JP2017064899A - Polishing device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、研磨装置に関し、特に研磨の終点を検知する終点検知センサを備え、半導体ウェハ等の基板に成膜した導電性膜を研磨するのに使用される研磨装置に関する。 The present invention relates to a polishing apparatus, and more particularly to a polishing apparatus that includes an end point detection sensor that detects an end point of polishing and is used to polish a conductive film formed on a substrate such as a semiconductor wafer.
近年、半導体デバイスの高集積化が進むにつれて回路の配線が微細化し、配線間距離もより狭くなりつつある。そこで、研磨対象物である半導体ウェハの表面を平坦化することが必要となるが、この平坦化法の一手段として研磨装置により研磨(ポリッシング)することが行われている。 In recent years, as semiconductor devices are highly integrated, circuit wiring is becoming finer and the distance between wirings is becoming narrower. Therefore, it is necessary to flatten the surface of the semiconductor wafer, which is an object to be polished, and polishing (polishing) is performed by a polishing apparatus as one means of this flattening method.
研磨装置は、研磨対象物を研磨するための研磨パッドを保持するための研磨テーブルと、研磨対象物を保持して研磨パッドに押圧するためのトップリングを備える。研磨テーブルとトップリングはそれぞれ、駆動部(例えばモータ)によって回転駆動される。研磨剤を含む液体(スラリー)を研磨パッド上に流し、そこにトップリングに保持された研磨対象物を押し当てることにより、研磨対象物は研磨される。 The polishing apparatus includes a polishing table for holding a polishing pad for polishing a polishing object, and a top ring for holding the polishing object and pressing it against the polishing pad. Each of the polishing table and the top ring is rotationally driven by a drive unit (for example, a motor). The polishing object is polished by flowing a liquid (slurry) containing an abrasive onto the polishing pad and pressing the polishing object held on the top ring.
研磨装置では、研磨対象物の研磨が不十分であると、回路間の絶縁がとれず、ショートするおそれが生じ、また、過研磨となった場合は、配線の断面積が減ることによる抵抗値の上昇、又は配線自体が完全に除去され、回路自体が形成されないなどの問題が生じる。このため、研磨装置では、最適な研磨終点を検出することが求められる。 In the polishing equipment, if the polishing target is not polished sufficiently, the circuit cannot be insulated, and there is a risk of short-circuiting. In the case of overpolishing, the resistance value due to the reduced cross-sectional area of the wiring Or the wiring itself is completely removed and the circuit itself is not formed. For this reason, the polishing apparatus is required to detect an optimum polishing end point.
このような技術としては、特開2012−135865号に記載の渦電流式終点検知センサ(以下では、「渦電流センサ」と呼ぶ。)がある。この渦電流センサにおいては、ソレノイド型又は渦巻型のコイルが用いられている。 As such a technique, there is an eddy current type end point detection sensor (hereinafter referred to as “eddy current sensor”) described in JP-A-2012-135865. In this eddy current sensor, a solenoid type or spiral type coil is used.
近年、半導体ウェハのエッジ近くの不良品率を減らすために、半導体ウェハのエッジの、より近くまで膜厚を測定して、In-situの閉ループ制御で膜厚コントロールを行いたいという要求がある。 In recent years, in order to reduce the defective product rate near the edge of the semiconductor wafer, there is a demand to measure the film thickness closer to the edge of the semiconductor wafer and to control the film thickness by in-situ closed loop control.
また、トップリングには、空圧等を利用したエアバッグヘッド方式のものがある。エアバッグヘッドは、同心状の複数のエアバッグを有する。渦電流センサによる半導体ウェハの表面の凹凸の分解能を向上させて、狭い幅のエアバッグにて膜厚コントロールするために、より狭い範囲の膜厚を測定したいという要求がある。 In addition, there is an airbag head type top ring using pneumatic pressure or the like. The airbag head has a plurality of concentric airbags. In order to improve the resolution of unevenness on the surface of a semiconductor wafer by an eddy current sensor and control the film thickness with a narrow-width airbag, there is a demand for measuring a film thickness in a narrower range.
しかし、ソレノイド型又は渦巻型のコイルでは、磁束を細くすることが困難であり、狭い範囲の測定に限界があった。
従来の一般的な渦電流センサにより、半導体ウェハの研磨面に形成される渦電流の面積(すなわち、渦電流センサのスポット径)は、約20mm以上であり、1点当りの検出モニタ領域が一般に広く、広範囲の領域を平均化した膜厚しか得られなかった。このため、残膜有無の検出精度およびプロファイルコントロールの精度に限界があり、特に、研磨後の基板のエッジ部における膜厚のばらつきに対応できなかった。これは、基板上に成膜した
銅膜等の導電成膜を研磨する際、基板のエッジ部は境界領域となって、ここに成膜される膜の膜厚が他の場所に成膜される膜の膜厚に比べて変化し易いためである。また、基板の一部に残った、6mm幅以下の残膜の検出が一般に困難で、基板上への膜の成膜状態、あるいは膜の研磨条件の変動などにより、本来研磨すべき膜が基板の一部に残ってしまうことがあった。
However, with a solenoid type or spiral type coil, it is difficult to reduce the magnetic flux, and there is a limit to measurement in a narrow range.
The area of the eddy current formed on the polished surface of the semiconductor wafer by the conventional general eddy current sensor (that is, the spot diameter of the eddy current sensor) is about 20 mm or more, and the detection monitor area per point is generally Only a film thickness that was wide and averaged over a wide range could be obtained. For this reason, there is a limit to the accuracy of detecting the presence or absence of the remaining film and the accuracy of profile control, and in particular, it has not been possible to cope with film thickness variations at the edge portion of the substrate after polishing. This is because when the conductive film such as a copper film formed on the substrate is polished, the edge portion of the substrate becomes a boundary region, and the film thickness of the film formed here is formed elsewhere. This is because it is more likely to change than the film thickness of the film. In addition, it is generally difficult to detect a remaining film of 6 mm or less remaining on a part of the substrate, and the film to be originally polished depends on the film formation state on the substrate or the fluctuation of the film polishing conditions. There were times when it was left in part.
なお、渦電流センサのスポット径が広い理由の1つは、センサコイル径が大きいためである。これを解決するため、渦電流センサのセンサコイル径を小さくし、膜厚の検出モニタ領域を小さくすることが考えられる。しかし、渦電流センサで膜厚が検出できる渦電流センサから膜までの距離は、センサコイル径と相関関係があり、センサコイル径を小さくすると、当該距離は小さくなる。渦電流センサと基板との間には研磨パッドが存在することから、渦電流センサと基板との間の距離は、研磨パッドの厚さ以下にすることはできない。センサコイル径を小さくすると、渦電流センサで膜厚が検出できる渦電流センサから膜までの距離が小さくなり、研磨パッドの厚さのために、渦電流を基板に形成することが困難になり、膜厚の検出が困難になる。 One of the reasons why the spot diameter of the eddy current sensor is wide is that the sensor coil diameter is large. In order to solve this, it is conceivable to reduce the sensor coil diameter of the eddy current sensor and reduce the film thickness detection monitor region. However, the distance from the eddy current sensor to which the film thickness can be detected by the eddy current sensor has a correlation with the sensor coil diameter, and the distance decreases as the sensor coil diameter decreases. Since there is a polishing pad between the eddy current sensor and the substrate, the distance between the eddy current sensor and the substrate cannot be less than the thickness of the polishing pad. When the sensor coil diameter is reduced, the distance from the eddy current sensor to the film that can detect the film thickness by the eddy current sensor is reduced, and it becomes difficult to form the eddy current on the substrate due to the thickness of the polishing pad, It becomes difficult to detect the film thickness.
渦電流センサのスポット径が広い別の理由は、半導体ウェハと渦電流センサの距離が離れているために、磁束が広がることである。同一のコイルを用いた場合、半導体ウェハと渦電流センサとの間の距離が離れるほど、磁束が広がり、渦電流センサのスポット径が大きくなる。磁束が広がるほど、磁束が弱くなり、半導体ウェハに形成される渦電流が弱くなり、結果として、センサ出力が小さくなる。半導体ウェハの膜厚を精度よくコントロールするために、狭い範囲を測定できる渦電流センサが望まれている。 Another reason why the spot diameter of the eddy current sensor is wide is that the magnetic flux spreads because the distance between the semiconductor wafer and the eddy current sensor is large. When the same coil is used, as the distance between the semiconductor wafer and the eddy current sensor increases, the magnetic flux spreads and the spot diameter of the eddy current sensor increases. As the magnetic flux spreads, the magnetic flux becomes weaker and the eddy current formed in the semiconductor wafer becomes weaker. As a result, the sensor output becomes smaller. In order to accurately control the film thickness of a semiconductor wafer, an eddy current sensor capable of measuring a narrow range is desired.
本発明は上記事情に鑑みて為されたもので、狭い範囲を測定できる終点検知センサを有して膜厚検出精度が向上した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 an object thereof is to provide a polishing apparatus having an end point detection sensor capable of measuring a narrow range and having improved film thickness detection accuracy.
本願発明の研磨装置の第1の形態によれば、研磨対象物を研磨するための研磨表面を有する研磨パッドと、前記研磨パッドの、前記研磨表面とは反対側の裏面が取り付けられる研磨テーブルと、前記研磨パッドの前記研磨表面に対向させて前記研磨対象物を保持できる保持部と、前記研磨テーブル内に配置され、前記研磨の終点を検知する終点検知センサとを有する研磨装置において、前記研磨テーブルは、前記研磨パッドが取り付けられる取付面から突出している突出部材を前記取付面上に有し、前記研磨パッドの前記裏面は、前記突出部材に対向する部分に凹部を有し、前記終点検知センサの少なくとも一部は、前記突出部材の内部に配置されることを特徴とする研磨装置が提供される。 According to the first aspect of the polishing apparatus of the present invention, a polishing pad having a polishing surface for polishing an object to be polished, and a polishing table to which a back surface of the polishing pad opposite to the polishing surface is attached, In the polishing apparatus, comprising: a holding portion that can hold the polishing object facing the polishing surface of the polishing pad; and an end point detection sensor that is disposed in the polishing table and detects the polishing end point. The table has a projecting member projecting from a mounting surface to which the polishing pad is mounted on the mounting surface, the back surface of the polishing pad has a recess in a portion facing the projecting member, and the end point detection A polishing apparatus is provided in which at least a part of the sensor is disposed inside the protruding member.
以上の形態によれば、研磨パッドが取り付けられる取付面から突出している突出部材の内部に終点検知センサ配置され、研磨パッドの裏面は、突出部材に対向する部分に凹部を有するため、研磨対象物とセンサの距離を近づけることができる。従来よりも、より小さい範囲の膜厚を感度良く測定することができる。 According to the above embodiment, the end point detection sensor is arranged inside the protruding member protruding from the mounting surface to which the polishing pad is attached, and the back surface of the polishing pad has the concave portion in the portion facing the protruding member. And the sensor distance can be reduced. The film thickness in a smaller range can be measured with higher sensitivity than before.
また、形状が異なる研磨パッドを初めて研磨テーブルに装着する際、及び、形状が同じで研磨パッドが摩耗したときに、新品の研磨パッドに交換する際に、本実施形態の突出部材を用いないで、終点検知センサを研磨テーブルの取付面から研磨パッドに向かって外部に露出させる場合、次のような問題がある。すなわち、露出している終点検知センサが研磨パッドと接触しないように、研磨パッドを新たに装着又は交換する毎に、終点検知センサの前記取付面からの高さを調整する必要がある。 Also, when mounting a polishing pad with a different shape on the polishing table for the first time, or when replacing the polishing pad with a new one when the shape is the same and the polishing pad is worn out, do not use the protruding member of this embodiment. When the end point detection sensor is exposed to the outside from the mounting surface of the polishing table toward the polishing pad, there are the following problems. That is, it is necessary to adjust the height of the end point detection sensor from the mounting surface every time the polishing pad is newly mounted or replaced so that the exposed end point detection sensor does not come into contact with the polishing pad.
本実施形態では、突出部材の内部に終点検知センサが配置されているため、終点検知センサが研磨パッドと接触することがない。そのため、本実施形態では、形状が異なる研磨
パッドを初めて研磨テーブルに装着する際に、及び、形状が同じで新品の研磨パッドに交換する際に、終点検知センサの前記取付面からの高さを調整する必要がない。すなわち、形状が異なる研磨パッドを初めて研磨テーブルに装着する前後で、又は、新品の研磨パッドに交換する前後で、終点検知センサの前記取付面からの高さを常に突出部材の内部の同じ位置に維持することができる。さらに、終点検知センサの前記取付面からの高さが常に同じ位置であるため、終点検知センサの感度が安定するという利点がある。
In the present embodiment, since the end point detection sensor is disposed inside the protruding member, the end point detection sensor does not come into contact with the polishing pad. Therefore, in this embodiment, when mounting a polishing pad with a different shape on the polishing table for the first time, and when replacing with a new polishing pad with the same shape, the height of the end point detection sensor from the mounting surface is increased. There is no need to adjust. That is, before and after mounting a polishing pad with a different shape on the polishing table for the first time, or before and after replacing with a new polishing pad, the height from the mounting surface of the end point detection sensor is always at the same position inside the protruding member. Can be maintained. Furthermore, since the height of the end point detection sensor from the mounting surface is always the same position, there is an advantage that the sensitivity of the end point detection sensor is stabilized.
突出部材の形状は任意の形状が可能であり、例えば、円柱、角柱、円錐台、角錐台等の形状が可能である。
本願発明の第2の形態によれば、前記突出部材は、前記研磨テーブルと一体である。本願発明の第3の形態によれば、前記突出部材は、前記研磨テーブルとは独立の部品である。前記突出部材が前記研磨テーブルとは独立の部品である場合、突出部材を研磨テーブルから容易に脱着することができる。この際に、突出部材と終点検知センサとをあらかじめ組み立ててから、この組立品を研磨テーブルに取り付けてもよい。
The shape of the protruding member can be any shape, for example, a cylinder, a prism, a truncated cone, a truncated pyramid, or the like.
According to the second aspect of the present invention, the protruding member is integral with the polishing table. According to the third aspect of the present invention, the protruding member is a component independent of the polishing table. When the protruding member is a component independent of the polishing table, the protruding member can be easily detached from the polishing table. At this time, the projecting member and the end point detection sensor may be assembled in advance, and the assembly may be attached to the polishing table.
本願発明の第4の形態によれば、前記研磨パッドは、前記研磨表面を有する研磨層と、前記裏面を有する裏打ち層とを有し、前記凹部における前記研磨層及び前記裏打ち層のうち少なくとも一方の厚さは、前記凹部以外における前記研磨層及び前記裏打ち層のうち前記少なくとも一方の厚さより薄い。本願発明の第5の形態によれば、前記研磨パッドは、前記研磨表面を有する研磨層と、前記裏面を有する裏打ち層とを有し、前記凹部において、前記研磨層及び前記裏打ち層のうち少なくとも一方は、前記研磨表面側にくぼんでいる。 According to a fourth aspect of the present invention, the polishing pad includes a polishing layer having the polishing surface and a backing layer having the back surface, and at least one of the polishing layer and the backing layer in the recess. Is thinner than at least one of the polishing layer and the backing layer other than the recesses. According to a fifth aspect of the present invention, the polishing pad includes a polishing layer having the polishing surface and a backing layer having the back surface, and in the recess, at least of the polishing layer and the backing layer. One is recessed on the polishing surface side.
本願発明の第4、及び第5の形態において、研磨パッドの裏面の凹みは、裏当て層の一部を除去して形成してもよく、除去しないで形成してもよく、除去しない場合、発泡ウレタン等からなる既存の研磨パッドを熱により変形させて、簡単に凹みを作ることもできる。 In the fourth and fifth embodiments of the present invention, the recess on the back surface of the polishing pad may be formed by removing a part of the backing layer, may be formed without removing, or not removed, An existing polishing pad made of urethane foam or the like can be easily deformed by heat to make a recess.
本願発明の第6の形態によれば、前記突出部材は、前記研磨パッドの前記裏面と接触している。本願発明の第7の形態によれば、前記突出部材は、前記研磨パッドの前記裏面と接触していない。 According to the sixth aspect of the present invention, the protruding member is in contact with the back surface of the polishing pad. According to the seventh aspect of the present invention, the protruding member is not in contact with the back surface of the polishing pad.
本願発明の第8の形態によれば、前記終点検知センサの全体が、前記研磨テーブルの内部に配置される。すなわち、本願発明の第1の形態に示すように終点検知センサの少なくとも一部は、前記突出部材の内部に配置され、前記突出部材の内部に配置されない終点検知センサの他の部分は、前記突出部材以外の前記研磨テーブルの内部に配置される。 According to the eighth aspect of the present invention, the entire end point detection sensor is arranged inside the polishing table. That is, as shown in the first embodiment of the present invention, at least a part of the end point detection sensor is disposed inside the projecting member, and the other part of the end point detection sensor not disposed inside the projecting member is the projecting member. Arranged inside the polishing table other than the members.
本願発明の第9の形態によれば、前記終点検知センサは、前記突出部材から前記研磨テーブルの外部に突出しない。本願発明の第8、及び第9の形態によれば、終点検知センサは、前記研磨テーブルの外部と接触することが防止できる。特に、突出部材の周囲にある研磨パッドと終点検知センサが接触することが防止できる。 According to the ninth aspect of the present invention, the end point detection sensor does not protrude from the protruding member to the outside of the polishing table. According to the eighth and ninth aspects of the present invention, the end point detection sensor can be prevented from coming into contact with the outside of the polishing table. In particular, it is possible to prevent the polishing pad around the protruding member and the end point detection sensor from contacting each other.
本願発明の第10の形態によれば、前記研磨パッドは、第1の部材と、前記第1の部材とは別箇独立な第2の部材とを有し、前記第2の部材に前記凹部が設けられる。本願発明の第10の形態によれば、第1の部材と、第2の部材は別箇独立であるため、第2の部材のみに単独で凹部を形成して、第1の部材に組み込むことができる。製造作業や組立作業が容易になる。 According to a tenth aspect of the present invention, the polishing pad includes a first member and a second member that is independent from the first member, and the recess is formed in the second member. Is provided. According to the tenth aspect of the present invention, since the first member and the second member are independent of each other, a recess is formed solely in the second member and incorporated into the first member. Can do. Manufacturing and assembly operations are facilitated.
本願発明の第11の形態によれば、前記第1の部材は、前記研磨表面を有する研磨層と、前記裏面を有する裏打ち層とを有し、前記研磨層及び前記裏打ち層のうち少なくとも前
記裏打ち層は穴を有し、前記第2の部材は前記穴に配置される。
According to an eleventh aspect of the present invention, the first member includes a polishing layer having the polishing surface and a backing layer having the back surface, and at least the backing of the polishing layer and the backing layer. The layer has a hole, and the second member is disposed in the hole.
本願発明の第12の形態によれば、前記第1の部材は、前記研磨パッドの前記研磨表面と前記裏面とを貫通する穴を有し、前記第2の部材は貫通する前記穴に配置される。 According to a twelfth aspect of the present invention, the first member has a hole penetrating the polishing surface and the back surface of the polishing pad, and the second member is disposed in the hole penetrating. The
本願発明の第13の形態によれば、前記研磨パッドは、前記第2の部材の前記研磨表面側に、第3の部材を有する。 According to a thirteenth aspect of the present invention, the polishing pad has a third member on the polishing surface side of the second member.
以下、本発明の一実施例に係る研磨装置の実施形態について添付の図面を参照して詳細に説明する。なお、添付の図面において、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。 Embodiments of a polishing apparatus according to an embodiment of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. In the accompanying drawings, the same or corresponding components are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
図1は、本発明の一実施例に係る研磨装置10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10は、研磨テーブル100と、研磨対象物である半導体ウェハWF等の基板を保持して研磨テーブル100上の研磨面に押圧するトップリング(保持部)1とを備えている。
FIG. 1 is a schematic diagram showing an overall configuration of a polishing
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駆動部であるモータ(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(取付面)104には研磨パッド101が貼付されている。研磨パッド101の表面101aが半導体ウェハWFを研磨する研磨表面を構成して
いる。研磨パッド101の、研磨表面101aとは反対側の裏面101bが、研磨テーブル100の取付面104に取り付けられている。トップリング1は、研磨パッド101の研磨表面101aに対向させて半導体ウェハWFを保持できる。
The polishing table 100 is connected via a
研磨テーブル100の上方には研磨液供給ノズル102が設置されている。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Q1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、研磨の終点を検知する渦電流センサ(終点検知センサ)50が埋設されている。
A polishing
トップリング1は、半導体ウェハWFを研磨面101aに対して押圧するトップリング本体2と、半導体ウェハWFの外周縁を保持して半導体ウェハWF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
トップリング1は、トップリングシャフト111に接続されている。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。
The
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
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
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
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ェハWF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、下面に半導体ウェハWF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ェハWF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ェハWF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、半導体ウェハWFを研磨パッド101の研磨面101aに摺接させて半導体ウェハWFの表面を研磨する。
In the polishing apparatus configured as shown in FIG. 1, the
図2は、研磨テーブル100と渦電流センサ50と半導体ウェハWF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ェハWFの中心Cwを通過する位置に設置されている。符号CT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、半導体ウェハWF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ェハWF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
次に、本発明の一実施例に係る研磨装置が備える渦電流センサ50について、添付図面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。
Next, the
FIG. 3 is a diagram illustrating the configuration of the
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の近傍に配置される。渦電流センサ50の具体的な配置については後述する。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、例えば半導体ウェハWF上に形成されたCu,Al,Au,Wなどの薄膜である。渦電流センサ50は、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。
As shown in FIG. 3A, the
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)の膜厚の変化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)の膜厚の変化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I2が変化することで、インピーダンスZ1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I2が変化することで、インピーダンスZ1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Z1が変化すると、検波回路54でこのインピーダンスZ1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 the frequency at which the change in the thickness of the metal film (or conductive film) is detected from this frequency change. There is an impedance type in which the impedance changes and the change in the thickness of the metal film (or conductive film) is detected from this impedance change. That is, in the frequency type, in the equivalent circuit shown in FIG. 3 (b), by eddy current I 2 is changed, the impedance Z1 changes, the oscillation frequency of the signal source (variable-frequency oscillator) 52 is changed, the detection circuit 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 Z1 changes, the impedance Z1 changes seen from the signal source (fixed frequency oscillator) 52, a detection circuit The change of the impedance Z1 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、膜厚の変化に伴う抵抗成分(R1)、リアクタンス成分(X1)、振幅出力((R12+X12)1/2)および位相出力(tan−1R1/X1)を取り出すことができる。周波数、または振幅出力((R12+X12)1/2)等から、金属膜(または導電性膜)Cu,Al,Au,Wの膜厚の変化に関する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ェハに対して研磨パッドを介して対面するように位置し、半導体ウェハ上の金属膜(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 an impedance type eddy current sensor, a resistance component (R1), a reactance component (X1), an amplitude output ((R1 2 + X1 2 ) 1/2 ) and a phase output (tan −1 R1 / X1) accompanying a change in film thickness Can be taken out. From the frequency or amplitude output ((R1 2 + X1 2 ) 1/2 ) or the like, measurement information relating to changes in the film thickness of the metal film (or conductive film) Cu, Al, Au, W can be obtained. As shown in FIG. 1, the
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る。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。 As the frequency of the eddy current sensor, a single radio wave, a mixed radio wave, an AM modulated radio wave, an FM modulated radio wave, a function generator sweep output, or a plurality of oscillation frequency sources can be used. It is preferable to select an oscillation frequency or modulation method with good sensitivity in accordance with the film type of the metal film.
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、2〜30MHz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、渦電流センサ50に電流I1が流れる。金属膜(または導電性膜)mfの近傍に配置された渦電流センサ50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M1が形成され、金属膜(または導電性膜)mf中に渦電流I2が流れる。ここでR1は渦電流センサを含む一次側の等価抵抗であり、L1は同様に渦電流センサ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、L2はその自己インダクタンスである。交流信号源52の端子a1,b1から渦電流センサ側を見たインピーダンスZ1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
図4に、図1の渦電流センサ50の近傍の拡大した断面図を示す。研磨テーブル100は、研磨パッド101が取り付けられる平面状の取付面104から突出している突出部材12,14,16を取付面104上に有する。突出部の形状は、様々に考えられる。 図4は、突出部材12,14,16の種々の形状の一例を示し、図4(a)、4(b)は、円柱状の突出部材12を示し、図4(c)は、円錐台形状の突出部材16を示す。図4(a)の突出部材12と図4(b)の突出部材14の形状の違いは、突出部材の角部18にある。図4(a)の突出部材12の角部18aは、丸みがなく、図4(b)の突出部材14の角部18bは、丸みがある。
FIG. 4 shows an enlarged cross-sectional view of the vicinity of the
研磨パッド101の裏面101bは、突出部材12,14,16に対向する部分に凹部を有する。凹部の詳細は後述する。渦電流センサ50の少なくとも一部は、突出部材12,14,16の内部に配置される。渦電流センサ50の他の部分は、取付面104より下部の研磨テーブル100の内部に配置される。従って、渦電流センサ50の全体が、研磨テーブル100の内部に配置される。渦電流センサ50は、接着又はねじ止め等の手段により、突出部材12,14,16又は研磨テーブル100に固定される。
The
渦電流センサ50は、突出部材12,14,16から研磨テーブル100の内部に向かって突出しているが、突出部材12,14,16から研磨テーブル100の外部に向かって突出していない。渦電流センサ50が突出部材12,14,16から研磨テーブル100の外部に向かって突出すると、渦電流センサ50は、突出部材12,14,16の周囲にある研磨パッド101と干渉する可能性がある。
The
渦電流センサ50の上面50aの、取付面104からの高さS1,S2,S3は、図4に示すように、突出部材12,14,16の最上部12a,14a,16aの取付面104からの高さH1,H2,H3と、それぞれ同一であることが好ましい。同一であることにより、渦電流センサ50が研磨パッド101と干渉することを防ぎつつ、渦電流センサ50とウェハWFとの間の距離を最小化できる。
The heights S1, S2, and S3 of the
図4に示すように、本実施例では、渦電流センサ50の一部を研磨テーブル100から研磨パッド101の方向へ突出させるのではなく、研磨テーブル100の形状を変更して、すなわち研磨テーブル100の一部として突出部材12,14,16を設けて、渦電流センサ50はあくまで研磨テーブル100(「プラテン」)の内部にとどめる。図4の方式の利点としては以下がある。・渦電流センサが研磨パッドと接触しないため、渦電流センサが機械的(物理的)に研磨パッドから保護される。なお、後述する図6,8においては、高さS1,S2,S3が、高さH1,H2,H3と、それぞれ同一である場合、渦電流センサが研磨パッドと接触する可能性があるため、高さS1,S2,S3は、高さH1,H2,H3よりも、それぞれ若干低くする。・本実施例の突出部材を用いないで、終点検知センサを研磨テーブルの取付面から研磨パッドに向かって外部に露出させる場合、形状の異なる研磨パッドに交換する、又は形状が同じで新品の研磨パッドに交換する場合に、
既述のような問題が発生する。本実施例では、形状の異なる研磨パッドを新たに装着する前後で、又は新品の研磨パッドに交換する前後で、取付面104からの、すなわち、研磨テーブル100からの渦電流センサの高さが常に同じ位置(同じ高さ)であり、位置調節(高さ調節)が不要である。従って、研磨対象物と渦電流センサとの間の距離が、研磨パッドを交換する前後で研磨開始時点においては、常に同じ大きさになるように設定することが可能となる。・突出部材は、研磨パッドを介して研磨対象物に力を及ぼすため、突出部材の形状が、研磨状態に影響を与える可能性がある。その場合、突出部材の形状のみを変えることにより、渦電流センサの電気的特性や形状を変えずに、研磨に与える影響を軽減することができる。
As shown in FIG. 4, in this embodiment, a part of the
The problem described above occurs. In this embodiment, the height of the eddy current sensor from the mounting
なお、渦電流センサ50を、突出部材12,14,16から研磨パッド101の方向へ(すなわち上方へ)外部に突出させることは好ましくないが、研磨テーブル100の下面106から外部に、すなわち下方へ向かって突出させてもよい。
Although it is not preferable to project the
図4の突出部材12,14,16は、研磨テーブル100と一体であるが、突出部材は、研磨テーブル100と一体でなくてもよい。図5に、研磨テーブルとは独立の部品であるアタッチメント方式の突出部材20を示す。突出部材20は、上部20aと下部20bとを有し、上部20aは、研磨テーブル100aに設けられた穴100cに挿入されている。突出部材20は、以下のように研磨テーブル100aに取り付けられる。最初に、下部20bを複数個のねじ22で研磨テーブル100aに取り付ける。次に上部20aを複数個のねじ24で下部20bに取り付ける。
The protruding
渦電流センサ50は、予め、上部20aと組み立て後、組立品を研磨テーブル100aに取り付けられる、又は、突出部材20を研磨テーブル100aに取り付け後、上部20aに取り付けられる。図5では、ねじ22,24を用いているが、締結方法はねじに限られない。締結方法は接着や溶接等でもよい。
The
次に、研磨パッド101の裏面101bに設けられた凹部30について図6〜9により説明する。凹部30は、突出部材12,14,16に対向する部分に設けられる。研磨パッド101は、研磨表面101aを有する研磨層26と、裏面101bを有する裏打ち層28とを有する。研磨層26は、発泡ポリウレタンシート等からなる。裏打ち層28は、ポリウレタン或いは不織布等からなる。研磨層26は、発泡構造又は無発泡構造を有する。無発泡構造の場合、ポリウレタン等に対してドレッシング処理により研磨表面101aが荒らされて、研磨剤の保持力を高める処理がなされる。
Next, the
図6〜9には、高さの大きい渦電流センサ501と、高さの小さい渦電流センサ502の場合に、それぞれ、どのように凹部30が形成されるかを示す。図6(a)、図7(a)、図8(a)、図9(a)は、高さの小さい渦電流センサ501の場合の凹部30を示す。図6(b)、図7(b)、図8(b)、図9(b)は、高さの大きい渦電流センサ502の場合の凹部30を示す。高さの大きい渦電流センサ501の場合、図6(b)に示すように、研磨層26に渦電流センサ50の一部が陥入し、高さの小さい渦電流センサ502の場合、研磨層26に渦電流センサ50が陥入しないとする。
FIGS. 6 to 9 show how the
図6〜9は、研磨対象物と渦電流センサ50との距離が遠い場合(図6(a)、図7(a)、図8(a)、図9(a))と、近い場合(図6(b)、図7(b)、図8(b)、図9(b))に、それぞれ、凹部30をどのように形成するかを示すと考えてもよい。
6 to 9 show a case where the distance between the object to be polished and the
凹部30の形成方法としては、凹部30における研磨層26及び裏打ち層28のうち少なくとも一方の厚さを、凹部30以外における研磨層26及び裏打ち層28のうち当該少なくとも一方の厚さより薄くする方法がある。この場合、凹部30において、研磨層26
及び裏打ち層28のうち少なくとも一方は、研磨表面側にくぼんでいる。以下では、これらについて具体的に説明する。
As a method for forming the
At least one of the
図6(a)では、裏打ち層28にのみ窪みを設けて(研磨層26の厚さは変更せずに、裏打ち層28の一部のみを薄くして)、凹部30を形成する。図6(b)では、研磨層26の一部を薄くし、かつ裏打ち層28の一部を完全に除去することにより、研磨層26と裏打ち層28に窪みを設けて、凹部30を形成する。
In FIG. 6A, a
凹部30は、研磨層26や裏打ち層28の一部を部分的に除去することにより薄くして、くぼみを形成することができるが、くぼみを形成する方法としては、研磨層26や裏打ち層28を全く除去しないで薄くする方法も可能である。例えば既存の(すなわち、すでに完成している)研磨層26や裏打ち層28の一部を全く除去せずに、既存の研磨層26や裏打ち層28(発泡ポリウレタンや無発泡ポリウレタン)を熱により変形させて凹みを作る方法がある。熱変形の場合、任意の研磨層26や裏打ち層28に対して簡単に凹みを作ることができるという利点がある。本願明細書では、研磨層26や裏打ち層28を薄くするという場合、研磨層26や裏打ち層28を除去して薄くすることと、除去せずに熱変形により薄くすることの両方を意味する。なお、熱変形処理と除去処理の両方を用いて、薄くしてもよい。
The
図7(a)では、裏打ち層28を一部において完全に除去して、凹部30を形成する。図7(b)では、裏打ち層28を一部において完全に除去するとともに、研磨層26の一部を薄くして、凹部30を形成する。領域32が、裏打ち層28が完全に除去された部分である。一方、図8,9では、裏打ち層28を完全に除去することはせずに、研磨層26や裏打ち層28を一部薄くすることにより、凹部30を形成する。
In FIG. 7A, the
図8、9では、図7と異なり、凹部30において裏打ち層28を完全に除去することは行われていない。図8(a),8(b),9(b)では、裏打ち層28及び研磨層26の一部を薄くして、凹部30を形成する。図9(a)では、裏打ち層28の一部のみを薄くして、凹部30を形成する。
8 and 9, unlike FIG. 7, the
なお、図6〜9を比較すると、図6、8では、突出部材16は、研磨パッド101の裏面101bと接触している。一方、図7、9では、突出部材16は、研磨パッド101の裏面101bと接触していない。なお、本願明細書では、研磨パッド101の裏面101bとは、裏打ち層28がある場合は、裏打ち層28の下面を意味し、裏打ち層28がない場合は、研磨層26の下面を意味する。
6 to 9, in FIGS. 6 and 8, the protruding
突出部材16と研磨パッド101の裏面101bが接触する場合、研磨層26に上からウェハを押し付けたときに、突出部材16が存在する部分、すなわち渦電流センサ50が存在する部分において、研磨層26が上方に凸状になる可能性がある。一方、突出部材16と研磨パッド101の裏面101bが接触していない場合、すなわち突出部材16と研磨パッド101との間に空間が存在する場合、研磨層26が下方に凹状になる可能性がある。研磨層26が凸状もしくは凹状になる場合、ウェハの研磨平坦性に影響がある。
When the protruding
これに対する対策としては、裏打ち層28を完全に除去しない場合は、裏打ち層28及び研磨層26のうちの少なくとの一方の形状を適切に加工成形する、又は裏打ち層28及び研磨層26のうちの少なくとの一方の材質を適切に選択する。これにより、上部からの研磨層26に対する圧力に対して、突出部材のある部分とない部分で、同程度に研磨層26が変形するように設計して対処することができる。
As a countermeasure against this, when the
また、裏打ち層28を完全に除去する場合、除去した部分に、別の部材を形成すること
により、突出部材のある部分とない部分で、同程度に研磨層26が変形するようにしてもよい。別の部材を形成する際に、もしくは別の部材を形成することなく、研磨層26の形状を適切に加工成形する、又は研磨層26の材質を適切に選択することを行ってもよい。
Further, when the
次に、研磨パッド101が、第1の部材200と、第1の部材200とは別箇独立な第2の部材202とを有し、第2の部材202に凹部30が設けられる実施例について説明する。図10は、第1の部材200が、研磨表面101aを有する研磨層26と、裏面101bを有する裏打ち層28とを有する例を示す。
Next, an example in which the
第1の部材200は、研磨パッド101の研磨表面101aと裏面101bとを貫通する貫通穴204を有する。第2の部材202は貫通穴204に配置される。第2の部材202は、例えば、スポンジ状素材のような柔軟性のある素材であればよく、特定の材質に限定されることはない。第2の部材202は、例えばウレタンスポンジである。
The
図11は、研磨層26及び裏打ち層28のうち少なくとも裏打ち層28に穴を有する実施例である。特に、図11では、裏打ち層28にのみ、穴206を有し、研磨層26には、穴を有しない。第2の部材202は穴206に配置される。第2の部材202は、例えば、スポンジ状素材である。
FIG. 11 shows an example in which at least the
図12は、研磨層26及び裏打ち層28の両方に穴を有する実施例である。図12では、裏打ち層28に貫通穴208を有し、研磨層26は、その一部に穴210を有する。第2の部材202は貫通穴208と穴210に配置される。第2の部材202は、例えば、スポンジ状素材である。
FIG. 12 shows an embodiment having holes in both the
図13では、研磨パッド101は、第2の部材202の研磨表面101a側に、第3の部材212を有する。第1の部材200は、研磨パッド101の研磨表面101aと裏面101bとを貫通する貫通穴204を有する。スポンジ状素材である第2の部材202の上部に、耐水性及び耐薬剤性を有する第3の部材212を取り付ける。第3の部材212は、スポンジ素材のカバーであり、その材料は、非磁性かつ非導電性であれば、材質は特に限定されない。第3の部材212は、例えばウレタン樹脂である。
In FIG. 13, the
図14の実施例では、研磨パッド101の裏打ち層28には、研磨パッド101を研磨テーブル100に貼り付けるための粘着剤216が設けられている。スポンジ状素材である第2の部材202にも、第2の部材202を突出部材16に貼り付けるための粘着剤214を設けても良い。
In the embodiment of FIG. 14, an adhesive 216 for attaching the
図10〜14では、第1の部材200が、研磨層26と裏打ち層28とを有するが、図10〜14では、第1の部材200が、研磨層26のみを有してもよい。
10 to 14, the
図15の実施例では、突出部材16は、研磨パッド101の裏打ち層28または第2の部材202に接触する平坦部218と傾斜部220を備えている。平坦部218は、突出部材16の頂部に設けられる。傾斜部220は、突出部材16の側面に設けられる。突出部材16は、研磨テーブル100に設けられた貫通孔222内に配置される。突出部材16の高さL1と、研磨テーブル100の高さL1は同じである。突出部材16の内部に設けられた内部空間224,226内に、渦電流センサ501が配置される。
In the embodiment of FIG. 15, the protruding
図15の実施例では、突出部材16と、研磨テーブル100は別箇独立の部材であるため、突出部材16のみを単独で製作して、研磨テーブル100に組み込むことができる。突出部材16を研磨テーブル100に組み込む前に、突出部材16に渦電流センサ501を組み込むことができる。突出部材16と研磨テーブ、ル100を独立に製作することが
できるため、全体を一体化して製造する場合に比べて、製造作業や組立作業が容易になる。
In the embodiment of FIG. 15, since the protruding
突出部材16と研磨テーブル100を独立に製作することができるため、突出部材16と、研磨テーブル100を、それぞれに最適な別の材質とすることができる。突出部材16の材質は、例えば、シリコンカーバイド(SIC)やステンレス鋼(SUS)である。研磨テーブル100の材質は、例えばSICやSUSである。
Since the protruding
1 トップリング
10 研磨装置
12,14,16 突出部材
26 研磨層
28 裏打ち層
30 凹部
50 渦電流センサ
100 研磨テーブル
101 研磨パッド
DESCRIPTION OF
Claims (13)
前記研磨パッドの、前記研磨表面とは反対側の裏面が取り付けられる研磨テーブルと、
前記研磨パッドの前記研磨表面に対向させて前記研磨対象物を保持できる保持部と、
前記研磨テーブル内に配置され、前記研磨の終点を検知する終点検知センサとを有する研磨装置において、
前記研磨テーブルは、前記研磨パッドが取り付けられる取付面から突出している突出部材を前記取付面上に有し、
前記研磨パッドの前記裏面は、前記突出部材に対向する部分に凹部を有し、
前記終点検知センサの少なくとも一部は、前記突出部材の内部に配置されることを特徴とする研磨装置。 A polishing pad having a polishing surface for polishing a polishing object;
A polishing table to which a back surface opposite to the polishing surface of the polishing pad is attached;
A holding part capable of holding the object to be polished while facing the polishing surface of the polishing pad;
In a polishing apparatus that is disposed in the polishing table and has an end point detection sensor that detects an end point of the polishing,
The polishing table has a protruding member protruding from an attachment surface to which the polishing pad is attached on the attachment surface,
The back surface of the polishing pad has a recess in a portion facing the protruding member,
At least a part of the end point detection sensor is disposed inside the protruding member.
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