KR20120010180A - 기판 폴리싱의 진행을 감시하는 방법 및 폴리싱장치 - Google Patents

기판 폴리싱의 진행을 감시하는 방법 및 폴리싱장치 Download PDF

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Abstract

구조들이 상이한 제1영역과 제2영역을 포함하는 적어도 두 영역들을 구비한 기판의 폴리싱의 진행을 감시하는 방법이 제공된다. 상기 방법은, 기판의 폴리싱 시, 상기 기판 상의 복수의 측정점들에 광을 인가하는 단계; 각각의 측정점으로부터의 반사광을 수광하는 단계; 상기 반사광의 세기를 측정하는 단계; 상기 세기로부터 상기 반사광의 스펙트럼을 생성하는 단계; 상기 스펙트럼의 형상 또는 상기 반사광의 세기를 토대로, 상기 스펙트럼을, 상기 제1영역으로부터의 반사광의 스펙트럼으로서 또는 상기 제2영역으로부터의 반사광의 스펙트럼으로서 분류하는 단계; 및 상기 제1영역으로부터의 반사광의 스펙트럼에서의 시간적 변화를 토대로 상기 기판의 폴리싱 진행을 감시하는 단계를 포함한다.

Description

기판 폴리싱의 진행을 감시하는 방법 및 폴리싱장치{METHOD OF MONITORING PROGRESS OF SUBSTRATE POLISHING AND POLISHING APPARATUS}
본 발명은 기판(예컨대, 반도체웨이퍼)의 폴리싱의 진행을 감시하는 방법 및 기판용 폴리싱장치에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 기판 폴리싱의 진행을 감시하고, 상기 기판으로부터 반사되는 광으로부터 획득되는 스펙트럼의 변화를 토대로 폴리싱 종점을 결정하는 방법에 관한 것이다.
반도체디바이스의 제조공정들에 있어서, 다층 구조를 형성하기 위해서는 실리콘 웨이퍼 상에 막의 형태로 몇 가지 종류의 재료들이 반복적으로 침착된다. 최상층의 표면을 평탄화하기 위해서는 이러한 다층 구조를 형성하는 것이 중요하다. 이러한 평탄화를 달성하기 위한 한 가지 해결책으로 화학적 기계적 폴리싱(CMP)이 폭넓게 사용되고 있다.
상기 화학적 기계적 폴리싱(CMP)은 폴리싱장치에 의해 행하여진다. 이러한 종류의 폴리싱장치는 통상적으로 그 위에 폴리싱패드를 지지하는 폴리싱테이블, 기판(그 위에 형성된 막을 갖는 웨이퍼)을 홀딩하기 위한 톱링, 및 폴리싱액을 상기 폴리싱패드 상으로 공급하기 위한 폴리싱액공급기구를 포함한다. 기판의 폴리싱은 다음과 같이 행하여진다. 상기 톱링은 기판의 표면을 폴리싱패드에 대하여 가압하는 한편, 상기 폴리싱액공급기구는 상기 폴리싱액을 상기 폴리싱패드 상으로 공급한다. 이 상태에서, 상기 톱링 및 상기 폴리싱테이블은 기판과 폴리싱패드 간의 상대운동을 제공하도록 회전되어, 상기 기판의 표면을 형성하는 막을 폴리싱하게 된다.
일반적으로, 폴리싱장치는 폴리싱종점검출장치를 구비한다. 광학폴리싱종점검출장치는 이러한 폴리싱종점검출장치의 일례이다. 이러한 장치는 기판의 표면에 광을 지향시키고, 상기 기판으로부터 반사되는 광의 스펙트럼을 토대로 폴리싱종점을 결정하도록 구성된다. 예를 들어, 일본공개특허공보 제2004-154928호는 반사광의 세기가 노이즈 성분들을 제거하여 특성값을 생성하도록 처리되고, 상기 폴리싱종점은 상기 특성값의 시간적 변동의 특징점(distinctive point)(즉, 극대점 또는 극소점)을 토대로 결정되는 방법을 개시하고 있다.
상기 스펙트럼은 광 세기를 파장 순서로 나타낸 배열로서, 각각의 파장에서의 광 세기를 나타낸다. 상기 스펙트럼으로부터 생성되는 특성값은, 도 1에 도시된 바와 같이, 폴리싱 시간에 따라 주기적으로 변하고, 극대점과 극소점은 교대로 나타난다. 이러한 현상은 광파들 간의 간섭에 의한 것이다. 구체적으로는, 기판으로 지향되는 광이 매체와 막 사이의 계면 및 막과 상기 막 바로 밑의 층 사이의 계면에서 반사된다. 이들 계면들로부터 반사되는 광파들은 서로 간섭한다. 상기 광파들 간의 간섭 방식은 상기 막의 두께(즉, 광로의 길이)에 따라 변한다. 그러므로, 상기 기판으로부터 반사되는 광의 세기가 상기 막의 두께에 따라 주기적으로 변하게 된다.
상술된 광학폴리싱종점검출장치는 폴리싱 시 특성값의 시간적 변동의 특징점(즉, 극대점 또는 극소점)들의 수를 계수하고, 상기 특징점들의 수를 토대로 폴리싱 진행을 감시한다. 상기 폴리싱 공정은 상기 특징점들의 수가 소정값에 도달하는 시점으로부터 소정의 시간이 경과한 경우에 종료된다.
최근, 다수의 가압기구(예컨대, 에어백)들을 이용하여 독립적으로 기판의 다수의 구역들을 가압할 수 있는 톱링이 발전되어 왔다. 이러한 종류의 톱링은 폴리싱 시 기판의 폴리싱 프로파일(즉, 막의 단면 형상)을 토대로 상기 구역들(예컨대, 중앙 구역, 중간 구역, 에지 구역)에 대한 가압력들을 조정할 수 있다. 상기 기판의 각각의 구역에서의 폴리싱의 진행을 감시하기 위해서는, 폴리싱 시 기판에 대하여 광을 지향시키고, 상기 기판의 각 구역으로부터 반사되는 광을 획득하는 것이 필요하다. 구체적으로는, 폴리싱테이블에 매설되는 광원은 상기 기판의 표면 상의 복수의 측정점들을 조사하고, 상기 광원에 인접하는 광리시버는 기판으로부터 반사되는 광을 수광한다.
상기 기판의 정확한 폴리싱 프로파일을 얻기 위해서는, 기판 상의 수많은 측정점(예컨대, 100개의 측정점)들에 광을 인가하고, 상기 측정점들 각각으로부터 반사되는 광을 수광하는 것이 바람직하다. 하지만, 구조들이 상이한 각종 영역들은 기판 표면 상에 존재하므로, 반사광으로부터 생성되는 스펙트럼은 영역에 따라 크게 변할 수 있다. 그 결과, 각각의 측정점들에 대하여 얻어지는 막-두께 정보가 크게 변할 수도 있고, 정확한 폴리싱 프로파일을 얻지 못할 수도 있다.
예를 들어, 플래시메모리는 표면 구조들이 규칙적이면서 표면 구조들이 불규칙적인 디바이스이다. 도 2a는 그 표면 상에 형성된 복수의 플래시메모리들을 구비한 기판의 도면이다. 기판(W) 상에 형성된 플래시메모리(4)들은 다이싱 라인(dicing line; 7)들을 따라 하나씩 절삭(cut off)된다. 도 2b에 도시된 바와 같이, 각각의 플래시메모리(4)는 통상적으로 2개의 셀 영역(5)들과 상기 셀 영역(5)들을 포위하는 주변 영역(6)을 구비한다.
상기 셀 영역(5)은 매트릭스 형태의 메모리 셀들을 구비한 셀 어레이로서, 구조들이 규칙적이다. 이러한 셀 영역(5)에 있어서, 반사광으로부터 생성되는 스펙트럼은 폴리싱의 진행에 따라 변한다. 이와는 대조적으로, 상기 주변 영역(6)은 배선(interconnect)들이 랜덤하게 연장되는 영역이고, 그 구조는 영역마다 상이하다. 이러한 주변 영역(6)에서는, 상기 반사광으로부터 생성되는 스펙트럼이 광이 인가되는 영역에 따라 변할 수 있다. 또한, 도 2a에 도시된 바와 같이, 상기 주변 영역(6) 주위에는 다이싱 라인(7)들이 있다. 상기 다이싱 라인(7)들의 존재는 상기 셀 영역(5)과 상기 주변 영역(6)에서 얻어지는 스펙트럼들과 상이한 스펙트럼의 생성을 초래할 수도 있다. 하지만, 상기 다이싱 라인(7)들은 상기 주변 영역(6)에 비해 면적이 작으므로, 하기 설명에서는 상기 주변 영역(6)이 상기 다이싱 라인(7)들을 포함하는 것으로 정의된다.
상기 셀 영역(5)으로부터 반사되는 광의 스펙트럼과 상기 주변 영역(6)으로부터 반사되는 광의 스펙트럼은 그들의 구조의 차이로 인하여 크게 변한다. 이는 폴리싱 진행의 정확한 감시와 폴리싱종점의 정확한 검출에 문제점들을 야기한다.
본 발명은 상기 단점들의 관점에서 고안되었다. 그러므로, 본 발명의 목적은 기판 폴리싱의 진행을 정확하게 감시할 수 있는 방법 및 폴리싱장치를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 형태는, 구조들이 상이한 제1영역과 제2영역을 포함하는 적어도 두 영역들을 그 표면 상에 구비한 기판의 폴리싱 진행을 감시하는 방법을 제공하는 것이다. 상기 방법은, 회전하는 폴리싱테이블 상의 폴리싱패드에 대하여 기판을 가압하여 상기 기판을 폴리싱하는 단계; 상기 기판의 폴리싱 시, 상기 기판 상의 복수의 측정점들에 광을 인가하는 단계; 각각의 측정점으로부터의 반사광을 수광하는 단계; 소정의 파장 범위 전반에 걸쳐 상기 반사광의 세기를 측정하는 단계; 상기 세기의 측정값들로부터 상기 반사광의 스펙트럼을 생성하는 단계; 상기 스펙트럼의 형상 또는 상기 반사광의 세기를 토대로, 상기 스펙트럼을, 상기 제1영역으로부터의 반사광의 스펙트럼으로서 또는 상기 제2영역으로부터의 반사광의 스펙트럼으로서 분류하는 단계; 및 상기 제1영역으로부터의 반사광의 스펙트럼에서의 시간적 변화를 토대로 상기 기판의 폴리싱 진행을 감시하는 단계를 포함한다.
본 발명의 바람직한 형태에 있어서, 상기 방법은 상기 제2영역으로부터의 반사광의 스펙트럼에서의 시간적 변화를 토대로 상기 기판의 폴리싱 진행을 감시하는 단계를 더 포함한다.
본 발명의 바람직한 형태에 있어서, 상기 제1영역으로부터의 반사광의 스펙트럼에서의 시간적 변화를 토대로 상기 기판의 폴리싱 진행의 감시와 상기 제2영역으로부터의 반사광의 스펙트럼에서의 시간적 변화를 토대로 상기 기판의 폴리싱 진행의 감시는 동시에 또는 연속적으로 행하여진다.
본 발명의 바람직한 형태에 있어서, 상기 제1영역으로부터의 반사광의 스펙트럼에서의 시간적 변화를 토대로 상기 기판의 폴리싱 진행의 감시와 상기 제2영역으로부터의 반사광의 스펙트럼에서의 시간적 변화를 토대로 상기 기판의 폴리싱 진행의 감시는 상이한 폴리싱 감시 알고리즘에 따라 행하여진다.
본 발명의 바람직한 형태에 있어서, 상기 기판의 폴리싱 진행의 감시는, 폴리싱 시 서로 스위칭되는, 적어도 2개의 폴리싱 감시 알고리즘에 따라 행하여진다.
본 발명의 바람직한 형태에 있어서, 상기 스펙트럼을 분류하는 단계는, 상기 스펙트럼과, 막 두께와 각각 연관된 복수의 기준 스펙트럼들로부터 선택된 기준 스펙트럼 간의 차이의 제곱-합(square-sum)을 계산하는 단계; 상기 복수의 기준 스펙트럼들에 대응하는 복수의 제곱-합들을 얻기 위하여 상기 제곱-합의 계산을 반복하는 단계; 결정된 기준 스펙트럼과 연관된 막 두께를 얻기 위하여 상기 복수의 제곱-합들 중 최소에 대응하는 기준 스펙트럼을 결정하는 단계; 획득한 막 두께가 소정의 기준 범위 내에 있는 경우, 상기 스펙트럼을 상기 제1영역으로부터의 반사광의 스펙트럼으로서 분류하는 단계; 및 획득한 막 두께가 소정의 기준 범위 내에 있지 않는 경우, 상기 스펙트럼을 상기 제2영역으로부터의 반사광의 스펙트럼으로서 분류하는 단계를 포함한다.
본 발명의 바람직한 형태에 있어서, 상기 스펙트럼을 분류하는 단계는, 상기 스펙트럼 상에 나타나는 극대점 및/또는 극소점들의 수가 소정의 기준수와 일치하는 경우, 상기 스펙트럼을 상기 제1영역으로부터의 반사광의 스펙트럼으로서 분류하는 단계; 및 상기 스펙트럼 상에 나타나는 극대점 및/또는 극소점들의 수가 소정의 기준수와 일치하지 않는 경우, 상기 스펙트럼을 상기 제2영역으로부터의 반사광의 스펙트럼으로서 분류하는 단계를 포함한다.
본 발명의 바람직한 형태에 있어서, 상기 스펙트럼을 분류하는 단계는, 상기 스펙트럼을 고속 푸리에 변환(fast Fourier transform)에 의해 주파수 성분들로 분해하는 단계; 상기 주파수 성분들이 소정의 기준 주파수 성분들과 실질적으로 일치하는 경우, 상기 스펙트럼을 상기 제1영역으로부터의 반사광의 스펙트럼으로서 분류하는 단계; 및 상기 주파수 성분들이 소정의 기준 주파수 성분들과 실질적으로 일치하지 않는 경우, 상기 스펙트럼을 상기 제2영역으로부터의 반사광의 스펙트럼으로서 분류하는 단계를 포함한다.
본 발명의 바람직한 형태에 있어서, 상기 스펙트럼을 분류하는 단계는, 상기 반사광의 세기를 소정의 문턱값과 비교하는 단계; 상기 반사광의 세기가 소정의 문턱값 이상인 경우, 상기 스펙트럼을 상기 제1영역으로부터의 반사광의 스펙트럼으로서 분류하는 단계; 및 상기 반사광의 세기가 소정의 문턱값 미만인 경우, 상기 스펙트럼을 상기 제2영역으로부터의 반사광의 스펙트럼으로서 분류하는 단계를 포함한다.
본 발명의 바람직한 형태에 있어서, 상기 방법은 상기 제1영역으로부터의 반사광의 스펙트럼에서의 시간적 변화를 토대로 상기 기판의 폴리싱종점을 결정하는 단계를 더 포함한다.
본 발명의 바람직한 형태에 있어서, 상기 기판은 그 표면 상에 형성된 메모리들을 구비하고; 상기 제1영역은 각각의 메모리의 셀 영역이며, 상기 제2영역은 상기 셀 영역을 포위하는 주변 영역이다.
본 발명의 바람직한 형태에 있어서, 상기 제1영역은 구조들이 규칙적이고, 상기 제2영역은 구조들이 불규칙적이다.
본 발명의 또다른 형태는 구조들이 상이한 제1영역과 제2영역을 포함하는 적어도 두 영역들을 그 표면 상에 구비한 기판을 폴리싱하기 위한 장치를 제공하는 것이다. 상기 장치는, 폴리싱패드를 그 위에 지지하기 위한 회전가능한 폴리싱테이블; 상기 폴리싱패드에 대하여 기판을 가압하도록 구성된 톱링; 상기 기판 상의 복수의 측정점들에 광을 인가하도록 구성된 투광유닛(light-applying unit); 각각의 측정점으로부터의 반사광을 수광하도록 구성된 수광유닛; 소정의 파장 범위 전반에 걸쳐 상기 반사광의 세기를 측정하도록 구성된 분광기; 및 상기 세기의 측정값들로부터 상기 반사광의 스펙트럼을 생성하도록 구성된 처리장치를 포함한다. 상기 처리장치는, 상기 스펙트럼의 형상 또는 상기 반사광의 세기를 토대로, 상기 스펙트럼을, 상기 제1영역으로부터의 반사광의 스펙트럼으로서 또는 상기 제2영역으로부터의 반사광의 스펙트럼으로서 분류하도록, 그리고 상기 제1영역으로부터의 반사광의 스펙트럼에서의 시간적 변화를 토대로 상기 기판의 폴리싱 진행을 감시하도록 구성된다.
본 발명에 따르면, 상기 스펙트럼은 상기 기판의 표면 구조에 따라 변하는 광학 정보를 토대로 분류된다. 그러므로, 폴리싱의 진행이 폴리싱의 감시에 적합한 스펙트럼만을 기초로 하여 감시될 수 있게 된다. 또한, 폴리싱종점이 결정될 수도 있다. 그 결과, 기판 폴리싱 진행의 정확한 감시와 폴리싱종점의 정확한 검출이 실현될 수 있게 된다.
도 1은 폴리싱 시간에 따른 특성값의 변화 방식을 도시한 그래프;
도 2a는 플래시메모리들이 그 위에 형성된 기판을 도시한 도면;
도 2b는 플래시메모리를 구성하는 셀 영역들과 주변 영역을 도시한 도면;
도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 폴리싱감시방법의 원리를 예시한 개략도;
도 3b는 기판과 폴리싱테이블 간의 위치적 관계를 도시한 평면도;
도 4a 내지 도 4c는 반사광의 스펙트럼을 각각 도시한 그래프;
도 5는 폴리싱테이블의 회전에 따른 기판의 표면에 인가되는 광의 궤적(또는 추적)들을 도시한 도면;
도 6은 세로축은 반사광의 스펙트럼과 각각의 기준 스펙트럼 간의 차이의 제곱-합을 나타내고, 가로축은 상기 기준 스펙트럼과 연관된 막 두께를 나타내는 그래프;
도 7은 막 두께의 기준 범위를 도시한 그래프;
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 폴리싱감시방법을 행할 수 있는 폴리싱감시장치를 구비한 폴리싱장치를 개략적으로 도시한 단면도;
도 9는 도 8에 도시된 폴리싱장치의 변형예를 도시한 단면도;
도 10은 도 8에 도시된 폴리싱장치의 또다른 변형예를 도시한 단면도; 및
도 11은 기판의 다수의 구역들을 독립적으로 가압하기 위한 다수의 가압기구들을 구비한 톱링의 일례를 도시한 단면도이다.
이하, 본 발명의 실시예들을 도면들을 참조하여 설명하기로 한다. 도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 폴리싱감시방법의 원리를 도시한 개략도이고, 도 3b는 기판과 폴리싱테이블 간의 위치적 관계를 도시한 평면도이다. 도 3a에 도시된 바와 같이, 폴리싱될 기판(W)은 하부층(underlying layer; 1)(예컨대, 실리콘층) 및 상기 하부층(1) 상에 형성된 막(2)(예컨대, 광투과성을 갖는 SiO2와 같은 절연막)을 구비한다. 상기 기판(W)의 표면(2a)은 회전하는 폴리싱테이블(20) 상의 폴리싱패드(22)에 대하여 가압된다. 따라서, 상기 기판(W)의 표면(2a)은 상기 폴리싱패드(22)와 슬라이딩접촉시켜 폴리싱된다. 상기 기판(W)의 폴리싱 시, 상기 폴리싱패드(22) 상으로 폴리싱액(슬러리)이 공급된다.
투광유닛(11) 및 수광유닛(12)은 상기 기판(W)의 표면을 향하도록 배치된다. 상기 투광유닛(11)은 상기 기판(W)의 표면에 실질적으로 수직인 방향으로 발광하도록 구성되고, 상기 수광유닛(12)은 상기 기판(W)으로부터의 반사광을 수광하도록 구성된다. 상기 투광유닛(11)에 의해 방출되는 광은 가시광선이다. 상기 폴리싱액이 상기 광의 경로로 들어가지 않도록 하기 위해서는, 상기 투광유닛(11) 및 수광유닛(12)과 상기 기판(W) 사이의 공간에 순수의 유동이 형성된다.
도 3b에 도시된 바와 같이, 상기 폴리싱테이블(20)이 1회전 할 때마다 상기 기판(W)의 중심을 포함하는 복수의 영역들에 광이 인가된다. 분광기(13)는 상기 수광유닛(12)에 결합된다. 이러한 분광기(13)는 파장에 따라 상기 반사광을 분해하고, 상기 반사광의 세기를 소정의 파장 범위에 걸쳐 측정한다. 상기 분광기(13)에 의해 측정가능한 파장 범위는 예컨대 400 nm 내지 800 nm 이다.
상기 분광기(13)에는 처리장치(15)가 결합된다. 이러한 처리장치(15)는 상기 분광기(13)에 의해 얻어지는 측정 데이터를 판독하도록 그리고 상기 세기의 측정값들로부터 상기 반사광의 세기 분포를 생성하도록 구성된다. 보다 구체적으로는, 상기 처리장치(15)가 각각의 파장에서의 광 세기를 나타내는 스펙트럼을 생성한다. 이러한 스펙트럼은 상기 반사광의 세기와 파장 간의 관계를 나타내는 선 그래프로서 표현될 수 있다. 상기 처리장치(15)는 폴리싱의 진행을 감시하도록 그리고 상기 스펙트럼에서의 변화로부터 폴리싱종점을 결정하도록 추가로 구성된다. 범용 컴퓨터 또는 전용 컴퓨터가 상기 처리장치(15)로 사용될 수 있다. 상기 처리장치(15)는 프로그램(또는 컴퓨터 소프트웨어)에 따라 소정의 처리 단계들을 수행한다.
다음으로, 도 2a 및 도 2b에 도시된 기판의 폴리싱 시에 얻어지는 반사광의 스펙트럼을 설명하기로 한다. 도 4a는 도 2b에 도시된 셀 영역(5)으로부터의 반사광으로부터 얻어지는 스펙트럼을 도시한 그래프이고, 도 4b는 도 2b에 도시된 주변 영역(6)에서의 점 A로부터의 반사광으로부터 얻어지는 스펙트럼을 도시한 그래프이며, 도 4c는 도 2b에 도시된 주변 영역(6)에서의 점 B로부터의 반사광으로부터 얻어지는 스펙트럼을 도시한 그래프이다. 도 4a 내지 도 4c에서는, 세로축이 광의 반사강도비를 나타내고, 가로축이 상기 광의 파장(nm)을 나타낸다.
도 4a 내지 도 4c에서는, 상기 광의 세기가 반사강도비로서 표현된다. 구체적으로는, 도 4a 내지 도 4c에서의 스펙트럼이 상기 광의 파장과 반사강도비 간의 관계를 보여준다. 상기 반사강도비는 상기 광의 세기를 나타내는 인덱스이고, 보다 구체적으로는 상기 반사강도비가 상기 반사광의 측정 세기와 소정의 기준 세기의 비(즉, 측정 세기/기준 세기)이다. 상기 소정의 기준 세기는, 순수를 폴리싱패드(22) 상으로 공급하면서 막이 그 위에 없는 실리콘 웨이퍼(즉, 베어(bare) 웨이퍼)를 폴리싱하는 경우에 얻어지는 반사광의 세기일 수 있다.
상기 처리장치(15)는 상기 분광기(13)에 의해 얻어지는 측정값으로부터 상술된 반사강도비를 계산하도록 구성된다. 상기 반사강도비는 폴리싱될 막의 두께의 변화에 따라 변한다. 이러한 현상은 광파들 간의 간섭으로 인한 것이다. 구체적으로는, 기판으로 지향되는 광이 매체와 막 사이의 계면 및 막과 상기 막 바로 밑의 층 사이의 계면에서 반사된다. 이들 계면으로부터 반사되는 광파들은 서로 간섭한다. 상기 광파들 간의 간섭 방식은 막의 두께(즉, 광로의 길이)에 따라 변한다. 그러므로, 상기 기판으로부터의 반사광의 세기가 상기 막의 두께에 따라 주기적으로 변하게 된다. 이에 따라, 상기 반사광의 세기로부터 계산되는 반사강도비 또한 상기 막의 두께에 따라 변하게 된다.
도 5는 폴리싱테이블의 회전에 따른 기판의 표면에 인가되는 광의 궤적들을 도시한 도면이다. 통상적으로, 하나의 플래시메모리(4)는 2개의 셀 영역(5)들과 상기 셀 영역(5)들을 포위하는 주변 영역(6)을 포함한다. 하나의 플래시메모리(4)에서 상기 주변 영역(6)에 대한 2개의 셀 영역(5)들의 면적비는 근사적으로 7 : 3 이다. 본 실시예에 있어서, 상기 광은 단시간 간격으로 간헐적으로 인가된다. 구체적으로는, 폴리싱테이블(20)이 1회전 할 때마다, 상기 광이 상기 셀 영역(5)에 적어도 한 번, 바람직하게는 여러번 인가된다. 도 5에 도시된 예시에서는, 상기 셀 영역(5)에서 상기 광의 2개의 궤적(즉, 2개의 노광 스폿)들이 있다. 이들 노광 스폿(exposure spot)들은 측정점들이다.
하나의 셀 영역(5)당 측정점들의 수는, 상기 셀 영역(5)의 크기 이외에, 하나의 측정점당 조명 시간 및 폴리싱테이블(20)의 회전속도에 좌우된다. 예를 들어, 도 5에 도시된 하나의 플래시메모리(4)가 12 mm 높이 및 12 mm 폭의 크기를 가지는 경우, 하나의 셀 영역(5)은 10 mm 높이 및 5 mm 폭의 크기를 가지고, 상기 폴리싱테이블(20)의 회전속도는 분당 150 회전이며, 하나의 측정점당 조명 시간(즉, 하나의 측정점에 대한 측정 시간)은 상기 폴리싱테이블(20)이 1회전 할 때마다 하나의 셀 영역(5)에 광을 한 번 인가하기 위하여 대략 1.7 밀리초이다. 그러므로, 하나의 셀 영역(5)에 광을 두 번 인가하기 위해서는, 하나의 측정점당 조명 시간이 대략 1 밀리초(≒ 1.7/2 밀리초)이다. 이러한 방식으로, 상기 폴리싱테이블(20)의 회전속도 및 하나의 측정점당 조명 시간이 결정되어, 적어도 하나의 측정점이 상기 기판의 표면 상의 각각의 셀 영역(5)에 존재하게 된다.
폴리싱될 대상은 메모리를 구성하는 셀 영역(5)이다. 그러므로, 감시될 대상이 셀 영역(5)이 된다. 상술된 바와 같이, 상기 셀 영역(5)은 구조들이 규칙적이므로, 상기 셀 영역(5)으로부터의 반사광은 고도로 신뢰할 만한 막-두께 정보를 포함한다. 이와는 대조적으로, 상기 주변 영역(6)은 구조들이 불규칙적이고, 상기 셀 영역(5)의 폴리싱을 감시하기 위하여 상기 주변 영역(6)으로부터의 반사광을 사용하는 것은 바람직하지 않다. 따라서, 상기 처리장치(15)는, 상기 반사광으로부터 생성되는 스펙트럼을, 상기 셀 영역(5)으로부터의 반사광의 스펙트럼 또는 상기 주변 영역(6)으로부터의 반사광의 스펙트럼으로서 분류하고, 폴리싱을 감시하기 위하여 상기 셀 영역(5)으로부터의 반사광의 스펙트럼만을 사용한다.
상기 셀 영역(5)은 그 전체로서 균일한 구조들을 가지므로, 측정점의 위치에 관계없이 상기 셀 영역(5)으로부터의 반사광으로부터 실질적으로 동일한 스펙트럼이 획득된다. 이와는 대조적으로, 도 4b 및 도 4c에 도시된 바와 같이, 상기 주변 영역(6)으로부터의 반사광으로부터 얻어지는 스펙트럼은 상기 측정점의 위치에 따라 변할 수 있다. 상기 폴리싱테이블(20)이 1회전 할 때마다 얻어지는 스펙트럼들은 상기 셀 영역(5)에 대한 스펙트럼 및 상기 주변 영역(6)에 대한 스펙트럼을 포함한다. 따라서, 본 실시예에 있어서, 상기 획득된 스펙트럼은 상기 반사광의 스펙트럼의 형상을 기초로 하여, 상기 셀 영역(5)에 대한 스펙트럼 또는 상기 주변 영역(6)에 대한 스펙트럼으로서 분류된다.
상기 실시예에서의 처리장치(15)는 소정의 분류 알고리즘을 이용하여 스펙트럼의 분류를 행한다. 상기 분류의 일례로서, 상기 처리장치(15)는 폴리싱 시에 얻어지는 스펙트럼의 형상과 가장 근사하게 일치하는 형상을 갖는 기준 스펙트럼을 결정한다. 이러한 기준 스펙트럼은 막 두께와 각각 연관된 복수의 기준 스펙트럼들 가운데 결정된다. 그 후, 상기 처리장치(15)는 상기 결정된 기준 스펙트럼과 연관된 막 두께가 소정의 범위 내에 있는 지의 여부를 결정한다. 상기 처리장치(15)는 그 내부에 상이한 막 두께들에 대응하는 복수의 기준 스펙트럼들을 사전에 미리 저장한다. 상기 기준 스펙트럼은 폴리싱될 기판의 것과 동일한 구조를 갖는 기판의 폴리싱의 시뮬레이션으로부터 얻어지는 이론적인 스펙트럼이다. 즉, 상기 기준 스펙트럼은 막이 소정의 두께를 가지는 경우에 얻어질 스펙트럼이다. 상기 획득된 기준 스펙트럼들과 대응하는 막 두께들은 사전에 미리 상기 처리장치(15)에 저장된다.
상기 처리장치(15)는 상기 반사광의 스펙트럼과 각각의 기준 스펙트럼 간의 차이의 제곱-합을 계산하고, 상술된 기준 스펙트럼들에 대응하는 복수의 제곱-합들을 획득한다. 보다 구체적으로는, 상기 반사광의 스펙트럼이 생성될 때마다, 상기 처리장치(15)는 상기 스펙트럼 상에 표시된 측정 반사강도비들과 각각의 기준 스펙트럼 상에 표시된 이론적인 반사강도비들 간의 차이의 제곱-합을 계산한다. 이러한 제곱-합의 계산은 상술된 복수의 기준 스펙트럼들에 대하여 반복되어, 이들 복수의 기준 스펙트럼들에 각각 대응하는 복수의 제곱-합들이 얻어지게 된다. 또한, 상기 처리장치(15)는 상기 획득된 복수의 제곱-합들의 최소를 결정하고, 상기 결정된 최소 제곱-합에 대응하는 기준 스펙트럼을 결정하며, 상기 결정된 기준 스펙트럼과 연관된 막 두께를 획득한다. 이러한 획득된 막 두께는 이론적인 스펙트럼인 기준 스펙트럼과 연관된 추정 막 두께이다.
도 6은 세로축이 반사광의 스펙트럼과 각각의 기준 스펙트럼 간의 차이의 제곱-합을 나타내고, 가로축이 상기 기준 스펙트럼과 연관된 막 두께를 나타내는 그래프이다. 도 6에 도시된 예시에 있어서, 상기 제곱-합은 막 두께 t1에서 최소를 취한다. 도 6에 도시된 그래프로부터, 상기 반사광의 스펙트럼은 상기 막 두께가 t1일 때에 획득되는 스펙트럼으로 추정된다. 그러므로, 상기 처리장치(15)는 상기 스펙트럼에 대응하는 막 두께가 t1인 것으로 결정하게 된다.
후속해서, 상기 처리장치(15)는 상기 결정된 막 두께 t1이 소정의 기준 범위 내에 있는 지의 여부를 판정한다. 이러한 기준 범위는 초기 막 두께, 최종 막 두께, 및 실제로 측정되는 폴리싱 시간을 토대로 정의된다. 상기 기준 범위는 한 좌표축이 막 두께를 나타내고 한 좌표축이 폴리싱 시간을 나타내는 좌표계 상에 정의된다. 상기 기준 범위는 상기 처리장치(15)에 사전에 미리 저장된다. 상기 초기 막 두께, 최종 막 두께, 및 폴리싱 시간은 구조가 동일한 기판을 실제로 폴리싱하여, 그리고 폴리싱 전후의 막 두께 및 폴리싱 시간을 측정하여 얻어진다. 통상적으로, 이러한 기준 범위는 상기 처리장치(15)에 저장된 폴리싱 레시피에 등록되고, 폴리싱되는 기판의 수에 관계없이 변하지 않은 상태로 유지된다. 하지만, 상기 폴리싱패드의 마모 또는 기타 원인들로 인하여 폴리싱율이 크게 변하는 경우에는, 최적의 기준 범위 또한 크게 변하게 된다. 따라서, 상기 처리장치(15)는 앞서-폴리싱된 기판의 폴리싱 시간을 토대로 상기 기준 범위를 규칙적으로 갱신하는 것이 바람직하다.
도 7은 막 두께의 기준 범위를 도시한 그래프이다. 도 7에서, 세로축은 막 두께를 나타내고, 가로축은 폴리싱 시간을 나타낸다. 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 기준 범위는 폴리싱율(즉, 막의 제거율) 및 상기 폴리싱율의 허용가능한 범위에 의해 결정된다. 상기 폴리싱율은 초기 막 두께, 최종 막 두께, 및 실제 측정에 의해 얻어지는 폴리싱 시간으로부터 계산될 수 있다. 보다 구체적으로는, 상기 폴리싱율은 상기 초기 막 두께와 상기 최종 막 두께 간의 차이를 상기 폴리싱 시간으로 나누어 결정된다.
상기 결정된 막 두께(추정 막 두께)가 상기 기준 범위 내에 있는 경우, 상기 처리장치(15)는, 상기 반사광의 측정 스펙트럼을, 상기 셀 영역(5)으로부터의 반사광의 스펙트럼으로서 분류한다. 다른 한편으로, 상기 결정된 막 두께가 상기 기준 범위 내에 있지 않는 경우에는, 상기 처리장치(15)는, 상기 반사광의 측정 스펙트럼을, 상기 주변 영역(6)으로부터의 반사광의 스펙트럼으로서 분류한다. 예를 들어, 도 7에서는, 막 두께 t1이 기준 범위 내에 있다. 그러므로, 상기 처리장치(15)는, 상기 측정 스펙트럼을 상기 셀 영역(5)으로부터의 반사광의 스펙트럼으로서 분류한다. 다른 한편으로, 막 두께 t2는 기준 범위 내에 있지 않다. 그러므로, 상기 처리장치(15)는, 상기 측정 스펙트럼을 상기 주변 영역(6)으로부터의 반사광의 스펙트럼으로서 분류한다.
또한, 상기 처리장치(15)는 상기 셀 영역(5)으로부터의 반사광의 분류된 스펙트럼을 이용하여 기판 폴리싱의 진행을 감시한다. 구체적으로, 상기 처리장치(15)는 하기 수학식을 이용하여 스펙트럼 상에 표시된 두 파장들에 대응하는 두 반사강도비들로부터 특성값 S를 계산한다.
Figure pat00001
여기서, λ1 및 λ2는 파장이고; R(λ1)은 파장 λ1에서의 반사강도비를 나타내며; R(λ2)은 파장 λ2에서의 반사강도비를 나타낸다. 상기 두 파장 λ1 및 λ2는 상기 분광기(13)의 측정가능한 범위인 400 nm 내지 800 nm의 파장 범위로부터 선택된다.
상기 수학식 1에 따르면, 하나의 반사강도비는 또다른 반사강도비로 나누어진다. 그러므로, 이들 반사강도비들에 포함된 노이즈들이 상쇄되게 된다. 그러므로, 노이즈가 없는 특성값이 얻어질 수 있게 된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 특성값은 광파들의 간섭으로 인하여 폴리싱 시간에 따라 주기적으로 변동된다. 상기 처리장치(15)는 폴리싱 시 특성값의 극대점 또는 극소점들의 수를 계수하고, 상기 극대점 또는 극소점들의 수가 소정값에 도달한 시간을 결정하며, 상기 극대점 또는 극소점들의 수가 소정값에 도달한 시간으로부터 소정의 시간이 경과한 시점인 폴리싱종점을 결정한다.
상술된 실시예에 따르면, 기판 폴리싱은 구조들이 규칙적인 셀 영역(5)으로부터의 반사광의 스펙트럼만을 이용하여 정확하게 감시될 수 있다. 더욱이, 정확한 폴리싱종점검출이 실현될 수 있다. 상기 특성값의 계산 시에 사용되는 파라미터로서 파장들의 수는 2개로 제한되지 아니한다. 3이상의 파장들이 사용될 수도 있다. 즉, 상기 특성값은 복수의 파장들에서의 복수의 반사강도비들로부터 계산된다. 파장 λ1, λ2, …, λN에서의 복수의 반사강도비들을 이용하는 경우, 상술된 수학식 1은 하기와 같이 표현된다.
Figure pat00002
상기 특성값을 계산하는 대신, (상술된 분류 알고리즘에 따라 분류된 스펙트럼에 대응하는) 추정 막 두께 자체가 감시될 수도 있고, 상기 추정 막 두께를 토대로 폴리싱종점이 결정될 수도 있다. 상기 특성값을 이용하는 폴리싱 감시 알고리즘 및 상기 추정 막 두께를 이용하는 폴리싱 감시 알고리즘은 동시에 사용될 수도 있고, 또는 폴리싱 시에 서로 스위칭될 수도 있다. 예를 들어, 제1막의 폴리싱은 상기 추정 막 두께를 이용하는 폴리싱 감시 알고리즘에 따라 감시될 수도 있고, 상기 제1막 바로 밑의 제2막의 폴리싱은 상기 특성값을 이용하는 폴리싱 감시 알고리즘에 따라 감시될 수도 있다.
상기 주변 영역(6)이 규칙적인 구조들을 가지는 경우, 기판 폴리싱은 상기 주변 영역(6)으로부터의 반사광의 스펙트럼을 토대로 감시될 수도 있다. 이 경우, 상기 셀 영역(5)으로부터의 반사광의 스펙트럼을 기초로 하여 폴리싱의 감시에 사용되는 폴리싱 감시 알고리즘과 상이한 폴리싱 감시 알고리즘을 사용하는 것이 가능하다.
본 발명은 그 표면 상에 형성된 상이한 구조의 복수의 영역들을 구비한 기판의 폴리싱 진행을 감시하는 것에 적용가능하다. 상기 실시예에 있어서, 반복된 패턴들을 갖는 셀 영역은 제1영역을 구성하고, 랜덤 패턴들을 갖는 주변 영역은 제2영역을 구성한다. 하지만, 본 발명이 상기 실시예로 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 제1영역 및 상기 제2영역은 반복 패턴들이 상이한 영역들일 수도 있다.
본 발명은 또한 제1영역 및 제2영역 이외에, 그 표면 상에 형성된 제3영역을 구비한 기판의 폴리싱에도 적용가능하다. 예를 들어, 상기 제1영역에 대한 제1기준범위 및 상기 제2영역에 대한 제2기준범위가 도 7의 기준 범위로서 제공될 수도 있다. 상기 획득한 추정 막 두께들은 상기 제1기준범위에 속하는 추정 막 두께, 상기 제2기준범위에 속하는 추정 막 두께, 및 상기 제1기준범위나 상기 제2기준범위 어느 것에도 속하지 않는 추정 막 두께로 분류되어, 폴리싱 시에 얻어지는 스펙트럼들이 상기 제1영역으로부터의 반사광의 스펙트럼, 상기 제2영역으로부터의 반사광의 스펙트럼, 및 상기 제3영역으로부터의 반사광의 스펙트럼으로 분류될 수 있게 된다. 본 발명은 또한 제4영역, 제5영역, …, 제n영역을 추가로 구비하는 기판에도 적용가능하다는 점에 유의한다.
상기 제1영역 및 상기 제2영역 양자 모두로부터의 반사광의 스펙트럼들을 토대로 기판 폴리싱을 감시하는 것도 가능하다. 이 경우, 상기 제1영역으로부터의 반사광의 스펙트럼 및 상기 제2영역으로부터의 반사광의 스펙트럼은 폴리싱의 진행을 감시하기 위하여 동시에 사용될 수도 있고, 또는 사용될 스펙트럼이 폴리싱 시간이나 폴리싱될 막의 종류에 따라 서로 스위칭될 수도 있다. 또한, 상기 폴리싱 감시 알고리즘은 상기 제1영역으로부터의 반사광의 스펙트럼 또는 상기 제2영역으로부터의 반사광의 스펙트럼에 따라 변경될 수도 있다.
기판의 종류에 따라, 상기 제1영역 및 상기 제2영역 양자 모두가 규칙적인 구조들을 가질 수도 있다. 이러한 경우들에 있어서는, 폴리싱 진행의 감시에 보다 적합한 영역을 선택하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 기판의 표면을 점유하는 영역의 면적, 상기 영역을 구성하는 재료의 폴리싱의 용이성(즉, 폴리싱율), 또는 상기 영역에서의 하부층의 최소 패턴 폭 혹은 배선 밀도와 같은 선택 기준에 따라 상기 영역을 선택하는 것이 바람직하다.
본 발명은 그 위에 형성된 플래시메모리들을 구비한 기판의 폴리싱으로 제한되지 아니하며, 구조들이 상이한 적어도 2개의 영역들이 그 표면 상에 형성되기만 하면, 상이한 종류의 기판들의 폴리싱에도 적용가능하다. 예를 들어, 본 발명은 그 위에 형성된 DRAM을 구비한 기판의 폴리싱에도 적용가능하다.
또한, 상기 처리장치(15)에 의해 실행되는 분류 알고리즘은 상술된 실시예로 제한되지 아니하며, 여타의 분류 알고리즘이 사용될 수도 있다. 예를 들어, 상기 스펙트럼은 상기 반사광의 스펙트럼 상에 나타나는 극대점 및/또는 극소점들의 수를 토대로 분류될 수도 있다. 구체적으로, 상기 처리장치(15)는 상기 스펙트럼 상에 나타나는 극대점 및/또는 극소점들의 수를 미리 설정된 기준수와 비교하고, 상기 극대점 및/또는 극소점들의 수가 상기 기준수와 일치하면, 상기 처리장치(15)는, 상기 스펙트럼을 상기 셀 영역(5)으로부터의 반사광의 스펙트럼으로서 분류한다. 다른 한편으로, 상기 극대점 및/또는 극소점들의 수가 상기 기준수와 일치하지 않는 경우에는, 상기 처리장치(15)는, 상기 스펙트럼을 상기 주변 영역(6)으로부터의 반사광의 스펙트럼으로서 분류한다. 상기 스펙트럼 상에 나타나는 극대점 및/또는 극소점들의 수는 폴리싱의 결과로서 상기 기판의 막 두께의 변화에 따라 변할 수 있다. 그러므로, 막 두께 또는 폴리싱 시간에 대응하는 몇 가지 기준수들을 제공하는 것이 바람직하다.
상기 기준수는 폴리싱될 기판의 것과 동일한 구조를 갖는 기판의 폴리싱의 시뮬레이션으로부터 획득되는 이론적인 스펙트럼 상에 나타나는 극대점 및/또는 극소점들의 수로부터 결정될 수 있다.
상기 분류 알고리즘의 또다른 예시에 있어서, 상기 스펙트럼을 분류하기 위하여 FFT(fast Fourier transform)가 사용될 수도 있다. 구체적으로는, 상기 처리장치(15)는 상기 FFT에 의하여 파형으로서 스펙트럼을 주파수 성분들로 분해하고, 상기 주파수 성분들을 소정의 기준 주파수 성분들과 비교한다. 상기 주파수 성분들이 상기 기준 주파수 성분들과 실질적으로 일치하는 경우, 상기 처리장치(15)는, 상기 스펙트럼을 상기 셀 영역(5)으로부터의 반사광의 스펙트럼으로서 분류한다. 상기 주파수 성분들이 상기 기준 주파수 성분들과 실질적으로 일치하지 않는 경우, 상기 처리장치(15)는, 상기 스펙트럼을 상기 주변 영역(6)으로부터의 반사광의 스펙트럼으로서 분류한다.
상기 기준 주파수 성분들은, 폴리싱될 기판의 것과 동일한 구조를 갖는 기판의 폴리싱의 시뮬레이션으로부터 이론적인 스펙트럼을 획득하여, 그리고 상기 이론적인 스펙트럼을 상기 FFT에 의하여 주파수 성분들로 분해하여 결정될 수 있다.
상기 처리장치(15)는 프로그래밍된 분류 알고리즘에 따라 스펙트럼을 선별(sort)하지만, 상기 처리장치(15)는 상기 분류 알고리즘을 이용하지 않고도 상기 반사광의 세기를 토대로 스펙트럼을 분류할 수도 있다. 일부 종류의 기판들에 있어서는, 구조들이 규칙적인 상기 셀 영역(5)으로부터의 반사광의 세기가, 구조들이 불규칙적인 상기 주변 영역(6)으로부터의 반사광의 세기보다 크다. 이러한 경우들에 있어서, 상기 반사광의 세기가 소정의 문턱값 이상이면, 상기 처리장치(15)는 상기 반사광이 상기 셀 영역(5)으로부터 나오는 것으로 판정하여, 상기 반사광으로부터 생성되는 스펙트럼을 상기 셀 영역(5)으로부터의 반사광의 스펙트럼으로서 분류한다. 상기 반사광의 세기가 소정의 문턱값 미만이면, 상기 처리장치(15)는 상기 반사광이 상기 주변 영역(6)으로부터 나오는 것으로 판정하여, 상기 반사광으로부터 생성되는 스펙트럼을 상기 주변 영역(6)으로부터의 반사광의 스펙트럼으로서 분류한다. 상기 반사광의 세기는 상기 분광기(13)에 의해 측정될 수 있다. 본 예시에 있어서, 상기 주변 영역(6)으로부터의 반사광만을 저감시키기 위한 편광 필터가 상기 기판과 상기 수광유닛(12) 사이에 또는 상기 수광유닛(12)과 상기 분광기(13) 사이에 제공될 수도 있다.
도 8은 상술된 본 발명의 실시예에 따른 폴리싱 감시방법을 수행할 수 있는 폴리싱 감시장치를 구비한 폴리싱장치를 개략적으로 도시한 단면도이다. 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 폴리싱장치는 그 위에 폴리싱패드(22)를 지지하기 위한 폴리싱테이블(20), 기판(W)을 홀딩하여 상기 기판(W)을 상기 폴리싱패드(22)에 대하여 가압하도록 구성된 톱링(24), 및 상기 폴리싱패드(22) 상으로 폴리싱액(슬러리)을 공급하도록 구성된 폴리싱액공급기구(25)를 포함한다. 상기 폴리싱테이블(20)은 상기 폴리싱테이블(20) 아래에 제공된 모터(도면에는 도시되지 않음)에 결합되어, 상기 폴리싱테이블(20)이 그 자체축을 중심으로 회전될 수 있도록 한다. 상기 폴리싱패드(22)는 상기 폴리싱테이블(20)의 상부면에 고정된다.
상기 폴리싱패드(22)는 기판(W)을 폴리싱하기 위한 폴리싱면을 제공하는 상부면(22a)을 가진다. 상기 톱링(24)은 톱링샤프트(28)를 통해 모터 및 승강 실린더(도면에는 도시되지 않음)에 결합된다. 이러한 구성은 상기 톱링(24)을 상하로 이동시키면서 상기 톱링샤프트(28)를 중심으로 회전할 수 있도록 한다. 상기 톱링(24)은 진공 흡입 등에 의하여 상기 기판(W)을 홀딩하도록 구성되는 하부면을 가진다.
상기 톱링(24)의 하부면 상에 유지되는 기판(W)은 상기 톱링(24)에 의해 회전되고, 회전하는 폴리싱테이블(20) 상의 폴리싱패드(22)에 대하여 상기 톱링(24)에 의해 가압된다. 기판(W)과 폴리싱패드(22) 간의 슬라이딩접촉 시, 상기 폴리싱액공급기구(25)로부터 상기 폴리싱패드(22)의 폴리싱면(22a) 상으로 폴리싱액이 공급된다. 상기 기판(W)의 표면은 상기 기판(W)의 표면과 폴리싱패드(22) 사이에 폴리싱액이 존재한 상태에서 폴리싱된다. 상기 기판(W)과 폴리싱패드(22) 간의 슬라이딩접촉을 제공하기 위한 상대운동기구가 상기 폴리싱테이블(20) 및 상기 톱링(24)에 의해 구성된다.
상기 폴리싱테이블(20)은 그 상단부가 상기 폴리싱테이블(20)의 상부면에 있는 구멍(30)을 구비한다. 상기 폴리싱패드(22)는 상기 구멍(30)에 대응하는 위치에 관통-구멍(31)을 구비한다. 상기 구멍(30) 및 상기 관통-구멍(31)은 서로 유체연통되어 있다. 상기 관통-구멍(31)의 상단부는 상기 폴리싱면(22a)에 있다. 상기 구멍(30)은 액공급로(33) 및 로터리조인트(32)를 통해 액공급원(35)에 결합된다. 폴리싱 시, 상기 액공급원(35)은 투명액으로서 물(바람직하게는 순수)을 상기 구멍(30) 안으로 공급한다. 상기 물은 상기 관통-구멍(31) 및 상기 기판(W)의 하부면에 의해 형성된 공간을 충전하고, 그로부터 액배출로(34)를 통해 배출된다. 상기 폴리싱액은 물과 함께 배출되므로 광의 경로가 확보된다. 상기 액공급로(33)에는 상기 폴리싱테이블(20)의 회전과 연계되어 작동하도록 구성된 밸브(도면에는 도시되지 않음)가 제공된다. 상기 밸브는 물의 유동을 중단시키도록 작동하거나, 또는 기판(W)이 상기 관통-구멍(31) 상방에 위치하지 않는 경우에 물의 유동을 저감시킨다.
상기 폴리싱장치는 상술된 방법에 따라 폴리싱의 진행을 감시하고, 폴리싱종점을 검출하기 위한 폴리싱감시장치를 구비한다. 상기 폴리싱감시장치는 상기 기판(W)의 피폴리싱면에 광을 지향시키도록 구성된 투광유닛(11), 상기 기판(W)으로부터 되돌아가는 반사광을 수광하도록 구성된 수광유닛으로서 광섬유(12), 파장에 따라 반사광을 분해하고 소정의 파장 범위 전반에 걸쳐 반사광의 세기를 측정하도록 구성된 분광기(13), 및 상기 분광기(13)에 의해 얻어지는 측정 데이터로부터 스펙트럼을 생성하고 상기 스펙트럼의 변화를 토대로 상기 기판의 폴리싱 진행을 감시하도록 구성된 처리장치(15)를 포함한다. 상기 스펙트럼은 소정의 파장 범위에 걸쳐 분포되는 광 세기를 표시한다.
상기 투광유닛(11)은 광원(40) 및 상기 광원(40)에 결합된 광섬유(41)를 포함한다. 상기 광섬유(41)는 상기 기판(W)의 표면에 대하여 상기 광원(40)의 광을 지향시키기 위한 광-전달 요소이다. 상기 광섬유(41)는 상기 구멍(30)에서 상기 광원(40)으로부터 폴리싱될 기판(W)의 표면 부근의 위치로 연장된다. 상기 광섬유(41) 및 광섬유(12)는 각각 상기 톱링(24)에 의해 유지되는 기판(W)의 중심에 대향하는 선단부를 구비하여, 상기 폴리싱테이블(20)이 도 3b에 도시된 바와 같이 회전할 때마다 상기 기판(W)의 중심을 포함하는 영역들에 광이 인가되도록 한다.
상기 광원(40)은 소정의 시간 간격들로 간헐적으로 기판(W)에 광을 인가하도록 구성된다. LED(light emitting diode), 할로겐 램프, 제논 플래시 램프 등이 다중파장의 광을 방출하기 위한 광원(40)으로 사용될 수 있다. 상기 광섬유(41) 및 광섬유(12)는 서로 병렬로 배치된다. 상기 광섬유(41) 및 광섬유(12)의 선단들은 상기 기판(W)의 표면에 실질적으로 수직인 방향을 향하도록 배치되어, 상기 광섬유(41)는 상기 기판(W)의 표면에 실질적으로 수직인 방향으로 광을 지향시키도록 한다.
상기 기판(W)의 폴리싱 시, 상기 투광유닛(11)은 상기 기판(W)에 광을 간헐적으로 인가하고, 상기 광섬유(12)는 상기 기판(W)으로부터 반사광을 수광한다. 상기 광의 인가 시, 상기 구멍(30)에는 물이 공급되어, 상기 광섬유(41, 12)의 선단들 사이의 공간과 상기 기판(W)의 표면이 물로 충전되게 된다. 상기 분광기(13)는 각각의 파장에서의 반사광의 세기를 측정하고, 상기 처리장치(15)는 상기 반사강도비와 파장 간의 관계를 나타내는 스펙트럼을 생성한다. 또한, 상기 처리장치(15)는, 상기 스펙트럼을, 상기 셀 영역(5)으로부터의 반사광의 스펙트럼 또는 상기 주변 영역(6)으로부터의 반사광의 스펙트럼으로서 분류한다. 상기 처리장치(15)는 상기 폴리싱의 진행을 나타내는 폴리싱 인덱스인 특성값을 계산하고, 상기 폴리싱의 진행을 감시하며, 시간에 따른 특성값의 변화를 토대로 폴리싱종점을 결정한다.
도 9는 도 8에 도시된 폴리싱장치의 변형예를 도시한 단면도이다. 도 9에 도시된 예시에 있어서는, 액공급로, 액배출로, 및 액공급원이 제공되지 않는다. 대신에, 상기 폴리싱패드(22)에 투명 윈도우(45)가 제공된다. 상기 투광유닛(11)의 광섬유(41)는 광을 상기 투명 윈도우(45)를 통하여 상기 폴리싱패드(22) 상의 기판(W)의 표면으로 지향시키고, 상기 수광유닛으로서의 광섬유(12)는 상기 투명 윈도우(45)를 통하여 상기 기판(W)으로부터의 반사광을 수광한다. 여타의 구조들은 도 8에 도시된 폴리싱장치와 동일하다.
도 10은 도 8에 도시된 폴리싱장치의 또다른 변형예를 도시한 단면도이다. 본 예시에 있어서, 상술된 편광 필터(49)는 수광유닛으로서의 광섬유(12)와 기판(W) 사이에 배치된다. 이러한 편광 필터(49)는 상기 기판(W)의 표면 상의 주변 영역(6)으로부터의 반사광만을 저감시키는 기능을 가진다. 상기 셀 영역(5)으로부터의 반사광은 상기 편광 필터(49)를 통과하여 분광기(13)에 도달하게 되지만, 상기 주변 영역(6)으로부터의 반사광은 상기 편광 필터(49)에 의해 저감된다. 이는 상기 셀 영역(5)으로부터의 반사광과 상기 주변 영역(6)으로부터의 반사광 간의 세기(또는 광량)의 큰 차이를 초래한다. 그러므로, 상기 처리장치(15)는 상기 기판(W)으로부터 되돌아오는 상기 반사광의 세기에 따라 스펙트럼을 분류할 수 있게 된다.
상기 편광 필터(49)는 상기 광섬유(12)와 상기 분광기(13) 사이에 배치될 수도 있다. 이 경우, 편광유지섬유(polarization maintaining fiber)가 상기 광섬유(12)로서 사용된다. 상기 편광유지섬유는 편광도가 낮으나, 편광 필터 없이도 편광 필터와 동일한 결과를 얻을 수도 있다.
도 11은 기판의 복수의 구역들을 독립적으로 가압하기 위한 다수의 가압기구들을 구비한 톱링의 일례를 도시한 단면도이다. 상기 톱링(24)은 플렉시블 조인트(50)를 통해 톱링샤프트(28)에 결합된 톱링바디(51) 및 상기 톱링바디(51)의 하부 상에 제공된 리테이너링(52)을 구비한다. 상기 톱링(24)은 상기 기판(W)과 접촉하게 될 원형의 플렉시블멤브레인(56) 및 상기 플렉시블멤브레인(56)을 홀딩하는 척킹플레이트(57)를 추가로 구비한다. 상기 플렉시블멤브레인(56) 및 상기 척킹플레이트(57)는 상기 톱링바디(51) 아래에 배치된다. 상기 플렉시블멤브레인(56)과 상기 척킹플레이트(57) 사이에는 4개의 압력챔버(에어백)(P1, P2, P3, P4)들이 제공된다. 상기 압력챔버(P1, P2, P3, P4)들은 상기 플렉시블멤브레인(56) 및 상기 척킹플레이트(57)에 의해 형성된다. 중앙 압력챔버(P1)는 원형이고, 다른 압력챔버(P2, P3, P4)들은 환형이다. 이들 압력챔버(P1, P2, P3, P4)들은 동심에 배열되어 있다.
유체로(61, 62, 63, 64)를 거쳐 압력-조정장치(70)에 의해, 각각, 상기 압력챔버(P1, P2, P3, P4) 안으로 가압유체(예컨대, 가압공기)가 공급되거나 또는 상기 압력챔버(P1, P2, P3, P4)에 진공이 조성된다. 상기 압력챔버(P1, P2, P3, P4)의 내부 압력들은 독립적으로 변경될 수 있어, 상기 기판(W)의 4개의 구역들, 즉 중앙 구역, 내측 중간 구역, 외측 중간 구역, 및 주변 구역에 인가되는 가압력들을 독립적으로 조정하게 된다. 또한, 상기 톱링(24)을 그 전체로서 상승 또는 하강시킴으로써, 상기 리테이너링(52)은 소정의 가압력으로 상기 폴리싱패드(22)를 가압할 수 있다.
상기 척킹플레이트(57)와 상기 톱링바디(51) 사이에는 압력챔버(P5)가 형성된다. 유체로(65)를 거쳐 상기 압력-조정장치(70)에 의해, 상기 압력챔버(P5) 안으로 가압유체가 공급되거나 또는 상기 압력챔버(P5)에 진공이 조성된다. 이러한 동작에 의하면, 상기 척킹플레이트(57) 및 상기 플렉시블멤브레인(56)은 그 전체로서 상하로 이동될 수 있다. 상기 리테이너링(52)은 폴리싱 시 상기 기판(W)이 상기 톱링(24)으로부터 떨어져 나가는 것을 방지하기 위하여 상기 기판(W) 주위에 배치된다. 상기 플렉시블멤브레인(56)은 상기 압력챔버(P3)를 형성하는 부분에 개구를 구비하여, 상기 압력챔버(P3)에 진공을 생성함으로써 상기 기판(W)이 진공 흡입을 통해 상기 톱링(24)에 의해 홀딩될 수 있도록 한다. 또한, 상기 기판(W)은 질소 가스 또는 클린 에어를 상기 압력챔버(P3) 안으로 공급하여 상기 톱링(24)으로부터 해제될 수 있다.
상기 처리장치(15)는 상기 압력챔버(P1, P2, P3, P4)의 대응하는 위치들에 있는 측정점들에서의 폴리싱의 진행을 토대로 각각의 압력챔버(P1, P2, P3, P4)들에서의 내부 압력들의 목표값들을 결정한다. 상기 처리장치(15)는 상기 압력-조정장치(70)를 제어하기 위하여 상기 압력-조정장치(70)에 명령 신호들을 전송하여, 상기 압력챔버(P1, P2, P3, P4)의 내부 압력들이 상기 목표값들에 일치되도록 한다. 상기 톱링(24)은 다수의 압력챔버들을 구비하기 때문에, 폴리싱의 진행에 따라 상기 기판의 표면의 다수의 구역들을 독립적으로 가압할 수 있다. 그러므로, 상기 막이 균일하게 폴리싱될 수 있게 된다.
상기 실시예들의 앞선 설명은 당업계의 당업자에게 본 발명을 실시 및 이용할 수 있도록 한다. 더욱이, 이들 실시예들에 대한 각종 변형예들이 당업계의 당업자에게는 자명할 것이고, 본 명세서에 정의된 일반적인 원리들과 구체적인 예시들이 여타의 실시예들에 적용될 수도 있다. 그러므로, 본 발명을 본 명세서에 기재된 실시예들로 제한하려는 의도는 전혀 없고, 청구범위 및 등가물들의 제한에 의해 한정되는 최대의 범위를 부여하고자 한다.

Claims (25)

  1. 구조들이 상이한 제1영역과 제2영역을 포함하는 적어도 두 영역들을 그 표면 상에 구비한 기판의 폴리싱 진행을 감시하는 방법으로서,
    회전하는 폴리싱테이블 상의 폴리싱패드에 대하여 기판을 가압하여 상기 기판을 폴리싱하는 단계;
    상기 기판의 폴리싱 시, 상기 기판 상의 복수의 측정점들에 광을 인가하는 단계;
    각각의 측정점으로부터의 반사광을 수광하는 단계;
    소정의 파장 범위 전반에 걸쳐 상기 반사광의 세기를 측정하는 단계;
    상기 세기의 측정값들로부터 상기 반사광의 스펙트럼을 생성하는 단계;
    상기 스펙트럼의 형상 또는 상기 반사광의 세기를 토대로, 상기 스펙트럼을, 상기 제1영역으로부터의 반사광의 스펙트럼으로서 또는 상기 제2영역으로부터의 반사광의 스펙트럼으로서 분류하는 단계; 및
    상기 제1영역으로부터의 반사광의 스펙트럼에서의 시간적 변화를 토대로 상기 기판의 폴리싱 진행을 감시하는 단계를 포함하여 이루어지는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2영역으로부터의 반사광의 스펙트럼에서의 시간적 변화를 토대로 상기 기판의 폴리싱 진행을 추가로 감시하는 단계를 더 포함하여 이루어지는 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1영역으로부터의 반사광의 스펙트럼에서의 시간적 변화를 토대로 상기 기판의 폴리싱 진행의 상기 감시와 상기 제2영역으로부터의 반사광의 스펙트럼에서의 시간적 변화를 토대로 상기 기판의 폴리싱 진행의 상기 감시는 동시에 또는 연속적으로 행하여지는 방법.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제1영역으로부터의 반사광의 스펙트럼에서의 시간적 변화를 토대로 상기 기판의 폴리싱 진행의 상기 감시와 상기 제2영역으로부터의 반사광의 스펙트럼에서의 시간적 변화를 토대로 상기 기판의 폴리싱 진행의 상기 감시는 상이한 폴리싱 감시 알고리즘에 따라 행하여지는 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 기판의 폴리싱 진행의 상기 감시는, 폴리싱 시 서로 스위칭되는, 적어도 2개의 폴리싱 감시 알고리즘에 따라 행하여지는 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 스펙트럼을 분류하는 단계는,
    상기 스펙트럼과, 막 두께와 각각 연관된 복수의 기준 스펙트럼들로부터 선택된 기준 스펙트럼 간의 차이의 제곱-합(square-sum)을 계산하는 단계;
    상기 복수의 기준 스펙트럼들에 대응하는 복수의 제곱-합들을 얻기 위하여 상기 제곱-합의 계산을 반복하는 단계;
    결정된 기준 스펙트럼과 연관된 막 두께를 얻기 위하여 상기 복수의 제곱-합들 중 최소에 대응하는 기준 스펙트럼을 결정하는 단계;
    획득한 막 두께가 소정의 기준 범위 내에 있는 경우, 상기 스펙트럼을 상기 제1영역으로부터의 반사광의 스펙트럼으로서 분류하는 단계; 및
    획득한 막 두께가 소정의 기준 범위 내에 있지 않는 경우, 상기 스펙트럼을 상기 제2영역으로부터의 반사광의 스펙트럼으로서 분류하는 단계를 포함하여 이루어지는 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 스펙트럼을 분류하는 단계는,
    상기 스펙트럼 상에 나타나는 극대점 및/또는 극소점들의 수가 소정의 기준수와 일치하는 경우, 상기 스펙트럼을 상기 제1영역으로부터의 반사광의 스펙트럼으로서 분류하는 단계; 및
    상기 스펙트럼 상에 나타나는 극대점 및/또는 극소점들의 수가 소정의 기준수와 일치하지 않는 경우, 상기 스펙트럼을 상기 제2영역으로부터의 반사광의 스펙트럼으로서 분류하는 단계를 포함하여 이루어지는 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 스펙트럼을 분류하는 단계는,
    상기 스펙트럼을 고속 푸리에 변환에 의해 주파수 성분들로 분해하는 단계;
    상기 주파수 성분들이 소정의 기준 주파수 성분들과 실질적으로 일치하는 경우, 상기 스펙트럼을 상기 제1영역으로부터의 반사광의 스펙트럼으로서 분류하는 단계; 및
    상기 주파수 성분들이 소정의 기준 주파수 성분들과 실질적으로 일치하지 않는 경우, 상기 스펙트럼을 상기 제2영역으로부터의 반사광의 스펙트럼으로서 분류하는 단계를 포함하여 이루어지는 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 스펙트럼을 분류하는 단계는,
    상기 반사광의 세기를 소정의 문턱값과 비교하는 단계;
    상기 반사광의 세기가 소정의 문턱값 이상인 경우, 상기 스펙트럼을 상기 제1영역으로부터의 반사광의 스펙트럼으로서 분류하는 단계; 및
    상기 반사광의 세기가 소정의 문턱값 미만인 경우, 상기 스펙트럼을 상기 제2영역으로부터의 반사광의 스펙트럼으로서 분류하는 단계를 포함하여 이루어지는 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제1영역으로부터의 반사광의 스펙트럼에서의 시간적 변화를 토대로 상기 기판의 폴리싱종점을 결정하는 단계를 더 포함하여 이루어지는 방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 기판은 그 표면 상에 형성된 메모리들을 구비하고;
    상기 제1영역은 각각의 메모리의 셀 영역이며,
    상기 제2영역은 상기 셀 영역을 포위하는 주변 영역인 방법.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 제1영역은 규칙적인 구조들을 가지고, 상기 제2영역은 불규칙적인 구조들을 가지는 방법.
  13. 구조들이 상이한 제1영역과 제2영역을 포함하는 적어도 두 영역들을 그 표면 상에 구비한 기판을 폴리싱하기 위한 장치로서,
    폴리싱패드를 그 위에 지지하기 위한 회전가능한 폴리싱테이블;
    상기 폴리싱패드에 대하여 상기 기판을 가압하도록 구성된 톱링;
    상기 기판 상의 복수의 측정점들에 광을 인가하도록 구성된 투광유닛(light-applying unit);
    각각의 측정점으로부터의 반사광을 수광하도록 구성된 수광유닛;
    소정의 파장 범위 전반에 걸쳐 상기 반사광의 세기를 측정하도록 구성된 분광기; 및
    상기 세기의 측정값들로부터 상기 반사광의 스펙트럼을 생성하도록 구성된 처리장치를 포함하여 이루어지고,
    상기 처리장치는,
    상기 스펙트럼의 형상 또는 상기 반사광의 세기를 토대로, 상기 스펙트럼을, 상기 제1영역으로부터의 반사광의 스펙트럼으로서 또는 상기 제2영역으로부터의 반사광의 스펙트럼으로서 분류하도록, 그리고
    상기 제1영역으로부터의 반사광의 스펙트럼에서의 시간적 변화를 토대로 상기 기판의 폴리싱 진행을 감시하도록 구성되는 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 처리장치는, 상기 제2영역으로부터의 반사광의 스펙트럼에서의 시간적 변화를 토대로 상기 기판의 폴리싱 진행을 추가로 감시하도록 구성되는 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 처리장치는, 상기 제1영역으로부터의 반사광의 스펙트럼에서의 시간적 변화를 토대로 상기 기판의 폴리싱 진행의 감시 및 상기 제2영역으로부터의 반사광의 스펙트럼에서의 시간적 변화를 토대로 상기 기판의 폴리싱 진행의 감시를 동시에 또는 연속적으로 행하는 장치.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 처리장치는, 상기 제1영역으로부터의 반사광의 스펙트럼에서의 시간적 변화를 토대로 상기 기판의 폴리싱 진행의 감시 및 상기 제2영역으로부터의 반사광의 스펙트럼에서의 시간적 변화를 토대로 상기 기판의 폴리싱 진행의 감시를 상이한 폴리싱 감시 알고리즘에 따라 행하는 장치.
  17. 제13항에 있어서,
    상기 처리장치는, 폴리싱 시 서로 스위칭되는, 적어도 2개의 폴리싱 감시 알고리즘에 따라 상기 기판의 폴리싱 진행의 감시를 행하는 장치.
  18. 제13항에 있어서,
    상기 처리장치는,
    상기 스펙트럼과, 막 두께와 각각 연관된 복수의 기준 스펙트럼들로부터 선택된 기준 스펙트럼 간의 차이의 제곱-합을 계산하고;
    상기 복수의 기준 스펙트럼들에 대응하는 복수의 제곱-합들을 얻기 위하여 상기 제곱-합의 계산을 반복하고;
    결정된 기준 스펙트럼과 연관된 막 두께를 얻기 위하여 상기 복수의 제곱-합들 중 최소에 대응하는 기준 스펙트럼을 결정하고;
    획득한 막 두께가 소정의 기준 범위 내에 있는 경우, 상기 스펙트럼을 상기 제1영역으로부터의 반사광의 스펙트럼으로서 분류하고;
    획득한 막 두께가 소정의 기준 범위 내에 있지 않는 경우, 상기 스펙트럼을상기 제2영역으로부터의 반사광의 스펙트럼으로서 분류하여,
    상기 스펙트럼의 분류를 행하는 장치.
  19. 제13항에 있어서,
    상기 처리장치는,
    상기 스펙트럼 상에 나타나는 극대점 및/또는 극소점들의 수가 소정의 기준수와 일치하는 경우, 상기 스펙트럼을 상기 제1영역으로부터의 반사광의 스펙트럼으로서 분류하고;
    상기 스펙트럼 상에 나타나는 극대점 및/또는 극소점들의 수가 소정의 기준수와 일치하지 않는 경우, 상기 스펙트럼을 상기 제2영역으로부터의 반사광의 스펙트럼으로서 분류하여,
    상기 스펙트럼의 분류를 행하는 장치.
  20. 제13항에 있어서,
    상기 처리장치는,
    상기 스펙트럼을 고속 푸리에 변환에 의해 주파수 성분들로 분해하고;
    상기 주파수 성분들이 소정의 기준 주파수 성분들과 실질적으로 일치하는 경우, 상기 스펙트럼을 상기 제1영역으로부터의 반사광의 스펙트럼으로서 분류하고;
    상기 주파수 성분들이 소정의 기준 주파수 성분들과 실질적으로 일치하지 않는 경우, 상기 스펙트럼을 상기 제2영역으로부터의 반사광의 스펙트럼으로서 분류하여,
    상기 스펙트럼의 분류를 행하는 장치.
  21. 제13항에 있어서,
    상기 처리장치는,
    상기 반사광의 세기를 소정의 문턱값과 비교하고;
    상기 반사광의 세기가 소정의 문턱값 이상인 경우, 상기 스펙트럼을 상기 제1영역으로부터의 반사광의 스펙트럼으로서 분류하고;
    상기 반사광의 세기가 소정의 문턱값 미만인 경우, 상기 스펙트럼을 상기 제2영역으로부터의 반사광의 스펙트럼으로서 분류하여,
    상기 스펙트럼의 분류를 행하는 장치.
  22. 제13항에 있어서,
    상기 처리장치는, 상기 제1영역으로부터의 반사광의 스펙트럼에서의 시간적 변화를 토대로 상기 기판의 폴리싱종점을 결정하도록 추가로 구성되는 장치.
  23. 제13항에 있어서,
    상기 기판은 그 표면 상에 형성된 메모리들을 구비하고;
    상기 제1영역은 각각의 메모리의 셀 영역이며,
    상기 제2영역은 상기 셀 영역을 포위하는 주변 영역인 장치.
  24. 제13항에 있어서,
    상기 제1영역은 규칙적인 구조들을 가지고, 상기 제2영역은 불규칙적인 구조들을 가지는 장치.
  25. 제13항에 있어서,
    상기 톱링은 상기 기판의 다수의 구역들을 독립적으로 가압할 수 있는 다수의 가압기구들을 구비하는 장치.
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