KR20160052216A - 화학 기계적 연마 장치 및 와전류 센서를 이용한 웨이퍼 도전층 두께 측정 방법 - Google Patents

화학 기계적 연마 장치 및 와전류 센서를 이용한 웨이퍼 도전층 두께 측정 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 화학 기계적 연마 장치 및 와전류 센서를 이용한 웨이퍼 도전층 두께 측정 방법에 관한 것으로, 상면에 연마 패드가 입혀지고 자전하는 연마 정반과; 상기 연마 패드에 상기 웨이퍼를 가압하면서 회전하는 연마 헤드와; 상기 연마 정반에 고정되어 연마 정반과 함께 회전하면서, 와류를 발생시키고 수신 신호를 수신하는 와전류 센서와; 상기 연마 정반에 위치 고정된 와전류 센서의 회전 위치를 감지하는 회전위치 감지수단과; 상기 와전류 센서가 상기 웨이퍼의 하측을 통과하면서 수신한 제1수신 신호로부터 상기 웨이퍼의 도전층 두께를 감지하되, 상기 회전위치 감지수단에 의해 상기 와전류 센서가 상기 웨이퍼의 가장자리를 통과하는 것으로 감지되면, 상기 와전류 센서가 상기 웨이퍼의 가장자리에 위치하는 동안에 수신한 제1수신신호를 보정하여 상기 도전층 두께를 보정하는 제어부를; 포함하여 구성되어, 와전류 센서의 유효 신호 영역의 이탈 영역을 연마 정반과 함께 회전하는 와전류 센서의 회전 위치에 따라 정확히 감지하여, 이탈 영역에 해당하는 데이터를 배제하거나 유효한 데이터로 보정함으로써, 웨이퍼의 가장자리에서의 도전층 두께를 정확히 측정할 수 있는 화학 기계적 연마 장치 및 와전류 센서를 이용한 웨이퍼 도전층 두께 측정 방법을 제공한다.

Description

화학 기계적 연마 장치 및 와전류 센서를 이용한 웨이퍼 도전층 두께 측정 방법 {CHEMICAL MECHANICAL POLISHING APPARATUS AND METHOD OF MEASURING WAFER METAL LAYER THICKNESS USING SAME}
본 발명은 화학 기계적 연마 장치 및 이를 이용한 웨이퍼 막두께 측정 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 화학 기계적 연마 공정 중에 와전류 센서를 이용하여 웨이퍼의 가장자리 두께를 정확하게 측정할 수 있는 화학 기계적 연마 장치 및 이를 이용한 웨이퍼 막두께 측정 방법에 관한 것이다.
일반적으로 화학 기계적 연마(Chemical Mechanical Polishing; CMP) 공정은 회전하는 연마 정반 상에 웨이퍼 등의 기판이 접촉한 상태로 회전 시키면서 기계적인 연마를 행하여 미리 정해진 두께에 이르도록 기판의 표면을 평탄하게 하는 공정이다.
이를 위하여, 도1 및 도2에 도시된 바와 같이 화학 기계적 연마 장치(1)는 연마 정반(12)에 연마 패드(11)를 그 위에 입힌 상태로 자전시키면서, 캐리어 헤드(20)로 웨이퍼(W)를 연마 패드(11)의 표면에 가압하면서 회전시켜, 웨이퍼(W)의 표면을 평탄하게 연마한다. 이를 위하여, 연마 패드(11)의 표면이 일정한 상태로 유지되도록 회전(30r)과 선회 운동(30d)을 하면서 개질시키는 컨디셔너(30)가 구비되고, 연마 패드(11)의 표면에 화학적 연마를 수행하는 슬러리가 슬러리 공급부(40)를 통해 공급된다. 그리고, 캐리어 헤드(20)는 웨이퍼(W)를 저면에 위치시킨 상태로 가압하면서 회전(20d)시킨다.
한편, 화학 기계적 연마 공정에 의해 연마되는 웨이퍼(W)의 막 두께는 정확하게 조절되어야 한다. 이를 위하여, 대한민국 공개특허공보 제2001-93678호 등에 개시된 종래의 기술에 따르면, 웨이퍼(W)의 연마층이 금속 재질로 형성된 도전층인 경우에, 연마 패드(11)에 와전류 센서(50)를 고정시킨 상태로 연마 정반(10)과 함께 와전류 센서(50)가 회전(50r)하면서, 도전층에 인접하게 와전류 센서(50)의 센서 코일에 교류 전류를 인가하여 와전류 센서(50)로부터 와전류 신호를 웨이퍼 도전층에 인가하고, 도전층에서의 리액턴스 성분과 저항성분을 포함하는 수신 신호를 와전류 센서(50)에서 수신하여, 합성 임피던스의 변화량으로부터 도전층의 층두께 변화를 검출하는 구성이 사용되고 있다.
이 때, 와전류 센서(50)로부터 와전류 신호를 웨이퍼의 도전층에 인가하면, 인가된 와전류 신호에 의하여 도전층에 자기장이 형성되고, 도전층에 형성된 자기장이 도전층의 두께 변화에 영향을 받으면서 리액턴스 성분과 저항 성분 등을 포함하는 출력 신호가 와전류 센서(50)에 수신 신호로 수신된다. 이 때, 도전층에 형성되는 자기장은 와전류 센서(50)의 위치로부터 멀어질수록 크기가 작아져 수신 신호에 영향을 미치지 못하고, 와전류 센서(50)의 위치에 근접할수록 수신 신호에 영향을 미치게 된다. 이에 따라, 와전류 센서(50)를 중심으로 와전류 센서(50) 직경의 대략 수배에 해당하는 자기장 영역이 와전류 센서(50)의 수신 신호에 영향을 미치는 유효 신호 영역(50E)을 형성하게 된다.
따라서, 와전류 센서(50)가 웨이퍼(W)의 가장자리로부터 충분히 이격된 위치(A1)에 있으면, 와전류 센서(50)의 유효 신호 영역(50E)이 모두 웨이퍼 도전층에 형성되는 정상 영역(E1)이어서, 웨이퍼(W)로부터 수신하는 수신 신호(So1)는 도4a에 도시된 바와 같이 전체 영역(-50E/2~50E/2)에 걸쳐 정상적으로 수신되므로, 와전류 센서(50)에 수신되는 수신 신호(So1)로부터 웨이퍼 도전층의 두께를 정확하게 감지할 수 있다.
그러나, 와전류 센서(50)가 웨이퍼(W)의 가장자리 근처의 위치(A2)에 있으면, 와전류 센서(50)의 유효 신호 영역(50E) 중 일부는 웨이퍼 도전층에 형성되는 정상 영역(E1)이지만, 다른 일부는 웨이퍼 도전층의 바깥에 형성되는 이탈 영역(E2)이어서, 웨이퍼(W)로부터 수신하는 수신 신호(So1)는 도4b에 도시된 바와 같이 일부 정상 영역(E1)에서만 정상적으로 수신될 뿐, 도전층 바깥의 이탈 영역(E2)에서는 자기장이 형성되지 못하여 수신되지 못하는 현상이 발생된다. 이로 인하여, 와전류 센서(50)가 웨이퍼 가장자리에 위치한 상태에서 수신한 수신 신호(So1)로 웨이퍼 도전층의 두께를 감지할 경우에는, 유효 신호 영역(50E) 중 이탈 영역(E2)에서의 빈 신호에 의해 왜곡된 수신 데이터로 도전층 두께를 측정하게 되어, 웨이퍼 가장자리에서의 연마층 두께를 정확하게 감지할 수 없는 문제가 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위한 것으로, 화학 기계적 연마 공정 중에 웨이퍼의 가장자리에서도 도전층 두께를 정확하게 감지하는 것을 목적으로 한다.
이를 통하여, 본 발명은 웨이퍼의 가장자리에 대해서도 정확히 연마 두께를 제어하여, 웨이퍼 가장자리에서도 반도체 패키지의 정상적인 제작을 가능하게 하여 생산성을 향상시키는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 웨이퍼의 화학 기계적 연마 장치로서, 상면에 연마 패드가 입혀지고 자전하는 연마 정반과; 상기 연마 패드에 상기 웨이퍼를 가압하면서 회전하는 연마 헤드와; 상기 연마 정반에 고정되어 연마 정반과 함께 회전하면서, 와류를 발생시키고 수신 신호를 수신하는 와전류 센서와; 상기 연마 정반에 위치 고정된 와전류 센서의 회전 위치를 감지하는 회전위치 감지수단과; 상기 와전류 센서가 상기 웨이퍼의 하측을 통과하면서 수신한 제1수신 신호로부터 상기 웨이퍼의 도전층 두께를 감지하되, 상기 회전위치 감지수단에 의해 상기 와전류 센서가 상기 웨이퍼의 가장자리를 통과하는 것으로 감지되면, 상기 와전류 센서가 상기 웨이퍼의 가장자리에 위치하는 동안에 수신한 제1수신신호를 보정하여 상기 도전층 두께를 보정하는 제어부를; 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치를 제공한다.
이와 같이, 본 발명은, 와전류 센서가 웨이퍼 가장자리에 인접하여 와전류 센서에서 수신하는 제1수신신호에 도전층 두께와 무관한 데이터가 제1수신신호에 포함되더라도, 와전류 센서의 유효신호영역 중 일부가 웨이퍼의 바깥에 위치하였는지 여부를 회전위치감지수단에 의하여 감지하여, 유효신호영역 중 웨이퍼의 바깥에 위치하는 이탈 영역에 해당하는 부분에 대한 보정을 행하여, 웨이퍼 가장자리에서의 도전층 두께를 정확하게 측정할 수 있게 된다.
이 때, 상기 와전류 센서로부터의 유효 신호 영역의 일부가 상기 웨이퍼의 바깥에 위치하는 이탈 영역이 있으면, 상기 회전위치 감지수단은 상기 와전류 센서가 상기 웨이퍼의 가장자리에 위치한 것으로 인식할 수 있다.
이에 따라, 상기 제어부는, 상기 제1수신 신호로부터 상기 이탈 영역에 해당하는 신호를 배제하는 것에 의해 상기 도전층 두께를 보정하여 정확하게 산출하는 것이 가능해진다. 또는, 상기 제어부는, 상기 제1수신신호로부터 상기 이탈 영역에 해당하는 신호를 상기 웨이퍼 내측에 위치한 유효 영역과 대칭으로 배치되는 것으로 가정하여 상기 도전층 두께를 보정한 후 도전층 두께를 산출할 수도 있다.
상기 회전위치 감지수단은 엔코더를 포함하여, 상기 와전류 센서가 고정된 위치와 엔코더에 의해 연마 정반의 회전 위치(연마 정반의 중심을 기준으로 한 회전각에 따른 위치로 정의함)를 맵핑하는 것에 의하여, 회전하고 있는 와전류 센서의 회전 위치를 정확하게 감지할 수 있다. 즉, 와전류 센서의 중심 위치는 엔코더에 의하여 정확히 감지되며, 와전류 센서의 유효 신호 영역은 센서 자체의 특성에 의해 정해지는 값이므로, 와전류 센서의 중심으로부터 원 형태의 유효 신호 영역의 경계가 웨이퍼의 바깥으로 이탈하는 순간에서부터 유효 신호 영역이 전부 웨이퍼의 바깥으로 이탈할 때까지 수신된 제1수신신호마다 이탈 영역이 어느정도인지를 정확하게 감지할 수 있다. 상기 유효 신호 영역은 상기 와전류 센서의 특성에 따라 달라지지만, 와전류 센서 직경의 5배 이하로 정해지며, 주로 2~3배 정도에서 정해질 수 있다.
따라서, 상기 이탈 영역의 유무를 판별하는 것은, 상기 회전위치 감지수단에 의하여 감지되는 상기 와전류 센서의 위치를 중심으로 하는 상기 유효 신호 영역과 상기 웨이퍼의 위치를 맵핑하는 것에 의해 이루어질 수 있다.
한편, 발명의 다른 분야에 따르면, 본 발명은, 화학 기계적 연마 공정 중에 웨이퍼의 도전층 두께를 감지하는 방법으로서, 연마 정반에 위치 고정되어 상기 연마 정반에 입혀진 연마 패드와 함께 회전하는 와전류 센서의 회전 위치를 회전위치 감지수단에 의해 감지하는 회전위치 감지단계와; 상기 회전위치 감지단계에서 감지된 상기 와전류 센서를 중심으로 하는 상기 와전류 센서의 유효 신호 영역 중 일부가 상기 웨이퍼의 바깥에 위치하는 이탈 영역이 발생되면, 상기 웨이퍼의 도전층에서 상기 와전류 센서에 수신된 제1수신신호로부터 상기 이탈 영역에 해당하는 신호 데이터를 보정한 보정데이터를 생성하는 보정데이터 생성단계와; 상기 제1수신 신호의 보정 데이터에 기초하여 상기 웨이퍼의 가장자리 부근에서의 도전층 두께를 감지하는 도전층두께 감지단계를; 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 공정 중의 도전층 두께 감지 방법을 제공한다.
여기서, 상기 유효 신호 영역은 상기 와전류 센서의 직경의 5배 이하로 정해질 수 있다.
그리고 상기 보정데이터 생성단계는, 상기 제1수신 신호로부터 상기 이탈 영역에 해당하는 신호를 배제하는 것에 의해 상기 보정 데이터를 생성하여, 이탈 영역에 따른 영향을 배제하여 정확한 도전층의 두께를 측정할 수 있다.
상기 회전위치 감지단계는, 상기 연마 정반에 고정된 와전류 센서의 회전 위치를 엔코더에 의해 감지하는 것에 의하여 이루어질 수도 있다.
그리고 상기 보정데이터 생성단계에서, 상기 이탈 영역의 유무를 판별하는 것은, 상기 회전위치 감지수단에 의하여 감지되는 상기 와전류 센서의 위치를 중심으로 하는 상기 유효 신호 영역과 상기 웨이퍼의 위치를 맵핑하는 것에 의해 이루어질 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은, 와전류 센서가 웨이퍼 가장자리에 인접한 상태에서 와전류 센서에 수신되는 제1수신신호에 도전층 두께와 무관한 데이터가 혼합된 상태로 수신되더라도, 도전층 두께와 무관한 데이터를 제1수신신호로부터 배제하여 웨이퍼 가장지라에서도 도전층 두께를 정확하게 측정할 수 있는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
무엇보다도, 본 발명은, 와전류 센서의 유효 신호 영역의 이탈 영역을 연마 정반과 함께 회전하는 와전류 센서의 회전 위치에 따라 정확히 감지하여, 이탈 영역에 해당하는 데이터를 배제하거나 유효한 데이터로 보정함으로써, 웨이퍼의 가장자리에서의 도전층 두께를 정확히 측정할 수 있는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
이를 통해, 본 발명은, 웨이퍼 가장자리에서도 정확한 두께 제어를 가능하게 하여 웨이퍼의 가장자리 영역에서도 반도체 패키지를 생산할 수 있는 토대를 마련할 수 있는 잇점이 얻어진다.
도1은 종래의 화학 기계적 연마 장치의 구성을 도시한 정면도,
도2는 도1의 평면도,
도3은 도2의 'A'부분의 확대도,
도4a는 도3의 A1위치에서 수신한 제1수신신호 데이터를 도시한 도면,
도4b는 도3의 A2위치에서 수신한 제1수신신호 데이터를 도시한 도면,
도5는 본 발명의 일 실시예에 따른 화학 기계적 연마 장치의 구성을 도시한 평면도,
도6은 본 발명의 일 실시예에 따른 화학 기계적 연마 장치의 웨이퍼 막두께 측정 방법을 순차적으로 도시한 순서도,
도7a 및 도7b는 도4b에서 수신된 제1수신신호 데이터를 보정한 보정 데이터를 도시한 도면이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 화학 기계적 연마 장치(100)를 상술한다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 공지된 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 화학 기계적 연마 장치(100)는, 웨이퍼(W)의 연마면이 연마되도록 접촉하는 연마 패드(111)가 입혀져 구동부(M)에 의해 회전하는 연마 정반(110)과, 웨이퍼(W)를 저면에 위치한 상태로 가압하면서 웨이퍼(W)를 회전시키는 캐리어 헤드(20)와, 연마 패드(111)의 표면에 가압한 상태로 접촉하면서 회전(30r)하는 컨디셔닝 디스크(31)를 구비하여 연마 패드(111)를 개질하는 컨디셔너(30)와, 웨이퍼(W)의 화학적 연마를 위하여 슬러리를 공급하는 슬러리 공급부(40)와, 연마 패드(111)에 위치 고정되어 웨이퍼(W)의 저면을 통과할 때에 제1수신신호를 수신하는 와전류 센서(150)와, 연마 패드(111)와 함께 회전하는 와전류 센서(150)의 회전 위치를 감지하는 회전위치 감지수단(120)과, 회전위치 감지수단(120)에서 감지된 와전류 센서(150)의 위치 정보에 기초하여 와전류 센서(150)에 수신된 제1수신신호(So1)의 보정 데이터(Cs)를 생성하여 웨이퍼의 도전층 두께를 산출하는 제어부(미도시)로 구성된다.
상기 연마 정반(110)은 상면에 연마 패드(111)가 입혀진 상태로 회전 구동된다. 연마 정반(110)에는 와전류 센서(150)로부터의 신호가 통과하는 관통공이 구비될 수도 있지만, 와전류 센서(150)가 연마 패드(111)와 함께 회전하는 경우에는 관통공이 구비되지 않는다. 와전류 센서(150)가 연마 패드(111)와 함께 회전하는 경우에는 제어부(70)의 제어 회로도 연마 정반(110)과 함께 회전할 수도 있고, 슬립링 등의 공지 수단을 통하여 와전류 센서(150)로 인가되는 전원 및 와전류 센서(150)로부터의 신호를 비회전 상태의 제어 회로에 전달할 수도 있다.
상기 캐리어 헤드(20)는 외부로부터 회전 구동력을 전달받아 저면에 웨이퍼(W)를 위치시킨 상태로 웨이퍼(W)를 연마 패드(111)에 가압하면서 회전시킨다. 이를 위하여, 캐리어 헤드(20)의 내부에는 압력 챔버가 형성되고, 압력 챔버의 압력을 조절하는 것에 의하여 웨이퍼(W)를 가압하는 가압력이 조절될 수 있다.
상기 컨디셔너(30)는 컨디셔닝 디스크(31)가 연마 패드(111)에 가압된 상태로 회전(30r) 구동되며, 컨디셔닝 디스크(30)를 아암이 선회 운동(30d)함으로써 연마 패드(111)의 표면에 슬러리가 유입될 수 있는 환경으로 개질한다.
상기 슬러리 공급부(40)는 연마 패드(111) 상에 슬러리를 공급하여, 슬러리가 연마 패드(111)의 표면에 형성된 미세 홈을 통해 웨이퍼(W)로 유입되도록 한다. 이를 통해, 웨이퍼 도전층은 슬러리에 의한 화학적 연마 공정이 행해진다.
상기 와전류 센서(150)는 연마 정반(110)에 고정되어 연마 패드(111)와 함께 회전하도록 설치된다. 연마 정반(110)에 설치되는 와전류 센서(150)의 개수는 1개만 설치될 수도 있지만, 연마 패드(111)의 중심으로부터 서로 다른 이격 거리에 다수 설치되어, 각각의 고정된 위치에서 회전하면서 웨이퍼 도전층의 두께 분포를 구할 수 있다. 도면에서는, 편의상 연마 패드(111)의 중심으로부터 하나의 이격 거리에 설치된 와전류 센서(150)가 도시되어 있다.
도면에는 연마 패드(111)의 중심으로부터 이격된 하나의 위치(경로 P를 형성함)에 다수의 와전류 센서(150)가 배치된 구성을 도시하였지만, 연마 패드(111)의 중심으로부터 이격된 하나의 위치에 하나의 와전류 센서(150)로 배치될 수도 있다. 즉, 도5의 연마 패드(111)에 배치된 와전류 센서(150)는 하나의 센서로만 설치될 수 있으며, 각각의 위치(A1, A2)에서의 작용을 설명하기 위하여 편의상 다수로 도시한 것이다.
와전류 센서(150)는 연마 정반에 홈을 형성하여 고정 설치될 수 있다.
상기 회전위치 감지수단(120)은 연마 패드(111)와 함께 회전하는 와전류 센서(150)의 위치를 정교하게 감지한다. 이를 위하여, 연마 패드(111) 상의 와전류 센서(150)의 초기 위치를 기억해두고, 연마 정반(110)을 회전 구동하는 구동 모터(M)의 회전각을 엔코더로 측정한 후, 연마 정반(110)의 회전각과 와전류 센서(150)의 위치를 맵핑시키는 것에 의하여 와전류 센서(150)의 회전 위치를 정확하게 감지할 수 있다.
본 발명의 다른 실시 형태에 따르면, 와전류 센서(150)가 웨이퍼(W)의 가장자리 하측을 통과하는 영역에서만 와전류 센서(150)의 위치를 정확하게 파악하면 충분하므로, 연마 패드의 중심으로부터 와전류 센서(150)를 통과하게 연장된 가상선(81) 반경 끝단부에 표식(115)을 해두고, 동시에 웨이퍼(W)의 가장자리와 접하도록 연장된 제1가상선(82i) 및 제2가상선(82o)의 반경 끝단부에서 표식(115)이 통과하는 것을 감지하는 제1감지부(125i) 및 제2감지부(125o)가 회전위치 감지수단(20)으로 구성될 수 있다.
따라서, 연마 패드(111)와 함께 회전하는 와전류 센서(150)가 회전하면서 표식(115)이 제1감지부(125i)에 감지되면 와전류 센서(150)가 웨이퍼 가장자리를 통과하면서 웨이퍼(W)의 하측으로 유입되는 순간이고, 표식(115)이 제2감지부(125o)에 감지되면 와전류 센서(150)가 웨이퍼 가장자리를 통과하면서 웨이퍼(W)의 바깥으로 이탈하는 순간이라는 것을 감지할 수 있다. 따라서, 와전류 센서(150)에서 수신하는 제1수신신호(So1)에 이탈 영역(E1)이 존재하면, 와전류 센서(150)가 웨이퍼 가장자리에 위치한 것이라는 것을 감지할 수 있다.
이 때, 표식의 폭(115w)은 와전류 센서(150)의 유효 신호 영역(50E)과 동일한 길이로 설정되는 것이 바람직하다. 이를 통해, 제1감지부(125i)에서 표식(115)의 끝단부(진행 방향의 앞쪽)를 인식하는 순간이 와전류 센서(150)의 유효 신호 영역(50E)이 웨이퍼(W)의 하측으로 진입하는 순간이 되고, 제2감지부(125o)에서 표식의 다른 끝단부(진행 방향의 뒤쪽)를 인식하는 순간이 와전류 센서(150)의 유효 신호 영역(50E)이 웨이퍼(W)의 하측으로부터 빠져나가는 순간이 된다. 그리고, 유효 신호 영역(50E)이 웨이퍼(W)의 하측에 위치하는 동안의 와전류 센서(150)의 회전 위치는, 연마 정반의 회전 속도가 일정하게 제어되므로, 감지부(125i, 125o)에서 감지된 시간과 위치로부터 보간법에 의해 구할 수도 있다.
이와 같이, 회전위치 감지수단(120)은 다양한 방법에 의해 연마 패드(111)와 함께 회전하는 와전류 센서(150)의 위치, 특히 와전류 센서(150)의 유효 신호 영역(50E)이 웨이퍼의 하측에 진입하기 시작하는 시점 및 웨이퍼(W)의 하측의 바깥에 위치한 이탈 영역(E2)이 어느정도인지를 정확하게 감지한다. 다시 말하면, 와전류 센서(150)에서 수신하는 제1수신신호(So1)에 이탈 영역(E1)이 존재하는 지 여부를 판별하는 것은, 회전위치 감지수단(120)에 의하여 감지되는 와전류 센서(150)의 위치를 중심으로 하는 와전류 센서(150)의 유효 신호 영역(150E)과 웨이퍼(W)의 위치를 맵핑하는 것에 의해 이루어지고, 이를 통해, 회전위치 감지수단(120)에 의하여 와전류 센서(150)에서 수신한 제1수신신호(So1)에서 이탈 영역(E2)에 해당하는 데이터가 어느부분인지를 정확하게 감지할 수 있다.
상기 제어부는, 화학 기계적 연마 공정이 행해지는 동안에(S110), 회전위치 와전류 센서(150)에 교류 전원을 인가하여 와전류 센서(150)로부터 웨이퍼 도전층에 와전류 신호가 인가되게 하고, 웨이퍼 도전층으로부터 와전류 센서(150)가 수신 신호를 수신한다. 이 때, 회전위치 감지수단(120)에 의하여 와전류 센서(150)의 위치가 웨이퍼의 하측에 위치한 것인지 여부를 감지한다(S120). 그리고, 와전류 센서(150)가 웨이퍼(W)의 가장자리에 위치하여, 유효신호영역(150E)의 일부가 웨이퍼(W)의 바깥에 위치하는 이탈 영역(E2)에 있는 것으로 감지하면(S130), 와전류 센서(150)에서 수신한 제1수신신호(So1) 중 어느정도가 이탈 영역(E2)에 해당하는지를 감지한다. 예를 들어, 도3b에 도시된 이탈 영역(E2)의 폭(150w)은 와전류 센서(150)의 회전 위치를 정확하게 감지하고, 와전류 센서(150)의 사양에 따라 정해지는 유효 신호 영역(50E)의 직경에 의해 감지할 수 있다.
이 때, 와전류 센서(150)의 중심 위치(150o)가 웨이퍼의 가장자리에 근접할수록 이탈 영역(E2)의 폭(150w)은 점점 커지는 데, 회전위치 감지수단(120)에 의하여 와전류 센서(150)의 중심 위치(150o)를 정확하게 파악할 수 있으므로, 와전류 센서(150)의 유효 신호 영역(150E) 중 어느정도의 폭(150w)이 이탈 영역(E2)에 해당하는지 여부를 정확하게 알 수 있다.
따라서, 제어부는 와전류 센서(150)의 유효 신호 영역(150E)의 이탈 영역(E2)이 어느정도인지를 감지하여, 웨이퍼의 도전층 두께와 무관한 이탈 영역(E2)의 데이터를 무시하고, 이탈 영역(E2)의 데이터에 의하여 도전층 두께를 왜곡하여 잘못된 두께값으로 산출하는 것을 방지하기 위한 보정 데이터(Cs)를 생성한다.
보정 데이터(Cs)를 생성하는 방법으로는, 도4b에 도시된 제1수신신호(So1)에서 이탈 영역(E1)이 차지하는 도전층 두께와 관계없는 왜곡된 신호 영역을 회전위치 감지수단(120)에 의하여 정확히 알 수 있으므로, 도7b에 도시된 바와 같이 도전층 두께와 관계없는 신호 영역(E2')을 배제하고, 제1수신신호(So1)의 나머지 영역의 데이터를 기초로 웨이퍼 도전층의 두께를 감지할 수 있다.
또한, 도7a에 도시된 바와 같이 도전층 두께와 관계없는 신호 영역(E')을 배제하는 것에 그치지 않고, 와전류 센서(150)가 가장자리에 위치하지 않고 유효 신호 영역(50E)이 전부 웨이퍼 도전층에 위치하는 경우에는 와전류 센서(150)의 중심을 기준으로 대칭인 형태로 제1수신신호(So1)가 형성되는 것이 일반적이므로, 도전층 두께와 관계없는 신호 영역(E')에 대해서는 도전층 두께에 관한 영역(E2)에서의 수신신호 데이터를 와전류 센서(50)의 중심(50o)을 기준으로 대치되게 배치하는 형태로 보정 데이터(Cs)를 형성할 수도 있다.
그리고 나서, 제어부는 도7a 및 도7b에 도시된 형태로 산출된 보정 데이터(Cs)에 기초하여 웨이퍼 도전층 두께를 산출한다(S150). 이를 통해, 웨이퍼 가장자리에서도 웨이퍼의 도전층 두께를 정확하게 측정할 수 있게 된다.
이렇듯, 본 발명은 와전류 센서(150)에서 수신하는 제1수신신호(So1)로부터 웨이퍼 도전층에 무관한 데이터를 배제하고 웨이퍼 도전층의 두께 정보를 포함하고 있는 부분만으로 웨이퍼 도전층의 두께를 산출함으로써, 웨이퍼의 가장자리 영역에서도 웨이퍼 도전층의 두께를 정확하게 측정할 수 있는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이와 같은 특정 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 특허청구 범위에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경 가능한 것이다.
** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **
10: 연마 정반 11: 연마 패드
20: 캐리어 헤드 50: 와전류 센서
So1: 제1수신신호 Cs: 보정데이터

Claims (13)

  1. 웨이퍼의 화학 기계적 연마 장치로서,
    상면에 연마 패드가 입혀지고 자전하는 연마 정반과;
    상기 연마 패드에 상기 웨이퍼를 가압하면서 회전하는 연마 헤드와;
    상기 연마 정반에 고정되어 연마 정반과 함께 회전하면서, 와류를 발생시키고 수신 신호를 수신하는 와전류 센서와;
    상기 연마 정반에 위치 고정된 와전류 센서의 회전 위치를 감지하는 회전위치 감지수단과;
    상기 와전류 센서가 상기 웨이퍼의 하측을 통과하면서 수신한 제1수신 신호로부터 상기 웨이퍼의 도전층 두께를 감지하되, 상기 회전위치 감지수단에 의해 상기 와전류 센서가 상기 웨이퍼의 가장자리를 통과하는 것으로 감지되면, 상기 와전류 센서가 상기 웨이퍼의 가장자리에 위치하는 동안에 수신한 제1수신신호를 보정하여 상기 도전층 두께를 보정하는 제어부를;
    포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제1수신 신호의 유효 신호 영역의 일부가 상기 웨이퍼의 바깥에 위치하는 이탈 영역이 있으면, 상기 와전류 센서가 상기 웨이퍼의 가장자리에 위치한 것으로 인식하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 제1수신 신호로부터 상기 이탈 영역에 해당하는 신호를 배제하는 것에 의해 상기 도전층 두께를 보정하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 제1수신신호로부터 상기 이탈 영역에 해당하는 신호를 상기 웨이퍼 내측에 위치한 유효 영역과 대칭으로 배치되는 것에 의하여 상기 도전층 두께를 보정하여 감지하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 회전위치 감지수단은 엔코더인 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치.
  6. 제 2항에 있어서, 상기 회전위치 감지수단은,
    상기 와전류 센서의 위치의 상기 연마 정반에 고정된 표식과;
    상기 연마 패드의 중심으로부터 상기 웨이퍼의 가장자리에 접하도록 연장된 2개의 위치에 상기 표식이 통과하는 것을 감지하는 감지부를;
    포함하여 구성되어, 상기 감지부에 의해 상기 표식이 인식되는 순간이 상기 와전류 센서가 상기 웨이퍼의 하측에 유입되거나 유출되는 것으로 감지하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 표식의 폭은 상기 와전류 센서의 상기 유효 신호 영역의 직경과 동일한 치수로 정해지는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치.
  8. 제 2항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 이탈 영역의 유무를 판별하는 것은, 상기 회전위치 감지수단에 의하여 감지되는 상기 와전류 센서의 위치를 중심으로 하는 상기 유효 신호 영역과 상기 웨이퍼의 위치를 맵핑하는 것에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치.
  9. 화학 기계적 연마 공정 중에 웨이퍼의 도전층 두께를 감지하는 방법으로서,
    연마 정반에 위치 고정되어 상기 연마 정반에 입혀진 연마 패드와 함께 회전하는 와전류 센서의 회전 위치를 회전위치 감지수단에 의해 감지하는 회전위치 감지단계와;
    상기 회전위치 감지단계에서 감지된 상기 와전류 센서를 중심으로 하는 상기 와전류 센서의 유효 신호 영역 중 일부가 상기 웨이퍼의 바깥에 위치하는 이탈 영역이 발생되면, 상기 웨이퍼의 도전층에서 상기 와전류 센서에 수신된 제1수신신호로부터 상기 이탈 영역에 해당하는 신호 데이터를 보정한 보정데이터를 생성하는 보정데이터 생성단계와;
    상기 제1수신 신호의 보정 데이터에 기초하여 상기 웨이퍼의 가장자리 부근에서의 도전층 두께를 감지하는 도전층두께 감지단계를;
    포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 공정 중의 도전층 두께 감지 방법.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 유효 신호 영역은 상기 와전류 센서의 직경의 5배 이하인 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 공정 중의 도전층 두께 감지 방법.
  11. 제 9항에 있어서, 상기 보정데이터 생성단계는,
    상기 제1수신 신호로부터 상기 이탈 영역에 해당하는 신호를 배제하는 것에 의해 상기 보정 데이터를 생성하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 공정 중의 도전층 두께 감지 방법.
  12. 제 9항에 있어서, 상기 회전위치 감지단계는,
    상기 연마 정반에 고정되어 상기 연마 정반과 함께 회전하는 와전류 센서의 회전 위치는 엔코더에 의해 감지되는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 공정 중의 도전층 두께 감지 방법.
  13. 제 9항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 보정데이터 생성단계에서,
    상기 이탈 영역의 유무를 판별하는 것은, 상기 회전위치 감지수단에 의하여 감지되는 상기 와전류 센서의 위치를 중심으로 하는 상기 유효 신호 영역과 상기 웨이퍼의 위치를 맵핑하는 것에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 공정 중의 도전층 두께 감지 방법.
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