JPH04305953A - 研磨作業における終点検出方法及び装置 - Google Patents
研磨作業における終点検出方法及び装置Info
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- JPH04305953A JPH04305953A JP3103711A JP10371191A JPH04305953A JP H04305953 A JPH04305953 A JP H04305953A JP 3103711 A JP3103711 A JP 3103711A JP 10371191 A JP10371191 A JP 10371191A JP H04305953 A JPH04305953 A JP H04305953A
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Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B24—GRINDING; POLISHING
- B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
- B24B37/00—Lapping machines or devices; Accessories
- B24B37/005—Control means for lapping machines or devices
- B24B37/013—Devices or means for detecting lapping completion
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B7/00—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
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- G01B7/10—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness using magnetic means, e.g. by measuring change of reluctance
-
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- Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)
- Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)
- Constituent Portions Of Griding Lathes, Driving, Sensing And Control (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、遠隔操作による即ち物
理的に接触しない間接的なインピーダンス検出装置及び
検出方法に関し、更に特にはこのような装置、方法を用
いて材料の１層を除去し異なる電気特性である他の下層
材料表面を露出させる多重物質層の研磨作業における終
点を求めることに関する。
理的に接触しない間接的なインピーダンス検出装置及び
検出方法に関し、更に特にはこのような装置、方法を用
いて材料の１層を除去し異なる電気特性である他の下層
材料表面を露出させる多重物質層の研磨作業における終
点を求めることに関する。
【０００２】更に特にはその特徴から本発明は、製造過
程において被覆した多様な材料の表面層を半導体ウェハ
から除去する化学機械的研磨における終点検出に特に適
する。
程において被覆した多様な材料の表面層を半導体ウェハ
から除去する化学機械的研磨における終点検出に特に適
する。
【０００３】
【従来の技術及びその課題】ラップ仕上機又は研磨機に
は多数の異なるタイプがあり、それらには製造過程で被
覆した多様な材料層を除去することにより半導体ウェハ
の厚さを減じるよう、特に設計されたり、適用された装
置もある。このような装置と使用方法が本発明の譲渡人
に譲渡された米国特許第４７９３８９５号に述べられて
いる。この特許による終点検出器の説明によると本体の
回転研磨テーブルのラッピングパッドには複数の独立し
た電極が埋め込まれており、その電極は間隔ある独立し
た構造で、その電極間に流す電流をモニタすることによ
り露出した表面層の伝導材料の量を測定する手段である
。
は多数の異なるタイプがあり、それらには製造過程で被
覆した多様な材料層を除去することにより半導体ウェハ
の厚さを減じるよう、特に設計されたり、適用された装
置もある。このような装置と使用方法が本発明の譲渡人
に譲渡された米国特許第４７９３８９５号に述べられて
いる。この特許による終点検出器の説明によると本体の
回転研磨テーブルのラッピングパッドには複数の独立し
た電極が埋め込まれており、その電極は間隔ある独立し
た構造で、その電極間に流す電流をモニタすることによ
り露出した表面層の伝導材料の量を測定する手段である
。
【０００４】この機械はかなり効果的に機能するが、し
かし全ての電子装置の原理がそうであるように電流によ
る誘導障害、及び測定装置を回転テーブル上に設置しな
ければならない等不利な面がある。従って、測定データ
を回転テーブルから周囲のモニタ装置、制御装置に転送
する必要がある。転送は赤外線送信機及びセンサ、又は
スリップリングの組合せなどの手段によって行われる。 回転する部品から静止している部品にデータを転送する
これらのタイプは場合により情報の送受信の精度に問題
を生じさせる。それは赤外線送信機又はセンサの多様な
タイプの潜在的障害、或いは回転中のスリップリングと
の電気的、機械的接触の不具合等に起因する。
かし全ての電子装置の原理がそうであるように電流によ
る誘導障害、及び測定装置を回転テーブル上に設置しな
ければならない等不利な面がある。従って、測定データ
を回転テーブルから周囲のモニタ装置、制御装置に転送
する必要がある。転送は赤外線送信機及びセンサ、又は
スリップリングの組合せなどの手段によって行われる。 回転する部品から静止している部品にデータを転送する
これらのタイプは場合により情報の送受信の精度に問題
を生じさせる。それは赤外線送信機又はセンサの多様な
タイプの潜在的障害、或いは回転中のスリップリングと
の電気的、機械的接触の不具合等に起因する。
【０００５】いずれにしても、終点の測定は回転する部
品から静止している部品にデータを転送せずに、静止状
態の装置か又は装置の非回転部分に直接、伝えるのが好
ましい。
品から静止している部品にデータを転送せずに、静止状
態の装置か又は装置の非回転部分に直接、伝えるのが好
ましい。
【０００６】本発明によるラップ仕上機又は研磨機の静
止部又は非回転部に搭載したインピーダンス検出器を利
用することによって上記問題が解決できる。つまり、装
置の静止部に生じた磁束を摂動することによりインピー
ダンス変化を検出する手段が回転するテーブルに施され
、その変動量はウェハの表面から除去された材料の関数
である。そのため終点の測定は、ラップ仕上機又は研磨
機の回転テーブルと静止部の物理的接触なしで行われる
。
止部又は非回転部に搭載したインピーダンス検出器を利
用することによって上記問題が解決できる。つまり、装
置の静止部に生じた磁束を摂動することによりインピー
ダンス変化を検出する手段が回転するテーブルに施され
、その変動量はウェハの表面から除去された材料の関数
である。そのため終点の測定は、ラップ仕上機又は研磨
機の回転テーブルと静止部の物理的接触なしで行われる
。
【０００７】従来技術の関連記事の多くは、異なる検出
機構に多様なタイプの磁気コイルと電気回路の様々な使
用方法を述べている。例えば、Ｍｙｅｒｓ、Ｒ．Ｊ．
ａｎｄ Ｒａｎｋｉｎ、Ｃ．Ｊ． の１９５９年の“Ｈ
ａｎｄｂｏｏｋ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎ
ｔｒｏｌ Ｃｉｒｃｕｉｔｓ”の１６７−１６８ページ
ではギャップの磁気内を通る伝導体の物理的な欠損によ
って生じる電流変化の検出に電磁コイルの電流をモニタ
することを述べている。１９６６年９月の“ＩＢＭ Ｔ
ｅｃｈｎｉｃａｌ Ｄｉｓｃｌｏｓｕｒｅ Ｂｕｌｌｅ
ｔｉｎ” の３５８−３５９頁では、コイルのギャップ
内を通過する外部受動伝導体の変化をモニタする方法と
して電磁コイルの使用を述べている。米国特許第４８０
４９１２号では電磁コイルと伝導体の試料表面及び研削
盤間の電磁結合変化を測定する遠隔モニタを記述してい
る。ここでは有効巻線が励磁と、自由移行受動磁界が部
品と研磨機の部品を摂動することによって生じる変化を
捉える検出器の、両方の役目を行う。同様な応用例が１
９７４年４月の“ＩＢＭ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｄｉｓ
ｃｌｏｓｕｒｅ Ｂｕｌｌｅｔｉｎ” の３５０９頁の
記事Ｆ．Ｗ． Ｈａｈｎ、Ｊｒ．による“Ｍａｇｎｅｔ
ｉｃ Ｈｅａｄ Ｌａｐｐｉｎｇ Ｍｅｔｈｏｄ”に記
載されている。これはヘッド・トランスデュース・ギャ
ップを決めるギャップ形成層のラップ仕上加工をモニタ
することで磁気ヘッドで信号を読み込む方法である。ラ
ッピング・テープに読み込まれた信号は磁束摂動信号に
使用される。
機構に多様なタイプの磁気コイルと電気回路の様々な使
用方法を述べている。例えば、Ｍｙｅｒｓ、Ｒ．Ｊ．
ａｎｄ Ｒａｎｋｉｎ、Ｃ．Ｊ． の１９５９年の“Ｈ
ａｎｄｂｏｏｋ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎ
ｔｒｏｌ Ｃｉｒｃｕｉｔｓ”の１６７−１６８ページ
ではギャップの磁気内を通る伝導体の物理的な欠損によ
って生じる電流変化の検出に電磁コイルの電流をモニタ
することを述べている。１９６６年９月の“ＩＢＭ Ｔ
ｅｃｈｎｉｃａｌ Ｄｉｓｃｌｏｓｕｒｅ Ｂｕｌｌｅ
ｔｉｎ” の３５８−３５９頁では、コイルのギャップ
内を通過する外部受動伝導体の変化をモニタする方法と
して電磁コイルの使用を述べている。米国特許第４８０
４９１２号では電磁コイルと伝導体の試料表面及び研削
盤間の電磁結合変化を測定する遠隔モニタを記述してい
る。ここでは有効巻線が励磁と、自由移行受動磁界が部
品と研磨機の部品を摂動することによって生じる変化を
捉える検出器の、両方の役目を行う。同様な応用例が１
９７４年４月の“ＩＢＭ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｄｉｓ
ｃｌｏｓｕｒｅ Ｂｕｌｌｅｔｉｎ” の３５０９頁の
記事Ｆ．Ｗ． Ｈａｈｎ、Ｊｒ．による“Ｍａｇｎｅｔ
ｉｃ Ｈｅａｄ Ｌａｐｐｉｎｇ Ｍｅｔｈｏｄ”に記
載されている。これはヘッド・トランスデュース・ギャ
ップを決めるギャップ形成層のラップ仕上加工をモニタ
することで磁気ヘッドで信号を読み込む方法である。ラ
ッピング・テープに読み込まれた信号は磁束摂動信号に
使用される。
【０００８】上記関連記事では本発明によって提供され
た遠隔操作の即ち物理的に接触しない間接的なインピー
ダンス検出器については述べていない。
た遠隔操作の即ち物理的に接触しない間接的なインピー
ダンス検出器については述べていない。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は負荷のインピー
ダンス変化を検出する方法と装置を提供する。そのイン
ピーダンス変化はある物質からある材料の層を研磨する
時、終点に達したことを意味する。本発明では１次側磁
界を発生するコイルを備え、コイルはコアとコア中のエ
アギャップを含む。コアのエアギャップに磁界を発生さ
せる手段も備える。２次側磁界を発生するコイルも備え
、測定する可変インピーダンス負荷に結合されている。 ２次側磁界を発生するコイルは１次側磁界を発生するコ
イルのコアのエアギャップ中に、上記コイルや上記コア
と物理的に接触しないよう置かれ、１次側コイルの磁界
が可変インピーダンスの関数として２次側コイルの磁界
によって摂動される。１次側コイルの磁界の摂動量は測
定され、材料の層が除去される毎に終点の関数となって
負荷変化に対応する信号が生じる。１次側コイルはラッ
プ仕上機又は研磨機の静止部に在り、２次側コイルは回
転部に在る。負荷のインピーダンス変化はサブストレー
トから除去される材料の表面層の量の関数として変化す
るのが好ましい。
ダンス変化を検出する方法と装置を提供する。そのイン
ピーダンス変化はある物質からある材料の層を研磨する
時、終点に達したことを意味する。本発明では１次側磁
界を発生するコイルを備え、コイルはコアとコア中のエ
アギャップを含む。コアのエアギャップに磁界を発生さ
せる手段も備える。２次側磁界を発生するコイルも備え
、測定する可変インピーダンス負荷に結合されている。 ２次側磁界を発生するコイルは１次側磁界を発生するコ
イルのコアのエアギャップ中に、上記コイルや上記コア
と物理的に接触しないよう置かれ、１次側コイルの磁界
が可変インピーダンスの関数として２次側コイルの磁界
によって摂動される。１次側コイルの磁界の摂動量は測
定され、材料の層が除去される毎に終点の関数となって
負荷変化に対応する信号が生じる。１次側コイルはラッ
プ仕上機又は研磨機の静止部に在り、２次側コイルは回
転部に在る。負荷のインピーダンス変化はサブストレー
トから除去される材料の表面層の量の関数として変化す
るのが好ましい。
【００１０】
【実施例】図面を参照すると図７に材料の複数の層が被
覆するシリコン・ウェハの概略断面図が示されている。 この図は特定のウェハを表すものではなくプロセス中の
ウェハ構成を簡略化したものとする。簡略図による説明
は本発明の動作原理を明瞭に理解させるのに役立つ。こ
の分野の専門家は本発明を、非常に複雑な構成物である
ウェハ、サブストレート及び被覆する多様な層から、物
質を研磨する際の終点検出に応用できることが理解でき
よう。
覆するシリコン・ウェハの概略断面図が示されている。 この図は特定のウェハを表すものではなくプロセス中の
ウェハ構成を簡略化したものとする。簡略図による説明
は本発明の動作原理を明瞭に理解させるのに役立つ。こ
の分野の専門家は本発明を、非常に複雑な構成物である
ウェハ、サブストレート及び被覆する多様な層から、物
質を研磨する際の終点検出に応用できることが理解でき
よう。
【００１１】図７に示すウェハは絶縁材料層１２が被覆
するシリコン・サブストレートと絶縁材料層１２に被覆
する金属のような伝導材料層１４で構成されている。絶
縁材料層１２に発明のポイントが図示され、バイアス又
は開口部１６中には伝導材料層１４が被覆する。これは
発明の重要な様相を図示するために示されており、上部
表面層の大部分が除去されても終点においてはこの金属
の区域が上部層の一部として露出して残る。図８は図７
同様の概略断面図で伝導材料層１４がラップ仕上又は研
磨により除去され絶縁材料層１２が上部表面となるが、
金属層の１４ａがバイアス１６に残留し、結果的に終点
では露出表面の一部或いは部分となる。
するシリコン・サブストレートと絶縁材料層１２に被覆
する金属のような伝導材料層１４で構成されている。絶
縁材料層１２に発明のポイントが図示され、バイアス又
は開口部１６中には伝導材料層１４が被覆する。これは
発明の重要な様相を図示するために示されており、上部
表面層の大部分が除去されても終点においてはこの金属
の区域が上部層の一部として露出して残る。図８は図７
同様の概略断面図で伝導材料層１４がラップ仕上又は研
磨により除去され絶縁材料層１２が上部表面となるが、
金属層の１４ａがバイアス１６に残留し、結果的に終点
では露出表面の一部或いは部分となる。
【００１２】研磨すべきウェハを図９に示すタイプの研
磨装置に置く。研磨装置にはウェハテンプレート２２を
持つウェハホルダー、つまりウェハキャリア２０が含ま
れる。本発明によってプロセスされるウェハをウェハテ
ンプレート２２中に置き、ポリッシングパッド３４と接
触させる。ウェハキャリア２０を駆動アーム２８に接続
する。適切なモータ（図示されていない）によって駆動
アーム２８を駆動し、ウェハキャリア２０を回すと共に
図中の矢印方向に振幅運動をさせる。ウェハテンプレー
ト２２はエッジフランジ３０を備え、キャリアが動く際
にウェハがウェハテンプレート２２内から滑り落ちるの
を防止する。
磨装置に置く。研磨装置にはウェハテンプレート２２を
持つウェハホルダー、つまりウェハキャリア２０が含ま
れる。本発明によってプロセスされるウェハをウェハテ
ンプレート２２中に置き、ポリッシングパッド３４と接
触させる。ウェハキャリア２０を駆動アーム２８に接続
する。適切なモータ（図示されていない）によって駆動
アーム２８を駆動し、ウェハキャリア２０を回すと共に
図中の矢印方向に振幅運動をさせる。ウェハテンプレー
ト２２はエッジフランジ３０を備え、キャリアが動く際
にウェハがウェハテンプレート２２内から滑り落ちるの
を防止する。
【００１３】ポリッシングテーブル２６はボリッシング
パッド３４を表面に配置したプラテン３２を備える。ポ
リッシングパッド３４には複数の穴、つまり開口部３６
がある。パッド上にはケミカルキャリアの選択した研磨
剤スラリー３８が有り、ポリッシングパッド３４と共に
研磨材料として使用する。ポリッシングテーブル２６と
駆動アーム２８を回転させることで研磨動作が生じ、ウ
ェハから伝導材料層１４の上部表面層を除去させるため
化学機械的な研磨動作を起こさせる。このような研磨は
米国特許第４６７１８５１号に記述されている。
パッド３４を表面に配置したプラテン３２を備える。ポ
リッシングパッド３４には複数の穴、つまり開口部３６
がある。パッド上にはケミカルキャリアの選択した研磨
剤スラリー３８が有り、ポリッシングパッド３４と共に
研磨材料として使用する。ポリッシングテーブル２６と
駆動アーム２８を回転させることで研磨動作が生じ、ウ
ェハから伝導材料層１４の上部表面層を除去させるため
化学機械的な研磨動作を起こさせる。このような研磨は
米国特許第４６７１８５１号に記述されている。
【００１４】本発明の終点検出器は導電性エポキシ又は
電気的に伝導性の伝導材料４０を埋め込んだ２つの開口
部３６ａを含む。プラテン３２は伝導材料４０と接触す
る電気接点４２を備える。電気接点４２はそれぞれ伝導
体４４を持ち、巻コイル４６（図１）に接続する。図１
に示すように巻コイル４６は、平面であるポリッシング
テーブル２６に平行平面である高透磁率（例：鉄）コア
４７に巻かれており、共に一緒に回る。開口部３６ａ中
の伝導材料４０の働きは研磨するウェハの表面と共に、
巻コイル４６に接続された可変負荷インピーダンスとな
る。
電気的に伝導性の伝導材料４０を埋め込んだ２つの開口
部３６ａを含む。プラテン３２は伝導材料４０と接触す
る電気接点４２を備える。電気接点４２はそれぞれ伝導
体４４を持ち、巻コイル４６（図１）に接続する。図１
に示すように巻コイル４６は、平面であるポリッシング
テーブル２６に平行平面である高透磁率（例：鉄）コア
４７に巻かれており、共に一緒に回る。開口部３６ａ中
の伝導材料４０の働きは研磨するウェハの表面と共に、
巻コイル４６に接続された可変負荷インピーダンスとな
る。
【００１５】さらに図１に関すると１次コイル４８は実
質的には複巻きコイルで、４本の巻コイル５０、５２、
５４及び５６は高透磁率（例：鉄）のＣ形状のコア５８
、６０、６２及び６４にそれぞれ巻かれている。電源（
図示されていない）から交流電圧が巻コイル５０、５２
、５４及び５６に印加され、コア５８、６０、６２及び
６４に磁束を発生させる。コア５８、６０、６２及び６
４にはエアギャップ６６、６８、７０及び７２がそれぞ
れ有り、ポリッシングテーブル２６が回ってウェハを研
磨する際に、巻コイル４６はコアのギャップ６６、６８
、７０及び７２の中を回って通り抜けるように配置され
る。巻コイル４６は巻コイル５０、５２、５４及び５６
又、コア５８、６０、６２及び６４には物理的な接触を
せずにエアギャップ６６、６８、７０及び７２内を通過
する。巻コイル４６は巻コイル４６の負荷インピーダン
スの関数としてエアギャップ内で磁束を摂動する。この
摂動が測定され、研磨の終点を指示する信号を発生させ
る。
質的には複巻きコイルで、４本の巻コイル５０、５２、
５４及び５６は高透磁率（例：鉄）のＣ形状のコア５８
、６０、６２及び６４にそれぞれ巻かれている。電源（
図示されていない）から交流電圧が巻コイル５０、５２
、５４及び５６に印加され、コア５８、６０、６２及び
６４に磁束を発生させる。コア５８、６０、６２及び６
４にはエアギャップ６６、６８、７０及び７２がそれぞ
れ有り、ポリッシングテーブル２６が回ってウェハを研
磨する際に、巻コイル４６はコアのギャップ６６、６８
、７０及び７２の中を回って通り抜けるように配置され
る。巻コイル４６は巻コイル５０、５２、５４及び５６
又、コア５８、６０、６２及び６４には物理的な接触を
せずにエアギャップ６６、６８、７０及び７２内を通過
する。巻コイル４６は巻コイル４６の負荷インピーダン
スの関数としてエアギャップ内で磁束を摂動する。この
摂動が測定され、研磨の終点を指示する信号を発生させ
る。
【００１６】巻コイル４６、１次コイル４８の動作と共
に終点の信号の発生と活用が図２−図６に概略的に示さ
れている。図２を参照すると磁界を発生するコイルの磁
束の摂動の動作原理が図示されている。図２に示す１次
コイル４８は内部抵抗ＲＳ を持つ交流電圧発生器ＥＳ
によって励磁される。誘導電圧ＥＬＰはＥＳ に応答
する１次コイル４８に生ずる電圧である。誘導電圧ＥＬ
Ｐは１次コイル４８のリアクタンスＸＬＰ、巻コイル４
６のリアクタンス及び抵抗ＲＳ と関数である。これは
次式で表わされる
に終点の信号の発生と活用が図２−図６に概略的に示さ
れている。図２を参照すると磁界を発生するコイルの磁
束の摂動の動作原理が図示されている。図２に示す１次
コイル４８は内部抵抗ＲＳ を持つ交流電圧発生器ＥＳ
によって励磁される。誘導電圧ＥＬＰはＥＳ に応答
する１次コイル４８に生ずる電圧である。誘導電圧ＥＬ
Ｐは１次コイル４８のリアクタンスＸＬＰ、巻コイル４
６のリアクタンス及び抵抗ＲＳ と関数である。これは
次式で表わされる
【００１７】
【数１】
【００１８】ここでＸＬＰは１次コイル４８と巻コイル
４６間の電磁結合Ｍによる関数ＲＬ である。このよう
にＲＬが変化すると１次コイル４８の誘導電圧ＥＬＰ
も変化する。ゆえに、負荷ＲＬの示度を与える。
４６間の電磁結合Ｍによる関数ＲＬ である。このよう
にＲＬが変化すると１次コイル４８の誘導電圧ＥＬＰ
も変化する。ゆえに、負荷ＲＬの示度を与える。
【００１９】図３に概略的に示す回路において仮にＲＬ
が事実上開放状態のスイッチとすると、例えば、実際
には無限の抵抗であり、１次コイル４８からの誘導磁界
によって巻コイル４６が影響を受けることはない。つま
り、誘導磁界を摂動することはない。従ってＥＬＰはＥ
ＳとＲＳだけの関数である。しかし、図２に示す負荷Ｒ
Ｌ の値、又は図３のスイッチの開閉状態によってＥＬ
Ｐの値は負荷ＲＬ の量の関数として又はスイッチＳ１
の状態で変化する。
が事実上開放状態のスイッチとすると、例えば、実際
には無限の抵抗であり、１次コイル４８からの誘導磁界
によって巻コイル４６が影響を受けることはない。つま
り、誘導磁界を摂動することはない。従ってＥＬＰはＥ
ＳとＲＳだけの関数である。しかし、図２に示す負荷Ｒ
Ｌ の値、又は図３のスイッチの開閉状態によってＥＬ
Ｐの値は負荷ＲＬ の量の関数として又はスイッチＳ１
の状態で変化する。
【００２０】本発明の装置の動作は図４に図式化した電
気回路図として示されており、巻コイル４６はテーブル
に平行平面で巻かれており、一例として巻コイル５０、
コア５８が例示されているが巻コイル４６はテーブル（
図示されていない）と共に回る。巻コイル４６はコア５
８のエアギャップ６６内を通過してＲＬ の関数として
誘導磁界を摂動する。図１及び図９から分かるようにＲ
Ｌ の値はポリッシングテーブルの電気接点４２がウェ
ハ表面の金属物又は絶縁体との接触状態で変化する。仮
に電気接点４２が金属物と接触状態である場合は回路は
閉回路であり、インダクタンスＬＤの摂動を生じさせる
負荷を与える。逆に電気接点４２が絶縁体と接触状態の
場合は実質的に開回路であり、無負荷なのでコア５８の
誘導磁界中では摂動は生じない。このように磁束の摂動
が測定された場合は負荷の値の示度を与え、順次の測定
は電気接点４２が伝導体或いは非伝導体に接触している
かどうかの示度を示す。
気回路図として示されており、巻コイル４６はテーブル
に平行平面で巻かれており、一例として巻コイル５０、
コア５８が例示されているが巻コイル４６はテーブル（
図示されていない）と共に回る。巻コイル４６はコア５
８のエアギャップ６６内を通過してＲＬ の関数として
誘導磁界を摂動する。図１及び図９から分かるようにＲ
Ｌ の値はポリッシングテーブルの電気接点４２がウェ
ハ表面の金属物又は絶縁体との接触状態で変化する。仮
に電気接点４２が金属物と接触状態である場合は回路は
閉回路であり、インダクタンスＬＤの摂動を生じさせる
負荷を与える。逆に電気接点４２が絶縁体と接触状態の
場合は実質的に開回路であり、無負荷なのでコア５８の
誘導磁界中では摂動は生じない。このように磁束の摂動
が測定された場合は負荷の値の示度を与え、順次の測定
は電気接点４２が伝導体或いは非伝導体に接触している
かどうかの示度を示す。
【００２１】巻コイル４６はエア・コア或いは他のガス
・コアとしで利用可能なことは理解できるが、しかし、
このようなコアは微弱な磁界を生じさせるため磁界のイ
ンダクタンス、又は摂動の変化を必要な程度まて正確に
及び繰り返して測定することは容易ではない。従って、
好ましい実施例は高透磁率コアに巻かれた１次コイル４
８の巻数を利用する。さらにコア５８、６０、６２及び
６４を強磁性のコアにすることである。このようにする
と、高透磁率コア４７の巻コイル４６は１次コイル４８
、巻コイル４６間の磁気結合を増大させ、可変インピー
ダンス ＲＬによって２次コイル４８の磁界の摂動を大
きくする。
・コアとしで利用可能なことは理解できるが、しかし、
このようなコアは微弱な磁界を生じさせるため磁界のイ
ンダクタンス、又は摂動の変化を必要な程度まて正確に
及び繰り返して測定することは容易ではない。従って、
好ましい実施例は高透磁率コアに巻かれた１次コイル４
８の巻数を利用する。さらにコア５８、６０、６２及び
６４を強磁性のコアにすることである。このようにする
と、高透磁率コア４７の巻コイル４６は１次コイル４８
、巻コイル４６間の磁気結合を増大させ、可変インピー
ダンス ＲＬによって２次コイル４８の磁界の摂動を大
きくする。
【００２２】高透磁率の磁気コアにおいてはどの単一コ
イル及びコアにおいても磁界の摂動はインダクダンス変
化の約１５％に達するということが解った。それにもか
かわらず測定段階では研磨装置が動作している間、電気
部品によって生じる電磁ノイズによる変動を容易に受け
やすい。そのため、図５に示すような４つのセグメント
によるコイル巻きの複合によるブリッジ回路結線が、か
なり正確な測定ができるため適用された。ブリッジ回路
の全コイルは同じ影響を受けるので、ブリッジの不平衡
は精度の高い測定を与える。このブリッジ回路は４つの
セグメントのコイル５０、５２、５４及び５６が図５の
ように内部結線されている通常のブリッジ回路である。 電圧Ｅｓがブリッジの上部と下部の結合間に印加され、
電圧 ＥＤは残りの結合間で測定する。各コイル５０、
５２、５４及び５６は同じインピーダンスＸＬＤで、ゆ
えに巻コイル４６がコアのエアギャップ６６、６８、７
０及び７２の外部に存在するか、又は巻コイル４６がエ
アギャップの中、外に存在するにかかわらずポリッシン
グホイールの電気接点４２が金属物とは逆に絶縁体に接
触状態である場合は、電圧ＥＤ は０である。しかし、
巻コイル４６がエアギャップ６６、６８、７０及び７２
のどれか１つに入った場合、ウェハ表面の金属物検知に
より電気接点４２間に回路が生じ、その特定のギャップ
内の磁束は摂動するので、その特定のコイルのインピー
ダンスに変化を生じさせてブリッジの平衡を崩すため、
その結果、１次コイル４８中に電圧ＥＤ が発生する。 これが良く知られているブリッジ回路の現象である。又
、この時、磁束の摂動は巻コイル４６の動き、つまり回
転の関数ではなく、巻コイル４６がエアギャップ内に存
在する場合のみ巻コイル４６の関数であって、負荷があ
っても、つまり巻コイル４６が閉回路になっていても巻
コイル４６の動きには関係なく、磁界の摂動は生じない
ことを理解する。
イル及びコアにおいても磁界の摂動はインダクダンス変
化の約１５％に達するということが解った。それにもか
かわらず測定段階では研磨装置が動作している間、電気
部品によって生じる電磁ノイズによる変動を容易に受け
やすい。そのため、図５に示すような４つのセグメント
によるコイル巻きの複合によるブリッジ回路結線が、か
なり正確な測定ができるため適用された。ブリッジ回路
の全コイルは同じ影響を受けるので、ブリッジの不平衡
は精度の高い測定を与える。このブリッジ回路は４つの
セグメントのコイル５０、５２、５４及び５６が図５の
ように内部結線されている通常のブリッジ回路である。 電圧Ｅｓがブリッジの上部と下部の結合間に印加され、
電圧 ＥＤは残りの結合間で測定する。各コイル５０、
５２、５４及び５６は同じインピーダンスＸＬＤで、ゆ
えに巻コイル４６がコアのエアギャップ６６、６８、７
０及び７２の外部に存在するか、又は巻コイル４６がエ
アギャップの中、外に存在するにかかわらずポリッシン
グホイールの電気接点４２が金属物とは逆に絶縁体に接
触状態である場合は、電圧ＥＤ は０である。しかし、
巻コイル４６がエアギャップ６６、６８、７０及び７２
のどれか１つに入った場合、ウェハ表面の金属物検知に
より電気接点４２間に回路が生じ、その特定のギャップ
内の磁束は摂動するので、その特定のコイルのインピー
ダンスに変化を生じさせてブリッジの平衡を崩すため、
その結果、１次コイル４８中に電圧ＥＤ が発生する。 これが良く知られているブリッジ回路の現象である。又
、この時、磁束の摂動は巻コイル４６の動き、つまり回
転の関数ではなく、巻コイル４６がエアギャップ内に存
在する場合のみ巻コイル４６の関数であって、負荷があ
っても、つまり巻コイル４６が閉回路になっていても巻
コイル４６の動きには関係なく、磁界の摂動は生じない
ことを理解する。
【００２３】又、信号つまり誘導された電圧の存在の有
無だけで、膜の存在の有無を意味することを理解する。 しかし、図８で理解できるように金属層１４の表面の大
部分を、この特別な研磨で終点まで除去しても、バイア
ス１６中にまだ金属１４ａの区域が存在し、表面の一部
を形成する。このようにウェハの表面において、サブス
トレートが回っている場合、電気接点４２が閉回路を形
成するとき、ある時間を所要するが、これが負荷であり
、又、電気接点４２が開回路を形成する場合でもある時
間を所要する、これが無負荷である。このような理由か
ら信号は、負荷つまり閉回路を形成しているのが中間の
媒介物か、不規則な接触からなのか又は連続的な金属接
触なのか考慮して処理を行う。これは図６に示す回路に
よって解決できる。この図において２次コイル４８から
の出力は最初に整流器８０に供給され、交流電流は整流
器８０の図上に示す波形に整流される。次に整流器８０
から出た整流波形はフイルタ８２に行き、フイルタ８２
の図上に示すパルスに変換され、それから振幅制御回路
８４に行き、振幅制御回路８４の図上に示す如くパルス
を制限して積分器８６に達する。積分器はその図上に示
す波形に変換し、コンパレータ８８に伝え出力信号とな
る。積分波形は伝導表面及び非伝導表面の量を表す。 任意の終点における伝導表面の量は事前に判っているの
で積分信号が設定レベルに達すると終点に達したことに
なる。このように積分機能の比較を行うことにより終点
に達した時点で反転信号出力を出せるように調整できる
。又、この機能は断続するスパイクが生じる場合でもそ
れを補正できる。
無だけで、膜の存在の有無を意味することを理解する。 しかし、図８で理解できるように金属層１４の表面の大
部分を、この特別な研磨で終点まで除去しても、バイア
ス１６中にまだ金属１４ａの区域が存在し、表面の一部
を形成する。このようにウェハの表面において、サブス
トレートが回っている場合、電気接点４２が閉回路を形
成するとき、ある時間を所要するが、これが負荷であり
、又、電気接点４２が開回路を形成する場合でもある時
間を所要する、これが無負荷である。このような理由か
ら信号は、負荷つまり閉回路を形成しているのが中間の
媒介物か、不規則な接触からなのか又は連続的な金属接
触なのか考慮して処理を行う。これは図６に示す回路に
よって解決できる。この図において２次コイル４８から
の出力は最初に整流器８０に供給され、交流電流は整流
器８０の図上に示す波形に整流される。次に整流器８０
から出た整流波形はフイルタ８２に行き、フイルタ８２
の図上に示すパルスに変換され、それから振幅制御回路
８４に行き、振幅制御回路８４の図上に示す如くパルス
を制限して積分器８６に達する。積分器はその図上に示
す波形に変換し、コンパレータ８８に伝え出力信号とな
る。積分波形は伝導表面及び非伝導表面の量を表す。 任意の終点における伝導表面の量は事前に判っているの
で積分信号が設定レベルに達すると終点に達したことに
なる。このように積分機能の比較を行うことにより終点
に達した時点で反転信号出力を出せるように調整できる
。又、この機能は断続するスパイクが生じる場合でもそ
れを補正できる。
【００２４】さらに、本発明で説明した通りに、非伝導
表面の伝導層を除去するのに利用できるということは、
さらに又、伝導表面の非伝導層を除去する場合にも終点
を検出することができるということが分かる。この場合
、完全な非伝導表面から始まり材料を除去して完全な又
は部分的な伝導表面にすることが可能であることも解る
。検出器の動作は同様で出力が多様な方法で使用される
。例としては本質的に逆の場合もある。
表面の伝導層を除去するのに利用できるということは、
さらに又、伝導表面の非伝導層を除去する場合にも終点
を検出することができるということが分かる。この場合
、完全な非伝導表面から始まり材料を除去して完全な又
は部分的な伝導表面にすることが可能であることも解る
。検出器の動作は同様で出力が多様な方法で使用される
。例としては本質的に逆の場合もある。
【００２５】本発明の１実施例と説明を述べたが本発明
の請求項の範囲内で多様な適用と修正ができる。
の請求項の範囲内で多様な適用と修正ができる。
【００２６】
【発明の効果】本発明により、物理的に接触しない間接
的なインピーダンス検出装置及び検出方法が得られる。
的なインピーダンス検出装置及び検出方法が得られる。
【図１】本発明を使用したラップ仕上機のラッピングホ
イール又はポリッシングホイールの簡単な透視図である
。
イール又はポリッシングホイールの簡単な透視図である
。
【図２】本発明の原理を図式化した電気回路図である。
【図３】図２同様、本発明の電気回路の一部であるスイ
ッチ開放状態を示す図式化した電気回路図である。
ッチ開放状態を示す図式化した電気回路図である。
【図４】本発明に採用している回転コイルと静止コイル
の動作の図式化した電気回路図である。
の動作の図式化した電気回路図である。
【図５】本発明の静止コイルをブリッジ回路に結線した
構成の図式化した電気回路図である。
構成の図式化した電気回路図である。
【図６】ラップ仕上又は研磨の終点を求める信号の発生
と処理を図式化したブロックダイヤグラムである。
と処理を図式化したブロックダイヤグラムである。
【図７】研磨によって除去すべき材料の層が被覆してい
る半導体ウェハ概略断面図である。
る半導体ウェハ概略断面図である。
【図８】被覆した材料の層が除去された、図７同様のウ
ェハ概略断面図である。
ェハ概略断面図である。
【図９】本発明を使用したラップ仕上機又は研磨機の簡
単な概略断面図である。
単な概略断面図である。
Claims (20)
- 【請求項１】コイル、コア及びエアギャップで構成する
１次側磁界発生回路を提供する工程と、１次側磁界発生
回路のエアギャップ内に磁界を誘導する工程と、コイル
を含む２次側磁界発生回路を提供する工程と、２次側磁
界発生回路を、測定を行う可変イピーダンス負荷に結合
する工程と、上記２次側磁界発生回路のコイルを上記１
次側磁界発生回路のエアギャップ内に、上記１次側磁界
発生回路に物理的に接触することなく配置し、１次側磁
界発生回路の磁界が、可変インピーダンス関数である２
次側磁界発生回路の磁界によって摂動される工程及び、
１次側磁界発生回路の磁界摂動量を測定する工程、とを
含む可変インピーダンス負荷のインピーダンス変化検出
方法。 - 【請求項２】請求項１で定義した方法において、上記２
次側磁界発生回路のコイルが上記１次側磁界発生回路の
エアギャップ内を周期的に通過する上記方法。 - 【請求項３】請求項１で定義した方法において、上記１
次側磁界発生回路の磁界を上記１次側磁界発生回路のコ
イルに交流電圧を印加することにより上記コイルに誘導
する方法、及び磁界の摂動変化を負荷のインピーダンス
の変化に対応する上記コイル両端の合成電圧の変化とし
て測定する上記方法。 - 【請求項４】請求項２で定義した方法において、上記２
次側磁界発生回路のコイルが回るように搭載され、及び
上記２次側磁界発生回路のコイルが周期的に上記１次側
磁界発生回路のエアギャップ内を回って通過する上記方
法。 - 【請求項５】請求項１で定義した方法において、上記１
次側磁界発生回路のコイルは複数のコイルのセクション
から成り、ブリッジ回路として結線され、及び上記摂動
をブリッジ回路の不平衡の関数として測定する上記方法
。 - 【請求項６】請求項４で定義した方法において、上記２
次側磁界発生回路のコイルには、もう一方の端に一対の
電気接点手段が在り、表面膜から成る上記インピーダン
ス負荷が上記電気接点と相関的に回る上記方法。 - 【請求項７】請求項６で定義した方法において、上記表
面膜は電気伝導率が異なるサブストレート上に在り、上
記表面膜は少なくとも上記サブストレートの一部が現れ
るまで徐々に取り除かれる上記方法。 - 【請求項８】請求項１で定義した方法を摂動の上記変化
を電気信号で検出することでさらに特徴づけ、及び表面
膜の残留域を画定するのに上記電気信号を処理する上記
方法。 - 【請求項９】請求項８で定義した方法において、上記電
気信号の処理は上記電気信号を積分することを含む上記
方法。 - 【請求項１０】サブストレートの表面膜を取り除き少な
くともサブストレートの一部を露出するための表面膜研
磨の終点を求める方法であって、コイル、コア及び、エ
アギャップを含む１次側磁界発生回路を提供する工程と
、上記エアギャップ内に磁束を誘導させる工程と、研磨
する材料の表面に接触させる研磨手段を備える回転テー
ブルを提供する工程と、機能的に上記回転テーブルと連
係動作を行い、及び研磨する表面膜に接触する一対の間
隔ある電気接点を配置する工程と、上記回転テーブルに
よって移動し、上記電気接点の各末端に接続したコイル
を含む２次側磁界発生回路を提供する工程と、上記回転
テーブルを回転させて上記表面膜の研磨を行い、及び上
記２次側磁界発生回路のコイルを周期的に回転させて上
記１次側磁界発生回路に物理的な接触なしで上記１次側
磁界発生回路のコイルのギャップ内を通過させる工程と
、上記サブストレートの表面膜の除去により生ずる上記
２次側磁界発生回路におけるコイルの負荷インピーダン
ス変化の関数である上記１次側磁界発生回路におけるコ
イルの電磁インピーダンスの摂動を測定する工程と、研
磨の終点を求める信号を与える２次側磁界発生回路のコ
イルのインピーダンス変化の関数として磁束の摂動変化
を与える工程、とを含む表面膜研磨の終点を求める方法
。 - 【請求項１１】請求項１０で定義した方法において、上
記１次側磁界発生回路の磁界を上記１次側磁界発生回路
のコイルに交流電圧を印加することにより上記コイルに
誘導する方法、及び磁界の摂動変化を磁界のインダクタ
ンス変化に対応する上記コイル両端の合成電圧の変化と
して測定する上記方法。 - 【請求項１２】請求項１０で定義した方法において、上
記１次側磁界発生回路のコイルは複数のコイルのセクシ
ョンから成り、ブリッジ回路として結線され、及び上記
摂動をブリッジ回路の不平衡の関数として測定する上記
方法。 - 【請求項１３】請求項１０で定義した方法を摂動の上記
変化を電気信号で検出することでさらに特徴づけ、及び
表面膜の残留域を画定するのに上記電気信号を処理する
上記方法。 - 【請求項１４】請求項１３で定義した方法において、上
記電気信号の処理は上記電気信号を積分することを含む
上記方法。 - 【請求項１５】サブストレートの表面膜を取り除き少な
くともサブストレートの一部を露出するための表面膜研
磨の終点を求める装置であって、電磁インピーダンス、
コア及び、エアギャップを持つコイルを含む１次側磁界
発生回路と、上記エアギャップ内に磁界を誘導させる手
段と、研磨する材料の表面に接触させる研磨手段を備え
る回転テーブルを備える研磨装置と、機能的に上記回転
テーブルと連係動作を行い、及び研磨する表面膜に接触
する一対の間隔ある電気接点装置と、上記回転テーブル
によって移動し、上記電気接点の各末端に接続したコイ
ルを含む２次側磁界発生回路と、上記回転テーブルを回
転させて上記表面膜の研磨を行い、及び上記２次側磁界
発生回路のコイルを周期的に回転させて上記１次側磁界
発生回路に物理的な接触なしで上記１次側磁界発生回路
のギャップ内を通過させる手段と、上記サブストレート
の表面膜の除去により生ずる上記２次側磁界発生回路に
おけるコイルの負荷インピーダンス変化の関数である上
記１次側磁界発生回路におけるコイルの電磁インピーダ
ンスの摂動を測定する手段と、研磨の終点を求める信号
を与える２次側磁界発生回路のコイルのインピーダンス
変化の関数として磁束の摂動変化を与える手段、とを含
む表面膜研磨の終点を求める装置。 - 【請求項１６】請求項１５で定義した装置において、上
記１次側磁界発生回路のコイルに上記磁界を発生させる
ための交流電源装置と、インダクタンスの変化に対応す
る上記１次側磁界発生回路のコイル両端の合成電圧の変
化を磁界の摂動変動として測定する手段とを含む手段と
を含む上記装置。 - 【請求項１７】請求項１５で定義した装置において、上
記１次側磁界発生回路のコイルはブリッジ回路を形成す
るように相互接続された複数のコイルのセクションから
成り、上記摂動をブリッジ回路の不平衡の関数として測
定する上記装置。 - 【請求項１８】請求項１５で定義した装置において、摂
動の上記変化を電気信号で検出する手段、及び表面膜の
残留域を画定するのに上記電気信号を処理する手段によ
りさらに特徴づけられた上記装置。 - 【請求項１９】請求項１８で定義した装置において、上
記信号処理方法は上記電気信号を積分する手段を含む上
記装置。 - 【請求項２０】請求項１５で定義した装置において、上
記の間隔ある接点は上記回転テーブル上の上記研磨手段
を通る延長部を含む上記装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US525352 | 1990-05-16 | ||
| US07/525,352 US5132617A (en) | 1990-05-16 | 1990-05-16 | Method of measuring changes in impedance of a variable impedance load by disposing an impedance connected coil within the air gap of a magnetic core |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04305953A true JPH04305953A (ja) | 1992-10-28 |
| JPH07111997B2 JPH07111997B2 (ja) | 1995-11-29 |
Family
ID=24092882
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3103711A Expired - Lifetime JPH07111997B2 (ja) | 1990-05-16 | 1991-03-14 | 研磨作業における終点検出方法及び装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5132617A (ja) |
| EP (1) | EP0460384B1 (ja) |
| JP (1) | JPH07111997B2 (ja) |
| DE (1) | DE69116227T2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004503925A (ja) * | 2000-06-09 | 2004-02-05 | ストラスバウ | 内蔵光学センサを備えた研磨パッド |
Families Citing this family (32)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5308438A (en) * | 1992-01-30 | 1994-05-03 | International Business Machines Corporation | Endpoint detection apparatus and method for chemical/mechanical polishing |
| IT1257835B (it) * | 1992-06-17 | 1996-02-13 | Gd Spa | Dispositivo rilevatore dello spessore di materiale in nastro in particolare in dispositivi per il cambio automatico di bobine di materiale in nastro metallizzato |
| US5265378A (en) * | 1992-07-10 | 1993-11-30 | Lsi Logic Corporation | Detecting the endpoint of chem-mech polishing and resulting semiconductor device |
| US5234868A (en) * | 1992-10-29 | 1993-08-10 | International Business Machines Corporation | Method for determining planarization endpoint during chemical-mechanical polishing |
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