JP2018183840A - 渦電流センサのキャリブレーション方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】研磨対象物を研磨面に押圧して研磨するときに、渦電流センサにより研磨対象物の膜厚を測定するために、研磨対象物の膜厚と渦電流センサの測定値との間の対応関係を求める。この方法は、第1のステップで、膜厚が既知である研磨対象物を研磨面に接触させた状態で、渦電流センサの出力を測定して、該膜厚に対応した渦電流センサの測定値を求める。第2のステップで、研磨対象物を研磨面に押圧して研磨しているときに、渦電流センサの出力を測定して、研磨しているときの膜厚に対応した渦電流センサの測定値を求める。第1のステップの測定値と第2のステップの測定値から、研磨対象物の膜厚と渦電流センサの測定値との間の対応関係を求める。
【選択図】図16
Description
Mechanical Polishing))が知られている。CMPを行うための研磨装置は、研磨パッドが貼り付けられた研磨テーブルと、研磨対象物(例えば半導体ウェハなどの基板、又は基板の表面に形成された各種の膜)を保持するためのトップリングとを備えている。研磨装置は、研磨テーブルを回転させながら、トップリングに保持された研磨対象物を研磨パッドに押圧することによって研磨対象物を研磨する。
という構成を採っている。
スに所定の信号処理を行って終点検出器240へ出力する。
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。研磨対象物102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124の端子128,130からセンサコイル側を見たインピーダンスZは、研磨対象物102中に形成される渦電流損の大きさによって変化する。
、各種フィルタに応じたカットオフ周波数が設定されている。
R1I1 + L1dI1/dt + MdI2/dt = E (1)
R2I2 + L2dI2/dt + MdI1/dt = 0 (2)
ここで、Mは相互インダクタンスであり、R1は、センサ側回路の等価抵抗であり、L1は、センサ側回路の自己インダクタンスである。R2は渦電流が誘起される導電性膜の等価抵抗であり、L2は渦電流が流れる導電性膜の自己インダクタンスである。
(R1 + jωL1)I1+ jωMI2= E (3)
(R2 + jωL2)I2+ jωMI1= 0 (4)
これら式(3),(4)から、次の式(5)が導かれる。
I1 = E(R2 + jωL2)/{(R1+ jωL1)(R2+ jωL2) + ω2M2}
= E/{(R1 + jωL1) + ω2M2/(R2+ jωL2)} (5)
Z = E/I1 = {R1 + ω2M2R2/(R2 2+ ω2L2 2)}
+ jω{L1− ω2L2M2/(R2 2+ ω2L2 2)} (6)
ここで、Zの実部(抵抗成分)、虚部(誘導リアクタンス成分)をそれぞれX,Yとおくと、上記式(6)は、次のようになる。
Z = X + jωY (7)
ここで、Rx = ω2L2M2/(R2 2+ ω2L2 2)とすると、(7)式は、
X + jωY = [R1+ R2Rx] + Jω[L1− L2Rx]となる。
従って、X = R1 + R2Rx Y = ω[L1− L2Rx]となる。
これをR2,L2について解くと、
R2 = ω2(X − R1)M2/((ωL1− Y)2+ (X − R1)2) (8)
L2 = ω(ωL1 − Y)M2/((ωL1− Y)2 + (X − R1)2) (9)
図7に示す記号kは結合係数であり、次の関係式(10)が成り立つ。
M = k(L1L2)1/2 (10)
これを(9)に適用すると、
(X − R1)2 + (Y − ω(1 − (k2/2))L1)2= (ωL1k2/2
)2 (11)
これは、円の方程式であり、X、Yが円を形成すること、すなわち、インピーダンスZは円を形成することを示す。
て変化する。
点Tnの座標(X、Y)を図10に示す角度αを使って表す。図10より、
X = R1 + ω(k2/2)L1sinα (12)
Y = ω(1 − (k2/2)L1− ω(k2/2)L1coaα (13)
既述の(8)、(9)から、
R2/L2 =ω(X − R1)/(ωL1 − Y)
この式に(12)、(13)を代入すると、
R2/L2 =ωsin2α/(1 + cos2α) = ωtanα (14)
R2/L2は、膜厚のみに依存し、また、結合係数kに依存しないため、渦電流センサ210と研磨対象物102との間の距離、すなわち研磨パッド108の厚さに依存しない。R2/L2は、膜厚のみに依存し、従って、角度αも膜厚のみに依存する。膜厚算出部は、角度αの正接を算出し、(14)の関係を利用して、正接から膜厚を求める。
、膜厚がゼロでないときのインピーダンスに対応する第2の点Tnとを結ぶ第1の直線10と、第1の点T0を通る円の直径12とのなす角の角度αを算出する。膜厚算出部238は、角度αの正接を算出し、正接から膜厚を求める。
正接と、金属膜の抵抗値との間には、既述の(14)の関係、すなわち、
R2/L2 = ωtanα (14)
がある。ここでR2は、金属膜の抵抗値である。従って、R2とtanαは比例する。さらに、R2は膜厚と以下の関係がある。
R2 = ρL/tW (15)
ここで、ρ:抵抗率 L,W:金属膜の長さおよび幅 t:膜厚
(14)、(15)から、膜厚tと角度αは以下の関係にあることがわかる。
R2∝(1/t)∝ωtanα
すなわち、1/tanα∝t
これより、1/tanαと膜厚tは比例する。このようにして行われる膜厚の算出方法を次に説明する。
(=Ta)、すなわち測定値58が求まる。円弧中心直線66は、Y=A_Imp×Xと表現することができる。ここで、A_Impは、円弧中心直線66の傾きである。
できる。
1。プラスピーク位置の時間値<マイナスピーク位置の時間値であれば、研磨対象物102は正常である。この条件を満たさないときは、測定エラーと考えられるからである。
2。ピーク間距離が、ウェハ直径+40mm以下、かつウェハ直径−40mm以上である。この条件を満たさないときは、測定曲線、もしくは測定曲線から得られたピーク位置が異常であると考えられる。
3。研磨装置に設けられている研磨テーブル110の回転位置を示す、すなわち、研磨開始位置を示すドグ351の位置から10mm以内にピーク位置がない。この条件を満たさないときは、ドグ351の位置検出が異常であり、ドグ351の異常又は測定エラーと考えられるからである。
これらの条件判定に用いる値は一例であり、他の値も可能である。
示す情報は、図15の場合、インピーダンスのX成分同士の差,またはY成分同士の差である。
1,図12,図15に示す処理に必要なデータを、この順番に取得する。処理に必要なデータがすべて測定された後に、フローの後半で、図12,図11に示す処理を、この順番に行う。この際に、図15に示す処理(ステップ164)で得られたデータを用いて、ベースライン処理とゼロキャリ処理が行われる。
1 研磨パッド108を剥がして、膜厚が既知である校正ウェハを使い、キャリブレーションが必要であった。
2 手作業のため、校正ウェハの置き方、校正ウェハの汚染等により誤差が生じる。
3 校正ウェハの酸化等の特性の劣化により、経時的誤差が生じる。
という問題があった。
1 研磨パッド108を剥がすことなく、キャリブレーションできる。
2 装置の自動動作が可能になったため、手作業による位置ずれや汚染による誤差が生じない。
3 膜厚を測定した任意の研磨対象物102(ウェハ)でキャリブレーションできるので、校正ウェハの劣化に影響されない。膜厚は、どのような値のものでもよい。従来技術では、膜厚は、校正ウェハの有する膜厚に限定されていたが、本実施形態によれば、膜厚は、どのような値のものでもよい。
4 図11〜図15に示す複数のキャリブレーションを、1枚の研磨対象物102で実行できるので、手間が少ない。
、または、効果の少なくとも一部を奏する範囲において、特許請求の範囲および明細書に記載された各構成要素の任意の組み合わせ、または、省略が可能である。
72…研磨終了点
74…中間地点
76…一端
78…他端
80…経路
100…研磨装置
102…研磨対象物
104…研磨面
108…研磨パッド
110…研磨テーブル
140…研磨装置制御部
150…研磨部
210…渦電流センサ
230…膜厚測定装置
232…受信部
234…角算出部
238…膜厚算出部
240…終点検出器
Claims (9)
- 研磨対象物を研磨面に押圧して研磨するときに、渦電流センサにより前記研磨対象物の膜厚を測定するために、前記研磨対象物の膜厚と前記渦電流センサの測定値との間の対応関係を求める渦電流センサのキャリブレーション方法において、該方法は、
膜厚が既知である前記研磨対象物を前記研磨面に接触させた状態で、前記渦電流センサの出力を測定して、該膜厚に対応した前記渦電流センサの測定値を求める第1のステップと、
前記研磨対象物を前記研磨面に押圧して研磨しているときに、前記渦電流センサの出力を測定して、研磨しているときの膜厚に対応した前記渦電流センサの測定値を求める第2のステップとを有し、
前記第1のステップの測定値と前記第2のステップの測定値から、前記研磨対象物の膜厚と前記渦電流センサの測定値との間の対応関係を求めることを特徴とするキャリブレーション方法。 - 前記第1のステップで用いられた前記研磨対象物を用いて、前記第2のステップを行うことを特徴とする請求項1記載のキャリブレーション方法。
- 前記第1のステップで用いられる前記研磨対象物と、前記第2のステップで用いられる前記研磨対象物は、別箇独立のものであることを特徴とする請求項1記載のキャリブレーション方法。
- 前記研磨対象物上を、前記渦電流センサが、前記研磨対象物の一端から他端に向かって移動するときの前記渦電流センサの出力を測定するステップと、
得られた測定値の、前記研磨対象物上の各点における変化率を求め、前記変化率から前記研磨対象物の前記一端と前記他端の位置を検出し、検出された前記一端と前記他端の位置から、前記研磨対象物の中心位置を求めるステップとを有することを特徴とする、請求項1ないし3のいずれか1項に記載のキャリブレーション方法。 - 前記渦電流センサが、前記研磨対象物の一端から他端に向かう経路に沿って移動して、前記経路上の少なくとも2点において前記渦電流センサの出力を測定し、前記経路上の所定の位置における当該測定値を基準として、前記経路上の各位置における当該測定値の差を示す情報を求める第3のステップと、
前記第1のステップ及び前記第2のステップにおいて得られた前記測定値と、該測定値が得られた各点に対応する前記経路上の位置における前記差との差を、前記情報に基づいて求める第4のステップとを有することを特徴とする、請求項1ないし3のいずれか1項に記載のキャリブレーション方法。 - 前記研磨対象物の研磨が終了した時に、前記渦電流センサが、前記研磨対象物の一端から他端に向かう経路に沿って移動して、前記経路上の少なくとも1点において前記渦電流センサの出力を測定し、前記研磨対象物の研磨が終了した時における前記経路上の各位置における当該測定値に関する情報を求める第4のステップと、
前記第1のステップと前記第2のステップにおいて得られた前記測定値と、該測定値が得られた各点に対応する前記経路上の位置における研磨が終了した時における前記測定値との差を、前記情報に基づいて求める第5のステップとを有することを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1項に記載のキャリブレーション方法。 - 研磨対象物を研磨面に押圧して研磨するときに、渦電流センサにより前記研磨対象物の膜厚を測定するために、前記研磨対象物の中心位置を求める渦電流センサのキャリブレーション方法において、該方法は、
前記研磨対象物上を、前記渦電流センサが、前記研磨対象物の一端から他端に向かって移動するときの前記渦電流センサの出力を測定するステップと、
得られた測定値の、前記研磨対象物上の各点における変化率を求め、前記変化率から前記研磨対象物の前記一端と前記他端の位置を検出し、検出された前記一端と前記他端の位置から、前記研磨対象物の中心位置を求めるステップとを有することを特徴とするキャリブレーション方法。 - 研磨対象物を研磨面に押圧して研磨するときに、渦電流センサにより前記研磨対象物の膜厚を測定するために、前記渦電流センサが、前記研磨対象物の一端から他端に向かう経路に沿って移動するときに生じる前記経路上での前記測定値の変化を求める渦電流センサのキャリブレーション方法であって、該方法は、
前記渦電流センサが、前記研磨対象物の一端から他端に向かう経路に沿って移動して、前記経路上の少なくとも2点において前記渦電流センサの出力を測定し、前記経路上の所定の位置における当該測定値を基準として、前記経路上の各位置における前記測定値の差を示す情報を求め、
キャリブレーション終了後の本測定において前記渦電流センサによって得られた測定値と、当該測定値が得られた各点に対応する前記経路上の位置における前記差との差を、前記情報に基づいて求めることを特徴とするキャリブレーション方法。 - 研磨対象物を研磨面に押圧して研磨するときに、渦電流センサにより前記研磨対象物の膜厚を測定するために、前記研磨対象物の研磨が終了した状態における前記渦電流センサの測定値を考慮した渦電流センサのキャリブレーション方法であって、該方法は、
前記研磨対象物の研磨が終了した時に、前記渦電流センサが、前記研磨対象物の一端から他端に向かう経路に沿って移動して、前記経路上の少なくとも1点において前記渦電流センサの出力を測定し、前記研磨対象物の研磨が終了した時における前記経路上の各位置における当該測定値に関する情報を求め、
キャリブレーション終了後の本測定において前記渦電流センサによって得られた測定値と、該測定値が得られた各点に対応する前記経路上の位置における研磨が終了した時における前記測定値との差を、前記情報に基づいて求めることを特徴とするキャリブレーション方法。
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