KR20210040267A - 기판 연마 장치, 막 두께 맵 작성 방법, 및 기판의 연마 방법 - Google Patents

기판 연마 장치, 막 두께 맵 작성 방법, 및 기판의 연마 방법 Download PDF

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KR20210040267A
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가츠히데 와타나베
요이치 시오카와
게이타 야기
아키라 나카무라
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가부시키가이샤 에바라 세이사꾸쇼
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Abstract

연마 처리에 있어서의 막 두께 측정을 효율화한다.
기판 연마 장치는, 막 두께에 관련되는 신호를 출력하는 센서가 마련된 연마 테이블이며, 회전 가능하게 구성된 연마 테이블과, 상기 연마 테이블에 대향하고, 회전 가능하게 구성된 연마 헤드이며, 상기 연마 테이블과 대향하는 면에 기판을 설치 가능한 연마 헤드와, 제어부를 구비하고, 상기 제어부는, 상기 센서가 상기 기판의 피연마면 상을 통과했을 때에 상기 센서로부터 신호를 취득하고, 상기 신호의 프로파일에 기초하여 상기 기판에 대한 상기 센서의 궤도를 특정하고, 상기 신호에 기초하여 상기 궤도 상의 각 점에 있어서의 상기 기판의 막 두께를 계산하고, 상기 센서의 복수의 궤도에 대하여 계산된 각 점의 막 두께에 기초하여 막 두께 맵을 작성한다.

Description

기판 연마 장치, 막 두께 맵 작성 방법, 및 기판의 연마 방법{SUBSTRATE POLISHING APPARATUS, METHOD OF CREATING THICKNESS MAP, AND METHOD OF POLISHING A SUBSTRATE}
본 발명은 기판 연마 장치, 막 두께 맵 작성 방법, 및 기판의 연마 방법에 관한 것이다.
반도체 디바이스의 제조 장치의 하나로, CMP(Chemical Mechanical Polishing, 화학 기계 연마) 장치가 있다. 대표적인 CMP 장치는, 연마 패드가 설치된 연마 테이블과, 기판이 설치된 연마 헤드를 구비한다. 대표적인 CMP 장치에 있어서는, 연마액을 연마 패드에 공급하고, 연마 패드와 기판을 접촉시킨 상태에서 연마 테이블 및 연마 헤드의 적어도 한쪽을 회전시킴으로써 기판이 연마된다.
CMP 장치를 사용한 연마 공정에서는, 기판의 연마 후에 막 두께 측정기로 막 두께를 측정하고, 원하는 막 두께 또는 막 두께 프로파일로 되어 있지 않으면 재연마를 실시한다. 기판이 원하는 양만큼 연마되었는지의 여부를 검출하는 기술로서, 예를 들어 특허문헌 1이 알려져 있다.
일본 특허 공개 제2013-222856호 공보
통상, 막 두께 측정은 전용의 측정 장치(예를 들어, CPM 장치에 병설된 측정 장치)를 사용하여 실시되고, 측정에는 시간이 걸리기 때문에, CMP 공정에서의 생산 효율을 낮추는 한 요인이 되어 있다. 따라서, CMP 공정의 생산 효율을 높이기 위해서는, 막 두께 측정을 효율화할 것이 요구된다.
상술한 과제를 해결하기 위해서, 막 두께에 관련되는 신호를 출력하는 센서가 마련된 연마 테이블이며, 회전 가능하게 구성된 연마 테이블과, 상기 연마 테이블에 대향하고, 회전 가능하게 구성된 연마 헤드이며, 상기 연마 테이블과 대향하는 면에 기판을 설치 가능한 연마 헤드와, 제어부를 구비하는, 기판 연마 장치이며, 상기 제어부는, 상기 센서가 상기 기판의 피연마면 상을 통과했을 때에 상기 센서로부터 신호를 취득하고, 상기 신호의 프로파일에 기초하여 상기 기판에 대한 상기 센서의 궤도를 특정하고, 상기 신호에 기초하여 상기 궤도 상의 각 점에 있어서의 상기 기판의 막 두께를 계산하고, 상기 센서의 복수의 궤도에 대하여 계산된 각 점의 막 두께에 기초하여 막 두께 맵을 작성하는, 기판 연마 장치가 개시된다.
도 1a는 일 실시 형태에 관한 기판 연마 장치의 개략 구성도이다.
도 1b는 다른 실시 형태에 관한 기판 연마 장치의 개략 구성도이다.
도 1c는 또 다른 실시 형태에 관한 기판 연마 장치를 도시하는 도면이다.
도 2는 일 실시 형태에 따른 기판 연마 장치의 정면도이다.
도 3은 기판에서 본 와전류 센서의 기판 상의 궤도를 도시하는 도면이다.
도 4는 일 실시 형태에 관한 기판 연마 장치의 개략 동작을 도시하는 흐름도이다.
도 5는 일 실시 형태에 관한, 물연마 처리 동안에 물연마 중 막 두께 맵을 작성하는 방법을 도시하는 흐름도이다.
도 6은 일 실시 형태에 관한, 연마 처리 동안에 연마 중 막 두께 맵을 작성하는 방법을 도시하는 흐름도이다.
도 7은 센서 출력 맵의 일례를 도시하는 도면이다.
도 8은 스텝 506 및 508의 설명을 위하여 센서 출력 맵을 도시하는 도면이다.
도 9는 설명을 위하여 사용되는, 연마 중 신호의 프로파일을 도시하는 도면이다.
도 10은 프로파일 A-A', B-B' 및 C-C'를 도시하는 도면이다.
도 11은 막 두께 맵의 평균화 처리를 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 평균화 막 두께 맵의 일례를 도시하는 도면이다.
도 13은 막 두께 맵의 보간 처리를 설명하기 위한 도면이다.
도 14는 연마 레이트의 산출 방법의 일례를 도시하는 도면이다.
도 15는 다른 실시 형태에 따른 기판 연마 장치의 정면도이다.
도 16은 기판 상의 디싱의 분포를 나타내는 맵의 작성을 설명하기 위한 도면이다.
도 17은 연마 중 신호에 기초하여 연마 진행도를 산출하는 방법의 일례를 도시하는 도면이다.
도 18은 연마 중 신호에 기초하여 연마 진행도를 산출하는 방법의 다른 예를 도시하는 도면이다.
이하, 도면을 참조하면서 본 발명의 실시 형태에 대하여 상세하게 설명한다.
도 1a는, 일 실시 형태에 관한 기판 연마 장치(100A)의 개략 구성도이다. 본 실시 형태에 있어서의 기판 연마 장치(100A)는 CMP 장치이다. CMP 장치(100A)는 연마 챔버(101)와 제어부(140)를 구비한다. 전 공정에서 처리된 기판(121)이 연마 챔버(101) 내의 연마 테이블(도시하지 않음)에 설치되고, 연마된다. 전 공정은, 기판(121) 상에 예를 들어 금속이나 산화물의 박막을 형성하는 공정이나, 박막을 에칭함으로써 기판(121) 상에 패턴을 형성하는 공정을 포함한다. 연마 테이블에는 막 두께 측정기(150)가 마련되어 있다. 막 두께 측정기(150)는 기판(121)의 연마 중에, 또는 기판(121)의 연마가 종료한 후에, 기판(121) 상의 박막의 두께에 관련되는 신호를 생성하여 제어부(140)로 보낸다. 제어부(140)는 그 신호에 기초하여 기판(121) 상의 막 두께 분포를 나타내는 막 두께 맵을 작성한다. 제어부(140)는 막 두께 맵에 기초하여, 기판(121)을 추가로 연마하거나, 다음번 이후의 연마 조건(예를 들어, 기판(121)을 연마 테이블에 압박하는 압력, 연마 테이블 및 기판(121)을 보유 지지하는 연마 헤드의 회전 속도, 기판(121)의 피연마면에의 슬러리의 공급량, 기판(121)의 피연마면의 온도 등)을 최적화하거나 해도 된다. 원하는 연마가 달성되면, 기판(121)은 기판 연마 장치(100A)에 구비된 세정 챔버(도시하지 않음) 내에서 세정 및 건조된 후에, 후 공정으로 넘어간다. 후 공정은, 예를 들어, 기판(121)에 더욱 추가적인 박막을 형성하는 공정이나, 기판(121)을 복수의 칩으로 절단하는 공정 등을 포함한다.
도 1b는, 다른 실시 형태에 관한 기판 연마 장치(100B)의 개략 구성도이다. 기판 연마 장치(100B)는 CMP 장치이며, 2개의 연마 챔버(101A 및 101B)를 구비하고 있다. 기판(121)은 우선 연마 챔버(101A)에 있어서 연마된다. 연마 챔버(101A)에 마련된 막 두께 측정기(150)로부터의 신호가 제어부(140)로 보내져서, 막 두께 맵이 작성된다. 연마 챔버(101A)에서의 연마 후, 기판(121)은 연마 챔버(101B)로 보내진다. 제어부(140)는 막 두께 맵에 기초하여, 기판(121)을 연마 챔버(101B)에 있어서 추가로 연마한다.
도 1c는, 또 다른 실시 형태에 관한 기판 연마 장치(100C-1 및 100C-2)를 나타낸다. 제1 기판 연마 장치(100C-1)는 CMP 장치이다. 제2 기판 연마 장치(100C-2)는, CMP 장치여도 되고, 다른 종류의 연마 장치여도 된다. 기판(121)은 우선 CMP 장치(100C-1)의 연마 챔버(101)에 있어서 연마된다. CMP 장치(100C-1)의 연마 챔버(101)에 마련된 막 두께 측정기(150)로부터의 신호가 제어부(140)로 보내져서, 막 두께 맵이 작성된다. 또한, 제어부(140)는 기판 연마 장치(100C-1, 100C-2)의 어느 것에 마련되어 있어도 된다. CMP 장치(100C-1)에서의 연마 후, 기판(121)은 제2 기판 연마 장치(100C-2)로 보내진다. 제어부(140)는 막 두께 맵에 기초하여, 기판(121)을 제2 기판 연마 장치(100C-2)의 연마 챔버(101)에 있어서 추가로 연마한다.
도 2는, 일 실시 형태에 따른 기판 연마 장치(100)의 정면도이다. 도 2에 도시되는 기판 연마 장치(100)는 도 1a, 1b, 및 1c에 있어서의 기판 연마 장치(100A, 100B, 100C-1, 100C-2)의 어느 것에 대응한다. 도 2의 기판 연마 장치(100)는 CMP 장치이다. 단, 기판 연마 장치(100)는 CMP 장치에 한정되지 않는다. 기판 연마 장치(100)는 와전류 센서가 마련된 연마 테이블을 회전시켜서 기판을 연마하는 장치이면 된다.
CMP 장치(100)는 연마 테이블(110)과, 연마 헤드(120)와, 액체 공급 기구(130)를 구비한다. CMP 장치(100)는 각 구성 요소를 제어하기 위한 제어부(140)를 더 구비한다. 제어부(140)는 예를 들어, 스토리지 디바이스(141), 프로세서(142) 및 입출력 장치(143)를 구비해도 된다.
연마 테이블(110)의 상면에는 연마 패드(111)가 착탈 가능하게 설치되어 있다. 여기서 연마 테이블(110)의 「상면」이란, 연마 테이블(110) 중 연마 헤드(120)와 대향하는 면을 가리키는 용어이다. 따라서, 연마 테이블(110)의 「상면」은 「연직 상측 방향으로 위치하는 면」에 한정되지 않는다. 연마 헤드(120)는 연마 테이블(110)과 대향하도록 마련되어 있다. 연마 헤드(120) 중 연마 테이블(110)과 대향하는 면에는 기판(121)이 착탈 가능하게 설치되어 있다. 액체 공급 기구(130)는 슬러리 등의 연마액을 연마 패드(111)에 공급하도록 구성되어 있다. 또한, 액체 공급 기구(130)는 연마액 이외에도 세정액 또는 약액 등을 공급하도록 구성되어 있어도 된다.
CMP 장치(100)는 도시하지 않은 상하 이동 기구에 의해 연마 헤드(120)를 하강시켜서 기판(121)을 연마 패드(111)에 접촉시킬 수 있다. 단, 상하 이동 기구는 연마 테이블(110)을 상하 이동시킬 수 있어도 된다. 연마 테이블(110) 및 연마 헤드(120)는 도시하지 않은 모터 등에 의해 회전시켜진다. CMP 장치(100)는 기판(121)과 연마 패드(111)가 접촉한 상태에서 연마 테이블(110) 및 연마 헤드(120)의 양쪽을 회전시킴으로써 기판(121)을 연마한다.
CMP 장치(100)는 또한, 복수의 동심원상의 구획으로 분할된 에어백(122)을 구비해도 된다. 에어백(122)은 연마 헤드(120)에 마련되어 있어도 된다. 추가 또는 대체로서, 에어백(122)은 연마 테이블(110)에 마련되어 있어도 된다. 에어백(122)은 기판(121)의 연마 압력을 기판(121)의 영역마다 조정하기 위한 부재이다. 에어백(122)은 내부에 도입된 공기의 압력에 따라 체적이 변화하도록 구성되어 있다. 또한, 「에어」백이라고 하는 명칭이기는 하지만, 공기 이외의 유체, 예를 들어 질소 가스나 순수가 에어백(122)에 도입되어도 된다.
연마 테이블(110)의 내부에는 와전류 센서(150)가 마련되어 있다. 구체적으로는, 와전류 센서(150)는 연마 중의 기판(121)의 중심을 통과하는 위치에 설치되어 있다. 와전류 센서(150)는 도 1a, 1b, 및 1c에 있어서의 막 두께 측정기(150)에 상당한다. 와전류 센서(150)는 기판(121)의 표면 도전층에 와전류를 유기한다. 와전류 센서(150)는 또한, 당해 와전류에 의해 발생하는 자계에 기인하는 임피던스의 변화로부터 기판(121)의 표면의 도전층의 두께를 검출한다.
여기서, 와전류 센서(150)가 출력하는 신호의 크기는, 기판(121)의 표면의 도전층의 두께 이외에 의해서도 변화한다. 와전류 센서(150)가 출력하는 신호의 크기를 증감시키는 요인에는, 예를 들어 기판(121) 상에 형성되어 있는 배선의 밀도 및 폭 그리고 하층 배선의 유무 등을 들 수 있다. 따라서, 기판(121) 상의 막 두께를 고정밀도로 검지하기 위해서는, 와전류 센서(150)가 출력하는 신호의 크기를 증감시키는 요인을 고려해야 한다. 또한, 여기에서의 「하층 배선」이란, 기판(121)의 표면에 노출되어 있지 않은 배선을 가리킨다. 따라서, 도 2에서는 연직 하측 방향으로 위치하는 배선이 하층 배선이 된다. 그러나, 기판(121)의 방향에 따라서는, 「하층」 배선은 반드시 연직 하측 방향으로 위치한다고는 할 수 없다. 또한, 「배『선』」이라고 하는 명칭이기는 하지만, 배선의 형상은 선상에 한정되지 않는다.
신호의 크기를 증감시키는 요인(전술한 바와 같이, 예를 들어 배선의 밀도 및 폭 그리고 하층 배선의 유무 등)은 기판(121)의 장소에 따라 변화할 수 있다. 따라서, 와전류 센서(150)를 사용하여 기판(121) 상의 막 두께를 고정밀도로 검지하기 위해서는, 와전류 센서(150)가 기판(121)의 어느 위치를 측정한 것인지를 특정해야만 한다. 바꾸어 말하면, 와전류 센서(150)를 사용하여 기판(121) 상의 막 두께를 고정밀도로 검지하기 위해서는, 기판(121)에서 본 와전류 센서(150)의 궤도를 특정해야만 한다.
여기서, 각 부품의 치수 오차, 조립 오차 및 회전 속도의 오차 등이 전혀 없을 경우(이하에서는 「이상적인 상황일 경우」라고 한다), 또한, 연마 테이블(110)의 회전 속도와 연마 헤드(120)의 회전 속도가 소정의 조합일 경우, 기판에서 본 와전류 센서(150)의 궤도는 몇가지로 한정된다. 일례로서, 연마 테이블(110)의 회전 속도가 70rpm(70min-1) 또한 연마 헤드(120)의 회전 속도가 77rpm(77min-1)일 경우, 기판(121)에서 본 와전류 센서(150)의 기판(121) 상의 궤도는 도 3에 도시되는 바와 같이 된다. 도 3은 기판(121)을 표면에서 본 도면이며, 와전류 센서(150)의 궤도가 화살표가 첨부된 실선으로 나타내져 있다. 이 조건 하에서는, 연마 테이블(110)이 1회전할 때마다 와전류 센서(150)의 궤도가 36도 회전한다. 바꾸어 말하면, 기판(121)에서 본 와전류 센서(150)의 궤도 간격 θ는 36도이다. 따라서, 이 경우의 궤도 개수는 10개가 된다(360(도)/36(도/개)=10(개)). 또한, 도 3 중에 첨부된 「1」∼「10」의 부호는, 와전류 센서(150)의 1주째의 궤도∼10주째의 궤도를 나타내는 부호이다.
또한, 현실적으로는, CMP 장치(100)는 반드시 이상적인 상황에 있는 것은 아니다. 또한, 연마 테이블(110)의 회전 속도 및 연마 헤드(120)의 회전 속도는 항상 일정하다고는 할 수 없다. 연마 프로세스에 따라서는, 연마 테이블(110)의 회전 속도 및 연마 헤드(120)의 회전 속도는 기판(121)의 연마 중에 변경되는 경우도 있다. 따라서, 와전류 센서(150)의 궤도는 도 3에 도시한 것과는 다를 수 있다.
또한, 연마 테이블(110)의 내부에 복수의 와전류 센서(150)가 분산되어 마련되어도 된다. 복수의 와전류 센서(150)는 기판(121) 상에 있어서 각각 다른 궤도를 동시에 그린다. 따라서, 이들 복수의 와전류 센서(150)로부터의 신호를 동시에 이용함으로써, 후술하는 방법에 따라서 막 두께 맵을 작성하는 데 요하는 시간을 단축할 수 있다.
도 4는, 일 실시 형태에 관한 기판 연마 장치(100)의 개략 동작을 도시하는 흐름도이다.
스텝 402에 있어서, 연마 처리가 행하여진다. 구체적으로, 기판(121)이 연마 헤드(120)에 설치되고, 액체 공급 기구(130)로부터 슬러리가 공급된다. 기판(121)이 연마 헤드(120)에 의해 연마 테이블(110)에 압박된 상태에서, 연마 테이블(110)과 연마 헤드(120)의 양쪽이 회전하고, 기판(121)이 연마된다. 연마 중에, 와전류 센서(150)의 출력 신호에 기초하여, 「연마 중 막 두께 맵」이 작성된다. 스텝 402의 연마 처리는, 소정의 종료 조건이 충족될 때까지, 예를 들어, 연마 대상인 막을 원하는 양만큼 연마하기 위한 미리 설정된 연마 시간이 경과할 때까지, 계속한다. 연마 처리가 종료하면, 스텝 404로 진행한다.
스텝 404에 있어서, 물연마 처리가 행하여진다. 구체적으로, 액체 공급 기구(130)로부터 슬러리 대신에, 물 또는 순수(이하, 간단히 물이라고 한다)가 공급된다. 액체 공급 기구(130)로부터 물이 공급되면서, 연마 테이블(110)과 연마 헤드(120)의 회전이 계속되어 행하여진다. 슬러리가 물로 씻겨 버려져서 제거되어, 기판(121)의 피연마면이 세정된다. 슬러리가 제거됨으로써, 물연마 시에는, 기판(121)은 실질적으로 연마되지 않거나, 또는 연마 레이트가 스텝 402의 연마 시에 비하여 대폭으로 저하된다. 물연마 중에, 와전류 센서(150)의 출력 신호에 기초하여, 「물연마 중 막 두께 맵」이 작성된다. 스텝 404의 물연마 처리는, 예를 들어, 슬러리가 충분히 씻겨 내어지는 데 필요한 미리 설정된 시간 계속한다. 물연마 처리가 종료하면, 스텝 406으로 진행한다.
스텝 406에 있어서, 상기 작성된 막 두께 맵에 기초하여, 기판(121)의 재연마 처리가 필요한지의 여부가 판정된다. 예를 들어, 기판(121)의 전체면에 걸쳐, 혹은 기판(121)의 적어도 일부분에 있어서, 원하는 막 두께 또는 막 두께 프로파일이 달성되었는지의 여부가 판정된다. 원하는 막 두께 또는 막 두께 프로파일이 달성되어 있지 않은 경우에는, 재연마 처리가 필요하다고 판정되어, 스텝 408로 진행한다. 한편, 원하는 막 두께 또는 막 두께 프로파일이 달성된 경우에는, 기판 연마 장치(100)의 동작은 종료한다. 또한, 스텝 406의 실시중에 있어서도, 연마 테이블(110)과 연마 헤드(120)의 회전 및 액체 공급 기구(130)로부터의 물 또는 순수의 공급을 계속하여 행함으로써, 물연마 처리를 계속해도 된다. 또한, 스텝 406의 실시중에는, 연마 헤드(120)를 일단 상승시켜 연마 테이블(110)로부터 이탈시켜도 된다.
스텝 408에 있어서, 재연마 조건이 산출된다. 예를 들어, 막 두께 맵에 기초하여, 재연마 처리에 있어서의 연마의 계속 시간이 설정된다. 또한, 막 두께 맵에 기초하여, 제어부(140)는 에어백(122)의 내부 압력을 증감시켜서, 막 두께가 두꺼운 영역(즉 연마의 진행도가 낮은 영역)의 연마 압력을 높게 하고, 막 두께가 얇은(즉 연마의 진행도가 높은 영역)의 연마 압력을 낮게 해도 된다. 이 제어에 의해, 기판(121)의 연마 상태를 균일화할 수 있다. 이렇게 산출된 재연마 조건에 따라서, 스텝 402의 연마 처리가 다시 실시된다.
도 5는, 일 실시 형태에 관한, 물연마 처리(즉 스텝 404) 동안에 물연마 중 막 두께 맵을 작성하는 방법을 도시하는 흐름도이다. 도 6은, 일 실시 형태에 관한, 연마 처리(즉 스텝 402) 동안에 연마 중 막 두께 맵을 작성하는 방법을 도시하는 흐름도이다. 먼저 도 5를 참조하여, 물연마 중 막 두께 맵(이하, 간단히 막 두께 맵이라고도 기재된다)을 작성하는 방법에 대하여 설명한다.
스텝 502에 있어서, 센서 출력 맵이 3차원 데이터로서 취득된다. 취득된 센서 출력 맵은 스토리지 디바이스(141)에 기억되어도 된다. 「센서 출력 맵」은, 기판(121)의 피연마면의 전체면에 대한 와전류 센서(150)의 출력 신호의 크기를 나타내는 맵이다. 따라서, 센서 출력 맵의 데이터 포인트는 기판(121) 상에 2차원적으로 위치한다. 각 데이터 포인트에 있어서 와전류 센서(150)의 출력 신호가 기록되기 때문에, 센서 출력 맵은 3차원 데이터가 된다(위치를 나타내기 위한 2차원 및 출력 신호의 크기를 나타내기 위한 1차원, 계 3차원).
또한, 전술한 바와 같이, 와전류 센서(150)가 출력하는 신호의 크기는 기판(121)의 표면의 도전층의 두께만에 의해 결정되는 것은 아니기 때문에, 센서 출력 맵은, 기판(121) 상의 막 두께 분포 그 자체를 나타내는 막 두께 맵과는 다른 것에 유의하기 바란다.
센서 출력 맵은, 후술하는 스텝 504에 있어서 기판(121)이 연마되기 전에, 스텝 504에 있어서 연마되는 기판(121)과 동종 또한 별개체의 기판(121)(이하, 참조 기판이라고 한다)에 대한 와전류 센서(150)의 출력 신호를 사용하여 생성된다. 여기에서 「동종의 기판」이란, 「그 위에 마련된 배선 패턴이 적어도 설계상으로는 동일한 기판」을 의미한다. 센서 출력 맵은, CMP 장치(100)를 동작시킨 상태, 보다 구체적으로는 연마 테이블(110) 및 연마 헤드(120)를 회전시킨 경우에 와전류 센서(150)가 출력한 신호로부터 생성된다.
센서 출력 맵을 생성할 때의, 기판(121)에서 본 와전류 센서(150)의 궤도 간격 θ는, 와전류 센서(150)의 출력 신호의 요철을 충분히 해상할 수 있는 간격인 것이 바람직하다. 예를 들어, 바람직하게는, 센서 출력 맵을 생성할 때의 연마 테이블(110) 및 연마 헤드(120)의 회전 속도는, 기판(121)에서 본 와전류 센서(150)의 궤도 간격 θ가 10도 이하로 되도록 설정된다. 예를 들어 기판(121)에서 본 와전류 센서(150)의 궤도 간격 θ가 정확히 2도인 경우, 궤도의 개수는 180개가 된다(360(도)/2(도/개)=180(개)). 와전류 센서(150)가 기판(121) 상의 다수의 궤도를 통과함으로써, 기판(121)의 거의 전체면에 대하여 와전류 센서(150)의 신호가 출력된다. 기판(121)의 거의 전체면에 관한 출력 신호로부터, 센서 출력 맵을 생성하여 취득하는 것이 가능하다. 기타의 설정으로서, 예를 들어 연마 테이블(110)의 회전 속도를 60rpm으로, 연마 헤드(120)의 회전 속도를 61rpm으로 해도 된다. 이 경우, θ는 약 6도가 된다. 또한, 기판(121)의 연마 중에, 기판(121)이 연마 헤드(120)의 내부 또는 연마 헤드(120) 상에서 회전할 수 있는 것이 알려져 있다. 이 기판(121)의 회전 현상이 일어날 수 있는 경우에는, θ를 계산할 때에 기판(121)의 회전 현상이 고려되어도 된다. 예를 들어, 기판(121)의 회전 속도를, (연마 헤드(120)의 회전수)×(연마 헤드(120)의 내경)/(기판(121)의 외경)과 같은 식으로부터 산출해도 된다. 또한, 센서 출력 맵의 생성 및 취득 시에, 연마 테이블(110) 및 와전류 센서(150)의 회전 속도의 복수의 조합이 사용되어도 된다.
이와 같이, 센서 출력 맵은, 와전류 센서(150)의 출력 신호의 요철을 충분히 해상할 수 있는 해상도(데이터 포인트수)를 갖는 것이 바람직하다. 예를 들어, 기판(121)의 크기 및 기판(121) 상의 배선의 형상 등에 따라 다르지만, 센서 출력 맵의 데이터 포인트수는, 바람직하게는 100점×100점 이상이다. 보다 바람직하게는, 1000점×1000점 이상이다. 단, 센서 출력 맵의 데이터 포인트는 xy 좌표가 아니라 rθ 좌표 기타의 좌표로 표현되어 있어도 된다.
센서 출력 맵을 생성하기 위해서는 와전류 센서(150)에 복수의 궤도를 통과시킬 필요가 있다. 와전류 센서(150)에 복수의 궤도를 통과시키기 위해서는 연마 테이블(110)은 몇번이나 회전시켜질 필요가 있다. 예를 들어 θ가 정확히 2도인 경우, 연마 테이블(110)은 적어도 180회전시켜질 필요가 있다. 연마 패드(111)에 연마제가 존재하고 있는 경우, 연마 테이블(110)이 몇 번이나 회전하는 동안에 기판(121)의 연마가 진행해버린다. 센서 출력 맵을 취득할 때에 기판(121)의 연마가 진행해버리면, 올바른 센서 출력 맵을 취득할 수 없다. 따라서, 센서 출력 맵의 취득은 기판(121)이 실질적으로 연마되지 않는 조건 하에서 실행되는 것이 바람직하다.
기판(121)이 실질적으로 연마되지 않도록 하기 위해서는, 연마 패드(111) 상의 연마제를 제거하여, 연마 패드(111)를 청정한 상태로 유지할 필요가 있다. 연마 패드(111) 상의 연마제를 제거하여, 연마 패드(111)를 청정한 상태로 유지하기 위해서, 센서 출력 맵의 취득 중에는 액체 공급 기구(130)로부터 물(순수)을 연마 패드(111)에 공급해도 된다. 청정한 연마 패드(111)를 사용한 경우, 또한, 연마 패드(111) 자체가 연마 능력을 갖지 않는 경우, 기판(121)은 실질적으로 연마되지 않을 것이다. 또한, 엄밀하게 말하면, 기판(121)과 연마 패드(111)는 접촉하고 있으므로, 청정한 연마 패드(111)를 사용한 경우이더라도 기판(121)의 연마(마모)가 일어날 가능성이 있다. 그러나, 청정한 환경 하에 있어서의 기판(121)의 연마량은 무시할 수 있을 만큼 적을 것으로 생각된다.
연마 패드(111)에 지립이 매립되어 있는 등, 연마 패드(111) 자체가 연마 능력을 갖고 있는 경우, 연마 패드(111)를 청정하게 유지했다고 해도 기판(121)이 연마될 수 있다. 그 경우, 연마 테이블(110)에 설치된 연마 패드(111)를 떼어 내고, 연마 능력을 갖지 않는 연마 패드(111)를 연마 테이블(110)에 설치한 후에, 센서 출력 맵이 취득되어도 된다. 연마 패드(111)는 센서 출력 맵의 취득 후에 더 교환되어도(원상태로 돌려져도) 된다.
상기에 설명한 방법에 의해 취득된 센서 출력 맵의 일례(700)를 도 7에 도시하였다. 도 7로부터 보아서 해석되는 바와 같이, 센서 출력 맵(700)은 주기적인 요철을 갖는다. 이것은, 센서 출력 맵(700)의 생성 시에 사용된 기판(121)에 주기적인 패턴이 형성되어 있기 때문이다.
취득된 센서 출력 맵(예를 들어 센서 출력 맵(700))에 그린 임의 형상의 선 상에 있어서, 와전류 센서(150)가 출력한 신호의 값(또는 와전류 센서(150)가 출력해야 할 신호의 값)을 프로파일화할 수 있다. 즉, 취득된 센서 출력 맵으로부터, 임의의 궤도 상의 프로파일을 산출할 수 있다.
스텝 504에 있어서, 기판(121)이 연마되고 있는 동안에 연마 중 신호의 프로파일이 2차원 데이터로서 취득된다. 보다 상세하게는, 스텝 504는 기판(121)을 설치한 연마 헤드(120)와 연마 테이블(110)을 회전시키면서, 기판(121)을 연마 테이블(110)에 압박하여 기판(121)을 연마하는 단계와, 연마 중 신호의 프로파일을 2차원 데이터로서 취득하는 단계로 나뉜다. 여기서 「연마 중 신호」란, 연마 테이블(110)과 연마 헤드(120)의 회전에 의해 기판(121)이 연마되고 있는 동안에 와전류 센서(150)가 출력하는 신호이다. 여기서 「프로파일」이란, 어떤 궤도 상에 있어서의 와전류 센서(150)의 출력 신호의 크기를 플롯한 2차원 데이터를 가리킨다(궤도 상의 위치를 나타내기 위한 1차원 및 출력 신호의 크기를 나타내는 1차원, 계 2차원). 스텝 502에 있어서 센서 출력 맵을 취득한 후, 제어부(140)는 CMP 장치(100)를 동작시켜서 기판(121)을 연마하면서 와전류 센서(150)로부터 출력되는 신호(연마 중 신호)를 취득한다. 연마 중 신호의 프로파일은, 와전류 센서(150)의 출력 신호의 요철을 충분히 해상할 수 있는 데이터 포인트수를 갖는 것이 바람직하다. 궤도의 길이 및 기판(121) 상의 배선의 형상 등에 따라 다르지만, 하나의 프로파일 상의 데이터 포인트는 10점 이상인 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 하나의 프로파일 상의 데이터 포인트는 100점 이상이다.
스텝 506에 있어서, 와전류 센서(150)의 연마 중 신호의 프로파일과 가장 유사한 프로파일을 갖는 궤도가, 센서 출력 맵으로부터 추출된다. 또한 스텝 508에 있어서, 상기 추출된 궤도가, 기판(121)에서 본 와전류 센서(150)의 궤도로서 특정된다. 제어부(140)는 스토리지 디바이스(141) 등으로부터 센서 출력 맵을 판독하고, 와전류 센서(150)의 연마 중 신호의 프로파일과 가장 유사한 프로파일을 갖는 궤도를 센서 출력 맵으로부터 추출한다. 기판(121)의 연마가 과도하게 진행하지 않는 한, 기판(121)의 연마가 진행했다고 해도, 동일한 궤도로부터 얻어지는 와전류 센서(150)의 신호는 유사하다고 생각된다. 따라서, 추출한 궤도를, 기판(121)에서 본 와전류 센서(150)의 궤도로서 특정할 수 있다.
와전류 센서(150)의 신호는, 기판(121)의 표면의 도전층의 두께에 적어도 부분적으로 의존한다. 따라서, 와전류 센서(150)의 연마 중 신호는 기판(121)의 연마 진행 상태에 따라 증감한다. 그 때문에, 센서 출력 맵을 취득했을 때의 와전류 센서(150)의 신호 크기와, 와전류 센서(150)의 연마 중 신호의 크기에는 차가 있을 가능성이 있다. 그래서, 스텝 506에 있어서, 센서 출력 맵을 취득했을 때의 와전류 센서(150)의 신호 크기와, 연마 중 신호를 취득했을 때의 와전류 센서(150)의 신호 크기 양자를 규격화해도 된다. 규격화에 의해, 센서 출력 맵으로부터 잘라낸 프로파일과 연마 중 신호의 프로파일의 단순한 가산 또는 감산을 사용할 수 있게 된다. 예를 들어 와전류 센서(150)의 센서 출력 맵의, 어떤 궤도 상의 프로파일과, 와전류 센서(150)의 연마 중 신호의 프로파일의 차분의 총합을 취함으로써, 양쪽 프로파일의 유사도를 판단할 수 있다. 예를 들어, 차분의 총합이 가장 적은 경우에, 양쪽 프로파일은 가장 유사하다고 판단된다. 다른 방법으로서, 예를 들어 센서 출력 맵의 어떤 궤도 상의 프로파일의 피크 형상, 피크 위치 또는 피크 크기의 적어도 하나와, 와전류 센서(150)의 연마 중 신호의 프로파일의 피크 형상, 피크 위치 또는 피크 크기의 적어도 하나를 비교함으로써, 유사도가 판단되어도 된다. 기타, 프로파일의 유사도를 판단하기 위한 알려진 임의의 방법이 사용되어도 된다.
스텝 506 및 스텝 508에 대해서, 센서 출력 맵(700)을 예로 하여 더 설명한다. 도 8의 센서 출력 맵(700)으로부터는, 예로서, 궤도 A-A', 궤도 B-B' 및 궤도 C-C' 상의 프로파일이 잘라내진다. 후술하는 바와 같이, 각 궤도 간(각 프로파일 간)의 각도 간격 θ는 0.1도 이하여도 되고, 잘라내지는 프로파일의 개수는 4개 이상이어도 된다. 또한, 후술하는 바와 같이, 각 궤도의 형상은 곡선상이면 된다. 도 8에 도시된 각 궤도는 설명을 위한 예시에 지나지 않는 것에 유의하기 바란다. 또한, 스텝 504에 있어서, 도 9에 도시하는 바와 같은 연마 중 신호의 프로파일(900)이 얻어진 것으로 한다.
제어부(140)는 센서 출력 맵(700)의 각 궤도 상의 프로파일을 취득한다. 이 예에서는, 도 8에 도시하는 바와 같이 궤도는 3개이다. 따라서, 이 예에서는, 도 10에 도시하는 바와 같이 센서 출력 맵(700)의 프로파일이 3개 취득된다(프로파일 A-A', 프로파일 B-B' 및 프로파일 C-C'. 또한, 「프로파일 X-X'」란, 「센서 출력 맵(700)의 궤도 X-X' 상의 프로파일」을 의미한다.). 또한, 도 10의 프로파일은, 도 8의 센서 출력 맵(700)의 프로파일을 엄밀하게 재현한 것은 아니다. 도 8과 도 10의 상위는, 설명의 편의를 위하여 생긴 것에 지나지 않는다고 이해하기 바란다.
제어부(140)는 유사도 비교를 위한 임의의 방법을 사용하여, 연마 중 신호의 프로파일(900)과 가장 유사한 프로파일을 갖는 궤도를 추출한다. 예를 들어, 제어부(140)는 연마 중 신호의 프로파일(900) 및 프로파일 A-A', 프로파일 B-B' 및 프로파일 C-C'를 규격화한 뒤에, 평균 제곱 오차의 대소로부터, 유사도를 산출 및/또는 판정한다. 이 예에서는, 프로파일 C-C'가 무엇보다 연마 중 신호의 프로파일(900)과 유사하다고 산출된 것으로 한다. 제어부(140)는 추출된 궤도 C-C'를 기판(121)에서 본 와전류 센서(150)의 궤도로서 특정한다.
프로파일의 유사도의 비교에 있어서는, 센서 출력 맵으로부터 잘라내는 프로파일 간의 간격은 가능한 한 작은 것이 바람직하다. 일 실시 형태에서는, 프로파일은, 기판(121)에서 본 와전류 센서(150)의 궤도 간격 θ가 0.1도 이하로 되도록 센서 출력 맵으로부터 잘라내진다. 따라서, 후술하는 배선 패턴의 대칭성을 고려하지 않는 경우, 3600개(360(도)/0.1(도)=3600(무차원수))의 프로파일과, 와전류 센서(150)의 연마 중 신호의 프로파일이 비교되게 된다.
기판(121) 상의 배선 패턴이 회전 대칭일 경우, 대칭적인 궤도 상의 프로파일은 실질적으로 같은 값이 된다. 따라서, 배선 패턴이 회전 대칭일 경우, 대칭성에 따라서 비교하는 프로파일의 개수를 감해도 된다. 예를 들어 배선 패턴이 2회 회전 대칭일 경우, 센서 출력 맵으로부터 프로파일이 잘라내지는 범위는 180도의 범위이면 된다. 마찬가지로, 3회 회전 대칭이면　120도의 범위, 4회 회전 대칭이면 90도의 범위, n회 회전 대칭이면 360/n도의 범위이면 된다.
또한, 센서 출력 맵으로부터 프로파일을 잘라낼 때의 프로파일 간의 간격과, 센서 출력 맵 취득 시의 와전류 센서(150)의 궤도 간격 θ는 달라도 된다. 센서 출력 맵 취득 시의 와전류 센서(150)의 궤도에 관계 없이, 임의의 궤도 상에 있어서의 프로파일을 센서 출력 맵으로부터 잘라낼 수 있다.
또한, 센서 출력 맵으로부터 추출되는 궤도는 곡선상이면 된다. 도 3에 도시한 바와 같이, 와전류 센서(150)의 실제 궤도는 곡선상이 될 수 있기 때문이다. 추출되는 궤도의 형상(곡률 등)은 연마 테이블(110) 및 연마 헤드(120)의 형상, 위치 관계 및 회전 속도 등으로부터 산출되어도 된다.
상술한 바와 같이 하여 와전류 센서(150)의 궤도가 특정되면, 다음으로 스텝 510에 있어서, 그 특정된 궤도 상의 각 점에 있어서의 막 두께가 결정된다. 와전류 센서(150)의 궤도 상의 각 점에 있어서의 막 두께 t(x,y)는 예를 들어, 기판(121) 상의 위치(x,y)에 있어서의 초기 막 두께 ti(x,y), 종점 막 두께 tf(x,y), 및 연마 진행도 α(x,y)에 기초하여, 다음 식에 따라서 결정할 수 있다.
t(x,y)=ti(x,y)-{ti(x,y)-tf(x,y)}×α(x,y)
초기 막 두께 ti(x,y)는 기판(121)을 연마하기 전의 초기 상태(또한, 기판(121)에는, 초기 상태에 있어서도, 기판(121) 상에 형성된 배선 등에 의한 막 두께의 면 내 분포가 존재할 수 있다)에 있어서의 막 두께를 나타낸다. 종점 막 두께 tf(x,y)는 기판(121)을 목표인 막 두께 및 막 두께 분포가 될 때까지 연마한 후의 상태에 있어서의 막 두께를 나타낸다. 초기 막 두께 ti(x,y) 및 종점 막 두께 tf(x,y)는 예를 들어, 각각 초기 막 두께 맵, 종점 막 두께 맵으로서 스토리지 디바이스(141)에 기억되어도 된다. 전술한 센서 출력 맵과 마찬가지로, 초기 막 두께 맵 및 종점 막 두께 맵은, 스텝 504에 있어서 기판(121)이 연마되기 전에, 스텝 504에 있어서 연마되는 기판(121)과 동종 또한 별개체의 기판(121)인 참조 기판에 대한 막 두께 측정에 의해 생성되는 것이면 된다. 초기 막 두께 맵 및 종점 막 두께 맵을 생성하기 위한 막 두께 측정에는, 예를 들어, 광학식의 막 두께 측정기를 사용하는 것이 바람직하다. 광학식의 막 두께 측정기를 사용함으로써 비교적 높은 공간 해상도로 기판(121) 상의 각 점의 초기 막 두께 및 종점 막 두께를 얻는 것이 가능하다.
연마 진행도 α(x,y)는 기판(121)(스텝 504에 있어서 실제로 연마되는 기판(121))의 연마가 어느 정도 진행했는지를 나타내는 지표이다. 예를 들어, 연마 진행도 α(x,y)는 기판(121)을 연마하기 전의 초기 상태에 있어서 값 0(제로)을 취하고, 연마에 의해 목표인 막 두께에 도달한 연마 종료 상태에 있어서 값 1을 취하고, 초기 상태와 연마 종료 상태 사이의 상태에 있어서 0과 1의 사이의 값이며 연마 종료 상태에 가까워짐에 따라서 증대하는 값을 취하도록 정의되어도 된다. 연마 진행도 α(x,y)는 스텝 504에 있어서 취득되는 연마 중 신호에 기초하여 산출할 수 있다.
도 17은, 연마 중 신호에 기초하여 연마 진행도 α(x,y)를 산출하는 방법의 일례를 도시하는 도면이다. 도 17의 횡축은 기판(121) 상의 위치(예를 들어, 스텝 508에 있어서 특정된 와전류 센서(150)의 궤도 상의 위치)를 나타내고, 종축은 와전류 센서(150)의 출력 신호의 크기를 나타내고 있다. 도 17에는, 스텝 504에 있어서 기판(121)이 연마되고 있는 동안에 취득된 연마 중 신호(1704)가 도시되어 있다. 도 17에는, 또한, 초기 상태에 대응하는 기판(121)(스텝 504에 있어서 연마되는 기판(121)과 동종 또한 별개체의 기판(121)인 참조 기판)으로부터 얻어지는 와전류 센서(150)의 출력 신호(1702)와, 연마 종료 상태에 대응하는 기판(121)(스텝 504에 있어서 연마되는 기판(121)과 동종 또한 별개체의 기판(121)인 참조 기판을, 스텝 504과 같은 연마 조건에서 목표 막 두께까지 연마한 것)으로부터 얻어지는 와전류 센서(150)의 출력 신호(1706)도 도시되어 있다. 또한, 초기 상태의 출력 신호(1702)와 연마 종료 상태의 출력 신호(1706)는 센서 출력 맵으로서 미리 스토리지 디바이스(141)에 기억되어 있어도 된다.
도 17을 참조하여, 예를 들어, 기판(121) 상의 위치(x,y)에 있어서, 연마 중 신호(1704)는 값 V를 갖고, 초기 상태의 출력 신호(1702)는 값 Vi를 갖고, 연마 종료 상태의 출력 신호(1706)는 값 Vf를 갖고 있는 것으로 한다. 이때, 기판(121) 상의 위치(x,y)에 있어서의 연마 진행도는, 예를 들어 다음과 같이 산출할 수 있다.
α(x,y)=(Vi-V)/(Vi-Vf)
도 18은, 연마 중 신호에 기초하여 연마 진행도 α(x,y)를 산출하는 방법의 다른 예를 도시하는 도면이다. 도 18의 횡축 및 종축은 도 17과 마찬가지이다. 단, 도 18의 횡축은 도 17의 횡축을 확대하여 그리고 있다. 도 18에는, 도 17에 있어서의 연마 중 신호(1704), 초기 상태의 출력 신호(1702), 및 연마 종료 상태의 출력 신호(1706)를 대표하는 하나의 신호(1802)가 도시되어 있다(즉, 도 18의 신호(1802)는 신호(1702, 1704, 및 1706) 중 임의의 1개에 대응한다).
도 18에 있어서, 기판(121) 상의 위치(x,y)를 포함하는 소정 범위의 영역 Z가 설정된다. 예를 들어, 영역 Z는, 스텝 508에 있어서 특정된 와전류 센서(150)가 있는 하나의 궤도 상의 부분적인 영역이면 된다. 이 영역 Z에 있어서 신호(1802)를 나타내는 곡선과 횡축으로 둘러싸인 부분의 면적을 계산한다. 예를 들어, 연마 중 신호(1704)에 대하여 계산된 당해 부분의 면적은 S이며, 초기 상태의 출력 신호(1702)에 대하여 계산된 당해 부분의 면적은 Si이며, 연마 종료 상태의 출력 신호(1706)에 대하여 계산된 당해 부분의 면적은 Sf인 것으로 한다. 이때, 기판(121) 상의 위치(x,y)에 있어서의 연마 진행도는, 예를 들어 다음과 같이 산출할 수 있다.
α(x,y)=(Si-S)/(Si-Sf)
상기 방법에서는, 영역 Z에 있어서 신호(1802)를 나타내는 곡선보다 아래의 부분의 면적의 비례 계산에 기초하여 연마 진행도 α(x,y)를 산출하고 있지만, 또 다른 방법으로서, 영역 Z에 있어서의 신호(1802)의 피크값의 비례 계산에 기초하여 연마 진행도 α(x,y)를 산출해도 된다.
다음으로 스텝 512에 있어서, 상기 스텝 510에서 결정된 어떤 궤도 상의 각 점의 막 두께의 데이터가, 이미 산출 완료된 1개 또는 복수의 다른 궤도 상의 각 점의 막 두께의 데이터와 결합됨으로써, 막 두께 맵이 작성 또는 갱신된다. 그리고, 다음 스텝 514에 있어서, 소정의 연마 종료 조건이 충족되었는지 여부(예를 들어, 미리 설정된 연마 시간의 연마가 행하여졌는지 여부, 혹은, 기판(121)의 소정의 영역 또는 영역마다의 막 두께의 평균값이 소정의 범위에 있는지 여부 등)가 판정되어, 당해 소정의 연마 종료 조건이 아직 충족되어 있지 않으면, 다시 스텝 504부터의 처리가 반복된다.
스텝 512의 처리를 구체적으로 설명하기 위해서, 편의상, 다시 도 3을 참조한다. 도 3에는, 궤도 1부터 궤도 10의 10개의 궤도가 그려져 있다. 예를 들어, 어떤 시점까지, 이미 스텝 504부터 스텝 512의 처리가 2회 반복되어 있고, 그 결과, 궤도 1과 궤도 2의 2개의 궤도 상의 각 점의 막 두께의 데이터가 산출되고, 그들이 스토리지 디바이스(141)에 기억되어 있는 것으로 한다. 이들 막 두께의 데이터는, 기판(121) 전체 중 상기 2개의 궤도에 대응하는 부분적인 영역의 막 두께 맵을 형성하고 있다. 그리고 지금, 스텝 510의 3회째의 실행에 의해, 궤도 3 상의 각 점의 막 두께의 데이터가 얻어진 것으로 한다. 제어부(140)는 스텝 512에 있어서, 궤도 1과 궤도 2에 대응하는 부분적인 영역의 막 두께 맵에 궤도 3 상의 각 점의 막 두께의 데이터를 부가하고, 그 결과를 새로운 막 두께 맵으로서 스토리지 디바이스(141)에 저장한다. 새로운 막 두께 맵은, 궤도 1, 궤도 2, 및 궤도 3의 3개의 궤도 상의 각 점의 막 두께의 데이터를 포함하고 있다. 이와 같이, 스텝 504부터 스텝 512의 처리가 복수회 반복됨으로써, 막 두께 맵이 기판(121)의 보다 넓은 영역 또는 기판(121)의 전체를 망라하도록 확충/갱신되어 간다.
스텝 514의 판정에 있어서 소정의 연마 종료 조건이 충족되면, 다음으로 스텝 516에 있어서, 상술한 바와 같이 해서 작성된 막 두께 맵에 대한 평균화 처리와 보간 처리가 행하여진다. 도 11은, 막 두께 맵의 평균화 처리를 설명하기 위한 도면이다. 전술한 바와 같이, 기판(121)은 후 공정에 있어서 절단되어 칩(즉 다이)으로 개편화된다. 기판(121) 상에는, 구획화된 복수의 다이 영역(1102)이 배치되어 있다. 다이 영역(1102)의 형상이나 크기에 따라 다르지만, 하나의 다이 영역(1102) 중에는, 막 두께 맵 중의 복수의 점(1104)이 존재할 수 있다. 막 두께 맵 중의 각 점(1104)은 기판(121) 상의 그 점에 대응하는 위치에 있어서의, 상술한 스텝 510에서 산출된 막 두께의 데이터를 갖고 있다. 또한, 각 점(1104)의 막 두께의 데이터는, 그 점(1104)에 있어서의 기지의 배선 패턴 등에 따라서 보정되어도 된다. 제어부(140)는 각 다이 영역(1102) 내에 존재하는 복수의 점(1104)에 있어서의 막 두께의 데이터를 평균함으로써, 당해 다이 영역(1102)의 막 두께의 대푯값을 산출하고, 그렇게 산출된 각 다이 영역(1102)의 막 두께의 대푯값을 사용하여, 평균화 막 두께 맵을 작성한다. 도 12에 평균화 막 두께 맵의 일례(1200)를 도시한다. 도 12로부터 보아서 해석되는 바와 같이, 평균화 막 두께 맵(1200)은 다이 영역(1102)마다 일정한 막 두께를 갖도록 표현된다.
도 13은, 스텝 516에 있어서의 막 두께 맵의 보간 처리를 설명하기 위한 도면이다. 전술한 바와 같이, 와전류 센서(150)의 궤도 상의 각 점에 있어서 막 두께가 산출되어, 이들 각 점에 있어서의 막 두께의 데이터로부터 막 두께 맵이 구성된다. 따라서, 와전류 센서(150)의 궤도가 통과하지 않은 기판(121) 상의 영역에 대해서는, 막 두께 맵에 막 두께의 데이터가 존재하지 않게 된다. 스텝 516의 보간 처리는, 그러한 데이터를, 막 두께 맵이 보유 지지하고 있는 데이터를 사용하여 보간하는 처리이다.
여기서, CMP 장치(100)의 복수의 에어백(122)은 기판(121)에 대하여 동심원상으로 마련되어 있는 것으로 한다. 이 경우, 기판(121)의 연마 압력이 각 동심원내에서 일정하게 되므로, 연마된 기판(121)은 동심원의 둘레 방향에 걸쳐 마찬가지의 연마 상태로 될 것이 기대된다. 따라서 스텝 516의 보간 처리에 있어서는, 둘레 방향에 있어서의 보간의 상관 강도를 크게 함으로써, 보간을 고정밀도로 행할 수 있다.
예를 들어, 도 13에 도시한 바와 같이, 어떤 다이 영역(1102-1)에 근접하여 4개의 다이 영역(1102-2, 1102-3, 1102-4, 및 1102-5)이 존재하고 있는 것으로 한다. 다이 영역(1102-2 및 1102-3)은, 다이 영역(1102-1)에 대하여 기판(121)의 둘레 방향으로 근접하고, 다이 영역(1102-4 및 1102-5)은, 다이 영역(1102-1)에 대하여 기판(121)의 반경 방향으로 근접하고 있다. 다이 영역(1102-1)은, 막 두께의 데이터를 갖고 있지 않은 것으로 한다. 한편, 다이 영역(1102-2, 1102-3, 1102-4, 및 1102-5)은 막 두께의 데이터를 갖고 있으며, 각각의 막 두께값(즉, 각 다이 영역 내의 복수의 점에 있어서의 막 두께를 평균한 상술한 대푯값)을 각각 T2, T3, T4, T5로 한다.
제어부(140)는 다이 영역(1102-1)의 평균 막 두께 T1을, 다이 영역(1102-1)에 근접하고 있는 4개의 다이 영역의 막 두께값 T2, T3, T4, 및 T5를 보간함으로써 산출한다. 상술한 바와 같이 기판(121)의 둘레 방향에 있어서의 보간의 상관 강도를 크게 하기 위해서, 예를 들어 다음 보간식을 사용할 수 있다. 단, u>v, u+v=1/2인 것으로 하고, 비 u/v는, 기판(121)의 반경 방향에 대하여 기판(121)의 둘레 방향이 u/v배의 상관으로 보간되는 것을 나타낸다.
T1=u(T2+T3)+v(T4+T5)
이상과 같이 하여, 도 5의 흐름도에 따라서 각 스텝이 실행됨으로써, 물연마 처리에 있어서의 막 두께 맵이 완성된다.
이어서, 도 6의 흐름도를 참조하여, 연마 처리(즉 도 4의 흐름도에 있어서의 스텝 402) 동안에 연마 중 막 두께 맵을 작성하는 방법에 대하여 설명한다. 이하, 연마 중 막 두께 맵은 간단히 막 두께 맵이라고도 기재된다. 도 6의 흐름도에 있어서, 스텝 622 및 624 이외의 스텝은, 도 5의 흐름도에 있어서의 각 스텝과 동일하다.
전술한 바와 같이, 물연마 처리 중에는, 연마 레이트가 매우 낮기 때문에 실질적으로 기판(121)의 연마는 거의 진행하지 않는다. 따라서, 물연마 처리 중에 막 두께 맵을 작성하는 경우에는, 도 5의 스텝 512에 대하여 설명한 바와 같이, 이미 산출 완료된 막 두께 맵(예를 들어 궤도 1과 궤도 2에 대응하는 부분적인 막 두께 맵)과 새로운 궤도(예를 들어 궤도 3)의 막 두께의 데이터를 그대로 결합함으로써 막 두께 맵을 갱신하는 것이 가능하였다. 그러나, 도 4의 스텝 402에 있어서의 연마 처리에서는, 물연마 시보다 현저히 큰 연마 레이트로 기판(121)이 연마되므로, 이미 산출 완료된 막 두께 맵과 새로운 궤도의 막 두께의 데이터를 단순하게 결합해버리면, 연마가 어느 양만큼 진행한 후의 막 두께의 데이터와 연마가 진행하기 전의 막 두께 맵을 결합하게 되어, 올바른 막 두께 맵을 얻을 수 없다. 그러한 사태를 피하기 위해서, 연마 처리 중에 막 두께 맵을 작성하는 도 6의 흐름도의 방법은, 스텝 622 및 624의 처리를 추가로 행하도록 하고 있다.
스텝 622에 있어서, 복수의 궤도에 대응하는 막 두께의 데이터에 기초하여 기판(121)의 연마 레이트가 산출된다. 도 14는, 연마 레이트의 산출 방법의 일례를 도시하는 도면이다. 도 14에는, 궤도 1부터 궤도 6(예를 들어, 기출의 도 3을 참조)의 막 두께 분포가 도시되어 있다. 궤도 1의 막 두께 데이터가 제일 먼저 취득되고, 그 후, 순서대로 궤도 2, 3, 4, 5, 6의 각 막 두께 데이터가 취득된 것으로 한다. 궤도 1부터 궤도 6의 막 두께 데이터가 취득되는 동안에 기판(121)의 연마가 점차 진행하고 있기 때문에, 각 궤도의 평균 막 두께는, 궤도 1, 2, 3, 4, 5, 6의 순으로 얇아지고 있다. 인접하는 2개의 궤도(예를 들어 궤도 1과 궤도 2)의 막 두께 데이터가 취득되는 동안에, 연마 테이블(110)은 1회전한다.
제어부(140)는 먼저, 최신의 궤도 6을 포함하는 연속하는 3개의 궤도(즉 궤도 4, 5, 및 6)의 평균 막 두께 분포(1402)와, 또한 그 직전의 연속하는 3개의 궤도(즉 궤도 1, 2, 및 3)의 평균 막 두께 분포(1404)를 산출한다. 제어부(140)는 이어서, 2개의 평균 막 두께 분포(1402 및 1404)의 차분을 취하고, 그것을 양자간에 있어서의 연마 테이블(110)의 회전수(이 예에서는 3회전)로 제산함으로써, 연마 테이블(110)이 1회전하는 동안에 있어서의 연마량(즉 연마 레이트)의 분포(1406)를 산출한다. 또한, 도 14에 도시되는 3개의 그래프의 횡축은, 기판(121)의 반경 방향의 위치를 나타내고 있다. 3개의 궤도의 평균 막 두께 분포로부터 연마 레이트를 산출함으로써, 연마 레이트를 고정밀도로 구할 수 있다. 물론, 2개 또는 4개 이상의 궤도의 평균 막 두께 분포로부터 연마 레이트를 산출해도 된다. 또한, 평균 막 두께 분포를 사용하는 것이 아니라, 어떤 하나의 궤도 막 두께 분포와 다른 하나의 궤도 막 두께 분포의 차로부터 연마 레이트를 산출해도 된다.
다음으로 스텝 624에 있어서, 상기 스텝 622에서 구한 기판(121)의 연마 레이트를 사용하여, 이미 산출 완료된 각 궤도에 있어서의 막 두께 데이터(즉, 그 시점까지 작성되어 있는 막 두께 맵)가 수정된다. 그 후, 전술한 스텝 512에 있어서, 당해 수정된 막 두께 데이터(또는 막 두께 맵)와, 스텝 510에서 결정된 어떤 궤도의 막 두께 데이터가 결합된다.
예를 들어, 어떤 시점에 있어서, 기판(121)의 전체면에 대응하는 막 두께 맵이 얻어져 있는 것으로 한다. 제어부(140)는 스텝 624에 있어서, 그 막 두께 맵으로부터, 스텝 622에서 구한 연마 레이트의 분포(1406)에 의해 나타나는 연마량을 감산한다. 연마 레이트의 분포(1406)는 기판(121)의 반경 방향의 분포이므로, 막 두께 맵으로부터 감산되는 양은, 기판(121)의 둘레 방향에서는 동일량이다. 즉, 막 두께 맵으로부터의 감산은 동심원상으로 행하여진다. 감산이 행하여진 후의 막 두께 맵은, 감산 전의 막 두께 맵이 취득된 시점부터 현시점까지 기판(121)의 연마가 진행한 것을 반영한, 수정된 막 두께 맵이다. 따라서, 이 수정된 막 두께 맵과, 현재의 스텝 510에서 산출된 궤도의 막 두께 데이터를, 다음 스텝 512에 있어서 결합함으로써, 막 두께 맵을 정확하게 갱신할 수 있다.
또한, 이와 같이 하여 기판(121)의 연마 레이트를 고려하여 갱신된 막 두께 맵은, 전술한 물연마의 경우와 마찬가지로, 스텝 516에 있어서 평균화 및 보간 처리되고, 이에 의해, 다이 영역(1102)마다 평균 막 두께를 갖는 평균화 막 두께 맵(예를 들어 도 12에 나타낸 바와 같은 평균화 막 두께 맵(1200))이 얻어진다.
이상과 같이 하여, 도 6의 흐름도에 따라서 각 스텝이 실행됨으로써, 연마 처리에 있어서의 막 두께 맵이 완성된다.
도 15는, 다른 실시 형태에 따른 기판 연마 장치(100)의 정면도이다. 본 실시 형태의 기판 연마 장치(100)는 도 2에 도시되는 구성에 더하여, 또한 광학 센서(1500)를 구비하고 있다. 도시되는 바와 같이, 광학 센서(1500)는 연마 테이블(110)에 마련되어 있다. 광학 센서(1500)는 기판(121)의 측정이 가능한 위치이면, 연마 테이블(110)의 임의의 위치에 마련되어 있어도 된다.
광학 센서(1500)는 조사광을 기판(121)의 피연마면에 조사하고, 기판(121)의 피연마면에서 반사된 반사광의 광학 특성을 측정한다. 광학 센서(1500)는 예를 들어 기판(121)의 광학 스펙트럼을 측정한다. 전술한 바와 같이, 기판(121)의 피연마면은, 복수의 다이 영역(1102)으로 구획되어 있다. 각 다이 영역(1102)은 각각 고유의 막 구조 및 배선 패턴을 갖고 있으며, 그 때문에, 각 다이 영역(1102)의 각 부위로부터 반사된 광은 각각 특징적인 스펙트럼을 갖고 있다. 따라서, 광학 센서(1500)에 의해 측정된 기판(121)으로부터의 광학 스펙트럼을 사용함으로써 전술한 도 5 및 도 6의 흐름도에 도시하는 방법과 마찬가지로 하여, 기판(121)의 연마 중 및 물연마 중의 막 두께 맵을 작성하는 것이 가능하다.
도 15의 실시 형태에 있어서, 기판 연마 장치(100)는 와전류 센서(150)와 광학 센서(1500)의 양쪽을 구비하고 있다. 따라서, 기판 연마 장치(100)는 와전류 센서(150)로부터의 신호에 기초하는 기판(121)의 막 두께 맵과, 광학 센서(1500)로부터의 신호에 기초하는 기판(121)의 막 두께 맵의 양쪽을 작성할 수 있다. 전술한 바와 같이, 와전류 센서(150)는 기판(121)의 표면 도전층에 와전류를 유기함으로써 발생하는 임피던스 변화를 검출한다. 따라서, 와전류 센서(150)로부터의 신호에 기초하여 작성되는 막 두께 맵은, 기판(121) 상의 도전층, 즉 금속층의 두께의 분포를 나타내고 있다. 한편, 광학 센서(1500)로부터의 신호에 기초하여 작성되는 막 두께 맵은, 기판(121) 상의 산화막의 두께 분포를 나타내고 있다.
도 16은, 와전류 센서(150)를 이용함으로써 얻어진 막 두께 맵의 일례(1620)와, 광학 센서(1500)를 이용함으로써 얻어진 막 두께 맵의 일례(1640)를 도시한다. 각 막 두께 맵(1620, 1640)에 있어서, 막 두께는 다이 영역(1102)마다 평균화되어 있다. 이 2개의 막 두께 맵(1620, 1640)에 기초하여, 예를 들어, 와전류 센서(150)에 의한 막 두께 맵(1620)으로부터 광학 센서(1500)에 의한 막 두께 맵(1640)을 다이 영역(1102)마다 감산함으로써, 기판(121) 상에 있어서의 디싱량의 분포를 나타내는 디싱 맵(1660)을 작성할 수 있다. 디싱 맵(1660)에 기초하여, 원하는 디싱량이 달성되어 있는지의 여부를 판정하고, 원하는 디싱량이 달성되어 있지 않은 경우에는, 재연마 처리를 행하는 것으로 해도 된다. 또한, 디싱 맵(1660)에 기초하여, 다음번 이후의 연마 조건(예를 들어, 기판(121)을 연마 테이블에 압박하는 압력, 연마 테이블 및 기판(121)을 보유 지지하는 연마 헤드의 회전 속도, 기판(121)의 피연마면에의 슬러리의 공급량, 기판(121)의 피연마면의 온도 등)을 최적화하는 것으로 해도 된다.
기판 연마 장치(100)의 제어부(140)는 상술한 바와 같이 해서 작성한 막 두께 맵 또는 디싱 맵에 기초하여, 전 공정의 처리 조건을 결정하거나, 후 공정의 처리 조건을 결정하거나, 혹은 수율 관리 등 품질 관리를 위한 데이터 처리를 행하거나 해도 된다.
이상, 몇 가지의 본 발명의 실시 형태에 대하여 설명하였다. 그러나, 상기 실시 형태는, 본 발명의 이해를 용이하게 하기 위한 것이고, 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 본 발명은 그 취지를 일탈하지 않고, 변경, 개량될 수 있음과 함께, 본 발명에는 그의 등가물이 포함되는 것은 물론이다. 또한, 상술한 과제의 적어도 일부를 해결할 수 있는 범위, 또는, 효과의 적어도 일부를 발휘하는 범위에 있어서, 특허 청구 범위 및 명세서에 기재된 각 구성 요소의 임의의 조합, 또는, 생략이 가능하다.
100A: 기판 연마 장치
100B: 기판 연마 장치
100C-1: 기판 연마 장치
100C-2: 기판 연마 장치
101: 연마 챔버
101A: 연마 챔버
101B: 연마 챔버
110: 연마 테이블
111: 연마 패드
120: 연마 헤드
121: 기판
122: 에어백
130: 액체 공급 기구
140: 제어부
141: 스토리지 디바이스
142: 프로세서
143: 입출력 장치
150: 막 두께 측정기
700: 센서 출력 맵
900: 연마 중 신호의 프로파일
1102: 다이 영역
1104: 막 두께 맵 중의 각 점
1200: 평균화 막 두께 맵
1402: 평균 막 두께 분포
1404: 평균 막 두께 분포
1406: 연마 레이트의 분포
1500: 광학 센서
1620: 막 두께 맵
1640: 막 두께 맵
1660: 디싱 맵
1702: 초기 상태의 출력 신호
1704: 연마 중 신호
1706: 연마 종료 상태의 출력 신호
1802: 신호

Claims (17)

  1. 막 두께에 관련되는 신호를 출력하는 센서가 마련된 연마 테이블이며, 회전 가능하게 구성된 연마 테이블과,
    상기 연마 테이블에 대향하고, 회전 가능하게 구성된 연마 헤드이며, 상기 연마 테이블과 대향하는 면에 기판을 설치 가능한 연마 헤드와,
    제어부를
    구비하는, 기판 연마 장치이며,
    상기 제어부는,
    상기 센서가 상기 기판의 피연마면 상을 통과했을 때에 상기 센서로부터 신호를 취득하고,
    상기 신호의 프로파일에 기초하여 상기 기판에 대한 상기 센서의 궤도를 특정하고,
    상기 신호에 기초하여 상기 궤도 상의 각 점에 있어서의 상기 기판의 막 두께를 계산하고,
    상기 센서의 복수의 궤도에 대하여 계산된 각 점의 막 두께에 기초하여 막 두께 맵을 작성하는,
    기판 연마 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 센서는 1개 이상의 와전류 센서인, 기판 연마 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 센서는 1개 이상의 광학 센서인, 기판 연마 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 센서는 1개 이상의 와전류 센서와 1개 이상의 광학 센서인, 기판 연마 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제어부는, 상기 기판을 연마한 후의 물연마 중에 상기 센서로부터 상기 신호를 취득하는, 기판 연마 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제어부는, 상기 기판의 연마 중에 상기 센서로부터 상기 신호를 취득하는, 기판 연마 장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어부는, 또한,
    상기 센서의 제1 궤도에 대응하는 제1 스텝에 있어서 상기 기판의 연마 레이트 프로파일을 계산하고,
    상기 연마 레이트 프로파일에 기초하여, 상기 센서의 제2 궤도에 대응하는 상기 제1 스텝보다도 전의 제2 스텝부터 상기 제1 스텝까지의 상기 기판의 연마량을 계산하고,
    상기 제2 스텝에 있어서의 상기 막 두께 맵으로부터 상기 연마량을 감산하고, 감산 후의 막 두께 맵에, 상기 제1 스텝에 있어서의 상기 제1 궤도의 막 두께의 데이터를 추가함으로써, 상기 막 두께 맵을 갱신하는,
    기판 연마 장치.
  8. 제4항에 있어서, 상기 제어부는, 또한, 상기 와전류 센서로부터의 신호를 사용하여 작성한 제1 막 두께 맵과, 상기 광학 센서로부터의 신호를 사용하여 작성한 상기 제2 막 두께 맵의 비교에 기초하여, 상기 기판의 디싱량의 분포를 나타내는 디싱 맵을 작성하는, 기판 연마 장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 제어부는, 또한,
    상기 막 두께 맵에 기초하여, 원하는 막 두께 또는 원하는 막 두께 프로파일이 달성되어 있는지의 여부를 판정하고,
    상기 원하는 막 두께 또는 상기 원하는 막 두께 프로파일이 달성되어 있지 않은 경우에, 상기 연마 테이블 및 상기 연마 헤드, 또는 상기 기판 연마 장치가 구비하는 제2 연마 테이블 및 제2 연마 헤드, 또는 상기 기판 연마 장치와는 상이한 다른 기판 연마 장치가 구비하는 제3 연마 테이블 및 제3 연마 헤드를 사용하여 상기 기판을 재연마하도록 제어하는,
    기판 연마 장치.
  10. 제8항에 있어서, 상기 제어부는, 또한,
    상기 디싱 맵에 기초하여, 원하는 디싱량이 달성되어 있는지의 여부를 판정하고,
    상기 원하는 디싱량이 달성되어 있지 않은 경우에, 상기 연마 테이블 및 상기 연마 헤드, 또는 상기 기판 연마 장치가 구비하는 제2 연마 테이블 및 제2 연마 헤드, 또는 상기 기판 연마 장치와는 상이한 다른 기판 연마 장치가 구비하는 제3 연마 테이블 및 제3 연마 헤드를 사용하여 상기 기판을 재연마하도록 제어하는,
    기판 연마 장치.
  11. 제8항에 있어서, 상기 제어부는, 또한, 상기 막 두께 맵 또는 상기 디싱 맵에 기초하여, 전 공정의 처리 조건을 결정하거나, 또는 후 공정의 처리 조건을 결정하거나, 또는 품질 관리를 위한 데이터 처리를 행하는, 기판 연마 장치.
  12. 제8항에 있어서, 상기 제어부는, 또한, 상기 막 두께 맵 또는 상기 디싱 맵에 기초하여, 연마 조건을 최적화하는, 기판 연마 장치.
  13. 제1항에 있어서, 상기 기판의 연마 압력을 조정 가능한 에어백을 더 구비하고,
    상기 제어부는, 또한, 상기 막 두께 맵에 기초하여 상기 에어백의 내부 압력을 제어하는,
    기판 연마 장치.
  14. 와전류 센서가 마련된 연마 테이블이며, 회전 가능하게 구성된 연마 테이블과,
    상기 연마 테이블에 대향하고, 회전 가능하게 구성된 연마 헤드이며, 상기 연마 테이블과 대향하는 면에 기판을 설치 가능한 연마 헤드와,
    제어부를
    구비하는, 기판 연마 장치이며,
    상기 제어부는,
    상기 와전류 센서가 상기 기판의 피연마면 상을 통과했을 때에 상기 와전류 센서로부터 신호를 취득하고,
    상기 신호에 기초하여 상기 기판의 연마 진행도를 계산하고,
    상기 연마 진행도와, 참조 기판의 초기 막 두께 및 종점 막 두께에 기초하여, 상기 기판의 각 점에 있어서의 막 두께를 계산하는,
    기판 연마 장치.
  15. 제14항에 있어서, 상기 제어부는, 상기 기판의 연마 중에 취득되는 상기 와전류 센서로부터의 신호와, 초기 상태의 참조 기판에 대한 상기 와전류 센서로부터의 신호와, 연마 종료 상태의 참조 기판에 대한 상기 와전류 센서로부터의 신호의 비교에 기초하여, 상기 연마 진행도를 계산하는, 기판 연마 장치.
  16. 막 두께에 관련되는 신호를 출력하는 센서가 마련된 연마 테이블이며, 회전 가능하게 구성된 연마 테이블과,
    상기 연마 테이블에 대향하고, 회전 가능하게 구성된 연마 헤드이며, 상기 연마 테이블과 대향하는 면에 기판을 설치 가능한 연마 헤드를
    구비하는 기판 연마 장치에 있어서의, 상기 기판의 막 두께 맵을 작성하는 방법이며,
    상기 센서가 상기 기판의 피연마면 상을 통과했을 때에 상기 센서로부터 신호를 취득하는 스텝과,
    상기 신호의 프로파일에 기초하여 상기 기판에 대한 상기 센서의 궤도를 특정하는 스텝과,
    상기 신호에 기초하여 상기 궤도 상의 각 점에 있어서의 상기 기판의 막 두께를 계산하는 스텝과,
    상기 센서의 복수의 궤도에 대하여 계산된 각 점의 막 두께에 기초하여 막 두께 맵을 작성하는 스텝을
    포함하는 막 두께 맵 작성 방법.
  17. 막 두께에 관련되는 신호를 출력하는 센서가 마련된 연마 테이블이며, 회전 가능하게 구성된 연마 테이블과,
    상기 연마 테이블에 대향하고, 회전 가능하게 구성된 연마 헤드이며, 상기 연마 테이블과 대향하는 면에 기판을 설치 가능한 연마 헤드를
    구비하는 기판 연마 장치에 있어서의, 상기 기판의 연마 방법이며,
    상기 연마 테이블을 회전시키는 스텝과,
    상기 기판을 보유 지지한 상기 연마 헤드를 회전시키는 스텝과,
    상기 기판을 상기 연마 테이블에 압박하여 상기 기판을 연마하는 스텝과,
    상기 센서가 상기 기판의 피연마면 상을 통과했을 때에 상기 센서로부터 신호를 취득하는 스텝과,
    상기 신호의 프로파일에 기초하여 상기 기판에 대한 상기 센서의 궤도를 특정하는 스텝과,
    상기 신호에 기초하여 상기 궤도 상의 각 점에 있어서의 상기 기판의 막 두께를 계산하는 스텝과,
    상기 센서의 복수의 궤도에 대하여 계산된 각 점의 막 두께에 기초하여 막 두께 맵을 작성하는 스텝을
    포함하는 연마 방법.
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