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KR102326730B1 - 막 두께 측정값의 보정 방법, 막 두께 보정기 및 와전류 센서 - Google Patents

막 두께 측정값의 보정 방법, 막 두께 보정기 및 와전류 센서 Download PDF

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KR102326730B1
KR102326730B1 KR1020150020712A KR20150020712A KR102326730B1 KR 102326730 B1 KR102326730 B1 KR 102326730B1 KR 1020150020712 A KR1020150020712 A KR 1020150020712A KR 20150020712 A KR20150020712 A KR 20150020712A KR 102326730 B1 KR102326730 B1 KR 102326730B1
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KR
South Korea
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polishing
sensor
eddy current
current sensor
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아키라 나카무라
히로아키 시부에
야스마사 히로오
히로시 오타
다로 다카하시
미츠오 다다
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가부시키가이샤 에바라 세이사꾸쇼
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Priority claimed from JP2014049622A external-priority patent/JP6445241B2/ja
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Abstract

본 발명은, 연마 대상물의 막 두께를 측정하는 센서의 온도 드리프트를 간이한 구성으로 고정밀도로 보정한다.
막 두께 측정값의 보정 방법은, 연마 공정이 행해지고 있는 중에 와전류 센서의 출력 신호를 보정한다. 연마 공정은, 와전류 센서와 연마 대상물이 대향하지 않는 제1 상태와, 와전류 센서와 연마 대상물이 대향하는 제2 상태를 포함한다. 막 두께 측정값의 보정 방법은, 제1 상태에 있어서 와전류 센서로부터 출력되는 제1 측정 신호(Xout, Yout)를 취득하고(스텝 S108), 취득한 제1 측정 신호와, 제1 측정 신호에 대하여 미리 설정된 기준 신호(Xsd, Ysd)에 기초하여 보정값(ΔX, ΔY)을 산출하고(스텝 S109), 제2 상태에 있어서 와전류 센서로부터 출력되는 제2 측정 신호(X, Y)을 취득하고(스텝 S104), 연마 공정이 행해지고 있는 중에, 취득한 제2 측정 신호를, 산출한 보정값에 기초하여 보정한다(스텝 S105).

Description

막 두께 측정값의 보정 방법, 막 두께 보정기 및 와전류 센서 {CORRECTION METHOD OF FILM THICKNESS MEASUREMENT VALUE, FILM THICKNESS CORRECTOR AND EDDY CURRENT SENSOR}
본 발명은 막 두께 측정값의 보정 방법, 막 두께 보정기 및 와전류 센서에 관한 것이다.
최근 들어, 반도체 디바이스의 고집적화·고밀도화에 수반하여, 회로의 배선이 점점 미세화되고 다층 배선의 층수도 증가하고 있다. 회로의 미세화를 도모하면서 다층 배선을 실현하기 위해서는, 반도체 디바이스 표면을 고정밀도로 평탄화 처리할 필요가 있다.
반도체 디바이스 표면의 평탄화 기술로서, 화학적 기계 연마{CMP(Chemical Mechanical Polishing)}가 알려져 있다. CMP를 행하기 위한 연마 장치는, 연마 패드가 부착된 연마 테이블과, 연마 대상물(예를 들어 반도체 웨이퍼 등의 기판, 또는 기판의 표면에 형성된 각종 막)을 보유 지지하기 위한 톱 링을 구비하고 있다. 연마 장치는 연마 테이블을 회전시키면서, 톱 링에 보유 지지된 연마 대상물을 연마 패드에 가압함으로써, 연마 대상물을 연마한다.
연마 장치는, 기판의 표면에 형성된 배리어막이나 금속막 등의 도전막을 연마하는 연마 공정에 널리 사용되고 있다. 연마 공정의 종점 검지나, 연마 중에 있어서의 연마 조건의 변경은, 도전막의 두께에 기초하여 결정된다. 이 때문에 연마 장치는 일반적으로, 연마 중의 도전막의 두께를 검출하는 막 두께 검출기를 구비하고 있다. 막 두께 검출기의 대표적인 장치로서 와전류 센서를 들 수 있다.
와전류 센서는 연마 테이블 내에 배치되고, 연마 테이블의 회전에 따라 회전한다. 와전류 센서는 교류 전원에 접속된 코일을 구비하고 있다. 와전류 센서는, 연마 테이블의 회전에 따라 연마 대상물의 하방을 통과하고 있는 사이에, 코일에 의하여 자계를 발생시킨다. 이에 따라 연마 대상물의 도전막에는 와전류가 유기된다. 와전류는 도전막의 저항, 즉 도전막의 막 두께에 따라 크기가 변화한다. 와전류 센서는, 도전막에 유기된 와전류에 의하여 발생하는 자계의 변화로부터 도전막의 두께를 검출하도록 구성되어 있다.
그런데 연마 대상물의 연마를 행하고 있는 중에는 연마 대상물과 연마 패드와 마찰에 의하여 열이 발생한다. 이 열에 의한 와전류 센서 주위의 분위기 온도의 상승에 기인하여, 와전류 센서의 출력이 드리프트하는 경우가 있다.
따라서 제1 종래 기술에서는, 와전류 센서의 주위에 온도 센서를 설치하고, 온도 센서에 의하여 검출된 온도에 따라 와전류 센서의 온도 드리프트를 보정하는 것이 알려져 있다.
또한 제2 종래 기술에서는, 와전류 센서의 상방에 연마 대상물이 존재하지 않을 때의 와전류 센서의 출력 신호를 사용하여, 온도 드리프트에 대한 보정량을 구하는 것이 알려져 있다.
또한 와전류 센서는 연마 테이블에 형성된 구멍에 배치되고, 연마 패드를 개재하여 연마 대상물과 대향한다. 와전류 센서는, 여자 코일 및 검출 코일을 포함하는 센서 코일을 구비하고 있다. 여자 코일은 교류 전원에 접속되어 있으며, 자계를 발생시킨다. 이에 따라 도전막 등의 연마 대상물에는 와전류가 유기된다. 와전류는 연마 대상물의 저항, 즉 연마 대상물의 막 두께에 따라 크기가 변화한다. 검출 코일은, 연마 대상물에 유기된 와전류에 의하여 발생하는 자계의 변화로부터 연마 대상물의 두께를 검출한다. 또한 와전류 센서는 연마 대상물의 두께를 측정할 뿐만 아니라, 와전류 센서로부터 측정 대상물까지의 거리를 측정하는 경우에도 사용된다. 즉, 측정 대상물에 유기되는 와전류는, 와전류 센서와 측정 대상물 사이의 거리에 따라 크기가 변화하므로, 검출 코일은, 측정 대상물에 유기된 와전류에 의하여 발생하는 자계의 변화로부터 측정 대상물까지의 거리를 검출한다.
일본 특허 공표 제2009-500829호 공보 일본 특허 공개 제2013-36881호 공보 일본 특허 공개 제2005-121616호 공보
그러나 종래 기술은, 연마 대상물의 막 두께를 측정하는 센서의 온도 드리프트를 간이한 구성에서 고정밀도로 보정하는 것은 고려되어 있지 않다.
즉, 제1 종래 기술은, 와전류 센서의 온도 드리프트를 보정하기 위하여 온도 센서를 설치하므로, 구성이 복잡화된다.
또한 제2 종래 기술은, 연마 테이블이 회전할 때마다, 와전류 센서의 상방에 연마 대상물이 존재하지 않을 때의 와전류 센서의 출력 신호를 취득한다. 그리고 제2 종래 기술은, 취득한 복수의 출력 신호의 평균값에 기초하여, 온도 드리프트에 대한 보정량을 구한다. 따라서 제2 종래 기술에 의하면, 센서의 온도 드리프트를, 연마 대상물을 연마하고 있는 중에 실시간으로 고정밀도로 보정하는 것이 어렵다. 그 결과, 제2 종래 기술에 의하면, 예를 들어 연마 대상물의 연마 종점을 높은 정밀도로 검출하는 것이 어렵다.
따라서 본원 발명의 일 실시 형태는, 연마 대상물의 막 두께를 측정하는 센서의 온도 드리프트를 간이한 구성에서 고정밀도로 보정하는 것을 과제로 한다.
또한 종래 기술은, 와전류 센서의 측정 정밀도를 향상시키는 것은 고려되어 있지 않다.
즉, 와전류 센서는 상술한 바와 같은 와전류 센서로서의 반응 외에 정전 용량 센서로서의 반응도 갖는다. 예를 들어 연마 대상물을 연마 패드에 의하여 연마하면서 연마 대상물의 막 두께를 측정하는 경우를 생각한다. 이 경우, 연마 대상물의 연마를 실행하면, 연마 대상물이 연마되어 막 두께가 얇아짐과 함께, 연마 패드도 얇아진다. 연마 패드가 얇아지면, 와전류 센서와 연마 대상물 거리가 짧아지므로, 와전류 센서의 센서 코일과 연마 대상물 사이의 정전 용량이 변화한다. 이 정전 용량의 변화가 와전류 센서의 출력에 반영되므로, 연마 대상물의 막 두께의 측정 정밀도가 악화될 우려가 있다.
따라서 본원 발명의 일 실시 형태는, 와전류 센서의 측정 정밀도를 향상시키는 것을 과제로 한다.
본원 발명의 막 두께 측정값의 보정 방법의 일 실시 형태는, 상기 과제를 감안하여 이루어진 것이며, 연마 대상물을 연마하는 연마 공정이 행해지고 있는 중에, 연마 대상물의 막 두께를 측정하기 위한 센서로부터 출력된 신호를 보정하는 방법이며, 상기 연마 공정은, 상기 센서와 상기 연마 대상물이 대향하지 않는 제1 상태와, 상기 센서와 상기 연마 대상물이 대향하는 제2 상태를 포함하고, 상기 제1 상태에 있어서 상기 센서로부터 출력되는 제1 측정 신호를 취득하며, 상기 취득한 제1 측정 신호와, 상기 제1 측정 신호에 대하여 미리 설정된 기준 신호에 기초하여 보정값을 산출하고, 상기 제2 상태에 있어서 상기 센서로부터 출력되는 제2 측정 신호를 취득하며, 상기 연마 공정이 행해지고 있는 중에, 상기 취득한 제2 측정 신호를 상기 산출한 보정값에 기초하여 보정하는 것을 특징으로 한다.
또한 막 두께 측정값의 보정 방법의 일 실시 형태에 있어서, 상기 기준 신호는, 상기 연마 공정이 행해지지 않고 있을 때 상기 센서와 상기 연마 대상물이 대향하지 않는 상태에 있어서 상기 센서로부터 출력되는 신호로 할 수 있다.
또한 막 두께 측정값의 보정 방법의 일 실시 형태에 있어서, 상기 연마 공정은, 연마 대상물을 연마하기 위한 연마 패드가 부착된 연마 테이블을 회전시키면서 상기 연마 대상물을 상기 연마 패드에 가압함으로써 상기 연마 대상물을 연마하고, 상기 센서는 상기 연마 테이블에 설치되며, 상기 제1 상태와 상기 제2 상태는 상기 연마 테이블의 회전에 따라 교대로 출현하고, 상기 제2 측정 신호를 보정하는 공정은, 상기 제2 상태에 있어서 취득한 제2 측정 신호를, 상기 제2 상태 직전에 출현한 제1 상태에 있어서 취득한 제1 측정 신호와 상기 기준 신호에 기초하여 산출된 보정값에 기초하여 보정할 수 있다.
또한 막 두께 측정값의 보정 방법의 일 실시 형태에 있어서, 상기 기준 신호는, 상기 센서의 교정이 행해지고 있을 때 상기 센서와 상기 연마 대상물이 대향하지 않는 상태에 있어서 상기 센서로부터 출력되는 신호로 할 수 있다.
또한 막 두께 측정값의 보정 방법의 일 실시 형태에 있어서, 상기 기준 신호는, 상기 연마 공정이 행해지지 않고 있을 때의 분위기 온도에서 상기 센서와 상기 연마 대상물이 대향하지 않는 상태에 있어서 상기 센서로부터 출력되는 신호로 할 수 있다.
또한 막 두께 측정값의 보정 방법의 일 실시 형태에 있어서, 상기 센서는 와전류 센서로 할 수 있다.
또한 본원 발명의 막 두께 보정기의 일 실시 형태는, 연마 대상물을 연마하는 연마 공정이 행해지고 있을 때 연마 대상물의 막 두께를 측정하기 위한 센서로부터 출력된 신호를 보정하는 막 두께 보정기이며, 상기 연마 공정은, 상기 센서와 상기 연마 대상물이 대향하지 않는 제1 상태와, 상기 센서와 상기 연마 대상물이 대향하는 제2 상태를 포함하고, 상기 제1 상태에 있어서 상기 센서로부터 출력되는 제1 측정 신호 및 상기 제2 상태에 있어서 상기 센서로부터 출력되는 제2 측정 신호를 취득하는 취득부와, 상기 취득부에 의하여 취득된 제1 측정 신호와, 상기 제1 측정 신호에 대하여 미리 설정된 기준 신호에 기초하여 보정값을 산출하는 산출부와, 상기 연마 공정이 행해지고 있는 중에, 상기 취득부에 의하여 취득된 제2 측정 신호를, 상기 산출부에 의하여 산출된 보정값에 기초하여 보정하는 보정부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본원 발명의 와전류 센서의 일 실시 형태는, 상기 과제를 감안하여 이루어진 것이며, 측정 대상물까지의 거리 또는 상기 측정 대상물의 막 두께를 측정하기 위한 와전류 센서이며, 상기 측정 대상물에 와전류를 발생시킴과 함께, 상기 와전류의 발생에 기인하는 유도 자장을 검출하는 센서 코일과, 상기 센서 코일의 상기 측정 대상물측에 배치된 도전체를 구비하는 것을 특징으로 한다.
또한 와전류 센서의 일 실시 형태에 있어서, 상기 도전체는, 상기 센서 코일에 대향하는 대향부를 구비할 수 있다.
또한 와전류 센서의 일 실시 형태에 있어서, 상기 도전체는, 상기 대향부에 접속됨과 함께, 상기 센서 코일의 적어도 일부의 주위를 덮는 외주부를 더 구비할 수 있다.
또한 와전류 센서의 일 실시 형태에 있어서, 상기 도전체는 상기 센서 코일에 씌우는 캡 형상으로 형성될 수 있다.
또한 와전류 센서의 일 실시 형태에 있어서, 상기 도전체는, 카본을 혼련해 넣은 폴리프로필렌, 실리콘 수지, 금속을 증착한 합성 수지, 금속을 증착한 유리, 카본을 혼련해 넣은 고무, 또는 단결정 실리콘 기판을 포함하여 형성될 수 있다.
또한 와전류 센서의 일 실시 형태에 있어서, 상기 도전체는, 1Ω·㎝ 내지 100Ω·㎝의 전기 저항률을 갖는 재료를 포함하여 형성될 수 있다.
또한 와전류 센서의 일 실시 형태에 있어서, 상기 센서 코일과 상기 도전체 사이에 배치되고, 상기 센서 코일에 대향하는 개구가 형성된 자기 실드 시트를 더 구비할 수 있다.
또한 와전류 센서의 일 실시 형태에 있어서, 상기 와전류 센서는, 연마 대상물을 연마하기 위한 연마 패드가 부착되는 연마 테이블에 형성된 구멍에 설치되고, 상기 연마 대상물까지의 거리 또는 상기 연마 대상물의 막 두께를 측정하기 위한 연마 장치용 와전류 센서이며, 상기 센서 코일은 상기 연마 대상물에 전류를 발생시킴과 함께, 상기 와전류의 발생에 기인하는 유도 자장을 검출하고, 상기 도전체는 상기 센서 코일의 상기 연마 대상물측에 배치될 수 있다.
또한 와전류 센서의 일 실시 형태에 있어서, 상기 도전체는 상기 센서 코일과 상기 연마 패드 사이에 배치될 수 있다.
또한 와전류 센서의 일 실시 형태에 있어서, 상기 도전체는, 상기 센서 코일과 대향하는 대향부와, 상기 대향부에 접속됨과 함께, 상기 연마 테이블에 형성된 구멍의 내벽에 대향하는 외주부를 구비할 수 있다.
이러한 본원 발명의 일 실시 형태에 의하면, 연마 대상물의 막 두께를 측정하는 센서의 온도 드리프트를 간이한 구성에서 고정밀도로 보정할 수 있다.
이러한 본원 발명의 일 실시 형태에 의하면, 와전류 센서의 측정 정밀도를 향상시킬 수 있다.
도 1은 연마 장치 및 막 두께 보정기의 전체 구성을 모식적으로 도시하는 도면이다.
도 2는 연마 테이블과 와전류 센서와 연마 대상물의 관계를 도시하는 평면도이다.
도 3a는 와전류 센서(210)의 출력을 나타내는 도면이다.
도 3b는 와전류 센서(210)가 연마 대상물(102)을 주사(스캔)할 때의 궤적을 도시하는 도면이다.
도 4a는 와전류 센서(210)의 구성을 도시하는 블록도이다.
도 4b는 와전류 센서(210)의 등가 회로도이다.
도 5는 본 발명의 와전류 센서에 있어서 사용되고 있는 센서 코일의 구성예를 도시하는 개략도이다.
도 6은 와전류 센서의 상세한 구성을 도시하는 모식도이다.
도 7은 종점 검출부에 의한 처리의 개략을 나타내는 도면이다.
도 8a는 와전류 센서의 출력의 추이를 나타내는 도면이다.
도 8b는 와전류 센서 주위의 분위기 온도의 추이를 나타내는 도면이다.
도 9는 본 실시 형태의 막 두께 측정값의 보정 방법의 처리를 도시하는 흐름도이다.
도 10a는 와전류 센서의 출력의 추이를 나타내는 도면이다.
도 10b는 와전류 센서 주위의 분위기 온도의 추이를 나타내는 도면이다.
도 11은 연마 장치 및 종점 검출 장치의 전체 구성을 모식적으로 도시하는 도면이다.
도 12는 연마 테이블과 와전류 센서와 연마 대상물의 관계를 도시하는 평면도이다.
도 13a는 와전류 센서(1210)의 구성을 도시하는 블록도이다.
도 13b는 와전류 센서(1210)의 등가 회로도이다.
도 14는 본 실시 형태의 와전류 센서에 있어서 사용되고 있는 센서 코일의 구성예를 도시하는 개략도이다.
도 15는 와전류 센서의 상세한 회로 구성을 도시하는 모식도이다.
도 16은 종점 검출부에 의한 처리의 개략을 나타내는 도면이다.
도 17은 종점 검출부에 의한 처리의 개략을 나타내는 도면이다.
도 18a는 종래의 구성에 있어서, 와전류 센서가 정전 용량 센서로서 반응하는 경우의 정전 용량을 모식적으로 도시한 도면이다.
도 18b는 도 18a의 구성에 있어서의 등가 회로이다.
도 19는 종래의 와전류 센서에 있어서, 연마 패드의 두께 변화에 대한 합성 정전 용량의 변화를 나타내는 도면이다.
도 20은 종래의 와전류 센서에 의하여 측정된 신호 X, 신호 Y의 플롯 데이터이다.
도 21a는 도전체를 배치하는 것에 의한 효과를 설명하기 위한 개념도이다.
도 21b는 도전체를 배치하는 것에 의한 효과를 설명하기 위한 개념도이다.
도 21c는 도전체를 배치하는 것에 의한 효과를 설명하기 위한 개념도이다.
도 22는 본 실시 형태의 와전류 센서의 구성의 일례를 도시하는 도면이다.
도 23은 본 실시 형태의 와전류 센서의 구성의 다른 일례를 도시하는 도면이다.
도 24는 본 실시 형태의 와전류 센서의 구성의 다른 일례를 도시하는 도면이다.
도 25는 본 실시 형태의 와전류 센서의 구성의 다른 일례를 도시하는 도면이다.
도 26a는 도 23의 구성에 있어서, 와전류 센서가 정전 용량 센서로서 반응하는 경우의 정전 용량을 모식적으로 도시한 도면이다.
도 26b는 도 26a의 구성에 있어서의 등가 회로이다.
도 27은 본 실시 형태의 와전류 센서에 있어서, 연마 패드의 두께 변화에 대한 합성 정전 용량의 변화를 나타내는 도면이다.
도 28은 본 실시 형태의 와전류 센서에 의하여 측정된 신호 X, 신호 Y의 플롯 데이터이다.
이하, 본원 발명의 일 실시 형태에 따른 막 두께 측정값의 보정 방법 및 막 두께 보정기를 도면에 기초하여 설명한다.
<연마 장치>
도 1은 연마 장치 및 막 두께 보정기의 전체 구성을 모식적으로 도시하는 도면이다. 우선 연마 장치에 대하여 설명한다.
도 1에 도시한 바와 같이 연마 장치(100)는, 연마 대상물(예를 들어 반도체 웨이퍼 등의 기판, 또는 기판의 표면에 형성된 각종 막)(102)을 연마하기 위한 연마 패드(108)를 상면에 설치 가능한 연마 테이블(110)과, 연마 테이블(110)을 회전 구동하는 제1 전동 모터(112)와, 연마 대상물(102)을 보유 지지 가능한 톱 링(116)과, 톱 링(116)을 회전 구동하는 제2 전동 모터(118)를 구비한다.
또한 연마 장치(100)는 연마 패드(108)의 상면에, 연마재를 포함하는 연마 지액을 공급하는 슬러리 라인(120)을 구비한다. 또한 연마 장치(100)는, 연마 장치(100)에 관한 각종 제어 신호를 출력하는 연마 장치 제어부(140)를 구비한다.
연마 장치(100)는 연마 대상물(102)을 연마할 때는, 연마 지립을 포함하는 연마 슬러리를 슬러리 라인(120)으로부터 연마 패드(108)의 상면에 공급하고, 제1 전동 모터(112)에 의하여 연마 테이블(110)을 회전 구동한다. 그리고 연마 장치(100)는 톱 링(116)을, 연마 테이블(110)의 회전축과는 편심된 회전축 주위에서 회전시킨 상태에서, 톱 링(116)에 보유 지지된 연마 대상물(102)을 연마 패드(108)에 가압한다. 이에 따라, 연마 대상물(102)은 연마 슬러리를 보유 지지한 연마 패드(108)에 의하여 연마되어 평탄화된다.
다음으로, 연마 종점 검출 장치(200)에 대하여 설명한다. 도 1에 도시한 바와 같이 연마 종점 검출 장치(200)는 와전류 센서(210)와, 로터리 조인트 커넥터(160, 170)를 통하여 와전류 센서(210)와 접속된 종점 검출 장치 본체(220)를 구비한다.
<와전류 센서>
우선 와전류 센서(210)에 대하여 설명한다. 연마 테이블(110) 및 연마 패드(108)에는, 와전류 센서(210)를 연마 테이블(110)의 이면측으로부터 삽입할 수 있는 구멍이 형성되어 있다. 와전류 센서(210)는 연마 테이블(110) 및 연마 패드(108)에 형성된 구멍에 삽입된다.
도 2는 연마 테이블(110)과 와전류 센서(210)와 연마 대상물(102)의 관계를 도시하는 평면도이다. 도 2에 도시한 바와 같이 와전류 센서(210)는 톱 링(116)에 보유 지지된, 연마 중인 연마 대상물(102)의 중심 Cw를 통과하는 위치에 설치되어 있다. 도면 부호 CT는 연마 테이블(110)의 회전 중심이다. 예를 들어 와전류 센서(210)는 연마 대상물(102)의 하방을 통과하고 있는 사이, 통과 궤적(주사선) 상에서 연속적으로 연마 대상물(102)의 두께를 검출할 수 있도록 되어 있다.
도 3은 와전류 센서(210)의 출력의 추이를 나타내는 도면이다. 도 3a는 와전류 센서(210)의 출력을 나타내는 도면이며, 도 3b는 와전류 센서(210)가 연마 대상물(102)을 주사(스캔)할 때의 궤적을 나타내는 도면이다. 도 3a에 있어서, 횡축은 연마 시간을 나타내고 있고, 종축은 와전류 센서의 출력 크기를 나타내고 있다.
도 3에 나타낸 바와 같이 연마 대상물(102)은 도 3b에 도시한 위치에서 중심 Cw를 축으로 하여 회전한다. 한편, 연마 테이블(110)의 회전에 수반하여, 와전류 센서(210)는 중심 CT를 축으로 하여 궤적(212)을 따라 회전한다. 그 결과, 연마 대상물(102)을 연마하는 연마 공정에는, 와전류 센서(210)가 연마 대상물(102)의 하방을 통과하고 있지 않아 와전류 센서(210)와 연마 대상물(102)이 대향하지 않는 제1 상태(연마 대상물 외 영역 B)가 포함된다. 또한 연마 공정에는, 와전류 센서(210)가 연마 대상물(102)의 하방을 통과함으로써 와전류 센서(210)와 연마 대상물(102)이 대향하는 제2 상태(연마 대상물 내 영역 A)가 포함된다. 제1 상태와 제2 상태는 연마 테이블(110)의 회전에 따라 교대로 출현한다. 또한 본 실시 형태는, 연마 테이블(110)에 와전류 센서(210)를 설치하고 와전류 센서(210)를 회전시키는 예를 나타냈지만, 이에 한정되지는 않는다. 연마 공정에 제1 상태와 제2 상태가 포함되는 바와 같은 형태이면, 본 실시 형태를 적용할 수 있다. 또한 본 실시 형태는 와전류 센서(210)를 사용하는 예를 나타냈지만, 이에 한정되지는 않는다. 연마 대상물(102)의 막 두께를 측정하기 위한 센서이면, 본 실시 형태를 적용할 수 있다.
도 3a에 나타낸 바와 같이 와전류 센서(210)가 연마 대상물 내 영역 A에 있을 때는, 와전류 센서(210)로부터, 연마 대상물(102)에 반응한 개략 사각형 펄스 형상의 신호가 출력된다. 한편, 와전류 센서(210)가 연마 대상물 외 영역 B에 있을 때는, 와전류가 발생하는 연마 대상물이 존재하지 않으므로, 와전류 센서(210)로부터 일정한 저레벨의 신호가 출력된다.
도 4는 와전류 센서(210)의 구성을 도시하는 도면이다. 도 4a는 와전류 센서(210)의 구성을 도시하는 블록도이고, 도 4b는 와전류 센서(210)의 등가 회로도이다.
도 4a에 도시한 바와 같이 와전류 센서(210)는 검출 대상인 금속막 등의 연마 대상물(102)의 근방에 배치되는 센서 코일(260)을 구비한다. 센서 코일(260)에는 교류 신호원(262)이 접속된다. 여기서 검출 대상인 연마 대상물(102)은, 예를 들어 반도체 웨이퍼 상에 형성된 Cu, Al, Au, W 등의 박막이다. 센서 코일(260)은 검출 대상인 연마 대상물(102)에 대하여, 예를 들어 0.5 내지 5.0㎜ 정도의 근방에 배치된다.
와전류 센서(210)에는, 연마 대상물(102)에 와전류가 발생하는 것에 기인하는 교류 신호원(262)의 발진 주파수의 변화에 기초하여 도전막을 검출하는 주파수 타입이 있다. 또한 와전류 센서(210)에는, 연마 대상물(102)에 전류가 발생하는 것에 기인하는 교류 신호원(262)으로부터 본 임피던스의 변화에 기초하여 도전막을 검출하는 임피던스 타입이 있다. 즉, 주파수 타입에서는, 도 3b에 도시하는 등가 회로에 있어서, 와전류 I2가 변화함으로써 임피던스 Z가 변화하고, 그 결과, 교류 신호원(가변 주파수 발진기)(262)의 발진 주파수가 변화한다. 와전류 센서(210)는 검파 회로(264)에서 이 발진 주파수의 변화를 검출하여, 도전막의 변화를 검출할 수 있다. 임피던스 타입에서는, 도 3b에 도시하는 등가 회로에 있어서, 와전류 I2가 변화함으로써 임피던스 Z가 변화하고, 그 결과, 교류 신호원(고정 주파수 발진기)(262)으로부터 본 임피던스 Z가 변화한다. 와전류 센서(210)는 검파 회로(264)에서 이 임피던스 Z의 변화를 검출하여, 도전막의 변화를 검출할 수 있다.
임피던스 타입의 와전류 센서에서는, 신호 출력 X, Y, 위상, 합성 임피던스 Z가 취출된다. 주파수 F 또는 임피던스 X, Y 등으로부터 도전막의 측정 정보가 얻어진다. 와전류 센서(210)는 도 1에 도시한 바와 같이 연마 테이블(110)의 내부의 표면 부근의 위치에 내장할 수 있으며, 연마 대상물(102)에 대하여 연마 패드를 개재하여 대향하도록 위치하고 있는 사이에는, 연마 대상물(102)에 흐르는 와전류로부터 도전막의 변화를 검출할 수 있다.
이하에, 임피던스 타입의 와전류 센서에 대하여 구체적으로 설명한다. 교류 신호원(262)은 1 내지 50㎒ 정도의 고정 주파수의 발진기이며, 예를 들어 수정 발진기가 사용된다. 그리고 교류 신호원(262)에 의하여 공급되는 교류 전압에 의하여, 센서 코일(260)에 전류 I1이 흐른다. 연마 대상물(102)의 근방에 배치된 센서 코일(260)에 전류가 흐름으로써, 센서 코일(260)로부터 발생하는 자속이 연마 대상물(102)과 쇄교한다. 그 결과, 센서 코일(260)과 연마 대상물(102) 사이에 상호 인덕턴스 M이 형성되고, 연마 대상물(102) 중에 전류 I2가 흐른다. 여기서 R1은 센서 코일(260)을 포함하는 1차측의 저항이고, L1은 마찬가지로 센서 코일(260)을 포함하는 1차측의 자기 인덕턴스이다. 연마 대상물(102)측에서는, R2는 와전류 손실에 상당하는 저항이고, L2는 연마 대상물(102)의 자기 인덕턴스이다. 교류 신호원(262)의 단자 a, b로부터 센서 코일(260)측을 본 임피던스 Z는, 와전류 I2에 의하여 발생하는 자력선의 영향으로 변화한다.
도 5는 본 발명의 와전류 센서에 있어서 사용되고 있는 센서 코일의 구성예를 도시하는 개략도이다. 도 5에 도시한 바와 같이 와전류 센서의 센서 코일(260)은 보빈(270)에 권회된 3개의 코일(272, 273, 274)을 구비한다. 코일(272)은 교류 신호원(262)에 접속되는 여자 코일이다. 여자 코일(272)은 교류 신호원(262)으로부터 공급되는 교류 전류에 의하여 여자되어, 근방에 배치되는 연마 대상물(102)에 전류를 형성한다. 보빈(270)의 연마 대상물(102)측에는 검출 코일(273)이 배치되고, 연마 대상물(102)에 형성되는 와전류에 기인하여 발생하는 자계를 검출한다. 여자 코일(272)을 사이에 두고 검출 코일(273)의 반대측에는 밸런스 코일(274)이 배치되어 있다.
코일(272, 273, 274)은 동일한 턴 수의 코일에 의하여 형성되고, 검출 코일(273)과 밸런스 코일(274)은 서로 역상으로 접속되어 있다. 연마 대상물(102)이 검출 코일(273)의 근방에 존재하면, 연마 대상물(102) 중에 형성되는 와전류에 의하여 발생하는 자속이 검출 코일(273)과 밸런스 코일(274)에 쇄교한다. 이때, 검출 코일(273) 쪽이 도전막에 가까운 위치에 배치되어 있으므로, 양 코일(273, 274)에 발생하는 유기 전압의 균형이 깨지고, 이에 따라 도전막의 와전류에 의하여 형성되는 쇄교 자속을 검출할 수 있다.
도 6은 와전류 센서의 상세한 구성을 도시하는 모식도이다. 교류 신호원(262)은 수정 발진기 등의 고정 주파수의 발진기를 갖고 있으며, 예를 들어 1 내지 50㎒의 고정 주파수의 교류 전류를 센서 코일(260)에 공급한다. 교류 신호원(262)에서 형성된 교류 전류는, 대역 통과 필터(BPF)(282)를 통하여 센서 코일(260){여자 코일(272)}에 공급된다. 한편, 센서 코일(260){검출 코일(273) 및 밸런스 코일(274)}의 단자로부터 출력된 신호는, 브리지 회로(284) 및 고주파 증폭기(RF AMP)(286)를 거쳐, cos 동기 검파 회로(292) 및 sin 동기 검파 회로(293)를 포함하는 동기 검파부(291)로 보내진다. 그리고 동기 검파부(291)에 의하여 임피던스의 저항 성분과 유도 리액턴스 성분이 취출된다.
동기 검파부(291)로부터 출력된 저항 성분과 유도 리액턴스 성분으로부터는, 저역 통과 필터(LPF·AF AMP)(294, 295)에 의하여 불필요한 고주파 성분(예를 들어5KHz 이상의 고주파 성분)이 제거되고, 임피던스의 저항 성분으로서의 신호 X와 유도 리액턴스 성분으로서의 신호 Y가 각각 출력된다. LPF·AF AMP(294, 295)로부터 출력된 신호 X, 신호 Y는, 이하에 설명하는 막 두께 보정기(230)에 의한 보정이 행해진 후, 종점 검출부(240)에 출력된다.
종점 검출부(240)는 막 두께 보정기(230)로부터 출력되는 신호 X, Y를 회전 처리, 평행 이동 처리 등으로 처리하여, 모니터링 신호로서의 거리 Z를 산출한다. 그리고 이 거리 Z의 변화에 기초하여 막 두께의 변화를 감시한다.
도 7은 종점 검출부(240)에 의한 처리의 개략을 나타내는 도면이다. 도 7에 있어서, 횡축은 신호 X의 강도를 나타내고 있고, 종축은 신호 Y의 강도를 나타내고 있다. 점 T∞는 연마 대상물(102)의 막 두께가 ∞인 상태를 나타내고, 점 T0은 연마 대상물(102)의 막 두께가 0인 상태를 나타낸다. 연마 대상물(102)의 막 두께가 감소함에 따라, 신호 X, Y의 값으로부터 위치 결정되는 점 Tn은 원호 형상의 궤적을 그리면서 점 T0을 향하여 나아간다. XY 좌표계의 원점 O로부터 점 Tn까지의 거리 Z(=(X2+Y2)1/2)는 점 T∞의 근방을 제외하고, 막 두께가 감소함에 따라 작아진다.
종점 검출부(240)는 연마 대상물(102)의 막 두께에 따라 변화하는 거리 Z를 산출한다. 종점 검출부(240)는 미리 경험이나 시험에 의하여 거리 Z와 연마 대상물(102)의 막 두께의 관계를 파악해 두면, 거리 Z를 감시함으로써, 연마 중인 연마 대상물(102)의 막 두께를 검출할 수 있다.
종점 검출부(240)는 연마 장치(100)에 관한 각종 제어를 행하는 연마 장치 제어부(140)와 접속되어 있다. 종점 검출부(240)는 산출한 거리 Z에 기초하여 연마 대상물(102)의 연마 종점을 검출하면, 그 취지를 나타내는 신호를 연마 장치 제어부(140)에 출력한다. 연마 장치 제어부(140)는 종점 검출부(240)로부터 연마 종점을 나타내는 신호를 수신하면, 연마 장치(100)에 의한 연마를 종료시킨다.
<와전류 센서(210)의 출력 보정>
본 실시 형태는 와전류 센서(210)로부터 출력되는 신호(신호 X와 신호 Y)를 보정하는 것이다. 즉, 연마 대상물(102)의 연마를 행하고 있는 중에는 연마 대상물(102)과 연마 패드(108)의 마찰에 의하여 열이 발생한다. 이 열에 의한 와전류 센서(210) 주위의 분위기 온도의 상승에 기인하여 와전류 센서(210)의 출력이 드리프트하는 경우가 있다.
도 8은 와전류 센서의 출력이 주위의 분위기 온도의 영향으로 드리프트하는 예를 나타내는 모식도이다. 도 8a는 와전류 센서의 출력의 추이를 나타내는 도면이고, 도 8b는 와전류 센서 주위의 분위기 온도의 추이를 나타내는 도면이다. 도 8a에 있어서, 횡축은 연마 시간을 나타내고, 종축은 와전류 센서 출력을 나타내고 있다. 도 8b에 있어서, 횡축은 연마 시간을 나타내고, 종축은 와전류 센서 주위의 분위기 온도를 나타내고 있다.
도 8a, 도 8b는 금속막이 형성되어 있지 않아 와전류가 발생하지 않는, 즉, 와전류 센서(210)에서는 반응하지 않는 기판을 연마했을 때의 와전류 센서(210) 주위의 분위기 온도 및 출력을 나타내고 있다.
도 8b에 나타낸 바와 같이 연마가 진행됨에 따라, 기판을 연마하는 것에 의한 마찰열의 영향으로 와전류 센서(210) 주위의 분위기 온도는 상승한다. 여기서 와전류 센서(210)에서는 반응하지 않는 기판을 연마하고 있으므로, 와전류 센서(210)의 출력은, 본래는 일정하게 될 것이다. 그러나 도 8a에 나타낸 바와 같이 와전류 센서(210)의 출력은, 와전류 센서(210) 주위의 분위기 온도에 의존하여 변동(드리프트)한다.
따라서 본 실시 형태는, 이하의 형태로 와전류 센서(210)로부터 출력되는 신호를 보정한다. 도 1에 도시한 바와 같이 종점 검출 장치 본체(220)는 막 두께 보정기(230)와, 종점 검출부(240)를 구비한다.
막 두께 보정기(230)는 연마 대상물(102)의 연마 공정이 행해지고 있는 중에(in-situ에서), 와전류 센서(210)로부터 출력된 신호를 보정한다. 막 두께 보정기(230)는 취득부(232), 산출부(234) 및 보정부(236)를 구비한다.
취득부(232)는 연마 공정이 행해지고 있는 중에, 와전류 센서(210)와 연마 대상물(102)이 대향하지 않는 제1 상태(연마 대상물 외 영역 B)에 있어서 와전류 센서(210)로부터 출력되는 제1 측정 신호를 취득한다. 또한 취득부(232)는 연마 공정이 행해지고 있는 중에, 와전류 센서(210)와 연마 대상물(102)이 대향하는 제2 상태(연마 대상물 내 영역 A)에 있어서 와전류 센서(210)로부터 출력되는 제2 측정 신호를 취득한다.
산출부(234)는, 취득부(232)에 의하여 취득된 제1 측정 신호와, 제1 측정 신호에 대하여 미리 설정된 기준 신호에 기초하여 보정값을 산출한다. 여기서 구체적으로는 기준 신호는, 연마 공정이 행해지고 있지 않을 때 와전류 센서(210)와 연마 대상물(102)이 대향하지 않는 상태에 있어서 와전류 센서(210)로부터 출력된 신호로 할 수 있다. 예를 들어 기준 신호는, 와전류 센서(210)의 교정이 행해지고 있을 때 와전류 센서(210)와 연마 대상물(102)이 대향하지 않는 상태에 있어서 와전류 센서(210)로부터 출력되는 신호로 할 수 있다. 또한 예를 들어 기준 신호는, 연마 공정이 행해지고 있지 않을 때의 분위기 온도에서 와전류 센서(210)와 연마 대상물(102)이 대향하지 않는 상태에 있어서 와전류 센서(210)로부터 출력되는 신호로 할 수도 있다. 즉, 와전류 센서(210)의 출력에 온도 드리프트가 발생하고 있지 않은 상태에서 신호를 미리 취득해 두고, 제1 상태(연마 대상물 외 영역 B)에 대한 기준 신호로 하는 것이다. 와전류 센서(210)에 온도 드리프트가 발생하고 있지 않으면 기준 신호로 할 수 있으므로, 예를 들어 연마 공정이 시작된 직후의, 아직 분위기 온도의 상승이 발생하고 있지 않을 때, 제1 상태(연마 대상물 외 영역 B)에 있어서 와전류 센서(210)로부터 출력되는 신호를 기준 신호로 할 수도 있다.
산출부(234)는, 예를 들어 취득부(232)에 의하여 취득된 제1 측정 신호로부터, 미리 설정된 기준 신호를 감산함으로써, 보정값을 산출할 수 있다.
보정부(236)는 연마 공정이 행해지고 있는 중에, 취득부(232)에 의하여 취득된 제2 측정 신호를, 산출부(234)에 의하여 산출된 보정값에 기초하여 보정한다.
예를 들어 보정부(236)는 연마 공정이 행해지고 있는 중에, 취득부(232)에 의하여 취득된 제2 측정 신호로부터, 산출부(234)에 의하여 산출된 보정값을 감산함으로써, 제2 측정 신호를 보정한다.
더욱 구체적으로는 보정부(236)는, 제2 상태에 있어서 취득한 제2 측정 신호를, 이 제2 상태 직전에 출현한 제1 상태에 있어서 취득한 제1 측정 신호와 기준 신호에 기초하여 산출된 보정값에 기초하여 보정한다.
즉, 산출부(234)는 연마 공정이 한창인 어느 시상(T1)의 제1 상태에 있어서, 취득부(232)에 의하여 제1 측정 신호가 취득되면, 취득된 제1 측정 신호로부터, 미리 설정된 기준 신호를 감산함으로써, 보정값(ΔS1)을 산출한다. 그리고 시상(T) 직후에 출현한 제2 상태에 있어서, 보정부(236)는 취득부(232)에 의하여 제2 측정 신호가 취득되면, 취득된 제2 측정 신호로부터, 시상(T1)의 제1 상태에 있어서 산출부(234)에 의하여 산출된 보정값(ΔS1)을 감산함으로써, 제2 측정 신호를 보정한다.
마찬가지로 산출부(234)는 연마 공정이 한창인 어느 시상(T2)의 제1 상태에 있어서, 취득부(232)에 의하여 제1 측정 신호가 취득되면, 취득된 제1 측정 신호로부터, 미리 설정된 기준 신호를 감산함으로써, 보정값(ΔS2)을 산출한다. 그리고 시상(T) 직후에 출현한 제2 상태에 있어서, 보정부(236)는 취득부(232)에 의하여 제2 측정 신호가 취득되면, 취득된 제2 측정 신호로부터, 시상(T2)의 제1 상태에 있어서 산출부(234)에 의하여 산출된 보정값(ΔS2)을 감산함으로써, 제2 측정 신호를 보정한다.
또한 상기에서는, 막 두께 보정기(230)는 기능 블록으로서의 취득부(232), 산출부(234) 및 보정부(236)를 구비하고 있고, 컴퓨터 소프트웨어에서 실현하는 것을 상정하여 설명했지만, 이에 한정되지는 않는다. 도 6에 도시한 바와 같이 막 두께 보정기(230)를 하드웨어에서 실현할 수도 있다.
도 6에 도시한 바와 같이 막 두께 보정기(230)는 데이터 래치(302, 304), 교정 스위치(306), 감산 회로(308), 감산 회로(310)를 구비한다.
데이터 래치(302, 304)는 LPF·AF AMP(294)로부터 출력된, 와전류 센서(210)와 연마 대상물(102)이 대향하지 않는 제1 상태(연마 대상물 외 영역 B)에 있어서의 신호 X, 또는 교정 스위치(306)로부터 출력되는 기준 신호를 유지한다. 데이터 래치(304)는 연마 테이블(110)이 1회전한 것을 검출하는 회전 센서(114)로부터의 트리거 신호에 따라, 유지한 신호 X, 또는 기준 신호를 감산 회로(308)에 출력한다. 또한 회전 센서(114)는 연마 테이블(110) 주위에 설치된 도그와, 도그를 검출할 수 있는, 연마 테이블(110)에 설치된 도그 센서를 구비할 수 있다. 도그 센서는 연마 테이블(110)이 1회전할 때마다 도그를 검출한다. 이에 따라 회전 센서(114)는 연마 테이블(110)의 특정한 회전 위치를 검출할 수 있다.
감산 회로(308)는 데이터 래치(302, 304)로부터 출력된 신호 X와 기준 신호의 감산을 실행한다. 구체적으로는 감산 회로(308)는, 와전류 센서(210)는 온도 드리프트에 의하여 출력이 다소 높게 난다는 경향이 있으므로, 신호 X로부터 기준 신호를 감산하여 보정값을 산출한다. 또한 사용하는 센서의 온도 드리프트의 경향에 따라, 감산 회로를 가산 회로로 할 수 있다.
감산 회로(310)는 LPF·AF AMP(294)로부터 출력된, 와전류 센서(210)와 연마 대상물(102)이 대향하는 제2 상태(연마 대상물 내 영역 A)에 있어서의 신호 X와, 감산 회로(308)로부터 출력된 보정값의 감산을 실행한다. 구체적으로는 감산 회로(310)는, 와전류 센서(210)는 온도 드리프트에 의하여 출력이 다소 높게 난다는 경향이 있으므로, 제2 상태(연마 대상물 내 영역 A)에 있어서의 신호 X로부터 보정값을 감산함으로써, 보정된 신호 X를 산출한다. 또한 사용하는 센서의 온도 드리프트의 경향에 따라, 감산 회로를 가산 회로로 할 수 있다.
마찬가지로 막 두께 보정기(230)는 데이터 래치(402, 404), 교정 스위치(406), 감산 회로(408), 감산 회로(410)를 구비한다.
데이터 래치(402, 404)는 LPF·AF AMP(295)로부터 출력된, 와전류 센서(210)와 연마 대상물(102)이 대향하지 않는 제1 상태(연마 대상물 외 영역 B)에 있어서의 신호 Y, 또는 교정 스위치(406)로부터 출력되는 기준 신호를 유지한다. 데이터 래치(404)는 연마 테이블(110)이 1회전한 것을 검출하는 회전 센서(114)로부터의 트리거 신호에 따라, 유지한 신호 Y, 또는 기준 신호를 감산 회로(408)에 출력한다.
감산 회로(408)는 데이터 래치(402, 404)로부터 출력된 신호 Y와 기준 신호의 감산을 실행한다. 구체적으로는 감산 회로(408)는, 와전류 센서(210)는 온도 드리프트에 의하여 출력이 다소 높게 난다는 경향이 있으므로, 신호 Y로부터 기준 신호를 감산하여 보정값을 산출한다. 또한 사용하는 센서의 온도 드리프트의 경향에 따라, 감산 회로를 가산 회로로 할 수 있다.
감산 회로(410)는 LPF·AF AMP(295)로부터 출력된, 와전류 센서(210)와 연마 대상물(102)이 대향하는 제2 상태(연마 대상물 내 영역 A)에 있어서의 신호 Y와, 감산 회로(408)로부터 출력된 보정값의 감산을 실행한다. 구체적으로는 감산 회로(410)는, 와전류 센서(210)는 온도 드리프트에 의하여 출력이 다소 높게 난다는 경향이 있으므로, 제2 상태(연마 대상물 내 영역 A)에 있어서의 신호 Y로부터 보정값을 감산함으로써, 보정된 신호 Y를 산출한다. 또한 사용하는 센서의 온도 드리프트의 경향에 따라, 감산 회로를 가산 회로로 할 수 있다.
<흐름도>
다음으로, 본 실시 형태의 막 두께 측정값의 보정 방법을 설명한다. 도 9는 본 실시 형태의 막 두께 측정값의 보정 방법의 처리를 도시하는 흐름도이다.
우선 연마 장치 제어부(140)에 의하여 연마 공정이 개시되면(스텝 S101), 산출부(234)는 기준 신호(Xsd, Ysd)를 취득한다(스텝 S102). 기준 신호(Xsd, Ysd)는, 예를 들어 와전류 센서(210)의 출력에 온도 드리프트가 발생하고 있지 않은 상태(와전류 센서(210)의 교정 시 등)에 있어서 미리 취득되어 메모리 등에 기록된 신호이다. 또한 와전류 센서(210)에 온도 드리프트가 발생하고 있지 않으면 기준 신호로 할 수 있으므로, 예를 들어 연마 공정이 시작된 직후의, 아직 분위기 온도의 상승이 발생하고 있지 않을 때, 제1 상태(연마 대상물 외 영역 B)에 있어서 와전류 센서(210)로부터 출력되는 신호를 기준 신호로 할 수도 있다.
계속해서, 보정부(236)는 보정값(ΔX, ΔY)을 제로 클리어한다(스텝 S103). 이는, 전회의 연마 공정에 있어서 설정된 보정값(ΔX, ΔY)을 리셋하기 위함이다.
계속해서, 취득부(232)는 와전류 센서(210)로부터 신호 X, 신호 Y를 취득한다(스텝 S104).
계속해서, 보정부(236)는 신호 X, 신호 Y를 보정한다(스텝 S105). 구체적으로는 보정 후의 신호 X를 X', 보정 후의 신호 Y를 Y'이라고 하면, 보정부(236)는 X'=X-ΔX, Y'=Y-ΔY에 의하여, 보정 후의 신호 X', 신호 Y'을 구한다.
계속해서, 종점 검출부(240)는 보정 후의 신호 X', 신호 Y'에 기초하여, 연마 종점인지의 여부를 판정한다(스텝 S106).
종점 검출부(240)에 의하여 연마 종점이 아니라고 판정되면(스텝 S106, "아니오"), 회전 센서(114)는, 연마 테이블(110)이 특정한 회전 위치까지 회전했는지의 여부를 판정한다(스텝 S107). 구체적으로는 와전류 센서(210)가 제1 상태(연마 대상물 외 영역 B)로 되는 연마 테이블(110)의 회전 위치를 특정한 회전 위치로 할 수 있다. 바꾸어 말하면, 회전 센서(114)는 와전류 센서(210)가 제1 상태(연마 대상물 외 영역 B)로 되었는지의 여부를 판정하게 된다.
취득부(232)는 연마 테이블(110)이 특정한 회전 위치까지 회전하였다고 판정되면(스텝 S107, "예"), 제1 상태(연마 대상물 외 영역 B)에 있어서 와전류 센서(210)로부터 출력되는 제1 측정 신호(Xout, Yout)를 취득한다(스텝 S108).
계속해서, 산출부(234)는 보정값을 갱신한다(스텝 S109). 구체적으로는, 산출부(234)는 보정값을 ΔX, ΔY라고 하면, ΔX=Xout-Xsd, ΔY=Yout-Ysd에 의하여, 보정값 ΔX, ΔY를 산출하여 갱신한다. 또한 본 실시 형태는, 제1 상태에 있어서의 1개소의 제1 측정 신호(Xout, Yout)에 기초하여 보정값 ΔX, ΔY를 산출하는 예를 나타냈지만, 이에 한정되지는 않는다. 예를 들어 제1 상태가 개시된 후, 제2 상태로 변화하기까지의 사이에, 제1 상태에 있어서의 제1 측정 신호(Xout, Yout)를 복수 포인트에서 취득하고, 이들 복수 포인트의 제1 측정 신호(Xout, Yout)의 평균값을 구하여, 평균값으로부터 기준 신호를 감산할 수도 있다.
그 후, 스텝 S104에 복귀되어 처리를 반복한다. 따라서 와전류 센서(210)가 제2 상태(연마 대상물 내 영역 A)로 되었을 경우에 있어서, 와전류 센서(210)로부터 출력되는 제2 측정 신호(신호 X, 신호 Y)는, 이 제2 상태 직전의 제1 상태에 있어서 갱신된 보정값 ΔX, ΔY에 기초하여 보정된다.
또한 스텝 S107에 있어서, 연마 테이블(110)이 특정한 회전 위치까지 회전 하고 있지 않다고 판단되었을 경우에도(스텝 S107, "아니오"), 스텝 S104에 복귀되어 처리를 반복한다.
이에 따라, 제2 상태(연마 대상물 내 영역 A)가 계속되고 있는 사이, 제2 상태에 있어서 취득된 복수 포인트의 제2 측정 신호(신호 X, 신호 Y)는 각각 보정값을 ΔX, ΔY에 기초하여 보정된다.
스텝 S106에 있어서, 종점 검출부(240)에 의하여 연마 종점이라고 판정되면(스텝 S106, "예"), 연마 장치 제어부(140)는 연마를 종료시킨다(스텝 S110).
도 10은 본 실시 형태의 보정을 행했을 경우의 와전류 센서(210)의 출력을 모식적으로 나타내는 도면이다. 도 10a는 와전류 센서의 출력의 추이를 나타내는 도면이고, 도 10b는 와전류 센서 주위의 분위기 온도의 추이를 나타내는 도면이다. 도 10a에 있어서, 횡축은 연마 시간을 나타내고, 종축은 와전류 센서 출력을 나타내고 있다. 도 10b에 있어서, 횡축은 연마 시간을 나타내고, 종축은 와전류 센서 주위의 분위기 온도를 나타내고 있다.
도 10a, 도 10b는 도 8a, 도 8b와 마찬가지로, 금속막이 형성되어 있지 않아 와전류가 발생하지 않는, 즉, 와전류 센서(210)에서는 반응하지 않는 기판을 연마했을 때의 와전류 센서(210) 주위의 분위기 온도 및 출력을 나타내고 있다.
도 10b에 나타낸 바와 같이 연마가 진행됨에 따라, 기판을 연마하는 것에 의한 마찰열의 영향으로 와전류 센서(210) 주위의 분위기 온도는 상승한다. 이에 비하여 본 실시 형태에서는, 와전류 센서(210)의 출력은 분위기 온도의 변화에 따라 보정되고 있으므로, 도 10a에 나타낸 바와 같이 와전류 센서(210)의 출력은 일정하게 되었다.
이상으로 본 실시 형태에 의하면, 연마 대상물(102)의 막 두께를 측정하는 센서의 온도 드리프트를 간이한 구성에서 고정밀도로 보정할 수 있다. 즉, 본 실시 형태에서는, 센서의 온도 드리프트를 보정하기 위한 온도 센서를 설치하지 않아도 되므로 구성이 간이하다. 또한 본 실시 형태에서는, 연마 공정이 행해지고 있는 중에(in-situ에서), 센서로부터 출력된 측정 신호를 보정값에 기초하여 보정한다. 따라서 본 실시 형태에서는 센서의 온도 드리프트를, 연마 대상물(102)을 연마하고 있는 중에 실시간으로 고정밀도로 보정할 수 있다. 그 결과, 본 실시 형태에서는 연마 대상물(102)의 연마 종점을 높은 정밀도로 검출할 수 있다.
특히 본 실시 형태에서는, 제2 상태에 있어서 취득한 제2 측정 신호를, 이 제2 상태 직전에 출현한 제1 상태에 있어서 취득한 제1 측정 신호와 기준 신호에 기초하여 산출된 보정값에 기초하여 보정한다. 이에 따라, 센서의 온도 드리프트가 고정밀도로 반영되기 때문에, 보정된 제2 측정 신호의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
이하, 본원 발명의 일 실시 형태에 따른 와전류 센서를 도면에 기초하여 설명한다. 또한 상기 실시 형태에 있어서의 와전류 센서(210)는 이하에서 설명하는 와전류 센서(1210)를 사용할 수 있다.
<연마 장치>
도 11은 연마 장치 및 종점 검출 장치의 전체 구성을 모식적으로 도시하는 도면이다. 우선 연마 장치에 대하여 설명한다.
도 11에 도시한 바와 같이 연마 장치(1100)는, 연마 대상물(예를 들어 반도체 웨이퍼 등의 기판, 또는 기판의 표면에 형성된 각종 막)(1102)을 연마하기 위한 연마 패드(1108)를 상면에 설치 가능한 연마 테이블(1110)과, 연마 테이블(1110)을 회전 구동하는 제1 전동 모터(1112)와, 연마 대상물(1102)을 보유 지지 가능한 톱 링(1116)과, 톱 링(1116)을 회전 구동하는 제2 전동 모터(1118)를 구비한다.
또한 연마 장치(1100)는 연마 패드(1108)의 상면에, 연마재를 포함하는 연마 지액을 공급하는 슬러리 라인(1120)을 구비한다. 또한 연마 장치(1100)는, 연마 장치(1100)에 관한 각종 제어 신호를 출력하는 연마 장치 제어부(1140)를 구비한다.
연마 장치(1100)는 연마 대상물(1102)을 연마할 때는, 연마 지립을 포함하는 연마 슬러리를 슬러리 라인(1120)으로부터 연마 패드(1108)의 상면에 공급하고, 제1 전동 모터(1112)에 의하여 연마 테이블(1110)을 회전 구동한다. 그리고 연마 장치(1100)는 톱 링(1116)을, 연마 테이블(1110)의 회전축과는 편심된 회전축 주위에서 회전시킨 상태에서, 톱 링(1116)에 보유 지지된 연마 대상물(1102)을 연마 패드(1108)에 가압한다. 이에 따라, 연마 대상물(1102)은 연마 슬러리를 보유 지지한 연마 패드(1108)에 의하여 연마되어 평탄화된다.
다음으로, 연마 종점 검출 장치(1200)에 대하여 설명한다. 도 11에 도시한 바와 같이 연마 종점 검출 장치(1200)는 와전류 센서(1210)와, 로터리 조인트 커넥터(1160, 1170)를 통하여 와전류 센서(1210)와 접속된 종점 검출부(1220)를 구비한다.
<와전류 센서>
우선 와전류 센서(1210)에 대하여 설명한다. 연마 테이블(1110)에는, 와전류 센서(1210)를 연마 테이블(1110)의 이면측으로부터 삽입할 수 있는 구멍이 형성되어 있다. 와전류 센서(1210)는 연마 테이블(1110)에 형성된 구멍에 삽입된다. 또한 연마 테이블(1110)은 접지되어 있다.
도 12는 연마 테이블(1110)과 와전류 센서(1210)와 연마 대상물(1102)의 관계를 도시하는 평면도이다. 도 12에 도시한 바와 같이 와전류 센서(1210)는 톱 링(1116)에 보유 지지된, 연마 중인 연마 대상물(1102)의 중심 Cw를 통과하는 위치에 설치되어 있다. 도면 부호 CT는 연마 테이블(1110)의 회전 중심이다. 예를 들어 와전류 센서(1210)는 연마 대상물(1102)의 하방을 통과하고 있는 사이, 통과 궤적(주사선) 상에서 연속적으로 연마 대상물(1102)의 두께를 검출할 수 있도록 되어 있다.
도 13은 와전류 센서(1210)의 개략 구성을 도시하는 도면이다. 도 13a는 와전류 센서(1210)의 구성을 도시하는 블록도이고, 도 13b는 와전류 센서(1210)의 등가 회로도이다.
도 13a에 도시한 바와 같이 와전류 센서(1210)는 검출 대상의 금속막 등의 연마 대상물(1102)의 근방에 배치되는 센서 코일(1260)을 구비한다. 센서 코일(1260)에는 교류 신호원(1262)이 접속된다. 여기서 검출 대상인 연마 대상물(1102)은, 예를 들어 반도체 웨이퍼 상에 형성된 Cu, Al, Au, W 등의 박막이다. 센서 코일(1260)은 검출 대상인 연마 대상물(1102)에 대하여, 예를 들어 0.5 내지 5.0㎜ 정도의 근방에 배치된다.
와전류 센서(1210)에는, 연마 대상물(1102)에 와전류가 발생하는 것에 기인하는 교류 신호원(1262)의 발진 주파수의 변화에 기초하여 도전막을 검출하는 주파수 타입이 있다. 또한 와전류 센서(1210)에는, 연마 대상물(1102)에 와전류가 발생하는 것에 기인하는 교류 신호원(1262)으로부터 본 임피던스의 변화에 기초하여 도전막을 검출하는 임피던스 타입이 있다. 즉, 주파수 타입에서는, 도 13b에 도시하는 등가 회로에 있어서, 와전류 I2가 변화함으로써 임피던스 Z가 변화하고, 그 결과, 교류 신호원(가변 주파수 발진기)(1262)의 발진 주파수가 변화한다. 와전류 센서(1210)는 검파 회로(1264)에서 이 발진 주파수의 변화를 검출하여, 도전막의 변화를 검출할 수 있다. 임피던스 타입에서는, 도 13b에 나타내는 등가 회로에 있어서, 와전류 I2가 변화함으로써 임피던스 Z가 변화하고, 그 결과, 교류 신호원(고정 주파수 발진기)(1262)으로부터 본 임피던스 Z가 변화한다. 와전류 센서(1210)는 검파 회로(1264)에서 이 임피던스 Z의 변화를 검출하여, 도전막의 변화를 검출할 수 있다.
임피던스 타입의 와전류 센서에서는, 신호 출력 X, Y, 위상, 합성 임피던스 Z가 취출된다. 주파수 F 또는 임피던스 X, Y 등으로부터 도전막의 측정 정보가 얻어진다. 와전류 센서(1210)는 도 11에 도시한 바와 같이 연마 테이블(1110)의 내부의 표면 부근의 위치에 내장할 수 있으며, 연마 대상물(1102)에 대하여 연마 패드(1108)를 개재하여 대향하도록 위치하고 있는 사이에는, 연마 대상물(1102)에 흐르는 와전류로부터 도전막의 변화를 검출할 수 있다.
이하에, 임피던스 타입의 와전류 센서에 대하여 구체적으로 설명한다. 교류 신호원(1262)은 1 내지 50㎒ 정도의 고정 주파수의 발진기이며, 예를 들어 수정 발진기가 사용된다. 그리고 교류 신호원(1262)에 의하여 공급되는 교류 전압에 의하여, 센서 코일(1260)에 전류 I1이 흐른다. 연마 대상물(1102)의 근방에 배치된 센서 코일(1260)에 전류가 흐름으로써, 센서 코일(1260)로부터 발생하는 자속이 연마 대상물(1102)과 쇄교한다. 그 결과, 센서 코일(1260)과 연마 대상물(1102) 사이에 상호 인덕턴스 M이 형성되고, 연마 대상물(1102) 중에 전류 I2가 흐른다. 여기서 R1은 센서 코일(1260)을 포함하는 1차측의 저항이며, L1은 마찬가지로 센서 코일(1260)을 포함하는 1차측의 자기 인덕턴스이다. 연마 대상물(1102)측에서는, R2는 와전류 손실에 상당하는 저항이며, L2는 연마 대상물(1102)의 자기 인덕턴스이다. 교류 신호원(1262)의 단자 a, b로부터 센서 코일(1260)측을 본 임피던스 Z는, 와전류 I2에 의하여 발생하는 자력선의 영향으로 변화한다.
도 14는 본 실시 형태의 와전류 센서에 있어서 사용되고 있는 센서 코일의 구성예를 도시하는 개략도이다. 도 14에 도시한 바와 같이 와전류 센서의 센서 코일(1260)은 보빈(1270)에 권회된 3개의 코일(1272, 1273, 1274)을 구비한다. 코일(1272)은 교류 신호원(1262)에 접속되는 여자 코일이다. 여자 코일(1272)은 교류 신호원(1262)으로부터 공급되는 교류 전류에 의하여 여자되어, 근방에 배치되는 연마 대상물(1102)에 전류를 형성한다. 보빈(1270)의 연마 대상물(1102)측에는 검출 코일(1273)이 배치되고, 연마 대상물(1102)에 형성되는 와전류에 기인하여 발생하는 자계를 검출한다. 여자 코일(1272)을 사이에 두고 검출 코일(1273)의 반대측에는 밸런스 코일(1274)이 배치되어 있다.
코일(1272, 1273, 1274)은 동일한 턴 수의 코일에 의하여 형성되고, 검출 코일(1273)과 밸런스 코일(1274)은 서로 역상으로 접속되어 있다. 연마 대상물(1102)이 검출 코일(1273)의 근방에 존재하면, 연마 대상물(1102) 중에 형성되는 와전류에 의하여 발생하는 자속이 검출 코일(1273)과 밸런스 코일(1274)에 쇄교한다. 이때, 검출 코일(1273) 쪽이 도전막에 가까운 위치에 배치되어 있으므로, 양쪽 코일(1273, 1274)에 발생하는 유기 전압의 균형이 깨지고, 이에 따라 도전막의 와전류에 의하여 형성되는 쇄교 자속을 검출할 수 있다.
도 15는 와전류 센서의 상세한 회로 구성을 도시하는 모식도이다. 교류 신호원(1262)은 수정 발진기 등의 고정 주파수의 발진기를 갖고 있으며, 예를 들어 1 내지 50㎒의 고정 주파수의 교류 전류를 센서 코일(1260)에 공급한다. 교류 신호원(1262)에서 형성된 교류 전류는, 대역 통과 필터(BPF)(1282)를 통하여 센서 코일(1260){여자 코일(1272)}에 공급된다. 한편, 센서 코일(1260){검출 코일(1273) 및 밸런스 코일(1274)}의 단자로부터 출력된 신호는, 브리지 회로(1284) 및 고주파 증폭기(RF Amp)(1286)를 거쳐, cos 동기 검파 회로(1292) 및 sin 동기 검파 회로(1293)를 포함하는 동기 검파부(1291)에 보내진다. 그리고 동기 검파부(1291)에 의하여 임피던스의 저항 성분과 유도 리액턴스 성분이 취출된다.
동기 검파부(1291)로부터 출력된 저항 성분과 유도 리액턴스 성분으로부터는, 저역 통과 필터(LPF·AF AMP)(1294, 1295)에 의하여 불필요한 고주파 성분(예를 들어 5KHz 이상의 고주파 성분)이 제거되고, 임피던스의 저항 성분으로서의 신호 X와 유도 리액턴스 성분으로서의 신호 Y가 각각 출력된다.
종점 검출부(1220)는 와전류 센서(1210)로부터 출력되는 신호 X, Y에 기초하여 막 두께의 변화를 감시한다.
도 16, 도 17은 종점 검출부(1220)에 의한 처리의 개략을 나타내는 도면이다. 도 16에 있어서, 횡축은 신호 X의 강도를 나타내고 있고, 종축은 신호 Y의 강도를 나타내고 있다. 원호(1310) 상의 단부점 T∞는 연마 대상물(1102)의 막 두께가 ∞인 상태를 나타내고, 단부점 T0은 연마 대상물(1102)의 막 두께가 0인 상태를 나타낸다. 연마 대상물(1102)의 막 두께가 감소함에 따라, 신호 X, Y의 값으로부터 위치 결정되는 원호(1310) 상의 점 Tn은 원호 형상의 궤적을 그리면서 단부점 T0을 향하여 나아간다. XY 좌표계의 원점 O으로부터 점 Tn까지의 거리 Z(=(X2+Y2)1/2)는 단부점 T∞의 근방을 제외하고, 막 두께가 감소함에 따라 작아진다.
막 두께 측정의 일 관점에서는, 종점 검출부(1220)는 연마 대상물(1102)의 막 두께에 따라 변화하는 거리 Z를 산출한다. 그리고 종점 검출부(1220)는 미리 경험이나 시험에 의하여 거리 Z와 연마 대상물(1102)의 막 두께의 관계를 파악해 두면, 거리 Z를 감시함으로써, 연마 중인 연마 대상물(1102)의 막 두께를 검출할 수 있다.
그러나 실제로는 연마 대상물(1102)의 연마를 실행하면, 연마 대상물(1102)이 연마되어 막 두께가 얇아짐과 함께, 연마 패드(1108)도 얇아진다. 연마 패드(1108)가 얇아짐에 따라 와전류 센서(1210)와 연마 대상물(1102)의 거리가 짧아지므로, 와전류 센서(1210)의 출력이 커진다. 그 결과, 연마 패드(1108)가 얇아짐에 따라, 도 17의 원호(1310), 원호(1320), 원호(1330)에 나타낸 바와 같이 원호가 커진다. 따라서 연마 패드(1108)의 두께가 변화하는 경우에는, 상술한 바와 같이 거리 Z에 기초하여 연마 대상물(1102)의 막 두께를 검출하는 것은 어렵다.
이에 비하여, 도 17에 나타낸 바와 같이 신호 X, 신호 Y에 의하여 정해지는 점과 단부점 T0을 연결하는 직선(1340)이 원호(1310), 원호(1320), 원호(1330)와 교차하는 교점 Ta, Tb, Tc는 연마 대상물(1102)이 같은 막 두께인 상태를 나타내고 있다. 이 점에 주목하여, 종점 검출부(1220)는 직선(1340)과, 단부점 T0으로부터 신호 Y의 축과 같은 방향으로 연장되는 직선이 이루는 각도 θ를 구한다. 종점 검출부(1220)는 미리 경험이나 시험에 의하여 각도 θ와 연마 대상물(1102)의 막 두께와의 관계를 파악해 두면, 각도 θ를 감시함으로써, 연마 중인 연마 대상물(1102)의 막 두께를 검출할 수 있다.
종점 검출부(1220)는 연마 장치(1100)에 관한 각종 제어를 행하는 연마 장치 제어부(1140)와 접속되어 있다. 종점 검출부(1220)는 산출한 각도 θ에 기초하여 연마 대상물(1102)의 연마 종점을 검출하면, 그 취지를 나타내는 신호를 연마 장치 제어부(1140)에 출력한다. 연마 장치 제어부(1140)는 종점 검출부(1220)로부터 연마 종점을 나타내는 신호를 수신하면, 연마 장치(1100)에 의한 연마를 종료시킨다.
<와전류 센서의 측정 정밀도의 향상>
다음으로, 본 실시 형태에 의한 와전류 센서의 측정 정밀도의 향상에 대하여 설명한다. 우선 와전류 센서(1210)가 정전 용량 센서로서도 반응하는 것에 의한 정밀도의 악화에 대하여 설명한다.
도 18은 종래의 와전류 센서에 있어서의 정전 용량에 대하여 설명하기 위한 도면이다. 도 18a는 종래의 구성에 있어서, 와전류 센서가 정전 용량 센서로서 반응하는 경우의 정전 용량을 모식적으로 도시한 도면이다. 도 18b는 도 18a의 구성에 있어서의 등가 회로이다. 도 18a, b에 도시한 바와 같이 와전류 센서(1210)와 그라운드(접지) 사이에는, 여자 코일(1272)과 검출 코일(1273) 사이의 정전 용량 C1, 검출 코일(1273)과 연마 대상물(1102) 사이의 정전 용량 C2, 연마 대상물(1102)과 연마 테이블(1110) 사이의 정전 용량 C3이 존재한다. 와전류 센서(1210)와 그라운드(접지) 사이의 합성 정전 용량 C는, 이하의 수학식 1 식에 의하여 표현된다.
Figure 112015014403169-pat00001
도 19는 종래의 와전류 센서에 있어서, 연마 패드의 두께 변화에 대한 합성 정전 용량의 변화를 나타내는 도면이다. 도 19에 있어서, 횡축은 연마 패드(1108)의 두께를 나타내고, 종축은 와전류 센서(1210)와 그라운드(접지) 사이의 합성 정전 용량 C를 나타내고 있다. 도 20은 종래의 와전류 센서에 의하여 측정된 신호 X, 신호 Y의 플롯 데이터이다. 도 20에 있어서, 횡축은 신호 X를 나타내고, 종축은 신호 Y를 나타내고 있다.
도 19에 나타낸 바와 같이 연마 패드(1108)의 두께가 연마 공정에 의하여 얇아지면, 합성 정전 용량 C는 크게 증가한다. 그 결과, 연마 패드(1108)의 두께에 대응하는 원호(1410) 내지 원호(1470)의 단부점 T0은, 도 20에 있어서 파선(1480)으로 둘러싼 바와 같이, 정렬되지 않는다. 따라서 각도 θ를 검출하기 위한 기준점이 연마 패드(1108)의 두께 변화에 따라 어긋나므로, 각도 θ를 고정밀도로 검출할 수 없으며, 그 결과, 연마 대상물(1102)의 막 두께의 측정 정밀도가 악화된다.
<측정 정밀도의 향상을 위한 구성>
이에 비하여 본 실시 형태에서는, 와전류 센서(1210)는 센서 코일(1260){여자 코일(1272), 검출 코일(1273) 및 밸런스 코일(1274)을 포함함}의 측정 대상물측에 배치된 도전체(1500)를 구비한다.
이 점에 대하여 설명한다. 도 21은 도전체(1500)를 배치하는 것에 의한 효과를 설명하기 위한 개념도이다. 우선 도 21a에 도시한 바와 같이 와전류 센서(1210)와 측정 대상물(1800){예를 들어 연마 대상물(102)} 사이에 도전체(1500)가 배치되어 있지 않은 경우에는, 와전류 센서(1210)와 그라운드(1810)(접지) 사이의 거리가 변화하면, 양자 간의 정전 용량이 변화한다. 그 결과, 와전류 센서(1210)와 그라운드(1810)(접지) 사이의 정전 용량 변화가 그대로 와전류 센서(1210)의 출력에 영향을 미쳐, 와전류 센서(1210)의 출력이 변화한다.
이에 비하여, 도 21b에 도시한 바와 같이 와전류 센서(1210)와 측정 대상물(1800) 사이에 도전체(1500)를 배치한다. 도전체(1500)는 측정 대상물(1800)보다 도전율이 낮지만 절연체는 아닌 재료로 형성된다. 또한 도전체(1500)는 도 21b에 도시한 바와 같이 접지됨으로써, 그라운드와의 사이에서 정전 용량이 큰 상태로 한다.
도전체(1500)를 배치함으로써, 와전류 센서(1210)와 도전체(1500) 사이에는 전계가 발생한다. 도전체(1500)의 하면에는 전하가 발생하지만, 도전체(1500)가 배치되어 있기 때문에, 도전체(1500)의 상면에는 전하가 발생하기 어려워진다. 이 때문에, 도전체(1500)와 측정 대상물(1800) 사이에는 전계가 발생하지 않아, 정전 용량 센서로서의 동작이 억제된다. 또한 와전류 센서(1210)와 측정 대상물(1800) 사이의 거리가 변동하였다고 하더라도 와전류 센서(1210)와 도전체(1500) 사이의 거리는 일정하여, 와전류 센서(1210)와 도전체(1500) 사이에 변동하지 않는 정전 용량이 발생하기 때문에, 도전체(1500)와 측정 대상물(1800) 사이에 발생하는 정전 용량 변동의 영향을 억제할 수 있다. 또한 와전류 센서(1210)는, 통상은 교류 전원을 사용하기 때문에, 도 21b와 같이 접지되는 대신, 도 21c에 도시한 바와 같이 콘덴서 성분을 통하여 접지됨으로써 도전체(1500)에 충분히 큰 정전 용량을 갖게 하는 것에 의해서도, 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
<도전체(1500)의 구체적 배치 형태>
다음으로, 도전체(1500)의 배치 형태를 구체적으로 설명한다. 도 22는 본 실시 형태의 와전류 센서(1210)의 구성의 일례를 도시하는 도면이다. 도 22에 도시한 바와 같이 본 실시 형태의 와전류 센서(1210)는 도전체(1500)를 구비한다. 도전체(1500)는 센서 코일(1260){여자 코일(1272), 검출 코일(1273) 및 밸런스 코일(1274)을 포함함}의 측정 대상물(연마 대상물(1102)}측에 배치된다.
구체적으로는, 도전체(1500)는 측정 대상물{연마 대상물(1102)}과 센서 코일(1260) 사이에 개재하는 절연체{연마 패드(1108)}와, 센서 코일(1260) 사이에 배치된다. 도전체(1500)는, 적어도 센서 코일(1260)에 대향하는 대향부(1510)를 구비하고 있으면 된다. 또한 대향부(1510)는 여자 코일(1272), 검출 코일(1273), 또는 밸런스 코일(1274)의 코일 축에 교차하는 면을 가짐으로써, 센서 코일(1260)과 대향한다.
도 23은 본 실시 형태의 와전류 센서(1210)의 구성의 다른 일례를 도시하는 도면이다. 도 23에 도시한 바와 같이 도전체(1500)는 센서 코일(1260)에 대향하는 대향부(1510)와, 대향부(1510)에 접속됨과 함께, 센서 코일(1260)의 적어도 일부의 주위를 덮는 외주부(1520)를 구비하고 있어도 된다. 이 예에서는, 외주부(1520)는 연마 테이블(1110)에 형성된 구멍의 내벽에 대향한다.
도 24는 본 실시 형태의 와전류 센서(1210)의 구성의 다른 일례를 도시하는 도면이다. 도 24에 도시한 바와 같이 도전체(1500)는 센서 코일(1260)에 대향하는 대향부(1510)와, 대향부(1510)에 접속됨과 함께, 센서 코일(1260)의 전체의 주위를 덮는 외주부(1530)를 구비하고 있으며, 센서 코일(1260)에 씌우는 캡 형상으로 형성되어 있어도 된다. 이 예에서는, 외주부(1520)는 연마 테이블(1110)에 형성된 구멍의 내벽에 대향한다.
도 25는 본 실시 형태의 와전류 센서(1210)의 구성의 다른 일례를 도시하는 도면이다. 도 25에 도시한 바와 같이 도전체(1500)는 도 24과 마찬가지로, 센서 코일(1260)에 대향하는 대향부(1510)와, 대향부(1510)에 접속됨과 함께, 센서 코일(1260)의 전체의 주위를 덮는 외주부(1530)를 구비하고 있으며, 센서 코일(1260)에 씌우는 캡 형상으로 형성되어 있다.
이 밖에, 와전류 센서(1210)는 에지각 대책으로서, 자기 실드 시트(1600)를 구비한다. 자기 실드 시트(1600)는 도전체(1500)와 마찬가지로, 센서 코일(1260)에 대향하는 대향부(1610)와, 대향부(1610)에 접속됨과 함께, 센서 코일(1260)의 전체의 주위를 덮는 외주부(1630)를 구비하고 있으며, 센서 코일(1260)에 씌우는 캡 형상으로 형성되어 있다. 자기 실드 시트(1600)는 도전체(1500)의 내부에서 센서 코일(1260)에 씌워져 있다. 대향부(1610)에는, 센서 코일(1260)에 대향하는 개구가 형성되어 있어, 자장이 통할 수 있도록 되어 있다.
도 22 내지 도 25에 있어서, 대향부(1510)는 센서 코일(1260)의 측정 대상물{연마 대상물(1102)}측에, 센서 코일(1260)과 소정의 거리를 이격하여 배치된다. 또한 대향부(1510)는 측정 대상물{연마 대상물(1102)}과도 소정의 거리를 이격하여 배치된다. 또한 대향부(1510)는 센서 코일(1260)과 대향부(1510) 사이의 거리가, 측정 대상물{연마 대상물(1102)}과 대향부(1510) 사이의 거리보다 짧아지도록 센서 코일(1260)과 측정 대상물{연마 대상물(1102)} 사이에 배치된다. 또한 센서 코일(1260)과 대향부(1510)의 거리는 고정된다. 즉, 연마 패드(1108)가 얇아지는 것 등에 의하여 와전류 센서(1210){센서 코일(1260)}와 연마 대상물(1102) 사이의 거리가 변동하였다고 하더라도, 와전류 센서(1210){센서 코일(1260)}와 대향부(1510) 사이의 거리는 일정하다.
도 22 내지 도 25에 있어서의 도전체(1500){대향부(1510)}는, 예를 들어 도전성 폴리프로필렌, 또는 실리콘 수지를 포함하여 형성할 수 있다. 또한 도 22 내지 도 25에 있어서의 도전체(1500){대향부(1510)}는, 예를 들어 카본을 혼련해 넣은 폴리프로필렌, 실리콘 등의 합성 수지, 금속을 얇게 증착한 합성 수지, 금속을 얇게 증착한 유리, 카본을 혼련해 넣은 고무(실리콘 등), 단결정 실리콘 기판(Si) 등으로 형성할 수 있다.
또한 도전체(1500){대향부(1510)}의 전기 저항률은, 작을수록 와전류(1210)의 정전 용량 센서로서의 반응을 제거할 수 있지만, 도전체(1500) 자체에 전류가 발생하여, 연마 대상물(1102)의 막 두께 측정의 감도가 저하된다. 한편, 도전체(1500){대향부(1510)}의 전기 저항률은, 지나치게 크면, 충분히 정전 용량 센서로서의 반응을 제거할 수 없다. 이러한 점들을 고려하여, 예를 들어 도 22 내지 도 25에 있어서의 도전체(1500){대향부(1510)}는, 1Ω·㎝ 내지 100Ω·㎝의 전기 저항률을 갖는 재료를 포함하여 형성할 수 있다. 또한 바람직하게는 도 22 내지 도 25에 있어서의 도전체(1500){대향부(1510)}는, 5Ω·㎝ 내지 50Ω·㎝의 전기 저항률을 갖는 재료를 포함하여 형성할 수 있다. 더욱 바람직하게는, 도 22 내지 도 25에 있어서의 도전체(1500){대향부(1510)}는, 7Ω·㎝ 내지 20Ω·㎝의 전기 저항률을 갖는 재료를 포함하여 형성할 수 있다.
한편, 도 23 내지 도 25에 있어서의 도전체(1500){외주부(1520, 1530)}는, 대향부(1510)와 마찬가지의 재료를 포함하여 형성되어 있어도 되고, 구리 테이프, SUS 등의 도전 재료에 의하여 형성되어 있어도 된다.
다음으로, 도전체(1500)를 배치하는 것에 의한 효과에 대하여 설명한다. 도 26은 본 실시 형태의 와전류 센서에 있어서의 정전 용량에 대하여 설명하기 위한 도면이다. 도 26a는 도 23의 구성에 있어서, 와전류 센서가 정전 용량 센서로서 반응하는 경우의 정전 용량을 모식적으로 도시한 도면이다. 도 26b는 도 26a의 구성에 있어서의 등가 회로이다. 도 26a, b에 도시한 바와 같이 와전류 센서(1210)와 그라운드(접지) 사이에는, 여자 코일(1272)과 검출 코일(1273) 사이의 정전 용량 C1, 검출 코일(1273)과 도전체(1500) 사이의 정전 용량 Cd1, 도전체(1500)와 연마 대상물(1102) 사이의 정전 용량 C2', 연마 대상물(1102)과 연마 테이블(1110) 사이의 정전 용량 C3 및 도전체(1500)와 연마 테이블(1110) 사이의 정전 용량 Cd2가 존재한다. 정전 용량 C2', 정전 용량 C3 및 정전 용량 Cd2의 합성 정전 용량 Cd는, 이하의 수학식 2에 의하여 표현된다. 또한 와전류 센서(1210)와 그라운드(접지) 사이의 전체 합성 정전 용량 C는, 이하의 수학식 3에 의하여 표현된다.
Figure 112015014403169-pat00002
Figure 112015014403169-pat00003
도 27은 본 실시 형태의 와전류 센서에 있어서, 연마 패드의 두께 변화에 대한 합성 정전 용량의 변화를 나타내는 도면이다. 도 27에 있어서, 횡축은 연마 패드(1108)의 두께를 나타내고, 종축은 와전류 센서(1210)와 그라운드(접지) 사이의 합성 정전 용량 C를 나타내고 있다. 도 28은 본 실시 형태의 와전류 센서에 의하여 측정된 신호 X, 신호 Y의 플롯 데이터이다. 도 28에 있어서, 횡축은 신호 X를 나타내고, 종축은 신호 Y를 나타내고 있다.
도 27에 나타낸 바와 같이 연마 패드(1108)의 두께가 연마 공정에 의하여 얇아졌다고 하더라도, 합성 정전 용량 C는 거의 변화하지 않는다. 예를 들어 도 19에 있어서, 연마 패드(1108)의 두께가 3.0㎜ 내지 0.5㎜까지 변화했을 경우에는, 합성 정전 용량 C는 32％ 변화하였다. 이에 비하여 도 27에 있어서, 마찬가지로 연마 패드(1108)의 두께가 3.0㎜ 내지 0.5㎜까지 변화했을 경우에는, 합성 정전 용량 C는 0.006％밖에 변화하지 않았다. 즉, 도전체(1500)를 배치함으로써, 연마 패드(1108)의 두께 변화에 기인하는 정전 용량 C2', C3의 변화가 합성 정전 용량 C에 미치는 영향이 적어졌다는(와전류 센서(1210)의 출력에 반영되기 어려워졌다는) 것이다. 바꾸어 말하면, 센서 코일(1260)과 대향부(1510)의 거리는 고정되어 있으므로, 연마 패드(1108)의 두께가 변화하여 와전류 센서(1210){센서 코일(1260)}와 연마 대상물(1102) 사이의 거리가 변동하였다고 하더라도, 와전류 센서(1210){센서 코일(1260)}와 대향부(1510) 사이의 거리는 일정하다. 따라서 와전류 센서(1210){센서 코일(1260)}와 연마 대상물(1102) 사이의 거리가 변동하였다고 하더라도, 센서 코일(1260)과 대향부(1510) 사이의 정전 용량이 변화하지 않았으므로, 연마 패드(1108)의 두께 변화에 기인하는 정전 용량 C2', C3의 변화가 합성 정전 용량 C에 미치는 영향이 적어진다.
그 결과, 연마 패드(1108)의 두께에 대응하는 원호(1535) ~ 원호(1570)의 단부점 T0은, 도 28에 있어서 파선(1580)으로 둘러싼 바와 같이, 정렬되어 있다. 따라서 각도 θ를 검출하기 위한 기준점이, 연마 패드(1108)의 두께의 변화가 변화했다고 하더라도 그다지 어긋나지 않으므로, 각도 θ를 고정밀도로 검출할 수 있다. 그 결과, 본 실시 형태에 의하면, 연마 대상물(1102)의 막 두께의 측정 정밀도를 향상시킬 수 있다.
또한 상기 설명에서는, 연마 테이블(1110)이 접지되어 있는 예를 나타냈지만, 이에 한정되지는 않으며, 도 21b에 도시한 바와 같이 도전체(1500)를 직접 접지해도 된다. 또한 상기 설명은 주로 연마 장치(1100)에 와전류 센서(1210)를 적용하는 예를 나타냈지만, 이에 한정되지는 않는다. 도 21을 사용하여 설명한 바와 같이 와전류 센서(1210)와 측정 대상물(1800) 사이에 도전체(1500)를 배치함으로써, 정전 용량의 변화가 합성 정전 용량에 미치는 영향이 적어지므로(와전류 센서(1210)의 출력에 반영되기 어려워지므로), 와전류 센서(1210)의 측정 정밀도를 향상시킬 수 있다.
100: 연마 장치
102: 연마 대상물
108: 연마 패드
110: 연마 테이블
140: 연마 장치 제어부
200: 연마 종점 검출 장치
210: 와전류 센서
220: 종점 검출 장치 본체
230: 막 두께 보정기
232: 취득부
234: 산출부
236: 보정부
240: 종점 검출부
260: 센서 코일
A: 연마 대상물 내 영역
B: 연마 대상물 외 영역
1100: 연마 장치
1102: 연마 대상물
1108: 연마 패드
1110: 연마 테이블
1210: 와전류 센서
1220: 종점 검출부
1260: 센서 코일
1272: 여자 코일
1273: 검출 코일
1274: 밸런스 코일
1500: 도전체
1510: 대향부
1520: 외주부
1520, 1530: 외주부
1600: 자기 실드 시트
1610: 대향부
1630: 외주부
1800: 측정 대상물
1810: 그라운드

Claims (17)

  1. 연마 대상물을 연마하는 연마 공정이 행해지고 있는 중에, 연마 대상물의 막 두께를 측정하기 위한 센서로부터 출력된 신호를 보정하는 방법이며,
    상기 연마 공정은, 상기 센서와 상기 연마 대상물이 대향하지 않는 제1 상태와, 상기 센서와 상기 연마 대상물이 대향하는 제2 상태를 포함하고,
    상기 제1 상태에 있어서 상기 센서로부터 출력되는 제1 측정 신호를 취득하며,
    상기 취득한 제1 측정 신호와, 상기 제1 측정 신호에 대하여 미리 설정된 기준 신호에 기초하여 보정값을 산출하고,
    상기 제2 상태에 있어서 상기 센서로부터 출력되는 제2 측정 신호를 취득하며,
    상기 연마 공정이 행해지고 있는 중에, 상기 취득한 제2 측정 신호를 상기 산출한 보정값에 기초하여 보정하고,
    상기 기준 신호는, 상기 연마 공정이 행해지지 않고 있을 때 상기 센서와 상기 연마 대상물이 대향하지 않는 상태에 있어서 상기 센서로부터 출력되는 신호인
    것을 특징으로 하는, 막 두께 측정값의 보정 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 연마 공정은, 연마 대상물을 연마하기 위한 연마 패드가 부착된 연마 테이블을 회전시키면서 상기 연마 대상물을 상기 연마 패드에 가압함으로써 상기 연마 대상물을 연마하고,
    상기 센서는 상기 연마 테이블에 설치되며,
    상기 제1 상태와 상기 제2 상태는 상기 연마 테이블의 회전에 따라 교대로 출현하고,
    상기 제2 측정 신호를 보정하는 공정은, 상기 제2 상태에 있어서 취득한 제2 측정 신호를, 상기 제2 상태 직전에 출현한 제1 상태에 있어서 취득한 제1 측정 신호와 상기 기준 신호에 기초하여 산출된 보정값에 기초하여 보정하는
    것을 특징으로 하는, 막 두께 측정값의 보정 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 기준 신호는, 상기 센서의 교정이 행해지고 있을 때 상기 센서와 상기 연마 대상물이 대향하지 않는 상태에 있어서 상기 센서로부터 출력되는 신호인
    것을 특징으로 하는, 막 두께 측정값의 보정 방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 기준 신호는, 상기 연마 공정이 행해지지 않고 있을 때의 분위기 온도에서 상기 센서와 상기 연마 대상물이 대향하지 않는 상태에 있어서 상기 센서로부터 출력되는 신호인
    것을 특징으로 하는, 막 두께 측정값의 보정 방법.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 센서는 와전류 센서인
    것을 특징으로 하는, 막 두께 측정값의 보정 방법.
  6. 연마 대상물을 연마하는 연마 공정이 행해지고 있을 때 연마 대상물의 막 두께를 측정하기 위한 센서로부터 출력된 신호를 보정하는 막 두께 보정기이며,
    상기 연마 공정은, 상기 센서와 상기 연마 대상물이 대향하지 않는 제1 상태와, 상기 센서와 상기 연마 대상물이 대향하는 제2 상태를 포함하고,
    상기 제1 상태에 있어서 상기 센서로부터 출력되는 제1 측정 신호, 및 상기 제2 상태에 있어서 상기 센서로부터 출력되는 제2 측정 신호를 취득하는 취득부와,
    상기 취득부에 의하여 취득된 제1 측정 신호와, 상기 제1 측정 신호에 대하여 미리 설정된 기준 신호에 기초하여 보정값을 산출하는 산출부와,
    상기 연마 공정이 행해지고 있는 중에, 상기 취득부에 의하여 취득된 제2 측정 신호를, 상기 산출부에 의하여 산출된 보정값에 기초하여 보정하는 보정부를 구비하고,
    상기 기준 신호는, 상기 연마 공정이 행해지지 않고 있을 때 상기 센서와 상기 연마 대상물이 대향하지 않는 상태에 있어서 상기 센서로부터 출력되는 신호인
    것을 특징으로 하는, 막 두께 보정기.
  7. 측정 대상물까지의 거리 또는 상기 측정 대상물의 막 두께를 측정하기 위한 와전류 센서이며,
    상기 측정 대상물에 와전류를 발생시킴과 함께, 상기 와전류의 발생에 기인하는 유도 자장을 검출하는 센서 코일과,
    상기 센서 코일의 상기 측정 대상물측에 배치된 도전체를 구비하고,
    상기 와전류 센서는, 상기 측정 대상물인 연마 대상물을 연마하기 위한 연마 패드가 부착되는 연마 테이블에 형성된 구멍에 설치되고, 상기 연마 대상물까지의 거리 또는 상기 연마 대상물의 막 두께를 측정하기 위한 연마 장치용 와전류 센서이며,
    상기 센서 코일은 상기 연마 대상물에 와전류를 발생시킴과 함께, 상기 와전류의 발생에 기인하는 유도 자장을 검출하고,
    상기 도전체는, 상기 센서 코일의 상기 연마 대상물측에 배치되고,
    상기 도전체는, 상기 센서 코일과는 별개로 독립하여 설치되는
    것을 특징으로 하는, 와전류 센서.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 도전체는, 상기 센서 코일에 대향하는 대향부를 구비하는
    것을 특징으로 하는, 와전류 센서.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 도전체는, 상기 대향부에 접속됨과 함께, 상기 센서 코일의 적어도 일부의 주위를 덮는 외주부를 더 구비하는
    것을 특징으로 하는, 와전류 센서.
  10. 제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 도전체는 상기 센서 코일에 씌우는 캡 형상으로 형성되는
    것을 특징으로 하는, 와전류 센서.
  11. 제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 도전체는, 카본을 혼련해 넣은 폴리프로필렌, 실리콘 수지, 금속을 증착한 합성 수지, 금속을 증착한 유리, 카본을 혼련해 넣은 고무, 또는 단결정 실리콘 기판을 포함하여 형성되는
    것을 특징으로 하는, 와전류 센서
  12. 제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 도전체는, 1Ω·㎝ 내지 100Ω·㎝의 전기 저항률을 갖는 재료를 포함하여 형성되는
    것을 특징으로 하는, 와전류 센서.
  13. 제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 센서 코일과 상기 도전체 사이에 배치되고, 상기 센서 코일에 대향하는 개구가 형성된 자기 실드 시트를 더 구비하는
    것을 특징으로 하는, 와전류 센서.
  14. 제7항에 있어서,
    상기 도전체는 상기 센서 코일과 상기 연마 패드 사이에 배치되는
    것을 특징으로 하는, 와전류 센서.
  15. 제7항에 있어서,
    상기 도전체는, 상기 센서 코일과 대향하는 대향부와, 상기 대향부에 접속됨과 함께, 상기 연마 테이블에 형성된 구멍의 내벽에 대향하는 외주부를 구비하는
    것을 특징으로 하는, 와전류 센서.
  16. 삭제
  17. 삭제
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