JP2011164110A - 渦電流測定あるいは光学測定を利用して、メタライゼーション処理を実状態で監視する方法 - Google Patents
渦電流測定あるいは光学測定を利用して、メタライゼーション処理を実状態で監視する方法 Download PDFInfo
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Abstract
【解決手段】渦電流プローブに検出コイルを設ける。渦電流プローブの検出コイルに交流電圧を印加する。渦電流プルーブの検出コイルがサンプルの薄膜に近接したときには、該検出コイルで第1の信号を測定する。該検出コイルが、既知の組成を有しおよび/または該コイルから離れて設けられた基準部材に近接する位置にあるときには、該検出コイルで第2の信号を測定する。第1の信号に含まれる利得及び/又は位相の歪みを第2の信号に基づいて校正する。校正した第1の信号に基づいて薄膜の特性値を決定する。上述の方法を実行する装置を更に開示する。加えて、研磨剤でサンプルを研磨し、このサンプルを監視する化学機械研磨(CMP)システムを開示する。このCMPシステムは、研磨テーブルと、研磨テーブル上でサンプルを保持する構成であるサンプルキャリヤと、渦電流プローブとを含む。
【選択図】図1
Description
REF(I,Q)=(Ri −OCi ,Rq −OCq ) [1]
WAF(I,Q)=(Wi −OCi ,Wq −OCq ) [2]
Wi は、ウエハ信号のI成分であり、Wq は、ウエハ信号のQ成分である。
2…チャンバ
100…化学機械研磨(CMP)システム
102…渦電流プローブ
104…ウエハキャリヤ
106…パッド
108…オペレーティングプロセッサ
110…研磨プラテン
200…渦電流プローブ回路
202…差動プローブコイル
202a…基準コイル
202b…検出コイル
203…プローブヘッド
204…ブリッジ回路
205…サンプル
206…プラテン
206…器
208…周波数発生器
210…器
212…データ点
214…第1のミキサ
216…第2のミキサ
218…ローパスフィルタ
220…ローパスフィルタ
222…アナログデジタル変換器
234…データ点
250…同期検出ブロック
310…データ点
375…矢印
500…光学測定デバイス
502…渦電流プローブ
504…光ファイバ測定デバイス
510…ハウジング
600…CMP装置
601…サンプルホルダ
602…サンプル
604…スラリ
606…プラテン
607…パッド
608…穴
610…光学素子
612…流体ポンプ
613…流動流体
614…流体出口
616…検出可能信号
618…検出可能信号
623…流動流体
802…二酸化珪素層
804…Ta層
804a…Ta下層
804a…Ta層
804b…Ta
806…Cu層
806a…Cu層
808…高位点
810a…領域
858…Cu層
858…最高点
900…堆積ツール
902…第2のチャンバ
902a…第1のチャンバ
902b…第2のチャンバ
904…サンプル
906a…第1の材料
906b…第2の材料
910…トランスファモジュール
912…渦電流プローブ
914a…渦電流プローブ
914b…渦電流プローブ
916a…光学エミッタ
916b…光学エミッタ/検出器
918a…検出器
Claims (64)
- サンプルに形成された薄膜を除去しながら、検出コイルを組み込んだ渦電流プルーブを用いて、該薄膜に関する情報を実状態で取得する方法であって、
(a)前記渦電流プルーブの検出コイルに交流電圧を印加する工程と、
(b)前記渦電流プルーブの検出コイルが前記サンプルの薄膜に近接したときに、該検出コイルに生じる第1の信号を測定する工程と、
(c)特定の組成を有し、あるいは前記渦電流プルーブの検出コイルから所定距離に設けられた基準部材に該検出コイルが近接したときに、該検出コイルに生じる第2の信号を測定する工程と、
(d)前記第1の信号に含まれる利得あるいは位相の歪みを補正するべく、前記第2の信号に基づいて該第1の信号を校正する工程と、
(e)前記校正した第1の信号に基づいて、前記薄膜の特性値を決定する工程と
を備える方法。 - 前記特性値が、前記薄膜の膜厚である請求項1記載の方法。
- 前記基準部材が、サンプルを保持するサンプルキャリヤである請求項1又は2記載の方法。
- 請求項1ないし請求項3のいずれかに記載の方法であって、
前記渦電流プルーブの検出コイルを前記サンプルおよび前記基準部材から離した状態で、該検出コイルに生じる第3の信号を測定する工程を更に備え、
前記第1の信号を校正する工程は、前記第3の信号も考慮して該第1の信号を校正する工程である方法。 - 請求項4記載の方法であって、
前記第1の信号を校正する工程は、温度変化、あるいは前記渦電流プルーブと前記基準部材との間の距離の変化に起因した利得あるいは位相の誤差を補正する工程である方法。 - 複数の検出コイル間で平衡を取る工程を更に備えた請求項1ないし請求項5のいずれかに記載の方法。
- 第1の信号、第2の信号、及び第3の信号が、それぞれに同相成分と直角位相成分とを含んでいる請求項4記載の方法。
- 請求項7の方法であって、
前記決定される特性値は、前記第1の信号、第2の信号、及び第3の信号に基づいて求められる温度変化量、あるいは前記検出コイルと前記基準部材との間の距離変化量であり、
前記前記求められた温度変化量あるいは距離変化量に基づいて、前記薄膜を除去する処理を調整する工程を更に備えている方法。 - 前記第1の信号、第2の信号、及び第3の信号間の関係に基づいて前記温度変化量を求め、時間の関数として求められた該第3の信号の振幅の変化量に基づいて前記距離変化量を求める請求項8記載の方法。
- 請求項8または請求項9に記載の方法であって、
前記除去処理を調整する工程は、前記渦電流プルーブと前記サンプルとの間に設けられたパッドを交換する工程である方法。 - 請求項8または請求項9に記載の方法であって、
前記除去処理を調整する工程は、該除去処理を行う設備を変更する工程である方法。 - 請求項8または請求項9に記載の方法であって、
前記除去処理を調整する工程は、終了時間を設定あるいは修正する工程である方法。 - 請求項2記載の方法であって、
前記薄膜の膜厚を決定する工程は、
膜厚が既知のサンプルから得られた振幅値に基づいて、振幅値と膜厚との相関を求める工程と、
前記求められた前記振幅値と前記膜厚との相関を参照することにより、前記校正された第1の信号の振幅から前記薄膜の膜厚を決定する工程と
を備えている方法。 - 請求項13記載の方法であって、
前記相関を求める工程は、膜厚が既知のサンプルから振幅値と膜厚との相関を示す一次式を時間の関数として求める工程であり、
前記膜厚を決定する工程は、前記校正された第1の信号の振幅を前記一次式に当てはめることにより、前記膜厚を決定する工程である方法。 - 前記検出コイルに印加される交流電圧の周波数が、前記薄膜の組成、前記検出コイルの大きさ、あるいは該薄膜の測定しようとする領域の深さの3つの中から選択された要因に基づいて設定される請求項1ないし請求項14のいずれかに記載の方法。
- 前記検出コイルに印加される交流電圧が複数の周波数に設定されて、工程(a)ないし工程(d)の各工程が行われる請求項15記載の方法。
- 前記第1の信号が、前記サンプルの複数の領域で測定される請求項1ないし請求項16のいずれかに記載の方法。
- 請求項17記載の方法であって、
前記決定された特性値は、前記校正された第1の信号に基づいて求められた前記サンプルの各領域での除去速度であり、
除去の均一性を向上させるために、前記求められた除去速度に基づいて前記除去処理を調整する工程を更に備えている方法。 - 請求項18記載の方法であって、
前記除去処理を調整する工程は、前記サンプルキャリヤに前記サンプルが保持されている領域の背面側に設けられた空気袋内の空気量を、前記求められた除去速度が相対的に低い領域では増加させる工程である方法。 - 請求項18記載の方法であって、
前記除去処理を調整する工程は、前記求められた除去速度が想定的に低い領域では除去速度を増加させる工程である方法。 - 請求項17ないし請求項21のいずれかに記載の方法であって、
前記決定された特性値は、前記サンプルの各測定領域での除去速度であり、
前記薄膜が完全に除去されるまでに要する時間を、前記求められた除去速度に基づいて予測する工程と、
前記除去処理の終了時間を、前記薄膜が完全に除去されるまでの予測時間に基づいて調整する工程と
を更に備える方法。 - サンプルに形成された薄膜に関する情報を取得する測定装置であって、
交流電源と、
前記交流電源に接続されて交流電圧が印加される検出コイルと、
前記検出コイルに接続されて、該検出コイルに生じる交流電圧の変化を検出するインピーダンス検出器と、
プログラミング命令を記憶したメモリと、
前記メモリに接続されて、前記検出コイルに交流電流を印加するとともに、該検出コイルに生じた交流電圧の変化を解析して、前記サンプルに形成された前記薄膜の膜厚を決定する処理を、該メモリとともに司るプロセッサと
を備える測定装置。 - 請求項22記載の測定装置であって、
前記交流電源に接続されて、該交流電圧が印加される基準コイルを更に備えるとともに、
前記インピーダンス検出器は、前記検出コイルと前記基準コイルとの交流電圧間の差分信号を増幅する検出器であり、
前記プロセッサ及びメモリは、前記検出コイルの交流電圧と前記基準コイルの交流電圧との間の差分信号を解析するプロセッサおよびメモリである測定装置。 - 請求項23記載の測定装置であって、
前記インピーダンス検出器は、同期検出器であり、
前記検出コイルと、前記基準コイルと、前記同期検出器とに結合されたインピーダンスブリッジを更に備えている測定装置。 - 請求項24記載の測定装置であって、
前記インピーダンスブリッジは、実質的に平衡が取られたブリッジであり、
前記同期検出器は、前記平衡が取られたインピーダンスブリッジで測定された差分信号を増幅する検出器である測定装置。 - 請求項25記載の測定装置であって、
前記ブリッジ内の第1の抵抗と該ブリッジ内の第2の抵抗とでインピーダンスを平衡させるために、該第1の抵抗のインピーダンスを調整するインピーダンス調整ブロックを備えている測定装置。 - 請求項23記載の測定装置であって、
前記検出コイルと前記基準コイルとでインピーダンスを平衡させるために、該検出コイルあるいは該基準コイルのインピーダンスを調整するインピーダンス調整ブロックを備えている測定装置。 - 前記基準コイルおよび前記検出コイルの各々が、相対的に温度変化の影響を受け難いコア部材に巻き付けられている請求項23記載の測定装置。
- 前記コア部材が、高透過性フェライト材料、コンダクタンスエポキシ、アクリル材料の中から選択された部材である請求項28記載の測定装置。
- 請求項22ないし請求項29のいずれかに記載の測定装置であって、
前記インピーダンス検出器は、前記検出コイルに生じた交流電圧の変化の同相成分と直角位相成分とを、前記プロセッサに出力する検出器である測定装置。 - 請求項22ないし請求項29のいずれかに記載の測定装置であって、
前記プロセッサおよび前記メモリは、
(a)前記検出コイルが前記サンプルの薄膜に近接したときに、該検出コイルに生じる第1の信号を測定する工程と、
(b)既知の組成を有するとともに前記検出コイルから離して設けられた基準部材に該検出コイルが近接したときに、該検出コイルに生じる第2の信号を測定する工程と、
(c)前記第1の信号に含まれる非対称な利得の歪みが小さくなるように、前記第2の信号に基づいて該第1の信号を校正する工程と、
(d)前記校正された第1の信号に基づいて、前記薄膜の特性値を決定する工程と
を実行するプロセッサおよびメモリである測定装置。 - 研磨剤を用いたサンプルの研磨と、該サンプルの監視とを行う化学機械研磨(CMP)システムであって、
研磨テーブルと、
前記サンプルと前記研磨テーブルとの間に研磨材を介在させた状態で該サンプルと該研磨テーブルとの相対位置を変更することによって該サンプルの研磨を行うべく、該サンプルを該研磨テーブルに面した状態で保持するするサンプルキャリヤと、
前記サンプルの研磨中に、該サンプルに関する情報を取得する請求項24記載の測定装置と
を備えたCMPシステム。 - 測定装置が、前記サンプル背面の前記サンプルキャリヤ内に設けられている請求項32記載のCMPシステム。
- 温度センサを更に備える請求項32または請求項33記載のCMPシステム。
- 測定装置付近に移動可能な基準部材を更に備えている請求項32ないし請求項34のいずれかに記載のCMPシステム。
- 研磨剤を用いたサンプルの研磨と、該サンプルの監視とを行う化学機械研磨(CMP)システムであって、
研磨テーブルと、
前記サンプルと前記研磨テーブルとの間に研磨材を介在させた状態で該サンプルと該研磨テーブルとの相対位置を変更することによって該サンプルの研磨を行うべく、該サンプルを該研磨テーブルに面した状態で保持するするサンプルキャリヤと、
前記サンプルの研磨中に、該サンプルの測定を行う渦電流プルーブと、
前記サンプルの研磨中に、該サンプルの測定を行う光学測定器と、
メモリと、
前記メモリに接続されて、該メモリとともに、前記渦電流プルーブおよび前記光学測定器を操作するプロセッサと
を備えるCMPシステム。 - 前記渦電流プルーブの検出コイルが、前記光学測定器の光学素子に巻き付けられている請求項36記載のCMPシステム。
- 請求項36または請求項37記載のCMPシステムであって、
前記光学測定器は、前記研磨テーブルの穴の中に配置された自己清浄型対物レンズを備えているCMPシステム。 - 請求項36ないし請求項38のいずれかに記載のCMPシステムであって、
渦電流プルーブは、
交流電源と、
前記交流電源に接続されて、該交流電源によって交流電圧が印加される検出コイルと、
前記検出コイルに接続されて、検出コイル上の交流電圧の変化を検出するインピーダンス検出器と
を備え、
前記プロセッサおよび前記メモリは、前記検出コイルに交流電圧を印加するとともに、前記センサに生じた交流電圧の変化を解析して、該サンプルの薄膜の厚さを決定する処理を行うプロセッサおよびメモリであるCMPシステム。 - 請求項39記載の測定装置であって、
前記プロセッサ及びメモリは、
(a)前記検出コイルが前記サンプルの薄膜に近接したときに、該検出コイルに生じる第1の信号を測定する処理と、
(b)既知の組成を有するとともに前記検出コイルから離して設けられた基準部材に該検出コイルが近接したときに、該検出コイルに生じる第2の信号を測定する処理と、
(c)前記第1の信号に含まれる非対称な利得の歪みを小さくするように、前記第2の信号に基づいて該第1の信号を校正する処理と、
(d)前記校正された第1の信号に基づいて、前記薄膜の特性値を決定する処理と
を実行するプロセッサおよびメモリである測定装置。 - 請求項36ないし請求項40のいずれかに記載の測定装置であって、
前記プロセッサおよびメモリは、
高速研磨中に渦電流プルーブを扱う処理と、
低速研磨中に光学測定器を扱う処理と
を更に実行するプロセッサおよびメモリである測定装置。 - サンプルに薄膜を堆積させる薄膜堆積装置であって、
前記サンプルおよび該サンプル上に蒸着する第1の材料を収納するチャンバと、
前記第1の材料を前記サンプルに蒸着させている間に、該サンプルの測定を行う渦電流プルーブと、
前記サンプルに向けて光ビームを照射するとともに、該サンプルから放射された光ビームを検出可能な位置に設けられた光学測定器と、
メモリと、
前記メモリに接続されて、該メモリとともに、前記渦電流プルーブおよび前記光学測定器の操作を司るプロセッサと
を備える薄膜堆積装置。 - サンプルに形成された薄膜を除去しながら、渦電流プルーブおよび光学測定器を用いて、該サンプルの薄膜に関する情報を実状態で取得する方法であって、
前記渦電流プルーブが前記サンプルの薄膜に近接したときに、該渦電流プルーブによって第1の渦電流信号出力を測定する工程と、
前記光学測定器が前記サンプルの薄膜に近接したときに、該光学測定器によって第2の光学信号出力を測定する工程と、
前記第1の渦電流信号に基づいて、前記薄膜の第1の特性値を決定する工程と、
前記第1の光学信号に基づいて、前記薄膜の第2の特性値を決定する工程と、
を備える方法。 - 請求項43記載の方法であって、
前記渦電流プルーブの検出コイルが、既知の組成を有するとともに該検出コイルから離して設けられている基準部材に近接したときに、該検出コイルに生じる第2の渦電流信号を測定する工程と、
前記第1の渦電流信号に含まれる非対称な利得の歪みが小さくなるように、前記第2の渦電流信号に基づいて該第1の渦電流信号を校正する工程と
を更に備えている方法。 - 前記基準部材が、前記サンプルを保持するサンプルキャリヤである請求項44記載の方法。
- 請求項44または請求項45に記載の方法であって、
前記渦電流プルーブの検出コイルがオープンコイル位置にあるときに、該検出コイルに生じる第3の渦電流信号を検出するとともに、該第3の渦電流信号も考慮して、前記第1の渦電流信号を校正する工程を更に備えている方法。 - 第1の渦電流信号、前記第2の渦電流信号、および前記第3の渦電流信号の各々は、同相成分と直角位相成分とを含んでいる請求項46記載の方法。
- 請求項46または請求項47記載の方法であって、
前記決定された特性値は、前記第1の信号、前記第2の信号、および前記第3の信号に基づいて求められた温度変化量あるいは前記検出コイルと前記基準部材との間の距離変化量であり、
前記求められた温度変化量あるいは距離変化量に基づいて、前記除去処理を調整する工程を更に備えている方法。 - 請求項48記載の方法であって、
前記温度変化量は、前記第1の渦電流信号、前記第2の渦電流信号、および前記第3の渦電流信号との関係に基づいて求められ、
前記距離変化量は、時間の関数としても前記第3の渦電流信号の振幅に基づいて求められる方法。 - 前記除去処理を調整する工程は、前記渦電流プルーブと前記サンプルとの間に設けられたパッドを交換する工程である請求項48記載の方法。
- 前記除去処理を調整する工程は、該除去処理を行う設備を変更する工程である請求項48記載の方法。
- 前記除去処理を調整する工程は、終了時間を設定する工程である請求項48記載の方法。
- 請求項44ないし請求項52のいずれかに記載の方法であって、
前記特性値は、前記薄膜の膜厚であり、
前記膜厚は、
膜厚が既知のサンプルから得られた振幅値に基づいて、前記第1の渦電流信号の振幅値と膜厚との相関を求め、
前記第1の渦電流信号の振幅値と膜厚との相関を参照することにより、前記校正された第1の渦電流信号から求められた膜厚である方法。 - 膜厚が既知のサンプルから求められた前記振幅値と膜厚とが、時間の関数としてグラフに表されている請求項53記載の方法。
- 前記第1の渦電流信号が、前記サンプルの複数の領域で測定される請求項44ないし請求項54のいずれかに記載の方法。
- 請求項55記載の方法であって、
前記決定された特性値は、前記校正された第1の信号に基づいて求められた前記サンプルの各測定領域での除去速度であり、
前記求められた除去速度に基づいて、除去の均一性を向上させるべく前記除去処理を調整する工程を更に備えている方法。 - 請求項56記載の方法であって、
前記除去処理を調整する工程は、前記サンプルキャリヤに前記サンプルが保持されている領域の背面側に設けられた空気袋内の空気量を、前記求められた除去速度が相対的に低い領域では増加させる工程である方法。 - 請求項56記載の方法であって、
前記除去処理を調整する工程は、前記求められた除去速度が想定的に低い領域では除去速度を増加させる工程である方法。 - 請求項55記載の方法であって、
前記決定された特性値は、前記サンプルの各測定領域での除去速度であり、
前記薄膜が完全に除去されるまでに要する時間を、前記求められた除去速度に基づいて予測する工程と、
前記除去処理の終了時間を、前記薄膜が完全に除去されるまでの予測時間に基づいて調整する工程と
を更に備える方法。 - 請求項59記載の方法であって、
前記第1の光学信号における反射率の低下を確認する工程と、
前記薄膜が完全に除去されるまでに要する第2の時間を、前記反射率の低下に基づいて予測する工程と
を更に備えており、
前記除去処理の終了時間を調整する工程は、前記第2の時間も考慮して調整する工程である方法。 - 前記予測された第2の時間は、前記反射率の低下後、短い時間となるように決定される請求項60記載の方法。
- 前記第1の光信号が、前記反射率の低下を容易に確認すべく複数の入射角度で測定される請求項60または請求項61に記載の方法。
- サンプルに形成された薄膜を除去しながら、光学測定器を用いて、該サンプルに関する情報を実状態で取得する方法であって、
前記光学測定器を用いて、前記サンプルから光学信号を時間の関数として測定する工程と、
前記光学信号の低下に基づいて、前記薄膜が除去されるまでに要する時間を予測する工程と、
前記予測された時間に基づいて、前記除去処理の終了時間を調整する工程と
を備える方法。 - 請求項63記載の方法であって、
前記反射率の低下を容易に確認するために、前記サンプルに対して異なる入射角で測定された一組の光学信号を、前記測定装置を用いて時間の関数として取得する工程を更に備える方法。
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