JP6297301B2 - 細長い領域のモニタリングを用いるインシトゥモニタシステム - Google Patents
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Description
関連出願の相互参照
本出願は、２０１２年１１月８日に出願した米国仮出願第６１／７２４，２１８号の優先権を主張するものであり、その全開示は参照により組み込まれる。
本出願は、２０１２年１１月８日に出願した米国仮出願第６１／７２４，２１８号の優先権を主張するものであり、その全開示は参照により組み込まれる。
本開示は、基板の化学機械研磨中の細長い領域のインシトゥモニタリングに関する。
集積回路は、一般に、シリコンウエハ上に導電層、半導体層、または絶縁層を連続的に堆積させることによって、およびその層を引き続き処理することによって基板（例えば、半導体ウエハ）上に形成される。
１つの製造ステップは、非平面表面の上に充填層を堆積させ、非平面表面が露出されるまで充填層を平坦化することを含む。例えば、導電性充填層をパターン化絶縁層上に堆積させて、絶縁層中のトレンチまたは孔を充填することができる。次に、充填層は、絶縁層の隆起パターンが露出されるまで研磨される。平坦化の後、絶縁層の隆起パターン間に残る導電層の部分は、基板上の薄膜回路間に導電性経路を設けるビア、プラグ、およびラインを形成する。加えて、平坦化を使用して、リソグラフィのために基板表面を平坦化することができる。
化学機械研磨（ＣＭＰ）は１つの受け入れられている平坦化の方法である。この平坦化方法では、一般に、基板をキャリアヘッドに装着することが必要とされる。基板の露出した表面は、回転する研磨パッドに押し当てられる。キャリアヘッドは基板に制御可能な負荷を与えて、基板を研磨パッドに押しつける。砥粒粒子をもつスラリなどの研磨液体が研磨パッドの表面に供給される。
半導体処理中に、基板または基板上の層の１つまたは複数の特性を決定することが重要であることがある。例えば、プロセスを適正な時間に終了できるように、ＣＭＰプロセス中に導電層の厚さを知ることが重要であることがある。いくつかの方法を使用して、基板特性を決定することができる。例えば、化学機械研磨中に基板をインシトゥモニタリングするために光センサを使用することができる。代替として（または加えて）、渦電流感知システムを使用して、基板上の導電性領域に渦電流を誘起し、それにより、導電性領域の局所的な厚さなどのパラメータを決定することができる。
細長い領域をモニタするインシトゥモニタシステムは、基板エッジでの信号強度の改善を行うことができる。しかし、領域と基板エッジとの間の相対角度が、例えば、キャリアヘッドの掃引のために、時間とともに変化する場合、かなり大きい雑音が、モニタシステムによって発生された、基板エッジに対応する信号の部分に導入されることがある。角度を計算し、そのデータをコントローラに送り込むことによって、この雑音は著しく減少させることができる。
１つの態様では、基板を化学機械研磨する方法は、研磨ステーションにおいて基板上の層を研磨することと、研磨の間研磨ステーションにおいてインシトゥモニタシステムによりその層をモニタすることであり、インシトゥモニタシステムが細長い領域をモニタし、測定信号を発生する、モニタすることと、細長い領域の一次軸と、基板のエッジの接線との間の角度を計算することと、その角度に基づいて測定信号を変更して変更信号を発生することと、変更信号に基づいて、研磨終点を検出することおよび研磨パラメータを変更することの少なくとも一方とを含む。
別の態様では、基板を化学機械研磨する方法は、研磨ステーションにおいて基板上の層を研磨することと、研磨の間研磨ステーションにおいてインシトゥモニタシステムによりその層をモニタすることであり、インシトゥモニタシステムが異方性センサを含み、測定信号を発生する、モニタすることと、異方性センサの一次軸と基板のエッジの接線との間の角度を計算することと、その角度に基づいて測定信号を変更して変更信号を発生することと、変更信号に基づいて、研磨終点を検出することおよび研磨パラメータを変更することの少なくとも一方とを含む。
別の態様では、研磨システムは、基板を保持するためのキャリアと、研磨表面用の支持体と、センサを有するインシトゥモニタシステムであり、細長い領域をモニタし、測定信号を発生するように構成される、インシトゥモニタシステムと、センサと基板との間に相対運動を発生させるためのモータと、インシトゥモニタシステムから測定信号を受け取り、細長い領域の一次軸と、基板のエッジの接線との間の角度を計算し、その角度に基づいて測定信号を変更して変更信号を発生し、変更信号に基づいて、研磨終点を検出することおよび研磨パラメータを変更することの少なくとも一方を行うように構成されたコントローラとを含む。
別の態様では、研磨システムは、基板を保持するためのキャリアと、研磨表面用の支持体と、測定信号を発生するように構成された異方性センサを有するインシトゥモニタシステムと、センサと基板との間に相対運動を発生させるためのモータと、インシトゥモニタシステムから測定信号を受け取り、異方性センサの一次軸と、基板のエッジの接線との間の角度を計算し、その角度に基づいて測定信号を変更して変更信号を発生し、変更信号に基づいて、研磨終点を検出することおよび研磨パラメータを変更することの少なくとも一方を行うように構成されたコントローラとを含む。
上述の態様のいずれかの実施態様は、以下の特徴のうちの１つまたは複数を含むことができる。角度は、細長い領域またはセンサが基板のエッジに隣接するときの角度とすることができる。信号のエッジ部分を検出することができる。測定信号を変更することは、エッジ部分を圧縮または伸長することを含むことができる。圧縮または伸長することの圧縮比は角度の関数とすることができる。角度の関数は、角度が増加するとともに圧縮が増加するようなものとすることができる。測定信号を変更することは、信号に利得係数を乗算することを含むことができる。利得係数は角度の関数とすることができる。角度の関数は、角度が増加するにつれて利得係数が減少するようなものとすることができる。インシトゥモニタシステムは、細長い磁心を有する渦電流モニタシステムとすることができる。
いくつかの実施態様は以下の利点のうちの１つまたは複数を含むことができる。インシトゥモニタシステム、例えば、渦電流モニタシステムは、センサが基板を横切って走査するとき信号を発生することができる。基板エッジに対応する信号の部分の雑音は減少させることができる。その信号は、終点制御および／または研磨パラメータ、例えば、キャリアヘッド圧力の閉ループ制御で使用することができ、それにより、ウエハ内不均一性（ＷＩＷＮＵ）およびウエハ間不均一性（ＷＴＷＮＵ）の改善が行われる。
１つまたは複数の実施態様の詳細が、添付図面および以下の説明に記載される。他の態様、特徴、および利点が、説明および図面から、ならびに特許請求の範囲から明らかになる。
様々な図面の同様の参照記号は同様の要素を示す。
ＣＭＰシステムは、基板上の最上部金属層の厚さを検出するために渦電流モニタシステムを使用することができる。最上部金属層の研磨中に、渦電流モニタシステムは、基板上の金属層の様々な領域の厚さを決定することができる。厚さ測定値を使用して研磨終点をトリガする、かつ／または研磨プロセスの処理パラメータを実時間で調整することができる。例えば、基板キャリアヘッドは基板の裏側への圧力を調整して、金属層の領域の研磨速度を増加または減少させることができる。金属層の領域が研磨の後で実質的に同じ厚さになるように、研磨速度を調整することができる。ＣＭＰシステムは、金属層の領域の研磨がほぼ同時に完了するように研磨速度を調整することができる。そのようなプロファイル制御は実時間プロファイル制御（ＲＴＰＣ）と呼ぶことができる。
いくつかの渦電流モニタシステムは、モニタシステムが基板の細長い領域をモニタするように細長い磁心を有する。そのようなモニタシステムは、基板エッジでの高分解能を維持しながら基板エッジでの信号強度の改善を行うことができる。加えて、細長い領域は、基板エッジの厚さの角度変動への過敏性を減少させることができる。しかし、領域と基板エッジとの間の相対角度が、例えば、キャリアヘッドの掃引に起因して、時間とともに変化する場合、かなり大きい雑音が、モニタシステムによって発生された、基板エッジに対応する信号の部分に導入されることがある。角度を計算し、そのデータをコントローラに送り込むことによって、この雑音は著しく減少させることができる。
図１は、研磨装置１００の一例を示す。研磨装置１００は回転可能なディスク形状プラテン１２０を含み、その上に研磨パッド１１０が位置する。プラテンは、軸１２５のまわりで回転するように動作可能である。例えば、モータ１２１は駆動軸１２４を回して、プラテン１２０を回転させることができる。研磨パッド１１０は、外側研磨層１１２とより軟質のバッキング層１１４とをもつ２層研磨パッドとすることができる。
研磨装置１００は、スラリなどの研磨液体１３２を研磨パッド１１０上に小出しに供給するためのポート１３０を含むことができる。研磨装置は、研磨パッド１１０を一貫した磨耗状態に維持するために、研磨パッド１１０を磨耗するための研磨パッドコンディショナをさらに含むことができる。
研磨装置１００は少なくとも１つのキャリアヘッド１４０を含む。キャリアヘッド１４０は、基板１０を研磨パッド１１０に押しつけるように動作可能である。キャリアヘッド１４０は、各それぞれの基板に関連する研磨パラメータ、例えば、圧力の独立制御を有することができる。
特に、キャリアヘッド１４０は、可撓性膜１４４の下方に基板１０を保持するために保持リング１４２を含むことができる。キャリアヘッド１４０は、膜によって画定された複数の独立に制御できる加圧可能チャンバ、例えば、３つのチャンバ１４６ａ〜１４６ｃをさらに含み、チャンバは、独立に制御できる圧力を可撓性膜１４４、したがって、基板１０の関連ゾーンに印加することができる。図示を容易にするために図１では３つのチャンバのみが示されているが、１つもしくは２つのチャンバ、または４つ以上のチャンバ、例えば、５つのチャンバが存在することができる。
キャリアヘッド１４０は、支持構造体１５０、例えば、カルーセルまたはトラックから吊り下げられ、キャリアヘッドが軸１５５のまわりで回転できるように駆動軸１５２によってキャリアヘッド回転モータ１５４に接続される。適宜、キャリアヘッド１４０は、例えば、カルーセル１５０またはトラックのスライダで横方向に、またはカルーセル自体の回転振動によって、振動することができる。動作時に、プラテンはその中心軸１２５のまわりに回転され、キャリアヘッドは、その中心軸１５５のまわりに回転され、研磨パッドの上面の端から端まで横方向に平行移動される。
１つのキャリアヘッド１４０のみが示されているが、研磨パッド１１０の表面積を効率的に使用することができるように、追加の基板を保持するために２つ以上のキャリアヘッドを設けることができる。
研磨装置はインシトゥモニタシステム１６０をさらに含む。インシトゥモニタシステムは、基板上の層の厚さに依存する値の時変シーケンスを発生する。
インシトゥモニタシステム１６０は渦電流モニタシステムとすることができる。渦電流モニタシステム１６０は、基板上の金属層に渦電流を誘起するための駆動システムと、駆動システムによって金属層に誘起された渦電流を検出するための感知システムとを含む。モニタシステム１６０は、プラテンとともに回転するように凹部１２８に位置づけられた磁心１６２と、磁心１６２の一部分のまわりに巻かれた少なくとも１つのコイル１６４と、配線１６８によってコイル１６４に接続された駆動および感知回路１６６とを含む。いくつかの実施態様では、磁心１６２は、プラテン１２０の上面の上方に、例えば、研磨パッド１１０の底部の凹部１１８中に突き出る。
駆動および感知回路１６６は、振動電気信号をコイル１６４に印加し、結果として生じる渦電流を測定するように構成される。例えば、各々が参照により組み込まれる米国特許第６，９２４，６４１号、第７，１１２，９６０号、および第８，２８４，５６０号と米国特許出願公開第２０１１−０１８９９２５号および第２０１２−０２７６６６１号とに記載されているように、駆動および感知回路と、コイル（複数可）の構成および位置とのための様々な構成が可能である。駆動および感知回路１６６は、プラテン１２０の同じ凹部１２８もしくは異なる部分に配置することができ、またはプラテン１２０の外側に配置して、回転電気継手１２９を通してプラテン内の構成要素に結合することができる。
動作時に、駆動および感知回路１６６はコイル１６４を駆動して、振動磁界を発生させる。磁界の少なくとも一部分は、研磨パッド１１０を通って基板１０中に延びる。金属層が基板１０上に存在する場合、振動磁界は金属層に渦電流を発生させる。渦電流により、金属層は、駆動および感知回路１６６に結合されるインピーダンス源として働くようになる。金属層の厚さが変化するとき、インピーダンスは変化し、これは駆動および感知回路１６６で検出することができる。
適宜、反射率計または干渉計として機能することができる光学モニタシステムを凹部１２８中でプラテン１２０に固定して、渦電流モニタシステム１６０によってモニタされる基板の同じ部分をモニタすることができる。
ＣＭＰ装置１００は、磁心１６２が基板１０の真下にある時を感知するための光学遮蔽器などの位置センサ１８０をさらに含むことができる。例えば、光学遮蔽器は、キャリアヘッド１４０の反対側の固定点に装着することができる。フラグ１８２はプラテンの周辺に取り付けられる。フラグ１８２の取付け点および長さは、磁心１６４が基板１０の真下を掃引する間、フラグ１８２がセンサ１８０の光信号を遮蔽するように選択される。代替としてまたは加えて、ＣＭＰ装置は、プラテンの角度位置を決定するためのエンコーダを含むことができる。
汎用プログラマブルデジタルコンピュータなどのコントローラ１９０は、渦電流感知システム１６０からの強度信号を受け取る。コンピュータ１９０は、プロセッサ、メモリ、およびＩ／Ｏデバイス、ならびに出力デバイス１９２、例えば、モニタ、および入力デバイス１９４、例えば、キーボードを含むことができる。
信号は、渦電流モニタシステム１６０から回転カプラ１２９を経由してコントローラ１９０に通ることができる。代替として、回路１６６は無線信号によってコントローラ１９０と通信することができる。
磁心１６４はプラテンの回転ごとに基板の真下を掃引するので、金属層厚さに関する情報が、インシトゥでかつ連続的実時間ベースで蓄積される（プラテンの回転当たり１回）。コンピュータ１９０は、基板が概ね磁心１６４の上に重なる（位置センサによって決定されるように）とき、モニタシステムからの測定値をサンプリングするようにプログラムすることができる。研磨が進行するにつれて、金属層の厚さが変化し、サンプリングされた信号は時間とともに変化する。時変サンプリング信号はトレースと呼ばれることがある。モニタシステムからの測定値は研磨の間出力デバイス１９２に表示することができ、デバイスのオペレータは研磨動作の進行を視覚的にモニタすることができる。
動作時に、ＣＭＰ装置１００は、渦電流モニタシステム１６０を使用して、充填層のバルクが除去された時を決定するか、かつ／または下にあるストップ層が実質的に露出された時を決定することができる。検出器論理のための可能なプロセス制御および終点判断基準は、極小もしくは極大、傾斜の変化、振幅もしくは傾斜の閾値値、またはそれらの組合せを含む。
コントローラ１９０は、さらに、キャリアヘッド１４０によって印加される圧力を制御する圧力機構、キャリアヘッド回転速度を制御するためのキャリアヘッド回転モータ１５４、プラテン回転速度を制御するためのプラテン回転モータ１２１、または研磨パッドに供給されるスラリ組成物を制御するためのスラリ分配システム１３０に接続することができる。加えて、コンピュータ１９０は、全体が参照により本明細書に組み込まれる米国特許第６，３９９，５０１号に説明されているように、基板の真下の各掃引による渦電流モニタシステム１６０からの測定値を複数のサンプリングゾーンに分割し、各サンプリングゾーンの半径方向位置を計算し、振幅測定値を半径方向範囲に分類するようにプログラムすることができる。測定値を半径方向範囲に分類した後、膜厚に関する情報を実時間で閉ループコントローラに送り込んで、キャリアヘッドによって印加される研磨圧力プロファイルを周期的にまたは連続的に変更して、研磨均一性の改善を行うことができる。
図２Ａおよび２Ｂは、渦電流モニタシステム１６０からの磁心１６４の一例を示す。磁心１６４は、比較的高い透磁率（例えば、約２５００以上のμ）をもつ非導電性材料から形成される。磁心１６４は撥水性材料で被覆することができる。例えば、磁心１６４は、水が磁心１６４の細孔に入らないようにし、かつコイルの短絡を防止するためにパリレンなどの材料で被覆することができる。
磁心１６４は細長く、磁心１６４の一次軸に沿った長さＬｔは一次軸に垂直な二次軸に沿った幅Ｗｔを超える。磁心がプラテンに設置されるとき、一次軸および二次軸の両方は、研磨動作の間、プラテン１２０の表面に平行であり、例えば、基板および研磨パッドの面に平行である。磁心の細長い構造のため、基板の測定される領域は同様に細長くなる。磁心１６４は１つまたは複数の突起部１７２を含むことができ、プラテンに設置されたとき、突起部１７２は、プラテンの面に垂直に、例えば、鉛直に突き出る。
いくつかの実施態様では、磁心１６４は、一次軸に垂直な面にＥ形状断面を有する。磁心１６４は、後部部分１７０と、後部部分１７０から延びる３つの突起部１７２ａ〜１７２ｃとを含むことができる。突起部は、一次軸および二次軸の両方に垂直な第３の軸に沿って後部部分１７０から離れるように延びる。加えて、突起部１７２ａ〜１７２ｃは、実質的に直線的であり、互いに平行に一次軸に沿って延びる。突起部は、二次軸において互いに離間される。各突起部は、二次軸に沿った幅Ｗ１を超える一次軸に沿った長さＬｔを有することができる。２つの外側突起部１７２ａ、１７２ｃは、中央突起部１７２ｂの反対側にある。外側突起部１７２ａ、１７２ｃは中央突起部１７２ｂから等距離とすることができる。
図３は、渦電流モニタシステムの一部として細長い磁心１６４をもつＣＭＰシステム１００を示す。いくつかの実施態様では、細長い磁心１６４は、一次軸１７４がプラテンの回転軸１２５を通過するように向きを定めることができる。プラテン１２０が回転する（矢印３００で示される）とき、磁心１６４は円形経路３１０を旋回することになり、円形経路３１０の一部分は基板１０の下方を通る。磁心１６４が基板１０の下方を通るとき、渦電流モニタシステムは経路３１０に沿った一連の位置３１２で測定することができる。位置３１２ごとに、モニタシステムは基板の細長い領域をモニタする。図３には５つの位置３１２のみが示されているが、サンプリングレートは非常に高くすることができ、例えば、数百の位置で測定を行うことができる。加えて、図３は重なりがないように領域を示しているが、位置が互いに十分に近い場合、測定領域は部分的に重なることがある。
図４Ａに示すように、基板１０の少なくともいくつかの横方向位置について、磁心１６４が基板１０のエッジ１２の直下に位置づけられ、例えば、磁心１６４の中心が基板エッジと一致するとき、磁心１６４の一次軸１７４が基板エッジ１２の接線であるライン１４に対して臨界角未満の、例えば１５°未満の、例えば５°未満の、例えば１°未満の角度αを形成するように、細長い磁心１６４はプラテン１２０中で向きを定めることができる。すなわち、磁心１６４が位置３１４にあるとき、磁心１６４の一次軸は、磁心１６４の中心を通過する基板１０の半径ｒにほぼ垂直である。それ故に、基板エッジの近くの測定では、コイルによって生成された磁界に結合する基板１０上の導電層の部分は、基板の中心から概ね同じ半径方向距離にある。その結果、モニタシステムは、基板エッジでの分解能を著しく低下させることなく基板エッジでの信号強度の改善を行うことができる。
キャリアヘッド１４０が研磨の間横方向に固定される場合、角度αは研磨動作の間一定のままであることになる。しかし、いくつかの研磨動作では、キャリアヘッドは横方向に掃引し、プラテン１２０の回転軸１２５からの相対距離Ｄ（図３を参照）を変化させる。図４Ａと図４Ｂとを比較すると、これにより、領域と基板エッジ１２との間の相対角度αが時間とともに変化し、その結果、角度αは、基板１０の下方の磁心１６４の異なる掃引では異なることになる。
図５Ａおよび５Ｂを参照すると、角度αのこの変化は、渦電流モニタシステム１６０からの信号に変化をもたらすことがある。図５Ａは、基板１０の下方を磁心１６４がただ１回通過する間の渦電流モニタシステム１６０からの信号３２０を示す。信号は、測定領域が基板１０の前方エッジを横切る時間に対応する第１の期間３２２と、測定領域が基板１０の端から端まで走査する時間に対応する第２の期間３２４と、測定領域が基板１０の後方エッジを横切る時間に対応する第３の期間３２６とを含む。第１の期間３２２および第３の期間３２６はエッジ期間と呼ばれる。
第１の期間３２２において、信号強度は、初期強度（一般に、基板が存在せず、かつキャリアヘッドが存在しない場合に生じる信号）から強度Ｉまで上昇する。これは、初期に基板にほんのわずかに重なること（初期のより低い値を発生する）からモニタリング領域が基板にほとんど完全に重なること（より高い値を発生する）までのモニタリング領域の移行によって引き起こされる。図５Ａに示されるように、この移行はＴａからＴｂまでの期間にわたり持続期間ΔＴを伴って生じうる。同様に、第３の期間３２６中に、信号強度は降下する。
第２の期間３２４は平坦に示されているが、これは明瞭に示すためであり、第２の期間３２４の実際の信号は、雑音と金属層厚さの変動との両方に起因して揺動を含む可能性がある。
図５Ｂに示されるように、角度αが増加する（図４Ａと図４Ｂを比較する）場合、プラテンの回転速度が同じであると仮定すると、モニタリング領域が基板にほんのわずかに重なることから基板にほとんど完全に重なることまで移行するのにより長い時間ΔＴ’を要することになる。その結果、第１の期間３２２’の間および最後の期間３２６’の間の信号の傾斜はより低いことになる。逆に、角度αが減少する場合、時間ΔＴ’は小さくなり、第１の期間３２２’の間の信号の傾斜は大きくなる。
加えて、角度αの変化は、感度または利得の変動を引き起こすことがある。層厚さが同じでも、角度αが変化する場合、エッジ期間の中間点Ｔ０の信号は変化することがある（Ｔ０は、磁心の中心が基板エッジ１２と整列する時間であるべきである）。特に、図２Ａ、２Ｂ、および３に示した突起部の構成および方位を有する渦電流モニタシステムの場合は、角度αが増加するにつれて、モニタシステムの利得は、基板エッジ１２の近くの磁心１６４の位置で増加する。したがって、図５Ａおよび５Ｂに示すように、角度α’が増加する場合、中間点Ｔ０の信号はＩ０からＩ０’まで増加しうる。磁心１６４が基板１０の下方でさらに移動するとき、利得は水平になり、その結果、磁心１６４が完全に基板１０の下方にある時には、角度αにかかわらず同じ信号の強度Ｉが生じるはずである。いかなる特定の理論にも限定されることなく、利得の変化は、磁心１６４によって発生される異方性磁力線によって引き起こされうる。
信号３２０の形状のこの変動により、基板の特性値、例えば、厚さを計算する際、基板エッジの近くで誤差が引き起こされることがある。これを補償するために、角度αをエッジ再構成アルゴリズムに送り込むことができる。エッジ再構成アルゴリズムは、掃引ごとの角度αの相違によって引き起こされる相違を補償することができる。
角度αは、プラテン１２０の回転軸１２５と基板１０の中心との間の距離Ｄ（キャリアヘッド１４０の掃引を測定するリニアエンコーダによって測定することができる）、基板１０の半径ｒ（ユーザが入力することができる）、プラテン１２０の回転軸１２５と磁心１６４の中心との間の距離Ｂ（ユーザが入力することができる）、およびもしあれば、一次軸１７４と、回転軸１２５および磁心１６４を通過するラインとの間の角度βから計算することができる。
例えば、磁心の中心が基板エッジと一致する時の角度αは、
として計算することができる。
として計算することができる。
エッジ再構成アルゴリズムに送り込まれる各強度測定値は、計算された角度αを伴ってよい。
エッジ再構成アルゴリズムは、信号の第１の時間部分３２２の開始時間および終了時間、すなわち、ＴａおよびＴｂと、第３の時間部分３２６の開始時間および終了時間とを見いだすことができる。例えば、コントローラ１９０は、強度信号３２０の微分を計算し、閾値より上の傾斜をもつ領域を識別することができる。エッジ再構成アルゴリズムは、さらに、位置検出器１８０からの入力に基づいて信号３２０の評価を限定することができる。例えば、評価は、磁心１６４が基板エッジ１２の下方を通っていることを位置センサ１８０が示す時間の閾値時間内の信号３２０の部分に限定することができる。
第１の時間部分３２２および第３の時間部分３２６の角度αを決定することができる。例えば、各時間部分の角度αは、その時間部分内に受け取った強度測定値に関連する角度αの平均として計算することができる。代替として、プラテンが特定の角度方位にあることを位置センサ１８０が示す時の角度αを使用することができる。
角度αが時間部分に対して確立された後、再構成エッジ信号を計算することができる。再構成エッジ信号は、プラテン１２０の回転ごとの角度αの変動を少なくとも部分的に補償する。
いくつかの実施態様では、エッジ時間部分は圧縮または伸長される。例えば、図６を参照すると、初期信号３２０は、時間Ｔａから時間Ｔｂに延びる第１の期間３２２を有することができる。角度αが閾値角度より大きい場合、エッジ期間３２２、３２６の信号の一部分を時間圧縮して、変更信号３３０を発生させることができる。図示のように、変更信号３３０では、圧縮のために、エッジ期間３２２、３２６の持続期間は減少しており、エッジ期間３２２、３２６の信号の傾斜は増加する。圧縮の量、例えば、比ΔＴ／ΔＴｍは、角度αの関数とすることができ、例えば、角度αに比例する。
圧縮または伸長と組み合わせることができるいくつかの実施態様では、エッジ時間部分（適宜、さらに、中心時間部分３２４）の強度が調整される。例えば、エッジ期間３２２、３２６の初期信号３２０の強度値は、利得係数で除算して（または利得係数を乗算して）、変更信号３３０を発生させることができる。一般に、利得係数は、角度αに依存するモニタシステムの感度の変化を補償するために計算される。
上記のように、一般に、角度αが高いほど、渦電流モニタシステム１６０は高感度になりうる。利得係数は角度αの関数とすることができる。初期信号に利得係数を乗算すると仮定すると、利得係数は、角度αが増加するにつれて減少しうる。加えて、利得係数はエッジ期間内の時間の関数とすることができる。再度、初期信号に利得係数を乗算すると仮定すると、利得係数は、中心期間３３４からの時間距離が増加するにつれて減少しうる。例えば、図６に示されるように、変更信号３３０では、利得係数を乗算したことのために、エッジ期間３２２の中間点Ｔ０の強度はＩ０からＩ０ｍに減少している。利得係数は、角度αと時間との代数関数を使用して、またはルックアップテーブルを使用して計算することができる。
この補償により、細長いモニタリング領域と基板エッジとの間の角度αの変動の影響を著しく減少させて、特性値の計算をより正確にし、それにより、研磨パラメータの終点制御および／または閉ループ制御を改善して、より良好なウエハ内不均一性（ＷＩＷＮＵ）およびウエハ間不均一性（ＷＴＷＮＵ）を与えることができる。
基板の単一ゾーンのみの結果を示す図７を参照すると、特性値２１２の時変シーケンスが示される。特性値２１２は、モニタシステム１６０からの信号３２０から発生される。値のこのシーケンスはトレース２１０と称することができる。一般に、回転プラテンをもつ研磨システムでは、トレース２１０は、基板の下方の光学モニタシステムのセンサの掃引当たり１つの値、例えば、正確に１つの値を含むことができる。基板上の多数のゾーンがモニタされている場合、１つの値／掃引／ゾーン（ｏｎｅ ｖａｌｕｅ ｐｅｒ ｓｗｅｅｐ ｐｅｒ ｚｏｎｅ）とすることができる。基板エッジ１２のゾーンでは、特性値２１２は、信号３２０の変更されたエッジ部分３３２、３３６に基づいて決定することができる。ゾーン内の多数の測定値を組み合わせて、終点および／または圧力を制御するのに使用される単一の値を発生することができる。
研磨動作の開始の前に、ユーザまたは装置製造業者は、値２１２の時変シーケンスにフィットすることになる関数２１４を規定することができる。例えば、関数は多項式関数、例えば線形関数とすることができる。図８に示されるように、関数２１４は値２１２のシーケンスにフィットされる。一般関数をデータにフィットさせるための多数の技法が存在する。多項式などの線形関数では、一般線形最小二乗法（ｇｅｎｅｒａｌ ｌｉｎｅａｒ ｌｅａｓｔ ｓｑｕａｒｅｓ ａｐｐｒｏａｃｈ）を使用することができる。
適宜、関数２１４は時間ＴＣの後に収集された値にフィットさせることができる。時間ＴＣの前に収集された値は、関数を値のシーケンスにフィットさせるとき無視することができる。例えば、これは、研磨プロセスで初期に生じることがある測定スペクトル中の雑音を除去するのに役立つことができ、または別の層の研磨中に測定されたスペクトルを除去することができる。研磨は、関数２１４がターゲット値ＴＴに等しくなる終点時間ＴＥで停止することができる。
モニタシステムは様々な研磨システムで使用することができる。研磨パッドもしくはキャリアヘッドのいずれか、または両方を移動させて、研磨表面と基板との間の相対運動を行わせることができる。研磨パッドは、プラテンに固定された円形（またはいくつかの他の形状）パッド、供給ローラと巻取りローラとの間に延びるテープ、または連続的なベルトとすることができる。研磨パッドは、プラテン上に貼りつけるか、研磨動作間にプラテンの上で漸増的に進めるか、または研磨の間プラテンの上で連続的に動かすことができる。パッドは研磨の間プラテンに固定することができ、または研磨の間プラテンと研磨パッドとの間に流体ベアリングが存在することができる。研磨パッドは、標準の（例えば、充填物をもつポリウレタン、または充填物をもたないポリウレタンの）粗いパッド、軟化パッド、または固定砥粒研磨パッドとすることができる。
上述の説明は渦電流モニタシステムに集中しているが、補正技法は、基板の細長い領域をモニタする他の種類のモニタシステム、例えば、光学モニタシステムに適用することができる。加えて、上述の説明は細長いモニタリング領域をもつモニタシステムに集中しているが、モニタリング領域は細長くないが、異方性センサが基板エッジへのセンサの相対方位に依存する信号を発生する場合でも補正技法を適用することができる。
本発明のいくつかの実施形態を説明した。それにもかかわらず、本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく様々な変更を行うことできることが理解されよう。したがって、他の実施形態は以下の特許請求の範囲の範囲内にある。
１０ 基板
１２ 基板エッジ
１４ ライン
１００ 研磨装置、ＣＭＰ装置、ＣＭＰシステム
１１０ 研磨パッド
１１２ 外側研磨層
１１４ バッキング層
１１８ 研磨パッドの底部の凹部
１２０ プラテン
１２１ プラテン回転モータ
１２４ 駆動軸
１２５ プラテンの回転軸、中心軸、軸
１２８ 凹部
１２９ 回転電気継手、回転カプラ
１３０ ポート、スラリ分配システム
１３２ 研磨液体
１４０ キャリアヘッド
１４２ 保持リング
１４４ 可撓性膜
１４６ａ〜１４６ｃ チャンバ
１５０ 支持構造体、カルーセル
１５２ 駆動軸
１５４ キャリアヘッド回転モータ
１５５ 軸、中心軸
１６０ インシトゥモニタシステム、渦電流モニタシステム、モニタシステム、渦電流感知システム
１６２ 磁心
１６４ コイル
１６６ 感知回路
１６８ 配線
１７０ 後部部分
１７２ 突起部
１７２ａ〜１７２ｃ 突起部
１７２ａ、１７２ｃ 外側突起部
１７２ｂ 中央突起部
１７４ 一次軸
１８０ 位置センサ、センサ、位置検出器
１８２ フラグ
１９０ コントローラ、コンピュータ
１９２ 出力デバイス
１９４ 入力デバイス
２１０ トレース
２１２ 特性値、値
２１４ 関数
３００ 矢印
３１０ 円形経路、経路
３１２ 位置
３１４ 位置
３２０ 信号、強度信号、初期信号
３２２ 第１の期間、第１の時間部分、エッジ期間
３２２’ 第１の期間
３２４ 第２の期間、中心時間部分
３２６ 第３の期間、第３の時間部分、エッジ期間
３２６’ 最後の期間
３３０ 変更信号
３３２、３３６ エッジ部分
３３４ 中心期間
１２ 基板エッジ
１４ ライン
１００ 研磨装置、ＣＭＰ装置、ＣＭＰシステム
１１０ 研磨パッド
１１２ 外側研磨層
１１４ バッキング層
１１８ 研磨パッドの底部の凹部
１２０ プラテン
１２１ プラテン回転モータ
１２４ 駆動軸
１２５ プラテンの回転軸、中心軸、軸
１２８ 凹部
１２９ 回転電気継手、回転カプラ
１３０ ポート、スラリ分配システム
１３２ 研磨液体
１４０ キャリアヘッド
１４２ 保持リング
１４４ 可撓性膜
１４６ａ〜１４６ｃ チャンバ
１５０ 支持構造体、カルーセル
１５２ 駆動軸
１５４ キャリアヘッド回転モータ
１５５ 軸、中心軸
１６０ インシトゥモニタシステム、渦電流モニタシステム、モニタシステム、渦電流感知システム
１６２ 磁心
１６４ コイル
１６６ 感知回路
１６８ 配線
１７０ 後部部分
１７２ 突起部
１７２ａ〜１７２ｃ 突起部
１７２ａ、１７２ｃ 外側突起部
１７２ｂ 中央突起部
１７４ 一次軸
１８０ 位置センサ、センサ、位置検出器
１８２ フラグ
１９０ コントローラ、コンピュータ
１９２ 出力デバイス
１９４ 入力デバイス
２１０ トレース
２１２ 特性値、値
２１４ 関数
３００ 矢印
３１０ 円形経路、経路
３１２ 位置
３１４ 位置
３２０ 信号、強度信号、初期信号
３２２ 第１の期間、第１の時間部分、エッジ期間
３２２’ 第１の期間
３２４ 第２の期間、中心時間部分
３２６ 第３の期間、第３の時間部分、エッジ期間
３２６’ 最後の期間
３３０ 変更信号
３３２、３３６ エッジ部分
３３４ 中心期間
Claims (20)
- 基板を化学機械研磨する方法であって、
研磨ステーションにおいて前記基板上の層を研磨することと、
研磨の間前記研磨ステーションにおいてインシトゥモニタシステムにより前記層をモニタすることであり、前記インシトゥモニタシステムが細長い領域をモニタし、測定信号を発生する、モニタすることと、
前記細長い領域の一次軸と、前記基板のエッジの接線との間の角度を計算することと、
前記角度に基づいて前記測定信号を変更して変更信号を発生することと、
前記変更信号に基づいて、研磨終点を検出することおよび研磨パラメータを変更することの少なくとも一方と
を含む方法。 - 基板を化学機械研磨する方法であって、
研磨ステーションにおいて前記基板上の層を研磨することと、
研磨の間前記研磨ステーションにおいてインシトゥモニタシステムにより前記層をモニタすることであり、前記インシトゥモニタシステムが、異方性センサを含み、測定信号を発生する、モニタすることと、
前記異方性センサの一次軸と、前記基板のエッジの接線との間の角度を計算することと、
前記角度に基づいて前記測定信号を変更して変更信号を発生することと、
前記変更信号に基づいて、研磨終点を検出することおよび研磨パラメータを変更することの少なくとも一方と
を含む方法。 - 基板を保持するためのキャリアと、
研磨表面用の支持体と、
センサを有するインシトゥモニタシステムであり、細長い領域をモニタし、測定信号を発生するように構成されるインシトゥモニタシステムと、
前記センサと前記基板との間に相対運動を発生させるためのモータと、
前記インシトゥモニタシステムから前記測定信号を受け取り、前記細長い領域の一次軸と、前記基板のエッジの接線との間の角度を計算し、前記角度に基づいて前記測定信号を変更して変更信号を発生し、前記変更信号に基づいて、研磨終点を検出することおよび研磨パラメータを変更することの少なくとも一方を行うように構成されたコントローラと
を備える研磨システム。 - 前記角度は、前記細長い領域が前記基板の前記エッジに隣接するときの前記角度を含む、請求項３に記載のシステム。
- 前記コントローラが、前記測定信号のエッジ部分を検出するように構成されている、請求項４に記載のシステム。
- 前記コントローラが、前記エッジ部分を圧縮または伸長することによって、前記測定信号を変更するように構成されている、請求項５に記載のシステム。
- 前記圧縮または伸長することの圧縮比が前記角度の関数である、請求項６に記載のシステム。
- 前記角度の前記関数は、前記角度が増加するとともに前記圧縮比が増加するようなものである、請求項７に記載のシステム。
- 前記コントローラが、前記測定信号に利得係数を乗算することによって、前記測定信号を変更するように構成されている、請求項３に記載のシステム。
- 前記利得係数は、前記角度が増加するにつれて前記利得係数が減少するような前記角度の関数である、請求項９に記載のシステム。
- 前記インシトゥモニタシステムが、細長い磁心を有する渦電流モニタシステムを含む、請求項３に記載のシステム。
- 基板を保持するためのキャリアと、
研磨表面用の支持体と、
測定信号を発生するように構成された異方性センサを有するインシトゥモニタシステムと、
前記異方性センサと前記基板との間に相対運動を発生させるためのモータと、
前記インシトゥモニタシステムから前記測定信号を受け取り、前記異方性センサの一次軸と、前記基板のエッジの接線との間の角度を計算し、前記角度に基づいて前記測定信号を変更して変更信号を発生し、前記変更信号に基づいて、研磨終点を検出することおよび研磨パラメータを変更することの少なくとも一方を行うように構成されたコントローラと
を備える研磨システム。 - 前記角度は、細長い領域が前記基板の前記エッジに隣接するときの前記角度を含む、請求項１２に記載のシステム。
- 前記コントローラが、前記測定信号のエッジ部分を検出するように構成されている、請求項１３に記載のシステム。
- 前記コントローラが、前記エッジ部分を圧縮または伸長することによって、前記測定信号を変更するように構成されている、請求項１４に記載のシステム。
- 前記圧縮または伸長することの圧縮比が前記角度の関数である、請求項１５に記載のシステム。
- 前記角度の前記関数は、前記角度が増加するとともに前記圧縮比が増加するようなものである、請求項１６に記載のシステム。
- 前記コントローラが、前記測定信号に利得係数を乗算することよって、前記測定信号を変更するように構成されている、請求項１２に記載のシステム。
- 前記利得係数は、前記角度が増加するにつれて前記利得係数が減少するような前記角度の関数である、請求項１８に記載のシステム。
- 前記インシトゥモニタシステムが、細長い磁心を有する渦電流モニタシステムを含む、請求項１２に記載のシステム。
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