CN108789154B - 涡电流传感器的校准方法和研磨装置控制部 - Google Patents

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Abstract

提供一种不剥离研磨垫就能够进行校准的涡电流传感器的校准方法。当将研磨对象物向研磨面按压而进行研磨时,为了利用涡电流传感器来对研磨对象物的膜厚进行测定而求出研磨对象物的膜厚与涡电流传感器的测定值之间的对应关系的涡电流传感器。该方法在第一步骤中,在使膜厚已知的研磨对象物与研磨面接触了的状态下,对涡电流传感器的输出进行测定,从而求出与该膜厚对应的涡电流传感器的测定值。在第二步骤中,当将研磨对象物向研磨面按压而进行研磨时,对涡电流传感器的输出进行测定,从而求出与研磨时的膜厚对应的涡电流传感器的测定值。根据第一步骤的测定值和第二步骤的测定值而求出研磨对象物的膜厚与涡电流传感器的测定值之间的对应关系。

Description

涡电流传感器的校准方法和研磨装置控制部
技术领域
本发明涉及一种涡电流传感器的校准方法。
背景技术
近年,伴随半导体器件的高集成化、高密度化,电路的配线逐渐微细化,多层配线的层数也有所增加。为了谋求电路的微细化并实现多层配线,需要对半导体器件表面进行高精度的平坦化处理。
作为半导体器件表面的平坦化技术,已知有化学机械研磨(CMP(ChemicalMechanical Polishing:化学机械抛光))。用于进行CMP的研磨装置具备粘贴有研磨垫的研磨台和用于保持研磨对象物(例如半导体晶片等的基板或者形成于基板的表面的各种膜)的顶环。研磨装置通过一边使研磨台旋转一边将保持于顶环的研磨对象物向研磨垫按压而对研磨对象物进行研磨。
研磨装置具备用来基于研磨对象物的膜厚来进行研磨工序的终点检测的膜厚测定装置。膜厚测定装置具备对研磨对象物的膜厚进行检测的膜厚传感器。作为代表性的膜厚传感器,例举出涡电流传感器。
涡电流传感器配置在形成于研磨台的孔,与研磨台的旋转一起旋转,并且在与研磨对象物相对时对膜厚进行检测。涡电流传感器对导电膜等的研磨对象物引起涡电流,根据由引起于研磨对象物的涡电流产生的磁场的变化而对研磨对象物的厚度的变化进行检测。使用涡电流传感器作为膜厚传感器,因此在本测定开始前,需要进行校准,该校准得到膜厚与涡电流传感器的测定值的对应关系。
以往的校准如下地进行。涡电流传感器在被搭载于研磨装置的情况下,在研磨对象物的导电性膜与涡电流传感器之间夹有研磨垫。当研磨垫的厚度变化时,传感器的输出变化。在日本特开2007-263981号所记载的以往技术中,使用垫厚度不同的多个研磨垫和具有不同的膜厚的多个校正晶片来进行校准。为了组合不同的垫厚度与不同的膜厚,需要进行大量的测定并求出研磨对象物的膜厚与涡电流传感器的测定值之间的对应关系。
在以往技术中,还有以下的问题。第一,由于将多个校准用的研磨垫配置到旋转台上,因此需要剥离已经贴在旋转台的研磨垫。为了校准,必须废弃一个研磨垫,成本较高。第二,校正晶片通过手动作业而置于研磨垫,因此有位置的精度较低的问题。另外,由于手动作业,因此有时在研磨垫、校正晶片附着灰尘等而产生误差。第三,由于反复使用校正晶片,因此有可能产生氧化等,有可能因校正晶片的劣化而产生误差。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2007-263981号
发明内容
发明所要解决的问题
本发明的一个方式是为了消除这样的问题点而完成的,其目的在于提供一种不剥离研磨垫就能够进行校准的涡电流传感器的校准方法。
解决问题的手段
为了解决上述课题,在第一方式中采用如下构成的涡电流传感器的校准方法,是当将研磨对象物向研磨面按压而进行研磨时,为了利用涡电流传感器来对所述研磨对象物的膜厚进行测定,求出所述研磨对象物的膜厚与所述涡电流传感器的测定值之间的对应关系的校准方法,该校准方法的特征在于,具有:第一步骤,该第一步骤在使膜厚已知的所述研磨对象物与所述研磨面接触了的状态下,对所述涡电流传感器的输出进行测定,从而求出与该膜厚对应的所述涡电流传感器的测定值;以及第二步骤,该第二步骤当将所述研磨对象物向所述研磨面按压而进行研磨时,对所述涡电流传感器的输出进行测定,从而求出与研磨时的膜厚对应的所述涡电流传感器的测定值,根据所述第一步骤的测定值和所述第二步骤的测定值而求出所述研磨对象物的膜厚与所述涡电流传感器的测定值之间的对应关系。
在本实施方式中,不使用校正晶片。能够使用作为膜厚已知的实际的产品的研磨对象物(例如,晶片)。不需要垫厚度不同的多个研磨垫,也不需要具有不同膜厚的多个校正晶片。不需要剥离已经贴于旋转台的研磨垫。能够使用已经贴于旋转台的研磨垫来进行校准。
此外,研磨对象物的膜厚是指形成于研磨对象物的表面的膜的膜厚。当在研磨对象物的表面层叠有多个膜的情况下,是指处位于最外部的作为研磨的对象的膜的膜厚。涡电流传感器的测定值是指根据涡电流传感器的输出而直接或者间接得到的信号或者数据。
在第二方式中采用如下构成的校准方法,使用在所述第一步骤中使用了的所述研磨对象物来进行所述第二步骤。
在第三方式中采用如下构成的校准方法,在所述第一步骤中使用的所述研磨对象物与在所述第二步骤中使用的所述研磨对象物彼此不同且独立。
在第四方式中采用如下构成的校准方法,具有:对所述涡电流传感器在所述研磨对象物上从所述研磨对象物的一端朝向另一端移动时的所述涡电流传感器的输出进行测定的步骤;以及求出得到的测定值在所述研磨对象物上的各点处的变化率,根据所述变化率来对所述研磨对象物的所述一端与所述另一端的位置进行检测,并且根据检测出的所述一端与所述另一端的位置来求出所述研磨对象物的中心位置的步骤。
在第五方式中采用如下构成的权利要求1~3中任一项所述的校准方法,具有:第三步骤,该第三步骤使所述涡电流传感器沿着从所述研磨对象物的一端朝向另一端的路径移动并在所述路径上的至少两点处对所述涡电流传感器的输出进行测定,以所述路径上的规定的位置处的该测定值为基准值,求出表示所述路径上的各位置处的该测定值与所述基准值的差的信息;以及第四步骤,该第四步骤基于所述信息求出在所述第一步骤及所述第二步骤中得到的所述测定值与对应于得到该测定值的各点的所述路径上的位置处的所述差的差。
在第六方式中采用如下构成的校准方法,具有:第四步骤,该第四步骤在所述研磨对象物的研磨结束时,使所述涡电流传感器沿着从所述研磨对象物的一端朝向另一端的路径移动,并在所述路径上的至少一点处对所述涡电流传感器的输出进行测定,求出关于所述研磨对象物的研磨结束时的所述路径上的各位置处的该测定值的信息;以及第五步骤,该第五步骤基于所述信息求出在所述第一步骤及所述第二步骤中得到的所述测定值与对应于得到该测定值的各点的所述路径上的位置处的研磨结束时的所述测定值的差。
在第七方式中采用如下构成的涡电流传感器的校准方法,是当将研磨对象物向研磨面按压而进行研磨时,为了利用涡电流传感器来对所述研磨对象物的膜厚进行测定,求出所述研磨对象物的中心位置的校准方法,该校准方法的特征在于,具有:对所述涡电流传感器在所述研磨对象物上从所述研磨对象物的一端朝向另一端移动时的所述涡电流传感器的输出进行测定的步骤;以及求出得到的测定值在所述研磨对象物上的各点处的变化率,根据所述变化率来对所述研磨对象物的所述一端与所述另一端的位置进行检测,并且根据检测出的所述一端与所述另一端的位置来求出所述研磨对象物的中心位置的步骤。
在第八方式中采用如下构成的涡电流传感器的校准方法,是当将研磨对象物向研磨面按压而进行研磨时,为了利用涡电流传感器来对所述研磨对象物的膜厚进行测定,求出当所述涡电流传感器沿着从所述研磨对象物的一端朝向另一端的路径移动时产生的所述路径上的所述测定值的变化的校准方法,该校准方法的特征在于,使所述涡电流传感器沿着从所述研磨对象物的一端朝向另一端的路径移动,在所述路径上的至少两点处对所述涡电流传感器的输出进行测定,并且以所述路径上的规定的位置处的该测定值为基准值,求出表示所述路径上的各位置处的所述测定值与所述基准值的差的信息,基于所述信息求出在校准结束后的本测定中通过所述涡电流传感器得到的测定值与对应于得到该测定值的各点的所述路径上的位置处的所述差的差。
在第九方式中采用如下构成的涡电流传感器的校准方法,是当将研磨对象物向研磨面按压而进行研磨时,为了利用涡电流传感器来对所述研磨对象物的膜厚进行测定,考虑所述研磨对象物的研磨结束的状态下的所述涡电流传感器的测定值的校准方法,该校准方法的特征在于,在所述研磨对象物的研磨结束时,使所述涡电流传感器沿着从所述研磨对象物的一端朝向另一端的路径移动,在所述路径上的至少一点处对所述涡电流传感器的输出进行测定,求出关于所述研磨对象物的研磨结束时的所述路径上的各位置处的该测定值的信息,基于所述信息求出在校准结束后的本测定中通过所述涡电流传感器得到的测定值与对应于得到该测定值的各点的所述路径上的位置处的研磨结束时的所述测定值的差。
附图说明
图1是示意性表示研磨装置的整体结构的图。
图2是表示用于对阻抗进行测定的涡电流传感器的结构例的框图。
图3是图2的框图的等效电路图。
图4是表示涡电流传感器的传感器线圈的结构例的立体图。
图5是表示图4的传感器线圈的连接例的电路图。
图6是表示传感器线圈输出的同步检波电路的框图。
图7是表示伴随导电性膜的厚度变化的阻抗坐标面中的电阻分量(X)与电抗分量(X)的圆轨迹的曲线图。
图8是表示使图7的曲线图形逆时针旋转90度并进一步平行移动的曲线图。
图9是表示坐标X、Y的圆弧轨迹根据与使用的研磨垫的厚度相当的距离而变化的情形的曲线图。
图10是对无论研磨垫108的厚度的差异如何角度α均相同的情况进行说明的图。
图11是表示1/tanα(=Ta)与膜厚t的比例关系的图。
图12表示清洗研磨中的测定点。
图13中(a)表示通过测定得到的信号的大小,(b)表示该信号的变化率(微分或者差分)。
图14是表示图1的研磨台部分的俯视图。
图15是表示基线处理与零校准处理的说明图。
图16是表示校准方法的整体的流程图。
符号说明
70 研磨开始点
72 研磨结束点
74 中间地点
76 一端
78 另一端
80 路径
100 研磨装置
102 研磨对象物
104 研磨面
108 研磨垫
110 研磨台
140 研磨装置控制部
150 研磨部
210 涡电流传感器
230 膜厚测定装置
232 接收部
234 角算出部
238 膜厚算出部
240 终点检测器
具体实施方式
以下,参照附图对本发明的实施方式进行说明。此外,在以下的各实施方式中,对相同或者相当的部件标注相同符号并省略重复的说明。
图1是示意性表示本发明的一个实施方式的研磨装置的整体结构的图。如图1所示,研磨装置100具有用于对研磨对象物(例如,半导体晶片等基板,或者形成于基板的表面的各种的膜)102进行研磨的研磨部150。研磨部150具备:研磨台110,该研磨台110能够在上表面安装用于对研磨对象物102进行研磨的研磨垫108;第一电动机112,该第一电动机112驱动研磨台110旋转;顶环116,该顶环116能够保持研磨对象物102;以及第二电动机118,该第二电动机118驱动顶环116旋转。
另外,研磨部150具备对研磨垫108的上表面供给包含研磨材料的研磨浆液的浆料线120。研磨装置100具备输出关于研磨部150的各种控制信号的研磨装置控制部140。
研磨装置100具备涡电流传感器210,该涡电流传感器210配置在形成于研磨台110的孔,伴随研磨台110的旋转而沿着研磨面对研磨对象物102的膜厚进行检测。
研磨装置100在对研磨对象物102进行研磨时,从浆料线120向研磨垫108的上表面供给包含研磨粒的研磨浆料,并且利用第一电动机112来驱动研磨台110旋转。并且,研磨装置100在使顶环116绕与研磨台110的旋转轴偏心的旋转轴旋转的状态下,将保持于顶环116的研磨对象物102向研磨垫108按压。由此,研磨对象物102由保持研磨浆料的研磨垫108研磨而平坦化。
接收部232经由旋转接头连接器160、170而与涡电流传感器210连接。接收部232接收从涡电流传感器210输出的信号并作为阻抗输出。
如图1所示,膜厚测定装置230对从接收部232输出的阻抗进行规定的信号处理而向终点检测器240输出。
终点检测器240基于从膜厚测定装置230输出的信号来监视研磨对象物102的膜厚的变化。终点检测器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。终点检测器240在检测到研磨对象物102的研磨终点时,将表示该内容的信号向研磨装置控制部140输出。研磨装置控制部140在从终点检测器240接收到表示研磨终点的信号时,使研磨装置100的研磨结束。研磨装置控制部140在研磨中基于补正了的膜厚数据来控制研磨对象物102的按压力。
在此,对本实施方式中的校准的概略进行叙述。当利用涡电流传感器210来对膜厚进行测定时,需要预先求出根据涡电流传感器210的输出而得到的数据与膜厚的对应关系。在本实施方式中,根据涡电流传感器210的输出求出角度α。角度α的定义以及求出方法后述。
根据角度α算出的1/tanα与膜厚t如后述那样成比例。即,当设为1/tanα=Ta时,有膜厚t=A_th×Ta的关系。在此,A_th是比例系数。在膜厚的实际的测定中,能够根据涡电流传感器210的测定值得到Ta。因此,在校准中,只要求出膜厚t=A_th×Ta这样的涡电流传感器210的输出与膜厚的对应关系中的比例系数A_th即可。若求出比例系数A_th,则在校准后的本测定中,当根据涡电流传感器210的输出求出角度α时,能够算出膜厚。此外,根据涡电流传感器210的输出而得到的涡电流传感器210的测定值是指后述的阻抗(X、Y),或者,上述的角度α、tanα、1/tanα、Ta等。
图2表示研磨装置100所具备的涡电流传感器210。涡电流传感器从其传感器线圈观察导电性膜侧的阻抗变化,并根据该阻抗变化而对膜厚进行检测。涡电流传感器210在检测对象的研磨对象物102的附近配置传感器线圈,在该线圈连接有交流信号源124。在此,作为检测对象的研磨对象物102是例如形成于半导体晶片W上的厚度为0~2μm程度的铜镀膜(也可以是Au、Cr、W等金属材料的蒸镀膜)。传感器线圈相对于作为检测对象的导电性膜例如配置在0.5~5mm程度的附近。同步检波电路126对从传感器线圈侧观察的包含作为检测对象的研磨对象物102的阻抗Z(其分量为X、Y。)进行检测(详细情况后述)。
在图3所示的等效电路中,当交流信号源124的振荡频率固定而研磨对象物102的膜厚变化时,从交流信号源124观察传感器线圈侧时的阻抗Z变化。即,在图3所示的等效电路中,流动于研磨对象物102的涡电流I2由研磨对象物102的等效的电阻R2以及自感L2确定。当膜厚变化时涡电流I2变化,经由与传感器线圈侧的互感M而作为从交流信号源124侧观察的阻抗Z的变化被采集。在此,L1是传感器线圈的自感量,R1是传感器线圈的电阻量。
以下,对涡电流传感器进行具体说明。交流信号源124是1~50MHz程度的固定频率的振荡器,例如使用石英振荡器。并且,通过由交流信号源124供给的交流电压,在传感器线圈流动有电流I1。电流在配置于研磨对象物102的附近的线圈流动,该磁通与研磨对象物102交链,从而在它们之间形成互感M,在研磨对象物102中流动有涡电流I2。在此,R1是包含传感器线圈的一次侧的等效电阻,L1同样是包含传感器线圈的一次侧的自感。在研磨对象物102侧,R2是与涡电流损耗相当的等效电阻,L2是其自感。从交流信号源124的端子128、130观察传感器线圈侧时的阻抗Z根据形成于研磨对象物102中的涡电流损耗的大小而变化。
图4表示本实施方式的涡电流传感器中的传感器线圈的结构例。传感器线圈分离用于在导电性膜形成涡电流的线圈和用于对导电性膜的涡电流进行检测的线圈,由卷绕于线圈架311的三层线圈构成。在此,中央的励磁线圈312是与交流信号源124连接的励磁线圈。该励磁线圈312利用由交流信号源124供给的电压所形成的磁场而在配置于附近的半导体晶片W上的研磨对象物102形成涡电流。在线圈架311的上侧(导电性膜侧)配置有检测线圈313,对由形成于导电性膜的涡电流产生的磁场进行检测。并且,在励磁线圈312的与检测线圈313相反的一侧配置有平衡线圈314。
图5表示各线圈的连接例。检测线圈313与平衡线圈314如上述那样构成反相的串联电路,其两端与包含可变电阻316的电阻桥电路317连接。线圈312与交流信号源203连接,通过生成交替磁通而在配置于附近的导电性膜201’形成涡电流。通过调整可变电阻VR1、VR2的电阻值,由线圈313、314组成的串联电路的输出电压能够调整为在导电性膜不存在时变为零。
图6表示从交流信号源203侧观察传感器线圈202侧时的阻抗Z的测量电路例。在该图6所示的阻抗Z的测量电路中,能够取得伴随膜厚的变化的阻抗平面坐标值(X,Y)(即,电抗分量(X)、电阻分量(Y))、阻抗(Z=X+iY)以及相位输出(θ=tan-1R/X)。因此,通过使用这些信号输出,例如利用阻抗的各种分量的大小来对膜厚进行测量等,能够检测更多样的处理的进行状况。
如上所述,对配置在成膜有作为检测对象的研磨对象物102的半导体晶片W附近的传感器线圈供给交流信号的信号源203是由石英振荡器组成的固定频率的振荡器。交流信号源203例如供给1~50MHz的固定频率的电压。由信号源203形成的交流电压经由带通滤波器302而供给到励磁线圈312。在传感器线圈的端子128、130检测出的信号经由高频放大器303以及移相电路304而输入到由cos同步检波电路305以及sin同步检波电路306组成的同步检波部。利用同步检波部来取得检测信号的cos分量(X分量)和sin分量(Y分量)。在此,利用移相电路304来根据由信号源203形成的振荡信号形成信号源203的同相分量(0°)和正交分量(90°)的两个信号。这些信号分别被导入cos同步检波电路305和sin同步检波电路306,进行上述的同步检波。
同步检波了的信号通过低通滤波器307、308而除去信号分量以上的不需要的例如5KHz以上的高频分量。同步检波了的信号为cos同步检波输出即X分量输出和sin同步检波输出即Y分量输出。另外,通过矢量运算电路309来根据X分量输出和Y分量输出得到阻抗Z的大小(X2+Y2)1/2。另外,利用矢量运算电路(θ处理电路)310而同样地根据X分量输出和Y分量输出得到相位输出(θ=tan-1Y/X)。在此,这些滤波器被设置用来出去传感器信号的噪声分量,设定有与各种滤波器对应的截止频率。
接着,与在研磨对象物102与涡电流传感器210之间的距离不同时得到的阻抗对应的阻抗平面坐标系上的点(坐标值(X,Y))形成不同的圆。不同的圆的各自的中心处于相同的直线(第二直线)上。第一点是相对于不同的圆共通的一个点。对此进行说明。
在图3所示的传感器侧电路与导电性膜侧电路中,如下的数学式分别成立。
R1I1+L1dI1/dt+MdI2/dt=E (1)
R2I2+L2dI2/dt+MdI1/dt=0 (2)
在此,M为互感,R1为传感器侧电路的等效电阻,L1为传感器侧电路的自感。R2为引起有涡电流的导电性膜的等效电阻,L2为流动有涡电流的导电性膜的自感。
在此,当设为In=Anejωt(正弦波)时,上述数学式(1)、(2)如下表示。
(R1+jωL1)I1+jωMI2=E (3)
(R2+jωL2)I2+jωMI1=0 (4)
根据该数学式(3)、(4),导出如下的数学式(5)。
I1=E(R2+jωL2)/{(R1+jωL1)(R2+jωL2)+ω2M2}
=E/{(R1+jωL1)+ω2M2/(R2+jωL2)} (5)
因此,传感器侧电路的阻抗Z由如下的数学式(6)表示。
Z=E/I1={R12M2R2/(R2 22L2 2)}
+jω{L12L2M2/(R2 22L2 2)} (6)
在此,当将Z的实部(电阻分量)、虚部(感应电抗分量)分别设为X、Y时,上述数学式(6)如下。
Z=X+jωY (7)
在此,当设为Rx=ω2L2M2/(R2 22L2 2)时,(7)式变为
X+jωY=[R1+R2Rx]+Jω[L1-L2Rx]。
因此,X=R1+R2RxY=ω[L1-L2Rx]。
当对R2、L2求解时,
R2=ω2(X-R1)M2/((ωL1-Y)2+(X-R1)2) (8)
L2=ω(ωL1-Y)M2/((ωL1-Y)2+(X-R1)2) (9)
图7所示的符号k是组合系数,如下的关系式(10)成立。
M=k(L1L2)1/2 (10)
当将此应用于(9)时,
(X-R1)2+(Y-ω(1-(k2/2))L1)2=(ωL1k2/2)2(11)
这是圆的方程式,表示X、Y形成圆,即,阻抗Z形成圆。
涡电流传感器210输出包含涡电流传感器210的线圈的电气电路的阻抗的电阻分量X以及感应电抗分量Y。该电阻分量X以及感应电抗分量Y是反映膜厚的膜厚信号,根据基板上的导电性膜的厚度而变化。
图7是表示通过将与导电性膜的厚度一起变化的X、Y标绘于XY坐标系上而描绘出的曲线的图。点T∞的坐标是当膜厚无限大时,即,R2为0时的X、Y。点T0(第一点)的坐标是若能够无视基板的导电率,当膜厚为0时,即,R2为无限大时的X、Y。根据X、Y的值而定位的点Tn(第二点)通过导电性膜的厚度减少而描绘圆弧状的轨迹并朝向点T0前进。
图8是表示使图7的曲线图形逆时针旋转90度并进一步平行移动的曲线的图。如图8所示,通过减少膜厚,根据X、Y的值而定位的点Tn描绘圆弧状的轨迹并朝向点T0前进。组合系数k是一个线圈所产生的磁场传输到另一个线圈的比例。k=1为最大,当线圈间的距离变大时,即研磨垫108变厚时,k变小。
涡电流传感器210的线圈与基板W之间的距离G根据夹于它们之间的研磨垫108的厚度而变化。其结果是,如图9所示,坐标X、Y的圆弧轨迹根据与使用的研磨垫108的厚度相当的距离G(G1~G3)而变化。由图9可知,无论线圈与研磨对象物102之间的距离G如何,当以直线连结相同膜厚的坐标X、Y(以下,称为等膜厚直线(第一直线))时,该等膜厚直线在交点P交差。点P是第一点T0。该等膜厚直线rn(n:1,2,3…)在图9中,相对于通过第一点的圆的直径(第二直线)H以与导电性膜(研磨对象物102)的厚度对应的角度α倾斜。无论距离G如何,通过第一点的圆的直径(第二直线)都相同。
角度α是第一直线与通过第一点(T0)的圆的直径所成的角的角度,第一直线是连结对应于膜厚为零时的阻抗的第一点(T0)与对应于膜厚不为零时的阻抗的第二点(Tn)的直线。当导电性膜的厚度相同时,无论研磨垫108的厚度的差异如何,角度α相同。对于该点,利用图10进行说明。
使用图10所示的角度α表示点Tn的坐标(X,Y)。根据图10,
X=R1+ω(k2/2)L1sinα (12)
Y=ω(1-(k2/2)L1-ω(k2/2)L1coaα (13)
根据已述的(8)、(9),
R2/L2=ω(X-R1)/(ωL1-Y)
当将(12)、(13)代入该数学式时,
R2/L2=ωsin2α/(1+cos2α)=ωtanα (14)
R2/L2仅依赖于膜厚,另外,不依赖于组合系数k,因此不依赖于涡电流传感器210与研磨对象物102之间的距离,即不依赖于研磨垫108的厚度。R2/L2仅依赖于膜厚,因此,角度α也仅依赖于膜厚。膜厚算出部算出角度α的正切并利用(14)的关系而根据正切求出膜厚。
对角度α的算出方法及膜厚的算出方法进行说明。图1的膜厚测定装置230在为了对研磨对象物的膜厚进行测定而利用涡电流传感器210将能够形成于研磨对象物102的涡电流作为阻抗进行检测时,从接收部232进行阻抗的输入。根据输入的阻抗求出膜厚。膜厚测定装置230具备角算出部234及膜厚算出部238。
角算出部234算出第一直线10与通过第一点T0的圆的直径12所成的角的角度α,第一直线10是连结对应于膜厚为零时的阻抗的第一点T0与对应于膜厚不为零时的阻抗的第二点Tn的直线。膜厚算出部238算出角度α的正切并根据正切求出膜厚。
接着,对根据正切求出膜厚的膜厚算出部238进行说明。在本实施方式中,利用正切的倒数与膜厚的关系。首先,对正切的倒数与膜厚的关系进行说明。
在正切与金属膜的电阻值之间,有已述的(14)的关系,即,
R2/L2=ωtanα (14)。
在此,R2是金属膜的电阻值。因此,R2与tanα成比例。此外,R2与膜厚具有以下的关系。
R2=ρL/tW (15)
在此,ρ:电阻率L、W:金属膜的长度以及宽度t:膜厚
根据(14)、(15)可知,膜厚t与角度α具有以下的关系。
R2∝(1/t)∝ωtanα
即,1/tanα∝t
由此,1/tanα与膜厚t成比例。接着,对如此进行的膜厚的算出方法进行说明。
首先,利用涡电流传感器210及接收部232而得到阻抗坐标面中的电阻分量(X)和电抗分量(X)。接着,在角算出部234中,通过已述的方法而算出tanα。1/tanα与膜厚t成比例。利用后述的比例关系而根据1/tanα求出膜厚t。
接着,对在上述的本测定之前进行的预先的校准进行说明。在本实施方式中,在涡电流传感器210的校准中,当将研磨对象物102向研磨垫108的表面(研磨面104)按压而进行研磨时,为了利用涡电流传感器210来对研磨对象物102的膜厚进行测定而求出研磨对象物102的膜厚与涡电流传感器210的测定值之间的对应关系。在此,对应关系是上述的1/tanα与膜厚t的比例关系。
在校准中,在使膜厚已知的研磨对象物102与研磨面104接触的状态下,对涡电流传感器210的输出进行测定,求出与膜厚对应的涡电流传感器210的测定值。膜厚被预先在研磨装置100的外部测定。用户对终端进行操作,从而测定出的膜厚被输入到研磨装置100并被存储于膜厚算出部238。
一边使研磨台110旋转一边使用水研磨预先测定了膜厚的晶片。这在以下称为“水抛光”。在“水抛光”中使用水,因此不发生实际研磨。进行“水抛光”的理由如下:使用膜厚已知的研磨对象物102,目的在于得到此时的涡电流传感器210的输出,因此不希望进行研磨。
研磨台110的台转速可以是任意转速。优选为与实际的研磨时相同的转速。对于涡电流传感器210的测定值,将从研磨对象物102的中心开始例如直径20mm的范围内的平均值存储到膜厚算出部238。根据涡电流传感器210的测定值得到已述的α。图11表示测定结果。图11是表示1/tanα(=Ta)与膜厚t的比例关系的图。横轴是涡电流传感器210的测定值1/tanα,纵轴是膜厚t。图11表示相对于已知的膜厚56的涡电流传感器210的测定值58。
图11所示的表示比例关系的直线分别表示基于几个涡电流传感器210的测定而在校准阶段得到的直线50和为了与校准的结果比较而将涡电流传感器210与研磨对象物102的距离变为两种从而实测出的直线52及直线54。这些直线均满足膜厚=A_th×Ta的比例关系。A_th是直线的斜率。校准的目的是求出直线50。直线50是知道斜率A_th就能够确定的直线。若知道测定值58,则由于膜厚56已知而能够求出斜率A_th。求出测定值58的方法后述。
此外,校准所使用的晶片的膜厚56也可以在膜厚56具有某种程度的幅度上的变化。若膜厚56正确地测定,则在本实施方式中就没有问题。可以具有幅度上的变化的原因是,在膜厚56不同的情况下,与此对应地得到不同的测定值58,根据膜厚56和测定值58而得到的膜厚=A_th×Ta这样的关系式中的斜率A_th不变。在以往技术中,使用膜厚确定的校正晶片,因此在校准中成为对象的膜厚固定。
接着,当将研磨对象物102向研磨面104按压而进行研磨时,对涡电流传感器210的输出进行测定,求出与研磨时的膜厚对应的涡电流传感器210的测定值,对此利用图12进行说明。在该步骤中,根据与研磨时的膜厚对应的涡电流传感器210的测定值而求出图10所示的表示圆的直径的直线。根据求出的直线和关于图11测定出的涡电流传感器210的测定值而求出与测定值58对应的角度α,并最终求出测定值58。
当进行另一种表达时,在该步骤中,进行以下的操作。在为了对研磨对象物102的膜厚进行测定而利用涡电流传感器将能够形成于研磨对象物的涡电流检测为阻抗时,被输入阻抗,根据输入的阻抗而求出膜厚。当使阻抗的电阻分量与电抗分量分别与具有两个正交坐标轴的坐标系的各轴对应时,与阻抗对应的坐标系上的点形成图10的圆的至少一部分。膜厚测定装置在角算出部算出第一直线10与通过第一点的圆的直径12所成的角α的正切tanα或者角度α,第一直线10连结对应于膜厚为零时的阻抗的第一点T0与对应于膜厚不为零时的阻抗的第二点Tn。
在该步骤中,对带有金属膜的研磨对象物102进行研磨并得到涡电流传感器210的测定值。直到研磨结束点为止对研磨对象物102的规定的膜进行研磨。将该研磨整体称为“清洗研磨”。图12表示清洗研磨中的测定点。图12与图10相同。圆弧曲线60表示在清洗研磨中的存在测定点的区域中,为了求出圆弧中心坐标64而使用的测定点所存在的区域。在本实施方式中,测定点68表示研磨开始时的测定值。测定点68与图11所示的测定值58对应。测定点62表示研磨结束时的测定值。用于校准的研磨及测定从测定点68到测定点62进行。如已述那样,根据圆弧曲线60而求出圆弧中心坐标64。根据测定点62和圆弧中心坐标64而取得圆弧中心直线66。
在本实施方式中,像这样,与以往技术不同,实际上通过对一个研磨对象物102进行研磨来进行校准。在以往技术中,不进行研磨,使用多个校正晶片,研磨垫被剥离。
根据圆弧中心直线66和关于图11测定出的涡电流传感器210的输出(存在于圆上。)而求出与该输出对应的角度α。当求出角度α,求出1/tanα(=Ta),即测定值58。圆弧中心直线66能够表达为Y=A_Imp×X。在此,A_Imp是圆弧中心直线66的斜率。
此外,使用在图11所示的步骤中使用了的研磨对象物来进行图12所示的步骤。即,通过对一个研磨对象物102进行研磨来进行校准。但是,在图11所示的步骤中使用的研磨对象物和在图12所示的步骤中使用的研磨对象物也可以分别独立。即,也可以使用相对于膜厚已知的研磨对象物在图11所示的步骤中得到的涡电流传感器210的输出,使用相对于分别独立的研磨对象物在图12所示的步骤中得到的圆弧中心直线66,来算出角度α并接着算出测定值58。
接着,当研磨对象物102为圆形状时,利用图13、14来说明对圆形状的中心位置进行检测的步骤。对研磨对象物102的中心位置进行检测与求出研磨对象物的膜厚与涡电流传感器的测定值之间的对应关系没有直接相关。但是,在研磨中,有时主要对研磨对象物102的中心位置处的膜厚进行检测从而控制研磨时间、研磨压力等。因此,在校准的阶段正确地检测研磨对象物102的中心位置较为重要。该检测在接收部232中进行。
在本实施方式中,对当在图11、12中使用的研磨对象物102上涡电流传感器210从研磨对象物102的一端76朝向另一端78移动时的涡电流传感器210的输出进行测定。
如图14所示,研磨台110的旋转以夹头传感器350对安装于研磨台110的外周面的夹头351进行检测的方式进行。通过来自夹头传感器350的检测信号,开始顶环116所保持的研磨对象物102的信号处理。即,伴随研磨台110的旋转,传感器轨迹352横穿研磨对象物102。
研磨装置在研磨台110每旋转一个周期时,首先接收来自夹头传感器350的信号。此时,研磨对象物102还未来到涡电流传感器210上,因此涡电流传感器210在研磨对象物102的外部接收较弱的信号。其后,当涡电流传感器210位于研磨对象物102之下时,接收与产生于导电性膜等的涡电流对应的级别的传感器信号。并且,在研磨对象物102通过涡电流传感器210上之后,在不产生涡电流的级别的研磨对象物102的外部接收较弱的传感器信号。
求出在研磨对象物102上的各点处得到的测定值在研磨对象物102上的各点处的变化率(微分或者差分)。图13(a)表示通过测定而得到的信号的大小,图13(b)表示该信号的变化率(微分或者差分)。横轴是时间,纵轴在图13(a)中是作为涡电流传感器210的输出的阻抗的绝对值,在图13(b)中是阻抗的绝对值的时间微分。能够根据变化率来对研磨对象物102的一端76(研磨开始点70)与另一端78(研磨结束点72)的位置进行检测。这是由于,在研磨开始点70,变化率为正的峰值,在研磨结束点72,变化率为负的峰值。根据检测出变化率的一端和另一端的位置,求出研磨对象物102的中心位置作为其中间地点74。
研磨对象物102的中心位置能够保持为时间信息或者距离信息。在时间信息的情况下,例如能够保持为从检测到夹头351开始的时间。在距离信息的情况下,能够保持为在路径80上离一端76的距离。
该步骤可以是校准的任意阶段,但优选在校准的最开始进行。以往,对于检测研磨对象物102的中心位置,使用者观察测定数据并以目视判断中心位置位于哪里。在本实施方式中,研磨装置自动地判断中心位置位于哪里。研磨台110的台转速任意,但优选与实际的研磨相同。当在校准的最开始进行该步骤的情况下,对带有金属膜的研磨对象物102进行水抛光。这是由于当研磨对象物102被研磨时,不能完成图11所示的测定。
对于图13所示的测定值,监视以下三种错误,在只要有一个不满足的情况下视为错误。
1.若正的峰值位置的时间值<负的峰值位置的时间值,则研磨对象物102正常。这是由于在不满足该条件时,认为测定错误。
2.峰值间距离为晶片直径+40mm以下且晶片直径-40mm以上。在不满足该条件时,认为测定曲线或者根据测定曲线得到的峰值位置异常。
3.峰值位置不处在从表示设置于研磨装置的研磨台110的旋转位置,即,表示研磨开始位置的夹头351的位置起10mm以内。这是由于在不满足该条件时,夹头351的位置检测异常,认为是夹头351的异常或者测定错误。
在这些条件判定中使用的值是一个例子,也能够是其他值。
接着,利用图14、15来对将研磨对象物102的膜厚为
Figure GDA0002445406040000151
时的涡电流传感器210的输出调整为0的情况进行说明。该调整能够有两种。第一个是相对于如下情况的调整:利用对研磨对象物102进行研磨来产生热,沿着从研磨对象物的一端76朝向另一端78的路径80而温度上升。沿着从一端76朝向另一端78的路径80,涡电流传感器210的输出上升或者下降。第二个是相对于如下的调整:当膜厚为
Figure GDA0002445406040000152
时的涡电流传感器210的输出不限于0。不为0的理由是由对涡电流传感器210的输出进行测定的测定装置的信号处理电路的特性导致的。
利用图15(a)、图15(b)对第一个调整进行说明。该调整在接收部232中进行。图15(a)表示当研磨对象物102的膜厚为
Figure GDA0002445406040000153
时的涡电流传感器210的输出。在图15的各图中,横轴为时间,纵轴为阻抗的X或者Y分量。
涡电流传感器210沿着从研磨对象物102的一端76朝向另一端78的路径80移动,在路径80上的至少两点处对涡电流传感器的输出进行测定。在两点处对涡电流传感器的输出进行测定的情况是例如温度的上升与离一端76的距离成比例的情况。此时,通过在两点的测定而能够求出路径80上的整体的温度变化分量。
在本实施方式中,在路径80上连续地测定。以路径80上的规定的位置处的测定值为基准,求出表示路径80上的各位置处的测定值的差的信息。规定的位置在图15的情况下是一端76。规定的位置能够设定于路径80上的任意的位置。路径80上的规定的位置处的测定值及路径80上的各位置处的测定值在图15(a)的情况下是阻抗的X或者Y分量。测定值不限于阻抗的X或者Y分量,也可以是已述的其他测定值。表示差的信息在图15的情况下是阻抗的X分量彼此的差或者Y分量彼此的差。
测定值82表示一端76处的测定值的级别。与路径80上的某一位置84处的测定值86的差88被作为表示差的信息的一个例子而进行图示。差88被认为是温度变化分量。在本实施方式中,表示差的信息作为差88本身而在各点分别得到,但在差88直线变化的情况下,也可以作为关于该直线的方程式的信息。例如,直线的斜率和某一位置处的值。
基于信息求出在图11、12的步骤中得到的测定值与对应于得到测定值的各点在路径80上的位置处的差88的差。由此,能够除去温度变化分量。图15(b)表示相对于图15(a)的测定值,除去了温度变化分量的结果。在以下,将除去温度变化分量的处理称为基线处理。在研磨台110的每一个选准周期自动地进行基线处理。基线处理地目的在于对温度变化分量进行检测并除去,因此也能够使用关于在膜厚不为0时的研磨对象物102的测定值。
利用图15(a)、图15(c)对第二个调整进行说明。该调整在接收部232中进行。在研磨对象物102的研磨结束时,即,在膜厚为0时,沿着从研磨对象物102的一端76朝向另一端78的路径80移动,并在路径80上的至少一点处对涡电流传感器的输出进行测定。一点即可的情况是例如认为测定值在路径80上的所有点均相同的情况。
在本实施方式中,在路径80上连续地进行测定。并且,求出关于研磨对象物102的研磨结束时的路径80上的各位置处的测定值的信息。该信息在图15(a)中表示,是阻抗的X分量或者Y分量。
基于所述信息求出在图11、12的步骤中得到的测定值与对应于得到该测定值的各点在路径80上的位置处的研磨结束时的测定值(在图15(a)中表示。)的差。由此,能够除去膜厚为0时的分量。图15(c)表示相对于图15(a)的测定值除去了该分量的结果。在以下,将除去膜厚为0时的分量的处理称为零校准处理。在研磨台110的每一个旋转周期自动地进行零校准处理。在为了基线处理及零校准处理而求出图15(a)的测定值时,台转速任意,但优选与实际的研磨时相同的台转速。在零校准处理中,使用浆料来对不带有金属膜的研磨对象物102进行研磨。另外,优选以与实际的研磨时相同的压力来进行处理。
在图13~图15所示的处理中使用的测定值能够使用与在图11、12所示的处理中使用的研磨对象物102同一个研磨对象物102来进行测定。但是,不限于此,在图13~图15所示的处理中使用的测定值也可以使用与在图11、12所示的处理中使用的研磨对象物102不同的研磨对象物102来进行测定,或者,也能够挪用已经测定完成的测定值。这是由于在图13~图15所示的处理中使用的测定值是较少依赖膜的特性的测定值。
接着,利用图16对在以一个研磨对象物102进行图11~图15所示的处理时的处理流程进行说明。图16是校准的整体流程。
整体流程的处理的流程的概略如下。在流程的前半,依次取得图13、图11、图12、图15所示的处理所需要的数据。在全部测定出处理所需要的数据之后,在流程的后半,依次进行图12、图11所示的处理。此时,使用在图15所示的处理(步骤164)中得到的数据来进行基线处理和零校准处理。
整体流程的处理的流程的详细情况如下。当开始校准时(步骤152),首先,利用处于研磨装置的外部的膜厚测定器来对在校准中使用的研磨对象物102的膜厚进行测定。将测定出的膜厚输入到研磨装置100的控制部(步骤154)。
接着,取得图13所示的处理所需要的数据(步骤156)。即,相对于研磨对象物102实施水抛光,利用波形的微分值峰值来对研磨对象物102的中心位置进行检测。根据检测结果来调整关于控制部内的研磨对象物102的位置的数据。该步骤能够省略。此时,使用在过去的测定中得到并已经保持于研磨装置内的中心位置。这是由于中心位置根据各个研磨对象物102的变动较少。
接着,取得图11所示的处理所需要的数据(步骤158)。即,实施水抛光,取得研磨对象物102的中心位置的涡电流传感器210输出值并进行保持。将得到的数据设为(X_th_raw,Y_th_raw)。
接着,取得图12所示的处理所需要的数据(步骤162)。即,到膜厚变为0为止,使用浆料来实施研磨。取得研磨对象物102的中心位置的数据列。将得到的数据列设为(X_clr[n],Y_clr[n])。n是多个数据的识别号。
接着,取得图15所示的处理所需要的数据(步骤164)。即,进行膜厚为0时的研磨。取得没有膜的研磨对象物102的中心位置的数据。将得到的数据设为(X_zero,Y_zero)。该步骤能够省略。此时,使用在过去的测定中得到并已经保持于研磨装置内的数据。这是由于该数据根据各个研磨对象物102的变动较少。
通过以上,得到了所需要的数据,因此在以下,进行这些数据的处理。首先,在步骤166中,在从(X_clr[n],Y_clr[n])减去(X_zero,Y_zero)之后,利用已述的方法来算出圆弧中心点和半径。
接着,在步骤168中,在从(X_th_raw,Y_th_raw)减去(X_zero,Y_zero)之后,使用圆弧半径来计算与已知的膜厚对应的涡电流传感器210的测定值Ta。
接着,在步骤17中,根据输入的已知的膜厚和在步骤168中得到的Ta计算斜率A_th,根据圆弧中心点计算斜率A_imp。通过以上而结束校准。
根据本实施方式,能够解决以往技术所涉及的以下的问题。即,在以往技术中有如下问题,
1剥离研磨垫108并使用膜厚已知的校正晶片,需要校准。
2由于手动作业,因此校正晶片的放置位置因校正晶片的污染等而产生误差。
3由于校正晶片的氧化等的特性的劣化而产生经时的误差。
根据本实施方式,能够如下地解决以往技术所涉及的问题。
1不剥离研磨垫108就能够校准。
2能够进行装置的自动动作,因此不产生因手动作业导致的位置偏移、因污染导致的误差。
3能够利用测定了膜厚的任意的研磨对象物102(晶片)来校准,因此不受校正晶片的劣化影响。膜厚也可以是任意值。在以往技术中,膜厚被限定于校正晶片所具有的膜厚,但根据本实施方式,膜厚也可以是任意值。
4能够利用一个研磨对象物102来执行图11~图15所示的多个校准,因此花费功夫较少。
此外,在本实施方式中,利用一个研磨对象物102来执行图11~图15所示的多个校准,但图13、图15所示的处理也可以如已述那样单独地执行。能够在多个不同的研磨对象物102的校准之间共用单独地执行而得到的数据。
在该情况下,如以下那样完成处理。在图13的情况下,当将研磨对象物向研磨面按压而进行研磨时,为了利用涡电流传感器来对研磨对象物的膜厚进行测定,进行求出研磨对象物的中心位置的涡电流传感器的校准。该方法具有对在研磨对象物上涡电流传感器从研磨对象物的一端朝向另一端移动时的涡电流传感器的输出进行测定的步骤和,求出得到的测定值的在研磨对象物上的各点处的变化率,根据变化率来对研磨对象物的一端与另一端的位置进行检测,并且根据检测出的一端与另一端的位置来求出研磨对象物的中心位置的步骤。
在图15(b)的基线处理的情况下,当将研磨对象物向研磨面按压而进行研磨时,为了利用涡电流传感器来对研磨对象物的膜厚进行测定,进行求出在涡电流传感器沿着从研磨对象物的一端朝向另一端的路径移动时产生的路径上的测定值的变化的涡电流传感器的校准。该方法使涡电流传感器沿着从研磨对象物的一端朝向另一端的路径移动并在路径上的至少两点处对涡电流传感器的输出进行测定,以路径上的规定的位置处的该测定值为基准,求出表示路径上的各位置处的测定值的差的信息。基于信息求出在该校准结束后的本测定中由涡电流传感器得到的测定值与对应于得到该测定值的各点在路径上的位置处的差的差。
在图15(c)的零校准处理的情况下,当将研磨对象物向研磨面按压而进行研磨时,为了利用涡电流传感器来对研磨对象物的膜厚进行测定,进行考虑了在研磨对象物的研磨结束的状态下的涡电流传感器的测定值的涡电流传感器的校准。该方法在研磨对象物的研磨结束时,使涡电流传感器沿着从研磨对象物的一端朝向另一端的路径移动,在路径上的至少一点处对涡电流传感器的输出进行测定,求出关于研磨对象物的研磨结束时的路径上的各位置处的该测定值的信息。基于信息求出在该校准结束后的本测定中通过涡电流传感器得到的测定值与对应于得到该测定值的各点在路径上的位置处的研磨结束时的测定值的差。
以上,对本发明的实施方式的例子进行了说明,但上述的发明的实施方式只是便于理解本发明,不对本发明进行任何限定。显而易见,本发明能够不脱离其主旨地进行变更、改良,并且本发明包含其均等物。另外,在能够解决上述课题的至少一部分的范围或者实现效果的至少一部的范围中,能够进行要求保护的范围以及说明书所记载的各构成要素的任意的组合或者省略。

Claims (12)

1.一种涡电流传感器的校准方法,是当将研磨对象物向研磨面按压而进行研磨时,为了利用涡电流传感器来对所述研磨对象物的膜厚进行测定,求出所述研磨对象物的膜厚与所述涡电流传感器的测定值之间的对应关系的校准方法,该校准方法的特征在于,具有:
第一步骤,该第一步骤在使膜厚已知的所述研磨对象物与所述研磨面接触了的状态下,对所述涡电流传感器的输出进行测定,从而求出与该膜厚对应的所述涡电流传感器的测定值;以及
第二步骤,该第二步骤当将所述研磨对象物向所述研磨面按压而进行研磨时,对所述涡电流传感器的输出进行测定,从而求出与研磨时的膜厚对应的所述涡电流传感器的测定值,
根据所述第一步骤的测定值和所述第二步骤的测定值而求出所述研磨对象物的膜厚与所述涡电流传感器的测定值之间的对应关系。
2.根据权利要求1所述的涡电流传感器的校准方法,其特征在于,
使用在所述第一步骤中使用了的所述研磨对象物来进行所述第二步骤。
3.根据权利要求1所述的涡电流传感器的校准方法,其特征在于,
在所述第一步骤中使用的所述研磨对象物与在所述第二步骤中使用的所述研磨对象物彼此不同且独立。
4.根据权利要求1~3中任一项所述的涡电流传感器的校准方法,其特征在于,具有:
对所述涡电流传感器在所述研磨对象物上从所述研磨对象物的一端朝向另一端移动时的所述涡电流传感器的输出进行测定的步骤;以及
求出得到的测定值在所述研磨对象物上的各点处的变化率,根据所述变化率来对所述研磨对象物的所述一端与所述另一端的位置进行检测,并且根据检测出的所述一端与所述另一端的位置来求出所述研磨对象物的中心位置的步骤。
5.根据权利要求1~3中任一项所述的涡电流传感器的校准方法,其特征在于,具有:
第三步骤,该第三步骤使所述涡电流传感器沿着从所述研磨对象物的一端朝向另一端的路径移动并在所述路径上的至少两点处对所述涡电流传感器的输出进行测定,以所述路径上的规定的位置处的该测定值为基准值,求出表示所述路径上的各位置处的该测定值与所述基准值的差的信息;以及
第四步骤,该第四步骤基于所述信息求出在所述第一步骤及所述第二步骤中得到的所述测定值与对应于得到该测定值的各点的所述路径上的位置处的所述差的差。
6.根据权利要求1~3中任一项所述的涡电流传感器的校准方法,其特征在于,具有:
第三步骤,该第三步骤在所述研磨对象物的研磨结束时,使所述涡电流传感器沿着从所述研磨对象物的一端朝向另一端的路径移动,并在所述路径上的至少一点处对所述涡电流传感器的输出进行测定,求出关于所述研磨对象物的研磨结束时的所述路径上的各位置处的该测定值的信息;以及
第四步骤,该第四步骤基于所述信息求出在所述第一步骤及所述第二步骤中得到的所述测定值与对应于得到该测定值的各点的所述路径上的位置处的研磨结束时的所述测定值的差。
7.一种研磨装置控制部,是当将研磨对象物向研磨面按压而进行研磨时,为了利用涡电流传感器来对所述研磨对象物的膜厚进行测定,进行求出所述研磨对象物的膜厚与所述涡电流传感器的测定值之间的对应关系的涡电流传感器的校准的研磨装置控制部,该研磨装置控制部的特征在于,具有:
第一模块,该第一模块在使膜厚已知的所述研磨对象物与所述研磨面接触了的状态下,对所述涡电流传感器的输出进行测定,从而求出与该膜厚对应的所述涡电流传感器的测定值;以及
第二模块,该第二模块当将所述研磨对象物向所述研磨面按压而进行研磨时,对所述涡电流传感器的输出进行测定,从而求出与研磨时的膜厚对应的所述涡电流传感器的测定值,
根据所述第一模块的测定值和所述第二模块的测定值而求出所述研磨对象物的膜厚与所述涡电流传感器的测定值之间的对应关系。
8.根据权利要求7所述的研磨装置控制部,其特征在于,
在所述第二模块中使用在所述第一模块中使用了的所述研磨对象物。
9.根据权利要求7所述的研磨装置控制部,其特征在于,
在所述第一模块中使用的所述研磨对象物与在所述第二模块中使用的所述研磨对象物彼此不同且独立。
10.根据权利要求7~9中任一项所述的研磨装置控制部,其特征在于,具有:
对所述涡电流传感器在所述研磨对象物上从所述研磨对象物的一端朝向另一端移动时的所述涡电流传感器的输出进行测定的模块;以及
求出得到的测定值在所述研磨对象物上的各点处的变化率,根据所述变化率来对所述研磨对象物的所述一端与所述另一端的位置进行检测,并且根据检测出的所述一端与所述另一端的位置来求出所述研磨对象物的中心位置的模块。
11.根据权利要求7~9中任一项所述的研磨装置控制部,其特征在于,具有:
第三模块,该第三模块使所述涡电流传感器沿着从所述研磨对象物的一端朝向另一端的路径移动并在所述路径上的至少两点处对所述涡电流传感器的输出进行测定,以所述路径上的规定的位置处的该测定值为基准值,求出表示所述路径上的各位置处的该测定值与所述基准值的差的信息;以及
第四模块,该第四模块基于所述信息求出在所述第一模块及所述第二模块中得到的所述测定值与对应于得到该测定值的各点的所述路径上的位置处的所述差的差。
12.根据权利要求7~9中任一项所述的研磨装置控制部,其特征在于,具有:
第三模块,该第三模块在所述研磨对象物的研磨结束时,使所述涡电流传感器沿着从所述研磨对象物的一端朝向另一端的路径移动,并在所述路径上的至少一点处对所述涡电流传感器的输出进行测定,求出关于所述研磨对象物的研磨结束时的所述路径上的各位置处的该测定值的信息;以及
第四模块,该第四模块基于所述信息求出在所述第一模块及所述第二模块中得到的所述测定值与对应于得到该测定值的各点的所述路径上的位置处的研磨结束时的所述测定值的差。
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Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114367919A (zh) * 2020-10-14 2022-04-19 长鑫存储技术有限公司 研磨控制方法、装置及存储介质
US11794302B2 (en) 2020-12-15 2023-10-24 Applied Materials, Inc. Compensation for slurry composition in in-situ electromagnetic inductive monitoring
CN112946554B (zh) * 2021-02-07 2022-11-11 江苏奥力威传感高科股份有限公司 一种电流传感器的标定方法
CN112958488B (zh) * 2021-02-11 2022-06-03 中北大学 一种基于电涡流传感器的有色金属分类装置及方法
CN113074769B (zh) * 2021-03-30 2022-05-03 宁夏计量质量检验检测研究院 一种用于检定电涡流传感器动静态指标的控制系统
CN113231955B (zh) * 2021-06-04 2022-08-23 上海芯物科技有限公司 一种涡电流传感器的测厚校准方法、装置及研磨系统
CN113579964B (zh) * 2021-08-05 2022-09-16 青岛理工大学 一种砂轮打磨控制装置及包括该装置的闭环控制系统
CN114473844B (zh) * 2021-12-31 2023-09-29 华海清科股份有限公司 一种膜厚测量装置
CN114918820A (zh) * 2022-05-31 2022-08-19 北京烁科精微电子装备有限公司 一种cmp终点检测装置及方法
CN115464556B (zh) * 2022-09-14 2024-01-26 清华大学 一种金属膜厚测量方法和化学机械抛光设备

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005066579A1 (en) * 2003-12-30 2005-07-21 Lam Research Corporation Method and apparatus for measuring fillm thickness by means of coupled eddy sensors
US7078894B2 (en) * 2000-10-20 2006-07-18 Ebara Corporation Polishing device using eddy current sensor
CN1813340A (zh) * 2003-07-02 2006-08-02 株式会社荏原制作所 抛光装置和抛光方法
TWI282413B (en) * 2003-09-26 2007-06-11 Lam Res Corp Method and apparatus for wafer mechanical stress monitoring and wafer thermal stress monitoring
CN104511838A (zh) * 2013-10-07 2015-04-15 株式会社荏原制作所 研磨方法
CN104907920A (zh) * 2014-03-12 2015-09-16 株式会社荏原制作所 膜厚测定值的补正方法、膜厚补正器、及涡流传感器
CN105659363A (zh) * 2013-10-29 2016-06-08 应用材料公司 涡电流传感器增益的确定

Family Cites Families (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030206009A1 (en) * 2000-04-07 2003-11-06 Le Cuong Duy Integrated eddy current measuring system for monitoring and controlling multiple semiconductor wafer fabrication processes
JP2005011977A (ja) * 2003-06-18 2005-01-13 Ebara Corp 基板研磨装置および基板研磨方法
JP4451111B2 (ja) 2003-10-20 2010-04-14 株式会社荏原製作所 渦電流センサ
US7403001B1 (en) * 2005-03-29 2008-07-22 Lam Research Corporation Methods and apparatus for measuring morphology of a conductive film on a substrate
US7282909B2 (en) * 2005-06-29 2007-10-16 Lam Research Corporation Methods and apparatus for determining the thickness of a conductive layer on a substrate
US7173418B2 (en) * 2005-06-30 2007-02-06 Lam Research Corporation Methods and apparatus for optimizing an electrical response to a set of conductive layers on a substrate
US7198545B1 (en) * 2005-10-25 2007-04-03 Novellus Systems, Inc. Method of calibration and data evaluation for eddy current metrology systems
US7189140B1 (en) * 2005-11-08 2007-03-13 Novellus Systems, Inc. Methods using eddy current for calibrating a CMP tool
JP2007331108A (ja) * 2007-08-20 2007-12-27 Ebara Corp 基板研磨装置および基板研磨方法
US8337278B2 (en) * 2007-09-24 2012-12-25 Applied Materials, Inc. Wafer edge characterization by successive radius measurements
JP5080933B2 (ja) * 2007-10-18 2012-11-21 株式会社荏原製作所 研磨監視方法および研磨装置
US7960188B2 (en) * 2008-05-15 2011-06-14 Ebara Corporation Polishing method
CN102884613B (zh) * 2010-05-05 2016-08-31 应用材料公司 用于终点检测的动态或适应性追踪光谱特征
US8930013B2 (en) * 2010-06-28 2015-01-06 Applied Materials, Inc. Adaptively tracking spectrum features for endpoint detection
US20130065493A1 (en) * 2011-08-09 2013-03-14 Taro Takahashi Polishing monitoring method, polishing end point detection method, and polishing apparatus
US9281253B2 (en) * 2013-10-29 2016-03-08 Applied Materials, Inc. Determination of gain for eddy current sensor
US9275917B2 (en) * 2013-10-29 2016-03-01 Applied Materials, Inc. Determination of gain for eddy current sensor
US9636797B2 (en) * 2014-02-12 2017-05-02 Applied Materials, Inc. Adjusting eddy current measurements
JP6445771B2 (ja) * 2014-03-12 2018-12-26 株式会社荏原製作所 膜厚測定値の補正方法、及び、膜厚補正器
JP6795337B2 (ja) * 2016-06-29 2020-12-02 株式会社荏原製作所 膜厚信号処理装置、研磨装置、膜厚信号処理方法、及び、研磨方法
JP6842851B2 (ja) * 2016-07-13 2021-03-17 株式会社荏原製作所 膜厚測定装置、研磨装置、膜厚測定方法、及び、研磨方法
KR102591906B1 (ko) * 2017-10-31 2023-10-20 가부시키가이샤 에바라 세이사꾸쇼 연마 장치 및 연마 방법
TWI825075B (zh) * 2018-04-03 2023-12-11 美商應用材料股份有限公司 針對墊子厚度使用機器學習及補償的拋光裝置、拋光系統、方法及電腦儲存媒體

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7078894B2 (en) * 2000-10-20 2006-07-18 Ebara Corporation Polishing device using eddy current sensor
CN1813340A (zh) * 2003-07-02 2006-08-02 株式会社荏原制作所 抛光装置和抛光方法
TWI282413B (en) * 2003-09-26 2007-06-11 Lam Res Corp Method and apparatus for wafer mechanical stress monitoring and wafer thermal stress monitoring
WO2005066579A1 (en) * 2003-12-30 2005-07-21 Lam Research Corporation Method and apparatus for measuring fillm thickness by means of coupled eddy sensors
CN104511838A (zh) * 2013-10-07 2015-04-15 株式会社荏原制作所 研磨方法
CN105659363A (zh) * 2013-10-29 2016-06-08 应用材料公司 涡电流传感器增益的确定
CN104907920A (zh) * 2014-03-12 2015-09-16 株式会社荏原制作所 膜厚测定值的补正方法、膜厚补正器、及涡流传感器

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