감소분(Lm)의 저하로 연결되어, 결과적으로 센서 회로계의 인덕턴스가 등가적으로 증가하고, 센서(33)의 발진 주파수를 감소시킨다.
(다) 전자 결합으로 발생하는 2차 자계에 의한 인덕턴스의 변화.
이 현상을 도 8을 이용하여 설명한다. 평면 인덕터(34)는 시간적으로 변화하는 1차 자계(M1)를 낳는다. 이 시간적으로 변화하는 1차 자계(M1)는 도전성막(28) 중에 유도 전류(Ii)를 발생시킨다. 이 도전성막(28) 중의 유도 전류(Ii)는 평면 인덕터(34)가 만드는 상기 1차 자계(M1)를 지우는 2차 자계(M3)를 낳고, 평면 인덕터(34)와 도전성막(28)과의 사이에서 전자 결합이 발생한다.
상기 유도 전류(Ii)로 발생되는 2차 자계(M3)는 인덕턴스를 감소시키는 방향으로 작용한다. 이 때문에, 인덕턴스의 감소분을 Lm이라고 하면, 발진 주파수는 상기식 (4)와 같이 나타낼 수 있다.
그리고, 도전성막(28)의 막 두께가 표피 효과를 무시할 수 없는 얇은 영역에서는 도전성막(28) 중에 생기는 상기 유도 전류(Ii)의 발생량은 막 두께가 얇을수록 감소한다고 생각되고, 동시에 상기 2차 자계(M3)도 약하게 된다. 따라서, 도전성막(28)의 막 두께의 감소는 인덕턴스의 감소분(Lm)의 저하로 이어지고, 결과적으로 센서 회로계의 인덕턴스가 등가적으로 증가하여, 평면 인덕터 탑재 정전 결합형 센서(33)의 발진 주파수를 감소시킨다.
상기 (가), (나) 및 (다)의 세 가지 현상을 고려하면, 도전성막(28)의 막 두께에 대한 평면 인덕터 탑재 정전 결합형 센서(33)의 발진 주파수의 값은, 일정한 변화는 아니게 된다. 본 실시예에서는 이들 세 가지의 현상을 적극적으로 도입함으로써, 종점 검출에 있어서 적합한 신호가 취출된다.
도 11(A), 도 11(B)은 실제로 Cu 및 W 웨이퍼를 연마했을 때의 막 두께와 공진 주파수와의 관계를 나타내고 있다. 도 11(A), 도 11(B)에서 연마 개시부터 막이 없어질 때에 걸쳐 공진 주파수가 증대하고 있고, 이 상승 영역이 (가)의 현상에 들어맞는다. 그 후 공진 주파수는 피크가 되어 공진 주파수가 감소하고, 막이 제 거되었을 때 일정한 값을 유지하고 있다. 이 하강 영역에 대해서는 (가), (나), (다)의 현상에 들어맞는다.
이때, 상기 (가) 정전 결합을 통한 도전성막의 막 두께 저항값의 변화, (나) 정전 결합으로 발생하는 2차 자계에 의한 인덕턴스의 변화, 및 (다) 전자 결합으로 발생하는 2차 자계에 의한 인덕턴스의 변화의 세 가지 변화 중, 이들 (가), (나), (다)의 세 가지 변화가 상승한 경우에 한정되지 않고, (가)의 변화와 (나), (다)의 양변화 중 적어도 어느 하나의 변화가 상승하면, 상기와 같은 공진 주파수의 변화 특성을 얻을 수 있다. 또한, 도 6(C)의 시뮬레이션 결과로부터, (가)만의 현상을 이용하여도 상술한 바와 같은 공진 주파수의 변화 특성을 얻을 수 있다. 여기에서, 평면 인덕터와 도전성막의 사이에 페라이트 등의 투자율(透磁率)이 높고 고저항의 물질이나 유전율이 높은 물질을 사이에 둠으로써, 선택적으로 현상을 조합하는 것이 가능하게 되고, 공진 주파수의 변화 특성을 컨트롤하는 것도 가능하다.
도 9는 센서의 구체적인 구성예를 나타내고 있다. 이 구성예의 센서(37)에 있어서의 평면 인덕터(38)는 절연물로 이루어지는 기판(38a) 상에, Cu 등의 도전 물질을 이용하여 미앤더형으로 구성되어 있다. 발진 회로(39)는 그 발진 주파수대(f)가 이 평면 인덕터(38)의 인덕턴스와 집중 정수 캐패시터(40)의 캐패시턴스로 결정되는 콜피츠형 등의 발진 회로로 되어 있고, 상기 발진 주파수대(f)는 30∼1000 MHz 이상의 고주파수대로 설정되어 있다.
발진 회로(39)를 구성하는 상기 집중 정수 캐패시터(40)는 캐패시턴스가 가변으로 되어 있고, 이 센서(37)는 상기 발진 주파수대(f)의 범위 내에서, 연마 제 거되는 도전성막의 막종에 따라 주파수대를 선택할 수 있게 되어 있다. 도전성막의 막종이 다르면, 그 도전율의 차이로부터 연마 종점을 검출할 수 있는 변화를 일으키는 막 두께의 크기에 대응하는 발진 주파수대는 일반적으로 다르다. 이 때문에, 이와 같이 집중 정수 캐패시터(40)를 캐패시턴스 가변으로 함으로써, 다른 막종의 도전성막에 대하여, 이 도전성막이 적정한 두께로 연마 제거되었을 때의 연마 종점을 확실히 검출할 수 있게 되어 있다.
또한, 센서(37)의 발진 주파수대(f)를 고주파수대로 함으로써, 상기 분포 캐패시턴스를 통한 평면 인덕터(38)와 도전성막과의 정전 결합, 및 평면 인덕터(38)와 도전성막과의 사이의 전자 결합 등이 적절히 생긴다.
이 결과, 상기한 (가) 정전 결합을 통한 도전성막의 막 두께 저항값의 변화, (나) 정전 결합으로 발생하는 2차 자계에 의한 인덕턴스의 변화, 및 (다) 전자 결합으로 발생하는 2차 자계에 의한 인덕턴스의 변화의 각 변화가 적절히 생길 수 있다. 그리고, 센서(37)는 이들의 각 변화가 상승한 변화에 대응한 공진 주파수에서 발진하고, 도전성막의 막 두께의 변화에 대하여 도 11(A) 등에 나타내는 바와 같은 공진 주파수의 변화 특성을 얻을 수 있다.
또한, 센서(37)의 발진 주파수대(f)를 상기 고주파수대로 함으로써, 고속 측정이 가능하게 되어, 도전성막의 막 두께의 변화를 리얼 타임으로 확실하게 감시하는 것이 가능하게 된다.
도 9의 센서(37)는 상기 평면 인덕터(38)와 상기 캐패시터(40) 외에, 오퍼레이션 증폭기 등으로 구성된 증폭기(41), 저항 등으로 구성된 피드백·네트워크(42) 및 주파수 카운터(43)가 구비되어 있다. 이 주파수 카운터(43)로부터 연마 종점의 검출 신호 등이 되는 공진 주파수 신호가 디지털로 출력된다. 센서(37)의 검출 신호 출력을 디지털로 전송함으로써, 노이즈의 영향 및 출력의 감쇠가 방지된다. 또한, 막 두께 데이터의 관리 용이성을 얻을 수 있다.
다음에, 상술한 바와 같이 구성된 센서를 이용한 종점 검출 장치가 짜넣어진 화학 기계 연마 장치의 연마 작용 및 종점 검출 방법을 설명한다. 본 종점 검출 방법에서는 도 3(A)에 나타낸 바와 같이, 센서(37)를 플래튼(2)의 상부의 부분에 짜넣은 경우에 대하여 설명을 한다.
먼저, 연마 헤드(3)를 도시하지 않은 이동 기구에 의해 소정 개소에 대기 중인 도전성막(28)이 비연마의 웨이퍼(W) 상에 배치된다. 그리고, 이 연마 헤드(3)의 진공 라인(24)을 작동시켜, 진공구(19a) 및 구멍(22)(진공 구멍)을 통하여 탄성 시트(11) 하면의 에어실(29)을 진공으로 하고, 이것에 의해 상기 도전성막(28)이 비연마의 웨이퍼(W)를 흡착 보유하고, 상기 이동 기구에 의해, 이 도전성막(28)이 비연마의 웨이퍼(W)를 흡착 보유한 연마 헤드(3)를 플래튼(2) 상으로 옮기고, 이 웨이퍼(W)를 도전성막(28)이 연마 패드(6)에 대접(對接)하도록 플래튼(2) 상에 배치한다.
상기 진공 라인(24)은 웨이퍼(W) 상부의 도전성막(28)의 연마 작업이 종료되었을 때, 다시, 이 진공 라인(24)의 작동에 의해 상기 웨이퍼(W)를 이 연마 헤드(3)에 의해 흡착 보유하고, 도시하지 않은 세정 장치로 반송할 때에도 이용된다.
다음에, 상기 진공 라인(24)의 작동을 해제하여, 도시하지 않은 펌프로부터 에어백(25)에 에어를 공급하여 이 에어백(25)을 부풀린다. 이와 동시에 캐리어(8)에 형성한 에어 취출구(19)로부터 에어실(29)에 에어를 공급한다. 이것에 의해, 에어실(29)의 내압이 높아진다.
상기 에어백(25)이 부푸는 것에 의해, 상기 웨이퍼(W) 상부의 도전성막(28)과 리테이너 링(9)이 소정의 압력으로 연마 패드(6)에 가압된다. 이 상태에서 플래튼(2)을 도 1의 화살표 A 방향으로 회전시킴과 동시에 연마 헤드(3)를 도 1의 화살표 B 방향으로 회전시켜, 회전하는 연마 패드(6) 상에 도시하지 않은 노즐로부터 슬러리를 공급하여 웨이퍼(W) 상부의 도전성막(28)을 연마한다.
그리고, 센서(37)에 의해, 이 연마 중의 웨이퍼(W) 상부의 도전성막(28)에 대하여, 연마의 진행에 따른 막 두께의 변화가 감시되어 연마 종점이 검출된다. 이 도전성막(28)의 막 두께 변화의 감시를 도 10(A)에 나타내는 Cu막을 가지는 웨이퍼(Wa) 및 도 10(B)에 나타내는 텅스텐(W)막을 가지는 웨이퍼(Wb)에 대하여 행해진 경우를 각각 도 11(A) 및 도 11(B)의 도전성막의 막 두께에 대한 공진 주파수의 변화 특성을 참조하여 설명한다.
상기 Cu막을 가지는 웨이퍼(Wa)는 Si 반도체 웨이퍼 기체 상에 Th-SiO2(열산화막), TaN막 및 Ta막이 순차 적층되고, 이 Ta막 상에 연마 제거 대상의 Cu막으로 이루어지는 도전성막(28a)이 성막되어 있다. 또한, 텅스텐(W)막을 가지는 웨이퍼(Wb)는 Si 반도체 웨이퍼 기체 상에 TiN막을 통하여 연마 제거 대상의 텅스텐(W) 막으로 이루어지는 도전성막(28b)이 성막되어 있다.
플래튼(2)에 짜넣어져 있는 센서(37)는 연마의 진행에 따른 도전성막(28)의 막 두께의 변화에 대하여, 상기한 (가) 정전 결합을 통한 도전성막(28)의 막 두께 저항값의 변화, (나) 정전 결합으로 발생하는 2차 자계에 의한 인덕턴스의 변화, 및 (다) 전자 결합으로 발생하는 2차 자계에 의한 인덕턴스의 변화의 세 가지 변화가 상승한 변화에 대응한 공진 주파수로 발진한다.
그리고, 연마 제거 대상의 도전성막(28)이 Cu막인 경우에는, 도 11(A)에 나타내는 바와 같이, 막 두께가 얇아짐에 따라 도전성막(28)의 막 두께 저항값은 서서히 증가하고, 이것에 따라 공진 주파수는 서서히 상승할 수 있다. 도전성막(28)이 없어질 때까지 연마가 진행되면, 이 도전성막(28)의 막 두께 저항값이 증대하여 공진 주파수는 급상승하고, 어느 막 두께에 도달한 단계에서 피크(P)가 되고, 한번에 떨어진다. 이 공진 주파수의 명확한 변화인 피크(P)를 가짐으로써, 연마에 의해 적정한 두께가 제거되었을 때의 연마 종점이 검출된다.
또한, 연마 제거 대상의 도전성막(28)이 텅스텐(W)막인 경우에는, 도 11(B)에 나타내는 바와 같이, 막 두께가 얇아짐에 따라 도전성막(28)의 막 두께 저항값은 서서히 증가하고, 이것에 따라 공진 주파수는 완만하게 상승할 수 있다. 도전성막(28)이 없어질 때까지 연마가 진행되면, 이 도전성막(28)의 막 두께 저항값이 증대하여 공진 주파수는 피크(P)가 되고, 그 후 완만하게 하강한다. 이와 같이, 피크(P)가 완만한 형태로 나타나는 텅스텐(W)막에 대해서는 피크(P)가 검지된 시점으로부터 소요량 연마를 진행시킨 시점이 연마에 의해 적정한 두께가 제거되었을 때의 연마 종점이 된다.
또한 상술한 종점 검출 방법에서는 연마 제거 대상의 도전성막(28)이 Cu막과 텅스텐(W)막인 경우에 대하여 설명하였지만, 본 실시예의 종점 검출 방법은 이 Cu막 및 텅스텐(w)막 이외의 반도체 웨이퍼 상의 다층 상호 구조 등에 통상 사용되는 Ta막, Cr막, Al막, Ti막, TiN막 등의 기타 각 금속막을 연마 제거 대상으로 하는 경우에도 적용할 수 있다.
상기 센서(37)를 이용하여 얻어지는 도전성막(28)의 연마 형상으로부터, 차회 연마에 있어서의 연마압 또는 존압(zone pressure) 등의 연마 파라미터에 대하여 피드백을 행하는 면내 막 두께 분포 피드백 시스템을 구축할 수 있다.
상기 전기 결합형 센서(37)를 이용하여 도전성막(28)의 연마 상황을 리얼 타임으로 모니터링하고, 그때에 얻어지는 막 두께의 웨이퍼면내 분포로부터 연마압 또는 존압 등의 연마 파라미터를 리얼 타임으로 제어하는 리얼 타임 면내 막 두께 분포 제어 시스템을 구축할 수 있다.
상기 센서(37)를 이용하여 도전성막(28)의 연마 상황을 리얼 타임으로 모니터링하고, 연마 레이트 또는 연마 형상을 검출함으로써, 드레스, 헤드 세정을 리얼 타임으로 제어하는 자동 인터벌 시스템을 구축할 수 있다.
또한, 상기 면내 막 두께 분포 피드백 시스템, 리얼 타임 면내 막 두께 분포 제어 시스템 또는 자동 인터벌 시스템의 적어도 어느 하나의 시스템을 탑재한 종점 검출 장치에 의해, 매우 성능이 뛰어난 반도체 장치를 제조할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 실시예에 관한 종점 검출 방법, 종점 검출 장치 및 그것을 탑재한 화학 기계 연마 장치에 있어서, 센서(37)는 (가) 정전 결합을 통한 도 전성막(28)의 막 두께 저항값의 변화, (나) 정전 결합의 결과 발생하는 2차 자계에 의한 인덕턴스의 변화, 및 (다) 전자 결합의 결과 발생하는 2차 자계에 의한 인덕턴스의 변화의 각 변화가 상승한 변화에 대응한 공진 주파수에서 발진하고, 이 발진 주파수의 값은 연마가 진행함에 따라 올라가고, 연마 종점의 부근에서 피크를 가지기 때문에, 이 발진 주파수의 피크를 기준으로 하여 연마에 의해 적정한 두께 제거되었을 때의 연마 종점을 높은 정밀도로 확실히 검출할 수 있다.
센서(37)로부터의 발진 주파수의 피크는 도전성막(28)의 막종의 차이에 따라, 급준한 형태로 나타나거나, 또는 완만한 형태로 나타나기 때문에, 이 도전성막(28)의 막종에 따라, 피크를 검지한 시점 혹은 피크를 검지하고 나서 소요량 연마를 행한 시점의 어느 하나를 연마 종점으로 함으로써, 다른 막종의 각 도전성막(28)에 대하여 각각 적정한 연마 종점을 적절히 얻을 수 있고, 소용의 막 두께를 남긴 상태, 또는 막을 완전히 제거한 상태로 연마를 종료할 수 있다.
또한, 센서(37)로부터의 발진 주파수의 피크를 기준으로 스레시홀드를 설정하고, 피크가 되기 전 또는 피크가 된 후에 발진 주파수가 스레시홀드에 도달한 단계를 연마 종점으로 함으로써, 과잉 연마나 연마량 부족을 막을 수 있고, 소용의 막 두께를 남긴 상태로 연마를 종료할 수 있다.
또한, 센서(37)로부터의 발진 주파수가 일정값으로부터 상승을 개시하는 포인트를 기준으로 종점을 정하는 방법이나, 혹은 하강으로부터 일정값에 도달하는 포인트를 기준으로 종점을 정할 수도 있다.
또한, 센서(37)로부터 취득할 수 있는 면내 막 두께 분포로부터 연마 레이트 가 가장 높은 영역을 선택하여, 그 영역만으로 종점을 판단함으로써, 부분적으로 하층까지 연마되는 것과 같은 상황을 회피하는 것도 가능하다.
센서(37)의 발진 주파수의 전송 방법을 주파수 카운터(43)를 이용한 디지털 출력으로 함으로써, 노이즈의 영향 및 발진 주파수 출력의 감쇠가 방지되어, 연마 종점을 확실히 검출할 수 있다.
센서(37)의 발진 주파수대를 30 MHz 이상으로 함으로써, 분포 캐패시턴스를 통한 평면 인덕터(38)와 도전성막(28)과의 정전 결합, 및 평면 인덕터(38)와 도전성막(28)과의 사이의 전자 결합 등을 적절히 생기게 할 수 있다. 또한, 고속 측정이 가능하게 되고, 도전성막(28)의 막 두께의 변화를 리얼 타임으로 확실히 감시할 수 있다.
센서(37)를 구성하고 있는 집중 정수 캐패시터(35)를 캐패시턴스 가변으로 함으로써, 다른 막종의 도전성막(28)에 대하여, 연마 종점을 확실히 검출할 수 있다.
반도체 웨이퍼 상의 다층 상호 구조 등에 통상 사용되는 Cu, 텅스텐(W), Ta, Cr, Al, Ti, TiN 등의 각 금속막의 연마 제거에 있어서, 이들 금속막의 막 두께의 변화를 리얼 타임으로 감시하여, 연마 종점을 확실히 검출할 수 있다.
센서(37)의 주구성 요소인 평면 인덕터(38)는 노이즈의 발생 및 전력 소비는 거의 없고, 비교적 저렴하기 때문에 비용 절감을 도모할 수 있다.
또한, 본 발명은 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 한 다양하게 변경할 수 있고, 본 발명이 이 변경된 것에도 미친다는 것은 당연하다.
도면은 본 발명의 실시예에 관한 공진 현상을 응용한 종점 검출 방법, 종점 검출 장치 및 그것을 탑재한 화학 기계 연마 장치를 나타내는 것이다.
도 1은 공진 현상을 응용한 종점 검출 장치가 짜넣어진 화학 기계 연마 장치의 사시도.
도 2는 도 1의 화학 기계 연마 장치에서의 연마 헤드의 확대 종단면도.
도 3은 종점 검출 장치에 있어서의 센서가 플래튼에 짜넣어진 상태를 설명하기 위한 도면이며, 도 3(A)은 일부 파단하여 나타내는 개략 측면도, 도 3(B)은 개략 평면도.
도 4는 종점 검출 장치에서의 센서가 연마 헤드에 짜넣어진 상태를 설명하기 위한 일부 파단하여 나타내는 개략 측면도.
도 5는 센서의 기본적인 구성예를 나타내는 도면이며, 도 5(A)는 구성도, 도 5(B)는 그 등가 회로.
도 6(A)은 도 5의 센서에서의 정전 결합을 통한 도전성막의 막 두께 저항값의 변화 작용을 설명하기 위한 구성도, 도 6(B)은 그 등가 회로도, 도 6(C)은 그 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면.
도 7(A), 도 7(B)은 도 5의 센서에서의 정전 결합으로 발생하는 2차 자계에 의한 인덕턴스의 변화 작용을 설명하기 위한 구성도.
도 8(A), 도 8(B)은 도 5의 센서에서의 전자 결합으로 발생하는 2차 자계에 의한 인덕턴스의 변화 작용을 설명하기 위한 구성도.
도 9는 센서의 구체적인 구성예를 나타내는 블럭도.
도 10은 도전성막을 가지는 웨이퍼 단면을 모식적으로 나타내는 도면이고, 도 10(A)은 Cu막을 가지는 웨이퍼, 도 10(B)은 텅스텐막을 가지는 웨이퍼를 나타내는 도면.
도 11은 센서에 의한 도전성막의 막 두께에 대한 공진 주파수의 변화예를 나타내는 특성도이며, 도 11(A)은 도전성막이 Cu인 경우, 도 11(B)은 도전성막이 텅스텐인 경우를 나타내는 도면.

Claims (15)

  1. 도전성막을 연마하여 적정한 두께가 제거되었을 때의 연마 종점을 검출하는 종점 검출 방법으로서,
    평면 인덕터와 집중 정수 캐패시터를 구비한 콜피츠형 등의 발진 회로로 구성된 센서를 사용하여, 상기 평면 인덕터와 대치하는 상기 도전성막의 막 두께의 변화에 따른 상기 센서의 발진 주파수의 변화로부터, 상기 도전성막의 막 두께의 변화를 리얼 타임으로 감시하는 것을 특징으로 하는 공진 현상을 응용한 종점 검출 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 센서는 그 발진 주파수의 전송 방법이 카운터를 이용한 디지털 출력인 것을 특징으로 하는 공진 현상을 응용한 종점 검출 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 센서의 발진 주파수대는 30 MHz인 것을 특징으로 하는 공진 현상을 응용한 종점 검출 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 센서에 있어서의 집중 정수 캐패시터는 캐패시턴스가 가변이며, 이 센서는 발진 주파수대를 선택할 수 있게 되어 있는 것을 특징으로 하는 공진 현상을 응용한 종점 검출 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 도전성막은 Cu, W, Ta, Cr, Al, Ti, TiN 및 그것들을 포함하는 막종의 패턴으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 공진 현상을 응용한 종점 검출 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 도전성막은 화학 기계 연마에 의해 제거되는 것을 특징으로 하는 공진 현상을 응용한 종점 검출 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 센서가 화학 기계 연마 장치를 구성하는 플래튼의 상면부에 1개 이상 묻혀져 있는 것을 특징으로 하는 공진 현상을 응용한 종점 검출 방법.
  8. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 센서가 화학 기계 연마 장치를 구성하는 연마 헤드의 내부에 1개 이상 묻혀져 있는 것을 특징으로 하는 공진 현상을 응용한 종점 검출 방법.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 도전성막의 막 두께의 변화에 따른 상기 센서의 발진 주파수의 변화가 단조로운 증감은 아니고, 피크를 가지며, 이 피크를 기준으로 하여 연마 종점을 검출하는 것을 특징으로 하는 공진 현상을 응용한 종점 검출 방법.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 도전성막의 막 두께의 변화에 따른 상기 센서의 발진 주파수의 변화가 단조로운 증감은 아니고, 피크를 가지며, 상기 도전성막의 막종에 따라, 상기 피크를 검지한 시점 혹은 상기 피크를 검지하고 나서 소요량 연마를 행한 시점의 어느 하나를 연마 종점으로 하여 상기 연마를 정지시키는 것을 특징으로 하는 공진 현상을 응용한 종점 검출 방법.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 도전성막의 막 두께에 달하였을 때에 생기는 발진 주파수 피크값이 일정한 것을 이용하여, 막종에 따라, 그 발진 주파수 피크값을 기준으로 스레시홀드를 설정하고, 피크가 되기 전, 또는 피크가 된 후에 발진 주파수가 스레시홀드에 도달한 단계를 연마 종점으로 하여 상기 연마를 정지시키는 것을 특징으로 하는 공진 현상을 응용한 종점 검출 방법.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 도전성막은 웨이퍼의 표면에 성막되어 있고, 상기 평면 인덕터가 웨이퍼 표면부의 상기 도전성막 혹은 상기 웨이퍼의 이면의 어느 하나에 근접하고 있는 것을 특징으로 하는 공진 현상을 응용한 종점 검출 방법.
  13. 평면 인덕터와 집중 정수 캐패시터를 구비한 콜피츠형 등의 발진 회로로 구성된 센서를 가지고, 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 기재된 공진 현상을 응용한 종점 검출 방법을 실행하는 것을 특징으로 하는 공진 현상을 응용한 종점 검출 장치.
  14. 제 13 항에 기재된 공진 현상을 응용한 종점 검출 장치를 탑재한 것을 특징으로 하는 화학 기계 연마 장치.
  15. 제 14 항에 기재된 화학 기계 연마 장치로 작성한 반도체 장치.
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