KR20080088386A - 웨이퍼 연마 모니터 방법과 그 장치 - Google Patents

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KR20080088386A
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polishing
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타카시 후지타
토시유키 요코야마
케이타 키타데
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가부시키가이샤 토쿄 세이미쯔
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Abstract

슬러리 등의 영향을 받지 않고 도전성막이 표피 깊이로 정의되는 극히 얇은 막 두께에 달한 이후의 막 두께의 변화를 모니터하여 이 도전성막의 연마 종점을 높은 정밀도로 확실히 검출하는 웨이퍼 연마 모니터 방법과 그 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여, 웨이퍼(W) 표면의 도전성막(8)에 대향하는 부위에 고주파 전송로(9)를 형성하고, 고주파 전송로(9)를 통하여 빠져나가는 투과 전자파와 고주파 전송로(9)를 통과하지 않고 반사하는 반사 전자파 중 적어도 어느 하나로부터 도전성막(8)의 연마 제거 상태를 평가하여, 연마 제거의 종료점 및 연마 제거의 종료 시점에 대응한 시점을 검출하는 웨이퍼 연마 모니터 방법을 제공하는 것이다.

Description

웨이퍼 연마 모니터 방법과 그 장치{Wafer polish monitoring method and device}
본 발명은, 웨이퍼 연마 모니터 방법과 그 장치에 관한 것으로, 특히, 화학 기계 연마 가공(CMP : Chemical Machenical Polishing) 등에 있어서 웨이퍼 상의 도전성막의 연마 종점을 높은 정밀도로 확실히 검출하는 것이 가능한 웨이퍼 연마 모니터 방법과 그 장치에 관한 것이다.
반도체 웨이퍼의 표면에 예를 들면 산화막을 형성하고, 이 산화막에 리소그래피 및 에칭을 실시하여 배선 패턴에 대응한 홈 패턴을 형성하고, 이 위에 상기 홈 패턴을 충전하기 위한 Cu 등으로 이루어지는 도전성막을 성막하고, 이 도전성막 중 불필요 부분을 CMP에 의하여 연마 제거하여 배선 패턴을 형성하는 프로세스가 알려져 있다. 이 배선 패턴 등의 형성에서는, 불필요한 도전성막이 적정한 두께 제거되었을 때의 연마 종점을 확실하게 검출하여 연마를 정지하는 것이 매우 중요하다.
이것에 관한 종래 기술로서, 예를 들면, 다음과 같은 웨이퍼 연마 방법 및 그 장치가 알려져 있다. 이 종래 기술은, 연마 패드를 붙인 플래튼을 회전시키고, 연마 패드 상에 슬러리를 공급하면서, 웨이퍼 지지판으로 유지한 웨이퍼를 이 웨이퍼 지지판에 의하여 회전시키면서 가압하여 연마하는 연마 장치에 있어서, 플래튼의 상면에는, 중심 부근으로부터 주연 부근까지 연장된 홈이 형성되고, 이 홈의 길이 방향의 거의 중앙에 하방이 원추형으로 확대된 관통 구멍이 형성되어 있다. 이 관통 구멍의 홈측에는, 슬러리의 누락을 방지하기 위한 투명창 재료가 끼워져 있다.
플래튼의 하면측에는, 이 투명창 재료의 회전로에 접하여 웨이퍼의 연마면에 광을 조사하고, 그 반사광을 수광하는 프로브가 배치되어 있다. 이 프로브는 광케이블에 접속되고, 그 타단은 두 갈래로 나뉘어 분광 반사율 측정 장치와 측정용 광원에 접속되어 있다. 그리고, 측정용 광원으로부터 웨이퍼의 연마면에 광을 조사하여, 그 반사광을 분광 반사율 측정 장치에 넣고, 막이 목표 두께가 되었을 때의 분광 반사율을 미리 계산으로 구해 두고, 측정한 분광 반사율의 특징이 계산과 일치한 시점에서 잔존하는 층의 막 두께가 소망한 두께가 된 것을 검지하고 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조).
또한, 다른 종래 기술로서, 예를 들면, 다음의 (A)∼(C)에 나타내는 바와 같은 방법이 알려져 있다.
(A) 소정의 발진 주파수의 초음파를 소정의 주기로 펄스 형상으로 발사하여 웨이퍼에 의한 표면 반사파와 이면 반사파와의 간섭파로 막 두께 변화를 측정하여 연마 종점을 검출하도록 하고 있다(예를 들면, 특허문헌 2 참조).
(B) 연마제 슬러리 폐액에 전자파를 주고, 그 전자파에 의해 여기된 공진 주 파수와 공진 전압을 측정하여 화학 기계 연마의 연마 종점을 검출하도록 하고 있다(예를 들면, 특허문헌 3 참조).
(C) 기판의 영역마다 가한 가압력을, 막 두께 측정 장치에 의한 이 기판 상의 막 두께의 측정 정보에 따라 조정하도록 한 것으로, 그 막 두께 측정 장치는 와전류(渦電流), 광학, 온도, 토크 전류, 마이크로파 등을 이용한 센서로 하고 있다. 그러나, 마지막의 마이크로파 등의 센서에 대해서는, 마이크로파 등의 반사 신호 등의 단독 또는 적절한 조합으로부터, 그 반도체 웨이퍼 등의 기판 상에 형성된 도전성막으로서의 Cu막이나 배리어막, 또는 절연성막으로서의 산화막 등의 막 두께를 측정하는 막 두께 측정 장치로 하고 있다(예를 들면, 특허문헌 4 참조)
[특허문헌 1] 일본국 공개특허공고 평 7-52032호 공보.
[특허문헌 2] 일본국 공개특허공고 평 8-210833호 공보.
[특허문헌 3] 일본국 공개특허공고 2002-317826호 공보.
[특허문헌 4] 일본국 공개특허공고 2005-11977호 공보.
특허문헌 1에 기재된 종래 기술에 있어서는, 연마 패드에 가압되고 있는 웨이퍼 연마면으로부터의 반사광을 분광 반사율 측정 장치에 넣어, 분광 반사율을 기초로 연마 종점을 검출하도록 하고 있다. 그러나, 이 방법은 슬러리에 의한 반사광 산란의 문제가 있으며, 이로 인하여 SN비가 나쁘고, 연마 종점을 정밀도 좋게 검출하는 것이 어렵다.
특허문헌 2에 기재된 종래 기술에 있어서는, 고주파 발진기가 구비되어 있지만, 이것은 고주파 신호를 초음파 진동자에 주기 위한 것으로, 도전성막을 구비한 웨이퍼에 대한 고주파 전자파의 투과·반사 등의 특성을 이용하여 이 도전성막이 제거되는 전후 상태를 검지한다고 하는 본 발명에 관한 기술에 대하여, 조금도 근접하는 것도, 시사하는 것도 아니다.
특허문헌 3에 기재된 종래 기술에 있어서는, 전자파의 방사가 기재되어 있지만, 이 기재는 상기와 마찬가지로, 본 발명에 관한 기술에 대하여, 조금도 근접하는 것도, 시사하는 것도 아니다.
특허문헌 4에 기재된 종래 기술에 있어서는, 마이크로파 등을 이용하여 기판 상의 도전성막이나 절연성막의 막 두께를 측정하도록 하고 있다. 그러나, 본 발명은, 이 특허문헌 4에 기재된 종래 기술과는 이하의 점에서 분명하게 다르다. 특허문헌 4에 기재된 종래 기술은, 도전성막에 대하여 막 두께를 측정을 하거나, 또는 측정할 수 있는 것은 아니다. 도전성막이 존재하는 경우와 그것을 제거한 경우의 분명하게 다른 파형 변화를 이용하고 있는 것이다. 따라서, 도전성막이 제거되었을 경우를 종점으로 한 경우, 그 종점 부분을 검출하는 것이다. 또한, 이 특허문헌 4에 기재된 마이크로파는 마이크로파라고 기재되어 있을 뿐, 구체적인 주파수를 개시하고 있지 않다. 마이크로파의 특성이 이용되고 있는지 여부는 확실하지 않고, 일반적인 광을 포함하는 전자파와 비교하여 어떠한 특징을 이용하고, 어떠한 구성으로 측정하는지와 같은 구체적인 개시는 아무것도 없다. 게다가, 마이크로파의 반사라고 하는 것이, 무엇으로 인하여 반사라고 정의하고 있는지도 확실하지 않다. 예를 들면, 마이크로파를 통하는 고주파 전송 선로의 형성이나 그 고주파 전송 선로의 형성에 있어서, 웨이퍼 상의 도전성막의 유무에 따라, 특성 임피던스(impedance)가 변화함으로써, 투과 반사의 상황이 바뀌는 것 등을 시사하는 개시는 아무것도 없다. 그 방법의 하나로서 본 발명이 나타내는 바와 같은 웨이퍼에 따른 고주파 전송 선로로서 마이크로스트립 라인(microstrip line)을 형성하고, 그 마이크로스트립 라인을 통하여 빠져나가는 전자파를 투과라고 하고, 그 고주파 전송 선로에 들어가는 일 없이, 임피던스 정합의 점에서, 정합이 되지 않고 반사되는 전자파를 반사라고 정의한 방법이나 그 외, 송신과 수신의 안테나를 준비하여 그 사이의 신호 강도로 평가하는 방법 등과 같은 개시는 어떠한 것도 눈에 띄지 않는다. 따라서, 이것은, 마이크로파라고는 기재되어 있지만, 일반적인 광을 포함하는 전자파라고 이해해도 지장이 없다. 또한, 본 발명에서는, 표피 깊이를 초과하여 막 두께 측정을 하는 것은 아니고, 도전성막과 비도전성막은 전자파의 투과·반사 등의 특성이 크게 변화하는 것을 이용하여, 웨이퍼 상의 도전성막이 제거되는 전후 상태를 정밀도 좋게 검지하도록 한 것으로, 구성·작용·효과 상에서 이 종래 기술과는 완전히 다르다.
따라서, 슬러리 등의 영향을 받지 않고 도전성막이 표피 깊이로 정의되는 극히 얇은 막 두께에 달한 이후의 막 두께의 변화를 모니터하여 이 도전성막의 연마 종점을 높은 정밀도로 확실히 검출하기 위해서 해결해야 할 기술적 과제가 생기는 것으로, 본 발명은 이 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 상기 목적을 달성하기 위해서 제안된 것으로, 청구항 1에 기재된 발명은, 웨이퍼 표면의 도전성막을 연마 제거하면서 평탄화 가공 공정을 행하는 가공 장치에 있어서의 웨이퍼 연마 모니터 방법으로서, 상기 웨이퍼 표면에 대향하는 부위에 고주파 전송로를 형성하고, 이 고주파 전송로를 통하여 빠져나가는 투과 전자파와 상기 고주파 전송로를 통과하지 않고 반사하는 반사 전자파 중 적어도 어느 하나로부터 상기 도전성막의 연마 제거 상태를 평가하고, 연마 제거의 종료점 및 연마 제거의 종료 시점에 대응한 시점을 검출하는 웨이퍼 연마 모니터 방법을 제공한다.
이 구성에 따르면, 고주파 전송로의 대향 위치에 도전성막이 형성된 웨이퍼가 존재하지 않을 때, 상기 고주파 전송로에 이 고주파 전송로의 특성 임피던스에 정합하는 주파수대역의 전자파가 공급되면, 대부분의 전자파는 투과 전자파로서 이 고주파 전송로를 투과하고, 고주파 전송로를 통과하지 않고 반사하는 반사 전자파는 대부분 존재하지 않는다.
이것에 대하여, 고주파 전송로의 대향 위치에 웨이퍼 표면에 형성된 도전성막이 근접하여 놓여지면, 전자파가 전송하는 전송로의 임피던스는, 상기 고주파 전송로 및 도전성막을 종합한 특성 임피던스가 되어, 정합 가능한 주파수대역이 변화한다. 이 때문에, 상기 고주파 전송로의 특성 임피던스에만 정합하는 주파수대역의 전자파의 대부분은, 고주파 전송로를 통과하지 않고 반사하고, 일부의 전자파는 이 전자파의 주파수에 대응한 표피 깊이의 영역을 표층 전류로 하여 도전성막의 극히 표층 부분을 투과한다.
그리고, 평탄화 가공 공정에 의하여 도전성막의 연마가 진행되고, 상기 표피 깊이로 정의되는 극히 얇은 막 두께에 달한 이후의 막 두께의 변화에 따라 전자파의 투과 특성 및 반사 특성이 크게 변화하는 것으로부터, 투과 전자파 혹은 반사 전자파 중 적어도 어느 하나의 변화를 기초로 연마 제거의 종료점 및 연마 제거의 종료 시점에 대응한 시점이 검출된다.
청구항 2에 기재된 발명은, 웨이퍼 표면의 도전성막을 연마 제거하면서 평탄화 가공 공정을 행하는 가공 장치에 있어서의 웨이퍼 연마 모니터 방법으로서, 상기 웨이퍼 표면에 대향하는 부위에 고주파 전송로를 형성함과 동시에, 이 고주파 전송로에서의 입력단측에 제1 전극을 배치하고, 출력단측에는 제2 전극을 배치하고, S 파라미터에 있어서의 제1 전극점에서의 반사 계수인 S11 및 제1 전극측으로부터 제2 전극측을 본 투과 계수인 S21을 측정하고, 이 S11과 S21 중 적어도 어느 하나로부터 상기 도전성막의 연마 제거 상태를 평가하고, 연마 제거의 종료점 및 연마 제거의 종료 시점에 대응한 시점을 검출하는 웨이퍼 연마 모니터 방법을 제공한다.
이 구성에 따르면, 도전성막의 연마가 진행되어, 표피 깊이로 정의되는 극히 얇은 막 두께에 달한 이후의 막 두께의 변화에 따라 S 파라미터에 있어서의 반사 계수인 S11 및 투과 계수인 S21이 크게 변화한다. 따라서, 이 S11 및 S21을 측정하고, 이 S11과 S21 중 적어도 어느 하나의 변화를 기초로 연마 제거의 종료점 및 연마 제거의 종료 시점에 대응한 시점이 검출된다.
청구항 3에 기재된 발명은, 웨이퍼 표면의 도전성막을 연마 제거하면서 평탄화 가공 공정을 행하는 가공 장치에 있어서의 웨이퍼 연마 모니터 방법으로서, 상기 웨이퍼 표면에 대향하는 부위에 고주파 전송로를 형성하고, 이 고주파 전송로에 관한 투과 계수, 반사 계수, 유전율 및 손실 계수의 각 지표를 측정하고, 이 투과 계수, 반사 계수, 유전율 및 손실 계수 중 적어도 어느 하나로부터 상기 도전성막의 연마 제거 상태를 평가하고, 연마 제거의 종료점 및 연마 제거의 종료 시점에 대응한 시점을 검출하는 웨이퍼 연마 모니터 방법을 제공한다.
이 구성에 따르면, 웨이퍼 상에 다층 상호 접속 구조 등이 만들어지는 경우, 웨이퍼 표면에는 연마 제거되는 도전성막의 하층에, 또 다른 재질의 도전성막, 절연성막 등이 다층으로 적층되는 것이 일반적이다. 이와 같은 다층막 구조에 있어서, 도전성막의 연마가 진행되어, 표피 깊이로 정의되는 극히 얇은 막 두께에 달한 이후의 막 두께의 변화에 따라, 다층막을 종합한 유전율이 변화하고, 또한, 유전체 손실을 포함하는 손실 계수가 변화한다. 따라서, 투과 계수, 반사 계수에 더하여 유전율 및 손실 계수를 측정하고, 이들의 투과 계수, 반사 계수, 유전율 및 손실 계수 중 적어도 어느 하나의 변화를 기초로 연마 제거의 종료점 및 연마 제거의 종료 시점에 대응한 시점이 검출된다.
청구항 4에 기재된 발명은, 상기 고주파 전송로에 공급되는 전자파의 주파수대는 마이크로대인 웨이퍼 연마 모니터 방법을 제공한다.
이 구성에 따르면, 도전성막에 표층 전류가 흐르는 표피 깊이는, 마이크로대의 주파수대에서 극히 얇아진다. 이 극히 얇은 표피 깊이로 정의되는 막 두께에 달한 이후의 막 두께의 변화에 따른 투과 계수 등의 지표의 변화를 기초로 연마 제거의 종료점 및 연마 제거의 종료 시점에 대응한 시점이 검출된다.
청구항 5에 기재된 발명은, 상기 고주파 전송로에 공급하는 전자파를 소요 주파수 범위에서 연속적으로 변화시키고, 상기 투과 전자파에 대응한 투과 계수 및 상기 반사 전자파에 대응한 반사 계수는, 이 소요 주파수 범위에서 측정한 것인 웨이퍼 연마 모니터 방법을 제공한다.
이 구성에 따르면, 도전성막의 연마가 진행되어, 표피 깊이로 정의되는 극히 얇은 막 두께에 달한 이후의 막 두께의 변화에 따라 고주파 전송로 및 도전성막을 종합한 특성 임피던스에 변화가 생긴다. 이 특성 임피던스의 변화에 대한 임피던스 부정합 등에 기인하여, 소요 주파수 범위에 있어서의 적절한 주파수 영역에 있어서, 상기 막 두께의 변화에 따른 투과 계수 및 반사 계수의 변화가 커진다. 따라서, 연마 제거의 종료점 검출에는, 상기 적절한 주파수 영역에서 측정한 투과 계수 및 반사 계수의 변화가 이용된다.
청구항 6에 기재된 발명은, 상기 고주파 전송로는 마이크로스트립 라인으로 형성되어 있는 웨이퍼 연마 모니터 방법을 제공한다.
이 구성에 따르면, 고주파 전송로를 특성 임피던스가 특정된 마이크로스트립 라인으로 형성함으로써, 전자파의 투과 특성 및 반사 특성 등의 지표의 변화가 안정적으로 측정된다.
청구항 7에 기재된 발명은, 상기 가공 장치는 화학 기계 연마 장치이며, 상기 마이크로스트립 라인은 상기 화학 기계 연마 장치에 있어서의 플래튼의 상면부에 매설되어 있는 웨이퍼 연마 모니터 방법을 제공한다.
이 구성에 따르면, 마이크로스트립 라인을, 연마 제거가 행해지는 웨이퍼 표면부에 대향하는 부위로서 플래튼의 상면부에 매설함으로써, 도전성막의 연마 제거 작업에 지장을 초래하는 일 없이, 전자파의 투과 특성 등의 지표를 적절히 얻는 것이 가능하게 된다.
청구항 8에 기재된 발명은, 상기 고주파 전송로에 대하여, 입·출력단의 단락·개방·정합의 각 상태를 측정계로 설정하여 미리 교정하고, 이 교정 후에 고주파 전송로에 있어서 상기 투과 계수 및 상기 반사 계수를 측정하는 웨이퍼 연마 모니터 방법을 제공한다.
이 구성에 따르면, 고주파 전송로로 측정된 투과 계수 등의 측정값에 대하여, 측정계에 있어서 교정시의 보정 계수가 가미되어 투과 계수 등의 지표의 변화가 정확하게 측정된다.
청구항 9에 기재된 발명은, 상기 고주파 전송로는 발신기에 접속된 발신용 안테나와 수신기에 접속된 수신용 안테나의 사이에 형성되는 웨이퍼 연마 모니터 방법을 제공한다.
이 구성에 따르면, 발신용 안테나와 수신용 안테나의 사이에 형성된 고주파 전송로는, 도전성막의 연마가 진행되어, 표피 깊이로 정의되는 극히 얇은 막 두께에 달한 이후의 막 두께의 변화에 따라 그 특성 임피던스가 변화한다. 이 변화를 이용함으로써, 도전성막의 연마 제거의 종료점 및 연마 제거의 종료 시점에 대응한 시점이 검출된다.
청구항 10에 기재된 발명은, 상기 투과 계수 및 반사 계수의 상기 소요 주파수 범위에 있어서의 프로파일을 모니터하고, 이 투과 계수 및 반사 계수 중 적어도 어느 하나가 미리 정한 임계값을 넘은 단계에서, 연마 제거의 종료점 및 연마 제거의 종료 시점에 대응한 시점을 검출하는 웨이퍼 연마 모니터 방법을 제공한다.
이 구성에 따르면, 소요 주파수 범위에 있어서의 적절한 주파수 영역에 있어서 측정한 투과 계수 및 반사 계수의 변화로부터 연마 제거의 종료점을 검출함에 있어서, 구체적으로는 상기 적절한 주파수 영역에 있어서 측정한 투과 계수 등의 변화 프로파일을 모니터하고, 이 투과 계수 등의 측정값이 미리 정한 임계값을 넘었을 때를, 연마 제거의 종료점으로서 검출한다.
청구항 11에 기재된 발명은, 상기 투과 계수 및 반사 계수를 소정의 2개의 주파수에 있어서 각각 측정하고, 측정한 이 투과 계수 및 이 반사 계수 중 적어도 어느 하나가 미리 정한 기준 상태를 넘은 단계에서, 연마 제거의 종료점 및 연마 제거의 종료 시점에 대응한 시점을 검출하는 웨이퍼 연마 모니터 방법을 제공한다.
이 구성에 따르면, 소요 주파수 범위의 주파수 영역에 있어서 측정한 투과 계수 및 반사 계수의 변화를 이용하여 연마 제거의 종료점을 검출함에 있어서, 구체적으로는 상기 소요 주파수 범위에 있어서의 소정의 2개의 주파수에 있어서, 연마 제거의 종료점을 검출하기에 충분한 투과 계수 등의 변화량을 얻는 것이 가능하다.
청구항 12에 기재된 발명은, 소정의 2개의 주파수에 있어서, 미리 정한 기준 상태에 대한 상기 투과 계수 및 반사 계수의 변화 비율을 각각 측정하고, 측정한 이 투과 계수의 변화 비율 및 이 반사 계수의 변화 비율 중 적어도 어느 하나가 미리 정한 기준의 변화 비율을 넘은 단계에서, 연마 제거의 종료점 및 연마 제거의 종료 시점에 대응한 시점을 검출하는 웨이퍼 연마 모니터 방법을 제공한다.
이 구성에 따르면, 소요 주파수 범위의 주파수 영역에 있어서의 2개의 주파수에 있어서 측정한 투과 계수 및 반사 계수로부터 연마 제거의 종료점을 검출함에 있어서, 미리 정한 기준 상태에 대한 투과 계수 등의 변화 비율이, 미리 정한 기준의 변화 비율을 넘은 단계에서 연마 제거의 종료점을 검출하는 것도 가능하다.
청구항 13에 기재된 발명은, 웨이퍼 표면의 도전성막을 연마 제거하면서 평탄화 가공 공정을 행하는 가공 장치에 있어서의 웨이퍼 연마 모니터 장치로서, 상기 웨이퍼 표면에 대향하는 부위에 고주파 전송로를 형성하고, 이 고주파 전송로를 통하여 빠져나가는 투과 전자파와 상기 고주파 전송로를 통과하지 않고 반사하는 반사 전자파 중 적어도 어느 하나로부터 상기 도전성막의 연마 제거 상태를 평가하고, 연마 제거의 종료점 및 연마 제거의 종료 시점에 대응한 시점을 검출하도록 구 성하여 이루어지는 웨이퍼 연마 모니터 장치를 제공한다.
이 구성에 따르면, 평탄화 가공 공정에 의하여 도전성막의 연마가 진행되어, 표피 깊이로 정의되는 극히 얇은 막 두께에 달한 이후의 막 두께의 변화에 따라 전자파의 투과 특성 및 반사 특성이 크게 변화하는 것으로부터, 투과 전자파 혹은 반사 전자파 중 적어도 어느 하나의 변화를 기초로 연마 제거의 종료점 및 연마 제거의 종료 시점에 대응한 시점이 검출된다.
청구항 14에 기재된 발명은, 상기 고주파 전송로에 공급되는 전자파의 주파수대는, 마이크로대인 웨이퍼 연마 모니터 장치를 제공한다.
이 구성에 따르면, 도전성막에 표층 전류가 흐르는 표피 깊이는, 마이크로대의 주파수대에 있어서 극히 얇아진다. 이 극히 얇은 표피 깊이로 정의되는 막 두께에 달한 이후의 막 두께의 변화에 따른 투과 계수 등의 지표의 변화를 기초로 연마 제거의 종료점이 검출된다.
청구항 15에 기재된 발명은, 상기 고주파 전송로는 마이크로스트립 라인으로 형성되어 있는 웨이퍼 연마 모니터 장치를 제공한다.
이 구성에 따르면, 고주파 전송로를, 특성 임피던스가 특정된 마이크로스트립 라인으로 형성함으로써, 전자파의 투과 특성 및 반사 특성 등의 지표의 변화가 안정적으로 측정된다.
청구항 16에 기재된 발명은, 상기 가공 장치는, 화학 기계 연마 장치이며, 상기 마이크로스트립 라인은 상기 화학 기계 연마 장치에 있어서의 플래튼의 상면부에 매설되어 있는 웨이퍼 연마 모니터 장치를 제공한다.
이 구성에 따르면, 마이크로스트립 라인을, 연마 제거가 행해지는 웨이퍼 표면부에 대향하는 부위로서 플래튼의 상면부에 매설함으로써, 도전성막의 연마 제거 작업에 지장을 초래하는 일 없이, 전자파의 투과 특성 등의 지표를 적절히 얻는 것이 가능하게 된다.
청구항 17에 기재된 발명은, 상기 마이크로스트립 라인은, 그라운드 플레인 상에 유전체를 통하여 이 그라운드 플레인에 대하여 평행으로 지지된 스트립 도체로 구성되어 있는 웨이퍼 연마 모니터 장치를 제공한다.
이 구성에 따르면, 마이크로스트립 라인을, 간이하고, 소형으로 구성할 수가 있어, 플래튼의 상면부에 대한 용이한 매설성을 얻을 수 있다.
청구항 18에 기재된 발명은, 상기 마이크로스트립 라인에 있어서의 유전체의 재료는, 테플론(Teflon)(등록상표), 에폭시 혹은 베이클라이트(bakelite) 중 어느 하나의 웨이퍼 연마 모니터 장치를 제공한다.
이 구성에 따르면, 마이크로스트립 라인의 특성 임피던스를 용이하게 특정화할 수 있음과 동시에, 고주파 손실을 적게 억제하는 것이 가능하게 된다.
청구항 19에 기재된 발명은, 상기 고주파 전송로로서, 공동 공진기로 형성되어 있는 웨이퍼 연마 모니터 장치를 제공한다.
이 구성에 따르면, 공동 공진기로 형성된 고주파 전송로는, 그 공동부의 용적 등을 적절히 조정하여 공진 주파수를 변화시킴으로써, 이 공동 공진기 및 도전성막의 막 상태의 전체를 포함하는 특성 임피던스를 현저하게 변화시키는 것이 가능하게 된다. 따라서, 도전성막의 연마가 진행되어, 표피 깊이로 정의되는 극히 얇은 막 두께에 달한 이후의 막 두께의 변화에 따른 전자파의 투과 계수, 반사 계수 혹은 손실 계수를 크게 변화시키는 것이 가능하게 되고, 이들 계수의 변화를 기초로 도전성막의 연마 제거의 종료점 및 연마 제거의 종료 시점에 대응한 시점이 검출된다.
청구항 20에 기재된 발명은, 상기 공동 공진기는 공동부의 용적 혹은 형상 중 적어도 어느 하나를 변화시키는 것에 의해, 공진 주파수를 변화시키는 것이 가능한 웨이퍼 연마 모니터 장치를 제공한다.
이 구성에 따르면, 상기 공동 공진기는 공동부의 용적 혹은 형상 중 적어도 어느 하나를 조정함으로써, 용이하게 공진 주파수가 변화한다.
청구항 21에 기재된 발명은, 상기 공동 공진기의 상면은 부도체의 부재를 뚜껑으로 한 구조인 웨이퍼 연마 모니터 장치를 제공한다.
이 구성에 따르면, 공동 공진기의 상면을 부도체의 부재를 뚜껑으로 함으로써, 전자파에 대하여 이 공동 공진기의 상면은 개방 상태가 되고, 도전성막이 형성된 웨이퍼가 존재하지 않을 때, 이 공동 공진기에 입사한 전자파는 투과하여 발산한다. 그리고 도전성막이 형성된 웨이퍼가 존재하는 경우에만, 이 도전성막의 막 상태의 모니터가 행해진다.
청구항 22에 기재된 발명은, 상기 고주파 전송로는 발신기에 접속된 발신용 안테나와 수신기에 접속된 수신용 안테나의 사이에 형성하여 이루어지는 웨이퍼 연마 모니터 장치를 제공한다.
이 구성에 따르면, 발신용 안테나와 수신용 안테나의 사이에 형성된 고주파 전송로는, 도전성막의 연마가 진행되어, 표피 깊이로 정의되는 극히 얇은 막 두께에 달한 이후의 막 두께의 변화에 따라 그 특성 임피던스가 변화한다. 이 변화를 이용함으로써, 도전성막의 연마 제거의 종료점 및 연마 제거의 종료 시점에 대응한 시점이 검출된다.
청구항 1에 기재된 발명은, 웨이퍼 표면에 대향하는 부위에 고주파 전송로를 형성하고, 이 고주파 전송로를 통하여 빠져나가는 투과 전자파와 상기 고주파 전송로를 통과하지 않고 반사하는 반사 전자파 중 적어도 어느 하나로부터 도전성막의 연마 제거 상태를 평가하고, 연마 제거의 종료점 및 연마 제거의 종료 시점에 대응한 시점을 검출하는 웨이퍼 연마 모니터 방법으로 하였으므로, 도전성막의 연마가 진행되어, 표피 깊이로 정의되는 극히 얇은 막 두께에 달한 이후의 막 두께의 변화에 따라 전자파의 투과 특성 및 반사 특성이 크게 변화하는 것으로부터, 이 투과 전자파 혹은 반사 전자파 중 적어도 어느 하나의 변화를 기초로 도전성막의 연마 제거의 종료점을 높은 정밀도로 확실히 검출할 수 있다는 이점이 있다.
청구항 2에 기재된 발명은, 웨이퍼 표면에 대향하는 부위에 고주파 전송로를 형성함과 동시에, 이 고주파 전송로에 있어서의 입력단측에 제1 전극을 배치하고, 출력단측에는 제2 전극을 배치하여, S 파라미터에 있어서의 제1 전극점에서의 반사 계수인 S11 및 제1 전극측으로부터 제2 전극측을 본 투과 계수인 S21을 측정하고, 이 S11과 S21 중 적어도 어느 하나로부터 도전성막의 연마 제거 상태를 평가하고, 연마 제거의 종료점 및 연마 제거의 종료 시점에 대응한 시점을 검출하는 웨이퍼 연마 모니터 방법으로 하였으므로, 도전성막의 연마가 진행되어, 표피 깊이로 정의되는 극히 얇은 막 두께에 달한 이후의 막 두께의 변화에 따라 S 파라미터에 있어서의 S11 및 S21이 크게 변화하는 것으로부터, 이 S11 혹은 S21 중 적어도 몇 개의 변화를 기초로 도전성막의 연마 제거의 종료점을 높은 정밀도로 확실히 검출할 수 있다는 이점이 있다.
청구항 3에 기재된 발명은, 웨이퍼 표면에 대향하는 부위에 고주파 전송로를 형성하고, 이 고주파 전송로에 관한 투과 계수, 반사 계수, 유전율 및 손실 계수의 각 지표를 측정하고, 이 투과 계수, 반사 계수, 유전율 및 손실 계수 중 적어도 어느 하나로부터 도전성막의 연마 제거 상태를 평가하고, 연마 제거의 종료점 및 연마 제거의 종료 시점에 대응한 시점을 검출하는 웨이퍼 연마 모니터 방법으로 하였으므로, 도전성막의 연마가 진행되어, 표피 깊이로 정의되는 극히 얇은 막 두께에 달한 이후의 막 두께의 변화에 따라 유전율 및 유전체 손실을 포함하는 손실 계수도 변화하는 것으로부터, 투과 계수, 반사 계수에 유전율 및 손실 계수를 더한 복수의 지표 중 적어도 어느 하나의 변화를 기초로 연마 제거의 종료점을 높은 정밀도로 확실히 검출할 수 있다는 이점이 있다.
청구항 4에 기재된 발명은, 상기 고주파 전송로에 공급되는 전자파의 주파수대는, 마이크로대인 웨이퍼 연마 모니터 방법으로 하였으므로, 표피 깊이는 마이크로대의 주파수대에 있어서 극히 얇아지는 것으로부터, 이 극히 얇은 표피 깊이로 정의되는 막 두께에 달한 이후의 막 두께의 변화에 따른 투과 계수 등의 지표의 변화를 기초로 연마 제거의 종료점을 높은 정밀도로 확실히 검출할 수 있다는 이점이 있다.
청구항 5에 기재된 발명은, 상기 고주파 전송로에 공급하는 전자파를 소요 주파수 범위에서 연속적으로 변화시키고, 상기 투과 전자파에 대응한 투과 계수 및 상기 반사 전자파에 대응한 반사 계수는, 이 소요 주파수 범위에서 측정한 것인 웨이퍼 연마 모니터 방법으로 하였으므로, 소요 주파수 범위에 있어서의 적절한 주파수 영역에 있어서, 표피 깊이로 정의되는 극히 얇은 막 두께에 달한 이후의 막 두께의 변화에 따른 투과 계수 등의 지표의 변화가 커지는 것으로부터, 이 적절한 주파수 영역에 있어서 측정한 투과 계수 등의 지표의 변화를 기초로 연마 제거의 종료점을 높은 정밀도로 검출할 수 있다는 이점이 있다.
청구항 6에 기재된 발명은, 상기 고주파 전송로는 마이크로스트립 라인으로 형성되어 있는 웨이퍼 연마 모니터 방법으로 하였으므로, 전자파의 투과 특성 등의 지표의 변화를 안정적으로 측정할 수 있다는 이점이 있다.
청구항 7에 기재된 발명은, 상기 가공 장치는, 화학 기계 연마 장치이며, 상기 마이크로스트립 라인은 상기 화학 기계 연마 장치에 있어서의 플래튼의 상면부에 매설되어 있는 웨이퍼 연마 모니터 방법으로 하였으므로, 도전성막의 연마 제거 작업에 지장을 초래하는 일 없이, 전자파의 투과 특성 등의 지표의 변화를 적절히 얻을 수 있다는 이점이 있다.
청구항 8에 기재된 발명은, 상기 고주파 전송로에 대하여, 입·출력단의 단 락·개방·정합의 각 상태를 측정계로 설정하여 미리 교정하고, 이 교정 후에 고주파 전송로에 있어서 상기 투과 계수 및 상기 반사 계수를 측정하는 웨이퍼 연마 모니터 방법으로 하였으므로, 투과 계수 및 반사 계수의 변화를 정확하게 측정할 수 있다는 이점이 있다.
청구항 9에 기재된 발명은, 상기 고주파 전송로는 발신기에 접속된 발신용 안테나와 수신기에 접속된 수신용 안테나의 사이에 형성되는 웨이퍼 연마 모니터 방법으로 하였으므로, 도전성막의 연마가 진행되어, 표피 깊이로 정의되는 극히 얇은 막 두께에 달한 이후의 막 두께의 변화에 따른 고주파 전송로의 특성 임피던스의 변화에 기인하여 전자파의 투과 계수, 반사 계수 등이 변화하는 것으로부터, 이들 계수의 변화를 기초로 도전성막의 연마 제거의 종료점을 확실히 검출할 수 있다는 이점이 있다.
청구항 10에 기재된 발명은, 상기 투과 계수 및 반사 계수의 상기 소요 주파수 범위에 있어서의 프로파일을 모니터하고, 이 투과 계수 및 반사 계수 중 적어도 어느 하나가 미리 정한 임계값을 넘은 단계에서, 연마 제거의 종료점 및 연마 제거의 종료 시점에 대응한 시점을 검출하는 웨이퍼 연마 모니터 방법으로 하였으므로, 측정한 투과 계수 등의 변화 프로파일을 모니터하고, 이 투과 계수 등의 측정값이 미리 정한 임계값을 넘었을 때를 연마 제거의 종료점으로 함으로써, 도전성막의 연마 제거의 종료점을 확실히 검출할 수 있다는 이점이 있다.
청구항 11에 기재된 발명은, 상기 투과 계수 및 반사 계수를 소정의 2개의 주파수에 있어서 각각 측정하고, 측정한 이 투과 계수 및 이 반사 계수 중 적어도 어느 하나가 미리 정한 기준 상태를 넘은 단계에서, 연마 제거의 종료점 및 연마 제거의 종료 시점에 대응한 시점을 검출하는 웨이퍼 연마 모니터 방법으로 하였으므로, 소정의 2개의 주파수에 있어서 각각 측정한 투과 계수 등의 지표를 이용함으로써, 도전성막의 연마 제거의 종료점을 간편하고, 정밀도 좋게 검출할 수 있다는 이점이 있다.
청구항 12에 기재된 발명은, 소정의 2개의 주파수에 있어서, 미리 정한 기준 상태에 대한 상기 투과 계수 및 반사 계수의 변화 비율을 각각 측정하고, 측정한 이 투과 계수의 변화 비율 및 이 반사 계수의 변화 비율 중 적어도 어느 하나가 미리 정한 기준의 변화 비율을 넘은 단계에서, 연마 제거의 종료점 및 연마 제거의 종료 시점에 대응한 시점을 검출하는 웨이퍼 연마 모니터 방법으로 하였으므로, 소정의 2개의 주파수에 있어서 각각 측정한 투과 계수 등의 지표로부터 연마 제거의 종료점을 검출함에 있어서, 미리 정한 기준 상태에 대한 투과 계수 등의 변화 비율이, 미리 정한 기준의 변화 비율을 넘은 단계를 이용하여도, 도전성막의 연마 제거의 종료점을 정밀도 좋게 검출할 수 있다는 이점이 있다.
청구항 13에 기재된 발명은, 웨이퍼 표면의 도전성막을 연마 제거하면서 평탄화 가공 공정을 행하는 가공 장치에 있어서의 웨이퍼 연마 모니터 장치이며, 상기 웨이퍼 표면에 대향하는 부위에 고주파 전송로를 형성하고, 이 고주파 전송로를 통하여 빠져나가는 투과 전자파와 상기 고주파 전송로를 통과하지 않고 반사하는 반사 전자파 중 적어도 어느 하나로부터 상기 도전성막의 연마 제거 상태를 평가하고, 연마 제거의 종료점 및 연마 제거의 종료 시점에 대응한 시점을 검출하도록 구 성하여 이루어지는 웨이퍼 연마 모니터 장치로 하였으므로, 도전성막의 연마가 진행되어, 표피 깊이로 정의되는 극히 얇은 막 두께에 달한 이후의 막 두께의 변화에 따라 전자파의 투과 특성 및 반사 특성이 크게 변화하는 것으로부터, 투과 전자파 혹은 반사 전자파 중 적어도 어느 하나의 변화를 기초로 연마 제거의 종료점을 높은 정밀도로 확실히 검출할 수 있다는 이점이 있다.
청구항 14에 기재된 발명은, 상기 고주파 전송로에 공급되는 전자파의 주파수대는, 마이크로대인 웨이퍼 연마 모니터 장치로 하였으므로, 표피 깊이는, 마이크로대의 주파수대에 있어서 극히 얇아지는 것으로부터, 이 극히 얇은 표피 깊이로 정의되는 막 두께에 달한 이후의 막 두께의 변화에 따른 투과 계수 등의 지표의 변화를 기초로 연마 제거의 종료점을 높은 정밀도로 확실히 검출할 수 있다는 이점이 있다.
청구항 15에 기재된 발명은, 상기 고주파 전송로는 마이크로스트립 라인으로 형성되어 있는 웨이퍼 연마 모니터 장치로 하였으므로, 전자파의 투과 특성 등의 지표의 변화를 안정적으로 측정할 수 있다는 이점이 있다.
청구항 16에 기재된 발명은, 상기 가공 장치는, 화학 기계 연마 장치이며, 상기 마이크로스트립 라인은 상기 화학 기계 연마 장치에 있어서의 플래튼의 상면부에 매설되어 있는 웨이퍼 연마 모니터 장치로 하였으므로, 도전성막의 연마 제거 작업에 지장을 초래하는 일 없이, 전자파의 투과 특성 등의 지표의 변화를 적절히 얻을 수 있다고 하는 이점이 있다.
청구항 17에 기재된 발명은, 상기 마이크로스트립 라인은, 그라운드 플레인 상에 유전체를 통하여 이 그라운드 플레인에 대하여 평행으로 지지된 스트립 도체로 구성되어 있는 웨이퍼 연마 모니터 장치로 하였으므로, 마이크로스트립 라인을, 간이하고, 소형으로 구성할 수가 있어, 플래튼의 상면부에 용이하게 매설할 수 있다는 이점이 있다.
청구항 18에 기재된 발명은, 상기 마이크로스트립 라인에 있어서의 유전체의 재료는, 테플론(등록상표), 에폭시 혹은 베이클라이트 중 어느 하나의 웨이퍼 연마 모니터 장치로 하였으므로, 마이크로스트립 라인의 특성 임피던스를 용이하게 특정화할 수 있다는 것과 동시에 고주파 손실을 적게 억제할 수가 있다고 하는 이점이 있다.
청구항 19에 기재된 발명은, 상기 고주파 전송로로서 공동 공진기로 형성되어 있는 웨이퍼 연마 모니터 장치로 하였으므로, 도전성막의 연마가 진행되어, 표피 깊이로 정의되는 극히 얇은 막 두께에 달한 이후의 막 두께의 변화에 따른 전자파의 투과 계수, 반사 계수 혹은 손실 계수를 크게 변화시킬 수가 있고, 이들의 계수의 변화를 기초로 도전성막의 연마 제거의 종료점을 높은 정밀도로 확실히 검출할 수 있다는 이점이 있다.
청구항 20에 기재된 발명은, 상기 공동 공진기는, 공동부의 용적 혹은 형상 중 적어도 어느 하나를 변화시킴으로써, 공진 주파수를 변화시키는 것이 가능한 웨이퍼 연마 모니터 장치로 하였으므로, 공동 공진기의 공진 주파수를 적절히 조정함으로써, 도전성막의 연마가 진행되어, 표피 깊이로 정의되는 극히 얇은 막 두께에 달한 이후의 막 두께의 변화에 따른 전자파의 투과 계수, 반사 계수 혹은 손실 계 수를 크게 변화시킬 수가 있다고 하는 이점이 있다.
청구항 21에 기재된 발명은, 상기 공동 공진기의 상면은, 부도체의 부재를 뚜껑으로 한 구조인 웨이퍼 연마 모니터 장치로 하였으므로, 도전성막이 형성된 웨이퍼가 존재하는 경우에만 이 도전성막의 막 상태의 모니터가 적정하게 행해져, 전자파의 투과 계수, 반사 계수 등의 소요 계수의 변화를 취득할 수 있다는 이점이 있다.
청구항 22에 기재된 발명은, 상기 고주파 전송로는 발신기에 접속된 발신용 안테나와 수신기에 접속된 수신용 안테나의 사이에 형성하여 이루어지는 웨이퍼 연마 모니터 장치로 하였으므로, 도전성막의 연마가 진행되어, 표피 깊이로 정의되는 극히 얇은 막 두께에 달한 이후의 막 두께의 변화에 따른 고주파 전송로의 특성 임피던스의 변화에 기인하여 전자파의 투과 계수, 반사 계수 등이 변화하는 것으로부터, 이들 계수의 변화를 기초로 도전성막의 연마 제거의 종료점을 확실히 검출할 수 있다는 이점이 있다.
슬러리 등의 영향을 받지 않고 도전성막이 표피 깊이로 정의되는 극히 얇은 막 두께에 달한 이후의 막 두께의 변화를 모니터하여 이 도전성막의 연마 종점을 높은 정밀도로 확실히 검출한다고 하는 목적을 달성하기 위해서, 웨이퍼 표면의 도전성막을 연마 제거하면서 평탄화 가공 공정을 행하는 가공 장치에 있어서의 웨이퍼 연마 모니터 방법으로서, 상기 웨이퍼 표면에 대향하는 부위에 마이크로스트립 라인으로 이루어지는 고주파 전송로를 형성하고, 이 고주파 전송로를 통하여 빠져 나가는 투과 전자파 혹은 상기 고주파 전송로를 통과하지 않고 반사하는 반사 전자파 중 적어도 어느 하나로부터 상기 도전성막의 연마 제거 상태를 평가하고, 연마 제거의 종료점 및 연마 제거의 종료 시점에 대응한 시점을 검출함으로써 실현되었다.
[실시예 1]
이하, 본 발명에 적합한 일 실시예를 도면에 따라 상세하게 서술한다. 도 1은 마이크로스트립 라인이 탑재된 화학 기계 연마 장치의 사시도, 도 2는 플래튼의 상면부에 탑재된 마이크로스트립 라인과 네트워크 애널라이저와의 접속 관계를 나타내는 구성도이다.
먼저, 본 실시예에 관한 웨이퍼 연마 모니터 방법과 그 장치의 구성을, 가공 장치로서의 화학 기계 연마 장치로부터 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 의하여 화살표 A 방향으로 회전한다. 상기 플래튼(2)의 상면에는 연마 패드(6)가 접착되어 있고, 이 연마 패드(6) 상에 도시하지 않은 노즐로부터 연마제와 화학 약품과의 혼합물인 슬러리가 공급된다.
상기 연마 헤드(3)는, 본체부가 원반 형상으로 형성되고, 그 상면 중앙에 회전축(7)이 연결되어 있고, 도시하지 않은 모터로 구동되어 화살표 B 방향으로 회전한다.
이 화학 기계 연마 장치는, 도전성막이 형성된 웨이퍼를 연마 헤드(3)로 흡 착 보유하여 도시하지 않은 이동 기구에 의해 플래튼(2) 상으로 옮겨지고, 이 웨이퍼를 도전성막이 연마 패드(6)에 대접(對接)하도록 플래튼(2) 상에 놓여진다. 그 다음에, 연마 헤드(3) 내의 도시하지 않은 에어백에 에어를 공급하여 이 에어백을 부풀린다. 상기 에어 백이 팽창함으로써, 웨이퍼 표면부의 도전성막이 소정의 압력으로 연마 패드(6)에 가압된다.
이 상태로 플래튼(2)을 도 1의 화살표 A 방향으로 회전시킴과 동시에 연마 헤드(3)를 도 1의 화살표 B 방향으로 회전시키고, 회전하는 연마 패드(6) 상에 도시하지 않은 노즐로부터 슬러리를 공급하여 웨이퍼 표면부의 도전성막을 연마한다.
그리고, 도 2에 나타내는 바와 같이, 화학 기계 연마 장치(1)에 있어서의 플래튼(2)의 상면부의 부분이고, 연마 헤드(3)에 보유된 웨이퍼(W) 표면부의 도전성막(8)에 대향할 수 있는 부위에, 고주파 전송로가 되는 마이크로스트립 라인(9)이 매설되어 있다. 이 마이크로스트립 라인(9)은, 웨이퍼(W)의 거의 직경에 대응한 소정의 길이로 형성되어 있다. 고주파 전송로를 마이크로스트립 라인(9)으로 형성하고, 이 마이크로스트립 라인(9)을 플래튼(2)의 상면부에 매설함으로써, 도전성막(8)의 연마 제거 작업에 지장을 초래하지 않고, 전자파의 투과 특성 등의 지표를 적절히 얻는 것이 가능하게 된다.
이 마이크로스트립 라인(9)은 웨이퍼(W) 표면부의 도전성막(8)에 대향할 수 있는 부위로서, 연마 패드(6)의 뒷측에 있어서의 플래튼(2) 본체의 표면부에 묻어도 좋지만, 도시한 바와 같이, 연마 패드(6)에 마이크로스트립 라인(9)의 외형에 대응한 크기의 절결 개구를 형성하고, 이 절결 개구의 부분에 매립한 것이, 상기 도전성막(8)에 근접시킬 수가 있어 상기 지표의 측정 감도가 양호하게 된다.
이 마이크로스트립 라인(9)은, 도시하지 않은 그라운드 플레인 상에 테플론(등록상표), 에폭시 혹은 베이클라이트 등의 유전체를 통하여 이 그라운드 플레인에 대하여 평행으로 지지된 스트립 도체로 구성되어 있다. 마이크로스트립 라인(9)은, 이러한 구성에 의하여, 간이하고, 소형으로 플래튼(2)의 상면부에 대한 용이한 매설성을 얻을 수 있는 것과 동시에 고주파 전송로의 특성 임피던스가 특정되어, 전자파의 투과 특성 및 반사 특성 등의 지표의 변화를 안정적으로 측정할 수 있다.
상기 마이크로스트립 라인(9)에 있어서의 입력단(9a)에 대응한 부위에는, 이 입력단(9a)에 접속된 제1 전극(10a)이 플래튼(2)의 상부에 삽입되도록 배치되고, 출력단(9b)에 대응한 부위에는, 이 출력단(9b)에 접속된 제2 전극(10b)이 플래튼(2)의 상부에 삽입되도록 배치되어 있다.
상기 제1 전극(10a)은 동축 케이블(11a) 및 도시하지 않은 슬립 링 등의 회전 접속 수단을 통하여 측정계인 네트워크 애널라이저(12)의 포트(P1)에 접속되고, 상기 제2 전극(10b)은 동축 케이블(11b) 및 상기와 같은 도시하지 않은 회전 접속 수단을 통하여 네트워크 애널라이저(12)의 포트(P2)에 접속되어 있다.
이 네트워크 애널라이저(12)에는, 안리츠사의 벡터 네트워크 애널라이저(Vector Network Analyzer ; 형번 3724G) 등을 사용할 수 있다. 이 네트워크 애널라이저(12)는, 전용의 중앙 처리 장치로서의 기능을 가지고 있고, 전자파의 투과 특성, 반사 특성, 측정 시료의 유전율 및 손실 계수 등의 측정이 가능하다.
네트워크 애널라이저(12)의 포트(P1)로부터 발신된 전자파 중, 마이크로스트립 라인(9)을 통과하지 않고 반사하는 반사 전자파는, 상기 제1 전극(10a)의 부분에서 반사하여 상기 포트(P1)에 입력된다. 한편, 마이크로스트립 라인(9)을 통하여 빠져나가는 투과 전자파는, 상기 제2 전극(10b)의 부분으로부터 상기 포트(P2)에 입력된다.
다음에, 상기에서 설명한 바와 같이 구성된 웨이퍼 연마 모니터 장치의 작용 및 웨이퍼 연마 모니터 방법을 [표피 깊이], [S 파라미터의 취득에 의한 지표의 측정] 및 [지표의 변화 프로파일의 모니터에 의한 연마 종료점 검출]의 순으로 설명한다
[표피 깊이]
본 실시예의 작용 원리는, 고주파가 도체에 대해서 발생하는 표피 효과(Skin Effect)를 이용한다. 일반적으로, 고주파, 예를 들면, 마이크로파가 도체에 입사하면 반사되지만, 일부의 전류가 이 도체의 극표층 부근을 흐른다. 이 효과가 「표피 효과」이다. 그리고, 표층을 흐르는 전류량이 1/e(e는 2.718)로 감쇠할 때까지의 깊이가 「표피 깊이」라고 불리고 이 표피 깊이(δ)는, 식 (1)로 나타내어진다.
[식 (1)]
Figure 112008015250645-PAT00001
여기에서, ω: 2πf, μ: 유전율, σ: 도전율이다.
식 (1)로부터, 표피 깊이(δ)는, 고주파의 주파수(f)가 높아질수록, 작아진다. 이 주파수(f)와 표피 깊이(δ)와의 관계예를, 도체가 구리(Cu)와 알루미늄(Al)인 경우에 대하여 각각 표 1에 나타낸다.
[표 1]
주파수 표피 깊이(mm)
Cu Al
100 Hz 6.6 8.4
1 kHz 2.1 2.7
10 kHz 0.66 0.84
100 kHz 0.209 0.27
1 MHz 0.066 0.084
10 MHz 0.021 0.027
100 MHz 0.066 0.0084
1 GHz 0.0021 0.0027
평가하는 주파수, 도전성막의 도전율, 투자율에 따라 명확하게 결정되는 표피 깊이(δ)에 있어서, 평가하는 막 두께가 표피 깊이(δ) 이상인 경우, 그 전자파는 표피 깊이(δ) 이상 도체 내를 원리적으로 침투하지 않기 때문에, 대부분의 전자파가 반사되게 된다. 반대로, 저주파인 경우에는, 표피 깊이(δ)가 매우 커지기 때문에, 대부분의 전자파가 투과하게 된다. 여기에서는 Cu막의 CMP와 같이, 도전성막의 제거 프로세스에 있어서는, 그 종점 부근에서 신호 파형을 크게 변화시켜 정밀도 좋게 측정하는 것이 좋고, 설정하는 표피 깊이(δ)는 매우 얇게 하는 것이 좋다. 그 때문에, 통상 100 MHZ 이상이면 좋고, 게다가 1 GHz 이상이라면, 표피 깊이(δ)가 마이크론 오더가 되므로 종점 검출이 정밀도 좋게 행해진다.
본 실시예에 관한 웨이퍼 연마 모니터 방법은, 상기 표피 깊이(δ)로 정의되는 도전성막의 막 두께 근방이나, 그 이하에서, 전자파의 투과 및 반사 상태를 평가하는 것이다.
[S 파라미터의 취득에 의한 지표의 측정]
도 3은 네트워크 애널라이저에 관한 도면이며, 도 3(a)은 블럭도, 도 3(b)은 S 파라미터의 측정 모델을 나타내는 도면이다. 도 3(b)의 측정 모델(13)에 있어서의 입력 단자(a1)는 상기 도면 2에 있어서의 제1 전극(10a)에 상당하고, 입력 단자(b1)는 네트워크 애널라이저(12)의 포트(P1)에 상당하고, 측정 모델(13)에 있어서의 출력 단자(b2)는 상기 도면 2에 있어서의 제2 전극(10b)에 상당하고, 출력 단자(a2)는 네트워크 애널라이저(12)의 포트(P2)에 상당한다.
상기 반사 전자파에 대응한 반사 계수를 S 파라미터에 있어서의 입력단 반사 계수(S11)에 의하여 측정하고, 또한 투과 전자파에 대응한 투과 계수를 S 파라미터에 있어서의 정(正)방향 전달 계수(S21)에 의해 측정하기 때문에, 상기 마이크로스트립 라인(9)에 대하여, 네트워크 애널라이저(12)에 있어서 다음의 (A), (B), (C)의 각 수순으로 교정을 행한다.
(A) 네트워크 애널라이저(12)의 포트(P1)와 그라운드 레벨과의 사이에, 마이크로스트립 라인(9)의 특성 임피던스인 50 Ω의 저항을 넣고, 포트(P2)와 그라운드 레벨과의 사이에, 같은 50 Ω의 저항을 넣어 정합의 조건을 취한다. 그리고 이 정합 조건에서, 마이크로스트립 라인(9)의 S 파라미터를 측정하고, 네트워크 애널라이저(12)로 보정 계수를 구한다.
(B) 포트(P1) 및 포트(P2)에 넣은 각 50 Ω의 저항을 해제하여 서로의 포트를 도통시켜, 단락의 조건을 취한다. 그리고 이 단락의 조건에서, 마이크로스트립 라인(9)의 S 파라미터를 측정하고, 네트워크 애널라이저(12)로 보정 계수를 구한다.
(C) 포트(P1) 및 포트(P2)의 각 50 Ω의 저항을 해제함과 동시에 서로의 포트의 도통도 없애 개방의 조건을 취한다. 그리고 이 개방의 조건에서, 마이크로스트립 라인(9)의 S 파라미터를 측정하고, 네트워크 애널라이저(12)로 보정 계수를 구한다.
이 (A), (B), (C)의 각 수순에서 얻은 보정 계수를 네트워크 애널라이저(12)에 격납하고, 마이크로스트립 라인(9)에 대한 네트워크 애널라이저(12)의 교정을 종료한다.
이 교정 후에 네트워크 애널라이저(12)로 측정된 S 파라미터에 대하여, 이 네트워크 애널라이저(12)에 있어서 교정시의 보정 계수가 가미되어 반사 계수인 S11 및 투과 계수인 S21 등의 지표의 변화가 정확하게 측정된다.
[지표의 변화 프로파일의 모니터에 의한 연마 종료점 검출]
도 4는 Cu막/Ta막/SiO2막/Si 기판으로 이루어지는 표준 패턴 웨이퍼에 대하여 0.1∼3 GHz의 마이크로대에 있어서의 주파수를 연속적으로 변화시켰을 때의 투과 계수(S21) 및 반사 계수(S11)의 각 변화 특성예를 나타내는 특성도이며, 도 4(a)는 최상층의 Cu막에 대한 변화 특성예를 나타내는 특성도, 도 4(b)는 Cu막 제거 후의 Ta막 등에 대한 변화 특성예를 나타내는 특성도, 도 4(c)는 마이크로스트립 라인의 대향 위치에 웨이퍼가 존재할 때와 존재하지 않을 때의 변화 특성예를 나타내는 특성도이다.
마이크로스트립 라인(9)의 대향 위치에 웨이퍼(W) 표면부의 Cu막 등이 존재하지 않을 때, 마이크로스트립 라인(9)에 이 마이크로스트립 라인(9)의 특성 임피던스에 정합하는 주파수의 전자파가 공급되면, 도 4(c) 중, 「웨이퍼가 없는 투과」의 특성으로 나타내는 바와 같이, 0.1∼3 GHz의 소요 주파수 범위에 걸쳐, 네트워크 애널라이저(12)로 측정되는 투과 계수는 거의 0 dB가 되고, 대부분의 전자파는 투과 전자파로서 이 마이크로스트립 라인(9)을 투과한다. 따라서, 「웨이퍼가 없는 반사」의 특성으로 나타내는 바와 같이, 반사 계수는 -65 dB 정도의 값이 되고, 마이크로스트립 라인(9)을 통과하지 않고 반사하는 반사 전자파는 거의 존재하지 않는다.
이것에 대하여, 마이크로스트립 라인(9)의 대향 위치에 웨이퍼(W) 표면부의 Cu막 등이 근접하여 놓여지면, 전송로의 임피던스는 상기 마이크로스트립 라인(9) 및 Cu막 등의 도전성막을 종합한 특성 임피던스가 되고, 정합 가능한 주파수대역이 변화한다. 이 때문에, 상기 마이크로스트립 라인(9)의 특성 임피던스에만 정합하는 주파수대역의 전자파의 대부분은, 도 4(a) 중, 「Cu막이 있는 반사」의 특성으로 나타내는 바와 같이, 반사 계수는 -7 dB 정도의 값이 되고, 마이크로스트립 라인(9)을 통과하지 않고 거의 반사한다. 그리고, 일부의 전자파가 이 전자파의 주파수에 대응한 상기 표피 깊이(δ)의 영역을, 표층 전류로 하여 Cu막의 극표층 부분을 투과한다. 도 4(a) 중, 「Cu막이 있는 투과」의 특성은 이 표층 전류에 의한 투과 계수의 변화를 나타내고 있다.
도 4(a) 중의 「Cu막 제거 후의 반사」의 특성 및 「Cu막 제거 후의 투과」의 특성은, Cu막의 연마가 진행되어, 상기 표피 깊이(δ)로 정의되는 극히 얇은 막 두께에 달한 이후, 연마의 진행에 의해, 이 극히 얇은 막 두께의 Cu막이 제거된 후의 반사 계수 및 투과 계수의 각 변화를 나타내고 있다.
도 4(a) 중의 상기 「Cu막 제거 후의 반사」의 특성으로 나타내어지는 Cu막 제거 후의 반사 계수의 변화는, 도 4(b) 중의 「Ta막이 있는 반사」의 특성으로 나타내어지는 Cu막 하층의 Ta막의 반사 계수의 변화로 거의 천이한다.
또한, 도 4(a) 중의 상기 「Cu막 제거 후의 투과」의 특성으로 나타내어지는 Cu막 제거 후의 투과 계수의 변화는, 도 4(b) 중의 「Ta막이 있는 투과」의 특성으로 나타내어지는 Cu막 하층의 Ta막의 투과 계수의 변화로 거의 천이한다.
그리고, 도 4(a), 도 4(b)에 나타내는 바와 같이, 「Cu막이 있는 반사」의 특성과 「Cu막 제거 후의 반사」의 특성, 즉 「Ta막이 있는 반사」의 특성은, 상기 0.1∼3 GHz의 소요 주파수 범위 중, 특히 2∼2.8 GHz 부근의 소정 주파수 영역에 있어서 변화가 크다. 이와 마찬가지로, 「Cu막이 있는 투과」의 특성과 「Cu막 제거 후의 투과」의 특성, 즉 「Ta막이 있는 투과」의 특성은, 상기 2∼2.8 GHz 부근의 소정 주파수 영역에 있어서 변화가 크다.
따라서, 상기 소요 주파수 범위에 있어서 측정한 반사 계수 혹은 투과 계수의 변화 프로파일을 모니터하고, 특히 변화가 큰 상기 소정 주파수 영역에 있어서 측정한 반사 계수 혹은 투과 계수 중 적어도 어느 하나가, 미리 정한 임계값을 넘었을 때를, 연마 제거의 종료점 및 연마 제거의 종료 시점에 대응한 시점으로 하여 검출한다. 도 4(a)의 변화 특성예에서는, "Cu막이 있는 투과"의 특성을 모니터하고, 주파수가 2.1 GHz 부근에서, 투과 계수가 예를 들면, -4 dB까지 저하한 시점을 연마 제거의 종료점으로서 검출한다.
또한, Cu막을 연마 제거하는 대표적인 연마 조건으로서는, 다음의 표 2에 나타내는 바와 같은 조건이 매우 적합하게 사용할 수 있다.
[표 2]
슬러리 : JSR사제 CM7501/CM7552
첨가제 : 아데카사제 ARS 4wt%-APS
웨이퍼 : 300 mm
웨이퍼 압력 : 3 psi
리테이너 압력 : 3 psi
플래튼 회전수 : 90 rpm
웨이퍼 회전수 : 90 rpm
슬러리 플로우 레이트 : 300 cc/min
연마 패드 : 발포 폴리우레탄(IC1400-XYGroove) 니타하스사(Nitta Hass Inc.)제
연마 시간 : 1 min 정도, 종점 검출로 멈춤
패드 드레싱 : 드레서(4 인치 디스크, #100)
드레싱 방법 : 인터벌 드레싱 1 min
또한, 도 4(a)에 있어서, 상기 2∼2.8 GHz의 소정 주파수 영역의 범위 내에 있어서의 예를 들면 2.2 GHz와 2.6 GHz의 2개의 주파수에 있어서 각각 측정한 투과 계수 및 반사 계수의 각 변화를 보면, 2.2 GHz에서는, 「Cu막이 있는 반사」의 특성으로 나타내어지는 반사 계수는 약 -3 dB인 것에 대하여, 「Cu막 제거 후의 반사」의 특성으로 나타내어지는 반사 계수는 약 -9 dB로 저하하고 있다. 또한, 「Cu막이 있는 투과」의 특성으로 나타내어지는 투과 계수는 약 -7.2 dB인 것에 대하여, 「Cu막 제거 후의 투과」의 특성으로 나타내어지는 투과 계수는 약 -4 dB까지 높아지고 있다.
한편, 2.6 GHz에서는, 「Cu막이 있는 반사」의 특성으로 나타내어지는 반사 계수는 약 -5 dB인 것에 대하여, 「Cu막 제거 후의 반사」의 특성으로 나타내어지는 반사 계수는 약 -15 dB로 저하하고 있다. 또한, 「Cu막이 있는 투과」의 특성으로 나타내어지는 투과 계수는 약 -8 dB인 것에 대하여, 「Cu막 제거 후의 투과」의 특성으로 나타내어지는 투과 계수는 약 -5.6 dB까지 높아지고 있다.
이와 같이, 소요 주파수 범위에 있어서의 소정의 2개의 주파수에 있어서, 연마 제거의 종료점을 검출하기에 충분한 반사 계수 및 투과 계수의 각 변화량을 얻는 것이 가능하다. 따라서, 투과 계수 및 반사 계수를 소정의 2개의 주파수에 있어서 각각 측정하고, 측정한 이 투과 계수 및 이 반사 계수 중 적어도 어느 하나가 미리 정한 기준의 변화량을 넘은 단계에서, 연마 제거의 종료점 및 연마 제거의 종료 시점에 대응한 시점을 검출할 수도 있다.
또한, 소정의 2개의 주파수에 있어서, 미리 정한 기준 상태에 대한 투과 계수 및 반사 계수의 변화 비율을 각각 측정하고, 측정한 이 투과 계수의 변화 비율 및 이 반사 계수의 변화 비율 중 적어도 어느 하나가 미리 정한 기준의 변화 비율 을 넘은 단계에서, 연마 제거의 종료점 및 연마 제거의 종료 시점에 대응한 시점을 검출할 수도 있다.
상기에서 설명한 웨이퍼 연마 모니터 방법에서는, 연마 제거의 종료점을 검출하는 지표로서, 마이크로스트립 라인(9)을 구비한 전송로에 관한 투과 계수 및 반사 계수를 사용하였다. 그런데, 상기 Cu막/Ta막/SiO2막/Si 기판과 같이 Si 기판 상에 도전성막 및 절연성막이 다층으로 적층된 웨이퍼(W)에 있어서는, Cu막 등의 도전성막의 연마가 진행되어, 표피 깊이(δ)로 정의되는 극히 얇은 막 두께에 달한 이후의 막 두께의 변화에 따라, 상기 투과 계수 및 반사 계수의 각 변화에 더하여 이 다층막을 종합한 유전율이 변화하고, 또한 유전체 손실을 포함하는 손실 계수도 변화한다.
따라서, 투과 계수, 반사 계수에 더하여 유전율 및 손실 계수를 상기 네트워크 애널라이저(12)로 측정하고, 이들 투과 계수, 반사 계수, 유전율 및 손실 계수 중 적어도 어느 하나의 변화를 지표로 하여도 연마 제거의 종료점을 검출할 수 있다.
전자파의 투과·반사를 이용하여 연마 제거의 종료점을 검출하는 본 실시예의 방식은, 통상의 산화막 형성의 웨이퍼(W)에 있어서도, 이 산화막의 막 두께에 의하여 미묘하게 특성 임피던스가 변화함으로써, 연마 제거의 종료점을 검출하는 것은 가능하다. 도 5(a)에는 투과 계수의 변화로 보는 방법을 나타내고, 도 5(b)는 반사 계수의 변화로 보는 방법을 나타내지만, 어느 경우에도, Cu막 제거의 시점 이나 Ta막 제거의 시점을, 사전의 웨이퍼(W) 상의 막 상태와 투과 계수·반사 계수의 지표의 대비로부터 임계값을 설정하는 것이 가능하게 된다. 연마 중에 있어서도, 그 임계값에 도달했을 때, Cu막 제거의 종료점을 산출할 수가 있다. 또한, 이와 마찬가지로, 투과 계수와 반사 계수로부터 손실 계수를 구하여, 이 손실 계수에 대하여 마찬가지로 임계값을 설정하여 종료점을 판단할 수 있다.
또한, 종료점 판별 방법도 완전히 Cu막이나 Ta막을 제거하여 설정하는 경우이어도 좋지만, 종료점 부근 전에, 투과 계수·반사 계수 등의 파형의 변화에서 특징적인 부분이 있는 경우에는, 사전에 그 파형의 특징적인 부분에서 검출하고, 그 후의 연마의 남은 시간을 경험적으로 산출하여, 종료점 전의 신호와 그 후의 추가 연마에 의해, 종료점까지 연마하는 형태라도 좋다.
또한, 다른 종료점 판단 방법으로서, 파형 변화의 종료 시점을 검출하고, 그 점을 종료점으로 하는 방법, 혹은 그 검출 시점으로부터 소정 경과 시간에서 종료점을 설정하는 방법, 파형 변화의 기울기(미분 계수)를 모니터하여, 소정의 미분 계수가 된 시점을 종료점으로 하는 방법, 또는 소정의 미분 계수를 검출하여 그 검출 위치로부터의 소정 경과시간에서 종료점을 설정하는 방법 등 다양한 방법이 있다.
이들 중 어느 경우에도, 연마의 종료점을 완전히 확정짓는 것은 아니지만, 종료점 전의 특정 연마 상태를 검출하고, 그것을 기초로 종료점을 예측한다는 의미에서는, 넓은 범위에서 본 발명의 종료점 검출에 포함된다.
또한, 앞에서 Cu막의 사례를 나타내었지만, 상기와 같은 구성으로 산화막 두 께에 대응한 투과·반사 특성을 얻을 수 있다는 것을 알 수 있다. 도 6에, 산화막 두께에 대응한 반사 특성을 나타낸다. 이것을 이용하여, Cu막과 마찬가지로 산화막의 막 두께에 대응한 종료점 검출을 행하는 것이 가능하게 된다. 즉, 어느 주파수에 착목(着目)하여, 그 주파수에서 사전에 막 두께와 반사 계수를 대응시킨 대응 그래프를 작성하고, 소망한 막 두께로 임계값을 설정하여 그 임계값에 도달했을 때에, 종료점이라고 판단하고, 연마를 종료한다. 이러한 방법은, 앞에서 설명한 Cu막의 경우와 마찬가지이므로, 상세한 설명은 생략한다.
또한, 웨이퍼(W) 상의 산화막을 연마하는 표준적인 조건으로서는, 표 3에 나타내는 조건이 적합하게 사용될 수 있다.
[표 3]
슬러리 : Cabot사제 SSI2 웨이퍼 : 300 mm
웨이퍼 압력 : 4 psi 플레튼 회전수 : 80 rpm
리테이너 압력 : 2 psi 웨이퍼 회전수 : 80 rpm
슬러리 플로우 레이트 : 300 cc/min
연마 패드 : 발포 폴리우레탄(IC1400-XYGroove) 니타 하스사제
연마 시간 : 1 min 정도, 종점 검출에서 멈춤
패드 드레싱 : 드레서(4인치 디스크, #100)
드레싱 방법 : in-situ 드레싱
상기에서 설명한 바와 같이, 본 실시예에 관한 웨이퍼 연마 모니터 방법과 그 장치에 있어서는, 도전성막(8)의 연마가 진행되어, 표피 깊이(δ)로 정의되는 극히 얇은 막 두께에 달한 이후의 막 두께의 변화에 따라 마이크로스트립 라인(9)을 구비한 전송로에 관한 투과 계수 및 반사 계수가 크게 변화하고, 또한 유전율 및 유전체 손실을 포함하는 손실 계수도 변화하는 것으로부터, 투과 계수, 반사 계수에 유전율 및 손실 계수를 더한 복수의 지표 중 적어도 어느 하나의 변화를 기본으로, 연마 시의 슬러리 등의 영향을 받는 일 없이 도전성막(8)의 연마 제거의 종 료점을 높은 정밀도로 확실히 검출할 수 있다.
표피 깊이(δ)는, 마이크로대의 주파수대에 있어서 극히 얇아지는 것으로부터, 이 극히 얇은 표피 깊이(δ)로 정의되는 막 두께에 달한 이후의 막 두께의 변화에 따른 상기 투과 계수 등의 지표의 변화를 기초로 도전성막(8)의 연마 제거의 종료점을 한층 높은 정밀도로 확실히 검출할 수 있다.
고주파 전송로를 마이크로스트립 라인(9)으로 형성함으로써, 전자파의 투과 특성 등의 지표의 변화를 안정적으로 측정할 수 있다.
마이크로스트립 라인(9)을 화학 기계 연마 장치(1)에 있어서의 플래튼(2)의 상면부에 매설함으로써, 도전성막(8)의 연마 제거 작업에 지장을 초래하는 일 없이, 전자파의 투과 특성 등의 지표의 변화를 적절히 얻을 수 있다.
마이크로대에 있어서의 소정의 2개의 주파수에 있어서 각각 측정한 투과 계수 등의 지표를 이용하여 도전성막(8)의 연마 제거의 종료점을 검출하도록 함으로써, 이 연마 제거 종료점을 간편하고, 정밀도 좋게 검출할 수 있다.
다음에, 고주파 전송로의 다른 구성예에 대하여 서술한다. 도 7은, 고주파 전송로를 공동 공진기(14)로 구성하고, 이 공동 공진기(14)를 플래튼(2) 내에 짜 넣은 도면을 나타내고 있다. 공동 공진기(14)에 있어서의는 공동부(14a)는 원통형으로 형성되어 있고, 이 공동부(14a)의 하측의 면은 피스톤(15)의 상면부에서 형성되어 있다.
이 피스톤(15)을 상하로 이동 조정함으로써 공동부(14a)의 용적이 변화하여 공동 공진기(14)의 공진 주파수를 변화시키는 것이 가능하게 된다. 이 공동 공진 기(14)의 공진 주파수를 변화시킴으로써, 이 공동 공진기(14) 및 웨이퍼(W)의 막 상태의 전체를 포함하는 특성 임피던스가 변화한다. 이때의 특성 임피던스는, 전자파의 투과 계수·반사 계수 또는 손실 계수가 연마의 종점 및 종점 부근에 있어서 현저하게 변화하는 상태가 되도록 조정하는 것이 바람직하다.
상기 공동부(14a)의 상측의 면은, 석영이나 테플론(등록상표) 등의 부도체(16)를 뚜껑으로 하도록 구성되어 있다. 공동부(14a)의 상측의 면을 부도체(16)로 함으로써, 웨이퍼(W)가 존재하지 않는 경우에는, 이 상측의 면을 통하여 전자파는 개방된다. 또한, 웨이퍼(W)의 표면에 도전성막이 존재하지 않는 경우에도, 공동 공진기(14)의 상면은 개방 구조가 되어, 전자파는 웨이퍼(W)를 빠져나가 발산되게 된다. 이것에 대하여 웨이퍼(W)의 뒷측에 특정의 전자파의 반사체를 제공해 두고, 이 웨이퍼(W)를 빠져나가 발산하는 전자파가 있는 경우, 그 발산 상태를 현저하게 알 수 있도록 하여도 좋다.
공동 공진기(14)의 하방부와 상방부에는 공동부(14a) 내에 외부로부터의 전자파를 입사시키기 위한 제1 결합부(17a)와 이 공동부(14a)로부터 외부로 전자파를 출사시키기 위한 제2 결합부(17b)가 각각 형성되어 있다.
상기 제1 결합부(17a)는, 동축 케이블(11a) 및 도시하지 않은 슬립 링 등의 회전 접속 수단을 통하여 네트워크 애널라이저(12)의 포트(P1)에 접속되고, 상기 제2 결합부(17b)는 동축 케이블(11b) 및 상기와 마찬가지로 도시하지 않은 회전 접속 수단을 통하여 네트워크 애널라이저(12)의 포트(P2)에 접속되어 있다.
그리고, 네트워크 애널라이저(12)로부터 동축 케이블(11a) 및 제1 결합부(17a)를 통하여 공동 공진기(14) 내에 전자파를 입사시킨다. 입사한 전자파는 공동 공진기(14) 내에 일단 저장되어 증폭되고, 그 후 웨이퍼(W) 상의 도전성막(8)에 작용한다. 이때 연마 패드(6)에 적절히 구멍을 뚫어 두거나 석영 등의 부도체(16)를 웨이퍼(W)에 근접시킨 구성으로 해두면 감도가 좋아진다.
공동 공진기(14) 내에 입사한 전자파는, 웨이퍼(W) 표면의 도전성막(8) 상태와 공동 공진기(14)로 형성되는 특성 임피던스에 따른 임피던스 정합 상태에 의해, 일부는 투과 전자파로서 제2 결합부(17b)로부터 네트워크 애널라이저(12)의 포트(P2)에 입력되어 모니터된다. 또한, 투과되지 않는 전자파가 반사 전자파로서 제1 결합부(17a)로부터 네트워크 애널라이저(12)의 포트(P1)에 입력되어 모니터된다.
네트워크 애널라이저(14)를 사용하는 경우, 상기에서 설명한 바와 같이 S11을 반사 전자파, S21을 투과 전자파로서 모니터하여도 좋고, 네트워크 애널라이저(14)를 사용하지 않고, 전자파의 주파수를 고정하여, 투과·반사 전자파의 출력을 모니터하여도 좋다.
도 8은 고주파 전송로를 발신기(18)에 접속된 발신용 안테나(19)와 수신기(20)에 접속된 수신용 안테나(21)의 사이에 형성함과 동시에, 이 발신기(18)에 접속된 발신용 안테나(19) 및 수신기(20)에 접속된 수신용 안테나(21)를 각각 플래튼(2) 내에 짜 넣은 도면을 나타내고 있다. 또한, 발신용 안테나(19)와 수신용 안테나(21)의 사이에 단면 T자형의 금속 차폐판(22)을 배치함으로써, 이 금속 차폐 판(22)과 웨이퍼(W)의 사이에, 이 웨이퍼(W) 의 표면을 따라 효율적으로 고주파 전송로가 형성된다.
그리고, 웨이퍼(W) 표면의 도전성막(8) 상태에 따라 고주파 전송로의 특성 임피던스가 변화하고, 수신기(20)측의 신호 강도가 크게 변화한다. 이 변화를 이용하여 도전성막(8)의 연마 제거의 종료점 및 연마 제거의 종료 시점에 대응한 시점이 검출된다.
또한, 본 발명은, 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 한 다양한 개변(改變)을 할 수가 있고, 본 발명이 이 개변된 것에도 미치는 것은 당연하다.
도면은 본 발명의 실시예에 관한 웨이퍼 연마 모니터법과 그 장치를 나타내는 것이다.
도 1은 마이크로스트립 라인이 탑재된 화학 기계 연마 장치의 사시도.
도 2는 플래튼의 상면부에 탑재된 마이크로스트립 라인과 네트워크 애널라이저와의 접속 관계를 나타내는 구성도.
도 3은 네트워크 애널라이저에 관한 도면이며, 도 3(a)은 블럭도, 도 3(b)은 S 파라미터의 측정 모델을 나타내는 도면.
도 4는 도전성막이 형성된 웨이퍼에 대하여 마이크로대에 있어서의 주파수의 변화에 대한 투과 계수 및 반사 계수의 각 변화 특성예를 나타내는 특성도이며, 도 4(a)는 Cu막에 대한 변화 특성예를 나타내는 특성도, 도 4(b)는 Ta막 등에 대한 변화 특성예를 나타내는 특성도, 도 4(c)는 웨이퍼의 유무에 대한 변화 특성을 나타내는 특성도.
도 5는 도전성막의 연마 제거의 종료점 검출 방법예를 나타내는 도면이며, 도 5(a)는 투과 계수의 변화로 본 방법예, 도 5(b)는 반사 계수의 변화로 본 방법예.
도 6은 산화막에서의 주파수에 의존한 반사 계수의 변화예를 나타내는 특성도.
도 7은 고주파 전송로의 다른 구성예인 공동 공진기를 플래튼 내에 짜 넣은 상태를 나타내는 일부 단면 측면도.
도 8은 고주파 전송로의 다른 구성예인 발신기와 발신용 안테나 및 수신기와 수신용 안테나를 플래튼 내에 짜 넣은 상태를 나타내는 일부 단면 측면도.
[부호의 설명]
1 : 화학 기계 연마 장치 2 : 플래튼
3 : 연마 헤드 4 : 회전 축
5 : 모터 6 : 연마 패드
7 : 회전축 8 : 도전성막
9 : 마이크로스트립 라인(고주파 전송로) 10a : 제1 전극
10b : 제2 전극 11a : 동축 케이블
11b : 동축 케이블 12 : 네트워크 애널라이저
13 : S 파라미터의 측정 모델 14 : 공동 진공기
15 : 피스톤 16 : 부도체
17a : 제1 결합부 17b : 제2 결합부
18 : 발신기 19 : 발신용 안테나
20 : 수신기 21 : 수신용 안테나
22 : 금속 차폐판 W : 웨이퍼

Claims (22)

  1. 웨이퍼 표면의 도전성막을 연마 제거하면서 평탄화 가공 공정을 행하는 가공 장치에 있어서의 웨이퍼 연마 모니터 방법으로서,
    상기 웨이퍼 표면에 대향하는 부위에 고주파 전송로를 형성하고, 이 고주파 전송로를 통하여 빠져나가는 투과 전자파와 상기 고주파 전송로를 통과하지 않고 반사하는 반사 전자파 중 적어도 어느 하나로부터 상기 도전성막의 연마 제거 상태를 평가하고, 연마 제거의 종료점 및 연마 제거의 종료 시점에 대응한 시점을 검출하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마 모니터 방법.
  2. 웨이퍼 표면의 도전성막을 연마 제거하면서 평탄화 가공 공정을 행하는 가공 장치에 있어서의 웨이퍼 연마 모니터 방법으로서,
    상기 웨이퍼 표면에 대향하는 부위에 고주파 전송로를 형성함과 동시에, 이 고주파 전송로에 있어서의 입력단측에 제1 전극을 배치하고, 출력단측에는 제2 전극을 배치하고, S 파라미터에 있어서의 제1 전극점에서의 반사 계수인 S11 및 제1 전극측으로부터 제2 전극측을 본 투과 계수인 S21을 측정하고, 이 S11과 S21 중 적어도 어느 하나로부터 상기 도전성막의 연마 제거 상태를 평가하고, 연마 제거의 종료점 및 연마 제거의 종료 시점에 대응한 시점을 검출하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마 모니터 방법.
  3. 웨이퍼 표면의 도전성막을 연마 제거하면서 평탄화 가공 공정을 행하는 가공 장치에 있어서의 웨이퍼 연마 모니터 방법으로서,
    상기 웨이퍼 표면에 대향하는 부위에 고주파 전송로를 형성하고, 이 고주파 전송로에 관한 투과 계수, 반사 계수, 유전율 및 손실 계수의 각 지표를 측정하고, 이 투과 계수, 반사 계수, 유전율 및 손실 계수 중 적어도 어느 하나로부터 상기 도전성막의 연마 제거 상태를 평가하고, 연마 제거의 종료점 및 연마 제거의 종료 시점에 대응한 시점을 검출하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마 모니터 방법.
  4. 제 1 항, 제 2 항, 또는 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 고주파 전송로에 공급되는 전자파의 주파수대는 마이크로대인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마 모니터 방법.
  5. 제 1 항, 제 2 항, 제 3 항, 또는 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 고주파 전송로에 공급하는 전자파를 소요 주파수 범위에서 연속적으로 변화시키고, 상기 투과 전자파에 대응한 투과 계수 및 상기 반사 전자파에 대응한 반사 계수는, 이 소요 주파수 범위에서 측정한 것인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마 모니터 방법.
  6. 제 1 항, 제 2 항, 제 3 항, 제 4 항, 또는 제 5 항 중 어느 한 항에 있어 서, 상기 고주파 전송로는 마이크로스트립 라인으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마 모니터 방법.
  7. 제 1 항, 제 2 항, 제 3 항, 제 4 항, 제 5 항, 또는 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가공 장치는 화학 기계 연마 장치이며, 상기 마이크로스트립 라인은 상기 화학 기계 연마 장치에 있어서의 플래튼의 상면부에 매설되어 있는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마 모니터 방법.
  8. 제 1 항, 제 2 항, 제 3 항, 제 4 항, 제 5 항, 제 6 항, 또는 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 고주파 전송로에 대하여, 입·출력단의 단락·개방·정합의 각 상태를 측정계로 설정하여 미리 교정하고, 이 교정 후에 고주파 전송로에 있어서 상기 투과 계수 및 상기 반사 계수를 측정하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마 모니터 방법.
  9. 제 1 항, 제 2 항, 제 3 항, 제 4 항, 또는 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 고주파 전송로는 발신기에 접속된 발신용 안테나와 수신기에 접속된 수신용 안테나의 사이에 형성되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마 모니터 방법.
  10. 제 1 항, 제 2 항, 제 3 항, 제 4 항, 제 5 항, 제 6 항, 제 7 항, 제 8 항, 또는 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 투과 계수 및 반사 계수의 상기 소요 주파수 범위에 있어서의 프로파일을 모니터하고, 이 투과 계수 및 반사 계수 중 적어도 어느 하나가 미리 정한 임계값을 넘은 단계에서, 연마 제거의 종료점 및 연마 제거의 종료 시점에 대응한 시점을 검출하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마 모니터 방법.
  11. 제 1 항, 제 2 항, 제 3 항, 제 4 항, 제 5 항, 제 6 항, 제 7 항, 제 8 항, 제 9 항, 또는 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 투과 계수 및 반사 계수를 소정의 2개의 주파수에 있어서 각각 측정하고, 측정한 이 투과 계수 및 이 반사 계수 중 적어도 어느 하나가 미리 정한 기준 상태를 넘은 단계에서, 연마 제거의 종료점 및 연마 제거의 종료 시점에 대응한 시점을 검출하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마 모니터 방법.
  12. 제 1 항, 제 2 항, 제 3 항, 제 4 항, 제 5 항, 제 6 항, 제 7 항, 제 8 항, 제 9 항, 또는 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 소정의 2개의 주파수에 있어서, 미리 정한 기준 상태에 대한 상기 투과 계수 및 반사 계수의 변화 비율을 각각 측정하고, 측정한 이 투과 계수의 변화 비율 및 이 반사 계수의 변화 비율 중 적어도 어느 하나가 미리 정한 기준의 변화 비율을 넘은 단계에서, 연마 제거의 종료점 및 연마 제거의 종료 시점에 대응한 시점을 검출하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마 모니터 방법.
  13. 웨이퍼 표면의 도전성막을 연마 제거하면서 평탄화 가공 공정을 행하는 가공 장치에 있어서의 웨이퍼 연마 모니터 장치로서,
    상기 웨이퍼 표면에 대향하는 부위에 고주파 전송로를 형성하고, 이 고주파 전송로를 통하여 빠져나가는 투과 전자파와 상기 고주파 전송로를 통과하지 않고 반사하는 반사 전자파 중 적어도 어느 하나로부터 상기 도전성막의 연마 제거 상태를 평가하고, 연마 제거의 종료점 및 연마 제거의 종료 시점에 대응한 시점을 검출하도록 구성하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마 모니터 장치.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 고주파 전송로에 공급되는 전자파의 주파수대는 마이크로대인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마 모니터 장치.
  15. 제 13 항 또는 제 14 항에 있어서, 상기 고주파 전송로는 마이크로스트립 라인으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마 모니터 장치.
  16. 제 13 항, 제 14 항, 또는 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가공 장치는 화학 기계 연마 장치이며, 상기 마이크로스트립 라인은 상기 화학 기계 연마 장치에 있어서의 플래튼의 상면부에 매설되어 있는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마 모니터 장치.
  17. 제 13 항, 제 14 항, 제 15 항, 또는 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서, 상 기 마이크로스트립 라인은, 그라운드 플레인 상에 유전체를 통하여 이 그라운드 플레인에 대하여 평행으로 지지된 스트립 도체로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마 모니터 장치.
  18. 제 13 항, 제 14 항, 제 15 항, 제 16 항, 또는 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 마이크로스트립 라인에 있어서의 유전체의 재료는, 테플론(Teflon), 에폭시 혹은 베이클라이트(bakelite) 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마 모니터 장치.
  19. 제 13 항 또는 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 고주파 전송로로서 공동 공진기로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마 모니터 장치.
  20. 제 19 항에 있어서, 상기 공동 공진기는 공동부의 용적 혹은 형상 중 적어도 어느 하나를 변화시키는 것에 의해, 공진 주파수를 변화시키는 것이 가능한 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마 모니터 장치.
  21. 제 19 항 또는 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 공동 공진기의 상면은 부도체의 부재를 뚜껑으로 한 구조인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마 모니터 장치.
  22. 제 13 항 또는 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 고주파 전송로는 발신기에 접속된 발신용 안테나와 수신기에 접속된 수신용 안테나의 사이에 형성하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마 모니터 장치.
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