JP2010067918A - Method and device for predicting and detecting end of polishing - Google Patents

Method and device for predicting and detecting end of polishing Download PDF

Info

Publication number
JP2010067918A
JP2010067918A JP2008235277A JP2008235277A JP2010067918A JP 2010067918 A JP2010067918 A JP 2010067918A JP 2008235277 A JP2008235277 A JP 2008235277A JP 2008235277 A JP2008235277 A JP 2008235277A JP 2010067918 A JP2010067918 A JP 2010067918A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
polishing
sensor
eddy current
film
wafer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2008235277A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP5361299B2 (en
Inventor
Takashi Fujita
隆 藤田
Akio Yanai
昭夫 矢内
Osamu Matsushita
治 松下
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tokyo Seimitsu Co Ltd
Original Assignee
Tokyo Seimitsu Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tokyo Seimitsu Co Ltd filed Critical Tokyo Seimitsu Co Ltd
Priority to JP2008235277A priority Critical patent/JP5361299B2/en
Publication of JP2010067918A publication Critical patent/JP2010067918A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5361299B2 publication Critical patent/JP5361299B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a polishing end prediction and detection method capable of predicting an ending point precisely and timely just before the ending point, in order to detect the ending point certainly. <P>SOLUTION: At least two sensors which monitor the surface state of a wafer W during polishing, are arranged to predict the polishing end. A surface eddy current sensor 12 which predicts the polishing end point based on a change in magnetic flux by skin effect depending on materials of the conductive film as one factor, is used as one sensor. The polishing end point is predicted by using the characteristic change based on the skin effect, before completion of removing a metal film as a predetermined conductive film. The other sensor is a multiwavelength spectroscopic sensor 13, which irradiates light to the wafer W through a window 11 prepared in a platen 2, and monitors reflection light from the metal film to detect the polishing end point. These two sensors are attached to the window 11. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、研磨終了予測・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)等において独立した動作原理を有する複数のセンサを使用するとともに該複数のセンサは研磨終了間際においていずれも検出感度が高く精度よく研磨終了時点を予測し検出することが可能な研磨終了予測・検出方法とその装置に関するものである。   The present invention relates to a polishing end prediction / detection method and an apparatus therefor, and in particular, uses a plurality of sensors having independent operation principles in chemical mechanical polishing (CMP) and the like. The present invention relates to a polishing end prediction / detection method and apparatus capable of predicting and detecting the polishing end point with high detection sensitivity and high accuracy immediately before the end of polishing.

従来、例えば、次のようなポリッシング方法が知られている。この従来技術は、該従来技術が開示された公報中の[0031]に、二種類のセンサをポリッシング装置に搭載することにより、Cu層が所定厚の膜厚になるまでは、渦電流センサの信号を処理することにより膜厚をモニタし、所定厚の膜厚になって膜厚を光学式センサで検出できるようになった時点で光学式センサの信号を処理することにより薄膜の膜厚をモニタすることが記載されている。前記渦電流センサについては、[0025]に、渦電流プロセスモニタのシステム原理は、センサコイルに高周波電流を流して、ウェーハのCu層中に渦電流を発生させ、この渦電流が膜厚によって変化し、センサ回路との合成インピーダンスを監視することで、膜厚の監視を行うものである。即ち、センサコイルに高周波電流を流すとCu層中に渦電流が発生する。そして回路中のインピーダンスZを監視する。回路中のインピーダンスZは、センサ部のL、CとCu層のRが並列に結合された形となり、Rが変化することによりZが変化すると記載されている。前記光学式センサについては、[0030]に、光学式センサに適用する膜厚測定の原理は、膜とその隣接媒体によって引き起こされる光の干渉を利用している。基板上の薄膜に光を入射すると、まず一部の光は膜の表面で反射され残りは透過していく。この透過した光の一部はさらに基板面で反射され、残りは透過していくが、基板が金属の場合には吸収されてしまう。干渉はこの膜の表面反射光と基板面反射光の位相差によって発生し、位相一致した場合は互いに強め合い、逆になった場合は弱め合う。つまり入射光の波長、膜厚、膜の屈折率に応じて反射強度が変化する。この反射光の強度から膜の厚みを測定すると記載されている(例えば、特許文献1参照)。   Conventionally, for example, the following polishing method is known. This prior art is based on [0031] in the publication in which the prior art is disclosed. By mounting two types of sensors on a polishing apparatus, the Cu layer becomes a predetermined thickness until the Cu layer reaches a predetermined thickness. The film thickness is monitored by processing the signal, and when the film thickness reaches a predetermined thickness and can be detected by the optical sensor, the film thickness of the thin film is processed by processing the optical sensor signal. It is described to be monitored. Regarding the eddy current sensor, [0025], the system principle of the eddy current process monitor is that a high frequency current is passed through the sensor coil to generate an eddy current in the Cu layer of the wafer, and this eddy current varies with the film thickness. The film thickness is monitored by monitoring the combined impedance with the sensor circuit. That is, when a high-frequency current is passed through the sensor coil, an eddy current is generated in the Cu layer. Then, the impedance Z in the circuit is monitored. It is described that the impedance Z in the circuit has a shape in which L and C of the sensor unit and R of the Cu layer are coupled in parallel, and Z changes as R changes. For the optical sensor, [0030], the principle of film thickness measurement applied to the optical sensor utilizes light interference caused by the film and its adjacent media. When light is incident on the thin film on the substrate, a part of the light is first reflected by the surface of the film and the rest is transmitted. A part of the transmitted light is further reflected by the substrate surface and the rest is transmitted, but is absorbed when the substrate is a metal. Interference occurs due to the phase difference between the reflected light on the surface of the film and the reflected light on the substrate surface. That is, the reflection intensity changes according to the wavelength of incident light, the film thickness, and the refractive index of the film. It is described that the thickness of the film is measured from the intensity of the reflected light (see, for example, Patent Document 1).

また、従来、例えば、次のような基板研磨方法が知られている。この従来技術は、該従来技術が開示された公報中の[0045]に、研磨テーブル内に渦電流式の膜厚測定器と光学式の膜厚測定器が設けられ、トップリングに保持された研磨中の半導体基板の研磨面の膜厚を測定すると記載されている。前記渦電流式の膜厚測定器については、[0046]に、センサコイルに高周波電流を流して、半導体基板の導電性膜(Cu膜)中にに渦電流を発生させ、この渦電流が膜厚によって変化し、センサ回路との合成インピーダンスを監視することで、膜厚の監視を行うものであると記載されている。前記光学式の膜厚測定器については、[0047]に、光学式の膜厚測定器は投光素子と受光素子を具備し、投光素子から半導体基板の被研磨面に光を照射し、該被研磨面からの反射光を受光素子で受光する。半導体基板の導電性膜が所定厚の膜厚になってくると、投光素子から被研磨面に照射された光の一部が導電性膜を透過し、導電性膜の下層の酸化膜から反射された反射光と、導電性膜の表面から反射された反射光との二種類の反射光が存在する。この二種類の反射光を受光素子で受光し処理することにより膜厚を測定すると記載されている(例えば、特許文献2参照)。   Conventionally, for example, the following substrate polishing method is known. In this prior art, [0045] in the publication in which the prior art is disclosed, an eddy current type film thickness measuring device and an optical film thickness measuring device are provided in the polishing table, and are held on the top ring. It is described that the film thickness of the polished surface of the semiconductor substrate being polished is measured. For the eddy current type film thickness measuring instrument, in [0046], a high frequency current is passed through the sensor coil to generate an eddy current in the conductive film (Cu film) of the semiconductor substrate. It is described that the film thickness is monitored by changing the thickness and monitoring the combined impedance with the sensor circuit. For the optical film thickness measuring device, in [0047], the optical film thickness measuring device comprises a light projecting element and a light receiving element, and the surface to be polished of the semiconductor substrate is irradiated with light from the light projecting element, Reflected light from the surface to be polished is received by a light receiving element. When the conductive film of the semiconductor substrate reaches a predetermined thickness, a part of the light irradiated to the polished surface from the light projecting element is transmitted through the conductive film and from the oxide film under the conductive film. There are two types of reflected light: reflected light reflected and reflected light reflected from the surface of the conductive film. It is described that the film thickness is measured by receiving and processing these two types of reflected light with a light receiving element (see, for example, Patent Document 2).

さらに、従来、例えば、次のような光学及び渦電流モニタリングによる統合終点検出システムが知られている。この従来技術は、該従来技術が開示された公報中の[0027]に、第1研磨用ステーションには、研磨処理制御と終点検出システムとして機能する渦電流モニタリングシステムと光学モニタリングシステムを含んでいると記載されている。前記渦電流モニタリングシステムについては、[0029]及び[0031]に、渦電流モニタリングシステムは基板上の金属層に渦電流を誘導するための駆動システムと、金属層内に誘導された渦電流を検出するための感知システムとを含んでいる。駆動システムは、オシレータが接続された駆動用コイルを含んでいる。動作中、オシレータは駆動用コイルを駆動して磁界を発生させ、この磁界は金属層内に渦電流を発生させる。渦電流は、感知用コイルとコンデンサと並列したインピーダンス源として金属層を作用させる。金属層の厚さが変わるとインピーダンスが変わり、感知機構のQファクタに変化が生じる。このQファクタの変化を検出することにより、渦電流センサは渦電流の強さの変化、したがって、金属層の厚さの変化を感知すると記載されている。前記光学モニタリングシステムについては、[0041]に、光学モニタリングシステムは、レーザ等の光源と検出器とを含み、干渉計として機能すると記載されている。そして、[0047]に、CMP装置は、渦電流モニタリングシステムと光学モニタリングシステムを使用し、大部分の充填層が除去されたときを決定し、下にある停止層が実質的に露出したときを決定すると記載されている(例えば、特許文献3参照)。   Furthermore, conventionally, for example, an integrated end point detection system using the following optical and eddy current monitoring is known. In the prior art, [0027] in the publication in which the prior art is disclosed, the first polishing station includes an eddy current monitoring system and an optical monitoring system that function as a polishing process control and end point detection system. It is described. Regarding the eddy current monitoring system, in [0029] and [0031], the eddy current monitoring system detects a eddy current induced in the metal layer and a driving system for inducing eddy current in the metal layer on the substrate. And a sensing system. The drive system includes a drive coil to which an oscillator is connected. During operation, the oscillator drives a drive coil to generate a magnetic field, which generates eddy currents in the metal layer. The eddy current acts on the metal layer as an impedance source in parallel with the sensing coil and the capacitor. When the thickness of the metal layer changes, the impedance changes, and the Q factor of the sensing mechanism changes. By detecting this change in Q factor, the eddy current sensor is described as sensing a change in the strength of the eddy current, and thus a change in the thickness of the metal layer. With regard to the optical monitoring system, [0041] describes that the optical monitoring system includes a light source such as a laser and a detector, and functions as an interferometer. [0047] Then, in [0047], the CMP apparatus uses an eddy current monitoring system and an optical monitoring system to determine when most of the packed bed has been removed and to determine when the underlying stop layer is substantially exposed. It is described that it is determined (see, for example, Patent Document 3).

上記のように、特許文献1、2及び3には、ほぼ同様の構成・作用を有する各渦電流センサと、ほぼ同様の構成・作用を有する各光学式センサとが記載されている。
特許第3916375号公報。 特許第3916846号公報。 特表2004−525521号公報。
As described above, Patent Documents 1, 2, and 3 describe each eddy current sensor having substantially the same configuration and action and each optical sensor having substantially the same configuration and action.
Japanese Patent No. 3916375. Japanese Patent No. 3916846. JP-T-2004-525521.

ところで、本発明は表皮渦電流センサと多波長型分光式センサとを複合させて研磨終了時点を予測及び検出する方法である。このうち、個別の表皮渦電流センサについては、本出願人の特許出願に係る特願2007−134707号の願書に添付した明細書及び図面に開示されている。また、個別の多波長型分光式センサについては、これとほぼ同様の構成・作用効果を有するものが本出願人の特許出願に係る特開2005−32790号公報に開示されている。   By the way, the present invention is a method for predicting and detecting the end point of polishing by combining a skin eddy current sensor and a multi-wavelength spectroscopic sensor. Among these, individual skin eddy current sensors are disclosed in the specification and drawings attached to the application of Japanese Patent Application No. 2007-134707 relating to the patent application of the present applicant. Further, as for individual multi-wavelength type spectroscopic sensors, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-32790 relating to the patent application of the present applicant discloses a sensor having substantially the same configuration and operational effects.

そこで、まず特許文献1、2及び3に記載の渦電流センサと光学式センサを複合した構成と、本発明における表皮渦電流センサと多波長型分光式センサを複合した構成との作用効果等の違いを、「個別センサにおける構成・作用効果の違い」から対比して述べる。
A.個別センサにおける構成・作用効果の違いについて。
(a)従来技術における渦電流センサと本発明における表皮渦電流センサの違いについて。
Therefore, first, the operational effects of the configuration in which the eddy current sensor and the optical sensor described in Patent Documents 1, 2, and 3 are combined, and the configuration in which the skin eddy current sensor and the multi-wavelength spectroscopic sensor in the present invention are combined. Differences will be described in comparison with “differences in configuration / effects of individual sensors”.
A. Differences in configuration / effects of individual sensors.
(A) About the difference between the eddy current sensor in a prior art, and the skin eddy current sensor in this invention.

渦電流センサは、研磨対象とする導電性膜の全膜厚について渦電流を発生させ、この渦電流が膜厚の変化に応じて変化し、センサ回路との合成インピーダンスを監視することで、膜厚の監視を行うものである。こうした導電性膜の全膜厚について渦電流を発生させて膜厚の変化を測定する方式は、前記特許文献1、2及び3以外にも、特開平8−285514号(特許第2878178号)や特開平8−285515号(特許第3290347号)にも開示されている。このように、導電性膜の膜厚量と渦電流量とが対応した関係において膜厚の監視を行うものが従来技術における渦電流センサというものである。   The eddy current sensor generates an eddy current for the entire film thickness of the conductive film to be polished, and this eddy current changes according to the change in the film thickness, and monitors the combined impedance with the sensor circuit. Thickness is monitored. In addition to the above-mentioned Patent Documents 1, 2, and 3, a method for measuring the change in film thickness by generating an eddy current for the entire film thickness of such a conductive film is disclosed in JP-A-8-285514 (Patent No. 2878178) and JP-A-8-285515 (Japanese Patent No. 3290347) also discloses. As described above, an eddy current sensor in the prior art is one that monitors the film thickness in a relationship in which the film thickness amount of the conductive film and the eddy current amount correspond to each other.

本発明における表皮渦電流センサは、こうした渦電流センサとは構成・作用効果が異なる。本発明における表皮渦電流センサは、研磨初期には表皮効果によって磁場は導電性膜の表層のみに存在するため、該導電性膜内に渦電流は発生しない。研磨終了間際に導電性膜が非常に薄くなった時点で磁場が該導電性膜を貫通して基板側に一部漏れ出し、それによって導電性膜内に渦電流が生じて増大していく。しかし、直ぐに導電性膜が薄くなると実質的に渦電流を誘起する膜厚そのものが減少するため、渦電流は直ぐに減少に転じる。これによって、研磨終了間際に導電性膜に誘起される渦電流の変曲点が発生する。この変曲点を基準点として、研磨終了時点を予測する方法である。この方法によれば、従来の渦電流センサと比較して以下の利点(作用効果)を持つ。
・終了直前でも感度よく研磨終了時点を予測することが可能である。即ち研磨終了間際で感度がよい。
・磁場を整形して膜内に導入せず。分散磁場を使用し、表皮効果により基板内の素子に磁場を与えない。即ち素子にダメージを与えない。
・渦電流センサが渦電流の変化量で膜厚変化量(研磨による膜厚減少量)を見積もるのに対し、表皮渦電流センサは、表皮深さに対応した残膜厚(絶対膜厚)に応じて渦電流の変曲点が現れるため、研磨初期の膜厚ばらつきに関係なく、残膜厚から研磨終了時点を予測することが可能である。
(b)従来技術における光学式センサと本発明における多波長型分光式センサの違いについて。
The epidermal eddy current sensor according to the present invention is different from the eddy current sensor in configuration and operational effects. In the skin eddy current sensor according to the present invention, since the magnetic field exists only in the surface layer of the conductive film due to the skin effect at the initial stage of polishing, no eddy current is generated in the conductive film. When the conductive film becomes very thin just before the end of polishing, a magnetic field penetrates the conductive film and partially leaks to the substrate side, thereby generating an eddy current in the conductive film and increasing it. However, since the film thickness that induces eddy current substantially decreases as soon as the conductive film becomes thinner, the eddy current immediately starts to decrease. As a result, an inflection point of eddy current is induced in the conductive film just before the end of polishing. This is a method for predicting the polishing end point using this inflection point as a reference point. This method has the following advantages (operational effects) as compared with the conventional eddy current sensor.
-It is possible to predict the polishing end point with high sensitivity even immediately before the end. That is, the sensitivity is good at the end of polishing.
・ The magnetic field is not shaped and introduced into the film. A distributed magnetic field is used, and no magnetic field is applied to the elements in the substrate due to the skin effect. That is, the element is not damaged.
・ The eddy current sensor estimates the amount of change in film thickness (the amount of film thickness decrease due to polishing) by the amount of change in eddy current, whereas the skin eddy current sensor uses the remaining film thickness (absolute film thickness) corresponding to the skin depth. Accordingly, since the inflection point of the eddy current appears, it is possible to predict the polishing end point from the remaining film thickness regardless of the film thickness variation at the initial stage of polishing.
(B) About the difference between the optical sensor in the prior art and the multi-wavelength spectroscopic sensor in the present invention.

従来技術における光学式センサは、光の干渉を使用して膜厚をモニタするものである。即ち、光の中の特定の波長を使用し、その特定の波長による干渉で膜厚を見積もるものである。   Optical sensors in the prior art monitor film thickness using light interference. That is, a specific wavelength in light is used, and the film thickness is estimated by interference due to the specific wavelength.

本発明における多波長型分光式センサは、こうした光学式センサとは構成・作用効果が異なる。多波長型分光式センサでは、ある波長領域の反射率強度の積算値に対する、別の波長領域の反射率強度の積算値の割合で、導電性膜の状態変化を見積もる。   The multi-wavelength spectroscopic sensor according to the present invention is different from the optical sensor in configuration and operational effects. In the multi-wavelength spectroscopic sensor, the state change of the conductive film is estimated at a ratio of the integrated value of the reflectance intensity in another wavelength region to the integrated value of the reflectance intensity in a certain wavelength region.

従来技術の光学式センサによる干渉の場合は、特定の波長において、ウィンドウとウェーハ間に存在するスラリーによって、光の強度が変化する場合、膜厚測定が不可能になることがある。これに対し、多波長型分光式センサにおける反射率強度の積算値割合でみる場合、観察波長領域が広いこともあり、ウェーハ上にスラリーが介在することによって光の強度が変化したとしても、それほど大きな影響を被ることはない。また、反射率強度の相対的な割合で評価していることから、誤動作も少ない。   In the case of interference by a prior art optical sensor, film thickness measurement may not be possible if the light intensity changes due to the slurry present between the window and the wafer at a particular wavelength. On the other hand, when looking at the integrated value ratio of the reflectance intensity in the multi-wavelength spectroscopic sensor, the observation wavelength region may be wide, even if the light intensity changes due to the presence of slurry on the wafer, so much There is no significant impact. Further, since the evaluation is made based on the relative ratio of the reflectance intensity, there are few malfunctions.

さらに、光学式センサによる光の干渉では、特定の波長しか使用せず、また、一部半透膜の場合にのみ適用できる。それは、透明ではない場合、干渉そのものが起こらないからである。これに対し、多波長型分光式センサにより分光反射率で測定する場合、光の色で検知する。色の度合いは、それぞれの波長の反射率の足し合わせで色が決定されるが、その波長に応じた反射率の相対的な変化から、たとえ、半透膜ではなく干渉が生じない膜であったとしても、研磨の進行に伴う膜の材質の変化をモニタすることは可能である。   Furthermore, light interference by an optical sensor uses only a specific wavelength, and can be applied only to a case of a partially semipermeable membrane. This is because if it is not transparent, interference itself does not occur. On the other hand, when the spectral reflectance is measured by the multi-wavelength spectroscopic sensor, the light color is detected. The degree of color is determined by the sum of the reflectances of the respective wavelengths, but it is not a semi-permeable film but a film that does not cause interference due to the relative change in reflectance according to the wavelength. Even so, it is possible to monitor changes in the material of the film as the polishing progresses.

こうした原理は、特に配線膜平坦化のCMPの場合、Cu/Ta/Oxideの膜構成となっているが、Cu研磨後にTaが露出した際にでも適用することが可能となる。Cu、Taとも膜厚が十分厚い場合、金属膜であり光は浸透せずに表面で反射するため、光の干渉を利用して膜厚をモニタすることは不可能である。しかし、分光反射率では、研磨による膜の切り替わり時点を精度よくモニタすることが可能となる。
B.それぞれのセンサを組み合わせることによって生じる作用効果の違いについて。
Such a principle has a Cu / Ta / Oxide film structure particularly in the case of CMP for planarizing a wiring film, but it can be applied even when Ta is exposed after Cu polishing. When both Cu and Ta are sufficiently thick, they are metal films and light is not permeated but reflected from the surface, so it is impossible to monitor the film thickness using light interference. However, with the spectral reflectance, it becomes possible to accurately monitor the switching point of the film by polishing.
B. Differences in the effects of combining the sensors.

従来技術の渦電流センサと光学式センサの組み合わせによって生じる作用効果として次の記載がある。例えば、特許文献1では、Cu膜厚の測定に渦電流センサを使用し、薄いCu膜、Ta膜の測定には、光学式センサを使用するとしている。また、特許文献2では、同特許文献中の[0049]にCu膜が薄くなると渦電流センサは感度が悪くなるが、感度が悪くなったときに、渦電流センサに変えて光学式センサで膜厚測定するとしている。逆に、Cu膜厚が厚い場合は、光がCu膜を透過しないが、渦電流センサでは渦電流が多量に流れるため膜厚測定の感度がよい。よって、厚いCu膜では渦電流センサを使用し、Cu膜が薄く透けてきたときに光学式センサに変えるという方法をとっていた。こうした補完関係は、特許文献2のみならず、同一原理を利用する他の特許文献1及び3の場合も同じである。   The following description is given as an effect produced by the combination of the eddy current sensor and the optical sensor of the prior art. For example, in Patent Document 1, an eddy current sensor is used for measuring a Cu film thickness, and an optical sensor is used for measuring a thin Cu film and a Ta film. Also, in Patent Document 2, the sensitivity of the eddy current sensor becomes worse when the Cu film becomes thinner in [0049] in the same patent document, but when the sensitivity becomes worse, the film is replaced with an optical sensor instead of the eddy current sensor. The thickness is supposed to be measured. Conversely, when the Cu film thickness is thick, light does not pass through the Cu film, but the eddy current sensor has a high sensitivity for film thickness measurement because a large amount of eddy current flows. Therefore, an eddy current sensor is used for a thick Cu film, and when the Cu film is thinly transmitted, an optical sensor is used. Such a complementary relationship is the same not only in Patent Document 2 but also in other Patent Documents 1 and 3 that use the same principle.

これに対し本発明における表皮渦電流センサと多波長型分光式センサとの相補的な関係は、従来技術の渦電流センサと光学式センサの補完的な関係とは全く異なる。本発明では、表皮渦電流センサと多波長型分光式センサは、共に研磨の開始時には感度が悪いが、終了時点では双方とも最も感度が良い。多波長型分光式センサの場合、例えば、Cuの分光反射率からTaの分光反射率に変化する際、Cuの色が薄くなって、Taの色が見えてきた部分で最もセンサとしてはその変化を掴み取ることが可能となる。表皮渦電流センサも、研磨が進行して表皮深さに対応した磁場が漏れ出す膜厚になって、渦電流が発生し、その後の更なる膜厚減少で渦電流が低減し、極大点が現れる。極大点はCuの場合、1000Å以下で現れ、殆ど研磨の終了に近いところで現れるため、研磨終了時点を正確に予測することが可能となる。   On the other hand, the complementary relationship between the skin eddy current sensor and the multi-wavelength spectroscopic sensor in the present invention is completely different from the complementary relationship between the eddy current sensor and the optical sensor of the prior art. In the present invention, both the skin eddy current sensor and the multi-wavelength spectroscopic sensor have poor sensitivity at the start of polishing, but both have the highest sensitivity at the end. In the case of a multi-wavelength type spectroscopic sensor, for example, when changing from the spectral reflectance of Cu to the spectral reflectance of Ta, the color of Cu becomes lighter, and the change as the most sensor is the portion where the color of Ta has become visible. Can be grabbed. The skin eddy current sensor also has a film thickness at which the magnetic field corresponding to the skin depth leaks as the polishing progresses, eddy current is generated, and the eddy current is reduced by further subsequent film thickness reduction. appear. In the case of Cu, the maximum point appears at 1000 mm or less and appears almost at the end of polishing, so that the polishing end point can be accurately predicted.

即ち、本発明における表皮渦電流センサと多波長型分光式センサは、研磨終了間際で互いに感度がよいため、互いの状態の設定をチェックできるのである。もし、互いのセンシング結果が合致しない場合は、センサ不良であり、一時動作を止めて双方のセンサをチェックすることができるのである。また、二つのセンサを搭載して、独立して研磨終点をモニタすることで、互いのセンサの弱点を補いつつ、より精度よい終点検出を行うことができる。   In other words, the skin eddy current sensor and the multi-wavelength spectroscopic sensor according to the present invention are sensitive to each other at the end of polishing, so that the setting of each other can be checked. If the sensing results do not match each other, it is a sensor failure, and the temporary operation can be stopped and both sensors can be checked. Further, by mounting two sensors and independently monitoring the polishing end point, it is possible to detect the end point with higher accuracy while compensating for the weak points of the sensors.

ここで、本発明における互いのセンサの弱点は以下のとおりである。表皮渦電流センサは、ウェーハとセンサ間の距離が最も敏感である。センサが形成した磁場は、発散した磁場として形成されるが、同条件下でその磁場がCu膜内に侵入するか否かは、センサとウェーハ間の距離(ギャップ)にも依存する。センサとウェーハが近いと、磁場の侵入角度は急になり、ウェーハ内に磁場が入りやすくなる。特に、研磨パッドがドレッシングによって摩耗していく過程では、ウェーハとセンサ間のギャップが変化していくことがあり、このギャップの変化で微小ではあるが、磁場の入り方が変わるのである。   Here, the weak points of the mutual sensors in the present invention are as follows. Epidermal eddy current sensors are most sensitive to the distance between the wafer and the sensor. The magnetic field formed by the sensor is formed as a divergent magnetic field, and whether or not the magnetic field penetrates into the Cu film under the same condition also depends on the distance (gap) between the sensor and the wafer. When the sensor and the wafer are close to each other, the magnetic field penetration angle becomes steep and the magnetic field easily enters the wafer. In particular, in the process in which the polishing pad is worn by dressing, the gap between the wafer and the sensor may change, and the change in the gap changes the way the magnetic field enters although it is minute.

それに対して、多波長型分光式センサでは、センサとウェーハ間の微小なギャップのばらつきは殆ど関係しない。ウェーハに光が照射される過程においては、ウェーハが微小に前後してもウェーハからの反射光量は殆ど変化しないからである。よって、多波長型分光式センサは、表皮渦電流センサで問題となるウェーハとセンサ間のギャップに対する感度のばらつきを補うことが可能となる。   On the other hand, in a multi-wavelength spectroscopic sensor, variations in a minute gap between the sensor and the wafer are hardly related. This is because, in the process of irradiating the wafer with light, the amount of reflected light from the wafer hardly changes even if the wafer is minutely moved back and forth. Therefore, the multi-wavelength spectroscopic sensor can compensate for variations in sensitivity with respect to the gap between the wafer and the sensor, which is a problem in the skin eddy current sensor.

次に、逆に多波長型分光式センサは、ウェーハとウインドウの間に存在するスラリーが問題になる。即ち、研磨時にウィンドウ上にスラリーが乗る場合、光の透過率が低くなり、全体的に感度が低下することがある。極端な場合、スラリー中に多数の砥粒が密に存在する場合、スラリーによる散乱で多くの光量を失うことも考えられ、感度が悪くなる問題がある(特許第3431115号)。   On the other hand, in the multi-wavelength spectroscopic sensor, the slurry existing between the wafer and the window becomes a problem. That is, when the slurry is placed on the window during polishing, the light transmittance is lowered, and the sensitivity may be lowered as a whole. In an extreme case, when a large number of abrasive grains are densely present in the slurry, a large amount of light may be lost due to scattering by the slurry, resulting in a problem of poor sensitivity (Japanese Patent No. 3431115).

それに対して、表皮渦電流センサは、ウェーハとウィンドウの間のスラリーの介在を問題としない。なぜなら、平面インダクタが形成する磁場をウェーハに作用させて研磨終了点の状態をモニタするのであるが、スラリーに使用される水ないしは砥粒などは、大抵の場合、非磁性であり、透磁率は殆ど1となるからである。よって、適正なセンサとウェーハ間で適正なギャップが確保されていれば、ウィンドウ上にスラリーが介在しようとも、安定してCuなどの導電性膜の膜状態に応じて磁束がCu膜内に侵入し、薄いCu膜では微量な渦電流を生じることになる。以上から、表皮渦電流センサは、多波長型分光式センサで問題となるウェーハとウィンドウ間のスラリーの介在に対する感度ばらつきを補うことが可能となる。   On the other hand, the skin eddy current sensor does not have the problem of slurry inclusion between the wafer and the window. This is because the state of the polishing end point is monitored by applying the magnetic field formed by the planar inductor to the wafer, but the water or abrasive grains used in the slurry are usually non-magnetic and the permeability is This is because it is almost 1. Therefore, if an appropriate gap is secured between the appropriate sensor and the wafer, the magnetic flux stably enters the Cu film according to the state of the conductive film such as Cu, even if the slurry is interposed on the window. However, a small amount of eddy current is generated in a thin Cu film. As described above, the skin eddy current sensor can compensate for the sensitivity variation with respect to the interposition of the slurry between the wafer and the window, which is a problem in the multi-wavelength spectroscopic sensor.

このように、多波長型分光式センサと表皮渦電流センサは、互いに研磨終了時点で感度がよく信頼性が高いという有利性を有する一方、多波長型分光式センサは、ウィンドウとウェーハ間のスラリーの介在や、ウィンドウ表面の粗さに弱く、表皮渦電流センサは、ウェーハとセンサ間のギャップの変化に弱い。   As described above, the multi-wavelength spectroscopic sensor and the skin eddy current sensor have the advantage of being highly sensitive and reliable at the end of polishing, while the multi-wavelength spectroscopic sensor is a slurry between the window and the wafer. The skin eddy current sensor is vulnerable to changes in the gap between the wafer and the sensor.

本発明は、この二つの弱みに対して、相補的な構成とするため、多波長型分光式センサにおける光透過用のウィンドウ内に表皮渦電流センサを組み付けるもしくは多波長型分光式センサと表皮渦電流センサを一体的に配置するというセンサ構成としている。そうすることで、ウィンドウ表面が研磨やドレッシングによって荒れたり、またウィンドウ表面にスラリーが滞在することで、多波長型分光式センサに必要となるウェーハ表面からの反射光を受光する感度が低下しても、表皮渦電流センサがそれを効果的に補うことが可能となる。   In the present invention, since the two weaknesses have a complementary configuration, an epidermis eddy current sensor is assembled in the light transmission window of the multi-wavelength spectroscopic sensor, or the multi-wavelength spectroscopic sensor and the epidermis eddy are combined. The sensor configuration is such that the current sensors are integrally arranged. By doing so, the window surface is roughened by polishing or dressing, and the slurry stays on the window surface, so the sensitivity to receive the reflected light from the wafer surface required for the multi-wavelength spectroscopic sensor decreases. However, the eddy current sensor can effectively compensate for this.

逆に、表皮渦電流センサが、センサとウェーハ間のギャップが変化することによって感度が変化する場合は、その一体的な部品で構成したウィンドウでは、ウェーハ表面からの反射光を透過する際、ウィンドウとウェーハ間のギャップ変化は殆ど関係ない。そのため、表皮渦電流センサの感度変化を多波長型分光式センサがそれを補うことが可能となる。   Conversely, when the sensitivity of the skin eddy current sensor changes due to a change in the gap between the sensor and the wafer, when the reflected light from the wafer surface is transmitted through the window composed of the integral part, the window And the gap change between the wafers is almost unrelated. Therefore, the multiwavelength spectroscopic sensor can compensate for the sensitivity change of the skin eddy current sensor.

以上から、二つのセンサは相補的な作用を持つため、研磨の状態が変化して、どちらかのセンサ状態が変化しても、それを補う作用が働き、安定してロバストな終点検出のための制御を行うことができる。   From the above, since the two sensors have complementary actions, even if the state of polishing changes, even if either sensor state changes, the action to compensate for it works, and for stable and robust end point detection Can be controlled.

なお、従来技術の渦電流センサと光学式センサを複合した複合センサとの明かな違いとして、従来技術の複合センサの場合、Cuなどの金属膜で厚い膜厚の場合、光のセンサでは透過しないので、渦電流センサしかそれを測定できない。逆に、薄い金属膜厚の場合、渦電流は無視しうる量しか発生せず、むしろ干渉が起こる程度に光が透過し始める光学式センサしかそれを測定できない。即ち、互いに測定する状態として場合分けをしているだけである。互いのセンサが誤動作していないかどうかを、他のセンサによって確認するという手段を擁するものではない。   In addition, as a clear difference between the conventional sensor combined with the eddy current sensor and the optical sensor, in the case of the composite sensor according to the prior art, when the film is thick with a metal film such as Cu, the light sensor does not transmit light. Therefore, only an eddy current sensor can measure it. On the contrary, in the case of a thin metal film thickness, an eddy current is generated only in a negligible amount, and rather, it can be measured only by an optical sensor that begins to transmit light to the extent that interference occurs. In other words, the cases are only classified as the states to be measured. It does not have means for confirming whether or not each other's sensors are malfunctioning by other sensors.

それに対して、本発明における表皮渦電流センサと多波長型分光式センサとは、それぞれの機器が正常に設定されているかどうか又は動作しているかどうかをチェックすることが可能である。それは双方とも研磨終了時点付近が最も感度がよく、そのままでも信頼性が十分高いからである。その上で敢えて互いの信頼性を確認するものである。仮に、二つのセンサの結果が合致しない場合は、そこで装置を停止し、どちらのセンサが設定上又は動作上問題があるかどうかを検証することが重要なステップになる。   On the other hand, the skin eddy current sensor and the multi-wavelength spectroscopic sensor in the present invention can check whether each device is normally set or operating. This is because both are most sensitive in the vicinity of the end of polishing and are sufficiently reliable as they are. On top of that, we will confirm each other's reliability. If the results of the two sensors do not match, it is an important step to stop the device there and verify which sensor has a configuration or operational problem.

こうしたステップを経ることなく、長期にわたって補完的な機能で運用してしまった場合、例えば、光学式センサの不備に気付くことなく多数研磨し、誤った終点検出をし、多数のウェーハを台無しにしてしまうこともあり得る。また、例えば、渦電流センサの不備に気付くことなく多数研磨し、誤った終点検出をし、多数のウェーハを台無しにしてしまうこともあり得る。   If you have been operating with complementary functions for a long time without going through these steps, for example, polishing a lot without noticing the deficiencies of the optical sensor, detecting the wrong end point, ruining many wafers It can happen. In addition, for example, a large number of polishing may be performed without noticing the deficiency of the eddy current sensor, erroneous end point detection may be performed, and a large number of wafers may be ruined.

そこで、研磨中に終点検出を確実に行うために終点間際において検出感度が高く精度よく終点を予測することを可能とし、独立した動作原理を有する複数のセンサはいずれも研磨終了時点で感度が高く研磨終了間際にタイムリーで精度よく研磨終了時点を検出することを可能とし、独立した動作原理を有する複数のセンサを使用し各センサが正常に設定され、また動作していることを確認することを可能とし、独立した動作原理を有する複数のセンサはいずれも終了付近で感度はよいが一方のセンサが動作する際の弱点となる要素に対し他方のセンサは原理上その弱点に強いという独立した性質を持たせて終点検出の正確性を向上させることを可能とし、一方のセンサの弱点に対し他方のセンサはそれを補うため一方のセンサは他方のセンサの光透過用のウィンドウに組み付けるもしくは一方のセンサと他方のセンサを一体的に配置するというセンサ構成とすることで安定して確実な研磨終点検出を行う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, in order to reliably detect the end point during polishing, it is possible to accurately predict the end point immediately before the end point, and all the sensors having independent operation principles have high sensitivity at the end of polishing. It is possible to detect the polishing end point in a timely and accurate manner just before the end of polishing, and use multiple sensors with independent operating principles to confirm that each sensor is set and operating normally. Multiple sensors with independent operating principles all have good sensitivity near the end, but the other sensor is in principle independent of the weak points when one sensor operates. It is possible to improve the accuracy of end point detection by giving a property, and the other sensor compensates for the weak point of one sensor, so one sensor is the other sensor. A technical problem to be solved in order to stably and surely detect the polishing end point arises by assembling it in a light transmission window or by arranging one sensor and the other sensor integrally. Therefore, an object of the present invention is 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、ウェーハをプラテン上の研磨パッドに押し付け、前記プラテンに対し相対回転させて前記ウェーハ上の導電性膜を研磨し、所定の導電性膜が適正に除去されたときの研磨終了時点を予測及び検出する研磨終了予測・検出方法であって、研磨中に前記ウェーハの表面状態をモニタする少なくとも二つのセンサを配置し、その一つのセンサは、導電性膜の材質を一因子として決まる表皮効果による磁束変化を基に研磨終了時点を予測する表皮渦電流センサを使用し、前記所定の導電性膜としての金属膜を除去する終了前に表皮効果に基づく特徴的な変化を利用して研磨終了時点を予測し、他方のセンサは、前記プラテン内に設けられたウィンドウを通して前記ウェーハに光を照射し、前記金属膜からの反射光をモニタして研磨終了時点を検出する多波長型分光式センサであって、前記表皮渦電流センサは前記ウィンドウに組み付けられている研磨終了予測・検出方法を提供する。   The present invention has been proposed to achieve the above object, and the invention according to claim 1 is directed to a conductive film on the wafer by pressing the wafer against a polishing pad on the platen and rotating the wafer relative to the platen. A polishing completion prediction / detection method for predicting and detecting a polishing end point when a predetermined conductive film is properly removed, and at least two sensors for monitoring the surface state of the wafer during polishing One sensor uses a skin eddy current sensor that predicts the polishing end point based on the change in magnetic flux due to the skin effect determined by the material of the conductive film as a factor, and the predetermined conductive film is used as the predetermined conductive film. Before finishing the removal of the metal film, a characteristic change based on the skin effect is used to predict the polishing end point, and the other sensor passes through the window provided in the platen. A multi-wavelength spectroscopic sensor that irradiates light to a light and monitors reflected light from the metal film to detect a polishing end time, wherein the epidermis eddy current sensor is attached to the window. Provide a prediction / detection method.

この構成によれば、光透過用のウィンドウ内に設置された表皮渦電流センサには平面インダクタ等の磁場発生手段が備えられている。該平面インダクタが高周波で駆動されて該高周波の周期に対応した磁場が発生する。研磨初期には表皮効果によって磁場は金属膜の表層のみに存在するため、該金属膜内に渦電流は発生しない。研磨終了間際に金属膜が表皮深さに対応した非常に薄い膜厚になった時点で磁場が該金属膜を貫通して基板側に一部漏れ出し、それによって金属膜内に渦電流が発生して増大していく。その後さらなる膜厚の減少に伴って実質的に渦電流を誘起する膜厚そのものが減少するため、渦電流は急速に減少に転じる。これによって、研磨終了間際に金属膜に誘起される渦電流に変曲点(ピーク)を含んだ特徴的な変化が発生する。この特徴的な変化を基に研磨終了間際において高い感度で精度よく研磨終了時点が予測される。   According to this configuration, the skin eddy current sensor installed in the light transmitting window is provided with magnetic field generating means such as a planar inductor. The planar inductor is driven at a high frequency to generate a magnetic field corresponding to the period of the high frequency. At the initial stage of polishing, the magnetic field exists only in the surface layer of the metal film due to the skin effect, so no eddy current is generated in the metal film. When the metal film reaches a very thin film thickness corresponding to the skin depth at the end of polishing, a magnetic field penetrates the metal film and partially leaks to the substrate side, thereby generating an eddy current in the metal film. And then increase. Thereafter, as the film thickness further decreases, the film thickness itself that induces eddy current substantially decreases, so that the eddy current rapidly decreases. As a result, a characteristic change including an inflection point (peak) occurs in the eddy current induced in the metal film just before the end of polishing. Based on this characteristic change, the polishing end point can be predicted with high sensitivity and high accuracy immediately before the end of polishing.

一方、多波長型分光式センサは、ウィンドウを通してウェーハに光を照射するとともに金属膜からの反射光を取り入れ、ある波長領域の反射率強度の積算値に対する別の波長領域の反射率強度の積算値の割合、即ちR.S.A(Ratio of Spectral Area)の値を評価することで研磨の進行に伴う金属膜の膜厚変化をモニタする。研磨初期にはR.S.Aの値はほぼ一定値で進行する。研磨終了間際に金属膜が薄くなって前記表皮効果により渦電流に変曲点を迎える辺りから、一部の光が金属膜を透過し、該金属膜下層のバリア膜等の影響を受けて研磨面の色合いが光学的に変化する。これにより、分光反射率が変化し研磨の進行に伴うR.S.A値の特性が急激に変化する。そして、このR.S.A値の急激な変化の発生と、前記表皮渦電流センサによる精度のよい研磨終了時点の予測とがあいまって、タイムリーに精度よく研磨終了時点が検出される。   On the other hand, a multi-wavelength spectroscopic sensor irradiates a wafer with light through a window and takes in reflected light from a metal film. The integrated value of the reflectance intensity in another wavelength region with respect to the integrated value of the reflectance intensity in another wavelength region Ratio, ie R.V. S. By evaluating the value of A (Ratio of Spectral Area), the change in the thickness of the metal film as the polishing progresses is monitored. In the initial stage of polishing, R.I. S. The value A proceeds at a substantially constant value. Near the end of polishing, the metal film becomes thin and the skin effect causes an inflection point to eddy current, so that some light passes through the metal film and is affected by the barrier film under the metal film and polished. The color of the surface changes optically. As a result, the spectral reflectance changes and the R.P. S. The characteristics of the A value change abruptly. And this R.I. S. The occurrence of a sharp change in the A value and the accurate prediction of the polishing end point by the skin eddy current sensor are combined to detect the polishing end point in a timely and accurate manner.

前記表皮渦電流センサは、ウィンドウ(センサ)とウェーハ間のギャップに敏感である。表皮渦電流センサが形成した磁場は、発散した磁場として形成されるが、同じ条件下でその磁場が金属膜内に侵入するか否かは、ウィンドウ即ち表皮渦電流センサとウェーハ間のギャップにも依存する。表皮渦電流センサとウェーハが近いと、磁場の侵入角度は急になり、ウェーハ内に磁場が入りやすくなる。それに対して、同じウィンドウ部に配置されている多波長型分光式センサでは、ウィンドウ(センサ)とウェーハ間の微小なギャップのばらつきは殆ど関係しない。ウェーハに光が照射される過程においては、ウェーハが微小に前後してもウェーハからの反射光量は殆ど変化しないからである。よって、多波長型分光式センサは、表皮渦電流センサで問題となるウィンドウ(センサ)とウェーハ間のギャップに対する感度のばらつきを補うことが可能となる。   The skin eddy current sensor is sensitive to the gap between the window (sensor) and the wafer. The magnetic field formed by the skin eddy current sensor is formed as a divergent magnetic field, but whether or not the magnetic field penetrates into the metal film under the same conditions depends on the window or gap between the skin eddy current sensor and the wafer. Dependent. When the skin eddy current sensor is close to the wafer, the magnetic field penetration angle becomes steep, and the magnetic field easily enters the wafer. On the other hand, in the multi-wavelength spectroscopic sensor arranged in the same window portion, the minute gap variation between the window (sensor) and the wafer is hardly related. This is because, in the process of irradiating the wafer with light, the amount of reflected light from the wafer hardly changes even if the wafer is minutely moved back and forth. Therefore, the multiwavelength spectroscopic sensor can compensate for variations in sensitivity with respect to the gap between the window (sensor) and the wafer, which is a problem in the skin eddy current sensor.

次に、前記多波長型分光式センサは、ウィンドウとウェーハの間に存在するスラリーが問題になる。即ち、研磨時にウィンドウとウェーハ間にスラリーが介在する場合、光の透過率が低くなり、全体的に感度が低下することがある。それに対して、同じウィンドウ内に設置された表皮渦電流センサは、該ウインドウとウェーハ間のスラリーの介在を問題としない。なぜなら、平面インダクタが形成する磁場をウェーハに作用させて研磨終了点の状態をモニタするのであるが、スラリーに使用される水ないしは砥粒などは、大抵の場合、非磁性であり、透磁率は殆ど1となるからである。よって、ウィンドウ(センサ)とウェーハ間で適正なギャップが確保されていれば、ウィンドウ上にスラリーが介在しようとも、安定して金属膜の膜状態に応じて磁束が金属膜内に侵入し、薄い金属膜では微量な渦電流を生じることになる。よって、表皮渦電流センサは、多波長型分光式センサで問題となるウインドウとウェーハ間のスラリーの介在に対する感度ばらつきを補うことが可能となる。また、研磨中にウィンドウ表面が削れて粗面化し、光が散乱して多波長型分光式センサの感度が低い場合においても、同じウィンドウ内に設置された表皮渦電流センサで精度よく研磨終点を予測する。センサ自体は、上記のような外乱が存在しない場合においては、双方とも原理的に研磨終了時点で金属膜の膜厚が薄くなってきたときに、検出感度が非常に高くなる。こうしたことによって、同じウィンドウ部に設けられた両センサは研磨終了時点において、相補的な作用を有するものである。   Next, the multiwavelength spectroscopic sensor has a problem of slurry existing between the window and the wafer. That is, when a slurry is interposed between the window and the wafer during polishing, the light transmittance is lowered, and the sensitivity may be lowered as a whole. On the other hand, the skin eddy current sensor installed in the same window does not have the problem of the slurry intervening between the window and the wafer. This is because the state of the polishing end point is monitored by applying the magnetic field formed by the planar inductor to the wafer, but the water or abrasive grains used in the slurry are usually non-magnetic and the permeability is This is because it is almost 1. Therefore, if an appropriate gap is secured between the window (sensor) and the wafer, the magnetic flux stably enters the metal film according to the film state of the metal film even if the slurry is interposed on the window, and is thin. A small amount of eddy current is generated in the metal film. Therefore, the skin eddy current sensor can compensate for the sensitivity variation with respect to the interposition of the slurry between the window and the wafer, which is a problem in the multi-wavelength spectroscopic sensor. In addition, even when the window surface is roughened and roughened during polishing, light is scattered and the sensitivity of the multi-wavelength spectroscopic sensor is low, the skin eddy current sensor installed in the same window can accurately determine the polishing end point. Predict. In the case where there is no disturbance as described above, both the sensors themselves have a very high detection sensitivity when the thickness of the metal film is reduced at the end of polishing in principle. As a result, both sensors provided in the same window portion have complementary actions at the end of polishing.

前述のように、表皮渦電流センサと多波長型分光式センサは、研磨終了間際でそれぞれ精度よく研磨終了時点の予測及び検出信号を発生する。もし、両センサのセンシング結果が合致しない場合は、一時動作を止めてどちらのセンサに設定上又は動作上問題があるかどうかをチェックすることが可能となる。   As described above, the skin eddy current sensor and the multi-wavelength spectroscopic sensor generate a prediction and detection signal for the polishing end point with high accuracy immediately before the end of polishing. If the sensing results of both sensors do not match, it is possible to stop the temporary operation and check which sensor has a problem in setting or operation.

請求項2記載の発明は、請求項1記載の発明において、上記ウェーハの運動方向に対し、上流側のウィンドウ領域に上記表皮渦電流センサを組み付け、下流側のウィンドウ領域を上記多波長型分光式センサにおける光透過領域に設定するとともに、前記表皮渦電流センサの上方には上記研磨パッドと面一になるように擦り板を取り付けた研磨終了予測・検出方法を提供する。   The invention according to claim 2 is the invention according to claim 1, wherein the skin eddy current sensor is assembled in the upstream window region with respect to the movement direction of the wafer, and the downstream window region is arranged in the multi-wavelength spectroscopic type. Provided is a polishing end prediction / detection method in which a light transmission region in a sensor is set and a rubbing plate is attached above the skin eddy current sensor so as to be flush with the polishing pad.

この構成によれば、表皮渦電流センサの上方に取り付けられた擦り板により該表皮渦電流センサとウェーハ間に一定のギャップが形成される。擦り板の表面が研磨やドレッシングで荒らされると、その荒らされた表面にスラリーが僅かに滞在することがある。しかし、この荒らされた表面部に僅かに滞在するスラリーによる表皮渦電流センサとウェーハ間のギャップ長への影響は殆どなく、該ギャップ長はその後もほぼ一定に保たれてセンサとウェーハ間のギャップに対する表皮渦電流センサの感度のばらつきが抑えられる。また、擦り板はスラリーをせきとめてその直ぐ下流の光透過領域が設定されているウィンドウ領域へのスラリー侵入を防ぐように作用する。これにより、ウインドウとウェーハ間のスラリーの介在による多波長型分光式センサの感度のばらつきが抑えられる。   According to this configuration, a constant gap is formed between the skin eddy current sensor and the wafer by the rubbing plate attached above the skin eddy current sensor. When the surface of the rubbing plate is roughened by polishing or dressing, the slurry may stay slightly on the roughened surface. However, there is almost no influence on the gap length between the skin eddy current sensor and the wafer due to the slurry slightly staying on the roughened surface portion, and the gap length is kept substantially constant thereafter, and the gap between the sensor and the wafer is maintained. Variation in the sensitivity of the skin eddy current sensor with respect to. The rubbing plate acts to crush the slurry and prevent the slurry from entering the window region where the light transmission region immediately downstream thereof is set. Thereby, the dispersion | variation in the sensitivity of the multiwavelength type | mold spectral sensor by interposition of the slurry between a window and a wafer is suppressed.

請求項3記載の発明は、導電性膜を研磨して、所定の導電性膜が適正に除去されたときの研磨終了時点を予測及び検出する研磨終了予測・検出方法であって、研磨中にウェーハの表面状態をモニタする少なくとも二つのセンサを一体的に配置し、その一つのセンサは、導電性膜の材質を一因子として決まる表皮効果による磁束変化を基に研磨終了時点を予測する表皮渦電流センサを使用し、前記所定の導電性膜としてのCu膜を除去する終了前に表皮効果に基づく特徴的な変化を利用して研磨終了時点を予測するとともに他方のセンサが研磨終了時点を検出する際の検出範囲を設定する機能を有し、前記他方のセンサは、多波長型分光式センサであって、前記検出範囲内に存在する研磨終了時点を検出する研磨終了予測・検出方法を提供する。   The invention according to claim 3 is a polishing end prediction / detection method for polishing and predicting a polishing end point when a predetermined conductive film is properly removed by polishing the conductive film, At least two sensors that monitor the surface condition of the wafer are integrated, and one sensor is an epidermis vortex that predicts the end of polishing based on the change in magnetic flux due to the skin effect determined by the material of the conductive film as a factor. A current sensor is used to predict the polishing end time using a characteristic change based on the skin effect before the completion of removing the Cu film as the predetermined conductive film, and the other sensor detects the polishing end time. A function of setting a detection range when performing polishing, and the other sensor is a multi-wavelength spectroscopic sensor, and provides a polishing end prediction / detection method for detecting a polishing end point existing in the detection range Do

この構成によれば、双方とも原理的に研磨終了間際において検出感度が高く相補的な役割を果たす表皮渦電流センサと多波長型分光式センサとが一体的に配置されている。このうち、表皮渦電流センサは、研磨終了間際にCu膜が表皮深さに対応した薄い膜厚になった時点で磁場が該Cu膜を貫通して基板側に一部漏れ出し、それによってCu膜内に渦電流が発生して増大していく。その後さらなる膜厚の減少に伴って実質的に渦電流を誘起する膜厚そのものが減少するため、渦電流は急速に減少に転じる。この渦電流の挙動によりCu膜に誘起される磁束の変化、即ち特徴的な変化は、急峻な上昇と急峻な下降を伴った変曲点(ピーク)を持つ顕著な変化として出現する。表皮渦電流センサは、この磁束の特徴的な変化から研磨終了時点を精度よく予測するとともに多波長型分光式センサが研磨終了時点を検出する際の検出範囲を設定する。該表皮渦電流センサと一体的に配置された多波長型分光式センサは、この設定された検出範囲においてR.S.Aの値を評価し、該R.S.A値の急激な変化の発生を基に研磨終了時点を検出する。これにより、研磨終了時点が高精度で確実に且つ効率よく検出される。   According to this configuration, the skin eddy current sensor and the multi-wavelength spectroscopic sensor, which have a high detection sensitivity and play a complementary role immediately before the end of polishing in principle, are integrally disposed. Of these, in the skin eddy current sensor, when the Cu film is thin enough to correspond to the skin depth just before the end of polishing, the magnetic field penetrates the Cu film and partially leaks to the substrate side. Eddy currents are generated in the film and increase. Thereafter, as the film thickness further decreases, the film thickness itself that induces eddy current substantially decreases, so that the eddy current rapidly decreases. A change in magnetic flux induced in the Cu film by the behavior of the eddy current, that is, a characteristic change appears as a remarkable change having an inflection point (peak) accompanied by a steep rise and a steep fall. The epidermis eddy current sensor accurately predicts the polishing end point from the characteristic change of the magnetic flux, and sets a detection range when the multiwavelength spectroscopic sensor detects the polishing end point. The multi-wavelength spectroscopic sensor arranged integrally with the epidermis eddy current sensor has an R.P. S. The value of A is evaluated and the R.P. S. The polishing end point is detected based on the occurrence of a sudden change in the A value. As a result, the polishing end point can be detected reliably and efficiently with high accuracy.

また、多波長型分光式センサは、表皮渦電流センサで問題となるウェーハとセンサ間のギャップに対する感度のばらつきを補うことが可能となり、これと逆に、表皮渦電流センサは、多波長型分光式センサで問題となるウェーハとウィンドウ間のスラリーの介在に対する感度ばらつきを補うことが可能となる。このように、一体的に配置された両センサは研磨終了間際において、相補的に作用する。さらに、表皮渦電流センサと多波長型分光式センサとは、両種センサ間のセンシング結果が合致しない場合は、一時動作を止めてどちら側のセンサに設定上又は動作上問題があるかどうかをチェックすることが可能となる。   The multi-wavelength spectroscopic sensor can compensate for variations in sensitivity to the gap between the wafer and the sensor, which is a problem in the epidermis eddy current sensor. It becomes possible to compensate for the sensitivity variation with respect to the interposition of the slurry between the wafer and the window, which is a problem in the type sensor. In this way, the two sensors arranged in an integrated manner act complementarily at the end of polishing. Furthermore, when the sensing results between the two types of sensors do not match, the epidermis eddy current sensor and the multi-wavelength spectroscopic sensor stop the temporary operation and determine which side of the sensor has a setting or operation problem. It becomes possible to check.

請求項4記載の発明は、表皮渦電流センサで構成された一つのセンサと、多波長型分光式センサで構成された他方のセンサとを備え、前記表皮渦電流センサは前記多波長型分光式センサにおける光透過用のウィンドウに組み付けられており、所定の導電性膜としての金属膜を研磨して、該金属膜が適正に除去されたときの研磨終了時点を予測及び検出する研磨終了予測・検出装置であって、請求項1記載の研磨終了予測・検出方法を実行する研磨終了予測・検出装置を提供する。   The invention according to claim 4 includes one sensor constituted by a skin eddy current sensor and the other sensor constituted by a multi-wavelength spectroscopic sensor, wherein the skin eddy current sensor is the multi-wavelength spectroscopic sensor. Polished end prediction, which is assembled to a light transmission window in the sensor, predicts and detects a polishing end point when the metal film as a predetermined conductive film is polished and properly removed A polishing end prediction / detection device for executing the polishing end prediction / detection method according to claim 1 is provided.

この構成によれば、表皮渦電流センサが多波長型分光式センサにおける光透過用のウィンドウに組み付けられた構成を有する研磨終了予測・検出装置は、ウィンドウに組み付けられた表皮渦電流センサにより、研磨が進行して金属膜が表皮深さに対応した非常に薄い膜厚になった時点で該金属膜に誘起される渦電流に変曲点を含む特徴的な変化が発生し、この特徴的な変化を基に研磨終了間際において高い感度で精度よく研磨終了時点を予測する。一方、多波長型分光式センサは、同じウィンドウを通してウェーハに光を照射するとともに金属膜からの反射光を取り入れ、R.S.A値を評価することで研磨の進行に伴う金属膜の膜厚変化をモニタする。そしてR.S.A値の急激な変化を基に研磨終了時点を検出する。これにより、研磨終了時点がタイムリーに精度よく検出される。   According to this configuration, the polishing end prediction / detection device having the configuration in which the skin eddy current sensor is assembled in the light transmission window in the multi-wavelength type spectroscopic sensor is polished by the skin eddy current sensor assembled in the window. When the metal film reaches a very thin film thickness corresponding to the skin depth, a characteristic change including an inflection point occurs in the eddy current induced in the metal film. Based on the change, the polishing end point is predicted with high sensitivity and high accuracy immediately before the end of polishing. On the other hand, the multi-wavelength spectroscopic sensor irradiates the wafer with light through the same window and takes in reflected light from the metal film. S. By evaluating the A value, the change in the thickness of the metal film accompanying the progress of polishing is monitored. R. S. The polishing end point is detected based on the rapid change in the A value. As a result, the polishing end point is accurately detected in a timely manner.

また、多波長型分光式センサは、表皮渦電流センサで問題となるウィンドウとウェーハ間のギャップに対する感度のばらつきを補うことが可能となり、これと逆に、同じウィンドウ内に設置されている表皮渦電流センサは、多波長型分光式センサで問題となるウインドウとウェーハ間のスラリーの介在に対する感度ばらつきを補うことが可能となる。このように、同じウィンドウ部に設けられた両センサは研磨終了時点において相補的に作用する。さらに、表皮渦電流センサと多波長型分光式センサとは、両センサ間のセンシング結果が合致しない場合は、一時動作を止めてどちら側のセンサに設定上又は動作上問題があるかどうかをチェックすることが可能となる。   In addition, the multi-wavelength spectroscopic sensor can compensate for the variation in sensitivity to the gap between the window and the wafer, which is a problem with the skin eddy current sensor, and conversely, the skin eddy current installed in the same window. The current sensor can compensate for the sensitivity variation with respect to the interposition of the slurry between the window and the wafer, which is a problem in the multi-wavelength spectroscopic sensor. In this way, both sensors provided in the same window portion act complementarily at the end of polishing. Furthermore, if the sensing result between the skin eddy current sensor and the multi-wavelength spectroscopic sensor does not match, stop the temporary operation and check which side of the sensor has a setting or operation problem. It becomes possible to do.

請求項5記載の発明は、表皮渦電流センサで構成された一つのセンサと多波長型分光式センサで構成された他方のセンサとを一体的に配置し、所定の導電性膜としてのCu膜を研磨して、該Cu膜が適正に除去されたときの研磨終了時点を予測及び検出する研磨終了予測・検出装置であって、請求項3記載の研磨終了予測・検出方法を実行する研磨終了予測・検出装置を提供する。   According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a Cu film as a predetermined conductive film in which one sensor constituted by a skin eddy current sensor and the other sensor constituted by a multi-wavelength spectroscopic sensor are integrally disposed. A polishing end prediction / detection device for predicting and detecting a polishing end point when the Cu film is properly removed, and performing the polishing end prediction / detection method according to claim 3 A prediction / detection device is provided.

この構成によれば、双方とも原理的に研磨終了間際において検出感度が高く相補的な役割を果たす表皮渦電流センサと多波長型分光式センサとが一体的に配置された構成を有する研磨終了予測・検出装置は、表皮渦電流センサにより、研磨が進行してCu膜が表皮深さに対応した非常に薄い膜厚になった時点で該Cu膜に誘起される渦電流に変曲点を含む特徴的な変化が発生し、この特徴的な変化から研磨終了間際において高い感度で精度よく研磨終了時点を予測するとともに多波長型分光式センサが研磨終了時点を検出する際の検出範囲を設定する。一方、該表皮渦電流センサと一体的に配置された多波長型分光式センサにより、前記設定された検出範囲においてR.S.A値を評価し、R.S.A値の急激な変化を基に研磨終了時点を検出する。これにより、研磨終了時点が高精度で確実に且つ効率よく検出される。   According to this configuration, in principle, the prediction of the end of polishing having a configuration in which a skin eddy current sensor and a multi-wavelength type spectroscopic sensor, which have a high detection sensitivity and play a complementary role immediately before the end of polishing, are integrally arranged. The detection device includes an inflection point in the eddy current induced in the Cu film when polishing progresses and the Cu film becomes a very thin film thickness corresponding to the skin depth by the skin eddy current sensor. A characteristic change occurs, and from this characteristic change, the polishing end point is accurately predicted with high sensitivity immediately before the end of polishing, and the detection range when the multiwavelength spectroscopic sensor detects the polishing end point is set. . On the other hand, the multi-wavelength spectroscopic sensor disposed integrally with the epidermis eddy current sensor allows R.P. S. A value is evaluated and R.P. S. The polishing end point is detected based on the rapid change in the A value. As a result, the polishing end point can be detected reliably and efficiently with high accuracy.

また、多波長型分光式センサは、表皮渦電流センサで問題となるウェーハとセンサ間のギャップに対する感度のばらつきを補うことが可能となり、これと逆に、表皮渦電流センサは、多波長型分光式センサで問題となるウェーハとウィンドウ間のスラリーの介在に対する感度ばらつきを補うことが可能となる。このように、一体的に配置された両センサは研磨終了間際において、相補的に作用する。さらに、表皮渦電流センサと多波長型分光式センサとは、両種センサ間のセンシング結果が合致しない場合は、一時動作を止めてどちら側のセンサに設定上又は動作上問題があるかどうかをチェックすることが可能となる。   The multi-wavelength spectroscopic sensor can compensate for variations in sensitivity to the gap between the wafer and the sensor, which is a problem in the epidermis eddy current sensor. It becomes possible to compensate for the sensitivity variation with respect to the interposition of the slurry between the wafer and the window, which is a problem in the type sensor. In this way, the two sensors arranged in an integrated manner act complementarily at the end of polishing. Furthermore, when the sensing results between the two types of sensors do not match, the epidermis eddy current sensor and the multi-wavelength spectroscopic sensor stop the temporary operation and determine which side of the sensor has a setting or operation problem. It becomes possible to check.

請求項1記載の研磨終了予測・検出方法の発明は、研磨終了間際に、ウィンドウ内に設置された表皮渦電流センサは金属膜に誘起される渦電流に変曲点を含む特徴的な変化が発生し、同じウィンドウ部に配置された多波長型分光式センサはR.S.A値に急激な変化が発生する。したがって、独立した動作原理を有する両センサは、いずれも研磨終了間際において感度が高く、この両センサの動作により研磨終了間際にタイムリーで確実且つ精度よく研磨終了時点を予測し検出することができる。このように、同じウィンドウ部に設けられた表皮渦電流センサと多波長型分光式センサは、研磨終了間際でそれぞれ精度よく研磨終了時点の予測信号及び検出信号を発生することから、両センサのセンシング結果の合致をみることで、各センサが正常に設定され、また動作していることを確認することができる。表皮渦電流センサは、その感度がウィンドウ(センサ)とウェーハ間のギャップに敏感に影響を受ける。これに対し、光を動作媒体として同じウィンドウ部に配置された波長型分光式センサは、その感度が該ウィンドウとウェーハ間の微小なギャップのばらつきに殆ど影響を受けない。これと逆に多波長型分光式センサは、その感度がウィンドウとウェーハ間に存在するスラリーの影響を受けて低下することがある。これに対し、表皮渦電流センサの感度は、ウィンドウとウェーハ間のスラリーの介在を問題としない。したがって、独立した動作原理を有する両センサは、一方のセンサが動作する際の弱点となる要素に対し他方のセンサは原理上その弱点に強いという性質を持っている。この両センサの特質から研磨終了時点検出の正確性を向上させることができる。さらに、研磨中にウィンドウ表面が削れて粗面化し、光が散乱して多波長型分光式センサの感度が低い場合等においても、同じウィンドウ内に設置された表皮渦電流センサは精度よく研磨終点を予測する。したがって、同じウィンドウ部に設けられた両センサは、一方のセンサの弱点に対し他方のセンサがそれを補うように相補的に作用して安定して確実に研磨終了時点検出を行うことができるという利点がある。   According to the invention of the polishing end prediction / detection method according to claim 1, the skin eddy current sensor installed in the window has a characteristic change including an inflection point in the eddy current induced in the metal film immediately before the end of polishing. A multi-wavelength spectroscopic sensor that is generated and arranged in the same window is R.I. S. A sudden change occurs in the A value. Therefore, both sensors having independent operating principles are both highly sensitive immediately before the end of polishing, and by the operation of both sensors, the end point of polishing can be predicted and detected in a timely, reliable and accurate manner just before the end of polishing. . As described above, the skin eddy current sensor and the multi-wavelength spectroscopic sensor provided in the same window portion accurately generate the prediction signal and the detection signal at the end of the polishing immediately before the end of the polishing. By looking at the coincidence of the results, it can be confirmed that each sensor is normally set and operating. The sensitivity of the skin eddy current sensor is sensitively affected by the gap between the window (sensor) and the wafer. On the other hand, the sensitivity of the wavelength-type spectroscopic sensor disposed in the same window portion using light as an operating medium is hardly affected by a small gap variation between the window and the wafer. On the other hand, the sensitivity of the multi-wavelength spectroscopic sensor may decrease due to the influence of the slurry existing between the window and the wafer. On the other hand, the sensitivity of the skin eddy current sensor does not have the problem of the slurry intervening between the window and the wafer. Therefore, both sensors having independent operation principles have a property that, in principle, the other sensor is strong against the weak point, while the other sensor is a weak point when the one sensor operates. The accuracy of detection of the polishing end point can be improved due to the characteristics of both sensors. In addition, the skin eddy current sensor installed in the same window can be polished accurately even when the window surface is roughened by grinding during polishing and light is scattered and the sensitivity of the multi-wavelength spectroscopic sensor is low. Predict. Therefore, both sensors provided in the same window portion can operate in a complementary manner so that the other sensor compensates for the weak point of one sensor and can stably detect the polishing end point. There are advantages.

請求項2記載の研磨終了予測・検出方法の発明は、請求項1記載の発明の効果に加えてさらに、ウィンドウ内に設置されている表皮渦電流センサの上方に研磨パッドと面一になるように擦り板を取り付けたことで、表皮渦電流センサとウェーハ間のギャップ長をほぼ一定に保つことができてセンサとウェーハ間のギャップに対する該表皮渦電流センサの感度のばらつきを抑えることができる。また、ウェーハの運動方向に対し上流側のウィンドウ領域内に表皮渦電流センサを組み付けたことで、擦り板の部分でスラリーをせきとめてその直ぐ下流の光透過領域が設定されているウィンドウ領域表面へのスラリー侵入を防ぐことができて、ウィンドウとウェーハ間のスラリーの介在による多波長型分光式センサの感度のばらつきを抑えることができるという利点がある。   In addition to the effect of the invention according to claim 1, the invention of the polishing completion prediction / detection method according to claim 2 is further flush with the polishing pad above the skin eddy current sensor installed in the window. By attaching the rubbing plate, the gap length between the skin eddy current sensor and the wafer can be kept substantially constant, and variations in the sensitivity of the skin eddy current sensor with respect to the gap between the sensor and the wafer can be suppressed. In addition, by installing a skin eddy current sensor in the window area on the upstream side with respect to the moving direction of the wafer, the slurry is squeezed at the rubbing plate and the light transmission area immediately downstream is set. This is advantageous in that the dispersion of the sensitivity of the multi-wavelength spectroscopic sensor due to the interposition of the slurry between the window and the wafer can be suppressed.

請求項3記載の研磨終了予測・検出方法の発明は、双方とも原理的に研磨終了間際において検出感度が高く相補的な役割を果たす表皮渦電流センサと多波長型分光式センサとが一体的に配置されている。このうち、表皮渦電流センサは、研磨終了間際における磁束の特徴的な変化から研磨終了時点を精度よく予測するとともに多波長型分光式センサが研磨終了時点を検出する際の検出範囲を設定し、多波長型分光式センサは、この設定された検出範囲においてR.S.A値の急激な変化を基に研磨終了時点を検出することで、研磨終了時点を高精度で確実に且つ効率よく検出することができる。また、多波長型分光式センサは、表皮渦電流センサで問題となるウェーハとセンサ間のギャップに対する感度のばらつきを補うことができ、これと逆に、表皮渦電流センサは、多波長型分光式センサで問題となるウェーハとウィンドウ間のスラリーの介在に対する感度ばらつきを補うことができる。したがって、一体的に配置された両センサは研磨終了間際において、相補的に作用して研磨終了時点検出の正確性を向上させることができるという利点がある。   The invention of the polishing end prediction / detection method according to claim 3 is characterized in that, in principle, the epidermal eddy current sensor and the multi-wavelength spectroscopic sensor, which have a high detection sensitivity immediately before the end of polishing and play a complementary role, are integrated. Has been placed. Among these, the skin eddy current sensor accurately predicts the polishing end point from the characteristic change of magnetic flux just before the end of polishing and sets the detection range when the multi-wavelength spectroscopic sensor detects the polishing end point, The multi-wavelength spectroscopic sensor has an R.P. S. By detecting the polishing end point based on the rapid change in the A value, it is possible to detect the polishing end point accurately and reliably with high accuracy. In addition, the multi-wavelength spectroscopic sensor can compensate for the variation in sensitivity to the gap between the wafer and the sensor, which is a problem with the epidermis eddy current sensor. Sensitivity variation with respect to the interposition of slurry between the wafer and the window, which is a problem in the sensor, can be compensated. Therefore, the two sensors arranged integrally have an advantage that they can work complementarily at the end of polishing to improve the accuracy of detecting the end of polishing.

請求項4記載の研磨終了予測・検出装置の発明は、研磨終了間際に、多波長型分光式センサにおける光透過用のウィンドウに組み付けられた表皮渦電流センサにより金属膜に誘起される渦電流に変曲点を含む特徴的な変化が発生し、同じウィンドウ部に配置された多波長型分光式センサにはR.S.A値の急激な変化が発生する。したがって、独立した動作原理を有する各センサは、いずれも研磨終了間際において感度が高く、この各センサの動作により研磨終了間際にタイムリーで確実且つ精度よく研磨終了時点を予測し検出することができる。また、同じウィンドウ部に設けられた両センサ間のセンシング結果の合致をみることで、それぞれのセンサが正常に設定され、また動作していることを確認することができる。さらに、多波長型分光式センサは、表皮渦電流センサで問題となるウィンドウとウェーハ間のギャップに対する感度のばらつきを補うことができ、これと逆に、同じウィンドウ内に設置されている表皮渦電流センサは、多波長型分光式センサで問題となるウィンドウとウェーハ間のスラリーの介在に対する感度ばらつきを補うことができる。このように、同じウィンドウ部に設けられた両センサは研磨終了時点において相補的に作用することで、研磨終了時点検出の正確性を向上させることができるという利点がある。   According to the invention of the polishing completion prediction / detection device according to claim 4, the eddy current induced in the metal film by the skin eddy current sensor assembled in the light transmission window in the multi-wavelength spectroscopic sensor is just before the polishing is finished. A characteristic change including an inflection point occurs, and R.P. S. A sudden change in the A value occurs. Therefore, each sensor having an independent operation principle has high sensitivity immediately before the end of polishing, and the operation of each sensor can predict and detect the end point of polishing in a timely, reliable and accurate manner just before the end of polishing. . Further, by looking at the coincidence of the sensing results between the two sensors provided in the same window portion, it can be confirmed that each sensor is normally set and operating. Furthermore, the multi-wavelength spectroscopic sensor can compensate for the variation in sensitivity to the gap between the window and the wafer, which is a problem with the skin eddy current sensor, and conversely, the skin eddy current installed in the same window. The sensor can compensate for the sensitivity variation with respect to the interposition of the slurry between the window and the wafer, which is a problem in the multi-wavelength spectroscopic sensor. As described above, the two sensors provided in the same window portion act in a complementary manner at the end of polishing, so that there is an advantage that the accuracy of detection of the end of polishing can be improved.

請求項5記載の研磨終了予測・検出装置の発明は、研磨終了間際に、一体的に配置された両センサのうち、表皮渦電流センサによりCu膜に誘起される渦電流に変曲点を含む特徴的な変化が発生して高い感度で精度よく研磨終了時点を予測するとともに多波長型分光式センサが研磨終了時点を検出する際の検出範囲を設定し、一方、多波長型分光式センサは設定された検出範囲においてR.S.A値の急激な変化を基に研磨終了時点を検出する。したがって、研磨終了時点を高精度で確実に且つ効率よく検出することができる。また、多波長型分光式センサは、表皮渦電流センサで問題となるウェーハとセンサ間のギャップに対する感度のばらつきを補うことができ、これと逆に、表皮渦電流センサは、多波長型分光式センサで問題となるウェーハとウィンドウ間のスラリーの介在に対する感度ばらつきを補うことができる。このように、一体的に配置された両センサは研磨終了間際において相補的に作用することで、研磨終了時点検出の正確性を向上させることができる。さらに、表皮渦電流センサと多波長型分光式センサとは、両種センサ間のセンシング結果が合致しない場合は、一時動作を止めてどちら側のセンサに設定上又は動作上問題があるかどうかをチェックすることができるという利点がある。   The invention of the polishing end prediction / detection device according to claim 5 includes an inflection point in the eddy current induced in the Cu film by the epidermis eddy current sensor among the two sensors arranged integrally just before the end of polishing. A characteristic change occurs and the polishing end point is predicted with high sensitivity and high accuracy and the detection range when the multi-wavelength spectroscopic sensor detects the polishing end point is set. On the other hand, the multi-wavelength spectroscopic sensor In the set detection range, R.I. S. The polishing end point is detected based on the rapid change in the A value. Therefore, it is possible to reliably and efficiently detect the polishing end point with high accuracy. In addition, the multi-wavelength spectroscopic sensor can compensate for the variation in sensitivity to the gap between the wafer and the sensor, which is a problem with the epidermis eddy current sensor. Sensitivity variation with respect to the interposition of slurry between the wafer and the window, which is a problem in the sensor, can be compensated. As described above, the two sensors arranged in an integrated manner act complementarily just before the end of polishing, thereby improving the accuracy of detection of the end point of polishing. Furthermore, when the sensing results between the two types of sensors do not match, the epidermis eddy current sensor and the multi-wavelength spectroscopic sensor stop the temporary operation and determine which side of the sensor has a setting or operation problem. There is an advantage that it can be checked.

研磨中に終点検出を確実に行うために終点間際において検出感度が高く精度よく終点を予測することを可能とし、独立した動作原理を有する複数のセンサはいずれも研磨終了時点で感度が高く研磨終了間際にタイムリーで精度よく研磨終了時点を検出することを可能とし、独立した動作原理を有する複数のセンサを使用し各センサが正常に設定され、また動作していることを確認することを可能とし、独立した動作原理を有する複数のセンサはいずれも終了付近で感度はよいが一方のセンサが動作する際の弱点となる要素に対し他方のセンサは原理上その弱点に強いという独立した性質を持たせて終点検出の正確性を向上させることを可能とし、一方のセンサの弱点に対し他方のセンサはそれを補うため一方のセンサは他方のセンサの光透過用のウィンドウに組み付けるもしくは一方のセンサと他方のセンサを一体的に配置するというセンサ構成とすることで安定して確実な研磨終点検出を行うという目的を達成するために、ウェーハをプラテン上の研磨パッドに押し付け、前記プラテンに対し相対回転させて前記ウェーハ上の導電性膜を研磨し、所定の導電性膜が適正に除去されたときの研磨終了時点を予測及び検出する研磨終了予測・検出方法であって、研磨中に前記ウェーハの表面状態をモニタする少なくとも二つのセンサを配置し、その一つのセンサは、導電性膜の材質を一因子として決まる表皮効果による磁束変化を基に研磨終了時点を予測する表皮渦電流センサを使用し、前記所定の導電性膜としての金属膜を除去する終了前に表皮効果に基づく特徴的な変化を利用して研磨終了時点を予測し、他方のセンサは、前記プラテン内に設けられたウィンドウを通して前記ウェーハに光を照射し、前記金属膜からの反射光をモニタして研磨終了時点を検出する多波長型分光式センサであって、前記表皮渦電流センサは前記ウィンドウに組み付けることにより実現した。   In order to reliably detect the end point during polishing, it is possible to accurately predict the end point immediately before the end point, and multiple sensors with independent operating principles are all highly sensitive at the end of polishing. It is possible to detect the polishing end point in timely and accurately, and use multiple sensors with independent operation principles to confirm that each sensor is set correctly and operating. Multiple sensors with independent operating principles all have good sensitivity near the end, but the other sensor has an independent property that in principle, the other sensor is strong against that weak point. This makes it possible to improve the accuracy of end point detection, and because one sensor compensates for the weakness of one sensor, one sensor transmits light from the other sensor. In order to achieve the purpose of stably and surely detecting the end point of the polishing by assembling it in the window of the sensor or by arranging one sensor and the other sensor integrally, the wafer is polished on the platen. A polishing end prediction / detection method that predicts and detects the end point of polishing when a predetermined conductive film is properly removed by polishing the conductive film on the wafer by rotating relative to the platen. At least two sensors for monitoring the surface condition of the wafer during polishing are arranged, and one of the sensors determines the end point of polishing based on the magnetic flux change due to the skin effect determined by the material of the conductive film as one factor. Use the skin eddy current sensor to predict, and use the characteristic change based on the skin effect before finishing the removal of the metal film as the predetermined conductive film Multi-wavelength spectroscopy that predicts the polishing end point, and the other sensor detects the polishing end point by irradiating the wafer with light through a window provided in the platen and monitoring the reflected light from the metal film. The skin eddy current sensor was realized by being assembled to the window.

以下、本発明の好適な一実施例を図面に従って詳述する。図1は研磨終了予測・検出装置が組み込まれたウェーハ研磨装置(CMP装置)の斜視図、図2はウェーハ研磨装置に組み込まれた表皮渦電流センサ及び多波長型分光式センサのブロック図、図3は図2におけるウィンドウ部の拡大縦断面図である。まず、本実施例に係る研磨終了予測・検出方法とその装置の構成をこれに適用されるウェーハ研磨装置の構成から説明する。   Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a perspective view of a wafer polishing apparatus (CMP apparatus) in which a polishing completion prediction / detection apparatus is incorporated, and FIG. 2 is a block diagram of a skin eddy current sensor and a multi-wavelength spectroscopic sensor incorporated in the wafer polishing apparatus. 3 is an enlarged vertical sectional view of the window portion in FIG. First, the configuration of the polishing end prediction / detection method and apparatus according to this embodiment will be described from the configuration of a wafer polishing apparatus applied thereto.

図1において、ウェーハ研磨装置1は、主としてプラテン2と、研磨ヘッド3とから構成されている。前記プラテン2は、円盤状に形成され、その下面中央には回転軸4が連結されており、モータ5の駆動によって矢印A方向へ回転する。前記プラテン2の上面には研磨パッド6が貼着されており、該研磨パッド6上にノズル7(図2参照)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。   In FIG. 1, a wafer polishing apparatus 1 is mainly composed of a platen 2 and a polishing head 3. The platen 2 is formed in a disk shape, and a rotary shaft 4 is connected to the center of the lower surface thereof. The platen 2 rotates in the direction of arrow A when the motor 5 is driven. A polishing pad 6 is adhered to the upper surface of the platen 2, and a slurry that is a mixture of an abrasive and a chemical is supplied onto the polishing pad 6 from a nozzle 7 (see FIG. 2).

前記研磨ヘッド3は、プラテン2よりも小形の円盤状に形成され、その上面中央に回転軸8が連結されている。該研磨ヘッド3は、プラテン2の回転中心から偏心した位置でウェーハW(図2参照)を研磨パッド6に押圧するとともに、回転軸8を介して図示しないモータで駆動されて矢印B方向へ回転する。また、研磨ヘッド3は、図示しない昇降手段で駆動されて研磨パッド6に対して垂直に昇降する。   The polishing head 3 is formed in a disk shape smaller than the platen 2, and a rotary shaft 8 is connected to the center of the upper surface thereof. The polishing head 3 presses the wafer W (see FIG. 2) against the polishing pad 6 at a position eccentric from the rotation center of the platen 2, and is driven by a motor (not shown) through the rotating shaft 8 to rotate in the arrow B direction. To do. Further, the polishing head 3 is driven by a lifting / lowering means (not shown) and moves up and down vertically with respect to the polishing pad 6.

ウェーハ研磨装置1は、研磨加工の際に研磨ヘッド3で保持したウェーハWを研磨パッド6に所定の圧力で押し付け、該研磨パッド6とウェーハWとをそれぞれ回転させながら、ノズル7から研磨パッド6上にスラリーを供給し、ウェーハW上の所定の膜を研磨する。該ウェーハ研磨装置1には、装置全体の駆動を制御する制御部9(図2参照)が備えられている。   The wafer polishing apparatus 1 presses the wafer W held by the polishing head 3 during the polishing process against the polishing pad 6 with a predetermined pressure, and rotates the polishing pad 6 and the wafer W from the nozzle 7 to the polishing pad 6. A slurry is supplied to the upper surface, and a predetermined film on the wafer W is polished. The wafer polishing apparatus 1 includes a control unit 9 (see FIG. 2) that controls the driving of the entire apparatus.

図2及び図3に示すように、前記プラテン2における前記研磨ヘッド3が通過する所定の位置に観測孔10が該プラテン2及び研磨パッド6を貫通して形成されている。該観測孔10には、ポリウレタンピース等の透明材料からなるウィンドウ11が嵌め込まれている。そして、ウェーハWの運動方向(図1中の回転方向B)に対し上流側に位置する上流側ウィンドウ領域11a内に表皮渦電流センサ12が組み付けられ、下流側には下流側ウィンドウ領域11bを照射光及び反射光の光透過領域とする多波長型分光式センサ13が組み込まれている。このように、表皮渦電流センサ12と多波長型分光式センサ13がウィンドウ11部に一体的に配置されている。   As shown in FIGS. 2 and 3, an observation hole 10 is formed through the platen 2 and the polishing pad 6 at a predetermined position in the platen 2 through which the polishing head 3 passes. A window 11 made of a transparent material such as a polyurethane piece is fitted in the observation hole 10. Then, the skin eddy current sensor 12 is assembled in the upstream window region 11a located on the upstream side with respect to the movement direction (rotation direction B in FIG. 1) of the wafer W, and the downstream window region 11b is irradiated on the downstream side. A multi-wavelength spectroscopic sensor 13 is incorporated as a light transmission region for light and reflected light. In this way, the skin eddy current sensor 12 and the multi-wavelength spectroscopic sensor 13 are integrally disposed in the window 11 portion.

前記表皮渦電流センサ12は、後述するように、平面状インダクタ14と共振用ボックス15とで構成され、該平面インダクタ14と共振用ボックス15とは信号ケーブル16で接続されるとともに平面インダクタ14はウェーハW表面部の所定の導電性膜と対峙するように上流側ウィンドウ領域11a内の上方に組み付けられ、共振用ボックス15はその下方位置に組み付けられている。前記平面状インダクタ14の上には研磨パッド6と面一になるように擦り板(パッド)17が取り付けられている。   The skin eddy current sensor 12 is composed of a planar inductor 14 and a resonance box 15 as will be described later. The planar inductor 14 and the resonance box 15 are connected by a signal cable 16 and the planar inductor 14 is The resonating box 15 is assembled at a position below the upstream window region 11a so as to face a predetermined conductive film on the surface of the wafer W. A rubbing plate (pad) 17 is attached on the planar inductor 14 so as to be flush with the polishing pad 6.

該擦り板17により該表皮渦電流センサ12とウェーハW間に一定のギャップが形成される。擦り板17の表面が研磨やドレッシング等で荒らされると、その荒らされた表面にスラリーが僅かに滞在することがある。しかし、この荒らされた表面部に僅かに滞在するスラリーによる表皮渦電流センサ12とウェーハW間のギャップ長への影響は殆どなく、該ギャップ長はその後もほぼ一定に保たれてセンサとウェーハW間のギャップに対する表皮渦電流センサ12の感度のばらつきが抑えられる。また、擦り板17はスラリーをせきとめてその直ぐ下流の下流側ウィンドウ領域11bへのスラリー侵入を防ぐように作用する。これにより、ウインドウ11とウェーハW間のスラリーの介在による多波長型分光式センサ13の感度のばらつきを抑えることが可能となる。   A constant gap is formed between the skin eddy current sensor 12 and the wafer W by the rubbing plate 17. When the surface of the rubbing plate 17 is roughened by polishing, dressing or the like, the slurry may stay slightly on the roughened surface. However, the slurry slightly staying on the roughened surface portion hardly affects the gap length between the skin eddy current sensor 12 and the wafer W, and the gap length is kept substantially constant thereafter and the sensor and the wafer W Variation in the sensitivity of the skin eddy current sensor 12 with respect to the gap between them is suppressed. The rubbing plate 17 acts to crush the slurry and prevent the slurry from entering the downstream window region 11b immediately downstream. As a result, it is possible to suppress variations in sensitivity of the multi-wavelength spectroscopic sensor 13 due to the presence of slurry between the window 11 and the wafer W.

前記表皮渦電流センサ12における共振用ボックス15からの特徴的な変化等を示す信号はスリップリング18を介して外部のコンピュータ19に出力される。コンピュータ19は所定のアルゴリズムにしたがって演算処理し、研磨終了時点を予測する。   A signal indicating a characteristic change or the like from the resonance box 15 in the skin eddy current sensor 12 is output to an external computer 19 via a slip ring 18. The computer 19 performs arithmetic processing according to a predetermined algorithm, and predicts the polishing end point.

上記のように、表皮渦電流センサ12と多波長型分光式センサ13とをウィンドウ11部に一体的に配置したことで、研磨中に、ウィンドウ11の表面が荒れて粗面化し、光が散乱して多波長型分光式センサ13の感度が低くなった場合においても同じウィンドウ11内に設置されている表皮渦電流センサ12で精度よく研磨終点が予測される。また、ウェーハWと表皮渦電流センサ12間のギャップが変化する場合においても同じウィンドウ11を透過する多波長型分光式センサ13の反射光はギャップ変化に殆ど関係なく研磨終了時点を検出することが可能となる。したがって、表皮渦電流センサ12と多波長型分光式センサ13とは、極めて効果的に相補的に作用する。   As described above, the skin eddy current sensor 12 and the multi-wavelength spectroscopic sensor 13 are integrally disposed on the window 11 portion, so that the surface of the window 11 is roughened and roughened during polishing, and light is scattered. Even when the sensitivity of the multi-wavelength spectroscopic sensor 13 becomes low, the polishing end point is accurately predicted by the skin eddy current sensor 12 installed in the same window 11. Further, even when the gap between the wafer W and the skin eddy current sensor 12 changes, the reflected light of the multi-wavelength spectroscopic sensor 13 transmitted through the same window 11 can detect the polishing end point almost regardless of the gap change. It becomes possible. Therefore, the skin eddy current sensor 12 and the multi-wavelength spectroscopic sensor 13 act complementarily very effectively.

図4は、ウィンドウ11の変形例を示している。この変形例は、擦り板17を頂部として、ウィンドウ11の上面に上流側スロープ11cと下流側スロープ11dが形成されている。該下流側スロープ11dが形成されたウィンドウ11の上面部は下流側ウィンドウ領域11bの上面部となっている。上流側スロープ11cにより、擦り板17部によるスラリーのせきとめ作用が一層確実に生じる。また、下流側スロープ11dにより下流側ウィンドウ領域11bの上面とウェーハWとの間にギャップが形成されるが、多波長型分光式センサ13の感度には殆ど影響しない。そして、該下流側スロープ11dの形成により、研磨やドレッシングによって下流側ウィンドウ領域11bの上面は、荒らされることがない。そして、たとえ下流側ウィンドウ領域11bの上面にスラリーが入り込んだとしても、スラリーは下流側スロープ11dを流れ落ちる。よって、スラリーによる多波長型分光式センサ13の感度低下が確実に抑えられる。なお、以下の説明では、ウィンドウ11は前記図3に示したものが適用されている。   FIG. 4 shows a modification of the window 11. In this modification, an upstream slope 11 c and a downstream slope 11 d are formed on the upper surface of the window 11 with the rubbing plate 17 as a top. The upper surface portion of the window 11 on which the downstream slope 11d is formed is the upper surface portion of the downstream window region 11b. By the upstream slope 11c, the crushing action of the slurry by the rubbing plate 17 portion is more reliably generated. Further, although a gap is formed between the upper surface of the downstream window region 11b and the wafer W by the downstream slope 11d, the sensitivity of the multi-wavelength spectral sensor 13 is hardly affected. The formation of the downstream slope 11d prevents the upper surface of the downstream window region 11b from being roughened by polishing or dressing. Even if the slurry enters the upper surface of the downstream window region 11b, the slurry flows down the downstream slope 11d. Therefore, the sensitivity reduction of the multi-wavelength spectroscopic sensor 13 due to the slurry is surely suppressed. In the following description, the window 11 shown in FIG. 3 is applied.

前記表皮渦電流センサ12を、図5乃至図9を用いて説明する。図5は表皮渦電流センサ(インダクタ型センサ)の詳細構成を示すブロック図、図6は表皮渦電流センサにおける発振回路の基本的な構成例を示す図であり、(a)は構成図、(b)はその等価回路、図7の(a)〜(d)は表皮渦電流センサにおけるコイルから発生した磁場が導体膜上でどのような向きに配列しているかを電磁シミュレーションした結果を示す図、図8は表皮渦電流センサにおける電磁結合で発生する磁場によるインダクタンスの変化作用を説明するための図、図9の(a)〜(e)はウェーハ研磨装置による導電性膜の研磨削除に伴う表皮効果による磁束等の変化例及び特徴的な変化の検出作用を説明するための組図である。   The skin eddy current sensor 12 will be described with reference to FIGS. FIG. 5 is a block diagram showing a detailed configuration of a skin eddy current sensor (inductor type sensor), FIG. 6 is a diagram showing a basic configuration example of an oscillation circuit in the skin eddy current sensor, (a) is a configuration diagram, b) is the equivalent circuit, and FIGS. 7A to 7D are diagrams showing the results of electromagnetic simulation of the orientation of the magnetic field generated from the coil in the skin eddy current sensor on the conductor film. FIG. 8 is a diagram for explaining the inductance changing action due to the magnetic field generated by the electromagnetic coupling in the skin eddy current sensor, and FIGS. 9A to 9E are accompanied by the removal of the polishing of the conductive film by the wafer polishing apparatus. It is a set figure for demonstrating the example of a change of magnetic flux etc. by a skin effect, and the detection effect | action of a characteristic change.

図5において、表皮渦電流センサ(インダクタ型センサ)12の主体を構成している発振回路20は、インダクタンスLとなる二次元の平面インダクタ14に、キャパシタンスCとなる集中定数キャパシタ21が直列に接続されて、LC回路が構成されている。前記平面インダクタ14は、絶縁物からなる方形状等の基板14a上に、Cu等の導電物質を用いて角形のスパイラルに構成されている。平面インダクタ14は、ガラス・エポキシや紙・フェノール等の絶縁物からなる基板14a上にCu等の導電膜を成膜後、エッチング等で製作することで、線幅を非常に微細化して製作することができ、全体形状も一辺が23mm程度の方形状等に小形化することができる。そして、平面インダクタ14の小形化により微小な磁場を効率よく発生させることができ、磁場を導電性膜の内部に深く浸透させることなく、該導電性膜が除去される終点付近の変化挙動を精度よく検出することが可能となる。 In FIG. 5, an oscillation circuit 20 constituting the main body of the skin eddy current sensor (inductor type sensor) 12 includes a two-dimensional planar inductor 14 having an inductance L and a lumped capacitor 21 having a capacitance C 0 in series. The LC circuit is configured by being connected. The planar inductor 14 is formed in a square spiral using a conductive material such as Cu on a rectangular substrate 14a made of an insulator. The planar inductor 14 is manufactured with a very fine line width by forming a conductive film such as Cu on a substrate 14a made of an insulator such as glass, epoxy, paper, or phenol, and then manufacturing it by etching or the like. The overall shape can also be reduced to a square shape with a side of about 23 mm. A small magnetic field can be efficiently generated by downsizing the planar inductor 14, and the change behavior near the end point where the conductive film is removed can be accurately detected without deeply penetrating the magnetic film into the conductive film. It is possible to detect well.

前記LC回路からの出力信号は増幅器22に入力され、該増幅器22の出力は抵抗等で構成されたフィードバック・ネットワーク23に入力されている。フィードバック・ネットワーク23の出力信号が、平面インダクタ14にポジティブ・フィードバックされることにより、該平面インダクタ14を含めて発振回路20が構成されている。   An output signal from the LC circuit is input to an amplifier 22, and an output of the amplifier 22 is input to a feedback network 23 composed of a resistor or the like. The output signal of the feedback network 23 is positively fed back to the planar inductor 14, whereby the oscillation circuit 20 including the planar inductor 14 is configured.

該発振回路20は、基本的には、図6の構成例に示すように、その発振周波数帯fが、次式(1)に示すように、平面インダクタ14のインダクタンスLと集中定数キャパシタ21のキャパシタンスCで決まるコルピッツ型等の発振回路となっている。

Figure 2010067918
As shown in the configuration example of FIG. 6, the oscillation circuit 20 basically has an oscillation frequency band f of the inductance L of the planar inductor 14 and the lumped constant capacitor 21 as shown in the following equation (1). It has an oscillation circuit of the Colpitts like determined by the capacitance C 0.
Figure 2010067918

前記増幅器22の出力端子には、周波数カウンタ24が接続されている。該周波数カウンタ24から後述する膜厚基準点を示す検出信号等がデジタルで外部に出力される。検出信号出力をデジタルで伝送することで、ノイズの影響及び出力の減衰が防止される。また、膜厚データの管理容易性が得られる。表皮渦電流センサ(インダクタ型センサ)12における発振回路20と、その発振(共振)周波数の変化をモニタするための周波数カウンタ24とを近接して配置することで、該発振回路20と周波数カウンタ24間の配線・結線部分で分布定数回路を形成してインダクタンスやキャパシタンスが不要に大きくなるのが防止されて、表皮渦電流センサ12にもたらされる導電性膜の研磨の進行に伴う磁束の変化を精度よく検出することが可能となる。   A frequency counter 24 is connected to the output terminal of the amplifier 22. A detection signal indicating a film thickness reference point, which will be described later, is digitally output from the frequency counter 24 to the outside. By digitally transmitting the detection signal output, the influence of noise and output attenuation are prevented. In addition, manageability of the film thickness data can be obtained. By arranging the oscillation circuit 20 in the epidermis eddy current sensor (inductor type sensor) 12 and the frequency counter 24 for monitoring the change of the oscillation (resonance) frequency in close proximity, the oscillation circuit 20 and the frequency counter 24 are arranged. A distributed constant circuit is formed in the wiring / connection portion between them to prevent the inductance and capacitance from becoming unnecessarily large, and the change in magnetic flux accompanying the progress of polishing of the conductive film provided to the skin eddy current sensor 12 can be accurately performed. It is possible to detect well.

該表皮渦電流センサ12は、平面インダクタ14を除いた他の構成部品ないしは回路がIC(集積回路)化されて共振用ボックス15に内装されている。前記平面インダクタ14は、薄い絶縁膜で被覆されており、前記図3では平面インダクタ14と共振用ボックス15とは信号ケーブル16で接続されているが、該平面インダクタ14は、共振用ボックス15の表面部に固定することもできる。また、発振回路20を構成している前記集中定数キャパシタ21はキャパシタンスが可変となっており、表皮渦電流センサ12は所要の発振周波数帯の範囲内で、発振周波数を選択できるようになっている。   In the skin eddy current sensor 12, other components or circuits other than the planar inductor 14 are integrated into an IC (integrated circuit) and are housed in a resonance box 15. The planar inductor 14 is covered with a thin insulating film, and in FIG. 3, the planar inductor 14 and the resonance box 15 are connected by a signal cable 16, but the planar inductor 14 is connected to the resonance box 15. It can also be fixed to the surface portion. The capacitance of the lumped constant capacitor 21 constituting the oscillation circuit 20 is variable, and the skin eddy current sensor 12 can select an oscillation frequency within a required oscillation frequency band. .

本実施例では研磨中の所定の導電性膜が該所定の導電性膜の表皮深さδに対応する膜厚になった場合の磁束変化を基に特徴的な変化の検出を行っている。所定の導電性膜における表皮深さδは、該所定の導電性膜の材質と発振回路20の発振周波数fとに依存して式(2)のように決まる。

Figure 2010067918
In this embodiment, a characteristic change is detected based on a change in magnetic flux when the predetermined conductive film being polished has a film thickness corresponding to the skin depth δ of the predetermined conductive film. The skin depth δ in the predetermined conductive film is determined as shown in Expression (2) depending on the material of the predetermined conductive film and the oscillation frequency f of the oscillation circuit 20.
Figure 2010067918

ω:2πf、μ:透磁率、σ:導電率である。   ω: 2πf, μ: permeability, σ: conductivity.

そして、該表皮深さδが、所定の導電性膜の初期膜厚よりも小さく研磨終期において埋め込み部を除いた部分の所定の導電性膜の膜厚より大になるように発振回路20の発振周波数fが選択されている。研磨除去対象の導電性膜の材質がCuの場合において、前記発振周波数帯は、20MHz以上が選択される。   Then, the oscillation of the oscillation circuit 20 is performed such that the skin depth δ is smaller than the initial film thickness of the predetermined conductive film and larger than the film thickness of the predetermined conductive film in the portion excluding the embedded portion at the end of polishing. The frequency f is selected. When the material of the conductive film to be polished and removed is Cu, the oscillation frequency band is selected to be 20 MHz or higher.

ここで、前記「表皮深さに対応する膜厚」及び「表皮効果によって生じる磁束変化」について、図7の(a)〜(d)を用いて説明する。図7は表皮効果センサにおけるコイル(平面インダクタ)から発生した磁場が導体膜上でどのような向き((a)〜(d)各図中下方の矢印←)に配列しているかを電磁シミュレーションした結果を示す図であり、同図(a)はセンサからの発振周波数が1MHzで導体膜の膜厚が0.2μmの場合、同図(b)はセンサからの発振周波数が1MHzで導体膜の膜厚が1μmの場合、同図(c)はセンサからの発振周波数が40MHzで導体膜の膜厚が0.2μmの場合、同図(d)はセンサからの発振周波数が40MHzで導体膜の膜厚が1μmの場合である。   Here, “the film thickness corresponding to the skin depth” and “the magnetic flux change caused by the skin effect” will be described with reference to FIGS. FIG. 7 is an electromagnetic simulation of the orientation of the magnetic field generated from the coil (planar inductor) in the skin effect sensor on the conductor film ((a) to (d) in the lower arrow ←). FIG. 4A is a diagram showing the results. FIG. 4A shows a case where the oscillation frequency from the sensor is 1 MHz and the film thickness of the conductor film is 0.2 μm. FIG. When the film thickness is 1 μm, the figure (c) shows the case where the oscillation frequency from the sensor is 40 MHz and the film thickness of the conductor film is 0.2 μm, and the figure (d) shows the case where the oscillation frequency from the sensor is 40 MHz and the conductor film This is a case where the film thickness is 1 μm.

電磁シミュレーションの設定は、磁場を形成するインダクタは指向性を持たない平面インダクタとした。前記「表皮深さに対応する膜厚」とは、「表皮効果によって磁束変化が生じる膜厚」のことである。センサの発振周波数が1MHzではコイルの下側に存在する導体膜上の磁束は縦方向を向いている。この周波数では、膜厚が1μm及び0.2μmであっても、導体膜内を磁束が貫通している(図7(a)、(b))。こうした導体膜内を磁束が貫通する場合は、従来例に示されているように、導体膜内部に発生する渦電流は、膜厚減少に伴って減少する。よって、1MHzの場合、1μm以下の膜厚では、単調な挙動であるため、表皮効果は現れず、「表皮深さに対応する膜厚」も少なくとも1μmよりも厚い膜厚と考えられる。   In the electromagnetic simulation setting, the inductor that forms the magnetic field is a planar inductor having no directivity. The “film thickness corresponding to the skin depth” means “film thickness at which magnetic flux changes due to the skin effect”. When the oscillation frequency of the sensor is 1 MHz, the magnetic flux on the conductor film existing on the lower side of the coil is directed in the vertical direction. At this frequency, even if the film thickness is 1 μm and 0.2 μm, the magnetic flux penetrates through the conductor film (FIGS. 7A and 7B). When the magnetic flux penetrates through such a conductor film, as shown in the conventional example, the eddy current generated inside the conductor film decreases as the film thickness decreases. Therefore, in the case of 1 MHz, the film thickness is 1 μm or less, which is a monotonous behavior. Therefore, the skin effect does not appear, and the “film thickness corresponding to the skin depth” is also considered to be at least 1 μm thick.

これに対し、センサの発振周波数が40MHzでは、明らかに導体表面での磁束向きが水平であり、膜厚が1μmでは、殆ど導体内部に入り込んでいない(図7(d))。明らかに、先の発振周波数が1MHzで膜厚が1μmの場合(図7(b))と比較すると、導体膜に入り込む磁束の向きが異なることが分かる。   On the other hand, when the oscillation frequency of the sensor is 40 MHz, the direction of magnetic flux on the conductor surface is clearly horizontal, and when the film thickness is 1 μm, it hardly penetrates into the conductor (FIG. 7 (d)). Obviously, the direction of the magnetic flux entering the conductor film is different from the case where the oscillation frequency is 1 MHz and the film thickness is 1 μm (FIG. 7B).

しかし、発振周波数が40MHzで導体膜が0.2μmまで薄くなると(図7(c))、一部の磁束のみが導体膜内部方向へ向いている。これは導体膜がCuでも、ある薄さになると一部の磁束が導体膜内を貫通することを示している。   However, when the oscillation frequency is 40 MHz and the conductor film is thinned to 0.2 μm (FIG. 7C), only a part of the magnetic flux is directed toward the inside of the conductor film. This indicates that even if the conductor film is Cu, a part of the magnetic flux penetrates the conductor film when the conductor film is thin.

この40MHzの交番変化する磁束の場合、表皮効果に対応して、導体膜内の磁束の貫通状態が変化する。貫通磁束が徐々に増加する影響で、周波数は約700Å前後まで急激に上昇する。なお、膜厚が1μm以上では磁束は殆ど貫通していない。よって、この場合、「表皮深さに対応した膜厚」は約1μmということができる。このことからも、発振周波数を40MHzと高くし、平面状インダクタを使用すると、1μm厚みのCu導体膜内に磁束は殆ど入り込まず、これは表皮効果によるものである。   In the case of the alternating magnetic flux of 40 MHz, the penetration state of the magnetic flux in the conductor film changes corresponding to the skin effect. Due to the effect of gradually increasing the penetrating magnetic flux, the frequency rapidly rises to about 700 mm. When the film thickness is 1 μm or more, the magnetic flux hardly penetrates. Therefore, in this case, the “film thickness corresponding to the skin depth” can be about 1 μm. For this reason, when the oscillation frequency is increased to 40 MHz and a planar inductor is used, almost no magnetic flux enters the 1 μm thick Cu conductor film, which is due to the skin effect.

Cu導体膜で発振周波数が40MHzの場合、Cuの導電率を58×10S/mとすると、表皮深さδは9.34μmになる。計算上は、膜厚が1μmだと磁束は導体膜内に十分入り込む計算になるが、平面状インダクタを使用しており、磁束に指向性がないことから、実際は発振周波数が40MHzの場合、膜厚が1μmでも表皮効果によって磁場は導体膜内に侵入しない。導体膜が薄くなるにつれて一部の磁束が導体膜内に入り込み、わずかに渦電流が発生する。このことより、渦電流を積極的に利用して膜厚測定するのではなく、終点付近の薄い膜厚になったときに、表皮効果により、わずかに漏洩・貫通する磁束を利用して、導体膜内に誘起される相互インダクタンスの変曲点(極大点)を利用して該導体膜の終点付近の膜厚状態をモニタすることが可能となる。 When the Cu conductor film has an oscillation frequency of 40 MHz and the Cu conductivity is 58 × 10 6 S / m, the skin depth δ is 9.34 μm. In the calculation, if the film thickness is 1 μm, the magnetic flux sufficiently enters the conductor film, but since a planar inductor is used and the magnetic flux has no directivity, the film actually has an oscillation frequency of 40 MHz. Even if the thickness is 1 μm, the magnetic field does not enter the conductor film due to the skin effect. As the conductor film becomes thinner, part of the magnetic flux enters the conductor film and a slight eddy current is generated. From this, instead of actively using eddy currents to measure the film thickness, when a thin film thickness near the end point is reached, a slight leakage / penetration magnetic flux is used due to the skin effect to make the conductor The inflection point (maximum point) of the mutual inductance induced in the film can be used to monitor the film thickness state near the end point of the conductor film.

次いで、表皮渦電流センサ12による特徴的な変化の検出作用及び研磨終了時点の予測方法を、図8及び図9の(a)〜(e)を用いて説明する。図9中の(a)〜(d)は導電性膜の研磨削除に伴う磁束及び渦電流の変化例を示す図、(e)は導電性膜の膜厚変化に対する共振周波数の変化例を示す特性図である。図9の(a)〜(d)では、平面インダクタ14が、図を見やすくするため、丸形のスパイラルに表示されている。   Next, a characteristic change detection operation by the epidermis eddy current sensor 12 and a method for predicting the polishing end point will be described with reference to FIGS. 8 and 9A to 9E. FIGS. 9A to 9D are diagrams showing examples of changes in magnetic flux and eddy current accompanying removal of polishing of the conductive film, and FIG. 9E shows examples of changes in resonance frequency with respect to changes in the thickness of the conductive film. FIG. In (a) to (d) of FIG. 9, the planar inductor 14 is displayed in a round spiral for easy viewing of the drawing.

平面インダクタ14が発振回路20から発振される高周波で駆動され、該平面インダクタ14からその高周波の周期に対応して時間的に変化する磁束φが発生する。研磨初期において所定の導電性膜25に誘起される磁束φは、前記表皮深さδの領域のみを膜面に沿ってほぼ平行に通過し、所定の導電性膜25における表皮深さδを超えた領域への磁束φの侵入は回避される(図9(a))。また、表皮渦電流センサ12から発振される共振周波数も所定の導電性膜25の膜厚変化に関係なく一定に保持される(図9(e)のa領域)。   The planar inductor 14 is driven at a high frequency oscillated from the oscillation circuit 20, and a magnetic flux φ that changes with time corresponding to the period of the high frequency is generated from the planar inductor 14. The magnetic flux φ induced in the predetermined conductive film 25 in the initial stage of polishing passes only the region having the skin depth δ substantially in parallel along the film surface, and exceeds the skin depth δ in the predetermined conductive film 25. Intrusion of the magnetic flux φ into the area is avoided (FIG. 9A). Further, the resonance frequency oscillated from the skin eddy current sensor 12 is also kept constant regardless of the change in the film thickness of the predetermined conductive film 25 (region a in FIG. 9E).

研磨が進行して所定の導電性膜25が前記表皮深さδに対応した膜厚付近になると、一部の磁束φが所定の導電性膜25を貫通して漏洩磁束φが生じ始める。所定の導電性膜25を貫通しない磁束φは、そのまま膜面に沿ってほぼ平行に通過する。そして、所定の導電性膜25中に貫通した漏洩磁束φ数に比例して渦電流Ieが発生する(図9(b))。 When polishing progresses predetermined conductive film 25 is in the vicinity of the film thickness corresponding to the skin depth [delta], part of the magnetic flux phi leakage flux through the predetermined conductive film 25 phi L begins to occur. The magnetic flux φ that does not penetrate the predetermined conductive film 25 passes through the film surface as it is in substantially parallel. Then, an eddy current Ie is generated in proportion to the number of leakage magnetic fluxes φ L penetrating into the predetermined conductive film 25 (FIG. 9B).

さらに研磨が進行すると、漏洩磁束φが増えて渦電流Ieが導電性膜25の膜面に沿った広い領域に発生する(図9(c))。この広い領域に発生した渦電流Ieが、図8に示すように、さらに磁場Mを作り、その磁場Mが元の平面インダクタ14から発生した磁束φを打ち消すように作用する。結果的に導電性膜25が形成した磁場Mによって、相互インダクタンスLmが上昇し、元の平面インダクタ14の見かけ上のインダクタンスLが低下する。その結果、表皮渦電流センサ12から発振される発振周波数fは、式(3)のように増大する。

Figure 2010067918
Moreover the polishing progresses, generated wide region eddy current Ie is increasing leakage flux phi L is along the film surface of the conductive film 25 (FIG. 9 (c)). Eddy current Ie generated in this large area, as shown in FIG. 8, further creating a magnetic field M, the magnetic field M acts so as to cancel the magnetic flux phi L generated from the original planar inductor 14. As a result, due to the magnetic field M formed by the conductive film 25, the mutual inductance Lm increases, and the apparent inductance L of the original planar inductor 14 decreases. As a result, the oscillation frequency f oscillated from the epidermis eddy current sensor 12 increases as shown in Expression (3).
Figure 2010067918

したがって、相互インダクタンスの発生により、センサ回路系のインダクタンスが等価的に減少して表皮渦電流センサ12から発振される共振周波数が上昇する(図9(e)のb、cの領域)。   Therefore, due to the mutual inductance, the inductance of the sensor circuit system is equivalently reduced and the resonance frequency oscillated from the skin eddy current sensor 12 is increased (regions b and c in FIG. 9 (e)).

さらに研磨の進行により漏洩磁束φは増えて飽和する。しかし渦電流Ieは、所定の導電性膜25の膜厚体積の減少に伴い急速に減少する(図9(d))。この渦電流Ieの急速な減少により前記相互インダクタンスも急速に減少する。この相互インダクタンスの急速な減少は、前記式(3)におけるインダクタンスの減少分Lmの低下につながり、結果としてセンサ回路系のインダクタンスが等価的に増加し、表皮渦電流センサ12から発振される共振周波数が急速に低下する(図9(e)のd領域)。 Furthermore the leakage flux phi L with the progress of polishing is increased by saturated. However, the eddy current Ie rapidly decreases as the film thickness volume of the predetermined conductive film 25 decreases (FIG. 9D). Due to the rapid decrease of the eddy current Ie, the mutual inductance also decreases rapidly. This rapid decrease in mutual inductance leads to a decrease in the inductance decrease Lm in equation (3). As a result, the inductance of the sensor circuit system increases equivalently, and the resonance frequency oscillated from the skin eddy current sensor 12 is increased. Decreases rapidly (region d in FIG. 9E).

このように、研磨の進行により所定の導電性膜25が表皮深さδに対応する膜厚になった以降において、渦電流Ieが発生しその後の急速な減少によりセンサ回路系のインダクタンスが一旦減少してその後増加に転じる。この挙動により表皮渦電流センサ12から発振される共振周波数の波形に上昇開始点、上昇率、上昇量、変曲点(ピーク)P及び上昇から下降の変化率を含む特徴的な変化が発生する。この上昇開始点、上昇率、上昇量、変曲点(ピーク)Pもしくは上昇から下降の変化率の少なくともいずれから研磨終了間際における研磨終了時点の予測と、前記多波長型分光式センサ13が研磨終了時点を検出する際の検出範囲の設定が行われる。所定の導電性膜25がCuの場合、変曲点Pが発生する時点の残膜量は、ほぼ1000Å程度である。   As described above, after the predetermined conductive film 25 reaches a film thickness corresponding to the skin depth δ due to the progress of polishing, the eddy current Ie is generated, and the inductance of the sensor circuit system once decreases due to the rapid decrease thereafter. And then turn to an increase. Due to this behavior, a characteristic change is generated in the waveform of the resonance frequency oscillated from the skin eddy current sensor 12 including the rising start point, the rising rate, the rising amount, the inflection point (peak) P, and the changing rate from rising to falling. . The prediction of the end point of polishing immediately before the end of polishing from at least one of the rising start point, the rising rate, the rising amount, the inflection point (peak) P or the changing rate from rising to falling, and the multi-wavelength spectroscopic sensor 13 polishes. A detection range for detecting the end point is set. When the predetermined conductive film 25 is Cu, the remaining film amount at the time when the inflection point P occurs is approximately 1000 mm.

なお、表皮渦電流センサ12は、前記共振周波数の他に相互インダクタンス、渦電流Ie、漏洩磁束φの変化のうちの少なくともいずれかの変化を基に変曲点Pを含む特徴的な変化を発生させて研磨終了時点の予測を行うことができる。相互インダクタンスの変化は前記式(3)を利用して表皮渦電流センサ12の発振周波数の変化から求めることができ、渦電流Ieは前記相互インダクタンスと比例関係にあることから該渦電流Ieの変化は前記相互インダクタンスの変化を用いて求めることができ、また漏洩磁束φは渦電流Ieと比例関係にあることから該漏洩磁束φの変化は前記渦電流Ieの変化を用いて求めることができる。 Incidentally, the skin eddy current sensor 12, in addition to the mutual inductance of the resonant frequency, the eddy current Ie, the characteristic changes, including an inflection point P based on at least one of a change of the change in leakage flux phi L It is possible to generate and predict the polishing end point. The change in mutual inductance can be obtained from the change in the oscillation frequency of the epidermis eddy current sensor 12 using the equation (3), and since the eddy current Ie is proportional to the mutual inductance, the change in the eddy current Ie. it is to seek the can be determined using the change in mutual inductance, also the change of the leakage magnetic flux phi L is the leakage flux phi L since it is proportional to the eddy current Ie with the change of the eddy current Ie it can.

前記多波長型分光式センサ13を、前記図2並びに図10乃至図13を用いて説明する。図10は多波長型分光式センサ13における分光器の構成図、図11はTEOS/SiN絶縁膜についてTEOS部の研磨に伴う研磨面の色合いの変化を示す図、図12はCu膜とTa/酸化膜の波長に対する反射率変化を示す特性図、図13は研磨時間に対する反射率積算値の変化及びR.S.Aの変化を示す特性図である。   The multi-wavelength spectroscopic sensor 13 will be described with reference to FIG. 2 and FIGS. FIG. 10 is a configuration diagram of a spectroscope in the multi-wavelength spectroscopic sensor 13, FIG. 11 is a diagram showing a change in the color of the polished surface of the TEOS / SiN insulating film accompanying polishing of the TEOS portion, and FIG. FIG. 13 is a characteristic diagram showing the change in reflectance with respect to the wavelength of the oxide film. S. FIG. 6 is a characteristic diagram showing a change in A.

多波長型分光式センサ13には、主として、白色光を発生するハロゲンランプ等の光源部26、照射・受光光学系27、受光部28、分光器29及び前記表皮渦電流センサ12と共通のコンピュータ19が備えられている。照射・受光光学系27は、レンズ鏡筒内に図示しない集光レンズを内蔵しており、図示しないブラケットで支持されて前記ウィンドウ11の下方位置に設置されている。   The multi-wavelength spectroscopic sensor 13 mainly includes a light source unit 26 such as a halogen lamp that generates white light, an irradiation / light receiving optical system 27, a light receiving unit 28, a spectroscope 29, and the same computer as the skin eddy current sensor 12. 19 is provided. The irradiating / receiving optical system 27 incorporates a condensing lens (not shown) in the lens barrel, and is supported by a bracket (not shown) and installed at a position below the window 11.

光源部26から出射した白色光が、ライトガイド30によって照射・受光光学系27へ導かれ、該照射・受光光学系27で集光されたのち、プラテン2に設けられたウィンドウ11の下流側ウィンドウ領域11bを通して研磨パッド6上のウェーハWに照射される。照射された白色光はウェーハW上の所定の導電性膜の研磨面で反射し、その反射光が照射・受光光学系27で集光されてライトガイド31aを介して受光部28で受光され、さらにライトガイド31bを介して分光器29へ導かれる。このように、光源部26からの白色光及び所定の導電性膜からの反射光が、ウィンドウ11を通過するときに反射光データが取得されるので、前記制御部9によりプラテン2の回転と多波長型分光式センサ13との間で同期がとられる。   The white light emitted from the light source unit 26 is guided to the irradiation / light reception optical system 27 by the light guide 30, collected by the irradiation / light reception optical system 27, and then downstream of the window 11 provided on the platen 2. The wafer W on the polishing pad 6 is irradiated through the region 11b. The irradiated white light is reflected by the polished surface of a predetermined conductive film on the wafer W, the reflected light is collected by the irradiation / light receiving optical system 27 and received by the light receiving unit 28 through the light guide 31a, Further, the light is guided to the spectroscope 29 through the light guide 31b. As described above, since the reflected light data is acquired when the white light from the light source unit 26 and the reflected light from the predetermined conductive film pass through the window 11, the control unit 9 rotates and rotates the platen 2. Synchronization with the wavelength-type spectroscopic sensor 13 is established.

図10に示すように、前記分光器29には、入射スリット32、平面鏡33、凹面回折格子34、アレイ受光素子35及びマルチプレクサ36が備えられている。前記ライトガイド31bを介して分光器29に導かれた反射光は、入射スリット32を介して平面鏡33により凹面回折格子34に導かれる。そして、該凹面回折格子34によって各波長ごとの反射光に分光され、アレイ受光素子35に結像される。該結像された光は各波長ごとの反射光強度に応じた電気信号に変換され、マルチプレクサ36を介してコンピュータ19に出力される。   As shown in FIG. 10, the spectroscope 29 is provided with an entrance slit 32, a plane mirror 33, a concave diffraction grating 34, an array light receiving element 35, and a multiplexer 36. The reflected light guided to the spectroscope 29 via the light guide 31 b is guided to the concave diffraction grating 34 by the plane mirror 33 via the entrance slit 32. Then, the light is split into reflected light for each wavelength by the concave diffraction grating 34 and imaged on the array light receiving element 35. The imaged light is converted into an electric signal corresponding to the reflected light intensity for each wavelength, and is output to the computer 19 via the multiplexer 36.

該コンピュータ19のメモリには、リファレンス試料としての鏡からの反射による反射光量であるリファレンス光量及びウェーハ研磨装置1におけるウィンドウ11部からの反射光量であるダークネス光量が取得されて予め記憶されている。コンピュータ19では各波長におけるリファレンス光量からダークネス光量を差し引いた光量を100%としたときの各反射光の割合が演算され、該コンピュータ19に入力された各波長ごとの反射光強度が各波長ごとの反射率強度に換算される。そして、コンピュータ19は、所定の終点検出アルゴリズムにしたがって各波長ごとの反射率強度に応じた電気信号を演算処理し、所定の導電性膜25の研磨終点を検出する。   In the memory of the computer 19, a reference light amount that is a reflected light amount due to reflection from a mirror as a reference sample and a darkness light amount that is a reflected light amount from the window 11 portion in the wafer polishing apparatus 1 are acquired and stored in advance. The computer 19 calculates the ratio of each reflected light when the light amount obtained by subtracting the darkness light amount from the reference light amount at each wavelength is 100%, and the reflected light intensity input to the computer 19 for each wavelength is calculated for each wavelength. Converted to reflectivity intensity. The computer 19 calculates an electrical signal corresponding to the reflectance intensity for each wavelength in accordance with a predetermined end point detection algorithm, and detects a polishing end point of the predetermined conductive film 25.

導電性膜25の研磨終了時には、該導電性膜25下層のバリア膜等の影響を受けて研磨面の色合いが光学的に変化する。色の度合いは、それぞれの波長の反射率の足し合わせから決定される。図11の(a)、(b)は、一例としてTEOS(有機オキシシランのCVDによるSiO膜)/SiN(シリコンナイトライド)の積層絶縁膜についてTEOS部の研磨に伴う研磨面の各波長ごとの反射率の変化、即ち色合いの変化を示しており、(a)はTEOS部を研磨時間について拡大して示す図、(b)は研磨の進行に伴ないSiN部が露出したときの研磨面の色合いの変化を示している。この図11は、研磨の進行に伴う研磨面の各波長ごとの反射率の変化をモニタすることで、被研磨材の研磨状態を検出することができることを示している。   At the end of polishing of the conductive film 25, the color of the polished surface changes optically under the influence of the barrier film under the conductive film 25 and the like. The degree of color is determined from the sum of the reflectance of each wavelength. FIGS. 11A and 11B show, as an example, reflection for each wavelength of the polished surface of the TEOS (SiO film formed by CVD of organooxysilane) / SiN (silicon nitride) with polishing of the TEOS portion of the laminated insulating film. FIG. 4A shows a change in rate, that is, a change in hue, (a) is an enlarged view of the TEOS portion with respect to the polishing time, and (b) is a hue of the polished surface when the SiN portion is exposed as polishing progresses. Shows changes. FIG. 11 shows that the polishing state of the material to be polished can be detected by monitoring the change in the reflectance of each wavelength of the polishing surface with the progress of polishing.

また、Cu膜は、ある波長領域の反射率強度に対し、これよりも高い別の波長領域の反射率強度が大になることが知られている。図12は、このCu膜と該Cu膜下層のバリア膜であるTa/酸化膜について波長に対する反射率変化を示している。この図12中、r曲線で示すように、Cu膜の場合、500〜550nm領域の反射率はほぼ0.75%であるのに対し、700〜750nm領域の反射率はほぼ1.1%に大になっている。Cu膜は、研磨前及び研磨中このような反射率曲線を維持している。これに対し、Ta/酸化膜の場合は、s曲線で示すように、400〜750nmの全白色光範囲について反射率は、高波長領域側で僅かに低下するが、ほぼ0.6%程度の値で変化の少ない特性を示している。   Further, it is known that the Cu film has a higher reflectance intensity in another wavelength region than the reflectance intensity in a certain wavelength region. FIG. 12 shows the change in reflectance with respect to wavelength for the Cu film and the Ta / oxide film, which is a barrier film under the Cu film. As shown by the r curve in FIG. 12, in the case of the Cu film, the reflectance in the 500 to 550 nm region is approximately 0.75%, whereas the reflectance in the 700 to 750 nm region is approximately 1.1%. It ’s getting bigger. The Cu film maintains such a reflectance curve before and during polishing. On the other hand, in the case of the Ta / oxide film, as shown by the s curve, the reflectance slightly decreases in the high wavelength region side in the entire white light range of 400 to 750 nm, but is about 0.6%. The characteristic shows little change in value.

そして、Cu膜が研磨されて研磨面にTa/酸化膜が露出してくると、研磨面からの反射率は、Cu膜の反射率曲線であるr曲線から、Ta/酸化膜の反射率曲線であるs曲線に移行する。したがって、500〜550nm領域では反射率は僅かに低下するがその変化は少ない。これに対し、700〜750nmの波長領域では反射率は、ほぼ1.1%からほぼ0.6%程度の値に急激に低下する。そこで、本実施例の多波長型分光式センサ13は、式(4)に示すように、500〜550nm領域の反射率強度の積算値に対する700〜750nm領域の反射率強度の積算値の割合、即ちR.S.A(Ratio of Spectral Area)の値を評価することで研磨の進行に伴うCu膜の膜厚変化をモニタし、Cu膜の研磨終了時点を精度よく検出するようにしている。

Figure 2010067918
When the Cu film is polished and the Ta / oxide film is exposed on the polished surface, the reflectance from the polished surface is determined from the r curve that is the reflectance curve of the Cu film, and the reflectance curve of the Ta / oxide film. It moves to s curve which is. Therefore, in the 500 to 550 nm region, the reflectivity slightly decreases, but the change is small. On the other hand, in the wavelength region of 700 to 750 nm, the reflectance rapidly decreases from about 1.1% to a value of about 0.6%. Therefore, the multi-wavelength spectroscopic sensor 13 of the present embodiment has a ratio of the integrated value of the reflectance intensity in the 700 to 750 nm region to the integrated value of the reflectance intensity in the 500 to 550 nm region, as shown in Equation (4). R. S. By evaluating the value of A (Ratio of Spectral Area), the change in the thickness of the Cu film as the polishing progresses is monitored, and the polishing end point of the Cu film is accurately detected.
Figure 2010067918

図13は研磨時間に対する700〜750nm領域の反射率積算値R、500〜550nm領域の反射率積算値S及びR.S.A値の各変化を示している。この図13の変化特性から、Cu膜の研磨中、500〜550nm領域の反射率積算値Sはほぼ0.75の値で進行し、研磨終点ではほぼ0.65程度の値にやや低下する。これに対し、700〜750nm領域の反射率積算値Rはほぼ1.1の値で進行し、研磨終点では500〜550nm領域の反射率積算値とほぼ同じの0.65程度の値に急激に低下する。   13 shows the reflectance integrated value R in the 700 to 750 nm region and the reflectance integrated value S and R.R in the 500 to 550 nm region with respect to the polishing time. S. Each change in the A value is shown. From the change characteristics of FIG. 13, during the polishing of the Cu film, the reflectance integrated value S in the 500 to 550 nm region advances at a value of approximately 0.75, and slightly decreases to a value of approximately 0.65 at the polishing end point. On the other hand, the reflectance integrated value R in the 700 to 750 nm region advances at a value of approximately 1.1, and at the polishing end point, it rapidly increases to a value of approximately 0.65, which is substantially the same as the reflectance integrated value in the 500 to 550 nm region. descend.

したがって、Cu膜の研磨中、R.S.A値はほぼ(0.75/1.1=)0.68程度の値を維持して進行し、研磨終点では1.0強の値に急上昇する。このR.S.A値の急激な変化に対し、本実施例では、R.S.A値に所定値の閾値Tを設定し、急上昇するR.S.A値がこの閾値Tを超えた時点を研磨終了時点として検出している。   Therefore, during polishing of the Cu film, R.D. S. The A value proceeds while maintaining a value of about (0.75 / 1.1 =) 0.68, and rapidly increases to a value of just over 1.0 at the polishing end point. This R.I. S. In this embodiment, R.R. S. A threshold value T of a predetermined value is set for the A value, and the R. S. The time when the A value exceeds the threshold T is detected as the polishing end time.

なお、R.S.Aは、式(4)における分母(700〜750nm領域の反射率積算値)と分子(500〜550nm領域の反射率積算値)を逆にした形の値を用いても、研磨終了時点を検出することができる。このとき、R.S.A値の変化特性は、図13中に示す特性曲線とは逆に、研磨終点で急下降する特性曲線となる。   R.A. S. A can detect the end point of polishing using a value obtained by reversing the denominator (integral reflectance value in the 700 to 750 nm region) and the numerator (integral reflectance value in the 500 to 550 nm region) in Equation (4). can do. At this time, R.I. S. In contrast to the characteristic curve shown in FIG. 13, the change characteristic of the A value is a characteristic curve that rapidly decreases at the polishing end point.

また、本実施例の多波長型分光式センサ13は分光器29を備えていることから、分光計として機能させることもできる。そして、この分光計により、ウェーハWからの反射光を波長に対する反射率に分け、特定の波長帯域における反射率強度の変化、例えば前記図12中の700〜750nm領域における反射率強度の変化に基づいて該反射率強度が所定の値に到達したか否かを判別し、この判別結果から研磨終了時点を検出することもできる。   Further, since the multi-wavelength spectroscopic sensor 13 of this embodiment includes the spectroscope 29, it can also function as a spectrometer. Then, with this spectrometer, the reflected light from the wafer W is divided into reflectances with respect to wavelengths, and based on changes in reflectance intensity in a specific wavelength band, for example, changes in reflectance intensity in the 700 to 750 nm region in FIG. It is also possible to determine whether or not the reflectance intensity has reached a predetermined value, and to detect the polishing end point from the determination result.

次に、上述のように、それぞれ独立した動作原理を有する表皮渦電流センサ12と多波長型分光式センサ13とを有する研磨終了予測・検出装置の作用を図14乃至図16を用いて説明する。図14は研磨終了予測・検出装置による研磨終了時点の予測及び検出作用を説明するためのフローチャート、図15は研磨終了時点の他の検出作用を説明するためのフローチャート、図16は表皮渦電流センサによる研磨終点予測信号の波形例及び多波長型分光式センサによる研磨終点検出信号の波形例を示す波形図である。   Next, as described above, the operation of the polishing end prediction / detection device having the skin eddy current sensor 12 and the multi-wavelength spectroscopic sensor 13 having independent operation principles will be described with reference to FIGS. 14 to 16. . 14 is a flowchart for explaining the prediction and detection action at the polishing end time by the polishing end prediction / detection device, FIG. 15 is a flowchart for explaining another detection action at the polishing end time, and FIG. 16 is an epidermis eddy current sensor. FIG. 6 is a waveform diagram showing a waveform example of a polishing end point prediction signal by, and a waveform example of a polishing end point detection signal by a multi-wavelength spectroscopic sensor.

図14のフローチャートを用いて研磨終了予測・検出装置による研磨終了時点の予測及び検出作用を説明する。ウェーハ研磨装置1によりウェーハW上の所定の膜の研磨が開始されると、制御部9からコンピュータ19に向けて研磨開始信号が発信される(ステップS1)。コンピュータ19は該研磨開始信号を受信すると(ステップS2)、研磨終点の予測及び検出を開始する(ステップS3)。そして、表皮渦電流センサ12からセンサ信号を受け、所定のアルゴリズムにしたがって演算処理を実行し(ステップS4)、研磨終了時点を予測する(ステップS5)。また、これと並行してコンピュータ19は分光器29から各波長ごとの反射光強度に応じた電気信号を受け、この反射光強度を各波長ごとの反射率強度に換算した後、所定の終点検出アルゴリズムにしたがって演算処理を実行し(ステップS6)、前記研磨終点予測後の研磨終了時点を検出する(ステップS7)。そして、それぞれ検出された研磨終了時点の予測信号検出時間と研磨終了時点の検出信号検出時間との時間差が想定のマージンの範囲内であったときは(ステップS8のYes)、ウェーハ研磨装置1の制御部9に研磨終点信号を出力し(ステップS9)、研磨工程を終了させる(ステップS10)。一方、前記時間差が想定のマージン範囲外であったときは(ステップS8のNo)、ウェーハ研磨装置1の制御部9にエラー信号を出力し(ステップS11)、該制御部9からウェーハ研磨装置1にエラー発報を行わせる(ステップS12)。   The prediction and detection action of the polishing end time by the polishing end prediction / detection device will be described with reference to the flowchart of FIG. When polishing of a predetermined film on the wafer W is started by the wafer polishing apparatus 1, a polishing start signal is transmitted from the control unit 9 to the computer 19 (step S1). When the computer 19 receives the polishing start signal (step S2), it starts predicting and detecting the polishing end point (step S3). Then, the sensor signal is received from the epidermis eddy current sensor 12, and arithmetic processing is executed according to a predetermined algorithm (step S4), and the polishing end point is predicted (step S5). In parallel with this, the computer 19 receives an electrical signal corresponding to the reflected light intensity for each wavelength from the spectroscope 29, converts the reflected light intensity into the reflectance intensity for each wavelength, and then detects a predetermined end point. An arithmetic process is executed according to the algorithm (step S6), and the polishing end point after the polishing end point prediction is detected (step S7). When the detected time difference between the detected signal detection time at the end of polishing and the detection signal detection time at the end of polishing is within an assumed margin (Yes in step S8), the wafer polishing apparatus 1 A polishing end point signal is output to the controller 9 (step S9), and the polishing process is terminated (step S10). On the other hand, when the time difference is outside the assumed margin range (No in step S8), an error signal is output to the control unit 9 of the wafer polishing apparatus 1 (step S11), from the control unit 9 to the wafer polishing apparatus 1 Causes an error to be issued (step S12).

なお、前記ステップS5では、表皮渦電流センサ12からのセンサ信号により研磨終了時点を予測するとともにステップS7で研磨終了時点を検出する際の検出範囲を設定することで、研磨終了時点を一層確実且つ効率よく検出することができる。また、前記ステップS5で表皮渦電流センサ12からのセンサ信号により研磨終了時点の予測が行われた後は、該表皮渦電流センサ12におけるインダクタへ供給する高周波の電流を低減もしくはオフにすることで、導電性膜に誘起される磁束が軽減ないしはオフにされて該導電性膜下方のデバイスウェーハに形成されている素子等に過剰な磁場を与えることが抑えられる。   In step S5, the polishing end point is predicted based on the sensor signal from the epidermis eddy current sensor 12, and the detection range for detecting the polishing end point in step S7 is set. It can be detected efficiently. Further, after the polishing end point is predicted by the sensor signal from the skin eddy current sensor 12 in step S5, the high-frequency current supplied to the inductor in the skin eddy current sensor 12 is reduced or turned off. It is possible to reduce or turn off the magnetic flux induced in the conductive film and to prevent an excessive magnetic field from being applied to the elements formed on the device wafer below the conductive film.

次いで、図15のフローチャートを用いて研磨終了時点の他の検出作用を説明する。図15のフローチャートにおけるステップS21からステップS27までの処理は、前記図14のフローチャートにおけるステップS1からステップS7までの処理とほぼ同じである。この研磨終了時点の他の検出作用では、ステップS25において表皮渦電流センサ12からのセンサ信号による研磨終了時点の予測信号を研磨終了時点の検出信号と同等にみなしている。そして、ステップS25とステップS27の両ステップで研磨終了時点が検出されたとき、又はステップS25とステップS27のいずれかで研磨終了時点が検出されたとき(ステップS28)、ウェーハ研磨装置1の制御部9に研磨終点信号を出力し(ステップS29)、研磨工程を終了させる(ステップS30)。   Next, another detection action at the end of polishing will be described using the flowchart of FIG. The processing from step S21 to step S27 in the flowchart of FIG. 15 is substantially the same as the processing from step S1 to step S7 in the flowchart of FIG. In this other detection operation at the end of polishing, the prediction signal at the end of polishing based on the sensor signal from the epidermis eddy current sensor 12 is regarded as equivalent to the detection signal at the end of polishing in step S25. When the polishing end point is detected in both step S25 and step S27, or when the polishing end point is detected in either step S25 or step S27 (step S28), the control unit of the wafer polishing apparatus 1 The polishing end point signal is output to 9 (step S29), and the polishing process is terminated (step S30).

次に、ウェーハ研磨装置1における研磨条件の設定並びに研磨終了時点の予測及び検出方法の具体例を説明する。   Next, a specific example of the setting of polishing conditions in the wafer polishing apparatus 1 and the prediction and detection method of the polishing end point will be described.

まずウェーハ研磨装置1に対する研磨条件の設定は以下の通りである。
[研磨条件]
(消耗品)
スラリー:(株)フジミインコーポレーテッド社製 PL7105
研磨パッド:ローム&ハース(株)社製 IC1400 K−Grv
ドレス:#100、4inchDiscType
ウェーハ膜構成:Cu 1000nm/Ta 25nm/Oxide 800nm/Si
(研磨条件)
ウェーハ/リテーナ加圧:2.5psi/1.5psi
プラテン/研磨ヘッド回転数:95rpm/93rpm
スラリー流量:300ml/min
(インターバルドレス条件)
ドレス加重:4kgf
プラテン/ドレス回転数:80/88rpm
インターバルドレス時間:30sec
ここで、図16を用いて表皮渦電流センサ12による研磨終点予測信号の波形例及び多波長型分光式センサ13による研磨終点検出信号の波形例を示しながら、研磨終点の予測検出及び研磨終点検出の要領を説明する。図16は、同時に両センサ12,13で信号測定をした結果である。両波形例のうちの一方は表皮渦電流センサ12によって得られた表皮渦電流の波形であり、他方は多波長型分光式センサ13によって得られたR.S.A値の波形である。
First, the setting of polishing conditions for the wafer polishing apparatus 1 is as follows.
[Polishing conditions]
(the expendables)
Slurry: PL7105 manufactured by Fujimi Incorporated
Polishing pad: IC1400 K-Grv manufactured by Rohm & Haas Co., Ltd.
Dress: # 100, 4inch Disc Type
Wafer film configuration: Cu 1000 nm / Ta 25 nm / Oxide 800 nm / Si
(Polishing conditions)
Wafer / retainer pressure: 2.5 psi / 1.5 psi
Platen / polishing head rotational speed: 95 rpm / 93 rpm
Slurry flow rate: 300ml / min
(Interval dress condition)
Dress weight: 4kgf
Platen / dress rotation speed: 80/88 rpm
Interval dress time: 30 sec
Here, while showing an example of the waveform of the polishing end point prediction signal by the epidermis eddy current sensor 12 and an example of the waveform of the polishing end point detection signal by the multi-wavelength spectroscopic sensor 13 with reference to FIG. Explain the point. FIG. 16 shows the result of signal measurement by both sensors 12 and 13 at the same time. One of the waveform examples is the waveform of the skin eddy current obtained by the skin eddy current sensor 12, and the other is the R.D. obtained by the multiwavelength spectroscopic sensor 13. S. It is a waveform of A value.

表皮渦電流センサ12では、導電性膜を除去する直前に大きな変曲点Pを有する。その変曲点Pを過ぎると、急激にセンサ出力が低下し、研磨終了時点を迎える。それに対して、多波長型分光式センサ13は、導電性膜が除去され表皮渦電流センサ12によって得られた表皮渦電流が変曲点Pを迎える辺りのQ点から急激にR.S.A値の曲線が変化する。   The epidermis eddy current sensor 12 has a large inflection point P immediately before removing the conductive film. When the inflection point P is passed, the sensor output suddenly decreases and the polishing end point is reached. On the other hand, the multi-wavelength spectroscopic sensor 13 has a sharp R.D. from the Q point where the skin eddy current obtained by the skin eddy current sensor 12 with the conductive film removed reaches the inflection point P. S. The curve of A value changes.

これらの挙動は、まず表皮渦電流センサ12は、表皮効果によって侵入できなかった磁場が徐々に導電性膜内に侵入し始め、導電性膜表面に発生する渦電流が徐々に増加していく現象から、その後、磁場は導電性膜内に侵入するものの導電性膜そのものの膜厚減少により、導電性膜内に侵入した磁場によって生じる渦電流自体が実質的に減少する現象へ遷移することによって起こる。それより、その状態変化で研磨終了の直前にピークPがでるため、このピークPが研磨終点を正確に予測するポイントになる。   In these behaviors, first, the skin eddy current sensor 12 is a phenomenon in which a magnetic field that could not penetrate due to the skin effect begins to gradually enter the conductive film, and the eddy current generated on the surface of the conductive film gradually increases. From then on, the magnetic field penetrates into the conductive film, but is caused by a transition to a phenomenon in which the eddy current itself caused by the magnetic field penetrated into the conductive film is substantially reduced due to a decrease in the film thickness of the conductive film itself. . As a result, a peak P appears immediately before the end of polishing due to the change in the state, and this peak P is a point for accurately predicting the polishing end point.

一方、丁度この表皮効果によって侵入できなかった磁場が徐々に導電性膜内に入り出し、その磁場によって渦電流が変曲点Pを迎える辺りから、表面の導電性膜は光学的にも色合いが多少変化してくる。即ち、金属性膜とはいえ、一部の光はその金属膜を透過することができる。ここでは、そのピーク時点は約55sec時点でその渦電流の形成により、表皮渦電流センサ12の信号強度はピークPを迎える。この後、約4sec後である59sec時点で研磨終了時点となる。このとき、予め多波長型分光式センサ13の終点を告げる信号の閾値Tを59sec±1sec程度として設定しておく。本具体例では、予め設定した4sec後である59sec時点で多波長型分光式センサ13よるR.S.A値が予め設定した閾値Tを超えて、多波長型分光式センサ13も研磨終点を検出する。   On the other hand, since the magnetic field that could not enter due to the skin effect gradually enters the conductive film, and the eddy current reaches the inflection point P due to the magnetic field, the surface conductive film is optically colored. It changes a little. That is, although it is a metallic film, a part of light can pass through the metallic film. Here, the peak time is about 55 seconds, and the signal intensity of the skin eddy current sensor 12 reaches a peak P due to the formation of the eddy current. Thereafter, the polishing end time is reached at 59 seconds, which is about 4 seconds later. At this time, the threshold value T of the signal for telling the end point of the multi-wavelength spectroscopic sensor 13 is set in advance as about 59 sec ± 1 sec. In this specific example, the R.V. by the multi-wavelength spectroscopic sensor 13 at 59 sec, which is 4 sec after preset. S. When the A value exceeds a preset threshold value T, the multi-wavelength spectroscopic sensor 13 also detects the polishing end point.

これにより、両センサ12,13の研磨終了時点の予測及び研磨終了時点の検出が丁度合わさったことから、研磨終了時点は59secとして59secで研磨を止めることが可能となる。これが、仮に多波長型分光式センサ13の研磨終点検出が、先に検出した表皮渦電流センサ12の予測と大幅にずれた場合、センサ異常ということで、直ぐさま研磨を終了させるとともに、その後の研磨を停止することも可能となる。何が原因して双方の予測検出と終点検出がずれたかを、この後に調べればよい。このようにして、両センサ12,13を使用して、正確に研磨の終了時点を予測及び検出し、ウェーハ研磨装置1の研磨終了を検出することが可能となる。   As a result, the prediction of the polishing end point and the detection of the polishing end point of both sensors 12 and 13 have just been combined, so that the polishing end point can be 59 sec and the polishing can be stopped at 59 sec. If the polishing end point detection of the multi-wavelength spectroscopic sensor 13 deviates significantly from the previously detected prediction of the skin eddy current sensor 12, this means that the sensor is abnormal and the polishing is immediately terminated. It is also possible to stop the polishing. What is necessary is just to investigate after this whether both prediction detection and end point detection shifted | deviated. In this way, it is possible to accurately predict and detect the end point of polishing using both sensors 12 and 13 and detect the end of polishing of the wafer polishing apparatus 1.

なお、本実施例では、ウェーハ研磨装置1に搭載したセンサは、表皮渦電流センサ12と多波長型分光式センサ13の2基としたが、ウェーハ研磨装置1に搭載するセンサ数は3基以上としてもよい。搭載するセンサ数を3基以上とすることで、ウェーハ上の導電性膜の研磨終了時点の予測及び検出を、より一層タイムリーで精度よく行うことができる。   In this embodiment, two sensors, the skin eddy current sensor 12 and the multi-wavelength spectroscopic sensor 13, are mounted on the wafer polishing apparatus 1, but the number of sensors mounted on the wafer polishing apparatus 1 is three or more. It is good. By setting the number of sensors to be three or more, prediction and detection of the polishing end point of the conductive film on the wafer can be performed more timely and accurately.

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 the present invention naturally extends to the modified ones.

図は本発明の実施例に係る研磨終了予測・検出方法とその装置を示すものである。
研磨終了予測・検出装置が組み込まれたウェーハ研磨装置の斜視図。 ウェーハ研磨装置に組み込まれた表皮渦電流センサ及び多波長型分光式センサのブロック図。 図2におけるウィンドウ部の拡大縦断面図。 図3におけるウィンドウの変形例を示す縦断面図。 表皮渦電流センサの詳細構成を示すブロック図。 表皮渦電流センサにおける発振回路の基本的な構成例を示す図であり、(a)は構成図、(b)は図(a)の等価回路。 表皮渦電流センサにおけるコイルから発生した磁場が導体膜上でどのような向きに配列しているかを電磁シミュレーションした結果を示す図であり、(a)はセンサからの発振周波数が1MHzで導体膜の膜厚が0.2μmの場合、(b)はセンサからの発振周波数が1MHzで導体膜の膜厚が1μmの場合、(c)はセンサからの発振周波数が40MHzで導体膜の膜厚が0.2μmの場合、(d)はセンサからの発振周波数が40MHzで導体膜の膜厚が1μmの場合。 表皮渦電流センサにおける電磁結合で発生する磁場によるインダクタンスの変化作用を説明するための構成図。 ウェーハ研磨装置による導電性膜の研磨削除に伴う表皮効果による磁束等の変化例及び特徴的な変化の検出作用を説明するための組図であり、(a)〜(d)は導電性膜の研磨削除に伴う磁束等の変化例を示す図、(e)は導電性膜の膜厚変化に対する共振周波数の変化例を示す特性図。 多波長型分光式センサにおける分光器の構成図。 TEOS/SiN絶縁膜についてTEOS部の研磨に伴う研磨面の色合いの変化を示す図であり、(a)はTEOS部を研磨時間について拡大して示し、(b)は研磨の進行に伴ないSiN部が露出したときの研磨面の色合いの変化を示す図。 Cu膜とTa/酸化膜の波長に対する反射率変化を示す特性図。 研磨時間に対する反射率積算値の変化及びR.S.Aの変化を示す特性図。 研磨終了予測・検出装置による研磨終了時点の予測及び検出作用を説明するためのフローチャート。 研磨終了予測・検出装置による研磨終了時点の他の検出作用を説明するためのフローチャート。 表皮渦電流センサによる研磨終点予測信号の波形例及び多波長型分光式センサによる研磨終点検出信号の波形例を示す波形図。
FIG. 1 shows a polishing end prediction / detection method and apparatus according to an embodiment of the present invention.
1 is a perspective view of a wafer polishing apparatus in which a polishing completion prediction / detection device is incorporated. 1 is a block diagram of a skin eddy current sensor and a multiwavelength spectroscopic sensor incorporated in a wafer polishing apparatus. The expanded longitudinal cross-sectional view of the window part in FIG. The longitudinal cross-sectional view which shows the modification of the window in FIG. The block diagram which shows the detailed structure of a skin eddy current sensor. It is a figure which shows the basic structural example of the oscillation circuit in an epidermis eddy current sensor, (a) is a block diagram, (b) is an equivalent circuit of figure (a). It is a figure which shows the result of carrying out the electromagnetic simulation about what direction the magnetic field generated from the coil in a skin eddy current sensor is arranged on a conductor film, (a) is the oscillation frequency of a sensor film with the oscillation frequency from a sensor being 1 MHz. When the film thickness is 0.2 μm, (b) is when the oscillation frequency from the sensor is 1 MHz and the film thickness of the conductor film is 1 μm, and (c) is when the oscillation frequency from the sensor is 40 MHz and the film thickness of the conductor film is 0 In the case of 2 μm, (d) is the case where the oscillation frequency from the sensor is 40 MHz and the film thickness of the conductor film is 1 μm. The block diagram for demonstrating the change effect | action of the inductance by the magnetic field which generate | occur | produces by the electromagnetic coupling in an epidermis eddy current sensor. FIG. 4 is a set of diagrams for explaining an example of a change in magnetic flux and the like due to a skin effect caused by removal of polishing of a conductive film by a wafer polishing apparatus, and a characteristic change detection action; (a) to (d) of FIG. The figure which shows the example of a change of the magnetic flux etc. accompanying grinding | polishing deletion, (e) is a characteristic figure which shows the example of a change of the resonant frequency with respect to the film thickness change of an electroconductive film. The block diagram of the spectrometer in a multiwavelength type | mold spectral sensor. It is a figure which shows the change of the color of the grinding | polishing surface accompanying the grinding | polishing of a TEOS part about a TEOS / SiN insulating film, (a) expands and shows a TEOS part about grinding | polishing time, (b) is SiN accompanying progress of grinding | polishing. The figure which shows the change of the hue of the grinding | polishing surface when a part is exposed. The characteristic view which shows the reflectance change with respect to the wavelength of Cu film | membrane and Ta / oxide film. Change in reflectance integrated value with respect to polishing time and R.I. S. The characteristic view which shows the change of A. FIG. The flowchart for demonstrating the prediction and detection effect | action of the completion | finish time of grinding | polishing by a grinding | polishing completion | finish prediction and detection apparatus. The flowchart for demonstrating the other detection effect | action of the grinding | polishing completion time by the grinding | polishing completion prediction and detection apparatus. The wave form diagram which shows the waveform example of the grinding | polishing end point prediction signal by a skin eddy current sensor, and the waveform example of the grinding | polishing end point detection signal by a multiwavelength type | mold spectral sensor.

符号の説明Explanation of symbols

1 ウェーハ研磨装置
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 ノズル
8 回転軸
9 制御部
10 観測孔
11 ウィンドウ
11a 上流側ウィンドウ領域
11b 下流側ウィンドウ領域
12 表皮渦電流センサ
13 多波長型分光式センサ
14 平面インダクタ
15 共振用ボックス
16 信号ケーブル
17 擦り板
18 スリップリング
19 コンピュータ
20 発振回路
21 集中定数キャパシタ
22 増幅器
23 フィードバック・ネットワーク
24 周波数カウンタ
25 所定の導電性膜
26 光源部
27 照射・受光光学系
28 受光部
29 分光器
30 ライトガイド
31 ライトガイド
32 入射スリット
33 平面鏡
34 凹面回折格子
35 アレイ受光素子
36 マルチプレクサ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Wafer polisher 2 Platen 3 Polishing head 4 Rotating shaft 5 Motor 6 Polishing pad 7 Nozzle 8 Rotating shaft 9 Control part 10 Observation hole 11 Window 11a Upstream window area 11b Downstream window area 12 Skin eddy current sensor 13 Multiwavelength type spectroscopy Type Sensor 14 Planar Inductor 15 Resonant Box 16 Signal Cable 17 Scraping Plate 18 Slip Ring 19 Computer 20 Oscillation Circuit 21 Lumped Capacitor 22 Amplifier 23 Feedback Network 24 Frequency Counter 25 Predetermined Conductive Film 26 Light Source 27 Irradiation / Reception Optical System 28 Light receiving unit 29 Spectroscope 30 Light guide 31 Light guide 32 Incident slit 33 Plane mirror 34 Concave diffraction grating 35 Array light receiving element 36 Multiplexer

Claims (5)

ウェーハをプラテン上の研磨パッドに押し付け、前記プラテンに対し相対回転させて前記ウェーハ上の導電性膜を研磨し、所定の導電性膜が適正に除去されたときの研磨終了時点を予測及び検出する研磨終了予測・検出方法であって、
研磨中に前記ウェーハの表面状態をモニタする少なくとも二つのセンサを配置し、その一つのセンサは、導電性膜の材質を一因子として決まる表皮効果による磁束変化を基に研磨終了時点を予測する表皮渦電流センサを使用し、前記所定の導電性膜としての金属膜を除去する終了前に表皮効果に基づく特徴的な変化を利用して研磨終了時点を予測し、他方のセンサは、前記プラテン内に設けられたウィンドウを通して前記ウェーハに光を照射し、前記金属膜からの反射光をモニタして研磨終了時点を検出する多波長型分光式センサであって、前記表皮渦電流センサは前記ウィンドウに組み付けられていることを特徴とする研磨終了予測・検出方法。
A wafer is pressed against a polishing pad on a platen and rotated relative to the platen to polish the conductive film on the wafer, and a polishing end point when a predetermined conductive film is properly removed is predicted and detected. Polishing end prediction / detection method,
At least two sensors for monitoring the surface condition of the wafer during polishing are arranged, and one sensor predicts the end point of polishing based on the magnetic flux change due to the skin effect determined by the material of the conductive film as one factor. An eddy current sensor is used to predict the polishing end point using a characteristic change based on the skin effect before the end of removing the metal film as the predetermined conductive film, and the other sensor in the platen A multi-wavelength spectroscopic sensor for irradiating light to the wafer through a window provided on the substrate and monitoring reflected light from the metal film to detect a polishing end time, wherein the skin eddy current sensor is applied to the window. A polishing end prediction / detection method characterized by being assembled.
上記ウェーハの運動方向に対し、上流側のウィンドウ領域に上記表皮渦電流センサを組み付け、下流側のウィンドウ領域を上記多波長型分光式センサにおける光透過領域に設定するとともに、前記表皮渦電流センサの上方には上記研磨パッドと面一になるように擦り板を取り付けたことを特徴とする請求項1記載の研磨終了予測・検出方法。   The skin eddy current sensor is assembled in the upstream window region with respect to the movement direction of the wafer, the downstream window region is set as a light transmission region in the multi-wavelength spectroscopic sensor, and the skin eddy current sensor 2. The polishing end prediction / detection method according to claim 1, wherein a rubbing plate is attached above the polishing pad so as to be flush with the polishing pad. 導電性膜を研磨して、所定の導電性膜が適正に除去されたときの研磨終了時点を予測及び検出する研磨終了予測・検出方法であって、
研磨中にウェーハの表面状態をモニタする少なくとも二つのセンサを一体的に配置し、その一つのセンサは、導電性膜の材質を一因子として決まる表皮効果による磁束変化を基に研磨終了時点を予測する表皮渦電流センサを使用し、前記所定の導電性膜としてのCu膜を除去する終了前に表皮効果に基づく特徴的な変化を利用して研磨終了時点を予測するとともに他方のセンサが研磨終了時点を検出する際の検出範囲を設定する機能を有し、前記他方のセンサは、多波長型分光式センサであって、前記検出範囲内に存在する研磨終了時点を検出することを特徴とする研磨終了予測・検出方法。
A polishing end prediction / detection method for predicting and detecting a polishing end point when a conductive film is polished and a predetermined conductive film is properly removed,
At least two sensors that monitor the surface condition of the wafer during polishing are integrated, and one sensor predicts the end point of polishing based on the magnetic flux change due to the skin effect determined by the material of the conductive film as a factor. The skin eddy current sensor is used to predict the polishing end time using the characteristic change based on the skin effect before the Cu film as the predetermined conductive film is removed and the other sensor finishes polishing. It has a function of setting a detection range when detecting a time point, and the other sensor is a multi-wavelength spectroscopic sensor, and detects a polishing end point existing in the detection range. Polishing end prediction / detection method.
表皮渦電流センサで構成された一つのセンサと、多波長型分光式センサで構成された他方のセンサとを備え、前記表皮渦電流センサは前記多波長型分光式センサにおける光透過用のウィンドウに組み付けられており、所定の導電性膜としての金属膜を研磨して、該金属膜が適正に除去されたときの研磨終了時点を予測及び検出する研磨終了予測・検出装置であって、
請求項1記載の研磨終了予測・検出方法を実行することを特徴とする研磨終了予測・検出装置。
One sensor composed of a skin eddy current sensor and the other sensor composed of a multi-wavelength spectroscopic sensor, the skin eddy current sensor serving as a light transmission window in the multi-wavelength spectroscopic sensor A polishing end prediction / detection device that polishes a metal film as a predetermined conductive film and predicts and detects a polishing end time when the metal film is properly removed,
A polishing completion prediction / detection apparatus, wherein the polishing completion prediction / detection method according to claim 1 is executed.
表皮渦電流センサで構成された一つのセンサと多波長型分光式センサで構成された他方のセンサとを一体的に配置し、所定の導電性膜としてのCu膜を研磨して、該Cu膜が適正に除去されたときの研磨終了時点を予測及び検出する研磨終了予測・検出装置であって、
請求項3記載の研磨終了予測・検出方法を実行することを特徴とする研磨終了予測・検出装置。
One sensor constituted by an epidermis eddy current sensor and the other sensor constituted by a multi-wavelength type spectroscopic sensor are integrally arranged, and a Cu film as a predetermined conductive film is polished, and the Cu film A polishing end prediction / detection device for predicting and detecting the end point of polishing when is properly removed,
4. A polishing completion prediction / detection apparatus, wherein the polishing completion prediction / detection method according to claim 3 is executed.
JP2008235277A 2008-09-12 2008-09-12 Polishing completion prediction / detection method and apparatus Expired - Fee Related JP5361299B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008235277A JP5361299B2 (en) 2008-09-12 2008-09-12 Polishing completion prediction / detection method and apparatus

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008235277A JP5361299B2 (en) 2008-09-12 2008-09-12 Polishing completion prediction / detection method and apparatus

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2010067918A true JP2010067918A (en) 2010-03-25
JP5361299B2 JP5361299B2 (en) 2013-12-04

Family

ID=42193218

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2008235277A Expired - Fee Related JP5361299B2 (en) 2008-09-12 2008-09-12 Polishing completion prediction / detection method and apparatus

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5361299B2 (en)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010073719A (en) * 2008-09-16 2010-04-02 Tokyo Seimitsu Co Ltd Method and device for predicting and detecting polishing end point
JP2012019114A (en) * 2010-07-08 2012-01-26 Tokyo Seimitsu Co Ltd Polishing end point detection system and polishing end point detection method
JP2015008303A (en) * 2014-08-04 2015-01-15 株式会社東京精密 Polishing end point detector, and polishing end point detection method
JP2017064899A (en) * 2015-10-01 2017-04-06 株式会社荏原製作所 Polishing device
WO2020068345A1 (en) * 2018-09-24 2020-04-02 Applied Materials, Inc. Machine vision as input to a cmp process control algorithm
US11836913B2 (en) 2020-06-29 2023-12-05 Applied Materials, Inc. Film thickness estimation from machine learning based processing of substrate images

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2021053754A (en) * 2019-09-30 2021-04-08 富士紡ホールディングス株式会社 Polishing pad and method for manufacturing polished product
JP2021053747A (en) * 2019-09-30 2021-04-08 富士紡ホールディングス株式会社 Polishing pad and method for manufacturing polished product
JP2021053753A (en) * 2019-09-30 2021-04-08 富士紡ホールディングス株式会社 Polishing pad and method for manufacturing polished product
JP2021053748A (en) * 2019-09-30 2021-04-08 富士紡ホールディングス株式会社 Polishing pad and method for manufacturing polished product

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003021501A (en) * 2000-11-24 2003-01-24 Ebara Corp Eddy current sensor

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003021501A (en) * 2000-11-24 2003-01-24 Ebara Corp Eddy current sensor

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010073719A (en) * 2008-09-16 2010-04-02 Tokyo Seimitsu Co Ltd Method and device for predicting and detecting polishing end point
JP2012019114A (en) * 2010-07-08 2012-01-26 Tokyo Seimitsu Co Ltd Polishing end point detection system and polishing end point detection method
JP2015008303A (en) * 2014-08-04 2015-01-15 株式会社東京精密 Polishing end point detector, and polishing end point detection method
JP2017064899A (en) * 2015-10-01 2017-04-06 株式会社荏原製作所 Polishing device
CN106863104A (en) * 2015-10-01 2017-06-20 株式会社荏原制作所 Lapping device
WO2020068345A1 (en) * 2018-09-24 2020-04-02 Applied Materials, Inc. Machine vision as input to a cmp process control algorithm
CN112823080A (en) * 2018-09-24 2021-05-18 应用材料公司 Using machine vision as input to CMP process control algorithms
US11577356B2 (en) 2018-09-24 2023-02-14 Applied Materials, Inc. Machine vision as input to a CMP process control algorithm
US11836913B2 (en) 2020-06-29 2023-12-05 Applied Materials, Inc. Film thickness estimation from machine learning based processing of substrate images
US11847776B2 (en) 2020-06-29 2023-12-19 Applied Materials, Inc. System using film thickness estimation from machine learning based processing of substrate images

Also Published As

Publication number Publication date
JP5361299B2 (en) 2013-12-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5361299B2 (en) Polishing completion prediction / detection method and apparatus
JP3431115B2 (en) Apparatus and method for monitoring the operation of chemical mechanical polishing in situ
JP4963908B2 (en) Polishing pad
US6676482B2 (en) Learning method and apparatus for predictive determination of endpoint during chemical mechanical planarization using sparse sampling
US6361646B1 (en) Method and apparatus for endpoint detection for chemical mechanical polishing
TWI528439B (en) High sensitivity eddy current monitoring system
KR100914365B1 (en) Integrated endpoint detection system with optical and eddy current monitoring
CN100367468C (en) System and method of broad band optical end point detection for film change indication
KR100334203B1 (en) Forming a transparent window in a polishing pad for a chemical mechanical polishing apparatus
KR101930966B1 (en) Apparatus for measuring surface properties of polishing pad
KR101918803B1 (en) Measurement of film thickness using fourier transform
US9440327B2 (en) Polishing apparatus and polishing method
KR100506942B1 (en) Chemical mechanical polishing apparatus
JPH097985A6 (en) Apparatus and method for in-situ monitoring of chemical mechanical polishing operations
TWI478259B (en) Tracking spectrum features in two dimensions for endpoint detection
JP2003534649A (en) Method and apparatus for on-site endpoint detection and process monitoring for chemical mechanical polishing
TW201018544A (en) Polishing method and apparatus
TW201249592A (en) Eddy current monitoring of metal residue or metal pillars
JP5361300B2 (en) Polishing end point prediction and detection method and apparatus
JP5339791B2 (en) Polishing end point detection method and polishing apparatus
JP5339859B2 (en) Method and apparatus for detecting end of polishing
US9248544B2 (en) Endpoint detection during polishing using integrated differential intensity
JP2011249833A (en) Polishing pad for use in in-situ endpoint detection in cmp process
JP4581427B2 (en) Film thickness evaluation method, polishing end point detection method
JP2012019114A (en) Polishing end point detection system and polishing end point detection method

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20110822

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20130305

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20130507

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20130903

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20130903

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5361299

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees