JP5705093B2 - Polishing end point detection method and polishing apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、半導体ウェハなどの研磨対象物(基板)を研磨する研磨装置に使用される研磨終点検出方法に関し、特に渦電流センサを用いた研磨終点検出方法に関するものである。また、本発明は、上記研磨終点検出方法を実行可能な研磨装置に関するものである。 The present invention relates to a polishing end point detection method used in a polishing apparatus for polishing a polishing object (substrate) such as a semiconductor wafer, and more particularly to a polishing end point detection method using an eddy current sensor. The present invention also relates to a polishing apparatus capable of executing the above polishing end point detection method.
半導体デバイスの製造工程では、シリコンウェハ上に種々の材料が膜状に繰り返し形成され、多層配線構造を形成する。このような多層配線構造を形成するために、CMP(化学機械研磨)が広く使用されている。例えば、配線用の溝が形成された基板の表面に金属膜を形成し、その後CMPにより溝内に形成された金属膜のみを残して不要な膜を除去することにより金属配線を形成する。 In the manufacturing process of a semiconductor device, various materials are repeatedly formed in a film shape on a silicon wafer to form a multilayer wiring structure. In order to form such a multilayer wiring structure, CMP (Chemical Mechanical Polishing) is widely used. For example, the metal wiring is formed by forming a metal film on the surface of the substrate on which the wiring groove is formed, and then removing the unnecessary film while leaving only the metal film formed in the groove by CMP.
CMPは研磨装置によって実行される。この研磨装置は、研磨パッドを支持する研磨テーブルと、基板(膜を有するウェハ)を保持するトップリングと、研磨液を研磨パッド上に供給する研磨液供給機構とを備える。基板を研磨するときは、研磨液供給機構から研磨液を研磨パッド上に供給しながら、トップリングにより基板の表面を研磨パッドに押し付ける。トップリングと研磨テーブルをそれぞれ回転させて基板と研磨パッドとを相対移動させることにより、基板の表面を構成する膜を研磨する。 CMP is performed by a polishing apparatus. This polishing apparatus includes a polishing table that supports a polishing pad, a top ring that holds a substrate (a wafer having a film), and a polishing liquid supply mechanism that supplies a polishing liquid onto the polishing pad. When polishing the substrate, the surface of the substrate is pressed against the polishing pad by the top ring while supplying the polishing liquid from the polishing liquid supply mechanism onto the polishing pad. By rotating the top ring and the polishing table to move the substrate and the polishing pad relative to each other, the film constituting the surface of the substrate is polished.
上述した金属配線の形成工程においては、不要な金属膜が除去されたか否か(すなわち、金属残膜があるか否か)を検出するために、渦電流センサが広く用いられている。しかしながら、多層配線構造を持つ基板では、研磨される金属膜の下層に存在する配線が渦電流センサの出力信号に影響を及ぼし、残膜の検出を妨げてしまう。 In the metal wiring formation process described above, an eddy current sensor is widely used to detect whether or not an unnecessary metal film has been removed (that is, whether or not there is a metal residual film). However, in a substrate having a multilayer wiring structure, wiring existing in the lower layer of the metal film to be polished affects the output signal of the eddy current sensor and prevents detection of the remaining film.
このような下層配線の影響を除去するために、従来では次のような方法が採用されている。
(1)基板の全面に亘って取得された渦電流センサの出力信号の平均値を膜厚とする。
(2)予め設定された基板面内の領域での最小出力信号を膜厚とする。
(3)所定の時間内(例えば、渦電流センサの出力信号の移動平均時間内)に渦電流センサが基板表面上に描く軌跡が基板の全周にわたってほぼ均等に分布するようにトップリングと研磨テーブルの回転速度比を調整する。
In order to eliminate the influence of such lower layer wiring, the following method is conventionally employed.
(1) The average value of the output signals of the eddy current sensor acquired over the entire surface of the substrate is defined as the film thickness.
(2) The minimum output signal in a predetermined area within the substrate surface is defined as the film thickness.
(3) Top ring and polishing so that the trajectory drawn by the eddy current sensor on the substrate surface within a predetermined time (for example, within the moving average time of the output signal of the eddy current sensor) is distributed almost evenly over the entire circumference of the substrate. Adjust the rotation speed ratio of the table.
しかしながら、上述した従来の方法では、基板の表面内の領域ごとに膜厚情報を得ることは困難であった。 However, with the conventional method described above, it is difficult to obtain film thickness information for each region in the surface of the substrate.
本発明は、上述した従来の問題を解決するためになされたものであり、研磨対象膜の下層の金属材料の影響を排除し、渦電流センサを用いて、基板表面内の各領域での膜厚情報を取得することができ、得られた膜厚情報から基板の研磨終点を決定する方法を提供することを目的とする。また、本発明は、そのような研磨終点検出方法を実行可能な研磨装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described conventional problems, eliminates the influence of the metal material underlying the film to be polished, and uses an eddy current sensor to form a film in each region within the substrate surface. It is an object to provide a method capable of acquiring thickness information and determining a polishing end point of a substrate from the obtained film thickness information. It is another object of the present invention to provide a polishing apparatus capable of executing such a polishing end point detection method.
上述した目的を達成するために、本発明の第1の態様は、基板をトップリングにより研磨テーブル上の研磨パッドに押し当てながら、前記トップリングと前記研磨テーブルとをそれぞれ回転させることにより前記基板の膜を研磨する基板研磨工程の研磨終点を検出する方法であって、前記基板の研磨中に渦電流センサを前記基板の表面を横切るように移動させ、前記渦電流センサのインピーダンスの抵抗成分Xおよび誘導リアクタンス成分Yを取得し、前記抵抗成分Xおよび前記誘導リアクタンス成分Yからなる座標X,YをX−Y座標系上にプロットし、前記X−Y座標系上には複数のインピーダンスエリアが予め定義されており、前記複数のインピーダンスエリアは、基準インピーダンスエリアと少なくとも1つのオフセットインピーダンスエリアを含んでおり、前記複数のインピーダンスエリアにそれぞれ属する複数の座標X,Yを用いて、前記複数のインピーダンスエリアごとに複数の膜厚指標値を算出し、前記複数の膜厚指標値を用いて前記複数のインピーダンスエリアごとに前記基板の研磨終点を決定することを特徴とする。 In order to achieve the above-described object, according to a first aspect of the present invention, the substrate is rotated by rotating the top ring and the polishing table while pressing the substrate against a polishing pad on the polishing table. A method of detecting a polishing end point of a substrate polishing step for polishing a film of the substrate, wherein an eddy current sensor is moved across the surface of the substrate during polishing of the substrate, and a resistance component X of impedance of the eddy current sensor is detected. And the inductive reactance component Y is obtained, the coordinates X and Y comprising the resistance component X and the inductive reactance component Y are plotted on an XY coordinate system, and a plurality of impedance areas are provided on the XY coordinate system. The plurality of impedance areas are defined in advance and have a reference impedance area and at least one offset impeder. A plurality of film thickness index values for each of the plurality of impedance areas using the plurality of coordinates X and Y respectively belonging to the plurality of impedance areas, and using the plurality of film thickness index values The polishing end point of the substrate is determined for each of the plurality of impedance areas.
本発明の第2の態様は、基板をトップリングにより研磨テーブル上の研磨パッドに押し当てながら、前記トップリングと前記研磨テーブルとをそれぞれ回転させることにより前記基板の膜を研磨する基板研磨工程の研磨終点を検出する方法であって、前記トップリングが1回転する時間を測定し、前記測定された時間から前記トップリングの回転速度を算出し、前記トップリングの回転速度と前記研磨テーブルの回転速度との比から、前記研磨テーブルに埋設された渦電流センサが同一の軌跡を描いて前記基板の表面を横切るための前記研磨テーブルの回転回数を算出し、前記渦電流センサを前記基板の表面を横切るように移動させ、前記渦電流センサが同一の軌跡で前記基板の表面を横切ったときの前記渦電流センサの出力信号を取得し、前記渦電流センサの出力信号から膜厚指標値を算出し、前記膜厚指標値の変化から前記基板の研磨終点を決定することを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, there is provided a substrate polishing step of polishing the film of the substrate by rotating the top ring and the polishing table while pressing the substrate against a polishing pad on the polishing table by the top ring. A method for detecting a polishing end point, wherein a time for which the top ring makes one rotation is measured, a rotation speed of the top ring is calculated from the measured time, and the rotation speed of the top ring and the rotation of the polishing table are calculated. from the ratio of the speed, the eddy current sensor is embedded in the polishing table depicts the same trajectory to calculate the number of rotations of said polishing table for across the surface of the substrate, before the Kiuzu current sensor of the substrate Moving across the surface, obtaining an output signal of the eddy current sensor when the eddy current sensor crosses the surface of the substrate in the same locus, Calculating the film thickness index value from the output signal of Kiuzu current sensor, and determining a polishing end point of the substrate from a change in the film thickness index value.
本発明の第3の態様は、基板をトップリングにより研磨テーブル上の研磨パッドに押し当てながら、前記トップリングと前記研磨テーブルとをそれぞれ回転させることにより前記基板の膜を研磨する基板研磨工程の研磨終点を検出する方法であって、前記研磨テーブルに埋設された渦電流センサを前記基板の表面を横切るように移動させ、前記渦電流センサの出力信号を取得し、前記渦電流センサの出力信号から膜厚プロファイルを作成し、前記膜厚プロファイルに現れる凸部の位置の変化から、前記凸部が残膜または膜の下層に存在する金属材料のいずれかに起因して現れるかを判断し、前記残膜に起因して現れる凸部の大きさに基づいて前記基板の研磨終点を決定することを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, there is provided a substrate polishing step of polishing the film of the substrate by rotating the top ring and the polishing table while pressing the substrate against the polishing pad on the polishing table by the top ring. A method for detecting a polishing end point, wherein an eddy current sensor embedded in the polishing table is moved across the surface of the substrate, an output signal of the eddy current sensor is obtained, and an output signal of the eddy current sensor is obtained. From the change in the position of the convex portion appearing in the film thickness profile, determine whether the convex portion appears due to either the residual film or the metal material existing in the lower layer of the film, The polishing end point of the substrate is determined based on the size of the convex portion that appears due to the remaining film.
本発明の第4の態様は、研磨パッドを支持する回転可能な研磨テーブルと、基板を回転させながら、前記回転する研磨テーブル上の研磨パッドに前記基板を押し当てるトップリングと、前記研磨テーブル内に設置され、前記基板の表面を横切るように移動する渦電流センサと、前記渦電流センサの出力信号から前記基板の膜厚を監視する研磨監視部とを備え、前記研磨監視部は、前記渦電流センサのインピーダンスの抵抗成分Xおよび誘導リアクタンス成分Yを取得し、前記抵抗成分Xおよび前記誘導リアクタンス成分Yからなる座標X,YをX−Y座標系上にプロットし、前記X−Y座標系上には複数のインピーダンスエリアが予め定義されており、前記複数のインピーダンスエリアは、基準インピーダンスエリアと少なくとも1つのオフセットインピーダンスエリアを含んでおり、前記複数のインピーダンスエリアにそれぞれ属する複数の座標X,Yを用いて、前記複数のインピーダンスエリアごとに複数の膜厚指標値を算出し、前記複数の膜厚指標値を用いて前記複数のインピーダンスエリアごとに前記基板の研磨終点を決定することを特徴とする研磨装置である。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a rotatable polishing table that supports the polishing pad, a top ring that presses the substrate against the polishing pad on the rotating polishing table while rotating the substrate, and the inside of the polishing table. And an eddy current sensor that moves across the surface of the substrate, and a polishing monitoring unit that monitors the film thickness of the substrate from an output signal of the eddy current sensor, the polishing monitoring unit comprising: The resistance component X and the inductive reactance component Y of the impedance of the current sensor are acquired, the coordinates X and Y consisting of the resistance component X and the inductive reactance component Y are plotted on the XY coordinate system, and the XY coordinate system A plurality of impedance areas are predefined above the plurality of impedance areas, the reference impedance area and at least one off-state. A plurality of film thickness index values for each of the plurality of impedance areas, using a plurality of coordinates X and Y respectively belonging to the plurality of impedance areas. In the polishing apparatus, a polishing end point of the substrate is determined for each of the plurality of impedance areas using a value.
本発明の一参考例は、研磨パッドを支持する回転可能な研磨テーブルと、基板を回転させながら、前記回転する研磨テーブル上の研磨パッドに前記基板を押し当てるトップリングと、前記研磨テーブル内に設置され、前記基板の表面を横切るように移動する渦電流センサと、前記渦電流センサの出力信号から前記基板の膜厚を監視する研磨監視部とを備え、前記研磨監視部は、前記渦電流センサが同一の軌跡で前記基板の表面を横切ったときの前記渦電流センサの出力信号を取得し、前記渦電流センサの出力信号から膜厚指標値を算出し、前記膜厚指標値の変化から前記基板の研磨終点を決定することを特徴とする研磨装置である。 One reference example of the present invention includes a rotatable polishing table that supports a polishing pad, a top ring that presses the substrate against the polishing pad on the rotating polishing table while rotating the substrate, An eddy current sensor that is installed and moves across the surface of the substrate, and a polishing monitoring unit that monitors a film thickness of the substrate from an output signal of the eddy current sensor, the polishing monitoring unit including the eddy current An output signal of the eddy current sensor when the sensor crosses the surface of the substrate in the same locus is obtained, a film thickness index value is calculated from the output signal of the eddy current sensor, and a change in the film thickness index value The polishing apparatus determines a polishing end point of the substrate.
上述した本発明の第1および4の態様によれば、渦電流センサの出力信号が取得されるたびに、その出力信号X,Yからなる座標は、その値に従って複数のインピーダンスエリアのいずれかに振り分けられる。言い換えれば、下層の金属材料の影響の度合いに基づいて、センサ出力信号は複数のインピーダンスエリアのいずれかに振り分けられる。このように、複数のインピーダンスエリアを予め設けることによって、センサ出力信号(X,Y)のばらつきを分割する、すなわち小さくすることができる。したがって、各インピーダンスエリアにおいては、センサ出力信号から得られる膜厚指標値は、研磨時間と共に徐々に小さくなる。このような複数のインピーダンスエリアは、基板表面内の各領域について設定することができるので、基板表面内の各領域での膜厚情報を取得することができる。したがって、基板の表面内での複数の領域ごとに研磨終点を検出することが可能となる。 According to the first and fourth aspects of the present invention described above, each time the output signal of the eddy current sensor is acquired, the coordinates of the output signals X and Y are set to one of a plurality of impedance areas according to the value. Sorted. In other words, the sensor output signal is distributed to any one of a plurality of impedance areas based on the degree of influence of the underlying metal material. As described above, by providing a plurality of impedance areas in advance, it is possible to divide, that is, to reduce variations in the sensor output signal (X, Y). Therefore, in each impedance area, the film thickness index value obtained from the sensor output signal gradually decreases with the polishing time. Since such a plurality of impedance areas can be set for each region in the substrate surface, film thickness information in each region in the substrate surface can be acquired. Therefore, the polishing end point can be detected for each of a plurality of regions in the surface of the substrate.
上述した本発明の第2および5の態様によれば、渦電流センサが同一の軌跡で基板の表面を走査するときの膜厚指標値が取得される。したがって、下層での金属材料の存在にかかわらず、基板の表面上の各測定点での膜厚指標値は研磨時間ともに減少する。すなわち、基板表面内の各領域での膜厚情報を取得することができる。したがって、基板の表面内での複数の領域ごとに研磨終点を検出することが可能となる。 According to the second and fifth aspects of the present invention described above, the film thickness index value is acquired when the eddy current sensor scans the surface of the substrate along the same locus. Therefore, regardless of the presence of the metal material in the lower layer, the film thickness index value at each measurement point on the surface of the substrate decreases with the polishing time. That is, film thickness information in each region on the substrate surface can be acquired. Therefore, the polishing end point can be detected for each of a plurality of regions in the surface of the substrate.
上述した本発明の第3の態様によれば、残膜に起因する凸部に基づいて基板の研磨を監視することができる。したがって、下層の金属材料の影響を排除して、正確な研磨終点を検出することが可能となる。 According to the third aspect of the present invention described above, the polishing of the substrate can be monitored on the basis of the convex portion caused by the remaining film. Therefore, it is possible to detect the precise polishing end point by eliminating the influence of the lower layer metal material.
以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
図1は、研磨装置の全体構成を示す模式図である。図1に示すように、研磨装置は、研磨テーブル1と、研磨対象物である基板Wを保持して研磨テーブル1上の研磨パッド2に押圧するトップリング10とを備えている。研磨テーブル1は、テーブル軸1aを介してその下方に配置されるテーブル回転モータ(図示せず)に連結されており、テーブル軸1aを中心軸として回転可能になっている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic diagram showing the overall configuration of the polishing apparatus. As shown in FIG. 1, the polishing apparatus includes a polishing table 1 and a
研磨テーブル1の上面には研磨パッド2が貼付されており、研磨パッド2の表面が基板Wを研磨する研磨面2aを構成している。研磨テーブル1の上方には研磨液供給ノズル3が設置されており、この研磨液供給ノズル3によって研磨テーブル1上の研磨パッド2に研磨液(スラリ)が供給されるようになっている。研磨テーブル1の内部には、渦電流センサ50が埋設されている。この渦電流センサ50は研磨監視部53に接続されており、渦電流センサ50の出力信号は研磨監視部53に送られるようになっている。
A
トップリング10は、トップリングシャフト11に接続されており、トップリングシャフト11は、トップリングヘッド12に対して上下動するようになっている。トップリングシャフト11の上下動により、トップリングヘッド12に対してトップリング10の全体を上下動させ位置決めするようになっている。トップリングシャフト11は、トップリング回転モータ(図示せず)の駆動により回転するようになっている。トップリングシャフト11の回転により、トップリング10がトップリングシャフト11を中心に回転するようになっている。
The
トップリング10は、その下面に基板(例えば、半導体ウエハ)Wを保持できるようになっている。トップリングヘッド12はトップリングヘッドシャフト13を中心として旋回可能に構成されており、下面に基板Wを保持したトップリング10は、トップリングヘッド12の旋回により基板の受取位置から研磨テーブル1の上方位置に移動可能になっている。トップリング10は、下面に基板Wを保持して基板Wを研磨パッド2の研磨面2aに押圧する。このとき、研磨テーブル1およびトップリング10をそれぞれ回転させ、研磨液供給ノズル3から研磨パッド2上に研磨液を供給する。研磨液には砥粒としてセリア(CeO2)やシリカ(SiO2)を含んだ研磨液が用いられる。このように、研磨液を研磨パッド2上に供給しつつ、基板Wを研磨パッド2に押圧して基板Wと研磨パッド2とを相対移動させて基板上の金属膜等の導電膜を研磨する。金属膜の具体例としてはCu膜、W膜、Ta膜、Ti膜等が挙げられる。
The
図1に示すように、研磨装置は、研磨パッド2をドレッシングするドレッシング装置20を備えている。ドレッシング装置20は、ドレッサアーム21と、ドレッサアーム21の先端に回転自在に取り付けられたドレッサ22と、ドレッサアーム21の他端に連結される揺動軸23と、揺動軸23を中心にドレッサアーム21を揺動させる駆動機構としてのモータ(図示せず)とを備えている。ドレッサ22の下部はドレッシング部材22aにより構成され、ドレッシング部材22aは円形のドレッシング面を有しており、ドレッシング面には硬質な粒子が電着等により固定されている。この硬質な粒子としては、ダイヤモンド粒子やセラミック粒子などが挙げられる。
As shown in FIG. 1, the polishing apparatus includes a
ドレッサアーム21内には、図示しないモータが内蔵されており、このモータによってドレッサ22が回転するようになっている。揺動軸23は図示しない昇降機構に連結されており、この昇降機構によりドレッサアーム21が下降することでドレッシング部材22aが研磨パッド2の研磨面2aを押圧してドレッシングするようになっている。ドレッシング装置20は、基板の研磨が行われていないときに研磨パッド2をドレッシングすることができ、また基板の研磨中にも研磨パッド2をドレッシングすることができるようになっている。
A motor (not shown) is built in the
図2は、研磨テーブル1と渦電流センサ50と基板Wとの関係を示す平面図である。図2に示すように、渦電流センサ50は、トップリング10に保持された研磨中の基板Wの中心Cwを通過する位置に設置されている。符号CTは研磨テーブル1の回転中心である。渦電流センサ50は、基板Wの下方を通過している間、通過軌跡(走査線)上で連続的に基板Wの導電膜の厚さを検出できるようになっている。
FIG. 2 is a plan view showing a relationship among the polishing table 1, the
渦電流センサ50は、コイルに高周波の交流電流を流して導電膜に渦電流を誘起させ、この渦電流の磁界に起因するインピーダンスの変化から導電膜の厚さを検出する。図3は、渦電流センサの原理を説明するための回路を示す図である。交流電源Eから高周波の交流電流I1をコイルQに流すと、コイルQに誘起された磁力線が導電膜中を通過する。これにより、センサ側回路と導電膜側回路との間に相互インダクタンスが発生し、導電膜には渦電流I2が流れる。この渦電流I2は磁力線を発生し、これがセンサ側回路のインピーダンスを変化させる。渦電流センサは、このセンサ側回路のインピーダンスの変化から導電膜の膜厚を検出する。
The
図3に示すセンサ側回路と導電膜側回路には、それぞれ次の式が成り立つ。
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はコイル1を含むセンサ側回路の等価抵抗であり、L1はコイル1を含むセンサ側回路の自己インダクタンスである。R2は渦電流損に相当する等価抵抗であり、L2は渦電流が流れる導電膜の自己インダクタンスである。
In the sensor side circuit and the conductive film side circuit shown in FIG.
R 1 I 1 + L 1 dI 1 / dt + MdI 2 / dt = E (1)
R 2 I 2 + L 2 dI 2 / dt + MdI 1 / dt = 0 (2)
Here, M is a mutual inductance, R 1 is an equivalent resistance of the sensor side circuit including the
ここで、In=Anejωt(正弦波)とおくと、上記式(1),(2)は次のように表される。
(R1+jωL1)I1+jωMI2=E (3)
(R2+jωL2)I2+jωMI1=0 (4)
これら式(3),(4)から、次の式が導かれる。
I1=E(R2+jωL2)/{(R1+jωL1)(R2+jωL2)+ω2M2}
=E/{(R1+jωL1)+ω2M2/(R2+jωL2)} (5)
Here, if I n = A n e jωt (sinusoidal wave), the above equations (1) and (2) are expressed as follows.
(R 1 + jωL 1 ) I 1 + jωMI 2 = E (3)
(R 2 + jωL 2 ) I 2 + jωMI 1 = 0 (4)
From these equations (3) and (4), the following equation is derived.
I 1 = E (R 2 + jωL 2 ) / {(R 1 + jωL 1 ) (R 2 + jωL 2 ) + ω 2 M 2 }
= E / {(R 1 + jωL 1 ) + ω 2 M 2 / (R 2 + jωL 2 )} (5)
したがって,センサ側回路のインピーダンスΦは、次の式で表される。
Φ=E/I1
={R1+ω2M2R2/(R2 2+ω2L2 2)}
+jω{L1−ω2L2M2/(R2 2+ω2L2 2)} (6)
ここで、Φ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。
Φ=X+jωY (7)
Therefore, the impedance Φ of the sensor side circuit is expressed by the following equation.
Φ = E / I 1
= {R 1 + ω 2 M 2 R 2 / (R 2 2 + ω 2 L 2 2 )}
+ Jω {L 1 −ω 2 L 2 M 2 / (R 2 2 + ω 2 L 2 2 )} (6)
Here, when the real part (resistance component) and the imaginary part (inductive reactance component) of Φ are set as X and Y, respectively, the above equation (6) becomes as follows.
Φ = X + jωY (7)
図4は、研磨時間とともに変化するX,Yを、XY座標系上にプロットすることで描かれるグラフを示す図である。図4の座標系はY軸を縦軸とし、X軸を横軸とした座標系である。点T∞の座標は、膜厚が無限大であるとき、すなわち、R2が0のときのX,Yの値であり、点T0の座標は、基板の導電率が無視できるものとすれば、膜厚が0であるとき、すなわち、R2が無限大のときのX,Yの値である。X,Yの値から位置決めされる点Tnは、膜厚が減少するに従って、円弧状の軌跡を描きながら点T0に向かって進む。図4に示す記号kは結合係数であり、次の関係式が成り立つ。
M=k(L1L2)1/2 (8)
FIG. 4 is a diagram showing a graph drawn by plotting X and Y that change with the polishing time on the XY coordinate system. The coordinate system of FIG. 4 is a coordinate system in which the Y axis is the vertical axis and the X axis is the horizontal axis. The coordinates of the point T∞ are the values of X and Y when the film thickness is infinite, that is, when R 2 is 0, and the coordinates of the point T0 are assumed that the conductivity of the substrate can be ignored. The values of X and Y when the film thickness is 0, that is, when R 2 is infinite. The point Tn positioned from the values of X and Y advances toward the point T0 while drawing an arc-shaped locus as the film thickness decreases. The symbol k shown in FIG. 4 is a coupling coefficient, and the following relational expression is established.
M = k (L 1 L 2 ) 1/2 (8)
図5は、図4のグラフ図形を反時計回りに90度回転させ、さらに平行移動させたグラフを示す図である。すなわち、座標X,Yで表される点を、XY座標系の原点Oを中心として反時計周りに回転させ、さらに、回転させた座標を移動させ、原点Oと座標X,Yとの距離が膜厚の減少とともに短くなるようなグラフを生成する。以下、座標X,Yが描く円弧を、インピーダンス曲線という。 FIG. 5 is a diagram showing a graph obtained by rotating the graph figure of FIG. 4 by 90 degrees counterclockwise and further translating it. That is, the point represented by the coordinates X and Y is rotated counterclockwise around the origin O of the XY coordinate system, and the rotated coordinates are moved so that the distance between the origin O and the coordinates X and Y is Generate a graph that shortens with decreasing film thickness. Hereinafter, the arc drawn by the coordinates X and Y is referred to as an impedance curve.
次に、渦電流センサ50についてより詳細に説明する。図6は、渦電流センサを示す模式図である。この渦電流センサ50は、センサコイル102と、このセンサコイル102に接続される交流電源103と、センサコイル102を含む電気回路(図3のセンサ側回路)の抵抗成分X,誘導リアクタンス成分Yを検出する同期検波部105とを有している。膜厚検出対象の導電膜mfは、例えば基板W上に形成された銅、タングステン、タンタル、チタニウムなどの導電材料からなる薄膜である。センサコイル102と導電膜mfとの距離Gは、例えば0.5mm〜5mmに設定される。
Next, the
図7は、図6に示す渦電流センサにおけるセンサコイルの構成例を示す。センサコイル102は、ボビン111に巻回された3層のコイル112,113,114により構成されている。中央のコイル112は、交流電源103に接続される励磁コイルである。この励磁コイル112は、交流電源103より供給される交流電流により磁界を形成し、ウェハ上の導電膜に渦電流を発生させる。励磁コイル112の上側(導電膜側)には、検出コイル113が配置され、導電膜を流れる渦電流により発生する磁束を検出する。検出コイル113と反対側にはバランスコイル114が配置されている。
FIG. 7 shows a configuration example of a sensor coil in the eddy current sensor shown in FIG. The
コイル113,114は、同じターン数(1〜500)のコイルにより形成されることが好ましいが、コイル112のターン数は特に限定されない。検出コイル113とバランスコイル114とは互いに逆相に接続されている。導電膜が検出コイル113の近傍に存在すると、導電膜中に形成される渦電流によって生じる磁束が検出コイル113とバランスコイル114とに鎖交する。このとき、検出コイル113のほうが導電膜に近い位置に配置されているので、両コイル113,114に生じる誘起電圧のバランスが崩れ、これにより導電膜の渦電流によって形成される鎖交磁束を検出することができる。
The
図8は、渦電流センサの詳細な構成を示す模式図である。交流電源103は、水晶発振器からなる固定周波数の発振器を有しており、例えば、1〜50MHzの固定周波数の交流電流をセンサコイル102に供給する。交流電源103で形成された交流電流は、バンドパスフィルタ120を介してセンサコイル102に供給される。センサコイル102の端子から出力された信号は、ブリッジ回路121および高周波アンプ123を経て、cos同期検波回路125およびsin同期検波回路126からなる同期検波部105に送られる。ここで、交流電源103で形成される発振信号からは、位相シフト回路124により交流電源103の同相成分(0゜)と直交成分(90゜)の2つの信号が形成され、それぞれcos同期検波回路125とsin同期検波回路126とに導入される。そして、同期検波部105によりインピーダンスの抵抗成分と誘導リアクタンス成分とが取り出される。
FIG. 8 is a schematic diagram showing a detailed configuration of the eddy current sensor. The
同期検波部105から出力された抵抗成分と誘導リアクタンス成分からは、ローパスフィルタ127,128により不要な高周波成分(例えば5KHz以上の高周波成分)が除去され、インピーダンスの抵抗成分としての信号Xと誘導リアクタンス成分としての信号Yとがそれぞれ出力される。研磨監視部53は、渦電流センサ50の出力信号X,Yを、図5で説明した処理(回転処理、平行移動処理など)と同じ方法で処理し、膜厚指標値としての距離Z(図5参照)を算出する。そして、この距離Zの変化に基づいて膜厚の変化を監視する。なお、渦電流センサ50の出力信号X,Yに対する回転処理や平行処理などの所定の処理は、渦電流センサ50にて電気的に行ってもよく、または研磨監視部53にて計算により行ってもよい。
From the resistance component and the inductive reactance component output from the
渦電流センサ50が基板の表面を横切るたびに、渦電流センサ50は複数の測定点で基板Wの膜厚を測定する。図9は、渦電流センサ50が基板Wを走査する軌跡を示した図である。上述したように、研磨テーブル1が回転すると、渦電流センサ50は基板Wの中心Cwを通る軌跡を描いて基板Wの表面を走査する。トップリング10の回転速度と研磨テーブル1の回転速度とは通常異なっているため、基板Wの表面における渦電流センサ50の軌跡は、図9に示すように、研磨テーブル1の回転に伴って走査線SL1,SL2,SL3,…と変化する。この場合でも、上述したように、渦電流センサ50は、基板Wの中心Cwを通る位置に配置されているので、渦電流センサ50が描く軌跡は、毎回基板Wの中心Cwを通過する。本実施形態では、渦電流センサ50による膜厚測定のタイミングを調整して、渦電流センサ50によって基板Wの中心Cwの膜厚を毎回必ず測定するようにしている。図9において、記号MPm−nは、m番目の走査線SLm上のn番目の測定点を表している。
Each time the
各測定点で得られた渦電流センサ50の出力信号X,Yは、座標X,YとしてX−Y座標系上に描かれる。渦電流センサ50の出力信号X,Yは膜厚に従って変化する。具体的には、図5に示すように、X−Y座標系の原点Oと座標X,Yから特定される点Tnとの距離Z(=√(X2+Y2))は、膜厚が減少するに従って小さくなる。従って、出力信号X,Yから求められる距離Zは、測定された膜厚指標値ということができる。
The output signals X and Y of the
このように、基板Wの膜厚は渦電流センサ50の出力信号X,Yから求めることができるが、膜の下層に存在する金属材料の影響を受けて渦電流センサ50の出力信号が大きく変動することがある。多層配線構造を有する基板は、各階層に配線(金属材料)を有する。このため、下層の配線が渦電流センサ50の出力信号に影響を及ぼし、正確な膜厚の測定を妨げてしまう。
As described above, the film thickness of the substrate W can be obtained from the output signals X and Y of the
図10は、渦電流センサ50の出力信号から得られる膜厚指標値Zが下層の配線の影響を受けて変化する様子を示す図である。研磨すべき膜の下には、複数の配線構造(例えば、集積回路)200が形成されている。これらの配線構造200は、研磨すべき膜に覆われているため、図10では点線で示している。膜厚指標値Zは、研磨時間とともに全体的に徐々に減少する。しかしながら、渦電流センサ50は、研磨対象物である膜と、その膜の下層の配線構造200を感知し、その結果渦電流センサ50の信号値は下層の配線構造200の影響を受けてしまう。
FIG. 10 is a diagram showing how the film thickness index value Z obtained from the output signal of the
図10に示すように、研磨テーブル1がN回転目のときの渦電流センサ50の軌跡は、研磨テーブル1がN+1回転目のときの渦電流センサ50の軌跡とは異なる。このため、渦電流センサ50が感知する配線構造200の配置は、研磨テーブル1の回転によって異なり、結果として、膜厚指標値Zから生成される膜厚プロファイル(基板の半径方向に沿った膜厚分布)も異なる。このように、渦電流センサ50の出力信号X,Yは、下層の配線構造200の影響を受けてしまい、X−Y座標系上に描かれるインピーダンス曲線は大きく振れる。
As shown in FIG. 10, the locus of the
図11(a)は下層の配線構造の影響がない場合のインピーダンス曲線を示し、図11(b)は図11(a)に示すインピーダンス曲線から得られる膜厚指標値Zを示す。下層の配線構造の影響がない場合、インピーダンス曲線はシステムノイズに起因してある程度は振れるものの、その幅(dwで示す)は小さい。同様に、図11(b)に示すように、膜厚指標値Zが描く線の幅も小さい。図11(b)のグラフにおいて、縦軸は膜厚指標値を表し、横軸は研磨時間を表している。膜厚指標値Zは研磨時間とともに減少していくので、膜が除去された点、すなわち研磨終点を検出することは容易である。 FIG. 11A shows an impedance curve when there is no influence of the underlying wiring structure, and FIG. 11B shows a film thickness index value Z obtained from the impedance curve shown in FIG. When there is no influence of the underlying wiring structure, the impedance curve fluctuates to some extent due to system noise, but its width (indicated by dw) is small. Similarly, as shown in FIG. 11B, the width of the line drawn by the film thickness index value Z is also small. In the graph of FIG. 11B, the vertical axis represents the film thickness index value, and the horizontal axis represents the polishing time. Since the film thickness index value Z decreases with the polishing time, it is easy to detect the point where the film is removed, that is, the polishing end point.
これに対し、図12(a)は下層の配線構造の影響がある場合のインピーダンス曲線を示し、図12(b)は図12(a)に示すインピーダンス曲線から得られる膜厚指標値Zを示す。下層の配線構造の影響がある場合、インピーダンス曲線は大きく振れ、その結果、インピーダンス曲線の幅dw’が大きくなる。同様に、膜厚指標値Zが描く線も幅が大きくなってしまう。その結果、研磨終点を検出することが困難となる。 On the other hand, FIG. 12A shows an impedance curve when there is an influence of the lower wiring structure, and FIG. 12B shows a film thickness index value Z obtained from the impedance curve shown in FIG. . When there is an influence of the lower wiring structure, the impedance curve fluctuates greatly, and as a result, the width dw ′ of the impedance curve increases. Similarly, the line drawn by the film thickness index value Z is also wide. As a result, it becomes difficult to detect the polishing end point.
そこで、本実施形態では、図12(a)に示す幅の広いインピーダンス曲線をその長手方向に沿って複数の領域(以下、インピーダンスエリアという)に分割し、その分割されたインピーダンスエリアごとに膜厚指標値を算出し、インピーダンスエリアごとに膜厚指標値に基づいて基板の研磨を監視する。図13は、図12(a)に示す幅の広いインピーダンス曲線を4つのインピーダンスエリアに分割した例を示す図である。以下の説明では、図11(a)に示す幅の狭いインピーダンス曲線を基準インピーダンスエリアといい、図12(a)に示す幅の広いインピーダンス曲線を初期インピーダンスエリアといい、図13に示す分割されたインピーダンスエリアのうち、基準インピーダンスエリア以外のインピーダンスエリアをオフセットインピーダンスエリアという。 Therefore, in the present embodiment, the wide impedance curve shown in FIG. 12A is divided into a plurality of regions (hereinafter referred to as impedance areas) along the longitudinal direction, and the film thickness is determined for each of the divided impedance areas. The index value is calculated, and the polishing of the substrate is monitored based on the film thickness index value for each impedance area. FIG. 13 is a diagram showing an example in which the wide impedance curve shown in FIG. 12A is divided into four impedance areas. In the following description, the narrow impedance curve shown in FIG. 11A is referred to as a reference impedance area, and the wide impedance curve shown in FIG. 12A is referred to as an initial impedance area, which is divided as shown in FIG. Among the impedance areas, an impedance area other than the reference impedance area is referred to as an offset impedance area.
4つのインピーダンスエリア、すなわち、基準インピーダンスエリアR0、第1のオフセットインピーダンスエリアR1、第2のオフセットインピーダンスエリアR2、第3のオフセットインピーダンスエリアR3は、互いに同じ幅を有しており、その幅は、下層の配線構造の影響がない条件下で取得された基準インピーダンスエリアR0の幅dwである。ただし、基準インピーダンスエリアR0の幅と、オフセットインピーダンスエリアR1〜R3の幅は多少異なっていてもよい。 The four impedance areas, that is, the reference impedance area R0, the first offset impedance area R1, the second offset impedance area R2, and the third offset impedance area R3 have the same width, and the width is This is the width dw of the reference impedance area R0 obtained under the condition that there is no influence of the lower wiring structure. However, the width of the reference impedance area R0 and the width of the offset impedance areas R1 to R3 may be slightly different.
基準インピーダンスエリアR0は、基板の中心部で取得された渦電流センサの出力信号(X,Y)のみを使用することにより生成される。渦電流センサ50は、研磨テーブル1が1回転するたびに、必ず基板の中心部を通る。したがって、基板の中心部で取得された膜厚指標値Zは、下層の金属材料(配線構造など)の存在にかかわらず、研磨時間と共に減少する。言い換えれば、基板の中心部では、下層の金属材料は膜厚指標値Zの時間的変化に影響を与えない。したがって、基板の中心部で得られたセンサ出力信号(X,Y)から、図11(a)に示すような、幅の狭いインピーダンスエリアを生成することができる。この基板の中心部で得られたインピーダンスエリアが基準インピーダンスエリアとして定義される。
The reference impedance area R0 is generated by using only the output signal (X, Y) of the eddy current sensor acquired at the center of the substrate. The
基準インピーダンスエリアの幅dwは、その円弧の中心からの最小距離と最大距離との差異である。より具体的には、基準インピーダンスエリアが描く円弧の中心を最小二乗法などの公知の手法により求め、その中心からの最小距離と最大距離との差異を求めることにより、基準インピーダンスエリアの幅dwが求められる。同様に、図12(a)に示す幅の広い初期インピーダンスエリアの幅dw’も、計算により取得される。そして、初期インピーダンスエリアは、基準インピーダンスエリアの幅dwに基づいて分割される。分割されるインピーダンスエリアの数は、初期インピーダンスエリアの幅dw’によって決定される。すなわち、初期インピーダンスエリアの幅dw’を基準インピーダンスエリアの幅dwで割ることにより、分割されるインピーダンスエリアの数が決定される。図13に示す例では、基準インピーダンスエリアを含む4つのインピーダンスエリアR0,R1,R2,R3が作成される。初期インピーダンスエリアの幅によっては、インピーダンスエリアR1,R2,R3のうちのいずれかは、多少異なる幅を有してもよい。 The width dw of the reference impedance area is a difference between the minimum distance and the maximum distance from the center of the arc. More specifically, the width dw of the reference impedance area is obtained by obtaining the center of the arc drawn by the reference impedance area by a known method such as the least square method and obtaining the difference between the minimum distance and the maximum distance from the center. Desired. Similarly, the width dw ′ of the wide initial impedance area shown in FIG. 12A is also obtained by calculation. The initial impedance area is divided based on the width dw of the reference impedance area. The number of impedance areas to be divided is determined by the width dw ′ of the initial impedance area. That is, the number of impedance areas to be divided is determined by dividing the width dw ′ of the initial impedance area by the width dw of the reference impedance area. In the example shown in FIG. 13, four impedance areas R0, R1, R2, and R3 including the reference impedance area are created. Depending on the width of the initial impedance area, one of the impedance areas R1, R2, and R3 may have a slightly different width.
基準インピーダンスエリアR0およびオフセットインピーダンスエリアR1,R2,R3は、研磨対象となる基板と同一構造を有する基板を研磨することにより予め取得される。通常は、1ロットに属する同一構造を有する複数の基板のうちの1枚を研磨することにより、インピーダンスエリアR0,R1,R2,R3が予め作成される。 The reference impedance area R0 and the offset impedance areas R1, R2, and R3 are acquired in advance by polishing a substrate having the same structure as the substrate to be polished. Usually, impedance areas R0, R1, R2, and R3 are created in advance by polishing one of a plurality of substrates having the same structure belonging to one lot.
上述のようにして作成された複数のインピーダンスエリアはX−Y座標系上に定義される。そして、渦電流センサの出力信号X,Yが取得されるたびに、その出力信号X,Yからなる座標は、その値に従って4のインピーダンスエリアR0,R1,R2,R3のいずれかに振り分けられる。言い換えれば、下層の配線構造の影響の度合いに基づいて、センサ出力信号X,YはインピーダンスエリアR0,R1,R2,R3のいずれかに振り分けられる。 The plurality of impedance areas created as described above are defined on the XY coordinate system. Each time the output signals X and Y of the eddy current sensor are acquired, the coordinates of the output signals X and Y are distributed to any of the four impedance areas R0, R1, R2, and R3 according to the values. In other words, the sensor output signals X and Y are distributed to any one of the impedance areas R0, R1, R2, and R3 based on the degree of influence of the underlying wiring structure.
図14は、各インピーダンスエリアに属する座標X,Yから決定される膜厚指標値Z(原点Oから座標X,Yまでの距離)の変化を示す図である。膜厚指標値Zは、研磨時間の経過とともに4つの線を描く。これら4つの線は、座標X,Yの位置が属する4つのインピーダンスエリアR0,R1,R2,R3(図13参照)に対応する。基板の研磨は、4つのインピーダンスエリアに対応した4つの膜厚指標値それぞれに基づいて監視され、各膜厚指標値の変化に基づいて研磨終点が決定される。 FIG. 14 is a diagram showing a change in the film thickness index value Z (distance from the origin O to the coordinates X, Y) determined from the coordinates X, Y belonging to each impedance area. The film thickness index value Z draws four lines as the polishing time elapses. These four lines correspond to the four impedance areas R0, R1, R2, and R3 (see FIG. 13) to which the coordinates X and Y belong. The polishing of the substrate is monitored based on each of the four film thickness index values corresponding to the four impedance areas, and the polishing end point is determined based on the change of each film thickness index value.
さらに、図15に示すように、オフセットインピーダンスエリアR1,R2,R3を、基準インピーダンスエリアR0に重なるように平行移動してもよい。各オフセットインピーダンスエリアが平行移動する距離は、4つのインピーダンスエリアの円弧中心間の距離、すなわち基準インピーダンスエリアR0の幅dwから決定される。具体的には、第1のオフセットインピーダンスエリアR1は幅dw×1の距離だけ平行移動され、第2のオフセットインピーダンスエリアR2は幅dw×2の距離だけ平行移動され、第3のオフセットインピーダンスエリアR3は幅dw×3の距離だけ平行移動される。このような操作により、図15に示すように、第1〜第3のオフセットインピーダンスエリアR1,R2,R3は、基準インピーダンスエリアR0の上に重なり合う。 Furthermore, as shown in FIG. 15, the offset impedance areas R1, R2, and R3 may be translated so as to overlap the reference impedance area R0. The distance that each offset impedance area moves in parallel is determined from the distance between the arc centers of the four impedance areas, that is, the width dw of the reference impedance area R0. Specifically, the first offset impedance area R1 is translated by a distance of width dw × 1, the second offset impedance area R2 is translated by a distance of width dw × 2, and the third offset impedance area R3 Is translated by a distance of width dw × 3. By such an operation, as shown in FIG. 15, the first to third offset impedance areas R1, R2, and R3 overlap the reference impedance area R0.
図16は、図15に示す重なり合った4つのインピーダンスエリアそれぞれに属する座標X,Yから決定される膜厚指標値Z(原点Oから座標X,Yまでの距離)の変化を示す図である。図16から分かるように、4つの膜厚指標値は、研磨時間と共に互いに同じように変化し、各研磨時間での4つの膜厚指標値も、図14に示す膜厚指標値に比べて、互いに近くなる。 FIG. 16 is a diagram showing a change in the film thickness index value Z (distance from the origin O to the coordinates X, Y) determined from the coordinates X, Y belonging to each of the four overlapping impedance areas shown in FIG. As can be seen from FIG. 16, the four film thickness index values change in the same manner with the polishing time, and the four film thickness index values at each polishing time are also compared with the film thickness index values shown in FIG. Get closer to each other.
基板の研磨終点は、それぞれのインピーダンスエリアごとに決定される。すなわち、4つのインピーダンスエリアに対応する4つの膜厚指標値が研磨中に別々に監視され、各膜厚指標値が所定のしきい値に達した時点が研磨終点と決定される。しきい値は、4つの膜厚指標値についてそれぞれ設定される。4つの膜厚指標値のうちの少なくとも1つの膜厚指標値が所定のしきい値に達した時点を、最終的な研磨終点とすることができる。例えば、基準インピーダンスエリアに対応する膜厚指標値が所定のしきい値に達した時点、あるいはすべてのインピーダンスエリアに対応する膜厚指標値がしきい値に達した時点を、研磨終点とすることができる。また、少なくとも2つの膜厚指標値が所定のしきい値に達した時点を研磨終点とすることもできる。 The polishing end point of the substrate is determined for each impedance area. That is, four film thickness index values corresponding to the four impedance areas are separately monitored during polishing, and a point in time at which each film thickness index value reaches a predetermined threshold is determined as a polishing end point. The threshold value is set for each of the four film thickness index values. A time point when at least one film thickness index value among the four film thickness index values reaches a predetermined threshold value can be set as a final polishing end point. For example, when the film thickness index value corresponding to the reference impedance area reaches a predetermined threshold or when the film thickness index value corresponding to all impedance areas reaches the threshold, the polishing end point is set. Can do. Further, a point in time when at least two film thickness index values reach a predetermined threshold value can be set as a polishing end point.
第1〜第3のオフセットインピーダンスエリアR1,R2,R3は、渦電流センサの出力信号が下層の配線構造の影響を受ける領域である。しかしながら、同一のオフセットインピーダンスエリア内では渦電流センサの出力信号は同程度で下層の配線構造の影響を受けるため、膜厚指標値の変化は、下層の配線構造の影響にかかわらず、基板の研磨の進捗を反映している。したがって、分割された複数のインピーダンスエリアごとに基板の研磨を監視することにより、研磨終点の検出精度を向上させることができる。 The first to third offset impedance areas R1, R2, and R3 are regions where the output signal of the eddy current sensor is affected by the underlying wiring structure. However, since the output signal of the eddy current sensor is approximately the same within the same offset impedance area and is affected by the lower wiring structure, the change in the film thickness index value is not affected by the influence of the lower wiring structure. Reflects the progress. Therefore, the polishing end point detection accuracy can be improved by monitoring the polishing of the substrate for each of the plurality of divided impedance areas.
上述した複数のインピーダンスエリアは、基板表面内の複数の領域(ゾーン)のそれぞれについて作成することができる。したがって、基板の領域ごとに研磨終点を上述の方法に従って決定することができる。これらの領域は、基板の表面内に任意に設定することができる。例えば、図17に示す例では、基板の表面内に5つの領域C1,C2,C3,C4,C5が設定されている。この場合は、5つの領域C1〜C5それぞれについて4つの膜厚指標値が取得されるので、基板の研磨中に20(5×4)個の膜厚指標値が監視される。 The plurality of impedance areas described above can be created for each of a plurality of regions (zones) in the substrate surface. Therefore, the polishing end point can be determined for each region of the substrate according to the method described above. These regions can be arbitrarily set in the surface of the substrate. For example, in the example shown in FIG. 17, five regions C1, C2, C3, C4, and C5 are set in the surface of the substrate. In this case, since four film thickness index values are acquired for each of the five regions C1 to C5, 20 (5 × 4) film thickness index values are monitored during the polishing of the substrate.
基準インピーダンスエリアを含む複数のインピーダンスエリアを予め設けることによって、センサ出力信号(X,Y)のばらつきを分割する、すなわち小さくすることができる。したがって、各インピーダンスエリアにおいては、センサ出力信号から得られる膜厚指標値は、概ね研磨時間と共に小さくなる。このような複数のインピーダンスエリアは、基板表面内の各領域について設定することができるので、基板表面内の各領域での膜厚情報を取得することができる。したがって、基板の表面内での複数の領域ごとに研磨終点を検出することが可能となる。 By providing a plurality of impedance areas including the reference impedance area in advance, the variation in the sensor output signal (X, Y) can be divided, that is, reduced. Therefore, in each impedance area, the film thickness index value obtained from the sensor output signal decreases with the polishing time. Since such a plurality of impedance areas can be set for each region in the substrate surface, film thickness information in each region in the substrate surface can be acquired. Therefore, the polishing end point can be detected for each of a plurality of regions in the surface of the substrate.
上述した実施形態では、渦電流センサの出力信号X,Yから膜厚指標値Z(√(X2+Y2))を算出したが、以下に示す他の実施形態のように、膜厚指標値として角度を渦電流センサの出力信号X,Yから算出してもよい。図18は、膜厚指標値として、渦電流センサの出力信号X,Yから角度を算出する方法を説明するための図である。図18に示すように、予め設定された基準点(固定点)Fを通る基準線FLと、渦電流センサの出力信号(X成分、Y成分)から定まる点Tnと基準点Fとを結ぶ線との角度θは、点Tnの移動とともに、すなわち膜厚が減少するとともに、変化する。したがって、角度θは、膜厚を示す指標として使用することができる。 In the embodiment described above, the film thickness index value Z (√ (X 2 + Y 2 )) is calculated from the output signals X and Y of the eddy current sensor, but the film thickness index value as in other embodiments described below. The angle may be calculated from the output signals X and Y of the eddy current sensor. FIG. 18 is a diagram for explaining a method of calculating the angle from the output signals X and Y of the eddy current sensor as the film thickness index value. As shown in FIG. 18, a line connecting a reference line FL passing through a preset reference point (fixed point) F and a point Tn determined from an output signal (X component, Y component) of the eddy current sensor and the reference point F. Is changed as the point Tn moves, that is, as the film thickness decreases. Therefore, the angle θ can be used as an index indicating the film thickness.
一般に、研磨される基板の枚数が増加するにつれて、研磨パッド2は徐々に磨耗する。図1に示すように、渦電流センサ50は、研磨テーブル1に埋設されているので、研磨パッド2の摩耗とともに、基板Wと渦電流センサ50との距離が変化する。上述した角度θは、基板Wと渦電流センサ50との距離には依存せず、膜厚に依存して変化することが知られている(特許文献1参照)。
In general, as the number of substrates to be polished increases, the
しかしながら、図19に示すように、下層の配線構造の存在に起因して角度θが変化し、膜厚を正確に反映しないことがある。そこで、図20に示すように、基準インピーダンスエリアR0について算出された角度と、オフセットインピーダンスエリアR1,R2,R3について算出された角度とが等しくなるように、オフセットインピーダンスエリアR1,R2,R3について算出された角度に係数を掛ける。係数は、それぞれのオフセットインピーダンスエリアR1,R2,R3について予め設定される。これら係数は、基板の構造に依存して変わりうるので、研磨される基板と同一構造を有する基板の研磨結果から決定される。このように補正された角度に基づいて、インピーダンスエリアR0,R1,R2,R3ごとに研磨終点を検出することができる。 However, as shown in FIG. 19, the angle θ may change due to the presence of the underlying wiring structure, and the film thickness may not be accurately reflected. Therefore, as shown in FIG. 20, the offset impedance areas R1, R2, and R3 are calculated so that the angles calculated for the reference impedance area R0 and the angles calculated for the offset impedance areas R1, R2, and R3 are equal. Multiply the resulting angle by a factor. The coefficients are set in advance for the respective offset impedance areas R1, R2, and R3. Since these coefficients can vary depending on the structure of the substrate, they are determined from the polishing result of the substrate having the same structure as the substrate to be polished. Based on the angle thus corrected, the polishing end point can be detected for each of the impedance areas R0, R1, R2, and R3.
次に、本発明のさらに他の実施形態について説明する。
図10に示すように、研磨テーブル1がN回転目のときの渦電流センサ50の軌跡は、研磨テーブル1がN+1回転目のときの渦電流センサ50の軌跡とは異なる。渦電流センサ50が感知する配線構造200の位置は、研磨テーブル1の回転回数によって異なり、結果として、渦電流センサ50によって取得される膜厚プロファイルは、渦電流センサ50の軌跡に依存して変わる。
Next, still another embodiment of the present invention will be described.
As shown in FIG. 10, the locus of the
トップリング10の回転速度と研磨テーブル1の回転速度は、通常異なっている。このような条件では、渦電流センサ50が基板表面に描く軌跡は、基板の中心周りに回転する。渦電流センサ50の軌跡は、研磨テーブル1がある回数だけ回転する間に、基板の表面上を一周する。センサ軌跡が基板の表面上を一周するために必要な研磨テーブル1の回転回数は、トップリング10と研磨テーブル1との回転速度比によって決定される。
The rotational speed of the
図21は、トップリング10の回転速度が77min−1、研磨テーブル1の回転速度が70min−1であるとき、渦電流センサ50が描く基板W上の軌跡を示す図である。図21に示すように、この条件下では、研磨テーブル1が1回転するごとに渦電流センサ50の軌跡が36度回転する。したがって、研磨テーブル1が10回転するたびに、渦電流センサ50の軌跡は基板Wの表面上を一周する。この場合、研磨テーブル1が1回目の回転をしているときのセンサ軌跡と、研磨テーブル1が11回目の回転をしているときのセンサ軌跡とは同一である。
FIG. 21 is a diagram showing a locus on the substrate W drawn by the
図22は、渦電流センサ50の同一軌跡上の膜厚プロファイルの変化を示す図である。膜厚プロファイルとは、基板の半径方向に沿った膜厚分布である。渦電流センサ50が同一の軌跡で基板の膜厚を測定すると、配線構造200に起因して膜厚プロファイルの同一箇所において凸部が現れる。渦電流センサ50は基板の同一箇所を走査するので、凸部は同じ位置に現れる。したがって、下層の配線構造200の存在によらず、膜厚プロファイルは、全体として、研磨時間とともに徐々に小さくなっていく。つまり、基板上の各膜厚測定点において、膜厚指標値は研磨時間とともに低下する。したがって、膜厚プロファイル(膜厚指標値)の変化に基づいて、研磨終点を決定することができる。
FIG. 22 is a diagram showing a change in the film thickness profile on the same locus of the
基板に形成された金属膜を除去することが研磨の目的である場合、金属膜が基板から除去された時点で、膜厚プロファイルは変化しなくなる。これは、渦電流センサ50がそれ以上金属膜に反応しなくなるからである。したがって、膜厚プロファイルが変化しなくなった時点(具体的には、膜厚指標値が低下しなくなった時点)を研磨終点として決定することができる。例えば、基板上の同一位置における現在の膜厚指標値と前回の膜厚指標値との差異が所定の値にまで低下した時点を研磨終点とすることができる。
When the purpose of polishing is to remove the metal film formed on the substrate, the film thickness profile does not change when the metal film is removed from the substrate. This is because the
膜厚プロファイルの変化(すなわち、膜厚指標値の変化)は、図17に示すように基板の表面に予め定義された複数の領域ごとに監視することができる。基板上の各領域では、下層の配線構造の存在にかかわらず、膜厚指標値は研磨時間とともに小さくなる。したがって、渦電流センサ50から得られる膜厚指標値を、基板の各領域での研磨終点検出に用いることができる。
The change in the film thickness profile (that is, the change in the film thickness index value) can be monitored for each of a plurality of regions defined in advance on the surface of the substrate as shown in FIG. In each region on the substrate, the film thickness index value decreases with the polishing time regardless of the presence of the underlying wiring structure. Therefore, the film thickness index value obtained from the
トップリング10の回転速度と研磨テーブル1の回転速度が異なる場合、基板の表面を走査する渦電流センサ50の軌跡は複数存在する。図21に示す例では、研磨テーブル1が10回転するたびにセンサ軌跡が基板の中心周りに1周するので、10本の軌跡が存在する。これら10本の軌跡のそれぞれについて、図22に示す膜厚プロファイルを作成してもよい。この場合でも、図17に示す例のように、基板の表面を5つの領域に分けることができる。したがって、したがって、この場合では、50(10×5)個の研磨終点を検出することができる。
When the rotational speed of the
上述した例は、膜の下層に存在する配線構造が渦電流センサ50の出力信号に影響を与える場合であるが、研磨すべき膜が基板上に局所的に残る場合にも、膜厚プロファイルには凸部が現れる。この例について、図23を参照して説明する。図23は、基板上に局所的に存在する残膜と、この基板の膜厚プロファイルを示す図である。通常、残膜は、図23に示すように、環状の膜である。このような残膜が基板上に存在すると、その残膜に渦電流センサ50が反応して膜厚指標値が大きくなり、結果として、図22に示す例と同様に、膜厚プロファイルには凸部が現れる。
The above-described example is a case where the wiring structure existing in the lower layer of the film affects the output signal of the
図23に示す膜厚プロファイルは、渦電流センサ50の軌跡によらず、常に一定の位置で凸部が現れる点で、図22に示す膜厚プロファイルとは異なっている。これは、残膜が、基板の周方向に延びた環状の膜であるためである。この残膜の存在を示す膜厚プロファイルの凸部は、研磨テーブル1が回転するたびに同じ箇所に現れ、研磨時間とともに徐々に小さくなり、残膜が除去されると消滅する。
The film thickness profile shown in FIG. 23 is different from the film thickness profile shown in FIG. 22 in that a convex portion always appears at a fixed position regardless of the locus of the
図24は、下層の配線構造と残膜の両方を有する基板の膜厚プロファイルを示す図である。下層の配線構造に起因する膜厚プロファイルの凸部は、渦電流センサ50の走査軌跡が一致しない限り、異なる位置に現れるのに対して、残膜に起因する膜厚プロファイルの凸部は、研磨テーブル1が回転するたびに同じ位置に現れる。したがって、研磨監視部53は、膜厚プロファイルに現れる凸部の位置から、その凸部が残膜または下層の配線構造のいずれかに起因するものかを判断することができる。さらに、残膜に起因する凸部の大きさの変化から研磨終点を決定することができる。例えば、凸部の大きさが0になった時点、または所定のしきい値にまで小さくなった時点を研磨終点とすることができる。
FIG. 24 is a diagram showing a film thickness profile of a substrate having both a lower wiring structure and a remaining film. The convex portions of the film thickness profile due to the lower layer wiring structure appear at different positions as long as the scanning trajectories of the
下層の配線構造に起因する凸部と、残膜に起因する凸部とは、次のようにして区別することができる。膜厚プロファイルが取得されるたびに、その膜厚プロファイルに現れる凸部の数と基板の半径方向における凸部の位置とが取得される。図24から分かるように、残膜に起因する凸部は、センサ軌跡にかかわらず、研磨テーブル1が1回転するたびに毎回ほぼ同じ位置(類似する位置)で連続的に現れる。これに対して、下層の配線構造に起因する凸部は、一定の周期でほぼ同じ位置(類似する位置)に現れる。したがって、連続してほぼ同じ位置に現れる凸部は、残膜に起因する凸部であると判断され、一方、一定の周期でほぼ同じ位置に現れる凸部は、下層の配線構造に起因する凸部であると判断される。 A convex portion caused by the lower wiring structure and a convex portion caused by the remaining film can be distinguished as follows. Each time a film thickness profile is acquired, the number of protrusions appearing in the film thickness profile and the position of the protrusions in the radial direction of the substrate are acquired. As can be seen from FIG. 24, the convex portions due to the remaining film appear continuously at substantially the same position (similar position) every time the polishing table 1 makes one rotation, regardless of the sensor locus. On the other hand, the convex part resulting from the lower wiring structure appears at substantially the same position (similar position) at a constant period. Accordingly, the convex portions appearing at substantially the same position in succession are determined to be convex portions due to the remaining film, while the convex portions appearing at substantially the same position at a constant period are convex portions due to the underlying wiring structure. Part.
研磨テーブル1とトップリング10が同じ回転速度で回転している場合、渦電流センサ50は常に同一軌跡で基板を横切るため、上述の方法では凸部の区別ができない。そこで、このような場合には、各凸部のピーク値が研磨時間とともに減少するか否かに基づいて凸部を区別することができる。すなわち、研磨時間がある時点に達すると凸部のピーク値が減少しなくなる場合は、その凸部は下層の配線構造に起因した凸部と判断できる。一方、研磨時間とともに凸部のピーク値が(徐々にでも)減少する場合には、その凸部は残膜に起因した凸部であると判断できる。
When the polishing table 1 and the
上述したように、渦電流センサ50の走査軌跡の数は、トップリング10の回転速度と研磨テーブル1の回転速度との比によって決定される。言い換えれば、トップリング10の回転速度と研磨テーブル1の回転速度を設定することにより、研磨テーブル1が所望の回数だけ回転するごとに、渦電流センサ50を同じ軌跡で基板を走査させることができる。しかしながら、トップリング10および研磨テーブル1は、必ずしも設定回転速度で回転するとは限らない。つまり、設定回転速度と実際の回転速度との間には誤差がある。この誤差は小さいものであるが、その誤差に起因して、渦電流センサ50は予定された軌跡で基板を走査しない。結果として、図22に示すような、凸部が同じ位置に現れる膜厚プロファイルを得ることができない。
As described above, the number of scanning trajectories of the
そこで、本実施形態では、トップリング10および研磨テーブル1がそれぞれ1回転する実時間を測定し、その実測時間からトップリング10の回転速度と研磨テーブル1の回転速度を算出する。図25は、研磨テーブル1が1回転する時間を測定するテーブル回転検出器210と、トップリング10が1回転する時間を測定するトップリング回転検出器220を示す模式図である。テーブル回転検出器210は、研磨テーブル1の外周面に固定されたセンサターゲット211と、このセンサターゲット211を感知するセンサ212と、センサ212に接続された時間計測器213とを備えている。
Therefore, in this embodiment, the actual time for each rotation of the
センサターゲット211は、研磨テーブル1とともに回転する一方、センサ212の位置は固定されている。センサ212は、センサターゲット211に近接して配置されており、研磨テーブル1が1回転するたびにセンサターゲット211を感知するようになっている。センサ212がセンサターゲット211を感知すると、トリガ信号がセンサ212から時間計測器213に送られる。時間計測器213は、トリガ信号を受信してから次のトリガ信号を受信するまでの時間を計測する。この計測された時間は、研磨テーブル1が1回転する時間である。
The
トップリング回転検出器220は、トップリング10に固定されたセンサターゲット221と、このセンサターゲット221を感知するセンサ222と、センサ222に接続された時間計測器223とを備えている。センサ222は、トップリングヘッド12(図1参照)に固定されている。トップリング回転検出器220の動作は、上述したテーブル回転検出器210の動作と同じであるので、その説明を省略する。
The top
図26は、トリガ信号を受けて各時間計測器が1回転当たりの実時間を計測する様子を示すタイムチャートである。トリガ信号を受けると、時間計測器213,223は時間の計測を開始し、次のトリガ信号を受けると、時間計測器213,223は時間の計測を停止すると同時に、再び時間の計測を開始する。トリガ信号は、研磨テーブル1が1回転するたびに時間計測器213に入力されるので、トリガ信号と次のトリガ信号との間の時間間隔が研磨テーブル1の実際の回転時間である。同様に、トリガ信号は、トップリング10が1回転するたびに時間計測器223に入力されるので、トリガ信号と次のトリガ信号との間の時間間隔がトップリング10の実際の回転時間である。
FIG. 26 is a time chart showing how each time measuring device receives the trigger signal and measures the actual time per rotation. When receiving the trigger signal, the
研磨テーブル1の回転速度(min−1)およびトップリング10の回転速度(min−1)は、それぞれの実測回転時間から算出することができる。このように、研磨テーブル1の実際の回転速度およびトップリング10の実際の回転速度を取得することにより、トップリング10と研磨テーブル1との回転速度比を正確に調整することができる。したがって、渦電流センサ50は、研磨テーブル1が所定の回数だけ回転するたびに、正確に同一の軌跡を描いて基板の表面を走査することができる。なお、トップリング回転検出器220またはテーブル回転検出器210のいずれかを省略してもよい。この場合、トップリング10または研磨テーブル1の実際の回転速度を測定することができないので、代わりに設定回転速度が使用される。
Rotational speed of the polishing table 1 the rotational speed of (min -1) and the
次に、研磨終点を検出するプロセスについて、図27を参照して説明する。図27は、研磨終点を検出する工程を示すフローチャートである。基板の研磨が開始されると、渦電流センサ50は、研磨テーブル1が回転するたびに基板の表面を走査し、インピーダンスの抵抗成分としての信号Xと誘導リアクタンス成分としての信号Yを出力する。研磨監視部53は、出力信号X,Yからなる膜厚データを渦電流センサ50から受け取る(ステップ1)。
Next, the process for detecting the polishing end point will be described with reference to FIG. FIG. 27 is a flowchart showing a process of detecting the polishing end point. When the polishing of the substrate is started, the
研磨監視部53は、時間計測器213,223から研磨テーブル1の回転時間およびトップリング10の回転時間の測定値を受け取り(ステップ2)、上述したようにトップリング10の実際の回転速度および研磨テーブル1の実際の回転速度を算出する。さらに、研磨監視部53は、トップリング10と研磨テーブル1との回転速度比から、渦電流センサ50が同じ軌跡を描くために必要な研磨テーブル1の回転回数を算出する(ステップ3)。
The polishing
研磨監視部53は、基板表面に予め定義された複数の領域(図17参照)に従って膜厚データを複数の膜厚データ群に分割し(ステップ4)、さらに領域ごとの膜厚データ群を渦電流センサ50の軌跡に従って複数の膜厚データに振り分け(ステップ5)、それぞれの膜厚データから各センサ軌跡に関する膜厚プロファイルを作成する。
The polishing
上記ステップ2〜ステップ5の具体例について、図28を参照して説明する。図28に示す例では、トップリング10が1回転する実時間は2000ミリ秒であり、研磨テーブル1が1回転する実時間は1000ミリ秒である。この場合、トップリング10の回転速度は30min−1、研磨テーブル1の回転速度は60min−1と求められ、研磨テーブル1が1回転するたびに渦電流センサ50は2回基板の表面を横切る。したがって、この場合の渦電流センサ50の軌跡は2本である。基板の表面には各軌跡に沿って5つの領域が予め定義されている。
A specific example of
研磨テーブル1が2N−1回転目のときに得られる膜厚データは、D12N−1,D22N−1,D32N−1,D42N−1,D52N−1であり、研磨テーブル1が2N回転目のときに得られる膜厚データは、D12N,D22N,D32N,D42N,D52Nである。Nは自然数である。これらの膜厚データは、基板上の5つの領域にそれぞれ属する5つのデータ群、すなわち第1のデータ群D12N−1,D12N,第2のデータ群D22N−1,D22N,第3のデータ群D32N−1,D32N,第4のデータ群D42N−1,D42N,第5のデータ群D52N−1,D52Nに分けられる。 The film thickness data obtained when the polishing table 1 is rotated 2N-1 are D1 2N-1 , D2 2N-1 , D3 2N-1 , D4 2N-1 , D5 2N-1 , and the polishing table 1 is The film thickness data obtained at the 2N rotation is D1 2N , D2 2N , D3 2N , D4 2N , D5 2N . N is a natural number. These film thickness data are divided into five data groups respectively belonging to the five regions on the substrate, that is, the first data group D1 2N-1 , D1 2N , the second data group D2 2N-1 , D2 2N , the third data group. Data groups D3 2N-1 , D3 2N , fourth data groups D4 2N-1 , D4 2N , and fifth data groups D5 2N-1 , D5 2N .
さらに、上記各データ群は、同一センサ軌跡ごとに振り分けられる。すなわち、第1のデータ群は、膜厚データD12N−1と膜厚データD12Nとに分けられ、第2のデータ群は膜厚データD22N−1と膜厚データD22Nとに分けられ、第3のデータ群は膜厚データD32N−1と膜厚データD32Nとに分けられ、第4のデータ群は膜厚データD42N−1と膜厚データD42Nとに分けられ、第5のデータ群は膜厚データD52N−1と膜厚データD52Nとに分けられる。そして、それぞれの膜厚データから膜厚プロファイルが生成される。
Furthermore, each data group is distributed for each same sensor locus. That is, the first data group is divided into film thickness data D1 2N-1 and film thickness data D1 2N, and the second data group is divided into film thickness data D2 2N-1 and film thickness data D2 2N. The third data group is divided into film thickness data D3 2N-1 and film thickness data D3 2N, and the fourth data group is divided into film thickness data D4 2N-1 and film thickness data D4 2N . The
図27に戻り、研磨監視部53は、各膜厚プロファイルから得られる現在の膜厚と前回の膜厚と比較し、膜厚プロファイルの変化を取得する(ステップ6)。具体的には、研磨監視部53は、現在の膜厚と前回の膜厚との差異が設定値を下回ったか否か、または膜厚の減少率が設定値を下回ったか否かを判断する。研磨終点検出の精度を上げるために、これら設定値は、システムノイズの大きさに基づいて決定することが好ましい。現在の膜厚と前回の膜厚との差異が設定値を下回ったとき、または膜厚の減少率が設定値を下回ったときに、研磨監視部53は、基板の研磨工程が終点に達したと判断する(ステップ7)。
Returning to FIG. 27, the polishing
研磨終点検出の精度をさらに高めるために、ステップ7の研磨終点が複数のセンサ軌跡について検出されたときに、基板の研磨工程が終点に達したと判断することが好ましい。あるいは、研磨テーブル1が複数回回転する間にステップ7の研磨終点検出が複数回行われた場合に、基板の研磨工程が終点に達したと判断することが好ましい。
In order to further improve the accuracy of detection of the polishing end point, it is preferable to determine that the polishing process of the substrate has reached the end point when the polishing end point of
上述した実施形態は、基板の複数の領域を独立して研磨パッドに押し付けることができるトップリングに適用することができる。図29は、図1に示すトップリングの一例を示す断面図である。トップリング10は、トップリングシャフト11に自由継手250を介して連結されるトップリング本体251と、トップリング本体251の下部に配置されたリテーナリング252とを備えている。
The above-described embodiments can be applied to a top ring that can independently press a plurality of regions of a substrate against a polishing pad. 29 is a cross-sectional view showing an example of the top ring shown in FIG. The
トップリング本体251の下方には、基板Wに当接する柔軟なメンブレン256と、メンブレン256を保持するチャッキングプレート257とが配置されている。メンブレン256とチャッキングプレート257との間には、4つの圧力室(エアバッグ)P1,P2,P3,P4が設けられている。圧力室P1,P2,P3,P4はメンブレン256とチャッキングプレート257とによって形成されている。中央の圧力室P1は円形であり、他の圧力室P2,P3,P4は環状である。これらの圧力室P1,P2,P3,P4は、同心上に配列されている。
Below the
圧力室P1,P2,P3,P4にはそれぞれ流体路261,262,263,264を介して圧力調整部270により加圧空気等の加圧流体が供給され、あるいは真空引きがされるようになっている。圧力室P1,P2,P3,P4の内部圧力は互いに独立して変化させることが可能であり、これにより、基板Wの4つの領域、すなわち、中央部、内側中間部、外側中間部、および周縁部に対する押圧力を独立に調整することができる。また、トップリング10の全体を昇降させることにより、リテーナリング252を所定の押圧力で研磨パッド2に押圧できるようになっている。
Pressurized fluid such as pressurized air is supplied to the pressure chambers P1, P2, P3, and P4 by the
チャッキングプレート257とトップリング本体251との間には圧力室P5が形成され、この圧力室P5には流体路265を介して上記圧力調整部270により加圧流体が供給され、あるいは真空引きがされるようになっている。これにより、チャッキングプレート257およびメンブレン256全体が上下方向に動くことができる。基板Wの周端部はリテーナリング252に囲まれており、研磨中に基板Wがトップリング10から飛び出さないようになっている。圧力室P3を構成する、メンブレン256の部位には開口が形成されており、圧力室P3に真空を形成することにより基板Wがトップリング10に吸着保持されるようになっている。また、この圧力室P3に窒素ガスやクリーンエアなどを供給することにより、基板Wがトップリング10からリリースされるようになっている。
A pressure chamber P5 is formed between the chucking
研磨監視部53は、各圧力室P1,P2,P3,P4に対応する基板表面の領域での膜厚指標値に基づいて、各圧力室P1,P2,P3,P4の内部圧力の目標値を決定する。研磨監視部53は上記圧力調整部270に指令信号を送り、圧力室P1,P2,P3,P4の内部圧力が上記目標値に一致するように圧力調整部270を制御する。このように、複数の圧力室を持つトップリング10は、研磨の進捗に従って基板の表面上の各領域を独立に研磨パッド2に押圧できるので、膜を均一に研磨することができる。
The polishing
上述した実施形態は、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明を実施できることを目的として記載されたものである。上記実施形態の種々の変形例は、当業者であれば当然になしうることであり、本発明の技術的思想は他の実施形態にも適用しうることである。したがって、本発明は、記載された実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲によって定義される技術的思想に従った最も広い範囲に解釈されるものである。 The embodiment described above is described for the purpose of enabling the person having ordinary knowledge in the technical field to which the present invention belongs to implement the present invention. Various modifications of the above embodiment can be naturally made by those skilled in the art, and the technical idea of the present invention can be applied to other embodiments. Accordingly, the present invention is not limited to the described embodiments, but is to be construed in the widest scope according to the technical idea defined by the claims.
1 研磨テーブル
1a テーブル軸
2 研磨パッド
2a 研磨面
3 研磨液供給ノズル
10 トップリング
11 トップリングシャフト
12 トップリングヘッド
20 ドレッシング装置
21 ドレッサアーム
22 ドレッサ
22a ドレッシング部材
23 揺動軸
50 渦電流センサ
53 研磨監視部
102 センサコイル
103 交流電源
105 同期検波部
111 ボビン
112 励磁コイル
113 検出コイル
114 バランスコイル
120 バンドパスフィルタ
121 ブリッジ回路
123 高周波アンプ
124 位相シフト回路
125 cos同期検波回路
126 sin同期検波回路
127,128 ローパスフィルタ
200 配線構造
210 テーブル回転検出器
211 センサターゲット
212 センサ
213 時間計測器
220 トップリング回転検出器
221 センサターゲット
222 センサ
223 時間計測器
251 トップリング本体
252 リテーナリング
256 メンブレン
257 チャッキングプレート
270 圧力調整部
P1,P2,P3,P4 圧力室
DESCRIPTION OF
Claims (13)
前記基板の研磨中に渦電流センサを前記基板の表面を横切るように移動させ、
前記渦電流センサのインピーダンスの抵抗成分Xおよび誘導リアクタンス成分Yを取得し、
前記抵抗成分Xおよび前記誘導リアクタンス成分Yからなる座標X,YをX−Y座標系上にプロットし、
前記X−Y座標系上には複数のインピーダンスエリアが予め定義されており、前記複数のインピーダンスエリアは、基準インピーダンスエリアと少なくとも1つのオフセットインピーダンスエリアを含んでおり、
前記複数のインピーダンスエリアにそれぞれ属する複数の座標X,Yを用いて、前記複数のインピーダンスエリアごとに複数の膜厚指標値を算出し、
前記複数の膜厚指標値を用いて前記複数のインピーダンスエリアごとに前記基板の研磨終点を決定することを特徴とする方法。 A method of detecting a polishing end point of a substrate polishing step of polishing a film of the substrate by rotating the top ring and the polishing table while pressing the substrate against a polishing pad on a polishing table by a top ring. ,
Moving the eddy current sensor across the surface of the substrate during polishing of the substrate;
Obtaining the resistance component X and the inductive reactance component Y of the impedance of the eddy current sensor;
Plotting the coordinates X, Y consisting of the resistance component X and the inductive reactance component Y on an XY coordinate system;
A plurality of impedance areas are defined in advance on the XY coordinate system, and the plurality of impedance areas include a reference impedance area and at least one offset impedance area,
Using a plurality of coordinates X, Y belonging to each of the plurality of impedance areas, a plurality of film thickness index values are calculated for each of the plurality of impedance areas,
A method of determining a polishing end point of the substrate for each of the plurality of impedance areas using the plurality of film thickness index values.
前記基板と同一構造の基板を研磨し、
前記同一構造の基板の研磨中に前記抵抗成分Xおよび前記誘導リアクタンス成分Yを取得し、
取得された前記抵抗成分Xおよび前記誘導リアクタンス成分Yからなる座標X,Yを前記X−Y座標系上にプロットして初期インピーダンスエリアを該X−Y座標系上に形成し、
前記初期インピーダンスエリアをその長手方向に沿って分割することで得られることを特徴とする請求項1に記載の方法。 The plurality of impedance areas are:
Polishing a substrate having the same structure as the substrate;
Obtaining the resistance component X and the inductive reactance component Y during polishing of the substrate of the same structure;
Plotting the obtained coordinates X and Y consisting of the resistance component X and the inductive reactance component Y on the XY coordinate system to form an initial impedance area on the XY coordinate system;
The method according to claim 1, wherein the initial impedance area is obtained by dividing the initial impedance area along a longitudinal direction thereof.
前記基板と同一構造の基板を研磨し、
前記同一構造の基板の中心部での前記抵抗成分Xおよび前記誘導リアクタンス成分Yを取得し、
取得された前記抵抗成分Xおよび前記誘導リアクタンス成分Yからなる座標X,Yを前記X−Y座標系上にプロットすることによって該X−Y座標系上に描かれる領域であることを特徴とする請求項1または2に記載の方法。 The reference impedance area is
Polishing a substrate having the same structure as the substrate;
Obtaining the resistance component X and the inductive reactance component Y at the center of the substrate having the same structure;
It is an area drawn on the XY coordinate system by plotting the obtained coordinates X, Y consisting of the resistance component X and the inductive reactance component Y on the XY coordinate system. The method according to claim 1 or 2.
前記トップリングが1回転する時間を測定し、前記測定された時間から前記トップリングの回転速度を算出し、
前記トップリングの回転速度と前記研磨テーブルの回転速度との比から、前記研磨テーブルに埋設された渦電流センサが同一の軌跡を描いて前記基板の表面を横切るための前記研磨テーブルの回転回数を算出し、
前記渦電流センサを前記基板の表面を横切るように移動させ、
前記渦電流センサが同一の軌跡で前記基板の表面を横切ったときの前記渦電流センサの出力信号を取得し、
前記渦電流センサの出力信号から膜厚指標値を算出し、
前記膜厚指標値の変化から前記基板の研磨終点を決定することを特徴とする方法。 A method of detecting a polishing end point of a substrate polishing step of polishing a film of the substrate by rotating the top ring and the polishing table while pressing the substrate against a polishing pad on a polishing table by a top ring. ,
Measure the time for which the top ring makes one rotation, calculate the rotation speed of the top ring from the measured time,
From the ratio of the rotation speed of the top ring and the rotation speed of the polishing table, the number of rotations of the polishing table for the eddy current sensor embedded in the polishing table to draw the same trajectory and cross the surface of the substrate is determined. Calculate
Before the Kiuzu current sensor is moved across the surface of the substrate,
Obtaining an output signal of the eddy current sensor when the eddy current sensor crosses the surface of the substrate in the same locus;
Calculate the film thickness index value from the output signal of the eddy current sensor,
A method of determining a polishing end point of the substrate from a change in the film thickness index value.
前記振り分けられた出力信号から、前記基板の各領域についての膜厚指標値を算出することを特徴とする請求項9または10に記載の方法。 The output signal of the eddy current sensor is distributed according to a plurality of predefined areas on the surface of the substrate,
The method according to claim 9 or 10, characterized in that from the distribution obtained output signal, calculates the thickness index value for each area of the substrate.
前記研磨テーブルに埋設された渦電流センサを前記基板の表面を横切るように移動させ、
前記渦電流センサの出力信号を取得し、
前記渦電流センサの出力信号から膜厚プロファイルを作成し、
前記膜厚プロファイルに現れる凸部の位置の変化から、前記凸部が残膜または膜の下層に存在する金属材料のいずれかに起因して現れるかを判断し、
前記残膜に起因して現れる凸部の大きさに基づいて前記基板の研磨終点を決定することを特徴とする方法。 A method of detecting a polishing end point of a substrate polishing step of polishing a film of the substrate by rotating the top ring and the polishing table while pressing the substrate against a polishing pad on a polishing table by a top ring. ,
Moving the eddy current sensor embedded in the polishing table across the surface of the substrate;
Obtaining an output signal of the eddy current sensor;
Create a film thickness profile from the output signal of the eddy current sensor,
From the change in the position of the convex portion appearing in the film thickness profile, it is determined whether the convex portion appears due to either the remaining film or the metal material present in the lower layer of the film,
A polishing end point of the substrate is determined based on a size of a convex portion that appears due to the remaining film.
基板を回転させながら、前記回転する研磨テーブル上の研磨パッドに前記基板を押し当てるトップリングと、
前記研磨テーブル内に設置され、前記基板の表面を横切るように移動する渦電流センサと、
前記渦電流センサの出力信号から前記基板の膜厚を監視する研磨監視部とを備え、
前記研磨監視部は、
前記渦電流センサのインピーダンスの抵抗成分Xおよび誘導リアクタンス成分Yを取得し、
前記抵抗成分Xおよび前記誘導リアクタンス成分Yからなる座標X,YをX−Y座標系上にプロットし、前記X−Y座標系上には複数のインピーダンスエリアが予め定義されており、前記複数のインピーダンスエリアは、基準インピーダンスエリアと少なくとも1つのオフセットインピーダンスエリアを含んでおり、
前記複数のインピーダンスエリアにそれぞれ属する複数の座標X,Yを用いて、前記複数のインピーダンスエリアごとに複数の膜厚指標値を算出し、
前記複数の膜厚指標値を用いて前記複数のインピーダンスエリアごとに前記基板の研磨終点を決定することを特徴とする研磨装置。 A rotatable polishing table that supports the polishing pad;
A top ring that presses the substrate against a polishing pad on the rotating polishing table while rotating the substrate;
An eddy current sensor installed in the polishing table and moving across the surface of the substrate;
A polishing monitoring unit that monitors the film thickness of the substrate from the output signal of the eddy current sensor,
The polishing monitoring unit
Obtaining the resistance component X and the inductive reactance component Y of the impedance of the eddy current sensor;
The coordinates X and Y composed of the resistance component X and the inductive reactance component Y are plotted on an XY coordinate system, and a plurality of impedance areas are defined in advance on the XY coordinate system. The impedance area includes a reference impedance area and at least one offset impedance area;
Using a plurality of coordinates X, Y belonging to each of the plurality of impedance areas, a plurality of film thickness index values are calculated for each of the plurality of impedance areas,
A polishing apparatus, wherein a polishing end point of the substrate is determined for each of the plurality of impedance areas using the plurality of film thickness index values.
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