KR20220103048A - 연마 장치, 연마 방법 및 기판의 막 두께 분포의 가시화 정보를 출력하는 방법 - Google Patents

연마 장치, 연마 방법 및 기판의 막 두께 분포의 가시화 정보를 출력하는 방법 Download PDF

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히로아키 시부에
다로 다카하시
도시키 미야카와
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가부시키가이샤 에바라 세이사꾸쇼
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Abstract

정확한 막 두께 분포 정보를 취득할 수 있는 연마 장치가 제공된다.
연마 테이블(3)과, 복수의 막 두께 센서(60)와, 제어 장치(9)를 구비하는 연마 장치가 제공된다. 제어 장치(9)는 측정한 막 두께 정보에 기초하여, 기판의 노치 위치를 특정하면서, 기판의 막 두께 분포 정보를 해석하여, 노치 위치를 기준 위치로 한 막 두께 분포의 가시화 정보를 출력한다.

Description

연마 장치, 연마 방법 및 기판의 막 두께 분포의 가시화 정보를 출력하는 방법{POLISHING APPARATUS, POLISHING METHOD AND METHOD FOR OUTPUTTING VISUALIZATION INFORMATION OF FILM THICKNESS DISTRIBUTION ON SUBSTRATE}
본 발명은 연마 장치, 연마 방법 및 기판의 막 두께 분포의 가시화 정보를 출력하는 방법에 관한 것이다.
반도체 디바이스의 제조 공정에 있어서의 기술로서, 화학 기계 연마(CMP: Chemical Mechanical Polishing)가 알려져 있다. CMP를 행하기 위한 연마 장치는, 연마 패드를 지지하는 연마 테이블과, 웨이퍼를 보유 지지하기 위한 연마 헤드를 구비하고 있다.
이와 같은 연마 장치를 사용하여 웨이퍼의 연마를 행하는 경우에는, 연마 헤드에 의해 웨이퍼를 보유 지지하면서, 이 웨이퍼를 연마 패드의 연마면에 대하여 소정의 압력으로 가압한다. 이때, 연마 테이블과 연마 헤드를 상대 운동시킴으로써 웨이퍼가 연마면에 미끄럼 접촉하고, 웨이퍼의 표면이 연마된다.
또한, 웨이퍼의 막 두께에 따른 신호를 막 두께 센서에 의해 검출하고, 웨이퍼의 막 두께 분포를 취득하는 것이 행해지고 있다. 웨이퍼의 막 두께 분포에 기초하여, 연마의 종점을 결정하거나, 연마 헤드에 동심원상으로 마련한 복수의 에어백의 압력을 제어하는 것이 행해지고 있다. 막 두께 센서는, 연마 테이블과 함께 회전하고, 웨이퍼를 보유 지지하는 연마 헤드도 회전한다. 따라서, 웨이퍼의 표면 상을 가로지르는 막 두께 센서의 이동 경로는, 연마 테이블이 1회전할 때마다 다르다. 통상, 웨이퍼의 막 두께 분포는, 원주 상의 다른 측정점으로부터 얻어진 신호를 기초로, 원주 방향에 있어서는 평균화된 값으로서 계산되어 있다.
일본 특허 공개 제2017-064801호 공보
근년에는, 필요해지는 막 두께의 균일성 정도가 높아지고 있다. 그 때문에, 성막 장치의 특성 등에 의한 웨이퍼의 초기 막 두께의 원주 방향의 변동이나 연마에 의해 발생하는 원주 방향의 연마량의 변동을 보다 고려한 연마 공정의 관리나 제어가 필요하게 되고 있다(예를 들어, 웨이퍼의 막이 두꺼운 개소를 적극적으로 연마하거나, 또는 웨이퍼의 막이 얇은 개소 이외의 개소를 적극적으로 연마하여, 웨이퍼의 막 두께 분포의 균일성을 높이는 것이 유효하다).
그래서, 본 발명은 정확한 막 두께 분포 정보를 취득할 수 있는 연마 장치 및 연마 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 정확한 막 두께 분포의 가시화 정보를 출력하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
일 양태에서는, 연마 패드를 지지하는 연마 테이블과, 상기 연마 테이블에 매립된, 기판의 막 두께에 따른 복수의 신호를 출력하는 복수의 막 두께 센서와, 상기 복수의 막 두께 센서로부터 취득한 상기 복수의 신호에 기초하여, 상기 기판의 막 두께 정보를 측정하는 제어 장치를 구비하는 연마 장치가 제공된다. 상기 연마 패드 상에 있어서, 상기 기판의 주연부가 접촉하는 내측의 영역을 내측연부라고 정의하고, 상기 기판의 주연부가 접촉하는 외측의 영역을 외측연부라고 정의한 경우, 상기 복수의 막 두께 센서는, 상기 내측연부로부터 상기 외측연부에 걸쳐서 배치되어 있고, 상기 제어 장치는, 상기 측정한 막 두께 정보에 기초하여, 상기 기판의 노치 위치를 특정하면서, 상기 기판의 막 두께 분포 정보를 해석하여, 상기 노치 위치를 기준 위치로 한 막 두께 분포의 가시화 정보를 출력한다.
일 양태에서는, 상기 복수의 막 두께 센서의 각각은, PSD 센서를 구비하고 있다.
일 양태에서는, 상기 제어 장치는, 상기 복수의 막 두께 센서의 각각으로부터 취득한 복수의 신호를 미디언필터 처리하는 미디언필터부를 구비하고 있고, 상기 미디언필터부는, 상기 복수의 막 두께 센서의 각각으로부터 취득한 상기 복수의 신호를 미디언필터 처리하여, 상기 복수의 신호로부터 노이즈를 제거한다.
일 양태에서는, 상기 연마 장치는, 상기 연마 패드의 마모량에 따른 신호를 출력하는 마모량 검출 장치를 구비하고 있고, 상기 제어 장치는, 상기 마모량 검출 장치로부터 취득한 상기 신호에 기초하여, 상기 연마 패드의 마모량을 측정하고, 상기 측정된 연마 패드의 마모량에 기초하여, 상기 막 두께 정보를 보정한다.
일 양태에서는, 상기 연마 장치는, 상기 제어 장치에 접속된 디스플레이 장치를 구비하고 있고, 상기 제어 장치는, 상기 막 두께 분포의 가시화 정보를 상기 디스플레이 장치에 출력한다.
일 양태에서는, 연마 패드를 지지하는 연마 테이블과, 기판을 상기 연마 패드의 연마면에 압박하기 위한 복수의 압박 요소를 갖는 연마 헤드와, 상기 복수의 압박 요소의 압박력을 개별로 제어 가능한 압박력 제어부와, 상기 연마 테이블에 매립된, 상기 기판의 막 두께에 따른 복수의 신호를 출력하는 복수의 막 두께 센서와, 상기 복수의 막 두께 센서로부터 취득한 상기 신호에 기초하여, 상기 기판의 막 두께 정보를 측정하는 제어 장치를 구비하는 연마 장치가 제공된다. 상기 복수의 압박 요소는, 적어도 상기 연마 헤드의 둘레 방향을 따라서 배치되어 있고, 상기 연마 패드 상에 있어서, 상기 기판의 주연부가 접촉하는 내측의 영역을 내측연부라고 정의하고, 상기 기판의 주연부가 접촉하는 외측의 영역을 외측연부라고 정의한 경우, 상기 복수의 막 두께 센서는, 상기 내측연부로부터 상기 외측연부에 걸쳐서 배치되어 있고, 상기 제어 장치는, 상기 측정한 막 두께 정보에 기초하여, 상기 압박력 제어부를 통해 특정의 압박 요소를 제어함으로써, 상기 기판 상의 특정 위치의 압박력을 제어한다.
일 양태에서는, 상기 연마 장치는, 상기 연마 헤드의 회전 각도를 검출하는 회전 각도 검출기를 구비하고 있고, 상기 제어 장치는, 상기 회전 각도 검출기로부터 취득한 상기 연마 헤드의 회전 각도와 상기 측정한 막 두께 정보에 기초하여, 상기 압박력 제어부를 통해 특정의 압박 요소를 제어함으로써, 상기 기판 상의 특정 위치의 압박력을 제어한다.
일 양태에서는, 상기 제어 장치는, 상기 측정한 막 두께 정보에 기초하여, 상기 기판의 노치 위치를 특정하고, 상기 연마 헤드의 회전 각도와 상기 노치 위치와의 관계로부터, 상기 기판 상의 특정 위치를 결정하여, 상기 압박력 제어부를 통해 특정의 압박 요소를 제어함으로써, 상기 기판 상의 특정 위치의 압박력을 제어한다.
일 양태에서는, 상기 제어 장치는, 상기 측정한 막 두께 정보에 기초하여, 상기 기판 상의 특정 위치를 특정하고, 상기 연마 헤드의 회전 각도와 상기 기판 상의 특정 위치와의 관계에 기초하여, 상기 압박력 제어부를 통해 특정의 압박 요소를 제어함으로써, 상기 기판 상의 특정 위치의 압박력을 제어한다.
일 양태에서는, 기판의 막 두께 분포의 가시화 정보를 출력하는 방법이 제공된다. 이 방법은, 연마 패드 상에 있어서, 상기 기판의 주연부가 접촉하는 내측의 영역을 내측연부라고 정의하고, 상기 기판의 주연부가 접촉하는 외측의 영역을 외측연부라고 정의한 경우, 상기 내측연부로부터 상기 외측연부에 걸쳐서 배치된 복수의 막 두께 센서로부터, 상기 기판의 막 두께에 따른 복수의 신호를 취득하고, 상기 취득한 상기 복수의 신호에 기초하여, 상기 기판의 막 두께 정보를 측정하고, 상기 측정한 막 두께 정보에 기초하여, 상기 기판의 노치 위치를 특정하면서, 상기 기판의 막 두께 분포 정보를 해석하여, 상기 노치 위치를 기준 위치로 한 상기 막 두께 분포의 가시화 정보를 출력한다.
일 양태에서는, 상기 기판의 막 두께에 따른 복수의 신호를, 복수의 PSD 센서로부터 취득한다.
일 양태에서는, 상기 취득한 복수의 신호를 미디언필터 처리하여, 상기 복수의 신호로부터 노이즈를 제거한다.
일 양태에서는, 상기 연마 패드의 마모량에 따른 신호를, 마모량 검출 장치로부터 취득하고, 상기 취득한 상기 신호에 기초하여, 상기 연마 패드의 마모량을 측정하고, 상기 측정된 연마 패드의 마모량에 기초하여, 상기 기판의 막 두께 분포 정보를 보정한다.
일 양태에서는, 상기 막 두께 분포의 가시화 정보를 디스플레이 장치에 출력한다.
일 양태에서는, 연마 패드 상에 있어서, 기판의 주연부가 접촉하는 내측의 영역을 내측연부라고 정의하고, 상기 기판의 주연부가 접촉하는 외측의 영역을 외측연부라고 정의한 경우, 상기 내측연부로부터 상기 외측연부에 걸쳐서 배치된 복수의 막 두께 센서로부터, 상기 기판의 막 두께에 따른 복수의 신호를 취득하고, 상기 취득한 상기 복수의 신호에 기초하여, 상기 기판의 막 두께 정보를 측정하고, 상기 측정한 막 두께 정보에 기초하여, 상기 기판을 상기 연마 패드의 연마면에 압박하기 위한, 적어도 연마 헤드의 둘레 방향을 따라서 배치된 복수의 압박 요소를 제어함으로써, 상기 기판 상의 특정 위치의 압박력을 제어하는, 연마 방법이 제공된다.
일 양태에서는, 상기 연마 헤드의 회전 각도를 검출하는 회전 각도 검출기에 의해 상기 연마 헤드의 회전 각도를 취득하고, 상기 회전 각도 검출기로부터 취득한 상기 연마 헤드의 회전 각도와 상기 측정한 막 두께 정보에 기초하여, 상기 복수의 압박 요소를 제어함으로써, 상기 기판 상의 특정 위치의 압박력을 제어한다.
일 양태에서는, 상기 측정한 막 두께 정보에 기초하여, 상기 기판의 노치 위치를 특정하고, 상기 연마 헤드의 회전 각도와 상기 노치 위치와의 관계로부터, 상기 기판 상의 특정 위치를 결정하여, 상기 복수의 압박 요소를 제어함으로써, 상기 기판 상의 특정 위치의 압박력을 제어한다.
일 양태에서는, 상기 측정한 막 두께 정보에 기초하여, 상기 기판 상의 특정 위치를 특정하고, 상기 연마 헤드의 회전 각도와 상기 기판 상의 특정 위치와의 관계에 기초하여, 상기 복수의 압박 요소를 제어함으로써, 상기 기판 상의 특정 위치의 압박력을 제어한다.
본 발명에 따르면, 복수의 막 두께 센서를 마련함으로써, 제어 장치는, 웨이퍼의 노치 위치를 포함하는 정확한 막 두께 분포 정보를 취득할 수 있다.
도 1은 연마 장치의 일 실시 형태를 도시하는 모식도이다.
도 2는 연마 헤드의 개략 단면도이다.
도 3은 헤드 본체의 하면에 연결된 탄성막을 도시하는 모식도이다.
도 4의 (a), 도 4의 (b) 및 도 4의 (c)는 웨이퍼의 가장 외측의 단부로부터 3㎜ 내측의 위치에서의 웨이퍼의 둘레 방향을 따른 막 두께 분포의 예를 나타내는 도면이다.
도 5는 연마면의 상방으로부터 본 위치 관계를 도시한 도면이다.
도 6은 연마 패드에 매립된 복수의 막 두께 센서를 도시하는 도면이다.
도 7은 디스플레이 장치에 출력된 막 두께 분포의 가시화 정보를 도시하는 도면이다.
도 8은 미디언필터 처리를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 막 두께 분포의 가시화 정보를 출력하는 스텝을 포함하는 흐름도를 도시하는 도면이다.
도 10은 웨이퍼 상의 특정 위치와, 노치의 위치와, 연마 헤드의 회전 각도와의 관계를 도시하는 도면이다.
도 11은 연마 패드의 마모량에 기초하여, 막 두께 정보를 보정하는 실시 형태를 설명하기 위한 도면이다.
이하, 본 발명의 실시 형태에 대해서 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 또한, 도면에 있어서 동일 또는 상당하는 구성 요소에는, 동일한 부호를 부여하여 중복된 설명을 생략한다.
도 1은, 연마 장치의 일 실시 형태를 도시하는 모식도이다. 도 1에 도시한 바와 같이, 연마 장치는, 기판의 일례인 웨이퍼(W)를 보유 지지하여 회전시키는 연마 헤드(기판 보유 지지 장치)(1)와, 연마 패드(2)를 지지하는 연마 테이블(3)과, 연마 패드(2)에 연마액(슬러리)을 공급하는 연마액 공급 노즐(5)과, 이들 연마 장치의 구성 요소의 동작을 제어하는 제어 장치(9)를 구비하고 있다.
연마 헤드(1) 및 연마 테이블(3)은 동일한 방향으로 회전하고, 이 상태에서 연마 헤드(1)는 웨이퍼(W)를 연마 패드(2)의 연마면(2a)에 압박한다. 연마액 공급 노즐(5)로부터는 연마액이 연마 패드(2) 상에 공급되고, 웨이퍼(W)는 연마액의 존재 하에서 연마 패드(2)와의 미끄럼 접촉에 의해 연마된다.
연마 테이블(3)은 테이블 축(3a)을 개재하여 그 하방에 배치되는 테이블 모터(13)에 연결되어 있고, 그 테이블 축(3a)의 주위로 회전 가능하게 되어 있다. 연마 테이블(3)의 상면에는 연마 패드(2)가 부착되어 있고, 연마 패드(2)의 상면이 웨이퍼(W)를 연마하는 연마면(2a)을 구성하고 있다. 테이블 모터(13)에 의해 연마 테이블(3)을 회전시킴으로써, 연마면(2a)은 연마 헤드(1)에 대하여 상대적으로 이동한다. 따라서, 테이블 모터(13)는 연마면(2a)을 수평 방향으로 이동시키는 연마면 이동 기구를 구성한다.
연마 헤드(1)는 연마 헤드 샤프트(11)에 접속되어 있고, 이 연마 헤드 샤프트(11)는 상하 이동 기구(27)에 의해 헤드 암(16)에 대하여 상하 이동하게 되어 있다. 이 연마 헤드 샤프트(11)의 상하 이동에 의해, 헤드 암(16)에 대하여 연마 헤드(1)의 전체를 승강시켜 위치 결정하게 되어 있다.
제어 장치(9)는 적어도 1대의 컴퓨터로 구성된다. 제어 장치(9)는 프로그램이 저장된 기억 장치(9a)와, 프로그램에 포함되는 명령에 따라서 연산을 실행하는 처리 장치(9b)를 구비하고 있다. 처리 장치(9b)는 기억 장치(9a)에 저장되어 있는 프로그램에 포함되어 있는 명령에 따라서 연산을 행하는 CPU(중앙 처리 장치) 또는 GPU(그래픽 프로세싱 유닛) 등을 포함한다.
헤드 암(16)에는, 브리지(28)에 대향하는 연마 헤드 높이 센서(39)가 마련되어 있다. 이 연마 헤드 높이 센서(39)는 제어 장치(9)에 전기적으로 접속되어 있다. 연마 헤드 높이 센서(39)는 연마 헤드(1)와 일체로 상하 이동하는 브리지(28)의 위치로부터 연마 헤드(1)의 높이에 따른 물리량을 검출하고, 이 높이에 대응하는 신호를 출력한다. 제어 장치(9)는 연마 헤드 높이 센서(39)로부터 보내지는 신호에 기초하여, 연마 헤드(1)의 높이를 측정한다.
연마 헤드(1)는 그 하면에 웨이퍼(W)를 보유 지지할 수 있도록 되어 있다. 하면에 웨이퍼(W)를 보유 지지한 연마 헤드(1)는 헤드 암(16)의 선회에 의해 웨이퍼(W)의 전달 위치로부터 연마 테이블(3)의 상방 위치로 이동된다. 연마 헤드(1) 및 연마 테이블(3)을 각각 회전시키고, 연마 테이블(3)의 상방에 마련된 연마액 공급 노즐(5)로부터 연마 패드(2) 상에 연마액을 공급한다. 그리고, 연마 헤드(1)에 의해 웨이퍼(W)를 연마 패드(2)의 연마면(2a)에 압박하고, 연마액의 존재 하에서 웨이퍼(W)를 연마 패드(2)의 연마면(2a)에 미끄럼 접촉시킨다. 웨이퍼(W)의 표면은 연마액의 화학 성분에 의한 화학적 작용과, 연마액에 포함되는 지립의 기계적 작용에 의해 연마된다.
도 1에 도시한 바와 같이, 연마 장치는, 연마 패드(2)의 연마면(2a)을 드레싱하는 드레싱 유닛(50)을 구비하고 있다. 드레싱 유닛(50)은 연마면(2a)에 미끄럼 접촉되는 드레서(51)와, 드레서(51)가 연결되는 드레서 샤프트(52)와, 드레서 샤프트(52)를 회전 가능하게 지지하는 요동 암(55)을 구비하고 있다.
드레싱 유닛(50)은 드레서(51)의 변위를 검출하는 변위 센서(56)를 구비하고 있다. 변위 센서(56)는 요동 암(55)의 상면에 마련되어 있다. 드레서 샤프트(52)에는, 타깃 플레이트(57)가 고정되어 있다. 따라서, 타깃 플레이트(57)는 드레서(51)의 상하 이동에 수반하여, 상하 이동한다. 변위 센서(56)는 타깃 플레이트(57)를 관통하여 배치되어 있고, 타깃 플레이트(57)(즉, 드레서(51))의 변위를 검출한다. 또한, 변위 센서(56)로서는, 리니어 스케일, 레이저식 센서, 초음파 센서, 혹은 와전류식 센서 등의 모든 타입의 센서가 사용된다.
변위 센서(56)는 연마 패드(2)의 마모량에 따른 신호를 출력하는 마모량 검출 장치이다. 제어 장치(9)는 변위 센서(56)에 전기적으로 접속되어 있고, 변위 센서(56)로부터 취득한 신호에 기초하여, 연마 패드(2)의 마모량을 측정하도록 구성되어 있다.
연마 패드(2)의 마모량은, 다음과 같이 하여 측정된다. 먼저, 드레서(51)를 하강시켜서, 드레서(51)를 초기의 연마 패드(2)의 연마면(2a)에 접촉시킨다. 이 상태에서, 변위 센서(56)는 드레서(51)의 초기 위치를 검출하고, 제어 장치(9)는 드레서(51)에 의해 검출된 초기 위치를, 제어 장치(9)의 기억 장치(9a)에 기억한다. 그 후, 웨이퍼(W)의 연마가 종료된 후, 다시, 드레서(51)를 연마 패드(2)의 연마면(2a)에 접촉시킨다. 이 상태에서, 변위 센서(56)는 드레서(51)의 현재 위치를 검출한다. 드레서(51)의 하강 위치는 연마 패드(2)의 마모량에 따라서, 하방으로 변위하므로, 제어 장치(9)는 드레서(51)의 초기 위치와 연마 후의 드레서(51)의 현재 위치의 차분을 산출함으로써, 연마 패드(2)의 마모량을 측정할 수 있다.
이어서, 연마 헤드(1)의 상세에 대하여 도면을 참조하면서 설명한다. 도 2는, 연마 헤드의 개략 단면도이다. 도 2에 도시한 바와 같이, 연마 헤드(1)는 웨이퍼(W)를 연마면(2a)에 대하여 압박하는 헤드 본체(102)와, 웨이퍼(W)를 둘러싸도록 배치된 리테이너 링(103)을 구비하고 있다. 리테이너 링(103)은 헤드 본체(102)와는 독립적으로 상하 이동 가능하게 구성되어 있다.
연마 헤드(1)는 웨이퍼(W)를 연마 패드(2)의 연마면(2a)에 압박하기 위한 복수의 압박 요소를 갖고 있다. 압박 요소의 일례로서, 연마 헤드(1)에 마련된 가압 기구 또는 연마 헤드(1)에 마련된 압전 소자를 들 수 있다. 본 실시 형태에서는, 압박 요소는 연마 헤드(1)에 마련된 가압 기구이다. 이하, 가압 기구의 상세에 대해서 설명한다.
도 3은, 헤드 본체의 하면에 연결된 탄성막을 도시하는 모식도이다. 도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 헤드 본체(102)의 하면(102a)에는, 웨이퍼(W)의 이면에 맞닿는 탄성막(110)이 연결되어 있다. 탄성막(110)은 복수의 벽(114)을 구비하고 있다. 복수의 벽(114)은, 적어도, 연마 헤드(1)의 둘레 방향을 따라서 배치되어 있다. 도 3에 도시하는 실시 형태에서는, 복수의 벽(114)은 연마 헤드(1)의 반경 방향 및 둘레 방향을 따라서 배치되어 있다. 리테이너 링(103)은 탄성막(110)을 둘러싸도록 배치되어 있다. 이들 벽(114)에 의해, 연마 헤드(1)의 반경 방향 및 둘레 방향을 따라서 배치된 복수의 압력실(116)이 형성되어 있다. 압박 요소로서의 가압 기구는, 탄성막(110)에 형성된 압력실(116)을 갖고 있고, 유체 공급원(도 1 참조)은 압력실(116)에 유체를 공급함으로써, 압력실(116)을 가압한다.
압박 요소가 압전 소자인 경우, 연마 헤드(1)는 탄성막(110) 대신에, 헤드 본체(102)의 하면(102a)에 장착된 복수의 압전 소자를 구비하고 있다. 이들 복수의 압전 소자는 압력실(116)과 마찬가지로, 연마 헤드(1)의 반경 방향 및 둘레 방향을 따라서 배치되어 있다.
연마 장치는, 복수의 압박 요소의 압박력을 개별로 제어 가능한 압박력 제어부를 구비하고 있다. 본 실시 형태에서는, 압박력 제어부는 압력실(116) 내의 압력을 개별로 조정하는 압력 조정 장치(165)이다. 이들 압력실(116)은 로터리 조인트(182)를 경유하여 압력 조정 장치(즉, 압력 레귤레이터)(165)에 접속되어 있고, 압력 조정 장치(165)로부터 각 압력실(116)에 연장되는 유체 라인(173)을 통하여 유체(예를 들어, 공기)가 공급되도록 되어 있다. 압력 조정 장치(165)는 제어 장치(9)에 접속되어 있고, 이들 압력실(116) 내의 압력을 독립적으로 조정할 수 있도록 되어 있다.
압력 조정 장치(165)는 압력실(116) 내에 부압을 형성하는 것도 가능하게 되어 있다. 각 압력실(116)은 대기 개방 기구(도시 생략)에도 접속되어 있고, 압력실(116)을 대기 개방하는 것도 가능하다.
도 4의 (a), 도 4의 (b) 및 도 4의 (c)는 웨이퍼의 가장 외측의 단부로부터 3㎜ 내측의 위치에서의 웨이퍼의 둘레 방향을 따른 막 두께 분포의 예를 나타내는 도면이다. 보다 구체적으로는, 도 4의 (a)는 웨이퍼 연마 전의 초기 막 두께 분포를 나타내고, 도 4의 (b)는 종래의 연마 장치에서 연마되는 경우의 웨이퍼의 막 두께 분포를 나타내고, 도 4의 (c)는 본 실시 형태의 연마 장치에서 연마되는 경우의 웨이퍼의 막 두께 분포를 예시적으로 나타내고 있다.
도 4의 (a) 내지 도 4의 (c)에 있어서의 웨이퍼 각도 0도의 위치는, 웨이퍼의 둘레 방향의 각도(또는 방향)를 특정할 수 있는 특징적인 개소의 위치로 설정된다. 도 4의 (a) 내지 도 4의 (c)에 도시하는 예에서는, 웨이퍼 각도 0도의 위치는, 웨이퍼의 주연부에 형성된 노치의 위치이다.
도 4의 (a)에 도시하는 예에서는, 연마 전의 초기 막 두께 분포는, 웨이퍼 각도 180도에 피크 위치가 있고, 어떤 피크 폭, 피크 높이를 갖는 막 두께의 변동을 나타내고 있다. 이와 같은 초기 막 두께 분포가 발생하는 원인으로서는, 성막 장치의 특성이나, 다층 배선을 형성하기 위한 다양한 프로세스의 영향 등을 생각할 수 있다.
종래의 연마 장치에서 도 4의 (a)의 초기 막 두께 분포를 갖는 웨이퍼를 연마한 경우에는, 둘레 방향으로 거의 균일하게 연마가 진행되기 때문에, 도 4의 (b)에 도시한 바와 같이, 연마된 웨이퍼에는 연마 전과 거의 마찬가지의 막 두께 분포가 남아버린다. 이와 같은 막 두께 분포의 변동은 다음 노광 공정에서 초점이 맞지 않는 원인이 되거나 하여, 반도체 제조의 수율을 저하시켜버리는 것이 된다.
도 4의 (c)에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태의 연마 장치에 의해 도 4의 (a)의 초기 막 두께 분포를 갖는 웨이퍼를 연마한 경우에는, 피크 위치에서의 연마 레이트를 선택적으로 빠르게 함으로써, 둘레 방향의 막 두께 변동을 초기 막 두께 분포에 비해서 저감하는 것이 가능하게 된다.
웨이퍼의 둘레 방향에 있어서의 연마 레이트 분포를 제어함으로써 웨이퍼의 둘레 방향의 막 두께 분포의 변동을 개선하는 실시 형태에 대해서 설명한다. 도 5는, 연마면의 상방으로부터 본 위치 관계를 도시한 도면이다. 웨이퍼(W)의 중심 CP와 연마면(2a)의 중심 CT를 연결한 선을 상상선 VL이라고 정의하면, 연마면(2a)은 그 회전 방향에 관하여 상상선 VL의 상류측과, 상상선 VL의 하류측으로 나눌 수 있다. 상상선 VL의 상류측 및 상상선 VL의 하류측은, 바꿔 말하면, 연마면(2a)의 이동 방향에 관하여 웨이퍼(W)의 상류측 및 하류측이다.
도 5에 도시하는 원 S는, 웨이퍼(W)의 중심 CP를 지나는 연마면(2a)의 회전 궤적을 나타내고 있다. 원 S의 웨이퍼 중심 CP에서의 접선 T와 웨이퍼 원의 2개의 교점 중, 상류측의 교점을 연마 헤드 각도 0도로 하고, 하류측의 교점을 연마 헤드 각도 180도로 한다. 상상선 VL과 웨이퍼 원의 2개의 교점 중 연마면 중심측의 교점을 연마 헤드 각도 270도, 연마면 외주측의 교점을 연마 헤드 각도 90도로 한다. 웨이퍼 원은, 웨이퍼(W)의 가장 외측의 단부를 나타내는 원이다. 또한, 연마 헤드 각도는 웨이퍼의 연마 전의 연마 헤드(1)의 위치, 보다 구체적으로는, 웨이퍼를 보유 지지한 연마 헤드(1)가 연마 패드(2)의 상방에 배치되었을 때의 연마 헤드(1)의 위치에 있어서의 초기의 회전 각도이다. 연마 헤드(1)의 회전 각도는, 연마 헤드 모터(18)에 설치된 로터리 인코더(41)(도 1 참조)에 의해 검출된다. 로터리 인코더(41)는 연마 헤드(1)의 회전 각도를 검출하는 회전 각도 검출기이다.
웨이퍼의 원주 방향의 막 두께의 변동의 관리, 혹은 연마 압력의 제어를 행하기 위해서는, 웨이퍼 상의 특정 위치의 막 두께를 파악하는 것이 필요해진다. 웨이퍼 각도의 기준 위치(본 실시 형태에서는, 노치 위치)를 기준으로 한 웨이퍼 상의 막 두께 분포를 구하는 것이 필요해진다. 연마 중에 웨이퍼 면 내의 막 두께 분포를 구하기 위해서는, 연마 중에 웨이퍼의 노치 위치를 파악하여 둘 필요가 있다.
가령, 웨이퍼의 연마 헤드(1)에 대한 방향이, 연마 개시로부터 연마 종료까지 변함없는, 즉, 웨이퍼가 연마 헤드(1)에 대하여 원주 방향으로 어긋나지 않는다고 가정하면, 연마 개시 시점의 연마 헤드(1)에 대한 웨이퍼의 설치 각도를 항상 일정하게 하고, 로터리 인코더(41)(도 1 참조)에 의한 연마 헤드(1)의 각도를 파악함으로써, 연마 헤드(1)의 회전 각도와 막 두께 센서(60)(후술함)의 위치 관계로부터 막 두께 센서(60)의 웨이퍼 상의 주사 궤적을 계산함으로써, 웨이퍼 상의 특정 위치의 막 두께를 측정하는 것이 가능하게 된다.
그러나, 연마 패드(2)와 웨이퍼의 마찰력에 의해, 연마 헤드(1) 내에서 웨이퍼가 원주 방향으로 어긋날 가능성이 있다. 또한, 애당초 연마 개시 시점의 연마 헤드에 대한 웨이퍼의 설치 각도를 항상 일정하게 해 두는 것이 곤란한 경우도 있다. 또한, 종래와 같이 연마 테이블(3)에 1개만, 한정된 범위의 막 두께를 측정하는 막 두께 센서를 마련한 것 만으로는, 연마 테이블(3)이 1회전하는 동안에 얻어지는 웨이퍼 상의 측정점은 원호상의 센서의 통과 궤적 상에 한정되고, 연마 막 두께의 실시간으로의 측정에는 불충분하다.
막 두께 분포의 균일성을 높이기 위해서는, 웨이퍼의 연마 중에 있어서, 정확한 막 두께 분포 정보를 취득하는 것이 중요하다. 또한, 정확한 막 두께 분포 정보를 취득하기 위해서는, 웨이퍼 각도의 기준 위치(본 실시 형태에서는, 노치 위치)를 고정밀도로 특정하는 것이 중요하다. 그래서, 연마 장치는 웨이퍼의 연마 중에 있어서, 정확한 막 두께 분포 정보를 취득하여, 웨이퍼의 막 두께 분포의 균일성을 높이도록 구성되어 있다. 본 실시 형태에서는, 웨이퍼의 둘레 방향의 각도의 기준 위치는 노치의 위치이다. 이하, 이와 같은 구성을 갖는 연마 장치에 대해서, 도면을 참조하여, 설명한다.
도 6은, 연마 패드에 매립된 복수의 막 두께 센서를 도시하는 도면이다. 도 6에 도시한 바와 같이, 연마 장치는, 웨이퍼(W)의 막 두께에 따른 복수의 물리량을 검출하고, 웨이퍼(W)의 막 두께에 따른 복수의 신호를 출력하는 복수의 막 두께 센서(60A 내지 60G)를 구비하고 있다. 이하, 본 명세서에 있어서, 막 두께 센서(60A 내지 60G)를 구별하지 않고, 단순히 막 두께 센서(60)라고 칭하는 경우가 있다.
도 6에 있어서, 원 S는, 웨이퍼(W)의 중심 CP를 지나는 연마면(2a)(즉, 막 두께 센서(60D))의 회전 궤적을 나타내고 있다. 원 S1은, 연마 패드(2)의 중심측에 있어서의 웨이퍼(W)의 주연부를 지나는 연마면(2a)(즉, 막 두께 센서(60A))의 회전 궤적을 나타내고 있다. 원 S2는, 연마 패드(2)의 외주측에 있어서의 웨이퍼(W)의 주연부를 지나는 연마면(2a)(즉, 막 두께 센서(60G))의 회전 궤적을 나타내고 있다. 웨이퍼(W)의 주연부는, 노치 Nt가 형성되고, 또한 웨이퍼 원을 형성하는 웨이퍼(W)의 가장 외측의 단부이다.
원 S1은, 연마 패드(2)의 중심 CT를 중심으로 하고, 웨이퍼(W)의 주연부에 대하여 연마 패드(2)의 중심측에서 접하는 가상의 내측연부이다. 원 S2는, 웨이퍼(W)의 주연부에 대하여 연마 패드(2)의 외주측에서 접하는 가상의 외측연부이다. 바꿔 말하면, 연마 패드(2)의 연마면(2a) 중, 웨이퍼(W)의 주연부에 접촉하는 영역의 내측연부가 원 S1이며, 외측연부가 원 S2이다. 내측연부는 연마 패드(2) 상에 있어서, 웨이퍼(W)의 주연부가 접촉(통과)하는 내측의 영역이라고 정의된다. 외측연부는 연마 패드(2) 상에 있어서, 웨이퍼(W)의 주연부가 접촉(통과)하는 외측의 영역이라고 정의된다.
도 6에 도시한 바와 같이, 복수의 막 두께 센서(60A 내지 60G)는 내측연부로부터 외측연부에 걸쳐서 배치되어 있다. 막 두께 센서(60A)는 연마 테이블(3)이 1회전할 때마다, 연마 패드(2)의 중심측에 있어서의 웨이퍼(W)의 주연부를 가로지르고, 막 두께 센서(60G)는 연마 테이블(3)이 1회전할 때마다, 연마 패드(2)의 외주측에 있어서의 웨이퍼(W)의 주연부를 가로지른다.
도 6에 도시하는 실시 형태에서는, 막 두께 센서(60A)와 막 두께 센서(60G) 사이에는, 복수(보다 구체적으로는, 5개)의 막 두께 센서(60B 내지 60F)가 배치되어 있다. 그러나, 막 두께 센서(60A)와 막 두께 센서(60G) 사이에 배치되는 막 두께 센서(60)의 수는, 본 실시 형태에 한정되지는 않는다. 원 S1과 원 S2에 끼워진 영역에 걸쳐서 막 두께 분포를 측정할 수 있는 적어도 하나의 막 두께 센서(60)가 배치되어도 된다. 보다 정확한 막 두께 분포 정보를 취득하기 위해서는, 막 두께 센서(60A)와 막 두께 센서(60G) 사이에는, 복수의 (많은) 막 두께 센서(60)가 배치되는 것이 바람직하다.
막 두께 센서(60A 내지 60G)의 각각은, 웨이퍼(W)의 막 두께에 따라서 변화하는 막 두께에 따른 물리량을 검출하도록 구성되어 있다. 막 두께 센서(60)의 일례로서, 광학식 센서 또는 와전류 센서를 들 수 있다. 막 두께 센서(60)로서, 바람직하게는 광학식 센서, 보다 바람직하게는, PSD(Position Sensitive Detector) 센서를 들 수 있다. PSD 센서의 일례로서, 샤프사제의 GP2Y0A21YK를 들 수 있다.
막 두께 센서(60)가 와전류 센서를 구비하고 있는 경우, 와전류 센서는, 그 센서 코일이 웨이퍼(W)의 도전성 막 내에 자속을 통과시켜서 와전류를 발생시킴으로써, 웨이퍼(W)의 막 두께에 따른 와전류를 검출하고, 와전류 신호를 출력한다.
막 두께 센서(60)가 PSD 센서를 구비하고 있는 경우, PSD 센서는 삼각측량 방식에 기초하여, 웨이퍼(W)의 막 두께에 따른 전압 신호를 검출한다. 보다 구체적으로는, PSD 센서는 광을 웨이퍼(W)에 방출하고, 웨이퍼(W)로부터 반사한 광의 각도에 대응하는 전압을 검출한다. 광의 반사 각도는, PSD 센서로부터 웨이퍼(W)까지의 거리에 따라서 다르며, 반사 각도에 대응하는 전압의 크기도 다르다. 따라서, PSD 센서는 웨이퍼(W)에 방출된 광의 반사 각도에 기초하여, 웨이퍼(W)의 막 두께에 따른 전압을 검출하고, 전압 신호를 출력한다.
도 6에 도시한 바와 같이, 제어 장치(9)는 이들 막 두께 센서(60A 내지 60G)의 각각에 전기적으로 접속되어 있다. 제어 장치(9)는 막 두께 센서(60A 내지 60G)로부터 취득한 복수의 신호에 기초하여, 웨이퍼(W)의 막 두께 정보를 측정하도록 구성되어 있다. 제어 장치(9)의 기억 장치(9a)는 그 내부에 막 두께 센서로부터 취득한 신호와 웨이퍼(W)의 막 두께의 상관 관계를 나타내는 데이터를 기억하고 있고, 처리 장치(9b)는 기억 장치(9a)에 저장된 데이터에 기초하여, 웨이퍼(W)의 막 두께 정보를 측정한다.
일 실시 형태에서는, PSD 센서로서의 막 두께 센서(60)는, 먼저, 막 두께가 알려져 있는 기준이 되는 기준 웨이퍼(W)의 막 두께에 따른 전압을 검출하고, 전압 신호를 제어 장치(9)에 보낸다. 제어 장치(9)의 기억 장치(9a)는, 기준 웨이퍼(W)의 막 두께에 대한 출력 전압의 데이터(막 두께 데이터)를 미리 기억하고 있다.
그 후, 막 두께 센서(60)는 연마 중에 있어서, 연마 대상의 웨이퍼(W)의 막 두께에 따른 전압을 검출하고, 전압 신호를 제어 장치(9)에 보낸다. 제어 장치(9)의 처리 장치(9b)는 기준 웨이퍼(W)의 막 두께에 따른 전압값을 기준으로 하여, 연마 대상의 웨이퍼(W)의 막 두께에 따른 전압값과의 차분을 산출한다. 기억 장치(9a)는 이 차분과, 막 두께 센서(60)와 웨이퍼(W)와의 사이의 거리의 상관 관계를 나타내는 데이터(거리 데이터)를 기억하고 있다. 따라서, 처리 장치(9b)는 막 두께 데이터 및 거리 데이터에 기초하여, 연마 대상의 웨이퍼(W)의 막 두께를 결정한다.
막 두께 센서(60A 내지 60G)는 연마 테이블(3) 내에 배치되어 있고, 연마 테이블(3)의 반경 방향을 따라서, 이 순으로 배치되어 있다. 막 두께 센서(60A 내지 60G)의 거리는, 웨이퍼(W)의 직경보다도 큰 것이 바람직하다. 따라서, 연마 테이블(3)이 1회전할 때마다, 막 두께 센서(60)는 웨이퍼(W)의 전역에 있어서의 막 두께에 따른 전압을 검출한다. 막 두께 센서(60A 내지 60G)는 바꿔 말하면, 연마 패드(2) 상의 웨이퍼(W)가 통과하는 영역에 대응하는 연마 테이블(3) 상의 내측연부로부터 외측연부에 걸쳐서 걸치도록 배치되어 있다. 연마 테이블(3)의 반경 방향을 따라서 배치되어 있지 않아도 된다. 또한, 막 두께 센서(60A 내지 60G)를 대신하여, 웨이퍼(W)의 전역에 있어서의 막 두께를 측정 가능한 연속된 측정 영역을 갖는 1개의 막 두께 센서를 사용할 수도 있다.
연마 테이블(3)의 회전에 의해, 막 두께 센서(60A)는 그 회전 궤적(도 6의 원 S1 참조)를 따라서 이동하고, 회전 궤적 상에 있어서의 웨이퍼(W)의 주연부의 막 두께에 따른 전압을 검출한다. 바꿔 말하면, 웨이퍼(W)의 주연부에 있어서의 임의의 특정점이 연마 헤드(1)의 회전에 의해, 연마 패드(2)의 중심 CT에 가장 가까운 위치(즉, 웨이퍼(W)의 웨이퍼 원과 원 S1의 교점의 위치)로 이동했을 때, 막 두께 센서(60A)는 그 특정점에 있어서의 전압을 검출한다. 전압을 검출한 막 두께 센서(60A)는 전압 신호를 제어 장치(9)에 출력한다.
연마 테이블(3)의 회전에 의해, 막 두께 센서(60D)는 그 회전 궤적(도 6의 원 S 참조)를 따라서 이동하고, 웨이퍼(W)의 중심 CP를 포함하는 회전 궤적 상의 특정점에 있어서의 전압을 검출하고, 전압 신호를 제어 장치(9)에 출력한다.
연마 테이블(3)의 회전에 의해, 막 두께 센서(60G)는 그 회전 궤적(도 6의 원 S2 참조)을 따라서 이동하고, 회전 궤적 상에 있어서의 웨이퍼(W)의 주연부의 막 두께에 따른 전압을 검출한다. 바꿔 말하면, 웨이퍼(W)의 주연부에 있어서의 임의의 특정점이 연마 헤드(1)의 회전에 의해, 연마 패드(2)의 중심 CT로부터 가장 먼 위치(즉, 웨이퍼(W)의 웨이퍼 원과 원 S2의 교점의 위치)로 이동했을 때, 막 두께 센서(60G)는 그 특정점에 있어서의 전압을 검출한다. 전압을 검출한 막 두께 센서(60G)는 전압 신호를 제어 장치(9)에 출력한다.
도 6에 도시한 바와 같이, 웨이퍼(W)의 노치 Nt는, 웨이퍼(W)의 주연부에 형성되어 있다. 따라서, 막 두께 센서(60A 내지 60G) 중 적어도 하나는, 연마 테이블(3)이 1회전할 때마다, 확실하게 웨이퍼(W)의 노치 Nt를 검출할 수 있다. 특히, 막 두께 센서(60)가 PSD 센서인 경우, PSD 센서는, 그 자신으로부터 측정 대상물까지의 거리의 변화를 검출하도록 구성되어 있으므로, 제어 장치(9)는 웨이퍼(W)의 노치 Nt의 위치를 확실하게 특정할 수 있다. PSD 센서를 사용함으로써, 제어 장치(9)는 광의 스폿 직경으로 웨이퍼(W) 상의 작은 영역에 있어서의 막 두께를 측정할 수 있다. 따라서, 제어 장치(9)는 보다 상세한 막 두께 정보를 측정할 수 있다.
또한, 제어 장치(9)는 측정한 막 두께 정보에 기초하여, 웨이퍼(W)의 노치 위치를 특정하면서, 웨이퍼(W)의 막 두께 분포 정보를 해석하여, 노치 위치를 기준 위치로 한 막 두께 분포의 가시화 정보를 출력하도록 구성되어 있다. 제어 장치(9)는 연마 중의 노치 Nt의 위치(즉, 노치 Nt의 각도 또는 웨이퍼(W)의 각도)를 구함으로써, 연마 중에 막 두께 센서(60)에 기초하여 측정된 위치를 노치 Nt를 기준으로 한 웨이퍼 상의 기준 위치로 하여 계산한다.
제어 장치(9)는 막 두께 센서(60)에 기초하여 측정된 막 두께와, 노치 Nt를 기준으로 한 웨이퍼 상의 측정점을 대응시킨다. 막 두께 센서(60A 내지 60G)를 사용함으로써, 제어 장치(9)는 웨이퍼(W) 내의 전체 영역의 막 두께 분포를, 웨이퍼(W)가 1회전할 때마다 측정할 수 있다. 단, 막 두께 분포는, 연마 테이블(3)이 수회전하는 동안의 측정값의 평균을 계산해도 된다. 이에 의해, 막 두께 측정의 정밀도를 높일 수 있다.
본 실시 형태에 따르면, 복수의 막 두께 센서(60)를 마련함으로써, 제어 장치(9)는 웨이퍼(W)의 노치 Nt의 위치를 포함하는 정확한 막 두께 분포 정보를 취득할 수 있다. 결과로서, 제어 장치(9)는 웨이퍼(W)의 막 두께 매핑화를 실행할 수 있고, 노치 위치를 기준 위치로 한 정확한 막 두께 분포의 가시화 정보를 출력할 수 있다.
도 7은, 디스플레이 장치에 출력된 막 두께 분포의 가시화 정보를 도시하는 도면이다. 도 7에서는, 막 두께 분포의 가시화 정보의 일례가 도시되어 있다. 제어 장치(9)는 막 두께 분포의 가시화 정보를 비추는 디스플레이 장치(70)(도 6 참조)에 전기적으로 접속되어 있다.
제어 장치(9)의 처리 장치(9b)는 막 두께 센서(60)로부터 취득한 신호와, 기억 장치(9a)에 저장된 데이터를 비교하여, 웨이퍼(W)의 막 두께 정보를 측정하고, 또한, 웨이퍼(W)의 노치 Nt의 위치를 특정한다. 또한, 처리 장치(9b)는 이들 웨이퍼(W)의 막 두께 정보 및 노치 Nt의 위치로부터 막 두께 분포 정보를 취득하고, 이 막 두께 분포 정보를 해석하여, 막 두께 분포의 가시화 정보를 취득한다. 도 7에 도시한 바와 같이, 막 두께 분포의 가시화 정보에서는 웨이퍼(W)의 표면은, 복수의 영역에 가상적으로 분할되어 있고, 분할된 영역마다, 상대적인 막 두께의 두께가 가시화되어 있다.
제어 장치(9)는, 도 7에 도시한 바와 같은 웨이퍼(W)의 막 두께 분포의 가시화 정보를 디스플레이 장치(70)에 출력하고, 디스플레이 장치(70)는 이 가시화 정보를 비춘다. 따라서, 작업자는 디스플레이 장치(70)를 통하여, 웨이퍼(W)의 막 두께를 파악할 수 있다.
막 두께 센서(60)는 웨이퍼(W)의 연마 중에 있어서, 웨이퍼(W)를 통과할 때마다, 웨이퍼(W)의 막 두께에 따른 물리량을 검출하고, 웨이퍼(W)의 막 두께에 따른 신호를 제어 장치(9)에 보낸다. 따라서, 제어 장치(9)는 웨이퍼(W)의 연마 중에 있어서, 상시, 취득한 막 두께 분포 정보를 해석하여, 디스플레이 장치(70)에 출력되는 막 두께 분포의 가시화 정보를 계속해서 갱신한다. 결과로서, 작업자는 웨이퍼(W)의 연마 중에 있어서, 항상 변화하는 웨이퍼(W)의 막 두께를 실시간으로 파악할 수 있다.
도 1 및 도 6에 도시한 바와 같이, 제어 장치(9)는 복수의 막 두께 센서(60)의 각각으로부터 취득한 신호를 미디언필터 처리하는 미디언필터부(9c)를 구비해도 된다. 미디언필터부(9c)는 복수의 막 두께 센서(60)의 각각으로부터 취득한 복수의 신호를 미디언필터 처리하여, 복수의 신호로부터 노이즈를 제거한다.
도 8은, 미디언필터 처리를 설명하기 위한 도면이다. 도 8에 도시하는 실시 형태에서는, 임의의 수치에 기초하여, 미디언필터 처리에 대해서 설명한다. 미디언필터 처리는, 설정한 복수의 수치 중 중간값을 데이터로서 취출하여, 돌발적인 데이터의 변동을 억제하는 노이즈 제거 처리이다. 도 8에서는, 단일의 막 두께 센서(60)에 의해, 11개의 측정 데이터가 검출되어 있다. 예를 들어, 1회째 내지 5회째까지의 측정 데이터의 측정값에 대해서, 미디언필터부(9c)가 미디언필터 처리하면, 5.5, 4.5, 5.0, 7.5, 4.9의 수치 중, 중간값인 5.0이 측정값으로서 채용된다.
막 두께 센서(60)로서, PSD 센서가 채용되는 경우, PSD 센서와 같은 반사형의 측거 센서에서는, 노이즈가 비교적 발생하기 쉽다. 특히, 배선이 형성된 웨이퍼(W)에서는, 배선 높이가 다른 영역에서 노이즈가 발생할 가능성이 있다. 미디언필터부(9c)는 측정값의 노이즈를 제거할 수 있으므로, 특히 막 두께 센서(60)로서 PSD 센서를 채용한 경우, 미디언필터부(9c)는 그 기능을 효과적으로 발휘할 수 있다.
도 9는, 막 두께 분포의 가시화 정보를 출력하는 스텝을 포함하는 흐름도를 도시하는 도면이다. 도 9는, 막 두께 센서(60)로서 PSD 센서가 채용되는 경우에 있어서의 흐름도를 나타내고 있다. 도 9의 스텝 S101에 나타낸 바와 같이, 제어 장치(9)는 막 두께 센서(60)에 의해 검출된 기준 웨이퍼(W)의 막 두께에 따른 신호(기준 막 두께 신호)를 취득한다. 제어 장치(9)의 기억 장치(9a)는 기준 웨이퍼(W)의 막 두께에 관한 막 두께 데이터를 기억하고 있다.
제어 장치(9)는 연마 대상의 웨이퍼(W) 연마를 개시하고(스텝 S102 참조), 막 두께 센서(60)에 의해 검출된 연마 대상의 웨이퍼(W)의 막 두께에 따른 신호(대상 막 두께 신호)를 취득한다(스텝 S103 참조). 제어 장치(9)는 스텝 S101에 의해 취득한 기준 막 두께 신호와, 스텝 S103에 의해 취득한 대상 막 두께 신호와, 기억 장치(9a)에 저장된 막 두께 데이터에 기초하여, 현재의 연마 대상의 웨이퍼(W)의 막 두께 정보를 측정한다(스텝 S104 참조).
제어 장치(9)는 스텝 S104에서 측정한 막 두께 정보에 기초하여, 노치 위치를 특정하고, 또한 연마 대상의 웨이퍼(W)의 막 두께 분포 정보를 취득 및 해석하여(스텝 S105 참조), 노치 위치를 기준 위치로 한 막 두께 분포의 가시화 정보를 출력한다(스텝 S106 참조).
도 9의 스텝 S201에 나타낸 바와 같이, 제어 장치(9)는 웨이퍼(W)의 막 두께 분포 정보를 해석하여, 압박력 제어부를 통해 특정의 압박 요소를 제어함으로써, 웨이퍼(W) 상의 특정 위치의 압박력을 제어해도 된다. 웨이퍼(W)의 막 두께 분포의 균일성을 높이기 위해, 제어 장치(9)는 연마 헤드(1)의 회전 각도를 검출하는 회전 각도 검출기로서의 로터리 인코더(41)(도 1 참조)로부터 취득한 연마 헤드(1)의 회전 각도와, 막 두께 센서(60)로부터 취득한 신호에 기초하여 측정한 막 두께 정보에 기초하여, 압박력 제어부(본 실시 형태에서는, 압력 조정 장치(165))를 조작한다. 제어 장치(9)는 이 조작에 의해, 압박 요소의 압박력(본 실시 형태에서는, 압력실(116)에 공급되는 유체의 압력)을 개별로 제어하여, 웨이퍼(W)의 막이 두꺼운 개소를 적극적으로 연마하고, 또는 웨이퍼(W)의 막이 얇은 개소 이외의 개소를 적극적으로 연마한다.
웨이퍼(W) 상의 특정 위치의 압박력을 제어하기 위해, 본 실시 형태에서는 연마 헤드의 적어도 둘레 방향을 따라서 분할된 압력실(116) 내의 압력을 개별로 제어하고 있지만, 연마 헤드의 실시 형태는 이에 한정되지 않는다. 웨이퍼(W)의 둘레 방향이 다른 영역에 다른 연마 압력을 부여할 수 있는 압박 요소를 갖는 연마 헤드라면, 임의의 것을 사용할 수 있다.
도 10은, 웨이퍼 상의 특정 위치와, 노치의 위치와, 연마 헤드의 회전 각도와의 관계를 도시하는 도면이다. 연마 장치에 구비된 막 두께 측정기(도시 생략) 혹은 연마 장치와는 다른 막 두께 측정기(도시 생략)에 의해, 웨이퍼(W)의 막 두께를 측정함으로써, 웨이퍼(W) 상의 특정 위치 FT(막 두께가 특히 두꺼운 개소 또는 막 두께가 특히 얇은 개소)를 미리 특정해도 된다. 이 경우, 제어 장치(9)는 특정 위치 FT와 노치 Nt의 위치와의 관계를 결정하고, 이 관계를 기억 장치(9a) 내에 기억하고 있다.
웨이퍼(W) 상의 특정 위치 FT가 미리 특정되어 있는 경우, 제어 장치(9)는 로터리 인코더(41)로부터 보내지는 신호 및 막 두께 센서(60)로부터 보내지는 신호에 기초하여, 연마 헤드(1)의 회전 각도와 노치 Nt의 위치와의 관계를 결정한다. 특정 위치 FT와 노치 Nt의 위치와의 관계는, 기억 장치(9a)에 기억되어 있으므로, 제어 장치(9)는 연마 헤드(1)의 회전 각도와 노치 Nt의 위치와의 관계로부터, 회전 각도에 대한 특정 위치 FT의 각도(및 웨이퍼 중심으로부터의 거리)를 특정하고, 특정 위치 FT에 대응하는 연마 헤드에 있어서의 압박 요소를 제어하여, 특정 위치 FT에 대한 압박력을 제어한다. 여기서, 회전 각도는, 기준 방향 RA의 고정 좌표계에 대한 각도이다. 기준 방향 RA는, 연마 헤드(1)의 회전 각도를 결정하기 위해, 연마 헤드(1)에 대하여 고정하여 정해지는 방향이다.
다음에, 제어 장치(9)가 막 두께 센서(60)에 의해 검출된 신호에 기초하여, 웨이퍼(W) 상의 특정 위치 FT를 특정하는 경우에 대해서 설명한다. 막 두께 센서(60)로부터 얻어지는 막 두께 정보 중 다른 측정점보다도 막 두께가 높은(또는 낮은) 측정점(막 두께 특이점)이 존재한 경우, 막 두께 센서(60)의 웨이퍼(W) 상의 주사 궤적과 연마 헤드(1)의 회전 각도에 기초하여, 웨이퍼(W) 상의 특정 위치 FT에 대응하는 연마 헤드(1)에 있어서의 압박 요소를 특정하여, 압박력을 제어할 수 있다.
보다 바람직하게는, 상술과 마찬가지로, 연마 헤드(1)의 회전 각도를 로터리 인코더(41)로부터 보내지는 신호로부터 취득하고, 노치 Nt의 위치를 막 두께 센서(60)로부터 보내지는 신호로부터 측정한다. 막 두께 센서(60)의 주사 궤적 상의 막 두께 특이점의 위치와 노치 Nt의 위치와의 관계 및 연마 헤드(1)의 회전 각도와 노치 Nt의 위치와의 관계로부터, 웨이퍼(W) 상의 특정 위치 FT에 대응하는 연마 헤드(1)에 있어서의 압박 요소를 특정한다. 그 이유는, 막 두께 센서(60)가 막 두께에 따른 신호를 취득하고 나서 막 두께를 계산하고, 특정의 압박 요소의 압박력을 제어할 때까지, 시간 지연이 존재하고, 그 사이에 웨이퍼(W)가 연마 헤드(1) 내에서 어긋나 버릴 가능성이 있기 때문이다. 또한, 보다 높은 정밀도로 막 두께를 측정하기 위해서는, 웨이퍼(W)가 수회전하는 동안에 얻어지는 막 두께를 평균하는 것이 바람직하고, 그 경우, 시간 지연이 더 커지기 때문에, 노치 Nt의 위치를 특정한 후에, 연마 헤드(1)에 있어서의 압박 요소의 위치를 특정하는 것이 바람직하다. 본 실시 형태에 따르면, 가령 연마 중에 웨이퍼(W)가 연마 헤드(1)에 대하여 어긋난 경우라도, 웨이퍼(W) 상의 특정 위치 FT에 대응하는 연마 헤드(1)에 있어서의 압박 요소의 압력을 조정하여, 막 두께 변동을 개선하는 것이 가능하다.
제어 장치(9)는 도 9의 스텝 S201을 실행한 후, 소정의 연마 시간이 도달하고, 또는 막 두께 센서(60)로부터 종점 검출 신호를 받음으로써, (스텝 S202의 「"예"」 참조), 웨이퍼(W)의 연마를 종료한다(스텝 S203 참조). 소정의 연마 시간이 도달하고 있지 않거나, 또는 제어 장치(9)가 막 두께 센서(60)로부터의 종점 검출 신호를 받지 않지 않는 경우(스텝 S202의 「"아니오"」 참조), 스텝 S103에 나타내는 공정이 반복된다.
도 11은 연마 패드의 마모량에 기초하여, 막 두께 정보를 보정하는 실시 형태를 설명하기 위한 도면이다. 도 11에 도시하는 실시 형태에서는, 막 두께 센서(60)는 PSD 센서이다. 제어 장치(9)는 연마 패드(2)의 마모량에 기초하여, 막 두께 정보를 보정해도 된다. 드레서(51)가 연마 패드(2)의 연마면(2a)에 미끄럼 접촉되면, 연마 패드(2)는 마모되고, 결과적으로, 막 두께 센서(60)와 웨이퍼(W) 사이의 거리가 변화한다(도 11 참조). 이와 같은 연마 패드(2)의 마모량은, 웨이퍼(W)의 막 두께 정보의 측정에 영향을 미치므로, 제어 장치(9)의 처리 장치(9b)는 연마 패드(2)의 마모량에 기초하여, 웨이퍼(W)의 막 두께 정보를 보정해도 된다.
웨이퍼(W)의 막 두께 정보는, 예를 들어, 다음과 같이 보정된다. 마모량이 다른(즉, 두께가 다른) 복수의 연마 패드(2)와, 막 두께가 알려져 있는 기준 웨이퍼(W)를 준비한다. 먼저, 제어 장치(9)는 마모량이 제로인(즉, 마모되어 있지 않음) 초기의 연마 패드(2)의 연마면(2a)에 기준 웨이퍼(W)를 압박하여, 이때 막 두께 센서(60)가 출력하는 신호(초기 시의 신호)를 취득한다. 그 후, 제어 장치(9)는 마모량이 다른 연마 패드(2)의 연마면(2a)에 기준 웨이퍼(W)를 압박하여, 이때 막 두께 센서(60)가 출력하는 신호(마모 후의 신호)를 취득한다. 또한, 측정되는 기준 웨이퍼(W)의 막 두께는 모두 동일하다.
이와 같이 하여, 제어 장치(9)는 초기 시의 신호와 마모 후의 신호와의 차분을 산출하고, 이 차분을 보정량으로서, 연마 패드(2)의 마모량과 보정량을 관련짓는다. 이 관련지어진 보정 데이터는, 기억 장치(9a)에 기억된다.
웨이퍼(W)의 연마 종료 후(스텝 S203 참조), 드레싱 유닛(50)은 드레서(51)에 의해 연마 패드(2)의 연마면(2a)을 드레싱하고, 제어 장치(9)는 연마 패드(2)의 두께를 측정하고, 연마 패드(2)의 마모량을 측정(산출)한다(스텝 S301 참조). 제어 장치(9)는 기억 장치(9a)에 기억되어 있는 보정 데이터에 기초하여, 다음 연마 대상의 웨이퍼(W)의 막 두께 정보를 보정한다. 이와 같은 보정에 의해, 제어 장치(9)는 보다 정확한 막 두께 정보를 취득할 수 있다.
상술한 실시 형태는, 본 발명이 속하는 기술분야에 있어서의 통상의 지식을 갖는 사람이 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, 특허 청구 범위에 의해 정의되는 기술적 사상에 따른 가장 넓은 범위로 해석되는 것이다.
1: 연마 헤드
2: 연마 패드
2a: 연마면
3: 연마 테이블
3a: 테이블 축
5: 연마액 공급 노즐
9: 제어 장치
9a: 기억 장치
9b: 처리 장치
9c: 미디언필터부
11: 연마 헤드 샤프트
13: 테이블 모터
16: 헤드 암
18: 연마 헤드 모터
27: 상하 이동 기구
28: 브리지
39: 연마 헤드 높이 센서
41: 로터리 인코더
50: 드레싱 유닛
51: 드레서
52: 드레서 샤프트
55: 요동 암
56: 변위 센서
57: 타깃 플레이트
60A 내지 60G: 막 두께 센서
70: 디스플레이 장치
102: 헤드 본체
102a: 하면
103: 리테이너 링
110: 탄성막
114: 벽
116: 압력실
165: 압력 조정 장치
182: 로터리 조인트

Claims (18)

  1. 연마 패드를 지지하는 연마 테이블과,
    상기 연마 테이블에 매립된, 기판의 막 두께에 따른 복수의 신호를 출력하는 복수의 막 두께 센서와,
    상기 복수의 막 두께 센서로부터 취득한 상기 복수의 신호에 기초하여, 상기 기판의 막 두께 정보를 측정하는 제어 장치를 구비하고,
    상기 연마 패드 상에 있어서, 상기 기판의 주연부가 접촉하는 내측의 영역을 내측연부라고 정의하고, 상기 기판의 주연부가 접촉하는 외측의 영역을 외측연부라고 정의한 경우, 상기 복수의 막 두께 센서는, 상기 내측연부로부터 상기 외측연부에 걸쳐서 배치되어 있고,
    상기 제어 장치는, 상기 측정한 막 두께 정보에 기초하여, 상기 기판의 노치 위치를 특정하면서, 상기 기판의 막 두께 분포 정보를 해석하여, 상기 노치 위치를 기준 위치로 한 막 두께 분포의 가시화 정보를 출력하는, 연마 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 막 두께 센서의 각각은, PSD 센서를 구비하고 있는, 연마 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제어 장치는, 상기 복수의 막 두께 센서의 각각으로부터 취득한 복수의 신호를 미디언필터 처리하는 미디언필터부를 구비하고 있고,
    상기 미디언필터부는, 상기 복수의 막 두께 센서의 각각으로부터 취득한 상기 복수의 신호를 미디언필터 처리하여, 상기 복수의 신호로부터 노이즈를 제거하는, 연마 장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 연마 장치는, 상기 연마 패드의 마모량에 따른 신호를 출력하는 마모량 검출 장치를 구비하고 있고,
    상기 제어 장치는,
    상기 마모량 검출 장치로부터 취득한 상기 신호에 기초하여, 상기 연마 패드의 마모량을 측정하고,
    상기 측정된 연마 패드의 마모량에 기초하여, 상기 막 두께 정보를 보정하는, 연마 장치.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 연마 장치는, 상기 제어 장치에 접속된 디스플레이 장치를 구비하고 있고,
    상기 제어 장치는, 상기 막 두께 분포의 가시화 정보를 상기 디스플레이 장치에 출력하는, 연마 장치.
  6. 연마 패드를 지지하는 연마 테이블과,
    기판을 상기 연마 패드의 연마면에 압박하기 위한 복수의 압박 요소를 갖는 연마 헤드와,
    상기 복수의 압박 요소의 압박력을 개별로 제어 가능한 압박력 제어부와,
    상기 연마 테이블에 매립된, 상기 기판의 막 두께에 따른 복수의 신호를 출력하는 복수의 막 두께 센서와,
    상기 복수의 막 두께 센서로부터 취득한 상기 신호에 기초하여, 상기 기판의 막 두께 정보를 측정하는 제어 장치를 구비하고,
    상기 복수의 압박 요소는, 적어도 상기 연마 헤드의 둘레 방향을 따라서 배치되어 있고,
    상기 연마 패드 상에 있어서, 상기 기판의 주연부가 접촉하는 내측의 영역을 내측연부라고 정의하고, 상기 기판의 주연부가 접촉하는 외측의 영역을 외측연부라고 정의한 경우, 상기 복수의 막 두께 센서는, 상기 내측연부로부터 상기 외측연부에 걸쳐서 배치되어 있고,
    상기 제어 장치는, 상기 측정한 막 두께 정보에 기초하여, 상기 압박력 제어부를 통해 특정의 압박 요소를 제어함으로써, 상기 기판 상의 특정 위치의 압박력을 제어하는, 연마 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 연마 장치는, 상기 연마 헤드의 회전 각도를 검출하는 회전 각도 검출기를 구비하고 있고,
    상기 제어 장치는, 상기 회전 각도 검출기로부터 취득한 상기 연마 헤드의 회전 각도와 상기 측정한 막 두께 정보에 기초하여, 상기 압박력 제어부를 통해 특정의 압박 요소를 제어함으로써, 상기 기판 상의 특정 위치의 압박력을 제어하는, 연마 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제어 장치는,
    상기 측정한 막 두께 정보에 기초하여, 상기 기판의 노치 위치를 특정하고,
    상기 연마 헤드의 회전 각도와 상기 노치 위치와의 관계로부터, 상기 기판 상의 특정 위치를 결정하여, 상기 압박력 제어부를 통해 특정의 압박 요소를 제어함으로써, 상기 기판 상의 특정 위치의 압박력을 제어하는, 연마 장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 제어 장치는,
    상기 측정한 막 두께 정보에 기초하여, 상기 기판 상의 특정 위치를 특정하고,
    상기 연마 헤드의 회전 각도와 상기 기판 상의 특정 위치와의 관계에 기초하여, 상기 압박력 제어부를 통해 특정의 압박 요소를 제어함으로써, 상기 기판 상의 특정 위치의 압박력을 제어하는, 연마 장치.
  10. 기판의 막 두께 분포의 가시화 정보를 출력하는 방법이며,
    연마 패드 상에 있어서, 상기 기판의 주연부가 접촉하는 내측의 영역을 내측연부라고 정의하고, 상기 기판의 주연부가 접촉하는 외측의 영역을 외측연부라고 정의한 경우, 상기 내측연부로부터 상기 외측연부에 걸쳐서 배치된 복수의 막 두께 센서로부터, 상기 기판의 막 두께에 따른 복수의 신호를 취득하고,
    상기 취득한 상기 복수의 신호에 기초하여, 상기 기판의 막 두께 정보를 측정하고,
    상기 측정한 막 두께 정보에 기초하여, 상기 기판의 노치 위치를 특정하면서, 상기 기판의 막 두께 분포 정보를 해석하여, 상기 노치 위치를 기준 위치로 한 상기 막 두께 분포의 가시화 정보를 출력하는, 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 기판의 막 두께에 따른 복수의 신호를, 복수의 PSD 센서로부터 취득하는, 방법.
  12. 제10항 또는 제11항에 있어서,
    상기 취득한 복수의 신호를 미디언필터 처리하여, 상기 복수의 신호로부터 노이즈를 제거하는, 방법.
  13. 제10항 또는 제11항에 있어서,
    상기 연마 패드의 마모량에 따른 신호를, 마모량 검출 장치로부터 취득하고,
    상기 취득한 상기 신호에 기초하여, 상기 연마 패드의 마모량을 측정하고,
    상기 측정된 연마 패드의 마모량에 기초하여, 상기 기판의 막 두께 분포 정보를 보정하는, 방법.
  14. 제10항 또는 제11항에 있어서,
    상기 막 두께 분포의 가시화 정보를 디스플레이 장치에 출력하는, 방법.
  15. 연마 패드 상에 있어서, 기판의 주연부가 접촉하는 내측의 영역을 내측연부라고 정의하고, 상기 기판의 주연부가 접촉하는 외측의 영역을 외측연부라고 정의한 경우, 상기 내측연부로부터 상기 외측연부에 걸쳐서 배치된 복수의 막 두께 센서로부터, 상기 기판의 막 두께에 따른 복수의 신호를 취득하고,
    상기 취득한 상기 복수의 신호에 기초하여, 상기 기판의 막 두께 정보를 측정하고,
    상기 측정한 막 두께 정보에 기초하여, 상기 기판을 상기 연마 패드의 연마면에 압박하기 위한, 적어도 연마 헤드의 둘레 방향을 따라서 배치된 복수의 압박 요소를 제어함으로써, 상기 기판 상의 특정 위치의 압박력을 제어하는, 연마 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 연마 헤드의 회전 각도를 검출하는 회전 각도 검출기에 의해 상기 연마 헤드의 회전 각도를 취득하고,
    상기 회전 각도 검출기로부터 취득한 상기 연마 헤드의 회전 각도와 상기 측정한 막 두께 정보에 기초하여, 상기 복수의 압박 요소를 제어함으로써, 상기 기판 상의 특정 위치의 압박력을 제어하는, 연마 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 측정한 막 두께 정보에 기초하여, 상기 기판의 노치 위치를 특정하고,
    상기 연마 헤드의 회전 각도와 상기 노치 위치와의 관계로부터, 상기 기판 상의 특정 위치를 결정하여, 상기 복수의 압박 요소를 제어함으로써, 상기 기판 상의 특정 위치의 압박력을 제어하는, 연마 방법.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 측정한 막 두께 정보에 기초하여, 상기 기판 상의 특정 위치를 특정하고,
    상기 연마 헤드의 회전 각도와 상기 기판 상의 특정 위치와의 관계에 기초하여, 상기 복수의 압박 요소를 제어함으로써, 상기 기판 상의 특정 위치의 압박력을 제어하는, 연마 방법.
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