JP5377871B2 - Method and apparatus for predicting and detecting the end of polishing - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、研磨終了時点の予測・検出方法とその装置に関するものであり、特に、化学機械研磨加工(CMP:Chemical Mechanical Polishing)等において渦電流によるジュール熱損を極小に抑えた上で、粗研磨と仕上げ研磨との研磨条件変更時点を精度よく検出し、また研磨終了時点を精度よく予測・検出することが可能な研磨終了時点の予測・検出方法とその装置に関するものである。 The present invention relates to a method for predicting / detecting the end of polishing and an apparatus therefor, and in particular, while suppressing Joule heat loss due to eddy current in chemical mechanical polishing (CMP) or the like to a minimum, The present invention relates to a polishing end point prediction / detection method and apparatus capable of accurately detecting a polishing condition change point between polishing and finish polishing, and accurately predicting / detecting a polishing end point.
半導体ウェーハの表面に例えば酸化膜を形成し、該酸化膜にリソグラィ及びエッチングを施して配線パターンに対応した溝パターンを形成し、この上に前記溝パターンを充填するためのCu等からなる導電性膜を成膜し、該導電性膜のうち前記溝パターンやスルーホール部分等の埋め込み部以外の不要部分を化学機械研磨により除去して配線パターンを形成するプロセスが知られている。この配線パターンの形成では、不要部分の導電性膜が適正な厚さ除去されたときの研磨終点を確実に検出してプロセスを停止することが極めて重要である。導電性膜の研磨が過剰であると配線の抵抗が増加し、研磨が過少であると配線の絶縁障害につながる。 For example, an oxide film is formed on the surface of the semiconductor wafer, and the oxide film is subjected to lithography and etching to form a groove pattern corresponding to the wiring pattern, and a conductive material made of Cu or the like for filling the groove pattern thereon. A process is known in which a film is formed, and unnecessary portions other than the buried portion such as the groove pattern and the through hole portion in the conductive film are removed by chemical mechanical polishing to form a wiring pattern. In the formation of this wiring pattern, it is extremely important to stop the process by reliably detecting the polishing end point when the unnecessary portion of the conductive film has been removed to an appropriate thickness. If the polishing of the conductive film is excessive, the resistance of the wiring increases, and if the polishing is insufficient, an insulation failure of the wiring is caused.
これに関連する従来技術として、例えば次のようなフィルム厚の変化のその場での監視方法が知られている。この従来技術は、下地本体(半導体ウェーハ)上から化学機械研磨によって導電性フィルムを除去する方法において該導電性フィルムの厚さ変化をその場で監視するための方法であって、電磁界に指向性をもたらすように整形するためのフェライト・ポット型コアに巻回されたコイルからなるインダクタとコンデンサとの直列又は並列共振回路を含むセンサを前記導電性フィルムに近接して配置し、励振信号源からの20Hz〜40.1MHzの周波数からなる掃引出力を動作点設定用インピーダンス手段を介して前記センサへ印加する。これにより、センサが励起されると、発振電流がコイルに流れ、交番電磁界を発生する。この交番電磁界は、次いで導電性フィルム中に渦電流を誘導する。渦電流が導電性フィルムに誘導されると、二つの効果が生じることになる。まず第1に、導電性フィルムが損失抵抗として作用し、その効果はセンサ回路に対する抵抗負荷であり、これは共振信号の振幅を下げ、共振周波数を下げる。第2に、導電性フィルムの厚さが減少すると、金属ロッドがインダクタのコイルから引き抜かれるかのような効果が生じ、これによってインダクタンスの変化並びに周波数シフトを引き起こす。このようにして前記導電性フィルムの厚さ変化に起因するセンサ共振ピークに関連した周波数シフトの変化を監視することにより、該導電性フィルムの厚さ変化を連続的に検出するようにしている(例えば、特許文献1参照)。 As a conventional technique related to this, for example, the following in-situ monitoring method for a change in film thickness is known. This prior art is a method for in-situ monitoring of a change in thickness of a conductive film in a method of removing the conductive film from a base body (semiconductor wafer) by chemical mechanical polishing, and is directed to an electromagnetic field. A sensor including a series or parallel resonant circuit of an inductor and a capacitor formed of a coil wound around a ferrite pot type core for shaping so as to bring about a close proximity to the conductive film, and an excitation signal source A sweep output having a frequency of 20 Hz to 40.1 MHz is applied to the sensor via the operating point setting impedance means. Thus, when the sensor is excited, an oscillating current flows through the coil and generates an alternating electromagnetic field. This alternating electromagnetic field then induces eddy currents in the conductive film. When eddy currents are induced in the conductive film, two effects will occur. First, the conductive film acts as a loss resistance, the effect of which is a resistive load on the sensor circuit, which lowers the amplitude of the resonance signal and lowers the resonance frequency. Second, reducing the thickness of the conductive film has the effect of pulling the metal rod out of the inductor coil, thereby causing inductance changes as well as frequency shifts. In this way, the change in the thickness of the conductive film is continuously detected by monitoring the change in the frequency shift associated with the sensor resonance peak due to the change in the thickness of the conductive film. For example, see Patent Document 1).
また、他の従来技術として、例えば次のような距離測定用ICが知られている。この従来技術は、パッケージに内蔵している発振器と、前記パッケージに配設されるとともに前記発振器に接続されて該発振器の発振周波数を特定する平面状インダクタとを備えている。ICのパッケージ表面に導電性物質が接近すると、前記平面状インダクタによって前記発振器の発振周波数が変化する。該発振周波数を検出して導電性物質の接近距離を検出することができる。測定時間を短くするため、高い周波数の電流を前記平面状インダクタに流し、その表面に発生する静電気的な誘導を有効に利用している。用途として、ロボット・アームの位置計測による該アームの制御や、位置検出器の内部に格納することによる圧力検出等がある(例えば、特許文献2参照)。
特許文献1に記載の従来技術においては、センサに電磁界に指向性をもたらすためのフェライト・ポット型コアに巻回されたコイルからなるインダクタとコンデンサとの直列又は並列共振回路が備えられている。そして、研磨初期において20Hz〜40.1MHzの周波数からなる掃引出力をセンサへ印加し、前記コイルから発生した指向性を持つ交番電磁界により、導電性フィルムを貫通する漏洩磁束を生じさせて該導電性フィルムの膜厚に対応した大きな渦電流を研磨初期から誘導させている。導電性フィルムの膜厚に対応した大きな渦電流を誘導するためには大きな交番電磁界、即ち導電性フィルムを貫通する程度の大きな磁束を形成することが必要であり、導電性フィルムの厚さ変化の監視は研磨初期から研磨終期まで導電性フィルム内に誘起された渦電流を利用して行われている。このため、膜厚変化の監視の間、導電性フィルムの厚さ方向に向かって磁束を貫通させることが必要である。特許文献1にかかる公報の図面中には、全ての導電性フィルムの部分に該導電性フィルムを貫通する磁束線が記載されていることからも、このことは明らかである。 In the prior art described in Patent Document 1, a series or parallel resonance circuit of an inductor and a capacitor, which is a coil wound around a ferrite pot type core, is provided to provide directivity to an electromagnetic field in a sensor. . Then, a sweep output having a frequency of 20 Hz to 40.1 MHz is applied to the sensor in the initial stage of polishing, and a leakage magnetic flux penetrating the conductive film is generated by an alternating electromagnetic field generated from the coil, thereby causing the conduction. Large eddy current corresponding to the thickness of the conductive film is induced from the initial stage of polishing. In order to induce a large eddy current corresponding to the thickness of the conductive film, it is necessary to form a large alternating electromagnetic field, that is, a large magnetic flux that penetrates the conductive film, and the thickness of the conductive film changes. This monitoring is performed by using eddy currents induced in the conductive film from the beginning of polishing to the end of polishing. For this reason, it is necessary to penetrate the magnetic flux in the thickness direction of the conductive film while monitoring the change in film thickness. This is also clear from the fact that in the drawing of the publication according to Patent Document 1, magnetic flux lines penetrating through the conductive film are described in all conductive film portions.
研磨初期におけるウェーハの表面には、無垢なCu膜(導電性フィルム)が最上層にあるのが一般的である。これら無垢なCu膜の全てに渦電流を誘起させるためには非常に大きな漏洩磁束が必要である。しかし、その漏洩磁束は、渦電流を誘起するが、それらはいずれ渦電流損という形でジュール熱になって消費される。このジュール熱損は、最表層の無垢なCu膜に対しては、体積抵抗が小さいため、発熱は比較的小さいが、内部のすでに配線されている部分では、配線断面積が小さく体積抵抗が小さいため、貫通する磁束により大きな渦電流が誘起され、その結果局部的に大きなジュール熱損を生むことになる。これは、時として一部配線が溶融、断線してしまう問題に発展する。いわゆる誘導加熱の状態になり、特に内部に熱がこもってしまう現象になる。特に、Cu配線などでは、Cuが加熱されるとTaなどのバリア膜にCuが拡散する場合や、場合によっては、バリア膜を突き破ってCuが拡散してしまう懸念がある。 In general, a solid Cu film (conductive film) is the uppermost layer on the surface of the wafer in the initial stage of polishing. In order to induce eddy currents in all of these innocent Cu films, a very large leakage magnetic flux is required. However, the leakage magnetic flux induces eddy currents, which are eventually consumed as Joule heat in the form of eddy current loss. This Joule heat loss has a relatively small volume resistance with respect to the solid Cu film of the outermost layer, so heat generation is relatively small. However, in the already wired part, the wiring cross-sectional area is small and the volume resistance is small. Therefore, a large eddy current is induced by the penetrating magnetic flux, resulting in a large Joule heat loss locally. This develops into a problem that part of the wiring sometimes melts and breaks. This is a state of so-called induction heating, and in particular, a phenomenon that heat is trapped inside. In particular, in Cu wiring or the like, when Cu is heated, there is a concern that Cu diffuses into a barrier film such as Ta, or in some cases, Cu penetrates the barrier film and diffuses.
また、ウェーハの表面部に幾層にも配線が施されている場合では、表層のCu膜の心配だけではなく、すでに処理が完了している内部の配線部分が局部的に暖められて周囲に拡散したり、半導体基板内のp型、n型を形成しているドーパントがさらに拡散して、基板内素子の特性を変えてしまうこともある。また、熱が発生しない場合でも、過剰な渦電流が微細配線に流れる場合は、エレクトロマイグレーションを引き起こして断線することがある。 In addition, when multiple layers of wiring are applied to the surface of the wafer, not only the surface Cu film is concerned, but the internal wiring that has already been processed is locally warmed to the surroundings. In some cases, the dopant which diffuses or forms p-type and n-type in the semiconductor substrate further diffuses and changes the characteristics of the in-substrate element. Even when no heat is generated, if excessive eddy current flows through the fine wiring, electromigration may occur and disconnection may occur.
さらに、例えば、研磨終了時点付近のある所定の残膜量になった時点で、研磨条件を変えて処理を行う場合に、所定の残膜量であるか否かを見極めることは困難である。初期膜厚からの変化分で推測することは可能であるが、初期膜厚がばらつく場合は所定の残膜量の見積もりがばらつくことになるからである。この研磨終了時点付近の判断に関し、センサと導電性フィルム間のギャップが研磨の振動によって微小に変化すると、センサ回路系全体の浮遊容量が変化して共振周波数全体がシフトする。このため仮に、ある設定の共振周波数になったときに閾値を設定して、研磨終点を判別する設定をしていても、全体的に共振周波数がシフトすれば、その閾値の設定による研磨終了時点の判断は難しくなる。このように、従来方法において、単調かつ連続的に増加もしくは減少変化する共振周波数において、ある値に閾値を設定していたとしても、センサと導電性フィルム間のギャップが微小に変化したり、その間に何等かの誘電体が介在したりすることで、その波形自体が全体的に上下に平行移動することは度々存在し、その結果、予め設定した閾値が意味をなさないことが度々存在した。 Furthermore, for example, when processing is performed under different polishing conditions when a predetermined residual film amount near the polishing end point is reached, it is difficult to determine whether the amount is a predetermined residual film amount. This is because it can be estimated from the change from the initial film thickness, but when the initial film thickness varies, the estimate of the predetermined remaining film amount varies. Regarding the determination near the end of polishing, if the gap between the sensor and the conductive film changes minutely due to polishing vibration, the stray capacitance of the entire sensor circuit system changes and the entire resonance frequency shifts. Therefore, even if the threshold value is set when the resonance frequency reaches a certain setting and the polishing end point is determined, if the resonance frequency shifts as a whole, the polishing end point by setting the threshold value Judgment becomes difficult. As described above, in the conventional method, even when the threshold value is set to a certain value at the resonance frequency that monotonously and continuously increases or decreases, the gap between the sensor and the conductive film changes slightly, In many cases, the waveform itself translates vertically as a whole due to the presence of any dielectric material, and as a result, the preset threshold value often does not make sense.
また、特許文献2に記載の距離測定用ICからなる従来技術においては、発振器と、該発振器に接続されて該発振器の発振周波数を特定する平面状インダクタとが備えられているが、用途として、ロボット・アームの位置計測による該アームの制御や、位置検出器の内部に格納して圧力検出等に使用されている。 Further, in the conventional technology comprising the distance measuring IC described in Patent Document 2, an oscillator and a planar inductor that is connected to the oscillator and identifies the oscillation frequency of the oscillator are provided. It is used for controlling the arm by measuring the position of the robot arm and for detecting pressure by storing it in the position detector.
そこで、膜内に形成されている微細な配線まで強い磁束を及ぼすことなく、その結果電磁誘導によって誘起される渦電流の発生を抑制して、渦電流によるジュール熱損を極小に抑えるとともに、センサと導電性膜のギャップの変化やスラリー等の誘電物質の介在状態によって、誘起される渦電流量が全体的にシフトして、閾値の設定が大幅に変化して検出しにくくなるといった事態をなくし、デバイスウェーハを貫通しない程度の微細な磁場であっても、粗研磨と仕上げ研磨との研磨条件変更時点を十分に精度よく検出し、また研磨終了時点を精度よく予測・検出するために解決すべき技術的課題が生じてくるのであり、本発明はこの課題を解決することを目的とする。 Therefore, without exerting a strong magnetic flux to the fine wiring formed in the film, as a result, the generation of eddy currents induced by electromagnetic induction is suppressed, the Joule heat loss due to eddy currents is minimized, and the sensor As a result, the amount of induced eddy current shifts as a whole due to the change in the gap between the conductive film and the intervening state of the dielectric material such as slurry, and the setting of the threshold changes drastically, making it difficult to detect. Even if the magnetic field is small enough not to penetrate the device wafer, it can be solved to detect the polishing condition change point between rough polishing and finish polishing with sufficient accuracy and to predict and detect the polishing end point with high accuracy. The technical problem which should arise arises, and this invention aims at solving this problem.
本発明は前記目的を達成するために提案されたものであり、請求項1記載の発明は、 導電性膜を研磨して、所定の導電性膜が適正に除去されたときの研磨終了時点を予測して検出する研磨終了時点の予測・検出方法であって、
前記所定の導電性膜に、インダクタを近接させ、該インダクタで形成される磁束により前記所定の導電性膜に誘起される渦電流の変化をモニタし、
研磨中の膜厚が、前記所定の導電性膜の材質を一因子として決まる表皮深さ付近になった際に、前記渦電流の変化が、所定の変化となったことを検出し、前記変化点を基に、粗研磨と仕上げ研磨へ研磨条件を変更する研磨終了時点の予測・検出方法を提供する。
The present invention has been proposed to achieve the above object, and the invention according to claim 1 is characterized in that the polishing end point when the predetermined conductive film is properly removed by polishing the conductive film is determined. A method for predicting and detecting the end point of polishing for predicting and detecting,
An inductor is brought close to the predetermined conductive film, and a change in eddy current induced in the predetermined conductive film by a magnetic flux formed by the inductor is monitored.
Thickness in the polishing, the material of the predetermined conductive film when it becomes near determined skin depth as a factor, the change of the eddy current is detected that a predetermined change, the change Provided is a method for predicting and detecting a polishing end time by changing polishing conditions to rough polishing and final polishing based on the points .
この本構成によれば、インダクタが駆動され、インダクタからの周期に対応して変化する磁束が発生する。研磨により所定の導電性膜が表皮深さに対応した膜厚に至るまでは、所定の導電性膜に誘起される磁束は、前記表皮深さの領域を膜面に沿ってほぼ平行に通過する。研磨が進行して所定の導電性膜が前記表皮深さと同等もしくはその付近の膜厚になると、該所定の導電性膜を貫通する漏洩磁束が生じ始める。この磁束の変化により所定の導電性膜中に電磁誘導によって誘起される渦電流量が変化する。該渦電流は膜厚が減少していくにつれて、膜を貫通する漏洩磁束が増大していくため、徐々に誘起される渦電流量が増大する。この広い領域に発生した渦電流により、該所定の導電性膜内に大きな相互インダクタンスが発生する。この相互インダクタンスは、インダクタンス型センサにおけるセン回路系の自己インダクタンスを減少させるように作用する。このように、初期は、導電性膜が減少しても、導電膜厚に投入した磁束がウェーハを貫通しない程度である場合は、一定の渦電流が形成される。その後、膜厚がさらに減少して表皮深さに対応した膜厚以下になった場合、一部の磁束がウェーハ上の導電性膜を貫通してウェーハの裏面にまで漏洩する磁束が生じる。このとき漏洩磁束の増加とともに膜内に誘起される渦電流が大きくなる。次に、ある一定の膜厚までウェーハ表面に形成される渦電流は増大するが、その後、さらに導電性膜が除去されるにしたがって、渦電流を発生する導電性膜自身が減少するため、渦電流は減少する。結果的に、単調な膜厚減少過程であるにも関わらず、一度貫通磁束増大とともに渦電流は増大し、その後、さらなるなる膜厚の減少に伴って、渦電流を生じる堆積自体が減少することに伴って急速に減少するため、誘起される渦電流に対応した相互インダクタンスには極大点が現われる。この渦電流の急速な減少により、前記相互インダクタンスも急速に減少してセンサ回路系のインダクタンスは増加に転じる。この挙動により、インダクタ型センサから発振される共振周波数の波形に特徴のある変化であるピーク(変曲点)等が発生する。この特徴のある変化から粗研磨と仕上げ研磨との研磨条件変更時点が検出され、仕上げ研磨に移行するとともに研磨終了時点が予測される。 According to this present configuration, inductor is driving movement, magnetic flux is generated which varies in response to the period of the inductor or al. Until the predetermined conductive film reaches a film thickness corresponding to the skin depth by polishing, the magnetic flux induced in the predetermined conductive film passes through the region of the skin depth substantially parallel along the film surface. . When polishing progresses and the predetermined conductive film reaches a film thickness that is equal to or near the skin depth, leakage magnetic flux penetrating through the predetermined conductive film begins to be generated. This change in magnetic flux changes the amount of eddy current induced in the predetermined conductive film by electromagnetic induction. As the film thickness decreases, the leakage magnetic flux penetrating the film increases, so that the amount of eddy current induced gradually increases. Due to the eddy current generated in this wide area, a large mutual inductance is generated in the predetermined conductive film. This mutual inductance, acts to reduce the self-inductance of the sensor circuit system in inductance type sensor. Thus, at the initial stage, even if the conductive film is reduced, a constant eddy current is formed when the magnetic flux applied to the conductive film thickness is such that it does not penetrate the wafer. Thereafter, when the film thickness is further decreased to be equal to or less than the film thickness corresponding to the skin depth, a magnetic flux is generated in which a part of the magnetic flux penetrates the conductive film on the wafer and leaks to the back surface of the wafer. At this time, the eddy current induced in the film increases as the leakage magnetic flux increases. Next, although the eddy current formed on the wafer surface increases to a certain thickness, the conductive film itself that generates the eddy current decreases as the conductive film is further removed. The current decreases. As a result, the eddy current increases as the penetrating flux increases once in spite of the monotonous film thickness decreasing process, and then the deposition itself that generates eddy current decreases as the film thickness decreases further. Therefore, a maximum point appears in the mutual inductance corresponding to the induced eddy current. The rapid decrease in the eddy current, the inductance of the sensor circuit system the mutual inductance decreases rapidly turns to increase. The behavior of this peak (inflection point) and the like are changed with characteristic waveform of a resonance frequency oscillated from the inductor type sensor is produced. From this characteristic change, a polishing condition change time point between the rough polishing and the final polishing is detected, and the final polishing time is predicted at the same time as the transition to the final polishing.
この特徴のある変化であるピーク等は、表皮深さに対応した膜厚で現れるため、先に述べたような誘起された渦電流量が全体的にシフトすることによる閾値の設定が変動するといった問題はなく、絶えず、残りの膜厚に対応した位置にピークが出現する。特に、導電性膜が、例えば、Cuの場合、Cuの残り膜が710Åの付近にピークが出現する。また、W膜の場合は、Wの残り膜がもう少し厚い部分2500Åにピークが出現する。この膜厚は、実際の表皮深さとは異なるが、表皮深さに対応した数値になっている。表皮深さδは、電磁波の強度が1/eの大きさになる深さを便宜的に示した指標であるが、このピーク位置は、材料の導電率、透磁率、印加する周波数等によって決定されることからも、表皮効果によってもたらされている。本発明は、この材料の表皮効果によって現れる特徴のある変化現象を巧みに利用して、達成した技術である。特に、配線材料のCMPにおいて配線材料は高導電率を有するため、ピーク位置は比較的終点付近(710Å)で鋭いピーク(極大点)となって現れる。そのため、様々な外乱に対しても揺らぐことなく、ロバストな研磨条件変更時点の検出及び終点の予測・検出が可能になる。 Since the peak, which is a characteristic change, appears at the film thickness corresponding to the skin depth, the setting of the threshold varies due to the overall shift of the induced eddy current amount as described above. There is no problem, and a peak constantly appears at a position corresponding to the remaining film thickness. In particular, when the conductive film is, for example, Cu, a peak appears in the vicinity of 710% of the remaining film of Cu. In the case of the W film, a peak appears at 2500 mm where the remaining film of W is a little thicker. This film thickness is different from the actual skin depth, but is a numerical value corresponding to the skin depth. The skin depth δ is an index that conveniently indicates the depth at which the intensity of the electromagnetic wave becomes 1 / e, but this peak position is determined by the conductivity, permeability, applied frequency, etc. of the material. Is also brought about by the skin effect. The present invention is a technique achieved by skillfully utilizing the characteristic change phenomenon that appears due to the skin effect of this material. In particular, since the wiring material has high conductivity in the CMP of the wiring material, the peak position appears as a sharp peak (maximum point) relatively near the end point (710 mm). For this reason, it is possible to robustly detect the change point of the polishing condition and predict and detect the end point without being fluctuated by various disturbances.
また、インダクタ型センサは、膜内に故意に積極的に渦電流を生じさせて、膜厚をモニタするものではない。従来の公知のセンサでは、導電性膜を貫通させるような磁場を与えるように指向性を持たせるようにセンサコイルを形成しているが、本発明におけるインダクタ型センサでは、平面インダクタを使用している。これにより、磁場に指向性を与えるのではなく、導電性膜に対して、導電性膜に深く浸透しないように適度に磁場を発散させることを目的としたインダクタである。これは、磁場が深く浸透した場合、又は磁場を深く浸透させるために強力な磁場を与えた場合、内部の配線が渦電流によって、局部的に過熱される場合や、エレクトロマイグレーション等によって、配線自体が断線してしまうからである。よって、導電性膜に極力磁場を浸透させず、言い換えればウェーハ上に形成された素子にダメージを与えるような渦電流を発生させない程度の、適度の磁束分布を形成する平面インダクタの構成としている。また、導電性膜が除去される間際で導電性膜が薄くなると、適度に発散させる磁場を与えたとしても、一部は導電性膜を貫通する磁束が現れる。この終点付近の薄い導電性膜状態になったときに現れる急激な変化をモニタする。よって、周波数、インダクタ及びその信号を検出するアルゴリズムは、終点付近の変曲点を最大化する構成としている。 Further, the inductor type sensor does not monitor the film thickness by intentionally positively generating an eddy current in the film. In the conventional known sensor, the sensor coil is formed so as to have directivity so as to give a magnetic field that penetrates the conductive film. However, in the inductor type sensor according to the present invention, a planar inductor is used. Yes. Thus, the inductor is not intended to give directivity to the magnetic field but to appropriately diverge the magnetic field with respect to the conductive film so as not to penetrate deeply into the conductive film. This is because when the magnetic field penetrates deeply, or when a strong magnetic field is applied to deeply penetrate the magnetic field, the internal wiring is locally overheated by eddy currents, or by electromigration or the like, the wiring itself This is because the wire breaks. Therefore, the planar inductor has an appropriate magnetic flux distribution that does not penetrate the conductive film as much as possible, in other words, does not generate an eddy current that damages the element formed on the wafer. In addition, when the conductive film becomes thin just before the conductive film is removed, even if a magnetic field that causes a moderate divergence is applied, a magnetic flux that partially penetrates the conductive film appears. The rapid change that appears when the state of the thin conductive film near the end point is reached is monitored. Therefore, the algorithm for detecting the frequency, inductor and its signal is configured to maximize the inflection point near the end point.
請求項2記載の発明は、前記所定の変化は、渦電流の極大点、渦電流の上昇開始点、上昇率、上昇量である請求項1記載の研磨終了時点の予測・検出方法を提供する。 The invention according to claim 2 provides the method for predicting and detecting the polishing end point according to claim 1, wherein the predetermined changes are an eddy current maximum point, an eddy current rising start point, a rising rate, and an increasing amount. .
この構成によれば、研磨の進行による膜厚減少に伴って所定の導電性膜が前記表皮深さと同等もしくはその付近の膜厚になった時点で該導電性膜を貫通する磁束が生じ始め、該磁束は膜厚の減少につれて増大する。このため、該磁束により生じる渦電流も増大する。そして、さらなる膜厚の減少により渦電流を発生する導電性膜自身が実質的に減少するため渦電流は急速に減少する。この渦電流の挙動により所定の導電性膜に誘起される磁束の変化、即ち、特徴のある変化は、急峻な下降を伴った変曲点(ピーク)を持つ顕著な変化として出現する。したがって、研磨条件変更時点の検出は、該特徴のある変化における変曲点(ピーク)を用いる場合に限らず、所定の変化にあたる、渦電流の極大点、渦電流の上昇開始点、上昇率、上昇量の変化点の何れかを用いても研磨条件変更点を検出可能である。 According to this configuration, a magnetic flux penetrating through the conductive film starts to be generated when the predetermined conductive film has a film thickness that is equal to or near the skin depth as the film thickness decreases due to the progress of polishing, The magnetic flux increases as the film thickness decreases. For this reason, the eddy current generated by the magnetic flux also increases. And since the electroconductive film itself which generate | occur | produces an eddy current substantially reduces by the reduction | decrease of a film thickness further, an eddy current reduces rapidly. A change in magnetic flux induced in a predetermined conductive film by the behavior of the eddy current, that is, a characteristic change appears as a remarkable change having an inflection point (peak) accompanied by a steep drop. Therefore, the detection of the polishing condition change time point is not limited to the case of using the inflection point (peak) in the characteristic change, but the eddy current maximum point, the eddy current increase start point, the increase rate, which corresponds to the predetermined change, The polishing condition change point can be detected by using any of the change points of the increase amount.
請求項1記載の発明は、所定の導電性膜にインダクタ型センサにおけるインダクタを近接させ、該インダクタで形成される磁束により前記所定の導電性膜の材質を一因子として決まる表皮深さと同等もしくはその付近になった場合の独特な磁束変化を基に特徴のある変化を検出し、該特徴のある変化から粗研磨と仕上げ研磨との研磨条件変更時点を検出するようにしたので、研磨初期には、所定の導電性膜に誘起される磁束は、前記表面深さの領域を膜面に沿ってほぼ平行に通過する。これにより、膜内に形成されている配線等まで強い磁束を及ぼすことがなく、また、渦電流の発生が抑制されて該渦電流によるジュール熱損を極小に抑えることができる。研磨の進行により所定の導電性膜が表皮深さに対応して膜厚になった以降において、所定の導電性膜を貫通する漏洩磁束が生じ、この漏洩磁束により所定の導電性膜中に渦電流が誘起される。この渦電流は膜厚の減少に伴う漏洩磁束の増加により徐々に増大し、更なる膜厚の減少により、渦電流を発生する導電性膜自身が減少するため急速に減少する。この渦電流の増大とその後の急速な減少により、センサ回路系のインダクタンスが一旦減少してその後増加に転じる。この挙動によりインダクタ型センサから発振される共振周波数の波形、言い換えれば所定の導電性膜に誘起される磁束に特徴のある変化であるピーク(変曲点)等が発生する。そして該特徴のある変化であるピーク(変曲点)等は、様々な外乱に対して揺らぐことなく、絶えず、残りの膜厚に対応した位置に出現する。このため、特徴のある変化から粗研磨と仕上げ研磨との研磨条件変更時点を精度よく検出することができ、また研磨終了時点を精度よく予測・検出することができるという利点がある。 First aspect of the present invention, is close to the inductor in inductor type sensor to a predetermined conductive film, deep skin determined the material of the O Ri previous SL predetermined conductive film to the magnetic flux formed by the inductor as a factor Since the characteristic change is detected based on a unique magnetic flux change when it is equal to or near the same, and the polishing condition change time point between the rough polishing and the final polishing is detected from the characteristic change, In the initial stage of polishing, the magnetic flux induced in the predetermined conductive film passes through the region having the surface depth substantially parallel to the film surface. Thus, without adversely strong magnetic flux to wiring or the like that have been formed in the film, also it can be suppressed to a minimum the Joule heat loss generation of eddy currents is suppressed by the eddy current. After the predetermined conductive film has reached a thickness corresponding to the skin depth due to the progress of polishing, a leakage magnetic flux penetrating the predetermined conductive film is generated, and this leakage magnetic flux causes a vortex in the predetermined conductive film. A current is induced. The eddy current gradually increases due to the increase of the leakage magnetic flux due to the reduction in thickness, the further reduction of thickness, decreases rapidly since the conductive film itself generates the eddy current is reduced. Due to this increase in eddy current and subsequent rapid decrease, the inductance of the sensor circuit system once decreases and then increases. Form of a resonance-frequency wave oscillated from by Rii inductor type sensor in this behavior, such as a peak is a variation with characteristic magnetic flux induced in the predetermined conductive film other words (inflection point) is generated. Then, a peak (inflection point), which is a characteristic change, constantly appears at a position corresponding to the remaining film thickness without being fluctuated by various disturbances. For this reason, there is an advantage that it is possible to accurately detect the polishing condition change point between the rough polishing and the finish polishing from the characteristic change, and it is possible to accurately predict and detect the polishing end point.
請求項2記載の発明は、上記所定の変化は、 渦電流の極大点、渦電流の上昇開始点、上昇率、上昇量のいずれかであるので、所定の導電性膜に誘起される磁束の導電性膜に誘起される磁束の特徴のある変化は、急峻な上昇と急峻な下降を伴った変曲点(ピーク)を持つ顕著な変化として出現する。したがって、研磨条件変更時点の検出は、特徴のある変化における変曲点(ピーク)を用いる場合に限らず、所定の変化である渦電流の極大点、渦電流の上昇開始点、上昇率、上昇量のいずれかを用いても研磨条件変更時点を精度よく検出し、また研磨終了時点を精度よく予測・検出することができるという利点がある。 In the invention according to claim 2 , the predetermined change is any one of the maximum point of the eddy current, the rising start point of the eddy current, the rising rate, and the rising amount. Therefore, the magnetic flux induced in the predetermined conductive film The characteristic change of the magnetic flux induced in the conductive film appears as a remarkable change having an inflection point (peak) with a sharp rise and a sharp fall. Thus, the detection of the polishing condition changing time, not only in the case of using the inflection point in a feature-change (peak), the maximum point of an eddy current is a predetermined change, increase start point of the eddy currents, increase rate, Even if any one of the rising amounts is used, there is an advantage that it is possible to accurately detect the polishing condition change time point and to accurately predict and detect the polishing end point.
膜内に形成されている微細な配線まで強い磁束を及ぼすことなく、その結果電磁誘導によって誘起される渦電流の発生を抑制して、渦電流によるジュール熱損を極小に抑えるとともに、センサと導電性膜のギャップの変化やスラリー等の誘電物質の介在状態によって、誘起される渦電流量が全体的にシフトして、閾値の設定が大幅に変化して検出しにくくなるといった事態をなくし、デバイスウェーハを貫通しない程度の微細な磁場であっても、粗研磨と仕上げ研磨との研磨条件変更時点を十分に精度よく検出し、また研磨終了時点を精度よく予測・検出するという目的を達成するために、導電性膜を研磨して、所定の導電性膜が適正に除去されたときの研磨終了時点を予測して検出する研磨終了時点の予測・検出方法であって、前記所定の導電性膜に高周波インダクタ型センサにおけるインダクタを近接させ、該インダクタで形成される磁束により前記所定の導電性膜に誘起される磁束変化をモニタし、研磨中の膜厚が前記所定の導電性膜の材質を一因子として決まる表皮深さと同等もしくはその付近になった場合の独特な磁束変化を基に特徴のある変化を検出し、該特徴のある変化から前記研磨における粗研磨と仕上げ研磨との研磨条件変更時点を検出することにより実現した。 Without exerting a strong magnetic flux to the fine wiring formed in the film, the generation of eddy currents induced by electromagnetic induction is suppressed as a result. Device, the amount of induced eddy current shifts as a whole due to the change in the gap of the conductive film and the intervening state of the dielectric material such as slurry, and the threshold setting changes drastically. To achieve the purpose of detecting the time point for changing the polishing conditions between rough polishing and finish polishing with sufficient accuracy and predicting / detecting the polishing end point accurately even with a magnetic field that does not penetrate the wafer. And a polishing end time prediction / detection method for predicting and detecting a polishing end time when the conductive film is polished and the predetermined conductive film is properly removed. An inductor in a high-frequency inductor type sensor is brought close to the conductive film, and a change in magnetic flux induced in the predetermined conductive film by a magnetic flux formed by the inductor is monitored, and the film thickness during polishing is the predetermined conductive film A characteristic change is detected on the basis of a unique magnetic flux change when the skin depth is equal to or close to the skin depth determined as a factor of the material, and rough polishing and finish polishing in the polishing are determined based on the characteristic change. This was realized by detecting when the polishing conditions were changed.
以下、本発明の実施例1に係る研磨終了時点の予測・検出方法とその装置を図面に従って詳述する。図1は研磨終了時点の予測・検出装置が組み込まれた化学機械研磨装置の斜視図、図2は研磨ヘッドの拡大縦断面図、図3は研磨終了時点の予測・検出装置がプラテンに組み込まれた状態を説明するための一部破断して示す概略側面図、図4は研磨終了時点の予測・検出装置が研磨ヘッドに組み込まれた状態を説明するための一部破断して示す概略側面図である。 Hereinafter, the method and apparatus for predicting and detecting the end point of polishing according to Embodiment 1 of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. 1 is a perspective view of a chemical mechanical polishing apparatus in which a prediction / detection device at the end of polishing is incorporated, FIG. 2 is an enlarged longitudinal sectional view of a polishing head, and FIG. 3 is an illustration of a prediction / detection device at the end of polishing in a platen. FIG. 4 is a partially cutaway schematic side view for explaining a state where the prediction / detection device at the time of completion of polishing is incorporated in the polishing head. It is.
まず、本実施例に係る研磨終了時点の予測・検出方法とその装置の構成を、これに適用される化学機械研磨装置の構成から説明する。図1において化学機械研磨装置1は、主としてプラテン2と、研磨ヘッド3とから構成されている。前記プラテン2は、円盤状に形成され、その下面中央には回転軸4が連結されており、モータ5の駆動によって矢印A方向へ回転する。前記プラテン2の上面には研磨パッド6が貼着されており、該研磨パッド6上に図示しないノズルから研磨剤と化学薬品との混合物であるスラリーが供給される。 First, a method for predicting and detecting the end of polishing according to this embodiment and the configuration of the apparatus will be described from the configuration of a chemical mechanical polishing apparatus applied thereto. In FIG. 1, the chemical mechanical polishing apparatus 1 mainly includes a platen 2 and a polishing head 3. The platen 2 is formed in a disk shape, and a rotary shaft 4 is connected to the center of the lower surface thereof. The platen 2 rotates in the direction of arrow A when the motor 5 is driven. A polishing pad 6 is attached to the upper surface of the platen 2, and a slurry that is a mixture of an abrasive and a chemical is supplied onto the polishing pad 6 from a nozzle (not shown).
前記研磨ヘッド3は、図2(a)に示すように、主としてヘッド本体7、キャリア8、リテーナリング9、リテーナリング押圧手段10、弾性シート11、キャリア押圧手段16及びエアー等の制御手段で構成されている。 As shown in FIG. 2A, the polishing head 3 is mainly composed of a head body 7, a carrier 8, a retainer ring 9, a retainer ring pressing means 10, an elastic sheet 11, a carrier pressing means 16, and control means such as air. Has been.
前記ヘッド本体7は前記プラテン2よりも小形の円盤状に形成され、その上面中央に回転軸12(図1参照)が連結されている。該ヘッド本体7は前記回転軸12に軸着されて図示しないモータで駆動され図1の矢印B方向に回転する。 The head body 7 is formed in a disk shape smaller than the platen 2, and a rotary shaft 12 (see FIG. 1) is connected to the center of the upper surface thereof. The head body 7 is attached to the rotary shaft 12 and is driven by a motor (not shown) to rotate in the direction of arrow B in FIG.
前記キャリア8は円盤状に形成され、前記ヘッド本体7の中央に配設されている。該キャリア8の上面中央部とヘッド本体7の中央下部との間にはドライプレート13が設けられており、ピン14,14を介してヘッド本体7から回転が伝達される。 The carrier 8 is formed in a disc shape, and is disposed in the center of the head body 7. A dry plate 13 is provided between the center of the upper surface of the carrier 8 and the lower center of the head body 7, and rotation is transmitted from the head body 7 via the pins 14 and 14.
前記ドライプレート13の中央下部と前記キャリア8の中央上部との間には作動トランス本体15aが固定されており、さらに前記キャリア8の中央上部には作動トランス15のコア15bが固定され、図示しない制御部に連結されてウェーハW上(図2の下方側)に形成されたCu等からなる導電性膜の研磨状態信号を該制御部に出力している。 An operating transformer main body 15a is fixed between the center lower part of the dry plate 13 and the center upper part of the carrier 8, and the core 15b of the operating transformer 15 is fixed to the center upper part of the carrier 8 and is not shown. A polishing state signal of a conductive film made of Cu or the like connected to the control unit and formed on the wafer W (lower side in FIG. 2) is output to the control unit.
前記キャリア8の上面周縁部にはキャリア押圧部材16aが設けられており、該キャリア8は該キャリア押圧部材16aを介してキャリア押圧手段16から押圧力が伝達される。 A carrier pressing member 16a is provided at the peripheral edge of the upper surface of the carrier 8, and a pressing force is transmitted from the carrier pressing means 16 to the carrier 8 through the carrier pressing member 16a.
前記キャリア8の下面にはエアーフロートライン17から弾性シート11にエアーを噴射するためのエアー吹出し口19が設けられている。該エアーフロートライン17にはエアーフィルタ20及び自動開閉バルブV1を介してエアー供給源である給気ポンプ21に接続されている。前記エアー吹出し口19からのエアーの吹出しは前記自動開閉バルブV1の切替えによって実行される。 An air outlet 19 for injecting air from the air float line 17 to the elastic sheet 11 is provided on the lower surface of the carrier 8. The air float line 17 is connected to an air supply pump 21 which is an air supply source through an air filter 20 and an automatic opening / closing valve V1. Air is blown out from the air outlet 19 by switching the automatic opening / closing valve V1.
前記キャリア8の下面にはバキューム及び必要によりDIW(純水)又はエアーを吹き出すための孔22が形成されている。該エアーの吸引は真空ポンプ23の駆動によって実行され、そして、自動開閉バルブV2をバキュームライン24に設け、該自動開閉バルブV2の切替えによって該バキュームライン24を介し、バキューム及びDIWの送給が実行される。 A hole 22 is formed in the lower surface of the carrier 8 for blowing out vacuum and, if necessary, DIW (pure water) or air. The suction of the air is executed by driving the vacuum pump 23, and an automatic opening / closing valve V2 is provided in the vacuum line 24. By switching the automatic opening / closing valve V2, the supply of vacuum and DIW is executed via the vacuum line 24. Is done.
前記エアーフロートライン17からのエアー送給及びバキュームライン24からのバキューム作用及びDIWの送給等は制御部からの指令信号によって実行される。 Air supply from the air float line 17, vacuum action from the vacuum line 24, DIW supply and the like are executed by command signals from the control unit.
なお、前記キャリア押圧手段16は、ヘッド本体7下面の中央部周縁に配置され、キャリア押圧部材16aに押圧力を与えることにより、これに結合されたキャリア8に押圧力を伝達する。このキャリア押圧手段16は、好ましくはエアーの吸排気により膨脹収縮するゴムシート製のエアバック25で構成される。該エアバック25にはエアーを供給するための図示しない空気供給機構が連結されている。 The carrier pressing means 16 is disposed at the peripheral edge of the central portion of the lower surface of the head main body 7 and applies a pressing force to the carrier pressing member 16a, thereby transmitting the pressing force to the carrier 8 coupled thereto. The carrier pressing means 16 is preferably composed of a rubber sheet airbag 25 that expands and contracts by air intake and exhaust. The air bag 25 is connected to an air supply mechanism (not shown) for supplying air.
前記リテーナリング9はリング状に形成され、キャリア8の外周に配置されている。このリテーナリング9は研磨ヘッド3に設けられたリテーナリングホルダ27に取り付けられ、その内周部に前記弾性シート11が張設されている。 The retainer ring 9 is formed in a ring shape and disposed on the outer periphery of the carrier 8. The retainer ring 9 is attached to a retainer ring holder 27 provided in the polishing head 3, and the elastic sheet 11 is stretched on the inner peripheral portion thereof.
前記弾性シート11は円形状に形成され、複数の孔22が開穿されている。該弾性シート11は、周縁部がリテーナリング9とリテーナリングホルダ27との間で挟持されることにより、リテーナリング9の内側に張設される。 The elastic sheet 11 is formed in a circular shape, and a plurality of holes 22 are opened. The elastic sheet 11 is stretched on the inner side of the retainer ring 9 by sandwiching the peripheral portion between the retainer ring 9 and the retainer ring holder 27.
前記弾性シート11が張設されたキャリア8の下部には、キャリア8と弾性シート11との間にエアー室29が形成されている。導電性膜が形成されたウェーハWは該エアー室29を介してキャリア8に押圧される。前記リテーナリングホルダ27はリング状に形成された取付部材30にスナップリング31を介して取り付けられている。該取付部材30にはリテーナリング押圧部材10aが連結されている。リテーナリング9は、このリテーナリング押圧部材10aを介してリテーナリング押圧手段10からの押圧力が伝達される。 An air chamber 29 is formed between the carrier 8 and the elastic sheet 11 below the carrier 8 on which the elastic sheet 11 is stretched. The wafer W on which the conductive film is formed is pressed against the carrier 8 through the air chamber 29. The retainer ring holder 27 is attached to an attachment member 30 formed in a ring shape via a snap ring 31. A retainer ring pressing member 10 a is connected to the mounting member 30. The retainer ring 9 is transmitted with the pressing force from the retainer ring pressing means 10 via the retainer ring pressing member 10a.
リテーナリング押圧手段10はヘッド本体7の下面の外周部に配置され、リテーナリング押圧部材10aに押圧力を与えることにより、これに結合しているリテーナリング9を研磨パッド6に押し付ける。このリテーナリング押圧手段10も好ましくは、キャリア押圧手段16と同様に、ゴムシート製のエアバック16bで構成される。該エアバック16bにはエアーを供給するための図示しない空気供給機構が連結されている。 The retainer ring pressing means 10 is disposed on the outer peripheral portion of the lower surface of the head body 7, and applies a pressing force to the retainer ring pressing member 10 a to press the retainer ring 9 coupled thereto against the polishing pad 6. The retainer ring pressing means 10 is preferably constituted by a rubber sheet airbag 16b, similar to the carrier pressing means 16. An air supply mechanism (not shown) for supplying air is connected to the airbag 16b.
図2(b)および(c)に示すような前記研磨ヘッド3は、2重押圧力部印圧構造になっており、1段目の押圧で被加工物全体の平均押圧力を設定され、2段目の押圧力機構で押圧力分布を変える構造である。 The polishing head 3 as shown in FIGS. 2 (b) and 2 (c) has a double pressing force printing structure, and the average pressing force of the entire workpiece is set by pressing the first stage, This is a structure in which the pressing force distribution is changed by the second-stage pressing force mechanism.
1段目の押圧は、図2(a)の前記キャリア8の上面周辺部のキャリア押圧部材16aを介してキャリア押圧手段16から押圧力が伝達される押圧である。 The first-stage pressing is a pressing to which the pressing force is transmitted from the carrier pressing means 16 via the carrier pressing member 16a around the upper surface of the carrier 8 in FIG.
2段目の押圧は、被加工物の表面に押圧力を与える流体を噴出する流体噴出部を備え、前記被加工物の表面の押圧力を、前記流体噴出部に対応して部分的に変化させる事が可能である。流体を供給するための図示しない流体供給機構が連結されている。 The second-stage pressing includes a fluid ejection portion that ejects a fluid that applies a pressing force to the surface of the workpiece, and the pressing force on the surface of the workpiece is partially changed corresponding to the fluid ejection portion. It is possible to make it. A fluid supply mechanism (not shown) for supplying fluid is connected.
2段目の押圧力機構で押圧力を変えても被加工物全体の平均圧力は変化しない。したがって、1段目の押圧力を設定すれば、被加工物全体にかける平均押圧力は一定で安定している。その上で、2段目の押圧機構で押圧力分布を設定すると、全体の平均研磨レートは一定に保持された状態で、被加工物内での研磨レートの分配が決定される。 Even if the pressing force is changed by the second-stage pressing force mechanism, the average pressure of the entire workpiece does not change. Therefore, if the first-stage pressing force is set, the average pressing force applied to the entire workpiece is constant and stable. Then, when the pressing force distribution is set by the second-stage pressing mechanism, the distribution of the polishing rate within the workpiece is determined while the overall average polishing rate is kept constant.
2重の押圧力印圧構造であるために、部分的に押圧力を変えつつ、所望の研磨レート分布を得るための設定を簡単に行う事ができる。 Since it has a double pressing force printing structure, it is possible to easily perform setting for obtaining a desired polishing rate distribution while partially changing the pressing force.
2重押圧力部印圧構造を有して部分的に押圧力を変えられる研磨装置を使用して、研磨量を部分的に異ならせる場合に適用可能である。 The present invention can be applied to a case where the polishing amount is partially varied by using a polishing apparatus having a double pressing force portion printing pressure structure and capable of partially changing the pressing force.
図2(c)に示すように、半径に応じてPからUの領域に分けられている。Q,R,T,Uの領域には、それぞれ気体を噴出する流体噴出口を有する流体噴出部Z1、Z2、Z3、Z4が設けられている。 As shown in FIG. 2C, the region is divided into P to U regions according to the radius. In the areas of Q, R, T, and U, fluid ejection portions Z1, Z2, Z3, and Z4 each having a fluid ejection port that ejects gas are provided.
該流体噴出部Z1(ゾーン圧力1)、Z2(ゾーン圧力2)、Z3(ゾーン圧力3)、Z4(ゾーン圧力4)に対応した第1〜第4分圧レギュレータは、制御部からの制御信号C、C1〜C4により制御される。 The first to fourth partial pressure regulators corresponding to the fluid ejection portions Z1 (zone pressure 1), Z2 (zone pressure 2), Z3 (zone pressure 3), and Z4 (zone pressure 4) are control signals from the control portion. Controlled by C, C1 to C4.
そして、図3又は図4に示すように、化学機械研磨装置1におけるプラテン2の上部の部分又は研磨ヘッド3のキャリア8の部分に、研磨終了時点の予測・検出装置33がそれぞれ一つずつ組み込まれている。研磨終了時点の予測・検出装置33がプラテン2側に組み込まれたとき、該研磨終了時点の予測・検出装置33からの特徴のある変化等の検出信号は、スリップリング32を介して外部に出力される。 Then, as shown in FIG. 3 or FIG. 4, one prediction / detection device 33 at the end of polishing is incorporated in each of the upper part of the platen 2 or the carrier 8 of the polishing head 3 in the chemical mechanical polishing apparatus 1. It is. When the prediction / detection device 33 at the end of polishing is incorporated on the platen 2 side, detection signals such as characteristic changes from the prediction / detection device 33 at the end of polishing are output to the outside via the slip ring 32. Is done.
なお、研磨終了時点の予測・検出装置33は、プラテン2の上部の部分又は研磨ヘッド3のキャリア8の部分に、それぞれ二つ以上を組み込んでもよい。研磨終了時点の予測・検出装置33を二つ以上を組み込んで、回転方向前方側の研磨終了時点の予測・検出装置33から、時系列的に膜厚情報を採取することで、ウェーハW面内における導電性膜28の膜厚変化の分布情報等が得られる。 Note that two or more prediction / detection devices 33 at the end of polishing may be incorporated in the upper portion of the platen 2 or the carrier 8 portion of the polishing head 3. By incorporating two or more prediction / detection devices 33 at the end of polishing and collecting film thickness information in time series from the prediction / detection device 33 at the end of polishing on the front side in the rotation direction, The distribution information of the change in the film thickness of the conductive film 28 is obtained.
図5は研磨終了時点の予測・検出装置33の構成例を示す図であり、(a)はブロック図、(b)は平面状インダクタの他の構成例を示す図、(c)は図(b)の平面状インダクタの断面図である。該研磨終了時点の予測・検出装置33における高周波インダクタ型センサ34の主体を構成している発振回路35は、インダクタンスLとなる二次元の平面状インダクタ36に、キャパシタンスC0となる集中定数キャパシタ37が直列に接続されて、LC回路が構成されている。前記平面状インダクタ36は、絶縁物からなる方形状等の基板36a上に、Cu等の導電物質を用いてメアンダ形に構成されている。 FIG. 5 is a diagram showing a configuration example of the prediction / detection device 33 at the end of polishing, where (a) is a block diagram, (b) is a diagram showing another configuration example of a planar inductor, and (c) is a diagram ( It is sectional drawing of the planar inductor of b). The oscillation circuit 35 constituting the main body of the high-frequency inductor type sensor 34 in the prediction / detection device 33 at the time of completion of polishing has a lumped constant capacitor 37 having a capacitance C 0 in addition to a two-dimensional planar inductor 36 having an inductance L. Are connected in series to form an LC circuit. The planar inductor 36 is formed in a meander shape using a conductive material such as Cu on a rectangular substrate 36a made of an insulator.
該平面状インダクタ36は、図5(a)に示すメアンダ形の他に、図5(b)に示す平面状インダクタ41のように、方形状の基板41a上に、角形のスパイラルで構成してもよく、また、図示しない丸形のスパイラルとしてもよい。二次元の平面状インダクタ36,41は、ガラス・エポキシや紙・フェノール等の絶縁物からなる基板36a,41a上にCu等の導電膜を成膜後、エッチング等で製作することで、線幅を非常に微細化して製作することができ、全体形状も図5(c)に示すように、一辺が23mm程度の方形状等に小型化することができる。そして、平面状インダクタ36,41の小形化により微小な磁場を効率よく発生させることができ、磁場を導電性膜28の内部に深く浸透させることなく、該導電性膜28が除去される終点付近の変化挙動を精度よく検出することが可能となる。 In addition to the meander shape shown in FIG. 5 (a), the planar inductor 36 is configured by a square spiral on a rectangular substrate 41a like a planar inductor 41 shown in FIG. 5 (b). Alternatively, a round spiral (not shown) may be used. The two-dimensional planar inductors 36 and 41 are formed by forming a conductive film such as Cu on a substrate 36a or 41a made of an insulating material such as glass, epoxy, paper, or phenol, and then manufacturing the film by etching or the like. As shown in FIG. 5C, the overall shape can be reduced to a square shape having a side of about 23 mm. Further, by miniaturizing the planar inductors 36 and 41, a minute magnetic field can be generated efficiently, and the vicinity of the end point where the conductive film 28 is removed without causing the magnetic field to penetrate deeply into the conductive film 28. It is possible to accurately detect the change behavior of.
前記LC回路からの出力信号はオペアンプ等で構成された増幅器38に入力され、該増幅器38の出力は抵抗等で構成されたフィードバック・ネットワーク39に入力されている。フィードバック・ネットワーク39の出力信号が、平面状インダクタ36にポジティブ・フィードバックされることにより、該平面状インダクタ36を含めて発振回路35が構成されている。 An output signal from the LC circuit is input to an amplifier 38 composed of an operational amplifier or the like, and an output of the amplifier 38 is input to a feedback network 39 composed of a resistor or the like. The output signal of the feedback network 39 is positively fed back to the planar inductor 36, whereby the oscillation circuit 35 is configured including the planar inductor 36.
該発振回路35は、基本的には、図6の構成例に示すように、その発振周波数帯fが、次式(1)に示すように、平面インダクタ36のインダクタンスLと集中定数キャパシタ37のキャパシタンスC0で決まるコルピッツ型等の発振回路となっている。 The oscillation circuit 35 basically has an oscillation frequency band f having an inductance L of the planar inductor 36 and a lumped constant capacitor 37 as shown in the following equation (1), as shown in the configuration example of FIG. It has an oscillation circuit of the Colpitts like determined by the capacitance C 0.
前記増幅器38の出力端子には、周波数カウンタ40が接続されている。該周波数カウンタ40から後述する特徴のある変化を示す検出信号等がデジタルで外部に出力される。検出信号出力をデジタルで伝送することで、ノイズの影響及び出力の減衰が防止される。また、膜厚データの管理容易性が得られる。 A frequency counter 40 is connected to the output terminal of the amplifier 38. The frequency counter 40 outputs a detection signal or the like indicating a characteristic change described later in digital form. By digitally transmitting the detection signal output, the influence of noise and output attenuation are prevented. In addition, manageability of the film thickness data can be obtained.
前記平面状インダクタ36を含む高周波インダクタ型センサ34と該周波数カウンタ40とを含めて研磨終了時点の予測・検出装置33が構成されている。高周波インダクタ型センサ34おける発振回路35と、その発振(共振)周波数の変化をモニタするための周波数カウンタ40とを近接して配置することで、該発振回路35と周波数カウンタ40間の配線・結線部分で分布定数回路を形成してインダクタンスやキャパシタンスが不要に大きくなるのが防止されて、高周波インダクタ型センサ34付近にもたらされる導電性膜28の研磨の進行に伴う磁束の変化を精度よく検出することが可能となる。 A high-frequency inductor type sensor 34 including the planar inductor 36 and the frequency counter 40 constitute a polishing end prediction / detection device 33. By arranging the oscillation circuit 35 in the high-frequency inductor sensor 34 and the frequency counter 40 for monitoring the change of the oscillation (resonance) frequency in close proximity, wiring / connection between the oscillation circuit 35 and the frequency counter 40 is performed. A distributed constant circuit is formed in the portion to prevent the inductance and capacitance from becoming unnecessarily large, and a change in magnetic flux accompanying the progress of polishing of the conductive film 28 provided in the vicinity of the high-frequency inductor sensor 34 is accurately detected. It becomes possible.
該研磨終了時点の予測・検出装置33は、平面状インダクタ36を除いた他の構成部品ないしは回路がIC(集積回路)化されてパッケージ33aに内装されている。前記平面状インダクタ36は、薄い絶縁膜で被覆されてパッケージ33aの表面に固定されている。パッケージ化された研磨終了時点の予測・検出装置33が前記化学機械研磨装置1に組み込まれるとき、前記図3、図4に示したように、平面状インダクタ36がウェーハW表面部の導電性膜28と対峙するように組み込まれる。 In the prediction / detection device 33 at the end of the polishing, other components or circuits excluding the planar inductor 36 are integrated into an IC (integrated circuit) and incorporated in a package 33a. The planar inductor 36 is covered with a thin insulating film and fixed to the surface of the package 33a. When the packaged polishing end prediction / detection device 33 is incorporated in the chemical mechanical polishing device 1, as shown in FIGS. 3 and 4, the planar inductor 36 is a conductive film on the surface of the wafer W. It is incorporated so as to face 28.
また、発振回路35を構成している前記集中定数キャパシタ37はキャパシタンスが可変となっており、高周波インダクタ型センサ34は前記発振周波数帯の範囲内で、発振周波数を選択できるようになっている。 The capacitance of the lumped constant capacitor 37 constituting the oscillation circuit 35 is variable, and the high frequency inductor sensor 34 can select an oscillation frequency within the range of the oscillation frequency band.
本実施例では研磨中の所定の導電性膜28が該所定の導電性膜28の表皮深さδに対応する膜厚になった場合の磁束変化を基に後述する特徴のある変化の検出を行っている。所定の導電性膜28における表皮深さδは、該所定の導電性膜28の材質と高周波インダクタ型センサ34の発振周波数fとに依存して式(2)のように決まる。 In this embodiment, detection of a characteristic change described later is performed based on the change in magnetic flux when the predetermined conductive film 28 being polished has a film thickness corresponding to the skin depth δ of the predetermined conductive film 28. Is going. The skin depth δ in the predetermined conductive film 28 is determined as shown in Expression (2) depending on the material of the predetermined conductive film 28 and the oscillation frequency f of the high-frequency inductor sensor 34.
ω:2πf、μ:透磁率、σ:導電率である。 ω: 2πf, μ: permeability, σ: conductivity.
そして、該表皮深さδが、所定の導電性膜28の初期膜厚よりも小さく研磨終期において埋め込み部を除いた部分の所定の導電性膜28の膜厚より大になるように高周波インダクタ型センサ34の発振周波数fが選択されている。研磨除去対象の導電性膜28の材質がCuの場合において、前記発振周波数帯は、20MHz以上が選択される。 Then, the high-frequency inductor type is used so that the skin depth δ is smaller than the initial film thickness of the predetermined conductive film 28 and larger than the film thickness of the predetermined conductive film 28 in the portion excluding the buried portion at the end of polishing. The oscillation frequency f of the sensor 34 is selected. When the material of the conductive film 28 to be polished and removed is Cu, the oscillation frequency band is selected to be 20 MHz or higher.
ここで、前記「表皮深さに対応する膜厚」及び「表皮効果によって生じる磁束変化」について、図7の(a)〜(d)を用いて説明する。図7はコイルから発生した磁場が導体膜上でどのような向き((a)〜(d)各図中下方の矢印→)に配列しているかを電磁シミュレーションした結果を示す図であり、同図(a)はセンサからの発振周波数が1MHzで導体膜の膜厚が0.2μmの場合、同図(b)はセンサからの発振周波数が1MHzで導体膜の膜厚が1μmの場合、同図(c)はセンサからの発振周波数が40MHzで導体膜の膜厚が0.2μmの場合、同図(d)はセンサからの発振周波数が40MHzで導体膜の膜厚が1μmの場合である。 Here, “the film thickness corresponding to the skin depth” and “the magnetic flux change caused by the skin effect” will be described with reference to FIGS. FIG. 7 is a diagram showing the result of electromagnetic simulation on the direction ((a) to (d) the arrow in the lower part of each figure) in which the magnetic field generated from the coil is arranged on the conductor film. FIG. 4A shows the case where the oscillation frequency from the sensor is 1 MHz and the film thickness of the conductor film is 0.2 μm. FIG. 5B shows the case where the oscillation frequency from the sensor is 1 MHz and the film thickness of the conductor film is 1 μm. FIG. 4C shows the case where the oscillation frequency from the sensor is 40 MHz and the film thickness of the conductor film is 0.2 μm, and FIG. 4D shows the case where the oscillation frequency from the sensor is 40 MHz and the film thickness of the conductor film is 1 μm. .
電磁シミュレーションの設定は、磁場を形成するインダクタは指向性を持たない平面状インダクタとした。前記「表皮深さに対応する膜厚」とは、「表皮効果によって磁束変化が生じる膜厚」のことである。センサの発振周波数が1MHzではコイルの下側に存在する導体膜上の磁束は縦方向を向いている。この周波数では、膜厚が1μm及び0.2μmであっても、導体膜内を磁束が貫通している(図7(a)、(b))。こうした導体膜内を磁束が貫通する場合は、従来例に示されているように、導体膜内部に発生する渦電流は、膜厚減少に伴って減少する。よって、1MHzの場合、1μm以下の膜厚では、単調な挙動であるため、表皮効果は現れず、「表皮深さに対応する膜厚」も少なくとも1μmよりも厚い膜厚と考えられる。 In the electromagnetic simulation setting, the inductor that forms the magnetic field is a planar inductor having no directivity. The “film thickness corresponding to the skin depth” means “film thickness at which magnetic flux changes due to the skin effect”. When the oscillation frequency of the sensor is 1 MHz, the magnetic flux on the conductor film existing on the lower side of the coil is directed in the vertical direction. At this frequency, even if the film thickness is 1 μm and 0.2 μm, the magnetic flux penetrates through the conductor film (FIGS. 7A and 7B). When the magnetic flux penetrates through such a conductor film, as shown in the conventional example, the eddy current generated inside the conductor film decreases as the film thickness decreases. Therefore, in the case of 1 MHz, the film thickness is 1 μm or less, which is a monotonous behavior. Therefore, the skin effect does not appear, and the “film thickness corresponding to the skin depth” is also considered to be at least 1 μm thick.
これに対し、センサの発振周波数が40MHzでは、明らかに導体表面での磁束向きが水平であり、膜厚が1μmでは、殆ど導体内部に入り込んでいない(図7(d))。明らかに、先の発振周波数が1MHzで膜厚が1μmの場合(図7(b))と比較すると、導体膜に入り込む磁束の向きが異なることが分かる。 On the other hand, when the oscillation frequency of the sensor is 40 MHz, the direction of magnetic flux on the conductor surface is clearly horizontal, and when the film thickness is 1 μm, it hardly penetrates into the conductor (FIG. 7 (d)). Obviously, the direction of the magnetic flux entering the conductor film is different from the case where the oscillation frequency is 1 MHz and the film thickness is 1 μm (FIG. 7B).
しかし、発振周波数が40MHzで導体膜が0.2μmまで薄くなると(図7(c))、一部の磁束のみが導体膜内部方向へ向いている。これは導体膜がCuでも、ある薄さになると一部の磁束が導体膜内を貫通することを示している。 However, when the oscillation frequency is 40 MHz and the conductor film is thinned to 0.2 μm (FIG. 7C), only a part of the magnetic flux is directed toward the inside of the conductor film. This indicates that even if the conductor film is Cu, a part of the magnetic flux penetrates the conductor film when the conductor film is thin.
この40MHzの交番変化する磁束の場合、表皮効果に対応して、導体膜内の磁束の貫通状態が変化する。貫通磁束が徐々に増加する影響で、周波数は約700Å前後まで急激に上昇する。なお、膜厚が1μm以上では磁束は殆ど貫通していない。よって、この場合、「表皮深さに対応した膜厚」は約1μmということができる。このことからも、発振周波数を40MHzと高くし、平面状インダクタを使用すると、1μm厚みのCu導体膜内に磁束は殆ど入り込まず、これは表皮効果によるものである。 In the case of the alternating magnetic flux of 40 MHz, the penetration state of the magnetic flux in the conductor film changes corresponding to the skin effect. Due to the effect of gradually increasing the penetrating magnetic flux, the frequency rapidly rises to about 700 mm. When the film thickness is 1 μm or more, the magnetic flux hardly penetrates. Therefore, in this case, the “film thickness corresponding to the skin depth” can be about 1 μm. For this reason, when the oscillation frequency is increased to 40 MHz and a planar inductor is used, almost no magnetic flux enters the 1 μm thick Cu conductor film, which is due to the skin effect.
Cu導体膜で発振周波数が40MHzの場合、Cuの導電率を58×106S/mとすると、表皮深さδは9.34μmになる。計算上は、膜厚が1μmだと磁束は導体膜内に十分入り込む計算になるが、平面状インダクタを使用しており、磁束に指向性がないことから、実際は発振周波数が40MHzの場合、膜厚が1μmでも表皮効果によって磁場は導体膜内に侵入しない。導体膜が薄くなるにつれて一部の磁束が導体膜内に入り込み、わずかに渦電流が発生する。このことより、渦電流を積極的に利用して膜厚測定するのではなく、終点付近の薄い膜厚になったときに、表皮効果により、わずかに漏洩・貫通する磁束を利用して、導体膜内に誘起される相互インダクタンスの変曲点(極大点)を利用して該導体膜の終点付近の膜厚状態をモニタすることが可能となる。 When the Cu conductor film has an oscillation frequency of 40 MHz and the Cu conductivity is 58 × 10 6 S / m, the skin depth δ is 9.34 μm. In the calculation, if the film thickness is 1 μm, the magnetic flux sufficiently enters the conductor film, but since a planar inductor is used and the magnetic flux has no directivity, the film actually has an oscillation frequency of 40 MHz. Even if the thickness is 1 μm, the magnetic field does not enter the conductor film due to the skin effect. As the conductor film becomes thinner, part of the magnetic flux enters the conductor film and a slight eddy current is generated. From this, instead of actively using eddy currents to measure the film thickness, when a thin film thickness near the end point is reached, a slight leakage / penetration magnetic flux is used due to the skin effect to make the conductor The inflection point (maximum point) of the mutual inductance induced in the film can be used to monitor the film thickness state near the end point of the conductor film.
次に、上述のように構成された研磨終了時点の予測・検出装置が組み込まれた化学機械研磨装置の研磨作用及び研磨終了時点の予測・検出方法を、図8、図9(a)〜(e)及び該図9の比較例としての図10(a)〜(e)を用いて説明する。図8は高周波インダクタ型センサにおける電磁結合で発生する磁場によるインダクタンスの変化作用を説明するための図、図9は導電性膜の研磨削除に伴う磁束及び渦電流の変化例及び特徴のある変化の検出作用を説明するための組図であり、(a)〜(d)は導電性膜の研磨削除に伴う磁束及び渦電流の変化例を示す図、(e)は導電性膜の膜厚変化に対する共振周波数の変化例を示す特性図である。図9(a)〜(d)では、平面状インダクタ36が、図を見やすくするため、スパイラル形に表示されている。 Next, the polishing action and the prediction / detection method of the polishing end point of the chemical mechanical polishing apparatus incorporating the polishing end point prediction / detection apparatus configured as described above will be described with reference to FIGS. This will be described with reference to e) and FIGS. 10A to 10E as comparative examples of FIG. FIG. 8 is a diagram for explaining the action of changing the inductance due to the magnetic field generated by electromagnetic coupling in the high-frequency inductor type sensor, and FIG. 9 is an example of the change in magnetic flux and eddy current and the characteristic change due to the removal of the polishing of the conductive film. It is a group diagram for explaining a detection action, (a)-(d) is a figure showing an example of change of magnetic flux and eddy current accompanying polishing removal of a conductive film, and (e) is a film thickness change of a conductive film. It is a characteristic view which shows the example of a change of the resonant frequency with respect to. In FIGS. 9A to 9D, the planar inductor 36 is displayed in a spiral shape for easy viewing of the drawing.
まず、化学機械研磨装置1における研磨ヘッド3を図示しない移動機構により所定箇所に待機中の導電性膜28が非研磨のウェーハW上に載置する。そして、該研磨ヘッド3のバキュームライン24を作動させ、バキューム口19a及び孔22(バキューム孔)を介して弾性シート11下面のエアー室29を真空にし、これにより前記導電性膜28が非研磨のウェーハWを吸着保持し、そして、前記移動機構により、該導電性膜28が非研磨のウェーハWを吸着保持した研磨ヘッド3をプラテン2上に運び、該ウェーハWを、導電性膜28が研磨パッド6に対接するようにプラテン2上に載置する。 First, the standby conductive film 28 is placed on a non-polished wafer W at a predetermined position by a moving mechanism (not shown) in the chemical mechanical polishing apparatus 1. Then, the vacuum line 24 of the polishing head 3 is operated, and the air chamber 29 on the lower surface of the elastic sheet 11 is evacuated through the vacuum port 19a and the hole 22 (vacuum hole), whereby the conductive film 28 is unpolished. The wafer W is sucked and held, and the moving mechanism carries the polishing head 3 on which the conductive film 28 sucks and holds the unpolished wafer W onto the platen 2, and the conductive film 28 polishes the wafer W. It is placed on the platen 2 so as to contact the pad 6.
前記バキュームライン24はウェーハW上部の導電性膜28の研磨作業が終了したとき、再び、該バキュームライン24の作動により前記ウェーハWを該研磨ヘッド3によって吸着保持し、図示しない洗浄装置へ搬送するときにも用いられる。 When the polishing operation of the conductive film 28 on the upper portion of the wafer W is completed, the vacuum line 24 sucks and holds the wafer W by the polishing head 3 again by the operation of the vacuum line 24 and transports it to a cleaning device (not shown). Sometimes used.
次いで、前記バキュームライン24の作動を解除し、図示しないポンプからエアバック25にエアーを供給して該エアバック25を膨らませる。これと同時にキャリア8に設けたエアー吹出し口19からエアー室29にエアーを供給する。これにより、エアー室29の内圧が高くなる。 Next, the operation of the vacuum line 24 is released, and air is supplied to the airbag 25 from a pump (not shown) to inflate the airbag 25. At the same time, air is supplied to the air chamber 29 from the air outlet 19 provided in the carrier 8. Thereby, the internal pressure of the air chamber 29 becomes high.
前記エアバック25の膨らみによって、前記ウェーハW上部の導電性膜28とリテーナリング9が所定の圧力で研磨パッド6に押し付けられる。この状態でプラテン2を図1の矢印A方向に回転させるとともに研磨ヘッド3を図1の矢印B方向に回転させ、回転する研磨パッド6上に図示しないノズルからスラリーを供給してウェーハW上部の所定の導電性膜28を研磨する。 Due to the expansion of the air bag 25, the conductive film 28 and the retainer ring 9 on the wafer W are pressed against the polishing pad 6 with a predetermined pressure. In this state, the platen 2 is rotated in the direction of arrow A in FIG. 1 and the polishing head 3 is rotated in the direction of arrow B in FIG. 1, and slurry is supplied from a nozzle (not shown) onto the rotating polishing pad 6. The predetermined conductive film 28 is polished.
そして、次のように、高周波インダクタ型センサ34における平面インダクタ36で形成される磁束により研磨に伴う該磁束の独特な変化を基に特徴のある変化が検出され該特徴のある変化から粗研磨と仕上げ研磨との研磨条件変更時点が検出される。 Then, as described below, a characteristic change is detected based on a unique change in the magnetic flux accompanying polishing due to the magnetic flux formed by the planar inductor 36 in the high-frequency inductor sensor 34, and rough polishing is performed from the characteristic change. The time point for changing the polishing condition with the finish polishing is detected.
平面インダクタ36が発振回路35から発振される高周波で駆動され、該平面インダクタ36からその高周波の周期に対応して時間的に変化する磁束φが発生する。研磨初期において所定の導電性膜28に誘起される磁束φは、前記表皮深さδの領域のみを膜面に沿ってほぼ平行に通過し、所定の導電性膜28における表皮深さδを超えた領域への磁束φの侵入は回避される(図9(a))。また、高周波インダクタ型センサ34から発振される共振周波数も所定の導電性膜28の膜厚変化に関係なく一定に保持される(図9(e)のa領域)。 The planar inductor 36 is driven at a high frequency oscillated from the oscillation circuit 35, and a magnetic flux φ that changes with time corresponding to the period of the high frequency is generated from the planar inductor 36. The magnetic flux φ induced in the predetermined conductive film 28 in the initial stage of polishing passes only the region having the skin depth δ substantially in parallel along the film surface, and exceeds the skin depth δ in the predetermined conductive film 28. Intrusion of the magnetic flux φ into the area is avoided (FIG. 9A). Further, the resonance frequency oscillated from the high-frequency inductor sensor 34 is also kept constant irrespective of the change in the film thickness of the predetermined conductive film 28 (region a in FIG. 9E).
研磨が進行して所定の導電性膜28が前記表皮深さδと同等もしくはその付近の膜厚になると、一部の磁束φが所定の導電性膜28を貫通して漏洩磁束φLが生じ始める。所定の導電性膜28を貫通しない磁束φは、そのまま膜面に沿ってほぼ平行に通過する。そして、所定の導電性膜28中に貫通した漏洩磁束φL数に比例して渦電流Ieが発生する(図9(b))。 When the polishing progresses and the predetermined conductive film 28 has a film thickness equal to or near the skin depth δ, a part of the magnetic flux φ penetrates the predetermined conductive film 28 and a leakage magnetic flux φ L is generated. start. The magnetic flux φ that does not penetrate the predetermined conductive film 28 passes through the film surface almost in parallel. Then, an eddy current Ie is generated in proportion to the number of leakage magnetic fluxes φ L penetrating into the predetermined conductive film 28 (FIG. 9B).
さらに研磨が進行すると、漏洩磁束φLが増えて渦電流Ieが導電性膜28の膜面に沿った広い領域に発生する(図9(c))。この広い領域に発生した渦電流Ieが、図8に示すように、さらに磁場Mを作り、その磁場Mが元の平面状インダクタ36から発生した磁束φLを打ち消すように作用する。結果的に導電性膜28が形成した磁場Mによって、相互インダクタンスLmが上昇し、元の平面状インダクタ36の見かけ上のインダクタンスLが低下する。その結果、高周波インダクタ型センサ34から発振される発振周波数fは、式(3)のように増大する。 Moreover the polishing progresses, generated wide region eddy current Ie is increasing leakage flux phi L is along the film surface of the conductive film 28 (FIG. 9 (c)). As shown in FIG. 8, the eddy current Ie generated in the wide area further creates a magnetic field M, and the magnetic field M acts to cancel the magnetic flux φ L generated from the original planar inductor 36. As a result, due to the magnetic field M formed by the conductive film 28, the mutual inductance Lm increases, and the apparent inductance L of the original planar inductor 36 decreases. As a result, the oscillation frequency f oscillated from the high-frequency inductor type sensor 34 increases as shown in Expression (3).
したがって、相互インダクタンスの発生により、センサ回路系のインダクタンスが等価的に減少して高周波インダクタ型センサ34から発振される共振周波数が上昇する(図9(e)のb、cの領域)。 Therefore, due to the mutual inductance, the inductance of the sensor circuit system is equivalently reduced and the resonance frequency oscillated from the high-frequency inductor sensor 34 is increased (regions b and c in FIG. 9E).
さらに研磨の進行により漏洩磁束φLは増えて飽和する。しかし渦電流Ieは、所定の導電性膜28の膜厚体積の減少に伴い急速に減少する(図9(d))。この渦電流Ieの急速な減少により前記相互インダクタンスも急速に減少する。この相互インダクタンスの急速な減少は、前記式(3)におけるインダクタンスの減少分Lmの低下につながり、結果としてセンサ回路系のインダクタンスが等価的に増加し、高周波インダクタ型センサ34から発振される共振周波数が急速に低下する(図9(e)のd領域)。 Furthermore the leakage flux phi L with the progress of polishing is increased by saturated. However, the eddy current Ie rapidly decreases as the film thickness volume of the predetermined conductive film 28 decreases (FIG. 9D). Due to the rapid decrease of the eddy current Ie, the mutual inductance also decreases rapidly. This rapid decrease in mutual inductance leads to a decrease in inductance Lm in equation (3). As a result, the inductance of the sensor circuit system increases equivalently, and the resonance frequency oscillated from the high-frequency inductor sensor 34 is increased. Decreases rapidly (region d in FIG. 9E).
このように、研磨の進行により所定の導電性膜28が表皮深さδと同等もしくはその付近の膜厚になった以降において、渦電流Ieが発生しその後の急速な減少によりセンサ回路系のインダクタンスが一旦減少してその後増加に転じる。この挙動により高周波インダクタ型センサ34から発振される共振周波数の波形にピーク(変曲点)Pを含む特徴のある変化Vが発生する。この特徴のある変化Vから粗研磨と仕上げ研磨との研磨条件変更時点が検出されるとともに研磨終了時点が予測・検出される。 As described above, after the predetermined conductive film 28 becomes a film thickness equivalent to or near the skin depth δ due to the progress of polishing, the eddy current Ie is generated, and the rapid decrease thereafter, the inductance of the sensor circuit system. Decreases once and then increases. This behavior causes a characteristic change V including a peak (inflection point) P in the waveform of the resonance frequency oscillated from the high frequency inductor sensor 34. From this characteristic change V, the polishing condition change time point between the rough polishing and the final polishing is detected, and the polishing end time point is predicted and detected.
図11(a)を用いて後述するように、研磨条件変更時点を検出する特徴のある変化Vは上記ピーク(変曲点)Pのみに限らず、該ピーク(変曲点)Pの前後における上昇開始点、上昇率、上昇量、下降率もしくは上昇から下降の変化量も含まれる。所定の導電性膜28がCuの場合、特徴のある変化Vにおけるピーク(変曲点)Pが検出された時点の残膜量は、ほぼ710Å程度であり、該残膜量に対し仕上げ研磨が行われて研磨を終了する。 As will be described later with reference to FIG. 11A, the characteristic change V for detecting the polishing condition change time point is not limited to the peak (inflection point) P but before and after the peak (inflection point) P. The starting point of increase, the rate of increase, the amount of increase, the rate of decrease, or the amount of change from increase to decrease is also included. When the predetermined conductive film 28 is Cu, the residual film amount at the time when a peak (inflection point) P at the characteristic change V is detected is about 710 mm, and the final polishing is performed with respect to the residual film amount. The polishing is finished.
該仕上げ研磨条件は、例えばウェーハWへの加圧力、プラテン2及び研磨ヘッド3の回転数、スラリー成分、スラリー流量、並びに研磨パッド6のドレッシング条件等の変更により設定される。そして、特徴のある変化Vのうち、特にピーク(変曲点)Pから、該ピーク(変曲点)Pにおける残膜量である表皮深さに対応した膜厚を所要の研磨レートで予め設定した研磨時間分研磨した後に研磨終了とする。又は、研磨初期からピーク(変曲点)Pが検出されるまでの時間と、該ピーク(変曲点)Pに達するまでの研磨量から、その間における研磨レートを算出し、ピーク(変曲点)Pにおける残膜量である表皮深さに対応した膜厚を前記研磨レートで除することでピーク(変曲点)P検出後の所要研磨時間を算出する。そして、ピーク(変曲点)Pの検出後に、前記算出された研磨時間分だけ研磨することで研磨を終了する。 The finish polishing conditions are set, for example, by changing the pressure applied to the wafer W, the rotation speed of the platen 2 and the polishing head 3, the slurry component, the slurry flow rate, the dressing conditions of the polishing pad 6, and the like. Of the characteristic changes V, in particular, from the peak (inflection point) P, a film thickness corresponding to the skin depth, which is the amount of remaining film at the peak (inflection point) P, is set in advance at a required polishing rate. The polishing is finished after polishing for the polishing time. Alternatively, the polishing rate is calculated from the time until the peak (inflection point) P is detected from the initial stage of polishing and the polishing amount until the peak (inflection point) P is reached, and the peak (inflection point) is calculated. ) The required polishing time after detecting the peak (inflection point) P is calculated by dividing the film thickness corresponding to the skin depth, which is the amount of remaining film in P, by the polishing rate. Then, after the peak (inflection point) P is detected, the polishing is finished by polishing for the calculated polishing time.
次いで、図10(a)〜(e)の比較例を説明する。該比較例では、表皮深さδが、導電性膜28の初期膜厚よりも大になるような周波数が適用されている。このような周波数が適用されることで、研磨初期から研磨終期までの膜厚変化のモニタの間、導電性膜28に誘起される磁束φは全て該導電性膜28を貫通して絶えず漏洩磁束φLが発生している。したがって、膜厚変化のモニタの間、該漏洩磁束φL数に比例した渦電流Ieが発生する(図10の(a)〜(d))。このため、この渦電流Ieにより導電性膜28と前記平面インダクタとの間に大きな相互インダクタンスが発生し、この相互インダクタンスによるインダクタンスの減少分Lmにより、センサから発振される発振周波数fは、研磨初期から前記式(3)のようになる。 Next, a comparative example of FIGS. 10A to 10E will be described. In the comparative example, a frequency is applied such that the skin depth δ is larger than the initial film thickness of the conductive film 28. When such a frequency is applied, all the magnetic flux φ induced in the conductive film 28 continuously leaks through the conductive film 28 during monitoring of the film thickness change from the initial polishing to the final polishing. φ L is generated. Accordingly, during the monitoring of the thickness change, an eddy current Ie is proportional to the leakage magnetic flux phi L number is generated (in Fig. 10 (a) ~ (d) ). For this reason, a large mutual inductance is generated between the conductive film 28 and the planar inductor due to the eddy current Ie, and the oscillation frequency f oscillated from the sensor by the decrease Lm of the inductance due to the mutual inductance is equal to the initial polishing time. Thus, the above equation (3) is obtained.
そして、研磨の進行による膜厚の減少にしたがって渦電流Ieは急激に減少し(図10の(b)から(d))、これに伴って相互インダクタンスが減少して前記式(3)中のインダクタンスの減少分Lmも減少する。この結果、センサ回路系のインダクタンスが等価的に増加してセンサから発振される共振周波数が単調減少する(図10の(e))。 Then, the eddy current Ie sharply decreases as the film thickness decreases due to the progress of polishing (from (b) to (d) in FIG. 10), and the mutual inductance decreases accordingly. The inductance decrease Lm also decreases. As a result, the inductance of the sensor circuit system increases equivalently, and the resonance frequency oscillated from the sensor decreases monotonously ((e) in FIG. 10).
このように、比較例では、共振周波数は単調減少カーブを描くため、研磨初期からの膜厚減少量を見積もることは可能だが、研磨終了時点もしくは研磨終了点手前の粗研磨と仕上げ研磨との研磨条件変更時点を厳密に判別することはできない。例えば、微妙な設定により浮遊容量Cが変化したとき、全体的な図10(e)の共振周波数は、波形全体にわたって上下にシフトする。このため、仮にある設定の周波数になったときに研磨終了点とする設定をしていても、全体的に共振周波数がシフトすれば、閾値は設定できない。また、初期膜厚からの除去量の状態を渦電流変化でリアルタイムにモニタしたとしても、初期膜厚がばらついている場合、研磨終了点となる状態の膜厚もばらつくことになる。波形の特徴がないため、この場合も上記と同様に閾値は設定できない。 In this way, in the comparative example, the resonance frequency has a monotonously decreasing curve, so it is possible to estimate the amount of film thickness reduction from the beginning of polishing, but polishing with rough polishing and final polishing at the end of polishing or before the end of polishing. The condition change point cannot be determined accurately. For example, when the stray capacitance C changes due to delicate settings, the overall resonance frequency in FIG. 10E shifts up and down over the entire waveform. For this reason, even if the polishing end point is set when a certain set frequency is reached, the threshold value cannot be set if the overall resonance frequency shifts. Even if the state of the removal amount from the initial film thickness is monitored in real time by changes in eddy current, if the initial film thickness varies, the film thickness at the polishing end point also varies. Since there is no waveform feature, the threshold cannot be set in this case as well.
図11の(a)、(b)は、研磨対象の導電性膜がバリア膜(Ta/TaN)上のCu膜の場合について、粗研磨と仕上げ研磨との研磨条件変更時点の検出を説明するための図である。同図(a)は研磨の進行に伴うCu膜の膜厚と共振周波数との関係を示す図、(b)はTa/TaN上にCu膜が積層されたウェーハWa例を示す図である。図11(a)における縦軸のカウント値は共振周波数に対応する。図11(a)において、Cu膜の初期膜厚は、ほぼ1.5μm(15000Å)である。Cu膜は、研磨の進行に伴って共振周波数は膜厚が約1μm(10000Å)付近から徐々に上昇し、710Å付近で最大値をとって特徴のある変化Vが急峻な上昇と急峻な下降を伴った変曲点(ピーク)Pを持つ顕著な変化として出現する。 (A) and (b) of FIG. 11 illustrate detection at the time when the polishing conditions are changed between rough polishing and final polishing when the conductive film to be polished is a Cu film on the barrier film (Ta / TaN). FIG. FIG. 4A is a diagram showing the relationship between the film thickness of the Cu film and the resonance frequency as the polishing progresses, and FIG. 4B is a diagram showing an example of a wafer Wa in which a Cu film is laminated on Ta / TaN. The count value on the vertical axis in FIG. 11A corresponds to the resonance frequency. In FIG. 11A, the initial film thickness of the Cu film is approximately 1.5 μm (15000 mm). As the polishing progresses, the resonance frequency of the Cu film gradually increases from about 1 μm (10000 mm) near the film thickness, and reaches a maximum value near 710 mm, and the characteristic change V has a sharp rise and a sharp fall. It appears as a significant change with an accompanying inflection point (peak) P.
したがって、研磨条件変更時点の検出は、該特徴のある変化Vにおける変曲点(ピーク)Pを用いる場合に限らず、該特徴のある変化Vにおける上昇開始点Q1、該上昇開始点Q1と変曲点(ピーク)P間の上昇率もしくは上昇量、下降点Q2における下降率、又は変曲点(ピーク)Pと下降点Q2間の下降の変化量の少なくともいずれかを用いても研磨条件変更時点を検出することができる。このように、バリア膜(Ta/TaN)上のCu膜は、ピーク(変曲点)Pを含む特徴のある変化Vが顕著に生じて粗研磨と仕上げ研磨との研磨条件変更時点が精度よく検知される。 Thus, the detection of the polishing condition changing time, not only in the case of using the inflection point (peak) P in the change V with the feature, increase start point Q 1 in the change V with the feature, the increase start point Q 1 and inflection point (peak) increase rate or increase amount among P, falling rate of descent point Q 2, or inflection point (peak) using at least one of P and the variation of the downward between falling point Q 2 Also, it is possible to detect the polishing condition change time. As described above, in the Cu film on the barrier film (Ta / TaN), the characteristic change V including the peak (inflection point) P occurs remarkably, and the polishing condition change time point between the rough polishing and the final polishing is accurately changed. Detected.
図12は、ウェーハW表面部に形成された溝パターン上に、バリア膜(Ta/TaN)を介して成膜したCu膜をCMPにより研磨してCu配線パターンを形成するプロセスの一部を説明するための図である。同図(a)は研磨初期状態、(b)は粗研磨によりCu膜が平坦化された状態、(c)は不要部分のCu膜が除去されてCu配線が形成された状態をそれぞれ示している。 FIG. 12 illustrates a part of a process for forming a Cu wiring pattern by polishing a Cu film formed on a groove pattern formed on the surface of a wafer W via a barrier film (Ta / TaN) by CMP. It is a figure for doing. (A) shows the initial state of polishing, (b) shows the state in which the Cu film is flattened by rough polishing, and (c) shows the state in which the unnecessary portion of the Cu film is removed and the Cu wiring is formed. Yes.
図12(a)の研磨初期状態では、Cu膜の初期膜厚は一般的に3500〜35000Å(350〜3500nm)程度である。該Cu膜は粗研磨により、残膜厚が500〜3000Å(80〜300nm)程度になるまで平坦化される(同図(b))。この残膜厚に至った時点で特徴のある変化Vが検出されて粗研磨から仕上げ研磨に切り替えられる。仕上げ研磨ではバリア膜(Ta/TaN)が露出するまで研磨が行われてCu配線が形成される(同図(c))。 In the initial polishing state of FIG. 12A, the initial film thickness of the Cu film is generally about 3500 to 35000 mm (350 to 3500 nm). The Cu film is flattened by rough polishing until the residual film thickness is about 500 to 3000 mm (80 to 300 nm) (FIG. 5B). When this residual film thickness is reached, a characteristic change V is detected and the rough polishing is switched to the final polishing. In the final polishing, polishing is performed until the barrier film (Ta / TaN) is exposed, and Cu wiring is formed ((c) in the figure).
図13は、粗研磨と仕上げ研磨からなる2ステップ研磨による平坦化効果をウェーハW表面の仕上がり段差により示した図であり、同図(a)は本実施例の場合、(b)は比較例としての1ステップ研磨による場合である。図13の(a)、(b)における横軸は、孤立Cu配線の線幅が1μm、10μm、50μm、100μm及びCu配線のLine/Spaceが90%の各場合を示し、縦軸は横軸の各場合におけるウェーハW表面の中心部、中間部及びエッジ部で評価した段差をnm単位で示している。 FIG. 13 is a view showing the flattening effect by the two-step polishing consisting of rough polishing and finish polishing by the finished step on the surface of the wafer W. FIG. 13A shows this example, and FIG. 13B shows the comparative example. This is a case of one-step polishing. In FIGS. 13A and 13B, the horizontal axis indicates the case where the line width of the isolated Cu wiring is 1 μm, 10 μm, 50 μm, and 100 μm, and the line / space of the Cu wiring is 90%, and the vertical axis indicates the horizontal axis. In each case, the level difference evaluated at the central portion, the intermediate portion, and the edge portion of the surface of the wafer W is shown in nm units.
図13(a)の本実施例の場合は、粗研磨時のウェーハ加圧条件が1psiで、仕上げ研磨時のウェーハ加圧条件が0.5psiであり、Cu残膜厚が80nm相当で粗研磨から仕上げ研磨に切り替え、オーバー研磨量が174nm相当で研磨を終了したものである。一方、図13(b)の粗研磨のみの1ステップ研磨の場合は、ウェーハ加圧条件が1psiで、オーバー研磨量が174nm相当で研磨を終了したものである。 In the case of this embodiment shown in FIG. 13A, the wafer pressure condition during rough polishing is 1 psi, the wafer pressure condition during final polishing is 0.5 psi, and the Cu remaining film thickness is equivalent to 80 nm. Is switched to finish polishing, and the polishing is completed when the overpolishing amount is equivalent to 174 nm. On the other hand, in the case of one-step polishing with only rough polishing in FIG. 13B, the polishing is completed when the wafer pressure condition is 1 psi and the overpolishing amount is equivalent to 174 nm.
図13の本実施例の場合の具体的な研磨的な研磨条件の例は次の通りである。
(研磨条件)
スラリー:(株)フジミインコーポレーテッド社製 プレーナソリューション7101
パッド:ニッタ・ハース(株)社製 IC1400同心円溝
(粗研磨条件)
ウェーハ/リテーナ加圧:1.0/2.0psi
プラテン/ヘッド回転数:120/120rpm
スラリー流量:300cc/min
ゾーン加圧1/2/3/4:0/0/0/1.1psi
(仕上げ研磨条件)
ウェーハ/リテーナ加圧:0.5/0.5psi
プラテン/ヘッド回転数:120/120rpm
スラリー流量:300cc/min
ゾーン加圧1/2/3/4:0/0/0/0psi
(インターバルドレス条件)
ドレス荷重:3kgf
プラテン/ドレス回転数:80/88rpm
時間:30sec
図13(a)の本実施例の場合の仕上がり段差と、図13(b)の比較例の場合の仕上がり段差とを、例えば線幅が50μmの孤立配線の場合について比較すると、本実施例の場合は、中心部、中間部及びエッジ部についての平均段差が9.9nm程度であるのに対し、比較例の場合は同平均段差が22.0nm程度であり、本実施例の場合の平均段差は比較例の場合の1/2.2程度に小さくなっている。また、中間部に対する中心部及びエッジ部の段差バラツキが本実施例の場合は、平均2.1nm程度であるのに対し、比較例の場合は平均5.1nm程度であり、本実施例の場合の段差バラツキは比較例の場合の1/2.4程度に小さくなって、本実施例の場合は、ウェーハ面内表面が極めて均一化されている。
An example of specific polishing conditions in the case of the present embodiment in FIG. 13 is as follows.
(Polishing conditions)
Slurry: Planar Solution 7101 manufactured by Fujimi Incorporated
Pad: IC1400 concentric circular groove manufactured by Nitta Haas Co., Ltd. (rough polishing conditions)
Wafer / retainer pressure: 1.0 / 2.0 psi
Platen / head rotation speed: 120/120 rpm
Slurry flow rate: 300cc / min
Zone pressurization 1/2/3/4: 0/0/0 / 1.1 psi
(Finishing polishing conditions)
Wafer / retainer pressure: 0.5 / 0.5 psi
Platen / head rotation speed: 120/120 rpm
Slurry flow rate: 300cc / min
Zone pressurization 1/2/3/4: 0/0/0/0 psi
(Interval dress condition)
Dress load: 3kgf
Platen / dress rotation speed: 80/88 rpm
Time: 30sec
When the finished step in the case of the present embodiment in FIG. 13A and the finished step in the comparative example in FIG. 13B are compared in the case of an isolated wiring having a line width of 50 μm, for example, In this case, the average level difference for the central part, the intermediate part and the edge part is about 9.9 nm, whereas in the case of the comparative example, the average level difference is about 22.0 nm. Is about 1 / 2.2 of the comparative example. In addition, in the case of the present embodiment, the difference in level difference between the central portion and the edge portion with respect to the intermediate portion is about 2.1 nm on the average, whereas in the case of the comparative example, the average is about 5.1 nm. The step variation is as small as about 1 / 2.4 in the case of the comparative example, and in the case of this example, the wafer in-plane surface is extremely uniform.
図14の(a)、(b)は、研磨対象となる導電性膜がタングステン(W)膜の場合について、特徴のある変化であるピーク(変曲点)Pの発生を評価した結果を示している。同図(a)はタングステン(W)膜の膜厚に対する共振周波数の変化特性例を示す図、(b)はタングステン(W)膜付きウェーハWb例を示す図である。図14(a)における縦軸のセンサ出力(カウント値)は共振周波数に対応する。 14A and 14B show the results of evaluating the occurrence of a peak (inflection point) P that is a characteristic change when the conductive film to be polished is a tungsten (W) film. ing. FIG. 4A is a diagram showing an example of a change characteristic of the resonance frequency with respect to the film thickness of the tungsten (W) film, and FIG. 4B is a diagram showing an example of the wafer Wb with the tungsten (W) film. The sensor output (count value) on the vertical axis in FIG. 14A corresponds to the resonance frequency.
タングステン(W)膜は研磨の進行とともに一旦は共振周波数は増大し、その後、急激に減少して特徴のある変化であるピーク(変曲点)Pが発生する。このピーク(変曲点)Pを含む特徴のある変化を基に粗研磨と仕上げ研磨との研磨条件変更時点の検出及び研磨終了時点の予測・検出が行われる。この挙動は、図14(a)に示すタングステン(W)膜の場合に比べて、前記図11(a)に示した導電率の大きいCu膜の方が明らかに顕著である。 The resonance frequency of the tungsten (W) film once increases with the progress of polishing, and then sharply decreases to generate a peak (inflection point) P that is a characteristic change. Based on characteristic changes including this peak (inflection point) P, detection of the polishing condition change time between rough polishing and final polishing and prediction / detection of the polishing end time are performed. This behavior is clearly more pronounced in the Cu film having a higher conductivity shown in FIG. 11A than in the case of the tungsten (W) film shown in FIG.
図15は、研磨対象の導電性膜がCu膜の場合について静止状態における膜厚と共振周波数との関係を示す図である。同図の縦軸のカウント値は共振周波数に対応する。図15において、静止状態のCu膜の各膜厚に対して測定した共振周波数は、膜厚が710Åで最大値を示している。したがって、静止状態で共振周波数が最大になるCu膜の膜厚と、前記図11(a)に示した研磨の進行中において共振周波数が最大となるCu膜の膜厚とは、ほぼ一致している。 FIG. 15 is a diagram showing the relationship between the film thickness in the stationary state and the resonance frequency when the conductive film to be polished is a Cu film. The count value on the vertical axis in the figure corresponds to the resonance frequency. In FIG. 15, the resonance frequency measured with respect to each film thickness of the Cu film in a stationary state shows a maximum value when the film thickness is 710 mm. Therefore, the film thickness of the Cu film having the maximum resonance frequency in the stationary state and the film thickness of the Cu film having the maximum resonance frequency during the progress of the polishing shown in FIG. Yes.
なお、本実施例は、前記共振周波数の他に相互インダクタンス、渦電流Ie、漏洩磁束φLの変化のうちの少なくともいずれかの変化を基に特徴のある変化Vを検出することができる。相互インダクタンスの変化は前記式(3)を利用して高周波インダクタ型センサ34の発振周波数の変化から求めることができ、渦電流Ieは前記相互インダクタンスと比例関係にあることから該渦電流Ieの変化は前記相互インダクタンスの変化を用いて求めることができ、また漏洩磁束φLは渦電流Ieと比例関係にあることから該漏洩磁束φLの変化は前記渦電流Ieの変化を用いて求めることができる。 Note that this embodiment, in addition to the mutual inductance of the resonant frequency, the eddy current Ie, it is possible to detect the change V with characteristic based on at least one of a change of the change in leakage flux phi L. The change in the mutual inductance can be obtained from the change in the oscillation frequency of the high-frequency inductor type sensor 34 using the equation (3). Since the eddy current Ie is proportional to the mutual inductance, the change in the eddy current Ie. it is to seek the can be determined using the change in mutual inductance, also the change of the leakage magnetic flux phi L is the leakage flux phi L since it is proportional to the eddy current Ie with the change of the eddy current Ie it can.
上述したように、本実施例に係る研磨終了時点の予測・検出方法とその装置においては、研磨の進行により所定の導電性膜28が表皮深さと同等もしくはその付近の研磨終了点手前の膜厚になってから特徴のある変化V検出の基になる漏洩磁束φLが生じることで、該漏洩磁束φLで発生する渦電流Ieによるジュール熱損を極小に抑えることができる。 As described above, in the method and apparatus for predicting / detecting the end point of polishing according to the present embodiment, the predetermined conductive film 28 is equal to or near the skin depth by the progress of polishing, and the film thickness before the end point of polishing. by leakage flux phi L underlying changes V detected with features from becomes occurs, the Joule heat loss due to the eddy current Ie generated by the leakage magnetic flux phi L can be suppressed to a minimum.
独特な磁束変化を基に検出される特徴のある変化Vは、様々な外乱に対しても揺らぐことなく、絶えず、残りの膜厚に対応した位置に出現する。このため、この特徴のある変化Vから粗研磨と仕上げ研磨との研磨条件変更時点を精度よく検出することができる。 A characteristic change V detected based on a unique magnetic flux change does not fluctuate even with various disturbances, and constantly appears at a position corresponding to the remaining film thickness. For this reason, it is possible to accurately detect the change point of the polishing conditions between the rough polishing and the final polishing from the characteristic change V.
磁束の特徴のある変化Vは、例えば、Cuの残り膜が710Å(71nm)の付近に急峻な上昇と急峻な下降を伴ったピークPを持つ顕著な変化として出現する。該Cu膜は粗研磨により、残膜厚が500〜3000Å(50〜300nm)程度になるまでがCu膜が除去され、研磨条件を変更する。したがって、粗研磨と仕上げ研磨との研磨条件変更時点付近で磁束の特徴のある変化Vが発生し、十分に精度よく検出することができる。 The characteristic change V of the magnetic flux appears, for example, as a remarkable change in which the remaining film of Cu has a peak P with a sharp rise and a sharp fall in the vicinity of 710 mm (71 nm). The Cu film is removed by rough polishing until the remaining film thickness reaches about 500 to 3000 mm (50 to 300 nm), and the polishing conditions are changed. Therefore, a characteristic change V of the magnetic flux occurs near the time when the polishing conditions are changed between rough polishing and finish polishing, and can be detected with sufficient accuracy.
磁束の特徴のある変化Vは、急峻な上昇と急峻な下降を伴ったピークPを持つ顕著な変化として出現する。したがって、研磨条件変更時点の検出は、ピークPを用いる場合に限らず、特徴のある変化Vにおける上昇開始点、上昇率、上昇量、下降率もしくは上昇から下降の変化量の少なくともいずれかを用いても研磨条件変更時点を精度よく検出することができる。 The characteristic change V of the magnetic flux appears as a remarkable change having a peak P with a steep rise and a steep fall. Therefore, the detection of the polishing condition change time point is not limited to the case where the peak P is used, and at least one of the rising start point, the rising rate, the rising amount, the falling rate, or the changing amount from rising to falling in the characteristic change V is used. However, it is possible to accurately detect the polishing condition change time.
高周波インダクタ型センサ34からの共振周波数の伝送方法を周波数カウンタ40を用いたデジタル出力としたことで、ノイズの影響及び共振周波数出力の減衰が防止されて、特徴のある変化Vを確実に検出することができる。 The resonance frequency transmission method from the high-frequency inductor sensor 34 is digital output using the frequency counter 40, so that the influence of noise and attenuation of the resonance frequency output are prevented, and the characteristic change V is reliably detected. be able to.
高周波インダクタ型センサ34を構成している集中定数キャパシタ37をキャパシタンス可変としたことで、異なる膜種の導電性膜28に対し、表皮深さδが適切な値になるように発振周波数を容易に選択することができる。 By making the lumped constant capacitor 37 constituting the high-frequency inductor sensor 34 variable in capacitance, the oscillation frequency can be easily set so that the skin depth δ becomes an appropriate value for the conductive film 28 of different film types. You can choose.
高周波インダクタ型センサ34の主構成要素である平面インダクタ36は、ノイズの発生及び電力消費は殆どなく、さらには比較的安価で済むことからコスト低減を図ることができる。 The planar inductor 36, which is a main component of the high-frequency inductor sensor 34, hardly generates noise and consumes power, and can be reduced in cost because it is relatively inexpensive.
なお、本発明は、本発明の精神を逸脱しない限り種々の改変をなすことができ、そして、本発明が該改変されたものにも及ぶことは当然である。 The present invention can be variously modified without departing from the spirit of the present invention, and the present invention naturally extends to the modified ones.
1 化学機械研磨装置
2 プラテン
3 研磨ヘッド
4 回転軸
5 モータ
6 研磨パッド
7 ヘッド本体
8 キャリア
9 リテーナリング
10 リテーナリング押圧手段
11 弾性シート
12 回転軸
13 ドライプレート
14 ピン
15 作動トランス
16 キャリア押圧手段
17 エアーフロートライン
19 エアー吹出し口
20 エアーフィルタ
21 給気ポンプ
22 孔
23 真空ポンプ
24 バキュームライン
25 エアバック
27 リテーナリングホルダ
28 導電性膜
29 エアー室
30 取付部材
31 スナップリング
32 スリップリング
33 研磨終了時点の予測・検出装置
34 高周波インダクタ型センサ
35 発振回路
36 平面状インダクタ
37 集中定数キャパシタ
38 増幅器
39 フィードバック・ネットワーク
40 周波数カウンタ
41 平面状インダクタ
V 特徴のある変化
W ウェーハ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Chemical mechanical polishing apparatus 2 Platen 3 Polishing head 4 Rotating shaft 5 Motor 6 Polishing pad 7 Head main body 8 Carrier 9 Retainer ring 10 Retainer ring pressing means 11 Elastic sheet 12 Rotating shaft 13 Dry plate 14 Pin 15 Actuation transformer 16 Carrier pressing means 17 Air Float Line 19 Air Blowout Port 20 Air Filter 21 Air Supply Pump 22 Hole 23 Vacuum Pump 24 Vacuum Line 25 Airbag 27 Retainer Ring Holder 28 Conductive Film 29 Air Chamber 30 Mounting Member 31 Snap Ring 32 Slip Ring 33 Polishing End Point Prediction / Detection Device 34 High Frequency Inductor Sensor 35 Oscillation Circuit 36 Planar Inductor 37 Lumped Constant Capacitor 38 Amplifier 39 Feedback Network 40 Frequency Counter 41 Planar inductor V Characteristic change W Wafer
Claims (2)
前記所定の導電性膜に、インダクタを近接させ、該インダクタで形成される磁束により前記所定の導電性膜に誘起される渦電流の変化をモニタし、
研磨中の膜厚が、前記所定の導電性膜の材質を一因子として決まる表皮深さ付近になった際に、前記渦電流の変化が、所定の変化となったことを検出し、前記変化点を基に、粗研磨と仕上げ研磨へ研磨条件を変更することを特徴とする研磨終了時点の予測・検出方法。 A method for predicting and detecting a polishing end time by polishing a conductive film and predicting and detecting a polishing end time when a predetermined conductive film is properly removed,
An inductor is brought close to the predetermined conductive film, and a change in eddy current induced in the predetermined conductive film by a magnetic flux formed by the inductor is monitored.
Thickness in the polishing, the material of the predetermined conductive film when it becomes near determined skin depth as a factor, the change of the eddy current is detected that a predetermined change, the change A method for predicting and detecting the end of polishing, characterized in that the polishing conditions are changed to rough polishing and final polishing based on the points .
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