JP2008068388A - Electrostatically coupled type sensor, end point detection method using the same, and device thereof - Google Patents

Electrostatically coupled type sensor, end point detection method using the same, and device thereof Download PDF

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Keita Kitade
恵太 北出
Osamu Matsushita
治 松下
Akihiko Saito
昭彦 斉藤
Shinji Osada
慎司 長田
Yoshiichi Yoshida
与志一 吉田
Yuuki Hirayama
勇樹 平山
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electrostatically coupled type sensor, an end point detection method and a device thereof which surely detects the polishing end point with high precision by providing an extremely suitable sensor to detect a polishing end point of a conductive film, reduces noise generation, uses low power consumption and reduces the cost. <P>SOLUTION: The electrostatically coupled type sensor 33 is composed of an oscillation circuit 36 composed of an inductor 34 and a capacitor 35, and a plurality of electrodes 37, 37 having a phase difference generated by disposing on both the ends of the inductor 34. The electrostatically coupled type sensor induces electrostatic coupling between the plurality of electrodes 37, 37 and the conductive film 28 by bringing the plurality of electrodes 37, 37 close to the conductive film 28 having a certain film thickness in parallel and oscillates with a resonance frequency corresponding to the change of a film thickness resistance value of the conductive film 28 through the electrostatic coupling. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、静電結合型センサ及びそれを用いた終点検出方法及び終点検出装置に関するものであり、特に、化学機械的研磨加工(CMP:Chemical Mechanical Polishing)において導電性膜の研磨終点を高い精度で確実に検出することが可能な静電結合型センサ及びそれを用いた終点検出方法及び終点検出装置に関するものである。   The present invention relates to an electrostatic coupling type sensor, an end point detection method and an end point detection apparatus using the same, and in particular, the polishing end point of a conductive film is highly accurate in CMP (Chemical Mechanical Polishing). In particular, the present invention relates to an electrostatic coupling type sensor capable of reliably detecting an end point, an end point detecting method and an end point detecting apparatus using the same.

静電結合型センサ及びそれを用いた終点検出方法及び終点検出装置に関連する従来技術として、例えば次のような渦電流センサが知られている。この従来技術は、導電性膜又は導電性膜が形成される基体の近傍に配置されるセンサコイル(渦電流センサ)と、該センサコイルに一定周波数の交流信号を供給して前記導電性膜に渦電流を形成する交流信号源と、前記導電性膜を含めたリアクタンス成分及び抵抗成分を計測する検出回路とを備え、前記センサコイルは、前記信号源に接続する発振コイルと、該コイルの前記導電性膜側に配置する検出コイルと、前記発振コイルの前記導電性膜側の反対側に配置するバランスコイルとを具備し、前記検出コイルとバランスコイルとは互いに逆相となるように接続されている。そして、前記検出回路で検出した抵抗成分及びリアクタンス成分から合成インピーダンスを出力し、該インピーダンスの変化から前記導電性膜の膜厚の変化を広いレンジでほぼ直線的な関係として検出するようにしている。(例えば、特許文献1参照)。   For example, the following eddy current sensors are known as conventional techniques related to an electrostatic coupling type sensor, an end point detection method using the same, and an end point detection apparatus. In this prior art, a conductive coil or a sensor coil (eddy current sensor) disposed in the vicinity of a substrate on which the conductive film is formed, and an alternating current signal of a constant frequency is supplied to the sensor coil to the conductive film. An AC signal source for forming an eddy current; and a detection circuit for measuring a reactance component and a resistance component including the conductive film, wherein the sensor coil includes an oscillation coil connected to the signal source, and the coil A detection coil disposed on the conductive film side; and a balance coil disposed on the opposite side of the oscillation coil to the conductive film side, wherein the detection coil and the balance coil are connected to be in opposite phases to each other. ing. A combined impedance is output from the resistance component and reactance component detected by the detection circuit, and a change in the film thickness of the conductive film is detected as a substantially linear relationship over a wide range from the change in the impedance. . (For example, refer to Patent Document 1).

また、静電結合型センサ及びそれを用いた終点検出方法及び終点検出装置に関連する他の従来技術として、例えば次のような距離測定用ICが知られている。この従来技術は、パッケージに内蔵している発振器と、前記パッケージに配設されるとともに前記発振器に接続されて該発振器の発振周波数を特定する平面状インダクタとを備えている。ICのパッケージ表面に導電性物質が接近すると、前記平面状インダクタによって前記発振器の発振周波数が変化する。該発振周波数を検出して導電性物質の接近距離を検出することができる。測定時間を短くするため、高い周波数の電流を前記平面状インダクタに流し、その表面に発生する静電気的な誘導を有効に利用している。用途として、ロボット・アームの位置計測による該アームの制御や、位置検出器の内部に格納することによる圧力検出等がある(例えば、特許文献2参照)。
特許第3587822号公報(第3頁、図1〜11)。 特許第3352619号公報(第2〜4頁、図18)。
As another conventional technique related to an electrostatic coupling type sensor, an end point detection method using the same, and an end point detection device, for example, the following distance measuring IC is known. This prior art includes an oscillator built in a package, and a planar inductor that is disposed in the package and is connected to the oscillator to specify the oscillation frequency of the oscillator. When a conductive material approaches the IC package surface, the planar inductor changes the oscillation frequency of the oscillator. The approaching distance of the conductive substance can be detected by detecting the oscillation frequency. In order to shorten the measurement time, a high-frequency current is passed through the planar inductor, and electrostatic induction generated on the surface is effectively used. Applications include control of the arm by measuring the position of the robot arm, pressure detection by storing it in the position detector (see, for example, Patent Document 2).
Japanese Patent No. 3578822 (page 3, FIGS. 1 to 11). Japanese Patent No. 3352619 (pages 2 to 4, FIG. 18).

半導体ウェーハ上に形成した酸化膜にリソグラィ及びエッチングを施して配線パターンに対応した溝パターンを形成し、この上に前記溝パターンを充填するためのCu等からなる導電性膜を成膜し、該導電性膜のうち不要部分を化学機械研磨により除去して配線パターンを形成するプロセスが知られている。この配線パターンの形成では、導電性膜が適正な厚さ除去されたときの研磨終点を確実に検出してプロセスを停止することが極めて重要である。導電性膜の研磨が過剰であると配線の抵抗が増加し、研磨が過少であると配線の絶縁障害につながる。   The oxide film formed on the semiconductor wafer is subjected to lithography and etching to form a groove pattern corresponding to the wiring pattern, and a conductive film made of Cu or the like for filling the groove pattern is formed thereon, A process for forming a wiring pattern by removing unnecessary portions of a conductive film by chemical mechanical polishing is known. In the formation of this wiring pattern, it is extremely important to reliably detect the polishing end point when the conductive film is removed to an appropriate thickness and stop the process. If the polishing of the conductive film is excessive, the resistance of the wiring increases, and if the polishing is insufficient, an insulation failure of the wiring is caused.

これに対し、渦電流を利用して導電性膜の膜厚を監視する技術では、渦電流を引き起こすのに強い磁束を作る必要があり、インダクタの形状は三次元となっている。このため、渦電流センサを研磨装置等に組み込む上で、一般的に次のような問題がある。コイルに流す電流が大きくなって消費電力が多くなり、電源装置も大型になる。磁束が周辺に漏れて
ノイズが発生し易い。導線をコイル状に巻く工程等が必要になってコスト高になる。
On the other hand, in the technique of monitoring the film thickness of the conductive film using eddy current, it is necessary to create a strong magnetic flux to cause eddy current, and the inductor has a three-dimensional shape. For this reason, there are generally the following problems when incorporating an eddy current sensor into a polishing apparatus or the like. As the current flowing through the coil increases, the power consumption increases and the power supply device also increases in size. Magnetic flux leaks to the periphery and noise is likely to occur. A process for winding the conductive wire in a coil shape is required, resulting in high costs.

また、距離測定用ICからなる従来技術においては、発振器と、該発振器に接続されて該発振器の発振周波数を特定する平面状インダクタとを備えて構成されているが、用途として、ロボット・アームの位置計測による該アームの制御や、位置検出器の内部に格納して圧力検出等に使用されている。   Further, in the conventional technology comprising a distance measuring IC, it is configured to include an oscillator and a planar inductor connected to the oscillator and specifying the oscillation frequency of the oscillator. The arm is controlled by position measurement, or stored in a position detector and used for pressure detection.

そこで、導電性膜の研磨終点を検出するのに極めて好適なセンサを提供して該研磨終点を高い精度で確実に検出し、ノイズの発生がなく、低消費電力で、さらにはコスト低減を図るために解決すべき技術的課題が生じてくるのであり、本発明はこの課題を解決することを目的とする。   Therefore, a sensor that is extremely suitable for detecting the polishing end point of the conductive film is provided to reliably detect the polishing end point with high accuracy, no noise is generated, low power consumption, and further cost reduction. Therefore, a technical problem to be solved arises, and the present invention aims to solve this problem.

本発明は上記目的を達成するために提案されたものであり、請求項1記載の発明は、インダクタとキャパシタからなる発振回路と、前記インダクタの両端に配置することにより生じる位相差を有する複数の電極とで構成され、該電極をある膜厚を有した導電性膜に平行に近接させることで、前記電極と前記導電性膜との間に静電結合を引き起こし、その静電結合を介して前記導電性膜の膜厚抵抗値の変化に対応した共振周波数で発振する静電結合型センサを提供する。   The present invention has been proposed in order to achieve the above object, and the invention according to claim 1 includes a plurality of oscillation circuits including an inductor and a capacitor, and a plurality of phase differences generated by disposing both ends of the inductor. The electrode is made in parallel and close to the conductive film having a certain film thickness, thereby causing electrostatic coupling between the electrode and the conductive film, and through the electrostatic coupling An electrostatic coupling sensor that oscillates at a resonance frequency corresponding to a change in film thickness resistance value of the conductive film is provided.

この構成によれば、発振回路は、その発振周波数帯がインダクタのインダクタンスとキャパシタの集中定数キャパシタンスで決まるコルピッツ型等の発振回路となっている。インダクタの両端に配置された各電極を導電性膜に平行に近接させると、それぞれの電極が導電性膜側に静電誘導を引き起こし、分布キャパシタンスを介して前記各電極と導電性膜とが静電結合する。この結果、前記インダクタンスと集中定数キャパシタンスに、該分布キャパシタンスと導電性膜の膜厚抵抗とが加わった等価回路は、並列共振回路とみなせる。この並列共振回路の共振周波数は、その等価回路のアドミッタンスにおけるサセプタンス分がゼロになるときのω(=2πf)の値である。このサセプタンス分において、前記膜厚抵抗値(R)は、分布キャパシタンス(Cm)との積である時定数(Cm・R)の形で関わる。したがって、静電結合型センサは、前記静電結合を介して導電性膜の膜厚抵抗値の変化に対応した共振周波数で発振する。   According to this configuration, the oscillation circuit is a Colpitts type oscillation circuit whose oscillation frequency band is determined by the inductance of the inductor and the lumped capacitance of the capacitor. When the electrodes arranged at both ends of the inductor are brought close to the conductive film in parallel, the respective electrodes cause electrostatic induction on the conductive film side, and the electrodes and the conductive film are statically connected via the distributed capacitance. Electrocouple. As a result, an equivalent circuit in which the distributed capacitance and the film thickness resistance of the conductive film are added to the inductance and the lumped constant capacitance can be regarded as a parallel resonant circuit. The resonant frequency of this parallel resonant circuit is the value of ω (= 2πf) when the susceptance component in the admittance of the equivalent circuit becomes zero. In this susceptance, the film thickness resistance value (R) is related in the form of a time constant (Cm · R) that is a product of the distributed capacitance (Cm). Therefore, the electrostatic coupling type sensor oscillates at a resonance frequency corresponding to the change in the film thickness resistance value of the conductive film via the electrostatic coupling.

請求項2記載の発明は、平面インダクタとキャパシタからなる発振回路を有し、前記平面インダクタをある膜厚を有した導電性膜に平行に近接させ、前記平面インダクタの持つ位相分布により該平面インダクタと前記導電性膜との間に静電結合を引き起こし、その静電結合を介して前記導電性膜の膜厚抵抗値の変化に対応した共振周波数で発振する静電結合型センサを提供する。   According to a second aspect of the present invention, there is provided an oscillating circuit comprising a planar inductor and a capacitor, the planar inductor is disposed in parallel with a conductive film having a certain film thickness, and the planar inductor has a phase distribution. There is provided an electrostatic coupling type sensor that oscillates at a resonance frequency corresponding to a change in film thickness resistance value of the conductive film through electrostatic coupling between the conductive film and the conductive film.

この構成によれば、平面インダクタは、上記請求項1記載の発明におけるインダクタとその両端に配置された各電極の両機能を併せ持っている。発振回路は、その発振周波数帯が該平面インダクタのインダクタンスとキャパシタの集中定数キャパシタンスで決まるコルピッツ型等の発振回路となっている。平面インダクタを導電性膜に平行に近接させると、該平面インダクタの持つ位相分布により導電性膜側に静電誘導を引き起こし、分布キャパシタンスを介して前記平面インダクタと導電性膜とが効率よく静電結合する。この結果、前記平面インダクタのインダクタンスとキャパシタの集中定数キャパシタンスに、該分布キャパシタンスと導電性膜の膜厚抵抗とが加わった等価回路は、並列共振回路とみなすことができる。以下、上記請求項1記載の発明の作用とほぼ同様にして、静電結合型センサは、効率よく生じた静電結合を介して導電性膜の膜厚抵抗値の変化に対応した共振周波数で発振する。   According to this configuration, the planar inductor has both functions of the inductor according to the first aspect of the present invention and each electrode disposed at both ends thereof. The oscillation circuit is a Colpitts type oscillation circuit whose oscillation frequency band is determined by the inductance of the planar inductor and the lumped capacitance of the capacitor. When a planar inductor is brought close to the conductive film in parallel, electrostatic induction is induced on the conductive film side due to the phase distribution of the planar inductor, and the planar inductor and the conductive film are efficiently electrostatically distributed via the distributed capacitance. Join. As a result, an equivalent circuit in which the distributed capacitance and the film thickness resistance of the conductive film are added to the inductance of the planar inductor and the lumped constant capacitance of the capacitor can be regarded as a parallel resonant circuit. Hereinafter, in substantially the same manner as the operation of the first aspect of the invention, the electrostatic coupling type sensor has a resonance frequency corresponding to a change in the film thickness resistance value of the conductive film through the electrostatic coupling that has been efficiently generated. Oscillates.

請求項3記載の発明は、導電性膜を研磨して適正な厚さが除去されたときの研磨終点を検出する終点検出方法であって、請求項1又は2記載の静電結合型センサを用いた終点検出方法を提供する。   The invention according to claim 3 is an end point detection method for detecting a polishing end point when the conductive film is polished to remove an appropriate thickness, and the electrostatic coupling type sensor according to claim 1 or 2 is used. The end point detection method used is provided.

この構成によれば、請求項1又は2記載の静電結合型センサにおいて、インダクタ又は平面インダクタのインダクタンスとキャパシタの集中定数キャパシタンスに、複数の電極又は平面インダクタと導電性膜との間に生じる分布キャパシタンス及び導電性膜の膜厚抵抗が加わった等価回路は、並列共振回路とみなせる。この並列共振回路の共振周波数は、その等価回路のアドミッタンスにおけるサセプタンス分がゼロになるときのω(=2πf)の値である。このサセプタンス分において、前記膜厚抵抗値(R)は、分布キャパシタンス(Cm)との積である時定数(Cm・R)の形で関わっている。一方、この膜厚抵抗値は、導電性膜の研磨が進行して膜厚が薄くなるにつれて大になるように変化する。そこで、前記等価回路から、膜厚を変化させたときの該膜厚と共振周波数との関係を求めると、膜厚が薄くなるにつれて共振周波数は上昇し得ることが分かる。この共振周波数が上昇し得る変化を基に、導電性膜が、研磨により適正な厚さが除去されたときの研磨終点が検出される。   According to this configuration, in the electrostatic coupling type sensor according to claim 1 or 2, the distribution generated between the plurality of electrodes or the planar inductor and the conductive film in the inductance of the inductor or the planar inductor and the lumped constant capacitance of the capacitor. An equivalent circuit to which the capacitance and the film thickness resistance of the conductive film are added can be regarded as a parallel resonant circuit. The resonant frequency of this parallel resonant circuit is the value of ω (= 2πf) when the susceptance component in the admittance of the equivalent circuit becomes zero. In this susceptance, the film thickness resistance value (R) is related in the form of a time constant (Cm · R) which is a product of the distributed capacitance (Cm). On the other hand, this film thickness resistance value changes so as to increase as the film thickness decreases as the polishing of the conductive film proceeds. Therefore, when the relationship between the film thickness and the resonance frequency when the film thickness is changed is determined from the equivalent circuit, it can be seen that the resonance frequency can increase as the film thickness decreases. Based on the change that can increase the resonance frequency, the polishing end point when the appropriate thickness of the conductive film is removed by polishing is detected.

請求項4記載の発明は、請求項1又は2記載の静電結合型センサを用いて導電性膜の研磨状況をモニタリングした際に得られる共振周波数のピークを基準に研磨終点を判断する静電結合型センサを用いた終点検出方法を提供する。   According to a fourth aspect of the present invention, there is provided an electrostatic for judging the polishing end point based on the peak of the resonance frequency obtained when the polishing state of the conductive film is monitored using the electrostatic coupling type sensor according to the first or second aspect. An end point detection method using a combined sensor is provided.

この構成によれば、上記請求項3記載の発明における作用で述べた等価回路について、膜厚抵抗値(R)を0→∞(膜厚:厚い→薄い)に変化させたときの膜厚と共振周波数の関係をシュミレートすると、膜厚が薄くなるにつれて共振周波数は上昇し、膜厚抵抗値(R)が∞に近い領域において、共振周波数にピークが生じることが分かる。導電性膜の研磨状況をモニタリングして該共振周波数のピークに基準に研磨終点が判断される。   According to this configuration, the film thickness when the film thickness resistance value (R) is changed from 0 to ∞ (thickness: thick → thin) in the equivalent circuit described in the operation of the invention of claim 3 When the relationship of the resonance frequency is simulated, it can be seen that the resonance frequency increases as the film thickness decreases, and a peak occurs in the resonance frequency in the region where the film thickness resistance value (R) is close to ∞. The polishing state of the conductive film is monitored, and the polishing end point is determined based on the peak of the resonance frequency.

請求項5記載の発明は、導電性膜が形成されたウェーハを研磨ヘッドに保持し、回転するプラテンの表面に設けられた研磨パッドに前記研磨ヘッドを回転させながら前記導電性膜を押し付けて該導電性膜を研磨する化学機械研磨における前記導電性膜を監視して適正な厚さが除去されたときの研磨終点を検出する終点検出装置であって、請求項1又は2記載の静電結合型センサを前記プラテン又は前記研磨ヘッドのいずれかに組み込んで、該静電結合型センサの発振周波数の変化から前記研磨終点を検出するように構成してなる静電結合型センサを用いた終点検出装置を提供する。   According to a fifth aspect of the present invention, a wafer on which a conductive film is formed is held on a polishing head, and the conductive film is pressed against a polishing pad provided on the surface of a rotating platen while rotating the polishing head. The electrostatic coupling according to claim 1, wherein the end point detection device detects the end point of polishing when an appropriate thickness is removed by monitoring the conductive film in chemical mechanical polishing for polishing the conductive film. End point detection using an electrostatic coupling type sensor constructed by incorporating a mold sensor into either the platen or the polishing head and detecting the polishing end point from a change in oscillation frequency of the electrostatic coupling type sensor. Providing equipment.

この構成によれば、請求項1又は2記載の静電結合型センサは、化学機械研磨装置におけるプラテン又は研磨ヘッドのいずれかに組み込まれて導電性膜の研磨状況をモニタリングし、該導電性膜が適正な厚さ除去されたときの研磨終点を検出する。   According to this configuration, the electrostatic coupling type sensor according to claim 1 or 2 is incorporated in either the platen or the polishing head in the chemical mechanical polishing apparatus to monitor the polishing state of the conductive film, and the conductive film The polishing end point is detected when the appropriate thickness is removed.

請求項1記載の発明は、インダクタとキャパシタからなる発振回路と、前記インダクタの両端に配置することにより生じる位相差を有する複数の電極とで構成され、該電極をある膜厚を有した導電性膜に平行に近接させることで、前記電極と前記導電性膜との間に静電結合を引き起こし、その静電結合を介して前記導電性膜の膜厚抵抗値の変化に対応した共振周波数で発振するようにしたので、導電性膜の膜厚抵抗値の変化に対応した共振周波数信号を発振出力とすることで、該導電性膜の研磨終点を検出するのに好適なセンサを提供することができる。また、インダクタの両端に、それぞれ電極が発生する構成の静電結合型センサは、比較的安価で済むことからコスト低減を図ることができるという利点がある。   The invention according to claim 1 is composed of an oscillation circuit composed of an inductor and a capacitor, and a plurality of electrodes having a phase difference caused by being arranged at both ends of the inductor, and the electrodes have a certain thickness. By bringing them close to the film in parallel, electrostatic coupling is caused between the electrode and the conductive film, and the resonance frequency corresponding to the change in the film thickness resistance value of the conductive film is caused through the electrostatic coupling. Since it oscillates, it is possible to provide a sensor suitable for detecting the polishing end point of the conductive film by using a resonance frequency signal corresponding to a change in the film thickness resistance value of the conductive film as an oscillation output. Can do. In addition, an electrostatic coupling type sensor in which electrodes are respectively generated at both ends of the inductor has an advantage that the cost can be reduced because it is relatively inexpensive.

請求項2記載の発明は、平面インダクタとキャパシタからなる発振回路を有し、前記平面インダクタをある膜厚を有した導電性膜に平行に近接させ、前記平面インダクタの持つ位相分布により該平面インダクタと前記導電性膜との間に静電結合を引き起こし、その静電結合を介して前記導電性膜の膜厚抵抗値の変化に対応した共振周波数で発振するようにしたので、平面インダクタにより効率よく生じた静電結合を介して導電性膜の膜厚抵抗値の変化に対応した共振周波数信号を発振出力とすることで、該導電性膜の研磨終点を検出するのに極めて好適なセンサを提供することができるという利点がある。   According to a second aspect of the present invention, there is provided an oscillating circuit comprising a planar inductor and a capacitor, the planar inductor is disposed in parallel with a conductive film having a certain film thickness, and the planar inductor has a phase distribution. And the conductive film are caused to oscillate at a resonance frequency corresponding to a change in the film thickness resistance value of the conductive film via the electrostatic coupling. A sensor that is extremely suitable for detecting the polishing end point of the conductive film by generating a resonance frequency signal corresponding to a change in the film thickness resistance value of the conductive film through oscillation coupling that frequently occurs. There is an advantage that it can be provided.

請求項3記載の発明は、導電性膜を研磨して適正な厚さが除去されたときの研磨終点を検出する終点検出方法であって、請求項1又は2記載の静電結合型センサを用いて終点検出を行うようにしたので、共振周波数は導電性膜の膜厚が表皮効果の及ぼす範囲より薄くなると上昇方向に変化することから、この変化を基に、研磨により適正な厚さが除去されたときの研磨終点を精度良く検出することができるという利点がある。   The invention according to claim 3 is an end point detection method for detecting a polishing end point when the conductive film is polished to remove an appropriate thickness, and the electrostatic coupling type sensor according to claim 1 or 2 is used. Since the end point detection is used, the resonance frequency changes in the increasing direction when the film thickness of the conductive film becomes thinner than the range affected by the skin effect.Based on this change, the appropriate thickness is obtained by polishing. There is an advantage that the polishing end point when it is removed can be detected with high accuracy.

請求項4記載の発明は、請求項1又は2記載の静電結合型センサを用いて導電性膜の研磨状況をモニタリングした際に得られる共振周波数のピークを基準に研磨終点を判断するようにしたので、共振周波数は、導電性膜の膜厚が薄くなるにつれて上昇し得るように変化し、膜厚抵抗値が∞に近い領域においてピークが生じ得ることから、この共振周波数のピークを基準に、研磨により適正な厚さが除去されたときの研磨終点を高い精度で確実に検出することができるという利点がある。   According to a fourth aspect of the present invention, the polishing end point is determined based on the peak of the resonance frequency obtained when the polishing state of the conductive film is monitored using the capacitive coupling sensor according to the first or second aspect. Therefore, the resonance frequency changes so as to increase as the film thickness of the conductive film becomes thinner, and a peak can occur in the region where the film thickness resistance value is close to ∞. There is an advantage that the polishing end point can be reliably detected with high accuracy when an appropriate thickness is removed by polishing.

請求項5記載の発明は、導電性膜が形成されたウェーハを研磨ヘッドに保持し、回転するプラテンの表面に設けられた研磨パッドに前記研磨ヘッドを回転させながら前記導電性膜を押し付けて該導電性膜を研磨する化学機械研磨における前記導電性膜を監視して適正な厚さが除去されたときの研磨終点を検出する終点検出装置であって、請求項1又は2記載の静電結合型センサを前記プラテン又は前記研磨ヘッドのいずれかに組み込んで、該静電結合型センサの発振周波数の変化から前記研磨終点を検出するように構成したので、静電結合型センサは、化学機械研磨装置におけるプラテン又は研磨ヘッドのいずれかに組み込むことで、導電性膜の研磨状況を適切にモニタリングすることができて、導電性膜が適正な厚さ除去されたときの研磨終点を確実に検出することができるという利点がある。   According to a fifth aspect of the present invention, a wafer on which a conductive film is formed is held on a polishing head, and the conductive film is pressed against a polishing pad provided on the surface of a rotating platen while rotating the polishing head. The electrostatic coupling according to claim 1, wherein the end point detection device detects the end point of polishing when an appropriate thickness is removed by monitoring the conductive film in chemical mechanical polishing for polishing the conductive film. Since the type sensor is incorporated into either the platen or the polishing head and configured to detect the polishing end point from a change in the oscillation frequency of the capacitively coupled sensor, the capacitively coupled sensor is a chemical mechanical polisher. By incorporating it into either the platen or polishing head in the equipment, the polishing status of the conductive film can be monitored appropriately, and polishing when the conductive film is removed to the proper thickness There is an advantage that it is possible to reliably detect point.

導電性膜の研磨終点を検出するのに極めて好適なセンサを提供して該研磨終点を高い精度で確実に検出し、ノイズの発生がなく、低消費電力で、さらにはコスト低減を図るという目的を達成するために、インダクタとキャパシタからなる発振回路と、前記インダクタの両端に配置することにより生じる位相差を有する複数の電極とで構成され、該電極をある膜厚を有した導電性膜に平行に近接させることで、前記電極と前記導電性膜との間に静電結合を引き起こし、その静電結合を介して前記導電性膜の膜厚抵抗値の変化に対応した共振周波数で発振する静電結合型センサを用いて導電性膜の研磨状況をモニタリングした際に得られる共振周波数のピークを基準に研磨終点を判断することにより実現した。   The purpose of providing a sensor that is extremely suitable for detecting the polishing end point of a conductive film, reliably detecting the polishing end point with high accuracy, generating no noise, reducing power consumption, and further reducing costs. In order to achieve the above, an oscillation circuit composed of an inductor and a capacitor, and a plurality of electrodes having a phase difference generated by disposing them at both ends of the inductor, the electrodes are formed into a conductive film having a certain film thickness. By bringing them close to each other in parallel, electrostatic coupling occurs between the electrode and the conductive film, and oscillation occurs at a resonance frequency corresponding to a change in film thickness resistance value of the conductive film via the electrostatic coupling. This was realized by determining the polishing end point based on the peak of the resonance frequency obtained when the polishing state of the conductive film was monitored using an electrostatic coupling type sensor.

以下、本発明の好適な一実施例を図面に従って詳述する。図1は静電結合型センサを用いた終点検出装置が組み込まれた化学機械研磨装置の斜視図、図2は研磨ヘッドの拡大縦断面図、図3は静電結合型センサがプラテンに組み込まれた状態を説明するための概略構成図、図4は静電結合型センサが研磨ヘッドに組み込まれた状態を説明するための概略構成図である。   Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a perspective view of a chemical mechanical polishing apparatus in which an end point detection device using an electrostatic coupling type sensor is incorporated, FIG. 2 is an enlarged vertical sectional view of a polishing head, and FIG. 3 is an electrostatic coupling type sensor incorporated in a platen. FIG. 4 is a schematic configuration diagram for explaining a state in which the electrostatic coupling type sensor is incorporated in the polishing head.

まず、本実施例に係る静電結合型センサを用いた終点検出装置の構成を、化学機械研磨装置の構成から説明する。図1において化学機械研磨装置1は、主としてプラテン2と、
研磨ヘッド3とから構成されている。前記プラテン2は、円盤状に形成され、その下面中央には回転軸4が連結されており、モータ5の駆動によって矢印A方向へ回転する。前記プラテン2の上面には研磨パッド6が貼着されており、該研磨パッド6上に図示しないノズルから研磨剤(スラリー)が供給される。
First, the configuration of the end point detection apparatus using the electrostatic coupling type sensor according to the present embodiment will be described from the configuration of the chemical mechanical polishing apparatus. In FIG. 1, a chemical mechanical polishing apparatus 1 mainly includes a platen 2 and
And a polishing head 3. The platen 2 is formed in a disk shape, and a rotary shaft 4 is connected to the center of the lower surface thereof. The platen 2 rotates in the direction of arrow A when the motor 5 is driven. A polishing pad 6 is adhered to the upper surface of the platen 2, and an abrasive (slurry) is supplied onto the polishing pad 6 from a nozzle (not shown).

前記研磨ヘッド3は、図2に示すように、主としてヘッド本体7、キャリア8、リテーナリング9、リテーナリング押圧手段10、弾性シート11、キャリア押圧手段16及びエアー等の制御手段で構成されている。   As shown in FIG. 2, the polishing head 3 is mainly composed of a head body 7, a carrier 8, a retainer ring 9, a retainer ring pressing means 10, an elastic sheet 11, a carrier pressing means 16, and control means such as air. .

前記ヘッド本体7は円盤状に形成され、その上面中央に回転軸12(図1参照)が連結されている。該ヘッド本体7は前記回転軸12に軸着されて図示しないモータで駆動され図1の矢印B方向に回転する。   The head body 7 is formed in a disk shape, and a rotary shaft 12 (see FIG. 1) is connected to the center of the upper surface thereof. The head body 7 is attached to the rotary shaft 12 and is driven by a motor (not shown) to rotate in the direction of arrow B in FIG.

前記キャリア8は円盤状に形成され、前記ヘッド本体7の中央に配設されている。該キャリア8の上面中央部とヘッド本体7の中央下部との間にはドライプレート13が設けられており、ピン14,14を介してヘッド本体7から回転が伝達される。   The carrier 8 is formed in a disc shape, and is disposed in the center of the head body 7. A dry plate 13 is provided between the center of the upper surface of the carrier 8 and the lower center of the head body 7, and rotation is transmitted from the head body 7 via the pins 14 and 14.

前記ドライプレート13の中央下部と前記キャリア8の中央上部との間には作動トランス本体15aが固定されており、さらに前記キャリア8の中央上部には作動トランス15のコア15bが固定され、図示しない制御部に連結されてウェーハW上(図2の下方側)に形成されたCu等からなる導電性膜の研磨状態信号を該制御部に出力している。   An operating transformer main body 15a is fixed between the center lower part of the dry plate 13 and the center upper part of the carrier 8, and the core 15b of the operating transformer 15 is fixed to the center upper part of the carrier 8 and is not shown. A polishing state signal of a conductive film made of Cu or the like connected to the control unit and formed on the wafer W (lower side in FIG. 2) is output to the control unit.

前記キャリア8の上面周縁部にはキャリア押圧部材16aが設けられており、該キャリア8は該キャリア押圧部材16aを介してキャリア押圧手段16から押圧力が伝達される。   A carrier pressing member 16a is provided at the peripheral edge of the upper surface of the carrier 8, and a pressing force is transmitted from the carrier pressing means 16 to the carrier 8 through the carrier pressing member 16a.

前記キャリア8の下面にはエアーフロートライン17から弾性シート11にエアーを噴射するためのエアー吹出し口19が設けられている。該エアーフロートライン17にはエアーフィルタ20及び自動開閉バルブV1を介してエアー供給源である給気ポンプ21に接続されている。前記エアー吹出し口19からのエアーの吹出しは前記自動開閉バルブV1の切替えによって実行される。   An air outlet 19 for injecting air from the air float line 17 to the elastic sheet 11 is provided on the lower surface of the carrier 8. The air float line 17 is connected to an air supply pump 21 which is an air supply source through an air filter 20 and an automatic opening / closing valve V1. Air is blown out from the air outlet 19 by switching the automatic opening / closing valve V1.

前記キャリア8の下面にはバキューム及び必要によりDIW(純水)又はエアーを吹き出すための孔22が形成されている。該エアーの吸引は真空ポンプ23の駆動によって実行され、そして、自動開閉バルブV2をバキュームライン24に設け、該自動開閉バルブV2の切替えによって該バキュームライン24を介し、バキューム及びDIWの送給が実行される。   A hole 22 is formed in the lower surface of the carrier 8 for blowing out vacuum and, if necessary, DIW (pure water) or air. The suction of the air is performed by driving the vacuum pump 23, and an automatic opening / closing valve V2 is provided in the vacuum line 24. By switching the automatic opening / closing valve V2, vacuum and DIW are fed via the vacuum line 24. Is done.

前記エアーフロートライン17からのエアー送給及びバキュームライン24からのバキューム作用及びDIWの送給等は制御部からの指令信号によって実行される。   Air supply from the air float line 17, vacuum action from the vacuum line 24, DIW supply and the like are executed by command signals from the control unit.

なお、前記キャリア押圧手段16は、ヘッド本体7下面の中央部周縁に配置され、キャリア押圧部材16aに押圧力を与えることにより、これに結合されたキャリア8に押圧力を伝達する。このキャリア押圧手段16は、好ましくはエアーの吸排気により膨脹収縮するゴムシート製のエアバック25で構成される。該エアバック25にはエアーを供給するための図示しない空気供給機構が連結されている。   The carrier pressing means 16 is disposed at the peripheral edge of the central portion of the lower surface of the head main body 7 and applies a pressing force to the carrier pressing member 16a, thereby transmitting the pressing force to the carrier 8 coupled thereto. The carrier pressing means 16 is preferably composed of a rubber sheet airbag 25 that expands and contracts by air intake and exhaust. The air bag 25 is connected to an air supply mechanism (not shown) for supplying air.

前記リテーナリング9はリング状に形成され、キャリア8の外周に配置されている。このリテーナリング9は研磨ヘッド3に設けられたリテーナリングホルダ27に取り付けられ、その内周部に前記弾性シート11が張設されている。   The retainer ring 9 is formed in a ring shape and disposed on the outer periphery of the carrier 8. The retainer ring 9 is attached to a retainer ring holder 27 provided in the polishing head 3, and the elastic sheet 11 is stretched on the inner peripheral portion thereof.

前記弾性シート11は円形状に形成され、複数の孔22が開穿されている。該弾性シート11は、周縁部がリテーナリング9とリテーナリングホルダ27との間で挟持されることにより、リテーナリング9の内側に張設される。   The elastic sheet 11 is formed in a circular shape, and a plurality of holes 22 are opened. The elastic sheet 11 is stretched on the inner side of the retainer ring 9 by sandwiching the peripheral portion between the retainer ring 9 and the retainer ring holder 27.

前記弾性シート11が張設されたキャリア8の下部には、キャリア8と弾性シート11との間にエアー室29が形成されている。導電性膜が形成されたウェーハWは該エアー室29を介してキャリア8に押圧される。前記リテーナリングホルダ27はリング状に形成された取付部材30にスナップリング31を介して取り付けられている。該取付部材30にはリテーナリング押圧部材10aが連結されている。リテーナリング9は、このリテーナリング押圧部材10aを介してリテーナリング押圧手段10からの押圧力が伝達される。   An air chamber 29 is formed between the carrier 8 and the elastic sheet 11 below the carrier 8 on which the elastic sheet 11 is stretched. The wafer W on which the conductive film is formed is pressed against the carrier 8 through the air chamber 29. The retainer ring holder 27 is attached to an attachment member 30 formed in a ring shape via a snap ring 31. A retainer ring pressing member 10 a is connected to the mounting member 30. The retainer ring 9 is transmitted with the pressing force from the retainer ring pressing means 10 via the retainer ring pressing member 10a.

リテーナリング押圧手段10はヘッド本体7の下面の外周部に配置され、リテーナリング押圧部材10aに押圧力を与えることにより、これに結合しているリテーナリング9を研磨用パッド6に押し付ける。このリテーナリング押圧手段10も好ましくは、キャリア押圧手段16と同様に、ゴムシート製のエアバック16bで構成される。該エアバック16bにはエアーを供給するための図示しない空気供給機構が連結されている。   The retainer ring pressing means 10 is disposed on the outer peripheral portion of the lower surface of the head body 7 and applies a pressing force to the retainer ring pressing member 10 a to press the retainer ring 9 coupled thereto against the polishing pad 6. The retainer ring pressing means 10 is preferably constituted by a rubber sheet airbag 16b, similar to the carrier pressing means 16. An air supply mechanism (not shown) for supplying air is connected to the airbag 16b.

そして、図3及び図4に示すように、化学機械研磨装置1における前記プラテン2の上部の部分又は前記研磨ヘッド3のキャリア8の部分に、導電性膜の研磨終点を検出するための静電結合型センサSが組み込まれている。静電結合型センサSがプラテン2側に組み込まれたとき、該静電結合型センサSからの研磨終点の検出信号等は、スリップリング32を介して外部に出力される。   As shown in FIGS. 3 and 4, an electrostatic for detecting the polishing end point of the conductive film on the upper part of the platen 2 or the carrier 8 of the polishing head 3 in the chemical mechanical polishing apparatus 1. A combined sensor S is incorporated. When the electrostatic coupling type sensor S is incorporated on the platen 2 side, a polishing end point detection signal from the electrostatic coupling type sensor S is output to the outside via the slip ring 32.

図5は基本的な構成を持つ静電結合型センサの構成例を示し、図6はその等価回路を示している。この構成例の静電結合型センサ33は、インダクタ34とキャパシタ35からなる発振回路36と、前記インダクタ34の両端に接続されることにより生じる位相差を有する2個の電極37,37とを主体として構成されている。   FIG. 5 shows a configuration example of a capacitively coupled sensor having a basic configuration, and FIG. 6 shows an equivalent circuit thereof. The capacitive coupling sensor 33 of this configuration example mainly includes an oscillation circuit 36 including an inductor 34 and a capacitor 35, and two electrodes 37 and 37 having a phase difference caused by being connected to both ends of the inductor 34. It is configured as.

発振回路36は、その発振周波数帯fが、次式(1)に示すように、インダクタ34のインダクタンスLとキャパシタの集中定数のキャパシタンスCで決まるコルピッツ型等の発振回路となっている。 Oscillation circuit 36, the oscillation frequency band f is, as shown in the following equation (1), which is an oscillation circuit of the Colpitts like determined by the capacitance C 0 of the inductance L and lumped capacitor of the inductor 34.

インダクタ34の両端に配置された各電極37,37を導電性膜28に平行に近接させると、それぞれの電極37,37が導電性膜28側に静電誘導を引き起こし、分布キャパシタンス2Cmを介して前記各電極37,37と導電性膜28とが静電結合する。     When the electrodes 37 and 37 disposed at both ends of the inductor 34 are brought close to the conductive film 28 in parallel, the respective electrodes 37 and 37 cause electrostatic induction on the conductive film 28 side, and are distributed via the distributed capacitance 2Cm. The electrodes 37 and 37 and the conductive film 28 are electrostatically coupled.

ここで、導電性膜28の膜厚が十分に厚い場合には、該導電性膜28を抵抗が殆どない導体として考えることができるが、膜厚が極端に薄い領域では、その膜厚抵抗Rを無視することはできない。図6の等価回路は、この膜厚抵抗Rと分布キャパシタンス2Cmとを考慮した回路を示している。   Here, when the film thickness of the conductive film 28 is sufficiently thick, the conductive film 28 can be considered as a conductor having almost no resistance. However, in a region where the film thickness is extremely thin, the film thickness resistance R Cannot be ignored. The equivalent circuit of FIG. 6 shows a circuit in consideration of the film thickness resistance R and the distributed capacitance 2Cm.

この等価回路よりアドミッタンスYを求めると式(2)のように書ける。   When the admittance Y is obtained from this equivalent circuit, it can be written as in equation (2).

したがって、そのサセプタンスBは式(3)のようになる。   Therefore, the susceptance B is as shown in Equation (3).

図6の等価回路は、並列共振回路とみなせるので、サセプタンスB=0のときのω(=2πf)の値が共振周波数となる。式(3)より、膜厚抵抗Rは、常に分布キャパシタンスCmとの積である時定数(Cm・R)の形で共振条件に関わっている。したがって、該静電結合型センサ33は、分布キャパシタンスCmを介して膜厚抵抗Rをみていることが分かる。   Since the equivalent circuit of FIG. 6 can be regarded as a parallel resonance circuit, the value of ω (= 2πf) when the susceptance B = 0 is the resonance frequency. From equation (3), the film thickness resistance R is always related to the resonance condition in the form of a time constant (Cm · R) which is the product of the distributed capacitance Cm. Therefore, it can be seen that the capacitive coupling sensor 33 sees the film thickness resistance R through the distributed capacitance Cm.

ここで、図6の等価回路をシュミレータにかけ、膜厚抵抗Rを0→∞(膜厚:厚い→薄い)に変化させたときの膜厚と共振周波数との関係を求めた結果を図7に示す。図7より、共振周波数は膜厚が薄くなるにつれて上昇し、膜厚抵抗Rが∞に近い領域において、共振周波数にピークPが生じ得ることが分かる。実験結果も、図7とほぼ同様の共振周波数の変化特性が得られている。   Here, the equivalent circuit of FIG. 6 is applied to a simulator, and the relationship between the film thickness and the resonance frequency when the film thickness resistance R is changed from 0 to ∞ (film thickness: thick to thin) is shown in FIG. Show. From FIG. 7, it can be seen that the resonance frequency increases as the film thickness decreases, and that the peak P can occur in the resonance frequency in the region where the film thickness resistance R is close to ∞. Also in the experimental result, the change characteristic of the resonance frequency almost the same as that in FIG. 7 is obtained.

図8は平面インダクタを備えた静電結合型センサの他の構成例を示している。この構成例の静電結合型センサ38における平面インダクタ39は、前記図5に示した静電結合型センサ33におけるインダクタ34とその両端に配置された各電極37,37の両機能を併せ持っている。該平面状インダクタ39は、絶縁物からなる基板39a上に、Cu等の導電物質を用いてメアンダ型に構成されている。平面状インダクタ39は、図示のメアンダ型の他に、スパイラル型に構成してもよい。   FIG. 8 shows another configuration example of a capacitively coupled sensor having a planar inductor. The planar inductor 39 in the electrostatic coupling sensor 38 of this configuration example has both functions of the inductor 34 in the electrostatic coupling sensor 33 shown in FIG. 5 and the electrodes 37 and 37 disposed at both ends thereof. . The planar inductor 39 is formed in a meander type on a substrate 39a made of an insulating material using a conductive material such as Cu. The planar inductor 39 may be formed in a spiral type in addition to the meander type shown in the figure.

発振回路40は、その発振周波数帯fが該平面インダクタ39のインダクタンスとキャパシタ41の集中定数キャパシタンスで決まるコルピッツ型等の発振回路となっている。   The oscillation circuit 40 is a Colpitts type oscillation circuit whose oscillation frequency band f is determined by the inductance of the planar inductor 39 and the lumped constant capacitance of the capacitor 41.

平面インダクタ39を導電性膜に平行に近接させると、該平面インダクタ39の持つ位相分布により導電性膜側に静電誘導を引き起こし、分布キャパシタンスを介して前記平面インダクタ39と導電性膜とが効率よく静電結合する。この結果、平面インダクタ39のインダクタンスとキャパシタ41の集中定数キャパシタンスに、該分布キャパシタンスと導電性膜の膜厚抵抗とが加わった等価回路は、並列共振回路とみなすことができる。   When the planar inductor 39 is brought close to the conductive film in parallel, electrostatic induction is caused on the conductive film side by the phase distribution of the planar inductor 39, and the planar inductor 39 and the conductive film are efficiently connected via the distributed capacitance. Electrostatic coupling well. As a result, an equivalent circuit obtained by adding the distributed capacitance and the film thickness resistance of the conductive film to the inductance of the planar inductor 39 and the lumped constant capacitance of the capacitor 41 can be regarded as a parallel resonant circuit.

以下、前記図5に示した静電結合型センサ33とほぼ同様にして、静電結合型センサ38は、効率よく生じた静電結合を介して導電性膜の膜厚抵抗値の変化に対応した共振周波数で発振し、導電性膜の膜厚の変化に対し前記図7に示したのとほぼ同様の共振周波数の変化特性が得られる。   Hereinafter, in substantially the same manner as the electrostatic coupling type sensor 33 shown in FIG. 5, the electrostatic coupling type sensor 38 responds to a change in the film thickness resistance value of the conductive film through the electrostatic coupling that is efficiently generated. Oscillating at the resonance frequency thus obtained, the change characteristic of the resonance frequency similar to that shown in FIG. 7 can be obtained with respect to the change of the film thickness of the conductive film.

図8の静電結合型センサ38は、前記平面インダクタ39と前記キャパシタ41の他に、オペアンプ等で構成された増幅器42、抵抗等で構成されたフィードバック・ネットワーク43及び周波数カウンタ44が備えられている。該周波数カウンタ44から研磨終点
の検出信号等となる共振周波数信号が出力される。
8 includes an amplifier 42 composed of an operational amplifier, a feedback network 43 composed of resistors, etc., and a frequency counter 44 in addition to the planar inductor 39 and the capacitor 41. Yes. A resonance frequency signal serving as a detection signal for the polishing end point is output from the frequency counter 44.

次に、上述のように構成された静電結合型センサを用いた終点検出装置が組み込まれた化学機械研磨装置の研磨作用及び終点検出動作を説明する。用いる静電結合型センサは、前記図5又は図8に示したいずれのものでもよいが、本終点検出動作では、図8に示した静電結合型センサ38を用い、該静電結合型センサ38をプラテン2の上部の部分に組み込んだ場合について説明を進める。   Next, the polishing action and the end point detection operation of the chemical mechanical polishing apparatus incorporating the end point detection apparatus using the electrostatic coupling type sensor configured as described above will be described. The electrostatic coupling type sensor used may be any of those shown in FIG. 5 or FIG. 8, but in this end point detection operation, the electrostatic coupling type sensor 38 shown in FIG. The case where 38 is incorporated in the upper part of the platen 2 will be described.

まず、研磨ヘッド3を図示しない移動機構により所定箇所に待機中の導電性膜28が非研磨のウェーハW上に載置する。そして、該研磨ヘッド3のバキュームライン24を作動させ、バキューム口19a及び孔22(バキューム孔)を介して弾性シート11下面のエアー室29を真空にし、これにより前記導電性膜28が非研磨のウェーハWを吸着保持し、そして、前記移動機構により、該導電性膜28が非研磨のウェーハWを吸着保持した研磨ヘッド3をプラテン2上に運び、該ウェーハWを、導電性膜28が研磨パッド6に対接するようにプラテン2上に載置する。   First, the conductive film 28 waiting on the predetermined position is placed on the non-polished wafer W by a moving mechanism (not shown) of the polishing head 3. Then, the vacuum line 24 of the polishing head 3 is operated, and the air chamber 29 on the lower surface of the elastic sheet 11 is evacuated through the vacuum port 19a and the hole 22 (vacuum hole), whereby the conductive film 28 is unpolished. The wafer W is sucked and held, and the moving mechanism carries the polishing head 3 on which the conductive film 28 sucks and holds the unpolished wafer W onto the platen 2, and the conductive film 28 polishes the wafer W. It is placed on the platen 2 so as to contact the pad 6.

前記バキュームライン24はウェーハW上部の導電性膜28の研磨作業が終了したとき、再び、該バキュームライン24の作動により前記ウェーハWを該研磨ヘッド3によって吸着保持し、図示しない洗浄装置へ搬送するときにも用いられる。   When the polishing operation of the conductive film 28 on the upper portion of the wafer W is completed, the vacuum line 24 sucks and holds the wafer W by the polishing head 3 again by the operation of the vacuum line 24 and transports it to a cleaning device (not shown). Sometimes used.

次いで、前記バキュームライン24の作動を解除し、図示しないポンプからエアバック25にエアーを供給して該エアバック25を膨らませる。これと同時にキャリア8に設けたエアー吹出し口19からエアー室29にエアーを供給する。これにより、エアー室29の内圧が高くなる。   Next, the operation of the vacuum line 24 is released, and air is supplied to the airbag 25 from a pump (not shown) to inflate the airbag 25. At the same time, air is supplied to the air chamber 29 from the air outlet 19 provided in the carrier 8. Thereby, the internal pressure of the air chamber 29 becomes high.

前記エアバック25の膨らみによって、前記ウェーハW上部の導電性膜28とリテーナリング9が所定の圧力で研磨パッド6に押し付けられる。この状態でプラテン2を図1の矢印A方向に回転させるとともに研磨ヘッド3を図1の矢印B方向に回転させる。そして、回転する研磨パッド6上に図示しないノズルからスラリーを供給してウェーハW上部の導電性膜28を研磨する。   Due to the expansion of the air bag 25, the conductive film 28 and the retainer ring 9 on the wafer W are pressed against the polishing pad 6 with a predetermined pressure. In this state, the platen 2 is rotated in the direction of arrow A in FIG. 1 and the polishing head 3 is rotated in the direction of arrow B in FIG. Then, slurry is supplied from a nozzle (not shown) onto the rotating polishing pad 6 to polish the conductive film 28 on the wafer W.

そして、静電結合型センサ38により、該研磨中のウェーハW上部の導電性膜28に対し、次のように研磨の進行に伴う膜厚の変化が監視されて研磨終点が検出される。この導電性膜28の膜厚変化の監視を前記図7を参照して説明する。対象試料は、ウェーハW上部に絶縁膜及びバリヤ層を介してCuからなる導電性膜28が形成されたものである。   Then, the electrostatic coupling type sensor 38 monitors the change in film thickness accompanying the progress of polishing on the conductive film 28 on the wafer W being polished, and detects the polishing end point as follows. The monitoring of the change in film thickness of the conductive film 28 will be described with reference to FIG. The target sample is obtained by forming a conductive film 28 made of Cu on the wafer W via an insulating film and a barrier layer.

プラテン2に組み込まれた静電結合型センサ38における平面インダクタ39の持つ位相分布によりウェーハW上部の導電性膜28側に静電誘導が引き起こされ、分布キャパシタンスを介して前記平面インダクタ39と導電性膜28とが効率よく静電結合する。そして、静電結合型センサ38は、その効率よく生じた静電結合を介して研磨の進行に伴う導電性膜28の膜厚抵抗値の変化に対応した共振周波数で発振する。   Due to the phase distribution of the planar inductor 39 in the capacitive coupling sensor 38 incorporated in the platen 2, electrostatic induction is caused on the conductive film 28 side above the wafer W. The film 28 is efficiently electrostatically coupled. The electrostatic coupling type sensor 38 oscillates at a resonance frequency corresponding to a change in film thickness resistance value of the conductive film 28 as the polishing progresses through the efficiently generated electrostatic coupling.

膜厚が薄くなるにつれて導電性膜28の膜厚抵抗値は徐々に増加し、これに伴って共振周波数は徐々に上昇し得る(図7中のf部分)。導電性膜28がなくなる際まで研磨が進行すると、該導電性膜28の膜厚抵抗値が大きくなって共振周波数は急上昇し(図7中のu部分)、膜厚抵抗値が∞に近い領域において、共振周波数にピークPが生じ得る。この共振周波数の明確な変化であるピークPをとらえることで、研磨により適正な厚さが除去されたときの研磨終点が確実に検出される。   As the film thickness decreases, the film thickness resistance value of the conductive film 28 gradually increases, and the resonance frequency can gradually increase with this (part f in FIG. 7). When polishing proceeds until the conductive film 28 disappears, the film thickness resistance value of the conductive film 28 increases and the resonance frequency increases rapidly (portion u in FIG. 7), and the film thickness resistance value is close to ∞. , A peak P may occur at the resonance frequency. By capturing the peak P, which is a clear change in the resonance frequency, the polishing end point can be reliably detected when an appropriate thickness is removed by polishing.

研磨終点の検出後、プラテン2を、例えば10回転程度回転させて回転を止め、ウェー
ハW上部の導電性膜28の研磨作業を停止する。なお、図7中のf部分に対しては、研磨速度を高めた荒削り研磨を実行し、その後、研磨速度を落とした仕上げ研磨等に移行させるような研磨工程とすると、導電性膜28の不要部分の除去作業を効率良く行うことができる。
After detecting the polishing end point, the platen 2 is rotated, for example, about 10 rotations to stop the rotation, and the polishing operation of the conductive film 28 on the wafer W is stopped. For the portion f in FIG. 7, the conductive film 28 is not required if a roughing polishing with an increased polishing rate is performed and then the polishing process is shifted to a final polishing with a reduced polishing rate. The removal operation of the part can be performed efficiently.

なお、前記静電結合型センサ33又は38を用いて得られる導電性膜28の研磨状況から、次回研磨における研磨圧又はゾーン圧等の研磨パラメータに対してフィードバックを行う面内膜厚分布フィードバックシステムを構築することができる。   An in-plane film thickness distribution feedback system that feeds back a polishing parameter such as a polishing pressure or a zone pressure in the next polishing from a polishing state of the conductive film 28 obtained by using the capacitive coupling sensor 33 or 38. Can be built.

前記静電結合型センサ33又は38を用いて導電性膜28の研磨状況をリアルタイムでモニタリングし、その際に得られる膜厚のウェーハ面内分布から、研磨圧又はゾーン圧等の研磨パラメータをリアルタイムで制御するリアルタイム面内膜厚分布制御システムを構築することができる。   The state of polishing of the conductive film 28 is monitored in real time using the capacitive coupling sensor 33 or 38, and the polishing parameters such as polishing pressure or zone pressure are determined in real time from the distribution in the wafer surface of the film thickness obtained at that time. A real-time in-plane film thickness distribution control system can be constructed.

前記静電結合型センサ33又は38を用いて導電性膜28の研磨状況をリアルタイムでモニタリングし、研磨レート又は研磨形状を検出することで、ドレス、ヘッド洗浄をリアルタイムで制御する自動インターバルシステムを構築することができる。   Using the electrostatic coupling type sensor 33 or 38, the polishing state of the conductive film 28 is monitored in real time, and the polishing rate or the polishing shape is detected to construct an automatic interval system that controls the dressing and head cleaning in real time. can do.

また、上記面内膜厚分布フィードバックシステム、リアルタイム面内膜厚分布制御システム又は自動インターバルシステムの少なくともいずれかのシステムを搭載した終点検出装置により、極めて性能の優れた半導体デバイスを製造することができる。   In addition, an extremely high performance semiconductor device can be manufactured by the end point detection device equipped with at least one of the in-plane film thickness distribution feedback system, the real-time in-plane film thickness distribution control system, and the automatic interval system. .

上述したように、本実施例に係る静電結合型センサ及びそれを用いた終点検出方法及び終点検出装置においては、静電結合型センサ33,38は導電性膜28の膜厚抵抗値の変化に対応した共振周波数信号を発振出力とすることで、該導電性膜28の研磨終点を検出するのに好適なセンサを提供することができる。   As described above, in the electrostatic coupling type sensor and the end point detection method and end point detection apparatus using the same according to the present embodiment, the electrostatic coupling type sensors 33 and 38 change the film thickness resistance value of the conductive film 28. By using the resonance frequency signal corresponding to the oscillation output as an oscillation output, a sensor suitable for detecting the polishing end point of the conductive film 28 can be provided.

インダクタ34の両端に、それぞれ電極37,37を配置した構成の静電結合型センサ33は、比較的安価で済むことからコスト低減を図ることができる。   The electrostatic coupling type sensor 33 having the configuration in which the electrodes 37 and 37 are respectively disposed at both ends of the inductor 34 can be reduced in cost because it is relatively inexpensive.

平面インダクタ39を備えた静電結合型センサ38は、該平面インダクタ39により効率よく生じた静電結合を介して導電性膜28の膜厚抵抗値の変化に対応した共振周波数信号を発振出力とすることで、該導電性膜28の研磨終点を検出するのに極めて好適なセンサを提供することができる。   The capacitive coupling sensor 38 including the planar inductor 39 generates a resonance frequency signal corresponding to a change in the film thickness resistance value of the conductive film 28 as an oscillation output through the electrostatic coupling efficiently generated by the planar inductor 39. As a result, a sensor that is extremely suitable for detecting the polishing end point of the conductive film 28 can be provided.

静電結合型センサ33,38が発振する共振周波数は、導電性膜28の膜厚が薄くなるにつれて上昇し得るように変化し、該導電性膜28の膜厚抵抗値が∞に近い領域においてピークが生じ得ることから、この共振周波数のピークに基準に、研磨により適正な厚さが除去されたときの研磨終点を高い精度で確実に検出することができる。   The resonance frequency at which the capacitive coupling sensors 33 and 38 oscillate changes so as to increase as the film thickness of the conductive film 28 decreases, and in the region where the film thickness resistance value of the conductive film 28 is close to ∞. Since a peak can occur, the polishing end point when an appropriate thickness is removed by polishing can be reliably detected with high accuracy on the basis of the peak of the resonance frequency.

なお、本発明は、本発明の精神を逸脱しない限り種々の改変をなすことができ、そして、本発明が該改変されたものにも及ぶことは当然である。   The present invention can be variously modified without departing from the spirit of the present invention, and the present invention naturally extends to the modified ones.

図は本発明の実施例に係る静電結合型センサ及びそれを用いた終点検出方法及び終点検出装置を示すものである。
静電結合型センサを用いた終点検出装置が組み込まれた化学機械研磨装置の斜視図。 図1の化学機械研磨装置における研磨ヘッドの拡大縦断面図。 静電結合型センサがプラテンに組み込まれた状態を説明するための図1の概略構成図。 静電結合型センサが研磨ヘッドに組み込まれた状態を説明するための図1の概略構成図。 基本的な構成を持つ図1の静電結合型センサの回路図。 図5の静電結合型センサの等価回路を示す回路図。 図5の静電結合型センサによる導電性膜の膜厚に対する共振周波数の変化例を示す特性図。 平面インダクタを備えた図1の静電結合型センサの他の構成例を示すブロック図。
FIG. 1 shows an electrostatic coupling type sensor according to an embodiment of the present invention, an end point detection method and an end point detection apparatus using the same.
The perspective view of the chemical mechanical polishing apparatus with which the end point detection apparatus using an electrostatic coupling type sensor was integrated. FIG. 2 is an enlarged longitudinal sectional view of a polishing head in the chemical mechanical polishing apparatus of FIG. 1. The schematic block diagram of FIG. 1 for demonstrating the state in which the electrostatic coupling type sensor was integrated in the platen. The schematic block diagram of FIG. 1 for demonstrating the state in which the electrostatic coupling type sensor was integrated in the grinding | polishing head. FIG. 2 is a circuit diagram of the capacitively coupled sensor of FIG. 1 having a basic configuration. FIG. 6 is a circuit diagram showing an equivalent circuit of the capacitive coupling sensor of FIG. 5. The characteristic view which shows the example of a change of the resonant frequency with respect to the film thickness of the electroconductive film by the electrostatic coupling type sensor of FIG. The block diagram which shows the other structural example of the capacitive coupling sensor of FIG. 1 provided with the planar inductor.

符号の説明Explanation of symbols

1 化学機械研磨装置
2 プラテン
3 研磨ヘッド
4 回転軸
5 モータ
6 研磨パッド
7 ヘッド本体
8 キャリア
9 リテーナリング
10 リテーナリング押圧手段
11 弾性シート
12 回転軸
13 ドライプレート
14 ピン
15 作動トランス
16 キャリア押圧手段
17 エアーフロートライン
19 エアー吹出し口
20 エアーフィルタ
21 給気ポンプ
22 孔
23 真空ポンプ
24 バキュームライン
25 エアバック
27 リテーナリングホルダ
28 導電性膜
29 エアー室
30 取付部材
31 スナップリング
32 スリップリング
33 静電結合型センサ
34 インダクタ
35 キャパシタ
36 発振回路
37 電極
38 静電結合型センサ
39 平面インダクタ
40 発振回路
41 キャパシタ
42 増幅器
43 フィードバック・ネットワーク
44 周波数カウンタ
W ウェーハ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Chemical mechanical polishing apparatus 2 Platen 3 Polishing head 4 Rotating shaft 5 Motor 6 Polishing pad 7 Head main body 8 Carrier 9 Retainer ring 10 Retainer ring pressing means 11 Elastic sheet 12 Rotating shaft 13 Dry plate 14 Pin 15 Actuation transformer 16 Carrier pressing means 17 Air Float Line 19 Air Blowout Port 20 Air Filter 21 Air Supply Pump 22 Hole 23 Vacuum Pump 24 Vacuum Line 25 Airbag 27 Retainer Ring Holder 28 Conductive Film 29 Air Chamber 30 Mounting Member 31 Snap Ring 32 Slip Ring 33 Electrostatic Coupling Type Sensor 34 Inductor 35 Capacitor 36 Oscillator circuit 37 Electrode 38 Electrostatic coupling sensor 39 Planar inductor 40 Oscillator circuit 41 Capacitor 42 Amplifier 43 Feedback network Click 44 frequency counter W wafer

Claims (5)

インダクタとキャパシタからなる発振回路と、前記インダクタの両端に配置することにより生じる位相差を有する複数の電極とで構成され、該電極をある膜厚を有した導電性膜に平行に近接させることで、前記電極と前記導電性膜との間に静電結合を引き起こし、その静電結合を介して前記導電性膜の膜厚抵抗値の変化に対応した共振周波数で発振することを特徴とする静電結合型センサ。   An oscillation circuit composed of an inductor and a capacitor, and a plurality of electrodes having a phase difference generated by disposing them at both ends of the inductor, and by bringing the electrodes close to each other in parallel with a conductive film having a certain film thickness Static electricity is generated between the electrode and the conductive film, and oscillates at a resonance frequency corresponding to a change in film thickness resistance value of the conductive film via the electrostatic coupling. Electro-coupled sensor. 平面インダクタとキャパシタからなる発振回路を有し、前記平面インダクタをある膜厚を有した導電性膜に平行に近接させ、前記平面インダクタの持つ位相分布により該平面インダクタと前記導電性膜との間に静電結合を引き起こし、その静電結合を介して前記導電性膜の膜厚抵抗値の変化に対応した共振周波数で発振することを特徴とする静電結合型センサ。   An oscillation circuit comprising a planar inductor and a capacitor is provided, the planar inductor is placed in parallel and close to a conductive film having a certain film thickness, and the phase distribution of the planar inductor causes a gap between the planar inductor and the conductive film. An electrostatic coupling type sensor that oscillates at a resonance frequency corresponding to a change in film thickness resistance value of the conductive film via the electrostatic coupling. 導電性膜を研磨して適正な厚さが除去されたときの研磨終点を検出する終点検出方法であって、
請求項1又は2記載の静電結合型センサを用いた終点検出方法。
An end point detection method for detecting an end point of polishing when an appropriate thickness is removed by polishing a conductive film,
The end point detection method using the electrostatic coupling type sensor of Claim 1 or 2.
請求項1又は2記載の静電結合型センサを用いて導電性膜の研磨状況をモニタリングした際に得られる共振周波数のピークを基準に研磨終点を判断することを特徴とする静電結合型センサを用いた終点検出方法。   3. An electrostatic coupling type sensor characterized in that a polishing end point is determined on the basis of a peak of a resonance frequency obtained when the polishing state of a conductive film is monitored using the electrostatic coupling type sensor according to claim 1. End point detection method using. 導電性膜が形成されたウェーハを研磨ヘッドに保持し、回転するプラテンの表面に設けられた研磨パッドに前記研磨ヘッドを回転させながら前記導電性膜を押し付けて該導電性膜を研磨する化学機械研磨における前記導電性膜を監視して適正な厚さが除去されたときの研磨終点を検出する終点検出装置であって、
請求項1又は2記載の静電結合型センサを前記プラテン又は前記研磨ヘッドのいずれかに組み込んで、該静電結合型センサの発振周波数の変化から前記研磨終点を検出するように構成してなることを特徴とする静電結合型センサを用いた終点検出装置。
A chemical machine that holds a wafer on which a conductive film is formed on a polishing head and polishes the conductive film by pressing the conductive film against a polishing pad provided on the surface of a rotating platen while rotating the polishing head An end point detection device that monitors the conductive film in polishing and detects a polishing end point when an appropriate thickness is removed,
3. The electrostatic coupling sensor according to claim 1 or 2 is incorporated into either the platen or the polishing head, and the polishing end point is detected from a change in oscillation frequency of the electrostatic coupling sensor. An end point detection apparatus using an electrostatic coupling type sensor.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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