JP2014209643A - 渦電流監視システムと光学監視システムとを有する研磨制御方法及び装置 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明のその他の特徴及び利点は、特許請求の範囲及び図面を含め、以下の記載から明らかとなろう。
Claims (71)
- 基板における導体膜を監視するためのセンサであって、
前記基板に近接して位置決め可能の磁心と、
該磁心の第1部分に巻回された第1コイルと、
該第1コイルに電気的に結合されて前記第1コイルに交流を誘導すると共に前記基板に近接して交番磁界を発生させる発振器と、
前記磁心の第2部分に巻回された第2コイルと、
該第2コイルに電気的に結合されたキャパシタと、
前記第2コイル及び前記キャパシタに電気的に結合されて出力信号を発生する増幅器と、を備えるセンサ。 - 前記発振器は、前記基板が前記磁心に近接していないときに共振周波数をもたらすように選択された周波数をもつ交流を誘導する、請求項1のセンサ。
- 前記磁心は、本質的にフェライトからなる、請求項1のセンサ。
- 前記磁心は、2つのアーム部と、該2つのアーム部間にある接続部とを含む、請求項1のセンサ。
- 前記第1コイルは、前記接続部に巻回され、前記第2コイルは、前記2つのアーム部のうち少なくとも1つに巻回されている、請求項4のセンサ。
- 前記第2コイル及び前記キャパシタは、並列に接続されている、請求項1のセンサ。
- 前記センサは、前記基板とは反対側にある研磨パッドの一側に配置されている、請求項1のセンサ。
- 前記研磨パッドは、上側層及び下側層を含み、前記磁心に隣接する前記下側層の少なくとも一部分には開口が形成されている、請求項7のセンサ。
- 前記出力信号を受けるコンピュータを更に備える、請求項1のセンサ。
- 化学機械研磨装置であって、
研磨パッドと、
研磨面の第1の側に当接して基板を保持するためのキャリアと、
前記基板とは反対側の前記研磨パッドの第2の側に配置された少なくとも1つのインダクタ、該少なくとも1つのインダクタに電気的に結合されてコイルに交流を誘導すると共に交番磁界を発生させる発振器、及び前記少なくとも1つのインダクタに電気的に結合されたキャパシタを含む渦電流センサと、
前記研磨パッド及びキャリヤヘッドの少なくとも一方に接続されて両者間に相対運動を生じさせるモータと、を備える化学機械研磨装置。 - 前記研磨パッドを支持するプラテンを更に備える、請求項10の装置。
- 前記少なくとも1つのインダクタは前記プラテンの頂面にある凹部内に位置決めされている、請求項11の装置。
- 前記プラテンは回転する、請求項11の装置。
- 前記プラテンの角位置を測定する位置センサと、前記少なくとも1つのインダクタが前記基板の近くに位置決めされたときに前記渦電流センサからデータをサンプリングするコントローラとを更に備える、請求項13の装置。
- 前記研磨パッドの前記第2の側に凹部が形成されている、請求項10の装置。
- 前記研磨パッドは、該研磨パッドの前記第1の側にある被覆層と、該研磨パッドの前記第2の側にある裏当て層とを含み、前記凹部は、該裏当て層の一部を除去することにより形成されている、請求項15の装置。
- 前記渦電流センサは、前記研磨パッドにある前記凹部の近くに位置決めされた2つの極を有する磁心を含み、前記少なくとも1つのインダクタは、前記磁心の第1部分に巻回されている、請求項15の装置。
- 前記渦電流センサは、磁心を含み、前記少なくとも1つのインダクタは、前記磁心の第1部分に巻回された第1コイルと、前記磁心の第2部分に巻回された第2コイルとを含む、請求項10の装置。
- 前記発振器は、前記第1コイルに電気的に接続されていて該第1コイルに交流を誘導する、請求項18の装置。
- 前記キャパシタは、前記第2コイルに電気的に接続されている、請求項19の装置。
- 前記発振器は、前記基板が前記磁心に近接していないときに共振周波数をもたらすように選択された周波数をもつ交流を誘導する、請求項10の装置。
- 前記渦電流センサから出力信号を受ける終点検出システムを更に備え、該終点検出システムは、前記出力信号が所定のスレッショルドを超えれば研磨終点の信号を送るように構成されている、請求項21の装置。
- 研磨工程中に基板にある導体層の厚さを監視する方法であって、
基板を研磨面の第1の側に位置決めすること、
交番磁界を前記研磨面全体に広げて前記導体層に渦電流を誘導するため、前記基板の反対側にある前記研磨面の第2の側に位置決めされたインダクタから前記交番磁界を発生させること、
前記導体層の厚さの変化により生じる前記交番磁界の変化を検出すること、を含む、導体層の厚さを監視する方法。 - インダクタから交番磁界を発生させることには、第1周波数で発振器により第1コイルを駆動することが含まれる、請求項23の方法。
- 前記第1周波数は、前記基板が前記磁界の近くに存在しないときの共振周波数である、請求項24の方法。
- 前記交番磁界の変化を検出することには、第2コイルにより前記交流磁界を検出することが含まれる、請求項24の方法。
- 前記第2コイルはキャパシタと並列に接続されている、請求項26の方法。
- 前記第1コイルは、磁心の第1部分に巻回されており、前記第2コイルは、前記磁心の第2部分に巻回されている、請求項26の方法。
- 前記インダクタが前記基板の近くにあるときを判断することを更に含む、請求項23の方法。
- インダクタから交番磁界を発生させることには、第1信号で前記インダクタを駆動することが含まれ、前記交番磁界の変化を検出することには、前記交番磁界から第2信号を発生することが含まれる、請求項23の方法。
- 前記第2信号の振幅の変化を判断することを更に含む、請求項30の方法。
- 前記第1信号及び前記第2信号間の位相差の変化を判断することを更に含む、請求項30の方法。
- 化学機械研磨の方法であって、
導体層を有する基板を研磨面の第1の側に位置決めすること、
交番磁界を前記研磨面全体に広げて前記導体層に渦電流を誘導するため、前記基板の反対側にある前記研磨面の第2の側に位置決めされたインダクタから前記交番磁界を発生させること、
前記導体層を研磨するために前記基板及び前記研磨面間に相対運動を生じさせること、
前記基板に生じる渦電流を検出すること、
検出された前記渦電流が終点基準を示すときに研磨を中止すること、を含む化学機械研磨の方法。 - 前記終点基準は、スレッショルド強度を超える渦電流信号である、請求項33の方法。
- 前記終点基準は、横ばい状態になる前記渦電流の勾配である、請求項33の方法。
- 化学機械研磨装置であって、
研磨面を有する研磨パッドと、
前記研磨面に当接して基板を保持するためのキャリヤと、
前記研磨パッド及びキャリヤヘッドの間に相対運動を生じさせるため前記研磨パッド及びキャリヤヘッドの少なくとも一方に接続されたモータと、
少なくとも1つのインダクタ、駆動信号を発生すると共に、前記少なくとも1つのインダクタに電気的に結合されて前記前記少なくとも1つのインダクタに交流を誘導し、交番磁界を発生する電流源、前記交番磁界を検出してセンス信号を発生するため前記少なくとも1つのインダクタに電気的に結合されたキャパシタを含むセンス回路、及び前記センス信号及び前記駆動信号間の位相差を測定するため前記電流源及び前記センス回路に接続された位相比較回路を含む導体層厚さ監視システムと、を備える化学機械研磨装置。 - 前記インダクタ及び前記発振器からの正弦信号を第1及び第2の方形波信号に変換するため少なくとも1つの第1ゲートを更に備える、請求項36の装置。
- 前記少なくとも1つの第1ゲートはXORゲートである、請求項37の装置。
- 前記第1の方形波信号を前記第2の方形波信号と比較して第3の方形波信号を発生する比較器を更に備える、請求項37の装置。
- 前記比較器はXORゲートである、請求項39の装置。
- 前記第3の方形波信号を前記第1及び第2の方形波信号間の位相差に比例する振幅を有する差動信号に変換するフィルタを更に備える、請求項39の装置。
- 前記位相比較回路は、前記位相差に比例するデューティーサイクルをもつ信号を発生する、請求項36の装置。
- 化学機械研磨工程中に基板上の導体層の厚さを監視するための方法であって、
前記基板の導体層に渦電流を誘導する交番磁界を発生するため第1信号でコイルを励磁すること、
前記交番磁界を測定すると共に、該磁界を表す第2信号を発生すること、
前記第1信号及び前記第2信号を比較して両者間の位相差を決定すること、を含む方法。 - 化学機械研磨装置であって、
研磨パッドと、
研磨面の第1の側に当接して基板を保持するためのキャリヤと、
前記基板の近くに交番磁界を発生するように位置決めされた渦電流監視システムと、
光ビームを発生して前記基板からの前記光ビームの反射光を検出する光学監視システムと、
前記渦電流監視システム及び前記光学監視システムからの信号を受けるコントローラと、
前記研磨パッド及びキャリヤヘッドの間に相対運動を生じさせるため前記研磨パッド及びキャリヤヘッドの少なくとも一方に接続されたモータと、を備える化学機械研磨装置。 - 前記渦電流監視システムは、前記基板とは反対側の前記研磨パッドの第2の側に配置されたインダクタを含む、請求項44の研磨装置。
- 前記インダクタは、前記研磨パッド下のプラテンにあるキャビティ内に配置されている、請求項45の研磨装置。
- 前記光学監視システムは、光源と、前記基板とは反対側の前記研磨パッドの第2の側に配置された光検出器とを含む、請求項44の研磨装置。
- 前記光源及び光検出器は、前記研磨パッド下のプラテンにある第1キャビティ内に配置されている、請求項47の研磨装置。
- 前記渦電流監視システムは、前記プラテンにある前記第1キャビティ内に配置されたインダクタを含む、請求項48の研磨装置。
- 前記渦電流監視システムは、前記第1キャビティとは別に前記プラテンにある第2キャビティ内に配置されたインダクタを含む、請求項48の研磨装置。
- 前記渦電流監視システムは、前記基板とは反対側の前記研磨パッドの第2の側に配置されたインダクタを含む、請求項47の研磨装置。
- 前記渦電流監視システム及び前記光学監視システムは、前記基板上の実質的に同一半径方向位置を監視するように位置決めされている、請求項44の研磨装置。
- 前記コントローラは、前記渦電流監視システム及び前記光学監視システムからの信号で終点基準を検出するように構成されている、請求項44の研磨装置。
- 化学機械研磨の方法であって、
研磨面の第1の側に基板を位置決めすること、
前記基板を研磨するため前記基板及び前記研磨面の間に相対運動を生じさせること、
渦電流監視システムから第1信号を発生すること、
光学監視システムから第2信号を発生すること、
終点基準を求めて前記第1信号及び前記第2信号を監視すること、を含む、化学機械研磨の方法。 - 前記第1信号及び前記第2信号の双方に終点基準が検出されたときに研磨を中止することを更に含む、請求項54の方法。
- 前記第1信号又は前記第2信号のどちらかに終点基準が検出されたときに研磨を中止することを更に含む、請求項54の方法。
- 前記基板は金属層を含み、前記監視ステップは、前記金属層が所定厚さに達するまで前記渦電流監視システムからの前記信号を監視すること、及びその後前記光学監視システムからの前記信号を監視することを含む、請求項54の方法。
- 基板上の金属層を化学機械研磨する方法であって、
第1研磨ステーションにおいて前記基板を第1研磨速度で第1研磨面により研磨すること、
渦電流監視システムにより前記第1研磨ステーションにおける研磨を監視すること、
所定厚さの金属層が前記基板上に残っていることを前記渦電流監視システムが指示したときに、前記基板を第2研磨ステーションに搬送すること、
前記第2研磨ステーションにおいて前記基板を前記第1研磨速度より遅い第2研磨速度で第2研磨面により研磨すること、
光学監視システムにより前記第2研磨ステーションにおける研磨を監視すること、
第1の下側層が少なくとも部分的に露出したことを前記光学監視システムが指示したときに研磨を中止すること、を含む化学機械研磨の方法。 - 前記第1の下側層はバリヤ層である、請求項58の方法。
- 前記基板を第3研磨ステーションに搬送し同基板を第3研磨面で研磨することを更に含む、請求項59の方法。
- 前記第3研磨ステーションにおける研磨を第2光学監視システムを用いて監視すること、及び第2の下側層が少なくとも部分的に露出したことを前記第2光学監視システムが指示したときに研磨を中止することを更に含む、請求項60の方法。
- 前記第3研磨ステーションにおける研磨は、前記第2の下側層が実質的に完全に露出するまで続けられる、請求項60の方法。
- 前記第2研磨ステーションにおける研磨は、前記第1の下側層が実質的に完全に露出するまで続けられる、請求項58の方法。
- 前記第2研磨ステーションにおける前記基板の研磨は、前記第2研磨ステーションにおける残りの研磨よりも高い圧力の開始研磨ステップを含む、請求項58の方法。
- 基板上の金属層を化学機械研磨する方法であって、
第1研磨ステーションにおいて前記基板を第1研磨速度で第1研磨面により研磨すること、
渦電流監視システムにより前記第1研磨ステーションにおける研磨を監視すること、
所定厚さの金属層が前記基板上に残っていることを前記渦電流監視システムが指示したときに、前記第1研磨ステーションにおける研磨速度を減少させること、
光学監視システムにより前記第1研磨ステーションにおける研磨を監視すること、
第1の下側層が少なくとも部分的に露出したことを前記光学監視システムが指示したときに研磨を中止すること、を含む化学機械研磨の方法。 - 前記第1の下側層はバリヤ層である、請求項65の方法。
- 前記基板を第2研磨ステーションに搬送し同基板を第2研磨面で研磨することを更に含む、請求項65の方法。
- 第2光学監視システムを用いて前記第2研磨ステーションにおける研磨を監視すること、及び第2の下側層が少なくとも部分的に露出したことを前記第2光学監視システムが指示したときに研磨を中止することを更に含む、請求項67の方法。
- 前記基板を第3研磨ステーションに搬送すること、及び前記基板をバフ面でバフ研磨することを含む、請求項68の方法。
- 前記第2研磨ステーションにおける研磨は、前記第1の下側層が実質的に完全に露出するまで続けられる、請求項65の方法。
- 基板上の金属層を化学機械研磨する方法であって、
前記基板を第1研磨速度で研磨すること、
渦電流監視システムにより研磨を監視すること、
所定厚さの金属層が前記基板上に残っていることを前記渦電流監視システムが指示したときに、前記研磨速度を減じること、
光学監視システムにより研磨を監視すること、
下側層が少なくとも部分的に露出したことを前記光学監視システムが指示したときに研磨を中止すること、を含む化学機械研磨の方法。
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