KR20090024073A - Method and device for forecasting/detecting polishing end point and method and device for monitoring real-time film thickness - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 연마 종료 시점의 예측·검출 방법과 그 장치 및 리얼타임 막 두께 모니터 방법과 그 장치에 관한 것으로서, 특히, 화학 기계 연마 가공(CMP : Chemical Mechanical Polishing) 등에 있어서 와전류에 의한 줄열 손실을 극소로 억제한 후에, 연마 종료 시점을 정밀도 좋게 예측·검출하고, 또한, 소정의 도전성막이 적정하게 제거되어 있는지를 리얼타임으로 정확하게 평가할 수 있는 연마 종료 시점의 예측·검출 방법과 그 장치 및 리얼타임 막 두께 모니터 방법과 그 장치에 관한 것이다. The present invention relates to a method for predicting and detecting a polishing completion point, a device thereof, a real-time film thickness monitoring method and a device thereof, and particularly, to minimize Joule heat loss due to eddy currents in chemical mechanical polishing (CMP). After suppressing by, the polishing end point can be predicted and detected with high accuracy, and the prediction and detection method and the device and the real time point at the end of polishing can be evaluated in real time to accurately determine whether a predetermined conductive film is properly removed. The present invention relates to a film thickness monitoring method and an apparatus thereof.
반도체 웨이퍼의 표면에 예를 들면 산화막을 형성하고, 이 산화막에 리소그래피 및 에칭을 실시하여 배선 패턴에 대응한 홈 패턴을 형성하고, 이 위에 상기 홈 패턴을 충전하기 위한 Cu 등으로 이루어지는 도전성막을 성막하고, 이 도전성막 중 상기 홈 패턴이나 스루홀(through-hole) 부분 등의 매립부 이외의 불필요한 부분을 화학 기계 연마에 의해 제거하여 배선 패턴을 형성하는 프로세스가 알려져 있 다. 이 배선 패턴의 형성에서는, 불필요한 부분의 도전성막이 적정한 두께로 제거되었을 때의 연마 종점을 확실하게 검출하여 프로세스를 정지시키는 것이 매우 중요하다. 도전성막의 연마가 과잉이면 배선의 저항이 증가하고, 연마가 과소이면 배선의 절연 장애로 이어진다.An oxide film is formed on the surface of the semiconductor wafer, for example, by lithography and etching to form a groove pattern corresponding to the wiring pattern, and a conductive film made of Cu or the like for filling the groove pattern is formed thereon. A process of forming a wiring pattern by removing unnecessary portions other than the buried portion such as the groove pattern or the through-hole portion of the conductive film by chemical mechanical polishing is known. In the formation of this wiring pattern, it is very important to stop the process by reliably detecting the polishing end point when the conductive film of the unnecessary portion is removed to an appropriate thickness. If the polishing of the conductive film is excessive, the resistance of the wiring increases, and if the polishing is excessive, it leads to insulation failure of the wiring.
이에 관련한 종래 기술로서, 예를 들면 다음과 같이 필름 두께의 변화를 그 자리에서 감시하는 방법이 알려져 있다. 이 종래 기술은, 하지 본체(반도체 웨이퍼) 상으로부터 화학 기계 연마에 의해 도전성 필름을 제거하는 방법에 있어서 이 도전성 필름의 두께 변화를 그 자리에서 감시하기 위한 방법으로서, 전자계에 지향성을 가져오도록 정형하기 위한 페라이트 포트형 코어(ferrite pot core)에 감겨진 코일로 이루어지는 인덕터와 콘덴서의 직렬 또는 병렬 공진 회로를 포함하는 센서를 상기 도전성 필름에 근접시켜 배치하고, 여진 신호원으로부터의 20 Hz∼40.1 MHz의 주파수로 이루어지는 소인 출력을 동작점 설정용 임피던스 수단을 통하여 상기 센서에 인가한다. 이것에 의해, 센서가 여기되면, 발진 전류가 코일에 흘러, 교번 전자계를 발생시킨다. 이 교번 전자계는, 이어서 도전성 필름 안으로 와전류를 유도한다. 와전류가 도전성 필름으로 유도되면, 2가지 효과가 생기게 된다. 먼저, 첫 번째로, 도전성 필름이 손실 저항으로서 작용하고, 그 효과는 센서 회로에 대한 저항 부하이며, 이것은 공진 신호의 진폭을 낮추고, 공진 주파수를 낮춘다. 두 번째로, 도전성 필름의 두께가 감소하면, 금속 로드가 인덕터의 코일로부터 빼내어지는 것과 같은 효과가 생기고, 이것에 의해 인덕턴스의 변화 및 주파수 시프트를 일으킨다. 이와 같이 하여 상기 도전성 필름의 두께 변화에 기인하는 센 서 공진 피크와 관련된 주파수 시프트의 변화를 감시함으로써, 이 도전성 필름의 두께 변화를 연속적으로 검출하도록 하고 있다(예를 들면, 문헌 1 참조).As a related art in this regard, the method of monitoring the change of film thickness on the spot as follows is known, for example. This prior art is a method for monitoring the thickness change of the conductive film on the spot in a method of removing the conductive film by chemical mechanical polishing from the base body (semiconductor wafer), and is shaped to bring directivity to the electromagnetic field. A sensor comprising a series or parallel resonant circuit of an inductor and a capacitor composed of a coil wound around a ferrite pot core for the proximity of the conductive film, and having a frequency of 20 Hz to 40.1 MHz from the excitation signal source. A sweep output consisting of frequency is applied to the sensor via impedance means for operating point setting. As a result, when the sensor is excited, an oscillation current flows through the coil to generate an alternating electromagnetic field. This alternating electromagnetic field then induces an eddy current into the conductive film. If eddy currents are induced into the conductive film, two effects are produced. First, firstly, the conductive film acts as a loss resistor, and the effect is a resistive load on the sensor circuit, which lowers the amplitude of the resonance signal and lowers the resonance frequency. Secondly, the reduction in the thickness of the conductive film results in an effect such that the metal rod is pulled out of the coil of the inductor, which causes a change in inductance and a frequency shift. In this way, by monitoring the change in the frequency shift associated with the sensor resonance peak resulting from the change in the thickness of the conductive film, the thickness change of the conductive film is continuously detected (see, for example, Document 1).
또한, 다른 종래 기술로서, 예를 들면, 다음과 같은 와전류 센서가 알려져 있다. 이 종래 기술은, 도전성막 또는 도전성막이 형성되는 기체(基體)의 근방에 배치되는 센서 코일(와전류 센서)과, 이 센서 코일에 8∼32 MHz 정도로 일정 주파수의 교류 신호를 공급하여 상기 도전성막에 와전류를 형성하는 교류 신호원과, 상기 도전성막을 포함시킨 리액턴스 성분 및 저항 성분을 계측하는 검출 회로를 구비하고, 상기 센서 코일은, 상기 신호원에 접속하는 발진 코일과, 이 코일의 상기 도전성막측에 배치하는 검출 코일과, 상기 발진 코일의 상기 도전성막측의 반대측에 배치하는 밸런스 코일을 구비하고, 상기 검출 코일과 밸런스 코일은 서로 역상(逆相)이 되도록 접속되어 있다. 그리고, 상기 검출 회로에서 검출한 저항 성분 및 리액턴스 성분으로부터 합성 임피던스를 출력하고, 이 임피던스의 변화로부터 상기 도전성막의 막 두께의 변화를 넓은 범위에서 거의 직선적인 관계로서 검출하도록 하고 있다(예를 들면, 문헌 2 참조).In addition, as another conventional technique, the following eddy current sensor is known, for example. In this conventional technique, a conductive film or an eddy current sensor disposed in the vicinity of a substrate on which a conductive film is formed, and an AC signal having a constant frequency of about 8 to 32 MHz are supplied to the sensor coil to form the conductive film. An ac signal source for forming an eddy current, a detection circuit for measuring a reactance component and a resistance component containing the conductive film, wherein the sensor coil includes an oscillation coil connected to the signal source, and the conductive film of the coil. The detection coil arrange | positioned at the side and the balance coil arrange | positioned on the opposite side to the said electroconductive film side of the said oscillation coil are provided, and the said detection coil and a balance coil are connected so that it may mutually reverse phase. The synthesized impedance is output from the resistance component and the reactance component detected by the detection circuit, and the change in the film thickness of the conductive film is detected as a nearly linear relationship in a wide range from the change in the impedance (for example, , Reference 2).
또한, 다른 종래 기술로서, 예를 들면, 다음과 같은 와전류 센서가 알려져 있다. 이 종래 기술도 앞에 나타낸 종래 기술과 마찬가지로, 문헌 3의 [0008]에는, 센서 코일이 형성하는 자속이 그 센서 코일 전면(全面)에 배치된 기판 상의 도전성막을 관통하여, 교번적으로 변화함으로써 이 도전성막 중에 와전류를 일으키고, 그 와전류가 도전성막 중에 흐름으로써 와전류 손실이 생겨, 등가 회로적으로 보면, 센서 코일의 임피던스의 리액턴스 성분을 저하시키게 된다고 되어 있다. 또 한, 문헌 3의 [0009]에는, 발진 회로의 발진 주파수의 변화를 관찰함으로써, 연마의 진행에 따라, 도전성막이 서서히 얇아지면, 이에 따라 발진 주파수가 저하되고, 도전성막이 연마에 의해 완전히 없어지는 탱크 회로의 자기 발진 주파수가 되고, 그 이후에는 발진 주파수가 대략 일정해진다. 그러므로, 이 점을 검출함으로써, 도전성막의 화학 기계적 연마에 의한 종점을 검출할 수 있다고 되어 있다. 또한, 문헌 3의 [0025]에는, 도 2에 나타내는 바와 같이, 도전성막의 연마가 진행되면, 이에 따라 와전류 손실이 변화되고, 센서 코일의 등가적인 저항값이 변화된다. 따라서, 발진 회로의 발진 주파수가 변화되기 때문에, 이 발진 신호를 분주 회로에 의해 분주하거나, 또는 감산기에 의해 감산함으로써, 검출폭의 주파수의 크기에 대응한 신호를 모니터에 표시한다. 이것에 의해, 상기 서술한 도 2에 나타내는 바와 같은 주파수 궤적의 추이가 얻어진다(예를 들면, 문헌 3 참조).In addition, as another conventional technique, the following eddy current sensor is known, for example. This conventional technique is similar to the conventional technique described above. In the
[문헌 1] 일본국 특허 제2878178호 공보(제 2∼7 페이지, 도 1∼15).[Document 1] Japanese Patent No. 2878178 (2-7 pages, Figs. 1-15).
[문헌 2] 일본국 특허 제3587822호 공보(제 3 페이지, 도 1∼11).[Document 2] Japanese Patent No. 3587822 (third page, Figs. 1 to 11).
[문헌 3] 일본국 공개특허공고 2003-21501호 공보[Document 3] Japanese Unexamined Patent Publication No. 2003-21501
문헌 1에 기재된 종래 기술에서는, 센서에 전자계에 지향성을 가져오기 위한 페라이트 포트형 코어에 감겨진 코일로 이루어지는 인덕터와 콘덴서의 직렬 또는 병렬 공진 회로가 구비되어 있다. 그리고, 연마 초기에 20 Hz∼40.1 MHz의 주파수로 이루어지는 소인 출력을 센서에 인가하고, 상기 코일로부터 발생한 지향성을 가지는 교번 전자계에 의해, 도전성 필름을 관통하는 누설 자속을 일으켜 이 도전성 필름의 막 두께에 대응한 큰 와전류를 연마 초기부터 유도시키고 있다. 도전성 필름의 막 두께에 대응한 큰 와전류를 유도하기 위해서는 큰 교번 전자계, 즉 도전성 필름을 관통할 정도의 큰 자속을 형성할 필요가 있고, 도전성 필름의 두께 변화의 감시는 연마 초기부터 연마 종기까지 도전성 필름 내에 유발된 와전류를 이용하여 행해지고 있다. 이 때문에, 막 두께의 변화를 감시하는 동안, 도전성 필름의 두께 방향을 향하여 자속을 관통시킬 필요가 있다. 문헌 1에 관련된 공보의 도면 중에는, 모든 도전성 필름의 부분에 이 도전성 필름을 관통하는 자속선이 기재되어 있는 것으로부터도, 이것은 분명하다.In the prior art described in
연마 초기에 있어서의 웨이퍼의 표면에는, 무구(無垢)한 Cu막(도전성 필름)이 최상층에 있는 것이 일반적이다. 이들 무구한 Cu막 전체에 와전류를 유발시키기 위해서는 매우 큰 누설 자속이 필요하다. 그러나, 그 누설 자속은 와전류를 유발시키지만, 이들은 어차피 와전류 손실이라는 형태로 줄열이 되어 소비된다. 이 줄열 손실은, 최표층의 무구한 Cu막에 대해서는, 체적 저항이 작기 때문에, 발열은 비교적 작지만, 내부의 이미 배선되어 있는 부분에서는, 배선 단면적이 작고 체적 저항이 작기 때문에, 관통하는 자속에 의해 큰 와전류가 유발되고, 그 결과, 국부적으로 큰 줄열 손실을 낳게 된다. 이것은, 때로는 일부 배선이 용융, 단선되어 버리는 문제로 발전한다. 이른바 유도 가열 상태가 되어, 특히 내부에 열이 가득 차 버리는 현상이 일어나게 된다. 특히, Cu 배선 등에서는, Cu가 가열되면, Ta 등의 배리어막에 Cu가 확산되는 경우나, 경우에 따라서는, 배리어막을 돌파하여 Cu가 확산되어 버릴 우려가 있다. It is common that an innocent Cu film (conductive film) is on the top layer on the surface of the wafer in the initial polishing stage. Very large leakage magnetic flux is required to cause eddy currents in all of these innocent Cu films. However, the leakage magnetic flux causes eddy currents, but they are consumed in a row in the form of eddy current loss anyway. This Joule heat loss is relatively small in heat generation because the volume resistance is small with respect to the inexhaustible Cu film of the outermost layer. Eddy currents are induced, resulting in locally large Joule losses. This sometimes leads to a problem that some wirings are melted and disconnected. It becomes what is called an induction heating state, and the phenomenon in which heat | fever becomes full especially inside arises. In particular, in the Cu wiring or the like, when Cu is heated, Cu may diffuse into the barrier film such as Ta, or in some cases, Cu may break through the barrier film and diffuse.
또한, 웨이퍼의 표면부에 다수층의 배선이 실시되어 있는 경우에는, 표층의 Cu막의 우려뿐만 아니라, 이미 처리가 완료된 내부의 배선 부분이 국부적으로 따뜻해져 주위로 확산되거나, 반도체 기판 내의 p 형, n 형을 형성하고 있는 도펀트가 더욱 확산되어, 기판 내 소자의 특성을 바꾸어 버리는 경우도 있다. 또한, 열이 발생하지 않는 경우에도, 과잉의 와전류가 미세 배선에 흐르는 경우에는, 일렉트로 마이그레이션을 일으켜 단선되는 경우가 있다. In addition, in the case where a plurality of layers of wiring are provided on the surface of the wafer, not only the surface of the Cu film but also the internal wiring portion that has already been processed is locally warmed and diffused around, or the p-type in the semiconductor substrate, n In some cases, the dopant forming the die is further diffused to change the characteristics of the element in the substrate. In addition, even when heat does not generate | occur | produce, when excess eddy current flows through a fine wiring, electromigration may occur and it may be disconnected.
또한, 예를 들면, 연마 종료 시점 부근의 어느 소정의 잔막량이 된 시점에서, 연마 조건을 바꾸어 처리를 하는 경우에, 소정의 잔막량인지 아닌지를 확인하는 것은 어렵다. 초기 막 두께로부터의 변화분으로 추측할 수는 있지만, 초기 막 두께가 일정하지 않은 경우에는, 소정의 잔막량의 추측에 편차가 생기게 되기 때문이다. 이 연마 종료 시점 부근의 판단에 관하여, 센서와 도전성 필름 사이의 갭이 연마의 진동에 의해 미소하게 변화되면, 센서 회로계 전체의 부유 용량이 변화되어 공진 주파수 전체가 시프트한다. 따라서, 만일, 어느 설정된 공진 주파수가 되었 을 때에 스레시홀드값을 설정하여, 연마 종점을 판별하는 설정을 하고 있어도, 전체적으로 공진 주파수가 시프트하면, 그 스레시홀드값의 설정에 의한 연마 종료 시점의 판단은 어려워진다. 이와 같이, 종래 방법에서, 단조로우면서도 또한 연속적으로 증가 또는 감소 변화하는 공진 주파수에 있어서, 어느 값에 스레시홀드값을 설정하고 있었다 하더라도, 센서와 도전성 필름 사이의 갭이 미소하게 변화되거나, 그 사이에 어떠한 유전체가 개재되거나 함으로써, 그 파형 자체가 전체적으로 상하로 평행 이동하는 경우는 종종 존재하고, 그 결과, 미리 설정한 스레시홀드값이 의미를 가지지 않는 경우가 종종 존재했다. In addition, for example, when a predetermined | prescribed residual film amount near the completion | finish of grinding | polishing becomes a process and it changes with polishing conditions, it is difficult to confirm whether it is a predetermined residual film amount. It can be estimated from the change from the initial film thickness, but if the initial film thickness is not constant, there is a variation in the estimation of the predetermined residual film amount. Regarding the determination near the polishing end point, if the gap between the sensor and the conductive film is changed slightly by the vibration of polishing, the stray capacitance of the entire sensor circuit system is changed to shift the entire resonance frequency. Therefore, even if the threshold value is set when the set resonance frequency is reached, and the polishing end point is set as a whole, if the resonance frequency is shifted as a whole, the polishing end point by the setting of the threshold value is determined. Judgment becomes difficult. Thus, in the conventional method, even if the threshold value is set at any value at the resonance frequency that is monotonous and continuously increases or decreases, the gap between the sensor and the conductive film is slightly changed, or When some dielectric material is interposed therebetween, the waveform itself often moves up and down in parallel as a whole, and as a result, the preset threshold value often has no meaning.
와전류 센서를 사용한 문헌 2에 기재된 종래 기술에서도, 도전성막의 막 두께 변화의 감시를, 연마 초기부터 연마 종기까지 와전류의 변화로 보고 있는 것은, 상기 문헌 1에 기재된 종래 기술과 거의 동일하다. Also in the prior art described in
또한, 연마 초기부터 연마 종기까지 와전류를 이용하여 도전성막의 막 두께를 감시하는 상기의 종래 기술에서는, 막 내에서 와전류를 일으키는 데에 막 내에 침투할 정도의 충분히 강한 자속을 만들 필요가 있어, 인덕터의 형상은 자속에 지향성을 갖게 하기 위해 3차원으로 되어 있다. 따라서, 센서를 연마 장치 등에 장착하는 데에, 일반적으로 다음과 같은 문제가 있다. 코일에 흘리는 전류가 커져 소비 전력이 많아지고, 전원 장치도 대형이 된다. 자속이 주변으로 누설되어 노이즈가 발생하기 쉽다. 도선을 코일 형상으로 감는 공정 등이 필요하게 되어 비용이 많이 든다.In addition, in the above-described conventional technique of monitoring the film thickness of the conductive film by using the eddy current from the initial polishing period to the final polishing period, it is necessary to make a magnetic flux strong enough to penetrate into the film to cause the eddy current in the film. The shape of is in three dimensions to direct the magnetic flux. Therefore, there are generally the following problems in attaching the sensor to a polishing apparatus or the like. The current flowing through the coil increases, which increases the power consumption, and the power supply unit also becomes large. Magnetic flux leaks to the surroundings and noise is likely to occur. The process of winding the conducting wire into a coil shape is required, which is expensive.
문헌 3에 기재된 와전류 센서로 이루어지는 종래 기술에서는, 먼저, 이 종래 기술에서 사용하고 있는 센서부의 하드웨어에 대하여, 먼저, 센서 코일은 도전성막을 관통하는 것을 전제로 한 구성이다. 따라서, 도전성막을 관통하지 않을 정도의 자장밖에 발생시키지 않는 하드웨어에서는, 와전류를 형성할 수 없어 목적을 달성할 수 없다. 또한, 도전성막이 연마에 의해 감소됨으로써, 와전류가 형성되는 영역이 단조롭게 감소되고, 이 때문에, 발진 주파수가 단조롭게 감소되는 거동이 기재되어 있으며, 그 발진 주파수가 대략 일정하게 되었을 때를 종점으로 간주하여 이 부분을 검출한다고 되어 있다. 즉, 이 종래 기술에서 사용하는 소프트웨어의 알고리즘에서는, 발진 주파수의 변화란, 감소로부터 대략 일정하게 되는 변화를, 발진 주파수의 변화로 하고 있는 것으로서, 예를 들면, 이 발진 주파수가 변곡점을 가지는 변화를 했을 경우에는, 도저히 검출할 수 있는 알고리즘이 아니다. 또한, 도 2에 나타내는 바와 같이 연마의 초기부터 자속이 도전성막을 관통하여, 상시 와전류가 발생하는 상태이다. 여기에서, 와전류 센서는, 시종 와전류를 적극적으로 발생시켜, 그 와전류 변화에서 막 두께 변화로 다시 산출하는 방법을 일반적으로 와전류 센서로 하고 있다. In the prior art made of the eddy current sensor described in
그래서, 막 내에 형성되어 있는 미세한 배선까지 강한 자속을 미치지 않고, 그 결과 전자 유도에 의해 유발되는 와전류의 발생을 억제하여, 와전류에 의한 줄열 손실을 극소로 억제함과 동시에, 센서와 도전성막의 갭의 변화나 슬러리 등의 유전 물질의 개재 상태에 따라, 유발되는 와전류량이 전체적으로 시프트하여, 스레시홀드값의 설정이 큰폭으로 변화되어 검출하기 어려워지는 것과 같은 사태를 없애, 디바이스 웨이퍼를 관통하지 않을 정도의 미세한 자장이라 하더라도, 충분히 정밀도 좋게 검출할 수 있도록 하는 것으로서, 연마 종료 시점을 정밀도 좋게 예측·검출하고, 또한, 제거해야 하는 잔막량 및 연마 레이트 등을 그 자리에서 정밀도 좋게 산출하여, 소정의 도전성막이 적정하게 제거되어 있는지를 정확하게 평가하기 위해 해결해야 할 기술적 과제가 생기는 것으로서, 본 발명은 이 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.Therefore, the fine wiring formed in the film does not have a strong magnetic flux, and as a result, suppresses generation of eddy current caused by electromagnetic induction, minimizes Joule heat loss due to eddy current, and simultaneously gaps between the sensor and the conductive film. The amount of induced eddy current shifts as a whole according to the change of the dielectric material and the interposition state of the dielectric material such as slurry, and the threshold value is greatly changed so that it is difficult to detect and does not penetrate the device wafer. Even a minute magnetic field of the magnetic field can be detected with sufficient precision, and the polishing end point can be accurately predicted and detected, and the remaining film amount and polishing rate to be removed can be precisely calculated on the spot, and a predetermined challenge can be obtained. What needs to be addressed to accurately assess whether the film is properly removed? Technical problems arise, and an object of this invention is to solve this problem.
본 발명은 상기 목적을 달성하기 위해 제안된 것으로서, 청구항 1에 기재된 발명은, 도전성막을 연마하여, 소정의 도전성막이 적정하게 제거되었을 때의 연마 종료 시점을 예측하여 검출하는 연마 종료 시점의 예측·검출 방법으로서, 상기 소정의 도전성막에 고주파 인덕터형 센서에 있어서의 인덕터를 근접시켜, 이 인덕터로 형성되는 자속에 의해 상기 소정의 도전성막에 유발되는 자속 변화를 모니터하고, 연마 중의 막 두께가 상기 소정의 도전성막의 재질을 일 인자로서 정해지는 표피 효과에 의해 현저하게 나타나는 자속 변화를 이용하여, 이 자속 변화 과정 중에 있어서, 연마 종료 시점을 예측하기 위한 자속 변화 부분을 검출하고, 이 자속 변화 부분으로부터 연마 종료 시점을 예측하는 것을 특징으로 하는 연마 종료 시점의 예측·검출 방법을 제공한다.The present invention has been proposed in order to achieve the above object, and the invention described in
이 구성에 의하면, 인덕터가 고주파로 구동되고, 이 인덕터로부터 그 고주파의 주기에 대응하여 변화하는 자속이 발생한다. 연마에 의해 소정의 도전성막이 표피 깊이에 대응한 막 두께에 이를 때까지는, 소정의 도전성막에 유발되는 자속은, 상기 표피 깊이의 영역을 막면을 따라 거의 평행하게 통과한다. 연마가 진행 되어 소정의 도전성막이 상기 표피 깊이와 동등 또는 그 부근의 막 두께가 되면, 이 소정의 도전성막을 관통하는 누설 자속이 생기기 시작한다. 이 자속의 변화에 따라 소정의 도전성막 중에 전자 유도에 의해 유발되는 와전류량이 변화된다. 이 와전류는 막 두께가 감소해 감에 따라, 막을 관통하는 누설 자속이 증대되어 가기 때문에, 서서히 유발되는 와전류가 증대된다. 이 넓은 영역에 발생한 와전류에 의해, 이 소정의 도전성막 내에 큰 상호 인덕턴스가 발생한다. 이 상호 인덕턴스는, 고주파 인덕터형 센서에 있어서의 센서 회로계의 자기 인덕턴스를 감소시키도록 작용한다. 이와 같이, 초기는, 도전막 두께가 감소해도, 도전막 두께에 투입한 자속이 웨이퍼를 관통하지 않을 정도인 경우에는, 일정한 와전류가 형성된다. 그 후, 막 두께가 더욱 감소하여 표피 깊이에 대응한 막 두께 이하가 된 경우, 일부의 자속이 웨이퍼 상의 도전성막을 관통하여 웨이퍼의 이면으로까지 누설되는 자속이 생긴다. 이 때 누설 자속의 증가와 함께 막 내에 유발되는 와전류가 커진다. 다음에, 어느 일정한 막 두께까지 웨이퍼 표면에 형성되는 와전류는 증대되지만, 그 후, 더욱 도전성막이 제거됨에 따라, 와전류를 발생시키는 도전성막 자체가 감소되기 때문에, 와전류는 감소한다. 결과적으로, 단조로운 막 두께 감소 과정임에도 불구하고, 한번 관통 자속 증대와 함께 와전류는 증대되고, 그 후 막 두께가 더 감소됨에 따라, 와전류를 일으키는 체적 자체가 감소됨에 따라 급속하게 감소되기 때문에, 유발되는 와전류에 대응한 상호 인덕턴스에는 극대점이 나타난다. 이 와전류의 급속한 감소로 인하여 상기 상호 인덕턴스도 급속하게 감소하여 센서 회로계의 인덕턴스는 증가로 바뀐다. 이와 같이, 연마의 진행에 따라 소정의 도전성막이 표피 깊이와 동등 또는 그 부근의 막 두께가 된 이후에, 와전류가 발생하고, 그 후의 급속한 감소로 인하여 센서 회로계의 인덕턴스가 일단 감소하고, 그 후 증가로 바뀐다. 이 거동에 의해 고주파 인덕터형 센서로부터 발진되는 공진 주파수의 파형이 상기 표피 효과에 의해 이 파형 변화가 현저하게 나타난다. 그리고, 이 파형 변화 과정 중에 있어서 연마 종료 시점을 예측하기 위한 파형 변화 부분을 검출하고, 이 파형 변화 부분부터 연마 종료 시점이 예측된다. According to this configuration, the inductor is driven at a high frequency, and a magnetic flux that changes corresponding to the period of the high frequency is generated from the inductor. Until the predetermined conductive film reaches a film thickness corresponding to the skin depth by polishing, the magnetic flux induced in the predetermined conductive film passes through the region of the skin depth substantially parallel along the film surface. When polishing advances and the predetermined conductive film reaches a film thickness equal to or close to the skin depth, leakage magnetic flux penetrating through the predetermined conductive film starts to occur. According to the change of the magnetic flux, the amount of eddy current caused by electromagnetic induction in the predetermined conductive film changes. As the eddy current decreases as the film thickness decreases, the leakage magnetic flux that penetrates the membrane increases, so that the eddy current gradually induced increases. Due to the eddy current generated in this wide area, a large mutual inductance is generated in this predetermined conductive film. This mutual inductance acts to reduce the magnetic inductance of the sensor circuit system in the high frequency inductor type sensor. In this way, even if the thickness of the conductive film is initially reduced, a constant eddy current is formed when the magnetic flux introduced to the conductive film thickness does not penetrate the wafer. Thereafter, when the film thickness is further reduced to become the film thickness corresponding to the skin depth or less, a magnetic flux in which some magnetic flux penetrates the conductive film on the wafer and leaks to the back surface of the wafer is generated. At this time, the eddy current caused in the film increases with the increase of the leakage magnetic flux. Next, the eddy current formed on the surface of the wafer up to a certain film thickness increases, but after that, as the conductive film is further removed, the eddy current decreases because the conductive film itself that generates the eddy current is reduced. As a result, despite being a monotonous film thickness reduction process, the eddy current increases with once penetration flux increases, and then as the film thickness decreases further, it rapidly decreases as the volume itself causing the eddy current decreases, The maximum point appears in the mutual inductance corresponding to the eddy current. Due to the rapid decrease of the eddy current, the mutual inductance also rapidly decreases and the inductance of the sensor circuit system changes. In this way, after the predetermined conductive film becomes a film thickness equal to or close to the skin depth in accordance with the progress of polishing, an eddy current is generated, and the inductance of the sensor circuit system decreases once due to the rapid decrease thereafter. Then increase to. Due to this behavior, the waveform of the resonant frequency oscillated from the high frequency inductor sensor is markedly changed by the skin effect. In this waveform change process, the waveform change portion for predicting the polishing termination point is detected, and the polishing termination point is predicted from the waveform change portion.
이 피크는, 표피 깊이에 대응한 막 두께로 나타나기 때문에, 앞에서 설명한 바와 같은 유발된 와전류량이 전체적으로 시프트함에 따른 스레시홀드값의 설정이 변동된다고 하는 문제는 없고, 끊임없이, 나머지 막 두께에 대응한 위치에 피크가 출현한다. 특히, 도전성막이, 예를 들면, Cu인 경우, Cu의 나머지 막이 710 Å 의 부근에 피크가 출현한다. 또한, W막인 경우에는, W의 나머지 막이 조금 더 두꺼운 부분 2500 Å에 피크가 출현한다. 이 막 두께는, 실제의 표피 깊이와는 상이하지만, 표피 깊이에 대응한 수치로 되어 있다. 표피 깊이(δ)는, 전자파의 강도가 1/e의 크기가 되는 깊이를 편의적으로 나타낸 지표인데, 이 피크 위치는, 재료의 도전율, 투자율(透磁率), 인가하는 주파수 등에 의해 결정되는 것으로부터, 표피 효과에 의해 초래되고 있다. 본 발명은 이 재료의 표피 효과에 의해 나타나는 특이한 현상을 교묘하게 이용하여 달성한 기술이다. 특히, 배선 재료의 CMP에서 배선 재료는 고도전율을 갖기 때문에, 피크 위치는 비교적 종점 부근(710 Å)에서 날카로운 피크(극대점)가 되어 나타난다. 이 때문에, 여러 가지 외란에 대해서도 흔들리지 않고, 신뢰성 있는 종점 검출·종점 예측이 가능하게 된다. Since this peak is represented by the film thickness corresponding to the skin depth, there is no problem that the setting of the threshold value changes as the amount of induced eddy current as described above shifts as a whole, and the position corresponding to the remaining film thickness is constantly. Peaks appear. In particular, when the conductive film is, for example, Cu, a peak appears in the vicinity of 710 kPa of the remaining film of Cu. Further, in the case of the W film, a peak appears in the portion 2500 kPa of the slightly thicker W film. Although this film thickness differs from actual skin depth, it is a numerical value corresponding to skin depth. The skin depth δ is an index that conveniently indicates the depth at which the intensity of the electromagnetic wave becomes 1 / e. The peak position is determined by the conductivity, permeability, frequency to be applied, etc. of the material. It is caused by the epidermal effect. The present invention is a technique achieved by utilizing the unusual phenomenon exhibited by the skin effect of this material. In particular, since the wiring material has a high electrical conductivity in the CMP of the wiring material, the peak position appears to be a sharp peak (maximum point) relatively near the end point (710 kPa). For this reason, reliable end point detection and end point prediction are possible without shaking with respect to various disturbances.
또한, 인덕터형 센서는, 막 내에 고의로 적극적으로 와전류를 일으키게 하여, 막 두께를 모니터하는 것은 아니다. 종래의 공지된 센서에서는, 도전성막을 관통시키는 자장을 부여하도록 지향성을 갖게 하도록 센서 코일을 형성하고 있는데, 본 발명에 있어서의 인덕터형 센서에서는, 평면 인덕터를 사용하고 있다. 이것에 의해, 자장에 지향성을 부여하는 것이 아니라, 도전성막에 대하여, 도전성막에 깊게 침투하지 않도록 적당히 자장을 발산시키는 것을 목적으로 한 인덕터이다. 이것은, 자장이 깊게 침투한 경우, 또는 자장을 깊게 침투시키기 위해 강력한 자장을 부여한 경우, 내부의 배선이 와전류에 의해, 국부적으로 과열되는 경우나, 일렉트로 마이그레이션 등에 의해, 배선 자체가 단선되어 버리기 때문이다. 따라서, 도전성막에 최대한 자장을 침투시키지 않고, 바꾸어 말하면, 소자에 데미지를 주는 와전류를 발생시키지 않을 정도의, 적당한 자속 분포를 형성하는 평면 인덕터의 구성으로 하고 있다. 또한, 도전성막이 제거되기 직전에 도전성막이 얇아지면, 적당히 발산시키는 자장을 부여했다 하더라도, 일부는 도전성막을 관통하는 자속이 나타난다. 이 종점 부근의 얇은 도전성 막 상태가 되었을 때에 나타나는 급격한 변화를 모니터한다. 따라서, 주파수, 인덕터 및 그 신호를 검출하는 알고리즘은, 종점 부근의 변곡점을 최대화하는 구성으로 하고 있다. In addition, the inductor-type sensor intentionally actively causes eddy currents in the film, and does not monitor the film thickness. In a conventional known sensor, a sensor coil is formed so as to give a directivity to impart a magnetic field that penetrates the conductive film. In the inductor sensor of the present invention, a planar inductor is used. This is an inductor whose purpose is not to impart directivity to the magnetic field, but to divert the magnetic field appropriately so as not to penetrate deeply into the conductive film. This is because when the magnetic field penetrates deeply or when a strong magnetic field is applied to penetrate the magnetic field deeply, the wiring itself is disconnected due to eddy currents, local overheating, electromigration, or the like. . Therefore, a planar inductor is formed that does not infiltrate the magnetic field as much as possible into the conductive film and, in other words, forms an appropriate magnetic flux distribution such that an eddy current that does not cause damage to the device is generated. In addition, when the conductive film becomes thin immediately before the conductive film is removed, a portion of the magnetic flux that penetrates the conductive film appears even if a suitable magnetic field is emitted. The rapid change which appears when it becomes the state of the thin conductive film near this end point is monitored. Therefore, the algorithm for detecting the frequency, the inductor, and the signal thereof is configured to maximize the inflection point near the end point.
청구항 2에 기재된 발명은, 상기 표피 효과에 의한 자속 변화 부분을 검출하는 방법은, 피크의 정점, 변곡점, 변화의 상승률, 상승 변화량, 상승 개시점 등의 표피 효과 특유의 특징적인 변화를 검출하는 연마 종료 시점의 예측·검출 방법을 제공한다.In the invention described in
이 구성에 의하면, 표피 효과에 의한 자속 변화 부분은, 자속 변화의 피크의 정점, 변곡점, 변화의 상승률, 상승 변화량, 상승 개시점 등의 표피 효과 특유의 변화를 검출함으로써 실행된다. According to this structure, the magnetic flux change part by the skin effect is performed by detecting a change peculiar to the skin effect such as the peak of the peak of the magnetic flux change, the inflection point, the rate of change of the change, the amount of change of change, the starting point of the rise, and the like.
청구항 3에 기재된 발명은, 상기 표피 효과에 의한 자속 변화 부분을 검출하는 방법은, 파형 피크점, 변곡점, 소정 상승률점 등의 표피 효과 특유의 특징적인 변화를 검출하는 연마 종료 시점의 예측·검출 방법을 제공한다.In the invention according to
이 구성에 의하면, 상기 표피 효과에 의한 자속 변화 부분은, 파형 피크점, 변곡점, 소정 상승률점 등의 표피 효과 특유의 변화를 검출함으로써 실행된다. According to this structure, the magnetic flux change part by the said skin effect is performed by detecting the change peculiar to skin effect, such as a waveform peak point, an inflection point, and a predetermined ascent rate point.
청구항 4에 기재된 발명은, 상기 도전성막에 근접하는 고주파 인덕터형 센서는 2차원 평면 인덕터인 연마 종료 시점의 예측·검출 방법을 제공한다.The invention according to
이 구성에 의하면, 종래의 3차원적으로 형성된 인덕터에서는, 자속이 도전성막에 대하여 수직 방향으로 침입하기 위한 지향성이 향상되고, 디바이스 웨이퍼의 내부에까지 자속이 들어가, 디바이스 내부의 배선이 일렉트로 마이그레이션에 의해 단선되거나 한 경우가 있었다. 이에 대하여, 이 2차원 평면 인덕터에 의한 방법에 의하면, 도전성막에 대한 자속이 적당히 발산되어 지향성을 갖지 않기 때문에, 도전성막 내부로 자속이 적극적으로 침입하지 않는다. 또한, 부여하는 주파수가 30 MHz보다 큰 주파수로 한 경우, 표피 효과에 의해, 더욱 자속을 도전성막 내부로까지 침입할 수 없게 되기 때문에, 디바이스 웨이퍼 내부에서의 와전류 발생에 의한 줄열에 의한 단선이나 과도한 전류에 의한 일렉트로 마이그레이션을 방지할 수 있게 된다. 또한, 표면의 도전성막이 확실히 제거되어 있는 상태의 막 두께가 되었 을 때에 자속의 일부가 도전성막을 관통하여 와전류를 형성하게 되기 때문에, 종점 부근의 막 두께가 되었을 때에 매우 현저한 상호 인덕턴스에 대응하는 파형의 변화를 발생시킴으로써, 연마의 종료점을 검출할 수 있게 된다. According to this configuration, in the conventional three-dimensionally formed inductor, the directivity for the magnetic flux to penetrate in the vertical direction with respect to the conductive film is improved, the magnetic flux enters the inside of the device wafer, and the wiring inside the device is caused by electromigration. There was a case of disconnection. On the other hand, according to the method using this two-dimensional planar inductor, since the magnetic flux to the conductive film is appropriately diverged and has no directivity, the magnetic flux does not actively invade the conductive film. In addition, when the frequency to be applied is set to a frequency greater than 30 MHz, the magnetic flux cannot penetrate further into the conductive film due to the skin effect, so that disconnection or excessive heat due to the generation of eddy currents inside the device wafer is excessive. It is possible to prevent the electromigration caused by the current. In addition, when the thickness of the conductive film on the surface is reliably removed, a part of the magnetic flux penetrates the conductive film to form an eddy current. Therefore, when the thickness is near the end point, the waveform corresponds to a very significant mutual inductance. By generating a change of, the end point of polishing can be detected.
청구항 5에 기재된 발명은, 상기 도전성막에 근접하는 고주파 인덕터형 센서는, 절연체로 형성된 기판의 표면에 도전성막을 붙인 구성으로 하는 연마 종료 시점의 예측·검출 방법을 제공한다.Invention of
이 구성에 의하면, 프린트 기판 등의 유리·에폭시나 종이·페놀 등 절연체기판 상에 Cu 등의 도전성 물질을 증착하거나 도포함으로써, 용이하고 또한 저렴하게 센서를 제작할 수 있게 된다. 또한, 권선을 사용하는 방법과 비교해도, 도전성막을 도포한 후,에칭하여 제작함으로써, 선폭을 매우 미세화하여 제작할 수 있게 되어, 센서 자체를 매우 소형화할 수 있게 된다. 센서의 소형화에 의해, 더욱 미소한 자장을 효율적으로 발생시킬 수 있고, 자장을 도전성 물질의 내부로 깊게 침투시키지 않아, 막이 제거되는 종점 부근의 변화 거동을 정밀도 좋게 검출할 수 있게 된다. 또한, 센서의 소형화는, 웨이퍼면 내의 위치에 대응하여 다수의 센서를 배치할 수 있게 되기 때문에, 웨이퍼면 내에 있어서의 연마의 균일성을 정밀도 좋게 검출할 수 있게 된다. According to this configuration, a sensor can be easily and inexpensively produced by depositing or applying a conductive material such as Cu on an insulator substrate such as glass, epoxy or paper or phenol such as a printed board. In addition, even when compared with the method of using a winding, by applying the conductive film and then etching it to produce it, the line width can be made very fine, and the sensor itself can be made extremely small. By miniaturizing the sensor, a smaller magnetic field can be efficiently generated, and the magnetic field does not penetrate deeply into the conductive material, so that the change behavior near the end point where the film is removed can be detected with high accuracy. In addition, the miniaturization of the sensor enables the placement of a large number of sensors in correspondence with the position in the wafer surface, so that the uniformity of polishing in the wafer surface can be detected with high accuracy.
청구항 6에 기재된 발명은, 상기 소정의 도전성막의 표피 효과에 기초하여 유발되는 자속 변화의 모니터는, 이 소정의 도전성막 중의 와전류의 계측, 이 소정의 도전성막이 와전류를 일으킴으로써 발생하는 상호 인덕턴스의 측정, 이 소정의 도전성막의 상호 인덕턴스에 의한 상기 고주파 인덕터형 센서에 있어서의 센서 회 로계의 인덕턴스 변화의 측정, 또는 이 센서 회로계의 인덕턴스 변화를 상기 고주파 인덕터형 센서가 발진하는 공진 주파수의 변화에서의 측정 중 적어도 어느 하나인 연마 종료 시점의 예측·검출 방법을 제공한다.According to the sixth aspect of the present invention, a monitor of a change in magnetic flux induced on the basis of the skin effect of the predetermined conductive film includes the measurement of the eddy current in the predetermined conductive film and the mutual inductance generated when the predetermined conductive film generates the eddy current. Measurement of the inductance change of the sensor circuit system in the high frequency inductor sensor by the mutual inductance of the predetermined conductive film, or the resonance frequency at which the high frequency inductor sensor oscillates the inductance change of the sensor circuit system. Provided are a prediction and detection method at the end of polishing, which is at least one of the measurements in the change.
이 구성에 의하면, 소정의 도전성막의 표피 효과에 기초하여 유발되는 자속 변화의 모니터는, 구체적으로는, 각각 이 자속 변화에 따른 와전류, 상호 인덕턴스, 센서 회로계의 인덕턴스, 또는 고주파 인덕터형 센서가 발진하는 공진 주파수 중 적어도 어느 하나의 변화를 측정함으로써, 연마의 진행에 따라 소정의 도전성막에 대하여 관통하는 자속이 증대되어 가는 연마 종료점 바로 앞의 파형 변화 부분이 명확하게 검출된다. According to this configuration, the monitor of the magnetic flux change caused on the basis of the skin effect of the predetermined conductive film, specifically, the eddy current, mutual inductance, inductance of the sensor circuit system, or the high frequency inductor sensor according to the magnetic flux change, respectively. By measuring the change in at least one of the oscillating resonant frequencies, the waveform change portion immediately before the polishing end point at which the magnetic flux passing through the predetermined conductive film increases with the progress of polishing is clearly detected.
청구항 7에 기재된 발명은, 상기 고주파 인덕터형 센서를 발진시키는 발진기와 그 발진(공진) 주파수의 변화를 모니터하기 위한 주파수 카운터가, 상기 고주파 인덕터형 센서에 근접하여 배치되어 있는 연마 종료 시점의 예측·검출 방법을 제공한다.The invention according to claim 7 includes the prediction of the polishing end point in which an oscillator for oscillating the high frequency inductor sensor and a frequency counter for monitoring a change in the oscillation (resonance) frequency are arranged in proximity to the high frequency inductor sensor. A detection method is provided.
이 구성에 의하면, 종래와 같은 배선·결선 부분에서 분포 정수 회로를 형성하여 회로의 인덕턴스나 커패시턴스가 불필요하게 커지는 것을 방지하여, 예를 들면, 정전 용량에 의한 변화를 지배적으로 검출하는 것이 아니라, 인덕터형 센서 부근에서 초래하는 자속의 변화를 정밀도 좋게 검출할 수 있게 된다. 바람직하게는, 발진기 및 주파수 카운터는 인덕터형 센서와 동일 패키지 내에 있는 것이 좋다. 또한, 통상적으로 수 + MHz 대에서는 분포 정수 회로를 형성하게 되어, 자속의 변화보다, 도중 경로와 시료 사이에 정전 결합이 생겨, 정전 결합 센서로서의 기능이 지배적이 된다. 그러나, 이 구성에 의하면, 수 + MHz 대이었다 하더라도, 주파수 모니터를 근방에 배치하고 있기 때문에, 정전 결합하는 영역이 한정된다. 이 때문에, 수 + MHz 대라 하더라도, 분포 정수 회로라고 하기보다는, 비교적 커패시턴스와 인덕턴스가 일정한 집중 회로로서 기능하여, 인덕터가 도전성 재료에 미치는 자속에 의해, 그 반작용으로서 작용하는 도전성 재료가 인덕터에 주는 상호 인덕턴스의 변화를 정밀도 좋게 검출할 수 있게 된다.According to this configuration, a distributed constant circuit is formed in the wiring and connection portions as in the prior art, thereby preventing the inductance and capacitance of the circuit from becoming unnecessarily large. For example, the inductor does not dominantly detect a change due to capacitance. It is possible to accurately detect the change in the magnetic flux caused in the vicinity of the type sensor. Preferably, the oscillator and frequency counter are in the same package as the inductor type sensor. In general, a distributed constant circuit is formed in several + MHz bands, and electrostatic coupling occurs between a path and a sample in the middle rather than a change in magnetic flux, and the function as an electrostatic coupling sensor becomes dominant. However, according to this structure, even if it is several + MHz band, since the frequency monitor is arrange | positioned in the vicinity, the area | region to electrostatically couple is limited. For this reason, even in the case of several + MHz bands, rather than a distributed constant circuit, relatively capacitance and inductance function as a constant lumped circuit, and the magnetic material acting as a reaction by the inductor's magnetic flux on the conductive material acts as a reaction to the inductor. The change in inductance can be detected with high accuracy.
청구항 8에 기재된 발명은, 상기 소정의 도전성막의 표피 효과에 기초하여 유발되는 자속 변화, 와전류의 변화, 상호 인덕턴스의 변화 및 공진 주파수의 변화는, 막 두께 감소에 따라 관통 자속이 증가함에 따른 변화와, 그 후의 막 두께 감소에 따라 와전류 형성 영역이 실질적으로 감소함에 따른 변화의 2가지를 포함하는 연마 종료 시점의 예측·검출 방법을 제공한다. According to the invention of
이 구성에 의하면, 연마의 진행에 따라 소정의 도전성막이 표피 깊이에 대응한 막 두께 이하가 되면, 관통 자속의 증대와 함께 와전류 및 상호 인덕턴스는 각각 증대되고, 이 상호 인덕턴스의 증대에 따라 센서 회로계의 인덕턴스가 감소하여 공진 주파수가 증대된다. 그 후, 더욱 연마가 진행됨에 따른 막 두께의 감소에 따라 와전류 형성 영역이 실질적으로 감소하고, 와전류 및 상호 인덕턴스는 각각 급속하게 감소되고, 또한, 센서 회로계의 인덕턴스는 급속하게 증대되어 공진 주파수가 급속하게 감소한다. 이들의 거동에 의해, 소정의 도전성막이 표피 깊이에 대응한 막 두께가 된 이후에 있어서, 와전류, 상호 인덕턴스 및 공진 주파수의 파형에 현저한 변화 부분이 나타난다. 이러한 파형의 변화를 이용하여, 파형 변화 과정 중에 있어서 연마 종료 시점을 예측하기 위한 파형 변화 부분을 검출한다. According to this configuration, when the predetermined conductive film becomes less than the film thickness corresponding to the skin depth with the progress of polishing, the eddy current and mutual inductance are increased together with the increase of the penetrating magnetic flux. The inductance of the system is reduced and the resonance frequency is increased. Thereafter, as the film thickness decreases as the polishing proceeds further, the eddy current forming region is substantially reduced, the eddy current and mutual inductance are each rapidly decreased, and the inductance of the sensor circuit system is rapidly increased so that the resonance frequency is increased. Decreases rapidly. Due to these behaviors, after the predetermined conductive film becomes a film thickness corresponding to the skin depth, a marked change portion appears in the waveforms of the eddy current, mutual inductance, and resonance frequency. Using the change in the waveform, a portion of the waveform change for predicting the end point of polishing during the waveform change process is detected.
청구항 9에 기재된 발명은, 도전성막을 연마하여, 소정의 도전성막이 적정하게 제거되었을 때의 연마 종료 시점을 예측하여 검출하는 연마 종료 시점의 예측·검출 방법으로서, 상기 소정의 도전성막에 고주파 인덕터형 센서에 있어서의 인덕터를 근접시켜, 연마 과정에 의한 막 두께 감소에 따라, 연마 대상인 도전성막을 관통하는 자속이 증가함으로써 도전성막에 유발되는 상호 인덕턴스가 상승하는, 인덕터 형상과 주파수 대역을 선택하고, 상기 인덕터로 형성되는 자속에 의해 상기 소정의 도전성막에 유발되는 자속 변화를 모니터하고, 연마 중의 막 두께가 표피 효과에 의해 현저하게 나타나는 상기 자속 변화를 이용하여, 이 자속 변화 과정 중에 있어서 연마 종료 시점을 예측하기 위한 자속 변화분을 검출하고, 이 자속 변화분으로부터 연마 종료 시점을 예측하는 연마 종료 시점의 예측·검출 방법을 제공한다.The invention according to claim 9 is a prediction and detection method at the end of polishing for polishing a conductive film and predicting and detecting the end time of polishing when the predetermined conductive film is properly removed. Selecting an inductor shape and a frequency band in which the inductor in the sensor is brought close and the mutual inductance caused by the conductive film increases by increasing the magnetic flux through the conductive film to be polished as the film thickness decreases due to the polishing process. By monitoring the magnetic flux change induced in the predetermined conductive film by the magnetic flux formed by the inductor, and using the magnetic flux change in which the film thickness during polishing is remarkable by the skin effect, the polishing end point in this magnetic flux change process is determined. Detect the change in magnetic flux to predict and finish polishing from this change in magnetic flux Provided are a prediction and detection method at the end of polishing for predicting a viewpoint.
이 구성에 의하면, 소정의 도전성막에 있어서의 표피 깊이는, 이 소정의 도전성막의 재질과 고주파 인덕터형 센서의 발진 주파수에 의존하여 정해진다. 그리고, 이 표피 깊이가, 소정의 도전성막의 초기 막 두께보다 작고 연마 종기에 있어서 이 소정의 도전성막의 막 두께보다 커지도록 상기 발진 주파수를 선택하고, 또한, 막 두께 감소에 따라 관통 자속이 증가되는 인덕터 형상으로 함으로써, 연마 초기에 있어서 소정의 도전성막에 유발되는 자속은 상기 표피 깊이의 영역을 막면을 따라 거의 평행하게 통과하고, 연마의 진행에 따라 소정의 도전성막이 표피 깊이에 대응한 막 두께 이하가 되면, 연마 대상인 도전성막을 관통하는 관통 자속이 발생하여, 이 관통 자속의 증대와 함께 와전류 및 상호 인덕턴스가 증대된다. 그 후, 더욱 연마가 진행됨에 따른 막 두께의 감소에 따라 와전류 형성 영역이 실질적으로 감소하고, 와전류 및 상호 인덕턴스는 급속하게 감소된다. 이들의 거동으로부터 소정의 도전성막이 표피 깊이에 대응한 막 두께가 된 이후에 있어서, 연마 종료 시점을 예측하기 위한 자속 변화 부분이 검출된다. According to this configuration, the skin depth in the predetermined conductive film is determined depending on the material of the predetermined conductive film and the oscillation frequency of the high frequency inductor sensor. The oscillation frequency is selected so that the skin depth is smaller than the initial film thickness of the predetermined conductive film and larger than the film thickness of the predetermined conductive film at the time of polishing, and the penetrating magnetic flux increases as the film thickness decreases. By forming the inductor shape, the magnetic flux induced in the predetermined conductive film at the beginning of polishing passes through the area of the skin depth almost in parallel along the film surface, and as the polishing progresses, the predetermined conductive film corresponds to the skin depth. When the thickness is less than or equal, a penetrating magnetic flux penetrating through the conductive film to be polished is generated, and the eddy current and mutual inductance are increased as the penetrating magnetic flux is increased. Thereafter, the eddy current forming region is substantially reduced, and the eddy current and mutual inductance are rapidly reduced as the film thickness decreases as further polishing proceeds. After the predetermined conductive film becomes the film thickness corresponding to the skin depth from these behaviors, the magnetic flux change portion for predicting the end point of polishing is detected.
청구항 10에 기재된 발명은, 선택되는 상기 주파수대는, 상기 소정의 도전성막의 재질이 Cu인 경우에 있어서 20 MHz 이상인 연마 종료 시점의 예측·검출 방법을 제공한다. The invention according to
이 구성에 의하면, 고주파 인덕터형 센서로부터 발진되는 주파수대는, 구체적으로는, Cu인 경우에 있어서 20 MHz 이상으로 함으로써, 표피 깊이가, 소정의 도전성막의 초기 막 두께와 동등한 오더이고 또한, 이 소정의 도전성막의 초기 막 두께보다 작고 연마 종기에 있어서 소정의 도전성막의 막 두께보다 커지도록 설정된다.According to this constitution, the frequency band oscillated from the high frequency inductor sensor is set to 20 MHz or more in the case of Cu, whereby the skin depth is an order equal to the initial film thickness of the predetermined conductive film. It is set to be smaller than the initial film thickness of the conductive film, and to be larger than the film thickness of the predetermined conductive film in polishing termination.
청구항 11에 기재된 발명은, 도전성막을 연마하여, 소정의 도전성막이 적정하게 제거되었을 때의 연마 종료 시점을 예측하여 검출하는 연마 종료 시점의 예측·검출 방법으로서, 상기 소정의 도전성막에 고주파 인덕터형 센서에 있어서의 인덕터를 근접시켜, 연마 초기에 있어서 상기 인덕터로 형성된 자속 중 적어도 일부의 자속은 상기 소정의 도전성막의 표피 효과에 의해 이 소정의 도전성막을 관통하지 않을 정도의 주파수를 상기 고주파 인덕터형 센서로부터 발진시키고, 연마의 진행에 따라 상기 도전성막을 관통하는 적어도 일부의 자속이 증대되는 과정을 적어 도 한 번은 갖고, 상기 인덕터로 형성되는 자속 중 연마의 진행 중에 상기 소정의 도전성막을 관통하는 누설 자속의 변화를 모니터하고, 연마 중의 막 두께가 상기 표피 효과에 의해 현저하게 나타나는 누설 자속의 변화를 이용하여, 이 누설 자속 변화 과정 중에 있어서 연마 종료 시점을 예측하기 위한 누설 자속 변화 부분을 검출하고, 이 누설 자속 변화 부분으로부터 연마 종료 시점을 예측하는 연마 종료 시점의 예측·검출 방법을 제공한다.The invention as set forth in
이 구성에 의하면, 인덕터로 형성되는 자속이 연마 초기에는 소정의 도전성막을 대부분 관통하지 않고 연마의 진행에 따라 이 소정의 도전성막을 관통하는 누설 자속이 생기기 시작하는 표피 효과가 발생하도록 고주파 인덕터형 센서로부터 발진되는 주파수가 설정되어 있다. 그리고, 연마의 진행에 따라 소정의 도전성막이 표피 깊이에 대응한 막 두께가 된 이후에 있어서, 상기 표피 효과에 의해 현저하게 나타나는 누설 자속의 변화를 이용하여, 이 누설 자속 변화 과정 중에 있어서 연마 종료 시점을 예측하기 위한 누설 자속 변화 부분이 검출되어, 이 누설 자속 변화 부분으로부터 연마 종료 시점이 예측된다. According to this configuration, the magnetic flux formed from the inductor does not penetrate most of the predetermined conductive film at the beginning of polishing, but from the high frequency inductor type sensor so that a skin effect occurs in which leakage magnetic flux penetrating the predetermined conductive film starts to occur as the polishing proceeds. The frequency of oscillation is set. After the predetermined conductive film becomes a film thickness corresponding to the skin depth with the progress of polishing, polishing is finished in the process of changing the leakage magnetic flux by using the change of the leakage magnetic flux that is markedly caused by the skin effect. The leakage magnetic flux change portion for predicting the viewpoint is detected, and the polishing finish timing is predicted from this leakage magnetic flux change portion.
청구항 12에 기재된 발명은, 도전성막을 연마하여, 소정의 도전성막이 적정하게 제거되었을 때의 연마 종료 시점을 예측하여 검출하는 연마 종료 시점의 예측·검출 방법으로서, 상기 소정의 도전성막에 고주파 인덕터형 센서에 있어서의 인덕터를 근접시켜, 상기 인덕터로 형성되는 자속에 의해 도전성막에 유발되는 자속 변화를 모니터하고, 연마 중의 막 두께가 상기 소정의 도전성막의 재질을 일 인자로서 결정하는 표피 효과에 의해 현저하게 나타나는 자속 변화를 이용하여, 이 자 속 변화 과정 중에 있어서, 연마 종료 시점을 예측하기 위한 자속 변화 부분을 검출하고, 이 연마 변화 부분으로부터 연마 종료 시점을 예측하는 것을 특징으로 하는 연마 종료 시점의 예측·검출 방법을 제공한다. According to the twelfth aspect of the present invention, a polishing end point prediction and detection method for polishing a conductive film and predicting and detecting a polishing end point when the predetermined conductive film is properly removed is a high frequency inductor type. The inductor in the sensor is brought close to each other, the magnetic flux change induced in the conductive film by the magnetic flux formed by the inductor is monitored, and the skin thickness during polishing determines the material of the predetermined conductive film as a factor. In the process of changing the magnetic flux, the magnetic flux change is remarkably detected, and the magnetic flux change portion for predicting the polishing end point is detected, and the polishing end point is predicted from the polishing change part. Provides a prediction and detection method.
이 구성에 의하면, 고주파 인덕터형 센서로부터 발진되는 주파수가 상기 청구항 9에 기재된 발명의 작용과 동일하게 설정되고, 또한, 인덕터로부터는, 그 형상에 의해, 연마 초기에는 소정의 도전성막의 표피 효과에 의해 이 소정의 도전성막을 관통하지 않을 정도의 지향성이 없는 자장이 발생한다. 그리고, 연마의 진행에 따라 생기는 누설 자속의 변화가 와전류의 변화로서 모니터되고, 연마의 진행에 따라 소정의 도전성막이 표피 효과에 의해 현저하게 나타나는 와전류의 변화 과정 중에 있어서 연마 종료 시점을 예측하기 위한 와전류 변화 부분을 검출하고, 이 와전류 변화 부분으로부터 연마 종료 시점이 예측된다. According to this configuration, the frequency oscillated from the high frequency inductor type sensor is set in the same manner as the operation of the invention described in claim 9, and from the inductor, by its shape, at the beginning of polishing, the surface effect of the predetermined conductive film is applied. As a result, a magnetic field having no directivity such as not penetrating the predetermined conductive film is generated. Then, the change in the leakage magnetic flux generated by the progress of the polishing is monitored as the change in the eddy current, and the prediction of the end point of the polishing in the course of the change of the eddy current in which the predetermined conductive film is markedly caused by the skin effect with the progress of the polishing is performed. The eddy current change portion is detected, and the polishing end point is predicted from this eddy current change portion.
청구항 13에 기재된 발명은, 상기 표피 효과에 의한 파형 변화 부분으로부터 연마 종료 시점을 예측하는 방법에 관해서, 상기 파형 변화 부분으로부터 미리 설정한 연마 시간분 연마한 후에 연마 종료로 하는 연마 종료 시점의 예측·검출 방법을 제공한다. According to the invention described in
이 구성에 의하면, 표피 효과에 의해 현저하게 나타나는 파형 변화 과정 중에 있어서, 연마 종료 시점을 예측하기 위한 표피 변화 부분이 검출되고, 이 검출 후에 실행해야 하는 연마 레이트로부터, 이 파형 변화 부분 검출 후의 소요 연마 시간을 미리 설정하는 것이 가능하게 된다. 따라서, 이 파형 변화 부분이 검출된 후에는, 상기 미리 설정한 연마 시간만큼 연마함으로써, 연마가 종료된다. According to this configuration, in the process of changing the waveform that is markedly shown by the skin effect, the skin change portion for predicting the end point of polishing is detected, and the required polishing after the detection of the waveform change portion is performed from the polishing rate that should be performed after the detection. It is possible to set the time in advance. Therefore, after this waveform change part is detected, grinding | polishing is complete | finished by grinding | polishing for the said preset grinding | polishing time.
청구항 14에 기재된 발명은, 상기 파형 변화 부분은, 피크의 정점, 변곡점, 변화의 상승률, 상승 변화량, 상승 개시점의 표피 효과 특유의 변화인 것을 특징으로 하는 연마 종료 시점의 예측·검출 방법을 제공한다.The invention according to
이 구성에 의하면, 상기 파형 변화 부분은, 파형 변화의 피크의 정점, 변곡점, 변화의 상승률, 상승 변화량, 상승 개시로부터 검출되고, 이 파형 변화 부분으로부터 연마 종료 시점이 예측된다. According to this configuration, the waveform change portion is detected from the peak of the peak of the waveform change, the inflection point, the rate of rise of the change, the amount of change of the change, and the start of the rise, and the end point of polishing is predicted from the waveform change portion.
청구항 15에 기재된 발명은, 상기 표피 효과에 의한 파형 변화 부분에서 연마 종료 시점까지의 예측 검출 방법에 관하여, 연마 초기부터 상기 파형 변화 부분에 도달한 시간과, 이 파형 변화 부분까지의 연마량으로부터, 그만큼의 연마 레이트를 산출하고, 상기 파형 변화 부분의 막 두께를 상기 연마 레이트로 나눔으로써, 상기 파형 변화 부분으로부터 연마 종료 시점까지 필요로 하는 나머지 연마 시간을 산출하고, 상기 파형 변화 부분으로부터 그 산출한 시간 연마한 후에, 연마의 종점으로 하는 연마 종료 시점의 예측·검출 방법을 제공한다. The invention according to
이 구성에 의하면, 연마 초기부터 파형 변화 부분이 검출될 때까지의 시간과, 이 파형 변화 부분에 이를 때까지의 연마량으로부터, 그 사이에 있어서의 연마 레이트가 산출된다. 그리고, 파형 변화 부분에 대응한 막 두께를 상기 연마 레이트로 나눔으로써 파형 변화 부분 검출 후의 소요 연마 시간이 산출된다. 따라서, 파형 변화 부분의 검출 후에, 상기 산출된 연마 시간만큼 연마함으로써 연마가 종료된다. According to this configuration, the polishing rate therebetween is calculated from the time from the initial polishing to the detection of the waveform change portion and the amount of polishing until the waveform change portion is reached. The required polishing time after detection of the waveform change portion is calculated by dividing the film thickness corresponding to the waveform change portion by the polishing rate. Therefore, after detection of the waveform change portion, polishing is terminated by polishing for the calculated polishing time.
청구항 16에 기재된 발명은, 도전성막을 연마하여, 소정의 도전성막이 적정 하게 제거되었을 때의 연마 종료 시점을 예측하여 검출하는 연마 종료 시점의 예측·검출 방법으로서, 상기 소정의 도전성막에 고주파 인덕터형 센서에 있어서의 인덕터를 근접시켜, 연마 초기에 있어서 상기 인덕터로 형성된 자속 중 적어도 일부의 자속은 상기 소정의 도전성막의 표피 효과에 의해 이 소정의 도전성막을 관통하지 않을 정도의 지향성이 없는 자장을 발생시키는 인덕터 형상과, 표피 효과에 의해 도전성막을 관통하지 않을 정도의 주파수를 상기 고주파 인덕터형 센서로부터 발진시키고, 연마의 진행에 따라 상기 적어도 일부의 도전성막을 관통하는 자속이 증가하는 과정을 적어도 한 번은 갖고, 상기 인덕터로 형성되는 자속 중 연마의 진행 중에 상기 소정의 도전성막을 관통하는 누설 자속의 변화로 생기는 와전류의 변화를 이 와전류에 의해 상기 인덕터에 발생하는 상호 인덕턴스의 변화로서 모니터하고, 연마 중의 막 두께가 상기 표피 효과에 따른 표피 깊이와 동등 또는 그 부근이 된 경우의 상기 상호 인덕턴스의 변화를 기초로 연마 종료 시점을 예측하기 위한 상호 인덕턴스의 변화 부분을 검출하고, 이 변화 부분으로부터 연마 종료 시점을 예측하는 연마 종료 시점의 예측·검출 방법을 제공한다. The invention as set forth in
이 구성에 의하면, 고주파 인덕터형 센서로부터 발진되는 주파수가 상기 청구항 9에 기재된 발명의 작용과 동일하게 설정되고, 또한, 인덕터로부터는, 그 형상에 의해, 연마 초기에는 소정의 도전성막의 표피 효과에 의해 이 소정의 도전성막을 관통하지 않을 정도의 지향성이 없는 자장이 발생한다. 그리고, 연마의 진행에 따라 생기는 누설 자속의 변화가 인덕터에 발생하는 상호 인덕턴스의 변화로서 모니터되고, 연마의 진행에 따라 소정의 도전성막이 표피 깊이에 대응한 막 두께가 된 이후에 있어서의 상기 상호 인덕턴스의 변화를 기초로 연마 종료 시점을 예측하기 위한 상호 인덕턴스의 변화 부분이 검출되고, 이 상호 인덕턴스의 변화 부분으로부터 연마 종료 시점이 예측된다. According to this configuration, the frequency oscillated from the high frequency inductor type sensor is set in the same manner as the operation of the invention described in claim 9, and from the inductor, by its shape, at the beginning of polishing, the surface effect of the predetermined conductive film is applied. As a result, a magnetic field having no directivity such as not penetrating the predetermined conductive film is generated. Then, the change in the leakage magnetic flux generated by the progress of polishing is monitored as the change in mutual inductance generated in the inductor, and the mutual interaction after the predetermined conductive film becomes the film thickness corresponding to the skin depth with the progress of polishing. Based on the change in inductance, the change portion of mutual inductance for predicting the end point of polishing is detected, and the end point of polishing is predicted from the change portion of the mutual inductance.
청구항 17에 기재된 발명은, 도전성막을 연마하여, 소정의 도전성막이 적정하게 제거되었을 때의 연마 종료 시점을 예측하여 검출하는 연마 종료 시점의 예측·검출 방법으로서, 상기 소정의 도전성막에 고주파 인덕터형 센서에 있어서의 인덕터를 근접시켜, 연마 초기에 있어서 상기 인덕터로 형성된 자속 중 적어도 일부의 자속은 상기 소정의 도전성막의 표피 효과에 의해 이 소정의 도전성막을 관통하지 않을 정도의 지향성이 없는 자장을 발생시키는 인덕터 형상과, 표피 효과에 의해 도전성막을 관통하지 않을 정도의 주파수를 상기 고주파 인덕터형 센서로부터 발진시키고, 연마의 진행에 따라 상기 적어도 일부의 도전성막을 관통하는 자속이 증가하는 과정을 적어도 한 번은 갖고, 상기 인덕터로 형성되는 자속 중 연마의 진행 중에 상기 소정의 도전성막을 관통하는 누설 자속의 변화에 기초하는 상기 고주파 인덕터형 센서에 있어서의 센서 회로계의 인덕턴스의 변화를 이 인덕턴스와 상기 센서 회로계의 고유 용량으로 정해지는 공진 주파수의 변화로서 모니터하고, 연마 중의 막 두께가 상기 표피 효과에 대응하는 막 두께가 된 경우의 상기 공진 주파수의 변화를 기초로 연마 종료 시점을 예측하기 위한 공진 주파수의 변화 부분을 검출하고, 이 공진 주파수의 변화 부분으로부터 연마 종료 시점을 예측하는 연마 종료 시점의 예측·검출 방법을 제공한다. The invention as set forth in
이 구성에 의하면, 고주파 인덕터형 센서로부터 발진되는 주파수가 상기 청 구항 10에 기재된 발명의 작용과 동일하게 설정되어 있다. 또한, 인덕터로부터는, 그 형상에 의해, 연마 초기에는 소정의 도전성막의 표피 효과에 의해 이 소정의 도전성막을 관통하지 않을 정도의 지향성이 없는 자장이 발생하여, 연마의 진행에 따라 상기 소정의 도전성막을 관통하는 누설 자속이 생긴다. 그리고, 이 누설 자속의 변화에 따른 고주파 인덕터형 센서에 있어서의 센서 회로계 인덕턴스의 변화가 이 인덕턴스와 상기 센서 회로계의 고유 용량으로 정해지는 공진 주파수의 변화로서 모니터되고, 연마의 진행에 따라 소정의 도전성막이 표피 깊이에 대응한 막 두께가 된 이후에 있어서의 상기 공진 주파수의 변화를 기초로 공진 주파수의 변화 부분이 검출되어, 이 공진 주파수의 변화 부분으로부터 연마 종료 시점이 예측된다. According to this configuration, the frequency oscillated from the high frequency inductor sensor is set in the same manner as in the operation of the invention described in
청구항 18에 기재된 발명은, 도전성막을 연마하여, 소정의 도전성막이 적정하게 제거되었을 때의 연마 종료 시점을 예측하여 검출하는 연마 종료 시점의 예측·검출 방법으로서, 상기 소정의 도전성막에 고주파 인덕터형 센서에 있어서의 인덕터를 근접시켜, 연마 초기에 있어서 상기 인덕터로 형성된 자속 중 적어도 일부의 자속은 상기 소정의 도전성막의 표피 효과에 의해 이 소정의 도전성막을 관통하지 않을 정도의 지향성이 없는 자장을 발생시키는 인덕터 형상과, 표피 효과에 의해 도전성막을 관통하지 않을 정도의 주파수를 상기 고주파 인덕터형 센서로부터 발진시키고, 연마의 진행에 따라 상기 적어도 일부의 도전성막을 관통하는 자속이 증가하는 과정을 적어도 한 번은 갖고, 상기 인덕터로 형성되는 자속 중 연마의 진행 중에 상기 소정의 도전성막을 관통하는 누설 자속의 변화로 생기는 와전류의 변 화, 이 와전류의 변화로 인하여 상기 인덕터에 발생하는 상호 인덕턴스의 변화, 또는 이 상호 인덕턴스의 변화에 기초하는 상기 고주파 인덕터형 센서에 있어서의 센서 회로계의 인덕턴스의 변화에 의한 이 고주파 인덕터형 센서로부터 발진되는 공진 주파수의 변화 중 적어도 어느 하나의 변화를 모니터하고, 연마 중의 막 두께가 상기 표피 효과에 대응하는 막 두께가 된 경우의 상기 각 변화 중 적어도 어느 하나의 변화를 기초로 연마 종료 시점을 예측하기 위한 공진 주파수의 변화 부분을 검출하고, 이 공진 주파수의 변화 부분으로부터 연마 종료 시점을 예측하는 연마 종료 시점의 예측·검출 방법을 제공한다. The invention as set forth in claim 18 is a prediction and detection method at the end of polishing for polishing a conductive film and predicting and detecting the end time of polishing when the predetermined conductive film is properly removed. The inductor in the sensor is brought close to each other, and at least a part of the magnetic flux formed by the inductor at the beginning of polishing generates a magnetic field having no directivity such that it does not penetrate the predetermined conductive film due to the skin effect of the predetermined conductive film. At least once, a process of oscillating from the high frequency inductor-type sensor by the inductor shape and the surface that does not penetrate the conductive film due to the skin effect, and increasing the magnetic flux passing through the at least part of the conductive film as the polishing proceeds. And the predetermined part of the magnetic flux formed by the inductor during polishing. Sensor circuit in the high frequency inductor type sensor based on the change of the eddy current resulting from the change of the leakage magnetic flux which penetrates the whole film, the change of mutual inductance which arises in the said inductor due to the change of this eddy current, or this change of mutual inductance. Monitoring at least one of the changes in the resonant frequency oscillated from the high frequency inductor type sensor due to the change in inductance of the system, and among the respective changes when the film thickness during polishing becomes the film thickness corresponding to the skin effect. A method for predicting and detecting a polishing end point for detecting a change portion of a resonance frequency for predicting a polishing end point based on at least one change, and for predicting the polishing end point from the change portion of the resonance frequency is provided.
이 구성에 의하면, 고주파 인덕터형 센서로부터 발진되는 주파수가 상기 청구항 10에 기재된 발명의 작용과 동일하게 설정되어 있다. 또한, 인덕터로부터는, 그 형상에 의해, 연마 초기에는 소정의 도전성막의 표피 효과에 의해 이 소정의 도전성막을 관통하지 않을 정도의 지향성이 없는 자장이 발생하여, 연마의 진행에 따라 상기 소정의 도전성막을 관통하는 누설 자속이 생긴다. 그리고, 이 누설 자속의 변화로 생기는 와전류의 변화, 이 와전류의 변화에 따른 상호 인덕턴스의 변화, 또는 그 상호 인덕턴스의 변화에 기초하는 고주파 인덕터형 센서로부터 발진되는 공진 주파수의 변화 중 적어도 어느 하나의 변화가 모니터되고, 연마의 진행에 따라 소정의 도전성막이 표피 깊이에 대응한 막 두께가 된 이후에 있어서의 상기 와전류의 변화, 상호 인덕턴스의 변화, 또는 공진 주파수의 변화 중 적어도 어느 하나의 변화를 기초로 공진 주파수의 변화 부분이 검출되어, 이 공진 주파수의 변화 부분으로부터 연마 종료 시점이 예측된다. According to this configuration, the frequency oscillated from the high frequency inductor sensor is set in the same manner as in the operation of the invention described in
청구항 19에 기재된 발명은, 연마 중의 상기 소정의 도전성막의 막 두께가 표피 깊이에 대응하는 막 두께가 된 경우의 상기 와전류, 상기 상호 인덕턴스 또는 상기 공진 주파수의 각 변화 중에는, 상기 표피 깊이에 대응하는 막 두께로 생기는 상기 누설 자속의 증가에 의한 와전류의 증가와 연마에 의한 막 두께 체적의 감소에 따른 와전류 형성 영역의 감소의 2가지 현상이 작용함으로써 극대점(피크)이 생기고, 이 극대점(피크)을 기초로 상기 변화 부분이 검출되는 연마 종료 시점의 예측·검출 방법을 제공한다. Invention of
이 구성에 의하면, 상기 청구항 17에 기재된 발명의 작용에 추가하여, 연마의 진행에 따라 소정의 도전성막이 표피 깊이에 대응하는 막 두께가 된 이후에 있어서의 와전류, 상호 인덕턴스, 또는 공진 주파수의 각 변화 중에는 극대점(피크)이 생긴다. 이 극대점(피크)을 기초로 연마 종료 시점을 예측하는 파형의 변화 부분을 검출하고, 이 변화 부분으로부터 연마 종료 시점을 예측한다. According to this configuration, in addition to the effect of the invention described in
청구항 20에 기재된 발명은, 도전성막을 연마하여, 소정의 도전성막이 적정하게 제거되어 있는지를 평가하기 위한 연마 진행 중의 막 두께 변화를 모니터하는 리얼타임 막 두께 모니터 방법으로서, 상기 소정의 도전성막에 고주파 인덕터형 센서에 있어서의 인덕터를 근접시켜, 연마 초기에 있어서 상기 인덕터로 형성된 자속 중 적어도 일부의 자속은 상기 소정의 도전성막의 표피 효과에 의해 이 소정의 도전성막을 관통하지 않을 정도의 주파수를 상기 고주파 인덕터형 센서로부터 발진시키고, 연마의 진행에 따라 상기 적어도 일부의 도전성막을 관통하는 자속이 증가하는 과정을 적어도 연마 중 한 번은 갖고, 상기 인덕터로 형성되는 자속 중 연마의 진행 중에 상기 소정의 도전성막을 관통하는 누설 자속의 변화를 모니터하고, 연마 중의 막 두께가 상기 표피 효과에 대응하는 막 두께가 된 경우의 상기 누설 자속의 변화로부터 연마 종료 시점을 예측하기 위한 누설 자속의 변화 부분을 검출하고, 이 변화 부분을 기초로 그 자리에서 연마 레이트 및 제거해야 하는 나머지 막 두께량을 산출하는 리얼타임 막 두께 모니터 방법을 제공한다. The invention according to
이 구성에 의하면, 인덕터로 형성되는 자속이 연마 초기에는 소정의 도전성막을 거의 관통하지 않고 연마의 진행에 따라 이 소정의 도전성막을 관통하는 누설 자속이 생기기 시작하는 표피 효과가 발생하도록 고주파 인덕터형 센서로부터 발진되는 주파수가 설정되어 있다. 그리고, 연마의 진행에 따라 소정의 도전성막이 표피 깊이에 대응한 막 두께가 된 이후에 있어서의 상기 누설 자속의 변화로부터 연마 종료 시점을 예측하기 위한 변화 부분을 검출하고, 이 변화 부분을 기초로 표피 깊이와 거의 동등한 제거해야 하는 잔막량, 및 이미 연마 제거된 막 두께량 및 그 소요 시간으로부터 연마 레이트 등의 각 연마 데이터가 그 자리에서 산출되어, 소정의 도전성막이 적정하게 제거되어 있는지가 평가된다. According to this configuration, the magnetic flux formed from the inductor does not substantially penetrate the predetermined conductive film at the beginning of polishing, but from the high frequency inductor type sensor so that a skin effect occurs in which leakage magnetic flux penetrating the predetermined conductive film starts to develop as polishing progresses. The frequency of oscillation is set. Then, the change portion for predicting the end point of polishing from the change in the leakage magnetic flux after the predetermined conductive film becomes the film thickness corresponding to the skin depth with the progress of polishing is detected, and based on this change portion From the amount of residual film to be removed, which is almost equal to the skin depth, and the amount of film thickness already polished and removed and the time required, each polishing data such as polishing rate is calculated on the spot, and it is evaluated whether the predetermined conductive film is properly removed. do.
청구항 21에 기재된 발명은, 도전성막을 연마하여, 소정의 도전성막이 적정하게 제거되어 있는지를 평가하기 위한 연마 진행 중의 막 두께 변화를 모니터하는 리얼타임 막 두께 모니터 방법으로서, 상기 소정의 도전성막에 고주파 인덕터형 센서에 있어서의 인덕터를 근접시켜, 연마 초기에 있어서 상기 인덕터로 형성된 자속 중 적어도 일부의 자속은 상기 소정의 도전성막의 표피 효과에 의해 이 소정의 도전성막을 관통하지 않을 정도의 주파수를 상기 고주파 인덕터형 센서로부터 발진시 키고, 연마의 진행에 따라 상기 적어도 일부의 도전성막을 관통하는 자속이 증가하는 과정을 적어도 연마 중 한 번은 갖고, 상기 인덕터로 형성되는 자속 중 연마의 진행 중에 상기 소정의 도전성막을 관통하는 누설 자속의 변화를 이 누설 자속이 만드는 와전류의 변화로서 모니터하고, 연마 중의 막 두께가 상기 표피 효과에 대응하는 막 두께가 된 경우의 상기 와전류의 변화로부터 연마 종료 시점을 예측하기 위한 누설 자속의 변화 부분을 검출하고, 이 변화 부분을 기초로 그 자리에서 연마 레이트 및 제거해야 하는 나머지 막 두께량을 산출하는 리얼타임 막 두께 모니터 방법을 제공한다.The invention according to
이 구성에 의하면, 고주파 인덕터형 센서로부터 발진되는 주파수가 상기 청구항 17에 기재된 발명의 작용과 동일하게 설정되어 있다. 그리고, 누설 자속의 변화가 와전류의 변화로서 모니터되고, 연마의 진행에 따라 소정의 도전성막이 표피 깊이에 대응한 막 두께가 된 이후에 있어서의 상기 와전류의 변화로부터 변화 부분이 검출되고, 이 변화 부분을 기초로 표피 깊이와 거의 동등한 제거해야 하는 잔막량, 및 이미 연마 제거된 막 두께량 및 그 소요 시간으로부터 연마 레이트 등의 각 연마 데이터가 그 자리에서 산출되어, 소정의 도전성막이 적정하게 제거되어 있는지가 평가된다. According to this configuration, the frequency oscillated from the high frequency inductor sensor is set in the same manner as in the operation of the invention described in
청구항 22에 기재된 발명은, 도전성막을 연마하여, 소정의 도전성막이 적정하게 제거되어 있는지를 평가하기 위한 연마 진행 중의 막 두께 변화를 모니터하는 리얼타임 막 두께 모니터 방법으로서, 상기 소정의 도전성막에 고주파 인덕터형 센서에 있어서의 인덕터를 근접시켜, 연마 초기에 있어서 상기 인덕터로 형성된 자속 중 적어도 일부의 자속은 상기 소정의 도전성막의 표피 효과에 의해 이 소정의 도전성막을 관통하지 않을 정도의 주파수를 상기 고주파 인덕터형 센서로부터 발진시키고, 연마의 진행에 따라 상기 적어도 일부의 도전성막을 관통하는 자속이 증가하는 과정을 적어도 연마 중 한 번은 갖고, 상기 인덕터로 형성되는 자속 중 연마의 진행 중에 상기 소정의 도전성막을 관통하는 누설 자속의 변화로 생기는 와전류의 변화를 이 와전류에 의해 상기 인덕터에 발생하는 상호 인덕턴스의 변화로서 모니터하고, 연마 중의 막 두께가 상기 표피 효과에 대응하는 막 두께가 된 경우의 상기 상호 인덕턴스의 변화로부터 연마 종료 시점을 예측하기 위한 상호 인덕턴스의 변화 부분을 검출하고, 이 변화 부분으로부터 연마 종료 시점을 예측하기 위한 상호 인덕턴스의 변화 부분을 검출하고, 이 변화 부분을 기초로 그 자리에서 연마 레이트 및 제거해야 하는 나머지 막 두께량을 산출하는 리얼타임 막 두께 모니터 방법을 제공한다.The invention according to
이 구성에 의하면, 고주파 인덕터형 센서로부터 발진되는 주파수가 상기 청구항 17에 기재된 발명의 작용과 동일하게 설정되어 있다. 그리고, 누설 자속의 변화가 인덕터에 발생하는 상호 인덕턴스의 변화로서 모니터되고, 연마의 진행에 따라 소정의 도전성막이 표피 깊이에 대응한 막 두께가 된 이후에 있어서의 상기 상호 인덕턴스의 변화로부터 연마 종료 시점을 예측하기 위한 상호 인덕턴스의 변화 부분이 검출되고, 이 변화 부분을 기초로 표피 깊이와 거의 동등한 제거해야 하는 잔막량, 및 이미 연마 제거된 막 두께량 및 그 소요 시간부터 연마 레이트 등의 각 연마 데이터가 그 자리에서 산출되어, 소정의 도전성막이 적정하게 제거되어 있 는지가 평가된다. According to this configuration, the frequency oscillated from the high frequency inductor sensor is set in the same manner as in the operation of the invention described in
청구항 23에 기재된 발명은, 도전성막을 연마하여, 소정의 도전성막이 적정하게 제거되어 있는지를 평가하기 위한 연마 진행 중의 막 두께 변화를 모니터하는 리얼타임 막 두께 모니터 방법으로서, 상기 소정의 도전성막에 고주파 인덕터형 센서에 있어서의 인덕터를 근접시켜, 연마 초기에 있어서 상기 인덕터로 형성된 자속 중 적어도 일부의 자속은 상기 소정의 도전성막의 표피 효과에 의해 이 소정의 도전성막을 관통하지 않을 정도의 주파수를 상기 고주파 인덕터형 센서로부터 발진시키고, 연마의 진행에 따라 상기 적어도 일부의 도전성막을 관통하는 자속이 증가하는 과정을 적어도 연마 중 한 번은 갖고, 상기 인덕터로 형성되는 자속 중 연마의 진행 중에 상기 소정의 도전성막을 관통하는 누설 자속의 변화에 기초하는 상기 고주파 인덕터형 센서에 있어서의 센서 회로계의 인덕턴스의 변화를 이 인덕턴스와 상기 센서 회로계의 고유 용량으로 정해지는 공진 주파수의 변화로서 모니터하고, 연마 중의 막 두께가 상기 표피 효과에 대응하는 막 두께가 된 경우의 상기 공진 주파수의 변화로부터 연마 종료 시점을 예측하기 위한 공진 주파수의 변화 부분을 검출하고, 이 변화 부분을 기초로 그 자리에서 연마 레이트 및 제거해야 하는 나머지 막 두께량을 산출하는 리얼타임 막 두께 모니터 방법을 제공한다. The invention according to
이 구성에 의하면, 고주파 인덕터형 센서로부터 발진되는 주파수가 상기 청구항 17에 기재된 발명의 작용과 동일하게 설정되어 있다. 그리고, 누설 자속의 변화에 따른 고주파 인덕터형 센서에 있어서의 센서 회로계의 인덕턴스의 변화가 이 인덕턴스와 상기 센서 회로계의 고유 용량으로 정해지는 공진 주파수의 변화로 서 모니터되고, 연마의 진행에 따라 소정의 도전성막이 표피 깊이에 대응한 막 두께가 된 이후에 있어서의 상기 공진 주파수의 변화로부터 연마 종료 시점을 예측하기 위한 공진 주파수의 변화 부분이 검출되고, 이 변화 부분을 기초로 표피 깊이와 거의 동등한 제거해야 하는 잔막량, 및 이미 연마 제거된 막 두께량 및 그 소요 시간부터 연마 레이트 등의 각 연마 데이터가 그 자리에서 산출되어, 소정의 도전성막이 적정하게 제거되어 있는지가 평가된다. According to this configuration, the frequency oscillated from the high frequency inductor sensor is set in the same manner as in the operation of the invention described in
청구항 24에 기재된 발명은, 연마 중의 상기 소정의 도전성막의 막 두께가 상기 표피 깊이와 동등 혹은 그 부근이 된 경우의 상기 와전류, 상기 상호 인덕턴스 또는 상기 공진 주파수의 각 변화 중에는, 상기 표피 효과에 의해 상기 누설 자속의 증가에 의한 와전류의 증가와 연마에 의한 막 두께 체적의 감소에 따른 와전류의 감소의 2가지 현상이 작용함으로써 피크가 생기고, 이 피크를 기초로 연마 종료 시점을 예측하기 위한 변화 부분이 검출되는 리얼타임 막 두께 모니터 방법을 제공한다.The invention according to
이 구성에 의하면, 상기 청구항 20, 21 또는 22에 기재된 발명의 작용에 추가하여, 연마의 진행에 따라 소정의 도전성막이 표피 깊이에 대응한 막 두께가 된 이후에 있어서의 와전류, 상호 인덕턴스, 또는 공진 주파수의 각 변화 중에는 피크가 생긴다. 이 피크를 기초로 연마 종료 시점을 예측하기 위한 변화 부분이 검출된다.According to this configuration, in addition to the effect of the invention described in
청구항 25에 기재된 발명은, 평면 인덕터와 커패시터로 이루어지는 센서 회로계를 구성하는 발진 회로를 구비한 고주파 인덕터형 센서를 갖고, 도전성막을 연 마하여, 소정의 도전성막이 적정하게 제거되었을 때의 연마 종료 시점을 예측하여 검출하는 연마 종료 시점의 예측·검출 장치로서, 청구항 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17 또는 18에 기재된 연마 종료 시점의 예측·검출 방법을 실행하는 연마 종료 시점의 예측·검출 장치를 제공한다. The invention according to
이 구성에 의하면, 평면 인덕터와 커패시터로 이루어지는 센서 회로계를 구성하는 발진 회로를 구비한 고주파 인덕터형 센서를 가지는 연마 종료 시점의 예측·검출 장치는, 소정의 도전성막에 있어서의 표피 깊이가, 이 소정의 도전성막의 초기 막 두께보다 작고 연마 종기에 있어서 이 소정의 도전성막의 막 두께보다 커지도록 상기 고주파 인덕터형 센서의 발진 주파수를 설정한다. 이것에 의해, 연마 초기에 있어서 상기 평면 인덕터로 형성되는 자속에 의해 상기 소정의 도전성막에 유발되는 자속은 상기 표피 깊이의 영역을 막면을 따라 거의 평행하게 통과하고, 연마의 진행에 따라 적어도 일부의 자속이 상기 소정의 도전성막을 관통하여 누설 자속이 생기기 시작한다. 그리고, 연마의 진행 중에 이 누설 자속의 변화, 누설 자속의 변화로 생기는 와전류의 변화, 이 와전류의 변화로 인하여 상기 평면 인덕터에 발생하는 상호 인덕턴스의 변화, 또는 이 상호 인덕턴스의 변화에 기초하는 상기 센서 회로계의 인덕턴스의 변화에 의한 고주파 인덕터형 센서로부터 발진되는 공진 주파수의 변화 중 적어도 어느 하나의 변화를 모니터하고, 연마의 진행에 따라 소정의 도전성막이 상기 표피 깊이에 대응한 막 두께가 된 이후에 있어서의 상기 각 변화 중 적어도 어느 하나의 변화를 기초로 연마 종료점 바로 앞의 변화 부분을 검출하고, 이 변화 부분으로부터 연마 종료 시점을 예측한다. According to this configuration, the prediction / detection device at the end of polishing having a high frequency inductor type sensor having an oscillation circuit constituting a sensor circuit system consisting of a planar inductor and a capacitor has a skin depth in a predetermined conductive film. The oscillation frequency of the high frequency inductor type sensor is set so as to be smaller than the initial film thickness of the predetermined conductive film and larger than the film thickness of the predetermined conductive film in polishing termination. As a result, the magnetic flux induced in the predetermined conductive film by the magnetic flux formed by the planar inductor at the initial stage of polishing passes through the region of the skin depth almost in parallel along the film surface, and at least partially The magnetic flux penetrates through the predetermined conductive film, and leakage magnetic flux starts to occur. And the sensor based on the change of the leakage magnetic flux during the polishing, the change of the eddy current resulting from the change of the leakage magnetic flux, the change of mutual inductance occurring in the planar inductor due to the change of this eddy current, or the change of the mutual inductance. After at least one of the change in the resonant frequency oscillated from the high frequency inductor type sensor due to the change in inductance of the circuit system is monitored, and as the polishing progresses, the predetermined conductive film becomes the film thickness corresponding to the skin depth. The change part immediately before a grinding | polishing end point is detected based on the change of at least any one of said each change in, and the grinding | polishing end timing is predicted from this change part.
청구항 26에 기재된 발명은, 평면 인덕터와 커패시터로 이루어지는 센서 회로계를 구성하는 발진 회로를 구비한 고주파 인덕터형 센서를 갖고, 도전성막을 연마하여, 소정의 도전성막이 적정하게 제거되어 있는지를 평가하기 위한 연마 진행 중의 막 두께 변화를 모니터하는 리얼타임 막 두께 모니터 장치로서, 청구항 19, 20, 21, 22 또는 23에 기재된 리얼타임 막 두께 모니터 방법을 실행하는 리얼타임 막 두께 모니터 장치를 제공한다. The invention as set forth in claim 26 has a high-frequency inductor type sensor having an oscillation circuit constituting a sensor circuit system consisting of a planar inductor and a capacitor, and the conductive film is polished to evaluate whether the predetermined conductive film is properly removed. As a real-time film thickness monitoring apparatus for monitoring a film thickness change during polishing, a real-time film thickness monitoring apparatus for executing the real-time film thickness monitoring method according to
이 구성에 의하면, 평면 인덕터와 커패시터로 이루어지는 센서 회로계를 구성하는 발진 회로를 구비한 고주파 인덕터형 센서를 가지는 리얼타임 막 두께 모니터 장치는, 소정의 도전성막에 있어서의 표피 깊이가, 이 소정의 도전성막의 초기 막 두께보다 작고 연마 종기에 있어서 이 소정의 도전성막의 막 두께보다 커지도록 상기 고주파 인덕터형 센서의 발진 주파수를 설정한다. 이것에 의해, 연마 초기에 있어서 상기 평면 인덕터로 형성되는 자속에 의해 상기 소정의 도전성막에 유발되는 자속은 상기 표피 깊이의 영역을 막면을 따라 거의 평행하게 통과하고, 연마의 진행에 따라 적어도 일부의 자속이 상기 소정의 도전성막을 관통하여 누설 자속이 생기기 시작한다. 그리고, 연마의 진행 중에 이 누설 자속의 변화, 누설 자속의 변화로 생기는 와전류의 변화, 이 와전류의 변화로 인하여 상기 평면 인덕터에 발생하는 상호 인덕턴스의 변화, 또는 이 상호 인덕턴스의 변화에 기초하는 상기 센서 회로계의 인덕턴스의 변화에 의한 고주파 인덕터형 센서로부터 발진되는 공진 주파수의 변화 중 적어도 어느 하나의 변화를 모니터하고, 연마의 진행에 따라 소정의 도전성막이 상기 표피 깊이에 대응한 막 두께가 된 이후에 있어서의 상기 각 변화 중 적어도 어느 하나의 변화로부터 연마 종료점 바로 앞의 변화 부분을 검출하고, 이 변화 부분을 기초로 표피 깊이와 거의 동등한 제거해야 하는 잔막량, 및 이미 연마 제거된 막 두께량 및 그 소요 시간부터 연마 레이트 등의 각 연마 데이터를 그 자리에서 산출하여, 소정의 도전성막이 적정하게 제거되어 있는지를 평가한다. According to this structure, the real-time film thickness monitor apparatus which has the high frequency inductor type sensor provided with the oscillation circuit which comprises the sensor circuit system which consists of a planar inductor and a capacitor has the predetermined skin depth in a predetermined | prescribed conductive film. The oscillation frequency of the high frequency inductor type sensor is set so as to be smaller than the initial film thickness of the conductive film and larger than the film thickness of the predetermined conductive film in polishing termination. As a result, the magnetic flux induced in the predetermined conductive film by the magnetic flux formed by the planar inductor at the initial stage of polishing passes through the region of the skin depth almost in parallel along the film surface, and at least partially The magnetic flux penetrates through the predetermined conductive film, and leakage magnetic flux starts to occur. And the sensor based on the change of the leakage magnetic flux during the polishing, the change of the eddy current resulting from the change of the leakage magnetic flux, the change of mutual inductance occurring in the planar inductor due to the change of this eddy current, or the change of the mutual inductance. After at least one of the change in the resonant frequency oscillated from the high frequency inductor type sensor due to the change in inductance of the circuit system is monitored, and as the polishing progresses, the predetermined conductive film becomes the film thickness corresponding to the skin depth. A change portion immediately before the polishing end point is detected from at least one of the above-described changes in each of the changes, and based on this change portion, the residual film amount to be substantially equal to the skin depth, and the amount of film thickness already polished and From the time required, each polishing data such as polishing rate is calculated on the spot, To assess whether the deposition is appropriately removed.
청구항 1에 기재된 발명은, 소정의 도전성막에 고주파 인덕터형 센서에 있어서의 인덕터를 근접시켜, 이 인덕터로 형성되는 자속에 의해 상기 소정의 도전성막에 유발되는 자속 변화를 모니터하고, 연마 중의 막 두께가 상기 소정의 도전성막의 재질을 일 인자로서 정해지는 표피 효과에 의한 상기 자속 변화를 기초로 연마 종료 시점을 예측하기 위한 자속 변화 부분을 검출하고, 이 변화 부분으로부터 연마 종료 시점을 예측하도록 했기 때문에, 연마 초기에는, 소정의 도전성막에 유발되는 자속은, 상기 표피 깊이의 영역을 막면을 따라 거의 평행하게 통과한다. 이것에 의해, 막 내에 형성되어 있는 미세한 배선 등까지 강한 자속을 미치지 않고, 또한 와전류의 발생이 억제되어, 이 와전류에 의한 줄열 손실을 극소로 억제할 수 있다. 연마의 진행에 따라 소정의 도전성막이 표피 깊이에 대응한 막 두께가 된 이후에 있어서, 소정의 도전성막을 관통하는 누설 자속이 생기고, 이 누설 자속에 의해 소정의 도전성막 중에 와전류가 유발된다. 이 와전류는, 막 두께의 감소에 따른 누설 자속의 증가에 의해 서서히 증대되고, 막 두께가 더욱 감소되어 와전류를 발생시키는 도전성막 자체가 감소되기 때문에 급속하게 감소된다. 이 와전류의 증대와 그 후의 급속한 감소로 인하여, 센서 회로계의 인덕턴스가 일단 감소되고, 그 후 증가로 변한다. 이 거동에 의해 고주파 인덕터형 센서로부터 발진되는 공진 주파수의 파형에 피크(변곡점)가 발생한다. 그리고, 이 피크(변곡점)는, 여러 가지 외란에 대해서도 요동하지 않고, 끊임없이, 나머지 막 두께에 대응한 위치에 출현한다. 이 때문에, 상기 피크(변곡점)를 기초로 검출되어, 상기 자속 변화분으로부터 연마 종료 시점을 정밀도 좋게 예측·검출할 수 있다는 이점이 있다. Invention of
상기 청구항 2에 기재된 발명은, 상기 표피 효과에 의한 자속 변화 부분을 검출하는 방법은, 피크의 정점, 변곡점, 변화의 상승률, 상승 변화량, 상승 개시점 등의 표피 효과 특유의 특징적인 변화를 검출함으로써, 연마 종료 시점의 예측·검출이 매우 적정하게 행해진다. According to the invention described in
청구항 3에 기재된 발명은, 상기 표피 효과에 의한 자속 변화 부분을 검출하는 방법은, 파형 피크점, 변곡점, 소정 상승률점 등의 표피 효과 특유의 변화를 검출함으로써, 연마 종료 시점의 예측·검출이 매우 적정하게 행해진다.According to the invention described in
청구항 4에 기재된 발명은, 상기 도전성막에 근접하는 고주파 인덕터형 센서는 2차원 평면 인덕터로 하였으므로, 이 2차원 평면 인덕터로 형성되는 자속은, 소정의 도전성막에 대하여 적당히 발산하여 지향성을 가지지 않기 때문에, 연마의 진행에 따라 소정의 도전성막이 표피 깊이에 대응한 막 두께가 될 때까지는, 이 소정의 도전성막 내부로 적극적으로 침입하는 일이 없다. 이에 덧붙여, 표피 효과로 인하여, 자속이 도전성막 내부로 침입할 수 없게 되기 때문에, 디바이스 웨이퍼 내부에서의 와전류 발생에 의한 줄열에 의한 단선이나 과도한 전류에 의한 일렉트로 마이그레이션을 효과적으로 방지할 수 있다는 이점이 있다. In the invention according to
청구항 5에 기재된 발명은, 상기 도전성막에 근접하는 고주파 인덕터형 센서는, 절연체로 형성된 기판의 표면에 도전성막을 부착시킨 구성으로 했기 때문에, 유리·에폭시나 종이·페놀 등의 절연체의 기판 상에 도전성 물질을 증착시키거나 도포함으로써, 용이하고 저렴하게 센서를 제작할 수 있다. 또한, 절연체의 기판 상에 도전성막을 성막한 후,에칭 등으로 제작함으로써, 선폭을 매우 미세화하여 제작할 수 있게 되어, 센서 자체를 매우 소형화할 수 있다. 그리고, 센서의 소형화에 의해 미소한 자장을 효율적으로 발생시킬 수 있어, 자장을 도전성막의 내부로 깊게 침투시키지 않고, 이 도전성막이 제거되는 종점 부근의 변화 거동을 정밀도 좋게 검출할 수 있다는 이점이 있다.The invention according to
청구항 6에 기재된 발명은, 상기 소정의 도전성막의 표피 효과에 기초하여 유발되는 자속 변화의 모니터는, 이 소정의 도전성막 중의 와전류의 계측, 이 소정의 도전성막이 와전류를 일으킴으로써 발생하는 상호 인덕턴스의 측정, 이 소정의 도전성막의 상호 인덕턴스에 의한 상기 고주파 인덕터형 센서에 있어서의 센서 회로계의 인덕턴스 변화의 측정, 또는 이 센서 회로계의 인덕턴스 변화를 상기 고주파 인덕터형 센서가 발진하는 공진 주파수의 변화에서의 측정 중 적어도 어느 하나로 했기 때문에, 상기 청구항 1에 기재된 발명에 있어서의 소정의 도전성막에 유발되는 자속 변화의 모니터에는, 구체적으로는, 이 자속 변화에 따른 와전류, 상호 인덕턴스, 센서 회로계의 인덕턴스, 또는 고주파 인덕터형 센서가 발진하는 공진 주파수 중 적어도 어느 하나의 변화를 사용함으로써, 연마 종료점 바로 앞의 연마 종료 시점을 예측하기 위한 공진 주파수의 변화 부분을 한층 더 용이하고 명확하게 검출할 수 있다는 이점이 있다. According to the sixth aspect of the present invention, a monitor of a change in magnetic flux induced on the basis of the skin effect of the predetermined conductive film includes the measurement of the eddy current in the predetermined conductive film and the mutual inductance generated when the predetermined conductive film generates the eddy current. Measurement of the inductance change of the sensor circuit system in the high frequency inductor sensor by the mutual inductance of the predetermined conductive film, or the resonance frequency at which the high frequency inductor sensor oscillates the inductance change of the sensor circuit system. In order to monitor at least one of the magnetic flux changes caused by the predetermined conductive film in the invention according to
청구항 7에 기재된 발명은, 상기 고주파 인덕터형 센서를 발진시키는 발진기와 그 발진(공진) 주파수의 변화를 모니터하기 위한 주파수 카운터가, 상기 고주파 인덕터형 센서에 근접하여 배치되어 있기 때문에, 고주파 인덕터형 센서를 발진시키는 발진기와 주파수 카운터 등 간의 배선·결선 부분에서 분포 정수 회로를 형성하여 인덕턴스나 커패시턴스가 불필요하게 커지는 것이 방지되어, 고주파 인덕터형 센서 부근에 초래되는 도전성막의 연마의 진행에 따른 자속의 변화를 정밀도 좋게 검출할 수 있다는 이점이 있다. The invention according to claim 7 is a high frequency inductor sensor because an oscillator for oscillating the high frequency inductor sensor and a frequency counter for monitoring a change in the oscillation (resonance) frequency are arranged in proximity to the high frequency inductor sensor. The distribution constant circuit is formed in the wiring and connection portion between the oscillator and the frequency counter that oscillates the oscillation, thereby preventing the inductance and the capacitance from becoming unnecessarily large. Can be detected with high accuracy.
청구항 8에 기재된 발명은, 상기 소정의 도전성막의 표피 효과에 기초하여 유발되는 자속 변화, 와전류의 변화, 상호 인덕턴스의 변화 및 공진 주파수의 변화는, 막 두께 감소에 따른 관통 자속이 증가함에 따른 변화와, 그 후의 막 두께 감소에 따른 와전류 형성 영역이 실질적으로 감소함에 따른 변화의 2가지를 포함하도록 했기 때문에, 연마의 진행에 따라 소정의 도전성막이 표피 깊이에 대응한 막 두께 이하가 되면, 관통 자속의 증대와 함께 와전류, 상호 인덕턴스 및 공진 주파수가 증대된다. 그 후 더욱 연마가 진행됨에 따른 막 두께의 감소에 따라 와전류 형성 영역이 실질적으로 감소하여, 와전류, 상호 인덕턴스 및 공진 주파수는 급속하게 감소한다. 이들의 거동에 의해, 소정의 도전성막이 표피 깊이에 대응한 막 두께가 된 이후에 있어서, 와전류, 상호 인덕턴스 및 공진 주파수의 파형에 피크(변곡점)가 발생하여, 이 피크(변곡점)를 기초로 변화 부분을 명확히 검출할 수 있다 는 이점이 있다. According to the invention of
청구항 9에 기재된 발명은, 소정의 도전성막에 고주파 인덕터형 센서에 있어서의 인덕터를 근접시켜, 연마 과정에 의한 막 두께 감소에 따라, 연마 대상인 도전성막을 관통하는 자속이 증가함으로써 도전성막에 유발되는 상호 인덕턴스가 상승하는, 인덕터 형상과 주파수 대역을 선택하고, 상기 인덕터로 형성되는 자속에 의해 상기 소정의 도전성막에 유발되는 자속 변화를 모니터하고, 연마 중의 막 두께가 표피 효과에 의해 생기는 상기 자속 변화를 기초로 연마 종료 시점을 예측하기 위한 자속 변화 부분을 검출하고, 이 자속 변화 부분으로부터 연마 종료 시점을 예측하도록 했기 때문에, 연마 초기에 있어서 소정의 도전성막에 유발되는 자속은 표피 깊이의 영역을 막면을 따라 거의 평행하게 통과하고, 연마의 진행에 따라 소정의 도전성막이 표피 깊이에 대응한 막 두께가 된 이후에 있어서, 도전성막을 관통하는 관통 자속이 발생하여, 이 관통 자속의 증대와 함께 와전류 및 상호 인덕턴스가 증대된다. 그 후 더욱 연마가 진행됨에 따른 막 두께의 감소에 따라 와전류 형성 영역이 실질적으로 감소하여, 와전류 및 상호 인덕턴스는 급속하게 감소한다. 이들의 거동으로부터 상기 자속 변화 부분이 검출되어, 이 변화 부분으로부터 연마 종료 시점을 정밀도 좋게 예측·검출할 수 있다는 이점이 있다. According to the invention of claim 9, the inductor of the high frequency inductor type sensor is brought close to a predetermined conductive film, and the magnetic flux that penetrates the conductive film to be polished increases as the film thickness decreases due to the polishing process. Select an inductor shape and a frequency band in which the inductance rises, monitor the magnetic flux change induced in the predetermined conductive film by the magnetic flux formed by the inductor, and change the magnetic flux change caused by the skin effect of the film thickness during polishing. Since the magnetic flux change portion for predicting the polishing completion point was detected based on the basis, and the polishing termination point was predicted from this magnetic flux change portion, the magnetic flux induced in the predetermined conductive film in the polishing initial stage prevents the surface area of the skin depth. Pass almost parallel to each other, and a predetermined conductive film After the film thickness corresponding to the depth, the penetrating magnetic flux penetrating the conductive film is generated, and the eddy current and the mutual inductance increase with the increase of the penetrating magnetic flux. Thereafter, the eddy current forming region is substantially reduced with the decrease of the film thickness as further polishing proceeds, so that the eddy current and mutual inductance are rapidly reduced. The magnetic flux change portion is detected from these behaviors, and there is an advantage in that the polishing end point can be accurately predicted and detected from this change portion.
청구항 10에 기재된 발명은, 선택되는 상기 주파수대는, 상기 소정의 도전성막의 재질이 Cu인 경우에 있어서 20 MHz 이상으로 했기 때문에, 소정의 도전성막의 재질이 Cu인 경우에 있어서, 표피 깊이가 연마 초기에 있어서는 이 소정의 도전성막의 초기 막 두께보다 작고, 연마의 진행에 따라 연마 종료점 바로 앞이 되고 나 서 이 도전성막은 표피 깊이에 대응한 막 두께가 되어 이 소정의 도전성막을 관통하는 누설 자속을 일으키게 할 수 있다는 이점이 있다. In the invention described in
청구항 11에 기재된 발명은, 소정의 도전성막에 고주파 인덕터형 센서에 있어서의 인덕터를 근접시켜, 연마 초기에 있어서 상기 인덕터로 형성된 자속 중 적어도 일부의 자속은 상기 소정의 도전성막의 표피 효과에 의해 이 소정의 도전성막을 관통하지 않는 주파수를 상기 고주파 인덕터형 센서로부터 발진시키고, 연마의 진행에 따라 상기 도전성막을 관통하는 적어도 일부의 자속이 증대되는 과정을 적어도 한 번은 갖고, 상기 인덕터로 형성되는 자속 중 연마의 진행 중에 상기 소정의 도전성막을 관통하는 누설 자속의 변화를 모니터하고, 연마 중의 막 두께가 상기 표피 효과에 따른 누설 자속의 변화를 기초로 연마 종료 시점을 예측하기 위한 누설 자속의 변화 부분을 검출하고, 이 변화 부분으로부터 연마 종료 시점을 예측하도록 했기 때문에, 연마의 진행에 따라 소정의 도전성막이 표피 깊이에 대응한 막 두께가 된 이후에 있어서 이 소정의 도전성막을 관통하는 누설 자속을 일으키게 하여, 이 누설 자속의 변화를 기초로 연마 종료점 바로 앞의 막 두께 기준점이 검출된다. 따라서, 이 누설 자속의 변화분으로부터 연마 종료 시점을 정밀도 좋게 예측·검출할 수 있다는 이점이 있다. According to the invention of
청구항 12에 기재된 발명은, 소정의 도전성막에 고주파 인덕터형 센서에 있어서의 인덕터를 근접시켜, 연마 초기에 있어서 상기 인덕터로 형성된 자속 중 적어도 일부의 자속은 상기 소정의 도전성막의 표피 효과에 의해 이 소정의 도전성막을 관통하지 않을 정도의 지향성이 없는 자장을 발생시키는 인덕터 형상과, 표피 효과에 의해 도전성막을 관통하지 않을 정도의 주파수를 상기 고주파 인덕터형 센서로부터 발진시키고, 연마의 진행에 따라 상기 소정의 도전성막을 관통하는 자속이 증가하는 과정을 적어도 한 번은 갖고, 상기 인덕터로 형성되는 자속 중 연마의 진행 중에 상기 소정의 도전성막을 관통하는 누설 자속의 변화를 이 누설 자속이 만드는 와전류의 변화로서 모니터하고, 연마 중의 막 두께가 상기 표피 효과에 따른 표피 깊이와 동등 또는 그 부근이 된 경우의 상기 와전류의 변화를 기초로 연마 종료 시점을 예측하기 위한 누설 자속의 변화 부분을 검출하고, 이 변화 부분으로부터 연마 종료 시점을 예측하도록 했기 때문에, 인덕터로부터는, 그 형상에 의해, 연마 초기에는 소정의 도전성막의 표피 효과에 의해 이 소정의 도전성막을 관통하지 않을 정도의 지향성이 없는 자장이 발생함으로써, 막 내에 형성되어 있는 미세한 배선 등까지 강한 자속을 미치지 않고, 또한 와전류의 발생이 억제되어 이 와전류에 의한 줄열 손실을 극소로 억제할 수 있다. 그리고, 연마의 진행에 따라 소정의 도전성막이 표피 깊이에 대응한 막 두께가 된 이후에 있어서 이 소정의 도전성막을 관통하는 누설 자속이 생겨, 이 누설 자속의 변화에 따른 와전류의 변화를 기초로 연마 종료점 바로 앞의 상기 와전류의 변화 부분이 검출된다. 따라서, 이 변화 부분으로부터 연마 종료 시점을 정밀도 좋게 예측·검출할 수 있다는 이점이 있다. According to the invention of
청구항 13에 기재된 발명은, 상기 표피 효과에 의한 파형 변화 부분으로부터 연마 종료 시점을 예측하는 방법에 관해서, 상기 파형 변화 부분으로부터 미리 설정한 연마 시간분 연마한 후에 연마 종료로 하였기 때문에, 상기 파형 변화 부분은 잔막량이 표피 깊이에 대응한 막 두께가 된 시점에 검출된다. 이 때문에, 이 잔막량과 상기 파형 변화 부분 검출 후에 실행해야할 연마 레이트로부터 상기 파형 변화 부분 검출 후의 소요 연마 시간을 미리 설정할 수 있다. 따라서, 검출된 상기 파형 변화 부분으로부터 미리 설정한 연마 시간분 연마한 후에 연마 종료로 함으로써, 소정의 도전성막을 적정하게 연마 제거할 수 있다는 이점이 있다. In the invention according to
청구항 14에 기재된 발명은, 상기 파형 변화 부분은, 피크의 정점, 변곡점, 변화의 상승률, 상승 변화량, 상승 개시점의 표피 효과 특유의 변화 부분을 검출하므로, 연마 종료 시점을 정밀도 좋게 예측할 수 있다. According to the invention described in
청구항 15에 기재된 발명은, 상기 표피 효과에 의한 변화 부분에서 연마 종료 시점까지의 예측 검출 방법에 관하여, 연마 초기부터 상기 파형 변화 부분에 도달한 시간과, 이 파형 변화 부분까지의 연마량으로부터, 그만큼의 연마 레이트를 산출하고, 상기 파형 변화 부분의 막 두께를 상기 연마 레이트로 나눔으로써, 상기 파형 변화 부분에서 연마 종료 시점까지 필요로 하는 나머지 연마 시간을 산출하고, 상기 파형 변화점으로부터 그 산출한 시간 연마한 후에, 연마의 종점으로 하도록 했기 때문에, 이 파형 변화 부분을 검출함으로써, 이 검출까지의 소요 시간과 연마량으로부터, 그 동안의 연마 레이트를 산출할 수 있다. 이 파형 변화 부분 검출 후의 연마 레이트를 이 파형 변화 부분 검출 전의 상기 연마 레이트와 동일하게 하여 파형 변화 부분 검출 후의 연마를 실행하는 경우에는, 이 파형 변화 부분에 있어서의 잔막량인 표피 깊이에 대응한 막 두께를 상기 연마 레이트로 나눔으로써 파형 변화 부분 검출 후의 소요 연마 시간만큼 연마함으로써, 소정의 도전성막을 적정하게 연마 제거할 수 있다는 이점이 있다. The invention according to
청구항 16에 기재된 발명은, 소정의 도전성막에 고주파 인덕터형 센서에 있어서의 인덕터를 근접시켜, 연마 초기에 있어서 상기 인덕터로 형성된 자속 중 적어도 일부의 자속은 상기 소정의 도전성막의 표피 효과에 의해 이 소정의 도전성막을 관통하지 않을 정도의 지향성이 없는 자장을 발생시키는 인덕터 형상과, 표피 효과에 의해 도전성막을 관통하지 않을 정도의 주파수를 상기 고주파 인덕터형 센서로부터 발진시키고, 연마의 진행에 따라 상기 적어도 일부의 도전성막을 관통하는 자속이 증가하는 과정을 적어도 한 번은 갖고, 상기 인덕터로 형성되는 자속 중 연마의 진행 중에 상기 소정의 도전성막을 관통하는 누설 자속의 변화로 생기는 와전류의 변화를 이 와전류에 의해 상기 인덕터에 발생하는 상호 인덕턴스의 변화로서 모니터하고, 연마 중의 막 두께가 상기 표피 효과에 따른 표피 깊이와 동등 또는 그 부근이 된 경우의 상기 상호 인덕턴스의 변화를 기초로 연마 종료 시점을 예측하기 위한 상호 인덕턴스의 변화 부분을 검출하고, 이 변화 부분으로부터 연마 종료 시점을 예측하도록 했기 때문에, 인덕터로부터는, 그 형상에 의해, 연마 초기에는 소정의 도전성막의 표피 효과에 의해 이 소정의 도전성막을 관통하지 않을 정도의 지향성이 없는 자장이 발생함으로써, 막 내에 형성되어 있는 미세한 배선 등까지 강한 자속을 미치지 않고, 또한 와전류의 발생이 억제되어 이 와전류에 의한 줄열 손실을 극소로 억제할 수 있다. 그리고, 연마의 진행에 따라 소정의 도전성막이 표피 깊이에 대응한 막 두께가 된 이후에 있어서 이 소정의 도전성막을 관통하는 누설 자속을 일으키게 하여, 이 누설 자속의 변화에 따른 와전류의 변화에 의 해 인덕터에 발생하는 상호 인덕턴스의 변화를 기초로 연마 종료점 바로 앞의 연마 종료 시점을 예측하기 위한 상호 인덕턴스가 검출된다. 따라서, 이 변화 부분으로부터 연마 종료 시점을 정밀도 좋게 예측·검출할 수 있다는 이점이 있다. According to the invention of
청구항 17에 기재된 발명은, 소정의 도전성막에 고주파 인덕터형 센서에 있어서의 인덕터를 근접시켜, 연마 초기에 있어서 상기 인덕터로 형성된 자속 중 적어도 일부의 자속은 상기 소정의 도전성막의 표피 효과에 의해 이 소정의 도전성막을 관통하지 않을 정도의 지향성이 없는 자장을 발생시키는 인덕터 형상과, 표피 효과에 의해 도전성막을 관통하지 않을 정도의 주파수를 상기 고주파 인덕터형 센서로부터 발진시키고, 연마의 진행에 따라 상기 적어도 일부의 도전성막을 관통하는 자속이 증가하는 과정을 적어도 한 번은 갖고, 상기 인덕터로 형성되는 자속 중 연마의 진행 중에 상기 소정의 도전성막을 관통하는 누설 자속의 변화에 기초하는 상기 고주파 인덕터형 센서에 있어서의 센서 회로계의 인덕턴스의 변화를 이 인덕턴스와 상기 센서 회로계의 고유 용량으로 정해지는 공진 주파수의 변화로서 모니터하고, 연마 중의 막 두께가 상기 표피 효과에 대응하는 막 두께가 된 경우의 상기 공진 주파수의 변화를 기초로 연마 종료 시점을 예측하기 위한 공진 주파수의 변화 부분을 검출하고, 이 변화 부분으로부터 연마 종료 시점을 예측하도록 했기 때문에, 인덕터로부터는, 그 형상에 의해, 연마 초기에는 소정의 도전성막의 표피 효과에 의해 이 소정의 도전성막을 관통하지 않을 정도의 지향성이 없는 자장이 발생함으로써, 막 내에 형성되어 있는 미세한 배선 등까지 강한 자속을 미치지 않고, 또한 와전류의 발생이 억제되어 이 와전류에 의한 줄열 손실을 극소로 억제할 수 있다. 그리고, 연마의 진행에 따라 소정의 도전성막이 표피 깊이에 대응한 막 두께가 된 이후에 있어서 이 소정의 도전성막을 관통하는 누설 자속을 일으키게 하여, 이 누설 자속의 변화에 따른 센서 회로계의 인덕턴스의 변화에 의한 고주파 인덕터형 센서로부터 발진되는 공진 주파수의 변화를 기초로 연마 종료점 바로 앞의 연마 종료 시점을 예측하기 위한 공진 주파수의 변화 부분이 검출된다. 따라서, 이 변화 부분으로부터 연마 종료 시점을 정밀도 좋게 예측·검출할 수 있다는 이점이 있다. According to the invention described in
청구항 18에 기재된 발명은, 소정의 도전성막에 고주파 인덕터형 센서에 있어서의 인덕터를 근접시켜, 연마 초기에 있어서 상기 인덕터로 형성된 자속 중 적어도 일부의 자속은 상기 소정의 도전성막의 표피 효과에 의해 이 소정의 도전성막을 관통하지 않을 정도의 지향성이 없는 자장을 발생시키는 인덕터 형상과, 표피 효과에 의해 도전성막을 관통하지 않을 정도의 주파수를 상기 고주파 인덕터형 센서로부터 발진시키고, 연마의 진행에 따라 상기 적어도 일부의 도전성막을 관통하는 자속이 증가하는 과정을 적어도 한 번은 갖고, 상기 인덕터로 형성되는 자속 중 연마의 진행 중에 상기 소정의 도전성막을 관통하는 누설 자속의 변화로 생기는 와전류의 변화, 이 와전류의 변화로 인하여 상기 인덕터에 발생하는 상호 인덕턴스의 변화, 또는 그 상호 인덕턴스의 변화에 기초하는 상기 고주파 인덕터형 센서에 있어서의 센서 회로계의 인덕턴스의 변화에 의한 이 고주파 인덕터형 센서로부터 발진되는 공진 주파수의 변화 중 적어도 어느 하나의 변화를 모니터하고, 연마 중의 막 두께가 상기 표피 효과에 대응하는 막 두께가 된 경우의 상기 각 변화 중 적어 도 어느 하나의 변화를 기초로 연마 종료 시점을 예측하기 위한 변화 부분을 검출하고, 이 변화 부분으로부터 연마 종료 시점을 예측하도록 했기 때문에, 인덕터로부터는, 그 형상에 의해, 연마 초기에는 소정의 도전성막의 표피 효과에 의해 이 소정의 도전성막을 관통하지 않을 정도의 지향성이 없는 자장이 발생함으로써, 막 내에 형성되어 있는 미세한 배선 등까지 강한 자속을 미치지 않고, 또한 와전류의 발생이 억제되어 이 와전류에 의한 줄열 손실을 극소로 억제할 수 있다. 그리고, 연마의 진행에 따라 소정의 도전성막이 표피 깊이에 대응한 막 두께가 된 이후에 있어서 이 소정의 도전성막을 관통하는 누설 자속을 일으키게 하여, 이 누설 자속의 변화에 따른 와전류의 변화, 상호 인덕턴스의 변화, 또는 고주파 인덕터형 센서로부터 발진되는 공진 주파수의 변화 중 적어도 어느 하나의 변화를 기초로 연마 종료점 바로 앞의 상기 변화 부분이 검출된다. 따라서, 이 변화 부분으로부터 연마 종료 시점을 정밀도 좋게 예측·검출할 수 있다는 이점이 있다.According to the invention described in claim 18, the inductor of the high frequency inductor type sensor is brought close to a predetermined conductive film, and at least part of the magnetic fluxes formed by the inductor in the initial polishing stage is determined by the skin effect of the predetermined conductive film. An inductor shape that generates a magnetic field without directivity that does not penetrate a predetermined conductive film, and a frequency that does not penetrate the conductive film due to the skin effect are oscillated from the high frequency inductor type sensor, and at least a portion of the inductor as the polishing progresses. Has at least once a process of increasing the magnetic flux penetrating the conductive film, and due to the change of the eddy current caused by the change of the leakage magnetic flux penetrating the predetermined conductive film during the polishing of the magnetic flux formed by the inductor, Change in mutual inductance occurring in the inductor, or the mutual The change of the resonant frequency oscillated from this high frequency inductor sensor due to the change in inductance of the sensor circuit system in the high frequency inductor sensor based on the change of inductance is monitored, and the film thickness during polishing is Since a change portion for predicting the polishing end point is detected based on at least one change among the respective changes when the film thickness corresponding to the skin effect is achieved, and the polishing end point is predicted from this change portion. From the inductor, due to its shape, a magnetic field having no directivity such as not penetrating through the predetermined conductive film is generated due to the skin effect of the predetermined conductive film at the initial stage of polishing, thereby increasing the resistance to fine wirings formed in the film. Without the magnetic flux, and the generation of eddy current is suppressed, The heat loss can be minimized. Then, as the polishing progresses, after a predetermined conductive film becomes a film thickness corresponding to the skin depth, a leakage magnetic flux that penetrates the predetermined conductive film is caused, and the eddy current change and mutual inductance caused by the change of the leakage magnetic flux are caused. The change portion immediately before the polishing end point is detected based on a change in at least one of a change in or a change in resonant frequency oscillated from the high frequency inductor type sensor. Therefore, there is an advantage that the polishing completion point can be accurately predicted and detected from this change portion.
청구항 19에 기재된 발명은, 연마 중의 상기 소정의 도전성막의 막 두께가 표피 깊이에 대응하는 막 두께가 된 경우의 상기 와전류, 상기 상호 인덕턴스 또는 상기 공진 주파수의 각 변화 중에는, 상기 표피 깊이에 대응하는 막 두께로 생기는 상기 누설 자속의 증가에 의한 와전류의 증가와 연마에 의한 막 두께 체적의 감소에 따른 와전류 형성 영역의 감소의 2가지 현상이 작용함으로써 극대점(피크)이 생기고, 이 극대점(피크)을 기초로 상기 연마 종료 시점을 예측하기 위한 변화 부분을 검출하도록 했기 때문에, 상기 청구항 17에 기재된 발명의 효과에 추가하여, 연마가 더 진행됨에 따라 소정의 도전성막이 표피 깊이에 대응하는 막 두께가 된 이 후에 있어서의 와전류, 상호 인덕턴스, 또는 공진 주파수의 각 변화 중에는 현저한 극대점(피크)이 생기기 때문에, 이 현저한 극대점(피크)을 기초로 연마 종료 시점을 예측하기 위한 변화 부분을 적확하게 검출할 수 있다. 따라서, 이 변화 부분으로부터 연마 종료 시점을 한층 더 정밀도 좋게 예측·검출할 수 있다는 이점이 있다. Invention of
청구항 20에 기재된 발명은, 소정의 도전성막에 고주파 인덕터형 센서에 있어서의 인덕터를 근접시켜, 연마 초기에 있어서 상기 인덕터로 형성된 자속 중 적어도 일부의 자속은 상기 소정의 도전성막의 표피 효과에 의해 이 소정의 도전성막을 관통하지 않을 정도의 주파수를 상기 고주파 인덕터형 센서로부터 발진시키고, 연마의 진행에 따라 상기 적어도 일부의 도전성막을 관통하는 자속이 증가하는 과정을 적어도 연마 중 한 번은 갖고, 상기 인덕터로 형성되는 자속 중 연마의 진행 중에 상기 소정의 도전성막을 관통하는 누설 자속의 변화를 모니터하고, 연마 중의 막 두께가 상기 표피 효과에 대응하는 막 두께가 된 경우의 상기 누설 자속의 변화로부터 연마 종료 시점을 예측하기 위한 누설 자속의 변화 부분을 검출하고, 이 변화 부분을 기초로 그 자리에서 연마 레이트 및 제거해야 할 나머지 막 두께량을 산출하도록 했기 때문에, 연마의 진행에 따라 소정의 도전성막이 표피 깊이에 대응한 막 두께가 된 이후에 있어서 이 소정의 도전성막을 관통하는 누설 자속을 일으키게 하여, 이 누설 자속의 변화로부터 연마 종료점 바로 앞의 이 변화 부분이 검출된다. 따라서, 이 변화 부분을 기초로 제거해야 하는 잔막량 및 연마 레이트 등의 각 연마 데이터를 그 자리에서 정밀도 좋게 산출할 수 있어, 소정의 도전성막이 적 정하게 제거되어 있는지를 정확하게 평가할 수 있음과 동시에 누설 자속으로 발생하는 와전류에 의한 줄열 손실을 극소로 억제할 수 있다는 이점이 있다. According to the invention of
청구항 21에 기재된 발명은, 소정의 도전성막에 고주파 인덕터형 센서에 있어서의 인덕터를 근접시켜, 연마 초기에 있어서 상기 인덕터로 형성된 자속 중 적어도 일부의 자속은 상기 소정의 도전성막의 표피 효과에 의해 이 소정의 도전성막을 관통하지 않을 정도의 주파수를 상기 고주파 인덕터형 센서로부터 발진시키고, 연마의 진행에 따라 상기 적어도 일부의 도전성막을 관통하는 자속이 증가하는 과정을 적어도 연마 중 한 번은 갖고, 상기 인덕터로 형성되는 자속 중 연마의 진행 중에 상기 소정의 도전성막을 관통하는 누설 자속의 변화를 이 누설 자속이 만드는 와전류의 변화로서 모니터하고, 연마 중의 막 두께가 상기 표피 효과에 대응하는 막 두께가 된 경우의 상기 와전류의 변화로부터 연마 종료 시점을 예측하기 위한 와전류의 변화 부분을 검출하고, 이 변화 부분을 기초로 그 자리에서 연마 레이트 및 제거해야 할 나머지 막 두께량을 산출하도록 했기 때문에, 연마의 진행에 따라 소정의 도전성막이 표피 깊이에 대응한 막 두께가 된 이후에 있어서 이 소정의 도전성막을 관통하는 누설 자속을 일으키게 하여, 이 누설 자속의 변화에 따른 와전류의 변화로부터 연마 종료점 바로 앞의 상기 변화 부분이 검출된다. 따라서, 이 변화 부분을 기초로 제거해야 하는 잔막량 및 연마 레이트 등의 각 연마 데이터를 그 자리에서 정밀도 좋게 산출할 수 있어, 소정의 도전성막이 적정하게 제거되어 있는지를 정확하게 평가할 수 있다는 이점이 있다. According to the invention described in
청구항 22에 기재된 발명은, 소정의 도전성막에 고주파 인덕터형 센서에 있 어서의 인덕터를 근접시켜, 연마 초기에 있어서 상기 인덕터로 형성된 자속 중 적어도 일부의 자속은 상기 소정의 도전성막의 표피 효과에 의해 이 소정의 도전성막을 관통하지 않을 정도의 주파수를 상기 고주파 인덕터형 센서로부터 발진시키고, 연마의 진행에 따라 상기 적어도 일부의 도전성막을 관통하는 자속이 증가하는 과정을 적어도 연마 중 한 번은 갖고, 상기 인덕터로 형성되는 자속 중 연마의 진행 중에 상기 소정의 도전성막을 관통하는 누설 자속의 변화로 생기는 와전류의 변화를 이 와전류에 의해 상기 인덕터에 발생하는 상호 인덕턴스의 변화로서 모니터하고, 연마 중의 막 두께가 상기 표피 효과에 대응하는 막 두께가 된 경우의 상기 상호 인덕턴스의 변화로부터 연마 종료 시점을 예측하기 위한 상호 인덕턴스의 변화 부분을 검출하고, 이 변화 부분을 기초로 그 자리에서 연마 레이트 및 제거해야 할 나머지 막 두께량을 산출하도록 했기 때문에, 연마의 진행에 따라 소정의 도전성막이 표피 깊이에 대응한 막 두께가 된 이후에 있어서 이 소정의 도전성막을 관통하는 누설 자속을 일으키게 하여, 이 누설 자속의 변화에 따른 와전류의 변화에 의해 인덕터에 발생하는 상호 인덕턴스의 변화로부터 연마 종료점 바로 앞의 상기 변화 부분이 검출된다. 따라서, 이 변화 부분을 기초로 제거해야 하는 잔막량 및 연마 레이트 등의 각 연마 데이터를 그 자리에서 정밀도 좋게 산출할 수 있어, 소정의 도전성막이 적정하게 제거되어 있는지를 정확하게 평가할 수 있다는 이점이 있다. According to the invention described in
청구항 23에 기재된 발명은, 소정의 도전성막에 고주파 인덕터형 센서에 있어서의 인덕터를 근접시켜, 연마 초기에 있어서 상기 인덕터로 형성된 자속 중 적어도 일부의 자속은 상기 소정의 도전성막의 표피 효과에 의해 이 소정의 도전성막 을 관통하지 않을 정도의 주파수를 상기 고주파 인덕터형 센서로부터 발진시키고, 연마의 진행에 따라 상기 적어도 일부의 도전성막을 관통하는 자속이 증가하는 과정을 적어도 연마 중 한 번은 갖고, 상기 인덕터로 형성되는 자속 중 연마의 진행 중에 상기 소정의 도전성막을 관통하는 누설 자속의 변화에 기초하는 상기 고주파 인덕터형 센서에 있어서의 센서 회로계의 인덕턴스의 변화를 이 인덕턴스와 상기 센서 회로계의 고유 용량으로 정해지는 공진 주파수의 변화로서 모니터하고, 연마 중의 막 두께가 상기 표피 효과에 대응하는 막 두께가 된 경우의 상기 공진 주파수의 변화로부터 연마 종료 시점을 예측하기 위한 공진 주파수의 변화 부분을 검출하고, 이 변화 부분을 기초로 그 자리에서 연마 레이트 및 제거해야 할 나머지 막 두께량을 산출하도록 했기 때문에, 연마의 진행에 따라 소정의 도전성막이 표피 깊이에 대응한 막 두께가 된 이후에 있어서 이 소정의 도전성막을 관통하는 누설 자속을 일으키게 하여, 이 누설 자속의 변화에 따른 센서 회로계의 인덕턴스의 변화에 의한 고주파 인덕터형 센서로부터 발진되는 공진 주파수의 변화를 기초로 연마 종료점 바로 앞의 상기 변화 부분이 검출된다. 따라서, 이 변화 부분으로부터 제거해야 하는 잔막량 및 연마 레이트 등의 각 연마 데이터를 그 자리에서 정밀도 좋게 산출할 수 있어, 소정의 도전성막이 적정하게 제거되어 있는지를 정확하게 평가할 수 있다는 이점이 있다. According to the invention of
청구항 24에 기재된 발명은, 연마 중의 상기 소정의 도전성막의 막 두께가 상기 표피 깊이와 동등 또는 그 부근이 된 경우의 상기 와전류, 상기 상호 인덕턴스 또는 상기 공진 주파수의 각 변화 중에는, 상기 표피 효과에 의해 상기 누설 자 속의 증가에 의한 와전류의 증가와 연마에 의한 막 두께 체적의 감소에 따른 와전류의 감소의 2가지 현상이 작용함으로써 피크가 생기고, 이 피크를 기초로 상기 막 두께 기준점이 검출되도록 했기 때문에, 상기 청구항 20, 21 또는 22에 기재된 발명의 효과에 추가하여, 연마가 더욱 진행됨에 따라 소정의 도전성막이 표피 깊이에 대응한 막 두께가 된 이후에 있어서의 와전류, 상호 인덕턴스, 또는 공진 주파수의 각 변화 중에는 현저한 피크가 생기기 때문에, 이 현저한 피크를 기초로 연마 종료 시점을 예측하기 위한 변화 부분을 적확하게 검출할 수 있다. 따라서, 이 변화 부분을 기초로 제거해야 하는 잔막량 및 연마 레이트 등의 각 연마 데이터를 그 자리에서 한층 더 정밀도 좋게 산출할 수 있어, 소정의 도전성막이 적정하게 제거되어 있는지를 정확하게 평가할 수 있다는 이점이 있다. The invention according to
청구항 25에 기재된 발명은, 평면 인덕터와 커패시터로 이루어지는 센서 회로계를 구성하는 발진 회로를 구비한 고주파 인덕터형 센서를 갖고, 도전성막을 연마하여, 소정의 도전성막이 적정하게 제거되었을 때의 연마 종료 시점을 예측하여 검출하는 연마 종료 시점의 예측·검출 장치로서, 청구항 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17 또는 18에 기재된 연마 종료 시점의 예측·검출 방법을 실행하도록 했기 때문에, 평면 인덕터와 커패시터로 이루어지는 센서 회로계를 구성하는 발진 회로를 구비한 고주파 인덕터형 센서를 가지는 연마 종료 시점의 예측·검출 장치는, 연마의 진행에 따라 소정의 도전성막이 표피 깊이에 대응한 막 두께가 된 이후에 있어서 이 소정의 도전성막을 관통하는 누설 자속을 일으키게 하여, 이 누설 자속의 변화, 누설 자속의 변화로 생기는 와전류의 변화, 이 와전류의 변화에 의해 평면 인덕터에 발생하는 상호 인덕턴스의 변화, 또는 센서 회로계의 인덕턴스의 변화에 의한 고주파 인덕터형 센서로부터 발진되는 공진 주파수의 변화 중 적어도 어느 하나의 변화를 기초로 연마 종료점 바로 앞의 연마 종료 시점을 예측하기 위한 파형 변화 부분을 검출한다. 따라서, 이 파형 변화 부분으로부터 연마 종료 시점을 정밀도 좋게 예측·검출할 수 있음과 동시에 누설 자속으로 발생하는 와전류에 의한 줄열 손실을 극소로 억제할 수 있다는 이점이 있다. The invention according to
청구항 26에 기재된 발명은, 평면 인덕터와 커패시터로 이루어지는 센서 회로계를 구성하는 발진 회로를 구비한 고주파 인덕터형 센서를 갖고, 도전성막을 연마하여, 소정의 도전성막이 적정하게 제거되어 있는지를 평가하기 위한 연마 진행 중의 막 두께 변화를 모니터하는 리얼타임 막 두께 모니터 장치로서, 청구항 19, 20, 21, 22 또는 23에 기재된 리얼타임 막 두께 모니터 방법을 실행하도록 했기 때문에, 평면 인덕터와 커패시터로 이루어지는 센서 회로계를 구성하는 발진 회로를 구비한 고주파 인덕터형 센서를 가지는 리얼타임 막 두께 모니터 장치는, 연마의 진행에 따라 소정의 도전성막이 표피 깊이에 대응한 막 두께가 된 이후에 있어서 이 소정의 도전성막을 관통하는 누설 자속을 일으키게 하여, 이 누설 자속의 변화, 누설 자속의 변화로 생기는 와전류의 변화, 이 와전류의 변화에 의해 평면 인덕터에 발생하는 상호 인덕턴스의 변화, 또는 센서 회로계의 인덕턴스의 변화에 의한 고주파 인덕터형 센서로부터 발진되는 공진 주파수의 변화 중 적어도 어느 하나의 변화로부터 연마 종료점 바로 앞의 연마 종료 시점을 예측하기 위한 파형 변화 부분을 검출한다. 따라서, 이 파형 변화 부분을 기초로 제거해야 하는 잔막량 및 연 마 레이트 등의 각 연마 데이터를 그 자리에서 정밀도 좋게 산출할 수 있어, 소정의 도전성막이 적정하게 제거되어 있는지를 정확하게 평가할 수 있음과 동시에 누설 자속으로 발생하는 와전류에 의한 줄열 손실을 극소로 억제할 수 있다는 이점이 있다. The invention as set forth in claim 26 has a high-frequency inductor type sensor having an oscillation circuit constituting a sensor circuit system consisting of a planar inductor and a capacitor, and the conductive film is polished to evaluate whether the predetermined conductive film is properly removed. A sensor circuit system comprising a planar inductor and a capacitor because a real-time film thickness monitor apparatus for monitoring a film thickness change during polishing is performed by executing the real-time film thickness monitor method according to
와전류에 의한 줄열 손실을 극소로 억제함과 동시에, 연마 종료 시점을 정밀도 좋게 예측·검출하고, 또한 제거해야 하는 잔막량 및 연마 레이트 등을 그 자리에서 정밀도 좋게 산출하여, 소정의 도전성막이 적정하게 제거되어 있는지를 정확하게 평가한다고 하는 목적을 달성하기 위해, 도전성막을 연마하여, 소정의 도전성막이 적정하게 제거되었을 때의 연마 종료 시점을 예측하여 검출하는 연마 종료 시점의 예측·검출 방법으로서, 상기 소정의 도전성막에 고주파 인덕터형 센서에 있어서의 인덕터를 근접시켜, 이 인덕터로 형성되는 자속에 의해 상기 소정의 도전성막에 유발되는 자속 변화를 모니터하고, 연마 중의 막 두께가 상기 소정의 도전성막의 재질을 일 인자로서 정해지는 표피 효과에 의한 상기 자속 변화를 기초로 연마 종료 시점을 예측하기 위한 자속 변화 부분을 검출하고, 이 변화 부분으로부터 연마 종료 시점을 예측함으로써 실현하였다. While minimizing Joule heat loss due to eddy currents, it is possible to accurately predict and detect the end point of polishing, and to accurately calculate the remaining film amount and polishing rate to be removed on the spot, and the predetermined conductive film is properly In order to achieve the objective of accurately evaluating whether it has been removed, the conductive film is polished to predict and detect the polishing end point when the predetermined conductive film is properly removed. The inductor of the high-frequency inductor type sensor is brought close to the conductive film of the film, and the change of the magnetic flux caused by the predetermined conductive film is monitored by the magnetic flux formed by the inductor, and the film thickness during polishing is the material of the predetermined conductive film. Predict the end point of polishing based on the change in the magnetic flux due to the skin effect Detecting a magnetic flux change portion for groups, which was achieved by predicting the polishing end point from the change portion.
[실시예 1]Example 1
이하, 본 발명의 실시예 1에 관련된 연마 종료 시점의 예측·검출 방법과 그 장치를 도면에 따라 상세히 서술한다. 도 1은 연마 종료 시점의 예측·검출 장치가 장착된 화학 기계 연마 장치의 사시도, 도 2는 연마 헤드의 확대 종단면도, 도 3은 연마 종료 시점의 예측·검출 장치가 플래튼에 장착된 상태를 설명하기 위한 일부 파단하여 나타내는 개략 측면도, 도 4는 연마 종료 시점의 예측·검출 장치가 연마 헤드에 장착된 상태를 설명하기 위한 일부 파단하여 나타내는 개략 측면도이다. EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, the prediction / detection method and the apparatus of the polishing completion time which concerns on Example 1 of this invention are explained in full detail according to drawing. 1 is a perspective view of a chemical mechanical polishing apparatus equipped with a prediction and detection device at the end of polishing, FIG. 2 is an enlarged longitudinal sectional view of the polishing head, and FIG. 4 is a schematic side view showing a partially broken view for explaining a state in which the predicting / detecting device at the end of polishing is mounted on the polishing head.
먼저, 본 실시예에 관련된 연마 종료 시점의 예측·검출 방법과 그 장치의 구성을, 여기에 적용되는 화학 기계 연마 장치의 구성으로부터 설명한다. 도 1에서 화학 기계 연마 장치(1)는, 주로 플래튼(2)과 연마 헤드(3)로 구성되어 있다. 상기 플래튼(2)은 원반 형상으로 형성되고, 그 하면 중앙에는 회전축(4)이 연결되어 있으며, 모터(5)의 구동에 의해 화살표 A 방향으로 회전한다. 상기 플래튼(2)의 상면에는 연마 패드(6)가 점착되어 있으며, 이 연마 패드(6) 상에 도시하지 않은 노즐로부터 연마제와 화학 약품의 혼합물인 슬러리가 공급된다.First, the prediction / detection method and the structure of the apparatus at the polishing end point according to the present embodiment will be described from the configuration of the chemical mechanical polishing apparatus applied thereto. In FIG. 1, the chemical
상기 연마 헤드(3)는, 도 2에 나타내는 바와 같이, 주로 헤드 본체(7), 캐리어(8), 리테이너 링(9), 리테이너 링 가압 수단(10), 탄성 시트(11), 캐리어 가압 수단(16) 및 에어 등의 제어 수단으로 구성되어 있다. As shown in FIG. 2, the polishing
상기 헤드 본체(7)는 상기 플래튼(2)보다 소형의 원반 형상으로 형성되고, 그 상면 중앙에 회전축(12)(도 1 참조)이 연결되어 있다. 이 헤드 본체(7)는 상기 회전축(12)에 피봇되고, 도시하지 않은 모터로 구동되어, 도 1의 화살표 B 방향으로 회전한다. The head body 7 is formed in a disk shape smaller than that of the
상기 캐리어(8)는 원반 형상으로 형성되고, 상기 헤드 본체(7)의 중앙에 배치되어 있다. 이 캐리어(8)의 상면 중앙부와 헤드 본체(7)의 중앙 하부 사이에는 드라이 플레이트(13)가 형성되어 있으며, 핀(14, 14)을 통하여 헤드 본체(7)로부터 회전이 전달된다. The
상기 드라이 플레이트(13)의 중앙 하부와 상기 캐리어(8)의 중앙 상부와의 사이에는 작동 트랜스 본체(15a)가 고정되어 있으며, 또한, 상기 캐리어(8)의 중앙 상부에는 작동 트랜스(15)의 코어(15b)가 고정되고, 도시하지 않은 제어부에 연결되어 웨이퍼(W) 상(도 2의 하방측)에 형성된 Cu 등으로 이루어지는 도전성막의 연마 상태 신호를 이 제어부에 출력하고 있다. An actuating transformer
상기 캐리어(8)의 상면 주연부에는 캐리어 가압 부재(16a)가 형성되어 있으며, 이 캐리어(8)는 이 캐리어 가압 부재(16a)를 통하여 캐리어 가압 수단(16)으로부터 가압력이 전달된다.A
상기 캐리어(8)의 하면에는 에어 플로트 라인(17)에서 탄성 시트(11)에 에어를 분사하기 위한 에어 분출구(19)가 형성되어 있다. 이 에어 플로트 라인(17)에는 에어 필터(20) 및 자동 개폐 밸브(V1)를 통하여 에어 공급원인 급기 펌프(21)에 접속되어 있다. 상기 에어 분출구(19)로부터의 에어의 분출은 상기 자동 개폐 밸브(V1)의 전환에 의해 실행된다. On the lower surface of the
상기 캐리어(8)의 하면에는 진공 및 필요에 따라 DIW(순수) 또는 에어를 뿜어내기 위한 구멍(22)이 형성되어 있다. 이 에어의 흡인은 진공 펌프(23)의 구동에 의해 실행되고, 자동 개폐 밸브(V2)를 진공 라인(24)에 형성하고, 이 자동 개폐 밸브(V2)의 전환에 의해 이 진공 라인(24)을 통하여, 진공 및 DIW의 송급이 실행된다. The lower surface of the
상기 에어 플로트 라인(17)으로부터의 에어의 송급 및 진공 라인(24)으로부터의 진공의 작용 및 DIW의 송급 등은 제어부로부터의 지령 신호에 의해 실행된다. The air supply from the
또한, 상기 캐리어 가압 수단(16)은, 헤드 본체(7) 하면의 중앙부 주연에 배치되고, 캐리어 가압 부재(16a)에 가압력을 부여함으로써, 여기에 결합된 캐리어(8)에 가압력을 전달한다. 이 캐리어 가압 수단(16)은, 바람직하게는 에어의 흡배기에 의해 팽창 수축하는 고무 시트제 에어백(25)으로 구성된다. 이 에어백(25)에는 에어를 공급하기 위한 도시하지 않은 공기 공급 기구가 연결되어 있다. In addition, the carrier pressurizing means 16 is disposed at the periphery of the central portion of the lower surface of the head main body 7, and applies a pressing force to the
상기 리테이너 링(9)은 링 형상으로 형성되고, 캐리어(8)의 외주에 배치되어 있다. 이 리테이너 링(9)은 연마 헤드(3)에 형성된 리테이너 링 홀더(27)에 부착되고, 그 내주부에 상기 탄성 시트(11)가 긴장 설치되어 있다. The retainer ring 9 is formed in a ring shape and is disposed on the outer circumference of the
상기 탄성 시트(11)는 원 형상으로 형성되고, 복수의 구멍(22)이 천공되어 있다. 이 탄성 시트(11)는, 주연부가 리테이너 링(9)과 리테이너 링 홀더(27) 사이에 끼워져, 리테이너 링(9)의 내측에 긴장 설치된다. The
상기 탄성 시트(11)가 긴장 설치된 캐리어(8)의 하부에는, 캐리어(8)와 탄성 시트(11) 사이에 에어실(29)이 형성되어 있다. 도전성막이 형성된 웨이퍼(W)는 이 에어실(29)을 통하여 캐리어(8)에 가압된다. 상기 리테이너 링 홀더(27)는 링 형상으로 형성된 부착 부재(30)에 스냅 링(31)을 통하여 부착되어 있다. 이 부착 부재(30)에는 리테이너 링 가압 부재(10a)가 연결되어 있다. 리테이너 링(9)은, 이 리테이너 링 가압 부재(10a)를 통하여 리테이너 링 가압 수단(10)으로부터의 가압력이 전달된다. An
리테이너 링 가압 수단(10)은 헤드 본체(7) 하면의 외주부에 배치되고, 리테이너 링 가압 부재(10a)에 가압력을 부여함으로써, 여기에 결합되어 있는 리테이너 링(9)을 연마 패드(6)에 가압한다. 이 리테이너 링 가압 수단(10)도 바람직하게는, 캐리어 가압 수단(16)과 마찬가지로, 고무 시트제 에어백(16b)으로 구성된다. 이 에어백(16b)에는 에어를 공급하기 위한 도시하지 않은 공기 공급 기구가 연결되어 있다. The retainer ring pressurizing means 10 is disposed on the outer circumferential portion of the lower surface of the head main body 7, and applies a pressing force to the retainer
그리고, 도 3 또는 도 4에 나타내는 바와 같이, 화학 기계 연마 장치(1)에 있어서의 플래튼(2) 상부의 부분 또는 연마 헤드(3)의 캐리어(8)의 부분에, 연마 종료 시점의 예측·검출 장치(33)가 각각 1개씩 장착되어 있다. 연마 종료 시점의 예측·검출 장치(33)가 플래튼(2)측에 장착되었을 때, 이 연마 종료 시점의 예측·검출 장치(33)로부터의 연마 종료 시점을 예측하는 파형 변화 부분 등의 검출 신호는, 슬립링(32)을 통하여 외부로 출력된다. 3 or 4, the prediction of the end point of polishing is performed on the portion of the
또한, 연마 종료 시점의 예측·검출 장치(33)는, 플래튼(2) 상부의 부분 또는 연마 헤드(3)의 캐리어(8)의 부분에 각각 2개 이상을 장착해도 된다. 연마 종료 시점의 예측·검출 장치(33)를 2개 이상 장착하여, 회전 방향 전방측의 연마 종료 시점의 예측·검출 장치(33)로부터 시계열적으로 막 두께 정보를 채취함으로써, 웨이퍼(W)면내에 있어서의 도전성막(28)의 막 두께 변화의 분포 정보 등이 얻어진다. In addition, you may attach two or more prediction /
도 5는 연마 종료 시점의 예측·검출 장치(33)의 구성예를 나타내는 도면으로서, 도 5(A)는 블록도, 도 5(B)는 평면 형상 인덕터의 다른 구성예를 나타내는 도면, 도 5(C)는 도 5(B)의 평면 형상 인덕터의 단면도이다. 이 연마 종료 시점의 예측·검출 장치(33)에 있어서의 고주파 인덕터형 센서(34)의 주체를 구성하고 있는 발진 회로(35)는, 인덕턴스(L)가 되는 2차원의 평면 형상 인덕터(36)에, 커패시턴스(Co)가 되는 집중 정수 커패시터(37)가 직렬로 접속되어, LC 회로가 구성되어 있다. 상기 평면 형상 인덕터(36)는, 절연물로 이루어지는 방형 형상 등의 기판(36a) 상에, Cu 등의 도전 물질을 사용하여 미앤더형으로 구성되어 있다. 5 is a diagram showing an example of the configuration of the prediction / detecting
이 평면 형상 인덕터(36)는, 도 5(A)에 나타내는 스파이럴형 외에, 도 5(B)에 나타내는 평면 형상 인덕터(41)와 같이, 방형 형상의 기판(41a) 상에 미앤더형으로 구성해도 좋다. 또한, 도시하지 않은 원형의 스파이럴로 해도 된다. 2차원의 평면 형상 인덕터(36, 41)는, 유리·에폭시나 종이·페놀 등의 절연물로 이루어지는 기판(36a, 41a) 상에 Cu 등의 도전막을 성막한 후,에칭 등에 의해 제작함으로써, 선폭을 매우 미세화하여 제작할 수 있으며, 전체 형상도 도 5(C)에 나타내는 바와 같이, 한 변이 23 mm 정도의 방형 형상 등으로 소형화할 수 있다. 그리고, 평면 형상 인덕터(36, 41)의 소형화에 의해 미소한 자장을 효율적으로 발생시킬 수 있어, 자장을 도전성막(28)의 내부로 깊게 침투시키지 않고, 이 도전성막(28)이 제거되는 종점 부근의 변화 거동을 정밀도 좋게 검출할 수 있게 된다.The
상기 LC 회로로부터의 출력 신호는 오퍼레이션 앰플리파이어(operational amplifier) 등으로 구성된 증폭기(38)에 입력되고, 이 증폭기(38)의 출력은 저항 등으로 구성된 피드백·네트워크(39)에 입력되어 있다. 피드백·네트워크(39)의 출력 신호가, 평면 형상 인덕터(36)에 포지티브·피드백됨으로써, 이 평면 형상 인 덕터(36)를 포함하여 발진 회로(35)가 구성되어 있다. The output signal from the LC circuit is input to an
이 발진 회로(35)는, 기본적으로는, 도 6의 구성예에 나타내는 바와 같이, 그 발진 주파수대(f)가, 다음 식 (1)에 나타내는 바와 같이, 평면 인덕터(36)의 인덕턴스(L)와 집중 정수 커패시터(37)의 커패시턴스(Co)로 정해지는 콜피츠형 등의 발진 회로로 되어 있다. As shown in the structural example of FIG. 6, this
[식 (1)][Equation (1)]
상기 증폭기(38)의 출력 단자에는 주파수 카운터(40)가 접속되어 있다. 이 주파수 카운터(40)로부터 후술하는 연마 종료 시점을 예측하기 위한 파형 변화 부분을 나타내는 검출 신호 등이 디지털로 외부로 출력된다. 검출 신호 출력을 디지털로 전송함으로써, 노이즈의 영향 및 출력의 감쇠가 방지된다. 또한, 막 두께 데이터의 관리 용이성이 얻어진다.The
상기 평면 형상 인덕터(36)를 포함하는 고주파 인덕터형 센서(34)와 이 주파수 카운터(40)를 포함하여 연마 종료 시점의 예측·검출 장치(33)가 구성되어 있다. 고주파 인덕터형 센서(34)에 있어서의 발진 회로(35)와, 그 발진(공진) 주파수의 변화를 모니터하기 위한 주파수 카운터(40)를 근접시켜 배치함으로써, 이 발진 회로(35)와 주파수 카운터(40) 간의 배선·결선 부분에서 분포 정수 회로를 형성하여 인덕턴스나 커패시턴스가 불필요하게 커지는 것이 방지되어, 고주파 인덕터 형 센서(34) 부근에 초래되는 도전성막(28)의 연마의 진행에 따른 자속의 변화를 정밀도 좋게 검출할 수 있게 된다.A high frequency
이 연마 종료 시점의 예측·검출 장치(33)는, 평면 형상 인덕터(36)를 제외한 다른 구성 부품 내지는 회로가 IC(집적 회로)화되어 패키지(33a)에 내장되어 있다. 상기 평면 형상 인덕터(36)는, 얇은 절연막으로 피복되어 패키지(33a)의 표면에 고정되어 있다. 패키지화된 연마 종료 시점의 예측·검출 장치(33)가 상기 화학 기계 연마 장치(1)에 장착될 때, 상기 도 3, 도 4에 나타낸 바와 같이, 평면 형상 인덕터(36)가 웨이퍼(W) 표면부의 도전성막(28)과 대치되도록 장착된다. In the predicting / detecting
또한, 발진 회로(35)를 구성하고 있는 상기 집중 정수 커패시터(37)는 커패시턴스가 가변으로 되어 있어, 고주파 인덕터형 센서(34)는 상기 발진 주파수대의 범위 내에서 발진 주파수를 선택할 수 있도록 되어 있다. The lumped
본 실시예에서는 연마 중의 소정의 도전성막(28)이 이 소정의 도전성막(28)의 표피 깊이(δ)에 대응하는 막 두께가 된 경우의 자속 변화를 기초로 후술하는 연마 종료 시점을 예측하기 위한 파형 변화 부분을 검출하고 있다. 소정의 도전성막(28)에 있어서의 표피 깊이(δ)는, 이 소정의 도전성막(28)의 재질과 고주파 인덕터형 센서(34)의 발진 주파수(f)에 의존하여 식 (2)와 같이 정해진다. In this embodiment, the polishing end point to be described later is predicted based on the magnetic flux change when the predetermined
[식 (2)][Equation (2)]
ω : 2πf, μ : 투자율, σ : 도전율이다. ω: 2πf, μ: permeability, σ: conductivity.
그리고, 이 표피 깊이(δ)가, 소정의 도전성막(28)의 초기 막 두께보다 작고 연마 종기에 있어서 매립부를 제외한 부분의 소정의 도전성막(28)의 막 두께보다 커지도록 고주파 인덕터형 센서(34)의 발진 주파수(f)가 선택되고 있다. 연마 제거 대상의 도전성막(28)의 재질이 Cu인 경우에 있어서, 상기 발진 주파수대는 20 MHz 이상이 선택된다. Then, the skin depth δ is smaller than the initial film thickness of the predetermined
또한, 만약, 주파수를 고주파대로 선택하고, 인덕터를 평면 인덕터로 한 경우에도, 인덕터와 도전성막과의 거리 및, 인덕터 형상에 의해도, 표피 효과에 의한 파형의 특징이 나오는 경우와 나오지 않는 경우가 있다. 예를 들면, 40 MHz의 주파수를 사용하여, 같은 평면 인덕터를 사용하고, 한쪽의 인덕터는 실제 크기의 인덕터에 대하여, 사이즈를 1/1000, 인덕터와 도전성막과의 거리도 1/1000로 하고, 또한, 같은 40 MHz의 주파수, 및 평면 인덕터를 사용한 경우에도, 막 두께에 대한 공진 주파수의 변화 파형이 다르다. 하나는, 0.1 ㎛ 이하에서 피크를 가지지만, 1/1000 사이즈, 거리의 인덕터에서는 피크를 가지지 않고, 막 두께에 대하여, 단조롭게 증가한다. 또한, 실제 크기의 인덕터에서는, 대부분의 자속은 도전성막 표면에 대해서 평행이고, 자속은 막을 통과하지 않는다. 즉, 표피 효과의 영향으로, 자속이 도체막 내에 들어오지 않는다. 그에 대하여, 1/1000의 크기와 거리의 인덕터에서는, 도전성막 내를 자속이 관통한다. 이 인덕터 사이즈에서는, 표피 효과의 영향이 작용하지 않는다. 따라서, 막 두께가 증가함에 따라, 단조롭게 와전류도 증대하고, 그에 따라, 상호 인덕턴스(임피던스)도 증대하는 것이다. 따라서, 만약 주파수가 같아, 같은 평면 인덕터를 사용했다고 하여도, 그 사이즈나 거리에 따라, 표피 효과의 영향이 나타나는 경우와 그렇지 않은 경우가 있다. 여기에서는, 이러한 표피 효과의 영향이 나타나는 상태를, 연마에 의한 막 두께 감소 과정에 가지는 상태를 만들어 내고, 그 상태에서, 종료점을 예측, 검출하는 것이다. 또한, 이 경우의 표피 효과가 영향을 주는 막 두께 범위란, 단순하게 주파수와 도전성막의 재질(도전율과 투자율)에 의해 결정되는 상기 식 (2)에서 나타내는 표피 깊이(δ)와 일치하지 않는다.In addition, even when the frequency is selected as a high frequency and the inductor is a planar inductor, the characteristics of the waveform due to the skin effect may or may not appear depending on the distance between the inductor and the conductive film and the shape of the inductor. have. For example, using the same planar inductor using a frequency of 40 MHz, one inductor should have a size of 1/1000 for the actual inductor and a distance of 1/1000 for the distance between the inductor and the conductive film, Also, even when the same frequency of 40 MHz and the planar inductor are used, the change waveform of the resonance frequency with respect to the film thickness is different. One has a peak at 0.1 μm or less, but has no peak at a 1/1000 size, distance inductor, and monotonously increases with respect to the film thickness. In the inductor of the actual size, most of the magnetic flux is parallel to the surface of the conductive film, and the magnetic flux does not pass through the film. That is, under the influence of the epidermal effect, no magnetic flux enters the conductor film. In contrast, in an inductor having a size and distance of 1/1000, magnetic flux penetrates through the conductive film. In this inductor size, the effect of the skin effect does not work. Therefore, as the film thickness increases, the eddy current monotonously increases, and accordingly, the mutual inductance (impedance) also increases. Therefore, even if the same planar inductor is used with the same frequency, the effect of the skin effect may or may not appear depending on its size and distance. Here, a state in which such an effect of the skin effect appears is produced in the film thickness reduction process by polishing, and the end point is predicted and detected in the state. In addition, the film thickness range which the skin effect in this case affects does not correspond with the skin depth (delta) shown by said Formula (2) simply determined by the frequency and the material (conductivity and permeability) of a conductive film.
왜냐하면, 앞에서도 설명한 바와 같이, 표피 효과는, 인덕터의 사이즈나 거리에 따라서도 바뀌기 때문으로, 단적으로는 자장의 방향(지향성)에 의한 영향도 있기 때문이다. 그러나, 상기의 식에 나타나는 바와 같이, 주파수나 도전율, 투자율이 커지면, 자장이 침입할 수 있는 거리는 작아진다고 하는 관계 그 자체는, 위의 식의 관계를 만족하고, 대응하고 있다. 따라서, 표피 효과가 나타나는 막 두께 범위 자체는, 위의 식의 표피 깊이(δ)에 대응한 값이 된다. 따라서, 여기서 표피 효과에 기초한 특징적인 파형이란, 주파수, 도전율, 투자율뿐만 아니라, 자장의 지향성 등에 따라서도, 어느 조건에서는 자속이 도전성막에 거의 침입하지 않고, 다른 조건에서는, 자속이 도전성막에 침입한다는 것과 같은 상태의 현저한 변화를 이용한 것에 의해 얻어지는 특징적인 파형 변화이다.This is because, as described above, the skin effect is also changed depending on the size and distance of the inductor, and therefore, the effect is also caused by the direction (directivity) of the magnetic field. However, as shown in the above equation, when the frequency, the electrical conductivity, and the permeability increase, the relationship itself that the distance that the magnetic field can penetrate becomes smaller satisfies the relationship of the above equation and corresponds. Therefore, the film thickness range itself in which the skin effect appears is a value corresponding to the skin depth δ of the above formula. Therefore, the characteristic waveform based on the skin effect here means that magnetic flux rarely invades the conductive film under certain conditions, depending on frequency, electrical conductivity, permeability, magnetic field directivity, and the like, and magnetic flux penetrates the conductive film under other conditions. It is a characteristic waveform change obtained by using the remarkable change of state such as.
여기에서, 상기 「표피 깊이에 대응하는 막 두께」및「표피 효과에 의해 생기는 자속 변화」에 대하여, 도 7(A)∼도 7(D)을 사용하여 설명한다. 도 7은 코일로부터 발생된 자장이 도체막 상에서 어떠한 방향(도 7(A)∼도 7(D)의 각 도면 중 하방의 화살표 →)으로 배열되어 있는지를 전자 시뮬레이션한 결과를 나타내는 도면이고, 도 7(A)은 센서로부터의 발진 주파수가 1 MHz이고 도체막의 막 두께가 0.2 ㎛인 경우, 도 7(B)은 센서로부터의 발진 주파수가 1 MHz이고 도체막의 막 두께가 1 ㎛인 경우, 도 7(C)은 센서로부터의 발진 주파수가 40 MHz이고 도체막의 막 두께가 0.2 ㎛인 경우, 도 7(D)은 센서로부터의 발진 주파수가 40 MHz이고 도체막의 막 두께가 1 ㎛인 경우이다. Here, the "film thickness corresponding to epidermal depth" and the "change in magnetic flux caused by the epidermal effect" will be described with reference to FIGS. 7A to 7D. FIG. 7 is a diagram showing the result of an electronic simulation of the magnetic field generated from the coils arranged in a direction (arrow → in each of Figs. 7A to 7D) on the conductor film. 7 (A) shows the case where the oscillation frequency from the sensor is 1 MHz and the film thickness of the conductor film is 0.2 μm, and FIG. 7 (B) shows the case where the oscillation frequency from the sensor is 1 MHz and the film thickness of the conductor film is 1 μm. 7 (C) shows the case where the oscillation frequency from the sensor is 40 MHz and the film thickness of the conductor film is 0.2 μm, and FIG. 7 (D) shows the case where the oscillation frequency from the sensor is 40 MHz and the film thickness of the conductor film is 1 μm.
전자 시뮬레이션의 설정은, 자장을 형성하는 인덕터는 지향성을 갖지 않는 평면 형상 인덕터로 하였다. 상기 「표피 깊이에 대응하는 막 두께」란, 「표피 효과에 의해 자속 변화가 생기는 막 두께」이다. 센서의 발진 주파수가 1 MHz에서는 코일의 하측에 존재하는 도체막 상의 자속은 세로 방향을 향하고 있다. 이 주파수에서는, 막 두께가 1 ㎛ 및 0.2 ㎛라 하더라도, 도체막 내를 자속이 관통하고 있다(도 7(A), 도 7(B)). 이러한 도체막 내를 자속이 관통하는 경우에는, 종래예에 나타나 있는 바와 같이, 도체막 내부에 발생하는 와전류는 막 두께 감소에 따라 감소한다. 따라서, 1 MHz인 경우, 1 ㎛ 이하의 막 두께에서는 단조로운 거동이기 때문에, 표피 효과는 나타나지 않고, 「표피 깊이에 대응하는 막 두께」도 적어도 1 ㎛보다 두꺼운 막 두께라고 생각된다. In the electronic simulation, the inductor forming the magnetic field was a planar inductor having no directivity. Said "film thickness corresponding to epidermal depth" is "film thickness in which a magnetic flux change arises by an epidermal effect." When the oscillation frequency of the sensor is 1 MHz, the magnetic flux on the conductor film existing under the coil is directed in the longitudinal direction. At this frequency, even if the film thickness is 1 µm and 0.2 µm, the magnetic flux penetrates the inside of the conductor film (Figs. 7 (A) and 7 (B)). In the case where the magnetic flux penetrates the inside of the conductor film, as shown in the conventional example, the eddy current generated inside the conductor film decreases as the film thickness decreases. Therefore, in the case of 1 MHz, since it is monotonous at the film thickness of 1 micrometer or less, an epidermal effect does not appear and it is thought that "film thickness corresponding to epidermal depth" is also thicker than at least 1 micrometer.
이에 대하여, 센서의 발진 주파수가 40 MHz에서는, 명백하게 도체 표면에서의 자속 방향이 수평이고, 막 두께가 1 ㎛에서는, 거의 도체 내부로 들어가지 않았다(도 7(D)). 명백하게, 앞의 발진 주파수가 1 MHz이고 막 두께가 1 ㎛인 경우(도 7(B))와 비교하면, 도체막에 들어가는 자속의 방향이 상이하다는 것을 알 수 있다.On the other hand, when the oscillation frequency of the sensor was 40 MHz, the magnetic flux direction on the conductor surface was clearly horizontal, and when the film thickness was 1 탆, almost no inside of the conductor was entered (Fig. 7 (D)). Obviously, when the preceding oscillation frequency is 1 MHz and the film thickness is 1 m (Fig. 7 (B)), it can be seen that the directions of the magnetic flux entering the conductor film are different.
그러나, 발진 주파수가 40 MHz이고 도체막이 0.2 ㎛까지 얇아지면(도 7(C)), 일부의 자속만이 도체막 내부 방향으로 향하고 있다. 이것은 도체막이 Cu에서도, 어느 얇기가 되면, 일부의 자속이 도체막 내를 관통하는 것을 나타내고 있다. However, when the oscillation frequency is 40 MHz and the conductor film is thinned to 0.2 m (Fig. 7C), only a part of magnetic flux is directed toward the inside of the conductor film. This indicates that some of the magnetic flux penetrates the inside of the conductor film when the conductor film becomes thin even in Cu.
이 40 MHz의 교번 변화하는 자속의 경우, 표피 효과에 대응하여, 도체막 내의 자속의 관통 상태가 변화한다. 관통 자속이 서서히 증가하는 영향으로, 주파수는 약 700 Å 전후까지 급격히 상승한다. 또한, 막 두께가 1 ㎛ 이상에서는 자속은 거의 관통하고 있지 않다. 따라서, 이 경우, 「표피 깊이에 대응한 막 두께」는, 자속이 관통하는지·관통하지 않는지의 경계의 막 두께로 하면, 약 1 ㎛ 정도라고 할 수 있다. 이 사실로부터도, 발진 주파수를 40 MHz로 높게 하고, 평면 형상 인덕터를 사용하면, 1 ㎛ 두께의 Cu 도체막 내에 자속은 거의 들어가지 않고, 이것은 표피 효과에 의한 것이다.In the case of this alternating flux of 40 MHz, the penetrating state of the magnetic flux in the conductive film changes in response to the skin effect. Due to the gradual increase in the penetrating magnetic flux, the frequency rapidly rises to about 700 Hz. When the film thickness is 1 µm or more, the magnetic flux hardly penetrates. Therefore, in this case, the "film thickness corresponding to the epidermal depth" can be said to be about 1 µm when the film thickness of the boundary between the magnetic flux penetrates and does not penetrate. Also from this fact, when the oscillation frequency is increased to 40 MHz and a planar inductor is used, the magnetic flux hardly enters the Cu conductor film having a thickness of 1 탆, which is due to the skin effect.
또한, Cu 도체막이고 발진 주파수가 40 MHz인 경우, Cu의 도전율을 58×106 S/m 로 하면, 표피 깊이(δ)는 9.34 ㎛가 된다. 계산상으로는, 막 두께가 1 ㎛이면 자속은 도체막 내로 충분히 들어가는 계산이 되지만, 평면 형상 인덕터를 사용하고 있고, 자속에 지향성이 없기 때문에, 실제로는 발진 주파수가 40 MHz인 경우, 막 두께가 1 ㎛라 하더라도 표피 효과에 의해 자장은 도체막 내로 침입하지 않는다. 도체막이 얇아짐에 따라서 일부의 자속이 도체막 내로 들어가, 약간 와전류가 발생한다. 이 사실로부터, 와전류를 적극적으로 이용하여 막 두께를 측정하는 것이 아니라, 종점 부근의 얇은 막 두께가 되었을 때에, 표피 효과에 의해, 약간 누 설·관통하는 자속을 이용하여, 도체막 내에 유발되는 상호 인덕턴스의 변곡점(극대점)을 이용하여 이 도체막의 종점 부근의 막 두께 상태를 모니터할 수 있게 된다.When the Cu conductor film has an oscillation frequency of 40 MHz, the skin depth δ is 9.34 µm when the conductivity of Cu is 58x10 6 S / m. In calculations, when the film thickness is 1 µm, the magnetic flux is sufficiently calculated into the conductor film. However, since a planar inductor is used and the magnetic flux has no directivity, when the oscillation frequency is 40 MHz, the film thickness is 1 µm. Even if the epidermis effect, the magnetic field does not penetrate into the conductor film. As the conductor film becomes thinner, some magnetic flux enters the conductor film and slightly eddy current is generated. From this fact, rather than actively using the eddy current to measure the film thickness, when the film thickness reaches the thin film thickness near the end point, it is mutually induced in the conductor film by using a magnetic flux that slightly leaks and penetrates due to the skin effect. By using the inflection point (maximum point) of the inductance, it is possible to monitor the film thickness state near the end point of the conductor film.
다음으로, 상기 서술한 바와 같이 구성된 연마 종료 시점의 예측·검출 장치가 장착된 화학 기계 연마 장치의 연마 작용 및 연마 종료 시점의 예측·검출 방법을, 도 8, 도 9(A)∼도 9(E) 및 이 도 9의 비교예로서의 도 10(A)∼도 10(E)을 사용하여 설명한다. 도 8은 고주파 인덕터형 센서에 있어서의 전자 결합으로 발생하는 자장에 의한 인덕턴스의 변화 작용을 설명하기 위한 도면, 도 9는 도전성막의 연마 삭제에 따른 자속 및 와전류의 변화예 및 연마 종료 시점을 예측하기 위한 파형 변화 부분의 검출 작용을 설명하기 위한 조립도이며, 도 9(A)∼도 9(D)는 도전성막의 연마 삭제에 따른 자속 및 와전류의 변화예를 나타내는 도면, 도 9(E)는 도전성막의 막 두께 변화에 대한 공진 주파수의 변화예를 나타내는 특성도이다. 도 9(A)∼도 9(D)에서는, 평면 형상 인덕터(36)가, 도면을 보기 쉽게 하기 위해, 스파이럴형으로 표시되어 있다. Next, the grinding | polishing effect | action of the chemical mechanical polishing apparatus with which the prediction and detection apparatus of the polishing end time comprised as mentioned above was equipped, and the prediction and detection method of the polishing end time are shown to FIG. 8, FIG. 9 (A)-FIG. 9 ( E) and FIG. 10 (A)-FIG. 10 (E) as a comparative example of this FIG. 9 are demonstrated. 8 is a view for explaining the effect of the magnetic field generated by the electromagnetic coupling in the high-frequency inductor sensor, Figure 9 is a prediction of the change of the magnetic flux and eddy current according to the polishing erase of the conductive film and the polishing end point 9 (A) to 9 (D) are diagrams showing examples of changes in magnetic flux and eddy current due to polishing removal of the conductive film, and FIG. 9 (E). Is a characteristic diagram which shows the example of a change of the resonance frequency with respect to the film thickness change of an electroconductive film. In Figs. 9A to 9D, the
먼저, 화학 기계 연마 장치(1)에 있어서의 연마 헤드(3)를 도시하지 않은 이동 기구에 의해 소정 개소에 대기 중인 도전성막(28)이 비연마의 웨이퍼(W) 상에 탑재된다. 그리고, 이 연마 헤드(3)의 진공 라인(24)을 작동시켜, 진공구(19a) 및 구멍(22)(진공 구멍)을 통하여 탄성 시트(11) 하면의 에어실(29)을 진공으로 하고, 이것에 의해 상기 도전성막(28)이 비연마의 웨이퍼(W)를 흡착 유지시키고, 상기 이동 기구에 의해, 이 도전성막(28)이 비연마의 웨이퍼(W)를 흡착 유지시킨 연마 헤 드(3)를 플래튼(2) 상으로 운반하여, 이 웨이퍼(W)를 도전성막(28)이 연마 패드(6)에 대접하도록 플래튼(2) 상에 탑재한다. First, the electrically
상기 진공 라인(24)은 웨이퍼(W) 상부의 도전성막(28)의 연마 작업이 종료되었을 때, 다시, 이 진공 라인(24)의 작동에 의해 상기 웨이퍼(W)를 이 연마 헤드(3)에 의해 흡착 유지시켜, 도시하지 않은 세정 장치로 반송할 때에도 사용된다. When the polishing operation of the
다음에, 상기 진공 라인(24)의 작동을 해제하여, 도시하지 않은 펌프로부터 에어백(25)으로 에어를 공급하여 이 에어백(25)을 팽창시킨다. 이와 동시에 캐리어(8)에 형성한 에어 분출구(19)에서 에어실(29)로 에어를 공급한다. 이것에 의해, 에어실(29)의 내압이 높아진다. Next, the operation of the
상기 에어백(25)이 팽창됨에 따라, 상기 웨이퍼(W) 상부의 도전성막(28)과 리테이너 링(9)이 소정의 압력으로 연마 패드(6)에 가압된다. 이 상태에서 플래튼(2)을 도 1의 화살표 A 방향으로 회전시킴과 동시에 연마 헤드(3)를 도 1의 화살표 B 방향으로 회전시켜, 회전하는 연마 패드(6) 상에 도시하지 않은 노즐로부터 슬러리를 공급하여 웨이퍼(W) 상부의 소정의 도전성막(28)을 연마한다. As the
그리고, 다음과 같이, 고주파 인덕터형 센서(34)에 있어서의 평면 인덕터(36)로 형성되는 자속에 의해 연마에 따른 소정의 도전성막(28)의 막 두께 변화가 모니터되어, 연마 종료 시점을 예측하기 위한 파형 변화 부분이 검출된다. Then, the film thickness change of the predetermined
평면 인덕터(36)가 발진 회로(35)로부터 발진되는 고주파로 구동되고, 이 평면 인덕터(36)로부터 그 고주파의 주기에 대응하여 시간적으로 변화되는 자속(φ)이 발생한다. 연마 초기에 있어서 소정의 도전성막(28)에 유발되는 자속(φ)은, 상기 표피 깊이(δ)에 대응하는 막 두께의 영역만을 막면을 따라 거의 평행하게 통과하고, 소정의 도전성막(28)에 있어서의 표피 깊이(δ)에 대응하는 막 두께를 초과한 영역으로의 자속(φ)의 침입은 회피된다(도 9(A)). 또한, 고주파 인덕터형 센서(34)로부터 발진되는 공진 주파수도 소정의 도전성막(28)의 막 두께 변화에 관계없이 일정하게 유지된다(도 9(E)의 a 영역).The
연마가 진행되어 소정의 도전성막(28)이 상기 표피 깊이(δ)에 대응하는 막 두께와 동등 또는 그 부근의 막 두께가 되면, 일부의 자속(φ)이 소정의 도전성막(28)을 관통하여 누설 자속(φL)이 생기기 시작한다. 소정의 도전성막(28)을 관통하지 않는 자속(φ)은, 그대로 막면에 거의 평행하게 통과한다. 그리고, 소정의 도전성막(28) 중으로 관통한 누설 자속(φL)수에 비례하여 와전류(Ie)가 발생한다(도 9(B)).When the polishing proceeds so that the predetermined
더욱 연마가 진행되면, 누설 자속(φL)이 증가하여 와전류(Ie)가 도전성막(28)의 막면을 따른 넓은 영역에 발생한다(도 9(C)). 이 넓은 영역에 발생한 와전류(Ie)가, 도 8에 나타내는 바와 같이, 더욱 자장(M)을 만들고, 그 자장(M)이 원래의 평면 형상 인덕터(36)로부터 발생한 자속(φL)을 없애도록 작용한다. 결과적으로 도전성막(28)이 형성한 자장(M)에 의해, 상호 인덕턴스(Lm)가 상승하고, 원래의 평면 형상 인덕터(36)의 외관상의 인덕턴스(L)가 저하된다. 그 결과, 고주파 인덕터형 센서(34)로부터 발진되는 발진 주파수(f)는 식 (3)과 같이 증대된다. As the polishing proceeds further, the leakage magnetic flux φ L increases so that the eddy current Ie occurs in a wide area along the film surface of the conductive film 28 (Fig. 9 (C)). As shown in FIG. 8, the eddy current Ie generated in this wide area further creates a magnetic field M, and the magnetic field M eliminates the magnetic flux φ L generated from the original
[식 (3)][Equation (3)]
따라서, 상호 인덕턴스의 발생으로 인하여, 센서 회로계의 인덕턴스가 등가적으로 감소하여 고주파 인덕터형 센서(34)로부터 발진되는 공진 주파수가 상승한다(도 9(E)의 b, c의 영역).Therefore, due to the generation of mutual inductance, the inductance of the sensor circuit system is reduced equivalently, so that the resonance frequency oscillated from the high frequency
연마가 더 진행됨에 따라 누설 자속(φL)은 증가되어 포화된다. 그러나, 와전류(Ie)는, 소정의 도전성막(28)의 막 두께 체적의 감소에 따라 급속하게 감소된다(도 9(D)). 이 와전류(Ie)의 급속한 감소로 인하여 상기 상호 인덕턴스도 급속하게 감소한다. 이 상호 인덕턴스의 급속한 감소는, 상기 식 (3)에 있어서의 인덕턴스의 감소분(Lm)의 저하로 이어져, 결과적으로 센서 회로계의 인덕턴스가 등가적으로 증가하고, 고주파 인덕터형 센서(34)로부터 발진되는 공진 주파수가 급속하게 저하된다(도 9(E)의 d 영역).As polishing proceeds further, the leakage flux φ L increases and saturates. However, the eddy current Ie decreases rapidly as the film thickness volume of the predetermined
이와 같이, 연마의 진행에 따라 소정의 도전성막(28)이 표피 깊이(δ)에 대응하는 막 두께와 동등 또는 그 부근의 막 두께가 된 이후에 있어서, 와전류(Ie)가 발생하고 그 후의 급속한 감소로 인하여 센서 회로계의 인덕턴스가 일단 감소하고, 그 후 증가로 변한다. 이 거동에 의해 고주파 인덕터형 센서(34)로부터 발진되는 공진 주파수의 파형에 피크(변곡점)가 발생한다. 이 피크를 기초로 연마 종료점 바로 앞의 파형 변화 부분(P)이 검출되고, 이 파형 변화 부분(P)으로부터 연마 종 료 시점이 예측된다. 소정의 도전성막(28)이 Cu인 경우, 파형 변화 부분(P)이 검출된 시점의 잔막량은 거의 1000 Å 정도이고, 이 잔막량에 대하여 마무리 연마 등이 행해져 연마를 종료한다. As described above, after the predetermined
이 마무리 연마로서는, 예를 들면, 상기 파형 변화 부분(P)으로부터, 이 파형 변화 부분(P)에 있어서의 잔막량인 표피 깊이에 대응한 막 두께를 필요한 연마 레이트로 미리 설정한 연마 시간만큼 연마한 후에 연마 종료로 한다. 또는, 연마 초기부터 상기 파형 변화 부분(P)이 검출될 때까지의 시간과, 이 파형 변화 부분(P)에 이를 때까지의 연마량으로부터, 그 사이에 있어서의 연마 레이트를 산출하고, 상기 파형 변화 부분(P)에 있어서의 잔막량인 표피 깊이에 대응한 막 두께를 상기 연마 레이트로 나눔으로써 상기 파형 변화 부분(P) 검출 후의 소요 연마 시간을 산출한다. 그리고, 이 변화 부분(P)의 검출 후에, 상기 산출된 연마 시간만큼 연마함으로써 연마를 종료한다. As this finish polishing, for example, from the waveform change portion P, the film thickness corresponding to the skin depth, which is the remaining film amount in the waveform change portion P, is polished by the polishing time set in advance at the required polishing rate. After that, polishing is finished. Or from the initial grinding | polishing to the time until the said waveform change part P is detected, and the grinding | polishing amount until it reaches this waveform change part P, the polishing rate in between is computed, and the said waveform The required polishing time after detecting the waveform change portion P is calculated by dividing the film thickness corresponding to the skin depth that is the remaining film amount in the change portion P by the polishing rate. After the detection of the change portion P, the polishing is finished by polishing for the calculated polishing time.
이어서, 도 10(A)∼도 10(E)의 비교예를 설명한다. 이 비교예에서는, 표피 깊이(δ)에 대응하는 막 두께가, 도전성막(28)의 초기 막 두께보다 커지는 주파수가 적용되고 있다. 이러한 주파수가 적용됨으로써, 연마 초기부터 연마 종기까지의 막 두께 변화를 모니터하는 동안, 도전성막(28)에 유발되는 자속(φ)은 모두 이 도전성막(28)을 관통하여 끊임없이 누설 자속(φL)이 발생하고 있다. 따라서, 막 두께 변화를 모니터하는 동안, 이 누설 자속(φL)수에 비례한 와전류(Ie)가 발생한다(도 10(A)∼도 10(D)). 이 때문에, 이 와전류(Ie)에 의해 도전성막(28)과 상기 평면 인덕터 사이에 큰 상호 인덕턴스가 발생하고, 이 상호 인덕턴스에 의한 인덕턴스의 감소분(Lm)에 의해, 센서로부터 발진되는 발진 주파수(f)는, 연마 초기부터 상기 식 (3)과 같이 된다. Next, the comparative example of FIG. 10 (A)-FIG. 10 (E) is demonstrated. In this comparative example, the frequency at which the film thickness corresponding to the skin depth δ is larger than the initial film thickness of the
그리고, 연마의 진행에 의한 막 두께의 감소에 따라 와전류(Ie)는 급격히 감소되고(도 10(B)∼도 10(D)), 이에 따라 상호 인덕턴스가 감소하여 상기 식 (3) 중의 인덕턴스의 감소분(Lm)도 감소한다. 이 결과, 센서 회로계의 인덕턴스가 등가적으로 증가하여 센서로부터 발진되는 공진 주파수가 단조롭게 감소한다(도 10(E)).As the film thickness decreases due to the progress of polishing, the eddy current Ie decreases rapidly (Figs. 10 (B) to 10 (D)), and the mutual inductance decreases, thereby reducing the inductance in Equation (3). The decrease Lm also decreases. As a result, the inductance of the sensor circuit system increases equivalently, and the resonance frequency oscillated from the sensor monotonously decreases (Fig. 10 (E)).
이와 같이, 비교예에서는, 공진 주파수는 단조 감소 커브를 그리기 때문에, 연마 초기부터의 막 두께 감소량을 추측할 수는 있지만, 연마 종료 시점 또는 연마 종료점 바로 앞 상태를 엄밀하게 판별할 수는 없다. 예를 들면, 미묘한 설정에 의해 부유 용량(C)이 변화되었을 때, 전체적인 도 10(E)의 공진 주파수는, 파형 전체에 걸쳐 상하로 시프트한다. 이 때문에, 만일 어느 설정의 주파수가 되었을 때에 연마 종료점으로 하는 설정을 하고 있어도, 전체적으로 공진 주파수가 시프트하면, 스레시홀드값은 설정할 수 없다. 또한, 초기 막 두께로부터의 제거량의 상태를 와전류의 변화로 리얼타임으로 모니터했다고 하더라도, 초기 막 두께에 편차가 있는 경우, 연마 종료점이 되는 상태의 막 두께에도 편차가 생기게 된다. 파형의 특징이 없기 때문에, 이 경우에도 상기와 동일하게 스레시홀드값은 설정할 수 없다. As described above, in the comparative example, since the resonance frequency draws a monotonic reduction curve, the amount of reduction in film thickness from the beginning of polishing can be estimated, but it is not possible to strictly determine the state at the end of polishing or immediately before the end of polishing. For example, when the stray capacitance C is changed by a subtle setting, the overall resonance frequency of FIG. 10E shifts up and down over the entire waveform. For this reason, even if the polishing end point is set when a certain frequency is reached, the threshold value cannot be set if the resonance frequency shifts as a whole. Moreover, even if the state of the removal amount from the initial film thickness is monitored in real time by the change in the eddy current, if there is a deviation in the initial film thickness, there is also a deviation in the film thickness in the state of the polishing end point. Since there is no waveform characteristic, in this case as well, the threshold value cannot be set.
도 11(A)∼도 11(D)은, 연마 대상이 되는 도전성막이 재질 및 도전율면에서 상이한 2종의 웨이퍼(Wa, Wb)에 대하여, 상기 파형 변화 부분(P)이 되는 피크를 평 가한 결과를 나타내고 있다. 도 11(A)은 Cu막 부착 웨이퍼(Wa), 도 11(B)은 Cu막의 막 두께에 대한 공진 주파수의 변화 특성, 도 11(C)은 텅스텐(W)막 부착 웨이퍼(Wb), 도 11(D)은 텅스텐(W)막의 막 두께에 대한 공진 주파수의 변화 특성을 각각 나타내는 도면이다. 도 11(B), 도 11(D)에 있어서의 각 세로축의 센서 출력은 공진 주파수에 대응한다. 11A to 11D show peaks of the waveform change portion P with respect to two kinds of wafers Wa and Wb in which the conductive film to be polished differs in material and conductivity. The added result is shown. Fig. 11A is a wafer Wa with a Cu film, Fig. 11B is a change characteristic of a resonance frequency with respect to the film thickness of a Cu film, Fig. 11C is a wafer Wb with a tungsten W film. 11 (D) is a diagram showing characteristics of change in resonance frequency with respect to the film thickness of the tungsten (W) film. The sensor outputs of the respective vertical axes in Figs. 11B and 11D correspond to resonance frequencies.
Cu막 및 텅스텐(W)막 모두 연마의 진행과 동시에 일단은 공진 주파수는 증대되고, 그 후, 급격하게 감소하여 피크(변곡점)가 발생한다. 이 피크(변곡점)를 기초로 각각 파형 변화 부분(P)이 검출된다. 이 거동은, 도 11(D)에 나타내는 텅스텐(W)막의 경우와 비교하여, 명백하게 도 11(B)에 나타내는 도전율이 큰 Cu막이 현저하다. At the same time as both the Cu film and the tungsten (W) film advance the polishing, the resonance frequency increases at one end, and then rapidly decreases to generate a peak (inflection point). The waveform change part P is detected based on this peak (inflection point), respectively. This behavior is obvious from the case of the tungsten (W) film shown in FIG. 11 (D), and the Cu film with a large electrical conductivity shown in FIG. 11 (B) is remarkable.
도 12(A), 도 12(B)는, 연마 대상인 도전성막이 Cu막인 경우에 대하여 막 두께와 공진 주파수의 관계를 나타내는 도면이고, 도 12(A)는 연마의 진행에 따른 막 두께와 공진 주파수의 관계를 나타내는 도면, 도 12(B)는 정지 상태에 있어서의 막 두께와 공진 주파수의 관계를 나타내는 도면이다. 도 12(A), 도 12(B)에 있어서의 각 세로축의 카운트값은 공진 주파수에 대응한다. 12 (A) and 12 (B) show the relationship between the film thickness and the resonance frequency when the conductive film to be polished is a Cu film, and FIG. 12 (A) shows the film thickness and resonance according to the progress of polishing. 12 (B) is a diagram showing the relationship between the frequency and the film thickness in the stationary state and the resonance frequency. 12 (A) and 12 (B), the count value of each vertical axis corresponds to the resonance frequency.
도 12(A)에서, Cu막의 초기 막 두께는 거의 1.5 ㎛(15000 Å)이다. Cu막은, 연마의 진행에 따라 공진 주파수는 막 두께가 약 1 ㎛(10000 Å)부근부터 서서히 상승하고, 700 Å 부근에서 최대값을 취하여 파형 변화 부분(P)이 검출된다. 공진 주파수는 최대값을 취한 후, 급격히 저하된다. 이와 같이, Cu막은, 파형 변화 부분(P)이 검출되었을 때의 나머지 막 두께가 정밀도 좋게 검지된다. In Fig. 12A, the initial film thickness of the Cu film is approximately 1.5 mu m (15000 kPa). In the Cu film, as the polishing progresses, the resonant frequency gradually rises from about 1 μm (10000 Hz), and the waveform change portion P is detected by taking a maximum value around 700 Hz. The resonance frequency drops rapidly after taking the maximum value. In this manner, the remaining film thickness of the Cu film when the waveform change portion P is detected is accurately detected.
도 12(B)에서, 정지 상태의 Cu막의 각 막 두께에 대하여 측정한 공진 주파수는, 막 두께가 710 Å에서 최대값을 나타내고 있다. 따라서, 정지 상태에서 공진 주파수가 최대가 되는 Cu막의 막 두께와, 상기의 연마의 진행 중에 있어서 공진 주파수가 최대가 되는 Cu막의 막 두께는 거의 일치하고 있다. In Fig. 12B, the resonance frequency measured for each film thickness of the Cu film in the stationary state shows a maximum value at a film thickness of 710 Hz. Therefore, the film thickness of the Cu film whose maximum resonant frequency in the stationary state is the same as that of the Cu film whose maximum resonant frequency is in progress during the above polishing.
다음에, 자속 변화 과정 중에 있어서의 공진 주파수의 피크를 막 두께 기준점으로써 연마 종료 시점을 예측하는 방법에 대하여 설명한다. Next, a method of predicting the end point of polishing by using the peak of the resonance frequency during the flux change process as the film thickness reference point will be described.
먼저, 도 13에 막 두께와 공진 주파수와의 관계에 대하여 막 두께와 대응시켜 기재한 도면을 나타낸다. 가장 표준적인 연마 종료 시점의 예측 검출 방법으로서는, 도 13의 공진 주파수 파형에 있어서, 그 파형의 피크에 상당하는 부분을, 막 두께 기준값으로 규정하고, 그 막 두께 기준값을 바탕으로, 연마 종료 시점을 계산하는 경우이다. 연마 종료 시점은 Cu의 막을 제거한 시점, 즉 Cu막이 0 A가 되었을 때를 종료 시점이라고 정한다.First, FIG. 13 is a diagram showing the relationship between the film thickness and the resonant frequency in correspondence with the film thickness. As the most standard predictive detection method at the end of polishing, in the resonance frequency waveform of FIG. 13, a portion corresponding to the peak of the waveform is defined as a film thickness reference value, and the polishing end point is determined based on the film thickness reference value. This is the case. The end point of polishing is defined as the end point when the Cu film is removed, that is, when the Cu film reaches 0A.
도 13에 나타내는 바와 같이, 파형의 피크에 상당하는 막 두께 기준값은, 710 A에 대응한다. 도 13에서, 공진 주파수의 파형을 모니터하여, 피크의 시점에 도달한 시점을 검출한다. 피크의 검출 방법으로서는, 파형은 반드시 막 두께 감소에 따라 일단 상승한 후에, 급격하게 저하하는 거동을 겪기 때문에, 공진 주파수가 그 전보다 저하된 시점에서 피크점을 판별하면 좋다. 또한, 그 외의 방법으로서는, 수시 미분 계수를 구하면서, 미분 계수가 0 이하 혹은 부(負)로 변한 부분을 피크 위치로 하면 좋다.As shown in FIG. 13, the film thickness reference value corresponding to the peak of a waveform corresponds to 710A. In Fig. 13, the waveform of the resonant frequency is monitored to detect a time point when the peak time point is reached. As a method for detecting peaks, since the waveform always undergoes a sudden drop after rising as the film thickness decreases, the peak point may be determined when the resonance frequency is lower than before. In addition, as another method, the peak position may be set to a portion where the differential coefficient is changed to 0 or less or negative while obtaining the differential coefficient at any time.
도 13의 경우에 있어서, 초기막으로서, 여기에서는 16000 A의 Cu막을 가지는 블랭킷막을 준비하고, 그 Cu막이 제거되는 시점의 연마 사건을 예측하여, 종료점을 검출한다. 도 13에서는, 연마 개시 후 89 s 시점에서 나머지 780 A의 막 두께 기준점에 도달한다. 즉, 초기부터 제거한 양은 16000 A - 780 A = 15220 A 정도 제거한 것이 된다. 이 89 s 경과하여 15290 A 제거되었다고 하면, 나머지 780 A 정도 제거하는데 필요한 시간은, 약 4.43 s라는 것이 된다. 즉, 막 두께 기준점 검출 약 4.5 s 후에 연마를 정지하면, Cu막 두께는 거의 0 A이며, 연마 종료점으로써 연마를 정밀도 좋게 정지하는 것이 가능하게 된다. 여기에서는, 당연히, 연마 중에는 일정한 연마 레이트로 제거되어 있는 것이 전제로 되어 있다.In the case of FIG. 13, as an initial film, the blanket film which has 16000A Cu film is prepared here, the polishing event at the time of removing this Cu film is predicted, and an end point is detected. In FIG. 13, the film thickness reference point of the remaining 780 A is reached at 89 s after the start of polishing. That is, the amount removed from the beginning is about 16000 A-780 A = 15220 A. If 15290 A has been removed after 89 s, the time required to remove the remaining 780 A is about 4.43 s. That is, when polishing is stopped about 4.5 s after the film thickness reference point detection, the Cu film thickness is almost 0 A, and the polishing can be stopped accurately with the polishing end point. Here, naturally, the premise is that it is removed at a constant polishing rate during polishing.
또한, 다른 방법으로서, 공진 주파수의 피크 위치에 상관없이, 그 전이라도 검출하는 것은 가능하다. 예를 들면, 본 발명에 있어서는, 공진 주파수의 파형은, 공진 주파수의 피크점에 도달하기 전까지 급격하게 상승하는 과정을 거친다. 이 상승률을 사전에 설정해 두고, 그 상승률이 된 시점에서, 연마 종료 시점을 예측하여도 좋다. 혹은, 그 상승률이 최대가 되는 시점을 미리 모니터해 두고, 최대 상승률이 된 시점을 막 두께 기준점이라고 정의하고, 그 점으로부터 설정하여도 좋다. 이와 같이 상승률로 종료점을 검출하는 경우에는, 도 14에 나타내는 바와 같이, 공진 주파수의 파형을 수시 미분한 파형을 나타내는 것이 효과적이다. 소정의 상승률이 된 시점에서 예측하는 경우는, 미분한 그래프에 대하여 스레시홀드값을 설정하고, 그 스레시홀드값에 도달한 연마 시간을 바탕으로, 앞에서 설명한 바와 마찬가지로 종료 시점까지 필요한 연마 시간을 역산할 수 있다.As another method, it is possible to detect even before the peak position of the resonance frequency. For example, in the present invention, the waveform of the resonant frequency is rapidly raised before reaching the peak point of the resonant frequency. The rate of increase may be set in advance, and the end point of polishing may be predicted when the rate of increase reaches. Alternatively, the time at which the rate of increase is maximized may be monitored in advance, and the time at which the maximum rate of increase is reached may be defined as the film thickness reference point and set from that point. As described above, when the end point is detected at the rising rate, it is effective to display a waveform obtained by differentiating the waveform of the resonance frequency from time to time. When predicting at the point of time when the predetermined rate of increase is reached, the threshold value is set for the differential graph, and the polishing time required until the end point is determined as described above based on the polishing time when the threshold value is reached. Can be inverted.
여기서, 일례로서, 최대 상승률이 된 시점을 막 두께 기준점으로서 정의하 고, 그 시점으로부터 연마 종료 시점을 예측하는 방법을 나타낸다. 도 14에서는, 81 s 시점에서 최대의 상승률을 얻는 것을 나타내고 있다. 이때, 나머지 막 두께는 2149 A에 상당한다. 따라서, 81 s 경과하여 13851 A 연마되었다고 하면, 나머지 2149 A 정도 연마하는데 필요로 하는 시간은 12.56 s라는 것이 된다. 따라서 12.5초 후에 연마를 종료하면, Cu막 두께는 거의 0 A가 되어, 연마 종료 시점으로써 정밀도 좋게 연마를 정지할 수 있다.Here, as an example, a method of defining the point of time when the maximum rate of increase becomes the film thickness reference point and predicting the end point of polishing from that point of time is shown. In FIG. 14, the maximum rise rate is obtained at 81 s. At this time, the remaining film thickness corresponds to 2149A. Therefore, assuming that 13851 A has been polished after 81 s has elapsed, the time required for polishing the remaining 2149 A is 12.56 s. Therefore, when polishing is finished after 12.5 seconds, the Cu film thickness becomes almost 0 A, and polishing can be stopped with high accuracy at the end of polishing.
이상과 같은 형식으로 다양한 부분에서 연마의 종료 시점을 예측하는 것이 가능하게 되어, 예를 들면, 도 15에 나타낸 것 같은 2회 미분한 그래프를 나타낸 경우에는, 공진 주파수의 변곡점, 즉, 도 15에서 2회 미분한 그래프에 있어서 0이 되는 점을 막 두께 기준점으로서 정의하고, 연마 종료 시점을 예측하여도 좋다. 또한, 공진 주파수의 상승률의 변화 정도가 소정의 값이 되는 부분을 기준으로 하고, 그 점을 막 두께 기준점으로 하여, 연마 종료까지의 연마 시간을 추측하여도 좋다.It is possible to predict the end point of polishing in various parts as described above. For example, in the case of showing two different derivative graphs as shown in Fig. 15, the inflection point of the resonance frequency, i.e. In the two differentiation graph, the point which becomes 0 may be defined as a film thickness reference point, and the grinding | polishing end time may be predicted. The polishing time until the end of polishing may be estimated based on the portion where the degree of change of the rate of change of the resonance frequency becomes a predetermined value and the point is a film thickness reference point.
이상에 나타내는 바와 같이, 연마에 의한 막 두께 감소에 따라, 공진 주파수가 한 번 상승하고, 그 후 급격하게 저하하는 거동을 취하는 표면 효과 특유의 파형을 얻는 경우에 있어서는, 연마 종료하기 전의 시점에서 다양한 특징이 있는 변화를 모니터할 수가 있고, 그 변화를 기초로, 연마 종료 시점까지의 연마 시간을 정밀도 좋게 추측하는 것이 가능하게 된다. 이것은 실질적으로는, 연마 종료점을 예측하고 있는 것이지만, 연마 종료 직전을 예측하는 경우에 있어서는, 그것은 거의 연마 종료점을 검출하고 있는 것과 같은 의미가 된다.As described above, in the case of obtaining a waveform characteristic peculiar to the surface effect having a behavior in which the resonant frequency rises once and then abruptly decreases as the film thickness decreases due to polishing, it is varied at the time point before the polishing finishes. The characteristic change can be monitored, and on the basis of the change, it is possible to accurately estimate the polishing time up to the end point of polishing. This substantially predicts the polishing end point, but in the case of predicting immediately before polishing end, it is almost the same as detecting the polishing end point.
또한, 본 실시예는, 상기 공진 주파수 외에 상호 인덕턴스, 와전류(Ie), 누설 자속(φL)의 변화 중 적어도 어느 하나의 변화를 기초로 상기 파형 변화 부분(P)을 검출할 수 있다. 상호 인덕턴스의 변화는 상기 식 (3)을 이용하여 고주파 인덕터형 센서(34)의 발진 주파수의 변화로부터 구할 수 있으며, 와전류(Ie)는 상기 상호 인덕턴스와 비례 관계에 있기 때문에, 이 와전류(Ie)의 변화는 상기 상호 인덕턴스의 변화를 이용하여 구할 수 있고, 또한, 누설 자속(φL)은 와전류(Ie)와 비례 관계에 있기 때문에, 이 누설 자속(φL)의 변화는 상기 와전류(Ie)의 변화를 이용하여 구할 수 있다.In addition, in the present embodiment, the waveform change portion P may be detected based on at least one change among mutual inductance, eddy current Ie, and leakage magnetic flux φ L in addition to the resonance frequency. The change in the mutual inductance can be obtained from the change in the oscillation frequency of the high
상기 서술한 바와 같이, 본 실시예와 관련된 연마 종료 시점의 예측·검출 방법과 그 장치에 있어서는, 연마의 진행에 의해 소정의 도전성막(28)이 표피 깊이와 동등 또는 그 부근의 연마 종료점 바로 앞의 막 두께가 되고 나서 상기 파형 변화 부분(P) 검출의 기초가 되는 누설 자속(φL)이 생기기 때문에, 이 누설 자속(φL)에 의해 발생하는 와전류(Ie)에 의한 줄열 손실을 극소로 억제할 수 있다.As described above, in the method of predicting and detecting the end point of polishing according to the present embodiment and the apparatus thereof, the predetermined
연마의 진행에 따라 소정의 도전성막(28)이 표피 깊이(δ)에 대응하는 막 두께와 동등 혹은 그 부근의 막 두께가 된 이후에 있어서의 와전류(Ie), 상호 인덕턴스, 또는 공진 주파수의 각 변화 중에는 현저한 피크가 생기기 때문에, 이 현저한 피크를 기초로 연마 종료점 바로 앞의 상기 파형 변화 부분(P)을 적확하게 검출할 수 있다. 따라서, 이 파형 변화 부분(P)으로부터 연마 종료 시점을 정밀도 좋게 예측·검출할 수 있다.As the polishing progresses, the angle of the eddy current Ie, mutual inductance, or resonance frequency after the predetermined
고주파 인덕터형 센서(34)로부터의 공진 주파수의 전송 방법을 주파수 카운터(40)를 이용한 디지털 출력으로 함으로써, 노이즈의 영향 및 공진 주파수 출력의 감쇠가 방지되어, 상기 파형 변화 부분(P)을 확실히 검출할 수 있다.By setting the transmission method of the resonant frequency from the high frequency
고주파 인덕터형 센서(34)를 구성하고 있는 집중 정수 커패시터(37)를 커패시턴스 가변으로 함으로써, 상이한 막 종류의 도전성막(28)에 대하여, 표피 깊이(δ)에 대응하는 막 두께가 적절한 값이 되도록 발진 주파수를 용이하게 선택할 수 있다.By varying the capacitance of the lumped
고주파 인덕터형 센서(34)의 주구성 요소인 평면 인덕터(36)는, 노이즈의 발생 및 전력 소비는 거의 없고, 또한 비교적 저렴하므로 비용 저감을 도모할 수 있다.The
[실시예 2]Example 2
이하, 본 발명의 실시예 2에 관련된 리얼타임 막 두께 모니터 방법과 그 장치를 설명한다. 본 실시예에서는, 상기 도 5(A), 도 5(B), 도 5(C)에 나타낸 연마 종료 시점의 예측·검출 장치(33)가 리얼타임 막 두께 모니터 장치로서 기능한다. 그리고, 이 리얼타임 막 두께 모니터 장치(33)가 상기 도 3 및 도 4에 나타낸 바와 같이, 플래튼(2) 또는 연마 헤드(3)에 장착되어 있다. Hereinafter, the real-time film thickness monitoring method and apparatus thereof according to the second embodiment of the present invention will be described. In this embodiment, the prediction /
이 리얼타임 막 두께 모니터 장치(33)에 의한 리얼타임 막 두께 모니터 방법을 설명한다. 상기 실시예 1과 동일한 방법으로, 도 9(E)에 나타내는 연마 종료점 바로 앞의 상기 파형 변화 부분(P)이 검출된다. 주파수 카운터(40)로부터의 이 파 형 변화 부분(P) 출력이 도시하지 않은 CPU 등에 입력되고, 이 파형 변화 부분(P)을 기초로 표피 깊이(δ)에 대응하는 막 두께와 거의 동등한 제거해야 하는 잔막량, 및 이미 연마 제거된 막 두께량 및 그 소요 시간부터 연마 레이트 등의 각 연마 데이터가 그 자리에서 산출되어, 소정의 도전성막(28)이 적정하게 제거되어 있는지가 리얼타임으로 평가된다. The real-time film thickness monitoring method by this real-time film
상기 서술한 바와 같이, 본 실시예에 관련된 리얼타임 막 두께 모니터 방법과 그 장치에서는, 연마 종료점 바로 앞의 파형 변화 부분(P)을 검출한 후, 이 파형 변화 부분(P)을 기초로 제거해야 하는 잔막량 및 연마 레이트 등의 각 연마 데이터를 그 자리에서 정밀도 좋게 산출할 수 있어, 소정의 도전성막(28)이 적정하게 제거되어 있는지를 정확하게 평가할 수 있다. 또한, 이와 함께 누설 자속(φL)으로 발생하는 와전류(Ie)에 의한 줄열 손실을 극소로 억제할 수 있다. As described above, in the real-time film thickness monitoring method and apparatus according to the present embodiment, after detecting the waveform change portion P immediately before the polishing end point, the waveform change portion P must be removed based on the waveform change portion P. Each polishing data such as the remaining film amount and the polishing rate can be accurately calculated on the spot, and it is possible to accurately evaluate whether the predetermined
또한, 본 발명은 본 발명의 정신을 일탈하지 않는 한 다양한 개변을 이룰 수 있으며, 또한, 본 발명이 그 개변된 것에도 미친다는 것은 당연하다. In addition, this invention can make various changes as long as it does not deviate from the mind of this invention, and it is natural that this invention also extends to the modified thing.
도 1은 본 발명의 실시예에 관련된 연마 종료 시점의 예측·검출 장치가 장착된 화학 기계 연마 장치의 사시도이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The perspective view of the chemical mechanical polishing apparatus with which the prediction and detection apparatus of the grinding | polishing end time which concerns on the Example of this invention was attached.
도 2는 도 1의 화학 기계 연마 장치에 있어서의 연마 헤드의 확대 종단면도이다.FIG. 2 is an enlarged longitudinal sectional view of the polishing head in the chemical mechanical polishing apparatus of FIG. 1.
도 3은 본 발명의 실시예에 관련된 연마 종료 시점의 예측·검출 장치가 플래튼에 장착된 상태를 설명하기 위한 일부 파단하여 나타내는 개략 측면도이다.Fig. 3 is a schematic side view showing a partially broken view for explaining a state in which the prediction / detection device at the polishing end point according to the embodiment of the present invention is mounted on the platen.
도 4는 본 발명의 실시예에 관련된 연마 종료 시점의 예측·검출 장치가 연마 헤드에 장착된 상태를 설명하기 위한 일부 파단하여 나타내는 개략 측면도이다.Fig. 4 is a schematic side view showing a partially broken view for explaining a state in which the predicting and detecting device at the polishing end point according to the embodiment of the present invention is attached to the polishing head.
도 5는 본 발명의 실시예에 관련된 연마 종료 시점의 예측·검출 장치의 구성예를 나타내는 도면으로서, 도 5(A)는 블록도, 도 5(B)는 평면 형상 인덕터의 다른 구성예를 나타내는 도면, 도 5(C)는 도 5(B)의 평면 형상 인덕터의 단면도이다.Fig. 5 is a diagram showing a configuration example of a prediction / detection apparatus at the end of polishing time according to the embodiment of the present invention. Fig. 5 (A) is a block diagram and Fig. 5 (B) shows another configuration example of the planar inductor. Fig. 5C is a cross-sectional view of the planar inductor of Fig. 5B.
도 6은 도 5의 연마 종료 시점의 예측·검출 장치에 있어서의 발진 회로의 기본적인 구성예를 나타내는 도면으로서, 도 6(A)은 구성도, 도 6(B)은 도 6(A)의 등가 회로이다.FIG. 6: is a figure which shows the basic structural example of the oscillation circuit in the prediction and detection apparatus of the grinding | polishing end time of FIG. 5, FIG. 6 (A) is a block diagram and FIG. 6 (B) is equivalent to FIG. 6 (A). Circuit.
도 7은 본 발명의 실시예에 있어서, 코일로부터 발생한 자장이 도체막 상에서 어떠한 방향으로 배열되어 있는지를 전자 시뮬레이션한 결과를 나타내는 도면으로서, 도 7(A)은 센서로부터의 발진 주파수가 1 MHz이고 도체막의 막 두께가 0.2 ㎛인 경우, 도 7(B)은 센서로부터의 발진 주파수가 1 MHz이고 도체막의 막 두께가 1 ㎛인 경우, 도 7(C)은 센서로부터의 발진 주파수가 40 MHz이고 도체막의 막 두께 가 0.2 ㎛인 경우, 도 7(D)은 센서로부터의 발진 주파수가 40 MHz이고 도체막의 막 두께가 1 ㎛인 경우이다.FIG. 7 is a diagram showing an electronic simulation result of which direction the magnetic field generated from the coil is arranged on the conductor film in the embodiment of the present invention. FIG. 7 (A) shows that the oscillation frequency from the sensor is 1 MHz. When the film thickness of the conductor film is 0.2 μm, FIG. 7B shows that the oscillation frequency from the sensor is 1 MHz and the film thickness of the conductor film is 1 μm, FIG. 7C shows that the oscillation frequency from the sensor is 40 MHz. In the case where the film thickness of the conductor film is 0.2 µm, Fig. 7D shows a case where the oscillation frequency from the sensor is 40 MHz and the film thickness of the conductor film is 1 µm.
도 8은 본 발명의 실시예에 관련된 고주파 인덕터형 센서에 있어서의 전자 결합으로 발생하는 자장에 의한 인덕턴스의 변화 작용을 설명하기 위한 구성도이다.8 is a configuration diagram for explaining the effect of changing the inductance due to the magnetic field generated by the electromagnetic coupling in the high frequency inductor type sensor according to the embodiment of the present invention.
도 9는 도 1의 화학 기계 연마 장치에 의한 도전성막의 연마 삭제에 따른 자속 등의 변화예 및 연마 종료 시점을 예측하기 위한 파형 변화 부분의 검출 작용을 설명하기 위한 조립도로서, 도 9(A)∼도 9(D)는 도전성막의 연마 삭제에 따른 자속 등의 변화예를 나타내는 도면, 도 9(E)는 도전성막의 막 두께 변화에 대한 공진 주파수의 변화예를 나타내는 특성도이다.FIG. 9 is an assembly view for explaining an example of a change in magnetic flux or the like caused by polishing and removal of a conductive film by the chemical mechanical polishing apparatus of FIG. 1 and a detection action of a waveform change portion for predicting the end point of polishing. FIG. 9A to 9D show examples of changes in magnetic flux and the like caused by polishing and removal of the conductive film, and FIG. 9E is a characteristic diagram showing changes in resonant frequency with respect to changes in the film thickness of the conductive film.
도 10은 도 9의 비교예로서의 조립도로서, 도 10(A)∼도 10(D)은 도전성막의 연마 삭제에 따른 자속 및 와전류의 변화예를 나타내는 도면, 도 10(E)은 도전성막의 막 두께 변화에 대한 공진 주파수의 변화예를 나타내는 특성도이다.Fig. 10 is an assembly view as a comparative example of Fig. 9, in which Figs. 10 (A) to 10 (D) show examples of changes in magnetic flux and eddy current according to polishing removal of the conductive film, and Fig. 10 (E) shows It is a characteristic figure which shows the example of a change of the resonance frequency with respect to a film thickness change.
도 11은 본 발명의 실시예에 있어서, 연마 대상이 되는 도전성막이 재질 및 도전율면에서 상이한 Cu막과 텅스텐(W)막에 대하여 연마 종료 시점을 예측하기 위한 파형 변화 부분이 되는 피크를 평가한 결과를 나타내는 도면으로서, 도 11(A)은 Cu막 부착 웨이퍼를 나타내는 도면, 도 11(B)은 Cu막의 막 두께에 대한 공진 주파수의 변화 특성예를 나타내는 도면, 도 11(C)은 텅스텐(W)막 부착 웨이퍼를 나타내는 도면, 도 11(D)는 텅스텐(W)막의 막 두께에 대한 공진 주파수의 변화 특성예를 나타내는 도면이다FIG. 11 is a view illustrating evaluation of peaks that become a waveform change portion for predicting the end point of polishing for a Cu film and a tungsten (W) film in which the conductive film to be polished differs in material and conductivity in the embodiment of the present invention. 11A is a diagram showing a wafer with a Cu film, FIG. 11B is a diagram showing an example of a change characteristic of a resonance frequency with respect to the film thickness of a Cu film, and FIG. W) A diagram showing a wafer with a film, and FIG. 11 (D) is a diagram showing an example of a change characteristic of a resonance frequency with respect to the film thickness of a tungsten (W) film.
도 12 는 본 발명의 실시예에 있어서, 연마 대상인 도전성막이 Cu막인 경우에 대하여 막 두께와 공진 주파수와의 관계를 나타내는 도면으로서, 도 12(A)는 연마의 진행에 따른 막 두께와 공진 주파수의 관계예를 나타내는 도면, 도 12(B)는 정지 상태에 있어서의 막 두께와 공진 주파수의 관계예를 나타내는 도면이다.12 is a diagram showing the relationship between the film thickness and the resonant frequency in the case where the conductive film to be polished is a Cu film in the embodiment of the present invention, and FIG. Fig. 12B is a diagram showing an example of the relationship between the film thickness and the resonant frequency in the stationary state.
도 13은 본 발명의 실시예에 있어서, 막 두께와 공진 주파수와의 관계를 나타내는 도면이다.13 is a diagram showing a relationship between a film thickness and a resonance frequency in the embodiment of the present invention.
도 14는 본 발명의 실시예에 있어서, 막 두께 변화와 공진 주파수의 1차 미분값과의 대응을 나타내는 도면이다.FIG. 14 is a diagram showing the correspondence between the film thickness change and the first derivative of the resonant frequency in the embodiment of the present invention.
도 15는 본 발명의 실시예에 있어서, 막 두께 변화와 공진 주파수의 2차 미분값과의 대응을 나타내는 도면이다.FIG. 15 is a diagram showing a correspondence between a film thickness change and a second derivative of a resonance frequency in the embodiment of the present invention. FIG.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
1 : 화학 기계 연마 장치 2 : 플래튼1: chemical mechanical polishing device 2: platen
3 : 연마 헤드 4 : 회전축3: polishing head 4: rotating shaft
5 : 모터 6 : 연마 패드 5: motor 6: polishing pad
7 : 헤드 본체 8 : 캐리어7: head body 8: carrier
9 : 리테이너 링 10 : 리테이너 링 가압 수단 9: retainer ring 10: retainer ring pressurizing means
11 : 탄성 시트 12 : 회전축11: elastic sheet 12: axis of rotation
13 : 드라이 플레이트 14 : 핀13: dry plate 14: pin
15 : 작동 트랜스 16 : 캐리어 가압 수단15
17 : 에어 플로트 라인 19 : 에어 분출구17: air float line 19: air blowing port
20 : 에어 필터 21 : 급기 펌프20: air filter 21: air supply pump
22 : 구멍 23 : 진공 펌프22: hole 23: vacuum pump
24 : 진공 라인 25 :에어백24: vacuum line 25: air bag
27 : 리테이너 링 홀더 28 : 도전성막27
29 : 에어실 30 : 부착 부재 29: air chamber 30: attachment member
31 : 스냅 링 32 : 슬립링 31: snap ring 32: slip ring
33 : 연마 종료 시점의 예측·검출 장치(리얼타임 막 두께 모니터 장치)33: Prediction and detection device at the end of polishing (real-time film thickness monitor device)
34 : 고주파 인덕터형 센서 35 : 발진 회로34: high frequency inductor type sensor 35: oscillation circuit
36 : 평면 형상 인덕터 36a : 절연성 기판36:
37 : 집중 정수 커패시터 38 : 증폭기37: concentrated constant capacitor 38: amplifier
39 : 피드백·네트워크 40 : 주파수 카운터39: feedback network 40: frequency counter
41 : 평면 형상 인덕터 41a : 절연성 기판41:
P : 막 두께 기준점 W : 웨이퍼P: film thickness reference point W: wafer
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