JP2012506152A - 渦電流利得の補償 - Google Patents

Abstract

基板の処理中の原位置監視は、半導体処理装置内で、基板上の導電膜を処理すること、および処理中に、渦電流センサからの信号を生成することを含む。この信号は、渦電流センサが基板に隣接しているときに生成された第１の部分と、渦電流センサが金属ボディには隣接しているが、基板には隣接していないときに生成された第２の部分と、渦電流センサが金属ボディにも基板にも隣接していないときに生成された第３の部分とを含む。信号の第２の部分を信号の第３の部分と比較し、少なくともこの比較の結果に基づいて利得を決定し、信号の第１の部分にこの利得を乗じて、調整された信号を生成する。

Description

本開示は、半導体製造における終点検出に関する。

集積回路は一般に、シリコンウェーハ上に導電層、半導電層または絶縁層を逐次的に付着させることによって基板上に形成される。１つの製造ステップは、非平坦面に充填材層を付着させ、この非平坦面が露出するまで充填材層を平坦化することを含む。例えば、パターン形成された絶縁層上に導電性の充填材層を付着させて、絶縁層内のトレンチまたはホールを埋めることができる。次いで、絶縁層の高くなったパターンが露出するまで充填材層を研磨する。平坦化後、絶縁層の高くなったパターン間に残った導電層の部分は、基板上の薄膜回路間の導電経路を提供するバイア（ｖｉａ）、プラグ（ｐｌｕｇ）およびライン（ｌｉｎｅ）を形成する。また、平坦化は、フォトリソグラフィのために基板表面を平坦化するためにも必要である。

化学機械研磨（ＣＭＰ）は、認められた１つの平坦化法である。この平坦化法では一般に、キャリアヘッド上に基板を装着する必要がある。基板の露出面を、回転する研磨パッドと向き合うように配置する。キャリアヘッドは、基板に制御可能な荷重を加えて、基板を研磨パッドに押し付ける。研磨パッドの表面には、研磨粒子入りのスラリなどの研磨液が供給される。

ＣＭＰの１つの課題は、研磨工程が完了したかどうかの判定、すなわち基板層が所望の平面度または所望の厚さまで平坦化されたかどうかの判定、あるいは所望の量の材料が除去された時点の決定である。導電層または導電膜を研磨しすぎる（除去量が多すぎる）と、回路抵抗が増大することがある。一方、導電層の研磨が足りない（除去量が少なすぎる）と、短絡が生じる可能性がある。基板層の初期厚さ、スラリの組成、研磨パッドの状態、研磨パッドと基板の間の相対速度および基板に加わる荷重の変動は、材料除去率の変動を引き起こしうる。材料除去率が変動すると、所望の厚さおよび所望の研磨終点に到達するのに要する時間が変動する。したがって、研磨終点を、単なる研磨時間の関数として決定することはできない。

一態様では、基板の処理中に原位置で監視する方法が、半導体処理装置内で、基板上の導電膜を処理すること、および処理中に、渦電流センサからの信号を生成することを含む。この信号は、渦電流センサが基板に隣接しているときに生成された第１の部分と、渦電流センサが金属ボディには隣接しているが、基板には隣接していないときに生成された第２の部分と、渦電流センサが金属ボディにも基板にも隣接していないときに生成された第３の部分とを含む。信号の第２の部分を信号の第３の部分と比較し、少なくともこの比較の結果に基づいて利得を決定し、信号の第１の部分にこの利得を乗じて、調整された信号を生成する。

実施態様は、以下の特徴のうちの１つまたは複数の特徴を含むことができる。渦電流センサを用いて基板および金属ボディを横切る複数のスイープを実施して、複数の信号を生成することができ、それらの複数の信号のそれぞれの信号は、前記第１の部分、第２の部分および第３の部分を含むことができる。前記複数のスイープのそれぞれのスイープで、前記比較および前記乗算を実行して、調整された複数の信号を生成することができる。基板処理装置は、回転可能なプラテン上に位置する研磨パッドを含む化学機械研磨器を含むことができ、渦電流センサはプラテン内に位置することができ、プラテンが１回転するごとに１回、基板をスイープすることができる。金属ボディは、研磨パッド上に配置することができる。止め輪を有するキャリアヘッドによって研磨パッド上に基板を保持することができ、金属ボディを止め輪の一部分とすることができる。金属ボディを、研磨パッドの状態を調節する状態調節ディスクの一部分とすることができる。信号の第２の部分から第１の基準値を生成することができ、信号の第３の部分から第２の基準値を生成することができる。渦電流がオフウェーハであるとき、または基板が裸基板であるときの渦電流センサからの信号の標的値を表す第１の定数と、導電膜が金属ボディに等しい厚さを有するときの渦電流センサからの信号の標的値を表す第２の定数とを記憶することができる。前記利得を（Ｋ_１−Ｋ_２）／（Ｓ_１−Ｓ_２）とすることができ、上式で、Ｋ_１は前記第１の定数、Ｋ_２は前記第２の定数、Ｓ_１は前記第１の基準値、Ｓ_２は前記第２の基準値である。この信号を位相差信号とすることができる。

他の態様では、コンピュータ可読媒体上に有形的にコード化されたコンピュータプログラム製品が、これらの動作をデータ処理装置に実行させるように動作可能である。

実施態様の潜在的な利点は、以下の１つまたは複数を含むことができる。渦電流信号を達成する環境条件の変化または研磨パッドの厚さを補償するために、利得を自動的に調整することができる。

渦電流監視システムを含む化学機械研磨装置の一実施形態の部分断面概略側面図である。 渦電流監視システムの一実施態様の概略回路図である。 監視システムが発生させる磁界を示す概略断面図である。 ウェーハを横切るセンサ走査経路を示す、渦電流監視システムを含む化学機械研磨装置の概略上面図である。 渦電流センサを使用して研磨終点を検出する方法を概略的に示す図である。 渦電流センサを使用して研磨終点を検出する方法を概略的に示す図である。 渦電流センサを使用して研磨終点を検出する方法を概略的に示す図である。 位相差信号を、導電層の厚さの関数として示す例示的なグラフである。 渦電流監視システムからのトレースを示す例示的なグラフである。 基板を横切る１回の走査による位相差信号を示す例示的なグラフである。 １つまたは複数の較正パラメータおよび１つまたは複数のドリフトパラメータを使用して渦電流データを処理するための諸ステップを示す流れ図である。

これらの各種図面中の同様の参照記号は同様の要素を指す。

いくつかの渦電流センサでは、センサ信号Ｓが外面金属層の厚さＴの線形関数、例えばＳ＝ｂ−ｍＴであり、この式でｂはオフセット、ｍは渦電流センサの利得である。具体的には、ＡＣ駆動信号と感知された信号との間の位相差と被研磨層の厚さとを、例えば実質的に線形の関数として相関させることができる。しかしながら、センサコアにコイルを巻き付ける方式、コア寸法のわずかな違い、コア材料のバッチ間変動などのセンサ間の差異によって、利得はセンサごとに異なりうる。センサ温度の変化などの環境条件が、渦電流センサの利得に影響することもある。さらに、研磨パッドが磨耗するにつれて、パッドの厚さが薄くなり、基板とコイルの間の距離が短くなり、その結果、一般に利得が増大する。その結果、渦電流センサの利得はウェーハごとに異なりうる。後述するように、原位置渦電流センサまたは他の原位置センサの利得を較正して、信号ドリフトが低減し、または排除されるようにすることができる。

図１を参照すると、化学機械研磨装置の研磨ステーション２２内に、渦電流監視システム４０が提供されている。このＣＭＰ装置は、追加の研磨ステーションおよび移載ステーションを含むことができる。

研磨ステーション２２は、その上に研磨パッド３０が置かれた回転可能なプラテン２４を含む。研磨パッドの状態を維持するため、各研磨ステーションはさらに、状態調節ディスク３４を備えたパッド状態調節装置を含むことができる。スラリ供給ポートまたは一体型スラリ／リンスアーム３９によって、研磨パッド３０の表面にスラリ３８を供給することができる。

回転可能な回転ラック６０によってキャリアヘッド７０が支持されており、キャリアヘッド７０は、キャリア駆動シャフト７４によってキャリアヘッド回転モータ７６（カバー６８の１／４を取り除くことによって示されている）に接続されており、そのため、各キャリアヘッドは、それぞれの軸７１を中心にして独立して回転することができる。さらに、各キャリアヘッド７０は横方向に独立して振動する。動作時、プラテンはその中心軸２５を中心に回転し、キャリアヘッドは、その中心軸７１を中心に回転し、かつ研磨パッドの表面を横切って横方向に平行移動する。

キャリアヘッド７０は、基板を保持するための止め輪８４を含む。いくつかの実施態様では、止め輪８４が高導電性部分を含み、例えば、この止め輪は、研磨パッドと接触する薄い下プラスチック部分８６と、厚い上導電性部分８８とを含むことができる。いくつかの実施態様では、この高導電性部分が金属、例えば研磨中の層と同じ金属、例えば銅である。

プラテン２４内には凹み２６が形成されており、研磨パッド３０の凹み２６の上にあたる部分に薄い区画３６を形成することができる。開口２６および必要な場合にパッドの薄い区画３６は、キャリアヘッドの平行移動位置に関わりなく、プラテン回転のある部分の間、基板１０の下を通るような態様で配置される。

原位置渦電流監視システム４０は、研磨を受けている金属層の厚さを測定し、かつ／または終点検出器として機能する。類似の渦電流監視システムが、それらの開示の全体が参照によって本明細書に組み込まれる米国特許第７０１６７９５号および７０２４２６９号明細書に記載されている。

図１および２を参照すると、原位置渦電流監視システム４０は、基板上の金属層内に渦電流を誘導する駆動システム４８と、駆動システムによって金属層内に誘導された渦電流を検出するセンシングシステム５８とを含む。監視システム４０は、プラテンと一緒に回転するように凹み２６の中に配置されたコア４２と、コア４２の１つの部分の周りに巻き付けられた少なくとも１つのコイル４４とを含む。いくつかの実施態様では、単一のコイルを使用することができ、他の実施態様では、駆動コイルと別個のセンスコイルの両方がコアの周りに巻き付けられる。

いくつかの実施態様では、駆動システム４８が、コア４２の周りに巻き付けられた駆動コイル４４に接続された発振器５０を含み、センシングシステム５８が、コア４２の周りに巻き付けられたセンスコイル４６と、他のセンシング回路９４とを含む。コイルとコアとを除く渦電流監視システムの構成要素、例えば発振器５０および他の回路は、プラテン２４とは別の位置に配置し、回転電気ユニオン２９によってプラテン内の構成要素に結合することができ、またはプラテン内に設置し、回転電気ユニオン２９によってプラテンの外部のコントローラと通信することができる。

図３を参照すると、動作時、発振器５０は、駆動コイル４４を駆動して、コア４２のボディを貫きコアの２つの極４２ａと４２ｂの間のギャップ４６内へ延びる振動磁界４８を発生させる。磁界４８の少なくとも一部は、研磨パッド３０の薄い部分３６を通過して基板１０内へ延びる。基板１０上に導電層、例えば金属層が存在する場合、振動磁界４８は金属層内に渦電流を発生させる。この渦電流によって、金属層はインピーダンス源として作用し、センスコイル４６に流れる電流に影響を及ぼす。金属層の厚さが変化するとインピーダンスも変化し、その結果、このセンシング機構のＱ値が変化する。センシング機構のＱ値の変化を検出することによって、渦電流センサは、渦電流の強度の変化、したがって金属層の厚さの変化を感知することができる。

いくつかの実施態様では、渦電流監視システムが、センスコイル４６を流れる電流の振幅に比例した信号を出力する。いくつかの実施態様では、渦電流監視システムが、発振器５０からの駆動信号とセンスコイル４６を流れる電流との間の位相差に比例した信号を出力する。他の実施態様も可能である。

図２に戻ると、渦電流監視システムの回路のいくつかの実施態様は、振幅信号と位相差信号の両方を出力する。この実施態様では、駆動信号とセンス信号を結合して、位相差に比例したパルス幅またはデューティサイクルを有する移相信号を発生させる。この実施態様では、２つのＸＯＲゲート１００および１０２を使用して、それぞれセンスコイル４６および発振器５０からの正弦波信号を方形波信号に変換する。これらの２つの方形波信号は第３のＸＯＲゲート１０４の入力へ送られる。第３のＸＯＲゲート１０４の出力は、これらの２つの方形波信号間の位相差に比例したパルス幅またはデューティサイクルを有する移相信号である。この移相信号をＲＣフィルタ１０６によってフィルタリングして、位相差に比例した電圧を有するＤＣに似た信号を発生させる。代替として、これらの信号を、移相測定を実行するプログラマブルディジタルロジック、例えばコンプレックスルプログラマブルロジックデバイス（ＣＰＬＤ）またはフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＧＰＡ）へ送ることもできる。

図４を参照すると、ＣＭＰ装置はさらに、コア４２が基板１０の下にあるときに感知するオプティカルインタラプタなどの位置センサ８０を含むことができる。例えば、オプティカルインタラプタを、キャリアヘッド７０の反対側の固定点に装着することができる。プラテンの周縁にフラグ８２を取り付ける。フラグ８２の取付け点および長さは、コア４２が基板１０の下をスイープしている間、フラグ８２がセンサ８０の光信号を遮るように選択する。あるいは、ＣＭＰ装置は、プラテンの角位置を決定するエンコーダを含むことができる。研磨パッド３２の薄い区画３６の下に位置する渦電流センサのコア４２、駆動コイル４４およびセンスコイル４６は、プラテンが１回転するごとに基板の下をスイープすることができる。

動作時、ＣＭＰ装置は、監視システム４０を使用して、充填材層のバルクが除去され、かつ／またはその下のストップ層が露出した時点を決定する。監視システム４０を使用して、基板の表面から除去された材料の量を求めることができる。図１に戻ると、センシング回路９４に、汎用プログラマブルディジタルコンピュータ９０を接続して、強度信号および位相差信号を受け取ることができる。基板が概ねコアの上にあるときに、監視システムからの測定値をサンプリングし、それらの測定値を記憶し、測定されたそれらの信号に終点検出論理を適用して研磨終点を検出するように、コンピュータ９０をプログラムすることができる。検出器論理の可能な終点判定基準には、極小または極大、傾きの変化、振幅または傾きのしきい値、あるいはこれらの組合せが含まれる。さらに、基板の下でのコアの各スイープによる振幅測定値を、複数のサンプリングゾーン９６に分割して、それぞれのサンプリングゾーンの半径方向位置を計算し、振幅測定値を半径方向範囲に区分けし、それぞれのサンプリングゾーンの最小、最大および平均振幅測定値を求め、多数の半径方向範囲を使用して研磨終点を決定するように、コンピュータ９０をプログラムすることもできる。

渦電流センサは、プラテンが１回転するごとに基板の下をスイープするため、金属層の厚さに関する情報は、原位置において連続的にリアルタイムで蓄積される。実際、研磨中に、渦電流センサからの測定値を出力デバイス９２上に表示して、デバイスのオペレータが、研磨動作の進捗状況を視覚的に監視することができるようにすることができる。さらに、測定値を半径方向範囲に区分けした後、金属膜の厚さに関する情報を、閉ループ制御器へリアルタイムで送って、キャリアヘッドによって加える研磨圧力プロファイルを定期的にまたは絶えず変更することができる。

図５Ａに示すように、ある研磨動作では、基板１０を、研磨パッド３０と接触するように配置する。基板１０は、シリコンウェーハ１２と、下にあるパターン形成された１つまたは複数の層１４の上に配された導電層１６、例えば銅などの金属とを含むことができ、層１４は、半導体層、導体層または絶縁体層とすることができる。下にあるパターン形成された層は、金属フィーチャ、例えばバイア、パッドおよび相互接続を含むことができる。研磨する前、導電層１６のバルクは当初、比較的に厚く、連続しているため、導電層１６は低い抵抗率を有し、この導電層内で比較的に強い渦電流を発生させることができる。

図５Ｂを参照すると、基板１０を研磨するにつれて、導電層１６のバルク部分は薄くなる。導電層１６が薄くなるにつれて、導電層１６の面積抵抗が増大し、金属層内の渦電流が弱まる。その結果、金属層１６とセンスコイル５４の間の結合が低減する。

図５Ｃを参照すると、導電層１６のバルク部分がついに除去され、パターン形成された絶縁層１４間のトレンチ内に導電性の相互接続１６’が残される。この時点で、基板内の導電性部分は全体に小さく、連続しておらず、金属層１６とセンスコイル５４の間の結合は最小となる。これによって、センサ回路からの出力信号は横ばいになる。

１枚または数枚の試験基板を研磨することによって、研磨機のオペレータは、金属層の厚さの関数として、出力信号の振幅を決定することができる。デバイス基板の研磨中、終点検出器は、特定の厚さの金属層が基板上に残っているときに研磨を停止させることができる。具体的には、センシング回路９４からの出力信号が所望の厚さに対応するしきい値と交わるときに、コンピュータ９０は、終点をトリガすることができる。代替として、この出力信号が横ばいになった（例えば局所的なプラトーに達した）ことを感知することによって、コンピュータ９０は研磨終点を感知することができる。

この渦電流監視システムを使用して、研磨パラメータの変更を誘導することもできる。例えば、監視システムがある研磨判定基準を検出したときに、ＣＭＰ装置はスラリの組成を（例えば高選択性スラリから低選択性スラリへ）変更することができる。他の例として、以前に論じたとおり、ＣＭＰ装置は、キャリアヘッドによって加える圧力プロファイルを変更することができる。

以前に論じたとおり、移相測定値を使用して、以前に論じた振幅測定値と同じ方式で研磨終点を検出することができる。図６は、導電層の厚さと位相差信号との関係を示す。第１の厚さ、例えば２から３ミクロン未満では、位相差は、導電層の厚さに概ね線形的に比例している。第１の厚さよりもやや厚い第２の厚さ、例えば４ミクロンで、位相差は最大に達する。位相差は低下し、次いで第３の厚さ、例えば厚さ５〜６ミクロンを超えると安定する。位相差測定の可能な利点は、金属層の厚さに対する位相差の依存性が、振幅の依存性よりも線形的であることができる。さらに、広範囲の可能な厚さにわたって金属層の絶対的な厚さを決定することができる。

駆動信号とセンス信号の間の位相差を測定する渦電流監視システムによって生成されるトレースの一例を図７に示す。例えば、１回の走査ごとに１つまたは複数の測定値１００を得ることができ、時間が経過して多数の走査から測定値が集まると、測定値に線形関数１０２（時間の関数としての測定値）を当てはめることができる。いくつかの実施態様では、１回の走査での測定値または多数の走査による測定値を平均し、またはフィルタにかけることができ、例えば移動平均を計算することができる。

この渦電流監視システムをさまざまな研磨システムで使用することができる。研磨パッドまたはキャリアヘッド、あるいはその両方を移動させて、研磨面と基板の間の相対運動を提供することができる。研磨パッドは、プラテンに固定された円形（または他のある形状）のパッド、供給ローラと巻取りローラの間に延びるテープ、または連続ベルトとすることができる。研磨パッドは、プラテンに貼り付け、研磨動作と研磨動作の間にプラテンを横切って段階的に前進させ、または研磨の最中にプラテンを横切って連続的に動かすことができる。研磨の間、パッドをプラテンに固定することができ、または、研磨の間、プラテンと研磨パッドの間に流体軸受を形成することができる。研磨パッドは、標準（例えば充填材を含むまたは含まないポリウレタン）荒パッド、軟質パッド、または固定研磨材パッドとすることができる。基板がないときに調整するのではなしに、研磨された基板または研磨されていない基板が（キャリアヘッドと一緒に、またはキャリアヘッド無しで）存在するときに、発振器の駆動周波数を、共振周波数または他のある基準周波数に調整することができる。

前述の監視システムなどの原位置渦電流監視システムを使用して、例えば導電層の厚さを測定するために、導電層内に誘導された渦電流を検出することができるが、いくつかの因子が、導電層の厚さの正確な決定（あるいはある工程の所望の終点に到達したかどうかの判定）を妨げる可能性がある。第１に、異なるセンサ間の差異、および化学機械研磨装置内でのそれらのセンサの位置決めの差異が、異なる結果を与えることがある。第２に、特定のセンサによって、異なる時刻および異なる処理条件において得られた測定値の相違、すなわちセンサドリフトが、不正確な結果を与えることがある。センサドリフトは、温度変化を含むいくつかの因子によって生じる可能性がある。例えば、化学機械研磨工程中に、スラリがウェーハを研磨するにつれて、かなりの熱が発生することがある。この熱が、渦電流測定システムおよび研磨システムのさまざまな構成要素の温度を増大させることがある。このような温度の増大によって、測定される信号が変化する可能性がある。

基板上の導電層の厚さを正確に決定するため、２つのことを実行することができる。第１に、センサが異なっても結果を高い信頼性で解釈することができるように、特定のセンサを他のセンサを用いて較正することができる。第２に、特定のセンサを用いて測定された測定値を調整して、ドリフトを補償することができる。

一実施態様では、較正プロセスにより、異なるセンサからのデータを解析して、センサが異なっても信頼性の高い結果を得ることができる。前述のとおり、センサはそれぞれ、そのセンサ自体を製造する際の差異および化学機械研磨装置上にセンサを装着する際の差異によって、わずかに異なる特性を有する可能性がある。例えば、製造する際の差異および／またはセンサを装着する際の差異によって、センサとウェーハ上の導電層の間の距離が異なる可能性があり、したがって、これらの差異が信号にかなりの影響を及ぼす可能性がある。差異は、異なるセンサ間のＬＣ特性の不一致によって生じることがある。コア材料、巻線、センサの正確な位置決めおよび静電容量は全て、センサアセンブリ全体の共振周波数および損失に影響を及ぼす。

いくつかの実施態様では、センサを１回較正する。他の実施態様では、センサを２回以上較正する。例えば、化学機械研磨装置に最初に設置するときに、センサを較正することができる。定期保守時、あるいは１つまたは複数の特定の行為を行った後などに、センサをさらに較正することができる（例えば化学機械研磨装置からセンサを取り外す行為の後にセンサを較正することができる）。

渦電流センシング法の異なる実施態様は、誘導された渦電流から得られる異なる態様の信号を使用することができる。例えば、位相情報または振幅情報、あるいはそれらの両方の情報を使用することができる。したがって、振幅に関係したデータまたは位相に関係したデータ、あるいはそれらの両方のデータについてセンサを較正することができる。

一実施態様では、基板上の導電層の厚さを決定するためのアルゴリズム、および／またはある半導体処理ステップにおいて所望の終点に到達したかどうかを判定するためのアルゴリズムが、センサを較正するために設定し、かつ／または決定することができるいくつかのパラメータを含む。例えば、４つのパラメータを使用してセンサを較正することができる。センサのすぐ近くに裸ウェーハがあるときの信号の所望の測定値を表す「高位設定点」を選択することができる。「高位設定点」の値は、裸ウェーハのすぐ近くにあるセンサの典型的なセンサ測定値として選択することができる。あるいは、「高位設定点」を、センサが「オフウェーハ」であるとき、すなわち、導電層を含んでも、または含まなくてもよいウェーハが、化学機械研磨システム内にはあるが、センサのすぐ近くにはないときの典型的なセンサの測定値に対応させてもよい。

同様に、センサの近くのウェーハ上に既知の厚さの既知の導体を有するウェーハが存在するときの信号の所望の測定値を表す「低位設定点」を選択することができる。「低位設定点」は例えば、厚さ２００００オングストロームの銅層を含むウェーハのすぐ近くのセンサの典型的な測定値を表すことができる。選択する具体的な厚さを、そのセンサによって一般に測定される厚さよりも厚くして、動作時に、データが「低位設定点」と「高位設定点」の間に含まれるようにすることができる。

次いで、較正対象のセンサを使用して「低位基準」および「高位基準」を測定することができる。「高位基準」を測定するためには、センサを含む化学機械研磨システム内に裸ウェーハを配置することができる。あるいは、センサがオフウェーハであるとき、すなわちセンサがウェーハのすぐ近くにないときに「高位基準」を測定してもよい。このとき、ウェーハは導電層を含んでも、または含まなくてもよい。「低位基準」を測定するためには、既知の厚さの既知の導体を有するウェーハを化学機械研磨システム内のセンサのすぐ近くに配置する。

いくつかの実施態様では、それぞれの測定値を１回読む。他の実施態様では、それよりも多くの測定値を読む。例えば、高位基準および低位基準は、既知の厚さの既知の導体を有するウェーハを化学機械研磨システム内に配置することによって決定することができる。ウェーハがセンサのすぐ近くにある（「オンウェーハ」の）ときに信号を１回または数回測定し、ウェーハがセンサのすぐ近くにない（「オフウェーハ」の）ときに信号を１回または数回測定する。低位基準は、オンウェーハの測定値から決定することができ（例えば平均とすることができ）、高位基準は、オフウェーハの測定値から決定することができる（例えば平均とすることができる）。

これらのパラメータを決定および／または設定した後、処理中にセンシングアルゴリズムとともに使用するために、それらのパラメータを、特定のセンサに対する構成ファイルに入力し、または他の方法で記憶することができる。次いで、センシングアルゴリズムが、ウェーハの処理中にこれらの較正パラメータを使用して、信号データを処理することができる。

例えば、上で概要を説明した４つの較正パラメータを使用するときには、下式（１）を使用して生データを調整することができる。下式で、Ｄ_Ｐは、較正パラメータを使用して処理されたデータ、Ｄ_Ｒは、センサを用いて得られた生データ、Ｒ_Ｌは低位基準、Ｒ_Ｈは高位基準、Ｓ_Ｈは高位設定点、Ｓ_Ｌは低位設定点を表す。

前記例では、４つのパラメータを設定および／または決定し、構成ファイルに入力したが、センシングアルゴリズムは、これよりも少ない数のパラメータを使用することもできる。例えば、式（１）を、下式（１ａ）のように書き直すことができる。
Ｄ_Ｐ＝ｍＤ_Ｒ＋ｂ 式（１ａ）

言い換えると、傾きｍおよびオフセットｂによって、処理された信号を生信号に関係付けることができる。このとき、傾きは

であり、オフセットは

である。

上で使用した較正プロセスを、ドリフト補償プロセスとともに使用することができる。前述のとおり、研磨工程中または他の半導体プロセス中に特定のセンサを使用すると、１つまたは複数の因子のために受信信号がドリフトすることがある。例えば、研磨中にシステムが熱くなると、ウェーハ、渦電流センシングシステムの要素および化学機械研磨システムの構成要素のサイズおよび／または位置が変化する可能性があり、それにより受信信号が高くまたは低くドリフトする可能性がある。さらに、コアの透磁率および損失は一般に温度に依存し、したがって、コアの磁気特性は温度依存ドリフトのもう１つの原因である。導電層の厚さを正確に決定し、あるいは半導体プロセスの終点または他の点に到達したかどうかを判定するため、ドリフトを補償する方法を使用することができる。

基板上の導電層を研磨しているときには、導電層の厚さが変化することによってオンウェーハ信号も変化する。研磨が進むにつれ、導電層から材料が除去され、したがって導電層の抵抗が増大する。したがって、研磨が進むにつれてオンウェーハ信号は低下する。この低下は、導電層の厚さの実際の変化を表す。

しかしながら、この信号が別の理由によって変化することもある。前述のとおり、研磨が進むにつれウェーハの温度は一般に上昇する。この時間に依存した温度上昇により、この信号が時間とともに変化することがある。他の因子が信号ドリフトに寄与することもある。

一実施態様では、渦電流測定値からドリフトを除去するため、厚さを測定している導電層のすぐ近くにセンサがないときに受け取られる信号（例えばオフウェーハ信号）の変化を使用して、導電層の厚さの変化に起因するものではなくドリフトに起因するオンウェーハ信号の量を推定する。

一実施態様では、下式（２）をデータに適用することによってドリフトを低減することができる。下式で、Ｓ_Ｐ（ｎ）は、走査番号ｎに対する処理された信号、Ｓ_Ｒ（ｎ）は、走査番号ｎに対する生信号、Ｒ（０）は、最初の走査に対するオフウェーハ信号または他の基準信号、あるいはセンサの較正中に決定された平均オフウェーハ振幅または位相などの第１の基準レベル、Ｒ（ｎ）は、第２の基準レベル、例えば走査番号ｎに対するオフウェーハ信号を表す。

Ｒ（ｎ）を決定することができる方法はいくつかある。例えば、この基準信号が、センサを用いたオフウェーハ測定に基づくとき、この基準は、ウェーハを走査する前にオフウェーハ信号を平均することによって、ウェーハの走査に続いてオフウェーハ信号を平均することによって、ウェーハを走査する前から、ウェーハを走査した後までのオフウェーハ信号を平均することによって、オフウェーハ信号の特定の部分を使用して平均を実行することによって、またはオフウェーハ信号の特定の値を使用することによって決定することができる。Ｒ（ｎ）は、以前の走査からの情報、例えば走査（ｎ−１）、（ｎ−２）などの最中に得られたデータに基づく情報を含むことができる。いくつかの実施態様では、Ｒ（ｎ）が、後続の走査からの情報、例えば走査（ｎ＋１）、（ｎ＋２）などの最中に得られたデータに基づく情報を含むことができる。例えば、ある工程の終点よりも前の時点における層の厚さに関心があるときには、その時点で実行された走査に続いて得られた情報を使用して、厚さをより正確に決定することができる。

信号ドリフトを低減させる方法の他の実施態様では、比ではなく、差を使用する。単純な一例では、基準信号（例えばオフウェーハ信号）の変化がドリフトに起因すると仮定し、所望の信号のドリフトを、基準信号のドリフトによって近似することができると仮定する。次いで、基準信号のドリフトを生信号から差し引いて、処理された信号を得る。例えば、下式（３）を使用して、信号のドリフトを補正することができる。式（３）の変数は、上式（２）で使用したものと同じ記号によって示されている。
Ｓ_Ｐ（ｎ）＝Ｓ_Ｒ（ｎ）−［Ｒ（ｎ）−Ｒ（０）］ 式（３）

他の実施態様では、より複雑な関係を使用してドリフトを補償することができる。例えば、信号ドリフトは、層の厚さまたは他のパラメータに依存することがある。すなわち、以前に使用した比または差は、異なる厚さの導電層内のドリフトを正確にモデル化することができない。このような場合には、厚さまたは他のパラメータに関係付けられた１つまたは複数の追加の項を使用することができる。さらに、比と差の両方を利用するより複雑な式を使用して、ドリフトをより正確にモデル化することもできる。しかしながら、式（２）に示したものなどの比または式（３）に示したものなどの差を使用して、信号ドリフトをモデル化することができる単純なケースが存在することがある。

図８は、導電層を含むウェーハを横切る走査を示す。図８のＲＡと記された領域では、センサがウェーハのすぐ近くにはない（センサは「オフウェーハ」である）。図８のＲＲと記された領域では、センサが、導電性止め輪のすぐ近くにあり、導電性止め輪が、信号の振幅を（オフウェーハ信号に比べて）増大させている。図８の「ウェーハ」と記された領域では、センサがウェーハのすぐ近くにあり（センサは「オンウェーハ」であり）、この領域では、信号が、金属層の厚さに依存し、センサが導電性止め輪のすぐ近くにあるときよりも大きく、または小さいことがある。

いくつかの実施態様では、研磨動作の進行中にオフセットと利得の両方を自動的に繰り返し調整することができる。いくつかの実施態様では、プラテンが１回転するごとに、渦電流監視システムが、センサが基板に隣接しているときのデータ信号Ｄ_Ｒ、センサが止め輪に隣接しているときの信号Ｓ_ＲＲ、ならびにセンサがオフウェーハであり、基板にも止め輪にも隣接しておらず、基板も止め輪も監視していないときの信号Ｓ_ＡＩＲを生成する。センサからの連続信号のどの部分が基板、止め輪およびオフウェーハゾーンに対応するのかは、例えば位置センサ８０および／またはモータエンコーダによって測定したプラテンの角位置およびキャリアヘッドの位置に基づいて、ならびに／あるいは信号の異なる部分への移行を示す信号強度の急変を検出する信号処理によって決定することができる。

例えば（止め輪上の特定の点に対応する）特定の時点の測定値を選択することによって、または信号Ｓ_ＲＲのある区間を平均することによって、信号Ｓ_ＲＲから第１の信号値Ｓ_１を生成する。同様に、例えば（特定のオフウェーハ点に対応する）特定の時点の測定値を選択することによって、または信号Ｓ_ＡＩＲのある区間を平均することによって、信号Ｓ_ＡＩＲから第２の信号値Ｓ_２を生成する。さらに、コントローラは、所望の低信号出力および高信号出力、例えばそれぞれ金属が存在しないときの信号の値、および厚い金属層が存在するときの出力信号の値を表す低位基準定数Ｋ_Ｌおよび高位基準定数Ｋ_Ｈを記憶する。

下式（５）を使用して生データを調整することができる。下式で、Ｄ_Ｐは処理されたデータ、Ｄ_Ｒは、センサを用いて得られた生データを表す。

図６に戻ると、以前に論じたとおり、第３の厚さ、例えば約６ミクロンを超えると、信号、例えば移相信号の膜厚に対する感応性はかなり小さい。この領域の信号の膜厚に対する感応性は一般に小さいが、センサコイルと金属層の間の距離に対して信号は感応性であり続け、したがって研磨パッドの磨耗に対しても感応性であり続ける。止め輪に隣接してセンサを配置することによって、信号Ｓ_１およびＳ_２が生成される。これらの信号は、金属の厚さからは独立しているが、パッドの磨耗を含む信号ドリフトの他の原因とともに変化するはずである。具体的には、（図８の破線で示すように）止め輪からの信号Ｓ_１が増大する場合、これは、パッドがより薄くなり、したがって止め輪（および基板）がコイルにより近づいており、これにより、より強い信号Ｓ_１’を生成し、したがって利得が低下していることを指示している可能性がある。

止め輪以外の金属ボディを使用して、信号Ｓ_ＲＲを生成することもできる。この金属ボディは一般に、研磨対象の層と同じ材料、例えば銅から形成することができ、基板とは重なっていないが、センサがそれを横切ってスイープする位置に配置することができる。例えば、金属ボディは、研磨パッドの状態を調節する状態調節ディスクの部分、または単純に研磨パッド上に置かれたあるボディとすることができる。

図９は、渦電流監視システムから得られたデータ、例えば位相差データを処理するのに使用することができる方法９００を示す。渦電流監視システムから生データを含む信号を受け取る（９１０）。（ウェーハ以外の）金属ボディに対応する信号の部分と信号のオフウェーハ部分とから利得および信号オフセットを決定する（９２０）。基板に対応する信号オフセットの部分にこのオフセットを適用し（９３０）、基板に対応する信号オフセットの部分に利得を乗じて、較正されたデータを生成する（９４０）。次いで、この調整されたデータを使用して、半導体プロセスを監視し、かつ／または変更することができる（９５０）。

この方法を、前述の実施態様などのさまざまな実施態様に適合させることができる。例えば、さまざまな較正パラメータを使用し、データをさまざまに処理して、較正されたデータを得ることができる。同様に、ドリフトを補償するさまざまな方法を使用することができる。

本明細書に記載した実用的動作は、デジタル電子回路として、またはコンピュータソフトウェア、ファームウェアもしくはハードウェアとし、あるいはこれらの組合せとして実現することができる。１つまたは複数のコンピュータプログラム製品として、すなわち、データ処理装置、例えばプログラマブルプロセッサ、コンピュータもしくは多数のプロセッサまたはコンピュータによって実行するため、またはこれらのデータ処理装置の動作を制御するために、機械可読記憶媒体内に有形的に具体化された１つまたは複数のコンピュータプログラムとして、実施形態を実現することができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明した。それでもやはり、本発明の趣旨および範囲から逸脱することなくさまざまな変更を加えることができることが理解される。例えば、より多くの、またはより少数の較正パラメータを使用することができる。さらに、較正方法および／またはドリフト補償方法を変更することもできる。したがって、他の実施形態も、以下の特許請求の範囲に含まれる。

Claims (15)

1. 基板の処理中に原位置で監視する方法であって、
   半導体処理装置内で、基板上の導電膜を処理すること、および
   処理中に、渦電流センサからの信号を生成すること
   を含み、前記信号が、前記渦電流センサが前記基板に隣接しているときに生成された第１の部分と、前記渦電流センサが金属ボディには隣接しているが、前記基板には隣接していないときに生成された第２の部分と、前記渦電流センサが前記金属ボディにも前記基板にも隣接していないときに生成された第３の部分とを含み、前記方法がさらに、
   前記信号の前記第２の部分を前記信号の前記第３の部分と比較し、少なくとも前記比較の結果に基づいて利得を決定すること、および
   前記信号の前記第１の部分に前記利得を乗じて、調整された信号を生成すること
   を含む方法。
2. 前記渦電流センサを用いて前記基板および前記金属ボディを横切る複数のスイープを実施して、複数の信号を生成することをさらに含み、前記複数の信号のそれぞれの信号が、前記第１の部分、第２の部分および第３の部分を含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記複数のスイープのそれぞれのスイープで、前記比較および前記乗算を実行して、調整された複数の信号を生成することをさらに含む、請求項２に記載の方法。
4. 前記基板処理装置が、回転可能なプラテン上に位置する研磨パッドを含む化学機械研磨器を含み、前記渦電流センサが前記プラテン内に位置し、前記プラテンが１回転するごとに１回、前記基板をスイープする、請求項１に記載の方法。
5. 前記金属ボディが前記研磨パッド上にある、請求項４に記載の方法。
6. 止め輪を有するキャリアヘッドによって前記研磨パッド上に前記基板を保持することをさらに含み、前記金属ボディが前記止め輪の一部分を構成する、請求項４に記載の方法。
7. 前記金属ボディが、前記研磨パッドの状態を調節する状態調節ディスクの一部分を構成する、請求項４に記載の方法。
8. 前記信号の前記第２の部分から第１の基準値を生成し、前記信号の前記第３の部分から第２の基準値を生成することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
9. 前記渦電流がオフウェーハであるとき、または前記基板が裸基板であるときの前記渦電流センサからの前記信号の標的値を表す第１の定数と、前記導電膜が前記金属ボディに等しい厚さを有するときの前記渦電流センサからの前記信号の標的値を表す第２の定数とを記憶することをさらに含み、前記利得が、
   

   

   
   であり、上式で、Ｋ_１が前記第１の定数、Ｋ_２が前記第２の定数、Ｓ_１が前記第１の基準値、Ｓ_２が前記第２の基準値である、請求項８に記載の方法。
10. 前記信号が位相差信号である、請求項１に記載の方法。
11. コンピュータ可読媒体上に有形的にコード化され、データ処理装置に動作を実行させるように動作可能なコンピュータプログラム製品であって、前記動作が、
    半導体処理装置内で基板上の導電膜を処理している間に、渦電流センサから信号を受け取ること
    を含み、前記信号が、前記渦電流センサが前記基板に隣接しているときに生成された第１の部分と、前記渦電流センサが金属ボディには隣接しているが、前記基板には隣接していないときに生成された第２の部分と、前記渦電流センサが前記金属ボディにも前記基板にも隣接していないときに生成された第３の部分とを含み、前記動作がさらに、
    前記信号の前記第２の部分を前記信号の前記第３の部分と比較し、少なくとも前記比較の結果に基づいて利得を決定すること、および
    前記信号の前記第１の部分に前記利得を乗じて、調整された信号を生成すること
    を含むコンピュータプログラム製品。
12. 信号を受け取ることが、前記渦電流センサを用いた前記基板および前記金属ボディを横切る複数のスイープからの複数の信号を受け取ることを含み、前記複数の信号のそれぞれの信号が、前記第１の部分、第２の部分および第３の部分を含む、請求項１１に記載のコンピュータプログラム製品。
13. 前記データ処理装置に動作を実行させるように動作可能であり、さらに、前記複数のスイープのそれぞれのスイープで、前記比較および前記乗算を実行して、調整された複数の信号を生成することを含む、請求項１２に記載のコンピュータプログラム製品。
14. 前記データ処理装置に動作を実行させるように動作可能であることが、前記信号の前記第２の部分から第１の基準値を生成し、前記信号の前記第３の部分から第２の基準値を生成することをさらに含む、請求項１１に記載のコンピュータプログラム製品。
15. 前記データ処理装置に動作を実行させるように動作可能であることがさらに、前記渦電流がオフウェーハであるとき、または前記基板が裸基板であるときの前記渦電流センサからの前記信号の標的値を表す第１の定数と、前記導電膜が前記金属ボディに等しい厚さを有するときの前記渦電流センサからの前記信号の標的値を表す第２の定数とを記憶することをさらに含み、前記利得が、
    

    

    
    であり、上式で、Ｋ_１が前記第１の定数、Ｋ_２が前記第２の定数、Ｓ_１が前記第１の基準値、Ｓ_２が前記第２の基準値である、請求項１４に記載のコンピュータプログラム製品。

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