KR20140127763A - 연마 방법 및 연마 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 과제는, 기판의 연마 중에 기판 상에 형성된 막의 정확한 두께를 취득하고, 얻어진 막의 두께에 기초하여 기판의 연마 종점을 정확하게 결정할 수 있는 연마 방법을 제공하는 것이다.
본 방법은, 기판의 연마 중에 상기 기판으로부터 반사한 광을 수광하고, 이 반사광으로부터 분광 파형을 생성하고, 분광 파형에 푸리에 변환 처리를 행하여, 기판의 막의 두께 및 대응하는 주파수 성분의 강도를 결정하고, 주파수 성분의 강도가 소정의 임계값보다도 높은 경우에는, 결정된 막의 두께를 신뢰성이 높은 측정값이라 인정하고, 결정된 주파수 성분의 강도가 소정의 임계값 이하인 경우에는, 결정된 막의 두께를 신뢰성이 낮은 측정값이라 인정하고, 신뢰성이 높은 측정값이 소정의 목표값에 도달한 시점에 기초하여 기판의 연마 종점을 결정하고, 상기 소정의 임계값을, 불량 데이터율에 기초하여 변화시킨다.

Description

연마 방법 및 연마 장치 {POLISHING METHOD AND POLISHING APPARATUS}
본 발명은, 막이 표면에 형성되어 있는 기판을 연마하는 방법 및 장치에 관한 것으로, 특히 기판으로부터의 반사광에 포함되는 광학 정보에 기초하여 기판의 연마 종점을 검출할 수 있는 연마 방법 및 연마 장치에 관한 것이다.
반도체 디바이스의 제조 프로세스에는, SiO2 등의 절연막을 연마하는 공정이나, 구리, 텅스텐 등의 금속막을 연마하는 공정 등의 다양한 공정이 포함된다. 이면 조사형 CMOS 센서 및 실리콘 관통 전극(TSV)의 제조 공정에서는, 절연막이나 금속막의 연마 공정 외에도, 실리콘층(실리콘 웨이퍼)을 연마하는 공정이 포함된다.
웨이퍼의 연마는, 그 표면을 구성하는 막(절연막, 금속막, 실리콘층 등)의 두께가 소정의 목표값에 도달하였을 때에 종료된다. 웨이퍼의 연마에는, CMP(Chemical Mechanical Polishing) 장치가 사용된다. 도 1은 CMP 장치를 도시하는 모식도이다. CMP 장치는, 연마 패드(100)가 상면에 장착된 연마 테이블(101)과, 웨이퍼(W)를 보유 지지하는 톱 링(110)과, 연마 패드(100)에 연마액(슬러리)을 공급하는 슬러리 공급 기구(115)와, 웨이퍼(W)의 막 두께를 측정하는 막 두께 측정기(120)를 구비하고 있다. 막 두께 측정기(120)는, 연마 테이블(101) 내에 매설되어 있다.
톱 링(110) 및 연마 테이블(101)은, 화살표로 나타내는 바와 같이 회전하고, 이 상태에서 톱 링(110)은, 웨이퍼(W)를 연마 패드(100)에 압박한다. 슬러리 공급 기구(115)로부터는 연마액이 연마 패드(100) 상에 공급되고, 웨이퍼(W)는 연마액의 존재하에서 연마 패드(100)와의 미끄럼 접촉에 의해 연마된다. 웨이퍼(W)의 연마 중, 막 두께 측정기(120)는 연마 테이블(101)과 함께 회전하고, 화살표 A로 나타내는 바와 같이 웨이퍼(W)의 표면을 가로지르면서 막 두께를 측정한다. 그리고, 막 두께가 소정의 목표값에 도달하였을 때, 웨이퍼(W)의 연마가 종료된다.
상기 CMP 장치에 사용되는 막 두께 측정기(120)의 하나의 예로서, 광학식 막 두께 측정기가 있다. 이 광학식 막 두께 측정기는, 웨이퍼의 표면에 광을 조사하고, 웨이퍼로부터의 반사광을 분석함으로써, 웨이퍼의 표면에 형성되어 있는 막의 두께를 결정한다.
그러나, CMP 장치에 내장된 막 두께 측정기는, 도 1에 도시하는 바와 같이, 그 자신이 이동하면서 막의 두께를 측정하므로, 막의 두께에 편차가 있는 것에 기인하여 측정에 실패하는 경우가 있다. 또한, 막은 연마 테이블이 1회전할 때마다 깎이므로, 동일한 조건하에서 동일 위치에서의 두께를 다시 계측할 수 없다.
본 발명은, 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로, 기판의 연마 중에 기판 상에 형성된 막(절연막, 금속막, 실리콘층 등)의 정확한 두께를 취득하고, 얻어진 막의 두께에 기초하여 기판의 연마 종점을 정확하게 결정할 수 있는 연마 방법 및 연마 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 형태는, 막이 표면에 형성된 기판을 연마하는 방법이며, 회전하는 연마 테이블 상의 연마구에 기판을 압박하여 상기 기판을 연마하고, 상기 기판의 연마 중에, 상기 기판에 광을 조사하고, 상기 기판으로부터 반사한 광을 수광하고, 상기 반사한 광의 강도를 파장마다 측정하고, 측정된 상기 광의 강도를 소정의 기준 강도로 나누어 상대 반사율을 산출하고, 상기 상대 반사율과 상기 광의 파장의 관계를 나타내는 분광 파형을 생성하고, 상기 분광 파형에 푸리에 변환 처리를 행하여, 상기 막의 두께 및 대응하는 주파수 성분의 강도를 결정하고, 상기 결정된 주파수 성분의 강도가 소정의 임계값보다도 높은 경우에는, 상기 결정된 막의 두께를 신뢰성이 높은 측정값이라 인정하고, 상기 결정된 주파수 성분의 강도가 상기 소정의 임계값 이하인 경우에는, 상기 결정된 막의 두께를 신뢰성이 낮은 측정값이라 인정하고, 상기 신뢰성이 높은 측정값이 소정의 목표값에 도달한 시점에 기초하여 상기 기판의 연마 종점을 결정하고, 과거에 취득된 신뢰성이 높은 측정값의 수와 신뢰성이 낮은 측정값의 수의 총합에 대한 신뢰성이 낮은 측정값의 수의 비율을 나타내는 불량 데이터율을 산출하고, 상기 소정의 임계값을, 상기 불량 데이터율에 기초하여 변화시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 형태는, 막이 표면에 형성된 기판을 연마하는 방법이며, 회전하는 연마 테이블 상의 연마구에 기판을 압박하여 상기 기판을 연마하고, 상기 기판의 연마 중에, 상기 기판에 광을 조사하고, 상기 기판으로부터 반사한 광을 수광하고, 상기 반사한 광의 강도를 파장마다 측정하고, 측정된 상기 광의 강도를 소정의 기준 강도로 나누어 상대 반사율을 산출하고, 상기 상대 반사율과 상기 광의 파장의 관계를 나타내는 분광 파형을 생성하고, 상기 분광 파형에 푸리에 변환 처리를 행하여, 상기 막의 두께 및 대응하는 주파수 성분의 강도를 결정하고, 상기 결정된 주파수 성분의 강도가 소정의 임계값보다도 높은 경우에는, 상기 결정된 막의 두께를 신뢰성이 높은 측정값이라 인정하고, 상기 결정된 주파수 성분의 강도가 소정의 임계값 이하인 경우에는, 상기 결정된 막의 두께를 신뢰성이 낮은 측정값이라 인정하고, 과거에 취득된 신뢰성이 높은 측정값의 수와 신뢰성이 낮은 측정값의 수의 총합에 대한 신뢰성이 낮은 측정값의 수의 비율을 나타내는 불량 데이터율을 산출하고, 상기 신뢰성이 높은 측정값이 소정의 목표값에 도달한 시점에 기초하여 상기 기판의 연마 종점을 결정하는 공정을 포함하고, 상기 기판의 연마가 개시되고 나서 상기 불량 데이터율이 소정의 기준값을 하회할 때까지, 상기 기판의 연마 종점을 결정하지 않는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 형태는, 막이 표면에 형성된 기판을 연마하는 방법이며, 회전하는 연마 테이블 상의 연마구에 기판을 압박하여 상기 기판을 연마하고, 상기 기판의 연마 중에, 상기 기판에 광을 조사하고, 상기 기판으로부터 반사한 광을 수광하고, 상기 반사한 광의 강도를 파장마다 측정하고, 측정된 상기 광의 강도를 소정의 기준 강도로 나누어 상대 반사율을 산출하고, 상기 상대 반사율과 상기 광의 파장의 관계를 나타내는 분광 파형을 생성하고, 상기 분광 파형에 푸리에 변환 처리를 행하여, 상기 막의 두께 및 대응하는 주파수 성분의 강도를 결정하고, 상기 결정된 주파수 성분의 강도가 소정의 임계값보다도 높은 경우에는, 상기 결정된 막의 두께를 신뢰성이 높은 측정값이라 인정하고, 상기 결정된 주파수 성분의 강도가 소정의 임계값 이하인 경우에는, 상기 결정된 막의 두께를 신뢰성이 낮은 측정값이라 인정하고, 과거에 취득된 신뢰성이 높은 측정값의 수와 신뢰성이 낮은 측정값의 수의 총합에 대한 신뢰성이 낮은 측정값의 수의 비율을 나타내는 불량 데이터율을 산출하고, 상기 신뢰성이 높은 측정값이 소정의 목표값에 도달한 시점에 기초하여 상기 기판의 연마 종점을 결정하는 공정을 포함하고, 상기 기판의 연마 중에, 상기 불량 데이터율이 상승하여 소정의 상한값에 도달한 경우에는, 알람 신호를 출력하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 형태는, 제1 막 및 제2 막을 포함하는 다층 구조체가 표면에 형성된 기판을 연마하는 방법이며, 회전하는 연마 테이블 상의 연마구에 기판을 압박하여 상기 기판을 연마하고, 상기 기판의 연마 중에, 상기 기판에 광을 조사하고, 상기 기판으로부터 반사한 광을 수광하고, 상기 반사한 광의 강도를 파장마다 측정하고, 측정된 상기 광의 강도를 소정의 기준 강도로 나누어 상대 반사율을 산출하고, 상기 상대 반사율과 상기 광의 파장의 관계를 나타내는 분광 파형을 생성하고, 상기 분광 파형에 푸리에 변환 처리를 행하여, 상기 제1 막의 두께, 상기 제1 막의 두께에 대응하는 상기 주파수 성분의 강도, 상기 제2 막의 두께 및 상기 제2 막의 두께에 대응하는 상기 주파수 성분의 강도를 결정하고, 상기 제1 막의 두께에 대응하는 상기 주파수 성분의 강도와, 상기 제2 막의 두께에 대응하는 상기 주파수 성분의 강도의 차가 소정의 설정값보다도 큰 경우에는, 상기 결정된 제1 막의 두께를 신뢰성이 높은 측정값이라 인정하고, 상기 신뢰성이 높은 측정값이 소정의 목표값에 도달한 시점에 기초하여 상기 기판의 연마 종점을 결정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 형태는, 막이 표면에 형성된 기판을 연마하는 장치이며, 연마구를 지지하는 회전 가능한 연마 테이블과, 상기 회전하는 연마 테이블 상의 상기 연마구에 상기 기판을 압박하는 톱 링과, 상기 톱 링에 보유 지지된 상기 기판에 광을 조사하는 조사부와, 상기 기판으로부터 반사한 광을 수광하는 수광부와, 상기 반사한 광의 강도를 파장마다 측정하는 분광기와, 상기 분광기에 의해 취득된 광 강도 데이터로부터 상기 막의 두께를 결정하는 연마 감시부를 구비하고, 상기 연마 감시부는, 측정된 상기 광의 강도를 소정의 기준 강도로 나누어 상대 반사율을 산출하고, 상기 상대 반사율과 상기 광의 파장의 관계를 나타내는 분광 파형을 생성하고, 상기 분광 파형에 푸리에 변환 처리를 행하여, 상기 막의 두께 및 대응하는 주파수 성분의 강도를 결정하고, 상기 결정된 주파수 성분의 강도가 소정의 임계값보다도 높은 경우에는, 상기 결정된 막의 두께를 신뢰성이 높은 측정값이라 인정하고, 상기 결정된 주파수 성분의 강도가 상기 소정의 임계값 이하인 경우에는, 상기 결정된 막의 두께를 신뢰성이 낮은 측정값이라 인정하고, 상기 신뢰성이 높은 측정값이 소정의 목표값에 도달한 시점에 기초하여 상기 기판의 연마 종점을 결정하고, 과거에 취득된 신뢰성이 높은 측정값의 수와 신뢰성이 낮은 측정값의 수의 총합에 대한 신뢰성이 낮은 측정값의 수의 비율을 나타내는 불량 데이터율을 산출하고, 상기 소정의 임계값을, 상기 불량 데이터율에 기초하여 변화시키도록 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 형태는, 막이 표면에 형성된 기판을 연마하는 장치이며, 연마구를 지지하는 회전 가능한 연마 테이블과, 상기 회전하는 연마 테이블 상의 상기 연마구에 상기 기판을 압박하는 톱 링과, 상기 톱 링에 보유 지지된 상기 기판에 광을 조사하는 조사부와, 상기 기판으로부터 반사한 광을 수광하는 수광부와, 상기 반사한 광의 강도를 파장마다 측정하는 분광기와, 상기 분광기에 의해 취득된 광 강도 데이터로부터 상기 막의 두께를 결정하는 연마 감시부를 구비하고, 상기 연마 감시부는, 측정된 상기 광의 강도를 소정의 기준 강도로 나누어 상대 반사율을 산출하고, 상기 상대 반사율과 상기 광의 파장의 관계를 나타내는 분광 파형을 생성하고, 상기 분광 파형에 푸리에 변환 처리를 행하여, 상기 막의 두께 및 대응하는 주파수 성분의 강도를 결정하고, 상기 결정된 주파수 성분의 강도가 소정의 임계값보다도 높은 경우에는, 상기 결정된 막의 두께를 신뢰성이 높은 측정값이라 인정하고, 상기 결정된 주파수 성분의 강도가 상기 소정의 임계값 이하인 경우에는, 상기 결정된 막의 두께를 신뢰성이 낮은 측정값이라 인정하고, 과거에 취득된 신뢰성이 높은 측정값의 수와 신뢰성이 낮은 측정값의 수의 총합에 대한 신뢰성이 낮은 측정값의 수의 비율을 나타내는 불량 데이터율을 산출하고, 상기 신뢰성이 높은 측정값이 소정의 목표값에 도달한 시점에 기초하여 상기 기판의 연마 종점을 결정하고, 상기 기판의 연마가 개시되고 나서 상기 불량 데이터율이 소정의 기준값을 하회할 때까지, 상기 기판의 연마 종점을 결정하지 않도록 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 형태는, 막이 표면에 형성된 기판을 연마하는 장치이며, 연마구를 지지하는 회전 가능한 연마 테이블과, 상기 회전하는 연마 테이블 상의 상기 연마구에 상기 기판을 압박하는 톱 링과, 상기 톱 링에 보유 지지된 상기 기판에 광을 조사하는 조사부와, 상기 기판으로부터 반사한 광을 수광하는 수광부와, 상기 반사한 광의 강도를 파장마다 측정하는 분광기와, 상기 분광기에 의해 취득된 광 강도 데이터로부터 상기 막의 두께를 결정하는 연마 감시부를 구비하고, 상기 연마 감시부는, 측정된 상기 광의 강도를 소정의 기준 강도로 나누어 상대 반사율을 산출하고, 상기 상대 반사율과 상기 광의 파장의 관계를 나타내는 분광 파형을 생성하고, 상기 분광 파형에 푸리에 변환 처리를 행하여, 상기 막의 두께 및 대응하는 주파수 성분의 강도를 결정하고, 상기 결정된 주파수 성분의 강도가 소정의 임계값보다도 높은 경우에는, 상기 결정된 막의 두께를 신뢰성이 높은 측정값이라 인정하고, 상기 결정된 주파수 성분의 강도가 상기 소정의 임계값 이하인 경우에는, 상기 결정된 막의 두께를 신뢰성이 낮은 측정값이라 인정하고, 과거에 취득된 신뢰성이 높은 측정값의 수와 신뢰성이 낮은 측정값의 수의 총합에 대한 신뢰성이 낮은 측정값의 수의 비율을 나타내는 불량 데이터율을 산출하고, 상기 신뢰성이 높은 측정값이 소정의 목표값에 도달한 시점에 기초하여 상기 기판의 연마 종점을 결정하고, 상기 기판의 연마 중에, 상기 불량 데이터율이 상승하여 소정의 상한값에 도달한 경우에는, 알람 신호를 출력하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 형태는, 제1 막 및 제2 막을 포함하는 다층 구조체가 표면에 형성된 기판을 연마하는 장치이며, 연마구를 지지하는 회전 가능한 연마 테이블과, 상기 회전하는 연마 테이블 상의 상기 연마구에 상기 기판을 압박하는 톱 링과, 상기 톱 링에 보유 지지된 상기 기판에 광을 조사하는 조사부와, 상기 기판으로부터 반사한 광을 수광하는 수광부와, 상기 반사한 광의 강도를 파장마다 측정하는 분광기와, 상기 분광기에 의해 취득된 광 강도 데이터로부터 상기 제1 막의 두께를 결정하는 연마 감시부를 구비하고, 상기 연마 감시부는, 측정된 상기 광의 강도를 소정의 기준 강도로 나누어 상대 반사율을 산출하고, 상기 상대 반사율과 상기 광의 파장의 관계를 나타내는 분광 파형을 생성하고, 상기 분광 파형에 푸리에 변환 처리를 행하여, 상기 제1 막의 두께, 상기 제1 막의 두께에 대응하는 상기 주파수 성분의 강도, 상기 제2 막의 두께 및 상기 제2 막의 두께에 대응하는 상기 주파수 성분의 강도를 결정하고, 상기 제1 막의 두께에 대응하는 상기 주파수 성분의 강도와, 상기 제2 막의 두께에 대응하는 상기 주파수 성분의 강도의 차가 소정의 설정값보다도 큰 경우에는, 상기 결정된 제1 막의 두께를 신뢰성이 높은 측정값이라 인정하고, 상기 신뢰성이 높은 측정값이 소정의 목표값에 도달한 시점에 기초하여 상기 기판의 연마 종점을 결정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 형태는, 막이 표면에 형성된 기판을 연마하는 방법이며, 회전하는 연마 테이블 상의 연마구에 기판을 압박하여 상기 기판을 연마하고, 상기 기판의 연마 중에, 상기 기판에 광을 조사하고, 상기 기판으로부터 반사한 광의 강도로부터 상대 반사율을 산출하고, 상기 상대 반사율과 상기 광의 파장의 관계를 나타내는 분광 파형을 생성하고, 상기 분광 파형으로부터 상기 막의 두께를 결정하고, 상기 상대 반사율에 기초하여, 상기 결정된 막의 두께의 신뢰성이 높은지 여부를 결정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 다음과 같은 효과가 얻어진다.
(1) 주파수 성분의 강도와 소정의 임계값의 비교에 기초하여, 막의 두께를 정확하게 반영한 측정값, 즉, 신뢰성이 높은 측정값이 취득된다. 따라서, 얻어진 측정값으로부터 정확한 연마 종점을 검출하는 것이 가능해진다.
(2) 상기 소정의 임계값을, 과거에 취득된 신뢰성이 높은 측정값의 수와 신뢰성이 낮은 측정값의 수의 총합에 대한 신뢰성이 낮은 측정값의 수의 비율(이하, 불량 데이터율이라 함)에 기초하여 변화시킴으로써, 보다 신뢰성이 높은 측정값이 취득된다. 따라서, 얻어진 측정값으로부터 정확한 연마 종점을 검출하는 것이 가능해진다.
(3) 표면이 거친 기판을 연마할 때, 연마 초기 단계에서는 막 두께 측정값이 변동되기 쉬워, 불량 데이터율이 높아지는 경우가 있다. 본 발명에 따르면, 불량 데이터율이 소정의 기준값을 하회한 후에, 연마 종점 검출이 실행된다. 따라서, 정확한 연마 종점을 검출하는 것이 가능해진다.
(4) 기판의 연마 중에, 불량 데이터율이 상승하여 소정의 상한값에 도달한 경우에는, 알람 신호가 출력되므로, 연마 종점의 이상 검출을 방지할 수 있다.
도 1은 CMP 장치를 도시하는 모식도.
도 2는 광학식 연마 종점 검출 방법의 원리를 설명하기 위한 모식도.
도 3은 웨이퍼와 연마 테이블의 위치 관계를 도시하는 평면도.
도 4는 제1 처리부에 의해 생성된 분광 파형을 나타내는 도면.
도 5는 제1 처리부에 의해 생성된 주파수 스펙트럼을 나타내는 도면.
도 6은 연마 테이블이 1회전하는 동안에, 5회 측정이 행해지는 예를 도시하는 도면.
도 7은 이면 조사(BSI)형 이미지 센서가 형성된 웨이퍼를 연마하였을 때에 취득된 측정 데이터를 나타내는 테이블.
도 8은 이면 조사(BSI)형 이미지 센서가 형성된 웨이퍼를 연마하였을 때에 취득된 분광 파형을 나타내는 도면.
도 9는 도 8에 나타내는 분광 파형으로부터 생성된 주파수 스펙트럼을 나타내는 도면.
도 10은 웨이퍼를 연마하고 있을 때의 불량 데이터율의 변화의 일례를 나타내는 그래프.
도 11은 웨이퍼를 연마하고 있을 때의 불량 데이터율의 변화의 다른 예를 나타내는 그래프.
도 12는 실리콘층의 두께와 연마 시간의 관계를 나타내는 도면.
도 13은 연마 전과 연마 후의 연마 프로파일을 나타내는 도면.
도 14는 측정값을 선별하는 기준으로서, 주파수 성분의 강도에 관한 소정의 임계값을 이용한 예를 나타내는 도면.
도 15는 측정값을 선별하는 기준으로서, 주파수 성분의 강도에 관한 소정의 임계값과, 실리콘층의 두께에 관한 소정의 범위를 이용한 예를 나타내는 도면.
도 16은 실리콘 관통 전극(TSV)의 제조에 있어서 실시되는 실리콘층의 연마시에 취득된 분광 파형을 나타내는 도면.
도 17은 도 16에 나타내는 분광 파형으로부터 생성된 주파수 스펙트럼을 나타내는 도면.
도 18은 신뢰성이 높은 측정값과 신뢰성이 낮은 측정값을 판별하는 다른 방법을 설명하기 위한 도면.
도 19는 도 18에 나타낸 판별 방법의 변형예를 설명하기 위한 도면.
도 20은 신뢰성이 높은 측정값과 신뢰성이 낮은 측정값을 판별하는 또 다른 방법을 설명하기 위한 도면.
도 21은 웨이퍼의 다층 구조를 도시하는 모식도.
도 22는 연마 장치를 모식적으로 도시하는 단면도.
도 23은 도 22에 나타내는 연마 장치의 변형예를 도시하는 단면도.
이하, 본 발명의 실시 형태에 대해 도면을 참조하여 설명한다.
도 2는 광학식 연마 종점 검출 방법의 원리를 설명하기 위한 모식도이고, 도 3은 웨이퍼와 연마 테이블의 위치 관계를 도시하는 평면도이다. 도 2에 도시하는 바와 같이, 웨이퍼(W)는 기초층과, 그 위에 형성된 막을 갖고 있다. 웨이퍼(W)는 톱 링(도 2 및 도 3에는 도시하지 않음)에 보유 지지되고, 도 3의 화살표로 나타내는 바와 같이 웨이퍼(W)의 중심 주위로 회전된다. 웨이퍼(W)의 표면은, 회전하는 연마 테이블(20) 상의 연마 패드(22)에 톱 링에 의해 압박되고, 웨이퍼(W)의 막은 연마 패드(22)와의 미끄럼 접촉에 의해 연마된다. 연마 패드(22)는, 웨이퍼(W)를 연마하기 위한 연마면을 갖는 연마구이다. 연마구로서, 지석(고정 지립)이 사용되는 경우도 있다.
조사부(11) 및 수광부(12)는, 연마 테이블(20) 내에 설치되어 있고, 웨이퍼(W)의 표면에 대향하여 배치되어 있다. 조사부(11)는, 광을 발하는 광원(도시하지 않음)을 구비하고 있고, 웨이퍼(W)의 표면에 광을 유도한다. 연마 테이블(20)이 1회전할 때마다 웨이퍼(W)의 중심을 포함하는 복수의 영역에 광이 조사된다.
수광부(12)는 웨이퍼(W)로부터 반사한 광을 받는다. 수광부(12)에는 분광기(13)가 접속되어 있고, 분광기(13)는 반사한 광을 파장에 따라서 분해하고, 반사한 광의 강도를 파장마다 측정한다. 분광기(13)에는, 제1 처리부(15A)가 접속되어 있다. 이 제1 처리부(15A)는, 분광기(13)에 의해 취득된 광 강도 데이터를 읽어들여, 반사한 광의 강도 분포를 생성한다. 보다 구체적으로는, 제1 처리부(15A)는, 파장마다의 광의 강도를 나타내는 분광 파형을 생성한다. 이 분광 파형은, 광의 파장과 강도의 관계를 나타내는 선 그래프(파형)로서 나타내어진다.
웨이퍼(W)에 조사된 광은, 매질(도 2의 예에서는 물)과 막의 계면과, 막과 하층의 계면에서 반사하고, 이 계면에서 반사한 광이 서로 간섭한다. 이 광의 간섭 방식은, 막의 두께(즉, 광로 길이)에 따라서 변화된다. 이로 인해, 웨이퍼(W)로부터 되돌아오는 광으로부터 생성되는 분광 파형은, 막의 두께에 따라서 변화된다. 제1 처리부(15A)는, 분광 파형에 대해 FFT(고속 푸리에 변환) 처리를 행하여 분광 파형을 해석하고, 그 해석 결과로부터 현재의 막의 두께를 결정한다. 연마되는 막이 실리콘층이며, 도 2에 도시하는 바와 같이 매질이 물인 경우는, 광이 물에 흡수되는 것을 방지하기 위해, 파장 1100㎚ 이하의 광을 사용하는 것이 바람직하다.
제1 처리부(15A)는, 제2 처리부(15B)에 접속되어 있고, 제1 처리부(15A)에 의해 결정된 막의 두께의 측정값이 제2 처리부(15B)로 보내진다. 제2 처리부(15B)는, 막의 두께를 소정의 목표값과 비교하여, 막의 두께가 목표값에 도달하였는지 여부를 결정한다. 막의 두께가 목표값에 도달하면, 제2 처리부(15B)는 막의 연마가 그 종점에 도달하였다고 판단하여, 연마 장치(CMP 장치)의 동작 컨트롤러(16)에 연마 종점 검출 신호를 송신한다. 동작 컨트롤러(16)는, 이 연마 종점 검출 신호를 받아 웨이퍼(W)의 연마 동작을 종료한다. 이 실시 형태에서는, 제1 처리부(15A)와 제2 처리부(15B)에 의해 연마 감시부가 구성된다. 제1 처리부(15A)와 제2 처리부(15B)는 하나의 처리부로서 설치해도 된다.
이하, 제1 처리부(15A)에 대해, 보다 상세하게 설명한다. 도 4는 제1 처리부(15A)에 의해 생성된 분광 파형을 나타내는 도면이다. 도 4에 있어서, 횡축은 웨이퍼로부터 반사한 광의 파장을 나타내고, 종축은 반사한 광의 강도로부터 유도되는 상대 반사율을 나타낸다. 이 상대 반사율이라 함은, 광의 반사 강도를 나타내는 하나의 지표이며, 구체적으로는, 광의 강도와 소정의 기준 강도의 비이다. 각 파장에 있어서 광의 강도(실측 강도)를 소정의 기준 강도로 나눔으로써, 장치의 광학계나 광원 고유의 강도의 편차 등의 불필요한 요소가 실측 강도로부터 제거되고, 이에 의해 막의 두께 정보만을 반영한 분광 파형을 얻을 수 있다. 도 4의 예에서는, 연마되는 막은 실리콘층이며, 웨이퍼에 조사되는 광으로서 적외선이 사용되어 있다.
기준 강도는, 각 파장에 대해 미리 취득된 강도이며, 상대 반사율은, 각 파장에 있어서 산출된다. 구체적으로는, 각 파장에서의 광의 강도(실측 강도)를 대응하는 기준 강도로 제산함으로써 상대 반사율이 구해진다. 기준 강도는, 예를 들어 막이 형성되어 있지 않은 실리콘 웨이퍼(베어 웨이퍼)를 물의 존재하에서 연마하고 있을 때에 얻어진 광의 강도로 할 수 있다. 실제의 연마에서는, 실측 강도로부터 다크 레벨(광을 차단한 조건하에서 얻어진 배경 강도)을 감산하여 보정 실측 강도를 구하고, 다시 기준 강도로부터 상기 다크 레벨을 감산하여 보정 기준 강도를 구하고, 그리고, 보정 실측 강도를 보정 기준 강도로 제산함으로써, 상대 반사율이 구해진다. 구체적으로는, 상대 반사율 R(λ)은, 다음 식을 이용하여 구할 수 있다.
Figure pat00001
여기서, λ는 파장이고, E(λ)는 웨이퍼로부터 반사한 파장 λ에서의 광의 강도이고, B(λ)는 파장 λ에서의 기준 강도이고, D(λ)는 웨이퍼가 존재하지 않는 상태에서 취득된 파장 λ에서의 배경 강도(다크 레벨)이다.
제1 처리부(15A)는, 얻어진 분광 파형에 대해 고속 푸리에 변환(푸리에 변환이어도 됨) 처리를 행하여 분광 파형을 해석한다. 보다 구체적으로는, 제1 처리부(15A)는, 분광 파형에 포함되는 주파수 성분과 그 강도를 추출하고, 얻어진 주파수 성분을 소정의 관계식을 이용하여 막의 두께로 변환하고, 그리고, 막의 두께와 주파수 성분의 강도의 관계를 나타내는 주파수 스펙트럼을 생성한다. 상술한 소정의 관계식은, 주파수 성분을 변수로 한, 막의 두께를 나타내는 1차 함수이며, 실측 결과 등으로부터 구할 수 있다.
도 5는 제1 처리부(15A)에 의해 생성된 주파수 스펙트럼을 나타내는 도면이다. 도 5에 있어서, 종축은 분광 파형에 포함되는 주파수 성분의 강도를 나타내고, 횡축은 막의 두께를 나타내고 있다. 도 5로부터 알 수 있는 바와 같이, 두께 t1일 때, 강도의 값이 가장 커진다. 즉, 이 주파수 스펙트럼은, 막의 두께가 t1인 것을 나타내고 있다. 이와 같이 하여, 주파수 스펙트럼의 피크로부터, 막의 두께가 결정된다.
막의 두께의 측정은, 연마 테이블(20)이 1회전하는 동안에 복수회 행해지는 것이 바람직하다. 1회의 측정 시간은, 웨이퍼(W)의 노광 시간, 즉 웨이퍼(W)가 광에 노출되는 시간에 의존한다. 따라서, 연마 테이블(20)이 1회전하는 동안에 실시되는 측정 횟수는, 노광 시간과, 연마 테이블(20)의 회전 속도와, 톱 링의 회전 속도에 의해 결정된다. 도 6은 연마 테이블(20)과 톱 링의 회전 속도가 거의 동일할 때의 연마 테이블(20)이 1회전하는 동안에, 5회 측정이 행해지는 예를 도시하는 도면이다. 도 6에 도시하는 바와 같이, 조사부(11) 및 수광부(12)의 선단은, 웨이퍼(W)의 중심을 지나 가로지르고, 그동안에 5회의 측정이 행해진다. 따라서, 연마 테이블(20)이 1회전할 때마다, 막의 두께를 나타내는 5개의 측정값이 얻어진다. 이들 측정값은, 제1 처리부(15A)로부터 제2 처리부(15B)로 보내지고, 제2 처리부(15B)는, 막의 두께의 측정값에 기초하여 연마 종점을 결정한다.
상술한 바와 같이, 1회의 연마 테이블(20)의 회전에서 복수의 측정값이 얻어지는 것이지만, 이들 측정값 중 몇 개는, 막의 두께를 정확하게 나타내고 있지 않은 경우가 있다. 이러한 신뢰성이 낮은 측정값이 취득되는 원인으로서는, 막의 표면에 비교적 큰 단차가 존재하는 경우에, 이 단차를 포함하는 영역의 두께를 1회의 측정으로 취득하였기 때문이거나, 또는 반사한 광의 양이 무언가의 이유에 의해 적었기 때문인 것 등이 생각된다.
도 7은 이면 조사(BSI)형 이미지 센서가 형성된 웨이퍼를 연마하였을 때에 취득된 측정 데이터를 나타내는 테이블이다. 도 7에 나타내는 예에서는, 연마되는 막은 실리콘층이다. 통상, 이면 조사형 이미지 센서의 제조 공정에서는, 두께 약 10㎛ 미만의 실리콘층이 연마된다. 도 7로부터 알 수 있는 바와 같이, 연마 테이블(20)이 1회전하는 동안에, 실리콘층의 두께를 나타내는 5개의 측정값과, 이들 측정값에 각각 대응하는 주파수 성분의 강도를 나타내는 5개의 값이 취득된다.
그러나, 강도가 낮은 측정값은, 다른 측정값으로부터 크게 동떨어져 있는 경향이 있다. 바꾸어 말하면, 주파수 성분의 강도가 낮은 측정값은, 실제의 실리콘층의 두께를 정확하게 나타내고 있지 않다. 따라서, 주파수 성분의 강도가 소정의 임계값보다도 낮은 측정값은, 측정 데이터로부터 배제되고, 신뢰성이 높은 측정값만을 포함하는 감시 데이터가 제2 처리부(15B)에 의해 취득된다. 도 7에 나타내는 기호 ○는, 임계값 이상의 강도를 수반하는 측정값을 나타내고, 기호 ×는 임계값보다도 낮은 강도를 수반하는 측정값을 나타낸다. 도 7에 있어서, 감시 데이터는, 기호 ○가 부여된 측정값으로 구성된다.
측정값이 얻어질 때마다, 그 측정값에 대응하는 주파수 성분의 강도가 임계값과 비교된다. 그리고, 강도가 임계값 이상이면, 그 측정값(기호 ○가 부여된 측정값)은 신뢰성이 높은 측정값이라고 제2 처리부(15B)에 의해 인정된다. 이 신뢰성이 높은 측정값은 감시 데이터에 부가되어, 실리콘층의 두께의 감시에 사용된다. 이에 반해, 강도가 임계값 미만이면 그 측정값(기호 ×가 부여된 측정값)은 감시 데이터에는 포함되지 않는다. 따라서, 감시 데이터는 신뢰성이 높은 측정값만으로 구성된다.
도 8은 이면 조사(BSI)형 이미지 센서가 형성된 웨이퍼를 연마하였을 때에 취득된 분광 파형을 나타내는 도면이다. 도 8에 나타내는 2개의 분광 파형 s1, s2는, 연마 테이블(20)이 1회전하는 동안에 웨이퍼 상의 다른 영역에서 취득된 것이다. 도 8로부터 알 수 있는 바와 같이, 분광 파형 s1은 비교적 명료한 정현파를 포함하고 있지만, 다른 쪽의 분광 파형 s2는 명료한 정현파를 포함하고 있지 않다. 이것은, 상술한 바와 같이, 실리콘층의 표면에 형성되어 있는 단차에 기인하거나, 또는 반사한 광의 양이 부족한 것에 기인한다고 생각된다.
도 9는 도 8에 나타내는 분광 파형으로부터 생성된 주파수 스펙트럼을 나타내는 도면이다. 도 9의 종축은 분광 파형에 포함되는 주파수 성분의 강도를 나타내고, 횡축은 주파수 성분으로부터 변환된 실리콘층의 두께를 나타내고 있다. 주파수 성분의 강도는, 분광 파형을 구성하는 정현파의 크기를 나타내고, 정현파의 진폭에 대략 비례한다. 도 9에 나타내는 주파수 스펙트럼 f1은 도 8의 분광 파형 s1에 대응하고, 도 9에 나타내는 주파수 스펙트럼 f2는 도 8의 분광 파형 s2에 대응한다.
도 9로부터 알 수 있는 바와 같이, 주파수 스펙트럼 f1의 피크는, 실리콘층의 두께가 3.5㎛인 것을 나타내고 있다. 즉, 주파수 스펙트럼 f1은, 실리콘층의 두께가 3.5㎛인 것을 나타내고 있다. 이에 반해, 주파수 스펙트럼 f2의 피크는, 실리콘층의 두께가 1㎛인 것을 나타내고 있다. 따라서, 주파수 스펙트럼 f2로부터 얻어지는 실리콘층의 두께의 측정값은, 1㎛이다. 그러나, 이 측정값 1㎛는 주파수 스펙트럼 f1로부터 얻어지는 측정값 3.5㎛로부터 크게 동떨어져 있다.
도 8 및 도 9로부터 알 수 있는 바와 같이, 분광 파형에 명료한 정현파가 나타나는 경우에는, 주파수 스펙트럼의 피크가 나타내는 강도는 높아진다. 분광 파형에 명료한 정현파가 나타난다고 하는 것은, 도 2에 도시하는 광끼리의 간섭이, 실리콘층의 두께의 편차의 영향을 받지 않고 행해진 것을 의미한다고 생각된다. 따라서, 그러한 분광 파형은, 정확한 실리콘층의 두께의 정보를 포함하고 있다고 할 수 있다. 따라서, 제2 처리부(15B)는, 주파수 스펙트럼의 피크가 나타내는 강도에 기초하여 부정확한 측정값을 측정 데이터로부터 배제하고, 정확한 측정값만으로 이루어지는 감시 데이터를 생성한다. 보다 구체적으로는, 제2 처리부(15B)는, 주파수 스펙트럼의 피크가 나타내는 강도가 소정의 임계값 이상인 측정값만을 감시 데이터에 부가한다.
임계값은 다음과 같이 하여 결정할 수 있다. 1매의 웨이퍼를 연마하여 측정 데이터를 취득하고, 그 취득된 측정 데이터에 대해 임시의 임계값을 설정하고, 임시의 임계값 이하인 측정값의 총수가 측정 데이터의 예를 들어 20％ 이하이면, 그 임시의 임계값을 임계값으로서 채용한다.
도 9에 나타내는 예에서는, 임계값은 1.2로 설정되어 있다. 주파수 스펙트럼 f1의 피크가 나타내는 강도는 약 1.8이다. 따라서, 주파수 스펙트럼 f1의 피크로부터 얻어지는 측정값 3.5㎛는, 신뢰성이 높은 측정값이라 인정되어, 감시 데이터로서 사용된다. 한편, 주파수 스펙트럼 f2의 피크가 나타내는 강도는 약 0.9이다. 따라서, 주파수 스펙트럼 f2의 피크로부터 얻어지는 측정값 1㎛는, 감시 데이터로서는 사용되지 않는다. 이와 같이 하여, 측정값은, 그 대응하는 주파수 성분의 강도에 기초하여, 신뢰성이 높은 측정값과 신뢰성이 낮은 측정값으로 선별된다.
제2 처리부(15B)는, 제1 처리부(15A)로부터 측정 데이터를 수취하고, 이 측정 데이터로부터 상기 감시 데이터를 생성한다. 감시 데이터는, 상술한 바와 같이, 신뢰성이 높다고 인정된 측정값만을 포함한다. 제2 처리부(15B)는, 감시 데이터에 포함되는 측정값을 감시하고, 상기 측정값이 소정의 목표값에 도달한 시점부터 연마 종점을 결정한다. 보다 정확하게 연마 종점을 결정하기 위해, 얻어진 신뢰성이 높은 측정값의 이동 평균값을 산출하는 것이 바람직하다. 이 경우는, 이동 평균값이 소정의 목표값에 도달한 시점이 연마 종점이라 판단된다. 또한, 보다 정확하게 연마 종점을 결정하기 위해, 연마 테이블(20)이 1회전하는 동안에 취득된 복수의 신뢰성이 높은 측정값의 평균값을 구하는 것이 바람직하다. 또한, 얻어진 평균값의 이동 평균값을 구하는 것이 바람직하다.
임계값은, 과거에 취득된 복수의 측정값에 기초하여 결정하는 것이 바람직하다. 보다 구체적으로는, 과거에 취득된 복수의 측정값으로부터 신뢰성이 낮은 측정값의 점유율을 나타내는 불량 데이터율을 산출하고, 이 불량 데이터율이 소정의 값 이하로 되도록 임계값을 결정해도 된다. 불량 데이터율은, 과거에 취득된 측정값의 총수에 대한 신뢰성이 낮은 측정값의 수의 비율이다. 예를 들어, 도 7에 있어서, 과거에 취득된 측정값은, 연마 테이블(20)이 5회전하는 동안에 취득된 측정값이며, 그 총수는 25이다. 이 25의 측정값에 포함되는 신뢰성이 낮은 측정값(기호 ×로 나타내어짐)의 수는 8이다. 따라서, 이 예에 있어서의 불량 데이터율은 32％(＝8/25×100)로 결정된다. 이 예에서는, 연마 테이블(20)이 1회전할 때마다 측정값이 갱신되고, 가장 최근의 5회전 중에 취득된 측정값이 불량 데이터율의 산출에 사용된다.
과거에 취득된 복수의 측정값의 예로서는, 현재 연마하고 있는 웨이퍼에 대해 이미 취득된 측정값, 선행하여 연마된 다른 웨이퍼에 대해 취득된 측정값 및 다른 연마 장치에서 과거에 취득된 측정값 등을 들 수 있다.
불량 데이터율은, 임계값에 의존하여 변화된다. 즉, 임계값을 높게 설정하면 불량 데이터율은 증가하고, 임계값을 낮게 설정하면 불량 데이터율은 저하된다. 임계값은, 불량 데이터율이 소정의 값 이하로 되도록 결정된다. 예를 들어, 불량 데이터율이 20％ 이하로 되도록 임계값을 설정하는 것이 바람직하다.
상술한 예에서는, 임계값은 미리 설정된 고정값이지만, 불량 데이터율의 변화에 기초하여 임계값을 변화시켜도 된다. 예를 들어, 불량 데이터율이 상승하였을 때에는, 임계값을 보다 높게 설정해도 된다. 불량 데이터율의 상승은, 측정값 전체의 신뢰성이 저하되어 있는 것을 의미하고 있으므로, 임계값을 높게 함으로써, 측정값의 관리를 보다 엄격하게 할 수 있다. 반대로, 불량 데이터율이 저하되었을 때에, 임계값을 보다 높게 설정해도 된다. 불량 데이터율의 저하는, 측정값 전체의 신뢰성이 향상되어 있는 것을 의미하고 있으므로, 임계값을 높게 함으로써, 신뢰성이 높은 측정값의 수를 확보하면서, 측정값의 신뢰성을 보다 높일 수 있다.
불량 데이터율에 따라서 임계값을 변화시키기 위한 일례로서, 제2 처리부(15B)는 다음 식을 이용하여 임계값을 변화시킨다.
임계값＝초기 임계값＋불량 데이터율×α
여기서, α는 미리 정해진 계수이며, 정 또는 부의 부호를 갖는다. 초기 임계값은, 미리 설정된 임계값이다. 계수 α가 정의 부호를 갖는 경우, 불량 데이터율이 상승하면, 임계값이 상승한다. 한편, 계수 α가 부의 부호를 갖는 경우, 불량 데이터율이 저하되면, 임계값이 상승한다. 계수 α가 정의 부호를 가질지, 또는 부의 부호를 가질지는, 웨이퍼의 표면 상태, 배선 패턴, 막 두께 등의 요인에 기초하여 결정된다.
이와 같이, 불량 데이터율의 상승 또는 저하에 따라서 임계값을 상승시킴으로써, 측정값의 신뢰성을 높여, 결과적으로 연마 종점의 검출 정밀도를 향상시킬 수 있다. 이러한 임계값의 갱신은, 과거의 연마로부터 얻어진 측정값에 기초하여 정기적으로 행하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 연마 테이블(20)이 소정의 횟수 회전할 때마다, 또는 소정 매수의 웨이퍼를 연마할 때마다 불량 데이터율을 산출하고, 얻어진 불량 데이터율로부터 새로운 임계값을 산출해도 된다.
연마 조건이 일정하면, 웨이퍼의 연마 개시로부터 연마 종료까지 불량 데이터율은 대체로 일정하다. 그러나, 웨이퍼의 표면 상태나 막 두께 등에 기인하여 연마의 초기 단계 및/또는 최종 단계에서 불량 데이터율이 높아지는 경우가 있다. 예를 들어, 표면이 거친 웨이퍼를 연마하는 경우, 연마의 초기 단계에서는 막 두께의 측정값이 크게 변동되기 쉽다. 이로 인해, 도 10에 나타내는 바와 같이, 연마 초기 단계에서의 불량 데이터율이 높아지는 경우가 있다. 다른 예에서는, 웨이퍼의 연마가 그 종점에 근접하면, 막 두께가 막 두께 측정 가능한 범위보다도 저하되거나, 하층이 노출되는 경우가 있다. 이 경우, 도 11에 나타내는 바와 같이, 연마의 최종 단계에서 막 두께 측정 정밀도가 저하되어, 결과적으로 불량 데이터율이 상승하는 경우가 있다. 이와 같이 불량 데이터율이 높아지면, 연마 종점 검출에 사용되는 측정값의 수가 적어져, 결과적으로 연마 종점의 검출 정밀도가 저하되어 버린다.
따라서, 도 10 및 도 11에 나타내는 바와 같이, 연마 종점 검출 정밀도를 높이기 위해, 불량 데이터율의 기준값 및/또는 상한값을 마련하는 것이 바람직하다. 도 10에 나타내는 예에서는, 웨이퍼의 연마가 개시되고 나서 불량 데이터율이 소정의 기준값을 하회할 때까지는, 제2 처리부(15B)는 연마 종점 검출을 행하지 않는다. 웨이퍼의 표면이 평탄해짐에 따라, 불량 데이터율은 저하되어, 도 10에 나타내는 바와 같이, 어느 시점에서 불량 데이터율이 기준값을 하회한다. 이 시점으로부터 웨이퍼의 연마 종점 검출이 개시된다.
도 11에 나타내는 예에서는, 연마가 개시된 후, 불량 데이터율이 상승하여 소정의 상한값에 도달하였을 때에, 제2 처리부(15B)는 알람 신호를 출력한다. 이 경우, 제2 처리부(15B)는 웨이퍼의 연마를 정지시키도록 해도 된다. 기준값과 상한값 중 어느 한쪽만을 마련해도 되고, 또는 양쪽을 마련해도 된다.
도 12는, 연마 대상인 실리콘층의 두께와 연마 시간의 관계를 나타내는 도면이다. 도 12에 있어서, 그래프 a는, 연마 테이블(20)이 1회전하는 동안에 취득된 복수의 측정값의 평균값의 시간 변화를 나타내고, 그래프 b는, 상기 평균값의 이동 평균값의 시간 변화를 나타내고 있다. 이동 평균값은, 최신의 복수의(예를 들어 최신의 3개의) 평균값의 평균값이다. 측정값의 평균값(그래프 a) 또는 그 이동 평균값(그래프 b)이 미리 설정된 목표값에 도달한 시점이, 연마 종점이다. 제2 처리부(15B)는, 측정값의 평균값(그래프 a) 또는 그 이동 평균값(그래프 b)이 미리 설정된 목표값에 도달한 시점에 기초하여 웨이퍼의 연마 종점(즉, 실리콘층의 연마 종점)을 결정한다. 도 12로부터 알 수 있는 바와 같이, 그래프 b는, 그래프 a에 비해 평활화되어 있다. 따라서, 보다 정확한 연마 종점을 검출하기 위해서는, 그래프 b에 나타내는 이동 평균값을 산출하고, 이것을 감시하는 것이 바람직하다.
도 13은, 연마 전과 연마 후의 연마 프로파일을 나타내는 도면이다. 종축은 실리콘층의 두께를 나타내고, 횡축은 웨이퍼의 반경 방향의 위치를 나타내고 있다. 도 13에 나타내는 점은, 실리콘층의 측정값이다. 도 13으로부터 알 수 있는 바와 같이, 웨이퍼의 중심부에서의 측정값의 편차는 비교적 작다. 바꾸어 말하면, 웨이퍼의 중심부에서 취득된 측정값의 신뢰성은 높다고 할 수 있다. 따라서, 웨이퍼의 중심부에서 취득된 측정값만을 사용하여 연마 종점을 검출하는 것이 바람직하다. 그러나, 본 발명은 이 예에 한정되지 않고, 웨이퍼의 중심부 이외의 영역에서 취득된 측정값을 사용해도 된다. 예를 들어, 웨이퍼의 주연부에서 취득된 측정값만을 사용하여 연마 종점을 검출해도 된다. 나아가서는, 미리 선택된 복수의 영역(예를 들어, 도 6에 도시하는 웨이퍼의 중심부와 주연부)에서 취득된 측정값을 사용해도 된다.
도 7 및 도 9에 나타내는 예에서는, 주파수 성분의 강도에 기초하여 측정값을 신뢰성이 높은 것과 신뢰성이 낮은 것으로 선별하였지만, 측정값 자신에 기초하여 그 측정값을 선별해도 된다. 구체적으로는, 얻어진 측정값이 소정의 범위 내에 있으면, 그 측정값은 신뢰성이 높은 측정값으로서 인정된다. 예를 들어, 도 14에 나타내는 바와 같이, 연마되는 실리콘층의 두께가 약 3㎛∼4㎛로 기지(旣知)인 경우, 얻어진 측정값이 2.0㎛∼4.0㎛의 범위 내(도 14에서는 사선으로 나타냄)이면, 그 측정값은 신뢰성이 높은 측정값이라 판단할 수 있다. 한편, 얻어진 측정값이2.0㎛∼4.0㎛의 범위로부터 벗어나 있으면, 그 측정값은 신뢰성이 낮은 측정값이라 판단할 수 있다. 이와 같이, 연마되는 실리콘층의 두께가 기지인 경우에는, 그 기지의 두께의 범위를 측정값의 신뢰성의 판단 기준으로서 사용할 수 있다.
또한, 주파수 성분의 강도에 대한 소정의 임계값과, 실리콘층의 두께에 대한 소정의 범위의 양쪽을 이용하여, 얻어진 측정값을 선별해도 된다. 도 15는, 측정값을 선별하는 기준으로서, 주파수 성분의 강도에 관한 소정의 임계값과, 실리콘층의 두께에 관한 소정의 범위를 이용한 예를 나타내는 도면이다. 이 예에서는, 주파수 성분의 강도에 대한 임계값은 1이고, 실리콘층의 두께에 대한 임계값은 2.0㎛∼4.0㎛의 범위로 설정되어 있다. 주파수 성분의 강도가 1 이상이며, 또한 실리콘층의 두께가 2.0㎛∼4.0㎛의 범위 내에 있는 경우, 즉, 주파수 스펙트럼의 피크가 도 15의 그물선으로 나타내어지는 범위 내에 있는 경우는, 그 측정값은 신뢰성이 높다고 제2 처리부(15B)에 의해 판단되어, 감시 데이터에 부가된다. 이에 반해, 주파수 스펙트럼의 피크가 도 15의 그물선으로 나타내어지는 범위로부터 벗어나는 경우는, 그 측정값은 신뢰성이 낮다고 판단되어, 감시 데이터에는 포함되지 않는다.
도 8에 나타내는 2개의 분광 파형은, 그 전체가 우측 경사 상방으로 기울어져 있다. 이러한 분광 파형 전체의 기울기는 노이즈로서 주파수 스펙트럼에 나타나, 정확한 실리콘층의 두께 측정을 방해한다. 따라서, 노이즈를 포함하지 않는 주파수 스펙트럼을 얻기 위해, 다음과 같은 노이즈 제거 프로세스를 행해도 된다. 즉, 기준 실리콘 웨이퍼(베어 실리콘 웨이퍼)를 준비하고, 이 기준 실리콘 웨이퍼에 적외선을 조사하여, 상기 기준 실리콘 웨이퍼로부터 반사한 적외선의 파장마다의 상대 반사율을 산출함으로써 기준 분광 파형을 취득하고, 이 기준 분광 파형에 고속 푸리에 변환 처리를 실시하여 기준 주파수 스펙트럼을 미리 취득하고, 웨이퍼(W)의 연마 중에 얻어진 도 9에 나타내는 바와 같은 주파수 스펙트럼을 상기 기준 주파수 스펙트럼으로 나눔으로써, 노이즈가 포함되지 않는 주파수 스펙트럼이 얻어진다. 보다 구체적으로는, 연마 중에 얻어진 주파수 스펙트럼 상의 각 실리콘층 두께에서의 주파수 성분의 강도를, 기준 주파수 스펙트럼 상의 대응하는 주파수 성분의 강도로 제산함으로써, 주파수 스펙트럼을 보정한다. 실리콘층의 두께 및 대응하는 주파수 성분의 강도는, 이 보정된 주파수 스펙트럼에 기초하여 결정되는 것이 바람직하다.
도 16은 실리콘 관통 전극(TSV)의 제조에 있어서 실시되는 실리콘층의 연마시에 취득된 분광 파형을 나타내는 도면이고, 도 17은 도 16에 나타내는 분광 파형으로부터 생성된 주파수 스펙트럼을 나타내는 도면이다. 도 16에 나타내는 분광 파형 s3, s4, s5는, 도 17에 나타내는 주파수 스펙트럼 f3, f4, f5에 각각 대응한다. 도 16에 나타내는 분광 파형 및 도 17에 나타내는 주파수 스펙트럼은, 도 4에 나타내는 분광 파형 및 도 5에 나타내는 주파수 스펙트럼과 마찬가지로 하여 생성되므로, 그 중복되는 설명을 생략한다.
실리콘 관통 전극(TSV)의 제조에서는, 연마되는 실리콘층의 두께는 약 20㎛∼50㎛이다. 이 경우에서도, 측정값을 선별하는 기준으로서, 주파수 성분의 강도의 소정의 임계값 및/또는 실리콘층의 두께의 소정의 범위를 이용할 수 있다. 본 발명의 연마 종점 검출 기술은, 두께 10㎛ 미만의 실리콘층을 연마하는 BSI 프로세스 및 두께 약 20㎛∼50㎛의 실리콘층을 연마하는 TSV 프로세스의 양쪽에 적용하는 것이 가능하다.
실리콘층을 연마하는 경우는, 조사부(11)는 적외선을 발하는 광원을 갖는 것이 바람직하다. 이 경우, 조사부(11)는 상기 조사부(11)로부터 발생되는 적외선의 양을 전환하는 기능을 갖고 있는 것이 바람직하다. 또한, 적외선의 양은 연마되는 실리콘층의 상태에 따라서 바꾸는 것이 바람직하다. 실리콘층의 상태의 구체예로서는, 실리콘층의 두께, 실리콘층의 표면의 평탄도(면내 균일성), 실리콘층의 아래에 존재하는 막의 두께, 재질, 배선 패턴 밀도를 들 수 있다. 예를 들어, BSI 프로세스와 같은 얇은 실리콘층을 연마할 때에는, 조사부(11)로부터 발생되는 적외선의 양을 적게 하고, TSV 프로세스와 같은 두꺼운 실리콘층을 연마할 때에는, 조사부(11)로부터 발생되는 적외선의 양을 많게 하는 것이 바람직하다.
도 18은, 신뢰성이 높은 측정값과 신뢰성이 낮은 측정값을 판별하는 다른 방법을 설명하기 위한 도면이다. 도 18에 나타내는 2개의 주파수 스펙트럼 f6, f7의 각 피크가 나타내는 강도는 비교적 높다. 이로 인해, 예를 들어 임계값이 0.065인 경우는, 주파수 스펙트럼 f6, f7로부터 얻어지는 실리콘층의 두께의 측정값은, 모두 신뢰성이 높다고 판단된다. 그러나, 주파수 스펙트럼 f7은, 주파수 스펙트럼 f6에 비해, 불명료한 피크 형상을 갖고 있다. 일반적으로, 피크 형상이 명료한 주파수 스펙트럼은, 신뢰성이 높은 측정값을 나타내고, 피크 형상이 불명료한 주파수 스펙트럼은, 신뢰성이 낮은 측정값을 나타내는 경향이 있다.
따라서 이 방법에 있어서는, 주파수 스펙트럼의 피크에서의 강도 대신에, 소정의 관측 두께에서의 주파수 성분의 강도를 이용하여, 측정값의 신뢰성을 판단한다. 즉, 소정의 관측 두께에서의 주파수 성분의 강도가 소정의 임계값보다도 낮은 경우는, 주파수 스펙트럼의 피크가 나타내는 실리콘층의 두께의 측정값은, 신뢰성이 높다고 인정된다. 이에 반해, 소정의 관측 두께에서의 주파수 성분의 강도가 상기 소정의 임계값 이상인 경우는, 주파수 스펙트럼의 피크가 나타내는 실리콘층의 두께의 측정값은, 신뢰성이 낮다고 인정된다.
도 18에 나타내는 예에서는, 관측 두께는 2㎛로 설정되고, 임계값은 0.065로 설정되어 있다. 주파수 스펙트럼 f6에서는, 관측 두께 2㎛에서의 주파수 성분의 강도 a1은, 임계값 0.065보다도 낮다. 따라서, 주파수 스펙트럼 f6으로부터 얻어지는 측정값은, 신뢰성이 높다고 판단된다. 이에 반해, 주파수 스펙트럼 f7에서는, 관측 두께 2㎛에서의 주파수 성분의 강도 b1은 임계값 0.065보다도 높다. 따라서, 주파수 스펙트럼 f7로부터 얻어지는 측정값은, 신뢰성이 낮다고 판단된다. 관측 두께는, 복수 있어도 된다. 이 경우는, 각 관측 두께에서의 강도와 상기 임계값이 비교되어, 상술한 바와 마찬가지로 측정값의 신뢰성이 판단된다.
이 방법에 있어서, 주파수 스펙트럼의 피크에서의 강도에 더하여, 소정의 관측 두께에서의 주파수 성분의 강도를 이용하여, 측정값의 신뢰성을 판단해도 된다. 즉, 주파수 스펙트럼의 피크가 나타내는 강도가 소정의 임계값보다도 높고, 또한 소정의 관측 두께에서의 주파수 성분의 강도가 상기 소정의 임계값보다도 낮은 경우는, 주파수 스펙트럼의 피크가 나타내는 실리콘층의 두께의 측정값은, 신뢰성이 높다고 인정된다. 이에 반해, 주파수 스펙트럼의 피크가 나타내는 강도가 소정의 임계값 이하이고, 및/또는 소정의 관측 두께에서의 주파수 성분의 강도가 상기 소정의 임계값 이상인 경우는, 주파수 스펙트럼의 피크가 나타내는 실리콘층의 두께의 측정값은, 신뢰성이 낮다고 인정된다. 이와 같이, 피크에서의 강도를 이용한 신뢰성 판단과, 소정의 관측 두께에서의 강도를 이용한 신뢰성 판단을 조합함으로써, 보다 정확하게 측정값을 판별하는 것이 가능해진다.
도 19는, 도 18에 나타낸 판별 방법의 변형예를 설명하기 위한 도면이다. 이 방법에 있어서는, 주파수 스펙트럼의 피크에서의 강도와, 소정의 관측 두께에서의 주파수 성분의 강도의 차(절대값)가 소정의 설정값과 비교된다. 상기 차가 설정값보다도 크면, 그 주파수 스펙트럼의 피크로부터 결정되는 실리콘층의 두께의 측정값은, 신뢰성이 높다고 판단된다. 이에 반해, 상기 차가 설정값 이하이면, 그 주파수 스펙트럼의 피크로부터 결정되는 실리콘층의 두께의 측정값은, 신뢰성이 낮다고 판단된다.
도 19에 나타내는 예에 있어서는, 상기 차의 설정값은 0.005로 설정되어 있다. 주파수 스펙트럼 f6의 피크에서의 강도와, 관측 두께 2㎛에서의 주파수 성분의 강도의 차 a2는, 설정값 0.005보다도 크다. 따라서, 주파수 스펙트럼 f6의 피크로부터 결정되는 실리콘층의 두께의 측정값은, 신뢰성이 높다고 판단된다. 이에 반해, 주파수 스펙트럼 f7의 피크에서의 강도와, 관측 두께 2㎛에서의 주파수 성분의 강도의 차 b2는, 설정값 0.005보다도 작다. 따라서, 주파수 스펙트럼 f7의 피크로부터 결정되는 실리콘층의 두께의 측정값은, 신뢰성이 낮다고 판단된다. 이 예에 있어서도, 관측 두께는 복수 있어도 된다.
이 방법에 있어서도, 주파수 스펙트럼의 피크에서의 강도에 기초하는 신뢰성의 판단과, 상기 차에 기초하는 신뢰성의 판단을 조합해도 된다. 즉, 주파수 스펙트럼의 피크가 나타내는 강도가 소정의 임계값보다도 높고, 또한 상기 차가 소정의 설정값보다도 큰 경우는, 주파수 스펙트럼의 피크가 나타내는 실리콘층의 두께의 측정값은, 신뢰성이 높다고 인정된다. 이에 반해, 주파수 스펙트럼의 피크가 나타내는 강도가 소정의 임계값 이하이고, 및/또는 상기 차가 소정의 설정값 이하인 경우는, 주파수 스펙트럼의 피크가 나타내는 실리콘층의 두께의 측정값은, 신뢰성이 낮다고 인정된다.
도 20은, 신뢰성이 높은 측정값과 신뢰성이 낮은 측정값을 판별하는 또 다른 방법을 설명하기 위한 도면이다. 통상, 웨이퍼는, 도 21에 도시하는 바와 같이, 다층 구조를 갖고 있다. 도 21에 도시하는 예에서는, 베이스층(예를 들어 실리콘층)의 위에 제2 막이 형성되고, 그 위에 제1 막이 형성되어 있다. 연마되는 대상물은 최상층에 있는 제1 막이다. 제1 막 및 제2 막이 광을 투과시키는 재료로 구성되어 있는 경우(예를 들어, 제1 막이 실리콘층, 제2 막이 SiO2 등의 절연막), 광은 제1 막의 표면, 제1 막과 제2 막의 계면 및 제2 막과 베이스층의 계면에서 반사한다. 따라서, 웨이퍼로부터의 반사광에는, 제1 막과 제2 막의 두께 정보가 포함된다. 이로 인해, 도 20에 나타내는 바와 같이, 반사광으로부터 생성된 주파수 스펙트럼에는, 제1 막의 두께를 나타내는 피크와, 제2 막의 두께를 나타내는 피크가 나타난다.
본 실시 형태에서는, 상술한 소정의 관측 두께로서 제2 막의 두께가 선택된다. 이 제2 막의 두께는, 주파수 스펙트럼에 나타나는 피크의 위치로부터 결정된다. 제1 막의 두께의 측정값의 신뢰성은, 제1 막의 두께를 나타내는 피크에 의해 특정되는 주파수 성분의 강도 c1과, 제2 막의 두께를 나타내는 피크에 의해 특정되는 주파수 성분의 강도 c2의 차 dY(＝c1-c2)에 기초하여 판단된다. 구체적으로는, 차 dY가 소정의 설정값보다도 큰 경우는, 제1 막의 두께의 측정값은 신뢰성이 높다고 판단된다.
앞의 실시 형태에서는, 소정의 관측 두께가 고정값인 것에 반해, 이 실시 형태에서는 관측 두께는 제2 막의 두께를 나타내는 피크의 위치에 의존하여 바뀔 수 있다. 본 실시 형태는, 주파수 성분의 강도의 차, 즉 상대적인 강도를 이용하므로, 측정값의 신뢰성 판단이 외란의 영향을 받기 어렵다고 하는 이점이 있다. 예를 들어, 조사부(11)로부터의 광의 조도가 변화된 경우, 주파수 스펙트럼 전체는 변화되지만, 주파수 성분의 강도의 차는 변화되기 어렵다. 따라서, 측정값의 신뢰성 판단을 보다 정확하게 행할 수 있어, 결과적으로 연마 종점 검출의 정밀도를 향상시킬 수 있다.
제1 막의 두께의 측정값의 신뢰성 판단의 정밀도를 향상시키기 위해, 제1 막의 두께를 나타내는 피크에 의해 특정되는 주파수 성분의 강도 c1이 소정의 제1 하한값 Y1보다도 크고, 또한 제2 막의 두께를 나타내는 피크에 의해 특정되는 주파수 성분의 강도 c2가 소정의 제2 하한값 Y2보다도 큰 것을 조건으로 하여, 제2 처리부(15B)는, 차 dY를 상기 설정값과 비교하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 주파수 성분의 강도 c1이 소정의 제1 하한값 Y1보다도 크고, 주파수 성분의 강도 c2가 소정의 제2 하한값 Y2보다도 크고, 또한 강도 c1과 강도 c2의 차 dY가 소정의 설정값보다도 큰 경우는, 제1 막의 두께의 측정값은 신뢰성이 높다고 판단된다. 제1 하한값 Y1과 제2 하한값 Y2는 동일한 값이어도 된다. 이와 같이, 주파수 성분의 강도 자체가 하한값보다도 큰지 여부를 판단함으로써, 측정값의 신뢰성 판단을 보다 정확하게 행할 수 있어, 결과적으로 연마 종점 검출의 정밀도를 향상시킬 수 있다. 또한, 도 20의 막 두께를 나타내는 횡축은 실리콘의 굴절률을 이용한 실리콘 막 두께 환산값으로서 표현되어 있다. 즉, 제2 막은 절연막이므로, 도 20에 나타내는 제2 막의 두께의 값은, 실리콘 막 두께로 환산된 두께를 나타내고 있다.
도 22는, 상술한 연마 종점 검출 방법을 실행할 수 있는 연마 장치를 모식적으로 도시하는 단면도이다. 도 22에 도시하는 바와 같이, 연마 장치는, 연마 패드(22)를 지지하는 연마 테이블(20)과, 웨이퍼(W)를 보유 지지하여 연마 패드(22)에 압박하는 톱 링(24)과, 연마 패드(22)에 연마액(슬러리)을 공급하는 연마액 공급 기구(25)를 구비하고 있다. 연마 테이블(20)은 그 하방에 배치되는 모터(도시하지 않음)에 연결되어 있고, 축심 주위로 회전 가능하게 되어 있다. 연마 패드(22)는 연마 테이블(20)의 상면에 고정되어 있다.
연마 패드(22)의 상면(22a)은, 웨이퍼(W)를 연마하는 연마면을 구성하고 있다. 톱 링(24)은, 톱 링 샤프트(28)를 통해 모터 및 승강 실린더(도시하지 않음)에 연결되어 있다. 이에 의해, 톱 링(24)은 승강 가능하고, 또한 톱 링 샤프트(28) 주위로 회전 가능하게 되어 있다. 이 톱 링(24)의 하면에는, 웨이퍼(W)가 진공 흡착 등에 의해 보유 지지된다.
톱 링(24)의 하면에 보유 지지된 웨이퍼(W)는 톱 링(24)에 의해 회전되면서, 회전하고 있는 연마 테이블(20) 상의 연마 패드(22)의 연마면(22a)에 톱 링(24)에 의해 압박된다. 연마액 공급 기구(25)로부터 연마 패드(22)의 연마면(22a)에 연마액이 공급되어, 웨이퍼(W)의 표면과 연마 패드(22) 사이에 연마액이 존재한 상태에서 웨이퍼(W)의 표면이 연마된다. 웨이퍼(W)와 연마 패드(22)를 미끄럼 접촉시키는 상대 이동 기구는, 연마 테이블(20) 및 톱 링(24)에 의해 구성된다.
연마 테이블(20)에는, 그 상면에서 개구되는 제1 구멍(30A) 및 제2 구멍(30B)이 형성되어 있다. 또한, 연마 패드(22)에는, 이들 구멍(30A, 30B)에 대응하는 위치에 관통 구멍(31)이 형성되어 있다. 구멍(30A, 30B)과 관통 구멍(31)은 연통되고, 관통 구멍(31)은 연마면(22a)에서 개구되어 있다. 제1 구멍(30A)은 액체 공급로(33) 및 로터리 조인트(32)를 통해 액체 공급원(35)에 연결되어 있고, 제2 구멍(30B)은 액체 배출로(34)에 연결되어 있다.
웨이퍼(W)의 연마 중에는, 액체 공급원(35)으로부터는, 투명한 액체로서 물(바람직하게는, 순수)이 액체 공급로(33)를 통해 제1 구멍(30A) 및 관통 구멍(31)에 공급되어, 웨이퍼(W)의 하면과 광 파이버(12, 41)의 선단 사이의 공간을 채운다. 물은, 다시 제2 구멍(30B)으로 유입되어, 액체 배출로(34)를 통해 배출된다. 연마액은 물과 함께 배출되고, 이에 의해 광로가 확보된다. 액체 공급로(33)에는, 연마 테이블(20)의 회전에 동기하여 작동하는 밸브(도시하지 않음)가 설치되어 있다. 이 밸브는, 관통 구멍(31) 상에 웨이퍼(W)가 위치하지 않을 때에는 물의 흐름을 멈추거나, 또는 물의 유량을 적게 하도록 동작한다. 본 실시 형태에 있어서는, 액체 공급원(35) 및 액체 공급로(33)에 의해 물 공급 기구가 구성된다.
연마 장치는, 상술한 방법에 따라서 연마의 진척을 감시하고, 또한 연마 종점을 검출하는 연마 감시 장치를 갖고 있다. 이 연마 감시 장치는, 연마 종점 검출 장치로서도 기능한다. 연마 감시 장치는, 광을 웨이퍼(W)의 피연마면에 조사하는 조사부(11)와, 웨이퍼(W)로부터 되돌아오는 반사광을 수광하는 수광부로서의 광 파이버(12)와, 웨이퍼(W)로부터 반사한 광을 파장에 따라서 분해하고, 소정의 파장 범위에 걸쳐 광의 강도를 측정하는 분광기(13)와, 분광기(13)에 의해 취득된 광 강도 데이터로부터 막의 두께를 결정하는 제1 처리부(15A)와, 제1 처리부(15A)로부터 얻어지는 막의 두께를 감시하고, 또한 웨이퍼(W)의 연마 종점(막의 연마 종점)을 결정하는 제2 처리부(15B)를 구비하고 있다. 제1 처리부(15A)와 제2 처리부(15B)는, 하나의 처리부로서 설치해도 된다.
조사부(11)는, 광원(40)과, 광원(40)에 접속된 광 파이버(41)를 구비하고 있다. 광 파이버(41)는, 광원(40)에 의해 발생된 광을 웨이퍼(W)의 표면까지 유도하는 광 전송부이다. 광 파이버(41) 및 광 파이버(12)의 선단은, 제1 구멍(30A) 내에 위치하고 있고, 웨이퍼(W)의 피연마면의 근방에 위치하고 있다. 광 파이버(41) 및 광 파이버(12)의 각 선단은, 톱 링(24)에 보유 지지된 웨이퍼(W)의 중심에 대향하여 배치되고, 도 3 및 도 6에 도시하는 바와 같이, 연마 테이블(20)이 회전할 때마다 웨이퍼(W)의 중심을 포함하는 복수의 영역에 광이 조사되도록 되어 있다. 연마되는 막이 실리콘층인 경우, 수중을 비교적 용이하게 통과하기 쉬운 파장 1100㎚ 이하의 광을 사용하는 것이 바람직하다.
광원(40)으로서는, 발광 다이오드(LED), 할로겐 램프, 크세논 램프 등이 사용된다. 광 파이버(41)와 광 파이버(12)는 서로 병렬로 배치되어 있다. 광 파이버(41) 및 광 파이버(12)의 각 선단은, 웨이퍼(W)의 표면에 대해 거의 수직으로 배치되어 있고, 광 파이버(41)는 웨이퍼(W)의 표면에 거의 수직으로 광을 조사하도록 되어 있다.
웨이퍼(W)의 연마 중에는, 조사부(11)로부터 광이 웨이퍼(W)에 조사되고, 광 파이버(12)에 의해 웨이퍼(W)로부터 반사한 광이 수광된다. 광이 조사되는 동안, 구멍(30A, 30B) 및 관통 구멍(31)에는 물이 공급되고, 이에 의해, 광 파이버(41) 및 광 파이버(12)의 각 선단과, 웨이퍼(W)의 표면 사이의 공간은 물로 채워진다. 분광기(13)는, 반사한 광의 강도를 소정의 파장 범위에 걸쳐 측정하고, 얻어진 광 강도 데이터를 제1 처리부(15A)로 보낸다. 제1 처리부(15A)는, 상술한 바와 같이 분광 파형에 FFT(고속 푸리에 변환) 처리를 행하여 막의 두께를 결정하고, 제2 처리부(15B)는, 제1 처리부(15A)로부터 얻어진 막의 두께에 기초하여 연마 종점을 결정한다.
도 23은, 도 22에 도시하는 연마 장치의 변형예를 도시하는 단면도이다. 도 23에 도시하는 예에서는, 액체 공급로, 액체 배출로, 액체 공급원은 설치되어 있지 않다. 이 대신에, 연마 패드(22)에는 투명 창(45)이 형성되어 있다. 조사부(11)의 광 파이버(41)는, 이 투명 창(45)을 통해 연마 패드(22) 상의 웨이퍼(W)의 표면에 광을 조사하고, 수광부로서의 광 파이버(12)는 웨이퍼(W)로부터 반사한 광을 투명 창(45)을 통해 수광한다. 그 밖의 구성은, 도 22에 도시하는 연마 장치와 마찬가지이다.
상술한 실시 형태에 사용되는 웨이퍼(기판)의 예로서는, 단층 또는 다층의 절연막이 표면에 형성된 웨이퍼, 이면 조사(BSI)형 이미지 센서 또는 실리콘 관통 전극(TSV)의 제조에 사용되는 웨이퍼를 들 수 있다. 연마되는 막이 실리콘층인 경우, 웨이퍼에 조사되는 광으로서 적외선이 적합하게 사용된다. 실리콘층은, 실리콘 웨이퍼 자체여도 된다. 또한, 본 발명은 실리콘 웨이퍼 자체의 연마(연삭)에도 적용하는 것이 가능하다. 예를 들어, 본 발명은 실리콘 웨이퍼의 이면 연삭에 적용할 수 있다. 실리콘 웨이퍼를 연마(연삭)하는 장치는, 연마 패드(22) 대신에, 지석이 연마구로서 사용된다.
상술한 실시 형태는, 본 발명이 속하는 기술 분야에 있어서의 통상의 지식을 갖는 자가 본 발명을 실시할 수 있는 것을 목적으로 하여 기재된 것이다. 상기 실시 형태의 각종 변형예는, 당업자라면 당연히 이룰 수 있는 것이며, 본 발명의 기술적 사상은 다른 실시 형태에도 적용할 수 있는 것이다. 따라서, 본 발명은, 기재된 실시 형태에 한정되는 일 없이, 특허청구범위에 의해 정의되는 기술적 사상에 따른 가장 넓은 범위로 해야 한다.

Claims (25)

  1. 막이 표면에 형성된 기판을 연마하는 방법이며,
    회전하는 연마 테이블 상의 연마구에 기판을 압박하여 상기 기판을 연마하고,
    상기 기판의 연마 중에, 상기 기판에 광을 조사하고,
    상기 기판으로부터 반사한 광을 수광하고,
    상기 반사한 광의 강도를 파장마다 측정하고,
    측정된 상기 광의 강도를 소정의 기준 강도로 나누어 상대 반사율을 산출하고,
    상기 상대 반사율과 상기 광의 파장의 관계를 나타내는 분광 파형을 생성하고,
    상기 분광 파형에 푸리에 변환 처리를 행하여, 상기 막의 두께 및 대응하는 주파수 성분의 강도를 결정하고,
    상기 결정된 주파수 성분의 강도가 소정의 임계값보다도 높은 경우에는, 상기 결정된 막의 두께를 신뢰성이 높은 측정값이라 인정하고,
    상기 결정된 주파수 성분의 강도가 상기 소정의 임계값 이하인 경우에는, 상기 결정된 막의 두께를 신뢰성이 낮은 측정값이라 인정하고,
    상기 신뢰성이 높은 측정값이 소정의 목표값에 도달한 시점에 기초하여 상기 기판의 연마 종점을 결정하고,
    과거에 취득된 신뢰성이 높은 측정값의 수와 신뢰성이 낮은 측정값의 수의 총합에 대한 신뢰성이 낮은 측정값의 수의 비율을 나타내는 불량 데이터율을 산출하고,
    상기 소정의 임계값을, 상기 불량 데이터율에 기초하여 변화시키는 것을 특징으로 하는, 연마 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 불량 데이터율이 상승함에 따라서, 상기 소정의 임계값을 상승시키는 것을 특징으로 하는, 연마 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 불량 데이터율이 저하됨에 따라서, 상기 소정의 임계값을 상승시키는 것을 특징으로 하는, 연마 방법.
  4. 막이 표면에 형성된 기판을 연마하는 방법이며,
    회전하는 연마 테이블 상의 연마구에 기판을 압박하여 상기 기판을 연마하고,
    상기 기판의 연마 중에, 상기 기판에 광을 조사하고,
    상기 기판으로부터 반사한 광을 수광하고,
    상기 반사한 광의 강도를 파장마다 측정하고,
    측정된 상기 광의 강도를 소정의 기준 강도로 나누어 상대 반사율을 산출하고,
    상기 상대 반사율과 상기 광의 파장의 관계를 나타내는 분광 파형을 생성하고,
    상기 분광 파형에 푸리에 변환 처리를 행하여, 상기 막의 두께 및 대응하는 주파수 성분의 강도를 결정하고,
    상기 결정된 주파수 성분의 강도가 소정의 임계값보다도 높은 경우에는, 상기 결정된 막의 두께를 신뢰성이 높은 측정값이라 인정하고,
    상기 결정된 주파수 성분의 강도가 소정의 임계값 이하인 경우에는, 상기 결정된 막의 두께를 신뢰성이 낮은 측정값이라 인정하고,
    과거에 취득된 신뢰성이 높은 측정값의 수와 신뢰성이 낮은 측정값의 수의 총합에 대한 신뢰성이 낮은 측정값의 수의 비율을 나타내는 불량 데이터율을 산출하고,
    상기 신뢰성이 높은 측정값이 소정의 목표값에 도달한 시점에 기초하여 상기 기판의 연마 종점을 결정하는 공정을 포함하고,
    상기 기판의 연마가 개시되고 나서 상기 불량 데이터율이 소정의 기준값을 하회할 때까지, 상기 기판의 연마 종점을 결정하지 않는 것을 특징으로 하는, 연마 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 기판의 연마 중에, 상기 불량 데이터율이 상승하여 소정의 상한값에 도달한 경우에는, 알람 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는, 연마 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 기판의 연마 중에, 상기 불량 데이터율이 상승하여 상기 소정의 상한값에 도달한 경우에는, 상기 기판의 연마를 정지시키는 것을 특징으로 하는, 연마 방법.
  7. 막이 표면에 형성된 기판을 연마하는 방법이며,
    회전하는 연마 테이블 상의 연마구에 기판을 압박하여 상기 기판을 연마하고,
    상기 기판의 연마 중에, 상기 기판에 광을 조사하고,
    상기 기판으로부터 반사한 광을 수광하고,
    상기 반사한 광의 강도를 파장마다 측정하고,
    측정된 상기 광의 강도를 소정의 기준 강도로 나누어 상대 반사율을 산출하고,
    상기 상대 반사율과 상기 광의 파장의 관계를 나타내는 분광 파형을 생성하고,
    상기 분광 파형에 푸리에 변환 처리를 행하여, 상기 막의 두께 및 대응하는 주파수 성분의 강도를 결정하고,
    상기 결정된 주파수 성분의 강도가 소정의 임계값보다도 높은 경우에는, 상기 결정된 막의 두께를 신뢰성이 높은 측정값이라 인정하고,
    상기 결정된 주파수 성분의 강도가 소정의 임계값 이하인 경우에는, 상기 결정된 막의 두께를 신뢰성이 낮은 측정값이라 인정하고,
    과거에 취득된 신뢰성이 높은 측정값의 수와 신뢰성이 낮은 측정값의 수의 총합에 대한 신뢰성이 낮은 측정값의 수의 비율을 나타내는 불량 데이터율을 산출하고,
    상기 신뢰성이 높은 측정값이 소정의 목표값에 도달한 시점에 기초하여 상기 기판의 연마 종점을 결정하는 공정을 포함하고,
    상기 기판의 연마 중에, 상기 불량 데이터율이 상승하여 소정의 상한값에 도달한 경우에는, 알람 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는, 연마 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 기판의 연마 중에, 상기 불량 데이터율이 상승하여 상기 소정의 상한값에 도달한 경우에는, 상기 기판의 연마를 정지시키는 것을 특징으로 하는, 연마 방법.
  9. 제7항에 있어서, 상기 기판의 연마가 개시되고 나서 상기 불량 데이터율이 소정의 기준값을 하회할 때까지, 상기 기판의 연마 종점을 결정하지 않는 것을 특징으로 하는, 연마 방법.
  10. 제1 막 및 제2 막을 포함하는 다층 구조체가 표면에 형성된 기판을 연마하는 방법이며,
    회전하는 연마 테이블 상의 연마구에 기판을 압박하여 상기 기판을 연마하고,
    상기 기판의 연마 중에, 상기 기판에 광을 조사하고,
    상기 기판으로부터 반사한 광을 수광하고,
    상기 반사한 광의 강도를 파장마다 측정하고,
    측정된 상기 광의 강도를 소정의 기준 강도로 나누어 상대 반사율을 산출하고,
    상기 상대 반사율과 상기 광의 파장의 관계를 나타내는 분광 파형을 생성하고,
    상기 분광 파형에 푸리에 변환 처리를 행하여, 상기 제1 막의 두께, 상기 제1 막의 두께에 대응하는 상기 주파수 성분의 강도, 상기 제2 막의 두께 및 상기 제2 막의 두께에 대응하는 상기 주파수 성분의 강도를 결정하고,
    상기 제1 막의 두께에 대응하는 상기 주파수 성분의 강도와, 상기 제2 막의 두께에 대응하는 상기 주파수 성분의 강도의 차가 소정의 설정값보다도 큰 경우에는, 상기 결정된 제1 막의 두께를 신뢰성이 높은 측정값이라 인정하고,
    상기 신뢰성이 높은 측정값이 소정의 목표값에 도달한 시점에 기초하여 상기 기판의 연마 종점을 결정하는 것을 특징으로 하는, 연마 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 차가 상기 소정의 설정값보다도 크고, 상기 제1 막의 두께에 대응하는 상기 주파수 성분의 강도가 소정의 제1 하한값보다도 크고, 또한 상기 제2 막의 두께에 대응하는 상기 주파수 성분의 강도가 소정의 제2 하한값보다도 큰 경우에는, 상기 결정된 제1 막의 두께를 신뢰성이 높은 측정값이라 인정하는 것을 특징으로 하는, 연마 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 소정의 제1 하한값과 상기 소정의 제2 하한값은, 동일한 값인 것을 특징으로 하는, 연마 방법.
  13. 막이 표면에 형성된 기판을 연마하는 장치이며,
    연마구를 지지하는 회전 가능한 연마 테이블과,
    상기 회전하는 연마 테이블 상의 상기 연마구에 상기 기판을 압박하는 톱 링과,
    상기 톱 링에 보유 지지된 상기 기판에 광을 조사하는 조사부와,
    상기 기판으로부터 반사한 광을 수광하는 수광부와,
    상기 반사한 광의 강도를 파장마다 측정하는 분광기와,
    상기 분광기에 의해 취득된 광 강도 데이터로부터 상기 막의 두께를 결정하는 연마 감시부를 구비하고,
    상기 연마 감시부는,
    측정된 상기 광의 강도를 소정의 기준 강도로 나누어 상대 반사율을 산출하고,
    상기 상대 반사율과 상기 광의 파장의 관계를 나타내는 분광 파형을 생성하고,
    상기 분광 파형에 푸리에 변환 처리를 행하여, 상기 막의 두께 및 대응하는 주파수 성분의 강도를 결정하고,
    상기 결정된 주파수 성분의 강도가 소정의 임계값보다도 높은 경우에는, 상기 결정된 막의 두께를 신뢰성이 높은 측정값이라 인정하고,
    상기 결정된 주파수 성분의 강도가 상기 소정의 임계값 이하인 경우에는, 상기 결정된 막의 두께를 신뢰성이 낮은 측정값이라 인정하고,
    상기 신뢰성이 높은 측정값이 소정의 목표값에 도달한 시점에 기초하여 상기 기판의 연마 종점을 결정하고,
    과거에 취득된 신뢰성이 높은 측정값의 수와 신뢰성이 낮은 측정값의 수의 총합에 대한 신뢰성이 낮은 측정값의 수의 비율을 나타내는 불량 데이터율을 산출하고,
    상기 소정의 임계값을, 상기 불량 데이터율에 기초하여 변화시키도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는, 연마 장치.
  14. 제13항에 있어서, 상기 연마 감시부는, 상기 불량 데이터율이 상승함에 따라서, 상기 소정의 임계값을 상승시키는 것을 특징으로 하는, 연마 장치.
  15. 제13항에 있어서, 상기 연마 감시부는, 상기 불량 데이터율이 저하됨에 따라서, 상기 소정의 임계값을 상승시키는 것을 특징으로 하는, 연마 장치.
  16. 막이 표면에 형성된 기판을 연마하는 장치이며,
    연마구를 지지하는 회전 가능한 연마 테이블과,
    상기 회전하는 연마 테이블 상의 상기 연마구에 상기 기판을 압박하는 톱 링과,
    상기 톱 링에 보유 지지된 상기 기판에 광을 조사하는 조사부와,
    상기 기판으로부터 반사한 광을 수광하는 수광부와,
    상기 반사한 광의 강도를 파장마다 측정하는 분광기와,
    상기 분광기에 의해 취득된 광 강도 데이터로부터 상기 막의 두께를 결정하는 연마 감시부를 구비하고,
    상기 연마 감시부는,
    측정된 상기 광의 강도를 소정의 기준 강도로 나누어 상대 반사율을 산출하고,
    상기 상대 반사율과 상기 광의 파장의 관계를 나타내는 분광 파형을 생성하고,
    상기 분광 파형에 푸리에 변환 처리를 행하여, 상기 막의 두께 및 대응하는 주파수 성분의 강도를 결정하고,
    상기 결정된 주파수 성분의 강도가 소정의 임계값보다도 높은 경우에는, 상기 결정된 막의 두께를 신뢰성이 높은 측정값이라 인정하고,
    상기 결정된 주파수 성분의 강도가 상기 소정의 임계값 이하인 경우에는, 상기 결정된 막의 두께를 신뢰성이 낮은 측정값이라 인정하고,
    과거에 취득된 신뢰성이 높은 측정값의 수와 신뢰성이 낮은 측정값의 수의 총합에 대한 신뢰성이 낮은 측정값의 수의 비율을 나타내는 불량 데이터율을 산출하고,
    상기 신뢰성이 높은 측정값이 소정의 목표값에 도달한 시점에 기초하여 상기 기판의 연마 종점을 결정하고,
    상기 기판의 연마가 개시되고 나서 상기 불량 데이터율이 소정의 기준값을 하회할 때까지, 상기 기판의 연마 종점을 결정하지 않도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는, 연마 장치.
  17. 제16항에 있어서, 상기 연마 감시부는, 상기 기판의 연마 중에, 상기 불량 데이터율이 상승하여 소정의 상한값에 도달한 경우에는, 알람 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는, 연마 장치.
  18. 제17항에 있어서, 상기 연마 감시부는, 상기 기판의 연마 중에, 상기 불량 데이터율이 상승하여 상기 소정의 상한값에 도달한 경우에는, 상기 기판의 연마를 정지시키는 것을 특징으로 하는, 연마 장치.
  19. 막이 표면에 형성된 기판을 연마하는 장치이며,
    연마구를 지지하는 회전 가능한 연마 테이블과,
    상기 회전하는 연마 테이블 상의 상기 연마구에 상기 기판을 압박하는 톱 링과,
    상기 톱 링에 보유 지지된 상기 기판에 광을 조사하는 조사부와,
    상기 기판으로부터 반사한 광을 수광하는 수광부와,
    상기 반사한 광의 강도를 파장마다 측정하는 분광기와,
    상기 분광기에 의해 취득된 광 강도 데이터로부터 상기 막의 두께를 결정하는 연마 감시부를 구비하고,
    상기 연마 감시부는,
    측정된 상기 광의 강도를 소정의 기준 강도로 나누어 상대 반사율을 산출하고,
    상기 상대 반사율과 상기 광의 파장의 관계를 나타내는 분광 파형을 생성하고,
    상기 분광 파형에 푸리에 변환 처리를 행하여, 상기 막의 두께 및 대응하는 주파수 성분의 강도를 결정하고,
    상기 결정된 주파수 성분의 강도가 소정의 임계값보다도 높은 경우에는, 상기 결정된 막의 두께를 신뢰성이 높은 측정값이라 인정하고,
    상기 결정된 주파수 성분의 강도가 상기 소정의 임계값 이하인 경우에는, 상기 결정된 막의 두께를 신뢰성이 낮은 측정값이라 인정하고,
    과거에 취득된 신뢰성이 높은 측정값의 수와 신뢰성이 낮은 측정값의 수의 총합에 대한 신뢰성이 낮은 측정값의 수의 비율을 나타내는 불량 데이터율을 산출하고,
    상기 신뢰성이 높은 측정값이 소정의 목표값에 도달한 시점에 기초하여 상기 기판의 연마 종점을 결정하고,
    상기 기판의 연마 중에, 상기 불량 데이터율이 상승하여 소정의 상한값에 도달한 경우에는, 알람 신호를 출력하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는, 연마 장치.
  20. 제19항에 있어서, 상기 연마 감시부는, 상기 기판의 연마 중에, 상기 불량 데이터율이 상승하여 상기 소정의 상한값에 도달한 경우에는, 상기 기판의 연마를 정지시키는 것을 특징으로 하는, 연마 장치.
  21. 제19항에 있어서, 상기 연마 감시부는, 상기 기판의 연마가 개시되고 나서 상기 불량 데이터율이 소정의 기준값을 하회할 때까지, 상기 기판의 연마 종점을 결정하지 않는 것을 특징으로 하는, 연마 장치.
  22. 제1 막 및 제2 막을 포함하는 다층 구조체가 표면에 형성된 기판을 연마하는 장치이며,
    연마구를 지지하는 회전 가능한 연마 테이블과,
    상기 회전하는 연마 테이블 상의 상기 연마구에 상기 기판을 압박하는 톱 링과,
    상기 톱 링에 보유 지지된 상기 기판에 광을 조사하는 조사부와,
    상기 기판으로부터 반사한 광을 수광하는 수광부와,
    상기 반사한 광의 강도를 파장마다 측정하는 분광기와,
    상기 분광기에 의해 취득된 광 강도 데이터로부터 상기 제1 막의 두께를 결정하는 연마 감시부를 구비하고,
    상기 연마 감시부는,
    측정된 상기 광의 강도를 소정의 기준 강도로 나누어 상대 반사율을 산출하고,
    상기 상대 반사율과 상기 광의 파장의 관계를 나타내는 분광 파형을 생성하고,
    상기 분광 파형에 푸리에 변환 처리를 행하여, 상기 제1 막의 두께, 상기 제1 막의 두께에 대응하는 상기 주파수 성분의 강도, 상기 제2 막의 두께 및 상기 제2 막의 두께에 대응하는 상기 주파수 성분의 강도를 결정하고,
    상기 제1 막의 두께에 대응하는 상기 주파수 성분의 강도와, 상기 제2 막의 두께에 대응하는 상기 주파수 성분의 강도의 차가 소정의 설정값보다도 큰 경우에는, 상기 결정된 제1 막의 두께를 신뢰성이 높은 측정값이라 인정하고,
    상기 신뢰성이 높은 측정값이 소정의 목표값에 도달한 시점에 기초하여 상기 기판의 연마 종점을 결정하는 것을 특징으로 하는, 연마 장치.
  23. 제22항에 있어서, 상기 연마 감시부는, 상기 차가 상기 소정의 설정값보다도 크고, 상기 제1 막의 두께에 대응하는 상기 주파수 성분의 강도가 소정의 제1 하한값보다도 크고, 또한 상기 제2 막의 두께에 대응하는 상기 주파수 성분의 강도가 소정의 제2 하한값보다도 큰 경우에는, 상기 결정된 제1 막의 두께를 신뢰성이 높은 측정값이라 인정하는 것을 특징으로 하는, 연마 장치.
  24. 제23항에 있어서, 상기 소정의 제1 하한값과 상기 소정의 제2 하한값은, 동일한 값인 것을 특징으로 하는, 연마 장치.
  25. 막이 표면에 형성된 기판을 연마하는 방법이며,
    회전하는 연마 테이블 상의 연마구에 기판을 압박하여 상기 기판을 연마하고,
    상기 기판의 연마 중에, 상기 기판에 광을 조사하고,
    상기 기판으로부터 반사한 광의 강도로부터 상대 반사율을 산출하고,
    상기 상대 반사율과 상기 광의 파장의 관계를 나타내는 분광 파형을 생성하고,
    상기 분광 파형으로부터 상기 막의 두께를 결정하고,
    상기 상대 반사율에 기초하여, 상기 결정된 막의 두께의 신뢰성이 높은지 여부를 결정하는 것을 특징으로 하는, 연마 방법.
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