KR20140111965A

KR20140111965A - 연마 장치 및 연마 방법

Info

Publication number: KR20140111965A
Application number: KR1020140026985A
Authority: KR
Inventors: 히사노리 마츠오; 요시히로 모치즈키; 치카코 다카토오; 다다시 오보
Original assignee: 가부시키가이샤 에바라 세이사꾸쇼
Priority date: 2013-03-12
Filing date: 2014-03-07
Publication date: 2014-09-22
Anticipated expiration: 2034-03-07
Also published as: US9242339B2; TWI608896B; US20140273753A1; KR102131089B1; TW201440951A; JP6139188B2; JP2014172155A

Abstract

연마 패드 상에 설치한 연마액 저류 기구에 의해, 연마에 제공한 후에 충분한 연마 능력을 유지하고 있는 연마액을 배출하지 않고 저류함으로써 공급된 연마액의 연마 능력을 충분히 활용하고, 또한 연마액의 연마 능력을 측정하여 연마 능력이 저하된 연마액을 빠르게 배출함으로써, 최소의 연마액 공급량으로 최대의 연마 능력이 얻어지는 연마 장치 및 연마 방법을 제공한다. 연마 패드(2) 상에서 연마액을 차단하여 연마액을 저류하는 연마액 저류 기구(10)와, 연마액 저류 기구(10)에 저류된 연마액의 선도에 관계되는 물리량을 측정하는 연마액 센서 S와, 연마액 센서 S에 의해 측정된 물리량으로부터 저류되어 있는 연마액의 선도를 산출하는 선도 측정기(5)와, 선도 측정기(5)에 의해 구한 연마액의 선도에 기초하여 연마액의 공급 상태의 제어 및/또는 연마액의 저류 상태의 제어를 행하는 선도 제어기(6)를 구비하였다.

Description

연마 장치 및 연마 방법{POLISHING APPARATUS AND POLISHING METHOD}

본 발명은, 반도체 웨이퍼 등의 기판을 연마 테이블 상의 연마 패드에 압박하여 기판 상에 형성된 금속막이나 절연막 등의 박막을 연마하는 연마 장치 및 연마 방법에 관한 것이다.

최근, 반도체 디바이스의 고집적화ㆍ고밀도화에 수반하여, 회로의 배선이 점점 미세화되고, 다층 배선의 층수도 증가하고 있다. 회로의 미세화를 도모하면서 다층 배선을 실현하고자 하면, 하측의 층의 표면 요철을 답습하면서 단차가 보다 커지므로, 배선층수가 증가함에 따라서, 박막 형성에 있어서의 단차 형상에 대한 막 피복성(스텝 커버리지)이 나빠진다. 따라서, 다층 배선하기 위해서는, 이 스텝 커버리지를 개선하고, 그에 합당한 과정에서 평탄화 처리해야 한다. 또한 광 리소그래피의 미세화와 함께 초점 심도가 얕아지기 때문에, 반도체 디바이스의 표면의 요철 단차가 초점 심도 이하에 수용되도록 반도체 디바이스 표면을 평탄화 처리할 필요가 있다.

따라서, 반도체 디바이스의 제조 공정에 있어서는, 반도체 디바이스 표면의 평탄화 기술이 점점 중요해지고 있다. 이 평탄화 기술 중, 가장 중요한 기술은 화학적 기계 연마[CMP(Chemical Mechanical Polishing)]이다. 이 화학적 기계적 연마는, 연마 장치를 사용하여 실리카(Sio₂)나 세리아(CeO₂) 등의 지립을 포함한 연마액을 연마 패드에 공급하면서 반도체 웨이퍼 등의 기판을 연마면에 미끄럼 접촉시켜 연마를 행하는 것이다.

CMP 프로세스를 행하는 연마 장치는, 연마 패드를 갖는 연마 테이블과, 반도체 웨이퍼 등의 기판을 유지하기 위한 연마 헤드를 구비하고 있다. 이와 같은 연마 장치를 사용하여 기판의 연마를 행하는 경우에는, 연마 헤드에 의해 기판을 유지하여 기판을 연마 패드에 대하여 소정의 압력으로 압박한다. 이때, 연마 패드 상에 연마액을 공급하면서 연마 테이블과 연마 헤드를 상대 운동시킴으로써 기판을 연마 패드에 미끄럼 접촉시켜, 기판의 피연마면을 평탄하게 또한 경면으로 연마한다.

연마 프로세스에 있어서, 연마액의 성분 농도 등은 연마 성능에 영향을 미치기 때문에, 특허 문헌 1에는 연마 장치로부터 배출된 연마액을 회수 용기에 회수하고, 회수한 연마액의 제타 전위를 측정하고, 측정값이 소정값보다도 작을 때에는 제타 전위 조정제를 첨가하여 응집 상태에 있는 연마 지립을 분산 상태로 하고, 제타 전위가 소정값 이상인 연마액을 연마 장치에 순환시키는 연마 방법이 기재되어 있다.

또한, 특허 문헌 2에는 평탄화 프로세스의 다양한 스텝을 제어하기 위한 조정 프로세스 중에 있어서 연마 패드 상으로부터 배출된 폐액(데브리스, 연마 슬러리, 화학적 또는 그 밖의 부생성물을 포함함)을 분석 유닛에 회수하고, 회수한 폐액 중의 소정의 원소 농도 등의 요소를 분석하여 폐액의 특성을 평가하고, 평가된 폐액 특성에 기초하여 평탄화 프로세스를 제어하도록 한 CMP 장치가 기재되어 있다.

일본 특허 공개 제2011-167769호 공보 일본 특허 공표 제2007-520083호 공보

CMP 프로세스를 행하는 연마 장치에 있어서는, CMP 프로세스 중, 연마액은 연마 패드 상에 항상 공급되고, 연마 패드로부터 항상 폐액으로서 배출되고 있지만, 연마 패드 상에 공급된 연마액 중에는 거의 연마에 기여하지 않아 연마 능력이 남은 채로 배출되어 버리는 연마액도 다량 있다. 따라서, 공급한 연마액의 연마 능력을 최대한으로 활용하고 있는 것은 아니고, 대체로 충분한 연마 능력을 유지하고 있는 연마액을 배출해 버리고 있다는 문제가 있다.

또한, 특허 문헌 1 및 2에 기재되어 있는 바와 같이, 종래에 있어서는, 연마 장치로부터 배출된 연마액(또는 폐액)을 회수하고, 회수한 연마액(또는 폐액) 중의 성분 농도 등을 측정ㆍ분석하는 것이 행해지고 있었다. 이 경우, 회수한 연마액(또는 폐액) 중에는, 데브리스(연마 부스러기), 연마 슬러리, 화학적 또는 그 밖의 부생성물 등이 포함되어 있다. 따라서, 연마 장치로부터 배출된 연마액을 회수하고, 회수한 연마액(또는 폐액)을 측정ㆍ분석함으로써는, 실제의 연마 시에 또는 연마 직후에 연마액이 갖고 있는 연마 능력을 측정한 것으로는 되지 않는다는 문제가 있다.

본 발명은, 상술한 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 연마 패드 상에 설치한 연마액 저류 기구에 의해, 연마에 제공한 후에 충분한 연마 능력을 유지하고 있는 연마액을 배출하지 않고 저류함으로써 공급된 연마액의 연마 능력을 충분히 활용하고, 또한 연마액의 연마 능력을 측정하여 연마 능력이 저하된 연마액을 빠르게 배출함으로써, 최소의 연마액 공급량으로 최대의 연마 능력이 얻어지는 연마 장치 및 연마 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상술한 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 연마 장치는, 연마 헤드에 의해 연마 대상의 기판을 유지하고 기판을 연마 테이블 상의 연마 패드에 압박하여 기판의 피연마면을 연마하는 연마 장치에 있어서, 연마 패드 상에 연마액을 공급하는 연마액 공급 노즐과, 연마 패드 상에 배치되며, 연마 패드 상에서 연마액을 차단하여 연마액을 저류하는 연마액 저류 기구와, 상기 연마액 저류 기구에 저류된 연마액의 선도에 관계되는 물리량을 측정하는 연마액 센서와, 상기 연마액 센서에 의해 측정된 물리량으로부터 저류되어 있는 연마액의 선도를 산출하는 선도 측정기와, 상기 선도 측정기에 의해 구한 연마액의 선도에 기초하여 연마액의 공급 상태의 제어 및/또는 연마액의 저류 상태의 제어를 행하는 선도 제어기를 구비한 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 연마 패드 상에서 연마액을 차단하여 연마액을 저류하는 연마액 저류 기구를 설치하였기 때문에, 연마에 제공한 후에 충분한 연마 능력을 유지하고 있는 연마액을 배출하지 않고 저류하는 것이 가능하게 되어, 공급된 연마액의 연마 능력을 충분히 활용할 수 있다.

본 발명에 의하면, 연마액 저류 기구에 저류된 연마액의 선도에 관계되는 물리량을 연마액 센서에 의해 측정하고, 선도 측정기에 의해 연마액 센서에 의해 측정된 물리량으로부터 저류되어 있는 연마액의 선도를 산출한다. 연마 성능에 영향을 주는 연마액의 물리량에 대해서는 다양한 것이 있지만, pH, 산화 환원 전위, 분광법(흡광법, 발광법), 광의 굴절률, 광 산란(미러 산란, 동적 산란), 제타 전위, 전기 전도도, 온도, 액중 성분 농도는 모두 연마 성능(연마 능력)에 관계가 있고, 이들 물리량의 변화를 감시함으로써 연마액의 연마 능력의 높음(연마 능력의 유지 정도), 즉 연마액의 「선도」를 구할 수 있다.

본 발명에 의하면, 산출한 연마액의 선도에 기초하여, 선도 제어기는 연마액의 공급 상태의 제어 및/또는 연마액의 저류 상태의 제어를 행한다. 이 제어는 이하와 같이 행한다.

미리 연마 성능(연마 속도, 평탄성, 결함수 등)과 연마액의 이들 물리량 즉 선도와의 관계를 조사해 두고, 또한 미리 허용 가능한 선도의 임계값을 설정해 둔다. 설정해 둔 임계값을 하회한 것을 검출하면, 선도 제어기로부터의 명령에 의해, 연마액 공급 노즐에 의한 연마액의 공급 상태의 제어, 연마액 저류 기구에 의한 연마액 저류량의 제어, 혹은 그 양쪽을 실시함으로써, 연마액의 선도를 일정한 범위로 제어할 수 있다.

본 발명의 바람직한 형태에 의하면, 상기 연마액 저류 기구는 상기 연마 테이블의 회전 방향에 있어서 상기 연마 헤드의 하류측에 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 연마액 저류 기구는 연마 테이블의 회전 방향에 있어서 연마 헤드의 하류측에 설치되어 있기 때문에, 연마에 제공한 후에 충분한 연마 능력을 유지하고 있는 연마액을 배출하지 않고 저류하는 것이 가능하게 된다.

본 발명의 바람직한 형태에 의하면, 상기 연마액 저류 기구는, 상기 선도 제어기로부터의 명령에 기초하여, 연마액 저류량을 조정 가능한 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 형태에 의하면, 상기 연마액 저류량은 상기 연마액 저류 기구의 적어도 일부를 상하 이동시킴으로써 조정 가능한 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 연마액 저류 기구의 적어도 일부를 상하 이동시킴으로써, 연마액 저류 기구에 있어서의 연마액 저류량을 제어(조정)할 수 있다.

본 발명의 바람직한 형태에 의하면, 상기 연마액 저류량은, 상기 연마액 저류 기구에 형성된 개구의 크기를 변화시킴으로써 조정 가능한 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 연마액 저류 기구에 형성된 개구의 크기를 변화시킴으로써, 연마액 저류 기구에 있어서의 연마액 저류량을 제어(조정)할 수 있다.

본 발명의 바람직한 형태에 의하면, 상기 연마액 저류량은, 상기 연마액 저류 기구에 저류된 연마액의 일부를 흡입하여 배출함으로써 조정 가능한 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 연마액 저류 기구에 저류된 연마액의 일부를 펌프 등에 의해 흡입하여 배출함으로써, 연마액 저류 기구에 있어서의 연마액 저류량을 제어(조정)할 수 있다.

본 발명의 바람직한 형태에 의하면, 상기 연마액 저류량은, 상기 연마액 저류 기구에 있어서의 연마액을 차단하는 부분을 확대 또는 축소함으로써 조정 가능한 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 연마액 저류 기구에 있어서의 연마액을 차단하는 부분을 확대 또는 축소함으로써, 연마액 저류 기구에 있어서의 연마액 저류량을 제어(조정)할 수 있다.

본 발명의 바람직한 형태에 의하면, 상기 연마액 공급 노즐은, 상기 선도 제어기로부터의 명령에 기초하여, 연마액의 공급 상태를 조정 가능한 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 형태에 의하면, 상기 연마액 공급 노즐의 연마액 공급 상태의 조정은, 연마액의 공급 유량의 조정인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 연마액 공급 노즐에 연마액을 송출하는 펌프의 회전 속도를 제어함으로써, 연마액 공급 노즐로부터 연마 패드 상에 공급하는 연마액의 유량을 제어(조정)할 수 있다. 또한, 펌프 대신에, 레귤레이터를 설치함으로써, 연마액의 공급 유량을 제어(조정)해도 된다.

본 발명의 바람직한 형태에 의하면, 상기 연마액 공급 노즐의 연마액 공급 상태의 조정은 연마액의 공급 위치의 조정인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 연마액 공급 노즐을 요동시켜, 연마 패드 상에의 연마액의 공급 위치를 제어(조정)할 수 있다. 이 경우, 연마액 공급 노즐의 토출구를 연마 패드 상의 최적 위치에 위치시키면, 연마액 공급 노즐의 요동을 정지하여 연마액 공급 노즐의 위치를 고정한다. 또한, 연마액 공급 노즐의 내부에 복수의 통로를 설치하고, 각 통로에 밸브를 설치하고, 각 통로에 설치한 밸브를 적절히 개폐함으로써, 연마액의 공급 위치를 복수 개소로부터 선택할 수 있다. 이 경우, 통상, 1개의 밸브만을 개방하고, 나머지 밸브를 폐쇄함으로써 복수 개소로부터 최적의 1개의 공급 위치를 선택하지만, 복수의 밸브를 동시에 개방하여, 복수 개소로부터 동시에 연마액을 공급할 수도 있다.

본 발명의 바람직한 형태에 의하면, 상기 연마액 공급 노즐의 연마액 공급 상태의 조정은 연마액의 온도의 조정인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 연마액 공급 노즐에 연마액을 공급하는 연마액 공급 튜브에 온도 센서와 열 교환기를 설치하고, 연마액 공급 튜브를 흐르는 연마액의 온도를 온도 센서에 의해 검출하고, 검출값에 기초하여 열 교환기를 제어함으로써, 연마액의 온도를 제어(조정)할 수 있다.

본 발명의 바람직한 형태에 의하면, 상기 연마액 센서는 pH, 산화 환원 전위, 분광법, 광의 굴절률, 광산란, ζ 전위, 전기 전도도, 온도, 액중 성분 농도 중 적어도 하나의 물리량을 측정하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 형태에 의하면, 측정한 2개 이상의 물리량을 사용하여 연마액의 선도를 산출하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서의 연마 성능에는, 연마액의 액성의 지표와 지립 상태의 지표의 곱 혹은 비 등의 함수가 기여한다. 지립의 응집 상태의 지표로서는 2차 입자 직경이 있고, 이것은 레이저 회절ㆍ산란법, 동적 광산란법, 세공 전기 저항법에 의해 측정할 수 있다. 또한, 지립의 응집 용이성을 나타내는 지표로서는 제타 전위가 있고, 전기 영동 광산란법에 의해 측정할 수 있다. 입자 직경의 분포의 변화나 응집도의 변화를 파악함으로써, 연마액의 선도 저하를 감시하는 것이 가능하다.

이 외에 2개 이상의 값의 변화를 감시하고, 이들 비율이 어떻게 변화하는지를 감시함으로써 연마 능력을 감시할 수 있다. 예를 들면 ICP-MS(유도 결합 플라스마 질량 분석법) 등에 의해 총 금속 농도 변화를 감시하면서, 흡광도에 의해 금속 착체 농도 변화를 감시하면, 이들 비율이 어떻게 변화하는지를 감시함으로써 착화제의 소비 정도를 알 수 있다. 즉, 착화제가 충분히 존재하는 경우에는, 금속 농도의 증가에 수반하여 금속 착체 농도도 증가하여, 결과적으로 총 금속 농도와 금속 착체 농도의 비는 어떤 일정한 범위 내에 있지만, 착화제가 부족하면 금속 착체 농도가 한계점에 이르러 증가하지 않게 되기 때문에, 양자의 비율이 변화된다. 이것을 검출함으로써 연마액의 연마 능력의 저하를 검지하는 것이 가능하게 된다.

본 발명의 바람직한 형태에 의하면, 상기 연마액 센서는, 상기 연마액 저류 기구에 저류된 연마액에 직접 접촉 또는 침지되거나 또는 상기 연마액 저류 기구에 저류된 연마액을 흡입하여 이송한 개소에 배치되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 연마액 센서는 연마액 저류 기구에 저류된 연마액에 직접 접촉 또는 침지되도록 배치된다. 예를 들면, 연마액 센서는 일체형 센서를 포함하고, 연마액 센서의 검출 단부는 연마액에 침지된다. 또한, 연마액 센서는 서로 대향하여 배치된 발광부와 수광부를 구비한 분리형 센서를 포함하고, 발광부 및 수광부는 모두 연마액에 침지된다.

또한, 본 발명에 의하면, 연마액 저류 기구에 저류된 연마액을 흡입하여 이송한 개소에 연마액 센서를 배치한다. 즉, 연마액 저류 기구에 저류된 연마액을 흡입하여 이송하기 위해서, 펌프와 배관이 설치되고, 배관에 연마액 센서가 설치된다. 이 경우, 예를 들면 일체형 연마액 센서의 검출 단부는 배관 내를 흐르는 연마액에 직접 접촉하도록 배치된다. 또한, 발광부와 수광부를 포함하는 분리형 연마액 센서는 배관 내를 흐르는 연마액에 침지된다. 또한, 발광부와 수광부를 포함하는 분리형 연마액 센서는 배관의 U자 형상의 절곡부의 외측에 대향하여 배치해도 된다. 이 경우, 배관은 투광성의 재질의 튜브로 구성된다.

본 발명의 바람직한 형태에 의하면, 상기 연마액 센서는 연마 패드의 대략 반경 방향의 복수 개소에 있어서 측정 가능한 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 연마액 저류 기구에 저류된 연마액에 대하여, 연마 패드의 대략 반경 방향의 복수 개소에 있어서 측정 가능하기 때문에, 연마액 저류 기구의 복수의 위치에 있어서 동시에 연마액의 선도에 관계되는 물리량을 측정할 수 있다.

본 발명의 바람직한 형태에 의하면, 상기 연마액 공급 노즐에 연마액을 공급하는 연마액 공급부는 연마 패드 상에 공급하기 전의 연마액의 선도를 구하는 사용 전 연마액 선도 측정 기구를 구비한 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 연마액 공급 노즐에 연마액을 공급하는 연마액 공급부에, 연마 패드 상에 공급하기 전의 연마액의 선도에 관계되는 물리량을 측정하는 연마액 센서가 설치되고, 연마액 센서는 연마액 센서에 의해 측정된 물리량으로부터 연마액의 선도를 산출하는 선도 측정기에 접속되어 있다. 연마액 센서와 선도 측정기는 사용 전 연마액 선도 측정 기구를 구성하고 있어, 사용 전 연마액 선도 측정 기구에 의해 연마 패드 상에 공급하기 전의 연마액의 선도를 구할 수 있다.

본 발명의 바람직한 형태에 의하면, 상기 사용 전 연마액 선도 측정 기구에 의해 구한 사용 전의 연마액의 선도와, 상기 선도 측정기에 의해 구한 연마에 사용 중인 연마액의 선도를 비교하여, 사용 중인 연마액의 선도의 측정값을 보정하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 사용 전 연마액 선도 측정 기구에 의해 구한 사용 전의 연마액의 선도와, 연마에 사용 중인 연마액의 선도를 비교하여, 사용 중인 연마액의 선도의 측정값을 보정함으로써, 연마액 저류 기구에 저류되어 연마에 사용 중인 연마액의 선도의 측정값을 오차가 없는 올바른 측정값으로 교정할 수 있다.

본 발명의 바람직한 형태에 의하면, 상기 선도 측정기에 의해 선도가 높다고 판정된 연마액은, 연마 테이블로부터 배출 후에 상기 연마액 공급 노즐에 공급하여 재이용하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은, 연마액 저류 기구에 저류된 연마액을 흡입하여 이송한 개소에 연마액 센서를 배치한 구성의 경우에 적합하고, 연마액을 흡입하여 이송한 개소에 배치된 연마액 센서에 의해 연마액의 선도에 관계되는 물리량을 측정하고, 선도 측정기에 의해 선도를 산출하고, 선도 제어기에 의해 미리 설정된 선도의 임계값보다 높아 선도가 높다고 판정된 연마액은 연마액 공급 노즐에 공급하여 재이용한다.

본 발명의 연마 방법은, 연마 헤드에 의해 연마 대상의 기판을 유지하고 기판을 연마 테이블 상의 연마 패드에 압박하여 기판의 피연마면을 연마하는 연마 방법에 있어서, 연마액 공급 노즐로부터 연마 패드 상에 연마액을 공급하고, 연마액을 기판과 연마 패드 사이에 개재시키면서 기판을 연마 패드에 미끄럼 접촉시켜 기판을 연마하고, 연마 패드 상에서 연마액을 차단하여 연마액을 저류하고, 저류된 연마액의 선도에 관계되는 물리량을 측정하고, 측정된 물리량으로부터 저류되어 있는 연마액의 선도를 산출하고, 산출된 연마액의 선도에 기초하여 연마액의 공급 상태의 제어 및/또는 연마액의 저류 상태의 제어를 행하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 형태에 의하면, 산출된 연마액의 선도가 미리 정한 임계값을 하회했을 때에, 저류되어 있는 연마액 저류량을 감소 및/또는 연마액 공급 노즐로부터의 연마액 공급량을 증가시키는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 연마액의 선도를 일정한 범위로 제어할 수 있어, 최소의 연마액 공급량으로 최대의 연마 능력을 얻을 수 있다.

본 발명의 바람직한 형태에 의하면, 상기 연마 패드의 반경 방향의 복수 개소에 있어서 연마액의 선도를 구하고, 구한 선도가 미리 정한 임계값을 하회한 개소만 연마액의 선도를 갱신하는 동작을 행하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 연마 패드의 반경 방향의 복수 개소에 있어서 연마액의 선도를 구하고, 구한 선도가 미리 정한 임계값을 하회한 개소만 연마액의 선도를 갱신하는 동작을 행한다. 즉, 구한 선도가 미리 정한 임계값을 하회한 개소만 연마액 저류 기구에 저류되어 있는 연마액 저류량을 감소 및/또는 연마액 공급 노즐로부터의 연마액 공급량을 증가시킴으로써, 연마액의 선도를 갱신한다. 이에 의해, 연마액의 선도의 조정은 연마액 저류 기구에 있어서의 복수의 영역에서 개별로 행할 수 있기 때문에, 토탈의 연마액 공급량을 저감시킬 수 있다. 즉, 최소의 연마액 공급량으로 최대의 연마 능력을 얻을 수 있다.

본 발명은 이하에 열거하는 효과를 발휘한다.

(1) 연마 패드 상에서 연마액을 차단하여 연마액을 저류하는 연마액 저류 기구를 설치하였기 때문에, 연마에 제공한 후에 충분한 연마 능력을 유지하고 있는 연마액을 배출하지 않고 저류하는 것이 가능하게 되어, 공급된 연마액의 연마 능력을 충분히 활용할 수 있다.

(2) 연마액 저류 기구에 저류되어 있는 연마액의 연마 능력의 높음(연마 능력의 유지 정도), 즉 연마액의 선도를 산출함으로써, 연마액의 선도를 관리할 수 있다.

(3) 연마액 저류 기구에 저류되어 있는 연마액의 선도를 산출하고, 산출한 연마액의 선도에 기초하여, 연마액 공급 노즐에 의한 연마액의 공급 상태의 제어, 연마액 저류 기구에 의한 연마액 저류량의 제어, 혹은 그 양쪽을 실시함으로써, 연마액의 선도를 일정한 범위로 제어할 수 있다. 따라서, 최소의 연마액 공급량으로 최대의 연마 능력을 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명에 관한 연마 장치의 전체 구성을 도시하는 모식적인 사시도.
도 2는 도 1에 도시한 연마 장치의 개략 평면도이며, 연마 패드, 연마 헤드, 연마액 공급 노즐, 연마액 저류 기구 및 연마액 센서의 배치 관계를 도시하는 도면.
도 3은 도 1에 도시한 연마 장치의 변형예를 도시하는 개략 평면도.
도 4는 연마액 저류 기구의 적어도 일부를 상하 이동시킴으로써 연마액 저류량을 제어(조정)하는 구성을 도시하는 도면이며, 도 4의 (a)는 연마액 저류 기구를 도시하는 모식적 입면도, 도 4의 (b)는 도 4의 (a)의 Ⅳ 화살 표시도.
도 5는 연마액 저류 기구에 형성된 개구의 크기를 변화시킴으로써 연마액 저류량을 제어(조정)하는 구성을 도시하는 평면도.
도 6은 연마액 저류 기구에 저류된 연마액의 일부를 흡입하여 배출함으로써 연마액 저류량을 제어(조정)하는 구성을 도시하는 모식적 입면도.
도 7은 연마액 저류 기구에 있어서의 연마액을 차단하는 부분을 확대 또는 축소함으로써 연마액 저류량을 제어(조정)하는 구성을 도시하는 평면도.
도 8은 연마액 공급 노즐에 의한 연마액의 공급 유량을 제어(조정)하는 구성을 도시하는 평면도.
도 9의 (a), (b)는 연마액 공급 노즐에 의한 연마액의 공급 위치 및 연마액의 온도를 제어(조정)하는 구성을 도시하는 도면이며, 도 9의 (a)는 모식적 입면도, 도 9의 (b)는 도 9의 (a)의 Ⅸ 화살 표시도.
도 10은 연마액 공급 노즐이 복수의 통로를 구비함으로써 연마액의 공급 위치를 복수 개소(다점 공급)로 하는 구성을 도시하는 부분 단면 입면도.
도 11의 (a), (b)는 연마액 센서가 연마액 저류 기구에 저류된 연마액에 직접 접촉 또는 침지되도록 배치된 구성을 도시하는 모식적 입면도.
도 12는 연마액 센서가 연마액 저류 기구에 저류된 연마액을 흡입하여 이송한 개소에 배치된 구성을 도시하는 모식적 입면도.
도 13은 연마액 공급 노즐에 의한 연마액의 공급 위치 및 연마액의 온도를 제어(조정)하는 구성을 도시하는 모식적 입면도.
도 14는 연마액의 pH의 시간 경과에 대한 변화를 도시하는 그래프.
도 15는 연마액의 산화 환원 전위의 시간 경과에 대한 변화를 도시하는 그래프.
도 16은 연마액의 특정 파장에 있어서의 흡광도의 시간 경과에 대한 변화를 도시하는 그래프.

이하, 본 발명에 관한 연마 장치 및 연마 방법의 실시 형태를 도 1 내지 도 16을 참조하여 설명한다. 도 1 내지 도 16에 있어서, 동일 또는 상당하는 구성 요소에는 동일한 부호를 붙이고 중복된 설명을 생략한다.

도 1은 본 발명에 관한 연마 장치의 전체 구성을 도시하는 모식적인 사시도이다. 도 1에 도시한 바와 같이, 연마 장치는 연마 패드(2)를 지지하는 연마 테이블(1)과, 연마 대상물인 반도체 웨이퍼 등의 기판을 유지하여 연마 테이블(1) 상의 연마 패드(2)에 압박하는 연마 헤드(3)와, 연마 패드(2) 상에 연마액(슬러리)을 공급하는 연마액 공급 노즐(4)을 구비하고 있다.

연마 헤드(3)는 그 하면에 진공 흡착에 의해 반도체 웨이퍼 등의 기판을 유지하도록 구성되어 있다. 연마 헤드(3) 및 연마 테이블(1)은 화살표로 나타내는 바와 같이 동일 방향으로 회전하고, 이 상태에서 연마 헤드(3)는 기판을 연마 패드(2)에 압박한다. 연마액 공급 노즐(4)로부터는 연마액이 연마 패드(2) 상에 공급되고, 기판은 연마액의 존재 하에서 연마 패드(2)와의 미끄럼 접촉에 의해 연마된다.

도 1에 도시한 바와 같이, 연마 장치는 연마 패드(2) 상에 배치되며, 연마 패드(2) 상에서 연마액을 차단하여 연마액을 저류하는 연마액 저류 기구(10)와, 연마액 저류 기구(10)에 저류된 연마액의 선도에 관계되는 물리량을 측정하는 연마액 센서 S를 구비하고 있다. 연마액 저류 기구(10)는 원호 형상으로 만곡되어 형성된 판상체를 포함하는 연마액 저류판(11)을 구비하고, 연마액 저류판(11)의 하면이 연마 패드(2)에 접촉함으로써 연마액 저류판(11)의 내주면에 의해 연마액을 차단하여 연마액을 저류하도록 되어 있다. 또한, 연마액 센서 S는 연마 헤드(3)와 연마액 저류 기구(10) 사이의 공간에 설치되어 있고, 연마액 저류 기구(10)에 저류된 연마액에 직접 접촉 또는 침지되도록 되어 있다.

도 1에 도시한 바와 같이, 연마 장치는, 연마액 센서 S에 의해 측정된 물리량으로부터 저류되어 있는 연마액의 선도를 산출하는 선도 측정기(5)와, 선도 측정기(5)에 의해 구한 연마액의 선도에 기초하여 연마액의 공급 상태의 제어 및/또는 연마액의 저류 상태의 제어를 행하는 선도 제어기(6)를 더 구비하고 있다. 연마액 센서 S는 선도 측정기(5)에 접속되고, 선도 측정기(5)는 선도 제어기(6)에 접속되어 있다. 연마액 저류 기구(10)는 선도 제어기(6)에 접속되어 있다. 또한, 연마액 공급 노즐(4)에 연마액을 공급하는 연마액 공급부(배관이나 펌프 P 등을 포함함)(7)는 선도 제어기(6)에 접속되어 있다.

도 2는 도 1에 도시한 연마 장치의 개략 평면도이며, 연마 패드(2), 연마 헤드(3), 연마액 공급 노즐(4), 연마액 저류 기구(10) 및 연마액 센서 S의 배치 관계를 도시하고 있다. 도 2에 도시한 바와 같이, 연마액 저류 기구(10)는 연마 헤드(3)에 근접하여 설치되어 있고, 연마 테이블(1)의 회전 방향에 있어서 연마 헤드(3)의 하류측에 배치되어 있다. 연마액 저류 기구(10)의 연마액 저류판(11)은 개략 원반 형상의 연마 헤드(3)의 회전 중심 O를 중심으로 한 원호 상에 있고, 연마 헤드(3)의 반경을 R1, 연마액 저류판(11)의 반경을 R2로 하면, R2=(1.05 내지 1.3 정도)×R1로 설정되어 있다. 연마액 저류판(11)의 반경 R2를 연마 헤드(3)의 반경 R1보다 크게 함으로써, 연마 헤드(3)와 연마액 저류판(11) 사이에 연마 패드(2) 상에서 연마액을 차단하여 연마액을 저류하는 연마액 저류 공간을 형성하고 있다. 이 연마액 저류 공간에 있어서의 연마 헤드(3)와 연마액 저류판(11)의 간격은 5㎜ 내지 100㎜, 바람직하게는 20㎜ 내지 50㎜로 설정되어 있다. 연마액 센서 S는 연마액 저류 공간에 있는 연마액에 직접 접촉 또는 침지되도록 되어 있다. 연마액 공급 노즐(4)은 연마 패드(2)의 외측으로부터 연마 패드(2)의 회전 중심의 근방까지 연장되어 있고, 연마액 공급 노즐(4)로부터의 연마액의 적하 위치는 연마 테이블(1)의 회전 방향에 있어서 연마 헤드(3)의 상류측에서 근접한 위치로 되어 있다.

도 3은 도 1에 도시한 연마 장치의 변형예를 도시하는 개략 평면도이다. 도 3에 도시한 연마 장치에 있어서는, 연마 헤드(3)와 연마액 저류판(11) 사이에 형성된 연마액 저류 공간에 복수의 연마액 센서가 배치되어 있다. 도시예에서는, 3개의 연마액 센서 S1, S2, S3이 소정 간격을 두고 배치되어 있다. 이들 복수의 연마액 센서 S1, S2, S3은 연마 패드(2)의 대략 반경 방향의 복수 개소에 있어서 연마액의 선도에 관계되는 물리량을 측정할 수 있도록 되어 있다.

다음에, 연마액의 선도에 관계되는 물리량을 측정하는 연마액 센서 S 및 연마액 센서 S에 의해 측정된 물리량으로부터 저류되어 있는 연마액의 선도를 산출하는 선도 측정기(5)에 대하여 설명한다.

상기 CMP 프로세스용 연마액은 지립 외에 각종 첨가제 성분을 포함하는 것이 알려져 있지만, 이들 첨가제 성분에는 각각 pH나 산화 환원 전위 조절, 지립의 분산성 향상, 연마 표면에서의 보호막 형성, 용출된 금속 이온과의 착체 형성 등의 역할이 있다. 연마의 진행에 수반하여 연마액의 성분 농도는 변화되기 때문에, 연마액의 연마 성능도 변화된다. 안정된 연마 성능을 얻기 위해서는, 연마액의 각 성분 농도를 최적값으로 유지하는 것이 중요하고, 이를 위해서는 각 성분 농도를 감시/제어하는 것이 바람직하다.

연마 성능에 대한 연마액의 액성 변화의 영향은 이하와 같은 것이 있다.

연마액의 pH가 변화하면, 지립의 제타 전위가 변화함으로써 지립의 응집 상태가 변하여, 연마 성능이 변화하거나 스크래치가 발생할 수 있다. 또한 pH 변화에 수반하여 착화제의 산해리도가 변화하면 금속 착체의 생성량에 영향을 미친다고 생각되고, 이에 의해 금속 착체로서 액중에 존재 가능한 금속량이 변화함으로써, 연마 성능에 영향을 미친다.

또한, pH와 산화 환원 전위의 변화는 금속의 반응성에 영향을 미치기 때문에, 금속 표면에 있어서의 부동태층 형성이나 착체 형성에 영향을 미쳐, 연마 성능을 변화시킨다.

연마액의 pH나 산화 환원 전위의 변화는 연마액의 액중 성분의 농도 변화와 상관이 있기 때문에, pH나 산화 환원 전위의 변화를 감시함으로써, 간접적으로 성분 농도를 감시할 수 있다. 마찬가지로 금속 이온과의 착체 형성에 의해 가시광이나 자외선의 흡광 파장이나 흡광 계수가 변화하는 경우, 흡광도의 변화를 감시함으로써 착화제나 금속 이온, 혹은 금속 착체 농도의 변화를 감시할 수 있다.

연마의 진행에 수반되는 연마액의 각종 액성 변화의 요인으로서는 다양한 요인이 있다. pH 변화에 대해서는, 연마가 진행되어 액중의 착화제가 금속 이온과의 착체 형성에 소비되면, 착화제의 해리 평형이 변화되어, 비해리이었던 착화제가 해리함과 함께 프로톤을 방출함으로써 pH가 저하된다. 또한 구리 이온과 같이 1가와 2가의 산화 상태를 취할 수 있는 경우, 산화제나 환원제 공존 하에서 구리 이온이 촉매적으로 작용하여, 어떤 성분의 산화 분해 반응 등을 촉진하고, 그 반응에 수반하여 프로톤이 생성/소비됨으로써 pH를 변화시킨다.

연마액의 산화 환원 전위(ORP) 변화에 대해서는, 구리 이온과 같이 금속 착체를 형성하고, 또한 1가나 2가의 산화 상태를 취할 수 있는 경우, 촉매적인 작용에 의해 산화제나 환원제를 소비함으로써 ORP가 변화된다. 또한 금속과 착체를 형성하기 전의 착화제의 상태에서는 산화 환원되기 어려웠던 성분이, 금속 이온과 착체를 형성함으로써 산화 환원되기 쉬워지고, 결과적으로 금속 착체 농도가 증가함에 따라서 산화 환원제가 금속 착체와의 산화 환원 반응에 소비되어, ORP가 변화되어 버리는 경우가 있다.

흡광도 변화에 대해서는, 금속 이온, 착화제, 금속 착체 등 성분에 의해 특유의 흡광 파장이나 흡광 계수를 가지므로, 연마의 진행에 수반되는 금속의 용출, 금속 착체의 형성 등에 의해, 각 성분 농도가 변화되면 용액 전체로서의 흡광 파장이나 흡광 계수가 변화된다. 특히 금속 착체의 산화 환원 반응 등에 의해, 특정한 파장 영역에 있어서, 원래의 성분보다도 높은 흡광도를 나타내는 생성물이 생기는 경우 등에서는, 산화제나 환원제 등의 성분 농도 변화를 생성물의 흡광도 변화에 의해 감시할 수 있다.

연마 성능과 연마액의 관계에 대하여 더 설명하면, 연마 성능에는 연마액의 액성의 지표와 지립 상태의 지표의 곱 혹은 비 등의 함수가 기여한다.

지금까지 연마액의 액성의 지표를 열거하였지만, 지립의 응집 상태의 지표로서는 2차 입자 직경이 있고, 이것은 레이저 회절ㆍ산란법, 동적 광산란법, 세공 전기 저항법에 의해 측정할 수 있다. 또한, 지립의 응집 용이성을 나타내는 지표로서는 제타 전위가 있고, 전기 영동 광산란법에 의해 측정할 수 있다. 입자 직경의 분포의 변화나 응집도의 변화를 파악함으로써, 연마액의 선도 저하를 감시하는 것이 가능하다.

이와 같이 금속 이온이나 산화 환원제, 착화제 등의 첨가제를 포함한 복잡한 반응이 일어나고 있는 경우, 흡광도 등 성분 농도와 상관이 있는 물리적 지표를 감시함으로써, 개개의 성분 농도 변화를 간접적으로 감시할 수 있다.

이상은, 연마 성능에 영향을 주는 연마액의 물리량에 대하여 몇 가지를 예시하였지만, 총괄하면, pH, 산화 환원 전위, 분광법(흡광법, 발광법), 광의 굴절률, 광산란(미러 산란, 동적 산란), 제타 전위, 전기 전도도, 온도, 액중 성분 농도는 모두 연마 성능(연마 능력)에 관계가 있고, 이들 물리량의 변화를 감시함으로써 연마액의 연마 능력의 높음(연마 능력의 유지 정도), 즉 연마액의 「선도」를 구할 수 있다. 따라서, 상기 물리량 중 적어도 1개를 연마액 센서 S에 의해 측정하고, 선도 측정기(5)에 의해, 측정된 물리량으로부터 저류되어 있는 연마액의 선도를 산출할 수 있다.

이와 같이 하여 산출한 연마액의 선도에 기초하여, 선도 제어기(6)는 연마액의 공급 상태의 제어 및/또는 연마액의 저류 상태의 제어를 행한다. 이 제어는 이하와 같이 행한다.

미리 연마 성능(연마 속도, 평탄성, 결함수 등)과 연마액의 이들 물리량 즉 선도와의 관계를 조사해 두고, 또한 미리 허용 가능한 선도의 임계값을 설정해 둔다. 설정해 둔 임계값을 하회한 것을 검출하면, 선도 제어기(6)로부터의 명령에 의해, 연마액 공급 노즐(4)에 의한 연마액의 공급 상태의 제어, 연마액 저류 기구(10)에 의한 연마액 저류량의 제어, 혹은 그 양쪽을 실시함으로써, 연마액의 선도를 일정한 범위로 제어한다.

연마액 공급 노즐(4)에 의한 연마액의 공급 상태는, 연마액 공급 유량, 연마액 공급 위치(패드 반경 방향 위치), 연마액 공급 노즐의 패드 반경 방향의 요동 폭과 요동 속도에 의해 제어된다. 연마액 저류 기구(10)에 의한 연마액 저류량은 연마액 저류 기구(10)의 상하 이동, 연마액 저류 기구(10)에 형성된 개구부의 크기의 변화, 연마액 저류 기구(10)의 패드 반경 방향의 신축 등에 의해, 연마액 저류 기구(10)에서의 연마액 유입량과 연마액 배출량의 밸런스를 변화시킴으로써 제어된다.

다음에, 선도 제어기(6)로부터의 명령에 기초하여 연마액 저류 기구(10)에 의한 연마액 저류량을 제어하는 구체적인 구성에 대하여 도 4 내지 도 7을 참조하여 설명한다.

도 4는 연마액 저류 기구(10)의 적어도 일부를 상하 이동시킴으로써 연마액 저류량을 제어(조정)하는 구성을 도시하는 도면이며, 도 4의 (a)는 연마액 저류 기구(10)를 도시하는 모식적 입면도이고, 도 4의 (b)는 도 4의 (a)의 Ⅳ 화살 표시도이다. 도 4의 (a), (b)에 도시한 바와 같이, 연마액 저류 기구(10)의 연마액 저류판(11)은 3개로 분할된 저류판편(11A, 11B, 11C)으로 구성되어 있고, 각 저류판편(11A, 11B, 11C)에는 나사 막대(12)가 연결되어 있다. 각 나사 막대(12)에는 외주면에 기어(13a)를 형성하고 내주면에 암나사를 형성한 암나사 부재(13)가 나사 결합하고 있고, 암나사 부재(13)에는 모터 M에 연결된 기어(14)가 맞물려 있다. 모터 M은 선도 제어기(6)에 접속되어 있다. 따라서, 각 모터 M을 개별로 구동함으로써, 암나사 부재(13)를 회전시켜, 나사 막대(12)를 상하 이동시켜, 저류판편(11A, 11B, 11C)을 개별로 상하 이동시킬 수 있다. 즉, 연마액 저류 기구(10)의 적어도 일부를 상하 이동시킴으로써, 연마액 저류 기구(10)에 있어서의 연마액 저류량을 제어(조정)할 수 있다.

도 5는 연마액 저류 기구(10)에 형성된 개구의 크기를 변화시킴으로써 연마액 저류량을 제어(조정)하는 구성을 도시하는 평면도이다. 도 5에 도시한 바와 같이, 연마액 저류 기구(10)의 연마액 저류판(11)에는 복수의 개구(도시예에서는 3개의 개구)(11a)가 형성되어 있고, 이들 복수의 개구(11a)의 위치에는 개구(11a)를 개별로 개폐하는 셔터(16)가 설치되어 있다. 복수의 셔터(16)의 개폐는 선도 제어기(6)에 의해 개별로 제어되도록 되어 있다. 따라서, 개폐해야 할 셔터(16)의 개수를 적절히 조정함으로써, 연마액 저류 기구(10)에 형성된 개구의 크기를 변화시킬 수 있어, 연마액 저류 기구(10)에 있어서의 연마액 저류량을 제어(조정)할 수 있다.

도 6은 연마액 저류 기구(10)에 저류된 연마액의 일부를 흡입하여 배출함으로써 연마액 저류량을 제어(조정)하는 구성을 도시하는 모식적 입면도이다. 도 6에 도시한 바와 같이, 연마액 저류 기구(10)는 연마액 저류판(11) 상에 설치된 펌프 P와, 펌프 P에 접속된 배관(15)을 구비하고 있다. 펌프 P는 모터 M에 연결되어 있고, 모터 M은 선도 제어기(6)에 접속되어 있다. 따라서, 모터 M을 구동함으로써 펌프 P를 작동시켜, 연마액 저류 기구(10)에 저류된 연마액의 일부를 흡입하여 배출할 수 있다. 이에 의해, 연마액 저류 기구(10)에 있어서의 연마액 저류량을 제어(조정)할 수 있다.

도 7은 연마액 저류 기구(10)에 있어서의 연마액을 차단하는 부분을 확대 또는 축소함으로써 연마액 저류량을 제어(조정)하는 구성을 도시하는 평면도이다. 도 7에 도시한 바와 같이, 연마액 저류 기구(10)의 연마액 저류판(11)의 양측부에는, 연마액 저류판(11)에 대하여 진퇴 가능하게 구성된 보조의 연마액 저류판(17, 17)이 설치되어 있다. 각 보조의 연마액 저류판(17)의 진퇴는 선도 제어기(6)에 의해 개별로 제어되도록 되어 있다. 따라서, 각 보조의 연마액 저류판(17)을 적절히 진퇴시킴으로써, 연마액 저류 기구(10)에 있어서의 연마액을 차단하는 부분을 확대 또는 축소할 수 있다. 이에 의해, 연마액 저류 기구(10)에 있어서의 연마액 저류량을 제어(조정)할 수 있다.

다음에, 선도 제어기(6)로부터의 명령에 기초하여 연마액 공급 노즐(4)에 의한 연마액의 공급 상태를 제어하는 구체적인 구성에 대하여 도 8 내지 도 10을 참조하여 설명한다.

도 8은 연마액 공급 노즐(4)에 의한 연마액의 공급 유량을 제어(조정)하는 구성을 도시하는 평면도이다. 도 8에 도시한 바와 같이, 연마액 공급 노즐(4)에 연마액을 송출하는 펌프 P는 선도 제어기(6)에 접속되어 있어, 펌프 P의 회전 속도가 제어되도록 되어 있다. 따라서, 펌프 P의 회전 속도를 제어함으로써, 연마액 공급 노즐(4)로부터 연마 패드(2) 상에 공급하는 연마액의 유량을 제어(조정)할 수 있다. 또한, 펌프 P 대신에, 레귤레이터를 설치함으로써, 연마액의 공급 유량을 제어(조정)해도 된다.

도 9의 (a), (b)는 연마액 공급 노즐(4)에 의한 연마액의 공급 위치 및 연마액의 온도를 제어(조정)하는 구성을 도시하는 도면이며, 도 9의 (a)는 모식적 입면도이고, 도 9의 (b)는 도 9의 (a)의 Ⅸ 화살 표시도이다. 도 9의 (a), (b)에 도시한 바와 같이, 연마액 공급 노즐(4)은 2개의 풀리(20, 21)와, 2개의 풀리(20, 21) 사이에 걸쳐진 타이밍 벨트(22)와, 풀리(21)에 연결된 모터 M를 포함하는 요동 기구에 연결되어 있다. 모터 M은 선도 제어기(6)에 접속되어 있다. 따라서, 모터 M을 정역 회전함으로써, 풀리(20)를 회전시켜 연마액 공급 노즐(4)을 요동시켜, 연마 패드(2) 상에의 연마액의 공급 위치를 제어(조정)할 수 있다. 이 경우, 연마액 공급 노즐(4)의 토출구를 연마 패드(2) 상의 최적 위치에 위치시키면, 모터 M을 정지하여 연마액 공급 노즐(4)의 위치를 고정한다.

또한, 도 9의 (a), (b)에 도시한 바와 같이, 연마액 공급 노즐(4)에 연마액을 공급하는 연마액 공급 튜브(24)에는 온도 센서(25)와 열 교환기(26)가 설치되어 있다. 온도 센서(25) 및 열 교환기(26)는 선도 제어기(6)에 접속되어 있다. 따라서, 연마액 공급 튜브(24)를 흐르는 연마액의 온도를 온도 센서(25)에 의해 검출하고, 검출값을 선도 제어기(6)에 입력하여 열 교환기(26)를 제어함으로써, 연마액의 온도를 제어(조정)할 수 있다.

도 10은 연마액 공급 노즐(4)이 복수의 통로를 구비함으로써 연마액의 공급 위치를 복수 개소(다점 공급)로 하는 구성을 도시하는 부분 단면 입면도이다. 도 10에 도시한 바와 같이, 연마액 공급 노즐(4)은 내부에 복수의 통로(4a, 4b, 4c, 4d)를 갖고 있다. 각 통로(4a 내지 4d)에는 밸브 Va, Vb, Vc, Vd가 설치되어 있고, 각 밸브 Va 내지 Vd는 선도 제어기(6)에 접속되어 있다(도시 생략). 따라서, 밸브 Va 내지 Vd를 적절히 개폐함으로써, 연마액의 공급 위치를 복수 개소로부터 선택할 수 있다. 이 경우, 통상, 1개의 밸브만을 개방하고, 나머지 밸브를 폐쇄함으로써 복수 개소로부터 최적의 1개의 공급 위치를 선택하지만, 복수의 밸브를 동시에 개방하여, 복수 개소로부터 동시에 연마액을 공급할 수도 있다.

다음에, 연마액 센서 S의 배치 구성에 대하여 도 11 및 도 12를 참조하여 설명한다.

도 11의 (a), (b)는 연마액 센서 S가 연마액 저류 기구(10)에 저류된 연마액에 직접 접촉 또는 침지되도록 배치된 구성을 도시하는 모식적 입면도이다.

도 11의 (a)에 도시한 예에 있어서는, 연마액 센서 S는 일체형 센서를 포함하고, 연마액 센서 S의 검출 단부는 연마액에 침지되어 있다.

도 11의 (b)에 도시한 예에 있어서는, 연마액 센서 S는 서로 대향하여 배치된 발광부 Le와 수광부 Lr을 구비한 분리형 센서를 포함하고, 발광부 Le 및 수광부 Lr은 모두 연마액에 침지되어 있다. 또한, 발광부 Le와 수광부 Lr은 도 11의 (b)의 지면에 직교하는 방향에 대향 배치해도 된다.

도 12는 연마액 저류 기구(10)에 저류된 연마액을 흡입하여 이송한 개소에 연마액 센서 S를 배치한 구성을 도시하는 모식적 입면도이다. 도 12에 도시한 바와 같이, 연마액 저류 기구(10)에 저류된 연마액을 흡입하여 이송하기 위해서, 펌프 P와 배관(15)이 설치되어 있다. 배관(15)에는, 도 12의 프레임 내에 도시한 바와 같이, 연마액 센서 S가 설치되어 있다. 즉, 프레임 내의 (a)에 도시한 예에 있어서는, 연마액 센서 S의 검출 단부는 배관(15) 내를 흐르는 연마액에 직접 접촉하도록 배치되어 있다. (b)에 도시한 예에 있어서는, 발광부 Le와 수광부 Lr을 포함하는 연마액 센서 S는 배관(15) 내를 흐르는 연마액에 침지되어 있다. (c)에 도시한 예에 있어서는, 발광부 Le와 수광부 Lr을 포함하는 연마액 센서 S는 배관(15)의 U자 형상의 절곡부의 외측에 대향하여 배치되어 있다. 이 경우, 배관(15)은 투광성의 재질의 튜브로 구성되어 있다.

도 12에 도시한 바와 같이, 연마액 저류 기구(10)에 저류된 연마액을 흡입하여 이송한 개소에 연마액 센서 S를 배치한 구성의 경우, 연마액 센서 S에 의해 연마액의 선도에 관계되는 물리량을 측정하고, 선도 측정기(5)에 의해 선도를 산출하고, 선도 제어기(6)에 의해 미리 설정된 선도의 임계값보다 높아 선도가 높다고 판정된 연마액은, 연마액 공급 노즐(4)에 공급하여 재이용하는 것도 가능하다.

다음에, 연마액 공급 노즐(4)에 연마액을 공급하는 연마액 공급부(7)가 연마 패드(2) 상에 공급하기 전의 연마액의 선도를 구하는 사용 전 연마액 선도 측정 기구를 구비한 형태에 대하여 도 13을 참조하여 설명한다.

도 13은 연마액 공급부(7)가 연마 패드(2) 상에 공급하기 전의 연마액의 선도를 구하는 사용 전 연마액 선도 측정 기구를 구비한 구성을 도시하는 모식적 입면도이다. 도 13에 도시한 바와 같이, 연마액 공급 노즐(4)에 연마액을 공급하는 연마액 공급 튜브(24)에는, 연마 패드(2) 상에 공급하기 전의 연마액의 선도에 관계되는 물리량을 측정하는 연마액 센서 S가 설치되어 있다. 연마액 센서 S는, 도 1에 도시한 실시 형태와 마찬가지로, 연마액 센서 S에 의해 측정된 물리량으로부터 연마액의 선도를 산출하는 선도 측정기에 접속되어 있다(도시 생략). 연마액 센서 S와 선도 측정기(도시 생략)는, 사용 전 연마액 선도 측정 기구를 구성하고 있어, 사용 전 연마액 선도 측정 기구에 의해 연마 패드(2) 상에 공급하기 전의 연마액의 선도를 구할 수 있다. 도 13의 그 밖의 구성은 도 9와 마찬가지이다.

도 1에 도시한 선도 제어기(6)는, 상기 사용 전 연마액 선도 측정 기구에 의해 구한 사용 전의 연마액의 선도와, 도 1에 도시한 선도 측정기(5)에 의해 구한 연마에 사용 중인 연마액의 선도를 비교하여, 사용 중인 연마액의 선도의 측정값을 보정한다. 이에 의해, 연마액 저류 기구(10)에 저류되어 연마에 사용 중인 연마액의 선도의 측정값을, 오차가 없는 올바른 측정값으로 교정할 수 있다.

다음에, 연마액의 선도에 관한 물리량인 pH, 산화 환원 전위 및 흡광도가 연마 시간의 경과에 따라서 어떻게 변화하는지를 도 14 내지 도 16에 도시한다.

도 14는 연마액의 pH의 시간 경과에 대한 변화를 도시하는 그래프이다. 종축은 무차원화한 pH값을 나타내고, 횡축은 연마액이 연마 대상 재료와 접촉하고 있는 시간(무차원화)을 나타내고 있다. 도 14에 도시한 바와 같이, 접촉 시간이 0일 때 pH는 1이고, 접촉 시간이 0.25일 때 pH는 0.995633, 접촉 시간이 0.5일 때 pH는 0.991266, 접촉 시간이 0.75일 때 pH는 0.987991, 접촉 시간이 1일 때 pH는 0.985808이다. 이와 같이, 연마액의 pH값은 시간의 경과에 수반하여 저하되는 것을 알 수 있다.

도 15는 연마액의 산화 환원 전위의 시간 경과에 대한 변화를 도시하는 그래프이다. 종축은 무차원화한 산화 환원 전위를 나타내고, 횡축은 연마액이 연마 대상 재료와 접촉하고 있는 시간(무차원화)을 나타내고 있다. 도 15에 도시한 바와 같이, 접촉 시간이 0일 때 산화 환원 전위는 1이고, 접촉 시간이 0.25일 때 전위는 1.046512, 접촉 시간이 0.5일 때 전위는 1.085271, 접촉 시간이 0.75일 때 전위는 1.144703, 접촉 시간이 1일 때 전위는 1.217054이다. 이와 같이, 연마액의 산화 환원 전위는 시간의 경과에 수반하여 증가하는 것을 알 수 있다.

도 16은 연마액의 특정 파장에 있어서의 흡광도의 시간 경과에 대한 변화를 도시하는 그래프이다. 종축은 무차원화한 특정 파장의 흡광도를 나타내고, 횡축은 연마액이 연마 대상 재료와 접촉하고 있는 시간(무차원화)을 나타내고 있다. 도 16에 도시한 바와 같이, 접촉 시간이 0일 때 흡광도는 1이고, 접촉 시간이 0.25일 때 흡광도는 1.408759, 접촉 시간이 0.5일 때 흡광도는 1.761557, 접촉 시간이 0.75일 때 흡광도는 2.333333, 접촉 시간이 1일 때 흡광도는 3.467153이다. 이와 같이, 연마액의 특정 파장에 있어서의 흡광도는 시간의 경과에 수반하여 증가하는 것을 알 수 있다.

이와 같이 연마액의 연마 능력에 영향을 주는 연마액의 물리량의 변화 경향을 고려하여 임계값을 설정함으로써, 연마액의 선도를 관리할 수 있다.

지금까지 본 발명의 실시 형태에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 상술한 실시 형태에 한정되지 않고, 그 기술 사상의 범위 내에 있어서, 다양한 다른 형태로 실시되어도 되는 것은 물론이다.

1 : 연마 테이블
2 : 연마 패드
3 : 연마 헤드
4 : 연마액 공급 노즐
5 : 선도 측정기
6 : 선도 제어기
10 : 연마액 저류 기구
11, 17 : 연마액 저류판
11a : 개구
11A, 11B, 11C : 저류판편
12 : 나사 막대
13 : 암나사 부재
13a, 14 : 기어
16 : 셔터
24 : 연마액 공급 튜브
25 : 온도 센서
26 : 열 교환기
M : 모터
P : 펌프
S, S1, S2, S3 : 연마액 센서
W : 기판

Claims

연마 헤드에 의해 연마 대상의 기판을 유지하고 기판을 연마 테이블 상의 연마 패드에 압박하여 기판의 피연마면을 연마하는 연마 장치에 있어서,
연마 패드 상에 연마액을 공급하는 연마액 공급 노즐과,
연마 패드 상에 배치되며, 연마 패드 상에서 연마액을 차단하여 연마액을 저류하는 연마액 저류 기구와,
상기 연마액 저류 기구에 저류된 연마액의 선도에 관계되는 물리량을 측정하는 연마액 센서와,
상기 연마액 센서에 의해 측정된 물리량으로부터 저류되어 있는 연마액의 선도를 산출하는 선도 측정기와,
상기 선도 측정기에 의해 구한 연마액의 선도에 기초하여 연마액의 공급 상태의 제어 및/또는 연마액의 저류 상태의 제어를 행하는 선도 제어기를 구비한 것을 특징으로 하는, 연마 장치.
제1항에 있어서,
상기 연마액 저류 기구는, 상기 연마 테이블의 회전 방향에 있어서 상기 연마 헤드의 하류측에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는, 연마 장치.
제1항에 있어서,
상기 연마액 저류 기구는, 상기 선도 제어기로부터의 명령에 기초하여, 연마액 저류량을 조정 가능한 것을 특징으로 하는, 연마 장치.
제3항에 있어서,
상기 연마액 저류량은, 상기 연마액 저류 기구의 적어도 일부를 상하 이동시킴으로써 조정 가능한 것을 특징으로 하는, 연마 장치.
제3항에 있어서,
상기 연마액 저류량은, 상기 연마액 저류 기구에 형성된 개구의 크기를 변화시킴으로써 조정 가능한 것을 특징으로 하는, 연마 장치.
제3항에 있어서,
상기 연마액 저류량은, 상기 연마액 저류 기구에 저류된 연마액의 일부를 흡입하여 배출함으로써 조정 가능한 것을 특징으로 하는, 연마 장치.
제3항에 있어서,
상기 연마액 저류량은, 상기 연마액 저류 기구에 있어서의 연마액을 차단하는 부분을 확대 또는 축소함으로써 조정 가능한 것을 특징으로 하는, 연마 장치.
제1항에 있어서,
상기 연마액 공급 노즐은, 상기 선도 제어기로부터의 명령에 기초하여, 연마액의 공급 상태를 조정 가능한 것을 특징으로 하는, 연마 장치.
제8항에 있어서,
상기 연마액 공급 노즐의 연마액 공급 상태의 조정은, 연마액의 공급 유량의 조정인 것을 특징으로 하는, 연마 장치.
제8항에 있어서,
상기 연마액 공급 노즐의 연마액 공급 상태의 조정은, 연마액의 공급 위치의 조정인 것을 특징으로 하는, 연마 장치.
제8항에 있어서,
상기 연마액 공급 노즐의 연마액 공급 상태의 조정은, 연마액의 온도의 조정인 것을 특징으로 하는, 연마 장치.
제1항에 있어서,
상기 연마액 센서는, pH, 산화 환원 전위, 분광법, 광의 굴절률, 광산란, ζ 전위, 전기 전도도, 온도, 액중 성분 농도 중 적어도 하나의 물리량을 측정하는 것을 특징으로 하는, 연마 장치.
제1항에 있어서,
측정한 2개 이상의 물리량을 사용하여 연마액의 선도를 산출하는 것을 특징으로 하는, 연마 장치.
제1항에 있어서,
상기 연마액 센서는, 상기 연마액 저류 기구에 저류된 연마액에 직접 접촉 또는 침지되거나 또는 상기 연마액 저류 기구에 저류된 연마액을 흡입하여 이송한 개소에 배치되는 것을 특징으로 하는, 연마 장치.
제1항에 있어서,
상기 연마액 센서는, 연마 패드의 대략 반경 방향의 복수 개소에 있어서 측정 가능한 것을 특징으로 하는, 연마 장치.
제1항에 있어서,
상기 연마액 공급 노즐에 연마액을 공급하는 연마액 공급부는, 연마 패드 상에 공급하기 전의 연마액의 선도를 구하는 사용 전 연마액 선도 측정 기구를 구비한 것을 특징으로 하는, 연마 장치.
제16항에 있어서,
상기 사용 전 연마액 선도 측정 기구에 의해 구한 사용 전의 연마액의 선도와, 상기 선도 측정기에 의해 구한 연마에 사용 중인 연마액의 선도를 비교하여, 사용 중인 연마액의 선도의 측정값을 보정하는 것을 특징으로 하는, 연마 장치.
제1항에 있어서,
상기 선도 측정기에 의해 선도가 높다고 판정된 연마액은, 연마 테이블로부터 배출 후에 상기 연마액 공급 노즐에 공급하여 재이용하는 것을 특징으로 하는, 연마 장치.
연마 헤드에 의해 연마 대상의 기판을 유지하고 기판을 연마 테이블 상의 연마 패드에 압박하여 기판의 피연마면을 연마하는 연마 방법에 있어서,
연마액 공급 노즐로부터 연마 패드 상에 연마액을 공급하고,
연마액을 기판과 연마 패드 사이에 개재시키면서 기판을 연마 패드에 미끄럼 접촉시켜 기판을 연마하고,
연마 패드 상에서 연마액을 차단하여 연마액을 저류하고,
저류된 연마액의 선도에 관계되는 물리량을 측정하고,
측정된 물리량으로부터 저류되어 있는 연마액의 선도를 산출하고,
산출된 연마액의 선도에 기초하여 연마액의 공급 상태의 제어 및/또는 연마액의 저류 상태의 제어를 행하는 것을 특징으로 하는, 연마 방법.
제19항에 있어서,
산출된 연마액의 선도가 미리 정한 임계값을 하회했을 때에, 저류되어 있는 연마액 저류량을 감소 및/또는 연마액 공급 노즐로부터의 연마액 공급량을 증가시키는 것을 특징으로 하는, 연마 방법.
제19항에 있어서,
상기 연마 패드의 반경 방향의 복수 개소에 있어서 연마액의 선도를 구하고, 구한 선도가 미리 정한 임계값을 하회한 개소만 연마액의 선도를 갱신하는 동작을 행하는 것을 특징으로 하는, 연마 방법.