JP2012135865A - Eddy current sensor and polishing method and apparatus - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an eddy current sensor capable of detecting a metal thin film (or a conductive thin film) on a substrate such as a semiconductor wafer without increasing an oscillation frequency, the amplification degree of an internal circuit, and an exciting voltage, in the eddy current sensor.SOLUTION: In the eddy current sensor provided with a sensor coil 60 disposed in the vicinity of the substrate on which a metal film (or a conductive film) mf is formed, the sensor coil 60 has an oscillation coil 62 connected to a signal source, a detection coil 63 detecting an eddy current formed in the metal film or conductive film mf, and a balance coil 64 connected to the detection coil 63 in series, and the detection coil 63 comprises a coil formed by winding a wire rod or a conductive body by a single row and multiple layers, when the row is defined as a direction perpendicular to the substrate and the layer is defined as a direction parallel to the substrate.

Description

本発明は、半導体ウエハなどの基板の表面に形成した金属膜(または導電性膜)を検出するのに好適な渦電流センサに関するものである。また、本発明は、基板の表面に形成した金属膜(または導電性膜)を渦電流センサにより監視しつつ基板を研磨して金属膜(または導電性膜)を除去する研磨方法および装置に関するものである。   The present invention relates to an eddy current sensor suitable for detecting a metal film (or conductive film) formed on the surface of a substrate such as a semiconductor wafer. The present invention also relates to a polishing method and apparatus for polishing a substrate and removing the metal film (or conductive film) while monitoring the metal film (or conductive film) formed on the surface of the substrate with an eddy current sensor. It is.

近年、半導体デバイスの高集積化・高密度化に伴い、回路の配線がますます微細化し、多層配線の層数も増加している。回路の微細化を図りながら多層配線を実現しようとすると、下側の層の表面凹凸を踏襲しながら段差がより大きくなるので、配線層数が増加するに従って、薄膜形成における段差形状に対する膜被覆性(ステップカバレッジ)が悪くなる。したがって、多層配線するためには、このステップカバレッジを改善し、然るべき過程で平坦化処理しなければならない。また光リソグラフィの微細化とともに焦点深度が浅くなるため、半導体デバイスの表面の凹凸段差が焦点深度以下に収まるように半導体デバイス表面を平坦化処理する必要がある。   In recent years, with higher integration and higher density of semiconductor devices, circuit wiring has become increasingly finer and the number of layers of multilayer wiring has increased. When trying to realize multilayer wiring while miniaturizing the circuit, the step becomes larger while following the surface unevenness of the lower layer, so as the number of wiring layers increases, the film coverage to the step shape in thin film formation (Step coverage) deteriorates. Therefore, in order to carry out multilayer wiring, it is necessary to improve the step coverage and perform a flattening process in an appropriate process. Further, since the depth of focus becomes shallower as the optical lithography becomes finer, it is necessary to planarize the surface of the semiconductor device so that the uneven steps on the surface of the semiconductor device are kept below the depth of focus.

従って、半導体デバイスの製造工程においては、半導体デバイス表面の平坦化技術がますます重要になっている。この平坦化技術のうち、最も重要な技術は、化学的機械研磨(CMP(Chemical Mechanical Polishing))である。この化学的機械的研磨は、研磨装置を用いて、シリカ(SiO)等の砥粒を含んだ研磨液を研磨パッド等の研磨面上に供給しつつ半導体ウエハなどの基板を研磨面に摺接させて研磨を行うものである。 Accordingly, in the semiconductor device manufacturing process, a planarization technique for the surface of the semiconductor device is becoming increasingly important. Among the planarization techniques, the most important technique is chemical mechanical polishing (CMP). This chemical mechanical polishing uses a polishing apparatus to slide a substrate such as a semiconductor wafer onto the polishing surface while supplying a polishing solution containing abrasive grains such as silica (SiO 2 ) onto the polishing surface such as a polishing pad. Polishing in contact.

上述した多層配線を行う場合、予め基板上の絶縁層(誘電材料)に所定パターンの配線用の溝を形成しておき、基板をめっき液中に浸漬させて例えば銅(Cu)の無電解又は電解めっきを行ってCu層を形成し、その後CMPプロセスにより配線用の溝内に形成されたCu層のみを残して不要部分を選択的に除去することが行われている。この場合、研磨が不充分で、Cu層が絶縁層(酸化膜)上に残ると、回路の分離がうまくいかず、短絡が起こる。逆に、過剰研磨の場合、配線用の溝内のCu層を絶縁層とともに研磨してしまうと、回路抵抗が上昇し、半導体基板全体を廃棄しなければならず、多大な損害となる。この事情は、Cu層に限らず、Al層等の他の金属膜を形成し、この金属膜をCMPプロセスで研磨する場合も同様である。   When performing the above-described multilayer wiring, a groove for wiring having a predetermined pattern is formed in advance in an insulating layer (dielectric material) on the substrate, and the substrate is immersed in a plating solution, for example, electroless copper (Cu) or Electrolytic plating is performed to form a Cu layer, and then unnecessary portions are selectively removed leaving only the Cu layer formed in the wiring trench by a CMP process. In this case, if the polishing is inadequate and the Cu layer remains on the insulating layer (oxide film), circuit separation is not successful and a short circuit occurs. On the contrary, in the case of excessive polishing, if the Cu layer in the wiring groove is polished together with the insulating layer, the circuit resistance rises, and the entire semiconductor substrate must be discarded, resulting in great damage. This situation is the same when not only the Cu layer but also another metal film such as an Al layer is formed and this metal film is polished by a CMP process.

上述したCMPプロセスを行う研磨装置は、研磨パッドからなる研磨面を有する研磨テーブルと、半導体ウエハ(基板)を保持するためのトップリング又は研磨ヘッド等と称される基板保持装置とを備えている。このような研磨装置を用いて半導体ウエハの研磨を行う場合には、基板保持装置により半導体ウエハを保持しつつ、この半導体ウエハを研磨面に対して所定の圧力で押圧して研磨を行い、半導体ウエハ上の金属膜を除去することが行われている。   A polishing apparatus that performs the above-described CMP process includes a polishing table having a polishing surface made of a polishing pad, and a substrate holding device called a top ring or a polishing head for holding a semiconductor wafer (substrate). . When a semiconductor wafer is polished using such a polishing apparatus, the semiconductor wafer is held by a substrate holding apparatus while pressing the semiconductor wafer against the polishing surface with a predetermined pressure to perform polishing. A metal film on the wafer is removed.

研磨工程の終了後、半導体ウエハ内に金属残膜がある状態で次工程に進むと、短絡等の問題が起こるため半導体ウエハは使用できなくなる。そのため、研磨工程の終了後、ウエハを研磨パッド(研磨面)から離間させて金属残膜の有無について検査を実施することにより、残膜確認は可能となるが、検査に時間を要するためにウエハ処理能力が低減してしまうという問題がある。検査実施後、ウエハ上に残膜を検出した場合、再研磨を実施する必要があるが、ウエハが研磨パッドを離れた後、研磨を実施する場合には、ウエハ1枚あたりの処理時間が増加するという問題がある。すなわち、スループットが低下するという問題がある。   After the polishing process, if the process proceeds to the next process with a metal remaining film in the semiconductor wafer, a problem such as a short circuit occurs and the semiconductor wafer cannot be used. Therefore, after completion of the polishing process, the remaining film can be confirmed by separating the wafer from the polishing pad (polishing surface) and inspecting for the presence of the metal remaining film. There is a problem that the processing capacity is reduced. If a residual film is detected on the wafer after inspection, re-polishing is required. However, if polishing is performed after the wafer leaves the polishing pad, the processing time per wafer increases. There is a problem of doing. That is, there is a problem that throughput is reduced.

本件出願人は、上述の金属残膜の検査および検査後の再研磨に伴ってスループットが低下するという問題を解決するために、先に、特願2009−167788号(2009年7月16日出願)において、研磨中に半導体ウエハ等の基板上に金属膜(または導電性膜)の残膜があるか否かの検査を実施することにより検査時間を短縮することができ、残膜を検出した場合には、そのまま追加研磨を実施することにより処理時間を短縮することができる研磨方法および研磨装置を提案した。   In order to solve the above-described problem that the throughput decreases due to the inspection of the metal residual film and the re-polishing after the inspection, the present applicant has previously filed Japanese Patent Application No. 2009-167788 (filed on July 16, 2009). ), The inspection time can be shortened by performing an inspection to determine whether there is a metal film (or conductive film) remaining on the substrate such as a semiconductor wafer during polishing. In some cases, a polishing method and a polishing apparatus were proposed that can reduce the processing time by performing additional polishing as it is.

特開2006−255851号公報JP 2006-255851 A

先に提案した特願2009−167788号においては、半導体ウエハ等の基板上に形成されたCu等の金属膜に反応する渦電流センサを研磨テーブル内に配置し、基板の研磨中に、研磨テーブルの回転に伴い渦電流センサが基板の下方を通過している間基板の金属膜に反応して所定の電圧値を出力するので、この出力を監視して金属膜が除去されたことを検出するようにしている。この場合、研磨が進行して金属薄膜を検出するには、渦電流センサの発振周波数を上昇させること、渦電流センサの内部回路の増幅度を上げること、或いは渦電流センサの励磁電圧を上昇させることによって行っている。
しかしながら、渦電流センサの発振周波数を上昇させた場合にはコイル自身の静電容量によりコイル共振周波数が低くなってしまうという問題点がある。また、渦電流センサの内部回路の増幅度を上げた場合には回路ノイズの影響が大きくなるという問題がある。さらに渦電流センサの励磁電圧を上昇させた場合には特性の安定性に問題がある。
In the previously proposed Japanese Patent Application No. 2009-167788, an eddy current sensor that reacts with a metal film of Cu or the like formed on a substrate such as a semiconductor wafer is disposed in the polishing table, and the polishing table is being polished. The eddy current sensor reacts with the metal film on the substrate and outputs a predetermined voltage value as it passes under the substrate, and this output is monitored to detect that the metal film has been removed. I am doing so. In this case, in order to detect the metal thin film as the polishing progresses, the oscillation frequency of the eddy current sensor is increased, the amplification of the internal circuit of the eddy current sensor is increased, or the excitation voltage of the eddy current sensor is increased. By doing that.
However, when the oscillation frequency of the eddy current sensor is increased, there is a problem that the coil resonance frequency is lowered due to the capacitance of the coil itself. Further, when the amplification degree of the internal circuit of the eddy current sensor is increased, there is a problem that the influence of circuit noise becomes large. Further, when the excitation voltage of the eddy current sensor is increased, there is a problem in the stability of characteristics.

本発明は、上述の事情に鑑みなされたもので、渦電流センサの発振周波数、内部回路の増幅度および励磁電圧を上昇させることなく、半導体ウエハ等の基板上の金属薄膜(または導電性薄膜)を検出することができる渦電流センサを提供することを目的とする。
また、本発明は、渦電流センサを用いて研磨中に基板上に金属膜(または導電性膜)の残膜があるか否かの検査を実施することにより検査時間を短縮することができ、残膜を検出した場合には、そのまま追加研磨を実施することにより処理時間を短縮することができる研磨方法および研磨装置を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and without increasing the oscillation frequency of the eddy current sensor, the amplification factor of the internal circuit, and the excitation voltage, a metal thin film (or conductive thin film) on a substrate such as a semiconductor wafer. An object of the present invention is to provide an eddy current sensor capable of detecting the
In addition, the present invention can shorten the inspection time by performing an inspection to determine whether there is a residual film of the metal film (or conductive film) on the substrate during polishing using an eddy current sensor, An object of the present invention is to provide a polishing method and a polishing apparatus capable of reducing the processing time by performing additional polishing as it is when a residual film is detected.

上記目的を達成するため、本発明の渦電流センサは、金属膜または導電性膜が形成された基板の近傍に配置されるセンサコイルと、該センサコイルに交流信号を供給して前記金属膜または導電性膜に渦電流を形成する信号源と、前記センサコイルの出力に基づいて前記金属膜または導電性膜に形成された渦電流を検出する検出回路とを備えた渦電流センサであって、前記センサコイルは、前記信号源に接続された発振コイルと、前記金属膜または導電性膜に形成される渦電流を検出する検出コイルと、該検出コイルに直列に接続されるバランスコイルとを有し、前記検出コイルは、列を基板に対して垂直方向、層を基板に対して平行方向と定義したときに、線材又は導電体を1列複数層に巻いたコイルからなることを特徴とする。   In order to achieve the above object, an eddy current sensor according to the present invention comprises a sensor coil disposed in the vicinity of a substrate on which a metal film or a conductive film is formed, and an AC signal is supplied to the sensor coil to provide the metal film or An eddy current sensor comprising: a signal source that forms eddy current in a conductive film; and a detection circuit that detects eddy current formed in the metal film or the conductive film based on an output of the sensor coil, The sensor coil includes an oscillation coil connected to the signal source, a detection coil for detecting eddy current formed in the metal film or the conductive film, and a balance coil connected in series to the detection coil. The detection coil includes a coil in which a wire or a conductor is wound in a plurality of layers when a row is defined as a direction perpendicular to the substrate and a layer is defined as a direction parallel to the substrate. .

本発明の渦電流センサによれば、渦電流センサにおける検出コイルを線材又は導電体を1列複数層に巻いたコイルで構成したので、検出コイルを基板に近づけることができ、また線間の容量成分が小さくできるため、センサ感度が良くなる。したがって、渦電流センサの発振周波数、内部回路の増幅度および励磁電圧を上昇させることなく、半導体ウエハ等の基板上の金属薄膜(または導電性薄膜)を検出することができる。前記検出コイルは、半導体ウエハ(基板)の金属膜(または導電性膜)が形成された面と平行に線材又は導電体をスパイラル状に複数層巻くことにより列方向に線材又は導電体の直径分しか厚さがなく偏平になっていてもよいし、線材又は導電体をスパイラル状に複数層巻く際に基板に次第に近づく(または遠ざかる)ように彎曲させることにより列方向に線材又は導電体の直径分より所定の厚みを持たせたものでもよい。   According to the eddy current sensor of the present invention, the detection coil in the eddy current sensor is configured by a coil in which a wire or a conductor is wound in a plurality of layers, so that the detection coil can be brought close to the substrate, and the capacitance between the lines Since the component can be reduced, the sensor sensitivity is improved. Therefore, a metal thin film (or conductive thin film) on a substrate such as a semiconductor wafer can be detected without increasing the oscillation frequency of the eddy current sensor, the amplification factor of the internal circuit, and the excitation voltage. The detection coil is formed by spirally winding a plurality of layers of wires or conductors parallel to the surface of the semiconductor wafer (substrate) on which the metal film (or conductive film) is formed, thereby dividing the diameter of the wires or conductors in the column direction. However, the diameter of the wire or conductor may be flat in the column direction by bending the wire or conductor so as to gradually approach (or move away from) the substrate when winding a plurality of layers in a spiral shape. It may be a certain thickness.

本発明の好ましい態様によれば、前記発振コイルは、線材又は導電体を1列複数層に巻いたコイルまたは線材又は導電体を複数列1層または複数層に巻いたコイルからなることを特徴とする。
本発明によれば、渦電流センサにおける発振コイルを線材又は導電体を1列複数層に巻いたコイルで構成した場合、コイル共振周波数の発振周波数が向上されることから、発振周波数を上昇させても安定した薄膜検出が可能となる。
本発明の好ましい態様によれば、前記バランスコイルは、線材又は導電体を1列複数層に巻いたコイルからなることを特徴とする。
According to a preferred aspect of the present invention, the oscillation coil is composed of a coil in which a wire or a conductor is wound in one row and a plurality of layers, or a coil in which a wire or a conductor is wound in a plurality of rows and one or more layers. To do.
According to the present invention, when the oscillation coil in the eddy current sensor is configured by a coil in which a wire or a conductor is wound in a plurality of layers, the oscillation frequency of the coil resonance frequency is improved. In addition, stable thin film detection becomes possible.
According to a preferred aspect of the present invention, the balance coil is formed of a coil in which a wire or a conductor is wound in a plurality of layers in one row.

本発明の好ましい態様によれば、前記検出コイル、前記発振コイルおよび前記バランスコイルの少なくとも1つは、線材又は導電体を1列複数層に巻いた前記コイルを複数個直列に接続することにより構成されていることを特徴とする。
本発明によれば、線材又は導電体を1列複数層に巻いたコイルを列方向に複数個並べ、隣接するコイルが接触しないようにコイル間に隙間を空け、この隙間には透磁率の低い材料を配置する。これにより、1列複数層に巻いたコイルが複数列または多列になっても、センサコイルを基板に近づけることができるため、センサ感度が良くなる。
また、本発明によれば、1列複数層のコイルを複数個直列に接続することにより、コイルの合成インダクタンスは、コイル複数個分のインダクタンスと隣接するコイル間の相互インダクタンスの和になるため、コイルの合成インダクタンスの上昇に伴い、コイル全体のセンサ出力値は増加することになり、金属膜の検出を良好に行うことが可能となる。
According to a preferred aspect of the present invention, at least one of the detection coil, the oscillation coil, and the balance coil is configured by connecting a plurality of coils in which a wire or a conductor is wound in a plurality of layers in series. It is characterized by being.
According to the present invention, a plurality of coils in which a wire or a conductor is wound in a plurality of layers are arranged in the column direction, and a gap is formed between the coils so that adjacent coils do not come into contact with each other. Arrange the material. As a result, even if the coils wound in one row and multiple layers become a plurality of rows or multiple rows, the sensor coil can be brought close to the substrate, so that the sensor sensitivity is improved.
In addition, according to the present invention, by connecting a plurality of coils in one row and a plurality of layers in series, the combined inductance of the coils becomes the sum of the inductance for the plurality of coils and the mutual inductance between adjacent coils. As the combined inductance of the coil increases, the sensor output value of the entire coil increases, and the metal film can be detected satisfactorily.

本発明の好ましい態様によれば、前記発振コイルは、半径方向外側にいくにつれて基板に近づくように彎曲して形成されていることを特徴とする。
本発明によれば、発振コイルは、半径方向内側がバランスコイル側に凹んで、半径方向外側にいくにつれて検出コイル側に近づくように凹球面状に彎曲させて線材又は導電体を巻いたコイルである。このように、発振コイルを凹球面状に彎曲させて形成することにより、発振磁界を中央部に収束させることが可能になり、センサ感度を上げることができる。
According to a preferred aspect of the present invention, the oscillation coil is formed to be bent so as to approach the substrate as it goes outward in the radial direction.
According to the present invention, the oscillation coil is a coil in which the inner side in the radial direction is recessed toward the balance coil side and is bent into a concave spherical shape so as to approach the detection coil side toward the outer side in the radial direction and wound with a wire or a conductor. is there. Thus, by forming the oscillation coil into a concave spherical shape, the oscillation magnetic field can be converged at the center, and the sensor sensitivity can be increased.

本発明の好ましい態様によれば、前記検出コイルと前記発振コイルとは、コイル外径に違いがあってもよい。
本発明によれば、検出コイルの外径(直径)を発振コイル(励磁コイル)の外径(直径)より小さくすることにより、ターゲットの金属膜の微細な検出が可能となる。
According to a preferred aspect of the present invention, the detection coil and the oscillation coil may have different coil outer diameters.
According to the present invention, by making the outer diameter (diameter) of the detection coil smaller than the outer diameter (diameter) of the oscillation coil (excitation coil), it is possible to detect the metal film of the target finely.

本発明の好ましい態様によれば、前記検出コイル、前記発振コイルおよび前記バランスコイルは、この順に基板側から配列していることを特徴とする。
本発明によれば、センサコイルは、検出コイルとバランスコイルとにより、検出出力のゼロ点を自動的に調整可能とすることが好ましい。ゼロ点を調整することにより測定対象の金属膜(または導電性膜)の厚さに対する変化信号のみを増幅して検出することができる。
According to a preferred aspect of the present invention, the detection coil, the oscillation coil, and the balance coil are arranged in this order from the substrate side.
According to the present invention, it is preferable that the sensor coil can automatically adjust the zero point of the detection output by the detection coil and the balance coil. By adjusting the zero point, only a change signal with respect to the thickness of the metal film (or conductive film) to be measured can be amplified and detected.

本発明の好ましい態様によれば、前記検出コイル、前記発振コイルおよび前記バランスコイルは、同心円状に配列していることを特徴とする。
本発明によれば、検出コイル、発振コイルおよびバランスコイルを同心円状に配列することにより、センサコイル全体を基板に近づけて配置することができ、センサ感度が良くなる。
According to a preferred aspect of the present invention, the detection coil, the oscillation coil, and the balance coil are arranged concentrically.
According to the present invention, by arranging the detection coil, the oscillation coil, and the balance coil concentrically, the entire sensor coil can be arranged close to the substrate, and the sensor sensitivity is improved.

本発明の好ましい態様によれば、前記センサコイルは、高透磁率材料によって形成された筒状部材内に収容されていることを特徴とする。
本発明によれば、センサコイルからの磁束は、センサコイルの周囲に位置する高透磁率材料の筒状部材内を通って測定対象の金属膜(または導電性膜)内を通過する経路(磁路)をとることができる。したがって、設置環境の部材内に磁束が通って減衰させてしまうことがなく、測定対象の金属膜(または導電性膜)の内部には、センサコイルによる渦電流を効率よく発生させることができ、金属膜(または導電性膜)を感度よく測定することができる。
According to a preferred aspect of the present invention, the sensor coil is housed in a cylindrical member made of a high magnetic permeability material.
According to the present invention, the magnetic flux from the sensor coil passes through the cylindrical member of the high permeability material located around the sensor coil and passes through the metal film (or conductive film) to be measured (magnetic field). Road). Therefore, the magnetic flux does not pass through the members in the installation environment and is attenuated, and the eddy current due to the sensor coil can be efficiently generated inside the metal film (or conductive film) to be measured. A metal film (or conductive film) can be measured with high sensitivity.

本発明の研磨方法は、回転する研磨テーブル上の研磨面に研磨対象の基板を押圧して基板上の膜を研磨する研磨方法において、前記基板の研磨中に、前記研磨テーブルの回転に伴い、該研磨テーブルに設置された終点検出センサにより基板の被研磨面を走査し、前記基板の被研磨面の走査により得られた前記終点検出センサの出力を監視し、該終点検出センサの出力の変化から研磨終点を検出し、前記研磨終点を検出した後に、前記終点検出センサまたは異なるセンサの出力を監視し、基板上の一部に残った膜を検出する残膜監視を行い、前記終点検出センサまたは異なるセンサには渦電流センサを用い、該渦電流センサにおいて基板上の膜に形成される渦電流を検出するコイルには、列を基板に対して垂直方向、層を基板に対して平行方向と定義したときに、線材又は導電体を1列複数層に巻いたコイルを用いることを特徴とする。   The polishing method of the present invention is a polishing method for polishing a film on a substrate by pressing a substrate to be polished against a polishing surface on a rotating polishing table, and during the polishing of the substrate, with the rotation of the polishing table, A polishing target surface of the substrate is scanned by an end point detection sensor installed on the polishing table, an output of the end point detection sensor obtained by scanning the polishing surface of the substrate is monitored, and a change in the output of the end point detection sensor After detecting the polishing end point, and detecting the polishing end point, the output of the end point detection sensor or a different sensor is monitored to monitor the remaining film on a part of the substrate, and the end point detection sensor Alternatively, an eddy current sensor is used for a different sensor. In the eddy current sensor, a coil for detecting an eddy current formed in a film on the substrate has a column perpendicular to the substrate and a layer parallel to the substrate. When defined, which comprises using a coil wound wire or conductor in a row a plurality of layers.

本発明の研磨方法によれば、終点検出センサは、研磨テーブルの回転に伴い基板の下方を通過している間、基板の金属膜(または導電性膜)等の膜に反応して所定の電圧値等を出力するので、この終点検出センサの出力を監視し、出力の変化が予め設定された膜クリアレベルになったら研磨終点を検出する。そして、研磨終点を検出した後に、終点検出センサまたは異なるセンサの出力を監視し、基板上の一部に残った膜を検出する残膜監視を行うことにより、研磨中に残膜の有無について検査を実施することができる。前記終点検出センサまたは前記異なるセンサには、線材又は導電体を1列複数層に巻いたコイルを用いることによりコイルを基板に近づけることができ、また線間の容量成分が小さくできるため、センサ感度が良くなり、研磨終点または残膜を確実に検出できる。   According to the polishing method of the present invention, the end point detection sensor reacts with a film such as a metal film (or a conductive film) on the substrate while passing under the substrate along with the rotation of the polishing table. Since the value is output, the output of this end point detection sensor is monitored, and when the change in output reaches a preset film clear level, the polishing end point is detected. After detecting the polishing end point, the output of the end point detection sensor or a different sensor is monitored, and the remaining film is monitored to detect the remaining film on the substrate, thereby inspecting for the presence of the remaining film during polishing. Can be implemented. For the end point detection sensor or the different sensor, the coil can be brought close to the substrate by using a coil in which a wire or a conductor is wound in a plurality of layers, and the capacitance component between the lines can be reduced. The polishing end point or the remaining film can be reliably detected.

本発明の好ましい態様によれば、前記残膜監視は、前記終点検出センサより感度が高い前記異なるセンサにより行い、前記異なるセンサのコイルには、線材又は導電体を1列複数層に巻いた前記コイルを用いることを特徴とする。
本発明によれば、研磨開始から研磨終点の検出および残膜監視まで所定の感度を有する終点検出センサのみを使用した場合、ターゲットの膜が薄くなった場合や膜の面積が小さくなった場合には、膜の検出が困難になる。一方、薄膜用のセンサのみを使用して研磨終点の検出を行う場合、初期膜が厚い場合には、出力がオーバーレンジ(測定範囲外)になってしまうため、研磨工程を監視することができない。そこで、本発明においては、感度が異なる2つのセンサを用い、研磨開始から終点検出センサの感度がなくなるまで出力を監視して研磨終点を検出し、研磨終点の検出を実施した後、異なるセンサに切替えを行い、基板上の残膜を確実に検出できる。
According to a preferred aspect of the present invention, the residual film monitoring is performed by the different sensor having higher sensitivity than the end point detection sensor, and the coil of the different sensor is wound with a wire or a conductor wound in one row and a plurality of layers. A coil is used.
According to the present invention, when only the end point detection sensor having a predetermined sensitivity from the start of polishing to the detection of the polishing end point and the remaining film monitoring is used, when the target film becomes thin or when the area of the film becomes small Makes it difficult to detect the membrane. On the other hand, when the polishing end point is detected using only the thin film sensor, if the initial film is thick, the output is overranged (out of the measurement range), so the polishing process cannot be monitored. . Therefore, in the present invention, two sensors having different sensitivities are used, the output is monitored from the start of polishing until the sensitivity of the end point detection sensor is lost, the polishing end point is detected, the polishing end point is detected, and then the different sensors are used. By switching, the remaining film on the substrate can be reliably detected.

本発明の好ましい態様によれば、前記残膜監視は、前記終点検出センサの感度を切替えて行い、該感度の切替えは前記コイルの巻き数を切替えることにより行うことを特徴とする。
本発明によれば、研磨開始から研磨終点の検出および残膜監視まで所定の感度を有する終点検出センサのみを使用した場合、ターゲットの膜が薄くなった場合や膜の面積が小さくなった場合には、膜の検出が困難になる。一方、薄膜用のセンサのみを使用して研磨終点の検出を行う場合、初期膜が厚い場合には、出力がオーバーレンジ(測定範囲外)になってしまうため、研磨工程を監視することができない。そこで、本発明においては、終点検出センサのセンサ感度を巻き数を切替えることによって高低の2段階の切替えを可能とし、研磨開始から研磨終点の検出までは低いセンサ感度として出力がオーバーレンジ(測定範囲外)になってしまうことを防止し、研磨終点の検出後は高いセンサ感度として基板上の残膜を確実に検出することができるようにしたものである。
According to a preferred aspect of the present invention, the residual film monitoring is performed by switching the sensitivity of the end point detection sensor, and the sensitivity switching is performed by switching the number of turns of the coil.
According to the present invention, when only the end point detection sensor having a predetermined sensitivity from the start of polishing to the detection of the polishing end point and the remaining film monitoring is used, when the target film becomes thin or when the area of the film becomes small Makes it difficult to detect the membrane. On the other hand, when the polishing end point is detected using only the thin film sensor, if the initial film is thick, the output is overranged (out of the measurement range), so the polishing process cannot be monitored. . Therefore, in the present invention, the sensor sensitivity of the end point detection sensor can be switched in two steps of high and low by switching the number of turns, and the output is overranged (measurement range) as low sensor sensitivity from the start of polishing to the detection of the polishing end point. The remaining film on the substrate can be reliably detected with high sensor sensitivity after the polishing end point is detected.

本発明の好ましい態様によれば、前記残膜監視は、前記終点検出センサより感度が高い前記異なるセンサにより行い、前記終点検出センサと前記異なるセンサは、基板上の膜に渦電流を形成するための発振コイルと基板上の膜に形成される渦電流を検出する検出コイルと該検出コイルに直列に接続されるバランスコイルを備えた渦電流センサであって、前記異なるセンサの前記発振コイル、前記検出コイルおよび前記バランスコイルには、線材又は導電体を1列複数層に巻いたコイルを用いることを特徴とする。   According to a preferred aspect of the present invention, the remaining film monitoring is performed by the different sensor having higher sensitivity than the end point detection sensor, and the end point detection sensor and the different sensor form an eddy current in the film on the substrate. An eddy current sensor comprising a detection coil for detecting an eddy current formed on a film on a substrate and a balance coil connected in series to the detection coil, wherein the oscillating coil of the different sensor, As the detection coil and the balance coil, a coil in which a wire or a conductor is wound in a plurality of layers in one row is used.

本発明の研磨装置は、研磨面を有する研磨テーブルと、研磨対象の基板を保持するトップリングとを有し、回転する研磨テーブル上の研磨面に基板を押圧して基板上の膜を研磨する研磨装置において、前記研磨テーブルに設置され、前記研磨テーブルの回転に伴って基板の被研磨面を走査する終点検出センサと、前記基板の被研磨面の走査により得られた前記終点検出センサの出力を監視し、該終点検出センサの出力の変化から研磨終点を検出する制御装置とを備え、前記終点検出センサは渦電流センサからなり、該渦電流センサにおいて基板上の膜に形成される渦電流を検出するコイルは、列を基板に対して垂直方向、層を基板に対して平行方向と定義したときに、線材又は導電体を1列複数層に巻いたコイルからなることを特徴とする。
本発明の研磨装置によれば、終点検出センサは、研磨テーブルの回転に伴い基板の下方を通過している間、基板の金属膜(または導電性膜)等の膜に反応して所定の電圧値等を出力するので、この終点検出センサの出力を監視し、出力の変化が予め設定された膜クリアレベルになったら研磨終点を検出する。前記終点検出センサのコイルを線材又は導電体を1列複数層に巻いたコイルで構成したのでコイルを基板に近づけることができるため、センサ感度が良くなり、研磨終点を確実に検出できる。
The polishing apparatus of the present invention has a polishing table having a polishing surface and a top ring that holds a substrate to be polished, and polishes the film on the substrate by pressing the substrate against the polishing surface on the rotating polishing table. In the polishing apparatus, an end point detection sensor that is installed on the polishing table and scans the surface to be polished of the substrate as the polishing table rotates, and an output of the end point detection sensor obtained by scanning the surface to be polished of the substrate And a control device that detects a polishing end point from a change in the output of the end point detection sensor, the end point detection sensor comprising an eddy current sensor, and the eddy current formed in the film on the substrate in the eddy current sensor. The coil for detecting the line is composed of a coil in which a wire or a conductor is wound in a plurality of layers when a row is defined as a direction perpendicular to the substrate and a layer is defined as a direction parallel to the substrate.
According to the polishing apparatus of the present invention, the end point detection sensor reacts with a film such as a metal film (or a conductive film) on the substrate while passing under the substrate as the polishing table rotates. Since the value is output, the output of this end point detection sensor is monitored, and when the change in output reaches a preset film clear level, the polishing end point is detected. Since the coil of the end point detection sensor is constituted by a coil in which a wire or a conductor is wound in a plurality of layers, the coil can be brought close to the substrate, so that the sensor sensitivity is improved and the polishing end point can be detected reliably.

本発明の好ましい態様によれば、前記制御装置は、前記研磨終点を検出した後に、前記終点検出センサまたは異なるセンサの出力を監視し、基板上の一部に残った膜を検出する残膜監視を行うことを特徴とする。
本発明によれば、研磨終点を検出した後に、終点検出センサまたは異なるセンサの出力を監視し、基板上の一部に残った膜を検出する残膜監視を行うことにより、研磨中に残膜の有無について検査を実施することができる。
According to a preferred aspect of the present invention, the control device monitors the output of the end point detection sensor or a different sensor after detecting the polishing end point, and detects a film remaining on a part of the substrate. It is characterized by performing.
According to the present invention, after the polishing end point is detected, the output of the end point detection sensor or a different sensor is monitored, and the remaining film is monitored to detect the film remaining on a part of the substrate. Inspection can be performed for the presence or absence of

本発明の好ましい態様によれば、前記残膜監視は、前記終点検出センサより感度が高い渦電流センサからなる前記異なるセンサにより行い、前記異なるセンサのコイルは、線材又は導電体を1列複数層に巻いたコイルからなることを特徴とする。
本発明によれば、研磨開始から研磨終点の検出および残膜監視まで所定の感度を有する終点検出センサのみを使用した場合、ターゲットの膜が薄くなった場合や膜の面積が小さくなった場合には、膜の検出が困難になる。一方、薄膜用のセンサのみを使用して研磨終点の検出を行う場合、初期膜が厚い場合には、出力がオーバーレンジ(測定範囲外)になってしまうため、研磨工程を監視することができない。そこで、本発明においては、感度が異なる2つのセンサを用い、研磨開始から終点検出センサの感度がなくなるまで出力を監視して研磨終点を検出し、研磨終点の検出を実施した後、異なるセンサに切替えを行い、基板上の残膜を確実に検出できる。前記異なるセンサのコイルを線材又は導電体を1列複数層に巻いたコイルで構成したのでコイルを基板に近づけることができるため、センサ感度が良くなり、残膜を確実に検出できる。
According to a preferred aspect of the present invention, the remaining film monitoring is performed by the different sensor composed of an eddy current sensor having higher sensitivity than the end point detection sensor, and the coil of the different sensor includes a plurality of rows of wires or conductors. It consists of a coil wound around.
According to the present invention, when only the end point detection sensor having a predetermined sensitivity from the start of polishing to the detection of the polishing end point and the remaining film monitoring is used, when the target film becomes thin or when the area of the film becomes small Makes it difficult to detect the membrane. On the other hand, when the polishing end point is detected using only the thin film sensor, if the initial film is thick, the output is overranged (out of the measurement range), so the polishing process cannot be monitored. . Therefore, in the present invention, two sensors having different sensitivities are used, the output is monitored from the start of polishing until the sensitivity of the end point detection sensor is lost, the polishing end point is detected, the polishing end point is detected, and then the different sensors are used. By switching, the remaining film on the substrate can be reliably detected. Since the coils of the different sensors are composed of coils in which wires or conductors are wound in a plurality of layers in one row, the coils can be brought close to the substrate, so that the sensitivity of the sensor is improved and the remaining film can be detected reliably.

本発明の好ましい態様によれば、前記残膜監視は、前記終点検出センサの感度を切替えて行い、該感度の切替えは前記コイルの巻き数を切替えることにより行うことを特徴とする。
本発明によれば、研磨開始から研磨終点の検出および残膜監視まで所定の感度を有する終点検出センサのみを使用した場合、ターゲットの膜が薄くなった場合や膜の面積が小さくなった場合には、膜の検出が困難になる。一方、薄膜用のセンサのみを使用して研磨終点の検出を行う場合、初期膜が厚い場合には、出力がオーバーレンジ(測定範囲外)になってしまうため、研磨工程を監視することができない。そこで、本発明においては、終点検出センサのセンサ感度を巻き数を切替えることによって高低の2段階の切替えを可能とし、研磨開始から研磨終点の検出までは低いセンサ感度として出力がオーバーレンジ(測定範囲外)になってしまうことを防止し、研磨終点の検出後は高いセンサ感度として基板上の残膜を確実に検出することができるようにしたものである。
According to a preferred aspect of the present invention, the residual film monitoring is performed by switching the sensitivity of the end point detection sensor, and the sensitivity switching is performed by switching the number of turns of the coil.
According to the present invention, when only the end point detection sensor having a predetermined sensitivity from the start of polishing to the detection of the polishing end point and the remaining film monitoring is used, when the target film becomes thin or when the area of the film becomes small Makes it difficult to detect the membrane. On the other hand, when the polishing end point is detected using only the thin film sensor, if the initial film is thick, the output is overranged (out of the measurement range), so the polishing process cannot be monitored. . Therefore, in the present invention, the sensor sensitivity of the end point detection sensor can be switched in two steps of high and low by switching the number of turns, and the output is overranged (measurement range) as low sensor sensitivity from the start of polishing to the detection of the polishing end point. The remaining film on the substrate can be reliably detected with high sensor sensitivity after the polishing end point is detected.

本発明の好ましい態様によれば、前記終点検出センサまたは前記異なるセンサは、基板上の膜に渦電流を形成するための発振コイルと基板上の膜に形成される渦電流を検出する検出コイルと該検出コイルに直列に接続されるバランスコイルとを有したセンサコイルを備えた渦電流センサからなることを特徴とする。   According to a preferred aspect of the present invention, the end point detection sensor or the different sensor includes an oscillation coil for forming an eddy current in a film on the substrate and a detection coil for detecting an eddy current formed in the film on the substrate. It comprises an eddy current sensor provided with a sensor coil having a balance coil connected in series to the detection coil.

本発明の好ましい態様によれば、前記発振コイルは、線材又は導電体を1列複数層に巻いたコイルまたは線材又は導電体を複数列1層または複数層に巻いたコイルからなることを特徴とする。
本発明によれば、渦電流センサにおける発振コイルを線材又は導電体を1列複数層に巻いたコイルで構成した場合、コイル共振周波数の発振周波数が向上されることから、発振周波数を上昇させても安定した薄膜検出が可能となる。
本発明の好ましい態様によれば、前記バランスコイルは、線材又は導電体を1列複数層に巻いたコイルからなることを特徴とする。
According to a preferred aspect of the present invention, the oscillation coil is composed of a coil in which a wire or a conductor is wound in one row and a plurality of layers, or a coil in which a wire or a conductor is wound in a plurality of rows and one or more layers. To do.
According to the present invention, when the oscillation coil in the eddy current sensor is configured by a coil in which a wire or a conductor is wound in a plurality of layers, the oscillation frequency of the coil resonance frequency is improved. In addition, stable thin film detection becomes possible.
According to a preferred aspect of the present invention, the balance coil is formed of a coil in which a wire or a conductor is wound in a plurality of layers in one row.

本発明の好ましい態様によれば、前記検出コイル、前記発振コイルおよび前記バランスコイルの少なくとも1つは、線材又は導電体を1列複数層に巻いた前記コイルを複数個直列に接続することにより構成されていることを特徴とする。
本発明によれば、線材又は導電体を1列複数層に巻いたコイルを列方向に複数個並べ、隣接するコイルが接触しないようにコイル間に隙間を空け、この隙間には透磁率の低い材料を配置する。これにより、1列複数層に巻いたコイルが複数列または多列になっても、センサコイルを基板に近づけることができるため、センサ感度が良くなる。
また、本発明によれば、1列複数層のコイルを複数個直列に接続することにより、コイルの合成インダクタンスは、コイル複数個分のインダクタンスと隣接するコイル間の相互インダクタンスの和になるため、コイルの合成インダクタンスの上昇に伴い、コイル全体のセンサ出力値は増加することになり、金属膜の検出を良好に行うことが可能となる。
According to a preferred aspect of the present invention, at least one of the detection coil, the oscillation coil, and the balance coil is configured by connecting a plurality of coils in which a wire or a conductor is wound in a plurality of layers in series. It is characterized by being.
According to the present invention, a plurality of coils in which a wire or a conductor is wound in a plurality of layers are arranged in the column direction, and a gap is formed between the coils so that adjacent coils do not come into contact with each other. Arrange the material. As a result, even if the coils wound in one row and multiple layers become a plurality of rows or multiple rows, the sensor coil can be brought close to the substrate, so that the sensor sensitivity is improved.
In addition, according to the present invention, by connecting a plurality of coils in one row and a plurality of layers in series, the combined inductance of the coils becomes the sum of the inductance for the plurality of coils and the mutual inductance between adjacent coils. As the combined inductance of the coil increases, the sensor output value of the entire coil increases, and the metal film can be detected satisfactorily.

本発明の好ましい態様によれば、前記発振コイルは、半径方向外側にいくにつれて基板に近づくように彎曲して形成されていることを特徴とする。
本発明によれば、発振コイルは、半径方向内側がバランスコイル側に凹んで、半径方向外側にいくにつれて検出コイル側に近づくように凹球面状に彎曲させて線材又は導電体を巻いたコイルである。このように、発振コイルを凹球面状に彎曲させて形成することにより、発振磁界を中央部に収束させることが可能になり、センサ感度を上げることができる。
According to a preferred aspect of the present invention, the oscillation coil is formed to be bent so as to approach the substrate as it goes outward in the radial direction.
According to the present invention, the oscillation coil is a coil in which the inner side in the radial direction is recessed toward the balance coil side and is bent into a concave spherical shape so as to approach the detection coil side toward the outer side in the radial direction and wound with a wire or a conductor. is there. Thus, by forming the oscillation coil into a concave spherical shape, the oscillation magnetic field can be converged at the center, and the sensor sensitivity can be increased.

本発明の好ましい態様によれば、前記検出コイルと前記発振コイルとは、コイル外径に違いがあってもよい。
本発明によれば、検出コイルの外径(直径)を発振コイル(励磁コイル)の外径(直径)より小さくすることにより、センサの検出端の大きさを小さくすることができ、ターゲットの金属膜の微細な検出が可能となる。
According to a preferred aspect of the present invention, the detection coil and the oscillation coil may have different coil outer diameters.
According to the present invention, by making the outer diameter (diameter) of the detection coil smaller than the outer diameter (diameter) of the oscillation coil (excitation coil), the size of the detection end of the sensor can be reduced, and the metal of the target Fine detection of the film becomes possible.

本発明の好ましい態様によれば、前記検出コイル、前記発振コイルおよび前記バランスコイルは、この順に基板側から配列していることを特徴とする。
本発明によれば、センサコイルは、検出コイルとバランスコイルとにより、検出出力のゼロ点を自動的に調整可能とすることが好ましい。ゼロ点を調整することにより測定対象の金属膜(または導電性膜)の厚さに対する変化信号のみを増幅して検出することができる。
According to a preferred aspect of the present invention, the detection coil, the oscillation coil, and the balance coil are arranged in this order from the substrate side.
According to the present invention, it is preferable that the sensor coil can automatically adjust the zero point of the detection output by the detection coil and the balance coil. By adjusting the zero point, only a change signal with respect to the thickness of the metal film (or conductive film) to be measured can be amplified and detected.

本発明の好ましい態様によれば、前記検出コイル、前記発振コイルおよび前記バランスコイルは、同心円状に配列していることを特徴とする。
本発明によれば、検出コイル、発振コイルおよびバランスコイルを同心円状に配列することにより、センサコイル全体を基板に近づけて配置することができ、センサ感度が良くなる。
According to a preferred aspect of the present invention, the detection coil, the oscillation coil, and the balance coil are arranged concentrically.
According to the present invention, by arranging the detection coil, the oscillation coil, and the balance coil concentrically, the entire sensor coil can be arranged close to the substrate, and the sensor sensitivity is improved.

本発明の好ましい態様によれば、前記センサコイルは、高透磁率材料によって形成された筒状部材内に収容されていることを特徴とする。
本発明によれば、センサコイルからの磁束は、センサコイルの周囲に位置する高透磁率材料の筒状部材内を通って測定対象の金属膜(または導電性膜)内を通過する経路(磁路)をとることができる。したがって、設置環境の部材内に磁束が通って減衰させてしまうことがなく、測定対象の金属膜(または導電性膜)の内部には、センサコイルによる渦電流を効率よく発生させることができ、金属膜(または導電性膜)を感度よく測定することができる。
According to a preferred aspect of the present invention, the sensor coil is housed in a cylindrical member made of a high magnetic permeability material.
According to the present invention, the magnetic flux from the sensor coil passes through the cylindrical member of the high permeability material located around the sensor coil and passes through the metal film (or conductive film) to be measured (magnetic field). Road). Therefore, the magnetic flux does not pass through the members in the installation environment and is attenuated, and the eddy current due to the sensor coil can be efficiently generated inside the metal film (or conductive film) to be measured. A metal film (or conductive film) can be measured with high sensitivity.

本発明によれば、以下に列挙する効果を奏する。
(1)渦電流センサにおける検出コイルを線材又は導電体を1列複数層に巻いたコイルで構成したので、検出コイルを基板に近づけることができ、また線間の容量成分が小さくできるため、センサ感度が良くなる。したがって、渦電流センサの発振周波数、内部回路の増幅度および励磁電圧を上昇させることなく、半導体ウエハ等の基板上の金属薄膜(または導電性薄膜)を検出することができる。
(2)渦電流センサにおける発振コイルを線材又は導電体を1列複数層に巻いたコイルで構成したので、コイル共振周波数の発振周波数が向上されることから、発振周波数を上昇させても安定した薄膜検出が可能となる。
(3)1列複数層のコイルを複数個直列に接続することにより、コイルの合成インダクタンスは、コイル複数個分のインダクタンスと隣接するコイル間の相互インダクタンスの和になるため、コイルの合成インダクタンスの上昇に伴い、コイル全体のセンサ出力値は増加することになり、金属膜の検出を良好に行うことが可能となる。
(4)研磨中に半導体ウエハ等の基板上に金属膜(または導電性膜)等の残膜があるか否かの検査を実施することにより、検査時間を短縮することができ、基板処理能力を向上させることができる。
(5)研磨中に基板上に金属膜(または導電性膜)等の残膜があるか否かの検査を実施し、残膜を検出した場合には、そのまま追加研磨を実施することにより処理時間を短縮することができる。
(6)研磨中の検査により残膜を検出した場合に、CMPプロセスの全体を管理する制御装置が追加研磨時間や残膜状況を管理することによって、次の研磨対象の研磨条件を最適なものに変更することが可能になる。
(7)半導体ウエハ等の基板を研磨面(研磨パッド)から離すことなく基板上に金属膜(または導電性膜)等の残膜があるか否かの検査を実施することができる。
The present invention has the following effects.
(1) Since the detection coil in the eddy current sensor is composed of a coil in which a wire or a conductor is wound in one or more layers, the detection coil can be brought close to the substrate and the capacitance component between the lines can be reduced. Sensitivity is improved. Therefore, a metal thin film (or conductive thin film) on a substrate such as a semiconductor wafer can be detected without increasing the oscillation frequency of the eddy current sensor, the amplification factor of the internal circuit, and the excitation voltage.
(2) Since the oscillation coil in the eddy current sensor is composed of a coil in which a wire or a conductor is wound in a plurality of layers, since the oscillation frequency of the coil resonance frequency is improved, it is stable even if the oscillation frequency is increased. Thin film detection is possible.
(3) By connecting a plurality of coils in one row and multiple layers in series, the combined inductance of the coils becomes the sum of the inductance of the coils and the mutual inductance between adjacent coils. With the increase, the sensor output value of the entire coil increases, and the metal film can be detected satisfactorily.
(4) The inspection time can be shortened by performing an inspection to determine whether there is a remaining film such as a metal film (or conductive film) on the substrate such as a semiconductor wafer during polishing, and the substrate processing capability. Can be improved.
(5) Inspecting whether there is a residual film such as a metal film (or conductive film) on the substrate during polishing, and if the residual film is detected, processing is performed by performing additional polishing as it is. Time can be shortened.
(6) When a remaining film is detected by inspection during polishing, the controller that manages the entire CMP process manages the additional polishing time and the remaining film state, so that the polishing conditions for the next polishing object are optimized. It becomes possible to change to.
(7) It is possible to inspect whether there is a remaining film such as a metal film (or conductive film) on the substrate without separating the substrate such as a semiconductor wafer from the polishing surface (polishing pad).

図1は、本発明に係る研磨装置の全体構成を示す概略図である。FIG. 1 is a schematic diagram showing the overall configuration of a polishing apparatus according to the present invention. 図2は、研磨テーブルと渦電流センサと半導体ウエハとの関係を示す平面図である。FIG. 2 is a plan view showing the relationship among the polishing table, the eddy current sensor, and the semiconductor wafer. 図3は、渦電流センサの構成を示す図であり、図3(a)は渦電流センサの構成を示すブロック図であり、図3(b)は渦電流センサの等価回路図である。FIG. 3 is a diagram showing the configuration of the eddy current sensor, FIG. 3 (a) is a block diagram showing the configuration of the eddy current sensor, and FIG. 3 (b) is an equivalent circuit diagram of the eddy current sensor. 図4(a),(b),(c)は、従来の渦電流センサのセンサコイルと本発明の渦電流センサのセンサコイルとを対比して示す図であり、図4(a)は従来の渦電流センサにおいて用いられているセンサコイルの構成例を示す概略図であり、図4(b)は本発明の渦電流センサのセンサコイルの構成例を示す概略図であり、図4(c)は本発明の渦電流センサの検出コイルを示す模式的平面図である。4 (a), 4 (b), and 4 (c) are diagrams showing a comparison between the sensor coil of the conventional eddy current sensor and the sensor coil of the eddy current sensor of the present invention, and FIG. FIG. 4B is a schematic diagram illustrating a configuration example of a sensor coil used in the eddy current sensor of FIG. 4, and FIG. 4B is a schematic diagram illustrating a configuration example of the sensor coil of the eddy current sensor of the present invention. ) Is a schematic plan view showing a detection coil of the eddy current sensor of the present invention. 図5(a),(b)は、1列N層のコイルをm個直列に接続する態様を示す模式図である。FIGS. 5A and 5B are schematic views showing an aspect in which m coils in one row and N layers are connected in series. 図6は、従来の過電流センサのセンサコイルおよび本発明の渦電流センサのセンサコイルと半導体ウエハ(基板)との位置関係を示す模式的立面図である。FIG. 6 is a schematic elevation view showing a positional relationship between a sensor coil of a conventional overcurrent sensor and a sensor coil of the eddy current sensor of the present invention and a semiconductor wafer (substrate). 図7は、センサコイルの他の巻き方を示す概略図である。FIG. 7 is a schematic view showing another method of winding the sensor coil. 図8は、センサコイルの他の巻き方を示す概略図である。FIG. 8 is a schematic view showing another method of winding the sensor coil. 図9は、センサコイルの他の巻き方を示す概略図である。FIG. 9 is a schematic view showing another method of winding the sensor coil. 図10は、発振コイルの形状を凹球面状に形成した例を示す概略図である。FIG. 10 is a schematic view showing an example in which the oscillation coil is formed in a concave spherical shape. 図11は、図4(b)に示すセンサコイルの周囲に高透磁率材料からなる筒状部材を配置した例を示す概略図である。FIG. 11 is a schematic view showing an example in which a cylindrical member made of a high magnetic permeability material is arranged around the sensor coil shown in FIG. 図12は、渦電流センサのセンサコイルの3個のコイルについてソレノイド巻きとスパイラル巻きとを組み合わせた例を示す概略図である。FIG. 12 is a schematic view showing an example in which solenoid winding and spiral winding are combined for the three coils of the sensor coil of the eddy current sensor. 図13は、検出コイル,発振コイル(励磁コイル),バランスコイル(ダミーコイル)の直径を変えた実施形態を示す概略図である。FIG. 13 is a schematic diagram showing an embodiment in which the diameters of the detection coil, oscillation coil (excitation coil), and balance coil (dummy coil) are changed. 図14は、渦電流センサのセンサコイルの3個のコイルを同心円状に配置した例を示す概略図である。FIG. 14 is a schematic diagram showing an example in which three coils of the sensor coil of the eddy current sensor are arranged concentrically. 図15は、センサコイルにおける各コイルの接続例を示す概略図である。FIG. 15 is a schematic diagram illustrating a connection example of each coil in the sensor coil. 図16は、渦電流センサの同期検波回路を示すブロック図である。FIG. 16 is a block diagram showing a synchronous detection circuit of the eddy current sensor. 図17は、渦電流センサを備えた研磨装置の要部構成を示す図であり、図17(a)は渦電流センサの制御部を含む全体構成を示す図であり、図17(b)は渦電流センサ部分の拡大断面図である。FIG. 17 is a diagram showing a main configuration of a polishing apparatus provided with an eddy current sensor. FIG. 17A is a diagram showing an overall configuration including a control unit of the eddy current sensor, and FIG. It is an expanded sectional view of an eddy current sensor part. 図18(a)は、渦電流センサが半導体ウエハの表面(被研磨面)を走査(スキャン)するときの軌跡と渦電流センサの出力との関係を示す図であり、図18(b)は、正常な半導体ウエハの場合の渦電流センサの出力を示す図である。FIG. 18A is a diagram showing the relationship between the locus when the eddy current sensor scans the surface (surface to be polished) of the semiconductor wafer and the output of the eddy current sensor, and FIG. It is a figure which shows the output of the eddy current sensor in the case of a normal semiconductor wafer. 図19(a)は、半導体ウエハの研磨を開始してから半導体ウエハ上の金属膜(または導電性膜)がクリアされる(無くなる)までの研磨工程と渦電流センサの出力との関係を示す図であり、図19(b)は、半導体ウエハの研磨を開始してから半導体ウエハ上の金属膜(または導電性膜)がクリアされる(無くなる)までの研磨時間(t)と渦電流センサの出力値の変化の関係を示す図である。FIG. 19A shows the relationship between the polishing process from the start of polishing of the semiconductor wafer until the metal film (or conductive film) on the semiconductor wafer is cleared (eliminated) and the output of the eddy current sensor. FIG. 19B shows a polishing time (t) from the start of polishing of the semiconductor wafer until the metal film (or conductive film) on the semiconductor wafer is cleared (eliminated) and an eddy current sensor. It is a figure which shows the relationship of the change of an output value. 図20は、半導体ウエハ上の金属膜(または導電性膜)の研磨工程および監視工程の手順を示すフローチャートである。FIG. 20 is a flowchart showing the procedure of the polishing process and the monitoring process of the metal film (or conductive film) on the semiconductor wafer. 図21(a),(b)は、スパイラル巻きの3つのコイルを備えた渦電流センサを用いてコイルの巻き数を切替えて感度が異なる2つのセンサを構成する方法を示す模式的平面図である。FIGS. 21A and 21B are schematic plan views showing a method of configuring two sensors having different sensitivities by switching the number of turns of a coil using an eddy current sensor having three spirally wound coils. is there. 図22は、金属薄膜検出を目的としたセンサ感度を上げて実施する方法においてセンサの切替えを行うタイミングを示す模式図である。FIG. 22 is a schematic diagram showing the timing of sensor switching in the method of increasing the sensor sensitivity for the purpose of detecting a metal thin film. 図23は、ウエハ上の局所的な残膜の検出を目的に監視手法を変更する方法を示す図であり、図23(a)は、1回の走査で得られたセンサ軌跡上の全ての測定点のデータを平均した出力値を用いる監視手法を示し、図23(b)は、1回の走査で得られたセンサ軌跡上の各測定点の出力値を用いる監視手法を示し、図23(c)は、図23(a)に示す監視手法から図23(b)に示す監視手法に切替える場合を示すグラフである。FIG. 23 is a diagram showing a method of changing the monitoring method for the purpose of detecting a local residual film on the wafer. FIG. 23A shows all the sensor trajectories obtained by one scan. FIG. 23B shows a monitoring method using the output value of each measurement point on the sensor trajectory obtained by one scan, and FIG. 23B shows a monitoring method using the output value obtained by averaging the data of the measurement points. FIG. 23C is a graph showing a case where the monitoring method shown in FIG. 23A is switched to the monitoring method shown in FIG. 図24は、渦電流センサにより得た各測定値の出力値を監視することにより局所的な残膜の発生を検出する場合に、ウエハの下層にある金属配線等の影響について示す図であり、図24(a)は、ウエハの下層の影響を受けない場合を示し、図24(b)は、ウエハの下層にある金属配線等の影響を受ける場合を示す。FIG. 24 is a diagram showing the influence of metal wiring or the like on the lower layer of the wafer when detecting the occurrence of a local residual film by monitoring the output value of each measurement value obtained by the eddy current sensor. FIG. 24A shows a case where there is no influence of the lower layer of the wafer, and FIG. 24B shows a case where it is influenced by metal wiring or the like in the lower layer of the wafer. 図25は、渦電流センサが半導体ウエハ上を走査する軌跡を示す模式図である。FIG. 25 is a schematic diagram showing a trajectory of the eddy current sensor scanning on the semiconductor wafer. 図26は、渦電流センサが半導体ウエハ上を走査する軌跡を示す模式図である。FIG. 26 is a schematic diagram showing a trajectory of the eddy current sensor scanning on the semiconductor wafer. 図27は、渦電流センサが半導体ウエハ上を走査する軌跡を示す模式図である。FIG. 27 is a schematic diagram showing a trajectory that the eddy current sensor scans on the semiconductor wafer. 図28は、本発明の研磨装置において好適に使用できる複数の圧力室を備えたトップリングを示す模式的断面図である。FIG. 28 is a schematic cross-sectional view showing a top ring provided with a plurality of pressure chambers that can be suitably used in the polishing apparatus of the present invention.

以下、本発明に係る研磨装置の実施形態について図1乃至図28を参照して詳細に説明する。なお、図1から図28において、同一または相当する構成要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。   Hereinafter, embodiments of a polishing apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to FIGS. In FIG. 1 to FIG. 28, the same or corresponding components are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.

図1は、本発明に係る研磨装置の全体構成を示す概略図である。図1に示すように、研磨装置は、研磨テーブル100と、研磨対象物である半導体ウエハ等の基板を保持して研磨テーブル上の研磨面に押圧するトップリング1とを備えている。
研磨テーブル100は、テーブル軸100aを介してその下方に配置されるモータ(図示せず)に連結されており、そのテーブル軸100a周りに回転可能になっている。研磨テーブル100の上面には研磨パッド101が貼付されており、研磨パッド101の表面101aが半導体ウエハWを研磨する研磨面を構成している。研磨テーブル100の上方には研磨液供給ノズル102が設置されており、この研磨液供給ノズル102によって研磨テーブル100上の研磨パッド101上に研磨液Qが供給されるようになっている。図1に示すように、研磨テーブル100の内部には、渦電流センサ50が埋設されている。
FIG. 1 is a schematic diagram showing the overall configuration of a polishing apparatus according to the present invention. As shown in FIG. 1, the polishing apparatus includes a polishing table 100 and a top ring 1 that holds a substrate such as a semiconductor wafer that is an object to be polished and presses the substrate against a polishing surface on the polishing table.
The polishing table 100 is connected to a motor (not shown) disposed below the table via a table shaft 100a, and is rotatable around the table shaft 100a. A polishing pad 101 is affixed to the upper surface of the polishing table 100, and the surface 101 a of the polishing pad 101 constitutes a polishing surface for polishing the semiconductor wafer W. A polishing liquid supply nozzle 102 is installed above the polishing table 100, and the polishing liquid Q is supplied onto the polishing pad 101 on the polishing table 100 by the polishing liquid supply nozzle 102. As shown in FIG. 1, an eddy current sensor 50 is embedded in the polishing table 100.

トップリング1は、半導体ウエハWを研磨面101aに対して押圧するトップリング本体2と、半導体ウエハWの外周縁を保持して半導体ウエハWがトップリングから飛び出さないようにするリテーナリング3とから基本的に構成されている。   The top ring 1 includes a top ring body 2 that presses the semiconductor wafer W against the polishing surface 101a, and a retainer ring 3 that holds the outer peripheral edge of the semiconductor wafer W so that the semiconductor wafer W does not jump out of the top ring. It basically consists of

トップリング1は、トップリングシャフト111に接続されており、このトップリングシャフト111は、上下動機構124によりトップリングヘッド110に対して上下動するようになっている。このトップリングシャフト111の上下動により、トップリングヘッド110に対してトップリング1の全体を昇降させ位置決めするようになっている。なお、トップリングシャフト111の上端にはロータリージョイント125が取り付けられている。
トップリングシャフト111およびトップリング1を上下動させる上下動機構124は、軸受126を介してトップリングシャフト111を回転可能に支持するブリッジ128と、ブリッジ128に取り付けられたボールねじ132と、支柱130により支持された支持台129と、支持台129上に設けられたACサーボモータ138とを備えている。サーボモータ138を支持する支持台129は、支柱130を介してトップリングヘッド110に固定されている。
The top ring 1 is connected to a top ring shaft 111, and the top ring shaft 111 moves up and down with respect to the top ring head 110 by a vertical movement mechanism 124. By moving the top ring shaft 111 up and down, the entire top ring 1 is moved up and down with respect to the top ring head 110 for positioning. A rotary joint 125 is attached to the upper end of the top ring shaft 111.
The vertical movement mechanism 124 that moves the top ring shaft 111 and the top ring 1 up and down includes a bridge 128 that rotatably supports the top ring shaft 111 via a bearing 126, a ball screw 132 attached to the bridge 128, and a column 130. A support base 129 supported by the above-mentioned structure, and an AC servo motor 138 provided on the support base 129. A support base 129 that supports the servo motor 138 is fixed to the top ring head 110 via a support 130.

ボールねじ132は、サーボモータ138に連結されたねじ軸132aと、このねじ軸132aが螺合するナット132bとを備えている。トップリングシャフト111は、ブリッジ128と一体となって上下動するようになっている。したがって、サーボモータ138を駆動すると、ボールねじ132を介してブリッジ128が上下動し、これによりトップリングシャフト111およびトップリング1が上下動する。   The ball screw 132 includes a screw shaft 132a connected to the servo motor 138 and a nut 132b into which the screw shaft 132a is screwed. The top ring shaft 111 moves up and down integrally with the bridge 128. Therefore, when the servo motor 138 is driven, the bridge 128 moves up and down via the ball screw 132, and thereby the top ring shaft 111 and the top ring 1 move up and down.

また、トップリングシャフト111はキー(図示せず)を介して回転筒112に連結されている。この回転筒112はその外周部にタイミングプーリ113を備えている。トップリングヘッド110にはトップリング用モータ114が固定されており、上記タイミングプーリ113は、タイミングベルト115を介してトップリング用モータ114に設けられたタイミングプーリ116に接続されている。したがって、トップリング用モータ114を回転駆動することによってタイミングプーリ116、タイミングベルト115、およびタイミングプーリ113を介して回転筒112およびトップリングシャフト111が一体に回転し、トップリング1が回転する。なお、トップリングヘッド110は、フレーム(図示せず)に回転可能に支持されたトップリングヘッドシャフト117によって支持されている。   The top ring shaft 111 is connected to the rotary cylinder 112 via a key (not shown). The rotating cylinder 112 includes a timing pulley 113 on the outer periphery thereof. A top ring motor 114 is fixed to the top ring head 110, and the timing pulley 113 is connected to a timing pulley 116 provided on the top ring motor 114 via a timing belt 115. Accordingly, when the top ring motor 114 is rotationally driven, the rotary cylinder 112 and the top ring shaft 111 rotate together via the timing pulley 116, the timing belt 115, and the timing pulley 113, and the top ring 1 rotates. The top ring head 110 is supported by a top ring head shaft 117 that is rotatably supported by a frame (not shown).

図1に示すように構成された研磨装置において、トップリング1は、その下面に半導体ウエハWなどの基板を保持できるようになっている。トップリングヘッド110はトップリングシャフト117を中心として旋回可能に構成されており、下面に半導体ウエハWを保持したトップリング1は、トップリングヘッド110の旋回により半導体ウエハWの受取位置から研磨テーブル100の上方に移動される。そして、トップリング1を下降させて半導体ウエハWを研磨パッド101の表面(研磨面)101aに押圧する。このとき、トップリング1および研磨テーブル100をそれぞれ回転させ、研磨テーブル100の上方に設けられた研磨液供給ノズル102から研磨パッド101上に研磨液を供給する。このように、半導体ウエハWを研磨パッド101の研磨面101aに摺接させて半導体ウエハWの表面を研磨する。   In the polishing apparatus configured as shown in FIG. 1, the top ring 1 can hold a substrate such as a semiconductor wafer W on its lower surface. The top ring head 110 is configured to be pivotable about a top ring shaft 117, and the top ring 1 holding the semiconductor wafer W on the lower surface thereof is rotated from the receiving position of the semiconductor wafer W by the rotation of the top ring head 110. Is moved above. Then, the top ring 1 is lowered to press the semiconductor wafer W against the surface (polishing surface) 101 a of the polishing pad 101. At this time, the top ring 1 and the polishing table 100 are rotated, and the polishing liquid is supplied onto the polishing pad 101 from the polishing liquid supply nozzle 102 provided above the polishing table 100. Thus, the surface of the semiconductor wafer W is polished by bringing the semiconductor wafer W into sliding contact with the polishing surface 101a of the polishing pad 101.

図2は、研磨テーブル100と渦電流センサ50と半導体ウエハWとの関係を示す平面図である。図2に示すように、渦電流センサ50は、トップリング1に保持された研磨中の半導体ウエハWの中心Cwを通過する位置に設置されている。符号Cは研磨テーブル100の回転中心である。例えば、渦電流センサ50は、半導体ウエハWの下方を通過している間、通過軌跡(走査線)上で連続的に半導体ウエハWのCu層等の金属膜(導電性膜)を検出できるようになっている。 FIG. 2 is a plan view showing the relationship among the polishing table 100, the eddy current sensor 50, and the semiconductor wafer W. As shown in FIG. As shown in FIG. 2, the eddy current sensor 50 is installed at a position passing through the center Cw of the semiconductor wafer W being polished held by the top ring 1. Reference symbol CT denotes the rotation center of the polishing table 100. For example, the eddy current sensor 50 can continuously detect a metal film (conductive film) such as a Cu layer of the semiconductor wafer W on the passage locus (scanning line) while passing under the semiconductor wafer W. It has become.

次に、本発明に係る研磨装置が備える渦電流センサ50について、図3から図17を用いてより詳細に説明する。
図3は、渦電流センサ50の構成を示す図であり、図3(a)は渦電流センサ50の構成を示すブロック図であり、図3(b)は渦電流センサ50の等価回路図である。
図3(a)に示すように、渦電流センサ50は、検出対象の金属膜(または導電性膜)mfの近傍にセンサコイル60を配置し、そのコイルに交流信号源52が接続されている。ここで、検出対象の金属膜(または導電性膜)mfは、例えば半導体ウエハW上に形成されたCu,Al,Au,Wなどの薄膜である。センサコイル60は、検出用のコイルであり、検出対象の金属膜(または導電性膜)に対して、例えば1.0〜4.0mm程度の近傍に配置される。
Next, the eddy current sensor 50 provided in the polishing apparatus according to the present invention will be described in more detail with reference to FIGS.
FIG. 3 is a diagram illustrating the configuration of the eddy current sensor 50, FIG. 3A is a block diagram illustrating the configuration of the eddy current sensor 50, and FIG. 3B is an equivalent circuit diagram of the eddy current sensor 50. is there.
As shown in FIG. 3A, in the eddy current sensor 50, a sensor coil 60 is disposed in the vicinity of a metal film (or conductive film) mf to be detected, and an AC signal source 52 is connected to the coil. . Here, the metal film (or conductive film) mf to be detected is a thin film such as Cu, Al, Au, W formed on the semiconductor wafer W, for example. The sensor coil 60 is a detection coil, and is disposed in the vicinity of, for example, about 1.0 to 4.0 mm with respect to the metal film (or conductive film) to be detected.

渦電流センサには、金属膜(または導電性膜)mfに渦電流が生じることにより、発振周波数が変化し、この周波数変化から金属膜(または導電性膜)を検出する周波数タイプと、インピーダンスが変化し、このインピーダンス変化から金属膜(または導電性膜)を検出するインピーダンスタイプとがある。即ち、周波数タイプでは、図3(b)に示す等価回路において、渦電流Iが変化することで、インピーダンスZが変化し、信号源(可変周波数発振器)52の発振周波数が変化すると、検波回路54でこの発振周波数の変化を検出し、金属膜(または導電性膜)の変化を検出することができる。インピーダンスタイプでは、図3(b)に示す等価回路において、渦電流Iが変化することで、インピーダンスZが変化し、信号源(固定周波数発振器)52から見たインピーダンスZが変化すると、検波回路54でこのインピーダンスZの変化を検出し、金属膜(または導電性膜)の変化を検出することができる。 In the eddy current sensor, an eddy current is generated in the metal film (or conductive film) mf, so that the oscillation frequency changes, and a frequency type for detecting the metal film (or conductive film) from this frequency change and an impedance are provided. There is an impedance type that changes and detects a metal film (or conductive film) from this impedance change. That is, in the frequency type, in the equivalent circuit shown in FIG. 3B, when the eddy current I 2 changes, the impedance Z changes, and the oscillation frequency of the signal source (variable frequency oscillator) 52 changes. The change of the oscillation frequency can be detected at 54, and the change of the metal film (or conductive film) can be detected. The impedance type, in the equivalent circuit shown in FIG. 3 (b), by eddy current I 2 is changed, the impedance Z is changed, the impedance Z is changed as viewed from the signal source (fixed frequency oscillator) 52, a detection circuit The change of the impedance Z can be detected at 54, and the change of the metal film (or conductive film) can be detected.

インピーダンスタイプの渦電流センサでは、信号出力X、Y、位相、合成インピーダンスZ、が後述するように取り出される。周波数F、またはインピーダンスX、Y等から、金属膜(または導電性膜)Cu,Al,Au,Wの測定情報が得られる。渦電流センサ50は、図1に示すように研磨テーブル100の内部の表面付近の位置に内蔵することができ、研磨対象の半導体ウエハに対して研磨パッドを介して対面するように位置し、半導体ウエハ上の金属膜(または導電性膜)に流れる渦電流から金属膜(または導電性膜)の変化を検出することができる。   In the impedance type eddy current sensor, signal outputs X, Y, phase, and combined impedance Z are taken out as will be described later. Measurement information of the metal film (or conductive film) Cu, Al, Au, W is obtained from the frequency F, impedance X, Y, or the like. As shown in FIG. 1, the eddy current sensor 50 can be built in a position near the inner surface of the polishing table 100, and is positioned so as to face a semiconductor wafer to be polished via a polishing pad. A change in the metal film (or conductive film) can be detected from the eddy current flowing in the metal film (or conductive film) on the wafer.

渦電流センサの周波数は、単一電波、混合電波、AM変調電波、FM変調電波、関数発生器の掃引出力または複数の発振周波数源を用いることができ、金属膜の膜種に適合させて、感度の良い発振周波数や変調方式を選択することが好ましい。   The frequency of the eddy current sensor can be a single radio wave, a mixed radio wave, an AM modulated radio wave, an FM modulated radio wave, a swept output of a function generator or a plurality of oscillation frequency sources, adapted to the film type of the metal film, It is preferable to select an oscillation frequency or modulation method with good sensitivity.

以下に、インピーダンスタイプの渦電流センサについて具体的に説明する。交流信号源52は、2〜8MHz程度の固定周波数の発振器であり、例えば水晶発振器が用いられる。そして、交流信号源52により供給される交流電圧により、センサコイル60に電流Iが流れる。金属膜(または導電性膜)mfの近傍に配置されたセンサコイル60に電流が流れることで、この磁束が金属膜(または導電性膜)mfと鎖交することでその間に相互インダクタンスMが形成され、金属膜(または導電性膜)mf中に渦電流Iが流れる。ここでR1はセンサコイルを含む一次側の等価抵抗であり、Lは同様にセンサコイルを含む一次側の自己インダクタンスである。金属膜(または導電性膜)mf側では、R2は渦電流損に相当する等価抵抗であり、Lはその自己インダクタンスである。交流信号源52の端子a,bからセンサコイル側を見たインピーダンスZは、金属膜(または導電性膜)mf中に形成される渦電流損の大きさによって変化する。 The impedance type eddy current sensor will be specifically described below. The AC signal source 52 is an oscillator having a fixed frequency of about 2 to 8 MHz. For example, a crystal oscillator is used. The current I 1 flows through the sensor coil 60 due to the AC voltage supplied from the AC signal source 52. When a current flows through the sensor coil 60 disposed in the vicinity of the metal film (or conductive film) mf, this magnetic flux is linked to the metal film (or conductive film) mf, thereby forming a mutual inductance M therebetween. is, eddy current I 2 flows in the metal film (or conductive film) mf. Where R1 is the equivalent resistance of the primary side including the sensor coil, L 1 is self inductance of the primary side including the sensor coil as well. A metal film (or conductive film) mf side, R2 is equivalent resistance corresponding to eddy current loss, L 2 is its self-inductance. The impedance Z when the sensor coil side is viewed from the terminals a and b of the AC signal source 52 varies depending on the magnitude of eddy current loss formed in the metal film (or conductive film) mf.

図4(a),(b),(c)は、従来の渦電流センサのセンサコイルと本発明の渦電流センサのセンサコイルとを対比して示す図である。図4(a)は従来の渦電流センサにおいて用いられているセンサコイルの構成例を示す概略図であり、図4(b)は本発明の渦電流センサ50のセンサコイルの構成例を示す概略図であり、図4(c)は本発明の渦電流センサ50の検出コイルを示す模式的平面図である。   4 (a), 4 (b), and 4 (c) are diagrams showing a comparison between the sensor coil of the conventional eddy current sensor and the sensor coil of the eddy current sensor of the present invention. 4A is a schematic diagram showing a configuration example of a sensor coil used in a conventional eddy current sensor, and FIG. 4B is a schematic diagram showing a configuration example of the sensor coil of the eddy current sensor 50 of the present invention. FIG. 4 (c) is a schematic plan view showing a detection coil of the eddy current sensor 50 of the present invention.

図4(a)に示すように、従来の渦電流センサのセンサコイル51は、金属膜(または導電性膜)に渦電流を形成するためのコイルと、金属膜(または導電性膜)の渦電流を検出するためのコイルとを分離したもので、ボビン71に巻回された3個のコイル72,73,74により構成されている。センサの感度を得るためには、コイルの巻き数を増加させる必要がある。そのため、センサコイル51における3個のコイル72,73,74は、列を半導体ウエハ(基板)Wに対して垂直方向、層を半導体ウエハ(基板)Wに対して平行方向と定義したときに、ボビン71の外周に線材lnをそれぞれ5列2層(10ターン)でソレノイド巻きしたコイルからなる。ここで中央のコイル72は、交流信号源52に接続される発振コイルである。この発振コイル72は、交流信号源52より供給される電圧の形成する磁界により、近傍に配置される半導体ウエハ(基板)W上の金属膜(または導電性膜)mfに渦電流を形成する。ボビン71の金属膜(または導電性膜)側には、検出コイル73が配置され、金属膜(または導電性膜)に形成される渦電流により発生する磁界を検出する。発振コイル72を挟んで検出コイル73の反対側にはバランスコイル74が配置されている。   As shown in FIG. 4A, a sensor coil 51 of a conventional eddy current sensor includes a coil for forming an eddy current in a metal film (or conductive film), and an eddy current in the metal film (or conductive film). A coil for detecting current is separated from the coil, and is composed of three coils 72, 73 and 74 wound around a bobbin 71. In order to obtain the sensitivity of the sensor, it is necessary to increase the number of turns of the coil. Therefore, the three coils 72, 73, and 74 in the sensor coil 51 are defined when the column is defined as a direction perpendicular to the semiconductor wafer (substrate) W and the layer is defined as a direction parallel to the semiconductor wafer (substrate) W. The bobbin 71 is made of a coil in which the wire ln is solenoidally wound in five rows and two layers (10 turns) on the outer periphery of the bobbin 71. Here, the central coil 72 is an oscillation coil connected to the AC signal source 52. The oscillation coil 72 forms an eddy current in the metal film (or conductive film) mf on the semiconductor wafer (substrate) W disposed in the vicinity by a magnetic field generated by the voltage supplied from the AC signal source 52. A detection coil 73 is arranged on the metal film (or conductive film) side of the bobbin 71 to detect a magnetic field generated by an eddy current formed in the metal film (or conductive film). A balance coil 74 is disposed on the opposite side of the detection coil 73 with the oscillation coil 72 interposed therebetween.

これに対して、本発明の渦電流センサ50のセンサコイル60は、図4(b)に示すように、3個のコイル62,63,64により構成されており、ボビン61に巻き付ける方式を採っていない。センサコイル60の3個のコイル62,63,64は、列を半導体ウエハ(基板)Wに対して垂直方向、層を半導体ウエハ(基板)Wに対して平行方向と定義したときに、線材lnをそれぞれ1列N層巻きでスパイラル状に巻いたコイルである。より詳細にいうと、3個のコイル62,63,64は、列を半導体ウエハ(基板)Wの金属膜(または導電性膜)が形成された面に対して垂直方向、層を半導体ウエハ(基板)Wの金属膜(または導電性膜)が形成された面に対して平行方向と定義したときに、線材lnをそれぞれ1列N層巻きでスパイラル状に巻いたコイルである。Nは2以上の整数であり、例えば従来と同等以上の巻き数とすればNは10以上である。図4(b)に示す例においては1列14層のコイルである。   On the other hand, the sensor coil 60 of the eddy current sensor 50 of the present invention is composed of three coils 62, 63, 64 as shown in FIG. Not. The three coils 62, 63, 64 of the sensor coil 60 are wire rods ln when a column is defined as a direction perpendicular to the semiconductor wafer (substrate) W and a layer is defined as a direction parallel to the semiconductor wafer (substrate) W. Are coils each wound in a spiral with one row and N layer winding. More specifically, the three coils 62, 63, 64 are arranged in a direction perpendicular to the surface of the semiconductor wafer (substrate) W on which the metal film (or conductive film) is formed, and the layer is formed on the semiconductor wafer ( When the substrate is defined as a direction parallel to the surface on which the metal film (or conductive film) of W is formed, it is a coil in which the wire ln is wound in a spiral form with one row and N layers each. N is an integer of 2 or more. For example, N is 10 or more if the number of turns is equal to or greater than the conventional number. In the example shown in FIG. 4B, the coil has one row and 14 layers.

前記3個のコイル62,63,64のうち中央のコイル62は、交流信号源52に接続される発振コイルである。この発振コイル62は、交流信号源52より供給される電圧の形成する磁界により、近傍に配置される半導体ウエハW上の金属膜(または導電性膜)mfに渦電流を形成する。発振コイル62の金属膜(または導電性膜)側には、検出コイル63が配置され、金属膜(または導電性膜)に形成される渦電流により発生する磁界を検出する。発振コイル62を挟んで検出コイル63と反対側にはバランスコイル64が配置されている。発振コイル62と検出コイル63との間には発振コイル62と検出コイル63との間隔を一定に保つためのスペーサS1が配置されており、発振コイル62とバランスコイル64との間には発振コイル62とバランスコイル64との間隔を一定に保つためのスペーサS2が配置されている。そして、バランスコイル64に隣接してボビン61が配置されている。なお、発振コイル62と検出コイル63の間および発振コイル62とバランスコイル64の間は、距離さえ開いていればよく、特にスペーサを設けず空間だけでもよい。   Of the three coils 62, 63 and 64, the central coil 62 is an oscillation coil connected to the AC signal source 52. The oscillation coil 62 forms an eddy current in the metal film (or conductive film) mf on the semiconductor wafer W disposed in the vicinity by a magnetic field generated by the voltage supplied from the AC signal source 52. A detection coil 63 is disposed on the metal film (or conductive film) side of the oscillation coil 62 to detect a magnetic field generated by an eddy current formed in the metal film (or conductive film). A balance coil 64 is disposed on the opposite side of the detection coil 63 with the oscillation coil 62 interposed therebetween. A spacer S <b> 1 is disposed between the oscillation coil 62 and the detection coil 63 to keep the distance between the oscillation coil 62 and the detection coil 63 constant, and the oscillation coil is interposed between the oscillation coil 62 and the balance coil 64. A spacer S2 for keeping the distance between 62 and the balance coil 64 constant is disposed. A bobbin 61 is disposed adjacent to the balance coil 64. It should be noted that the distance between the oscillation coil 62 and the detection coil 63 and between the oscillation coil 62 and the balance coil 64 need only be wide, and in particular, only a space may be provided without providing a spacer.

図4(c)に示すように、検出コイル63は、線材lnを1列N層巻きで半径方向にスパイラル状に巻いたコイルからなっている。検出コイル63は、半導体ウエハ(基板)の金属膜(または導電性膜)mfが形成された面と平行に線材lnをスパイラル状にN層巻くことにより列方向(図4(c)において紙面と直交する方向)に線材lnの直径分しか厚さがなく偏平になっていてもよいし、線材lnをスパイラル状にN層巻く際に半導体ウエハ(基板)Wに次第に近づく(または遠ざかる)ように彎曲させることにより列方向に線材lnの直径分より所定の厚みを持たせたものでもよい。図4(c)では検出コイル63を図示したが、発振コイル62およびバランスコイル64も図4(c)と同一の形状になっている。   As shown in FIG. 4C, the detection coil 63 is composed of a coil in which a wire ln is wound in a spiral shape in the radial direction by one-row N-layer winding. The detection coil 63 is spirally wound with N layers of a wire rod ln parallel to the surface of the semiconductor wafer (substrate) on which the metal film (or conductive film) mf is formed. It may be flat because the thickness is only the diameter of the wire ln in the direction orthogonal to the wire, and so that the wire ln gradually approaches (or moves away from) the semiconductor wafer (substrate) W when winding the wire ln in N layers spirally. It may be bent to have a predetermined thickness from the diameter of the wire ln in the row direction. Although the detection coil 63 is illustrated in FIG. 4C, the oscillation coil 62 and the balance coil 64 have the same shape as in FIG.

また、センサコイル60における各コイル62,63,64は、線材lnを1列N層巻きでスパイラル状に巻いた図4(c)に示すコイルをm個直列に接続して構成してもよい。ここでmは2以上の整数である。1列N層のコイルをm個直列に接続する場合、各コイル同士が接触すると、容量成分が増加するので、1列N層のコイルを列方向(基板に対して垂直方向)にm個並べ、隣接するコイル間に隙間を空けることが好ましい。なお、この隙間に透磁率の低い材料を設けてもよい。   Further, each of the coils 62, 63, 64 in the sensor coil 60 may be configured by connecting m coils shown in FIG. 4C in which the wire ln is spirally wound with one row and N layer windings in series. . Here, m is an integer of 2 or more. When m coils in a row and N layers are connected in series, the capacitance component increases when the coils come into contact with each other. Therefore, m coils in a row and N layers are arranged in the row direction (perpendicular to the substrate). It is preferable to leave a gap between adjacent coils. Note that a material with low magnetic permeability may be provided in the gap.

図5(a),(b)は、1列N層のコイルをm個直列に接続する態様を示す模式図である。
図5(a)に示す態様では、1列N層のコイルA,コイルBを直列に接続している。図5(a)の態様では、コイル2列分のインダクタンスL1A+L1Bと、隣接するコイル間の相互インダクタンスMが得られる。隣接するコイル間の相互インダクタンスMは次式になる。

Figure 2012135865
ここで、kは結合係数、L1A,L1Bは自己インダクタンス[H]である。
したがって、図5(a)に示す例では、合成インダクタンスは、L=L1A+L1B+2Mとなる。
図5(b)に示す態様では、1列N層のコイルA,コイルB,コイルCを直列に接続している。図5(b)の態様では、コイル3列分のインダクタンスL1A+L1B+L1Cと、隣接するコイル間の相互インダクタンスM1AB,M1BC,M1ACが得られる。相互インダクタンスM1AB,M1BC,M1ACは次式になる。
Figure 2012135865
ここで、k,k,kは結合係数、L1A,L1B,L1Cは自己インダクタンスである。
したがって、図5(b)に示す例では、合成インダクタンスは、L=L1A+L1B+L1C+2M1AB+2M1BC+2M1ACとなる。
図5(a),(b)においては、1列N層のコイルを2個又は3個直列接続する場合を示したが、1列N層のコイルをm個直列に接続する場合には、コイルの合成インダクタンスLは、m列分のインダクタンスとm列間の相互インダクタンスの和になるため、コイルの合成インダクタンスの上昇に伴い、コイル全体のセンサ出力値は増加することになり、検出を良好に行うことが可能となる。 FIGS. 5A and 5B are schematic views showing an aspect in which m coils in one row and N layers are connected in series.
In the embodiment shown in FIG. 5A, one row N layers of coils A and B are connected in series. 5A, the inductance L 1A + L 1B for two coils and the mutual inductance M between adjacent coils can be obtained. The mutual inductance M between adjacent coils is given by
Figure 2012135865
Here, k is a coupling coefficient, and L 1A and L 1B are self-inductances [H].
Therefore, in the example shown in FIG. 5A, the combined inductance is L 0 = L 1A + L 1B + 2M.
In the embodiment shown in FIG. 5B, one row N-layer coil A, coil B, and coil C are connected in series. In the mode shown in FIG. 5B, the inductances L 1A + L 1B + L 1C for three coils and the mutual inductances M 1AB , M 1BC and M 1AC between adjacent coils are obtained. The mutual inductances M 1AB , M 1BC , and M 1AC are as follows.
Figure 2012135865
Here, k 0 , k 1 and k 2 are coupling coefficients, and L 1A , L 1B and L 1C are self-inductances.
Therefore, in the example illustrated in FIG. 5B, the combined inductance is L 0 = L 1A + L 1B + L 1C + 2M 1AB + 2M 1BC + 2M 1AC .
5 (a) and 5 (b) show the case where two or three coils in one row N layers are connected in series, but when m coils in one row N layers are connected in series, combined inductance L 0 of the coil, since the sum of the mutual inductance between m columns partial inductance and m columns, with increasing total inductance of the coil, results in the sensor output value of the entire coil increases, the detection It is possible to perform well.

また、図5(a),(b)に示す例においては、1列N層のコイル間に切替スイッチを設けることにより、直列接続されるコイル数を適宜選定できる。したがって、検出対象の金属膜や膜厚によって、検出コイル63,発振コイル(励磁コイル)62,バランスコイル(ダミーコイル)64のコイル数(列数)を切り替えて、最適な検出を行うことが可能となる。例えば、金属膜の膜厚が薄かったり、金属の抵抗値が低い場合にはコイル数(列数)を増やすことが可能となる。なお、図5(a),(b)において、コイルA,コイルB,コイルC等のコイル間には、空間(隙間)は、なくてもよいが、設ける方が好ましい。この空間(隙間)に誘電率が低い材質のものを配置してもよい。   In the example shown in FIGS. 5A and 5B, the number of coils connected in series can be appropriately selected by providing a changeover switch between coils in one row and N layers. Therefore, it is possible to perform optimum detection by switching the number of coils (number of columns) of the detection coil 63, the oscillation coil (excitation coil) 62, and the balance coil (dummy coil) 64 depending on the metal film or film thickness to be detected. It becomes. For example, when the metal film is thin or the metal resistance value is low, the number of coils (number of columns) can be increased. In FIGS. 5A and 5B, there is no space (gap) between the coils A, B, and C, but it is preferable to provide them. A material having a low dielectric constant may be disposed in this space (gap).

図6は、従来の過電流センサのセンサコイル51および本発明の渦電流センサのセンサコイル60と半導体ウエハ(基板)との位置関係を示す模式的立面図である。図6に示すように、従来のセンサコイル51の検出端51eと本発明の渦電流センサのセンサコイル60の検出端60eとを同一の高さ位置に配置する場合、本発明の渦電流センサ50のセンサコイル60は、従来の渦電流センサのセンサコイル51に比べて、半導体ウエハWに近づけて配置できることが特徴となっている。
センサの感度を得るためには、コイルの巻き数を増加させる必要がある。従来のソレノイド巻きのセンサコイル51は、ボビン(空芯含む)に線材lnを巻きつけていたため5列2層(10ターン)になり、センサコイル51における各コイル73,72,74と半導体ウエハWとの間の距離(L1,L2,L3)が遠くなる。
本発明のセンサコイル60は、ボビンに巻きつける方式ではなくてもよいため、各コイル62,63,64を1列N層巻きでスパイラル状に巻くことによって、各コイルの厚みが薄い状態で巻き数を多く取ることが可能となる。したがって、センサコイル60における各コイル63,62,64と半導体ウエハWとの間の距離(L1,L2,L3)を近づけることができるため、センサ感度が良くなる。そして、巻き数を大きく取ることによってL成分も上昇し、感度が向上する。
FIG. 6 is a schematic elevation view showing the positional relationship between the sensor coil 51 of the conventional overcurrent sensor and the sensor coil 60 of the eddy current sensor of the present invention and the semiconductor wafer (substrate). As shown in FIG. 6, when the detection end 51e of the conventional sensor coil 51 and the detection end 60e of the sensor coil 60 of the eddy current sensor of the present invention are arranged at the same height position, the eddy current sensor 50 of the present invention. The sensor coil 60 is characterized in that it can be disposed closer to the semiconductor wafer W than the sensor coil 51 of the conventional eddy current sensor.
In order to obtain the sensitivity of the sensor, it is necessary to increase the number of turns of the coil. The conventional solenoid-wound sensor coil 51 has five rows and two layers (10 turns) because the wire ln is wound around a bobbin (including an air core), and each coil 73, 72, 74 in the sensor coil 51 and the semiconductor wafer W The distance (L1, L2, L3) between is increased.
Since the sensor coil 60 of the present invention does not have to be wound around the bobbin, each coil 62, 63, 64 is wound in a spiral shape with one row of N layers, and each coil is wound in a thin state. It becomes possible to take a large number. Therefore, since the distance (L1, L2, L3) between each coil 63, 62, 64 and the semiconductor wafer W in the sensor coil 60 can be reduced, the sensor sensitivity is improved. Further, by increasing the number of turns, the L component is also increased, and the sensitivity is improved.

従来のソレノイド巻きの方式では、巻き数が増加するとコイル共振周波数は低くなり、線間の容量成分は並列接続になり増加し、共振周波数は実際には高くできないため、コイルから発振する周波数を高くすることができなくなる。
これに対して、本発明のスパイラル巻きを実施した場合、1列N層巻きであるため、線間の容量成分は直列接続になり小さくできる。そして、巻き数を多く取ることが可能となり、L成分を高く保持したまま、共振周波数が上昇し、発振周波数を上昇させることが可能になる。
図4(b),(c)においては、スパイラル巻きのコイルを例示したが、スパイラル巻きだけではなく他の巻き方であっても、1列N層巻きであれば同様の効果が得られるものである。
In the conventional solenoid winding method, the coil resonance frequency decreases as the number of turns increases, the capacitance component between the lines increases in parallel connection, and the resonance frequency cannot actually be increased. Can not do.
On the other hand, when the spiral winding of the present invention is carried out, the capacity component between the lines is connected in series and can be reduced because of the one-row N-layer winding. Then, it is possible to increase the number of windings, and it is possible to increase the resonance frequency and increase the oscillation frequency while keeping the L component high.
In FIGS. 4B and 4C, the spiral winding coil is illustrated, but the same effect can be obtained if it is not only spiral winding but also other winding methods as long as one row and N layers are wound. It is.

図7乃至図9は、1列N層巻きのセンサコイルの他の巻き方を示す概略図である。
図7に示す例においては、線材lnを1列N層巻きで多角形状に巻くことにより検出コイル63を形成している。図7に示すように、多角形は、半径方向内側から半径方向外側にいくにつれて、多角形の角数が増加するものであってもよいし、三角形や四角形のみからなって多角形の角数が同一のものであってもよい。
図8に示す例においては、線材lnを1列N層巻きで楕円状に巻くことにより検出コイル63を形成している。
図9に示す例においては、所定の基板BPに1列N層巻きでスパイラル状に印刷配線(printed wiring)PWを施すことにより、導電体1nを1列N層に巻いたパターンコイルからなる検出コイル63を形成している。なお、導電体1nを1列N層に巻いたパターンコイルは、印刷配線以外に、金属部材(Cu膜,Cu箔,Cu材等)をエッチング又はワイヤカット等の加工によって製作することが可能である。なお、金属部材は、Cu以外にAL等の他の材質のものでもよい。
図7乃至図9に示す例においては、線材又は導電体lnの各種の巻き方を検出コイル63に適用した場合を示したが、発振コイル62およびバランスコイル64にも同様に適用できる。
7 to 9 are schematic views showing other winding methods of the sensor coil having one row and N layers.
In the example shown in FIG. 7, the detection coil 63 is formed by winding a wire ln in a polygonal shape with one row and N layers. As shown in FIG. 7, the polygon may have a polygonal number that increases from the inside in the radial direction to the outside in the radial direction. May be the same.
In the example shown in FIG. 8, the detection coil 63 is formed by winding a wire ln in an elliptical shape with one row and N layers.
In the example shown in FIG. 9, detection is made of a pattern coil in which a conductor 1n is wound around one row N layer by applying a printed wiring PW in a spiral shape with one row N layer winding around a predetermined substrate BP. A coil 63 is formed. In addition to the printed wiring, the pattern coil in which the conductor 1n is wound in one row and N layer can be manufactured by etching or wire cutting a metal member (Cu film, Cu foil, Cu material, etc.). is there. The metal member may be made of other materials such as AL in addition to Cu.
In the examples shown in FIGS. 7 to 9, the various winding methods of the wire or the conductor ln are applied to the detection coil 63, but the present invention can be similarly applied to the oscillation coil 62 and the balance coil 64.

図10は、センサコイル60の3つのコイル62,63,64のうち発振コイル62の形状を凹球面状に形成した例を示す概略図である。図10に示すように、発振コイル62は、半径方向内側がバランスコイル側に凹んで、半径方向外側にいくにつれて検出コイル側に近づくように凹球面状に彎曲させて線材を巻いたコイルである。このように、発振コイル62を凹球面状に彎曲させて形成することにより、発振磁界を中央部に収束させることが可能になり、センサ感度を上げることができる。   FIG. 10 is a schematic diagram showing an example in which the shape of the oscillation coil 62 of the three coils 62, 63, 64 of the sensor coil 60 is formed in a concave spherical shape. As shown in FIG. 10, the oscillation coil 62 is a coil in which the inner side in the radial direction is recessed toward the balance coil side, and is wound into a concave spherical shape so as to approach the detection coil side toward the outer side in the radial direction. . Thus, by forming the oscillation coil 62 to be bent into a concave spherical shape, the oscillation magnetic field can be converged on the central portion, and the sensor sensitivity can be increased.

図11は、図4(b)に示すセンサコイルの周囲に高透磁率材料からなる筒状部材を配置した例を示す概略図である。図11に示すように、センサコイル60のボビン61および3個のコイル62,63,64の周囲を高透磁率材料からなる筒状部材65により囲むようにしている。筒状部材65は、例えば、比透磁率μ=50の高透磁率材料(例えばフェライト、アモルファス、パーマロイ、スーパーマロイ、ミューメタル)を用いて製作することにより、センサコイルの周囲の環境が空気である場合よりも50倍の磁束を通過させることができる。言い換えると、セラミックス材料などの電気的に絶縁材料の周囲環境内に設置する場合よりも1/50の厚さ内に同等の磁束を通すことができる。   FIG. 11 is a schematic view showing an example in which a cylindrical member made of a high magnetic permeability material is arranged around the sensor coil shown in FIG. As shown in FIG. 11, the bobbin 61 of the sensor coil 60 and the three coils 62, 63, 64 are surrounded by a cylindrical member 65 made of a high magnetic permeability material. The cylindrical member 65 is manufactured using, for example, a high permeability material (for example, ferrite, amorphous, permalloy, supermalloy, mu metal) having a relative permeability μ = 50, so that the environment around the sensor coil is air. It can pass 50 times more magnetic flux than some cases. In other words, it is possible to pass an equivalent magnetic flux within a thickness of 1/50 as compared with a case where it is installed in an environment surrounding an electrically insulating material such as a ceramic material.

図11に示すように、センサコイルの周囲に高透磁率材料からなる筒状部材65を配置することにより、研磨テーブル100がステンレス(SUS)材などの導電性材料により製作されている場合でも、筒状部材65内に配置されているセンサコイル60の発振コイル62に電流供給して形成する磁束は、研磨テーブル内に渦電流を発生させて測定に必要な大きさの磁束の経路(磁路)を小さくしてしまうことがなく、半導体ウエハWの金属膜に有効な渦電流を発生させる経路をとることができる。すなわち、筒状部材65は、センサコイル60の発振コイル62による磁束を研磨テーブル100の導電性の母材内に通すことなく、半導体ウエハW側の検出空間内に広げる経路として機能し、その磁束は、測定対象の金属膜(または導電性膜)mf内に大きな渦電流を発生させることができる。このため、研磨テーブル100が、ステンレス(SUS)などの導電性材料により製作されている場合でも、SiCなどのセラミックス材料(絶縁材料)により製作した場合と、同様の感度を確保することができる。   As shown in FIG. 11, by disposing a cylindrical member 65 made of a high magnetic permeability material around the sensor coil, even when the polishing table 100 is made of a conductive material such as stainless steel (SUS), The magnetic flux formed by supplying current to the oscillation coil 62 of the sensor coil 60 arranged in the cylindrical member 65 generates an eddy current in the polishing table to generate a magnetic flux path (magnetic path) having a magnitude necessary for measurement. ) Is not reduced, and a path for generating an effective eddy current in the metal film of the semiconductor wafer W can be taken. That is, the cylindrical member 65 functions as a path for spreading the magnetic flux generated by the oscillation coil 62 of the sensor coil 60 into the detection space on the semiconductor wafer W side without passing through the conductive base material of the polishing table 100. Can generate a large eddy current in the metal film (or conductive film) mf to be measured. For this reason, even when the polishing table 100 is made of a conductive material such as stainless steel (SUS), the same sensitivity as when it is made of a ceramic material (insulating material) such as SiC can be secured.

図12は、渦電流センサ50のセンサコイル60の3個のコイル62,63,64についてソレノイド巻きとスパイラル巻きとを組み合わせた例を示す概略図である。検出コイル63を1列N層でスパイラル巻きとすることにより、検出コイル63をウエハに近づけることができ、また線間の容量成分が直列接続になり小さくできる等の理由から検出コイル63の性能を向上させることができる。そのため、検出コイル63の感度は向上することから、図12に示すように、発振コイル62が従来のソレノイド巻きであっても従来のセンサより感度は良くなる。発振コイル62は、線材又は導電体lnをN列1層にソレノイド巻きしたコイルをM層にして構成してもよい。ここでMは2以上の整数である。N列1層のコイルをM層にする場合、各コイル同士が接触すると、容量成分が増加するので、N列1層のコイルを層方向(基板に対して平行方向)にM個並べ、隣接するコイル間に隙間を空けることが好ましく、この隙間に透磁率の低い材料を設けてもよい。なお、バランスコイル64は、検出コイル63とブリッジ回路(後述する)を構成するため、両コイル63,64は同一特性のものを使用することが好ましい。そのため、図12に示すように、バランスコイル64はスパイラル巻きを採用している。   FIG. 12 is a schematic diagram showing an example in which solenoid winding and spiral winding are combined for the three coils 62, 63, 64 of the sensor coil 60 of the eddy current sensor 50. By making the detection coil 63 spirally wound in one row and N layers, the detection coil 63 can be brought closer to the wafer, and the capacitance component between the lines can be connected in series to reduce the performance of the detection coil 63. Can be improved. Therefore, since the sensitivity of the detection coil 63 is improved, as shown in FIG. 12, even if the oscillation coil 62 is a conventional solenoid winding, the sensitivity is better than the conventional sensor. The oscillating coil 62 may be configured with a coil in which a wire or a conductor ln is solenoid-wound around an N-row 1 layer as an M layer. Here, M is an integer of 2 or more. When the coils in the N row 1 layer are made M layers, the capacitance component increases when the coils come into contact with each other. Therefore, M coils in the N row 1 layer are arranged in the layer direction (parallel to the substrate) and adjacent to each other. It is preferable to leave a gap between the coils to be made, and a material with low magnetic permeability may be provided in this gap. In addition, since the balance coil 64 constitutes a detection coil 63 and a bridge circuit (described later), it is preferable that both the coils 63 and 64 have the same characteristics. Therefore, as shown in FIG. 12, the balance coil 64 employs spiral winding.

次に、コイルの大きさ(直径)を小さくすることで金属膜の微細な検出を可能にする実施形態について説明する。
図13は、検出コイル63,発振コイル(励磁コイル)62,バランスコイル(ダミーコイル)64の直径(外径)を変えた実施形態を示す概略図である。図13に示すように、検出コイル63,発振コイル62,バランスコイル64の直径(外径)は同一である必要はなく、発振コイル62と、検出コイル63およびバランスコイル64との直径が異なっていてもよい。図13に示す例では、検出コイル63とバランスコイル64の直径を発振コイル62の直径より小さくすることにより、センサの検出端の大きさを小さくしている。これにより、ターゲットの金属膜の微細な検出が可能となる。
コイルの直径を小さくする手法としては、巻き数を少なくすること、および線材径(パターン幅),線材(パターン)間距離を小さくすることが考えられる。
コイルが小さくなるとセンサ出力が小さくなるので、構造的には、発振コイル(励磁コイル)を大きくしたり、多段にしたりする必要がでてくるが、励磁周波数を上げたり、励磁電流を上げることでも出力を改善することができる。
Next, an embodiment that enables fine detection of a metal film by reducing the size (diameter) of the coil will be described.
FIG. 13 is a schematic view showing an embodiment in which the diameters (outer diameters) of the detection coil 63, the oscillation coil (excitation coil) 62, and the balance coil (dummy coil) 64 are changed. As shown in FIG. 13, the detection coil 63, the oscillation coil 62, and the balance coil 64 do not have to have the same diameter (outer diameter), and the oscillation coil 62, the detection coil 63, and the balance coil 64 have different diameters. May be. In the example shown in FIG. 13, the detection end of the sensor is made smaller by making the diameters of the detection coil 63 and the balance coil 64 smaller than the diameter of the oscillation coil 62. Thereby, the fine detection of the metal film of a target is attained.
As a method for reducing the diameter of the coil, it is conceivable to reduce the number of turns and to reduce the wire diameter (pattern width) and the distance between the wire materials (pattern).
Since the sensor output decreases as the coil becomes smaller, structurally, it is necessary to increase the oscillation coil (excitation coil) or increase the number of stages, but it is also possible to increase the excitation frequency or increase the excitation current. The output can be improved.

図4乃至図9に示すスパイラル巻き、多角形巻き、楕円巻き等の1列N層巻きの検出コイルは、該検出コイルとコンデンサーとを並列接続させコルピッツ回路を構成して励磁、検出機能をもたせ励磁周波数の周波数の変化から研磨終点を検出するセンサにも利用できる。   The detection coil of one-row N-layer winding such as spiral winding, polygonal winding, elliptical winding, etc. shown in FIGS. 4 to 9 has a Colpitts circuit by connecting the detection coil and a capacitor in parallel to provide excitation and detection functions. It can also be used as a sensor for detecting the polishing end point from the change in the excitation frequency.

図14は、渦電流センサ50のセンサコイル60の3個のコイル62,63,64を同心円状に配置した例を示す概略図である。
図14に示すように、渦電流センサ50のセンサコイル60の3個のコイル62,63,64は同心円状に配置されている。3個のコイル62,63,64のうち検出コイル63は最外周に配置され、コイル62は中間部に配置され、バランスコイル64は最内周に配置されている。3個のコイル62,63,64は、いずれも線材又は導電体lnをそれぞれ1列N層巻きでスパイラル状に巻いたコイルであり、印刷配線(printed wiring)で一体に形成することができる。
図14に示すような、3個のコイル62,63,64を同心円状に配置したセンサコイル60によれば、センサコイル全体を図5に示す半導体ウエハ(基板)Wからの距離L1の位置に近づけて配置することができ、センサ感度が良くなる。
FIG. 14 is a schematic diagram showing an example in which three coils 62, 63, 64 of the sensor coil 60 of the eddy current sensor 50 are arranged concentrically.
As shown in FIG. 14, the three coils 62, 63, 64 of the sensor coil 60 of the eddy current sensor 50 are arranged concentrically. Of the three coils 62, 63, 64, the detection coil 63 is disposed on the outermost periphery, the coil 62 is disposed on the intermediate portion, and the balance coil 64 is disposed on the innermost periphery. Each of the three coils 62, 63, and 64 is a coil in which a wire or a conductor ln is spirally wound with one row and N layers, respectively, and can be integrally formed with printed wiring.
According to the sensor coil 60 in which the three coils 62, 63, 64 are arranged concentrically as shown in FIG. 14, the entire sensor coil is located at a distance L1 from the semiconductor wafer (substrate) W shown in FIG. The sensor sensitivity can be improved because they can be arranged close to each other.

図15は、センサコイルにおける各コイルの接続例を示す概略図である。図15(a)に示すように、コイル62,63,64は、1列N層でスパイラル巻きのコイルにより形成され、検出コイル63とバランスコイル64とは互いに逆相に接続されている。
検出コイル63とバランスコイル64とは、上述したように逆相の直列回路を構成し、その両端は可変抵抗76を含む抵抗ブリッジ回路77に接続されている。発振コイル62は交流信号源52に接続され、交番磁束を生成することで、近傍に配置される金属膜(または導電性膜)mfに渦電流を形成する。可変抵抗76の抵抗値を調整することで、コイル63,64からなる直列回路の出力電圧が、金属膜(または導電性膜)が存在しないときにはゼロとなるように調整可能としている。コイル63,64のそれぞれに並列に入る可変抵抗76(VR,VR)でL,Lの信号を同位相にするように調整する。即ち、図15(b)の等価回路において、
VR1-1×(VR2-2+jωL3)=VR1-2×(VR2-1+jωL1) (1)
となるように、可変抵抗VR1(=VR1-1+VR1-2)およびVR2(=VR2-1+VR2-2)を調整する。これにより、図15(c)に示すように、調整前のL,Lの信号(図中点線で示す)を、同位相・同振幅の信号(図中実線で示す)とする。
FIG. 15 is a schematic diagram illustrating a connection example of each coil in the sensor coil. As shown in FIG. 15 (a), the coils 62, 63, 64 are formed by spiral winding coils in one row and N layers, and the detection coil 63 and the balance coil 64 are connected in mutually opposite phases.
As described above, the detection coil 63 and the balance coil 64 constitute an antiphase series circuit, and both ends thereof are connected to a resistance bridge circuit 77 including a variable resistor 76. The oscillation coil 62 is connected to the AC signal source 52 and generates an alternating magnetic flux, thereby forming an eddy current in the metal film (or conductive film) mf disposed in the vicinity. By adjusting the resistance value of the variable resistor 76, the output voltage of the series circuit composed of the coils 63 and 64 can be adjusted to zero when there is no metal film (or conductive film). The variable resistors 76 (VR 1 , VR 2 ) that enter the coils 63 and 64 in parallel are adjusted so that the signals of L 1 and L 3 are in phase. That is, in the equivalent circuit of FIG.
VR 1-1 × (VR 2-2 + jωL 3 ) = VR 1-2 × (VR 2-1 + jωL 1 ) (1)
The variable resistors VR 1 (= VR 1-1 + VR 1-2 ) and VR 2 (= VR 2-1 + VR 2-2 ) are adjusted so that As a result, as shown in FIG. 15C, the signals of L 1 and L 3 before adjustment (indicated by dotted lines in the figure) are made into signals of the same phase and amplitude (indicated by solid lines in the figure).

そして、金属膜(または導電性膜)が検出コイル63の近傍に存在する時には、金属膜(または導電性膜)中に形成される渦電流によって生じる磁束が検出コイル63とバランスコイル64とに鎖交するが、検出コイル63のほうが金属膜(または導電性膜)に近い位置に配置されているので、両コイル63,64に生じる誘起電圧のバランスが崩れ、これにより金属膜(または導電性膜)の渦電流によって形成される鎖交磁束を検出することができる。即ち、交流信号源に接続された発振コイル62から、検出コイル63とバランスコイル64との直列回路を分離して、抵抗ブリッジ回路でバランスの調整を行うことで、ゼロ点の調整が可能である。従って、金属膜(または導電性膜)に流れる渦電流をゼロの状態から検出することが可能になるので、金属膜(または導電性膜)中の渦電流の検出感度が高められる。これにより、広いダイナミックレンジで金属膜(または導電性膜)に形成される渦電流の大きさの検出が可能となる。   When a metal film (or conductive film) is present in the vicinity of the detection coil 63, magnetic flux generated by eddy currents formed in the metal film (or conductive film) is chained to the detection coil 63 and the balance coil 64. However, since the detection coil 63 is arranged closer to the metal film (or the conductive film), the balance of the induced voltages generated in the coils 63 and 64 is lost, thereby causing the metal film (or the conductive film). ) Can be detected. That is, the zero point can be adjusted by separating the series circuit of the detection coil 63 and the balance coil 64 from the oscillation coil 62 connected to the AC signal source and adjusting the balance with a resistance bridge circuit. . Therefore, since it becomes possible to detect the eddy current flowing in the metal film (or conductive film) from the zero state, the detection sensitivity of the eddy current in the metal film (or conductive film) is enhanced. This makes it possible to detect the magnitude of the eddy current formed on the metal film (or conductive film) with a wide dynamic range.

図16は、渦電流センサの同期検波回路を示すブロック図である。
図16は、交流信号源52側からセンサコイル60側を見たインピーダンスZの計測回路例を示している。図16に示すインピーダンスZの計測回路においては、膜厚の変化に伴う抵抗成分(R)、リアクタンス成分(X)、振幅出力(Z)および位相出力(tan−1R/X)を取り出すことができる。
FIG. 16 is a block diagram showing a synchronous detection circuit of the eddy current sensor.
FIG. 16 shows a measurement circuit example of the impedance Z when the sensor coil 60 side is viewed from the AC signal source 52 side. In the impedance Z measurement circuit shown in FIG. 16, a resistance component (R), a reactance component (X), an amplitude output (Z), and a phase output (tan −1 R / X) accompanying a change in film thickness can be extracted. it can.

上述したように、検出対象の金属膜(または導電性膜)mfが成膜された半導体ウエハW近傍に配置されたセンサコイル60に、交流信号を供給する信号源52は、水晶発振器からなる固定周波数の発振器であり、例えば、2MHz,8MHzの固定周波数の電圧を供給する。信号源52で形成される交流電圧は、バンドパスフィルタ82を介してセンサコイル60に供給される。センサコイル60の端子で検出された信号は、高周波アンプ83および位相シフト回路84を経て、cos同期検波回路85およびsin同期検波回路86からなる同期検波部により検出信号のcos成分とsin成分とが取り出される。ここで、信号源52で形成される発振信号は、位相シフト回路84により信号源52の同相成分(0゜)と直交成分(90゜)の2つの信号が形成され、それぞれcos同期検波回路85とsin同期検波回路86とに導入され、上述の同期検波が行われる。   As described above, the signal source 52 that supplies an AC signal to the sensor coil 60 disposed in the vicinity of the semiconductor wafer W on which the metal film (or conductive film) mf to be detected is formed is a fixed crystal oscillator. A frequency oscillator, for example, supplies a voltage having a fixed frequency of 2 MHz or 8 MHz. The AC voltage formed by the signal source 52 is supplied to the sensor coil 60 via the band pass filter 82. A signal detected at the terminal of the sensor coil 60 passes through a high frequency amplifier 83 and a phase shift circuit 84, and a cos component and a sin component of the detection signal are detected by a synchronous detection unit including a cos synchronous detection circuit 85 and a sin synchronous detection circuit 86. It is taken out. Here, the oscillation signal formed by the signal source 52 is formed into two signals of the in-phase component (0 °) and the quadrature component (90 °) of the signal source 52 by the phase shift circuit 84, and the cos synchronous detection circuit 85. And the sin synchronous detection circuit 86, and the synchronous detection described above is performed.

同期検波された信号は、ローパスフィルタ87,88により、信号成分以上の不要な高周波成分が除去され、cos同期検波出力である抵抗成分(R)出力と、sin同期検波出力であるリアクタンス成分(X)出力とがそれぞれ取り出される。また、ベクトル演算回路89により、抵抗成分(R)出力とリアクタンス成分(X)出力とから振幅出力(R+X1/2が得られる。また、ベクトル演算回路90により、同様に抵抗成分出力とリアクタンス成分出力とから位相出力(tan−1R/X)が得られる。ここで、測定装置本体には、各種フィルタがセンサ信号の雑音成分を除去するために設けられている。各種フィルタは、それぞれに応じたカットオフ周波数が設定されており、例えば、ローパスフィルタのカットオフ周波数を0.1〜10Hzの範囲で設定することにより、研磨中のセンサ信号に混在する雑音成分を除去して測定対象の金属膜(または導電性膜)を高精度に測定することができる。 From the synchronously detected signal, unnecessary high-frequency components higher than the signal component are removed by the low-pass filters 87 and 88, the resistance component (R) output which is the cos synchronous detection output, and the reactance component (X which is the sin synchronous detection output) ) Output is taken out respectively. Also, the vector operation circuit 89 obtains an amplitude output (R 2 + X 2 ) 1/2 from the resistance component (R) output and the reactance component (X) output. Similarly, the vector operation circuit 90 obtains a phase output (tan −1 R / X) from the resistance component output and the reactance component output. Here, various filters are provided in the measuring apparatus main body in order to remove noise components of the sensor signal. Each filter has a cut-off frequency corresponding to each filter. For example, by setting the cut-off frequency of the low-pass filter in a range of 0.1 to 10 Hz, noise components mixed in the sensor signal being polished can be set. The metal film (or conductive film) to be measured can be measured with high accuracy by removing.

図17は、渦電流センサ50を備えた研磨装置の要部構成を示す図であり、図17(a)は渦電流センサ50の制御部を含む全体構成を示す図であり、図17(b)は渦電流センサ部分の拡大断面図である。図17(a)に示すように、研磨装置の研磨テーブル100は矢印で示すようにその軸心まわりに回転可能になっている。この研磨テーブル100内には、交流信号源および同期検波回路を含むプリアンプ一体型のセンサコイル60が埋め込まれている。センサコイル60の接続ケーブルは、研磨テーブル100のテーブル軸100a内を通り、テーブル軸100aの軸端に設けられたロータリジョイント150を経由して、ケーブルによりメインアンプ55を介して制御装置(コントローラ)56に接続されている。なお、センサコイル60はメインアンプ55を一体に備えている場合もある。   FIG. 17 is a diagram showing a main configuration of a polishing apparatus provided with an eddy current sensor 50, and FIG. 17 (a) is a diagram showing an overall configuration including a control unit of the eddy current sensor 50, and FIG. ) Is an enlarged sectional view of the eddy current sensor portion. As shown in FIG. 17A, the polishing table 100 of the polishing apparatus is rotatable about its axis as indicated by an arrow. A preamplifier integrated sensor coil 60 including an AC signal source and a synchronous detection circuit is embedded in the polishing table 100. The connection cable of the sensor coil 60 passes through the table shaft 100a of the polishing table 100, passes through the rotary joint 150 provided at the shaft end of the table shaft 100a, and is connected to the control device (controller) via the main amplifier 55 by the cable. 56. Note that the sensor coil 60 may include the main amplifier 55 as an integral unit.

ここで、制御装置56には、各種フィルタがセンサ信号の雑音成分を除去するために設けられている。各種フィルタは、それぞれに応じたカットオフ周波数が設定されており、例えば、ローパスフィルタのカットオフ周波数を0.1〜10Hzの範囲で設定することにより、研磨中のセンサ信号に混在する雑音成分を除去して測定対象の金属膜(または導電性膜)を高精度に測定することができる。   Here, the control device 56 is provided with various filters for removing noise components of the sensor signal. Each filter has a cut-off frequency corresponding to each filter. For example, by setting the cut-off frequency of the low-pass filter in a range of 0.1 to 10 Hz, noise components mixed in the sensor signal being polished can be set. The metal film (or conductive film) to be measured can be measured with high accuracy by removing.

図17(b)に示すように、研磨テーブル100に埋め込まれた渦電流センサ50の研磨パッド側の端面には4フッ化エチレン樹脂などのフッ素系樹脂のコーティングCを有することで研磨パッドをはがす場合に、研磨パッドと渦電流センサが共にはがれてこないようにできる。また渦電流センサの研磨パッド側の端面は研磨パッド101近傍のSiCなどの材料で構成された研磨テーブル100の面(研磨パッド側の面)からは0〜0.05mm凹んだ位置に設置され、研磨時にウエハに接触することを防止している。この研磨テーブル面と渦電流センサ面の位置の差はできる限り小さい方が良いが実際の装置では0.02mm前後に設定することが多い。またこの位置調整にはシム(薄板)151mによる調整やネジによる調整手段が取られる。   As shown in FIG. 17B, the polishing pad is peeled off by having a coating C of fluorine-based resin such as tetrafluoroethylene resin on the end surface of the eddy current sensor 50 embedded in the polishing table 100 on the polishing pad side. In some cases, both the polishing pad and the eddy current sensor can be prevented from coming off. Further, the end surface on the polishing pad side of the eddy current sensor is installed at a position recessed from 0 to 0.05 mm from the surface of the polishing table 100 (surface on the polishing pad side) made of a material such as SiC near the polishing pad 101, This prevents contact with the wafer during polishing. The difference in position between the polishing table surface and the eddy current sensor surface is preferably as small as possible, but in an actual apparatus, it is often set to about 0.02 mm. For this position adjustment, adjustment by a shim (thin plate) 151m or adjustment means by a screw is taken.

ここで、センサコイル60と制御装置56を接続するロータリジョイント150は、回転部においても信号を伝送することはできるが、伝送する信号線数に制限がある。このことから、接続する信号線は、8本に制限され、DC電圧源、出力信号線、および各種制御信号の伝送線のみに限られる。なお、このセンサコイル60は、発振周波数が、2から8MHzで切り替え可能となっていて、プリアンプのゲインも研磨対象の膜質に応じて切り替え可能となっている。   Here, the rotary joint 150 that connects the sensor coil 60 and the control device 56 can transmit a signal even in the rotating portion, but the number of signal lines to be transmitted is limited. Therefore, the number of signal lines to be connected is limited to eight, and is limited to only the DC voltage source, the output signal line, and the transmission lines for various control signals. The sensor coil 60 can be switched at an oscillation frequency of 2 to 8 MHz, and the gain of the preamplifier can be switched according to the film quality to be polished.

次に、図1乃至図17に示すように構成された渦電流センサを備えた研磨装置において、研磨中の半導体ウエハ上の金属膜(または導電性膜)を検出してモニタする方法について説明する。
図18(a)は、渦電流センサ50が半導体ウエハWの表面(被研磨面)を走査(スキャン)するときの軌跡と渦電流センサ50の出力との関係を示す。図18(a)に示すように、渦電流センサ50は、研磨テーブル100の回転に伴い半導体ウエハWの下方を通過している間、半導体ウエハWの金属膜(または導電性膜)mfに反応して所定の電圧値(V)を出力するようになっている。
図18(b)は、正常な半導体ウエハWの場合の渦電流センサ50の出力を示す図である。図18(b)において、横軸は研磨時間(t)であり、縦軸は渦電流センサ50の出力値(電圧値)(V)である。図18(b)に示すように、正常な半導体ウエハWの場合には、渦電流センサ50は、半導体ウエハ上の金属膜(または導電性膜)mfに反応した概略方形パルス状の出力(電圧値)を得ることができる。
Next, a method of detecting and monitoring a metal film (or conductive film) on a semiconductor wafer being polished in a polishing apparatus having an eddy current sensor configured as shown in FIGS. 1 to 17 will be described. .
FIG. 18A shows the relationship between the locus when the eddy current sensor 50 scans the surface (surface to be polished) of the semiconductor wafer W and the output of the eddy current sensor 50. As shown in FIG. 18A, the eddy current sensor 50 reacts to the metal film (or conductive film) mf of the semiconductor wafer W while passing under the semiconductor wafer W as the polishing table 100 rotates. Thus, a predetermined voltage value (V) is output.
FIG. 18B is a diagram showing the output of the eddy current sensor 50 in the case of a normal semiconductor wafer W. In FIG. 18B, the horizontal axis represents the polishing time (t), and the vertical axis represents the output value (voltage value) (V) of the eddy current sensor 50. As shown in FIG. 18B, in the case of a normal semiconductor wafer W, the eddy current sensor 50 outputs a substantially square pulse-like output (voltage) in response to the metal film (or conductive film) mf on the semiconductor wafer. Value).

図19(a)は、半導体ウエハWの研磨を開始してから半導体ウエハW上の金属膜(または導電性膜)mfがクリアされる(無くなる)までの研磨工程と渦電流センサ50の出力との関係を示す図である。図19(a)に示すように、半導体ウエハWの研磨開始直後は、金属膜(または導電性膜)mfが厚いため、渦電流センサ50の出力は高くなるが、研磨が進行するにつれて金属膜mfが薄くなるため、渦電流センサ50の出力が低下していく。そして、金属膜mfがクリアされる(無くなる)と、渦電流センサ50の出力値がなくなる。   FIG. 19A shows the polishing process from the start of polishing of the semiconductor wafer W until the metal film (or conductive film) mf on the semiconductor wafer W is cleared (removed) and the output of the eddy current sensor 50. It is a figure which shows the relationship. As shown in FIG. 19A, immediately after the start of polishing of the semiconductor wafer W, since the metal film (or conductive film) mf is thick, the output of the eddy current sensor 50 increases. However, as the polishing proceeds, the metal film Since mf becomes thin, the output of the eddy current sensor 50 decreases. When the metal film mf is cleared (lost), the output value of the eddy current sensor 50 disappears.

図19(b)は、半導体ウエハWの研磨を開始してから半導体ウエハW上の金属膜(または導電性膜)mfがクリアされる(無くなる)までの研磨時間(t)と渦電流センサ50の出力値の変化の関係を示す図である。研磨テーブル100が1回転して、渦電流センサ50が半導体ウエハWの表面(被研磨面)を走査(スキャン)すると、渦電流センサ50は略方形パルス状の出力を出す。制御装置56(図17参照)は、渦電流センサ50が半導体ウエハWの表面を1回走査する毎に、通過軌跡(走査線)上の各測定点の出力値を平均した平均値を出力値として出力する。そして、制御装置56は、研磨テーブル100が1回転する毎に渦電流センサ50の各測定点の平均値としての出力値を監視し、渦電流センサ50の出力値が無くなるまで監視し続ける。
図19(b)は研磨時間による渦電流センサ50の出力値(平均値)の変化を示す。図19(b)に示すように、渦電流センサ50の出力値の監視を行うことにより、金属膜が一様にクリアされた状態を検出できる。
FIG. 19B shows the polishing time (t) from the start of polishing of the semiconductor wafer W until the metal film (or conductive film) mf on the semiconductor wafer W is cleared (removed) and the eddy current sensor 50. It is a figure which shows the relationship of the change of an output value. When the polishing table 100 rotates once and the eddy current sensor 50 scans the surface (surface to be polished) of the semiconductor wafer W, the eddy current sensor 50 outputs a substantially square pulse output. Each time the eddy current sensor 50 scans the surface of the semiconductor wafer W once, the control device 56 (see FIG. 17) outputs an average value obtained by averaging the output values of the measurement points on the passage locus (scanning line). Output as. The control device 56 monitors the output value as the average value of each measurement point of the eddy current sensor 50 every time the polishing table 100 rotates once, and continues monitoring until the output value of the eddy current sensor 50 disappears.
FIG. 19B shows a change in the output value (average value) of the eddy current sensor 50 depending on the polishing time. As shown in FIG. 19B, by monitoring the output value of the eddy current sensor 50, it is possible to detect a state in which the metal film is uniformly cleared.

図20は、半導体ウエハW上の金属膜(または導電性膜)の研磨工程および監視工程の手順を示すフローチャートである。
図20に示すように、研磨装置は、ウエハカセットから半導体ウエハWを取り出してトップリング1に受け渡し、トップリング1により半導体ウエハWを研磨テーブル100上の研磨面101aに押圧して研磨を開始する。研磨を開始した後に、制御装置56は渦電流センサ50の出力値を監視し、研磨終点の検出までは研磨を続行し、渦電流センサ50の出力値の監視工程を続行する。研磨終点の検出は、渦電流センサ50の出力値が金属膜クリアレベルになったことを検出して半導体ウエハW上に一様に金属残膜がないことを検出することである。研磨終点を検出したら、半導体ウエハWを研磨面(研磨パッド)から離すことなく、残膜監視に移行する。
残膜監視は、以下の方法を任意に選択することにより行う。
(1)渦電流センサのセンサ感度の切替え
(2)監視手段の切替え
なお、上記(1)(2)の残膜監視方法については後述する。
FIG. 20 is a flowchart showing the procedure of the polishing process and the monitoring process of the metal film (or conductive film) on the semiconductor wafer W.
As shown in FIG. 20, the polishing apparatus takes out the semiconductor wafer W from the wafer cassette and transfers it to the top ring 1, and presses the semiconductor wafer W against the polishing surface 101 a on the polishing table 100 by the top ring 1 to start polishing. . After starting the polishing, the controller 56 monitors the output value of the eddy current sensor 50, continues the polishing until the polishing end point is detected, and continues the process of monitoring the output value of the eddy current sensor 50. The detection of the polishing end point is to detect that the output value of the eddy current sensor 50 has reached the metal film clear level and to detect that there is no metal remaining film uniformly on the semiconductor wafer W. When the polishing end point is detected, the process shifts to the remaining film monitoring without separating the semiconductor wafer W from the polishing surface (polishing pad).
Residual film monitoring is performed by arbitrarily selecting the following method.
(1) Switching of sensor sensitivity of eddy current sensor (2) Switching of monitoring means The remaining film monitoring method of (1) and (2) will be described later.

次に、残膜監視によって得た情報をCMPプロセスの全体を制御する制御装置(プロセスコントローラ(図示せず))に伝達する。なお、CMPプロセスの全体を制御する制御装置(プロセスコントローラ)は、前記制御装置56を含んだ単一の制御装置でもよく、制御装置56とは別の制御装置でもよい。制御装置(プロセスコントローラ)は、残膜監視の情報に基づいて追加研磨の実施が必要か否かを判定する。そして、追加研磨の実施が必要と判定した場合には、追加研磨を実施し、残膜監視を行って、残膜がないことを確認した後に、洗浄プロセスに移行する。一方、CMPのプロセスに異常をきたしていると判定した場合には、追加研磨の実施ではなく、研磨プロファイル異常通知を行った後に、洗浄プロセスに移行する。洗浄プロセスは、研磨済の半導体ウエハをトップリング1から取り外した後に研磨装置内の洗浄機によりスクラブ洗浄、純水洗浄、乾燥等を行う。そして、洗浄プロセスが終了したら、研磨済の半導体ウエハWのウエハカセットへの回収を行う。   Next, information obtained by monitoring the remaining film is transmitted to a control device (process controller (not shown)) that controls the entire CMP process. The control device (process controller) for controlling the entire CMP process may be a single control device including the control device 56 or may be a control device different from the control device 56. The control device (process controller) determines whether or not it is necessary to perform additional polishing based on the information of the remaining film monitoring. If it is determined that additional polishing is necessary, the additional polishing is performed, the remaining film is monitored, and after confirming that there is no remaining film, the process proceeds to the cleaning process. On the other hand, when it is determined that the CMP process is abnormal, the polishing process is not performed, but a polishing profile abnormality notification is given, and then the process proceeds to the cleaning process. In the cleaning process, after removing the polished semiconductor wafer from the top ring 1, scrub cleaning, pure water cleaning, drying, and the like are performed by a cleaning machine in the polishing apparatus. When the cleaning process is completed, the polished semiconductor wafer W is collected into the wafer cassette.

次に、図20に示すフローチャートにおける残膜監視および追加研磨について更に説明する。
残膜監視は、ウエハの本研磨処理後の水ポリッシング中またはオーバポリッシュ中に実施する。ここで、水ポリッシングとは、研磨面に純水(水)を供給しながらウエハに加える面圧を小さくしてポリッシングを行うことを云う。また、オーバポリッシュとは、特徴点検出後に研磨面にスラリを供給しながらポリッシングを行う方法を云う。
残膜監視として、以下の方法を用いる。
(1)金属薄膜検出を目的としたセンサ感度を上げて実施する方法
(2)局所的な残膜を検出するために監視を行う範囲を点データの集積値の平均から点データによる検出方法
残膜監視方法として、(1)、(2)を任意に組合わせて実施する。この場合、(1)と(2)の方法を組合せることによって、局部的な金属薄膜の検出が可能になる。
Next, the remaining film monitoring and additional polishing in the flowchart shown in FIG. 20 will be further described.
Residual film monitoring is performed during water polishing or overpolishing after the main polishing process of the wafer. Here, the water polishing means that polishing is performed while reducing the surface pressure applied to the wafer while supplying pure water (water) to the polishing surface. Further, over polishing refers to a method of performing polishing while supplying slurry to a polished surface after detecting feature points.
The following method is used for monitoring the remaining film.
(1) A method for increasing the sensitivity of a sensor for the purpose of detecting a metal thin film (2) A method for detecting a region to be monitored in order to detect a local residual film from an average of the integrated values of point data. As a film monitoring method, (1) and (2) are arbitrarily combined. In this case, the local metal thin film can be detected by combining the methods (1) and (2).

また、残膜を検出した場合の追加研磨は以下のように行う。
追加研磨の実施手段として、オーバポリッシュ中に残膜を検出した場合には、オーバポリッシュの研磨時間を変更する。また、残膜監視によりウエハの特定の箇所に残膜があることを検出した場合には、検出した特定の箇所のトップリングの圧力を変化させることで追加研磨を行い、或いは専用の研磨条件にて追加研磨を行う。追加研磨条件は、次の半導体ウエハ以後を研磨する際の研磨条件にフィードバックする。
Further, additional polishing when a residual film is detected is performed as follows.
As a means for performing additional polishing, when a residual film is detected during over polishing, the polishing time for over polishing is changed. In addition, when it is detected by the residual film monitoring that there is a residual film at a specific location on the wafer, additional polishing is performed by changing the pressure of the top ring at the detected specific location, or dedicated polishing conditions are set. And perform additional polishing. The additional polishing conditions are fed back to the polishing conditions when the subsequent semiconductor wafer is polished.

次に、上述した残膜監視方法のうち、金属薄膜検出を目的としたセンサ感度を上げて実施する方法について説明する。
研磨開始からターゲットの金属膜クリアまで所定の感度を有するセンサ(センサA)のみを使用した場合、ターゲットの金属膜が薄くなった場合や金属膜の面積が小さくなった場合には、金属膜の検出が困難になる。一方、薄膜用のセンサ(センサB)のみを使用して研磨終点の検出を行う場合、初期金属膜が厚い場合には、出力がオーバーレンジ(測定範囲外)になってしまうため、研磨工程を監視することができない。
そこで、本発明においては、感度が異なる2つのセンサA,Bを用い、研磨開始からセンサAの感度がなくなるまで出力を監視し、研磨終点の検出を実施した後、センサBに切替えを行い、ウエハ上に金属残膜がないことを確認する。この場合、センサAには、図4(a)に示すソレノイド巻きの3つのコイル72,73,74を備えた渦電流センサを用い、センサBには、図4(b)に示すスパイラル巻きの3つのコイル62,63,64を備えた渦電流センサを用いる。これにより、センサAをセンサ感度が低いセンサとし、センサBをセンサ感度が高いセンサとすることができる。
Next, among the above-mentioned residual film monitoring methods, a method that is implemented with increased sensor sensitivity for the purpose of metal thin film detection will be described.
When only a sensor (sensor A) having a predetermined sensitivity is used from the start of polishing to clearing the target metal film, the metal film of the target is thinned or the area of the metal film is reduced. Detection becomes difficult. On the other hand, when the polishing end point is detected using only the thin film sensor (sensor B), if the initial metal film is thick, the output becomes overrange (out of the measurement range). It cannot be monitored.
Therefore, in the present invention, two sensors A and B having different sensitivities are used, the output is monitored from the start of polishing until the sensitivity of the sensor A is lost, and after detecting the polishing end point, the sensor B is switched, Make sure there is no metal residue on the wafer. In this case, the sensor A uses an eddy current sensor including three solenoid-wound coils 72, 73, 74 shown in FIG. 4A, and the sensor B has a spiral winding shown in FIG. An eddy current sensor having three coils 62, 63, 64 is used. Thereby, the sensor A can be a sensor with low sensor sensitivity, and the sensor B can be a sensor with high sensor sensitivity.

また、図4(b),図7,図8,図9等に示すスパイラル巻き,多角形巻き,楕円巻き等の1列N層巻きの3つのコイル62,63,64を備えた渦電流センサを1個用いてコイルの巻き数を切替えることにより、感度が異なる2つのセンサAとセンサBとを構成することもできる。
図21(a),(b)は、スパイラル巻きの3つのコイルを備えた渦電流センサを用いてコイルの巻き数を切替えて感度が異なる2つのセンサA,Bを構成する方法を示す模式的平面図である。図21(a),(b)においては検出コイル63の巻き数を切替える方法について示すが、発振コイル62およびバランスコイル64の場合も同様の切替え方法である。
図21(a)に示すように、スパイラル巻きの検出コイル63に通電するための入力端子T1,T2が設けられており、入力端子T1は検出コイル63の外周側端部63oeに接続され、入力端子T2は切替スイッチSWに接続されている。一方、検出コイル63の内周側端部63ieは切替用端子TS1に接続され、検出コイル63の中間部63m1,63m2はそれぞれ切替用端子TS2,TS3に接続されている。
図21(b)に示すように、スパイラル巻きの検出コイル63に通電するための入力端子T1,T2が設けられており、入力端子T1は検出コイル63の内周側端部63ieに接続され、入力端子T2は切替スイッチSWに接続されている。一方、検出コイル63の外周側端部63oeは切替用端子TS1に接続され、検出コイル63の中間部63m1,63m2はそれぞれ切替用端子TS2,TS3に接続されている。
Moreover, the eddy current sensor provided with three coils 62, 63, 64 of 1 row N layer windings, such as spiral winding, polygon winding, and elliptical winding shown in FIG.4 (b), FIG.7, FIG.8, FIG.9 etc. Two sensors A and B having different sensitivities can be configured by switching the number of turns of the coil using one of the two.
FIGS. 21A and 21B are schematic diagrams showing a method of configuring two sensors A and B having different sensitivities by switching the number of turns of a coil using an eddy current sensor having three spirally wound coils. It is a top view. 21A and 21B show a method for switching the number of turns of the detection coil 63, but the same switching method is used for the oscillation coil 62 and the balance coil 64. FIG.
As shown in FIG. 21 (a), input terminals T1 and T2 for energizing the spirally wound detection coil 63 are provided, and the input terminal T1 is connected to the outer peripheral side end 63oe of the detection coil 63, The terminal T2 is connected to the changeover switch SW. On the other hand, the inner peripheral end 63ie of the detection coil 63 is connected to the switching terminal TS1, and the intermediate parts 63m1 and 63m2 of the detection coil 63 are connected to the switching terminals TS2 and TS3, respectively.
As shown in FIG. 21 (b), input terminals T1 and T2 for energizing the spirally wound detection coil 63 are provided, and the input terminal T1 is connected to the inner peripheral side end 63ie of the detection coil 63. The input terminal T2 is connected to the changeover switch SW. On the other hand, the outer peripheral side end 63oe of the detection coil 63 is connected to the switching terminal TS1, and the intermediate portions 63m1 and 63m2 of the detection coil 63 are connected to the switching terminals TS2 and TS3, respectively.

図21(a),(b)に示すように構成された検出コイル63において、切替スイッチSWを切替用端子TS1に接続することにより、入力端子T1,T2から検出コイル63の内周端端部63ieと外周側端部63oeとの間に通電可能となり、コイルの巻き数は最大となる。また、切替スイッチSWを切替用端子TS2またはTS3に接続することにより、入力端子T1,T2から検出コイル63の中間部63m1または63m2と外周側端部63oe(または内周側端部63ie)との間に通電可能となり、コイルの巻き数は少なくなる。このようにして、コイルの巻き数を2段階または3段階に変化させることにより、センサ感度を変えることができ、単一の検出コイル63を用いてコイルの巻き数を切替えることによりセンサAとセンサBとを構成することができる。   In the detection coil 63 configured as shown in FIGS. 21A and 21B, by connecting the changeover switch SW to the switching terminal TS1, the inner peripheral end 63ie of the detection coil 63 and the input terminal T1, T2 It becomes possible to energize between the outer end 63oe and the number of turns of the coil is maximized. Further, by connecting the changeover switch SW to the switching terminal TS2 or TS3, the intermediate portion 63m1 or 63m2 of the detection coil 63 and the outer peripheral end 63oe (or the inner peripheral end 63ie) from the input terminals T1 and T2 are connected. It becomes possible to energize in the meantime, and the number of turns of the coil is reduced. In this way, the sensor sensitivity can be changed by changing the number of turns of the coil in two steps or three steps, and the sensor A and the sensor can be changed by switching the number of turns of the coil using a single detection coil 63. B can be configured.

また、図12に示すように検出コイル63とバランスコイル64とをスパイラル巻きとし、発振コイル62をソレノイド巻きで構成したセンサコイル60を備えた渦電流センサをセンサAとして用い、図4(b)に示すスパイラル巻きの3つのコイル62,63,64を備えた渦電流センサをセンサBとして用いることもできる。   Further, as shown in FIG. 12, an eddy current sensor including a sensor coil 60 in which a detection coil 63 and a balance coil 64 are spirally wound and an oscillation coil 62 is configured by solenoid winding is used as the sensor A, and FIG. An eddy current sensor having three spirally wound coils 62, 63, and 64 shown in FIG.

図22は、金属薄膜検出を目的としたセンサ感度を上げて実施する方法においてセンサの切替えを行うタイミングを示す模式図である。図22に示すように、半導体ウエハWの研磨開始時には、金属膜(または導電性膜)mfが厚いため、センサAの出力は高くなるが、研磨が進行するにつれて金属膜mfが薄くなるため、センサAの出力が低下していく。そして、「ウエハ中心部金属膜クリア/ウエハ端部金属残膜あり」の状態になると、センサAはセンサ感度なしの状態になる。したがって、センサAは研磨終点の検出を実施する。センサAが研磨終点の検出を実施した後、センサBに切替えを行う。センサBは、センサAより感度が高く設定されているため、ウエハ端部側の出力値が山形状に大きくなり、「ウエハ中心部金属膜クリア/ウエハ端部金属残膜あり」の状態を検出できる。   FIG. 22 is a schematic diagram showing the timing of sensor switching in the method of increasing the sensor sensitivity for the purpose of detecting a metal thin film. As shown in FIG. 22, when the polishing of the semiconductor wafer W is started, the output of the sensor A is increased because the metal film (or conductive film) mf is thick, but the metal film mf becomes thinner as the polishing progresses. The output of sensor A decreases. When the wafer center metal film clear / wafer edge metal remaining film is present, the sensor A enters a state without sensor sensitivity. Therefore, the sensor A detects the polishing end point. After sensor A detects the polishing end point, it switches to sensor B. Since sensor B is set to be more sensitive than sensor A, the output value on the wafer edge side increases in a mountain shape and detects the state of “wafer center metal film clear / wafer edge metal remaining film”. it can.

次に、上述した残膜監視方法のうち、ウエハ上の局所的な残膜の検出を目的に監視手法を変更する方法について説明する。
残膜発生位置、残膜の大きさ・膜厚に関する情報を得るために、研磨終点の検出に使用した、1回の走査で得られた全ての測定点のデータを平均した出力値による監視から、各測定点の出力値による監視に切替える。残膜の位置が全周に渡らず、局所的な場合には、センサの軌跡上を残膜が通過した場合に、出力値が変化する。この出力値の変化をとらえてウエハの端部(または中心)からの距離を把握することができる。この場合、センサ感度を切替えることにより、金属薄膜の監視も可能になる。
Next, among the above-described residual film monitoring methods, a method for changing the monitoring technique for the purpose of detecting a local residual film on the wafer will be described.
From the monitoring by the output value that averaged the data of all the measurement points obtained in one scan used to detect the polishing end point in order to obtain information on the position of the remaining film generation, the size and film thickness of the remaining film Switch to monitoring by output value at each measurement point. In the case where the position of the remaining film does not extend over the entire circumference and is local, the output value changes when the remaining film passes on the locus of the sensor. The distance from the edge (or center) of the wafer can be grasped by grasping the change in the output value. In this case, the metal thin film can be monitored by switching the sensor sensitivity.

図23は、ウエハ上の局所的な残膜の検出を目的に監視手法を変更する方法を示す図である。図23(a)は、1回の走査で得られたセンサ軌跡上の全ての測定点のデータを平均した出力値を用いる監視手法を示し、図23(b)は、1回の走査で得られたセンサ軌跡上の各測定点の出力値を用いる監視手法を示し、図23(c)は図23(a)に示す監視手法から図23(b)に示す監視手法に切替える場合を示すグラフである。図23(c)において、横軸は研磨時間(t)であり、縦軸は渦電流センサの出力値である。
図23(a)に示すように、渦電流センサ50が半導体ウエハの表面を1回走査するごとに、全ての測定点において測定されたデータを平均した出力値を用いて監視する。そして、図23(c)に示すように、センサAの軌跡上の全ての測定点のデータを平均した出力値を監視することにより研磨終点の検出を行う。センサAにより研磨終点を検出した時点では、金属膜クリアレベルになっている。この場合、局所的な面積が小さい金属薄膜は、その部分の出力値が平均化処理されてしまうために検出することはできない。
FIG. 23 is a diagram showing a method of changing the monitoring method for the purpose of detecting a local residual film on the wafer. FIG. 23A shows a monitoring method using an output value obtained by averaging data of all measurement points on the sensor trajectory obtained by one scan, and FIG. 23B is obtained by one scan. FIG. 23 (c) is a graph showing a case where the monitoring method shown in FIG. 23 (a) is switched to the monitoring method shown in FIG. 23 (b). It is. In FIG. 23 (c), the horizontal axis is the polishing time (t), and the vertical axis is the output value of the eddy current sensor.
As shown in FIG. 23A, each time the eddy current sensor 50 scans the surface of the semiconductor wafer, monitoring is performed using an output value obtained by averaging data measured at all measurement points. Then, as shown in FIG. 23C, the polishing end point is detected by monitoring the output value obtained by averaging the data of all the measurement points on the trajectory of the sensor A. When the polishing end point is detected by the sensor A, the metal film is at a clear level. In this case, the metal thin film having a small local area cannot be detected because the output value of the portion is averaged.

そのため、研磨終点を検出した後に、感度が高いセンサBに切替えを行う。図23(b)に示すように、センサBは、センサが半導体ウエハの表面を1回走査するごとに、各測定点において測定された出力値を出力する。そのため、残膜が発生している場合には、センサBの出力値は、図23(b)の下部に示すように山形状の出力値になり、金属薄膜の検出が可能になる。また、残膜が発生している箇所の把握も可能になる。すなわち、図23(c)に示すように、センサAの平均化処理された出力値を監視して研磨終点を検出した後に、感度が高いセンサBに切替え、センサBにおける平均化処理されない各測定値の出力値を監視することにより、局所的な面積が小さい残膜の発生を検出できる。   Therefore, after detecting the polishing end point, the sensor B is switched to the sensor B having high sensitivity. As shown in FIG. 23B, the sensor B outputs an output value measured at each measurement point each time the sensor scans the surface of the semiconductor wafer once. Therefore, when the remaining film is generated, the output value of the sensor B becomes a mountain-shaped output value as shown in the lower part of FIG. 23B, and the metal thin film can be detected. In addition, it is possible to grasp the location where the remaining film is generated. That is, as shown in FIG. 23 (c), after the output value subjected to the averaging process of the sensor A is monitored and the polishing end point is detected, the measurement is switched to the sensor B having a high sensitivity, and each measurement not subjected to the averaging process in the sensor B is performed. By monitoring the output value, it is possible to detect the occurrence of a residual film having a small local area.

図24は、センサBにより得た各測定値の出力値を監視することにより局所的な残膜の発生を検出する場合に、ウエハの下層にある金属配線等の影響について示す図である。図24(a)は、ウエハの下層の影響を受けない場合を示し、図24(b)は、ウエハの下層にある金属配線等の影響を受ける場合を示す。
上述したように、センサAを用い、ウエハ面内を通過するセンサの軌跡上の出力を平均化することによって、金属膜の下層にある金属配線の影響を回避することができる。一方、センサBは各測定点において測定された出力値を出力するため、図24(a)に示すように、センサBの平均化処理されない各測定値の出力値を監視することにより、局所的な面積が小さい残膜の発生を検出できる。しかしながら、センサBの出力値は、各測定点の出力値であるため、金属膜の下層にある金属配線等の影響を受ける可能性がある。そのため、図24(b)に示すように、出力が上昇している点が多い場合には、残膜ではなく、ウエハの下層による影響と判断する。
FIG. 24 is a diagram showing the influence of the metal wiring or the like on the lower layer of the wafer when the generation of a local residual film is detected by monitoring the output value of each measurement value obtained by the sensor B. FIG. 24A shows a case where there is no influence of the lower layer of the wafer, and FIG. 24B shows a case where it is influenced by metal wiring or the like in the lower layer of the wafer.
As described above, by using the sensor A and averaging the output on the trajectory of the sensor passing through the wafer surface, the influence of the metal wiring in the lower layer of the metal film can be avoided. On the other hand, since the sensor B outputs the output value measured at each measurement point, as shown in FIG. 24 (a), the output value of each measurement value that is not subjected to the averaging process of the sensor B is monitored. Generation of a residual film having a small area can be detected. However, since the output value of the sensor B is the output value of each measurement point, there is a possibility that the output value of the sensor B is affected by the metal wiring or the like under the metal film. Therefore, as shown in FIG. 24B, when there are many points where the output increases, it is determined that the influence is not caused by the remaining film but by the lower layer of the wafer.

次に、図20に示すフローチャート中の残膜監視において残膜を検出した場合に、CMPにより追加研磨を実施する場合と研磨プロファイルの異常を通知する場合の方式を選択可能としている点について説明する。
残膜監視において残膜を検出した場合に、通常、追加研磨を実施して金属薄膜を除去する。しかしながら、追加研磨によってウエハの平坦性が保たれた場合でも、CMPのプロセスに異常をきたしている場合があるため、研磨プロファイルの異常を研磨装置の制御装置に通知することができるようにしている。
Next, a description will be given of the fact that, when a remaining film is detected in the remaining film monitoring in the flowchart shown in FIG. 20, a method for performing additional polishing by CMP and a method for notifying an abnormality of a polishing profile can be selected. .
When the residual film is detected in the residual film monitoring, the metal thin film is usually removed by performing additional polishing. However, even when the flatness of the wafer is maintained by the additional polishing, the CMP process may be abnormal, so that it is possible to notify the polishing apparatus control device of the abnormality of the polishing profile. .

次に、渦電流センサ50が半導体ウエハの表面を走査するときの軌跡(走査線)について説明する。
本発明では、所定の時間内(例えば、移動平均時間内)に渦電流センサ50が半導体ウエハW上に描く軌跡が半導体ウエハWの表面の全周にわたってほぼ均等に分布するようにトップリング1と研磨テーブル100の回転速度比を調整する。
図25は、渦電流センサ50が半導体ウエハW上を走査する軌跡を示す模式図である。図25に示すように、渦電流センサ50は、研磨テーブル100が1回転するごとに半導体ウエハWの表面(被研磨面)を走査するが、研磨テーブル100が回転すると、渦電流センサ50は概ね半導体ウエハWの中心Cw(トップリングシャフト111の中心)を通る軌跡を描いて半導体ウエハWの被研磨面上を走査することになる。トップリング1の回転速度と研磨テーブル100の回転速度とを異ならせることにより、半導体ウエハWの表面における渦電流センサ50の軌跡は、図25に示すように、研磨テーブル100の回転に伴って走査線SL,SL,SL,…と変化する。この場合でも、上述したように、渦電流センサ50は、半導体ウエハWの中心Cwを通る位置に配置されているので、渦電流センサ50が描く軌跡は、毎回半導体ウエハWの中心Cwを通過する。
Next, the locus (scanning line) when the eddy current sensor 50 scans the surface of the semiconductor wafer will be described.
In the present invention, the top ring 1 and the top ring 1 are arranged such that the locus drawn by the eddy current sensor 50 on the semiconductor wafer W within a predetermined time (for example, within the moving average time) is distributed almost uniformly over the entire circumference of the surface of the semiconductor wafer W. The rotational speed ratio of the polishing table 100 is adjusted.
FIG. 25 is a schematic diagram showing a trajectory that the eddy current sensor 50 scans over the semiconductor wafer W. As shown in FIG. 25, the eddy current sensor 50 scans the surface (surface to be polished) of the semiconductor wafer W every time the polishing table 100 makes one rotation. A surface passing through the center Cw of the semiconductor wafer W (the center of the top ring shaft 111) is drawn to scan the surface to be polished of the semiconductor wafer W. By making the rotational speed of the top ring 1 different from the rotational speed of the polishing table 100, the locus of the eddy current sensor 50 on the surface of the semiconductor wafer W is scanned as the polishing table 100 rotates as shown in FIG. Lines SL 1 , SL 2 , SL 3 ,. Even in this case, as described above, since the eddy current sensor 50 is disposed at a position passing through the center Cw of the semiconductor wafer W, the locus drawn by the eddy current sensor 50 passes through the center Cw of the semiconductor wafer W every time. .

図26は、研磨テーブル100の回転速度を70min−1、トップリング1の回転速度を77min−1として、移動平均時間(この例では5秒)内に渦電流センサ50が描く半導体ウエハ上の軌跡を示す図である。図26に示すように、この条件下では、研磨テーブル100が1回転するごとに渦電流センサ50の軌跡が36度回転するので、5回走査するごとにセンサ軌跡が半導体ウエハW上を半周だけ回転することになる。センサ軌跡の湾曲も考慮すると、移動平均時間内に渦電流センサ50が半導体ウエハWを6回走査することにより、渦電流センサ50は半導体ウエハW上をほぼ均等に全面スキャンすることになる。 FIG. 26 shows the locus on the semiconductor wafer drawn by the eddy current sensor 50 within the moving average time (5 seconds in this example), assuming that the rotation speed of the polishing table 100 is 70 min −1 and the rotation speed of the top ring 1 is 77 min −1. FIG. As shown in FIG. 26, under this condition, the trajectory of the eddy current sensor 50 rotates 36 degrees each time the polishing table 100 rotates, so that the sensor trajectory is only half a circle on the semiconductor wafer W after every five scans. Will rotate. Considering the curvature of the sensor trajectory, the eddy current sensor 50 scans the semiconductor wafer W six times within the moving average time, so that the eddy current sensor 50 scans the entire surface of the semiconductor wafer W almost evenly.

上述した例では、トップリング1の回転速度が研磨テーブル100の回転速度よりも速い場合を示したが、トップリング1の回転速度が研磨テーブル100の回転速度よりも遅い場合(例えば、研磨テーブル100の回転速度が70min−1、トップリング1の回転速度が63min−1)も、センサ軌跡が逆方向に回転するだけであり、所定の時間内に渦電流センサ50が半導体ウエハWの表面に描く軌跡を半導体ウエハWの表面の全周にわたって分布させる点では上述の例と同じである。 In the example described above, the case where the rotation speed of the top ring 1 is higher than the rotation speed of the polishing table 100 is shown, but the case where the rotation speed of the top ring 1 is slower than the rotation speed of the polishing table 100 (for example, the polishing table 100 the rotational speed of 70 min -1, rotation speed of the top ring 1 63min -1) also, only sensor locus rotates in the opposite direction, the eddy current sensor 50 within a predetermined time drawn to the surface of the semiconductor wafer W The locus is distributed over the entire circumference of the surface of the semiconductor wafer W, which is the same as the above example.

また、上述の例では、トップリング1と研磨テーブル100の回転速度比が1に近い場合を述べたが、回転速度比が0.5や1.5、2など(0.5の倍数)に近い場合も同様である。即ち、トップリング1と研磨テーブル100の回転速度比が0.5の場合、研磨テーブル100が1回転するごとにセンサ軌跡が180度回転し、半導体ウエハWから見れば渦電流センサ50が一回転ごとに逆方向から同一軌跡上を移動することになる。   In the above example, the case where the rotational speed ratio between the top ring 1 and the polishing table 100 is close to 1 has been described, but the rotational speed ratio is 0.5, 1.5, 2 or the like (multiple of 0.5). The same applies to cases close to each other. That is, when the rotational speed ratio between the top ring 1 and the polishing table 100 is 0.5, the sensor locus rotates 180 degrees each time the polishing table 100 rotates, and when viewed from the semiconductor wafer W, the eddy current sensor 50 rotates once. Every time, it moves on the same locus from the opposite direction.

そこで、トップリング1と研磨テーブル100の回転速度比を0.5から少しずらして(例えば、トップリング1の回転速度を36min−1、研磨テーブル100の回転速度を70min−1とする)、研磨テーブル100が1回転するごとにセンサ軌跡が(180+α)度回転するようにすれば、センサ軌跡が見かけ上α度ずれるようにできる。したがって、移動平均時間内にセンサ軌跡が半導体ウエハWの表面上を約0.5回、または約N回、または約0.5+N回(言い換えれば、0.5の倍数、すなわち0.5×N回(Nは自然数))だけ回転するようにαを設定(即ち、トップリング1と研磨テーブル100の回転速度比を設定)すればよい。 Therefore, the rotational speed ratio between the top ring 1 and the polishing table 100 is slightly shifted from 0.5 (for example, the rotational speed of the top ring 1 is set to 36 min −1 and the rotational speed of the polishing table 100 is set to 70 min −1 ). If the sensor trajectory is rotated by (180 + α) degrees each time the table 100 is rotated, the sensor trajectory can be apparently shifted by α degrees. Accordingly, the sensor trajectory is approximately 0.5 times, or approximately N times, or approximately 0.5 + N times on the surface of the semiconductor wafer W within the moving average time (in other words, a multiple of 0.5, that is, 0.5 × N). It is only necessary to set α (that is, set the rotation speed ratio between the top ring 1 and the polishing table 100) so as to rotate by N times (N is a natural number).

移動平均時間内に渦電流センサ50が半導体ウエハWの表面に描く軌跡が全周にわたって略均等に分布するようにすることは、移動平均時間の調整も考慮すると広い範囲において回転速度比の選択を可能とする。したがって、研磨液(スラリ)の特性などによりトップリング1と研磨テーブル100の回転速度比を大きく変える必要がある研磨プロセスにも対応できる。   By making the locus drawn by the eddy current sensor 50 on the surface of the semiconductor wafer W approximately evenly distributed over the entire circumference within the moving average time, the rotational speed ratio can be selected in a wide range in consideration of adjustment of the moving average time. Make it possible. Therefore, it is possible to cope with a polishing process in which the rotation speed ratio between the top ring 1 and the polishing table 100 needs to be changed greatly depending on the characteristics of the polishing liquid (slurry).

ところで、一般に、トップリング1の回転速度が研磨テーブル100の回転速度の丁度半分である場合を除いて、渦電流センサ50が半導体ウエハW上に描く軌跡は図26に示すように湾曲する。したがって、所定の時間内(例えば移動平均時間内)に渦電流センサ50が半導体ウエハW上に描く軌跡が半導体ウエハWの全周にわたって分布したとしても、センサ軌跡が必ずしも厳密な意味で周方向に均等に分布する訳ではない。センサ軌跡を半導体ウエハWの周方向に厳密に均等に分布させるには、所定時間毎にセンサ軌跡が半導体ウエハWの周上をちょうどN回(Nは自然数)だけ回転するようにする必要がある。この間に、渦電流センサ50は、半導体ウエハWの表面を全周にわたり周方向に均等な方向・向きに走査する。これを実現するためには、例えば研磨テーブル100が所定の回数(自然数)だけ回転する間に、トップリング1がちょうど研磨テーブル100の回転回数とは異なる回数(自然数)だけ回転するように、研磨テーブル100とトップリング1の回転速度を定めればよい。この場合においても、上述のようにセンサ軌跡は湾曲するため、センサ軌跡が周方向に等間隔に分布するとはいえないが、センサ軌跡を2本ずつ対にして考えれば、センサ軌跡は任意の半径位置において周方向に均等に分布しているものと見なすことができる。図27はこれを示す例であり、図26と同一の条件で研磨テーブル100が10回回転する間の半導体ウエハW上のセンサ軌跡を示した図である。以上より、渦電流センサ50は、上述の例に比べて半導体ウエハWの全面をより平均的に反映したデータを取得することができる。   By the way, generally, the trajectory drawn on the semiconductor wafer W by the eddy current sensor 50 is curved as shown in FIG. 26 except when the rotational speed of the top ring 1 is exactly half of the rotational speed of the polishing table 100. Therefore, even if the locus drawn by the eddy current sensor 50 on the semiconductor wafer W is distributed over the entire circumference of the semiconductor wafer W within a predetermined time (for example, within the moving average time), the sensor locus is not necessarily strictly in the circumferential direction. It is not evenly distributed. In order to distribute the sensor trajectory strictly and uniformly in the circumferential direction of the semiconductor wafer W, the sensor trajectory needs to rotate exactly N times (N is a natural number) on the circumference of the semiconductor wafer W every predetermined time. . During this time, the eddy current sensor 50 scans the surface of the semiconductor wafer W in a uniform direction and direction in the circumferential direction over the entire circumference. In order to achieve this, for example, while the polishing table 100 is rotated a predetermined number of times (natural number), the polishing is performed so that the top ring 1 is rotated by a number (natural number) different from the number of rotations of the polishing table 100. The rotational speeds of the table 100 and the top ring 1 may be determined. Even in this case, since the sensor trajectory is curved as described above, it cannot be said that the sensor trajectory is distributed at equal intervals in the circumferential direction. However, if two sensor trajectories are considered in pairs, the sensor trajectory has an arbitrary radius. It can be considered that the positions are evenly distributed in the circumferential direction. FIG. 27 is an example showing this, and is a diagram showing a sensor locus on the semiconductor wafer W while the polishing table 100 rotates 10 times under the same conditions as FIG. As described above, the eddy current sensor 50 can acquire data reflecting the average of the entire surface of the semiconductor wafer W as compared with the above example.

図28は、本発明の研磨装置において好適に使用できる複数の圧力室を備えたトップリングを示す模式的断面図である。トップリング1は、半導体ウエハWに当接する円形の弾性パッド142と、弾性パッド142を保持するチャッキングプレート144とを有している。弾性パッド142の上周端部はチャッキングプレート144に保持され、弾性パッド142とチャッキングプレート144との間には、4つの圧力室(エアバッグ)P1,P2,P3,P4が設けられている。圧力室P1,P2,P3,P4にはそれぞれ流体路152,153,154、155を介して加圧空気等の加圧流体が供給され、あるいは真空引きがされるようになっている。中央の圧力室P1は円形であり、他の圧力室P2,P3,P4は環状である。これらの圧力室P1,P2,P3,P4は、同心上に配列されている。   FIG. 28 is a schematic cross-sectional view showing a top ring provided with a plurality of pressure chambers that can be suitably used in the polishing apparatus of the present invention. The top ring 1 includes a circular elastic pad 142 that contacts the semiconductor wafer W and a chucking plate 144 that holds the elastic pad 142. The upper peripheral end of the elastic pad 142 is held by a chucking plate 144, and four pressure chambers (airbags) P1, P2, P3, and P4 are provided between the elastic pad 142 and the chucking plate 144. Yes. Pressurized fluid such as pressurized air is supplied to the pressure chambers P1, P2, P3, and P4 via fluid paths 152, 153, 154, and 155, respectively, or evacuated. The central pressure chamber P1 is circular, and the other pressure chambers P2, P3, P4 are annular. These pressure chambers P1, P2, P3, and P4 are arranged concentrically.

圧力室P1,P2,P3,P4の内部圧力は図示しない圧力調整部により互いに独立して変化させることが可能であり、これにより半導体ウエハWの4つの領域、すなわち、中央部、内側中間部、外側中間部、および周縁部に対する押圧力を独立に調整することができる。この例では、圧力室P1,P2,P3,P4は、互いに独立して半導体ウエハWを押圧する押圧機構を構成する。研磨中の半導体ウエハWの金属膜(または導電性膜)mfの膜厚は、研磨テーブル100に設けられた渦電流センサ50(図1参照)によって測定され、半導体ウエハWの径方向の膜厚分布が制御装置56(図17参照)によって取得される。制御装置56は、膜厚分布に応じて圧力室P1,P2,P3,P4の内部圧力を制御し、例えば、半導体ウエハW上の金属膜(または導電性膜)mfの中央部の膜厚が周縁部の膜厚より厚い場合は圧力室P1の圧力を圧力室P4の圧力より高めて金属膜(または導電性膜)mfの中央部の研磨圧力を周縁部の研磨圧力を高めて研磨を行い、所望の研磨プロファイルを達成する。   The internal pressures of the pressure chambers P1, P2, P3, and P4 can be changed independently from each other by a pressure adjusting unit (not shown), whereby four regions of the semiconductor wafer W, that is, a central portion, an inner intermediate portion, The pressing force against the outer intermediate portion and the peripheral portion can be adjusted independently. In this example, the pressure chambers P1, P2, P3, and P4 constitute a pressing mechanism that presses the semiconductor wafer W independently of each other. The film thickness of the metal film (or conductive film) mf of the semiconductor wafer W being polished is measured by an eddy current sensor 50 (see FIG. 1) provided on the polishing table 100, and the film thickness in the radial direction of the semiconductor wafer W is measured. The distribution is acquired by the control device 56 (see FIG. 17). The control device 56 controls the internal pressure of the pressure chambers P1, P2, P3, and P4 according to the film thickness distribution. For example, the film thickness of the central portion of the metal film (or conductive film) mf on the semiconductor wafer W is increased. When the film thickness is thicker than the peripheral edge, the pressure in the pressure chamber P1 is increased higher than the pressure in the pressure chamber P4, and the polishing pressure at the center of the metal film (or conductive film) mf is increased to increase the polishing pressure at the peripheral edge. Achieve the desired polishing profile.

これまで本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいことは言うまでもない。   Although the embodiments of the present invention have been described so far, it is needless to say that the present invention is not limited to the above-described embodiments and may be implemented in various forms within the scope of the technical idea.

1 トップリング
2 トップリング本体
3 リテーナリング
50 渦電流センサ
52 交流信号源
54 検波回路
55 メインアンプ
56 制御装置(コントローラ)
60 センサコイル
61 ボビン
62 発振コイル
63 検出コイル
64 バランスコイル
65 筒状部材
76 可変抵抗
77 抵抗ブリッジ回路
82 バンドパスフィルタ
83 高周波アンプ
84 位相シフト回路
85 cos同期検波回路
86 sin同期検波回路
87,88 ローパスフィルタ
89 ベクトル演算回路
100 研磨テーブル
100a テーブル軸
101 研磨パッド
101a 研磨面
102 研磨液供給ノズル
110 トップリングヘッド
111 トップリングシャフト
112 回転筒
113 タイミングプーリ
114 トップリング用モータ
115 タイミングベルト
116 タイミングプーリ
117 トップリングヘッドシャフト
124 上下動機構
125 ロータリージョイント
126 軸受
128 ブリッジ
129 支持台
130 支柱
132 ボールねじ
138 ACサーボモータ
132a ねじ軸
132b ナット
142 弾性パッド
144 チャッキングプレート
150 ロータリジョイント
151m シム(薄板)
152〜155 流体路
W 半導体ウエハ
mf 金属膜(または導電性膜)
P1〜P4 圧力室
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Top ring 2 Top ring main body 3 Retainer ring 50 Eddy current sensor 52 AC signal source 54 Detection circuit 55 Main amplifier 56 Control apparatus (controller)
60 sensor coil 61 bobbin 62 oscillation coil 63 detection coil 64 balance coil 65 cylindrical member 76 variable resistor 77 resistance bridge circuit 82 band pass filter 83 high frequency amplifier 84 phase shift circuit 85 cos synchronous detection circuit 86 sin synchronous detection circuit 87, 88 low pass Filter 89 Vector arithmetic circuit 100 Polishing table 100a Table shaft 101 Polishing pad 101a Polishing surface 102 Polishing liquid supply nozzle 110 Top ring head 111 Top ring shaft 112 Rotating cylinder 113 Timing pulley 114 Top ring motor 115 Timing belt 116 Timing pulley 117 Top ring Head shaft 124 Vertical movement mechanism 125 Rotary joint 126 Bearing 128 Bridge 129 Support base 130 Post 132 Ball screw 1 8 AC servomotor 132a screw shaft 132b nut 142 elastic pad 144 chucking plate 150 rotary joint 151m shim (thin plate)
152 to 155 Fluid path W Semiconductor wafer mf Metal film (or conductive film)
P1 to P4 pressure chamber

Claims (26)

金属膜または導電性膜が形成された基板の近傍に配置されるセンサコイルと、該センサコイルに交流信号を供給して前記金属膜または導電性膜に渦電流を形成する信号源と、前記センサコイルの出力に基づいて前記金属膜または導電性膜に形成された渦電流を検出する検出回路とを備えた渦電流センサであって、
前記センサコイルは、前記信号源に接続された発振コイルと、前記金属膜または導電性膜に形成される渦電流を検出する検出コイルと、該検出コイルに直列に接続されるバランスコイルとを有し、
前記検出コイルは、列を基板に対して垂直方向、層を基板に対して平行方向と定義したときに、線材又は導電体を1列複数層に巻いたコイルからなることを特徴とする渦電流センサ。
A sensor coil disposed in the vicinity of a substrate on which a metal film or a conductive film is formed; a signal source for supplying an AC signal to the sensor coil to form an eddy current in the metal film or the conductive film; and the sensor An eddy current sensor comprising a detection circuit for detecting an eddy current formed in the metal film or the conductive film based on an output of a coil,
The sensor coil includes an oscillation coil connected to the signal source, a detection coil for detecting eddy current formed in the metal film or the conductive film, and a balance coil connected in series to the detection coil. And
The detection coil is an eddy current comprising a coil in which a wire or a conductor is wound in a plurality of layers when a row is defined as a direction perpendicular to the substrate and a layer is defined as a direction parallel to the substrate. Sensor.
前記発振コイルは、線材又は導電体を1列複数層に巻いたコイルまたは線材又は導電体を複数列1層または複数層に巻いたコイルからなることを特徴とする請求項1記載の渦電流センサ。   2. The eddy current sensor according to claim 1, wherein the oscillating coil comprises a coil in which a wire or a conductor is wound in a plurality of layers, or a coil in which a wire or a conductor is wound in a plurality of layers or one layer. . 前記バランスコイルは、線材又は導電体を1列複数層に巻いたコイルからなることを特徴とする請求項1記載の渦電流センサ。   The eddy current sensor according to claim 1, wherein the balance coil is a coil in which a wire or a conductor is wound in a plurality of layers in one row. 前記検出コイル、前記発振コイルおよび前記バランスコイルの少なくとも1つは、線材又は導電体を1列複数層に巻いた前記コイルを複数個直列に接続することにより構成されていることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の渦電流センサ。   The at least one of the detection coil, the oscillation coil, and the balance coil is configured by connecting a plurality of coils each having a wire or a conductor wound in a plurality of layers in series. Item 4. The eddy current sensor according to any one of Items 1 to 3. 前記発振コイルは、半径方向外側にいくにつれて基板に近づくように彎曲して形成されていることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の渦電流センサ。   4. The eddy current sensor according to claim 1, wherein the oscillating coil is bent so as to approach the substrate as going outward in the radial direction. 5. 前記検出コイルと前記発振コイルとは、コイル外径が異なっていることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の渦電流センサ。   The eddy current sensor according to claim 1, wherein the detection coil and the oscillation coil have different coil outer diameters. 前記検出コイル、前記発振コイルおよび前記バランスコイルは、この順に基板側から配列していることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の渦電流センサ。   The eddy current sensor according to claim 1, wherein the detection coil, the oscillation coil, and the balance coil are arranged in this order from the substrate side. 前記検出コイル、前記発振コイルおよび前記バランスコイルは、同心円状に配列していることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の渦電流センサ。   The eddy current sensor according to any one of claims 1 to 6, wherein the detection coil, the oscillation coil, and the balance coil are arranged concentrically. 前記センサコイルは、高透磁率材料によって形成された筒状部材内に収容されていることを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1項に記載の渦電流センサ。   The eddy current sensor according to any one of claims 1 to 8, wherein the sensor coil is accommodated in a cylindrical member formed of a high magnetic permeability material. 回転する研磨テーブル上の研磨面に研磨対象の基板を押圧して基板上の膜を研磨する研磨方法において、
前記基板の研磨中に、前記研磨テーブルの回転に伴い、該研磨テーブルに設置された終点検出センサにより基板の被研磨面を走査し、
前記基板の被研磨面の走査により得られた前記終点検出センサの出力を監視し、該終点検出センサの出力の変化から研磨終点を検出し、
前記研磨終点を検出した後に、前記終点検出センサまたは異なるセンサの出力を監視し、基板上の一部に残った膜を検出する残膜監視を行い、
前記終点検出センサまたは異なるセンサには渦電流センサを用い、該渦電流センサにおいて基板上の膜に形成される渦電流を検出するコイルには、列を基板に対して垂直方向、層を基板に対して平行方向と定義したときに、線材又は導電体を1列複数層に巻いたコイルを用いることを特徴とする研磨方法。
In a polishing method for polishing a film on a substrate by pressing a substrate to be polished against a polishing surface on a rotating polishing table,
During polishing of the substrate, along with the rotation of the polishing table, the polishing surface of the substrate is scanned by an end point detection sensor installed on the polishing table,
Monitoring the output of the end point detection sensor obtained by scanning the surface to be polished of the substrate, detecting the polishing end point from the change in the output of the end point detection sensor,
After detecting the polishing end point, monitor the output of the end point detection sensor or a different sensor, monitor the remaining film to detect the film remaining on a part of the substrate,
An eddy current sensor is used for the end point detection sensor or a different sensor. In the eddy current sensor, a coil is used to detect an eddy current formed on a film on a substrate, and a column is perpendicular to the substrate and a layer is disposed on the substrate. On the other hand, when defined as a parallel direction, a polishing method using a coil in which a wire or a conductor is wound in a plurality of layers in one row is used.
前記残膜監視は、前記終点検出センサより感度が高い前記異なるセンサにより行い、前記異なるセンサのコイルには、線材又は導電体を1列複数層に巻いた前記コイルを用いることを特徴とする請求項10記載の研磨方法。   The residual film monitoring is performed by the different sensor having higher sensitivity than the end point detection sensor, and the coil of the different sensor uses the coil in which a wire or a conductor is wound in a plurality of layers. Item 11. The polishing method according to Item 10. 前記残膜監視は、前記終点検出センサの感度を切替えて行い、該感度の切替えは前記コイルの巻き数を切替えることにより行うことを特徴とする請求項10記載の研磨方法。   The polishing method according to claim 10, wherein the remaining film monitoring is performed by switching sensitivity of the end point detection sensor, and the sensitivity switching is performed by switching the number of turns of the coil. 前記残膜監視は、前記終点検出センサより感度が高い前記異なるセンサにより行い、前記終点検出センサと前記異なるセンサは、基板上の膜に渦電流を形成するための発振コイルと基板上の膜に形成される渦電流を検出する検出コイルと該検出コイルに直列に接続されるバランスコイルを備えた渦電流センサであって、前記異なるセンサの前記発振コイル、前記検出コイルおよび前記バランスコイルには、線材又は導電体を1列複数層に巻いたコイルを用いることを特徴とする請求項10記載の研磨方法。   The residual film monitoring is performed by the different sensor having higher sensitivity than the end point detection sensor. The end point detection sensor and the different sensor are provided on the oscillation coil and the film on the substrate for forming an eddy current in the film on the substrate. An eddy current sensor comprising a detection coil for detecting an eddy current formed and a balance coil connected in series to the detection coil, wherein the oscillation coil, the detection coil and the balance coil of the different sensors include The polishing method according to claim 10, wherein a coil in which a wire or a conductor is wound in a plurality of layers is used. 研磨面を有する研磨テーブルと、研磨対象の基板を保持するトップリングとを有し、回転する研磨テーブル上の研磨面に基板を押圧して基板上の膜を研磨する研磨装置において、
前記研磨テーブルに設置され、前記研磨テーブルの回転に伴って基板の被研磨面を走査する終点検出センサと、
前記基板の被研磨面の走査により得られた前記終点検出センサの出力を監視し、該終点検出センサの出力の変化から研磨終点を検出する制御装置とを備え、
前記終点検出センサは渦電流センサからなり、該渦電流センサにおいて基板上の膜に形成される渦電流を検出するコイルは、列を基板に対して垂直方向、層を基板に対して平行方向と定義したときに、線材又は導電体を1列複数層に巻いたコイルからなることを特徴とする研磨装置。
In a polishing apparatus having a polishing table having a polishing surface and a top ring for holding a substrate to be polished, and polishing the film on the substrate by pressing the substrate against the polishing surface on the rotating polishing table,
An end point detection sensor that is installed on the polishing table and scans the surface to be polished of the substrate as the polishing table rotates;
A controller that monitors the output of the end point detection sensor obtained by scanning the surface to be polished of the substrate and detects the polishing end point from a change in the output of the end point detection sensor;
The end point detection sensor comprises an eddy current sensor, and the coil for detecting the eddy current formed in the film on the substrate in the eddy current sensor has a row perpendicular to the substrate and a layer parallel to the substrate. A polishing apparatus comprising a coil in which a wire or a conductor is wound in a plurality of layers in one row when defined.
前記制御装置は、前記研磨終点を検出した後に、前記終点検出センサまたは異なるセンサの出力を監視し、基板上の一部に残った膜を検出する残膜監視を行うことを特徴とする請求項14記載の研磨装置。   The said control apparatus, after detecting the said polishing end point, monitors the output of the said end point detection sensor or a different sensor, and performs the residual film monitoring which detects the film | membrane which remained on a part on a board | substrate. 14. The polishing apparatus according to 14. 前記残膜監視は、前記終点検出センサより感度が高い渦電流センサからなる前記異なるセンサにより行い、前記異なるセンサのコイルは、線材又は導電体を1列複数層に巻いたコイルからなることを特徴とする請求項15記載の研磨装置。   The residual film monitoring is performed by the different sensor composed of an eddy current sensor having higher sensitivity than the end point detection sensor, and the coil of the different sensor is composed of a coil in which a wire or a conductor is wound in a plurality of layers. The polishing apparatus according to claim 15. 前記残膜監視は、前記終点検出センサの感度を切替えて行い、該感度の切替えは前記コイルの巻き数を切替えることにより行うことを特徴とする請求項15記載の研磨装置。   The polishing apparatus according to claim 15, wherein the residual film monitoring is performed by switching sensitivity of the end point detection sensor, and the sensitivity switching is performed by switching the number of turns of the coil. 前記終点検出センサまたは前記異なるセンサは、基板上の膜に渦電流を形成するための発振コイルと基板上の膜に形成される渦電流を検出する検出コイルと該検出コイルに直列に接続されるバランスコイルとを有したセンサコイルを備えた渦電流センサからなることを特徴とする請求項14または15記載の研磨装置。   The end point detection sensor or the different sensor is connected in series to an oscillation coil for forming an eddy current in the film on the substrate, a detection coil for detecting an eddy current formed in the film on the substrate, and the detection coil. 16. The polishing apparatus according to claim 14, comprising an eddy current sensor including a sensor coil having a balance coil. 前記発振コイルは、線材又は導電体を1列複数層に巻いたコイルまたは線材又は導電体を複数列1層または複数層に巻いたコイルからなることを特徴とする請求項18記載の研磨装置。   19. The polishing apparatus according to claim 18, wherein the oscillation coil includes a coil in which a wire or a conductor is wound in a plurality of layers in one row or a coil in which a wire or a conductor is wound in a plurality of rows in one layer or a plurality of layers. 前記バランスコイルは、線材又は導電体を1列複数層に巻いたコイルからなることを特徴とする請求項18記載の研磨装置。   The polishing apparatus according to claim 18, wherein the balance coil is a coil in which a wire or a conductor is wound in a plurality of layers in one row. 前記検出コイル、前記発振コイルおよび前記バランスコイルの少なくとも1つは、線材又は導電体を1列複数層に巻いた前記コイルを複数個直列に接続することにより構成されていることを特徴とする請求項18乃至20のいずれか1項に記載の研磨装置。   The at least one of the detection coil, the oscillation coil, and the balance coil is configured by connecting a plurality of coils each having a wire or a conductor wound in a plurality of layers in series. Item 21. The polishing apparatus according to any one of Items 18 to 20. 前記発振コイルは、半径方向外側にいくにつれて基板に近づくように彎曲して形成されていることを特徴とする請求項18乃至20のいずれか1項に記載の研磨装置。   21. The polishing apparatus according to claim 18, wherein the oscillating coil is bent so as to approach the substrate as it goes radially outward. 前記検出コイルと前記発振コイルとは、コイル外径が異なっていることを特徴とする請求項18乃至22のいずれか1項に記載の研磨装置。   The polishing apparatus according to any one of claims 18 to 22, wherein the detection coil and the oscillation coil have different coil outer diameters. 前記検出コイル、前記発振コイルおよび前記バランスコイルは、この順に基板側から配列していることを特徴とする請求項18乃至23のいずれか1項に記載の研磨装置。   The polishing apparatus according to any one of claims 18 to 23, wherein the detection coil, the oscillation coil, and the balance coil are arranged in this order from the substrate side. 前記検出コイル、前記発振コイルおよび前記バランスコイルは、同心円状に配列していることを特徴とする請求項18乃至23のいずれか1項に記載の研磨装置。   The polishing apparatus according to any one of claims 18 to 23, wherein the detection coil, the oscillation coil, and the balance coil are arranged concentrically. 前記センサコイルは、高透磁率材料によって形成された筒状部材内に収容されていることを特徴とする請求項18乃至25のいずれか1項に記載の研磨装置。   The polishing apparatus according to any one of claims 18 to 25, wherein the sensor coil is accommodated in a cylindrical member made of a high magnetic permeability material.
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