KR20150007963A - 막 두께 측정 장치, 막 두께 측정 방법 및 막 두께 측정 장치를 구비한 연마 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 과제는, 막 두께의 측정 정밀도를 향상시킬 수 있는 막 두께 측정 장치 및 막 두께 측정 방법을 제공하는 것이다.
막 두께 측정 장치는, 기판(W)을 수평하게 지지하는 기판 스테이지(87)와, 기판 스테이지(87) 상의 기판(W)의 표면 전체에 린스수를 공급하는 린스수 공급부(90)와, 기판 스테이지(87) 상의 기판(W)의 표면 상의 측정 영역에 광을 조사하고, 측정 영역으로부터의 반사광의 스펙트럼을 생성하고, 상기 스펙트럼으로부터 기판(W)의 막 두께를 결정하는 막 두께 측정 헤드(84)와, 광의 광로 상에 기체의 흐름을 형성하고, 상기 기체의 흐름을 측정 영역에 닿게 하는 유체 공급부(130)를 구비한다.

Description

막 두께 측정 장치, 막 두께 측정 방법 및 막 두께 측정 장치를 구비한 연마 장치{FILM-THICKNESS MEASURING APPARATUS, FILM-THICKNESS MEASURING METHOD, AND POLISHING APPARATUS HAVING THE FILM-THICKNESS MEASURING APPARATUS}
본 발명은, 웨이퍼 등의 기판의 막 두께를 측정하는 막 두께 측정 장치 및 막 두께 측정 방법 및 막 두께 측정 장치를 구비한 연마 장치에 관한 것이다.
반도체 디바이스는, 앞으로 점점 미세화가 진행될 것으로 예상된다. 그러한 미세 구조를 실현하기 위해, CMP 장치로 대표되는 연마 장치에는, 보다 정밀한 프로세스 컨트롤 및 보다 고도의 연마 성능이 요구되고 있다. 구체적으로는, 보다 정확한 잔여막 컨트롤(즉, 연마 종점 검출 정밀도) 및 보다 개선된 연마 결과(적은 디펙트나 평탄한 피연마면)가 요구된다. 이것에 더하여, 보다 높은 생산성(스루풋)도 요구된다.
현재의 연마 장치에서는, 연마 정밀도를 향상시키기 위해 「리워크」라 불리는 재연마가 행해지고 있다. 이 재연마는, 연마 장치에서 연마된 웨이퍼를 외부의 막 두께 측정 장치에 반입하여, 연마된 웨이퍼의 막 두께를 막 두께 측정 장치에서 측정하고, 측정된 막 두께와 목표 막 두께의 차를 없애기 위해, 다시 웨이퍼를 연마하는 공정이다.
종래의 웨이퍼의 연마 방법의 흐름에 대해 도 1을 참조하여 설명한다. 연마 장치는, 일반적으로, 연마부와 세정부로 구분되어 있다. 웨이퍼는, 우선, 연마부로 반송된다. 연마부에서는, 연마 테이블 상의 연마 패드에 연마액(슬러리)을 공급하면서, 웨이퍼와 연마 패드를 미끄럼 접촉시킴으로써 웨이퍼가 연마된다(스텝 1). 연마된 웨이퍼는, 다음으로 세정부로 반송되어, 여기서 웨이퍼가 세정되고(스텝 2), 또한 세정된 웨이퍼가 건조된다(스텝 3).
이와 같이 하여 처리된 웨이퍼는, 다음으로 연마 장치의 외부에 설치된 막 두께 측정 장치로 반송되어(스텝 4), 여기서, 연마된 웨이퍼의 막 두께가 측정된다(스텝 5). 웨이퍼의 막 두께가 소정의 목표 막 두께와 비교되고(스텝 6), 웨이퍼의 막 두께가 목표 막 두께에 도달되어 있지 않은 경우는, 웨이퍼는, 다시 연마 장치로 반입되어, 다시 연마되고, 세정되고, 그리고, 건조된다. 그러나, 이러한 리워크라 불리는 재연마는 정확한 막 두께를 실현하기 위해서는 유효하지만, 웨이퍼의 최초의 연마로부터 재연마까지 어느 정도의 시간이 걸려, 생산성(스루풋)을 저하시켜 버린다.
상술한 연마 방법에 의하면, 외부의 막 두께 측정 장치에서의 막 두께 측정 결과에 기초하여, 후속의 웨이퍼의 연마 조건(연마 시간, 연마 압력 등)을 조정하는 것이 가능하다. 그러나, 조정된 연마 조건이 웨이퍼의 연마에 적용되기까지 이미 수 매의 웨이퍼의 연마가 종료되어 있으므로, 그들 웨이퍼의 연마에는 조정된 연마 조건이 반영되지 않는다. 조정된 연마 조건을 다음 웨이퍼의 연마에 적용하기 위해서는, 앞의 웨이퍼의 막 두께 측정이 종료되고, 연마 조건의 조정이 완료될 때까지, 다음 웨이퍼의 연마를 대기시킬 필요가 있다. 그러나, 이러한 조작은, 생산성(스루풋)을 저하시켜 버린다.
상술한 막 두께 측정 장치로서, 웨이퍼가 젖은 상태에서 그 막 두께를 측정할 수 있는, 이른바 웨트형 막 두께 측정 장치가 사용되는 경우도 있다. 이 웨트형 막 두께 측정 장치는, 그 막 두께 측정 헤드와 웨이퍼 사이에 순수를 개재시킨 상태에서, 웨이퍼의 막 두께를 측정하도록 구성된다. 이 타입의 막 두께 측정 장치를 사용하면, 웨이퍼를 연마한 직후에 웨트 상태의 웨이퍼 막 두께를 측정할 수 있다.
그러나, 연마액(슬러리)이나 연마 부스러기가, 막 두께 측정 헤드와 웨이퍼 사이에 존재하는 순수에 혼입되어, 순수의 청정도가 저하되는 결과, 막 두께 측정의 정밀도가 저하되는 경우가 있었다.
본 발명은, 상술한 종래의 문제점에 비추어 이루어진 것으로, 막 두께의 측정 정밀도를 향상시킬 수 있는 막 두께 측정 장치 및 막 두께 측정 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 본 발명은 그러한 막 두께 측정 장치를 구비한 연마 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 형태는, 기판을 수평하게 지지하는 기판 스테이지와, 상기 기판 스테이지 상의 기판의 표면 전체에 린스수를 공급하는 린스수 공급부와, 상기 기판 스테이지 상의 상기 기판의 표면 상의 측정 영역에 광을 조사하고, 상기 측정 영역으로부터의 반사광의 스펙트럼을 생성하고, 상기 스펙트럼으로부터 상기 기판의 막 두께를 결정하는 막 두께 측정 헤드와, 상기 광의 광로 상에 기체의 흐름을 형성하고, 상기 기체의 흐름을 상기 측정 영역에 닿게 하는 유체 공급부를 구비한 것을 특징으로 하는 막 두께 측정 장치이다.
본 발명의 다른 형태는, 기판을 수평하게 지지하는 기판 스테이지와, 상기 기판 스테이지 상의 기판의 표면 전체에 린스수를 공급하는 린스수 공급부와, 상기 기판의 표면에 접촉 또는 근접 가능한 개구부를 갖는 노즐과, 상기 노즐 내에 액체를 공급하는 액체 공급 라인과, 상기 노즐 내의 액체를 통해, 상기 기판 스테이지 상의 상기 기판의 표면 상의 측정 영역에 광을 조사하고, 상기 측정 영역으로부터의 반사광의 스펙트럼을 생성하고, 상기 스펙트럼으로부터 상기 기판의 막 두께를 결정하는 막 두께 측정 헤드를 구비한 것을 특징으로 하는 막 두께 측정 장치이다.
본 발명의 다른 형태는, 기판을 수평하게 지지하고, 상기 기판의 표면 전체에 린스수를 공급하고, 상기 기판의 표면 상의 측정 영역에 광을 조사하면서, 광의 광로 상에 기체의 흐름을 형성하고, 또한 상기 기체의 흐름을 상기 측정 영역에 닿게 하고, 상기 측정 영역으로부터의 반사광의 스펙트럼을 생성하고, 상기 스펙트럼으로부터 상기 기판의 막 두께를 결정하는 것을 특징으로 하는 막 두께 측정 방법이다.
본 발명의 다른 형태는, 기판을 수평하게 지지하고, 상기 기판의 표면 전체에 린스수를 공급하고, 노즐의 개구부를 상기 기판의 표면에 접촉 또는 근접시키고, 상기 노즐 내에 액체를 공급하고, 상기 노즐 내의 액체를 통해, 상기 기판의 표면 상의 측정 영역에 광을 조사하고, 상기 측정 영역으로부터의 반사광의 스펙트럼을 생성하고, 상기 스펙트럼으로부터 상기 기판의 막 두께를 결정하는 것을 특징으로 하는 막 두께 측정 방법이다.
본 발명의 다른 형태는, 기판을 연마하는 연마부와, 상기 기판을 세정 건조하는 세정부와, 상기 막 두께 측정 장치를 구비한 것을 특징으로 하는 연마 장치이다.
본 발명에 따르면, 기판의 측정 영역에 공급되는 기체 또는 순수 등의 유체는, 이 측정 영역 상에 형성된 린스수의 막을 국소적으로 제거할 수 있다. 따라서, 막 두께 측정 헤드는, 린스수의 영향을 받는 일 없이, 정확한 막 두께를 측정할 수 있다.
도 1은 종래의 웨이퍼의 연마 방법을 설명하는 흐름도.
도 2는 연마 방법을 나타내는 흐름도.
도 3은 도 2에 도시하는 연마 방법을 실행할 수 있는 연마 장치를 도시하는 도면.
도 4는 제1 연마 유닛을 모식적으로 도시하는 사시도.
도 5는 도 4에 도시하는 톱 링을 도시하는 단면도.
도 6의 (a) 및 도 6의 (b)는 웨트형 막 두께 측정 장치를 도시하는 모식도.
도 7은 웨트형 막 두께 측정 장치의 막 두께 측정 헤드의 상세를 도시하는 모식도.
도 8은 막 두께 측정 헤드에 인접하여 기체 분사부가 설치된 예를 도시하는 도면.
도 9는 웨트형 막 두께 측정 장치의 다른 실시 형태를 도시하는 도면.
도 10은 도 9에 도시하는 기체 공급부의 상면도.
도 11은 복수의 기체 도입 라인을 노즐에 접속한 구조를 갖는 기체 공급부를 도시하는 상면도.
도 12는 웨트형 막 두께 측정 장치의 또 다른 실시 형태를 도시하는 도면.
도 13은 도 12에 도시하는 노즐, 순수 공급 라인 및 순수 배출 라인의 상면도.
도 14는 원통 형상의 구획벽에 의해, 노즐의 내부 공간이 내측의 도입 공간과 외측의 배출 공간으로 구획된 구조를 도시하는 도면.
도 15는 순수 배출 라인 및 구획벽을 생략한 예를 도시하는 도면.
도 16은 웨이퍼의 표면의 주연부에 환 형상의 둑을 설치한 예를 도시하는 단면도.
도 17은 웨이퍼의 표면의 주연부에 환 형상의 둑을 설치한 예를 도시하는 상면도.
도 18은 둑 및 시일 부재의 확대도.
도 19는 웨트형 막 두께 측정 장치의 또 다른 실시 형태를 도시하는 도면.
도 20은 웨이퍼의 단면 구조의 일례를 도시하는 도면.
도 21의 (a) 및 도 21의 (b)는 도 20에 도시하는 웨이퍼의 연마 방법의 일례를 도시하는 도면.
도 22는 도 21의 (a) 및 도 21의 (b)에 도시하는 웨이퍼의 연마 방법을 설명하기 위한 흐름도.
도 23의 (a), 도 23의 (b), 도 23의 (c), 도 23의 (d)는, 도 20에 도시하는 웨이퍼의 연마 방법의 다른 예를 도시하는 도면.
도 24는 도 23의 (a), 도 23의 (b), 도 23의 (c), 도 23의 (d)에 도시하는 웨이퍼의 연마 방법을 설명하기 위한 흐름도.
도 25의 (a), 도 25의 (b), 도 25의 (c), 도 25의 (d)는 도 20에 도시하는 웨이퍼의 연마 방법의 또 다른 예를 도시하는 도면.
도 26은 도 25의 (a), 도 25의 (b), 도 25의 (c), 도 25의 (d)에 도시하는 웨이퍼의 연마 방법을 설명하기 위한 흐름도.
도 27은 텅스텐막, 배리어막 및 절연막으로 이루어지는 적층 구조의 단면도.
도 28의 (a) 및 도 28의 (b)는 도 27에 도시하는 웨이퍼의 연마 방법의 일례를 도시하는 도면.
도 29는 도 28의 (a) 및 도 28의 (b)에 도시하는 웨이퍼의 연마 방법을 설명하기 위한 흐름도.
도 30은 층간 절연막(ILD)이 형성된 웨이퍼의 단면도.
도 31의 (a) 및 도 31의 (b)는 도 30에 도시하는 웨이퍼의 연마 방법의 일례를 도시하는 도면.
도 32는 도 31의 (a) 및 도 31의 (b)에 도시하는 웨이퍼의 연마 방법을 설명하기 위한 흐름도.
도 33은 STI(쉘로우 트렌치 아이솔레이션) 프로세스를 도시하는 웨이퍼의 단면도.
도 34의 (a) 및 도 34의 (b)는, 도 33에 도시하는 웨이퍼의 연마 방법의 일례를 도시하는 도면.
도 35는 도 34의 (a) 및 도 34의 (b)에 도시하는 웨이퍼의 연마 방법을 설명하기 위한 흐름도.
도 36은 High-k 메탈 게이트를 형성하는 과정에 있어서 CMP가 적용되는 적층 구조가 형성된 웨이퍼의 단면도.
도 37의 (a), 도 37의 (b), 도 37의 (c), 도 37의 (d)는, 도 36에 도시하는 웨이퍼의 연마 방법의 일례를 도시하는 도면.
도 38은 도 37의 (a), 도 37의 (b), 도 37의 (c), 도 37의 (d)에 도시하는 웨이퍼의 연마 방법을 설명하기 위한 흐름도.
도 39는 도 37의 (a), 도 37의 (b), 도 37의 (c), 도 37의 (d)에 도시하는 웨이퍼의 다른 연마 방법을 설명하기 위한 흐름도.
도 40은 와전류식 막 두께 센서 및 광학식 막 두께 센서를 구비한 제1 연마 유닛을 도시하는 모식 단면도.
도 41은 광학식 막 두께 센서의 원리를 설명하기 위한 모식도.
도 42는 웨이퍼와 연마 테이블의 위치 관계를 도시하는 평면도.
도 43은 동작 제어부에 의해 생성된 스펙트럼을 도시하는 도면.
도 44는 동작 제어부에 의해 생성된 현재의 스펙트럼과 복수의 기준 스펙트럼의 비교로부터 현재의 막 두께를 결정하는 프로세스를 설명하는 도면.
도 45는 막 두께차 Δα에 대응하는 2개의 스펙트럼을 도시하는 모식도.
도 46은 와전류식 막 두께 센서의 원리를 설명하기 위한 회로를 도시하는 도면.
도 47은 막 두께와 함께 변화되는 X, Y를, XY 좌표계 상에 플롯함으로써 그려지는 그래프를 나타내는 도면.
도 48은 도 47의 그래프 도형을 반시계 방향으로 90도 회전시키고, 또한 평행 이동시킨 그래프를 나타내는 도면.
도 49는 코일과 웨이퍼의 거리에 따라서 변화되는 XY 좌표의 원호 궤적을 도시하는 도면.
도 50은 연마 시간에 따라서 변화되는 각도 θ를 나타내는 그래프.
이하, 본 발명의 실시 형태에 대해, 도면을 참조하여 설명한다.
도 2는 연마 방법을 나타내는 흐름도이다. 도 2에 나타내는 바와 같이, 연마된 웨이퍼를 세정, 건조하기 전에, 웨트 상태의 웨이퍼의 막 두께가 측정된다. 측정된 막 두께가 소정의 목표값에 도달되어 있지 않은 경우는, 웨이퍼는 연마부로 복귀되어, 재연마된다. 이와 같이, 웨이퍼가 세정 및 건조되기 전에, 그 웨이퍼를 재연마할 수 있으므로, 재연마에 필요로 하는 시간을 단축할 수 있다. 그 결과, 스루풋을 향상시킬 수 있다. 나아가서는, 막 두께의 측정 결과에 기초하여 조정된 연마 조건(연마 시간, 연마 압력 등)을 다음 웨이퍼의 연마에 적용할 수 있다. 따라서, 스루풋을 향상시킬 수 있다.
도 3은, 상기 연마 방법을 실행할 수 있는 연마 장치를 도시하는 도면이다. 도 3에 도시하는 바와 같이, 이 연마 장치는, 대략 직사각 형상의 하우징(1)을 구비하고 있고, 하우징(1)의 내부는 격벽(1a, 1b)에 의해 로드/언로드부(2)와 연마부(3)와 세정부(4)로 구획되어 있다. 연마 장치는, 웨이퍼 처리 동작을 제어하는 동작 제어부(5)를 갖고 있다.
로드/언로드부(2)는, 다수의 웨이퍼(기판)를 스톡하는 웨이퍼 카세트가 적재되는 프론트 로드부(20)를 구비하고 있다. 이 로드/언로드부(2)에는, 프론트 로드부(20)의 배열을 따라 주행 기구(21)가 부설되어 있고, 이 주행 기구(21) 상에 웨이퍼 카세트의 배열 방향을 따라 이동 가능한 2대의 반송 로봇(로더)(22)이 설치되어 있다. 반송 로봇(22)은 주행 기구(21) 상을 이동함으로써 프론트 로드부(20)에 탑재된 웨이퍼 카세트에 액세스할 수 있도록 되어 있다.
연마부(3)는, 웨이퍼의 연마가 행해지는 영역으로, 제1 연마 유닛(3A), 제2 연마 유닛(3B), 제3 연마 유닛(3C), 제4 연마 유닛(3D)을 구비하고 있다. 도 3에 도시하는 바와 같이, 제1 연마 유닛(3A)은, 연마면을 갖는 연마 패드(10)가 장착된 제1 연마 테이블(30A)과, 웨이퍼를 보유 지지하고 또한 웨이퍼를 연마 테이블(30A) 상의 연마 패드(10)에 압박하면서 연마하기 위한 제1 톱 링(31A)과, 연마 패드(10)에 연마액(예를 들어, 슬러리)이나 드레싱액(예를 들어, 순수)을 공급하기 위한 제1 연마액 공급 기구(32A)와, 연마 패드(10)의 연마면의 드레싱을 행하기 위한 제1 드레서(33A)와, 액체(예를 들어, 순수)와 기체(예를 들어, 질소 가스)의 혼합 유체 또는 액체(예를 들어, 순수)를 안개상으로 하여 연마면에 분사하는 제1 아토마이저(34A)를 구비하고 있다.
마찬가지로, 제2 연마 유닛(3B)은, 연마 패드(10)가 장착된 제2 연마 테이블(30B)과, 제2 톱 링(31B)과, 제2 연마액 공급 기구(32B)와, 제2 드레서(33B)와, 제2 아토마이저(34B)를 구비하고 있고, 제3 연마 유닛(3C)은, 연마 패드(10)가 장착된 제3 연마 테이블(30C)과, 제3 톱 링(31C)과, 제3 연마액 공급 기구(32C)와, 제3 드레서(33C)와, 제3 아토마이저(34C)를 구비하고 있고, 제4 연마 유닛(3D)은, 연마 패드(10)가 장착된 제4 연마 테이블(30D)과, 제4 톱 링(31D)과, 제4 연마액 공급 기구(32D)와, 제4 드레서(33D)와, 제4 아토마이저(34D)를 구비하고 있다.
제1 연마 유닛(3A), 제2 연마 유닛(3B), 제3 연마 유닛(3C) 및 제4 연마 유닛(3D)은, 서로 동일한 구성을 갖고 있으므로, 이하, 제1 연마 유닛(31A)에 대해 도 4를 참조하여 설명한다. 도 4는, 제1 연마 유닛을 모식적으로 도시하는 사시도이다. 또한, 도 4에 있어서, 드레서(33A) 및 아토마이저(34A)는 생략되어 있다.
연마 테이블(30A)은, 테이블 축(30a)을 개재하여 그 하방에 배치되는 테이블 모터(19)에 연결되어 있고, 이 테이블 모터(19)에 의해 연마 테이블(30A)이 화살표로 나타내는 방향으로 회전되도록 되어 있다. 이 연마 테이블(30A)의 상면에는 연마 패드(10)가 부착되어 있고, 연마 패드(10)의 상면이 웨이퍼(W)를 연마하는 연마면(10a)을 구성하고 있다. 톱 링(31A)은 톱 링 샤프트(16)의 하단부에 연결되어 있다. 톱 링(31A)은, 진공 흡착에 의해 그 하면에 웨이퍼(W)를 보유 지지할 수 있도록 구성되어 있다. 톱 링 샤프트(16)는, 도시하지 않은 상하 이동 기구에 의해 상하 이동하도록 되어 있다.
연마 테이블(30A)의 내부에는, 웨이퍼(W)의 막 두께에 따라서 변화되는 막 두께 신호를 취득하는 광학식 막 두께 센서(40) 및 와전류식 막 두께 센서(60)가 배치되어 있다. 이들 막 두께 센서(40, 60)는, 기호 A로 나타내는 바와 같이 연마 테이블(30A)과 일체로 회전하고, 톱 링(31A)에 보유 지지된 웨이퍼(W)의 막 두께 신호를 취득한다. 광학식 막 두께 센서(40) 및 와전류식 막 두께 센서(60)는, 도 3에 도시하는 동작 제어부(5)에 접속되어 있고, 이들 막 두께 센서(40, 60)에 의해 취득된 막 두께 신호는 동작 제어부(5)로 보내지도록 되어 있다. 동작 제어부(5)는, 막 두께를 직접 또는 간접적으로 나타내는 막 두께 지표값을 막 두께 신호로부터 생성한다.
또한, 연마 테이블(30A)을 회전시키는 테이블 모터(19)의 입력 전류(즉, 토크 전류)를 계측하는 토크 전류 계측기(70)가 설치되어 있다. 토크 전류 계측기(70)에 의해 계측된 토크 전류값은 동작 제어부(5)로 보내지고, 웨이퍼(W)의 연마 중에는 동작 제어부(5)에 의해 토크 전류값이 감시된다.
웨이퍼(W)의 연마는 다음과 같이 하여 행해진다. 톱 링(31A) 및 연마 테이블(30A)을 각각 화살표로 나타내는 방향으로 회전시켜, 연마액 공급 기구(32A)로부터 연마 패드(10) 상에 연마액(슬러리)을 공급한다. 이 상태에서, 하면에 웨이퍼(W)를 보유 지지한 톱 링(31A)은, 웨이퍼(W)를 연마 패드(10)의 연마면(10a)에 압박한다. 웨이퍼(W)의 표면은, 연마액에 포함되는 지립의 기계적 작용과 연마액의 화학적 작용에 의해 연마된다. 연마 종료 후에는 드레서(33A)에 의한 연마면(10a)의 드레싱(컨디셔닝)이 행해지고, 또한 아토마이저(34A)로부터 고압의 유체가 연마면(10a)에 공급되어, 연마면(10a)에 잔류하는 연마 부스러기나 지립 등이 제거된다.
톱 링(31A)은, 웨이퍼의 복수의 영역을 독립적으로 연마 패드에 압박할 수 있도록 구성되어 있다. 도 5는, 도 4에 도시하는 톱 링(31A)을 도시하는 단면도이다. 톱 링(31A)은, 톱 링 샤프트(16)에 자유 조인트(56)를 통해 연결되는 톱 링 본체(57)와, 톱 링 본체(57)의 하부에 배치된 리테이너 링(58)을 구비하고 있다.
톱 링 본체(57)의 하방에는, 웨이퍼(W)에 접촉하는 유연한 멤브레인(62)과, 멤브레인(62)을 보유 지지하는 척킹 플레이트(63)가 배치되어 있다. 멤브레인(62)과 척킹 플레이트(63) 사이에는, 4개의 압력실(에어백)(P1, P2, P3, P4)이 설치되어 있다. 압력실(P1, P2, P3, P4)은 멤브레인(62)과 척킹 플레이트(63)에 의해 형성되어 있다. 중앙의 압력실(P1)은 원형이고, 다른 압력실(P2, P3, P4)은 환 형상이다. 이들 압력실(P1, P2, P3, P4)은, 동심 상에 배열되어 있다.
압력실(P1, P2, P3, P4)에는 각각 유체로(F1, F2, F3, F4)를 통해 압력 조정부(64)에 의해 가압 공기 등의 가압 유체가 공급되거나, 혹은 진공화가 되도록 되어 있다. 압력실(P1, P2, P3, P4)의 내부 압력은 서로 독립적으로 변화시키는 것이 가능하고, 이에 의해, 웨이퍼(W)의 4개의 영역, 즉, 중앙부, 내측 중간부, 외측 중간부 및 주연부에 대한 압박력을 독립적으로 조정할 수 있다. 또한, 톱 링(31A)의 전체를 승강시킴으로써, 리테이너 링(58)을 소정의 압박력으로 연마 패드(10)에 압박할 수 있도록 되어 있다.
척킹 플레이트(63)와 톱 링 본체(57)의 사이에는 압력실(P5)이 형성되고, 이 압력실(P5)에는 유체로(F5)를 통해 상기 압력 조정부(64)에 의해 가압 유체가 공급되거나, 혹은 진공화가 되도록 되어 있다. 이에 의해, 척킹 플레이트(63) 및 멤브레인(62) 전체가 상하 방향으로 움직일 수 있다. 웨이퍼(W)의 주위 단부는 리테이너 링(58)에 둘러싸여 있어, 연마 중에 웨이퍼(W)가 톱 링(31A)으로부터 튀어나오지 않도록 되어 있다. 압력실(P3)을 구성하는, 멤브레인(62)의 부위에는 개구가 형성되어 있고, 압력실(P3)에 진공을 형성함으로써 웨이퍼(W)가 톱 링(31A)에 흡착 유지되도록 되어 있다. 또한, 이 압력실(P3)에 질소 가스나 클린 에어 등을 공급함으로써, 웨이퍼(W)가 톱 링(31A)으로부터 릴리스되도록 되어 있다.
동작 제어부(5)는, 각 압력실(P1, P2, P3, P4)에 대응하는 웨이퍼 표면의 영역에서의 막 두께 지표값에 기초하여, 각 압력실(P1, P2, P3, P4)의 내부 압력의 목표값을 결정한다. 동작 제어부(5)는, 상기 압력 조정부(64)에 지령 신호를 보내, 압력실(P1, P2, P3, P4)의 내부 압력이 상기 목표값에 일치하도록 압력 조정부(64)를 제어한다. 이와 같이, 복수의 압력실을 갖는 톱 링(31A)은, 연마의 진척에 따라서 웨이퍼의 표면 상의 각 영역을 독립적으로 연마 패드(10)에 압박할 수 있으므로, 막을 균일하게 연마할 수 있다.
도 3으로 되돌아가, 제1 연마 유닛(3A) 및 제2 연마 유닛(3B)에 인접하여, 제1 리니어 트랜스포터(6)가 배치되어 있다. 이 제1 리니어 트랜스포터(6)는, 4개의 반송 위치[제1 반송 위치(TP1), 제2 반송 위치(TP2), 제3 반송 위치(TP3), 제4 반송 위치(TP4)] 사이에서 웨이퍼를 반송하는 기구이다. 또한, 제3 연마 유닛(3C) 및 제4 연마 유닛(3D)에 인접하여, 제2 리니어 트랜스포터(7)가 배치되어 있다. 이 제2 리니어 트랜스포터(7)는, 3개의 반송 위치[제5 반송 위치(TP5), 제6 반송 위치(TP6), 제7 반송 위치(TP7)] 사이에서 웨이퍼를 반송하는 기구이다.
웨이퍼는, 제1 리니어 트랜스포터(6)에 의해 연마 유닛(3A, 3B)으로 반송된다. 제1 연마 유닛(3A)의 톱 링(31A)은, 그 스윙 동작에 의해 연마 테이블(30A)의 상방 위치와 제2 반송 위치(TP2)의 사이를 이동한다. 따라서, 톱 링(31A)에의 웨이퍼의 전달은 제2 반송 위치(TP2)에서 행해진다. 마찬가지로, 제2 연마 유닛(3B)의 톱 링(31B)은 연마 테이블(30B)의 상방 위치와 제3 반송 위치(TP3)의 사이를 이동하고, 톱 링(31B)에의 웨이퍼의 전달은 제3 반송 위치(TP3)에서 행해진다. 제3 연마 유닛(3C)의 톱 링(31C)은 연마 테이블(30C)의 상방 위치와 제6 반송 위치(TP6)의 사이를 이동하고, 톱 링(31C)에의 웨이퍼의 전달은 제6 반송 위치(TP6)에서 행해진다. 제4 연마 유닛(3D)의 톱 링(31D)은 연마 테이블(30D)의 상방 위치와 제7 반송 위치(TP7)의 사이를 이동하고, 톱 링(31D)에의 웨이퍼의 전달은 제7 반송 위치(TP7)에서 행해진다.
제1 반송 위치(TP1)에 인접하여, 반송 로봇(22)으로부터 웨이퍼를 수취하기 위한 리프터(11)가 배치되어 있다. 웨이퍼는 이 리프터(11)를 통해 반송 로봇(22)으로부터 제1 리니어 트랜스포터(6)에 전달된다. 리프터(11)와 반송 로봇(22) 사이에 위치하여, 셔터(도시하지 않음)가 격벽(1a)에 설치되어 있고, 웨이퍼의 반송시에는 셔터가 개방되어 반송 로봇(22)으로부터 리프터(11)에 웨이퍼가 전달되도록 되어 있다.
제1 리니어 트랜스포터(6)와, 제2 리니어 트랜스포터(7)와, 세정부(4)의 사이에는 스윙 트랜스포터(12)가 배치되어 있다. 제1 리니어 트랜스포터(6)로부터 제2 리니어 트랜스포터(7)로의 반송은, 스윙 트랜스포터(12)에 의해 행해진다. 웨이퍼는, 제2 리니어 트랜스포터(7)에 의해 제3 연마 유닛(3C) 및/또는 제4 연마 유닛(3D)으로 반송된다.
연마부(3)와 세정부(4) 사이에는, 웨트형 막 두께 측정 장치(80)가 배치되어 있다. 보다 구체적으로는, 웨트형 막 두께 측정 장치(80)는 연마부(3)의 제4 연마 유닛(3D)에 인접하여 배치되어 있다. 제2 리니어 트랜스포터(7)와 웨트형 막 두께 측정 장치(80) 사이에는 반송 로봇(79)이 배치되어 있다. 연마부(3)에서 연마된 웨이퍼는, 반송 로봇(79)에 의해 제2 리니어 트랜스포터(7)로부터 웨트형 막 두께 측정 장치(80)로 반송된다. 따라서, 웨이퍼는, 제2 리니어 트랜스포터(7)와 반송 로봇(79)으로 구성되는 반송기에 의해 연마부(3)와 웨트형 막 두께 측정 장치(80) 사이를 반송된다. 반송 로봇(79)을 생략하고, 제2 리니어 트랜스포터(7)가 웨이퍼를 웨트형 막 두께 측정 장치(80)로 직접 반송해도 된다. 이 경우는, 웨이퍼는, 제2 리니어 트랜스포터(7)로 구성되는 반송기에 의해 연마부(3)와 웨트형 막 두께 측정 장치(80) 사이를 반송된다.
웨트형 막 두께 측정 장치(80)는, 건조 처리 전의 웨트 상태의 웨이퍼 막 두께를 측정할 수 있는 웨트형 광학 막 두께 측정기이다. 이 웨트형 막 두께 측정 장치(80)는, 측정 대상으로 되는 웨이퍼의 연마된 면을 웨트 상태로 유지하면서, 웨이퍼의 막 두께를 측정하도록 구성되어 있다.
이하, 웨트형 막 두께 측정 장치(80)에 대해 설명한다. 도 6의 (a)는, 웨트형 막 두께 측정 장치(80)를 도시하는 모식도이다. 웨트형 막 두께 측정 장치(80)는, 웨이퍼(W)를 수평하게 지지하는 기판 스테이지(87)와, 웨이퍼(W)에 린스수(통상은 순수)를 공급하여 그 표면의 전체를 린스수로 덮는 린스수 공급부(90)와, 웨이퍼(W)의 막 두께를 측정하는 막 두께 측정 헤드(84)를 갖고 있다. 린스수로 덮이는 웨이퍼(W)의 표면은, 연마부(3)에서 연마된 면이며, 측정 대상으로 되는 막의 노출면이다.
웨이퍼(W)는, 상술한 반송 로봇(79)에 의해, 막이 위를 향한 상태에서 기판 스테이지(87) 상에 놓인다. 기판 스테이지(87)는, 진공 흡착에 의해 웨이퍼(W)의 하면을 보유 지지하도록 구성되어 있다. 막 두께 측정 중에는, 진공 흡착력에 의해 웨이퍼(W)의 위치가 고정된다. 도 6의 (b)는, 기판 스테이지(87)의 다른 예를 도시하는 도면이다. 도 6의 (b)에 도시하는 바와 같이, 기판 스테이지(87)는 웨이퍼(W)의 주연부를 지지할 수 있도록, 웨이퍼(W)의 주연부를 따른 환 형상의 부재, 또는 웨이퍼(W)의 주연부를 따라 배열된 복수의 지지 부재를 구비하고 있어도 된다.
기판 스테이지(87)에 지지된 웨이퍼(W)의 상방에는, 웨이퍼(W)의 주위 방향의 방향을 검출하는 오리엔테이션 검출기(85)가 설치되어 있다. 이 오리엔테이션 검출기(85)는, 웨이퍼(W)의 주연부에 형성되어 있는 노치 또는 오리엔테이션 플랫이라 불리는 절결부를 검출함으로써, 웨이퍼(W)의 방향을 검출한다. 기판 스테이지(87)는, 웨이퍼(W)를 그 중심 주위로 회전시키는 기판 회전 기구(도시하지 않음) 및 XY 주사 기구(도시하지 않음)를 갖고 있고, 오리엔테이션 검출기(85)에 의해 검출된 웨이퍼(W)의 방향(주위 방향의 위치) 및 웨이퍼(W)의 위치를 자유롭게 조정할 수 있도록 되어 있다. 기판 스테이지(87)에 의해 웨이퍼(W)를 회전시키면서, 오리엔테이션 검출기(85)에 의해 웨이퍼(W)의 방향을 검출하고, 웨이펴(W)가 소정의 방향을 향할 때까지 기판 스테이지(87)에 의해 웨이퍼(W)를 회전시킨다.
막 두께의 측정 중에는, 웨이퍼(W)가 소정의 방향을 향한 상태에서, 웨이퍼(W)는 이 기판 스테이지(87) 상에서 정지된다. 웨이퍼(W)가 기판 스테이지(87) 상에 놓이면, 웨이퍼(W)는 수평 상태로 된다. 막 두께 측정 헤드(84)는, 기판 스테이지(87) 상의 웨이퍼(W)의 상방에 배치되어 있다. 막 두께 측정 헤드(84)는, 웨이퍼(W)의 표면에 수직으로 광을 조사하여, 웨이퍼(W)로부터의 반사광을 수광하고, 반사광의 스펙트럼을 생성하고, 이 스펙트럼에 기초하여 웨이퍼(W)의 막 두께를 결정한다. 막 두께 측정 헤드(84)의 막 두께 측정 원리는, 후술하는 광학식 막 두께 센서(40)와 기본적으로 동일하다.
막 두께 측정 헤드(84)는 헤드 이동 기구(92)가 연결되어 있고, 막 두께 측정 헤드(84)가 웨이퍼(W)의 표면과 평행한 수평면 내에서 자유롭게 이동할 수 있도록 되어 있다. 헤드 이동 기구(92)는, 막 두께 측정 헤드(84)를 상하 방향으로도 이동시키는 것이 가능하게 구성되어 있다. 헤드 이동 기구(92)에 의해, 막 두께 측정 헤드(84)는 웨이퍼(W)의 복수의 측정점에서 막 두께를 측정할 수 있다. 막 두께 측정 중에는, 웨이퍼(W)는 정지 상태에 있고, 또한 수평하게 놓여 있으므로, 막 두께 측정 헤드(84)는, 회전하는 웨이퍼의 막 두께를 측정하는 광학식 막 두께 센서(40)보다도 높은 정밀도로 막 두께를 측정할 수 있다. 막 두께 측정 헤드(84)와 웨이퍼(W)의 상대 위치는, 막 두께 측정 헤드(84) 및/또는 기판 스테이지(87)를 이동시킴으로써 조정할 수 있다. 이러한 구성에 의해, 막 두께 측정 헤드(84)는 웨이퍼 표면 상의 소정의 위치에 있는 측정점의 막 두께를 측정할 수 있다.
도 7은, 웨트형 막 두께 측정 장치(80)의 막 두께 측정 헤드(84)의 상세를 도시하는 모식도이다. 도 7에 도시하는 바와 같이, 막 두께 측정 헤드(84)는 다파장의 광을 발하는 광원(100)과, 광원(100)으로부터의 광을 모으는 집광 렌즈(101)와, 집광 렌즈(101)를 통과한 광을 웨이퍼(W)를 향하게 하는 제1 빔 스플리터(103)와, 제1 빔 스플리터(103)로부터의 광을 웨이퍼(W) 상에 집중시키는 결상 렌즈(105)와, 웨이퍼(W)로부터의 반사광의 강도를 측정하는 분광 광도계(분광기)(110)와, 웨이퍼(W)의 표면의 화상을 취득하는 디지털 카메라(112)와, 웨이퍼(W)로부터의 반사광을 분광 광도계(110)와 디지털 카메라(112)를 향하는 2개의 광선으로 나누는 제2 빔 스플리터(115)를 구비하고 있다.
디지털 카메라(112)와 제2 빔 스플리터(115) 사이에는 제1 릴레이 렌즈(116)가 배치되고, 분광 광도계(110)와 제2 빔 스플리터(115) 사이에는 제2 릴레이 렌즈(117)가 배치되어 있다. 분광 광도계(분광기)(110)는, 반사광을 파장에 따라서 분해하고, 소정의 파장 범위에 걸쳐 각 파장에서의 반사광의 강도를 측정하도록 구성된다. 막 두께 측정 헤드(84)는, 분광 광도계(110)로부터 얻어진 반사광의 강도 데이터(막 두께 신호)로부터 스펙트럼을 생성하고, 스펙트럼에 기초하여 막 두께를 결정하는 처리부(120)를 더 구비하고 있다. 스펙트럼은, 각 파장에서의 반사광의 강도를 나타내고 있다. 웨트형 막 두께 측정 장치(80)에 의해 얻어진 막 두께의 측정값은, 동작 제어부(5)로 보내진다.
웨트형 막 두께 측정 장치(80)는, 막 두께 측정 헤드(84)로부터의 광이 조사되는 웨이퍼 표면 상의 측정 영역에 기체의 분류(噴流)를 닿게 하는 기체 분사부(유체 공급부)(130)를 더 갖고 있다. 이 기체 분사부(130)는 도시하지 않은 기체 공급원에 접속되어 있다. 웨이퍼(W)의 표면에 공급되는 기체로서는, 질소 가스 또는 공기가 사용된다. 기체 분사부(130)의 선단은 웨이퍼(W)를 향하고 있고, 기체의 하강류를 웨이퍼(W) 상에 형성한다. 기체의 하강류는, 막 두께 측정 헤드(84)로부터 발해진 광의 광로 상을 진행하여, 웨이퍼 표면의 측정 영역 상에 형성되어 있는 린스수의 막을 국소적으로 제거한다. 즉, 웨이퍼(W)의 거의 전체면은 린스수로 덮이면서도, 측정 영역만이 국소적으로 기체의 분류에 의해 건조된다.
막 두께 측정 헤드(84)는, 웨이퍼(W)를 향하는 광을 통과시키는 광 통과 구멍(122)을 그 하단부에 갖고 있다. 기체 분사부(130)의 선단은, 이 광 통과 구멍(122)의 내부에 배치되어 있다. 따라서, 기체는, 광에 중첩하면서, 막 두께 측정 헤드(84)의 하단부로부터 웨이퍼(W)를 향하는 하강류를 형성한다. 바꾸어 말하면, 막 두께 측정 헤드(84)로부터의 광은, 기체의 하강류를 통과하여 웨이퍼(W)의 표면 상의 측정 영역에 도달하고, 웨이퍼(W)의 표면에서 반사하고, 그리고 기체의 하강류를 통과하여 막 두께 측정 헤드(84)로 복귀된다.
이 기체의 하강류는, 린스수의 막을 국소적으로 제거하고, 웨이퍼(W)의 표면에 닿아 광로의 외측으로 퍼진다. 이러한 기체의 하강류는, 린스수의 막 두께 측정 헤드(84)에의 튀어오름을 일으키는 일 없이, 웨이퍼(W)의 측정 영역만을 국소적으로 건조시킬 수 있다. 따라서, 막 두께 측정 헤드(84)는, 연마액(슬러리) 등에 기인하는 린스수의 탁함의 영향을 받지 않고, 또한 린스수의 막 두께 변화의 영향을 받지 않고, 정확한 막 두께 측정을 행할 수 있다. 도 8에 도시하는 바와 같이, 기체 분사부(130)는 막 두께 측정 헤드(84)에 인접하여, 즉, 막 두께 측정 헤드(84)와는 별도로 설치되어도 된다.
도 9는, 웨트형 막 두께 측정 장치(80)의 다른 실시 형태를 도시하는 도면이다. 특별히 설명하지 않는 구성은, 도 6의 (a)에 나타내는 실시 형태와 동일하다. 이 실시 형태에서는, 웨트형 막 두께 측정 장치(80)는, 막 두께 측정 헤드(84)로부터의 광이 조사되는 웨이퍼 표면 상의 측정 영역에 기체를 공급하는 기체 공급부(유체 공급부)(131)를 갖고 있다. 도 10은, 도 9에 도시하는 기체 공급부(131)의 상면도이다. 기체 공급부(131)는, 막 두께 측정 헤드(84)의 하단부에 고정된 노즐(133)과, 노즐(133)에 접속된 기체 도입 라인(134)을 구비하고 있다. 기체 도입 라인(134)은, 도시하지 않은 기체 공급원에 접속되어 있다. 질소 가스, 공기 등의 기체는, 기체 도입 라인(134)으로부터 노즐(133) 내에 도입된다.
노즐(133)은, 폐쇄된 주위벽으로 구성되어 있다. 이 실시 형태에서는, 노즐(133)은 원통 형상을 갖고 있지만, 폐쇄된 주위벽을 갖는 것이면 다른 형상이어도 된다. 노즐(133)은, 광 통과 구멍(122)에 연결되어 있다. 보다 구체적으로는, 광 통과 구멍(122)은 투명 창(123)으로 폐색되어 있고, 노즐(133)은 투명 창(123)의 아래에 배치되어 있다. 이 투명 창(123)은, 광의 통과를 허용하면서 막 두께 측정 헤드(84) 내에의 액체의 침입을 방지하고 있다. 투명 창(123)을 통과한 광은 노즐(133) 내를 통해 웨이퍼(W)의 표면에 도달한다.
막 두께의 측정 중에는, 도 9에 도시하는 바와 같이, 노즐(133)의 개구부는, 웨이퍼(W) 상에 형성된 린스수의 막 내에 위치하고 있고, 또한 웨이퍼(W)의 표면으로부터 약간 이격되어 있다. 이 상태에서, 기체는, 기체 도입 라인(134)으로부터 노즐(133) 내에 도입되고, 노즐(133) 내에서 하강류를 형성한다. 기체의 하강류는, 광의 광로상을 진행하고, 그리고 기체는 노즐(133)과 웨이퍼(W)의 표면 사이의 간극을 통해 노즐(133)로부터 배출된다.
광은, 노즐(133) 내에 형성된 기체의 하강류 중을 진행하여 웨이퍼(W)의 표면에 도달하고, 웨이퍼(W)의 표면에서 반사하고, 기체의 하강류 중을 통해 막 두께 측정 헤드(84)로 복귀된다. 막 두께 측정 헤드(84)의 하단부로부터 웨이퍼(W)의 표면을 향해 흐르는 기체는 광에 중첩하고, 린스수를 국소적으로 제거함으로써 광의 광로를 확보한다. 이와 같이, 기체의 하강류는, 웨이퍼(W)의 표면 상의 측정 영역만을 국소적으로 건조시킬 수 있다. 투명 창(123)은 노즐(133) 내를 채우는 기체에 접촉하고 있으므로, 드라이한 상태로 유지된다. 또한, 기체의 하강류에 의해, 린스수의 투명 창(123)에의 튀어오름을 방지할 수 있다. 도 11에 도시하는 바와 같이, 복수의 기체 도입 라인(134)을 노즐(133)에 접속해도 된다.
도 12는 웨트형 막 두께 측정 장치(80)의 또 다른 실시 형태를 도시하는 도면이다. 특별히 설명하지 않는 구성은, 도 6의 (a)에 나타내는 실시 형태와 동일하다. 이 실시 형태에서는, 웨이퍼(W)의 표면에 공급되는 유체로서 액체가 사용된다. 웨트형 막 두께 측정 장치(80)는, 막 두께 측정 헤드(84)로부터의 광이 조사되는 웨이퍼 표면 상의 측정 영역에 액체를 공급하는 액체 공급부(유체 공급부)(140)를 갖고 있다. 액체로서는 순수가 바람직하게 사용된다.
액체 공급부(140)는, 막 두께 측정 헤드(84)의 하단부에 고정된 노즐(141)과, 노즐(141)의 내부 공간에 액체를 공급하는 액체 공급 라인(142)과, 노즐(141)의 내부 공간으로부터 액체를 배출하는 액체 배출 라인(143)을 구비하고 있다. 액체 배출 라인(143)은, 액체를 흡인하는 펌프에 접속되어 있어도 된다. 노즐(141)은, 막 두께 측정 헤드(84)의 광 통과 구멍(122)에 연결되어 있다. 보다 구체적으로는, 광 통과 구멍(122)은 투명 창(123)에 의해 폐색되어 있고, 노즐(141)은 이 투명 창(123)의 아래에 배치되어 있다.
도 13은, 도 12에 도시하는 노즐(141), 액체 공급 라인(142) 및 액체 배출 라인(143)의 상면도이다. 노즐(141)은, 폐쇄된 주위벽으로 구성되어 있다. 이 실시 형태에서는, 노즐(141)은 원통 형상을 갖고 있지만, 폐쇄된 주위벽을 갖는 것이면 다른 형상이어도 된다. 도 12에 도시하는 바와 같이, 막 두께의 측정시에 노즐(141)의 개구부가 웨이퍼(W)의 표면에 접촉 또는 근접함으로써, 노즐(141)의 내부 공간이 폐쇄된다. 노즐(141)의 개구부를 웨이퍼(W)의 표면에 접촉시키는 경우는, 노즐(141)의 개구부의 선단에 완충재를 설치해도 된다. 완충재에는, 연마 패드와 동일한 재료를 사용해도 된다.
노즐(141) 내에는, 그 내부 공간을, 액체 공급 라인(142)에 접속된 도입 공간(145)과, 액체 배출 라인(143)에 접속된 배출 공간(146)으로 구획하는 구획벽(148)이 설치되어 있다. 액체는, 액체 공급 라인(142)을 통해 도입 공간(145)으로 유입되고, 도입 공간(145) 내의 광의 광로 상에 하강류를 형성한다. 이 하강류는, 광에 중첩하면서 막 두께 측정 헤드(84)의 하단부로부터 웨이퍼(W)를 향해 진행한다. 또한, 액체는, 구획벽(148)의 하단부와 웨이퍼(W)의 표면의 간극을 통해 배출 공간(146)으로 유입되고, 그리고 액체 배출 라인(143)을 통해 배출된다.
막 두께 측정 헤드(84)로부터의 광은, 노즐(141) 내의 액체를 통과하여 웨이퍼(W)의 표면 상의 측정 영역에 도달하고, 웨이퍼(W)의 표면에서 반사하고, 그리고 노즐(141) 내의 액체를 통과하여 막 두께 측정 헤드(84)로 복귀된다. 막 두께의 측정 중에는, 노즐(141)의 개구부는 웨이퍼(W)의 표면에 의해 폐쇄되므로, 린스수는 노즐(141)의 내부 공간 내에 침입하지 않는다. 따라서, 내부 공간 내에 위치하는 광의 광로는 액체의 흐름에 의해 확보되어, 정확한 막 두께 측정이 실현된다.
도 13에 도시하는 구획벽(148)은, 노즐(141)의 내부 공간을, 도입 공간(145)과 배출 공간(146)을 대략 직선적으로 구획하고 있지만, 도 14에 도시하는 바와 같이, 원통 형상의 구획벽(148)에 의해, 노즐(141)의 내부 공간을 내측의 도입 공간(145)과 외측의 배출 공간(146)으로 구획해도 된다.
도 15에 도시하는 바와 같이, 액체 배출 라인(143) 및 구획벽(148)은 생략해도 된다. 도 15에 도시하는 예는, 노즐(141)이 린스수의 막에 접촉하고 있는 점에서 도 12에 도시하는 예와 동일하지만, 노즐(141)의 개구부는 웨이퍼(W)의 표면에는 접촉하지 않고, 웨이퍼(W)의 표면으로부터 약간 이격되어 있다. 도 15에 도시하는 예에서는, 액체는, 노즐(141)의 내부 공간을 채우고, 그 후 노즐(141)의 개구부와 웨이퍼(W)의 표면의 간극을 통해 배출된다.
막 두께의 측정 중, 노즐(141) 내의 액체의 액면 레벨이 일정한 것이 바람직하다. 막 두께의 측정 중, 노즐(141)의 내부 공간이 액체로 채워져도 된다. 이 경우는, 막 두께 측정 헤드(84)의 하단부에 설치된 투명 창(123)으로부터 웨이퍼(W)의 표면까지 액체(바람직하게는 순수)가 존재하고, 액체는 투명 창(123)에 접촉한다. 액체의 흐름이 막 두께 측정에 영향을 미치지 않도록, 막 두께의 측정 중에는, 액체의 흐름 속도를 느리게 하는 것이 바람직하다. 막 두께의 측정 중 액체는 항상 계속 흐르고 있지 않아도 된다. 웨이퍼(W) 상에 린스수의 막을 형성한 후에, 노즐(141)을 웨이퍼(W)의 표면에 접촉 또는 근접시켜, 액체를 노즐(141) 내에 공급해도 되고, 혹은 노즐(141)을 웨이퍼(W)의 표면에 접촉 또는 근접시켜, 액체를 노즐(141) 내에 공급한 후에, 웨이퍼(W) 상에 린스수의 막을 형성해도 된다.
상술한 도 6의 (a) 내지 도 15에 도시하는 실시 형태에 있어서, 웨이퍼(W)의 표면(상면)에 형성되는 린스수의 막 두께를 일정하게 하기 위해, 도 16 및 도 17에 도시하는 바와 같이, 웨이퍼(W)의 표면의 주연부에 환 형상의 둑(150)을 설치하는 것이 바람직하다. 둑(150)의 재료는 특별히 한정되지 않는다. 린스수의 누설 및 웨이퍼(W)의 손상 방지를 위해, 도 18에 도시하는 바와 같이, 둑(150)과 웨이퍼(W) 사이에 시일 부재(151)를 설치하는 것이 바람직하다. 린스수는, 린스수 공급부(90)로부터 웨이퍼(W) 상에 공급되어, 둑(150)을 오버플로우한다. 이러한 둑(150)을 설치함으로써, 막 두께 측정 중에, 웨이퍼(W)의 표면의 웨트 상태가 확실하게 유지되고, 또한 린스수의 막의 두께를 일정하게 유지할 수 있다.
도 19는 웨트형 막 두께 측정 장치(80)의 또 다른 실시 형태를 도시하는 도면이다. 특별히 설명하지 않는 구성은, 도 6의 (a)에 도시하는 실시 형태와 동일하다. 이 실시 형태에서는, 웨이퍼(W)는, 그 측정 대상의 막이 하향의 상태에서, 기판 스테이지(87)의 하면에 진공 흡착에 의해 보유 지지된다. 린스수 공급부(90) 및 막 두께 측정 헤드(84)는, 기판 스테이지(87)에 보유 지지된 웨이퍼(W)의 하방에 배치된다. 린스수 공급부(90)는, 웨이퍼(W)의 하면에 린스수(통상은, 순수)를 공급하여 그 하면의 전체를 린스수로 덮는다.
막 두께 측정 헤드(84)에는, 광이 조사되는 웨이퍼(W)의 하면 상의 측정 영역에 액체의 분류를 공급하는 액체 분사부(유체 공급부)(155)가 설치되어 있다. 액체의 분류는, 광의 광로 상에 형성된다. 웨이퍼(W)의 하면에 형성되어 있는 린스수의 막의 일부는, 액체 분사부(155)로부터의 청정한 액체로 치환된다. 웨이퍼 표면의 이물질은 액체의 분류에 의해 제거되어, 광로 상이 청정하게 유지된다. 따라서, 정확한 막 두께 측정이 실현된다. 액체로서는 순수가 바람직하게 사용된다.
도 19에 도시하는 실시 형태와, 도 6의 (a) 내지 도 15에 도시하는 실시 형태를 적절하게 조합해도 된다. 예를 들어, 웨이퍼(W)의 하면에 형성된 린스수의 막에 노즐(141)을 접촉시킨 상태에서, 노즐(141) 내를 액체로 채우면서 막 두께 측정을 행해도 된다. 이 경우, 스포이트와 같은 액체 공급구로, 노즐(141) 내에 액체를 공급해도 된다.
도 3으로 되돌아가, 스윙 트랜스포터(12)의 측방에는, 도시하지 않은 프레임에 설치된 웨이퍼의 임시 적재대(72)가 배치되어 있다. 이 임시 적재대(72)는, 도 3에 도시하는 바와 같이, 제1 리니어 트랜스포터(6)에 인접하여 배치되어 있고, 제1 리니어 트랜스포터(6)와 세정부(4) 사이에 위치하고 있다. 스윙 트랜스포터(12)는, 제4 반송 위치(TP4), 제5 반송 위치(TP5) 및 임시 적재대(72)의 사이를 이동한다.
임시 적재대(72)에 적재된 웨이퍼는, 세정부(4)의 제1 반송 로봇(77)에 의해 세정부(4)로 반송된다. 도 3에 도시하는 바와 같이, 세정부(4)는 연마된 웨이퍼를 세정액으로 세정하는 1차 세정기(73) 및 2차 세정기(74)와, 세정된 웨이퍼를 건조시키는 건조기(75)를 구비하고 있다. 제1 반송 로봇(77)은, 웨이퍼를 임시 적재대(72)로부터 1차 세정기(73)로 반송하고, 또한 1차 세정기(73)로부터 2차 세정기(74)로 반송하도록 동작한다. 2차 세정기(74)와 건조기(75)의 사이에는, 제2 반송 로봇(78)이 배치되어 있다. 이 제2 반송 로봇(78)은 웨이퍼를 2차 세정기(74)로부터 건조기(75)로 반송하도록 동작한다.
건조된 웨이퍼는, 반송 로봇(22)에 의해 건조기(75)로부터 취출되어, 웨이퍼 카세트로 복귀된다. 이와 같이 하여, 연마, 막 두께 측정, 세정 및 건조를 포함하는 일련의 처리가 웨이퍼에 대해 행해진다.
상술한 실시예에서는, 각 연마 유닛(3A-3D) 사이에서 웨이퍼가 수수될 때에는, 웨이퍼는 톱 링으로부터 이탈되어, 리니어 트랜스포터(6, 7)를 통해 다른 연마 유닛으로 반송되지만, 연마 유닛 사이의 웨이퍼의 전달 기구는 상술한 예에 한정되지 않는다. 예를 들어, 다른 실시 형태에서는, 웨이퍼를 보유 지지한 채 톱 링(연마 헤드)이 직접 다른 연마 유닛으로 이동함으로써 웨이퍼를 반송해도 된다. 이 실시 형태에서는, 웨트형 막 두께 측정 장치(80)는 연마 테이블과 연마 테이블의 사이, 또는 연마 테이블과 상기 반송 위치(TP1, TP2, TP3, TP4, TP5, TP6 또는 TP7) 사이에 배치되어도 된다. 연마 유닛(3A, 3B, 3C, 3D) 중 어느 하나에서 연마된 웨이퍼는, 톱 링(연마 헤드)에 의해 웨트형 막 두께 측정 장치(80)로 반송되어, 톱 링(연마 헤드)에 의해 웨이퍼가 보유 지지된 채 웨트형 막 두께 측정 장치(80)에서 막 두께가 측정된다. 막 두께의 측정값이 목표값에 도달되어 있지 않으면, 톱 링은 다음 연마 유닛에 웨이퍼를 전달하지 않고, 다시 웨이퍼를 연마 패드에 압박하여 연마한다. 막 두께의 측정값이 목표값에 도달되어 있으면, 톱 링은 다음 연마 유닛에 웨이퍼를 전달한다.
다음으로, 상술한 연마 장치를 사용하여 웨이퍼를 연마하는 방법에 대해 설명한다. 도 20은, 연마되는 웨이퍼의 단면 구조의 일례를 도시하는 도면이다. 이 웨이퍼에서는, SiO2나 Low-k재로 이루어지는 층간 절연막(101) 상에, SiO2 등의 산화막으로 이루어지는 제1 하드 마스크막(102)이 형성되어 있다. 또한, 제1 하드 마스크막(102) 상에는, 금속으로 이루어지는 제2 하드 마스크막(104)이 형성되어 있다. 층간 절연막(101)에 형성된 트렌치 및 제2 하드 마스크막(104)을 덮도록 금속으로 이루어지는 배리어막(105)이 형성된다. 층간 절연막(101) 및 제1 하드 마스크막(102)은 절연막(103)을 구성하고, 제2 하드 마스크막(104) 및 배리어막(105)은 도전막(106)을 구성한다. 도시하지 않지만, 다층 구조의 다른 예로서, 제1 하드 마스크(102) 및 제2 하드 마스크막(104)이 없는 것도 있다. 이 경우, 도전막(106)은 배리어막(105)으로 구성되고, 절연막(103)은 층간 절연막(101)으로 구성된다.
배리어막(105)이 형성된 후, 웨이퍼에 구리 도금을 실시함으로써, 트렌치 내에 구리를 충전시킴과 함께, 배리어막(105) 상에 금속막으로서의 구리막(107)을 퇴적시킨다. 그 후, 연마 장치에 의해 불필요한 구리막(107), 배리어막(105), 제2 하드 마스크막(104) 및 제1 하드 디스크막(102)이 제거되고, 트렌치 내에 구리가 남는다. 이 트렌치 내의 구리는 구리막(107)의 일부이며, 이것이 반도체 디바이스의 배선(108)을 구성한다. 도 20의 점선으로 나타내는 바와 같이, 절연막(103)이 소정의 두께로 된 시점, 즉, 배선(108)이 소정의 높이로 된 시점에서 연마가 종료된다.
도 21의 (a) 및 도 21의 (b)는, 도 20에 도시하는 웨이퍼의 연마 방법의 일례를 도시하는 도면이다. 상기 다층 구조의 웨이퍼는, 제1 연마 유닛(3A) 및 제2 연마 유닛(3B)에서 2단계로 연마되고, 동시에 동일한 구성의 다른 웨이퍼가 제3 연마 유닛(3C) 및 제4 연마 유닛(3D)에서 2단계로 연마되고 있다. 2단 연마 중 제1단째는, 도 21의 (a)에 도시하는 바와 같이, 배리어막(105)이 노출될 때까지 불필요한 구리막(107)을 제거하는 공정이고, 제2단째는, 도 21의 (b)에 도시하는 바와 같이, 배리어막(105), 제2 하드 마스크막(104) 및 제1 하드 마스크막(102)을 제거하고, 또한 절연막(103)의 두께가 소정의 목표값에 도달할 때까지[즉, 트렌치 내의 배선(108)이 소정의 목표 높이로 될 때까지] 층간 절연막(101)을 연마하는 공정이다. 2단 연마의 제1단째는 제1 연마 유닛(3A) 및 제3 연마 유닛(3C)에서 행해지고, 제2단째는 제2 연마 유닛(3B) 및 제4 연마 유닛(3D)에서 행해진다. 이와 같이, 2매의 웨이퍼가 연마 유닛(3A, 3B) 및 연마 유닛(3C, 3D)에서 병행하여 각각 연마된다.
절연막(103)의 연마에서는, 광학식 막 두께 센서(40)에 의해 절연막(103)의 막 두께 신호가 취득된다. 동작 제어부(5)는, 절연막(103)의 막 두께를 직접 또는 간접적으로 나타내는 막 두께 지표값을 막 두께 신호로부터 생성하고, 이 막 두께 지표값이 소정의 임계값에 도달하였을 때[즉, 절연막(103)의 막 두께가 소정의 목표값에 도달하였을 때]에 절연막(103)의 연마를 정지시킨다. 동작 제어부(5)는 절연막(103)의 제거량으로부터 절연막(103)의 연마 종점을 결정해도 된다. 즉, 막 두께 지표값 대신에, 동작 제어부(5)는 절연막(103)의 제거량을 직접 또는 간접적으로 나타내는 제거 지표값을 막 두께 신호로부터 생성하고, 이 제거 지표값이 소정의 임계값에 도달하였을 때[즉, 절연막(103)의 제거량이 소정의 목표값에 도달하였을 때]에 절연막(103)의 연마를 정지시키도록 해도 된다. 이 경우라도, 절연막(103)을 그 두께가 소정의 목표값에 도달할 때까지 연마할 수 있다.
도 22는, 도 21의 (a) 및 도 21의 (b)에 도시하는 웨이퍼의 연마 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 스텝 1에서는, 제1 연마 테이블(30A) 또는 제3 연마 테이블(30C) 상의 연마 패드(10) 상에 연마액을 공급하면서, 도전막(106)을 구성하는 배리어막(105)이 노출될 때까지, 구리막(금속막)(107)이 연마된다. 이 스텝 1은, 도 21의 (a)에 도시하는 제1 연마 공정에 대응한다. 스텝 2에서는, 제2 연마 테이블(30B) 또는 제4 연마 테이블(30D) 상의 연마 패드(10) 상에 연마액을 공급하면서, 절연막(103)이 노출될 때까지 도전막(106)이 연마되고, 또한 절연막(103)이 그 두께가 소정의 목표값에 도달할 때까지 연마된다. 보다 구체적으로는, 배리어막(105), 제2 하드 마스크막(104) 및 제1 하드 마스크막(102)이 제거되고, 또한 층간 절연막(101)이 연마된다. 이 스텝 2는, 도 21의 (b)에 도시하는 제2 연마 공정에 대응한다.
스텝 3에서는, 연마액 대신에, 순수를 제2 연마 테이블(30B) 또는 제4 연마 테이블(30D) 상의 연마 패드(10) 상에 공급하면서 웨이퍼가 수연마된다. 이 수연마에 의해 웨이퍼로부터 연마액 및 연마 부스러기가 제거된다. 스텝 4에서는, 연마된 웨이퍼는, 웨이퍼의 표면이 젖은 상태에서 웨트형 막 두께 측정 장치(80)로 반송된다.
스텝 5에서는, 연마된 절연막(103)의 두께가 웨트형 막 두께 측정 장치(80)에 의해 측정된다. 막 두께의 측정 결과는 동작 제어부(5)로 보내지고, 스텝 6에서, 측정된 현재의 막 두께와 막 두께의 소정의 목표값이 동작 제어부(5)에 의해 비교된다. 측정 막 두께가 목표값에 도달되어 있지 않은 경우에는, 스텝 7로서, 측정 막 두께와 목표값의 차로부터, 목표값을 달성하기 위해 필요한 추가 연마 시간을 동작 제어부(5)에 의해 산출한다. 추가 연마 시간은, 절연막(103)의 현재의 막 두께와 목표값의 차와, 연마 레이트로부터 산출할 수 있다. 그리고, 웨이퍼는, 다시 제2 연마 테이블(30B) 또는 제4 연마 테이블(30D) 상의 연마 패드(10)로 이송되어, 연마 패드(10) 상에 연마액이 공급되면서, 산출된 추가 연마 시간만큼 재연마된다. 측정 막 두께가 목표값에 도달되어 있는 경우에는, 웨이퍼는 세정부(4)로 반송되고, 스텝 8로서, 웨이퍼가 세정되고, 또한 건조된다. 또한, 재연마 후의 스텝 4, 5의 막 두께 측정 및 스텝 6의 목표 막 두께값의 비교는 생략할 수 있다.
웨이퍼가 웨트형 막 두께 측정 장치(80)에서 측정되고 있는 동안, 및/또는 재연마되는 동안에, 연마 유닛 등에 있어서 후속의 웨이퍼에 처리 대기 시간이 발생하는 경우가 있다. 이러한 경우, 웨이퍼 표면의 건조나 부식 등의 디펙트의 증가를 방지하기 위해, 웨이퍼 반송 경로, 예를 들어 제1 리니어 트랜스포터(6), 제2 리니어 트랜스포터(7), 스윙 트랜스포터(12) 등에 부설된 스프레이(도시하지 않음)에 의해, 순수나 세정 효과 혹은 부식 방지 효과 등을 갖는 약액을 톱 링에 보유 지지된 웨이퍼, 혹은 리니어 트랜스포터의 각 반송 위치에 정지한 웨이퍼에 간헐적으로 분사해도 된다. 또한, 재연마의 발생에 기인하는 후속의 웨이퍼의 연마 개시 시간의 지연을 동작 제어부(5)에서 계산하고, 후속의 웨이퍼의 연마 시간 또는 연마를 개시하는 타이밍을 조정해도 된다. 또한, 재연마를 허용하기 위한 후속 웨이퍼의 처리 대기 시간을 미리 설정하고, 연마 장치에의 웨이퍼 투입 타이밍을 제어해도 된다. 이러한 재연마를 실시할 때의 후속 웨이퍼에 대한 동작은, 이후에 설명하는 실시예에도 적용할 수 있다.
웨트형 막 두께 측정 장치(80)는, 웨이퍼 상의 원하는 복수의 측정점에서 막 두께를 측정하고, 동작 제어부(5)는 막 두께 측정값으로부터 웨이퍼의 연마 프로파일을 생성한다. 연마 프로파일은 막의 단면 형상을 나타내고 있다. 동작 제어부(5)는, 생성된 연마 프로파일에 기초하여 톱 링(31A)의 연마 압력, 즉, 도 5에 도시하는 압력실(P1, P2, P3, P4) 내의 압력을 조정하도록 구성되어 있다. 예를 들어, 웨이퍼의 에지부의 막 두께가 다른 영역에 비해 큰 경우에는, 에지부에 대응하는 압력실(P4)의 압력이 높아진다.
웨트형 막 두께 측정 장치(80)에 의해 취득되는 막 두께 측정 결과로부터, 연마 시간, 연마 압력, 연마 테이블의 회전 속도 등의 연마 조건을 조정할 수 있다. 예를 들어, 각 연마 공정의 종점을 연마 시간으로 관리하는 경우는, 각 연마 공정은, 미리 설정된 연마 시간이 경과한 시점에서 종료된다. 이 경우, 막 두께 측정 결과에 기초하여, 설정 연마 시간을, 목표 막 두께를 달성하기 위한 최적의 연마 시간으로 조정할 수 있다. 또한, 각 압력실(P1, P2, P3, P4) 내의 설정 압력(설정 연마 압력)을 절연막(103)의 두께가 균일해지는 최적의 압력으로 조정할 수 있다. 이와 같이 하여 조정된 연마 조건은, 웨이퍼의 재연마에 적용할 수 있고, 또한 후속의 웨이퍼의 연마에도 적용할 수 있다. 따라서, 후속의 웨이퍼는 최적의 연마 압력 및 최적의 연마 시간으로 연마된다. 또한 절연막(103)을 연마할 때의 막 두께 지표값 또는 제거 지표값의 임계값을 조정할 수도 있다. 막 두께 지표값 또는 제거 지표값이 임계값에 도달한 후에, 웨이퍼를 또한 소정의 시간만큼 연마(오버폴리싱)해도 된다. 이 경우, 오버폴리싱의 상기 소정의 시간을 막 두께 측정 결과에 기초하여 조정해도 된다.
본 발명에 따르면, 막 두께 측정 및 재연마는, 웨이퍼의 세정 및 건조 전에 행해지므로, 재연마를 개시할 때까지 필요한 시간을 짧게 할 수 있다. 따라서, 스루풋을 향상시킬 수 있다. 또한, 웨이퍼 연마의 직후에 막 두께 측정이 행해져, 연마 조건이 조정되기 때문에, 그 조정된 연마 조건을 다음 웨이퍼의 연마에 바로 적용할 수 있으므로, 다음 웨이퍼의 처리를 대기하게 하는 일이 없어 스루풋을 향상시킬 수 있음과 함께, 후속의 웨이퍼에 최적의 연마 조건을 적용함으로써 연마의 정밀도를 향상시킬 수 있다.
상술한 실시 형태에서는, 동작 제어부(5)는 웨트형 막 두께 측정 장치(80)에 의해 취득되는 막 두께 측정 결과를 보존하고, 추가 연마가 필요한지 여부를 판단하여, 추가 연마 시간을 산출하고, 또한 연마 시간, 연마 압력, 연마 테이블의 회전 속도 등의 연마 조건을 조정하도록 구성된다. 동작 제어부(5)는, 막 두께 측정 결과, 추가 연마가 필요한지 여부의 판단 결과, 추가 연마 시간, 조정된 연마 조건 등의 처리 정보를, 연마 장치의 외부에 설정되어 있는 호스트 컴퓨터에 송신해도 된다. 또한, 웨트형 막 두께 측정 장치(80)는, 막 두께의 측정값을 호스트 컴퓨터에 송신하고, 호스트 컴퓨터에 의해 추가 연마가 필요한지 여부의 판단 및 추가 연마 시간의 산출을 실행하여, 그 판단 결과 및 산출된 추가 연마 시간을 호스트 컴퓨터로부터 연마 장치에 송신해도 된다.
다음으로, 본 발명의 연마 방법의 다른 예에 대해 설명한다. 이 예에서는, 4개의 연마 테이블(30A, 30B, 30C, 30D)을 사용하여 도 20에 도시하는 웨이퍼가 연마된다. 구체적으로는, 도 23의 (a)에 도시하는 바와 같이, 제1 연마 공정으로서, 제1 연마 유닛(3A)에서 구리막(107)이 그 두께가 소정의 목표값에 도달할 때까지 연마된다. 구리막(107)의 연마에서는, 와전류식 막 두께 센서(60)에 의해 구리막(107)의 막 두께 신호가 취득된다. 동작 제어부(5)는, 구리막(107)의 막 두께를 직접 또는 간접적으로 나타내는 막 두께 지표값을 막 두께 신호로부터 생성하고, 이 막 두께 지표값에 기초하여 구리막(107)의 연마를 감시하고, 막 두께 지표값이 소정의 임계값에 도달하였을 때[즉, 구리막(107)의 두께가 소정의 목표값에 도달하였을 때]에 구리막(107)의 연마를 정지시킨다.
제1 연마 유닛(3A)에서 연마된 웨이퍼는 제2 연마 유닛(3B)으로 반송되고, 여기서 제2 연마 공정이 행해진다. 도 23의 (b)에 도시하는 바와 같이, 제2 연마 공정에서는, 구리막(107)의 아래의 배리어막(105)이 노출될 때까지 나머지 구리막(107)이 연마된다. 구리막(107)이 제거되어 배리어막(105)이 노출된 시점은, 막 두께 지표값에 기초하여 동작 제어부(5)에 의해 검출된다. 예를 들어, 구리막(107)의 제거점은, 막 두께 지표값이 소정의 임계값에 도달한 점으로부터 결정할 수 있다. 구리막(107)의 연마 레이트가 높고, 배리어막(105)의 연마 레이트가 낮아지는 연마액을 사용하고 있는 경우, 구리막(107)이 제거되어 배리어막(105)이 노출되면, 연마가 그 이상 진행하지 않게 된다. 이 경우는, 막 두께 지표값은 변화되지 않게 된다. 따라서, 막 두께 지표값이 변화되지 않게 된 점을, 구리막(107)이 제거된 점으로 결정할 수도 있다.
제2 연마 유닛(3B)에서 연마된 웨이퍼는 제3 연마 유닛(3C)으로 반송되고, 여기서 제3 연마 공정이 행해진다. 도 23의 (c)에 도시하는 바와 같이, 제3 연마 공정에서는, 도전막(106)을 구성하는 배리어막(105) 및 제2 하드 마스크막(104)이 제거된다. 구체적으로는, 도전막(106)의 아래의 절연막(103)이 노출될 때까지[제1 하드 마스크막(102)이 노출될 때까지], 도전막(106)이 연마된다. 도전막(106)의 연마에서는, 와전류식 막 두께 센서(60)에 의해 도전막(106)의 막 두께 신호가 취득된다. 동작 제어부(5)는, 막 두께 신호로부터 도전막(106)의 막 두께 지표값을 생성하고, 이 막 두께 지표값에 기초하여 도전막(106)의 연마를 감시하고, 막 두께 지표값이 소정의 임계값에 도달하였을 때, 또는 막 두께 지표값이 변화되지 않게 되었을 때[즉, 도전막(106)의 제2 하드 마스크막(104)이 제거되어 제1 하드 마스크막(102)이 노출되었을 때]에 웨이퍼의 연마를 정지시킨다.
연마된 웨이퍼는, 제3 연마 유닛(3C)으로부터 제4 연마 유닛(3D)으로 반송되고, 여기서 제4 연마 공정이 행해진다. 도 23의 (d)에 도시하는 바와 같이, 제4 연마 공정에서는, 제1 하드 마스크막(102) 및 층간 절연막(101)으로 이루어지는 절연막(103)이 연마된다. 절연막(103)의 연마는, 제1 하드 마스크막(102)의 제거와, 층간 절연막(101)의 연마를 포함한다. 절연막(103)은, 그 두께가 소정의 목표값에 도달할 때까지 연마된다.
절연막(103)의 연마에서는, 광학식 막 두께 센서(40)에 의해 절연막(103)의 막 두께 신호가 취득된다. 동작 제어부(5)는, 막 두께 신호로부터 절연막(103)의 막 두께 지표값 또는 제거 지표값을 생성하고, 이 막 두께 지표값 또는 제거 지표값이 소정의 임계값에 도달하였을 때[즉, 절연막(103)의 막 두께 또는 제거량이 소정의 목표값에 도달하였을 때]에 절연막(103)의 연마를 정지시킨다.
도 24는, 도 23의 (a) 내지 도 23의 (d)에 도시하는 웨이퍼의 연마 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 스텝 1에서는, 제1 연마 테이블(30A) 상의 연마 패드(10) 상에 연마액을 공급하면서, 구리막(금속막)(107)이 그 두께가 소정의 목표값에 도달할 때까지 연마된다. 이 스텝 1은, 도 23의 (a)에 도시하는 제1 연마 공정에 대응한다. 스텝 2에서는, 제2 연마 테이블(30B) 상의 연마 패드(10) 상에 연마액을 공급하면서, 도전막(106)을 구성하는 배리어막(105)이 노출될 때까지, 구리막(금속막)(107)이 연마된다. 이 스텝 2는, 도 23의 (b)에 도시하는 제2 연마 공정에 대응한다.
스텝 3에서는, 제3 연마 테이블(30C) 상의 연마 패드(10) 상에 연마액을 공급하지 않으면서, 도전막(106)을 구성하는 배리어막(105) 및 제2 하드 마스크막(104)이 연마된다. 이 도전막(106)의 연마는, 절연막(103)이 노출될 때까지 행해진다. 이 스텝 3은, 도 23의 (c)에 도시하는 제3 연마 공정에 대응한다. 스텝 4에서는, 제4 연마 테이블(30D) 상의 연마 패드(10) 상에 연마액을 공급하면서, 절연막(103)이 그 두께가 소정의 목표값에 도달할 때까지 연마된다. 이 스텝 4는, 도 23의 (d)에 도시하는 제4 연마 공정에 대응한다.
스텝 5에서는, 연마액 대신에, 순수를 제4 연마 테이블(30D) 상의 연마 패드(10) 상에 공급하면서 웨이퍼가 수연마된다. 이 수연마에 의해 웨이퍼로부터 연마액 및 연마 부스러기가 제거된다. 스텝 6에서는, 연마된 웨이퍼는 웨트형 막 두께 측정 장치(80)로 반송된다.
스텝 7에서는, 연마된 절연막(103)의 두께가 웨트형 막 두께 측정 장치(80)에 의해 측정된다. 막 두께의 측정 결과는 동작 제어부(5)로 보내지고, 스텝 8에서, 측정된 현재의 막 두께와 막 두께의 소정의 목표값이 동작 제어부(5)에 의해 비교된다. 측정 막 두께가 목표값에 도달되어 있지 않은 경우에는, 스텝 9로서, 측정 막 두께와 목표값의 차로부터, 목표값을 달성하기 위해 필요한 추가 연마 시간을 동작 제어부(5)에 의해 산출한다. 그리고, 웨이퍼는, 다시 제4 연마 테이블(30D) 상의 연마 패드(10)로 이송되고, 연마 패드(10) 상에 연마액이 공급되면서, 산출된 추가 연마 시간만큼 재연마된다. 측정 막 두께가 목표값에 도달되어 있는 경우에는, 웨이퍼는 세정부(4)로 반송되고, 스텝 10으로서, 웨이퍼가 세정되고, 또한 건조된다. 또한, 재연마 후의 스텝 6, 7의 막 두께 측정 및 스텝 8의 목표 막 두께값의 비교는 생략할 수 있다.
제3 연마 공정에서는, 도전막(106)의 연마 레이트를 높게 하면서, 절연막(103)의 연마 레이트를 낮게 할 수 있는 지립 및/또는 화학 성분을 갖는, 이른바 고 선택비의 연마액을 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 연마액을 사용하면, 절연막(103)이 노출된 후에는 웨이퍼의 연마가 실질적으로 진행되지 않는다. 따라서, 동작 제어부(5)는 도전막(106)의 연마 종점[절연막(103)의 노출점]을 보다 정확하게 검출할 수 있다.
제3 연마 공정에서 고 선택비의 연마액이 사용되는 경우는, 연마 테이블(30C)을 회전시키는 테이블 모터(19)(도 4 참조)의 토크 전류에 기초하여 도전막(106)의 연마 종점[절연막(103)의 노출점]을 검출할 수도 있다. 웨이퍼의 연마 중에는, 웨이퍼의 표면과 연마 패드(10)의 연마면이 미끄럼 접촉하므로, 웨이퍼와 연마 패드(10)의 사이에는 마찰력이 발생한다. 이 마찰력은, 웨이퍼의 노출면을 형성하는 막의 종류 및 연마액의 종류에 의존하여 변화된다.
테이블 모터(19)는, 연마 테이블(30C)을 미리 설정된 일정 속도로 회전시키도록 제어된다. 따라서, 웨이퍼와 연마 패드(10) 사이에 작용하는 마찰력이 변화되면, 테이블 모터(19)에 흐르는 전류값, 즉 토크 전류가 변화된다. 보다 구체적으로는, 마찰력이 커지면, 연마 테이블(30C)에 보다 큰 토크를 부여하므로 토크 전류가 증가하고, 마찰력이 작아지면, 연마 테이블(30C)에 부여하는 토크를 작게 하므로 토크 전류가 낮아진다. 따라서, 동작 제어부(5)는 테이블 모터(19)의 토크 전류의 변화로부터 도전막(106)의 연마 종점[절연막(103)의 노출점]을 검출할 수 있다. 토크 전류는, 도 4에 도시하는 토크 전류 계측기(70)에 의해 계측된다.
다음으로, 본 발명의 연마 방법의 또 다른 예에 대해 설명한다. 이 예에서도, 4개의 연마 테이블(30A, 30B, 30C, 30D)을 사용하여 도 20에 도시하는 웨이퍼가 연마된다. 구체적으로는, 도 25의 (a) 및 도 25의 (b)에 도시하는 금속막의 제1 연마 공정 및 제2 연마 공정은, 도 23의 (a) 및 도 23의 (b)에 도시하는 제1 연마 공정 및 제2 연마 공정과 동일하므로, 그 중복되는 설명을 생략한다.
제2 연마 유닛(3B)에서 연마된 웨이퍼는 제3 연마 유닛(3C)으로 반송되고, 여기서 제3 연마 공정이 행해진다. 도 25의 (c)에 도시하는 바와 같이, 제3 연마 공정에서는, 절연막(103)이 노출될 때까지 도전막(106)이 연마되고, 또한 노출된 절연막(103)이 연마된다. 보다 구체적으로는, 도전막(106)을 구성하는 배리어막(105) 및 제2 하드 마스크막(104)이 제거되고, 또한 도전막(106)의 아래의 절연막(103)이 연마된다. 절연막(103)은, 그 두께가 소정의 제1 목표값에 도달할 때까지 연마된다. 절연막(103)의 두께는, 절연막(103)의 제거량으로부터 결정해도 된다. 제3 연마 공정에서의 절연막(103)의 연마는, 제1 하드 마스크막(102)의 제거 및 층간 절연막(101)의 연마, 또는 제1 하드 마스크막(102)의 연마만을 포함한다. 도 25의 (c)는, 도전막(106)이 연마된 후, 제1 하드 마스크막(102)이 연마되고, 층간 절연막(101)은 연마되지 않는 예를 나타내고 있다.
제3 연마 공정에서의 도전막(106)의 연마에서는, 와전류식 막 두께 센서(60)에 의해 도전막(106)의 막 두께 신호가 취득된다. 동작 제어부(5)는, 막 두께 신호로부터 도전막(106)의 막 두께 지표값을 생성하고, 이 막 두께 지표값에 기초하여 도전막(106)의 연마를 감시하고, 막 두께 지표값이 소정의 임계값에 도달하였을 때, 또는 막 두께 지표값이 변화하지 않게 된 점[즉, 도전막(106)이 제거되어 절연막(103)이 노출된 점]을 검출한다. 제3 연마 공정에서는, 도전막(106)과 절연막(103)은 연속해서 연마된다. 절연막(103)의 연마에서는, 광학식 막 두께 센서(40)에 의해 절연막(103)의 막 두께 신호가 취득된다. 동작 제어부(5)는, 막 두께 신호로부터 절연막(103)의 막 두께 지표값 또는 제거 지표값을 생성하고, 이 막 두께 지표값 또는 제거 지표값이 소정의 제1 임계값에 도달하였을 때[즉, 절연막(103)의 막 두께가 소정의 제1 목표값에 도달하였을 때]에 절연막(103)의 연마를 정지시킨다.
제3 연마 유닛(3C)에서 연마된 웨이퍼는, 웨트형 막 두께 측정 장치(80)로 반송되고, 여기서 웨이퍼의 막 두께가 측정된다. 막 두께 측정 후, 웨이퍼는 제4 연마 유닛(3D)으로 반송되고, 여기서 제4 연마 공정이 행해진다. 도 25의 (d)에 도시하는 바와 같이, 제4 연마 공정에서는, 절연막(103)이 연마된다. 절연막(103)은, 그 두께가 소정의 제2 목표값에 도달할 때까지 연마된다. 절연막(103)의 연마는, 제1 하드 마스크막(102)의 제거 및 층간 절연막(101)의 연마 또는 층간 절연막(101)의 연마만을 포함한다. 도 25의 (d)는, 제1 하드 마스크막(102)이 제거되고, 계속해서 층간 절연막(101)이 연마된 예를 나타내고 있다.
도 26은, 도 25의 (a) 내지 도 25의 (d)에 도시하는 웨이퍼의 연마 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 스텝 1에서는, 제1 연마 테이블(30A) 상의 연마 패드(10) 상에 연마액을 공급하면서, 구리막(금속막)(107)이 그 두께가 소정의 목표값에 도달할 때까지 연마된다. 이 스텝 1은, 도 25의 (a)에 도시하는 제1 연마 공정에 대응한다. 스텝 2에서는, 제2 연마 테이블(30B) 상의 연마 패드(10) 상에 연마액을 공급하면서, 도전막(106)을 구성하는 배리어막(105)이 노출될 때까지, 구리막(금속막)(107)이 연마된다. 이 스텝 2는, 도 25의 (b)에 도시하는 제2 연마 공정에 대응한다.
스텝 3에서는, 제3 연마 테이블(30C) 상의 연마 패드(10) 상에 연마액을 공급하면서, 도전막(106)을 구성하는 배리어막(105) 및 제2 하드 마스크막(104)이 연마되고, 또한 그 아래의 절연막(103)이 그 두께가 소정의 제1 목표값에 도달할 때까지 연마된다. 이 스텝 3은 도 25의 (c)에 도시하는 제3 연마 공정에 대응한다. 스텝 4에서는, 연마액 대신에, 순수를 제3 연마 테이블(30C) 상의 연마 패드(10) 상에 공급하면서 웨이퍼가 수연마된다. 이 수연마에 의해 웨이퍼로부터 연마액 및 연마 부스러기가 제거된다. 스텝 5에서는, 연마된 웨이퍼는 웨트형 막 두께 측정 장치(80)로 반송된다.
스텝 6에서는, 연마된 절연막(103)의 두께가 웨트형 막 두께 측정 장치(80)에 의해 측정된다. 막 두께의 측정 결과는 동작 제어부(5)로 보내지고, 스텝 7에서, 측정된 현재의 막 두께와 막 두께의 최종 목표값인 소정의 제2 목표값이 동작 제어부(5)에 의해 비교된다. 측정 막 두께가 제2 목표값에 도달되어 있지 않은 경우에는, 스텝 8로서, 측정 막 두께와 제2 목표값의 차로부터, 제2 목표값을 달성하기 위해 필요한 추가 연마 시간을 동작 제어부(5)에 의해 산출한다. 추가 연마 시간은, 절연막(103)의 현재의 막 두께와 제2 목표값의 차와, 연마 레이트로부터 산출할 수 있다. 그리고, 스텝 9에서는, 웨이퍼는, 제4 연마 테이블(30D) 상의 연마 패드(10)로 이송되고, 연마 패드(10) 상에 연마액이 공급되면서, 산출된 추가 연마 시간만큼 웨이퍼가 재연마된다. 이 스텝 9는, 도 25의 (d)에 도시하는 제4 연마 공정에 대응한다. 또한, 웨이퍼를 제3 연마 테이블(30C) 상의 연마 패드(10)로 반송하여, 재연마를 제3 연마 테이블(30C) 상의 연마 패드(10)에서 행해도 된다.
스텝 10에서는, 연마액 대신에, 순수를 제4 연마 테이블(30D) 상의 연마 패드(10) 상에 공급하면서 웨이퍼가 수연마된다. 그 후, 웨이퍼의 처리 플로우는, 스텝 5로 복귀된다. 측정 막 두께가 목표값에 도달되어 있는 경우에는, 웨이퍼는 세정부(4)로 반송되고, 스텝 11로서, 웨이퍼가 세정되고, 또한 건조된다.
스텝 8에서 산출되는 추가 연마 시간만큼 웨이퍼를 연마함으로써, 웨이퍼의 막 두께는 목표값에 도달하는 것이 기대된다. 따라서, 스텝 9 및 스텝 10의 후, 스텝 5로 복귀하여 다시 막 두께를 측정하지 않고, 직접 스텝 11로서 웨이퍼를 세정 또한 건조하여 웨이퍼 처리를 종료시켜도 된다. 이러한 재연마 후의 막 두께 측정의 생략은, 앞서 설명한 실시예 및 이후에 설명하는 실시예에도 적용할 수 있다.
도 25의 (a) 내지 도 25의 (c) 및 도 26을 참조하여 설명한 본 실시예는, 막 두께가 그 최종 목표값인 제2 목표값의 앞의 제1 목표값에 도달할 때까지 막을 연마하고, 연마된 웨이퍼의 막 두께를 웨트형 막 두께 측정 장치(80)에 의해 측정하고, 측정된 현재의 막 두께와 제2 목표값의 차를 없애기 위해 필요한 추가 연마 시간을 산출하고, 그리고, 웨이퍼를 추가 연마 시간만큼 재연마한다고 하는 것이다. 이와 같이 의도적으로 최종 목표값의 앞에서 연마를 멈추어 막 두께를 측정하고, 그 후 재연마한다고 하는 본 실시예는, 앞서 설명한 실시예 및 이후에 설명하는 실시예에도 적용할 수 있다.
본 발명에 관한 연마 방법은, 다른 적층 구조를 갖는 웨이퍼에도 적용할 수 있다. 도 27은 텅스텐막, 배리어막 및 절연막으로 이루어지는 적층 구조의 단면도이다. 이 웨이퍼에서는, 절연막(110) 및 상기 절연막(110)에 형성된 트렌치를 덮도록 도전막으로서의 배리어막(111)이 형성되어 있다. 절연막(110)은, SiO2나 Low-k재 등으로 형성되고, 배리어막(111)은 Ti 혹은 TiN 등의 금속으로 형성되어 있다. 또한, 배리어막(111)을 덮도록 금속막으로서의 텅스텐막(112)이 형성되고, 트렌치는 텅스텐막(112)으로 충전되어 있다. 도 27의 점선으로 나타내는 바와 같이, 불필요한 텅스텐막(112) 및 배리어막(111)이 제거되고, 절연막(110)이 소정의 두께에 도달할 때까지 연마된다. 트렌치 내의 텅스텐은 텅스텐막(112)의 일부이며, 이것이 반도체 디바이스의 배선(113)을 구성한다.
도 28의 (a) 및 도 28의 (b)는, 도 27에 도시하는 웨이퍼의 연마 방법의 일례를 도시하는 도면이다. 상기 다층 구조의 웨이퍼는, 제1 연마 유닛(3A) 및 제2 연마 유닛(3B)에서 2단계로 연마되고, 동시에 동일한 구성의 다른 웨이퍼가 제3 연마 유닛(3C) 및 제4 연마 유닛(3D)에서 2단계로 연마되고 있다. 2단 연마 중 제1단째는, 도 28의 (a)에 도시하는 바와 같이, 절연막(110)이 노출될 때까지 텅스텐막(112) 및 배리어막(111)을 제거하는 공정이고, 제2단째는, 도 28의 (b)에 도시하는 바와 같이, 절연막(110)의 두께가 소정의 목표값에 도달할 때까지[즉, 트렌치 내의 배선(113)이 소정의 목표 높이로 될 때까지], 절연막(110)을 연마하는 공정이다. 2단 연마의 제1단째는 제1 연마 유닛(3A) 및 제3 연마 유닛(3C)에서 행해지고, 제2단째는 제2 연마 유닛(3B) 및 제4 연마 유닛(3D)에서 행해진다.
도 29는, 도 28의 (a) 및 도 28의 (b)에 도시하는 웨이퍼의 연마 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 스텝 1에서는, 제1 연마 테이블(30A) 또는 제3 연마 테이블(30C) 상의 연마 패드(10) 상에 연마액을 공급하면서, 절연막(110)이 노출될 때까지, 텅스텐막(금속막)(112) 및 배리어막(111)이 연마된다. 이 스텝 1은, 도 28의 (a)에 도시하는 제1 연마 공정에 대응한다. 스텝 2에서는, 제2 연마 테이블(30B) 또는 제4 연마 테이블(30D) 상의 연마 패드(10) 상에 연마액을 공급하면서, 절연막(110)이 그 두께가 소정의 목표값에 도달할 때까지 연마된다. 이 스텝 2는, 도 28의 (b)에 도시하는 제2 연마 공정에 대응한다.
절연막(110)의 연마에서는, 광학식 막 두께 센서(40)에 의해 절연막(110)의 막 두께 신호가 취득된다. 동작 제어부(5)는, 막 두께 신호로부터 절연막(110)의 막 두께 지표값 또는 제거 지표값을 생성하고, 이 막 두께 지표값 또는 제거 지표값이 소정의 임계값에 도달하였을 때[즉, 절연막(110)의 막 두께 또는 제거량이 소정의 목표값에 도달하였을 때]에 절연막(110)의 연마를 정지시킨다.
스텝 3에서는, 연마액 대신에, 순수를 제2 연마 테이블(30B) 또는 제4 연마 테이블(30D) 상의 연마 패드(10) 상에 공급하면서 웨이퍼가 수연마된다. 이 수연마에 의해 웨이퍼로부터 연마액 및 연마 부스러기가 제거된다. 스텝 4에서는, 연마된 웨이퍼는 웨트형 막 두께 측정 장치(80)로 반송된다.
스텝 5에서는, 연마된 절연막(110)의 두께가 웨트형 막 두께 측정 장치(80)에 의해 측정된다. 막 두께의 측정 결과는 동작 제어부(5)로 보내지고, 스텝 6에서, 측정된 현재의 막 두께와 막 두께의 소정의 목표값이 동작 제어부(5)에 의해 비교된다. 측정 막 두께가 목표값에 도달되어 있지 않은 경우에는, 스텝 7로서, 측정 막 두께와 목표값의 차로부터, 목표값을 달성하기 위해 필요한 추가 연마 시간을 동작 제어부(5)에 의해 산출한다. 그리고, 웨이퍼는, 다시 제2 연마 테이블(30B) 또는 제4 연마 테이블(30D) 상의 연마 패드(10)로 이송되어, 연마 패드(10) 상에 연마액이 공급되면서, 산출된 추가 연마 시간만큼 재연마된다. 측정 막 두께가 목표값에 도달되어 있는 경우에는, 웨이퍼는 세정부(4)로 반송되어, 스텝 8로서, 웨이퍼가 세정되고, 또한 건조된다. 또한, 재연마 후의 스텝 4, 5의 막 두께 측정 및 스텝 6의 목표 막 두께값과의 비교는 생략할 수 있다.
다음으로, 또 다른 적층 구조를 갖는 웨이퍼를 연마하는 예에 대해 설명한다. 도 30은 층간 절연막(ILD)이 형성된 웨이퍼의 단면도이다. 이 웨이퍼에서는, 기초층(120) 상에 금속 배선(121)이 형성되고, 또한 금속 배선(121)을 덮도록 층간 절연막(122)이 CVD에 의해 형성되어 있다.
도 31의 (a) 및 도 31의 (b)는, 도 30에 도시하는 웨이퍼의 연마 방법의 일례를 도시하는 도면이다. 상기 다층 구조의 웨이퍼는, 제1 연마 유닛(3A) 및 제2 연마 유닛(3B)에서 2단계로 연마되고, 동시에 동일한 구성의 다른 웨이퍼가 제3 연마 유닛(3C) 및 제4 연마 유닛(3D)에서 2단계로 연마되고 있다. 2단 연마 중 제1단째는, 도 31의 (a)에 도시하는 바와 같이, 층간 절연막(122)의 표면에 형성된 단차부(또는 볼록부)를 제거하여 그 표면을 평탄하게 하는 공정이고, 제2단째는, 도 31의 (b)에 도시하는 바와 같이, 층간 절연막(122)을 약간 연마하여 그 표면에 형성된 흠집을 제거하는 공정이다. 2단 연마의 제1단째는 제1 연마 유닛(3A) 및 제3 연마 유닛(3C)에서 행해지고, 제2단째는 제2 연마 유닛(3B) 및 제4 연마 유닛(3D)에서 행해진다.
도 32는, 도 31의 (a) 및 도 31의 (b)에 도시하는 웨이퍼의 연마 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 스텝 1에서는, 제1 연마 테이블(30A) 또는 제3 연마 테이블(30C) 상의 연마 패드(10) 상에 연마액을 공급하면서, 층간 절연막(122)의 표면에 형성된 단차부(또는 볼록부)가 제거될 때까지, 층간 절연막(122)이 연마된다. 이 스텝 1은, 도 31의 (a)에 나타내는 제1 연마 공정에 대응한다. 스텝 2에서는, 제2 연마 테이블(30B) 또는 제4 연마 테이블(30D) 상의 연마 패드(10) 상에 연마액을 공급하면서, 층간 절연막(122)의 두께가 소정의 목표값에 도달할 때까지 층간 절연막(122)이 연마된다. 이 스텝 2는, 도 31의 (b)에 도시하는 제2 연마 공정에 대응한다.
층간 절연막(122)의 연마에서는, 광학식 막 두께 센서(40)에 의해 층간 절연막(122)의 막 두께 신호가 취득된다. 동작 제어부(5)는, 막 두께 신호로부터 층간 절연막(122)의 막 두께 지표값 또는 제거 지표값을 생성하고, 이 막 두께 지표값 또는 제거 지표값이 소정의 임계값에 도달하였을 때[즉, 층간 절연막(122)의 막 두께 또는 제거량이 소정의 목표값에 도달하였을 때]에 층간 절연막(122)의 연마를 정지시킨다.
스텝 3에서는, 연마액 대신에, 순수를 제2 연마 테이블(30B) 또는 제4 연마 테이블(30D) 상의 연마 패드(10) 상에 공급하면서 웨이퍼가 수연마된다. 이 수연마에 의해 웨이퍼로부터 연마액 및 연마 부스러기가 제거된다. 스텝 4에서는, 연마된 웨이퍼는 웨트형 막 두께 측정 장치(80)로 반송된다.
스텝 5에서는, 연마된 층간 절연막(122)의 두께가 웨트형 막 두께 측정 장치(80)에 의해 측정된다. 막 두께의 측정 결과는 동작 제어부(5)로 보내지고, 스텝 6에서, 측정된 현재의 막 두께와 막 두께의 소정의 목표값이 동작 제어부(5)에 의해 비교된다. 측정 막 두께가 목표값에 도달되어 있지 않은 경우에는, 스텝 7로서, 측정 막 두께와 목표값의 차로부터, 목표값을 달성하기 위해 필요한 추가 연마 시간을 동작 제어부(5)에 의해 산출한다. 그리고, 웨이퍼는, 다시 제2 연마 테이블(30B) 또는 제4 연마 테이블(30D) 상의 연마 패드(10)로 이송되어, 연마 패드(10) 상에 연마액이 공급되면서, 산출된 추가 연마 시간만큼 재연마된다. 측정 막 두께가 목표값에 도달되어 있는 경우에는, 웨이퍼는 세정부(4)로 반송되고, 스텝 8로서, 웨이퍼가 세정되고, 또한 건조된다. 또한, 재연마 후의 스텝 4, 5의 막 두께 측정 및 스텝 6의 목표 막 두께값과의 비교는 생략할 수 있다.
도 33은, STI(쉘로우 트렌치 아이솔레이션) 프로세스를 도시하는 웨이퍼의 단면도이다. 도 33에 도시하는 웨이퍼에서는, 실리콘층(130) 상에 SiO2막(131)이 형성되고, 그 위에 Si3N4로 이루어지는 실리콘 질화막(132)이 형성되고, 또한 그 위에 SiO2로 이루어지는 소자 분리 절연막(133)[이하, 간단히 절연막(133)이라 함]이 고밀도 플라즈마 CVD 등에 의해 형성되어 있다. 실리콘층(130), SiO2막(131) 및 실리콘 질화막(132)에는 STI 홈이 형성되어 있고, 절연막(133)의 일부는 STI 홈에 매립되어 있다.
도 34의 (a) 및 도 34의 (b)는, 도 33에 도시하는 웨이퍼의 연마 방법의 일례를 도시하는 도이다. 상기 다층 구조의 웨이퍼는, 제1 연마 유닛(3A) 및 제2 연마 유닛(3B)에서 2단계로 연마되고, 동시에 동일한 구성의 다른 웨이퍼가 제3 연마 유닛(3C) 및 제4 연마 유닛(3D)에서 2단계로 연마되고 있다. 2단 연마 중 제1단째는, 도 34의 (a)에 도시하는 바와 같이, 불필요한 절연막(133)을 제거하여 실리콘 질화막(132)을 노출시키는 공정이고, 제2단째는, 도 34의 (b)에 도시하는 바와 같이, 절연막(133) 및 실리콘 질화막(132)을 연마하여 그 표면에 형성된 흠집을 제거함과 함께 절연막(133)의 막 두께를 최종적으로 조정하는 공정이다. 2단 연마의 제1단째는 제1 연마 유닛(3A) 및 제3 연마 유닛(3C)에서 행해지고, 제2단째는 제2 연마 유닛(3B) 및 제4 연마 유닛(3D)에서 행해진다.
도 35는, 도 34의 (a) 및 도 34의 (b)에 도시하는 웨이퍼의 연마 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 스텝 1에서는, 제1 연마 테이블(30A) 또는 제3 연마 테이블(30C) 상의 연마 패드(10) 상에 연마액을 공급하면서, 실리콘 질화막(132)이 노출될 때까지, 절연막(133)이 연마된다. 이 스텝 1은, 도 34의 (a)에 도시하는 제1 연마 공정에 대응한다. 스텝 2에서는, 제2 연마 테이블(30B) 또는 제4 연마 테이블(30D) 상의 연마 패드(10) 상에 연마액을 공급하면서, 절연막(133)의 두께가 소정의 목표값에 도달할 때까지 절연막(133) 및 실리콘 질화막(132)이 연마된다. 이 스텝 2는, 도 34의 (b)에 도시하는 제2 연마 공정에 대응한다.
스텝 3에서는, 연마액 대신에, 순수를 제2 연마 테이블(30B) 또는 제4 연마 테이블(30D) 상의 연마 패드(10) 상에 공급하면서 웨이퍼가 수연마된다. 이 수연마에 의해 웨이퍼로부터 연마액 및 연마 부스러기가 제거된다. 스텝 4에서는, 연마된 웨이퍼는 웨트형 막 두께 측정 장치(80)로 반송된다.
스텝 5에서는, 연마된 절연막(133)의 두께가 웨트형 막 두께 측정 장치(80)에 의해 측정된다. 막 두께의 측정 결과는 동작 제어부(5)로 보내지고, 스텝 6에서, 측정된 현재의 막 두께와 막 두께의 소정의 목표값이 동작 제어부(5)에 의해 비교된다. 측정 막 두께가 목표값에 도달되어 있지 않은 경우에는, 스텝 7로서, 측정 막 두께와 목표값의 차로부터, 목표값을 달성하기 위해 필요한 추가 연마 시간을 동작 제어부(5)에 의해 산출한다. 그리고, 웨이퍼는, 다시 제2 연마 테이블(30B) 또는 제4 연마 테이블(30D) 상의 연마 패드(10)로 이송되어, 연마 패드(10) 상에 연마액이 공급되면서, 산출된 추가 연마 시간만큼 재연마된다. 측정 막 두께가 목표값에 도달되어 있는 경우에는, 웨이퍼는 세정부(4)로 반송되고, 스텝 8로서, 웨이퍼가 세정되고, 또한 건조된다. 또한, 재연마 후의 스텝 4, 5의 막 두께 측정 및 스텝 6의 목표 막 두께값과의 비교는 생략할 수 있다.
다음으로, 또 다른 적층 구조를 갖는 웨이퍼를 연마하는 예에 대해 설명한다. 도 36은 High-k 메탈 게이트를 형성하는 과정에 있어서 CMP가 적용되는 적층 구조가 형성된 웨이퍼의 단면도이다. 도 36에 도시하는 바와 같이, 실리콘층(140) 상에 폴리실리콘(141)이 형성되고, 폴리실리콘(141)을 덮도록 실리콘나이트라이드(Si3N4)로 이루어지는 사이드 월(142)이 형성되어 있다. 또한, 사이드 월(142) 상에는 절연막(144)이 형성되어 있다.
이 웨이퍼는, 도 37의 (a) 내지 도 37의 (d)에 도시하는 바와 같이, 4단계에서 연마된다. 즉, 제1 연마 공정은, 도 37의 (a)에 도시하는 바와 같이, 절연막(144)을 그 두께가 소정의 제1 목표값에 도달할 때까지 연마하는 공정이고, 제2 연마 공정은, 도 37의 (b)에 도시하는 바와 같이, 사이드 월(142)이 노출되고, 또한 절연막(144)의 두께가 소정의 제2 목표값에 도달할 때까지 절연막(144)을 연마하는 공정이고, 제3 연마 공정은, 도 37의 (c)에 도시하는 바와 같이, 폴리실리콘(141)이 노출되고, 또한 절연막(144)의 두께가 소정의 제3 목표값에 도달할 때까지 절연막(144) 및 사이드 월(142)을 연마하는 공정이고, 제4 연마 공정은, 도 37의 (d)에 도시하는 바와 같이, 절연막(144)이 소정의 제4 목표값에 도달할 때까지 절연막(144), 폴리실리콘(141) 및 사이드 월(142)을 연마하는 공정이다.
제1 연마 공정은 제1 연마 유닛(3A)에서 행해지고, 제2 연마 공정은 제2 연마 유닛(3B)에서 행해지고, 제3 연마 공정은 제3 연마 유닛(3C)에서 행해지고, 제4 연마 공정은 제4 연마 유닛(3D)에서 행해진다. 각 연마 공정 중, 광학식 막 두께 센서(40)에 의해 절연막(144)의 막 두께 신호가 취득된다. 광학식 막 두께 센서(40) 대신에, 설정 시간 또는 토크 전류 계측기(7C)를 사용하여 연마 종점을 결정해도 된다. 동작 제어부(5)는, 막 두께 신호로부터 절연막(144)의 막 두께 지표값 또는 제거 지표값을 생성하고, 이 막 두께 지표값 또는 제거 지표값이 소정의 임계값에 도달하였을 때[즉, 절연막(144)의 막 두께 또는 제거량이 소정의 목표값에 도달하였을 때]에 절연막(144)의 연마를 정지시킨다.
도 38은, 도 37의 (a) 내지 도 37의 (d)에 도시하는 웨이퍼의 연마 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 스텝 1에서는, 제1 연마 테이블(30A) 상의 연마 패드(10) 상에 연마액을 공급하면서, 절연막(144)의 두께가 소정의 제1 목표값에 도달할 때까지 절연막(144)이 연마된다. 이 스텝 1은, 도 37의 (a)에 도시하는 제1 연마 공정에 대응한다. 스텝 2에서는, 제2 연마 테이블(30B) 상의 연마 패드(10) 상에 연마액을 공급하면서, 사이드 월(142)이 노출되고, 또한 절연막(144)의 두께가 소정의 제2 목표값에 도달할 때까지 절연막(144)이 연마된다. 이 스텝 2는, 도 37의 (b)에 도시하는 제2 연마 공정에 대응한다.
스텝 3에서는, 연마액 대신에, 순수를 제2 연마 테이블(30B) 상의 연마 패드(10) 상에 공급하면서 웨이퍼가 수연마된다. 이 수연마에 의해 웨이퍼로부터 연마액 및 연마 부스러기가 제거된다. 스텝 4에서는, 연마된 웨이퍼는 웨트형 막 두께 측정 장치(80)로 반송된다.
스텝 5에서는, 연마된 절연막(144)의 두께가 웨트형 막 두께 측정 장치(80)에 의해 측정된다. 막 두께의 측정 결과는 동작 제어부(5)로 보내지고, 스텝 6에서, 측정된 현재의 막 두께와 막 두께의 소정의 제2 목표값이 동작 제어부(5)에 의해 비교된다. 측정 막 두께가 제2 목표값에 도달되어 있지 않은 경우에는, 스텝 7로서, 측정 막 두께와 제2 목표값의 차로부터, 제2 목표값을 달성하기 위해 필요한 추가 연마 시간을 동작 제어부(5)에 의해 산출한다. 그리고, 웨이퍼는, 다시 제1 연마 테이블(30A) 또는 제2 연마 테이블(30B) 상의 연마 패드(10)로 이송되어, 연마 패드(10) 상에 연마액이 공급되면서, 산출된 추가 연마 시간만큼 재연마된다. 또한, 재연마 후의 스텝 4, 5의 막 두께 측정 및 스텝 6의 목표 막 두께값과의 비교는 생략할 수 있다. 재연마를 위해 제1 연마 테이블(30A) 또는 제2 연마 테이블(30B) 중 어느 쪽으로 웨이퍼를 반송할지의 판단 기준은, 사이드 월(142)이 노출되어 있는지 여부, 혹은 절연막(144)의 현재의 막 두께와 막 두께의 소정의 제2 목표값의 차가 미리 정한 레인지 내에 있는지 여부로 할 수 있다. 측정 막 두께가 목표값에 도달되어 있는 경우에는, 웨이퍼는 제3 연마 테이블(30C) 상의 연마 패드(10) 상으로 반송된다.
스텝 8에서는, 제3 연마 테이블(30C) 상의 연마 패드(10) 상에 연마액을 공급하면서, 절연막(144)의 두께가 소정의 제3 목표값에 도달할 때까지 절연막(144) 및 사이드 월(142)이 연마된다. 이 스텝 8은, 도 37의 (c)에 도시하는 제3 연마 공정에 대응한다. 스텝 9에서는, 제4 연마 테이블(30D) 상의 연마 패드(10) 상에 연마액을 공급하면서, 절연막(144)의 두께가 소정의 제4 목표값에 도달할 때까지 절연막(144), 폴리실리콘(141) 및 사이드 월(142)이 연마된다. 이 스텝 9는, 도 37의 (d)에 도시하는 제4 연마 공정에 대응한다.
스텝 10에서는, 연마액 대신에, 순수를 제4 연마 테이블(30D) 상의 연마 패드(10) 상에 공급하면서 웨이퍼가 수연마된다. 이 수연마에 의해 웨이퍼로부터 연마액 및 연마 부스러기가 제거된다. 스텝 11에서는, 연마된 웨이퍼는 웨트형 막 두께 측정 장치(80)로 반송된다.
스텝 12에서는, 연마된 절연막(144)의 두께가 웨트형 막 두께 측정 장치(80)에 의해 측정된다. 막 두께의 측정 결과는 동작 제어부(5)로 보내져, 스텝 13에서, 측정된 현재의 막 두께와 막 두께의 소정의 제4 목표값이 동작 제어부(5)에 의해 비교된다. 측정 막 두께가 제4 목표값에 도달되어 있지 않은 경우에는, 스텝 14로서, 측정 막 두께와 제4 목표값의 차로부터, 제4 목표값을 달성하기 위해 필요한 추가 연마 시간을 동작 제어부(5)에 의해 산출한다. 그리고, 웨이퍼는, 다시 제3 연마 테이블(30C) 또는 제4 연마 테이블(30D) 상의 연마 패드(10)로 이송되어, 연마 패드(10) 상에 연마액이 공급되면서, 산출된 추가 연마 시간만큼 재연마된다. 또한, 재연마 후의 스텝 11, 12의 막 두께 측정 및 스텝 13의 목표 막 두께값과의 비교는 생략할 수 있다. 재연마를 위해 제3 연마 테이블(30C) 또는 제4 연마 테이블(30D) 중 어느 쪽으로 웨이퍼를 반송할지의 판단 기준은, 폴리실리콘(141)이 노출되어 있는지 여부, 혹은 절연막(144)의 현재의 막 두께와 막 두께의 소정의 제4 목표값과의 차가 미리 정한 레인지 내에 있는지 여부로 할 수 있다. 측정 막 두께가 제4 목표값에 도달되어 있는 경우에는, 웨이퍼는 세정부(4)로 반송되어, 스텝 15로서, 웨이퍼가 세정되고, 건조된다.
도 39는, 도 37의 (a) 내지 도 37의 (d)에 도시하는 웨이퍼의 다른 연마 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 스텝 1에서는, 제1 연마 테이블(30A) 상의 연마 패드(10) 상에 연마액을 공급하면서, 절연막(144)의 두께가 소정의 제1 목표값에 도달할 때까지 절연막(144)이 연마된다. 이 스텝 1은, 도 37의 (a)에 도시하는 제1 연마 공정에 대응한다. 스텝 2에서는, 연마액 대신에, 순수를 제1 연마 테이블(30A) 상의 연마 패드(10) 상에 공급하면서 웨이퍼가 수연마된다. 스텝 3에서는, 웨이퍼는 웨트형 막 두께 측정 장치(80)로 반송되고, 여기서 절연막(144)의 두께가 측정된다. 또한, 스텝 4에서는, 측정된 현재의 막 두께가 소정의 제2 목표값에 도달하기 위해 필요한 추가 연마 시간이 동작 제어부(5)에 의해 산출된다.
스텝 5에서는, 웨이퍼는 제2 연마 테이블(30B) 상의 연마 패드(10) 상에 반송되고, 연마 패드(10) 상에 연마액을 공급하면서, 스텝 3에서 산출된 추가 연마 시간만큼 절연막(144)이 연마된다. 이 스텝 5는, 도 37의 (b)에 도시하는 제2 연마 공정에 대응한다. 스텝 6에서는, 연마액 대신에, 순수를 제2 연마 테이블(30B) 상의 연마 패드(10) 상에 공급하면서 웨이퍼가 수연마된다.
스텝 7에서는, 웨이퍼는 웨트형 막 두께 측정 장치(80)로 다시 반송되고, 여기서 절연막(144)의 두께가 웨트형 막 두께 측정 장치(80)에 의해 측정된다. 막 두께의 측정 결과는 동작 제어부(5)로 보내지고, 스텝 8에서, 측정된 현재의 막 두께와 막 두께의 소정의 제2 목표값이 동작 제어부(5)에 의해 비교된다. 측정 막 두께가 제2 목표값에 도달되어 있지 않은 경우에는, 스텝 9로서, 측정 막 두께와 제2 목표값의 차로부터, 제2 목표값을 달성하기 위해 필요한 추가 연마 시간을 동작 제어부(5)에 의해 산출한다. 그리고, 웨이퍼는, 다시 제2 연마 테이블(30B) 상의 연마 패드(10)로 이송되어, 연마 패드(10) 상에 연마액이 공급되면서, 산출된 추가 연마 시간만큼 재연마된다. 측정 막 두께가 목표값에 도달되어 있는 경우에는, 웨이퍼는 제3 연마 테이블(30C) 상의 연마 패드(10) 상으로 반송된다. 또한, 상술한 스텝 5에서는, 스텝 4에서 산출되는 추가 연마 시간만큼 웨이퍼를 연마함으로써, 웨이퍼의 막 두께는 소정의 제2 목표값에 도달하는 것이 기대된다. 따라서, 스텝 7의 막 두께 측정 및 스텝 8의 목표 막 두께값과의 비교는 생략할 수 있다.
스텝 10에서는, 제3 연마 테이블(30C) 상의 연마 패드(10) 상에 연마액을 공급하면서, 절연막(144)의 두께가 소정의 제3 목표값에 도달할 때까지 절연막(144) 및 사이드 월(142)이 연마된다. 이 스텝 10은 도 37의 (c)에 도시하는 제3 연마 공정에 대응한다. 스텝 11에서는, 연마액 대신에, 순수를 제3 연마 테이블(30C) 상의 연마 패드(10) 상에 공급하면서 웨이퍼가 수연마된다. 스텝 12에서는, 웨이퍼는 웨트형 막 두께 측정 장치(80)로 반송되고, 여기서 절연막(144)의 두께가 측정된다. 또한, 스텝 13에서는, 측정된 현재의 막 두께가 소정의 제4 목표값에 도달하기 위해 필요한 추가 연마 시간이 동작 제어부(5)에 의해 산출된다.
스텝 14에서는, 웨이퍼는 제4 연마 테이블(30D) 상의 연마 패드(10) 상으로 반송되어, 연마 패드(10) 상에 연마액을 공급하면서, 스텝 13에서 산출된 추가 연마 시간만큼 절연막(144), 사이드 월(142) 및 폴리실리콘(141)이 연마된다. 이 스텝 14는, 도 37의 (d)에 도시하는 제4 연마 공정에 대응한다. 스텝 15에서는, 연마액 대신에, 순수를 제4 연마 테이블(30D) 상의 연마 패드(10) 상에 공급하면서 웨이퍼가 수연마된다.
스텝 16에서는, 웨이퍼는 웨트형 막 두께 측정 장치(80)로 반송되고, 여기서 절연막(144)의 두께가 측정된다. 막 두께의 측정 결과는 동작 제어부(5)로 보내지고, 스텝 17에서, 측정된 현재의 막 두께와 막 두께의 소정의 제4 목표값이 동작 제어부(5)에 의해 비교된다. 측정 막 두께가 제4 목표값에 도달되어 있지 않은 경우에는, 스텝 18로서, 측정 막 두께와 제4 목표값의 차로부터, 제4 목표값을 달성하기 위해 필요한 추가 연마 시간을 동작 제어부(5)에 의해 산출한다. 그리고, 웨이퍼는, 다시 제4 연마 테이블(30D) 상의 연마 패드(10)로 이송되고, 연마 패드(10) 상에 연마액이 공급되면서, 산출된 추가 연마 시간만큼 재연마된다. 측정 막 두께가 목표값에 도달되어 있는 경우에는, 웨이퍼는 세정부(4)로 반송되고, 스텝 19로서, 웨이퍼가 세정되고, 건조된다. 또한, 상술한 스텝 14에서는, 스텝 13에서 산출되는 추가 연마 시간만큼 웨이퍼를 연마함으로써, 웨이퍼의 막 두께는 소정의 제4 목표값에 도달하는 것이 기대된다. 따라서, 스텝 16의 막 두께 측정 및 스텝 17의 목표 막 두께값과의 비교는 생략할 수 있다.
상술한 각 실시 형태에서는, 막 두께 측정 및 재연마는, 웨이퍼의 세정 및 건조 전에 행해진다. 따라서, 재연마에 필요한 시간을 짧게 할 수 있어, 스루풋을 향상시킬 수 있다. 또한, 웨이퍼 연마의 직후에 막 두께 측정이 행해지기 때문에, 막 두께 측정의 결과 조정된 연마 조건을 다음 웨이퍼의 연마에 바로 적용할 수 있으므로, 다음 웨이퍼의 처리를 대기하게 하는 일이 없어 스루풋을 향상시킬 수 있음과 함께, 후속의 웨이퍼에 최적의 연마 조건을 적용함으로써 연마의 정밀도를 향상시킬 수 있다.
연마 종점 검출에 광학식 막 두께 센서(40)를 사용하는 경우에는, 웨트형 막 두께 측정 장치(80)에서의 막 두께 측정값을 사용하여 광학식 막 두께 센서(40)의 교정을 실시할 수도 있다. 광학식 막 두께 센서(40)의 교정을 실시한 후에는, 광학식 막 두께 센서(40)의 막 두께 신호로부터 얻어지는 막 두께 지표값 또는 제거 지표값은 웨트형 막 두께 측정 장치(80)의 막 두께 측정값과 상관이 얻어지므로, 웨트형 막 두께 측정 장치(80)에서의 막 두께 측정을 생략해도 연마의 정밀도를 유지할 수 있다.
구체적으로는, 막의 두께를 광학식 막 두께 센서(40)에 의해 측정하면서 웨이퍼를 연마하고, 광학식 막 두께 센서(40)로부터 얻어진 현재의 막 두께의 측정값이 소정의 값에 도달하였을 때에 웨이퍼의 연마를 정지하고, 연마된 웨이퍼를 세정 및 건조하기 전에 웨트형 막 두께 측정 장치(80)로 반송하고, 웨트형 막 두께 측정 장치(80)에 의해 막의 현재의 두께를 측정하여, 광학식 막 두께 센서(40)로부터 얻어진 현재의 막 두께의 측정값과, 웨트형 막 두께 측정 장치(80)로부터 얻어진 현재의 막 두께의 측정값의 비교로부터, 광학식 막 두께 센서(40)를 교정하고, 웨이퍼와 동일한 구성을 갖는 후속의 웨이퍼를 연마하고, 그동안, 교정된 광학식 막 두께 센서(40)에 의해 후속의 웨이퍼의 막 두께를 측정하고, 광학식 막 두께 센서(40)로부터 얻어진 막의 두께가 소정의 목표값에 도달하였을 때에 후속의 웨이퍼의 연마를 정지함으로써, 정밀도가 높은 연마를 실현할 수 있다. 이 연마 방법에 의하면, 측정 정밀도가 높은 웨트형 막 두께 측정 장치(80)의 막 두께 측정값을 사용하여 광학식 막 두께 센서(40)가 교정된다. 따라서, 후속의 웨이퍼의 연마 중의 In-situ 막 두께 측정의 정밀도가 향상되어, 결과적으로, 웨이퍼의 재연마를 없앨 수 있다. 또한, 막 두께의 측정 결과에 기초하여 조정된 연마 조건(연마 시간, 연마 압력 등)을 다음 웨이퍼의 연마에 적용할 수 있다. 따라서, 스루풋을 향상시킬 수 있다.
다음으로, 와전류식 막 두께 센서(60) 및 광학식 막 두께 센서(40)에 대해 설명한다. 도 40은, 와전류식 막 두께 센서 및 광학식 막 두께 센서를 구비한 제1 연마 유닛(3A)을 도시하는 모식 단면도이다. 또한, 연마 유닛(3B∼3D)도, 도 40에 도시하는 제1 연마 유닛(3A)과 마찬가지의 구성을 갖고 있으므로, 그 중복되는 설명을 생략한다.
광학식 막 두께 센서(40) 및 와전류식 막 두께 센서(60)는 연마 테이블(30A)에 매설되어 있고, 연마 테이블(30A) 및 연마 패드(10)와 함께 일체로 회전한다. 톱 링 샤프트(16)는, 벨트 등의 연결 수단(17)을 통해 톱 링 모터(18)에 연결되어 회전되도록 되어 있다. 이 톱 링 샤프트(16)의 회전에 의해, 톱 링(31A)이 화살표로 나타내는 방향으로 회전하도록 되어 있다.
광학식 막 두께 센서(40)는, 웨이퍼(W)의 표면에 광을 조사하여, 웨이퍼(W)로부터의 반사광을 수광하고, 그 반사광을 파장에 따라서 분해하도록 구성되어 있다. 광학식 막 두께 센서(40)는, 광을 웨이퍼(W)의 피연마면에 조사하는 투광부(42)와, 웨이퍼(W)로부터 되돌아 오는 반사광을 수광하는 수광부로서의 광 파이버(43)와, 웨이퍼(W)로부터의 반사광을 파장에 따라서 분해하고, 소정의 파장 범위에 걸쳐 반사광의 강도를 측정하는 분광 광도계(분광기)(44)를 구비하고 있다.
연마 테이블(30A)에는, 그 상면에서 개구되는 제1 구멍(50A) 및 제2 구멍(50B)이 형성되어 있다. 또한, 연마 패드(10)에는, 이들 구멍(50A, 50B)에 대응하는 위치에 통과 구멍(51)이 형성되어 있다. 구멍(50A, 50B)과 통과 구멍(51)은 연통되고, 통과 구멍(51)은 연마면(10a)에서 개구되어 있다. 제1 구멍(50A)은 액체 공급로(53) 및 로터리 조인트(도시하지 않음)를 통해 액체 공급원(55)에 연결되어 있고, 제2 구멍(50B)은 액체 배출로(54)에 연결되어 있다.
투광부(42)는, 다파장의 광을 발하는 광원(47)과, 광원(47)에 접속된 광 파이버(48)를 구비하고 있다. 광 파이버(48)는, 광원(47)에 의해 발해진 광을 웨이퍼(W)의 표면까지 유도하는 광 전송부이다. 광 파이버(48) 및 광 파이버(43)의 선단은, 제1 구멍(50A) 내에 위치하고 있고, 웨이퍼(W)의 피연마면의 근방에 위치하고 있다. 광 파이버(48) 및 광 파이버(43)의 각 선단은, 톱 링(31A)에 보유 지지된 웨이퍼(W)에 대향하여 배치된다. 연마 테이블(30A)이 회전할 때마다 웨이퍼(W)의 복수의 영역에 광이 조사된다. 바람직하게는, 광 파이버(48) 및 광 파이버(43)의 각 선단은, 톱 링(31A)에 보유 지지된 웨이퍼(W)의 중심에 대향하여 배치된다.
웨이퍼(W)의 연마 중에는, 액체 공급원(55)으로부터는, 투명한 액체로서 물(바람직하게는, 순수)이 액체 공급로(53)를 통해 제1 구멍(50A)에 공급되어, 웨이퍼(W)의 하면과 광 파이버(48, 43)의 선단 사이의 공간을 채운다. 물은, 또한 제2 구멍(50B)에 유입되어, 액체 배출로(54)를 통해 배출된다. 연마액은 물과 함께 배출되고, 이에 의해 광로가 확보된다. 액체 공급로(53)에는, 연마 테이블(30A)의 회전에 동기하여 작동하는 펄프(도시하지 않음)가 설치되어 있다. 이 밸브는, 통과 구멍(51) 상에 웨이퍼(W)가 위치하지 않을 때에는 물의 흐름을 멈추거나, 또는 물의 유량을 적게 하도록 동작한다.
광 파이버(48)와 광 파이버(43)는 서로 병렬로 배치되어 있다. 광 파이버(48) 및 광 파이버(43)의 각 선단은, 웨이퍼(W)의 표면에 대해 거의 수직으로 배치되어 있고, 광 파이버(48)는 웨이퍼(W)의 표면에 거의 수직으로 광을 조사하도록 되어 있다.
웨이퍼(W)의 연마 중에는, 투광부(42)로부터 광이 웨이퍼(W)에 조사되고, 광 파이버(수광부)(43)에 의해 웨이퍼(W)로부터의 반사광이 수광된다. 분광 광도계(44)는, 반사광의 각 파장에서의 강도를 소정의 파장 범위에 걸쳐 측정하고, 얻어진 광 강도 데이터를 동작 제어부(5)로 보낸다. 이 광 강도 데이터는, 웨이퍼(W)의 막 두께를 반영한 막 두께 신호이며, 막 두께에 따라서 변화된다. 동작 제어부(5)는, 광강도 데이터로부터 파장마다의 광의 강도를 나타내는 스펙트럼을 생성하고, 또한 스펙트럼으로부터 웨이퍼(W)의 막 두께를 나타내는 막 두께 지표값을 생성한다.
도 41은, 광학식 막 두께 센서(40)의 원리를 설명하기 위한 모식도이고, 도 42는 웨이퍼(W)와 연마 테이블(30A)의 위치 관계를 도시하는 평면도이다. 도 41에 나타내는 예에서는, 웨이퍼(W)는, 하층막과, 그 위에 형성된 상층막을 갖고 있다. 투광부(42) 및 수광부(43)는, 웨이퍼(W)의 표면에 대향하여 배치되어 있다. 투광부(42)는, 연마 테이블(30A)이 1회전할 때마다 웨이퍼(W)의 중심을 포함하는 복수의 영역에 광을 조사한다.
웨이퍼(W)에 조사된 광은, 매질(도 41의 예에서는 물)과 상층막의 계면과, 상층막과 하층막의 계면에서 반사하고, 이들 계면에서 반사한 광의 파가 서로 간섭한다. 이 광의 파의 간섭 방식은, 상층막의 두께(즉, 광로 길이)에 따라서 변화된다. 이로 인해, 웨이퍼(W)로부터의 반사광으로부터 생성되는 스펙트럼은, 상층막의 두께에 따라서 변화된다. 분광 광도계(분광기)(44)는, 반사광을 파장에 따라서 분해하여, 반사광의 강도를 파장마다 측정한다. 동작 제어부(5)는, 분광 광도계(44)로부터 얻어진 반사광의 강도 데이터(막 두께 신호)로부터 스펙트럼을 생성한다. 이 스펙트럼은, 광의 파장과 강도의 관계를 나타내는 선 그래프(즉, 분광 파형)로서 나타내어진다. 광의 강도는, 반사율 또는 상대 반사율 등의 상대값으로서 나타낼 수도 있다.
도 43은, 동작 제어부(5)에 의해 생성된 스펙트럼을 도시하는 도면이다. 도 43에 있어서, 횡축은 반사광의 파장을 나타내고, 종축은 반사광의 강도로부터 유도되는 상대 반사율을 나타낸다. 이 상대 반사율이라 함은, 반사광의 강도를 나타내는 하나의 지표로, 구체적으로는, 반사광의 강도와 소정의 기준 강도의 비이다. 기준 강도는, 파장마다 미리 취득된다. 각 파장에 있어서 반사광의 강도(실측 강도)를 대응하는 기준 강도로 나눔으로써, 장치의 광학계나 광원 고유의 강도의 편차 등의 불필요한 요소가 실측 강도로부터 제거되어, 이에 의해 웨이퍼(W)의 막 두께 정보만을 반영한 스펙트럼을 얻을 수 있다.
소정의 기준 강도는, 예를 들어 막이 형성되어 있지 않은 실리콘 웨이퍼(베어 웨이퍼)를 물의 존재하에서 연마하고 있을 때에 얻어진 반사광의 강도로 할 수 있다. 실제의 연마에서는, 실측 강도로부터 다크 레벨(광을 차단한 조건하에서 얻어진 배경 강도)을 빼고 보정 실측 강도를 구하고, 또한 기준 강도로부터 상기 다크 레벨을 빼고 보정 기준 강도를 구하고, 그리고, 보정 실측 강도를 보정 기준 강도로 제산함으로써, 상대 반사율이 구해진다. 구체적으로는, 상대 반사율 R(λ)은, 다음 식(1)을 사용하여 구할 수 있다.
Figure pat00001
여기서, λ는 파장이고, E(λ)는 파장 λ에서의 웨이퍼로부터의 반사광의 강도이고, B(λ)는 파장 λ에서의 기준 강도이고, D(λ)는 파장 λ에서의 다크 레벨(광을 차단한 조건하에서 측정된 광의 강도)이다.
도 44에 도시하는 바와 같이, 동작 제어부(5)는 연마 중에 생성된 스펙트럼과 복수의 기준 스펙트럼을 비교함으로써, 생성된 스펙트럼에 가장 가까운 기준 스펙트럼을 결정하고, 이 결정된 기준 스펙트럼에 관련된 막 두께를 현재의 막 두께로서 결정한다. 복수의 기준 스펙트럼은, 연마 대상의 웨이퍼와 동종의 웨이퍼를 연마함으로써 미리 취득된 것이며, 각 기준 스펙트럼에는 그 기준 스펙트럼이 취득되었을 때의 막 두께가 관련되어 있다. 즉, 각 기준 스펙트럼은, 서로 다른 막 두께일 때에 취득된 것이고, 복수의 기준 스펙트럼은 복수의 서로 다른 막 두께에 대응한다. 따라서, 현재의 스펙트럼에 가장 가까운 기준 스펙트럼을 특정함으로써, 현재의 막 두께를 추정할 수 있다. 이 추정 막 두께값은 상술한 막 두께 지표값이다.
광학식 막 두께 센서(40)는, 광을 투과시키는 성질을 갖는 절연막의 막 두께를 결정하는 데 적합하다. 동작 제어부(5)는, 광학식 막 두께 센서(40)에 의해 취득된 막 두께 지표값(광 강도 데이터)으로부터 막의 제거량을 결정할 수도 있다. 구체적으로는, 초기 막 두께 지표값(초기 광 강도 데이터)으로부터 상술한 방법에 따라서 초기의 추정 막 두께값을 구하고, 이 초기의 추정 막 두께값으로부터 현재의 추정 막 두께값을 감산함으로써 제거량을 구할 수 있다.
상기 방법 대신에, 막의 제거량은, 막 두께에 따라서 변화되는 스펙트럼의 변화량으로부터 결정할 수도 있다. 도 45는, 막 두께차 Δα에 대응하는 2개의 스펙트럼을 도시하는 모식도이다. 여기서, α는 막 두께이고, 연마시에는 막 두께 α는 시간과 함께 감소한다(Δα＞0). 도 45에 도시하는 바와 같이, 스펙트럼은 막 두께의 변화와 함께 파장축을 따라 이동한다. 서로 다른 시간에 취득된 2개의 스펙트럼간의 변화량은, 이들 스펙트럼에 의해 둘러싸이는 영역(해칭으로 나타냄)에 상당한다. 따라서, 상기 영역의 면적을 계산함으로써, 막의 제거량을 결정할 수 있다. 막의 제거량 U는, 다음 식(2)로부터 구해진다.
Figure pat00002
여기서, λ는 광의 파장이고, λ1, λ2는 감시 대상으로 하는 스펙트럼의 파장 범위를 결정하는 하한값 및 상한값이고, Rc는 현재 취득된 상대 반사율이고, Rp는 전회 취득된 상대 반사율이다.
상기 식(2)에 따라서 산출된 스펙트럼의 변화량은, 막의 제거량을 나타내는 제거 지표값이다.
다음으로, 와전류식 막 두께 센서(60)에 대해 설명한다. 와전류식 막 두께 센서(60)는 코일에 고주파의 교류 전류를 흘려 도전막에 와전류를 유기시키고, 이 와전류의 자계에 기인하는 임피던스의 변화로부터 도전막의 두께를 검출하도록 구성된다. 도 46은, 와전류식 막 두께 센서(60)의 원리를 설명하기 위한 회로를 도시하는 도면이다. 교류 전원 S(전압 E[V])로부터 고주파의 교류 전류 I1을 와전류식 막 두께 센서(60)의 코일(61)에 흘리면, 코일(61)에 유기된 자력선이 도전막 중을 통과한다. 이에 의해, 센서측 회로와 도전막측 회로 사이에 상호 인덕턴스가 발생하고, 도전막에는 와전류 I2가 흐른다. 이 와전류 I2는 자력선을 발생하고, 이것이 센서측 회로의 임피던스를 변화시킨다. 와전류식 막 두께 센서(60)는, 이 센서측 회로의 임피던스의 변화로부터 도전막의 막 두께를 검출한다.
도 46에 나타내는 센서측 회로와 도전막측 회로에는, 각각 다음 식이 성립된다.
Figure pat00003
Figure pat00004
여기서, M은 상호 인덕턴스이고, R1은 와전류식 막 두께 센서(60)의 코일(61)을 포함하는 센서측 회로의 등이 저항이고, L1은 코일(61)을 포함하는 센서측 회로의 자기 인덕턴스이다. R2는 와전류가 유기되는 도전막의 등가 저항이고, L2는 와전류가 흐르는 도전막의 자기 인덕턴스이다.
여기서, In＝Anej ωt(정현파)로 두면, 상기 식(3), (4)는 다음과 같이 나타내어진다.
Figure pat00005
Figure pat00006
이들 식(5), (6)으로부터, 다음 식이 도출된다.
Figure pat00007
따라서, 센서측 회로의 임피던스 Φ는, 다음 식으로 나타내어진다.
Figure pat00008
여기서, Φ의 실부(저항 성분), 허부(유도 리액턴스 성분)를 각각 X, Y로 두면, 상기 식(8)은 다음과 같아진다.
Figure pat00009
와전류식 막 두께 센서(60)는, 상기 와전류식 막 두께 센서(60)의 코일(61)을 포함하는 전기 회로의 임피던스의 저항 성분 X 및 유도 리액턴스 성분 Y를 출력한다. 이들 저항 성분 X 및 유도 리액턴스 성분 Y는, 막 두께를 반영한 막 두께 신호로, 웨이퍼의 막 두께에 따라서 변화된다.
도 47은, 막 두께와 함께 변화되는 X, Y를, XY 좌표계 상에 플롯함으로써 그려지는 그래프를 나타내는 도면이다. 점 T∞의 좌표는, 막 두께가 무한대일 때, 즉, R2가 0일 때의 X, Y이고, 점 T0의 좌표는, 기판의 도전율을 무시할 수 있는 것으로 하면, 막 두께가 0일 때, 즉, R2가 무한대일 때의 X, Y이다. X, Y의 값으로부터 위치 결정되는 점 Tn은, 막 두께가 감소함에 따라서, 원호 형상의 궤적을 그리면서 점 T0을 향해 진행한다. 또한, 도 47에 나타내는 기호 k는 결합 계수이며, 다음 관계식이 성립된다.
Figure pat00010
도 48은, 도 47의 그래프 도형을 반시계 방향으로 90도 회전시키고, 또한 평행 이동시킨 그래프를 나타내는 도면이다. 도 48에 나타내는 바와 같이, 막 두께가 감소함에 따라서, X, Y의 값으로부터 위치 결정되는 점 Tn은 원호 형상의 궤적을 그리면서 점 T0을 향해 진행한다.
코일(61)과 웨이퍼(W) 사이의 거리 G는, 이들 사이에 개재되는 연마 패드(10)의 두께에 따라서 변화된다. 이 결과, 도 49에 나타내는 바와 같이, 사용하는 연마 패드(10)의 두께에 상당하는 거리 G(G1∼G3)에 따라서, 좌표 X, Y의 원호 궤적이 변동된다. 도 49로부터 알 수 있는 바와 같이, 코일(61)과 웨이퍼(W) 사이의 거리 G에 관계없이, 막 두께마다의 좌표 X, Y를 직선(이하, 예비 측정 직선이라 함)으로 연결하면, 그 예비 측정 직선이 교차하는 교점(기준점) P를 취득할 수 있다. 이 예비 측정 직선 rn(n:1, 2, 3…)은 소정의 기준선(도 49에 있어서의 수평선) H에 대해, 막 두께에 따른 앙각(협각) θ로 경사진다. 따라서, 이 각도 θ는, 웨이퍼(W)의 막 두께를 나타내는 막 두께 지표값이라 할 수 있다.
동작 제어부(5)는, 각도 θ와 막 두께의 관계를 나타내는 상관 데이터를 참조함으로써, 연마 중에 얻어진 각도 θ로부터 막 두께를 결정할 수 있다. 이 상관 데이터는, 연마 대상 웨이퍼와 동종의 웨이퍼를 연마하여, 각 각도 θ에 대응하는 막 두께를 측정함으로써 미리 얻어진 것이다. 도 50은 연마 시간에 따라서 변화되는 각도 θ를 나타내는 그래프이다. 종축은 각도 θ를 나타내고, 횡축은 연마 시간을 나타내고 있다. 이 그래프에 나타내는 바와 같이, 연마 시간과 함께 각도 θ는 증가하고, 어느 시점에서 일정해진다. 따라서, 동작 제어부(5)는 연마 중에 각도 θ를 계산하고, 그 각도 θ로부터 현재의 막 두께를 취득할 수 있다.
상술한 광학식 막 두께 센서(40) 및 와전류 센서(60)로서는, 일본 특허 공개 제2004-154928호 공보나 일본 특허 공개 제2009-99842호 공보 등에 기재되어 있는 공지의 광학 센서 및 와전류 센서를 사용할 수 있다.
도 4에 도시하는 바와 같이, 제1 연마 유닛(3A)은, 상술한 광학식 막 두께 센서(40) 및 와전류 센서(60)에 더하여, 연마 테이블(30A)을 회전시키는 테이블 모터(19)의 입력 전류(즉, 토크 전류)를 계측하는 토크 전류 계측기(70)를 더 구비하고 있다. 이 토크 전류 계측기(70)에 의해 계측된 토크 전류값은, 동작 제어부(5)로 보내져, 웨이퍼의 연마 중에는 동작 제어부(5)에 의해 토크 전류값이 감시된다. 또한, 토크 전류 계측기(70)를 설치하지 않고, 테이블 모터(19)를 구동시키는 인버터(도시하지 않음)로부터의 출력되는 전류값을 이용할 수도 있다.
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 다양한 변형예는, 당업자라면 당연히 이룰 수 있는 것이며, 본 발명의 기술적 사상은 다른 실시 형태에도 적용할 수 있다. 따라서, 본 발명은, 기재된 실시 형태에 한정되지 않고, 특허청구범위에 의해 정의되는 기술적 사상에 따른 가장 넓은 범위로 해석되는 것이다.
1 : 하우징
2 : 로드/언로드부
3 : 연마부
3A, 3B, 3C, 3D : 연마 유닛
4 : 세정부
5 : 동작 제어부
6 : 제1 리니어 트랜스포터
7 : 제2 리니어 트랜스포터
10 : 연마 패드
11 : 리프터
12 : 스윙 트랜스포터
16 : 톱 링 샤프트
17 : 연결 수단
18 : 톱 링 모터
19 : 테이블 모터
20 : 프론트 로드부
21 : 주행 기구
22 : 반송 로봇
30A, 30B, 30C, 30D : 연마 테이블
31A, 31B, 31C, 31D : 톱 링
32A, 32B, 32C, 32D : 연마액 공급 기구
33A, 33B, 33C, 33D : 드레서
34A, 34B, 34C, 34D : 아토마이저
40 : 광학식 막 두께 센서
42 : 투광부
43 : 수광부(광 파이버)
44 : 분광 광도계
47 : 광원
48 : 광 파이버
50A : 제1 구멍
50B : 제2 구멍
51 : 통과 구멍
53 : 액체 공급로
54 : 액체 배출로
55 : 액체 공급원
56 : 자유 조인트
57 : 톱 링 본체
58 : 리테이너 링
60 : 와전류식 막 두께 센서
61 : 코일
62 : 멤브레인
63 : 척킹 플레이트
64 : 압력 조정부
70 : 토크 전류 계측기
72 : 임시 적재대
73 : 1차 세정기
74 : 2차 세정기
75 : 건조기
77 : 제1 반송 로봇
78 : 제2 반송 로봇
79 : 반송 로봇
80 : 웨트형 막 두께 측정 장치
84 : 막 두께 측정 헤드
85 : 오리엔테이션 검출기
87 : 기판 스테이지
90 : 린스수 공급부
92 : 헤드 이동 기구
100 : 광원
101 : 집광 렌즈
103 : 제1 빔 스플리터
105 : 결상 렌즈
110 : 분광 광도계
112 : 디지털 카메라
115 : 제2 빔 스플리터
116 : 제1 릴레이 렌즈
117 : 제2 릴레이 렌즈
120 : 처리부
130 : 기체 분사부(유체 공급부)
131 : 기체 공급부(유체 공급부)
133 : 노즐
134 : 기체 도입 라인
140 : 액체 공급부(유체 공급부)
141 : 노즐
142 : 액체 공급 라인
143 : 액체 배출 라인
145 : 도입 공간
146 : 배출 공간
148 : 구획벽
150 : 둑
151 : 시일 부재
155 : 액체 분사부(유체 공급부)

Claims (18)

  1. 기판을 수평하게 지지하는 기판 스테이지와,
    상기 기판 스테이지 상의 기판의 표면 전체에 린스수를 공급하는 린스수 공급부와,
    상기 기판 스테이지 상의 상기 기판의 표면 상의 측정 영역에 광을 조사하고, 상기 측정 영역으로부터의 반사광의 스펙트럼을 생성하고, 상기 스펙트럼으로부터 상기 기판의 막 두께를 결정하는 막 두께 측정 헤드와,
    상기 광의 광로 상에 기체의 흐름을 형성하고, 상기 기체의 흐름을 상기 측정 영역에 닿게 하는 유체 공급부를 구비한 것을 특징으로 하는, 막 두께 측정 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 유체 공급부는, 상기 광의 광로 상에 기체의 분류를 형성하고, 상기 기체의 분류를 상기 측정 영역에 닿게 하는 기체 분사부인 것을 특징으로 하는, 막 두께 측정 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 유체 공급부는, 상기 기판의 표면에 접촉 또는 근접 가능한 개구부를 갖는 노즐과, 상기 노즐 내에 기체를 도입하여 상기 노즐 내에 상기 기체의 흐름을 형성하는 기체 도입 라인을 구비하는 것을 특징으로 하는, 막 두께 측정 장치.
  4. 기판을 수평하게 지지하는 기판 스테이지와,
    상기 기판 스테이지 상의 기판의 표면 전체에 린스수를 공급하는 린스수 공급부와,
    상기 기판의 표면에 접촉 또는 근접 가능한 개구부를 갖는 노즐과,
    상기 노즐 내에 액체를 공급하는 액체 공급 라인과,
    상기 노즐 내의 액체를 통해, 상기 기판 스테이지 상의 상기 기판의 표면 상의 측정 영역에 광을 조사하고, 상기 측정 영역으로부터의 반사광의 스펙트럼을 생성하고, 상기 스펙트럼으로부터 상기 기판의 막 두께를 결정하는 막 두께 측정 헤드를 구비한 것을 특징으로 하는, 막 두께 측정 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 노즐 내에 공급된 상기 액체를 배출하는 액체 배출 라인을 더 구비한 것을 특징으로 하는, 막 두께 측정 장치.
  6. 기판을 수평하게 지지하고,
    상기 기판의 표면 전체에 린스수를 공급하고,
    상기 기판의 표면 상의 측정 영역에 광을 조사하면서, 광의 광로 상에 기체의 흐름을 형성하고, 또한 상기 기체의 흐름을 상기 측정 영역에 닿게 하고,
    상기 측정 영역으로부터의 반사광의 스펙트럼을 생성하고,
    상기 스펙트럼으로부터 상기 기판의 막 두께를 결정하는 것을 특징으로 하는, 막 두께 측정 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 기체의 흐름을 상기 측정 영역에 닿게 하는 공정은, 상기 기체의 분류를 상기 측정 영역에 닿게 함으로써, 상기 기판의 표면 상에 형성되어 있는 상기 린스수의 막을 국소적으로 제거하는 공정인 것을 특징으로 하는, 막 두께 측정 방법.
  8. 제6항에 있어서, 상기 기판의 표면 상에 형성되어 있는 상기 린스수의 막에 노즐을 접촉시키는 공정을 더 포함하고,
    상기 광의 광로 상에 기체의 흐름을 형성하는 공정은, 상기 노즐 내에 기체를 공급함으로써 상기 광의 광로 상에 기체의 흐름을 형성하는 공정인 것을 특징으로 하는, 막 두께 측정 방법.
  9. 기판을 수평하게 지지하고,
    상기 기판의 표면 전체에 린스수를 공급하고,
    노즐의 개구부를 상기 기판의 표면에 접촉 또는 근접시키고,
    상기 노즐 내에 액체를 공급하고,
    상기 노즐 내의 액체를 통해, 상기 기판의 표면 상의 측정 영역에 광을 조사하고,
    상기 측정 영역으로부터의 반사광의 스펙트럼을 생성하고,
    상기 스펙트럼으로부터 상기 기판의 막 두께를 결정하는 것을 특징으로 하는, 막 두께 측정 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 기판의 표면 상의 측정 영역에 광을 조사하고 있는 동안, 상기 노즐 내의 액체의 흐름 속도를 느리게 하는 것을 특징으로 하는, 막 두께 측정 방법.
  11. 기판을 연마하는 연마부와,
    상기 기판을 세정 건조하는 세정부와,
    상기 기판의 막 두께를 측정하는 막 두께 측정 장치를 구비하고,
    상기 막 두께 측정 장치는,
    기판을 수평하게 지지하는 기판 스테이지와,
    상기 기판 스테이지 상의 기판의 표면 전체에 린스수를 공급하는 린스수 공급부와,
    상기 기판 스테이지 상의 상기 기판의 표면 상의 측정 영역에 광을 조사하고, 상기 측정 영역으로부터의 반사광의 스펙트럼을 생성하고, 상기 스펙트럼으로부터 상기 기판의 막 두께를 결정하는 막 두께 측정 헤드와,
    상기 광의 광로 상에 기체의 흐름을 형성하고, 상기 기체의 흐름을 상기 측정 영역에 닿게 하는 유체 공급부를 구비한 것을 특징으로 하는, 연마 장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 기판 상의 복수의 측정점에서 취득된 상기 기판의 막 두께로부터, 상기 기판의 연마 프로파일을 작성하는 동작 제어부를 더 구비한 것을 특징으로 하는, 연마 장치.
  13. 제11항에 있어서, 상기 기판의 막 두께와 목표값의 차로부터 상기 기판의 추가 연마 시간을 산출하는 동작 제어부를 더 구비한 것을 특징으로 하는, 연마 장치.
  14. 제11항에 있어서, 상기 막 두께 측정 헤드에 의해 취득된 상기 기판의 막 두께에 기초하여, 후속의 기판의 연마 조건을 조정하는 동작 제어부를 더 구비한 것을 특징으로 하는, 연마 장치.
  15. 기판을 연마하는 연마부와,
    상기 기판을 세정 건조하는 세정부와,
    상기 기판의 막 두께를 측정하는 막 두께 측정 장치를 구비하고,
    상기 막 두께 측정 장치는,
    기판을 수평하게 지지하는 기판 스테이지와,
    상기 기판 스테이지 상의 기판의 표면 전체에 린스수를 공급하는 린스수 공급부와,
    상기 기판의 표면에 접촉 또는 근접 가능한 개구부를 갖는 노즐과,
    상기 노즐 내에 액체를 공급하는 액체 공급 라인과,
    상기 노즐 내의 액체를 통해, 상기 기판 스테이지 상의 상기 기판의 표면 상의 측정 영역에 광을 조사하고, 상기 측정 영역으로부터의 반사광의 스펙트럼을 생성하고, 상기 스펙트럼으로부터 상기 기판의 막 두께를 결정하는 막 두께 측정 헤드를 구비한 것을 특징으로 하는, 연마 장치.
  16. 제15항에 있어서, 상기 기판 상의 복수의 측정점에서 취득된 상기 기판의 막 두께로부터, 상기 기판의 연마 프로파일을 작성하는 동작 제어부를 더 구비한 것을 특징으로 하는, 연마 장치.
  17. 제15항에 있어서, 상기 기판의 막 두께와 목표값의 차로부터 상기 기판의 추가 연마 시간을 산출하는 동작 제어부를 더 구비한 것을 특징으로 하는, 연마 장치.
  18. 제15항에 있어서, 상기 막 두께 측정 헤드에 의해 취득된 상기 기판의 막 두께로부터, 후속의 기판의 연마 조건을 조정하는 동작 제어부를 더 구비한 것을 특징으로 하는, 연마 장치.
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