KR20150040756A

KR20150040756A - 연마 방법

Info

Publication number: KR20150040756A
Application number: KR20140132323A
Authority: KR
Inventors: 다로 다카하시; 야스미츠 가와바타
Original assignee: 가부시키가이샤 에바라 세이사꾸쇼
Priority date: 2013-10-07
Filing date: 2014-10-01
Publication date: 2015-04-15
Also published as: CN104511838B; TWI576202B; US9573245B2; CN104511838A; TW201521957A; JP2015076449A; SG10201406355RA; KR101725595B1; JP6033751B2; US20150099424A1

Abstract

보다 고정밀도로 타깃 두께까지 연마하는 것이 가능한 연마 방법을 제공한다.
연마 방법은, 연마 패드(10)를 지지하는 연마 테이블(30)을 회전시켜, 표면에 도전성막이 형성된 기판 W를 연마 패드(10)에 가압하여 도전성막을 연마하고, 도전성막의 연마 중에, 연마 테이블(30) 내부에 배치된 와전류식 막 두께 센서(60)에 의해 도전성막의 두께에 따라서 변화하는 막 두께 신호를 취득하고, 막 두께 신호에 기초하여 연마 패드(10)의 두께를 결정하고, 연마 패드(10)의 두께에 대응하는 도전성막의 연마 레이트를 결정하고, 연마 레이트로 도전성막을 소정의 연마 시간 Tb만큼 연마했을 때의 예상 연마량을 산출하고, 도전성막의 타깃 두께에 예상 연마량을 가산함으로써 가상의 종점 막 두께를 산출하고, 도전성막의 두께가 가상의 종점 막 두께에 도달한 시점으로부터 소정의 연마 시간 Tb가 경과한 때에, 도전성막의 연마를 종료한다.

Description

연마 방법{POLISHING METHOD}

본 발명은 웨이퍼 등의 기판 상에 형성된 금속막 등의 도전성막을 연마하는 연마 방법에 관한 것으로, 특히, 와전류식 막 두께 센서를 사용하여 도전성막의 두께를 검출하면서, 상기 도전성막을 고정밀도로 연마하는 연마 방법에 관한 것이다.

반도체 디바이스의 제조 공정에 있어서는, 기판에 형성된 금속막 등의 도전성막을 연마하는 연마 공정이 행하여진다. 예를 들어, 금속 배선 형성 공정에서는, 배선 패턴이 형성된 기판 표면에 금속막을 성막한 후, 화학적 기계적 연마(CMP)를 행하여, 여분의 금속막을 제거함으로써 금속 배선을 형성한다. 이 연마 공정에 있어서는, 원하는 타깃 두께에 도달한 시점인 연마 종점을 검출하기 위해서, 와전류식 막 두께 센서를 사용하여, 기판에 형성된 도전성막의 두께를 검출하는 것이 행하여지고 있다(특허문헌 1 참조).

와전류식 막 두께 센서는, 회전 가능하게 구성되는 연마 테이블 내부에 배치되고, 기판을 연마하기 위하여 회전하고 있는 연마 테이블과 함께 회전한다. 와전류식 막 두께 센서에는 소정의 고주파 교류 전류가 흘려지고 있고, 이 와전류식 막 두께 센서가 기판의 근방을 통과하는 때에, 고주파 교류 전류의 영향으로 기판에 형성된 도전성막에 와전류가 발생한다. 이 발생한 와전류의 자력선의 영향을 받아, 와전류식 막 두께 센서의 전기 회로 임피던스가 변화하고, 상기 임피던스 변화로부터 얻어진 막 두께 신호에 기초하여, 도전성막의 두께를 검출할 수 있게 되어 있다.

이와 같이, 종래부터, 와전류식 막 두께 센서를 사용한 도전성막의 두께 검출이 행하여지고 있지만, 실제로 타깃 두께에 도달한 시점에서 연마 프로세스를 즉시 종료하는 것은 어렵다. 이것은, 막 두께를 검출할 때에 검출 지연 시간이 발생하는 것 및 도전성막의 연마를 실제로 정지시키기 위해서는 어느 정도의 시간이 걸리는 것 등이 원인이다. 따라서, 종래의 연마 프로세스에 있어서는, 실제로 연마를 정지하고자 하는 타깃 두께에 소정의 오프셋값을 가산한 가상의 종점 막 두께를 미리 설정하고, 이 가상의 종점 막 두께를 검출한 후, 소정 연마 시간만큼 도전성막을 연마하도록 하고 있다.

이러한 오프셋값을 사용한 방법은, 도전성막의 연마 레이트가 항상 일정하면 문제없지만, 실제로는, 연마 패드의 두께 등의 연마 패드 상태에 따라 연마 레이트는 바뀔 수 있다. 따라서, 연마 레이트가 통상보다도 높으면, 타깃 두께보다도 얇은 막 두께까지 연마가 이루어져버리고, 연마 레이트가 통상보다도 낮으면, 타깃 두께보다도 두꺼운 막 두께에서 연마가 종료해버린다. 그로 인해, 패드 두께 등의 연마 패드 상태에 의존하여, 연마 후 막 두께가 타깃 두께에 대하여 변동되어버린다라고 하는 문제가 있었다.

또한, 상기한 바와 같이, 와전류식 막 두께 센서는, 연마 테이블의 회전마다 막 두께 신호를 취득하기 때문에, 연마 테이블의 1회전당의 연마량 이하의 연마 정밀도를 얻을 수 없었다.

일본 특허 공개 제2005-121616호 공보

본 발명은 상기 사정을 감안하여 이루어진 것으로서, 보다 고정밀도로 타깃 두께까지 연마하는 것이 가능한 연마 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명 제1 형태는, 연마 패드를 지지하는 연마 테이블을 회전시키고, 표면에 도전성막이 형성된 기판을 상기 연마 패드에 가압하여 상기 도전성막을 연마하고, 상기 도전성막의 연마 중에, 상기 연마 테이블 내부에 배치된 와전류식 막 두께 센서에 의해 상기 도전성막의 두께에 따라서 변화하는 막 두께 신호를 취득하고, 상기 막 두께 신호에 기초하여 상기 연마 패드의 두께를 결정하고, 상기 연마 패드의 두께에 대응하는 상기 도전성막의 연마 레이트를 결정하고, 상기 연마 레이트로 상기 도전성막을 소정의 연마 시간만큼 연마했을 때의 예상 연마량을 산출하고, 상기 도전성막의 타깃 두께에 상기 예상 연마량을 가산함으로써 가상의 종점 막 두께를 산출하고, 상기 도전성막의 두께가 상기 가상의 종점 막 두께에 도달한 시점부터 상기 소정의 연마 시간이 경과한 때에, 상기 도전성막의 연마를 종료하는 것을 특징으로 하는 연마 방법이다.

본 발명의 제2 형태는, 연마 패드를 지지하는 연마 테이블을 회전시키고, 표면에 도전성막이 형성된 기판을 상기 연마 패드에 가압하여 상기 도전성막을 연마하고, 상기 도전성막의 연마 중에, 상기 연마 테이블 내부에 배치된 와전류식 막 두께 센서의 출력값으로부터 상기 도전성막의 두께를 취득하고, 상기 연마 테이블 1회전당의 연마량을 산출하고, 상기 도전성막의 현재의 두께와 타깃 두께의 차분과, 상기 연마량으로부터 추가 연마 시간을 산출하고, 상기 현재의 두께가 취득된 현재의 연마 시간에 상기 추가 연마 시간을 가산함으로써 목표 연마 시간을 산출하고, 상기 목표 연마 시간에 도달했을 때에 상기 도전성막의 연마를 종료하는 것을 특징으로 하는 연마 방법이다.

제1 형태에 의하면, 연마 패드의 두께에 따른 연마 레이트에 기초한 도전성막의 연마 종점 검지가 가능해져서, 타깃 두께까지 정확하게 도전성막을 연마하는 것이 가능하게 된다.

제2 형태에 의하면, 연마 테이블 1회전당의 연마량에 기초하여, 타깃 두께에 도달하는 시점인 목표 연마 시간이 산출된다. 즉, 연마 종점은, 도전성막의 두께가 아니고, 연마 시간에 기초하여 결정된다. 따라서, 연마 테이블 1회전당의 연마량 이하의 연마 정밀도를 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명의 연마 방법의 일 실시 형태를 실행하기 위한 연마 장치를 모식적으로 도시하는 사시도이다.
도 2는 와전류식 막 두께 센서의 원리를 설명하기 위한 회로를 도시하는 도면이다.
도 3은 도전성막의 두께 변화에 수반하는, 임피던스 좌표면에 있어서의 저항 성분(X)과 리액턴스 성분(Y)의 원 궤적을 나타내는 그래프이다.
도 4는 도 3의 그래프도형을 반시계 방향으로 90도 회전시키고, 또한 평행 이동시킨 그래프이다.
도 5는 사용하는 연마 패드의 두께에 상당하는 거리에 따라, 좌표 X, Y의 원호 궤적이 변화하는 모습을 나타낸 그래프이다.
도 6은 연마 시간에 따라서 변화하는 각도 θ를 나타내는 그래프이다.
도 7은 가상의 종점 막 두께에 도달한 후, 소정의 연마 시간만큼 도전성막을 연마하여, 원하는 타깃 두께를 얻고자 할 때의 막 두께 변화를 나타낸 그래프이다.
도 8은 연마 패드의 두께에 의존하여 연마 레이트가 변화하는 상태를 나타낸 그래프이다.
도 9는 연마 레이트가 높아진 경우에 과연마가 발생해버리는 예를 설명하는 그래프이다.
도 10은 각도 θ가 일정한 경우의, 패드 두께와, 와전류식 막 두께 센서의 출력값 X, Y로부터 산출되는 임피던스 Z와의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 11은 가상의 종점 막 두께를 변경시킨 상태를 나타내는 그래프이다.

이하, 본 발명의 연마 방법에 대하여 도면을 참조하여 설명한다.

도 1은, 본 발명의 연마 방법의 일 실시 형태를 실행하기 위한 연마 장치를 모식적으로 도시하는 사시도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 연마 테이블(30)은 테이블축(30a)을 통하여 그 하방에 배치되는 테이블 모터(19)에 연결되어 있고, 이 테이블 모터(19)에 의해 연마 테이블(30)이 화살표로 나타내는 방향으로 회전되도록 되어 있다. 이 연마 테이블(30)의 상면에는 연마 패드(10)가 부착되어 있고, 연마 패드(10)의 상면이 웨이퍼 등의 기판 W를 연마하는 연마면(10a)을 구성하고 있다. 톱링(31)은 톱링 샤프트(16)의 하단부에 연결되어 있다. 톱링(31)은, 진공 흡착에 의해 그 하면에 기판 W를 보유 지지할 수 있도록 구성되어 있다. 톱링 샤프트(16)는 도시하지 않은 상하 이동 기구에 의해 상하 이동하도록 되어 있다.

연마 테이블(30)의 내부에는, 기판 W의 표면에 형성된 도전성막의 두께에 따라서 변화하는 막 두께 신호를 취득하는 와전류식 막 두께 센서(60)가 배치되어 있다. 이 와전류식 막 두께 센서(60)는 기호 A로 나타내는 바와 같이 연마 테이블(30)과 일체로 회전하고, 톱링(31)에 보유 지지된 기판 W의 도전성막의 두께 신호를 취득한다. 와전류식 막 두께 센서(60)는 처리부(5)에 접속되어 있고, 이들 와전류식 막 두께 센서(60)에 의해 취득된 막 두께 신호는 처리부(5)에 보내지게 되어 있다. 처리부(5)는 기판 W의 도전성막의 두께를 직접 또는 간접으로 나타내는 막 두께 지표값을 막 두께 신호로부터 생성한다.

기판 W의 연마는 다음과 같이 하여 행하여진다. 톱링(31) 및 연마 테이블(30)을 각각 화살표로 나타내는 방향으로 회전시키고, 연마액 공급 기구(32)로부터 연마 패드(10) 상에 연마액(슬러리)을 공급한다. 이 상태에서, 하면에 기판 W를 보유 지지한 톱링(31)은, 톱링 샤프트(16)에 의해 하강되어서 기판 W를 연마 패드(10)의 연마면(10a)에 가압한다. 기판 W의 표면은 연마액에 포함되는 지립(砥粒)의 기계적 작용과 연마액의 화학적 작용에 의해 연마된다.

이어서, 상기한 와전류식 막 두께 센서(60)에 의한 도전성막의 두께 검출에 대하여 설명한다. 와전류식 막 두께 센서(60)는 코일에 고주파의 교류 전류를 흘려서 기판 W의 표면에 형성된 도전성막에 와전류를 유도시키고, 이 와전류의 자계에 기인하는 임피던스의 변화로부터 도전성막의 두께를 검출하도록 구성된다. 도 2는, 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 유도된 자력선이 기판의 도전성막 내를 통과한다. 이에 의해, 센서측 회로와 도전성막측 회로 사이에 상호 인덕턴스가 발생하여, 도전성막에는 와전류 I₂가 흐른다. 이 와전류 I₂는 자력선을 발생하고, 이것이 센서측 회로의 임피던스를 변화시킨다. 와전류식 막 두께 센서(60)는 이 센서측 회로의 임피던스 변화로부터 도전성막의 두께를 검출한다.

도 2에 도시하는 센서측 회로와 도전성막측 회로에는 각각 다음 식이 성립된다.

여기서, M은 상호 인덕턴스이며, R₁은 와전류식 막 두께 센서(60)의 코일(61)을 포함하는 센서측 회로의 등가 저항이며, L₁은 코일(61)을 포함하는 센서측 회로의 자기 인덕턴스이다. R₂는 와전류가 유도되는 도전성막의 등가 저항이며, L₂는 와전류가 흐르는 도전성막의 자기 인덕턴스이다.

여기서, In=Ane^j ^ωt(정현파)라고 하면, 상기 수학식 1, 2는 다음과 같이 표현된다.

이들 수학식 3, 4로부터, 다음 수학식 5가 유도된다.

따라서, 센서측 회로의 임피던스 Φ은, 다음 수학식 6으로 표현된다.

여기서, Φ의 실부(저항 성분), 허부(유도 리액턴스 성분)를 각각 X, Y라고 하면, 상기 수학식 6은 다음과 같이 된다.

와전류식 막 두께 센서(60)는 상기 와전류식 막 두께 센서(60)의 코일(61)을 포함하는 전기 회로의 임피던스 저항 성분 X 및 유도 리액턴스 성분 Y를 출력한다. 이 저항 성분 X 및 유도 리액턴스 성분 Y는, 막 두께를 반영한 막 두께 신호이며, 기판 상의 도전성막의 두께에 따라서 변화한다.

도 3은, 도전성막의 두께와 함께 변화하는 X, Y를, XY 좌표계 상에 플롯함으로써 그려지는 그래프를 도시하는 도면이다. 점 T∞의 좌표는, 막 두께가 무한대일 때, 즉, R₂가 0일 때 X, Y이며, 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, 도전성막의 두께가 감소함에 따라, 원호 형상의 궤적을 그리면서 점 T0을 향하여 진행한다. 또한, 도 3에 도시하는 기호 k는 결합 계수이며, 다음 수학식 8이 성립한다.

도 4는, 도 3의 그래프도형을 반시계 방향으로 90도 회전시키고, 또한 평행 이동시킨 그래프를 도시하는 도면이다. 도 4에 도시한 바와 같이, 막 두께가 감소함에 따라, X, Y의 값으로부터 위치 결정되는 점 Tn은 원호 형상의 궤적을 그리면서 점 T0로 향하여 진행한다.

와전류식 막 두께 센서(60)의 코일(61)과 기판 W 사이의 거리 G는, 이들 사이에 개재하는 연마 패드(10)의 두께에 따라서 변화한다. 이 결과, 도 5에 도시한 바와 같이, 사용하는 연마 패드(10)의 두께에 상당하는 거리 G(G1 내지 G3)에 따라 좌표 X, Y의 원호 궤적이 변화한다. 도 5로부터 알 수 있는 바와 같이, 코일(61)과 기판 W 사이의 거리 G에 관계없이, 막 두께마다의 좌표 X, Y를 직선(이하, 예비 측정 직선이라고 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 5에 있어서의 수평선) H에 대하여 도전성막의 두께에 따른 각도 θ로 경사진다. 따라서, 이 각도 θ는, 기판 W에 있어서의 도전성막의 두께를 나타내는 막 두께 지표값이라고 할 수 있다. 도전성막의 두께가 동일할 때, 연마 패드(10)의 두께 차이에 관계없이, 각도 θ도 동일하다.

처리부(5)는 각도 θ과 막 두께와의 관계를 나타내는 상관 데이터를 참조함으로써, 연마 중에 얻어진 각도 θ로부터 막 두께를 결정한다. 이 상관 데이터는, 연마 대상인 기판과 동종의 기판을 연마하고, 각 각도 θ에 대응하는 막 두께를 측정함으로써 미리 얻어진 것이다. 도 6은, 연마 시간에 따라서 변화하는 각도 θ를 나타내는 그래프이다. 종축은 각도 θ를 나타내고, 횡축은 연마 시간을 나타내고 있다. 이 그래프에 도시한 바와 같이, 연마 시간과 함께 각도 θ는 증가하고, 어떤 시점에서 일정해진다. 따라서, 처리부(5)는 연마 중에 각도 θ를 계산하고, 그 각도 θ로부터 현재의 도전성막의 두께를 취득할 수 있다.

연마 장치는, 이러한 와전류식 막 두께 센서(60)를 사용하여 기판 W의 도전성막의 두께를 취득하면서, 기판 W의 도전성막을 연마하고 있다. 그러나, 실제로 원하는 타깃 두께에 도달한 시점에서 연마 프로세스를 즉시 종료하는 것은 어렵다. 이것은, 막 두께를 검출할 때에 검출 지연 시간이 발생하는 것 및 도전성막의 연마를 실제로 정지시키기 위해서는 어느 정도의 시간이 걸리는 것 등이 원인이다. 따라서, 실제의 연마 프로세스에 있어서는, 도 7에 도시한 바와 같이, 실제로 연마를 정지하고자 하는 타깃 두께에 오프셋값을 가산한 가상의 종점 막 두께를 미리 설정하고, 이 가상의 종점 막 두께에 도달한 시점부터, 소정 연마 시간 Tb만큼 연마함으로써 원하는 타깃 두께를 실현한다.

이러한 오프셋값을 설정하는 방법은, 도전성막의 연마 레이트가 항상 일정하면 문제없지만, 실제로는, 연마 패드의 두께 등의 연마 패드 상태에 따라 연마 레이트는 변화한다. 따라서, 연마 레이트가 통상보다도 높으면, 타깃 두께보다도 얇은 막 두께까지 연마가 이루어져버리고, 연마 레이트가 통상보다도 낮으면, 타깃 두께보다도 두꺼운 막 두께에서 연마가 종료해버린다. 연마 패드(10)의 두께에 의존하여, 연마 레이트가 변화하는 상태를 나타낸 그래프를 도 8에 도시하였다. 종축은 도전성막의 연마 레이트를 나타내고, 횡축은 연마 패드의 두께를 나타내고 있다. 도 8은, 패드 두께가 감소해 감에 따라서 연마 레이트가 상승해 가는 경우(Type1)와, 패드 두께가 감소해 감에 따라서 감소해 가는 경우(Type2)가 있는 것을 나타내고 있다. 패드 두께의 감소에 수반하여 연마 레이트가 상승할지 감소할지는, 연마 패드 자체의 재질이나 성질 뿐만 아니라, 적용되는 연마 프로세스에도 의존한다.

이렇게 연마 레이트는 연마 패드(10)의 두께에 의존하여 변화한다. 그로 인해, 가상의 종점 막 두께에 도달한 시점부터 소정 연마 시간 Tb만큼 도전성막을 연마하면, 연마 후 막 두께가 원하는 타깃 두께에 비하여 변동되어버린다. 도 9에, 연마 레이트가 높아진 경우에 과연마가 발생해버리는 예를 나타낸 그래프를 나타낸다. 도 9로부터 알 수 있는 바와 같이, 연마 레이트가 높아진 경우에, 미리 정해진 가상의 종점 막 두께에 도달한 시점부터 소정 연마 시간 Tb만큼 연마하면, 과연마가 발생해버린다.

따라서, 본 실시 형태에서는, 처리부(5)는 와전류식 막 두께 센서(60)가 취득한 막 두께 신호로부터 연마 패드(10)의 두께를 결정하고, 상기 결정된 연마 패드(10)의 두께에 대응하는 연마 레이트를 결정하고, 결정된 연마 레이트로 소정의 연마 시간 Tb만큼 연마했을 때의 예상 연마량을 산출하고, 이 산출된 예상 연마량을 오프셋값으로 하여 타깃 두께에 가산함으로써 가상의 종점 막 두께를 설정하고, 이 가상의 종점 막 두께에 달한 시점부터 소정 연마 시간 Tb가 경과한 시점에서 도전성막의 연마를 종료시킨다. 이 연마 방법에 대해서 이하에 설명한다.

먼저, 상기한 바와 같이, 와전류식 막 두께 센서(60)는 도전성막의 두께를 반영한 저항 성분 X 및 유도 리액턴스 성분 Y를 출력하고, 처리부(5)는 상기 저항 성분 X 및 유도 리액턴스 성분 Y로부터 각도 θ를 취득한다. 이 각도 θ는, 도 5에 도시한 바와 같이, 좌표 X, Y에 의해 결정되는 XY 좌표계 상의 점 Tn과, 기준점 P를 연결하는 선의, 수평선 H에 대한 각도이다. 점 Tn은, 막 두께의 감소와 함께, 반원을 그리면서 이동한다. 이 이동에 수반하여, 각도 θ도 변화한다. 이 각도 θ는, 막 두께에 따라 바뀌지만, 패드 두께의 변화에 관계없이 변화하지 않는다.

막 두께가 일정한 조건 하에서는(즉, 각도 θ가 일정한 조건 하에서는), 임피던스 Z(=(X²+Y²)^1/2)는 패드 두께에 반비례하여 변화한다. 구체적으로는, 임피던스 Z, 즉 원점 0으로부터 점 Tn(도 5 참조)까지의 거리는, 패드 두께가 감소함에 따라 증가한다. 각도 θ가 일정한 조건 하에서 취득된, 패드 두께와 임피던스 Z와의 관계를 나타낸 패드 두께 데이터로서의 그래프를 도 10에 도시한다. 도 10의 종축은 패드 두께를 나타내고, 횡축은 임피던스 Z(=(X²+Y²)^1/2)를 나타낸다. 이러한 패드 두께 데이터를 적어도 1개의 각도 θ에 대하여 미리 준비해 두면, 각도 θ과, 센서 출력값 X, Y가 얻어진 단계에서, 패드 두께를 결정하는 것이 가능해진다. 도 10에 도시하는 패드 두께 데이터는, 연마 패드의 다른 두께와, 대응하는 센서 출력값으로부터 산출되는 임피던스 Z로부터 미리 취득되어, 처리부(5) 내에 저장되어 있다.

계속해서, 처리부(5)는 결정된 연마 패드(10)의 두께에 대응하는 연마 레이트를 결정한다. 연마 레이트는, 도 8에 도시한 바와 같은 연마 패드(10)의 두께와 연마 레이트의 관계식을 연마 레이트 데이터로 하여 미리 준비해 두고, 상기 관계식을 사용하여 연마 패드(10)의 두께로부터 구할 수 있다. 연마 패드(10)의 두께와 연마 레이트의 관계를 나타내는 연마 레이트 데이터로서, 패드 두께와, 대응하는 연마 레이트가 저장된 테이블을 사용해도 된다. 연마 레이트 데이터는, 두께가 상이한 복수의 연마 패드를 사용하여 도전성막을 연마했을 때에 연마 레이트의 실측값으로부터 미리 취득되어, 처리부(5) 내에 저장되어 있다.

계속해서, 처리부(5)는 결정된 연마 레이트로 소정의 연마 시간 Tb의 동안에 연마되는 도전성막의 예상 연마량을 산출한다. 이 예상 연마량은, 결정된 연마 레이트에 연마 시간 Tb를 곱함으로써 산출된다. 그리고, 처리부(5)는 이 산출된 예상 연마량을 오프셋값으로 하여 소정의 타깃 두께에 가산함으로써, 가상의 종점 막 두께를 설정한다. 도 11은, 도 9에 도시하는 연마 레이트가 높아진 것에 의해 과연마가 발생하는 경우에 있어서, 가상의 종점 막 두께를 인상함으로써 과연마를 방지할 수 있는 예를 나타내고 있다. 이와 같이, 처리부(5)는 연마 패드(10)의 두께를 상술한 바와 같이 결정하고, 연마 패드(10)의 두께로부터 연마 레이트를 결정하고, 연마 레이트에 소정 연마 시간 Tb를 곱하여 오프셋값을 산출하고, 오프셋값을 타깃 두께에 가산함으로써 가상의 종점 막 두께를 설정하고, 이 가상의 종점 막 두께에 도달한 시점부터 소정 연마 시간 Tb가 경과했을 때에 기판의 연마를 종료시킨다.

이러한 연마 방법에 의하면, 연마 패드의 두께에 따른 연마 레이트에 기초하여 가상의 종점 막 두께를 설정하므로, 실제의 연마 레이트에 의한 도전성막의 연마 종점 검지가 가능해져서, 보다 고정밀도로 타깃 두께까지 도전성막을 연마하는 것이 가능하게 된다.

이어서, 다른 실시 형태에 있어서의 연마 방법에 대하여 설명한다. 이 방법에서는, 먼저, 처리부(5)는 연마 테이블(30)의 n 회전째에 있어서의 기판 W의 도전성막의 두께 FT(n)을 취득한다. 막 두께의 검출에는, 먼저 기술한 각도 θ를 사용한 막 두께 검출 방법을 사용한다. 처리부(5)는 연마가 개시되고 나서의 연마 테이블(30)의 회전 총수를 카운트하고 있어, 또한, 도전성막의 연마 시간을 카운트하고 있다. 또한, 처리부(5)는 연마 테이블(30)의 n+1회전째에 있어서의 기판 W의 도전성막의 두께 FT(n+1)을 취득한다. 이 n+1회전째는, 예를 들어 최신의 회전이다. 이 연마 테이블(30)의 n 회전째에 있어서의 도전성막의 두께와, n+1회전째에 있어서의 도전성막의 두께와의 차분으로부터, 연마 테이블(30)에 1회전당의 연마량을 산출할 수 있다.

구체적으로는, 처리부(5)는 이하의 수학식 9를 사용하여, 연마 테이블(30)의 1회전당의 연마량을 산출한다.

연마 테이블(30)에 1회전당의 연마량이 산출되면, 도전성막의 현재의 두께와, 소정의 타깃 두께와, 연마 테이블(30)의 회전 속도로부터, 상기 타깃 두께를 달성하기 위한 목표 연마 시간을 산출할 수 있다. 구체적으로는, 처리부(5)는 이하의 수학식 10을 사용하여 목표 연마 시간을 산출한다.

여기서, TS는, 연마 테이블(30)의 회전 속도(min^-1)이며, 1분간당의 회전 수를 나타내고 있다.

현재의 연마 시간은, 기판의 연마가 개시되고 나서, 수학식 10의 도전성막의 현재의 막 두께가 취득된 시점까지의 시간이다. 이 현재의 연마 시간은, 먼저 기술한 바와 같이, 처리부(5)에 의해 카운트되고 있다. 또는, 연마 테이블(30)의 회전 총수로부터, 이하의 수학식 11에 의해 산출해도 된다.

연마 테이블(30)의 회전 총수는, 도전성막의 연마가 개시되고 나서 현재에 이르기까지의 연마 테이블(30)의 회전 횟수이다.

도전성막의 연마는, 상기 목표 연마 시간에 달한 시점에서, 즉, 도전성막의 현재의 두께가 취득된 시점부터 추가 연마 시간이 경과했을 때에 종료된다. 이와 같이, 연마 종점은, 도전성막의 두께가 아니고, 연마 시간에 기초하여 결정된다. 따라서, 연마 테이블 1회전당의 연마량 이하의 연마 정밀도를 얻을 수 있다. 이러한 연마 방법을 사용하지 않은 경우, 와전류식 막 두께 센서(60)는 연마 테이블(30)의 회전마다 막 두께 신호를 취득하고 있기 때문에, 연마 테이블(30)이 1회전당에 연마하는 연마량 이하의 연마 정밀도를 얻는 것이 곤란하다. 상기한 본 실시 형태에 따르면, 타깃 두께까지 연마하기 위해 필요하다고 생각되는 목표 연마 시간이 산출되므로, 1회전당에 연마되어버리는 연마량보다도 세밀한 정밀도로 기판 W의 도전성막을 연마하는 것이 가능해진다.

이상 본 발명의 실시 형태에 대하여 설명했지만, 본 발명은 상기 실시 형태에 한정되는 것은 아니라, 특허 청구 범위 및 명세서와 도면에 기재된 기술적 사상의 범위 내에 있어서 다양한 변형이 가능하다.

5: 처리부
10: 연마 패드
10a: 연마면
16: 톱링 샤프트
19: 테이블 모터
30: 연마 테이블
30a: 테이블축
31: 톱링
60: 과전류식 막 두께 센서
61: 코일
W: 기판(웨이퍼)
G: 와전류식 막 두께 센서의 코일과 기판 사이의 거리
θ: 앙각

Claims

연마 패드를 지지하는 연마 테이블을 회전시키고,
표면에 도전성막이 형성된 기판을 상기 연마 패드에 가압하여 상기 도전성막을 연마하고,
상기 도전성막의 연마 중에, 상기 연마 테이블 내부에 배치된 와전류식 막 두께 센서에 의해 상기 도전성막의 두께에 따라서 변화하는 막 두께 신호를 취득하고,
상기 막 두께 신호에 기초하여 상기 연마 패드의 두께를 결정하고,
상기 연마 패드의 두께에 대응하는 상기 도전성막의 연마 레이트를 결정하고,
상기 연마 레이트로 상기 도전성막을 소정의 연마 시간만큼 연마했을 때의 예상 연마량을 산출하고,
상기 도전성막의 타깃 두께에 상기 예상 연마량을 가산함으로써 가상의 종점 막 두께를 산출하고,
상기 도전성막의 두께가 상기 가상의 종점 막 두께에 도달한 시점부터 상기 소정의 연마 시간이 경과한 때에, 상기 도전성막의 연마를 종료하는 것을 특징으로 하는, 연마 방법.
제1항에 있어서, 상기 연마 레이트는, 상기 연마 패드의 두께와, 대응하는 연마 레이트의 관계를 나타내는 연마 레이트 데이터로부터 결정되는 것을 특징으로 하는, 연마 방법.
제1항에 있어서, 상기 막 두께 신호는, 상기 와전류식 막 두께 센서의 전기 회로 저항 성분 및 유도 리액턴스 성분이며,
상기 연마 패드의 두께는, 상기 저항 성분 및 상기 유도 리액턴스 성분으로부터 산출되는 임피던스와, 상기 연마 패드의 두께의 관계를 나타내는 패드 두께 데이터로부터 결정되는 것을 특징으로 하는, 연마 방법.
연마 패드를 지지하는 연마 테이블을 회전시키고,
표면에 도전성막이 형성된 기판을 상기 연마 패드에 가압하여 상기 도전성막을 연마하고,
상기 도전성막의 연마 중에, 상기 연마 테이블 내부에 배치된 와전류식 막 두께 센서의 출력값으로부터 상기 도전성막의 두께를 취득하고,
상기 연마 테이블 1회전당의 연마량을 산출하고,
상기 도전성막의 현재의 두께와 타깃 두께의 차분과, 상기 연마량으로부터, 추가 연마 시간을 산출하고,
상기 현재의 두께가 취득된 현재의 연마 시간에 상기 추가 연마 시간을 가산함으로써, 목표 연마 시간을 산출하고,
상기 목표 연마 시간에 도달했을 때에 상기 도전성막의 연마를 종료하는 것을 특징으로 하는, 연마 방법.