CN104907920A - 膜厚测定值的补正方法、膜厚补正器、及涡流传感器 - Google Patents

膜厚测定值的补正方法、膜厚补正器、及涡流传感器 Download PDF

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Abstract

一种膜厚测定值的补正方法、膜厚补正器、及涡流传感器,以简易的构成精确补正测定研磨对象物的膜厚的传感器的温度偏差。膜厚测定值的补正方法在进行研磨工序中补正涡流传感器的输出信号。研磨工序包含:涡流传感器与研磨对象物不相对的第一状态;及涡流传感器与研磨对象物相对的第二状态。膜厚测定值的补正方法是取得在第一状态下从涡流传感器输出的第一测定信号(Xout,Yout)(步骤S108),基于取得的第一测定信号与对第一测定信号预先设定的基准信号(Xsd,Ysd)算出补正值(ΔX、ΔY)(步骤S109);取得在第二状态下从涡流传感器输出的第二测定信号(X、Y)(步骤S104),在进行研磨工序中,基于算出的补正值补正所取得的第二测定信号(步骤S105)。

Description

膜厚测定值的补正方法、膜厚补正器、及涡流传感器
技术领域
本发明是关于一种膜厚测定值的补正方法、膜厚补正器、及涡流传感器。
背景技术
近年来,伴随半导体组件的高集成化、高密度化,电路配线更加微细化,多层配线的层数也增加。为了谋求电路微细化且实现多层配线,需要将半导体组件表面精确实施平坦化处理。
半导体组件表面的平坦化技术,已知有化学机械研磨(CMP(Chemical MechanicalPolishing))。用于进行CMP的研磨装置具备:贴合有研磨垫的研磨台、及用于保持研磨对象物(例如半导体晶圆等的基板、或形成于基板表面的各种膜)的上方环形转盘。研磨装置通过一边使研磨台旋转,一边将保持于上方环形转盘的研磨对象物按压于研磨垫上来对研磨对象物进行研磨。
研磨装置广泛用于研磨形成于基板表面的障壁膜及金属膜等导电膜的研磨工序。研磨工序的终点检测或研磨中研磨条件的变更基于导电膜的厚度而决定。因而,研磨装置一般具备检测研磨中的导电膜厚度的膜厚检测器。膜厚检测器的代表性装置可举出涡流传感器。
涡流传感器配置于研磨台中,并随研磨台的旋转而旋转。涡流传感器具备连接于交流电源的线圈。涡流传感器随研磨台旋转而通过研磨对象物下方时,通过线圈产生磁场。由此,在研磨对象物的导电膜感应涡电流。涡电流的大小根据导电膜的电阻、即根据导电膜的膜厚而变化。涡流传感器构成为,根据由导电膜感应的涡电流产生的磁场变化来检测导电膜的厚度。
再者,进行研磨对象物的研磨的过程中,通过研磨对象物与研磨垫的摩擦而产生热。该热造成涡流传感器周围的环境温度上升,有时导致涡流传感器的输出偏差。
因此,已知在第一现有技术中,在涡流传感器周围设置温度传感器,根据温度传感器所检测的温度来补正涡流传感器的温度偏差。
此外,已知在第二现有技术中,使用涡流传感器上方不存在研磨对象物时的涡流传感器的输出信号,求出对温度偏差的补正量。
此外,涡流传感器配置于形成在研磨台的孔中,并与研磨对象物隔着研磨垫而相对。涡流传感器具备包含励磁线圈及检测线圈的传感器线圈。励磁线圈连接于交流电源,使磁场产生。由此,对导电膜等的研磨对象物感应涡电流。涡电流的大小根据研磨对象物的电阻,即根据研磨对象物的膜厚而变化。检测线圈根据由对研磨对象物感应的涡电流产生的磁场变化检测研磨对象物的厚度。另外,涡流传感器除了测定研磨对象物的厚度之外,有时也用于测定从涡流传感器至研磨对象物的距离。即,由于对研磨对象物感应的涡电流大小根据涡流传感器与研磨对象物间的距离而变化,因此,检测线圈根据由对测定对象物感应的涡电流产生的磁场变化检测与测定对象物的距离。
现有技术文献
专利文献
专利文献1日本特表2009-500829号公报
专利文献2日本特开2013-36881号公报
专利文献3日本特开2005-121616号公报
发明内容
发明所要解决的问题
但是,现有技术并未考虑到以简易的结构精确补正测定研磨对象物膜厚的传感器的温度偏差。
即,由于第一现有技术为了补正涡流传感器的温度偏差而设置温度传感器,因此结构复杂化。
此外,第二现有技术在研磨台每次旋转时,取得涡流传感器上方不存在研磨对象物时的涡流传感器的输出信号。而后,第二现有技术基于所取得的多个输出信号的平均值求出对温度偏差的补正量。因此,采用第二现有技术时,难以在研磨研磨对象物的过程中及时精确补正传感器的温度偏差。结果,采用第二现有技术时,例如难以高精度检测研磨对象物的研磨终点。
因此,本发明的一种形态的课题在于,以简易的结构精确补正测定研磨对象物的膜厚的传感器的温度偏差。
此外,现有技术并未考虑到使涡流传感器的测定精度提高。
即,涡流传感器除了具有作为上述的涡流传感器的反应之外,还具有作为静电电容传感器的反应。例如,考虑通过研磨垫研磨研磨对象物而且测定研磨对象物的膜厚的情况。此时,执行研磨对象物的研磨时,研磨对象物被研磨而膜厚变薄,并且研磨垫也变薄。由于研磨垫变薄时,涡流传感器与研磨对象物的距离缩短,因此涡流传感器的传感器线圈与研磨对象物间的静电电容变化。由于该静电电容的变化反映于涡流传感器的输出,因此,研磨对象物膜厚的测定精度有可能恶化。
因此,本发明一种形态的课题在于,使涡流传感器的测定精度提高。
解决问题的手段
本发明的膜厚测定值的补正方法的一种形态鉴于上述课题,是一种进行研磨研磨对象物的研磨工序中,补正从用于测定研磨对象物膜厚的传感器输出的信号的方法,其特征在于,所述研磨工序包含:所述传感器与所述研磨对象物不相对的第一状态;及所述传感器与所述研磨对象物相对的第二状态,取得在所述第一状态下从所述传感器输出的第一测定信号,基于取得的所述第一测定信号、与对所述第一测定信号预先设定的基准信号算出补正值,取得在所述第二状态下从所述传感器输出的第二测定信号,在进行所述研磨工序的过程中,基于算出的所述补正值补正取得的所述第二测定信号。
此外,膜厚测定值的补正方法的一种形态中,所述基准信号可作为并未进行所述研磨工序时,在所述传感器与所述研磨对象物不相对的状态下从所述传感器输出的信号。
此外,膜厚测定值的补正方法的一种形态中,所述研磨工序是通过一边使贴合有用于研磨研磨对象物的研磨垫的研磨台旋转,一边将所述研磨对象物按压于所述研磨垫来研磨所述研磨对象物,所述传感器设置于所述研磨台中,所述第一状态与所述第二状态随所述研磨台的旋转交替出现,补正所述第二测定信号的工序可基于算出的补正值补正在所述第二状态下取得的第二测定信号,该补正值是基于就在该第二状态之前出现的第一状态下所取得的第一测定信号与所述基准信号而算出的。
此外,膜厚测定值的补正方法的一种形态中,所述基准信号可为进行所述传感器的校准时,在所述传感器与所述研磨对象物不相对的状态下从所述传感器输出的信号。
此外,膜厚测定值的补正方法的一种形态中,所述基准信号可为以未进行所述研磨工序时的环境温度,在所述传感器与所述研磨对象物不相对的状态下从所述传感器输出的信号。
此外,膜厚测定值的补正方法的一种形态中,所述传感器可为涡流传感器。
此外,本发明的膜厚补正器的一种形态是对研磨对象物进行研磨的研磨工序的过程中,补正从用于测定研磨对象物膜厚的传感器输出的信号的膜厚补正器,其特征在于,所述研磨工序包含:所述传感器与所述研磨对象物不相对的第一状态;及所述传感器与所述研磨对象物相对的第二状态,所述膜厚补正器具备:取得部,其取得在所述第一状态下从所述传感器输出的第一测定信号、及在所述第二状态下从所述传感器输出的第二测定信号;算出部,其基于通过所述取得部所取得的第一测定信号、与对所述第一测定信号所预先设定的基准信号算出补正值;及补正部,其在进行所述研磨工序的过程中,基于通过所述算出部所算出的补正值来补正通过所述取得部所取得的第二测定信号。
本发明的涡流传感器的一种形态鉴于上述课题,是用于测定与测定对象物的距离或所述测定对象物的膜厚的涡流传感器,其特征在于,具备:传感器线圈,其使所述测定对象物产生涡电流,并检测因所述涡电流的产生而造成的感应磁场;及导电体,其配置于所述传感器线圈的所述测定对象物侧。
此外,涡流传感器的一种形态中,所述导电体可具备相对部,其与所述传感器线圈相对。
此外,涡流传感器的一种形态中,所述导电体可进一步具备外周部,其连接于所述相对部并且覆盖所述传感器线圈的至少一部分的周围。
此外,涡流传感器的一种形态中,所述导电体可形成为盖住所述传感器线圈的帽状。
此外,涡流传感器的一种形态中,所述导电体可包含掺入碳的聚丙烯、硅树脂、蒸镀金属的合成树脂、蒸镀金属的玻璃、掺入碳的橡胶、或单晶硅基板而形成。
此外,涡流传感器的一种形态中,所述导电体可包含具有1Ω·cm~100Ω·cm的电阻率的材料而形成。
此外,涡流传感器的一种形态中,可进一步具备磁屏蔽片,其配置于所述传感器线圈与所述导电体之间,并形成有与所述传感器线圈相对的开口。
此外,涡流传感器的一种形态中,所述涡流传感器是设在形成于贴合有用于研磨研磨对象物的研磨垫的研磨台的孔中,用于测定与所述研磨对象物的距离或所述研磨对象物的膜厚的研磨装置用涡流传感器,且所述传感器线圈使所述研磨对象物产生涡电流,并检测因所述涡电流的产生而造成的感应磁场,所述导电体可配置于所述传感器线圈的所述研磨对象物侧。
此外,涡流传感器的一种形态中,所述导电体可配置于所述传感器线圈与所述研磨垫之间。
此外,涡流传感器的一种形态中,所述导电体可具备:相对部,其与所述传感器线圈相对;及外周部,其连接于所述相对部,并且与形成在所述研磨台的孔的内壁相对。
发明的效果
采用本发明的一种形态时,能够利用简易的结构精确补正测定研磨对象物膜厚的传感器的温度偏差。
采用本发明的一种形态时,可使涡流传感器的测定精度提高。
附图说明
图1是示意性示出研磨装置及膜厚补正器的全体结构图。
图2是示出研磨台、涡流传感器与研磨对象物的关系的俯视图。
图3A是示出涡流传感器210的输出图。
图3B是示出涡流传感器210扫描(Scan)研磨对象物102时的轨迹图。
图4A是示出涡流传感器210的框图。
图4B是涡流传感器210的等价电路图。
图5是示出在本发明的涡流传感器中使用的传感器线圈结构例的概略图。
图6是示出涡流传感器的详细结构的示意图。
图7是示出终点检测部实施的处理的概略图。
图8A是示出涡流传感器的输出的变动的图。
图8B是示出涡流传感器周围的环境温度的变动的图。
图9是示出本实施形态的膜厚测定值的补正方法的处理的流程图。
图10A是示出涡流传感器的输出变动的图。
图10B是示出涡流传感器周围的环境温度的变动的图。
图11是示意性示出研磨装置及终点检测装置的全体结构的图。
图12是示出研磨台、涡流传感器与研磨对象物的关系的俯视图。
图13A是示出涡流传感器1210的框图。
图13B是涡流传感器1210的等价电路图。
图14是示出在本实施形态的涡流传感器中使用的传感器线圈结构例的概略图。
图15是示意性示出涡流传感器的详细电路结构的示意图。
图16是示出终点检测部实施的处理的概略图。
图17是示出终点检测部实施的处理的概略图。
图18A是示意性示出在现有结构中,涡流传感器作为静电电容传感器而反应时的静电电容的图。
图18B是图18A的结构中的等价电路。
图19是示出现有的涡流传感器中,合成静电电容对于研磨垫厚度的变化而变化的图。
图20是通过现有的涡流传感器所测定的信号X、信号Y的描绘数据。
图21A是说明配置导电体的效果的概念图。
图21B是说明配置导电体的效果的概念图。
图21C是说明配置导电体的效果的概念图。
图22是示出本实施形态的涡流传感器的结构的一实例的图。
图23是示出本实施形态的涡流传感器的结构的另一实例的图。
图24是示出本实施形态的涡流传感器的结构的另一实例的图。
图25是示出本实施形态的涡流传感器的结构的另一实例的图。
图26A是示意性示出在图23的结构中,涡流传感器作为静电电容传感器而反应时的静电电容的图。
图26B是图26A的结构中的等价电路。
图27是示出本实施形态的涡流传感器中,合成静电电容对于研磨垫厚度的变化而变化的图。
图28是通过本实施形态的涡流传感器所测定的信号X、信号Y的描绘数据。
具体实施方式
以下,基于附图对本发明一实施形态的膜厚测定值的补正方法及膜厚补正器进行说明。
<研磨装置>
图1是示意性示出研磨装置及膜厚补正器的全体结构的图。首先说明研磨装置。
如图1所示,研磨装置100具备:可将用于研磨研磨对象物(例如半导体晶圆等基板、或形成于基板表面的各种膜)102的研磨垫108安装于上表面的研磨台110;旋转驱动研磨台110的第一电动马达112;能够保持研磨对象物102的上方环形转盘116;及旋转驱动上方环形转盘116的第二电动马达118。
此外,研磨装置100具备在研磨垫108的上表面供给包含研磨材料的研磨液的浆液管线120。此外,研磨装置100具备输出关于研磨装置100的各种控制信号的研磨装置控制部140。
研磨装置100研磨研磨对象物102时,从浆液管线120将包含研磨粒的研磨浆液供给至研磨垫108的上表面,并通过第一电动马达112旋转驱动研磨台110。而后,研磨装置100以使上方环形转盘116在与研磨台110的旋转轴偏心的旋转轴周围旋转的状态下,将保持于上方环形转盘116的研磨对象物102按压于研磨垫108。由此,通过保持研磨浆液的研磨垫108研磨研磨对象物102予以平坦化。
其次,说明研磨终点检测装置200。如图1所示,研磨终点检测装置200具备:涡流传感器210;以及经由旋转接头连接器160、170而与涡流传感器210连接的终点检测装置主体220。
<涡流传感器>
首先说明涡流传感器210。在研磨台110及研磨垫108中形成有可从研磨台110背面侧插入涡流传感器210的孔。涡流传感器210插入形成于研磨台110及研磨垫108的孔。
图2是示出研磨台110、涡流传感器210与研磨对象物102的关系的俯视图。如图2所示,涡流传感器210设置于上方环形转盘116所保持的研磨中的研磨对象物102的中心Cw的位置。符号CT是研磨台110的旋转中心。例如,涡流传感器210在通过研磨对象物102下方时,可在通过轨迹(扫描线)上连续检测研磨对象物102的厚度。
图3是涡流传感器210的输出变动图。图3A是示出涡流传感器210的输出图,图3B是示出涡流传感器210扫描(Scan)研磨对象物102时的轨迹图。在图3A中,横轴表示研磨时间,纵轴表示涡流传感器的输出大小。
如图3所示,研磨对象物102在图3B所示的位置以中心Cw为轴而旋转。另外,随着研磨台110旋转,涡流传感器210以中心CT为轴而沿着轨迹212旋转。结果,在研磨研磨对象物102的研磨工序中,包含涡流传感器210不通过研磨对象物102下方,而涡流传感器210与研磨对象物102不相对的第一状态(研磨对象物外区域B)。此外,研磨工序中包含通过涡流传感器210通过研磨对象物102下方,而涡流传感器210与研磨对象物102相对的第二状态(研磨对象物内区域A)。第一状态与第二状态随着研磨台110旋转而交替出现。另外,本实施形态是示出在研磨台110上设置涡流传感器210,并使涡流传感器210旋转的例,不过不限于此。只要是研磨工序中包含第一状态与第二状态的样态,皆可适用本实施形态。此外,本实施形态是示出使用涡流传感器210的例,不过不限于此,只要是用于测定研磨对象物102的膜厚的传感器,皆可适用本实施形态。
如图3A所示,涡流传感器210在研磨对象物内区域A时,从涡流传感器210输出反应于研磨对象物102的概略方形脉冲状的信号。另外,涡流传感器210在研磨对象物外区域B时,由于不存在产生涡电流的研磨对象物,因此从涡流传感器210输出一定低位准的信号。
图4是示出涡流传感器210的构成的图。图4A是示出涡流传感器210的构成的框图,图4B是涡流传感器210的等价电路图。
如图4A所示,涡流传感器210具备配置于检测对象的金属膜等的研磨对象物102附近的传感器线圈260。传感器线圈260上连接交流信号源262。此时,检测对象的研磨对象物102例如是形成于半导体晶圆上的铜(Cu)、铝(Al)、金(Au)、钨(W)等的薄膜。传感器线圈260相对于研磨对象物102配置于例如0.5~5.0mm程度附近。
涡流传感器210中有一种基于因研磨对象物102中产生涡电流导致的交流信号源262的振荡频率变化来检测导电膜的频率型。此外,涡流传感器210中有一种基于因研磨对象物102中产生涡电流导致的从交流信号源262看到的阻抗的变化来检测导电膜的阻抗型。即,频率型是在图3B所示的等价电路中,阻抗Z通过涡电流I2的变化而变化,结果,交流信号源(可变频率振荡器)262的振荡频率变化。涡流传感器210以检波电路264检测该振荡频率的变化,可检测导电膜的变化。阻抗型是在图3B所示的等价电路中,阻抗Z通过涡电流I2变化而变化,其结果,从交流信号源(固定频率振荡器)262看到的阻抗Z发生变化。涡流传感器210以检波电路264检测该阻抗Z的变化,可检测导电膜的变化。
阻抗型的涡流传感器取出信号输出X、Y、相位、合成阻抗Z。可从频率F或阻抗X、Y等获得导电膜的测定信息。如图1所示,涡流传感器210可内藏于研磨台110内部的表面附近位置,在位于对研磨对象物102隔着研磨垫而相对时,可从流入研磨对象物102的涡电流检测导电膜的变化。
以下,具体说明阻抗型的涡流传感器。交流信号源262是1~50MHz左右的固定频率振荡器,例如使用水晶振荡器。而后,通过交流信号源262供给的交流电压,电流I1流入传感器线圈260。通过电流流入配置在研磨对象物102附近的传感器线圈260,从传感器线圈260产生的磁束与研磨对象物102交链。结果,在传感器线圈260与研磨对象物102之间形成互感M,而涡电流I2流入研磨对象物102中。此处,R1是包含传感器线圈260的一次侧电阻,L1同样地是包含传感器线圈260的一次侧的自感。研磨对象物102侧的R2是相当于涡电流损失的电阻,L2是研磨对象物102的自感。从交流信号源262的端子a、b看到的传感器线圈260侧的阻抗Z受到通过涡电流I2产生的磁力线的影响而变化。
图5是示出本发明的涡流传感器中使用的传感器线圈的构成例的概略图。如图5所示,涡流传感器的传感器线圈260具备卷绕于绕线管270的3个线圈272、273、274。线圈272是连接于交流信号源262的励磁线圈。励磁线圈272通过从交流信号源262供给的交流电流被励磁,而在配置于附近的研磨对象物102中形成涡电流。在绕线管270的研磨对象物102侧配置有检测线圈273,检测因形成于研磨对象物102的涡电流而产生的磁场。夹着励磁线圈272在检测线圈273的相反侧配置有平衡线圈274。
线圈272、273、274由相同卷数的线圈形成,检测线圈273与平衡线圈274彼此反相连接。当研磨对象物102存在于检测线圈273附近时,通过形成于研磨对象物102中的涡电流产生的磁束交链于检测线圈273与平衡线圈274。此时,由于检测线圈273配置于靠近导电膜的位置,因此产生于两线圈273、274的感应电压的平衡被破坏,由此可检测通过导电膜的涡电流而形成的交链磁束。
图6是示出涡流传感器的详细构成的示意图。交流信号源262具有水晶振荡器等固定频率的振荡器,例如,将1~50MHz的固定频率的交流电流供给至传感器线圈260。交流信号源262所形成的交流电流经由带通滤波器(BPF)282而供给至传感器线圈260(励磁线圈272)。另外,从传感器线圈260(检测线圈273及平衡线圈274)的端子输出的信号,经过电桥电路284及高频放大器(RF Amp)286,传送至包含cos同步检波电路292及sin同步检波电路293的同步检波部291。而后,可通过同步检波部291取出阻抗的电阻成分与感抗成分。
从同步检波部291输出的电阻成分与感抗成分通过低通滤波器(LPF·AF AMP)294、295除去不需要的高频成分(例如5KHz以上的高频成分),而分别输出作为阻抗的电阻成分的信号X与作为感抗成分的信号Y。从LPF·AF AMP 294、295输出的信号X、信号Y,在通过以下说明的膜厚补正器230进行补正中,输出至终点检测部240。
终点检测部240将从膜厚补正器230输出的信号X、Y进行旋转处理、平行移动处理等的处理,算出作为监控信号的距离Z。而后,基于该距离Z的变化监视膜厚的变化。
图7是示出终点检测部240实施的处理的概略图。图7中,横轴表示信号X的强度,纵轴表示信号Y的强度。点T∞表示研磨对象物102的膜厚是∞的状态,点T0表示研磨对象物102的膜厚是0的状态。随着研磨对象物102的膜厚减少,根据信号X、Y定位的点Tn描绘圆弧状的轨迹而且朝向点T0前进。从XY坐标系统的原点O至点Tn的距离Z(=(X2+Y2)1/2),除了点T∞附近,是随着膜厚减少而变小。
终点检测部240算出根据研磨对象物102的膜厚而变化的距离Z。终点检测部240若事先通过经验或试验掌握距离Z与研磨对象物102的膜厚的关系,通过监视距离Z即可检测研磨中的研磨对象物102的膜厚。
终点检测部240与进行关于研磨装置100的各种控制的研磨装置控制部140连接。终点检测部240基于算出的距离Z检测研磨对象物102的研磨终点后,对研磨装置控制部140输出示出其要旨的信号。研磨装置控制部140从终点检测部240接收示出研磨终点的信号后,使研磨装置100的研磨结束。
<涡流传感器210的输出补正>
本实施形态补正从涡流传感器210输出的信号(信号X与信号Y)。即,在研磨对象物102进行研磨的过程中,通过研磨对象物102与研磨垫108的摩擦而产生热。有时因该热造成涡流传感器210的周围环境温度上升,而导致涡流传感器210的输出偏差。
图8是示出涡流传感器的输出受到周围环境温度影响而偏差的实例的示意图。图8A是示出涡流传感器的输出的变动图,图8B是示出涡流传感器周围的环境温度的变动图。图8A中,横轴表示研磨时间,纵轴表示涡流传感器输出。图8B中,横轴表示研磨时间,纵轴表示涡流传感器周围的环境温度。
图8A、图8B示出对未形成金属膜而不产生涡电流、即、在涡流传感器210中无反应的基板进行研磨时的涡流传感器210的周围环境温度及输出。
如图8B所示,随着研磨进行,涡流传感器210周围的环境温度受到研磨基板的摩擦热的影响而上升。此时,由于研磨在涡流传感器210中无反应的基板,因此涡流传感器210的输出原本应保持一定。但是如图7A所示,涡流传感器210的输出依赖涡流传感器210周围的环境温度而变动(偏差)。
因此,本实施形态采用以下的样态补正从涡流传感器210输出的信号,如图1所示,终点检测装置主体220具备:膜厚补正器230、及终点检测部240。
膜厚补正器230在进行研磨对象物102的研磨工序的过程中(实时(in-situ))补正从涡流传感器210输出的信号。膜厚补正器230具备:取得部232、算出部234、及补正部236。
取得部232在进行研磨工序的过程中,取得在涡流传感器210与研磨对象物102不相对的第一状态(研磨对象物外区域B)下从涡流传感器210输出的第一测定信号。此外,取得部232在进行研磨工序的过程中,取得在涡流传感器210与研磨对象物102相对的第二状态(研磨对象物内区域A)下从涡流传感器210输出的第二测定信号。
算出部234基于通过取得部232所取得的第一测定信号、与对第一测定信号预先设定的基准信号算出补正值。此时具体来说,基准信号可为未进行研磨工序时在涡流传感器210与研磨对象物102不相对的状态下从涡流传感器210输出的信号。例如,基准信号可以为进行涡流传感器210的校准时在涡流传感器210与研磨对象物102不相对的状态下从涡流传感器210输出的信号。此外,例如,基准信号也可以为在未进行研磨工序时的环境温度下,在涡流传感器210与研磨对象物102不相对的状态下从涡流传感器210输出的信号。即,在涡流传感器210的输出不产生温度偏差的状态下预先取得信号,作为对第一状态(研磨对象物外区域B)的基准信号。由于只要不对涡流传感器210产生温度偏差即可作为基准信号,因此,例如在开始研磨工序之后环境温度尚未上升时,在第一状态(研磨对象物外区域B)下从涡流传感器210输出的信号也可以作为基准信号。
算出部234例如通过从取得部232所取得的第一测定信号减去预先设定的基准信号,能够算出补正值。
补正部236在进行研磨工序的过程中,基于算出部234所算出的补正值来补正取得部232所取得的第二测定信号。
例如,补正部236在进行研磨工序的过程中,通过从取得部232所取得的第二测定信号减去算出部234所算出的补正值,来补正第二测定信号。
更具体来说,补正部236基于就在第二状态之前出现的第一状态下所取得的第一测定信号与基准信号所算出的补正值,来补正在该第二状态下所取得的第二测定信号。
即,算出部234在研磨工序过程中某个时态(T1)的第一状态下,通过取得部232取得第一测定信号后,通过从所取得的第一测定信号减去预先设定的基准信号而算出补正值(ΔS1)。而后,在时态(T)之后出现的第二状态下,补正部236在通过取得部232取得第二测定信号后,通过从所取得的第二测定信号减去在时态(T1)的第一状态下由算出部234所算出的补正值(ΔS1)来补正第二测定信号。
同样地,算出部234在研磨工序过程中某个时态(T2)的第一状态下,通过取得部232取得第一测定信号后,通过从所取得的第一测定信号减去预先设定的基准信号而算出补正值(ΔS2)。而后,在时态(T)之后出现的第二状态下,补正部236在通过取得部232取得第二测定信号后,通过从所取得的第二测定信号减去在时态(T2)的第一状态下由算出部234所算出的补正值(ΔS2)来补正第二测定信号。
另外,上述是膜厚补正器230具有作为功能块的取得部232、算出部234、及补正部236,且假设以计算机软件来实现作说明,不过不限于此。如图6所示,也可以利用硬件实现膜厚补正器230。
如图6所示,膜厚补正器230具备:数据闩锁302、304、校准开关306、减法电路308、减法电路310。
数据闩锁302、304保持从LPF·AF AMP 294输出的在涡流传感器210与研磨对象物102不相对的第一状态(研磨对象物外区域B)下的信号X、或从校准开关306输出的基准信号。数据闩锁304根据来自检测研磨台110已旋转1次的旋转传感器114的触发信号,对减法电路308输出所保持的信号X或基准信号。另外,旋转传感器114具备:设置于研磨台110周围的卡爪、及可检测卡爪的设于研磨台110的卡爪传感器。卡爪传感器每当研磨台110旋转1次时检测卡爪。由此,旋转传感器114可检测研磨台110特定的旋转位置。
减法电路308执行从数据闩锁302、304输出的信号X与基准信号的相减。具体来说,减法电路308因为涡流传感器210由于温度偏差而有输出提高送出的倾向,因此从信号X减去基准信号而算出补正值。另外,可根据使用的传感器的温度偏差的倾向,将减法电路作为加法电路。
减法电路310执行从LPF·AF AMP 294输出的在涡流传感器210与研磨对象物102相对的第二状态(研磨对象物内区域A)下的信号X、与从减法电路308所输出的补正值的相减。具体来说减法电路310因为涡流传感器210由于温度偏差而有输出提高送出的倾向,因此通过从在第二状态(研磨对象物内区域A)下的信号X减去补正值而算出补正后的信号X。另外,可根据使用的传感器的温度偏差的倾向将减法电路作为加法电路。
同样地,膜厚补正器230具备:数据闩锁402、404、校准开关406、减法电路408、减法电路410。
数据闩锁402、404保持从LPF·AF AMP 295输出的在涡流传感器210与研磨对象物102不相对的第一状态(研磨对象物外区域B)下的信号Y、或从校准开关406输出的基准信号。数据闩锁404根据来自检测研磨台110已旋转1次的旋转传感器114的触发信号,对减法电路408输出所保持的信号Y或基准信号。
减法电路408执行从数据闩锁402、404所输出的信号Y与基准信号的相减。具体来说,减法电路408因为涡流传感器210由于温度偏差而有输出提高送出的倾向,因此从信号Y减去基准信号而算出补正值。另外,可根据使用的传感器的温度偏差倾向将减法电路作为加法电路。
减法电路410执行从LPF·AF AMP 295输出的在涡流传感器210与研磨对象物102相对的第二状态(研磨对象物内区域A)下的信号Y、与从减法电路408所输出的补正值的相减。具体来说,减法电路410因为涡流传感器210由于温度偏差而有输出提高送出的倾向,因此通过从第二状态(研磨对象物内区域A)下的信号Y减去补正值,而算出补正后的信号Y。另外,可根据使用的传感器的温度偏差倾向将减法电路作为加法电路。
<流程图>
其次,说明本实施形态的膜厚测定值的补正方法。图9是示出本实施形态的膜厚测定值的补正方法的处理流程图。
首先,通过研磨装置控制部140开始研磨工序后(步骤S101),算出部234取得基准信号(Xsd,Ysd)(步骤S102)。基准信号(Xsd,Ysd)例如是涡流传感器210的输出中不产生温度偏差的状态(涡流传感器210的校准时等)下预先取得而记录于存储器等的信号。另外,由于涡流传感器210中若不产生温度偏差即可作为基准信号,因此,例如研磨工序开始之后环境温度尚未上升时,在第一状态(研磨对象物外区域B)下从涡流传感器210输出的信号也可以作为基准信号。
接着,补正部236将补正值(ΔX、ΔY)归零(步骤S103)。这是为了重设在前次研磨工序中所设定的补正值(ΔX、ΔY)。
接着,取得部232从涡流传感器210取得信号X、信号Y(步骤S104)。
接着,补正部236补正信号X、信号Y(步骤S105)。具体来说,若将补正后的信号X设为X',将补正后的信号Y设为Y'的话,补正部236通过X'=X-ΔX,Y'=Y-ΔY,求出补正后的信号X'、信号Y'。
接着,终点检测部240基于补正后的信号X'、信号Y',判定是否为研磨终点(步骤S106)。
通过终点检测部240判定为并非研磨终点后(步骤S106,否),旋转传感器114判定研磨台110是否已旋转至特定的旋转位置(步骤S107)。具体来说,可将涡流传感器210在第一状态(研磨对象物外区域B)下的研磨台110的旋转位置作为特定的旋转位置。换言之,旋转传感器114判定涡流传感器210是否在第一状态(研磨对象物外区域B)。
取得部232在判定为研磨台110已旋转至特定的旋转位置后(步骤S107,是),在第一状态(研磨对象物外区域B)下取得从涡流传感器210输出的第一测定信号(Xout、Yout)(步骤S108)。
接着,算出部234更新补正值(步骤S109)。具体来说,算出部234在将补正值设为ΔX、ΔY时,通过ΔX=Xout-Xsd,ΔY=Yout-Ysd算出补正值(ΔX、ΔY)加以更新。另外,本实施形态是示出基于在第一状态下的1处的第一测定信号(Xout、Yout)算出补正值ΔX、ΔY的实例,不过不限于此。例如,也可以在开始第一状态后,在变成第二状态之前,以多个点取得第一状态下的第一测定信号(Xout、Yout),求出该多个点的第一测定信号(Xout、Yout)的平均值,而从平均值减去基准信号。
其后,回到步骤S104反复进行处理。因此,涡流传感器210在第二状态(研磨对象物内区域A)下,从涡流传感器210输出的第二测定信号(信号X、信号Y)基于就在该第二状态之前的第一状态下所更新的补正值ΔX、ΔY来补正。
进一步,在步骤S107中,判定为研磨台110尚未旋转至特定的旋转位置时(步骤S107,否),也回到步骤S104反复进行处理。
由此,在第二状态(研磨对象物内区域A)持续期间,在第二状态下取得的多个点的第二测定信号(信号X、信号Y)分别基于ΔX、ΔY来补正补正值。
在步骤S106中,通过终点检测部240判定为研磨终点后(步骤S106,是),研磨装置控制部140使研磨结束(步骤S110)。
图10是示意性示出进行本实施形态的补正时涡流传感器210的输出图。图10A是示出涡流传感器的输出的变动图,图10B是示出涡流传感器周围的环境温度的变动图。图10A中,横轴表示研磨时间,纵轴表示涡流传感器输出。图10B中,横轴表示研磨时间,纵轴表示涡流传感器周围的环境温度。
图10A、图10B与图8A、图8B相同,示出对未形成金属膜而不产生涡电流、即、在涡流传感器210中不反应的基板进行研磨时涡流传感器210周围的环境温度及输出。
如图10B所示,随着研磨进行,因研磨基板的摩擦热的影响导致涡流传感器210周围的环境温度上升。对此,本实施形态由于是根据环境温度的变化而对涡流传感器210的输出进行补正,因此如图10A所示,涡流传感器210的输出保持一定。
如上所述,采用本实施形态时,可以利用简易的构成精确补正测定研磨对象物102膜厚的传感器的温度偏差。即,本实施形态由于也可以不设置用于补正传感器的温度偏差的温度传感器,因此构成简易。此外,本实施形态是在研磨工序进行的过程中(实时地)基于补正值补正从传感器所输出的测定信号。因此,本实施形态能够在研磨研磨对象物102的过程中实时精确补正传感器的温度偏差。其结果,本实施形态可以高精度地检测研磨对象物102的研磨终点。
特别是,本实施形态是基于就在第二状态之前出现的第一状态下所取得的第一测定信号与基准信号所算出的补正值来补正在该第二状态下所取得的第二测定信号。由此,因为精确反映传感器的温度偏差,所以能够使补正后的第二测定信号的可靠性提高。
以下,基于附图说明本发明一种实施形态的涡流传感器。另外,上述实施形态中的涡流传感器210可使用以下说明的涡流传感器1210。
<研磨装置>
图11是示意性示出研磨装置及终点检测装置的全体构成的图。首先说明研磨装置。
如图11所示,研磨装置1100具备:研磨台1110,其能够将用于研磨研磨对象物(例如半导体晶圆等的基板、或形成于基板表面的各种膜)1102的研磨垫1108安装于上表面;旋转驱动研磨台1110的第一电动马达1112;能够保持研磨对象物1102的上方环形转盘1116;及旋转驱动上方环形转盘1116的第二电动马达1118。
此外,研磨装置1100具备在研磨垫1108的上表面供给包含研磨材料的研磨液的浆液管线1120。此外,研磨装置1100具备输出关于研磨装置1100的各种控制信号的研磨装置控制部1140。
研磨装置1100研磨研磨对象物1102时,从浆液管线1120供给包含研磨粒的研磨浆液至研磨垫1108的上表面,并通过第一电动马达1112旋转驱动研磨台1110。而后,研磨装置1100以使上方环形转盘1116在与研磨台1110的旋转轴偏心的旋转轴周围旋转的状态下,将保持于上方环形转盘1116的研磨对象物1102按压于研磨垫1108。由此,研磨对象物1102被保持研磨浆液的研磨垫1108研磨而平坦化。
其次,说明研磨终点检测装置1200。如图11所示,研磨终点检测装置1200具备:涡流传感器1210;及经由旋转接头连接器1160、1170而与涡流传感器1210连接的终点检测部1220。
<涡流传感器>
首先,说明涡流传感器1210。在研磨台1110中形成有可从研磨台1110的背面侧插入涡流传感器1210的孔。涡流传感器1210被插入形成于研磨台1110的孔中。另外,研磨台1110被接地。
图12是示出研磨台1110、涡流传感器1210与研磨对象物1102的关系的俯视图。如图12所示,涡流传感器1210设置于通过保持在上方环形转盘1116的研磨中的研磨对象物1102的中心Cw的位置。符号CT是研磨台1110的旋转中心。例如,涡流传感器1210在通过研磨对象物1102下方时,可在通过轨迹(扫描线)上连续检测研磨对象物1102的厚度。
图13是示出涡流传感器1210的概略构成图。图13A是示出涡流传感器1210的构成框图,图13B是涡流传感器1210的等价电路图。
如图13A所示,涡流传感器1210具备配置于检测对象的金属膜等的研磨对象物1102附近的传感器线圈1260。传感器线圈1260上连接交流信号源1262。此时,检测对象的研磨对象物1102例如是形成于半导体晶圆上的铜(Cu)、铝(Al)、金(Au)、钨(W)等的薄膜。传感器线圈1260配置于相对于检测对象的研磨对象物1102例如0.5~5.0mm程度附近。
涡流传感器1210中有一种基于因研磨对象物1102中产生涡电流导致的交流信号源1262的振荡频率变化来检测导电膜的频率型。此外,涡流传感器1210中有一种基于因研磨对象物1102中产生涡电流导致的从交流信号源1262看到阻抗的变化来检测导电膜的阻抗型。即,频率型是在图13B所示的等价电路中,阻抗Z通过涡电流I2的变化而变化,结果,交流信号源(可变频率振荡器)1262的振荡频率变化。涡流传感器1210以检波电路1264检测该振荡频率的变化,可检测导电膜的变化。阻抗型是在图13B所示的等价电路中,阻抗Z通过涡电流I2变化而变化,结果,从交流信号源(固定频率振荡器)1262看到的阻抗Z的变化。涡流传感器1210以检波电路1264检测该阻抗Z的变化,可检测导电膜的变化。
在阻抗型的涡流传感器中,取出信号输出X、Y、相位、合成阻抗Z。可从频率F或阻抗X、Y等获得导电膜的测定信息。涡流传感器1210如图1所示可内藏于研磨台1110内部的表面附近位置,在位于对研磨对象物1102隔着研磨垫1108而相对时,可从流入研磨对象物1102的涡电流检测导电膜的变化。
以下,具体说明阻抗型的涡流传感器。交流信号源1262是1~50MHz左右的固定频率振荡器,例如使用水晶振荡器。而后,通过交流信号源1262供给的交流电压,电流I1流入传感器线圈1260。通过电流流入配置在研磨对象物1102附近的传感器线圈1260,从传感器线圈1260产生的磁束与研磨对象物1102交链。结果,在传感器线圈1260与研磨对象物1102之间形成互感M,而涡电流I2流入研磨对象物1102中。在此,R1是包含传感器线圈1260的一次侧电阻,L1同样地是包含传感器线圈1260的一次侧的自感。研磨对象物1102侧的R2是相当于涡电流损失的电阻,L2是研磨对象物1102的自感。从交流信号源1262的端子a、b看到传感器线圈1260侧的阻抗Z受到通过涡电流I2产生的磁力线的影响而变化。
图14是示出本实施形态的涡流传感器中使用的传感器线圈的构成例的概略图。如图14所示,涡流传感器的传感器线圈1260具备卷绕于绕线管1270的3个线圈1272、1273、1274。线圈1272是连接于交流信号源1262的励磁线圈。励磁线圈1272通过从交流信号源1262供给的交流电流被励磁,而在配置于附近的研磨对象物1102中形成涡电流。在绕线管1270的研磨对象物1102侧配置有检测线圈1273,检测因形成于研磨对象物1102的涡电流而产生的磁场。夹着励磁线圈1272在检测线圈1273的相反侧配置有平衡线圈1274。
线圈1272、1273、1274由相同卷数的线圈形成,检测线圈1273与平衡线圈1274彼此反相连接。当研磨对象物1102存在于检测线圈1273附近时,通过形成于研磨对象物1102中的涡电流产生的磁束交链于检测线圈1273与平衡线圈1274。此时,由于检测线圈1273配置于靠近导电膜的位置,因此产生于两线圈1273、1274的感应电压的平衡被破坏,由此可检测通过导电膜的涡电流而形成的交链磁束。
图15是示出涡流传感器的详细构成的示意图。交流信号源1262具有水晶振荡器等固定频率的振荡器,例如,将1~50MHz的固定频率的交流电流供给至传感器线圈1260。交流信号源1262所形成的交流电流经由带通滤波器(BPF)1282而供给至传感器线圈1260(励磁线圈1272)。另外,从传感器线圈1260(检测线圈1273及平衡线圈1274)的端子输出的信号,经过电桥电路1284及高频放大器(RF Amp)1286,传送至包含cos同步检波电路1292及sin同步检波电路1293的同步检波部1291。而后,可通过同步检波部1291取出阻抗的电阻成分与感抗成分。
从同步检波部1291输出的电阻成分与感抗成分通过低通滤波器(LPF·AF AMP)1294、1295除去不需要的高频成分(例如5KHz以上的高频成分),分别输出作为阻抗的电阻成分的信号X与作为感抗成分的信号Y。
终点检测部1220基于从涡流传感器1210膜输出的信号X、Y监视膜厚的变化。
图16、图17是示出终点检测部1220实施的处理的概略图。图16中,横轴表示信号X的强度,纵轴表示信号Y的强度。圆弧1310上的端点T∞表示研磨对象物1102的膜厚是∞的状态,端点T0表示研磨对象物1102的膜厚是0的状态。随着研磨对象物1102的膜厚减少,从信号X、Y的值定位的圆弧1310上的点Tn描绘圆弧状的轨迹而且朝向端点T0前进。从XY坐标系统的原点O至点Tn的距离Z(=(X2+Y2)1/2),除了点T∞附近,是随着膜厚减少而变小。
测定膜厚的一个观点是终点检测部1220算出根据研磨对象物1102的膜厚而变化的距离Z。而后,终点检测部1220若事先通过经验或试验掌握距离Z与研磨对象物1102的膜厚的关系,通过监视距离Z即可检测研磨中的研磨对象物1102的膜厚。
但是,实际上,执行研磨对象物1102的研磨时,在研磨研磨对象物1102而膜厚变薄的同时研磨垫1108也变薄。由于随着研磨垫1108变薄而涡流传感器1210与研磨对象物1102的距离缩短,因此涡流传感器1210的输出变大。结果,随着研磨垫1108变薄,如图17的圆弧1310、圆弧1320、圆弧1330所示,圆弧变大。因此,在研磨垫1108的厚度变化的情况下,难以如上述那样基于距离Z检测研磨对象物1102的膜厚。
另外,如图17所示,连接由信号X、信号Y而指定的点与端点T0的直线1340与圆弧1310、圆弧1320、圆弧1330交叉的交点Ta、Tb、Tc示出研磨对象物1102是相同膜厚的状态。着眼于该点,终点检测部1220求出直线1340与从端点T0在与信号Y的轴相同方向延伸的直线构成的角度θ。终点检测部1220若事先通过经验或试验掌握角度θ与研磨对象物1102的膜厚的关系,通过监视角度θ即可检测研磨中的研磨对象物1102的膜厚。
终点检测部1220与进行关于研磨装置1100的各种控制的研磨装置控制部1140连接。终点检测部1220基于算出的角度θ检测研磨对象物1102的研磨终点后,对研磨装置控制部1140输出示出其要旨的信号。研磨装置控制部1140从终点检测部1220接收示出研磨终点的信号后,使研磨装置1100的研磨结束。
<涡流传感器测定精度的提高>
其次,对本实施形态的涡流传感器测定精度的提高进行说明。首先,对涡流传感器1210作为静电电容传感器反应而导致的精度的恶化进行说明。
图18是说明现有涡流传感器的静电电容的图。图18A是示意性示出在现有构成中,涡流传感器作为静电电容传感器而反应时的静电电容的图。图18B是图18A的构成中的等价电路。如图18A、图18B所示,在涡流传感器1210与地线(Earth)之间存在励磁线圈1272与检测线圈1273间的静电电容C1、检测线圈1273与研磨对象物1102间的静电电容C2、研磨对象物1102与研磨台1110间的静电电容C3。涡流传感器1210与地线(Earth)之间的合成静电电容C通过以下公式1来表示。
[公式1]
C = 1 1 C 1 + 1 C 2 + 1 C 3
图19是示出在现有的涡流传感器中,合成静电电容对于研磨垫厚度的变化而变化的图。图19中横轴表示研磨垫1108的厚度,纵轴表示涡流传感器1210与地线(Earth)之间的合成静电电容C。图20是通过现有的涡流传感器所测定的信号X、信号Y的描绘数据。图20中,横轴表示信号X,纵轴表示信号Y。
如图19所示,研磨垫1108的厚度通过研磨工序而变薄后,合成静电电容C大幅增加。其结果,对应于研磨垫1108的厚度的圆弧1410~圆弧1470的端点T0并未聚集成图20中以虚线1480包围那样。因此,用于检测角度θ的基准点根据研磨垫1108的厚度变化而偏离,而无法精确检测角度θ,结果导致研磨对象物1102的膜厚的测定精度恶化。
<用于提高测定精度的构成>
另外,本实施形态的涡流传感器1210是具备配置于传感器线圈1260(包含:励磁线圈1272、检测线圈1273、及平衡线圈1274)的测定对象物侧的导电体1500。
关于该点进行说明。图21是用于说明配置导电体1500的效果的概念图。首先,如图21A所示,在涡流传感器1210与测定对象物1800(例如研磨对象物102)之间未配置导电体1500的情况下,当涡流传感器1210与地线1810(Earth)间的距离变化时,两者之间的静电电容变化。结果,涡流传感器1210与地线1810(Earth)间的静电电容的变化直接影响涡流传感器1210的输出,导致涡流传感器1210的输出变化。
另外,如图21B所示,在涡流传感器1210与测定对象物1800之间配置导电体1500。导电体1500的导电率虽比测定对象物1800低,但是是以非绝缘体材料形成。此外,导电体1500通过如图21B所示那样地接地,成为在与地线之间静电电容大的状态。
通过配置导电体1500,而在涡流传感器1210与导电体1500之间产生电场。虽然导电体1500的下表面会产生电荷,但是因为配置有导电体1500,所以导电体1500的上表面不易产生电荷。因而,在导电体1500与测定对象物1800之间不产生电场,而抑制作为静电电容传感器的动作。此外,即使涡流传感器1210与测定对象物1800间的距离变动,涡流传感器1210与导电体1500间的距离仍保持一定,因为在涡流传感器1210与导电体1500之间产生不变动的静电电容,所以可抑制在导电体1500与测定对象物1800间产生的静电电容变动的影响。此外,因为涡流传感器1210通常使用交流电源,所以即使取代如图21B那样的接地,而通过如图21C所示经由电容器成分来接地,来使导电体1500保持充分大的静电电容,仍可获得同样效果。
<导电体1500的具体配置样态>
其次,具体说明导电体1500的配置样态。图22是示出本实施形态的涡流传感器1210的构成的一个实例的图。如图22所示,本实施形态的涡流传感器1210具备导电体1500。导电体1500配置于传感器线圈1260(包含:励磁线圈1272、检测线圈1273、及平衡线圈1274)的测定对象物(研磨对象物1102)侧。
具体来说,导电体1500配置在介于测定对象物(研磨对象物1102)与传感器线圈1260之间的绝缘体(研磨垫1108)、与传感器线圈1260之间。导电体1500至少可具备与传感器线圈1260相对的相对部1510。另外,相对部1510通过具有与励磁线圈1272、检测线圈1273、或平衡线圈1274的线圈轴交叉的面,而与传感器线圈1260相对。
图23是示出本实施形态的涡流传感器1210的构成的另一实例的图。如图23所示,导电体1500也可具备:与传感器线圈1260相对的相对部1510;以及连接于相对部1510并且覆盖传感器线圈1260的至少一部分周围的外周部1520。该例中,外周部1520与形成于研磨台1110的孔的内壁相对。
图24是示出本实施形态的涡流传感器1210的构成的另一实例的图。如图24所示,导电体1500也可以具有:与传感器线圈1260相对的相对部1510;以及连接于相对部1510并且覆盖传感器线圈1260的全部周围的外周部1530,导电体1500形成为盖住传感器线圈1260的帽状。本例的外周部1520与形成于研磨台1110的孔的内壁相对。
图25是示出本实施形态的涡流传感器1210的构成的另一实例的图。如图25所示,导电体1500与图24同样地具有:与传感器线圈1260相对的相对部1510;以及连接于相对部1510并且覆盖传感器线圈1260的全部周围的外周部1530,导电体1500形成为盖住传感器线圈1260的帽状。
除此之外,涡流传感器1210还具备磁屏蔽片1600作为边缘角对策。磁屏蔽片1600与导电体1500同样地具有:与传感器线圈1260相对的相对部1610;以及连接于相对部1610并且覆盖传感器线圈1260的全部周围的外周部1630,磁屏蔽片1600形成为盖住传感器线圈1260的帽状。磁屏蔽片1600在导电体1500的内部盖住传感器线圈1260。相对部1610中形成有与传感器线圈1260相对的开口,可供磁场通过。
图22至图25中,相对部1510在传感器线圈1260的测定对象物(研磨对象物1102)侧,与传感器线圈1260离开指定距离而配置。此外,相对部1510也与测定对象物(研磨对象物1102)离开指定距离而配置。再者,相对部1510是以传感器线圈1260与相对部1510间的距离比测定对象物(研磨对象物1102)与相对部1510间的距离短的方式,配置在传感器线圈1260与测定对象物(研磨对象物1102)之间。另外,传感器线圈1260与相对部1510的距离固定。即,即使涡流传感器1210(传感器线圈1260)与研磨对象物1102之间的距离由于研磨垫1108变薄等而变动,涡流传感器1210(传感器线圈1260)与相对部1510间的距离仍然一定。
图22至图25中的导电体1500(相对部1510)例如可包含导电性聚丙烯、或硅树脂而形成。此外,图22至图25中的导电体1500(相对部1510)例如能够以掺入碳的聚丙烯、硅等合成树脂、蒸镀有薄金属的合成树脂、蒸镀有薄金属的玻璃、掺入碳的橡胶(硅等)、单晶硅基板(Si)等而形成。
另外,导电体1500(相对部1510)的电阻率越小越可除去涡流传感器1210作为静电电容传感器的反应,不过导电体1500本身产生涡电流,研磨对象物1102的膜厚测定的灵敏度降低。另外,导电体1500(相对部1510)的电阻率过大时,无法彻底除去作为静电电容传感器的反应。考虑这些方面,例如图22至图25中的导电体1500(相对部1510)可包含具有1Ω·cm~100Ω·cm的电阻率的材料而形成。此外,图22至图25中的导电体1500(相对部1510)优选为可包含具有5Ω·cm~50Ω·cm的电阻率的材料而形成。图22至图25中的导电体1500(相对部1510)更优选为可包含具有7Ω·cm~20Ω·cm的电阻率的材料而形成。
另外,图23至图25中的导电体1500(外周部1520、1530)也可以包含与相对部1510同样的材料而形成,也可以通过铜带、特殊用途不锈钢(SUS)等的导电材料而形成。
其次,对配置导电体1500而产生的效果进行说明。图26是用于说明本实施形态的涡流传感器中的静电电容的图。图26A是示意性示出在图23的构成中,涡流传感器作为静电电容传感器而反应时的静电电容的图。图26B是图26A的构成中的等价电路。如图26A、图26B所示,在涡流传感器1210与地线(Earth)之间,存在励磁线圈1272与检测线圈1273间的静电电容C1、检测线圈1273与导电体1500间的静电电容Cd1、导电体1500与研磨对象物1102间的静电电容C2'、研磨对象物1102与研磨台1110间的静电电容C3、及导电体1500与研磨台1110间的静电电容Cd2。静电电容C2'、静电电容C3、及静电电容Cd2的合成静电电容Cd通过以下公式2来表示。此外,涡流传感器1210与地线(Earth)间的全体合成静电电容C通过以下公式3来表示。
[公式2]
Cd = 1 1 C 2 &prime; + C 3 + 1 Cd 2
[公式3]
C = 1 1 C 1 + 1 Cd 1 + 1 Cd
图27是示出本实施形态的涡流传感器中,合成静电电容对于研磨垫厚度的变化而变化的图。图27中,横轴表示研磨垫1108的厚度,纵轴表示涡流传感器1210与地线(Earth)间的合成静电电容C。图28是通过本实施形态的涡流传感器所测定的信号X、信号Y的描绘数据。图28中,横轴表示信号X,纵轴表示信号Y。
如图27所示,即使研磨垫1108的厚度由于研磨工序而变薄,合成静电电容C也几乎不变化。例如图19中,研磨垫1108的厚度在3.0mm~0.5mm之间变化的情况下,合成静电电容C变化32%。另外,图27中,同样地研磨垫1108的厚度在3.0mm~0.5mm之间变化的情况下,合成静电电容C仅变化0.006%。即,通过配置导电体1500,因研磨垫1108的厚度变化造成静电电容C2'、C3的变化对合成静电电容C的影响变小(难以反映到涡流传感器1210的输出)。换言之,由于传感器线圈1260与相对部1510的距离固定,因此即使研磨垫1108的厚度变化造成涡流传感器1210(传感器线圈1260)与研磨对象物1102间的距离变动,涡流传感器1210(传感器线圈1260)与相对部1510间的距离仍然保持一定。因此,即使涡流传感器1210(传感器线圈1260)与研磨对象物1102间的距离变动,由于传感器线圈1260与相对部1510间的静电电容不变,因此,因研磨垫1108厚度的变化造成静电电容C2'、C3的变化对合成静电电容C的影响变小。
其结果,对应于研磨垫1108的厚度的圆弧1535~圆弧1570的端点T0聚集成如图28中虚线1580所包围的那样。因此,用于检测角度θ的基准点即使因研磨垫1108的厚度变化而变化仍不致太偏离,因此可精确检测角度θ。其结果,采用本实施形态时,可使研磨对象物1102膜厚的测定精度提高。
另外,以上的说明示出研磨台1110接地的实例,不过不限于此,如图21B所示,也可以将导电体1500直接接地。此外,上述的说明主要示出在研磨装置1100中适用涡流传感器1210的例,不过不限于此。如使用图1进行说明的那样,通过在涡流传感器1210与测定对象物1800之间配置导电体1500,由于静电电容的变化对合成静电电容的影响变小(难以反映到涡流传感器1210的输出),因此可使涡流传感器1210的测定精度提高。
符号说明
100  研磨装置
102  研磨对象物
108  研磨垫
110  研磨台
140  研磨装置控制部
200  研磨终点检测装置
210  涡流传感器
220  终点检测装置主体
230  膜厚补正器
232  取得部
234  算出部
236  补正部
240  终点检测部
260  传感器线圈
A  研磨对象物内区域
B  研磨对象物外区域
1100  研磨装置
1102  研磨对象物
1108   研磨垫
1110   研磨台
1210   涡流传感器
1220   终点检测部
1260   传感器线圈
1272   励磁线圈
1273   检测线圈
1274   平衡线圈
1500   导电体
1510   相对部
1520   外周部
1520、1530   外周部
1600   磁屏蔽片
1610   相对部
1630   外周部
1800   测定对象物
1810   地线。

Claims (17)

1.一种膜厚测定值的补正方法,其是在对研磨对象物进行研磨的研磨工序的过程中,对从用于测定研磨对象物的膜厚的传感器输出的信号进行补正的方法,该膜厚测定值的补正方法的特征在于,
所述研磨工序包含:所述传感器与所述研磨对象物不相对的第一状态;及所述传感器与所述研磨对象物相对的第二状态;
取得在所述第一状态下从所述传感器输出的第一测定信号,
基于取得的所述第一测定信号、与对所述第一测定信号预先设定的基准信号,算出补正值,
取得在所述第二状态下从所述传感器输出的第二测定信号,
在进行所述研磨工序的过程中,基于算出的所述补正值,对取得的所述第二测定信号进行补正。
2.如权利要求1所述的膜厚测定值的补正方法,其特征在于,
所述基准信号是在未进行所述研磨工序时,在所述传感器与所述研磨对象物不相对的状态下从所述传感器输出的信号。
3.如权利要求1或2所述的膜厚测定值的补正方法,其特征在于,
所述研磨工序通过一边使贴合有用于研磨研磨对象物的研磨垫的研磨台旋转,一边将所述研磨对象物按压于所述研磨垫,来研磨所述研磨对象物,
所述传感器设置于所述研磨台,
所述第一状态与所述第二状态随所述研磨台的旋转交替出现,
补正所述第二测定信号的工序基于补正值对在所述第二状态下取得的第二测定信号进行补正,所述补正值基于就在该第二状态之前出现的第一状态下所取得的第一测定信号与所述基准信号而算出。
4.如权利要求1或2所述的膜厚测定值的补正方法,其特征在于,
所述基准信号是在进行所述传感器的校准时,在所述传感器与所述研磨对象物不相对的状态下从所述传感器输出的信号。
5.如权利要求1或2所述的膜厚测定值的补正方法,其特征在于,
所述基准信号是以未进行所述研磨工序时的环境温度,在所述传感器与所述研磨对象物不相对的状态下从所述传感器输出的信号。
6.如权利要求1或2所述的膜厚测定值的补正方法,其特征在于,
所述传感器是涡流传感器。
7.一种膜厚补正器,其是在对研磨对象物进行研磨的研磨工序的过程中,对从用于测定研磨对象物的膜厚的传感器输出的信号进行补正的膜厚补正器,其特征在于,
所述研磨工序包含:所述传感器与所述研磨对象物不相对的第一状态;及所述传感器与所述研磨对象物相对的第二状态,
所述膜厚补正器具备:
取得部,其取得在所述第一状态下从所述传感器输出的第一测定信号、及在所述第二状态下从所述传感器输出的第二测定信号;
算出部,其基于通过所述取得部所取得的第一测定信号、与对所述第一测定信号预先设定的基准信号,算出补正值;及
补正部,其在进行所述研磨工序的过程中,基于由所述算出部所算出的补正值来补正由所述取得部所取得的第二测定信号。
8.一种涡流传感器,其用于测定与测定对象物的距离或所述测定对象物的膜厚,其特征在于,具备:
传感器线圈,其使所述测定对象物产生涡电流,并检测因所述涡电流的产生造成的感应磁场;及
导电体,其配置于所述传感器线圈的所述测定对象物侧。
9.如权利要求8所述的涡流传感器,其特征在于,
所述导电体具备与所述传感器线圈相对的相对部。
10.如权利要求9所述的涡流传感器,其特征在于,
所述导电体进一步具备外周部,所述外周部连接于所述相对部,且覆盖所述传感器线圈的至少一部分的周围。
11.如权利要求8至10中任一项所述的涡流传感器,其特征在于,
所述导电体形成为盖住所述传感器线圈的帽状。
12.如权利要求8至10中任一项所述的涡流传感器,其特征在于,
所述导电体是包含掺入碳的聚丙烯、硅树脂、蒸镀金属的合成树脂、蒸镀金属的玻璃、掺入碳的橡胶、或单晶硅基板而形成。
13.如权利要求8至10中任一项所述的涡流传感器,其特征在于,
所述导电体包含具有1Ω·cm~100Ω·cm的电阻率的材料而形成。
14.如权利要求8至10中任一项所述的涡流传感器,其特征在于,
进一步具备磁屏蔽片,其配置于所述传感器线圈与所述导电体之间,并形成有与所述传感器线圈相对的开口。
15.如权利要求8至10中任一项所述的涡流传感器,其特征在于,
所述涡流传感器是设在形成于研磨台的孔中,作为用于测定与研磨对象物的距离或所述研磨对象物的膜厚的研磨装置用涡流传感器,该研磨台贴合有用于研磨所述研磨对象物的研磨垫,
所述传感器线圈使所述研磨对象物产生涡电流,并检测因所述涡电流的产生造成的感应磁场,
所述导电体配置于所述传感器线圈的所述研磨对象物侧。
16.如权利要求15所述的涡流传感器,其特征在于,
所述导电体配置于所述传感器线圈与所述研磨垫之间。
17.如权利要求15所述的涡流传感器,其特征在于,
所述导电体具备:与所述传感器线圈相对的相对部;及外周部,其连接于所述相对部,且与所述研磨台所形成的孔的内壁相对。
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