JP2009049147A - Metal-film-end detecting method and its device - Google Patents

Metal-film-end detecting method and its device Download PDF

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JP2007213172A
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Japanese (ja)
Inventor
Takashi Fujita
Keita Kitade
Daichi Nagai
Toshiyuki Yokoyama
恵太 北出
利幸 横山
大智 永井
隆 藤田
Original Assignee
Tokyo Seimitsu Co Ltd
株式会社東京精密
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a metal-film-end detecting method which uses a high frequency wave that is easy to be built in a platen etc. in a polishing device, its space resolution is high, and certainly detects the polishing end of metal film in high accuracy. <P>SOLUTION: The metal-film-end detecting method uses a high frequency wave with which a predetermined metal film surface 8 is irradiated in a predetermine area so that the irradiated surface crosses the predetermined metal film 8, and which detects the polishing end of the predetermined metal film 8 on the basis of the inflection point which is generated in at least characteristics of either a reflected wave from the predetermined metal film 8, or a transmitted wave transmitted through the predetermined metal film 8 and wafer W. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、高周波を用いた金属膜終点検出方法とその装置に関するものであり、特に、化学機械研磨加工(CMP:Chemical Mechanical Polishing)等においてウェーハ上の金属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高周波を用いた金属膜終点検出方法とその装置に関するものである。 The present invention relates to a metal film endpoint detection method and apparatus using a high frequency, in particular, chemical mechanical polishing: surely in (CMP Chemical Mechanical Polishing) high accuracy polishing end point of the metal film on the wafer in such it relates to a metal film endpoint detection method and apparatus using a radio frequency that can be detected.

半導体ウェーハの表面に例えば酸化膜を形成し、該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等からなる金属膜を成膜し、該金属膜のうち不要部分をCMPにより研磨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。 For example to form an oxide film on the surface of the semiconductor wafer, the oxide film is subjected to Risogurai and etched to form a groove pattern corresponding to the wiring pattern, a metal film made of Cu or the like for filling the groove pattern on the It was formed, an unnecessary portion of the metal film is a process of forming a wiring pattern by polishing is removed by the CMP are known. この配線パターン等の形成では、不要な金属膜が、残膜の生じることなく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研磨を停止することが極めて重要である。 In the formation of such wiring pattern, unnecessary metal film, it is very important to stop reliably detected and polishing an end point when it is not removed properly thickness to cause a residual film.

これに関連する従来技術として、例えば次のようなウェーハ研磨方法及びその装置が知られている。 As a conventional technology related thereto, for example, following wafer polishing method and apparatus is known. この従来技術は、研磨パッドを張り付けたプラテンを回転し、研磨パッド上にスラリーを供給しつつ、ウェーハ支持板に保持したウェーハを該ウェーハ支持板により回転させながら押し付け研磨する研磨装置において、プラテンの上面には、中心付近から周縁近くまで延びた溝が設けられ、該溝の長手方向ほぼ中央に下方が円錐状に拡大した貫通孔が形成されている。 The prior art rotates platen affixed a polishing pad while supplying a slurry onto the polishing pad, the polishing apparatus for polishing pressed while the wafer held by the wafer support plate is rotated by the wafer support plate, the platen the upper surface is provided with a groove extending from near the center to near the periphery, a through hole is formed downward in the longitudinal direction substantially at the center of the groove is enlarged conically. 該貫通孔の溝側には、スラリーの漏れを防止するための透明窓材が嵌め込まれている。 The groove side of the through hole, a transparent window member for preventing leakage of the slurry is fitted.

プラテンの下面側には、該透明窓材の回転路に面してウェーハの研磨面に光を照射しその反射光を受光するプローブが配置されている。 On the lower surface side of the platen, light is irradiated on the polished surface of the wafer facing the rotational path of the transparent window material probe receives the reflected light is disposed. 該プローブは光ケーブルに接続され、その他端は二股に別れ分光反射率測定装置と測定用光源に接続されている。 The probe is connected to the optical cable, the other end is connected to the measurement light source and the spectral reflectance measuring device bifurcated. そして、測定用光源からウェーハの研磨面に光を照射してその反射光を分光反射率測定装置に入れ、膜が目標の厚さになったときの分光反射率を予め計算で求めておいて、測定した分光反射率の特徴が計算と一致した時点で残存する層の膜厚が所望の厚さになったことを検知している(例えば、特許文献1参照)。 Then, the reflected light placed in the spectral reflectance measuring device by irradiating light from the measuring light source on the polished surface of the wafer, keep asking at precalculated spectral reflectance when the film becomes a target thickness , the thickness of the layer remaining at the time characteristics of the measured spectral reflectance matches the calculated has detected that it is now desired thickness (e.g., see Patent Document 1).

また、他の従来技術として、例えば、次の(イ)〜(ハ)に示すような方法が知られている。 Further, as another prior art, for example, a method shown in the following (a) to (c) are known. (イ)所定の発振周波数の超音波を所定の周期でパルス状に発射してウェーハによる表面反射波と裏面反射波との干渉波で膜厚変化を測定して研磨終点を検出するようにしている(例えば、特許文献2参照)。 (B) so as to detect a predetermined polishing end point by measuring the film thickness change in the interference wave with the surface reflected wave and the back reflected wave by wafer fired in pulses ultrasound at a predetermined cycle of the oscillation frequency are (e.g., see Patent Document 2).

(ロ)研磨剤スラリー廃液に電磁波を与え、その電磁波により励起された共振周波数と共振電圧を測定して化学機械研磨の研磨終点を検出するようにしている(例えば、特許文献3参照)。 (Ii) giving an electromagnetic wave in abrasive slurry waste liquid, and to detect the polishing end point of chemical mechanical polishing by measuring the resonance voltage and the excitation resonance frequency by the electromagnetic waves (e.g., see Patent Document 3).

(ハ)基板の領域毎に与える押圧力を、膜厚測定装置による当該基板上の膜厚の測定情報に基づいて調整するようにしたものであり、その膜厚測定装置は、渦電流、光学、温度、トルク電流、マイクロ波等を利用したセンサとしている。 The pressing force applied to each region of (c) the substrate is obtained by so adjusted based on the film measurement information thickness on the substrate by the film thickness measuring device, the film thickness measuring apparatus, eddy current, optical , and the temperature, torque current, a sensor that uses microwaves or the like. しかし、最後のマイクロ波等のセンサについては、マイクロ波等の反射信号などの単独又は適切なる組み合わせから、その半導体ウェーハ等の基板の上にある金属膜としてのCu膜やバリヤ膜、又は絶縁性膜としての酸化膜等の膜厚を測定する膜厚測定装置としている(例えば、特許文献4参照)。 However, for sensors such as the last microwave, from a single or an appropriate Naru combination of such reflected signals such as microwave, Cu film and the barrier film as a metal film on top of a substrate such as the semiconductor wafer, or insulating and a film thickness measuring apparatus for measuring the thickness of the oxide film or the like as a membrane (e.g., see Patent Document 4).
特開平7−52032号公報。 JP 7-52032 discloses. 特開平8−210833号公報。 JP-8-210833 discloses. 特開2002−317826号公報。 JP 2002-317826 JP. 特開2005−11977号公報。 JP 2005-11977 JP.

特許文献1に記載の従来技術においては、研磨パッドに押し付けられているウェーハ研磨面からの反射光を分光反射率測定装置に入れ、分光反射率を基に研磨終点を検出するようにしている。 In the conventional technique described in Patent Document 1, put the light reflected from the wafer polishing surface is pressed against the polishing pad to the spectral reflectance measuring device, and to detect the polishing end point based on the spectral reflectance. しかしながら、この方法は、スラリーによる反射光散乱の問題があり、このためSN比が悪く研磨終点を精度良く検出することが難しい。 However, this method has a problem of the reflected light scattered by the slurry, it is difficult to accurately detect Thus poor polishing end point SN ratio.

特許文献2に記載の従来技術においては、高周波発振器が備えられているが、これは、高周波信号を超音波振動子に与えるためのもので、金属膜を備えたウェーハに対する高周波の透過・反射等の特性を利用して金属残膜を生じさせることなく該金属膜が除去された状態を検知するという本発明に関する技術に対し、何等近接するものでも、示唆するものでもない。 In the conventional technique described in Patent Document 2, although high-frequency oscillator is provided, which is a high-frequency signal intended to provide to the ultrasonic transducer, the transmission of the high frequency with respect to the wafer having a metal film, such as reflection the relative art with respect to the present invention that the characteristics of the utilizing detecting a state where the metal film is removed without causing metal remaining film, even one that close any way, is not intended to suggest.

特許文献3に記載の従来技術においては、電磁波の放射が記載されているが、この記載は、前記と同様に、本発明に関する技術に対し、何等近接するものでも、示唆するものでもない。 In the conventional technique described in Patent Document 3, although electromagnetic radiation is described, this description is similar to the above, to technology related to the present invention, also intended to close any way, is not intended to suggest.

特許文献4に記載の従来技術においては、渦電流、光学、温度、トルク電流、又はマイクロ波等を利用したセンサにより基板上の金属膜や絶縁性膜の膜厚を測定するようにしている。 In the conventional technique described in Patent Document 4, an eddy current, optical, temperature, and so as to measure the thickness of the metal film or an insulating film on a substrate by a sensor which utilizes a torque current, or microwave or the like. しかし、渦電流を利用したものは、信号の変化が小さく金属膜を高い精度で確実に測定するのは難しい。 However, those utilizing eddy currents, is difficult signal change can be reliably measured in small metal film with high accuracy. 光学を利用したものは、システムが大掛かりとなって研磨装置におけるプラテン等への組込みが困難である。 Those utilizing optics system integration is difficult to platen or the like in the polishing apparatus becomes large-scaled. また、ウェーハにかかるトルク電流を利用したものは、ウェーハ全面にかかるトルクの変化しか分からないので空間分解能が悪く局所的な金属残膜有無の検出は困難である。 Also, those utilizing torque current applied to the wafer, detects the local metal remaining film whether poor spatial resolution because only know the change in torque applied to the entire wafer surface is difficult. さらに、マイクロ波を利用したものは、マイクロ波のどのような性質を利用してセンサとして機能させるのか、その具体的な作用効果の開示は何もない。 Furthermore, those utilizing microwave, whether to function as a sensor by utilizing what the nature of the microwave, the disclosure of the specific advantages are nothing. この特許文献4においては、マイクロ波は電磁波の一つとして記載されているに過ぎず、言い換えれば、マイクロ波ではなく通常のkHzオーダーの電磁波の利用でも原理的に差はないとみなしうる。 In Patent Document 4, the microwave is only listed as one of the electromagnetic wave, in other words, in principle the difference in the use of electromagnetic waves usual kHz order rather than the microwave may be regarded as no. また金属膜等の導電性膜を、酸化膜等の絶縁材料と同様に膜厚を測定することが記載されている。 The conductive film of a metal film or the like, have been described to measure the film thickness similarly to the insulating material such as oxide film. このことからも、導電性膜と絶縁材料との差を顕著に判別しうるようなマイクロ波特有の性質を利用したものではない。 This also does not using microwaves unique properties such as may significantly determine the difference between the conductive film and the insulating material. 本発明では、研磨前は導電性膜の表皮効果により照射されたマイクロ波は殆ど反射する。 In the present invention, microwaves are before polishing is irradiated by the skin effect of the conductive film reflects most. 研磨が進行して終点付近の状態になると導電性膜が除去されて殆ど絶縁材料になるため、マイクロ波は殆ど透過する。 The polishing is most insulating materials are state becomes the conductive film near the end point removal proceeds, the microwave is transmitted most. このウェーハ上の導電性膜の有無の違いを、高周波の電磁波が有する表皮効果によって顕著に判別できるとしてマイクロ波を利用したものであり、構成・作用・効果の上で該従来技術とは、全く異なる。 The difference in the presence or absence of the conductive film on the wafer is obtained by using microwave as it significantly determined by the skin effect with high-frequency electromagnetic waves is, the the prior art on the structure and functions and effects, quite different.

上記の他に、空洞共振器で金属膜等の膜厚変化に伴う高周波の変化を見る方法等もあるが、このものは空洞共振器が大きくなるため、前記と同様に、研磨装置におけるプラテン等への組込みが困難である。 In addition to the above, since there is a method such as to see the high frequency changes in the accompanying change in film thickness the metal film or the like in a cavity resonator, this compound which cavity increases, similar to the above, the platen or the like in the polishing apparatus built-in to it is difficult.

そして、局所的な金属残膜有無の検出が困難であると、例えばウェーハのエッジ部分等に局所的に金属膜が残っていても研磨終点が掛かってしまう場合がある。 When it is difficult to detect the local metal remaining film presence, for example, even if there are still locally metal film on the wafer edge portion, such as in some cases it takes polishing endpoint. このため、研磨終点検出後にさらにオーバーポリッシュを行う必要があるが、これを行うと金属配線部のディッシングやエロージョンを悪化させることになるという問題がある。 Therefore, it is necessary to perform further overpolishing after polishing end point detection is performed when there is a problem that would aggravate the dishing or erosion of the metal wiring portion so.

そこで、研磨装置におけるプラテン等への組込みが容易で空間分解能が高く、金属残膜を生じさせることなく金属膜の研磨終点を高い精度で確実に検出す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, high integration easy spatial resolution of the platen or the like in the polishing apparatus, caused technical problems to be solved in order to reliably detect the polishing end point of the metal film without causing metal remaining film with high precision and the coming of 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、ウェーハ表面の所定の金属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高周波を用いた金属膜終点検出方法であって、前記所定の金属膜面に対し、所定の照射面積で且つ照射面が前記所定の金属膜面を横切るように高周波を照射し、研磨の進行に伴う照射高周波に対する前記所定の金属膜からの反射波もしくは前記所定の金属膜及びウェーハを透過する透過波の少なくともいずれかの変化を基に前記所定の金属膜の研磨終点を検出する高周波を用いた金属膜終点検出方法を提供する。 The present invention has been proposed in order to achieve the above object, a first aspect of the present invention, the polishing end point is detected when the proper thickness by polishing the predetermined metal film on the wafer surface is removed to a metal film end point detection method using high-frequency, the for a given metal film surface is irradiated with high-frequency as and irradiated surface in a predetermined irradiation area crosses said predetermined metal film surface, the progress of the polishing use a frequency of detecting the polishing end point of the predetermined metal film on a least one of a change in the transmitted wave transmitted through the reflection wave or the predetermined metal film and the wafer from the predetermined metal film with respect to the irradiation frequency associated with providing a metal film end point detection method had.

この構成によれば、研磨中の所定の金属膜面に高周波が照射されたとき、該所定の金属膜面からの反射波並びに該所定の金属膜及びウェーハを透過する透過波はほぼ一定の値に保持される。 According to this arrangement, when the high frequency is irradiated to a predetermined metal film surface during polishing, the transmitted wave is substantially constant value for transmitting a reflected wave as well as said predetermined metal film and the wafer from the predetermined metal film surface It is held in. そして、研磨の進行により所定の金属膜が適正な厚さ除去されると高周波の照射対象が所定の金属膜から該所定の金属膜下層の他の物質に変わることで、前記反射波及び透過波が変化する。 When the predetermined metal film is removed proper thickness by the progress of the polishing by microwave irradiation target is changed from the predetermined metal film to other materials of the predetermined metal film lower layer, the reflected wave and the transmitted wave to make the transition. この反射波もしくは透過波の少なくともいずれかの変化を基に所定の金属膜の研磨終点が検出される。 Polishing end point of a predetermined metal film on a least one of a change in the reflected wave or transmitting wave is detected. このとき、高周波は所定の照射面積の照射面が所定の金属膜面を横切るように照射されることで、金属膜検知の空間分解能が上がってウェーハ面内に所定の金属膜の膜残りを生じさせることなく、前記研磨終点の検出が行われる。 In this case, the high frequency is that the irradiated surface of a predetermined irradiation area can be irradiated so as to cross the predetermined metal film surface, resulting the film remaining predetermined metal film on the wafer surface up spatial resolution of the metal film detection without the detection of the polishing end point is carried out.

請求項2記載の発明は、上記所定の金属膜面に対し、複数の上記照射面が同時に上記所定の金属膜面を横切るように高周波を照射する高周波を用いた金属膜終点検出方法を提供する。 According to a second aspect of the invention, the predetermined metal film surface to provide a metal film end point detection method using the high-frequency irradiating the high frequency so that a plurality of the irradiation surface simultaneously across said predetermined metal film surface .

この構成によれば、ウェーハ面のほぼ全体にわたって、高い空間分解能で所定の金属膜の膜残りの生じてないことが検知されて研磨終点の検出が確実に行われる。 According to this configuration, over substantially the entire wafer surface, the detection of the polishing end point is ensured is detected that does not occur in the film remaining predetermined metal film with high spatial resolution.

請求項3記載の発明は、上記所定の金属膜が適正な厚さ除去されたとき、高周波の照射対象となる物質が変わることにより、研磨の進行に伴う反射率及び透過率の各特性には、それぞれ変曲点が生じ、該変曲点を基に前記所定の金属膜の研磨終点を検出する高周波を用いた金属膜終点検出方法を提供する。 According to a third aspect of the invention, when the predetermined metal film is removed proper thickness, by a high-frequency irradiation target material is changed, the respective characteristics of reflectance and transmittance with the progress of the polishing inflection point respectively occurs, to provide a metal film end point detection method using the high-frequency detecting the polishing end point of the predetermined metal film on the basis of the inflection point.

この構成によれば、研磨の進行により所定の金属膜が適正な厚さ除去されると高周波の照射対象が所定の金属膜から該所定の金属膜下層の他の物質に変わることで、研磨の進行に伴う反射率(照射高周波電力に対する反射波電力の比率)及び透過率(照射高周波電力に対する透過波電力の比率)の各特性には、それぞれ明確な変化である変曲点が生じる。 According to this configuration, the predetermined metal film is removed proper thickness by the progress of the polishing by microwave irradiation target is changed from the predetermined metal film to other materials of the predetermined metal film layer, the polishing each characteristic of the reflection factor with the progress (the irradiation ratio of the reflected wave power to the high-frequency power) and transmittance (ratio of transmitted wave power with respect to the irradiation frequency power), the inflection point is a clear change, respectively occurs. 反射率もしくは透過率の少なくともいずれかにおけるこの明確な変化である変曲点を基に所定の金属膜の研磨終点が確実に検出される。 Polishing end point of the reflectivity or transmissivity of the at least one of the distinct changes a predetermined metal film on the basis of the inflection point is to be reliably detected.

請求項4記載の発明は、上記変曲点が生じた後の上記反射率及び透過率の各特性中に、前記反射率に対する閾値及び前記透過率に対する閾値を予め設定し、前記反射率もしくは透過率の少なくともいずれかの値が前記反射率に対する閾値もしくは前記透過率に対する閾値を超えたときに前記所定の金属膜の研磨終点を検出する高周波を用いた金属膜終点検出方法を提供する。 Invention according to claim 4, the inflection point is the reflectance after produced and in each characteristic of the transmittance, preset the threshold value for threshold and the transmittance of the reflectance, the reflectance or transmittance at least one of the values ​​of the rate is to provide a metal film end point detection method using the high-frequency detecting the polishing end point of the predetermined metal film when exceeding the threshold value for threshold or the transmittance with respect to the reflectivity.

この構成によれば、上記変曲点を基にした所定の金属膜の研磨終点検出は、具体的には変曲点が生じた後の反射率及び透過率の各特性中にそれぞれ閾値を予め設定し、この閾値を基にすることで所定の金属膜の研磨終点が一層確実に検出される。 According to this arrangement, the polishing end point detection of a predetermined metal film inflection point groups, specifically in advance of each threshold in the characteristics of reflectance and transmittance after the inflection point occurs set, the polishing end point of a predetermined metal film by the threshold value groups are detected more reliably.

請求項5記載の発明は、上記反射率に対する閾値は所定の反射率値もしくは上記反射率特性における所定の傾きにより設定され、上記透過率に対する閾値は所定の透過率値もしくは上記透過率特性における所定の傾きにより設定されている高周波を用いた金属膜終点検出方法を提供する。 According to a fifth aspect of the invention, the threshold value for the reflectance set by the predetermined inclination at a predetermined reflectance value or above reflectance characteristics, given in threshold predetermined transmittance value or the transmittance characteristic with respect to the transmittance providing a metal film end point detection method using the high frequency of being set by the slope.

この構成によれば、反射率に対する閾値が所定の反射率値もしくは反射率特性における所定の傾きにより設定されることで、研磨の進行に伴う反射率が閾値を超えたことが確実に判断される。 According to this configuration, the threshold for reflectance that is set by a predetermined inclination at a predetermined reflectance value or reflectivity characteristics is reliably determined that the reflectance with the progress of polishing exceeds the threshold . また、透過率に対する閾値が所定の透過率値もしくは透過率特性における所定の傾きにより設定されることで、研磨の進行に伴う透過率が閾値を超えたことが確実に判断される。 The threshold for the transmittance that is set by a predetermined inclination at a predetermined transmission values ​​or transmittance characteristics, it is reliably determined that the transmittance with the progress of polishing exceeds a threshold value. そして、前記両判断のうちの少なくともいずれかの判断の基に所定の金属膜の研磨終点が確実に検出される。 Then, the polishing end point of the predetermined metal film on a least one of the determination of both judgment is reliably detected.

請求項6記載の発明は、上記高周波の周波数帯は、マイクロ波帯であり、上記所定の金属膜面には上記高周波としてのマイクロ波が導波管開口部から照射される高周波を用いた金属膜終点検出方法を提供する。 Metal invention according to claim 6, the frequency band of the high frequency is a microwave band, in the predetermined metal film surface using a high-frequency microwaves as the high frequency is irradiated from the waveguide opening to provide a membrane end point detection method.

この構成によれば、高周波としてマイクロ波を適用し、導波管開口部を所定の金属膜面に対する該マイクロ波の放射用アンテナとすることで、所定の金属膜面に対し、所定の照射面積で該マイクロ波を照射することができて金属膜検知の空間分解能を上げることが可能となる。 According to this configuration, by applying the microwave as a high frequency, by the radiation antenna of the microwave waveguide opening for a given metal film surface, for a given metal film surface, a predetermined irradiation area in it is possible to improve the spatial resolution of the metal film detected it can be irradiated with the microwaves.

請求項7記載の発明は、上記反射波及び反射率並びに上記透過波及び透過率の各変化は、上記所定の金属膜の材質を一因子として決まる表皮効果に依存して生じている高周波を用いた金属膜終点検出方法を提供する。 Use high frequency invention of claim 7 wherein each change in the reflected wave and the reflection factor and the transmission wave and transmittance, which occur depending on the skin effect which depends the material of the predetermined metal film as a factor providing a metal film end point detection method had.

この構成によれば、研磨初期に所定の金属膜に照射された高周波の電磁波は、該所定の金属膜の表皮効果により金属膜内深くまで侵入ことができず、その殆どが反射する。 According to this configuration, a high-frequency electromagnetic waves irradiated to a predetermined metal film polishing early can not penetrate deep inside the metal film due to the skin effect of the predetermined metal film, mostly reflected. このため、研磨初期には反射波及び反射率は大きな値を示し、透過波及び透過率は極く小さな値を示す。 Therefore, it reflected wave and the reflectance in the initial stage of the polishing showed a large value, the transmitted wave and the transmittance indicates a very small value. 一方、研磨が進行して所定の金属膜の研磨終点付近になると高周波電磁波の照射対象が所定の金属膜から該所定の金属膜下層の非導電性材料に変わることで、高周波の電磁波はその殆どが透過する。 On the other hand, the polishing progresses by irradiation object of high frequency electromagnetic wave becomes close to the polishing end point of the predetermined metal film is changed from a predetermined metal film on a non-conductive material of the predetermined metal film lower layer, the high frequency electromagnetic wave is most the diffracted light is transmitted. このため、研磨終点付近では反射波及び反射率は極く小さな値を示し、透過波及び透過率は大きな値を示す。 Therefore, it reflected wave and the reflectance in the vicinity of the polishing end point represents a very small value, the transmitted wave and the transmittance indicates a large value. このように照射された高周波の電磁波に対する反射波及び反射率並びに透過波及び透過率は、研磨初期から研磨終点付近にかけて所定の金属膜の表皮効果に依存して顕著に変化する。 The reflected wave and reflectance, as well as the transmitted wave and the transmittance of irradiated high-frequency electromagnetic waves, as is significantly vary depending on the skin effect of a given metal film toward the vicinity of the polishing end point from the initial stage of the polishing.

請求項8記載の発明は、所定の金属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所定の金属膜を押し付けて該所定の金属膜を研磨する化学機械研磨装置における前記所定の金属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高周波を用いた金属膜終点検出装置であって、前記高周波としてのマイクロ波を発振する発振器と、該発振器で発振されたマイクロ波を受けてその伝播方向を所定の一方向へ切換えて伝播するサーキュレータと、該サーキュレータから前記所定の一方向へ切換え伝播されたマイクロ波を受けて該マイクロ波を前記所定の金属膜面に照射する導波管開口部と、該照射マイクロ波に対する前記所定の金属膜面から Invention according to claim 8, a wafer of a predetermined metal film is formed is held on the polishing head, pressing a predetermined metal film while rotating the polishing head to a polishing pad provided on a surface of a rotating platen Te a metal film end point detection apparatus using a radio frequency to detect the polishing end point at which the predetermined metal film proper thickness monitoring in the chemical mechanical polishing apparatus for polishing the predetermined metal film is removed , oscillator and switching the circulator propagating switched by receiving microwaves oscillated by the oscillator and the propagation direction to a predetermined direction, from the circulator to the predetermined direction for generating microwaves as the high frequency the waveguide opening for irradiating the microwaves into the predetermined metal film surface by receiving the propagated microwave, from the predetermined metal film surface with respect to the microwave irradiation 反射マイクロ波を前記導波管開口部を介して前記サーキュレータで受け該サーキュレータで所定の他方向へ切換え伝播された反射マイクロ波を検波する第1の検波器とを前記プラテンに組込み、前記照射マイクロ波に対する前記所定の金属膜及びウェーハを透過する透過マイクロ波を検波する第2の検波器を前記研磨ヘッドに組込み、研磨の進行に伴う前記第1の検波器で検波された反射マイクロ波出力もしくは前記第2の検波器で検波された透過マイクロ波出力の少なくともいずれかの変化を基に前記所定の金属膜の研磨終点を検出する高周波を用いた金属膜終点検出装置を提供する。 Incorporate a first detector for detecting the reflected microwaves switched propagated in a predetermined other direction by said circulator receiving the reflected microwaves by the circulator through the waveguide opening in the platen, the illumination micro the second detector is incorporated into the polishing head, it is detected by the first detector with the progress of polishing the reflected microwave power or for detecting a transmission microwave transmitted through the predetermined metal film and the wafer with respect to the wave providing a metal film endpoint detection apparatus using a radio frequency to detect the polishing end point of the predetermined metal film on a least one of a change in the detected permeate microwave power in said second detector.

この構成によれば、マイクロ波を所定の金属膜面に照射する導波管開口部が、マイクロ波の発振器、マイクロ波の伝播方向を切換えるサーキュレータ及び反射マイクロ波を検波する第1の検波器等と共に、稼働時に回転するプラテンに組込まれていることで、所定の金属膜面に対し、マイクロ波が所定の照射面積で且つその照射面が前記所定の金属膜面を横切るように照射される。 According to this configuration, the waveguide opening for irradiating microwaves to the predetermined metal film surface, a first detector or the like for detecting the circulator and reflected microwave switching oscillator of the microwave, the propagation direction of the microwave together, by being incorporated into a platen that rotates during operation, for a given metal film surface, microwave and the irradiation surface at a predetermined irradiation area it can be irradiated to cross the predetermined metal film surface. これにより金属膜検知の空間分解能が高められる。 Thus the spatial resolution of the metal film detection is enhanced. そして、第1の検波器で検波された反射マイクロ波出力もしくは第2の検波器で検波された透過マイクロ波出力の少なくともいずれかの変化を基に、所定の金属膜の膜残りを生じさせることなく、前記所定の金属膜の研磨終点が検出される。 Then, based on at least one of a change in the first-detected transmitted microwave power by the detection the reflected microwave power or the second detector at a detector, causing the film remaining predetermined metal film without polishing end point of the predetermined metal film is detected.

請求項9記載の発明は、上記発振器は、ガンダイオードを用いた発振器である高周波を用いた金属膜終点検出装置を提供する。 The invention of claim 9 wherein, said oscillator to provide a metal film endpoint detection apparatus using a high frequency is an oscillator using a Gunn diode.

この構成によれば、発振器を固体マイクロ波発振素子であるガンダイオードを用いた発振器とすることで、プラテン内への容易組込み性が得られると共に、所要のマイクロ波出力が得られる。 According to this arrangement, oscillator by an oscillator using a Gunn diode is a solid microwave oscillator, with easy incorporation of into the platen is obtained, the required microwave power is obtained.

請求項10記載の発明は、上記発振器で発振されたマイクロ波電力を所要値に調整する可変抵抗減衰器、ステップ型減衰器もしくは固定減衰器のうちの少なくともいずれかを備えている高周波を用いた金属膜終点検出装置を提供する。 The invention of claim 10, wherein the using a high-frequency comprising at least one of the variable resistor attenuator, stepped attenuators or fixed attenuator for adjusting the microwave power oscillated by the oscillator to the required value providing a metal film endpoint detection apparatus.

この構成によれば、発振器でマイクロ波電力の調整は難しいので、各種減衰器により金属膜の研磨終点を精度よく検出する上で最適なマイクロ波電力値に設定される。 According to this configuration, since the adjustment of the microwave power is difficult at the oscillator is set a polishing end point of the metal film to an optimum microwave power value in order to accurately detect the various attenuator.

請求項11記載の発明は、上記導波管開口部での反射電力が最小となるように該導波管開口部に送るマイクロ波の位相を調整する位相変調器を備えている高周波を用いた金属膜終点検出装置を提供する。 The invention of claim 11, wherein the using a high frequency and a phase modulator reflected power at the waveguide opening to adjust the phases of microwaves to be sent to the waveguide opening to minimize providing a metal film endpoint detection apparatus.

この構成によれば、マイクロ波の放射用アンテナとして機能する導波管開口部から所定の金属膜面に向けて効率よくマイクロ波が放射される。 According to this arrangement, efficient microwave is radiated toward the waveguide opening which functions as a radiating antenna for microwave predetermined metal film surface.

請求項12記載の発明は、上記導波管開口部から放射されたマイクロ波はフレネル領域において上記所定の金属膜における反射電力が最大となるように、前記導波管開口部には所要厚みの溶融石英窓を取付けてなる高周波を用いた金属膜終点検出装置を提供する。 The invention of claim 12 wherein the microwaves radiated from the waveguide opening such that the reflected power at the predetermined metal film in the Fresnel region is maximized, is the waveguide opening of the required thickness providing a metal film endpoint detection apparatus using a high frequency comprising attaching a fused silica window.

この構成によれば、導波管開口部に所要厚みの溶融石英窓を取付けることで、高空間分解能で反射マイクロ波出力及び透過マイクロ波出力が得られて所定の金属膜の研磨終点が確実に検出される。 According to this configuration, by attaching the fused quartz window of the required thickness to the waveguide opening, the reflected microwave power and the transmitted microwave power with high spatial resolution is obtained securely polishing end point of the predetermined metal film It is detected.

請求項13記載の発明は、上記発振器で発振されたマイクロ波はセパレータで複数に分割され、複数の上記導波管開口部から上記所定の金属膜面に同時にマイクロ波が照射される高周波を用いた金属膜終点検出装置を提供する。 Use invention of claim 13, wherein the microwave oscillated by the oscillator is divided into a plurality by the separator, a high frequency at the same time a microwave from a plurality of the waveguide openings to the predetermined metal film surface is irradiated providing a metal film endpoint detection apparatus had.

この構成によれば、所定の金属膜面に対し、マイクロ波が、それぞれ所定の照射面積で且つ複数の照射面が同時に前記所定の金属膜面を横切るように照射される。 According to this configuration, for a given metal film surface, microwaves, and a plurality of the irradiation surface at a predetermined irradiation area respectively are irradiated to simultaneously traverse the predetermined metal film surface. そして、ウェーハ面のほぼ全体にわたって、高い空間分解能で金属膜の膜残りの生じてないことが検知されて所定の金属膜の研磨終点の検出が確実に行われる。 Then, over substantially the entire wafer surface, is detected that does not occur in the film residue of the metal film with a high spatial resolution to detect the polishing end point of the predetermined metal film is ensured.

請求項14記載の発明は、上記所定の金属膜が適正な厚さ除去されたとき、上記マイクロ波の照射対象となる物質が変わることにより、研磨の進行に伴う上記反射マイクロ波出力特性及び上記透過マイクロ波出力特性には、それぞれ変曲点が生じ、該変曲点を基に前記所定の金属膜の研磨終点を検出する高周波を用いた金属膜終点検出装置を提供する。 The invention of claim 14, wherein, when the predetermined metal film is removed proper thickness, by a substance to be irradiated target of the microwave is changed, the reflected microwave output characteristics and the with the progress of the polishing the transmission microwave output characteristic, the inflection point respectively occurs, to provide a metal film endpoint detection apparatus using a radio frequency to detect the polishing end point of the predetermined metal film on the basis of the inflection point.

この構成によれば、研磨の進行により所定の金属膜が適正な厚さ除去されるとマイクロ波の照射対象が所定の金属膜から該所定の金属膜下層の他の物質に変わることで、研磨の進行に伴う反射マイクロ波出力特性及び透過マイクロ波出力特性には、それぞれ明確な変化である変曲点が生じる。 According to this configuration, the progress of the polishing by the predetermined metal film is removed proper thickness irradiation target microwave changes from a predetermined metal film to other materials of the predetermined metal film layer, polished the reflected microwave output characteristics and transmission microwave output characteristics due to the progress of the inflection point is a clear change, respectively occurs. 反射マイクロ波出力特性もしくは透過マイクロ波出力特性の少なくともいずれかにおけるこの明確な変化である変曲点を基に所定の金属膜の研磨終点が確実に検出される。 Polishing end point of the reflected microwave power characteristic or transmitted microwave power this clear change a predetermined metal film on the basis of the inflection point is at least one of characteristics is reliably detected.

請求項15記載の発明は、上記変曲点が生じた後の上記反射マイクロ波出力特性及び上記透過マイクロ波出力特性の各特性中に、前記反射マイクロ波出力に対する閾値及び前記透過マイクロ波出力に対する閾値を予め設定し、前記反射マイクロ波出力もしくは前記透過マイクロ波出力の少なくともいずれかの値が前記反射マイクロ波出力に対する閾値もしくは前記透過マイクロ波出力に対する閾値を超えたときに前記所定の金属膜の研磨終点を検出する高周波を用いた金属膜終点検出装置を提供する。 The invention of claim 15 wherein, during each characteristic of the reflected microwave output characteristics and the transmissive microwave output characteristics after the inflection point has occurred, for the threshold and the transmission microwave output to said reflected microwave power setting a threshold in advance, the predetermined metal film when at least one of the values ​​of the reflected microwave power or the transmission microwave output exceeds the threshold value for threshold or the transmission microwave power for the reflected microwave power providing a metal film endpoint detection apparatus using a radio frequency to detect the polishing endpoint.

この構成によれば、上記変曲点を基にした所定の金属膜の研磨終点検出は、具体的には変曲点が生じた後の反射マイクロ波出力特性及び透過マイクロ波出力特性の各特性中にそれぞれ閾値を予め設定し、この閾値を基にすることで所定の金属膜の研磨終点が一層確実に検出される。 According to this arrangement, the polishing end point detection of a predetermined metal film inflection point based on the individual properties of the reflected microwave output characteristics and transmission microwave power characteristic after the inflection point specifically has occurred respectively setting a threshold in advance during the polishing end point of the predetermined metal film by the threshold value groups are detected more reliably.

請求項16記載の発明は、上記反射マイクロ波出力に対する閾値は所定の反射マイクロ波出力値もしくは上記反射マイクロ波出力特性における所定の傾きにより設定され、上記透過マイクロ波出力に対する閾値は所定の透過マイクロ波出力値もしくは上記透過マイクロ波出力特性における所定の傾きにより設定されている高周波を用いた金属膜終点検出装置を提供する。 The invention of claim 16 wherein the threshold for the reflected microwave power is set by a predetermined slope at predetermined reflected microwave power value or the reflected microwave power characteristics, the threshold value for transmitting microwave power given transmission micro providing a metal film endpoint detection apparatus using a radio frequency which is set by a predetermined slope of the wave output value or the transmission microwave output characteristics.

この構成によれば、反射マイクロ波出力に対する閾値が所定の反射マイクロ波出力値もしくは反射マイクロ波出力特性における所定の傾きにより設定されることで、研磨の進行に伴う反射マイクロ波出力が閾値を超えたことが確実に判断される。 According to this configuration, the threshold is set by a predetermined slope at predetermined reflected microwave power value or reflected microwave output characteristics, the reflected microwave power threshold with the progress of polishing beyond against reflected microwave output were it is reliably determined. また、透過マイクロ波出力に対する閾値が所定の透過マイクロ波出力値もしくは透過マイクロ波出力特性における所定の傾きにより設定されることで、研磨の進行に伴う透過マイクロ波出力が閾値を超えたことが確実に判断される。 In addition, the threshold for transmission microwave power is set by a predetermined inclination at a predetermined transmission microwave output value or transmitted microwave output characteristics, ensures that transmission microwave power with the progress of polishing exceeds the threshold It is determined to. そして、前記両判断のうちの少なくともいずれかの判断の基に所定の金属膜の研磨終点が確実に検出される。 Then, the polishing end point of the predetermined metal film on a least one of the determination of both judgment is reliably detected.

請求項17記載の発明は、上記反射マイクロ波及び上記透過マイクロ波の各変化は、上記所定の金属膜の材質を一因子として決まる表皮効果に依存して生じている高周波を用いた金属膜終点検出装置を提供する。 The invention of claim 17 wherein, each change of the reflected microwave and the transmissive microwave, a metal film endpoint using a high frequency that occurs depending on the skin effect which depends the material of the predetermined metal film as a factor to provide a detection device.

この構成によれば、研磨初期に所定の金属膜に照射されたマイクロ波は、該所定の金属膜の表皮効果により金属膜内深くまで侵入することができず、その殆どが反射する。 According to this configuration, the microwave irradiated to the predetermined metal film polishing early can not penetrate deep inside the metal film due to the skin effect of the predetermined metal film, mostly reflected. このため、研磨初期には反射マイクロ波は大きな値を示し、透過マイクロ波は極く小さな値を示す。 Thus, the reflected microwaves is the initial stage of the polishing showed a large value, transmission microwaves shows a very small value. 一方、研磨が進行して所定の金属膜の研磨終点付近になるとマイクロ波の照射対象が所定の金属膜から該所定の金属膜下層の非導電性材料に変わることで、マイクロ波はその殆どが透過する。 On the other hand, the polishing progresses by irradiation target becomes near the polishing end point of the predetermined metal film microwave is changed from a predetermined metal film on a non-conductive material of the predetermined metal film lower layer, microwave its most To Penetrate. このため、研磨終点付近では反射マイクロ波は極く小さな値を示し、透過マイクロ波は大きな値を示す。 Thus, the reflected microwaves in the vicinity of the polishing end point represents a very small value, transmission microwave indicates a large value. このように照射されたマイクロ波に対する反射マイクロ波及び透過マイクロ波は、研磨初期から研磨終点付近にかけて所定の金属膜の表皮効果に依存して顕著に変化する。 The reflected microwave and transmitting microwave for irradiation microwave as is significantly vary depending on the skin effect of a given metal film toward the vicinity of the polishing end point from the initial stage of the polishing.

請求項1記載の発明は、所定の金属膜面に対し、所定の照射面積で且つ照射面が前記所定の金属膜面を横切るように高周波を照射し、研磨の進行に伴う照射高周波に対する前記所定の金属膜からの反射波もしくは前記所定の金属膜及びウェーハを透過する透過波の少なくともいずれかの変化を基に前記所定の金属膜の研磨終点を検出する高周波を用いた金属膜終点検出方法としたので、高周波が所定の照射面積で所定の金属膜面を横切るように照射されることで、金属膜検知の空間分解能が高くなってウェーハ面内に金属残膜を生じさせることなく研磨の進行に伴う反射波もしくは透過波の少なくともいずれかの変化を基に所定の金属膜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。 First aspect of the present invention, for a given metal film surface is irradiated with high-frequency as and irradiated surface in a predetermined irradiation area crosses said predetermined metal film surface, said predetermined with respect to the irradiation frequency with the progress of the polishing and the metal film endpoint detection method a polishing end point using the high-frequency detecting the predetermined metal film on a least one of a change in the transmitted wave transmitted through the reflection wave or the predetermined metal film and the wafer from the metal film since the, by a high frequency is irradiated across a predetermined metal film surface with a predetermined irradiation area, the progress of the polishing without causing metal remaining film on the wafer surface within the higher spatial resolution of the metal film detection there is an advantage that it is possible to reliably detect the polishing end point of the predetermined metal film on a least one of a change in the reflected waves or transmitted waves caused by.

請求項2記載の発明は、上記所定の金属膜面に対し、複数の上記照射面が同時に上記所定の金属膜面を横切るように高周波を照射する高周波を用いた金属膜終点検出方法としたので、ウェーハ面のほぼ全体にわたって、高い空間分解能で金属残膜の生じてないことが検知されて、所定の金属膜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 second aspect of the invention, the predetermined metal film surface with respect, since a plurality of the irradiation surface has a metal film end point detection method using the high-frequency of irradiating high frequency to simultaneously traverse the predetermined metal film surface over substantially the entire wafer surface, it is detected that the not occurred metal remaining film with high spatial resolution, there is an advantage that the polishing end point of the predetermined metal film can reliably be detected with high accuracy.

請求項3記載の発明は、上記所定の金属膜が適正な厚さ除去されたとき、高周波の照射対象となる物質が変わることにより、研磨の進行に伴う反射率及び透過率の各特性には、それぞれ変曲点が生じ、該変曲点を基に前記所定の金属膜の研磨終点を検出する高周波を用いた金属膜終点検出方法としたので、所定の金属膜が適正な厚さ除去されたとき反射率及び透過率の各特性には、それぞれ明確な変化である変曲点が生じることから、この明確な変化である変曲点を基に所定の金属膜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 third aspect of the invention, when the predetermined metal film is removed proper thickness, by a high-frequency irradiation target material is changed, the respective characteristics of reflectance and transmittance with the progress of the polishing , the inflection point occurs, respectively, since the metal film end point detection method using the high-frequency detecting the polishing end point of the predetermined metal film on the basis of the inflection point, a predetermined metal film is removed proper thickness each characteristic of the reflectance and transmittance when the, since the inflection point is distinct changes each occurs reliably detect the polishing end point of the predetermined metal film on the basis of the inflection point is the distinct changes there is an advantage that can be.

請求項4記載の発明は、上記変曲点が生じた後の上記反射率及び透過率の各特性中に、前記反射率に対する閾値及び前記透過率に対する閾値を予め設定し、前記反射率もしくは透過率の少なくともいずれかの値が前記反射率に対する閾値もしくは前記透過率に対する閾値を超えたときに前記所定の金属膜の研磨終点を検出する高周波を用いた金属膜終点検出方法としたので、上記変曲点が生じた後の反射率及び透過率の各特性中にそれぞれ閾値を予め設定し、この閾値を基にすることで所定の金属膜の研磨終点を高い精度で一層確実に検出することができるという利点がある。 Invention according to claim 4, the inflection point is the reflectance after produced and in each characteristic of the transmittance, preset the threshold value for threshold and the transmittance of the reflectance, the reflectance or transmittance since at least one of the values ​​of rates is a metal film end point detection method using the high-frequency detecting the polishing end point of the predetermined metal film when exceeding the threshold value for threshold or the transmittance with respect to the reflectance, the variable preset respectively the threshold value in the characteristics of reflectance and transmittance after inflection point has occurred, to be detected more surely with high accuracy polishing end point of the predetermined metal film by the threshold based on there is an advantage that it can be.

請求項5記載の発明は、上記反射率に対する閾値は所定の反射率値もしくは上記反射率特性における所定の傾きにより設定され、上記透過率に対する閾値は所定の透過率値もしくは上記透過率特性における所定の傾きにより設定されている高周波を用いた金属膜終点検出方法としたので、研磨の進行に伴う反射率が閾値を超えたことを確実に判断することができ、また、透過率が閾値を超えたことを確実に判断することができる。 According to a fifth aspect of the invention, the threshold value for the reflectance set by the predetermined inclination at a predetermined reflectance value or above reflectance characteristics, given in threshold predetermined transmittance value or the transmittance characteristic with respect to the transmittance since the metal film end point detection method using the high frequency of being set by the slope, it is possible to reliably determine the reflectance with the progress of polishing exceeds the threshold value, also exceed the transmittance threshold it is possible to reliably determine that the. そして、前記両判断のうちの少なくともいずれかの判断の基に所定の金属膜の研磨終点を高い精度で一層確実に検出することができるという利点がある。 Then, there is an advantage that can be detected more reliably by the high precision polishing end point of the predetermined metal film on a least one of the determination of both judgment.

請求項6記載の発明は、上記高周波の周波数帯は、マイクロ波帯であり、上記所定の金属膜面には上記高周波としてのマイクロ波が導波管開口部から照射される高周波を用いた金属膜終点検出方法としたので、高周波としてマイクロ波を適用し、導波管開口部を所定の金属膜面に対する該マイクロ波の放射用アンテナとすることで、所定の金属膜面に対し所定の照射面積でマイクロ波を照射することができて、金属膜検知の空間分解能を高めることができるという利点がある。 Metal invention according to claim 6, the frequency band of the high frequency is a microwave band, in the predetermined metal film surface using a high-frequency microwaves as the high frequency is irradiated from the waveguide opening since the film end point detection method, by applying the microwave as a high frequency, by the waveguide opening and the radiation antenna of the microwave for a given metal film surface, a predetermined irradiation for a given metal film surface able to microwave irradiation in the area, there is an advantage that it is possible to enhance the spatial resolution of the metal film detection.

請求項7記載の発明は、上記反射波及び反射率並びに上記透過波及び透過率の各変化は、上記所定の金属膜の材質を一因子として決まる表皮効果に依存して生じている高周波を用いた金属膜終点検出方法としたので、照射された高周波の電磁波に対する反射波及び反射率並びに透過波及び透過率は、研磨初期から研磨終点付近にかけて所定の金属膜の表皮効果に依存して顕著に変化することから、これらの変化のうちの少なくともいずれかを基に所定の金属膜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。 Use high frequency invention of claim 7 wherein each change in the reflected wave and the reflection factor and the transmission wave and transmittance, which occur depending on the skin effect which depends the material of the predetermined metal film as a factor since the metal film end point detection method had, reflected wave and the reflectance and transmittance wave and transmittance of irradiated high-frequency electromagnetic wave is significantly dependent on the skin effect of a given metal film toward the vicinity of the polishing end point from the initial stage of the polishing since the change, there is the advantage that it is possible to reliably detect the polishing end point of the predetermined metal film based on at least one of these changes with a high precision.

請求項8記載の発明は、高周波としてのマイクロ波を発振する発振器と、該発振器で発振されたマイクロ波を受けてその伝播方向を所定の一方向へ切換えて伝播するサーキュレータと、該サーキュレータから前記所定の一方向へ切換え伝播されたマイクロ波を受けて該マイクロ波を前記所定の金属膜面に照射する導波管開口部と、該照射マイクロ波に対する前記所定の金属膜面からの反射マイクロ波を前記導波管開口部を介して前記サーキュレータで受け該サーキュレータで所定の他方向へ切換え伝播された反射マイクロ波を検波する第1の検波器とをプラテンに組込み、前記照射マイクロ波に対する前記所定の金属膜及びウェーハを透過する透過マイクロ波を検波する第2の検波器を研磨ヘッドに組込み、研磨の進行に伴う前記第1の検波 Invention according to claim 8, a circulator propagating switching the propagation direction to a predetermined direction by receiving an oscillator for generating microwaves of a high frequency, the microwave oscillated by the oscillator, wherein the said circulator the waveguide opening for irradiating the microwaves into the predetermined metal film surface subjected to microwaves switched propagated in a predetermined direction, the reflected microwaves from the predetermined metal film surface with respect to the microwave irradiation the first detector and incorporates the platen for detecting the reflected microwaves switched propagated waveguide opening at the circulator received by the circulator through the predetermined other directions, the predetermined relative to the microwave irradiation incorporate a second detector for detecting the transmitted microwaves transmitted through the metal film and the wafer on the polishing head, the first detection with the progress of the polishing で検波された反射マイクロ波出力もしくは前記第2の検波器で検波された透過マイクロ波出力の少なくともいずれかの変化を基に前記所定の金属膜の研磨終点を検出する高周波を用いた金属膜終点検出装置としたので、導波管開口部が、稼働時に回転するプラテンに組込まれていることで、マイクロ波が所定の照射面積で所定の金属膜面を横切るように照射される。 In-detected reflected microwave power or the second metal film endpoint using a high frequency to detect a polishing end point of the predetermined metal film on a least one of a change in the detected permeate microwave output detector since the detection device, the waveguide opening, that is incorporated in a platen which rotates during operation, the microwave is irradiated across a predetermined metal film surface with a predetermined irradiation area. したがって、金属膜検知の空間分解能が高くなってウェーハ面内に金属残膜を生じさせることなく研磨の進行に伴う反射マイクロ波出力もしくは透過マイクロ波出力の少なくともいずれかの変化を基に所定の金属膜の研磨終点を確実に検出することができる。 Therefore, predetermined metal based at least one of the change in the reflected microwave power or transmission microwaves with the progress of polishing without causing metal remaining film on the wafer surface within the higher spatial resolution output of the metal film detection a polishing end point of the film can be reliably detected. また、前記導波管開口部、発振器、サーキュレータ及び第1の検波器を含むマイクロ波回路はプラテン内に組込むことができ、第2の検波器は研磨ヘッドに組込むことができるという利点がある。 Further, the waveguide aperture, the oscillator, the microwave circuit comprising a circulator and a first detector can be incorporated into the platen, the second detector has the advantage that can be incorporated into the polishing head.

請求項9記載の発明は、上記発振器は、ガンダイオードを用いた発振器である高周波を用いた金属膜終点検出装置としたので、固体マイクロ波発振素子であるガンダイオードを用いた発振器はプラテン内へ容易に組込むことができると共に、所要のマイクロ波出力を得ることができるという利点がある。 The invention of claim 9 wherein, said oscillator, since the metal film end point detection apparatus using a high frequency is an oscillator using a Gunn diode oscillator using a Gunn diode is a solid microwave oscillating element into the platen it is possible to easily incorporate, there is an advantage that it is possible to obtain the desired microwave output.

請求項10記載の発明は、上記発振器で発振されたマイクロ波電力を所要値に調整する可変抵抗減衰器、ステップ型減衰器もしくは固定減衰器のうちの少なくともいずれかを備えている高周波を用いた金属膜終点検出装置としたので、マイクロ波電力を、金属膜の研磨終点を精度よく検出する上で最適値に設定することができるという利点がある。 The invention of claim 10, wherein the using a high-frequency comprising at least one of the variable resistor attenuator, stepped attenuators or fixed attenuator for adjusting the microwave power oscillated by the oscillator to the required value since the metal film end point detection device, the microwave power, there is an advantage that it can be set to the optimum value in order to accurately detect the polishing end point of the metal film.

請求項11記載の発明は、上記導波管開口部での反射電力が最小となるように該導波管開口部に送るマイクロ波の位相を調整する位相変調器を備えている高周波を用いた金属膜終点検出装置としたので、導波管開口部から所定の金属膜面に向けて効率よくマイクロ波を放射することができるという利点がある。 The invention of claim 11, wherein the using a high frequency and a phase modulator reflected power at the waveguide opening to adjust the phases of microwaves to be sent to the waveguide opening to minimize since the metal film endpoint detection system, there is an advantage that it is possible to radiate efficiently microwaves toward the waveguide openings at predetermined metal film surface.

請求項12記載の発明は、上記導波管開口部から放射されたマイクロ波はフレネル領域において上記所定の金属膜における反射電力が最大となるように、前記導波管開口部には所要厚みの溶融石英窓を取付けてなる高周波を用いた金属膜終点検出装置としたので、所定の金属膜から高空間分解能で反射マイクロ波及び透過マイクロ波を得ることができて該所定の金属膜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。 The invention of claim 12 wherein the microwaves radiated from the waveguide opening such that the reflected power at the predetermined metal film in the Fresnel region is maximized, is the waveguide opening of the required thickness since the metal film end point detection apparatus using a high frequency comprising attaching a fused quartz window, polishing end point of the predetermined metal film can be obtained reflected microwaves and transmitting microwave at high spatial resolution from a predetermined metal film there is an advantage that can be reliably detected at a high accuracy.

請求項13記載の発明は、上記発振器で発振されたマイクロ波はセパレータで複数に分割され、複数の上記導波管開口部から上記所定の金属膜面に同時にマイクロ波が照射される高周波を用いた金属膜終点検出装置としたので、所定の金属膜面に対し、マイクロ波がそれぞれ所定の照射面積で且つ複数の照射面が同時に前記所定の金属膜面を横切るように照射される。 Use invention of claim 13, wherein the microwave oscillated by the oscillator is divided into a plurality by the separator, a high frequency at the same time a microwave from a plurality of the waveguide openings to the predetermined metal film surface is irradiated since was had metal film end point detection device, for a given metal film surface, and a plurality of the irradiation surface at a predetermined irradiation area microwaves respectively are irradiated to simultaneously traverse the predetermined metal film surface. したがって、ウェーハ面のほぼ全体にわたって高い空間分解能で金属残膜の生じてないことが検知されて、所定の金属膜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。 Therefore, it does not occur in the metal remaining film with high spatial resolution over substantially the entire wafer surface is detected, there is an advantage that the polishing end point of the predetermined metal film can reliably be detected with high accuracy.

請求項14記載の発明は、上記所定の金属膜が適正な厚さ除去されたとき、上記マイクロ波の照射対象となる物質が変わることにより、研磨の進行に伴う上記反射マイクロ波出力特性及び上記透過マイクロ波出力特性には、それぞれ変曲点が生じ、該変曲点を基に前記所定の金属膜の研磨終点を検出する高周波を用いた金属膜終点検出装置としたので、所定の金属膜が適正な厚さ除去されたとき反射マイクロ波出力特性及び透過マイクロ波出力特性には、それぞれ明確な変化である変曲点が生じることから、この明確な変化である変曲点を基に所定の金属膜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。 The invention of claim 14, wherein, when the predetermined metal film is removed proper thickness, by a substance to be irradiated target of the microwave is changed, the reflected microwave output characteristics and the with the progress of the polishing the transmission microwave output characteristic, the inflection point occurs, respectively, since the metal film end point detection apparatus using a radio frequency to detect the polishing end point of the predetermined metal film on the basis of the inflection point, a predetermined metal film predetermined within the reflected microwave output characteristics and transmission microwave output characteristics when removed appropriate thickness, since the inflection point is distinct changes respectively occurs, based on an inflection point is the distinct changes there is an advantage that the polishing end point of the metal film can be reliably detected.

請求項15記載の発明は、上記変曲点が生じた後の上記反射マイクロ波出力特性及び上記透過マイクロ波出力特性の各特性中に、前記反射マイクロ波出力に対する閾値及び前記透過マイクロ波出力に対する閾値を予め設定し、前記反射マイクロ波出力もしくは前記透過マイクロ波出力の少なくともいずれかの値が前記反射マイクロ波出力に対する閾値もしくは前記透過マイクロ波出力に対する閾値を超えたときに前記所定の金属膜の研磨終点を検出する高周波を用いた金属膜終点検出装置としたので、上記変曲点が生じた後の反射マイクロ波出力特性及び透過マイクロ波出力特性の各特性中にそれぞれ閾値を予め設定し、この閾値を基にすることで所定の金属膜の研磨終点を高い精度で一層確実に検出することができるという利点がある。 The invention of claim 15 wherein, during each characteristic of the reflected microwave output characteristics and the transmissive microwave output characteristics after the inflection point has occurred, for the threshold and the transmission microwave output to said reflected microwave power setting a threshold in advance, the predetermined metal film when at least one of the values ​​of the reflected microwave power or the transmission microwave output exceeds the threshold value for threshold or the transmission microwave power for the reflected microwave power since that using a high frequency to detect a polishing end point metal film endpoint detection apparatus, previously set each threshold in the characteristics of the reflected microwave output characteristics and transmission microwave power characteristic after the inflection point has occurred, there is an advantage that the polishing end point of the predetermined metal film by the threshold based can be more reliably detected with high accuracy.

請求項16記載の発明は、上記反射マイクロ波出力に対する閾値は所定の反射マイクロ波出力値もしくは上記反射マイクロ波出力特性における所定の傾きにより設定され、上記透過マイクロ波出力に対する閾値は所定の透過マイクロ波出力値もしくは上記透過マイクロ波出力特性における所定の傾きにより設定されている高周波を用いた金属膜終点検出装置としたので、研磨の進行に伴う反射マイクロ波出力が閾値を超えたことを確実に判断することができ、また、透過マイクロ波出力が閾値を超えたことを確実に判断することができる。 The invention of claim 16 wherein the threshold for the reflected microwave power is set by a predetermined slope at predetermined reflected microwave power value or the reflected microwave power characteristics, the threshold value for transmitting microwave power given transmission micro since the metal film end point detection apparatus using a radio frequency which is set by a predetermined slope of the wave output value or the transmission microwave output characteristics, it ensures that the reflected microwave power with the progress of polishing exceeds the threshold can be determined, also, it is possible to reliably determine that transmission microwave output exceeds the threshold. そして、前記両判断のうちの少なくともいずれかの判断の基に所定の金属膜の研磨終点を高い精度で一層確実に検出することができるという利点がある。 Then, there is an advantage that can be detected more reliably by the high precision polishing end point of the predetermined metal film on a least one of the determination of both judgment.

請求項17記載の発明は、上記反射マイクロ波及び上記透過マイクロ波の各変化は、上記所定の金属膜の材質を一因子として決まる表皮効果に依存して生じている高周波を用いた金属膜終点検出装置としたので、照射されたマイクロ波に対する反射マイクロ波及び透過マイクロ波は、研磨初期から研磨終点付近にかけて所定の金属膜の表皮効果に依存して顕著に変化することから、該両変化のうちの少なくともいずれかを基に所定の金属膜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。 The invention of claim 17 wherein, each change of the reflected microwave and the transmissive microwave, a metal film endpoint using a high frequency that occurs depending on the skin effect which depends the material of the predetermined metal film as a factor since the detector, the reflected microwaves and transmitting microwave for irradiation microwave, since it varies significantly depending on the skin effect of a given metal film toward the vicinity of the polishing end point from the initial stage of the polishing, the both said change there is an advantage that the polishing end point of the predetermined metal film based on at least one of out can be reliably detected with high accuracy.

研磨装置におけるプラテン等への組込みが容易で空間分解能が高く、金属残膜を生じさせることなく金属膜の研磨終点を高い精度で確実に検出するという目的を達成するために、ウェーハ表面の所定の金属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高周波を用いた金属膜終点検出方法であって、前記所定の金属膜面に対し、所定の照射面積で且つ照射面が前記所定の金属膜面を横切るように高周波を照射し、研磨の進行に伴う前記照射高周波に対する前記所定の金属膜からの反射波もしくは前記所定の金属膜及びウェーハを透過する透過波の少なくともいずれかの変化を基に前記所定の金属膜の研磨終点を検出することにより実現した。 High integration easy spatial resolution of the platen or the like in the polishing apparatus, in order to achieve the object of reliably detecting the polishing end point of the metal film without causing metal remaining film with high accuracy, a predetermined wafer surface a metal film end point detection method using the high-frequency detecting the polishing end point at the appropriate thickness by polishing the metal film is removed, relative to the predetermined metal film surface, and a predetermined irradiation area irradiated surface is irradiated with high-frequency across said predetermined metal film surface, at least a transmitted wave transmitted through the reflection wave or the predetermined metal film and the wafer from the predetermined metal film relative to the irradiation frequency with the progress of the polishing It was achieved by detecting the polishing end point of the predetermined metal film based on one of the change.

以下、本発明の好適な一実施例を図面に従って詳述する。 Hereinafter, it details the preferred embodiment of the present invention with reference to the drawings. 図1は高周波としてのマイクロ波を用いた金属膜終点検出装置が組込まれた化学機械研磨装置の斜視図、図2は化学機械研磨装置におけるプラテン等に組込まれた金属膜終点検出装置を示す構成図である。 Figure 1 is a perspective view of a chemical mechanical polishing apparatus which the metal film endpoint detection device is integrated using microwaves as a high frequency, constituting Figure 2 illustrating a metal film end point detection device incorporated in a platen or the like in the chemical mechanical polishing apparatus it is a diagram.

ます、本実施例に係る金属膜終点検出装置の構成を、化学機械研磨装置の概略構成から説明する。 Masu, the structure of the metal film end point detection apparatus according to the present embodiment will be described from the schematic configuration of a chemical mechanical polishing apparatus. 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。 Chemical mechanical polishing apparatus 1 in FIG. 1 is composed of mainly a platen 2, the polishing head 3.

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。 The platen 2 is formed in a disk shape, and its lower surface center is coupled rotating shaft 4, it rotates in the direction of arrow A by the driving of the motor 5. 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と化学薬品との混合物であるスラリーが供給される。 Wherein the upper surface of the platen 2 are adhered polishing pad 6, a slurry is a mixture of abrasive and chemicals are supplied from a nozzle (not shown) on the polishing pad 6. 前記研磨ヘッド3は、本体部が円盤状に形成され、その上面中央に回転軸7が連結されており、図示しないモータで駆動され矢印B方向に回転する。 The polishing head 3, the main body portion is formed in a disk shape, which is the rotating shaft 7 is connected to the upper surface center, is driven by a motor (not shown) rotates in the arrow B direction.

該化学機械研磨装置1は、金属膜が形成されたウェーハを、研磨ヘッド3で吸着保持して図示しない移動機構によりプラテン2上に運び、該ウェーハを金属膜が研磨パッド6に対接するようにプラテン2上に載置する。 Chemical mechanical polishing apparatus 1, a wafer having a metal film formed, carried on the platen 2 by a moving mechanism (not shown) held by suction by the polishing head 3, the wafer such that the metal film is in contact against the polishing pad 6 It is placed on the platen 2. 次いで、研磨ヘッド3内の図示しないエアバックにエアーを供給して該エアバックを膨らませる。 Then, by supplying air to inflate the air bag in the air bag (not shown) in the polishing head 3. 前記エアバックの膨らみによって、ウェーハ表面部の金属膜が所定の圧力で研磨パッド6に押し付けられる。 The bulge of the air bag, the metal film of the wafer surface portion is pressed against the polishing pad 6 at a predetermined pressure.

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、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表面部の金属膜を研磨する。 The polishing head 3 to rotate the platen 2 in the direction of arrow A in FIG. 1 in this state is rotated in the direction of arrow B in FIG. 1, a nozzle (not shown) onto the polishing pad 6 rotating slurry of the wafer surface portion supplies to polish the metal film.

そして、図2に示すように、化学機械研磨装置1におけるプラテン2及び研磨ヘッド3の部分に、該研磨ヘッド3に吸着保持されたウェーハWにおける表面部の金属膜8が適正な厚さ研磨除去されたときの研磨終点を検出する金属膜終点検出装置9が組込まれている。 Then, as shown in FIG. 2, the chemical in the mechanical polishing apparatus 1 in the portion of the platen 2 and the polishing head 3, the suction holding metal film 8 on the surface portion of the wafer W is an appropriate thickness polished and removed in the polishing head 3 metal film endpoint detection device 9 is incorporated for detecting the polishing end point when it is.

該金属膜終点検出装置9は、固体マイクロ波発振素子であるガンダイオードを用いた発振器10と、該発振器10で発振されたマイクロ波の電力を所要値に設定する可変抵抗減衰器11と、マイクロ波を前記金属膜8面に照射するアンテナとしての機能を持つ導波管開口部12と、該導波管開口部12での反射電力を最小にして放射効率を高めるため前記可変抵抗減衰器11で所要電力値に設定されたマイクロ波の位相を調整する位相変調器13と、該位相調整されたマイクロ波を受けてその伝播方向を所定の一方向である前記導波管開口部12側へ切換えるとともに前記金属膜8面からの反射マイクロ波を前記導波管開口部12を介して受けその伝播方向を所定の他方向である第1の検波器14側へ切換えるサーキュレータ15と、前記導 The metal film endpoint detection apparatus 9 includes an oscillator 10 using the Gunn diode is a solid microwave oscillator, a variable resistance attenuator 11 which sets the power of the oscillated microwave by said oscillator 10 to the required value, the micro the variable resistance attenuator 11 to increase the waveguide opening 12 having a function of the wave as an antenna for irradiating the metal film 8 side, the radiation efficiency and the reflected power at the waveguide opening 12 to a minimum in the phase modulator 13 to adjust the set phases of microwaves to the required power value, receiving the microwaves adjusted the phase thereof propagation direction to a predetermined said waveguide opening portion 12 side is a one-way a circulator 15 to a reflected microwave switches its propagation direction received via the waveguide opening 12 to the first detector 14 side is a predetermined other direction from the metal layer 8 faces with switches, said electrically 管開口部12からの照射マイクロ波に対する前記金属膜8を含むウェーハWを透過する透過マイクロ波を検波する第2の検波器16とを備えて構成されている。 It is configured to include a second detector 16 for detecting the transmitted microwaves transmitted through the wafer W including the metal film 8 with respect to microwave radiation from the tube opening 12. なお、前記可変抵抗減衰器11の部分は、該可変抵抗減衰器11、ステップ型減衰器もしくは固定減衰器のうちの少なくともいずれかで構成することもできる。 The portion of the variable resistance attenuator 11 may also be composed of at least any of a variable resistor attenuator 11, stepped attenuators or fixed attenuator.

高周波としてのマイクロ波を適用することで、前記導波管開口部12の開口面積を小さくすることができて金属膜検知の空間分解能が高められている。 By applying microwaves as a high frequency, the spatial resolution of the metal film detected it is possible to reduce the opening area of ​​the waveguide opening 12 is enhanced. しかし、開口面積が小さ過ぎると、ウェーハW上の回路等のパターンも認識してしまい、波長が短か過ぎると研磨パッドの種類による距離の変化に敏感になり過ぎてしまうという不具合が生じる。 However, when the opening area is too small, even a pattern such as a circuit on the wafer W will recognize, problems will be caused that the wavelength becomes too sensitive to changes in the distance due to the type of too short and the polishing pad. このため、前記導波管開口部12の開口面積は、ウェーハW上に金属残膜を生じさせることなく金属膜8の研磨終点を確実に検出しうるような所要の面積値に設定されている。 Therefore, the opening area of ​​the waveguide opening 12 is set to a required area value, such as to be able to reliably detect the polishing end point of the metal film 8 without causing metal remaining film on the wafer W .

また、前記導波管開口部12には、該導波管開口部12から放射されたマイクロ波はフレネル領域において前記金属膜8面における反射電力が最大となるように所要厚みの溶融石英窓17が取付けられている。 Further, wherein the waveguide opening 12, fused quartz window of the required thickness as the microwaves radiated from the waveguide opening 12 is reflected power in the metal film 8 faces the Fresnel region is maximum 17 It is attached. マイクロ波がフレネル領域で金属膜8に作用することで、高空間分解能で反射マイクロ波及び透過マイクロ波が得られる。 By microwave is applied to the metal film 8 in the Fresnel region, reflected microwave and transmitting microwaves can be obtained with high spatial resolution.

前記第1の検波器14は反射マイクロ波を検波して直流の反射マイクロ波出力とし、前記第2の検波器16は透過マイクロ波を検波して直流の透過マイクロ波出力とする。 The first detector 14 by detecting the reflected microwaves and reflected microwave power of direct current, said second detector 16 is a transmissive micro-wave output of the DC by detecting the transmitted microwaves.

上記のように構成された金属膜終点検出装置9のうち、発振器10、可変抵抗減衰器11、導波管開口部12、位相変調器13、第1の検波器14及びサーキュレータ15を含む立体回路は、前記プラテン2内に組込まれ、第2の検波器16は、研磨ヘッド3側に組込まれている。 Of the metal film end point detection device 9 configured as described above, the oscillator 10, variable resistor attenuator 11, the waveguide opening 12, a phase modulator 13, three-dimensional circuit comprising a first detector 14 and the circulator 15 is incorporated into the platen 2, the second detector 16 is incorporated into the polishing head 3 side. 前記第1の検波器14の反射マイクロ波出力は、図示しない同軸ケーブル及びスリップリング等の回転接続手段を介して外部に導出され、図示しない出力測定器で測定される。 Reflected microwave output of the first detector 14 is led to the outside through the rotational connection means such as a coaxial cable and slip ring (not shown), it is measured by the output measuring device (not shown). これとほぼ同様に、前記第2の検波器16の透過マイクロ波出力は、前記研磨ヘッド3側において図示しない同軸ケーブル及びスリップリング等の回転接続手段を介して外部に導出され、前記出力測定器で測定される。 At approximately the same manner, the transmissive microwave output of the second detector 16 is led to the outside through the rotational connection means of the coaxial cable and slip ring or the like (not shown) in the polishing head 3 side, the output measuring device in is measured.

次に、上述のように構成された金属膜終点検出装置の作用及び金属膜終点検出方法を説明する。 Next, the operation and the metal film endpoint detection method of the metal film end point detection apparatus configured as described above. 金属膜8に照射されたマイクロ波の挙動から説明する。 Describing the behavior of the microwave irradiated to the metal film 8. 一般に、高周波の電磁波が金属材料に照射された場合、表皮効果によって金属材料内深くまで侵入することはできない。 In general, if the high-frequency electromagnetic waves are irradiated to the metal material, it is impossible to penetrate deeper in the metal material by the skin effect. この侵入できる深さ(表皮深さδ)は、適用される電磁波の周波数f並びに金属材料の導電率σ及び透磁率μ等によって決まり、式(1)によって与えられる。 This penetration can be deep (skin depth [delta]) is determined by the conductivity σ and magnetic permeability μ or the like of the frequency f and the metal material of the applied electromagnetic waves is given by equation (1).

ここで、ω=2πfであり、表皮深さδは電磁波の周波数fが高くなるほど、小さくなる。 Here, an omega = 2 [pi] f, the skin depth δ as electromagnetic waves of frequency f becomes higher, smaller. 上記のように評価する電磁波の周波数f、金属膜の導電率σ、透磁率μ等によって一意に決定される前記表皮深さδにおいて、評価する金属膜の膜厚が表皮深さδ以上である場合、その電磁波は表皮深さδ以上金属膜内を原理的に浸透しない。 Evaluation electromagnetic wave of frequency f as described above, the conductivity of the metal film sigma, in δ the skin depth which is uniquely determined by the permeability μ or the like, the film thickness of the metal film is a skin depth δ or more to evaluate If, the electromagnetic waves are not theoretically penetrate the skin depth δ or more metal films. このため、殆どの電磁波が反射されることになる。 Therefore, so that most of the electromagnetic wave is reflected. 逆に、低周波であれば、表皮深さδは非常に大きくなるため、殆どの電磁波が透過するようになる。 Conversely, if a low frequency, because the skin depth δ becomes very large, most of the electromagnetic wave is to transmit. 本実施例におけるCu膜等のCMPのように、金属膜の除去プロセスにおいては、その研磨終点付近で信号波形を大きく変化させて精度よく測定するのがよく、設定する表皮深さδは非常に薄くした方がよい。 As the CMP of Cu film or the like in the present embodiment, in the removal process of the metal film, the polishing end point near the signal waveform greatly changed frequently to measure accurately, the skin depth of setting δ is very it is better to thin. そのため、適用する電磁波の周波数fは、通常100MHz以上であればよく、さらには1GHz以上のマイクロ波とすることで、表皮深さδがミクロンオーダとなって研磨終点の検出が精度よく行えるものである。 Therefore, the frequency f of the electromagnetic wave to be applied may be any ordinary 100MHz or more, more With more microwave 1 GHz, those made skin depth δ is a micron order enables good detection of the polishing end point accuracy is there.

そして、マイクロ波を金属膜8面に照射する導波管開口部12が、稼働時に回転するプラテン2に組込まれていることで、金属膜8面に対し、マイクロ波が所定の照射面積で且つその照射面が前記金属膜8面を横切るように照射される。 Then, the waveguide opening 12 for irradiating microwaves to the eighth surface metal film, that are incorporated into the platen 2 rotates during operation, the metal film 8 side with respect to, microwave and a predetermined irradiation area the irradiation surface is irradiated across the metal film 8 side. これにより、金属膜8検知の空間分解能が高められて、第1の検波器14で検波された反射マイクロ波出力及び第2の検波器12で検波された透過マイクロ波出力により、金属膜8の研磨状態が監視される。 Thus, it enhanced spatial resolution of the metal film 8 detected by transmission microwave output which is detected by the first detector 14 and detected by the reflected microwave power and the second detector 12, a metal film 8 polishing state is monitored.

金属膜8の研磨中においては、前記反射マイクロ波出力及び透過マイクロ波出力は、それぞれほぼ一定の値に保持される。 During polishing of the metal film 8, the reflected microwave power and the transmitted microwave power is maintained at a substantially constant value, respectively. 研磨が進行して金属膜8が適正な厚さ除去されるとマイクロ波の照射対象が金属膜8から該金属膜8下層の他の物質(殆どの場合、絶縁膜)に変わることで、研磨の進行に伴う反射マイクロ波出力特性及び透過マイクロ波出力特性には、それぞれ明確な変化である後述するような変曲点が生じる。 (In most cases, the insulating film) irradiation target when polishing a metal film 8 proceeds is removed proper thickness microwave other materials of the metal film 8 lower metal film 8 by changing the polishing the reflected microwave output characteristics and transmission microwave output characteristics due to the progress of the inflection point as described below is a clear change, respectively occurs.

この反射マイクロ波出力特性もしくは透過マイクロ波出力特性の少なくともいずれかにおける明確な変化である前記変曲点を基にウェーハW面内に金属膜8の膜残りを生じさせることなく該金属膜8の研磨終点が検出される。 The reflected microwave power characteristic or transmitted microwave power the metal without causing film remaining metal film 8 on the basis of the inflection point is a clear change in at least one of the wafer W plane of characteristic film 8 polishing end point is detected. さらに、具体的には前記変曲点が生じた後の反射マイクロ波出力特性及び透過マイクロ波出力特性の各特性中のそれぞれに予め設定した閾値を基にすることで金属膜8の研磨終点が一層確実に検出される。 Furthermore, the polishing end point of the metal film 8 by the specifically based on a threshold which is previously set for each of the characteristics of the reflected microwave output characteristics and transmission microwave power characteristic after the inflection point has occurred It is detected more reliably.

図3は、並設された3個の導波管開口部から金属膜面に同時にマイクロ波が照射されたときの照射軌跡例を示す図である。 Figure 3 is a diagram showing an irradiation trajectory example when simultaneously microwaves on a metal film surface of three waveguide opening that is arranged is irradiated. 前記図2において、発振器10で発振されたマイクロ波が図示しないセパレータを用いることで3個の回路に分割され、該分割された各マイクロ波が並設された3個の導波管開口部にそれぞれ与えられている。 In FIG. 2, the microwave oscillated by the oscillator 10 is divided into three circuits by using a separator, not shown, to the three waveguide openings each microwaves is arranged, which is the divided They are given, respectively. そして、図3に示すように、前記3個の導波管開口部から金属膜8面に放射された各マイクロ波が、それぞれ所定の照射面積で且つ3つの照射面が円弧を描きつつ金属膜8面を横切るように照射されている。 Then, as shown in FIG. 3, the three respective microwaves radiated to the metal film 8 faces the waveguide opening, the metal film while and three irradiation surface at a predetermined irradiation area each a circular arc It is irradiated so as to cross the eight surfaces.

図3の例は、ウェーハWの直径は300mm、プラテン2の中心からウェーハW中心までの距離は200mm、ウェーハWの回転速度及びプラテン2の回転速度はそれぞれ100rpmに設定した場合である。 The example of FIG. 3, the diameter of the wafer W is When set 300 mm, the distance from the center of the platen 2 to the wafer W center is 200 mm, respectively wafer W rotational speed and the rotational speed of the platen 2 to 100 rpm. 図3中、照射軌跡L 1はプラテン2の中心から100mmの位置に設置されている導波管開口部からのもの、照射軌跡L 2はプラテン2の中心から150mmの位置に設置されている導波管開口部からのもの、照射軌跡L 3はプラテン2の中心から200mmの位置に設置されている導波管開口部からのものである。 In Figure 3, conductive irradiation locus L 1 can be from the waveguide opening is disposed from the center of the platen 2 at the position of 100 mm, irradiation locus L 2 is being placed from the center of the platen 2 at the position of 150mm those from the wave tube opening, the irradiation locus L 3 is from the waveguide opening is disposed from the center of the platen 2 at the position of 200 mm.

図3に示した例のように、金属膜8面に対し、マイクロ波を、それぞれ所定の照射面積で且つ複数の照射面が同時に金属膜8面を横切るように照射すると、ウェーハW面の全体にわたって、高い空間分解能で金属残膜を生じさせることなく、金属膜の研磨終点を精度よく検出することができる。 As in the example shown in FIG. 3, a metal film 8 side with respect to the microwave and and a plurality of the irradiation surface at a predetermined irradiation area respectively is irradiated across the metal film 8 side at the same time, the whole of the wafer W surface over, without causing metal remaining film with high spatial resolution, it is possible to accurately detect the polishing end point of the metal film.

図4の(a)〜(g)を用いて金属膜終点検出のアルゴリズム例を説明する。 Describing the algorithm example of the metal film endpoint detection with reference to FIG. 4 (a) ~ (g). 同図(a)〜(d)は研磨の進行に伴う反射波信号の変化を順に示す図、(e)は研磨の進行に伴うウェーハ上の全領域で検出される反射波信号の面内平均値の変化を示す特性図、(f)は研磨の進行に伴ないウェーハ上に残っている金属膜から検出される反射波信号の平均値Yの変化を示す特性図、(g)は研磨の進行に伴なう反射波信号の平均値Yの変化を傾きdY/dtの変化に置き換えて示す特性図である。 FIG (a) ~ (d) is a diagram showing a variation of the reflected wave signal with the progress of polishing in order, (e) is in the plane of the reflected wave signal detected in the entire region on the wafer with the progress of polishing average characteristic diagram showing the change of the value, (f) is a characteristic diagram showing the change in the average value Y of the reflected wave signal detected from the metal film remaining accompanied not on the wafer progress of the polishing, (g) the abrasive it is a characteristic diagram showing replace the change of dY / dt slope, the change in the mean value Y of the accompanying reflected wave signal in progress.

このアルゴリズム例は、ウェーハWのエッジ部に膜が残りやすいプロセスで金属膜8としてのCu膜を研磨した場合について、前記第1の検波器14で検波された反射マイクロ波出力(図4の(a)〜(d)では、反射波信号と記載してある)により研磨終点検出を行う場合について述べてある。 This example algorithm, the wafer W for the case of film in the edge portion is polished Cu film as the metal film 8 on the remaining easy process, the first detector 14 detects the reflected microwave power in (Fig. 4 ( in a) ~ (d), are described for the case of performing the polishing end point detected by are described and the reflected wave signal).

研磨の進行に伴うウェーハW上のCu膜から検出される反射波信号の変化は、図4の(a)〜(d)のように予想される。 Change in reflected wave signal detected from the Cu film on the wafer W with the progress of the polishing is expected as in FIG. 4 (a) ~ (d). 同図(a)はウェーハW上の全面にCu膜ありのときの反射波信号、同図(b)はウェーハW中心部のCu膜が薄くなり始めたときの反射波信号、同図(c)はウェーハWのエッジ部にCu膜が残っているときの反射波信号、同図(d)はウェーハW上の全面についてCu膜がクリア(研磨除去)されたときの反射波信号を示している。 FIG (a) is a Cu film on the entire surface of the wafer W reflected wave signal, FIG. (B) is a reflected wave signal when the Cu film of the wafer W center began thinned when the, drawing (c ) show no reflected wave signal when the reflected wave signal, FIG. (d) shows the entire surface of the wafer W to Cu film is cleared (polished away) when there are remaining Cu film on the edge portion of the wafer W there.

このとき、ウェーハW上の全領域でサンプリングされる反射波信号の和をサンプリング数で割った反射波信号の面内平均値をXとし、研磨の進行に伴う該Xの変化を示すと同図(e)のようになる。 At this time, the plane average value of the reflected wave signal obtained by dividing the sum of the reflected wave signal sampled in the entire region on the wafer W at a sampling number and X, when showing the change in the X with the progress of polishing figure It becomes as shown in (e). 図(e)から反射波信号の面内平均値Xの値が予め設定した閾値より下になるか、又は傾きが変曲点Pにさしかかった所でトリガをかける。 Figure (e) from one value of the in-plane average value X of the reflected wave signal is below a predetermined threshold value, or to trigger where the slope is approaching the inflection point P.

次に反射波信号をサンプリングする領域を、前記ウェーハW上の全領域からCu膜が残っている領域のみに絞り、このCu膜の残り領域でサンプリングされる反射波信号の和をサンプリング数で割った値をYとする。 Then regions for sampling the reflected wave signal, the only space remaining is Cu film from the entire area on the wafer W to the aperture, divided by the sum of the reflected wave signal sampled in the remaining region of the Cu film in the sampling number the value and Y. Cu膜が残っている領域は、“X+x”のレベルでスレッショルドをかけ、そのスレッショルドレベルより反射波信号値が大きい区間とする。 Regions remain Cu film, "X + x" over the threshold at the level of, as its threshold level than the reflection wave signal value is greater interval. この区間は固定する。 This section is fixed. xはCu膜が全て研磨除去されてオールクリアになった際、反射波信号の誤差でスレッショルドが掛からないようにマージンを持たせる値である。 x is when it becomes all clear are all polished away is Cu film is a value to provide a margin so that the threshold is not applied with an error of the reflected wave signal.

このときのCu膜の残り領域における反射波信号の平均値Yの研磨時間tに対する変化は、図(f)に示すようになる。 Change the polishing time t of the average value Y of the reflected wave signal in the remaining region of the Cu film at this time is as shown in FIG. (F). ここで、前記Yの値が予め設定した閾値Sより下がるか、又は図(g)に示す傾き(dY/dt)の値が閾値Sより大きくなったら研磨終点とする。 Here, or falls below a threshold value S value of the Y is previously set, or the value of the slope shown in FIG. (G) (dY / dt) is a polishing end point When larger than the threshold value S.

[28GHzマイクロ波を用いた金属残膜検出実験] [Metal remaining film detection experiments using 28GHz microwave]
マイクロ波の反射率及び透過率が物質により異なることを利用して、ウェーハW上の金属残膜の検出が可能であることを実験した結果を、図5及び図6を用いて説明する。 By utilizing the fact that the reflectance and transmittance of the microwaves are different by substance, the results of experiments that it is possible to detect metal remaining film on the wafer W, will be described with reference to FIGS. 図5は金属残膜検出装置の構成図、図6はウェーハW上に金属残膜が存在することによる反射マイクロ波出力及び透過マイクロ波出力の各変化を示す特性図である。 Figure 5 is a block diagram, FIG. 6 is a characteristic diagram showing each change in the reflected microwave power and the transmitted microwave power due to the metal residual film is present on the wafer W of the metal remaining film detector. なお、図5の金属残膜検出装置において、前記図2における機器等と同一ないし均等のものは、前記と同一符号を以って示してある。 Incidentally, the metal remaining film detection apparatus of FIG. 5, FIG. 2 that of devices such as the same or equivalent in is shown drives out the same reference numerals.

図5に示す立体回路からなる金属残膜検出装置20において、発振器10は28GHzマイクロ波を発振する。 In the metal remaining film detection device 20 comprising a three-dimensional circuit shown in FIG. 5, the oscillator 10 oscillates a 28GHz microwave. アイソレータ(不可逆回路)18は反射マイクロ波が発振器10に入るのを防ぐ。 Isolator (irreversible circuit) 18 prevents the reflected microwaves entering the oscillator 10. 20dB方向性結合器19は反射マイクロ波のみを第1の検波器14側へ−20dBで結合する。 20dB directional coupler 19 couples at -20dB only the reflected microwave to the first detector 14 side. 該第1の検波器14の前段には可変抵抗減衰器11aが接続され、第2の検波器16の前段には可変抵抗減衰器11bが接続されている。 The front of the first detector 14 a variable resistor attenuator 11a is connected, a variable resistor attenuator 11b are connected to the front stage of the second detector 16. 可変抵抗減衰器11aは第1の検波器14に入射する反射マイクロ波の電力を適当な大きさに減衰させる。 Variable resistor attenuator 11a attenuates the power of the reflected microwave incident on the first detector 14 to a suitable size. 可変抵抗減衰器11bは第2の検波器16に入射する透過マイクロ波の電力を適当な大きさに減衰させる。 Variable resistor attenuator 11b attenuates the power of the transmitted microwaves incident on the second detector 16 to a suitable size. 溶融石英窓17は厚さ2.75mmに設定されている。 Fused quartz window 17 is set to a thickness of 2.75 mm. ウェーハW(SEMATECH754)の表面部には幅23mmのCu残膜が付いている。 The surface of the wafer W (SEMATECH754) marked with Cu film remaining width 23 mm. 研磨パッド6はIC1400(A21)である。 The polishing pad 6 is IC1400 (A21).

そして、ウェーハWにおける幅23mmのCu残膜が付いた表面側を研磨パッド6に密着させた状態で一定のスピードでスライドさせる。 The sliding at a constant speed a surface marked with Cu film remaining width 23mm in a wafer W in a state of being in close contact with the polishing pad 6. このスライドしているウェーハWの表面部に対し、発振器10で発振された28GHzマイクロ波を、アイソレータ18及び方向性結合器19を介して導波管開口部12から所定の照射面積となるようにして照射する。 To the surface of the wafer W that this slide, a 28GHz microwave oscillated by the oscillator 10, and isolator 18 and a directional coupler 19 waveguide aperture 12 through to a predetermined irradiation area irradiated Te.

この照射マイクロ波に対するウェーハW表面部からの反射マイクロ波は方向性結合器19で伝播方向が切り換えられ可変抵抗減衰器11aで適当な電力に減衰された後、第1の検波器14で検波されて反射マイクロ波出力とされる。 Reflected microwave from the wafer W surface portion for the microwave irradiation, after being attenuated to an appropriate power variable resistor attenuator 11a is switched propagation direction by the directional coupler 19, is detected by the first detector 14 It is reflected microwave power Te. 一方、前記照射マイクロ波に対する前記Cu残膜及びウェーハWを透過した透過マイクロ波は可変抵抗減衰器11bで適当な電力に減衰された後、第2の検波器16で検波されて透過マイクロ波出力とされる。 Meanwhile, the Cu after residual film and the transmitted microwaves transmitted through the wafer W is attenuated to a suitable power variable resistor attenuator 11b, the detection has been transmitted microwave power in the second detector 16 with respect to the microwave irradiation It is.

図6は、上記の操作で得た反射マイクロ波出力R及び透過マイクロ波出力Tの各変化を示す特性図である。 Figure 6 is a characteristic diagram showing the change in the reflected microwave output R and the transmitted microwave power T obtained by the above operation. 反射マイクロ波及び透過マイクロ波の各電力は、可変抵抗減衰器11a,11bで適当な大きさに減衰されているため、図6の縦軸で示される反射マイクロ波出力R及び透過マイクロ波出力Tの絶対値は意味を持たない。 Each power of the reflected microwave and transmitting microwaves, a variable resistor attenuator 11a, since it is attenuated to a suitable size at 11b, the reflected microwave power R and the transmitted microwave output T shown in the vertical axis of FIG. 6 the absolute value of the has no meaning.

図6の結果より、反射マイクロ波出力RはCu残膜により強められ、透過マイクロ波出力TはCu残膜により殆どゼロになることが分かる。 From the results of FIG. 6, the reflected microwave power R is strengthened by Cu residual film, transmittance microwave output T is found to be zero most of Cu residual film. また、幅23mmのCu残膜が途切れる部分、即ちCu膜が全て研磨除去されてオールクリアに相当する部分における反射マイクロ波出力R及び透過マイクロ波出力Tの各特性には、それぞれ変曲点P 1 、P 2が生じている。 Further, Cu portion remaining film breaks width 23 mm, that is, the characteristics of the reflected microwave output R and the transmitted microwave power T at a portion where the Cu film is all polished away corresponding to all clear inflection point, respectively P 1, P 2 is generated. したがって、反射マイクロ波出力R及び透過マイクロ波出力Tは、共に金属膜の終点検出に有効であることが分かる。 Therefore, the reflected microwave power R and the transmitted microwave power T is found to be both effective in end-point detection of the metal film.

上述したように、本実施例に係る高周波を用いた金属膜終点検出方法とその装置においては、高周波としてマイクロ波を適用し、導波管開口部12を所定の金属膜8面に対する該マイクロ波の放射用アンテナとして機能させるとともに該導波管開口部12を稼働時に回転するプラテン2側に組込んだことで、マイクロ波を所定の照射面積で所定の金属膜8面を横切るように照射させることができる。 As described above, in the metal film endpoint detection method and apparatus using a radio frequency according to the present embodiment applies the microwaves as a high frequency, the microwave waveguide opening 12 for a given metal layer 8 faces in the the waveguide opening 12 together with to function as a radiation antenna that is incorporated in a platen 2 side rotates during operation, it is irradiated with microwaves across a predetermined metal film 8 faces in a predetermined irradiation area be able to. したがって、金属膜検知の空間分解能が高くなってウェーハW面内に金属残膜を生じさせることなく研磨の進行に伴う反射マイクロ波出力もしくは透過マイクロ波出力の少なくともいずれかの変化を基に所定の金属膜8の研磨終点を確実に検出することができる。 Thus, the metal film sensing spatial resolution raised by the wafer W plane in the progress accompanied reflected microwave power or transmission microwave power polishing without causing metal remaining film at least one of changing the predetermined based on the the polishing end point of the metal film 8 can be reliably detected.

所定の金属膜8が適正な厚さ除去されたとき、マイクロ波の照射対象となる物質が変わることで、研磨の進行に伴う反射マイクロ波出力特性及び透過マイクロ波出力特性には、それぞれ明確な変化である変曲点が生じる。 When a predetermined metal film 8 is removed proper thickness, by material to be irradiated target of microwave is changed, the reflected microwave output characteristics and transmission microwave output characteristics with the progress of the polishing, a respective clear inflection point is a change occurs. この明確な変化である変曲点を基に所定の金属膜8の研磨終点を確実に検出することができる。 The polishing end point of this is a clear change in the predetermined based on an inflection point metal film 8 can be reliably detected.

前記変曲点が生じた後の反射マイクロ波出力特性及び透過マイクロ波出力特性の各特性中にそれぞれ閾値を予め設定し、この閾値を基にすることで所定の金属膜8の研磨終点を高い精度で一層確実に検出することができる。 High polishing end point of the predetermined metal film 8 by the preset each threshold during each characteristic inflection point reflected microwave output characteristics and transmission microwave output characteristics after the resulting, for the threshold based on it can be detected more reliably accuracy.

ガンダイオードを用いた発振器10、可変抵抗減衰器11、位相変調器13、サーキュレータ15、第1の検波器14及び導波管開口部12を備えたマイクロ波の立体回路は小形に構成しうるので、プラテン2内に容易に組込むことができる。 Oscillator 10 with Gunn diode, a variable resistor attenuator 11, a phase modulator 13, so the circulator 15, the microwave of the microwave circuit having a first detector 14 and the waveguide aperture 12 may constitute a small It can readily incorporated into the platen 2.

マイクロ波回路に可変抵抗減衰器11を備えさせたので、発振器10で発振されたマイクロ波の電力を金属膜8の研磨終点を検出する上で最適値に設定することができる。 Since was allowed with a variable resistor attenuator 11 to the microwave circuit, the power of the oscillated microwave oscillator 10 can be set to the optimum value in detecting a polishing end point of the metal film 8.

マイクロ波回路に位相変調器13を備えさせ、導波管開口部12に送るマイクロ波の位相を調整するようにしたので、該導波管開口部12から所定の金属膜8面に向けて効率よくマイクロ波を放射することができる。 Let a phase modulator 13 to the microwave circuit, since to adjust the phases of microwaves to be sent to the waveguide aperture 12, toward the the waveguide opening 12 to a predetermined metal film 8 faces efficiency often it is possible to radiate microwaves.

導波管開口部12に所要厚みの溶融石英窓17を取付け、フレネル領域で所定の金属膜8における反射電力を大きくするようにしたので、所定の金属膜8から高空間分解能で反射マイクロ波及び透過マイクロ波を得ることができる。 Install the fused quartz window 17 of the desired thickness to the waveguide opening 12, since so as to increase the reflected power at the predetermined metal film 8 in the Fresnel region, reflected microwave with high spatial resolution from a predetermined metal film 8 and it is possible to obtain a transmission microwave.

複数の導波管開口部から所定の金属膜8面に同時にマイクロ波を照射させるようにしたときには、複数のマイクロ波照射面が同時に所定の金属膜8面を横切るように照射されることから、ウェーハW面の全体にわたって高い空間分解能で金属残膜の生じてないことが検知されて、所定の金属膜8の研磨終点を高い精度で一層確実に検出することができる。 At the same time when so as to irradiate the microwaves into a plurality of waveguide 8 faces a predetermined metal film from the opening, since a plurality of microwave irradiation surface is irradiated across a predetermined metal film 8 side at the same time, that does not occur in the metal remaining film with high spatial resolution over the entire wafer W surface is detected, it can be detected more reliably with high precision polishing end point of the predetermined metal film 8.

なお、金属膜終点検出装置9は、導波管開口部12の部分を除いて、導波管を用いた立体回路として構成する場合に限らず、マイクロ波モノリシックICや、基板等の上に構成したマイクロ波ハイブリッドICとすることもできる。 The metal film endpoint detection device 9, except for portions of the waveguide opening 12 is not limited to the case of constituting a microwave circuit using a waveguide structure or a microwave monolithic IC, on a substrate such as It can also be a microwave hybrid IC.

また、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。 Further, the present invention can be variously modified without departing from the spirit of the present invention and that the present invention extends to those the modifications of course.

図は本発明の実施例に係る高周波を用いた金属膜終点検出方法とその装置を示すものである。 Figure shows a metal film endpoint detection method and apparatus using a radio frequency according to an embodiment of the present invention.
金属膜終点検出装置が組込まれた化学機械研磨装置の斜視図。 Perspective view of a chemical mechanical polishing apparatus which the metal film endpoint detection device is incorporated. 化学機械研磨装置におけるプラテン及び研磨ヘッドの部分に組込まれた金属膜終点検出装置を示す構成図。 Diagram illustrating a metal film endpoint detection apparatus incorporated in a portion of the platen and the polishing head of a chemical mechanical polishing apparatus. 並設された3個の導波管開口部から金属膜面に同時にマイクロ波が照射されたときの照射軌跡例を示す図。 It shows an irradiation trajectory example when the microwave is irradiated simultaneously to the metal film surface of three waveguide opening juxtaposed. 金属膜終点検出のアルゴリズム例を説明するための図であり、(a)〜(d)は研磨の進行に伴う反射波信号の変化を順に示す図、(e)は研磨の進行に伴うウェーハ上の全領域で検出される反射波信号の面内平均値の変化を示す特性図、(f)は研磨の進行に伴ないウェーハ上に残っている金属膜から検出される反射波信号の平均値Yの変化を示す特性図、(g)は研磨の進行に伴なう反射波信号の平均値Yの変化を傾きdY/dtの変化に置き換えて示す特性図。 Is a diagram for explaining an algorithm example of the metal film endpoint detection, (a) ~ (d) are diagrams showing a change of the reflected wave signal with the progress of polishing in order, (e) on the wafer with the progress of the polishing characteristic diagram showing the change of plane average value of the reflected wave signal detected in the entire region of, (f) the average value of the reflected wave signals detected from the metal film remaining accompanied not on the wafer with the progress of the polishing characteristic diagram showing the change of the Y, (g) a characteristic diagram showing replace the change of dY / dt slope, the change in the mean value Y of the accompanying reflected wave signal to the progress of the polishing. 金属残膜の検出実験に使用した金属残膜検出装置の構成図。 Configuration view of the metal remaining film detecting apparatus used in detection experiment of the metal remaining film. 図5の金属残膜検出装置を用いた実験の結果得られた反射マイクロ波出力及び透過マイクロ波出力の各変化を示す特性図。 Characteristic diagram showing each change in the reflected microwave power and the transmitted microwave power resulting from the experiments using metal remaining film detection apparatus of FIG.

符号の説明 DESCRIPTION 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 回転軸 8 金属膜 9 金属膜終点検出装置 10 発振器 11 可変抵抗減衰器 12 導波管開口部 13 位相変調器 14 第1の検波器 15 サーキュレータ 16 第2の検波器 17 溶融石英窓 18 アイソレータ 19 方向性結合器 20 金属残膜検出装置 W ウェーハ 1 chemical mechanical polishing apparatus 2 platen 3 polishing head 4 rotating shaft 5 motor 6 polishing pad 7 rotation axis 8 metal film 9 metal film endpoint detection apparatus 10 oscillator 11 variable resistance attenuator 12 waveguide opening 13 phase modulator 14 first detector 15 circulator 16 second detector 17 fused quartz window 18 isolator 19 the directional coupler 20 metal remaining film detector W wafer

Claims (17)

  1. ウェーハ表面の所定の金属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高周波を用いた金属膜終点検出方法であって、 A metal film end point detection method using the high-frequency detecting the polishing end point at the appropriate thickness by polishing the predetermined metal film on the wafer surface is removed,
    前記所定の金属膜面に対し、所定の照射面積で且つ照射面が前記所定の金属膜面を横切るように高周波を照射し、研磨の進行に伴う照射高周波に対する前記所定の金属膜からの反射波もしくは前記所定の金属膜及びウェーハを透過する透過波の少なくともいずれかの変化を基に前記所定の金属膜の研磨終点を検出することを特徴とする高周波を用いた金属膜終点検出方法。 To said predetermined metal film surface, and the irradiation surface at a predetermined irradiation area irradiated with high-frequency across said predetermined metal film surface, the reflected wave from the predetermined metal film with respect to the irradiation frequency with the progress of the polishing or metal film end point detection method using the microwaves and detects the polishing end point of the predetermined metal film on a least one of a change in the transmitted wave transmitted through the predetermined metal film and the wafer.
  2. 上記所定の金属膜面に対し、複数の上記照射面が同時に上記所定の金属膜面を横切るように高周波を照射することを特徴とする請求項1記載の高周波を用いた金属膜終点検出方法。 The predetermined metal film surface to a metal film end point detection method using the high frequency according to claim 1, wherein a plurality of the irradiation surface is irradiated simultaneously high frequency across the predetermined metal film surface.
  3. 上記所定の金属膜が適正な厚さ除去されたとき、高周波の照射対象となる物質が変わることにより、研磨の進行に伴う反射率及び透過率の各特性には、それぞれ変曲点が生じ、該変曲点を基に前記所定の金属膜の研磨終点を検出することを特徴とする請求項1又は2記載の高周波を用いた金属膜終点検出方法。 When the predetermined metal film is removed proper thickness, by a high-frequency irradiation target material is changed, the respective characteristics of reflectance and transmittance with the progress of polishing, the inflection point occurs, respectively, metal film end point detection method using the high frequency according to claim 1, wherein detecting the polishing end point of the predetermined metal film on the basis of the inflection point.
  4. 上記変曲点が生じた後の上記反射率及び透過率の各特性中に、前記反射率に対する閾値及び前記透過率に対する閾値を予め設定し、前記反射率もしくは透過率の少なくともいずれかの値が前記反射率に対する閾値もしくは前記透過率に対する閾値を超えたときに前記所定の金属膜の研磨終点を検出することを特徴とする請求項1,2又は3記載の高周波を用いた金属膜終点検出方法。 During each characteristic of the reflectance and transmittance after the inflection point occurs, preset the threshold value for threshold and the transmittance of the reflectance, at least one of the values ​​of the reflectance or transmittance metal film end point detection method using the high frequency according to claim 1, 2 or 3, wherein detecting the polishing end point of the predetermined metal film when exceeding the threshold value for threshold or the transmittance with respect to the reflectance .
  5. 上記反射率に対する閾値は所定の反射率値もしくは上記反射率特性における所定の傾きにより設定され、上記透過率に対する閾値は所定の透過率値もしくは上記透過率特性における所定の傾きにより設定されていることを特徴とする請求項1,2,3又は4記載の高周波を用いた金属膜終点検出方法。 Threshold for the reflectivity is set by a predetermined inclination at a predetermined reflectance value or the reflectance characteristic, the threshold for the transmission is set by a predetermined inclination at a given transmission value or the transmission characteristic metal film end point detection method using the high frequency according to claim 1, 2, 3 or 4, wherein.
  6. 上記高周波の周波数帯は、マイクロ波帯であり、上記所定の金属膜面には上記高周波としてのマイクロ波が導波管開口部から照射されることを特徴とする請求項1,2,3,4又は5記載の高周波を用いた金属膜終点検出方法。 Said frequency band of the high frequency is a microwave band, according to claim, characterized in that the said predetermined metal film surface microwave as the high frequency is irradiated from the waveguide opening 1,2,3, 4 or a metal film endpoint detection method using a high frequency of 5 described.
  7. 上記反射波及び反射率並びに上記透過波及び透過率の各変化は、上記所定の金属膜の材質を一因子として決まる表皮効果に依存して生じていることを特徴とする請求項1,2,3,4,5又は6記載の高周波を用いた金属膜終点検出方法。 Each change of the reflected wave and the reflection factor and the transmission wave and transmittance claim 1, characterized in that has occurred, depending on the skin effect which depends the material of the predetermined metal film as one factor, metal film end point detection method using the high-frequency 3, 4, 5 or 6, wherein.
  8. 所定の金属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所定の金属膜を押し付けて該所定の金属膜を研磨する化学機械研磨装置における前記所定の金属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高周波を用いた金属膜終点検出装置であって、 Wafers predetermined metal film is formed is held on the polishing head, the polishing the predetermined metal film is pressed against the predetermined metal film while rotating the polishing head to a polishing pad provided on a surface of the platen to rotate to a metal film end point detection apparatus using a radio frequency to detect the polishing end point at which the predetermined metal film proper thickness monitoring in the chemical mechanical polishing apparatus has been removed,
    前記高周波としてのマイクロ波を発振する発振器と、該発振器で発振されたマイクロ波を受けてその伝播方向を所定の一方向へ切換えて伝播するサーキュレータと、該サーキュレータから前記所定の一方向へ切換え伝播されたマイクロ波を受けて該マイクロ波を前記所定の金属膜面に照射する導波管開口部と、該照射マイクロ波に対する前記所定の金属膜面からの反射マイクロ波を前記導波管開口部を介して前記サーキュレータで受け該サーキュレータで所定の他方向へ切換え伝播された反射マイクロ波を検波する第1の検波器とを前記プラテンに組込み、前記照射マイクロ波に対する前記所定の金属膜及びウェーハを透過する透過マイクロ波を検波する第2の検波器を前記研磨ヘッドに組込み、研磨の進行に伴う前記第1の検波器で検波さ A circulator propagating switching the propagation direction to a predetermined direction by receiving an oscillator for generating microwaves as the high frequency, the microwave oscillated by the oscillator, switching propagation from the circulator to the predetermined direction has been the waveguide opening for irradiating the microwave receiving microwaves to said predetermined metal film surface, the waveguide opening reflected microwaves from the predetermined metal film surface with respect to the microwave irradiation built on the platen and a first detector for detecting the switching propagated reflected microwaves in a predetermined other direction with said circulator received by the circulator through, the predetermined metal film to the microwave irradiation and the wafer of detection of the second detector for detecting the transmitted microwave transmissive embedded in the polishing head, in the first detector with the progress of the polishing た反射マイクロ波出力もしくは前記第2の検波器で検波された透過マイクロ波出力の少なくともいずれかの変化を基に前記所定の金属膜の研磨終点を検出することを特徴とする高周波を用いた金属膜終点検出装置。 Metal using a high frequency, characterized in that detecting the polishing end point of the predetermined metal film on a least one of a change in the detected permeate microwave power in the reflected microwave power or the second detector has film endpoint detection apparatus.
  9. 上記発振器は、ガンダイオードを用いた発振器であることを特徴とする請求項8記載の高周波を用いた金属膜終点検出装置。 The oscillator, the metal film endpoint detection apparatus using a radio frequency according to claim 8, characterized in that the oscillator using a Gunn diode.
  10. 上記発振器で発振されたマイクロ波電力を所要値に調整する可変抵抗減衰器、ステップ型減衰器もしくは固定減衰器のうちの少なくともいずれかを備えていることを特徴とする請求項8又は9記載の高周波を用いた金属膜終点検出装置。 Variable resistor attenuator for adjusting the microwave power oscillated by the oscillator to the required value, according to claim 8 or 9, wherein in that it comprises at least one of the stepped attenuator or fixed attenuator metal film end point detection apparatus using a radio frequency.
  11. 上記導波管開口部での反射電力が最小となるように該導波管開口部に送るマイクロ波の位相を調整する位相変調器を備えていることを特徴とする請求項8,9又は10記載の高周波を用いた金属膜終点検出装置。 Claim 8, 9 or 10, characterized in that it comprises a phase modulator reflected power at the waveguide opening to adjust the phases of microwaves to be sent to the waveguide opening to minimize metal film end point detection apparatus using a radio frequency according.
  12. 上記導波管開口部から放射されたマイクロ波はフレネル領域において上記所定の金属膜における反射電力が最大となるように、前記導波管開口部には所要厚みの溶融石英窓を取付けてなることを特徴とする請求項8,9,10又は11記載の高周波を用いた金属膜終点検出装置。 Microwaves radiated from the waveguide opening such that the reflected power at the predetermined metal film in the Fresnel region is maximized, to become attached to fused silica window of the required thickness of the waveguide opening metal film end point detection apparatus using a radio frequency according to claim 8, 9, 10 or 11 wherein.
  13. 上記発振器で発振されたマイクロ波はセパレータで複数に分割され、複数の上記導波管開口部から上記所定の金属膜面に同時にマイクロ波が照射されることを特徴とする請求項8,9,10,11又は12記載の高周波を用いた金属膜終点検出装置。 Claim 8,9, characterized in that the microwave oscillated by the oscillator is divided into a plurality by the separator, at the same time a microwave from a plurality of the waveguide openings to the predetermined metal film surface is irradiated, metal film end point detection apparatus using a radio frequency of 10, 11 or 12, wherein.
  14. 上記所定の金属膜が適正な厚さ除去されたとき、上記マイクロ波の照射対象となる物質が変わることにより、研磨の進行に伴う上記反射マイクロ波出力特性及び上記透過マイクロ波出力特性には、それぞれ変曲点が生じ、該変曲点を基に前記所定の金属膜の研磨終点を検出することを特徴とする請求項8,9,10,11,12又は13記載の高周波を用いた金属膜終点検出装置。 When the predetermined metal film is removed proper thickness, by a substance to be irradiated target of the microwave is changed, to the reflected microwave output characteristics and the transmissive microwave output characteristics with the progress of polishing, inflection point occurs, respectively, using an RF of claim 8,9,10,11,12 or 13 wherein detecting the polishing end point of the predetermined metal film on the basis of the inflection point metal film endpoint detection apparatus.
  15. 上記変曲点が生じた後の上記反射マイクロ波出力特性及び上記透過マイクロ波出力特性の各特性中に、前記反射マイクロ波出力に対する閾値及び前記透過マイクロ波出力に対する閾値を予め設定し、前記反射マイクロ波出力もしくは前記透過マイクロ波出力の少なくともいずれかの値が前記反射マイクロ波出力に対する閾値もしくは前記透過マイクロ波出力に対する閾値を超えたときに前記所定の金属膜の研磨終点を検出することを特徴とする請求項8,9,10,11,12,13又は14記載の高周波を用いた金属膜終点検出装置。 During each characteristic of the reflected microwave output characteristics and the transmissive microwave output characteristics after the inflection point occurs, preset the threshold value for threshold and the transmission microwave output to the reflected microwave power, the reflection characterized by detecting a polishing end point of the predetermined metal film when at least one of the values ​​of the microwave power or the transmission microwave output exceeds the threshold value for threshold or the transmission microwave power for the reflected microwave power metal film end point detection apparatus using a radio frequency according to claim 8,9,10,11,12,13 or 14 wherein the.
  16. 上記反射マイクロ波出力に対する閾値は所定の反射マイクロ波出力値もしくは上記反射マイクロ波出力特性における所定の傾きにより設定され、上記透過マイクロ波出力に対する閾値は所定の透過マイクロ波出力値もしくは上記透過マイクロ波出力特性における所定の傾きにより設定されていることを特徴とする請求項8,9,10,11,12,13,14又は15記載の高周波を用いた金属膜終点検出装置。 The reflective threshold for microwave power is set by a predetermined slope at predetermined reflected microwave power value or the reflected microwave power characteristics, the threshold value for transmitting microwave power given transmission microwave output value or the transmission microwave metal film end point detection apparatus using a radio frequency according to claim 8,9,10,11,12,13,14 or 15, wherein it is set by a predetermined slope in the output characteristics.
  17. 上記反射マイクロ波及び上記透過マイクロ波の各変化は、上記所定の金属膜の材質を一因子として決まる表皮効果に依存して生じていることを特徴とする請求項8,9,10,11,12,13,14,15又は16記載の高周波を用いた金属膜終点検出装置。 Each change in the reflected microwave and the transmissive microwave claim, characterized in that has occurred, depending on the skin effect which depends the material of the predetermined metal film as a factor 8, 9, metal film end point detection apparatus using a radio frequency of 12, 13, 14, 15 or 16, wherein.
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