KR20130018604A - Polishing monitoring method, polishing endpoint detecting method and polishing apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 반도체 웨이퍼 등의 기판의 표면에 형성된 도전막의 두께 변화를 연마중에 감시하는 연마 감시 방법 및 연마 장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
또한, 본 발명은 반도체 웨이퍼 등의 연마 대상물(기판)을 연마하는 연마 장치에 사용되는 연마 종점 검출 방법에 관한 것으로, 특히 와전류 센서를 사용한 연마 종점 검출 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 상기 연마 종점 검출 방법을 실행 가능한 연마 장치에 관한 것이다.The present invention also relates to a polishing endpoint detection method used in a polishing apparatus for polishing a polishing object (substrate) such as a semiconductor wafer, and more particularly, to a polishing endpoint detection method using an eddy current sensor. Moreover, this invention relates to the grinding | polishing apparatus which can implement the said grinding | polishing end point detection method.
최근, 반도체 디바이스의 고집적화·고밀도화에 수반하여, 회로의 배선이 점점 미세화되고, 다층 배선의 층수도 증가하고 있다. 회로의 미세화를 도모하면서 다층 배선을 실현하려고 하면, 하측의 층의 표면 요철을 답습하면서 단차가 더욱 커지므로, 배선층수가 증가함에 따라, 박막 형성에 있어서의 단차 형상에 대한 막 피복성(스텝 커버리지)이 나빠진다. 따라서, 다층 배선하기 위해서는, 이 스텝 커버리지를 개선하여, 알맞은 과정으로 평탄화 처리를 해야 한다. 또한 광 리소그래피의 미세화와 함께 초점 심도가 얕아지기 때문에, 반도체 디바이스 표면의 요철 단차가 초점 심도 이하로 수용되도록 반도체 디바이스 표면을 평탄화 처리할 필요가 있다.In recent years, with high integration and high density of semiconductor devices, circuit wiring has become smaller and the number of layers of multilayer wiring has also increased. If the multilayer wiring is to be realized while minimizing the circuit, the step height becomes larger while following the surface unevenness of the lower layer, and as the number of wiring layers increases, the film coverage (step coverage) for the step shape in thin film formation is increased. This gets worse. Therefore, in order to make a multilayer wiring, this step coverage should be improved and the planarization process should be performed by a suitable process. In addition, since the depth of focus becomes shallow with the miniaturization of optical lithography, it is necessary to planarize the surface of the semiconductor device so that the unevenness level on the surface of the semiconductor device is accommodated below the depth of focus.
따라서, 반도체 디바이스의 제조 공정에 있어서는, 반도체 디바이스 표면의 평탄화 기술이 점점 중요해지고 있다. 이 평탄화 기술 중, 가장 중요한 기술은, 화학적 기계 연마[CMP(Chemical Mechanical Polishing)]이다. 이 화학적 기계적 연마는, 연마 장치를 사용하여, 세리아(CeO2) 등의 지립을 포함한 연마액을 연마 패드에 공급하면서 반도체 웨이퍼 등의 기판을 연마 패드에 미끄럼 접촉시켜서 연마를 행하는 것이다.Therefore, in the manufacturing process of the semiconductor device, the flattening technique of the surface of the semiconductor device becomes more and more important. Of these planarization techniques, the most important technique is chemical mechanical polishing (CMP). This chemical mechanical polishing is performed by sliding a substrate such as a semiconductor wafer to a polishing pad while supplying a polishing liquid containing abrasive grains such as ceria (CeO 2 ) to the polishing pad using a polishing apparatus.
상술한 CMP 프로세스를 행하는 연마 장치는, 연마 패드를 갖는 연마 테이블과, 반도체 웨이퍼(기판)를 보유 지지하기 위한 탑링 또는 연마 헤드 등으로 불리는 기판 보유 지지 장치를 구비하고 있다. 기판을 연마할 때는, 연마액 공급 기구로부터 연마액을 연마 패드 상에 공급하면서, 탑링에 의해 기판의 표면을 연마 패드에 가압한다. 탑링과 연마 테이블을 각각 회전시켜서 기판과 연마 패드를 상대 이동시킴으로써, 기판의 표면을 구성하는 막을 연마한다.The polishing apparatus which performs the above-mentioned CMP process is equipped with the polishing table which has a polishing pad, and the board | substrate holding apparatus called a top ring, a polishing head, etc. for holding a semiconductor wafer (substrate). When polishing a substrate, the surface of the substrate is pressed against the polishing pad by a top ring while supplying the polishing liquid from the polishing liquid supply mechanism onto the polishing pad. The film constituting the surface of the substrate is polished by rotating the top ring and the polishing table to relatively move the substrate and the polishing pad.
이러한 연마 장치는, 반도체 웨이퍼(기판)의 표면에 형성된 배리어막이나 금속막 등의 도전막을 연마하는 연마 공정에 널리 사용되고 있다. 연마 공정의 종점 검지나, 연마 중에 있어서의 연마 조건의 변경은, 도전막의 두께에 기초하여 결정되기 때문에, 연마 장치는, 일반적으로, 연마중의 도전막의 두께를 검출하는 막 두께 검출기를 구비하고 있다. 막 두께 검출기의 대표적인 장치로서 와전류 센서를 들 수 있다.Such a polishing apparatus is widely used in the polishing process of polishing conductive films, such as a barrier film and a metal film, formed on the surface of a semiconductor wafer (substrate). Since the detection of the end point of the polishing step and the change of the polishing conditions during polishing are determined based on the thickness of the conductive film, the polishing apparatus generally includes a film thickness detector for detecting the thickness of the conductive film during polishing. . An eddy current sensor is mentioned as a typical apparatus of a film thickness detector.
와전류 센서는, 연마 테이블 내에 배치되어 있고, 기판의 연마중에, 연마 테이블의 회전에 수반하여 와전류 센서가 기판의 하방을 통과하고 있는 사이 기판 상의 도전막에 와전류를 유기시키고, 이 와전류의 자계에 기인하는 임피던스의 변화로부터 도전막의 두께를 검출하도록 구성되어 있다.The eddy current sensor is disposed in the polishing table, and during polishing of the substrate, the eddy current is induced in the conductive film on the substrate while the eddy current sensor passes below the substrate with the rotation of the polishing table. The thickness of the conductive film is detected from the change in impedance.
도 39는, 반도체 웨이퍼(기판)의 연마를 개시하고나서 반도체 웨이퍼 상의 도전막이 클리어되기(없어지기)까지의 연마 시간(t)과 와전류 센서의 신호값의 관계를 도시하는 도면이다. 도 39에 도시한 바와 같이, 반도체 웨이퍼의 연마 개시 직후는 도전막이 두껍기 때문에, 와전류 센서의 출력은 높아지지만, 연마가 진행함에 따라서 도전막이 얇아지기 때문에, 와전류 센서의 신호값이 저하되어 간다. 그리고, 도전막이 클리어되면(없어지면), 와전류 센서의 신호값이 일정해진다. 이 신호값이 일정해진 시점(특이점)을 검출함으로써, 연마 종점에 도달한 것을 판단할 수 있다.FIG. 39 shows the relationship between the polishing time t from the start of polishing the semiconductor wafer (substrate) until the conductive film on the semiconductor wafer is cleared (disappeared) and the signal value of the eddy current sensor. As shown in FIG. 39, since the conductive film is thick immediately after the polishing start of the semiconductor wafer, the output of the eddy current sensor increases, but the conductive film becomes thinner as polishing progresses, so the signal value of the eddy current sensor decreases. When the conductive film is cleared (disappears), the signal value of the eddy current sensor becomes constant. By detecting the time point (specific point) at which this signal value becomes constant, it can be determined that the polishing end point has been reached.
그런데, 와전류 센서의 주위 온도, 연마 패드에의 물얼룩 등의 사용 환경의 변화나, 와전류 센서 그 자체의 경시 변화 등에 의해, 와전류 센서의 출력 신호의 값이 드리프트(평행 이동)하는 경우가 있다. 이렇게 와전류 센서의 출력 신호의 값이 드리프트하면, 도 39에 도시한 바와 같이, 실선으로부터 점선과 같이 그래프 자체가 상방으로 대략 평행하게 이동한다. 이 경우에도, 특이점은 마찬가지로 평행 이동하므로, 연마 종점을 검출하는 것은 가능하다. 그러나, 도전막을 일부 남겨서 소정의 두께로 연마를 정지하거나 또는, 저압·저회전 속도 등 다른 연마 조건으로 전환하려고 하는 경우, 신호의 값(Z2)을 보아 특징점으로서 검출할 필요가 있다. 이렇게 신호의 값에 따라서 특징점을 검지하는 경우, 드리프트에 의해 와전류 센서의 출력 신호의 값과 막 두께의 대응 관계가 어긋나버리므로, 검출해야 할 연마 시간에 오차가 발생해버린다는 문제가 있다.By the way, the value of the output signal of an eddy current sensor may drift (parallel movement) by the change of the use environment, such as the ambient temperature of an eddy current sensor, the water stain to a polishing pad, and the aging change of the eddy current sensor itself. When the value of the output signal of the eddy current sensor drifts in this manner, as shown in Fig. 39, the graph itself moves substantially parallel upward from the solid line as shown by the dotted line. Also in this case, since the singular point moves in parallel, it is possible to detect the polishing end point. However, when the polishing is stopped at a predetermined thickness while leaving a part of the conductive film, or when switching to other polishing conditions such as low pressure and low rotational speed, it is necessary to detect the value Z2 as a feature point by looking at the signal value Z2. In the case where the characteristic point is detected in accordance with the value of the signal in this way, the correspondence relationship between the value of the output signal of the eddy current sensor and the film thickness is shifted due to the drift, so that an error occurs in the polishing time to be detected.
반도체 디바이스의 제조 공정에서는, 실리콘 웨이퍼 상에 각종 재료가 막 형상으로 반복해 형성되어, 다층 배선 구조를 형성한다. 이러한 다층 배선 구조를 형성하기 위해서, CMP(화학 기계 연마)가 사용된다. 예를 들어, 배선용 홈이 형성된 기판의 표면에 금속막을 형성하고, 그 후 CMP에 의해 홈 내에 형성된 금속막만을 남겨서 불필요한 막을 제거함으로써 금속 배선을 형성한다.In the manufacturing process of a semiconductor device, various materials are repeatedly formed in a film form on a silicon wafer, and form a multilayer wiring structure. In order to form such a multilayer wiring structure, CMP (chemical mechanical polishing) is used. For example, the metal wiring is formed by forming a metal film on the surface of the substrate on which the wiring groove is formed, and then removing unnecessary film leaving only the metal film formed in the groove by CMP.
이러한 금속 배선의 형성 공정에 있어서는, 불필요한 금속막이 제거되었는지 여부(즉, 금속 잔막이 있는지 여부)를 검출하기 위해서, 와전류 센서가 널리 사용되고 있다. 그러나, 다층 배선 구조를 갖는 기판에서는, 연마되는 금속막의 하층에 존재하는 배선이 와전류 센서의 출력 신호에 영향을 미치고, 잔막의 검출을 방해하게 된다.In such a metal wiring formation step, an eddy current sensor is widely used to detect whether an unnecessary metal film has been removed (that is, whether there is a metal remaining film). However, in a substrate having a multi-layered wiring structure, the wiring existing under the metal film to be polished affects the output signal of the eddy current sensor and prevents the detection of the residual film.
이러한 하층 배선의 영향을 제거하기 위해서, 종래에는 다음과 같은 방법이 채용되어 있다.In order to eliminate the influence of such a lower layer wiring, the following method is conventionally employ | adopted.
(1) 기판의 전체면에 걸쳐서 취득된 와전류 센서의 출력 신호의 평균값을 막 두께로 한다.(1) The average value of the output signal of the eddy current sensor acquired over the whole surface of a board | substrate is made into a film thickness.
(2) 미리 설정된 기판면 내의 영역에서의 최소 출력 신호를 막 두께로 한다.(2) The minimum output signal in the region within the substrate surface set in advance is set as the film thickness.
(3) 소정 시간내(예를 들어, 와전류 센서의 출력 신호의 이동 평균 시간내)에 와전류 센서가 기판 표면 상에 그리는 궤적이 기판의 전체 둘레에 걸쳐 거의 균 등하게 분포하도록 탑링과 연마 테이블의 회전 속도비를 조정한다.(3) within a predetermined time (e.g., within a moving average time of the output signal of the eddy current sensor) so that the trajectory of the eddy current sensor on the substrate surface is almost evenly distributed over the entire circumference of the substrate. Adjust the speed ratio.
그러나, 상술한 종래의 방법으로는, 기판의 표면 내의 영역마다 막 두께 정보를 얻는 것은 곤란하였다.However, with the conventional method mentioned above, it was difficult to obtain film thickness information for every area | region in the surface of a board | substrate.
본 발명은 상술한 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 연마 장치의 가동률을 저하시키지 않고서 와전류 센서의 교정을 행할 수 있고, 정밀도가 높은 막 두께 감시를 가능하게 하는 연마 감시 방법 및 연마 장치를 제공하는 것을 제1의 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and it is therefore desirable to provide a polishing monitoring method and a polishing apparatus that enable the eddy current sensor to be calibrated without lowering the operation rate of the polishing apparatus and enable high accuracy film thickness monitoring. It is aimed at 1.
또한, 본 발명은 연마 대상막의 하층의 금속 재료의 영향을 배제하고, 와전류 센서를 사용하여, 기판 표면 내의 각 영역에서의 막 두께 정보를 취득할 수 있고, 얻어진 막 두께 정보로부터 기판의 연마 종점을 결정하는 방법을 제공하는 것을 제2의 목적으로 한다.In addition, the present invention eliminates the influence of the metal material of the underlying layer of the polishing target film, and can use the eddy current sensor to obtain film thickness information in each region within the substrate surface, and the polishing end point of the substrate is determined from the obtained film thickness information. It is a second object to provide a method for determining.
또한, 본 발명은 그러한 연마 종점 검출 방법을 실행 가능한 연마 장치를 제공하는 것을 제3의 목적으로 한다.It is also a third object of the present invention to provide a polishing apparatus capable of performing such a polishing endpoint detection method.
상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 제1 형태는, 회전하는 연마 테이블 상의 연마면에 연마 대상의 기판을 가압해서 기판 상의 도전막을 연마하고, 연마중에 연마 테이블에 설치된 와전류 센서에 의해 도전막의 두께를 감시하는 연마 감시 방법이며, 연마중의 와전류 센서의 출력 신호를 취득하고, 와전류 센서의 상방에 기판이 존재하지 않을 때의 상기 출력 신호를 사용해서 와전류 센서의 출력 조정량을 산출하고, 상기 출력 조정량을 사용해서 와전류 센서의 상방에 기판이 존재할 때의 상기 출력 신호를 보정하고, 상기 보정된 출력 신호에 기초하여 기판 상의 도전막의 두께를 감시하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the first aspect of the present invention is to press the substrate to be polished to a polishing surface on a rotating polishing table to polish the conductive film on the substrate, and to make the thickness of the conductive film by an eddy current sensor provided on the polishing table during polishing. A polishing monitoring method for monitoring a power supply, the output signal of the eddy current sensor being polished is obtained, the output adjustment amount of the eddy current sensor is calculated using the output signal when no substrate exists above the eddy current sensor, and the output The adjustment amount is used to correct the output signal when the substrate is present above the eddy current sensor, and to monitor the thickness of the conductive film on the substrate based on the corrected output signal.
본 발명에 따르면, 회전하는 연마 테이블 상의 연마면에 연마 대상의 기판을 가압해서 기판 상의 도전막을 연마하는 연마 공정을 개시하고, 이 연마중의 와전류 센서의 출력 신호를 취득한다. 그리고, 와전류 센서의 상방에 기판이 존재하지 않을 때의 출력 신호를 사용해서 와전류 센서의 출력 조정량을 산출한다. 와전류 센서의 출력 신호는, 사용 환경의 변화나 와전류 센서 그 자체의 경시 변화 등에 의해 드리프트(평행 이동)하는 경우가 있지만, 상기 출력 조정량을 사용해서 와전류 센서의 상방에 기판이 존재할 때의 출력 신호를 보정함으로써, 드리프트량에 상당하는 만큼 출력 신호로부터 제거할 수 있다.According to the present invention, a polishing step of pressing a substrate to be polished onto a polishing surface on a rotating polishing table to polish a conductive film on the substrate is started, and an output signal of the eddy current sensor during polishing is acquired. And the output adjustment amount of an eddy current sensor is computed using the output signal when a board | substrate does not exist above an eddy current sensor. The output signal of the eddy current sensor may drift (parallel shift) due to the change in the use environment or the aging change of the eddy current sensor itself, but the output signal when the substrate exists above the eddy current sensor using the above-described output adjustment amount. By correcting this, the amount corresponding to the amount of drift can be removed from the output signal.
본 발명의 바람직한 형태에 의하면, 상기 와전류 센서의 출력 신호는, 상기 와전류 센서의 코일을 포함하는 전기 회로의 임피던스의 저항 성분 및 리액턴스 성분을 좌표로 정의했을 때에, 도전막의 두께가 작아짐에 따라서 좌표계의 원점과 상기 좌표로부터 특정되는 점과의 거리가 짧아지는 위치에 상기 좌표를 회전 및 이동시킨 좌표로서 표현되는 것을 특징으로 한다.According to a preferred embodiment of the present invention, when the output signal of the eddy current sensor is defined by the coordinates of the resistance component and the reactance component of the impedance of the electric circuit including the coil of the eddy current sensor, the thickness of the conductive film is reduced. It is characterized by being expressed as the coordinate which rotated and moved the said coordinate in the position which the distance of the origin and the point specified from the said coordinate becomes short.
본 발명의 바람직한 형태에 의하면, 상기 출력 신호의 보정은, 상기 좌표계의 원점을 이동시킴으로써 행하는 것을 특징으로 한다.According to a preferred aspect of the present invention, the output signal is corrected by moving the origin of the coordinate system.
본 발명에 따르면, 와전류 센서의 코일을 포함하는 전기 회로의 임피던스의 저항 성분 및 리액턴스 성분을 나타내는 좌표계의 원점을 평행 이동시킴으로써, 드리프트량에 상당하는 만큼을 출력 신호로부터 제거할 수 있다.According to the present invention, by moving the origin of the coordinate system representing the resistance component and reactance component of the impedance of the electric circuit including the coil of the eddy current sensor in parallel, the amount corresponding to the drift amount can be removed from the output signal.
본 발명의 바람직한 형태에 의하면, 상기 보정에 의해 이동한 좌표계의 원점과 상기 임피던스의 좌표로부터 특정되는 점과의 거리로부터 상기 도전막의 두께를 감시하는 것을 특징으로 한다.According to a preferred embodiment of the present invention, the thickness of the conductive film is monitored from the distance between the origin of the coordinate system moved by the correction and a point specified from the coordinates of the impedance.
본 발명의 바람직한 형태에 의하면, 상기 와전류 센서의 센서 코일 단부와 도전막 사이의 거리가 상이한 조건 하에서, 막 두께마다, 상기 와전류 센서의 코일을 포함하는 전기 회로의 임피던스의 저항 성분과 리액턴스 성분을 취득하고, 상기 저항 성분과 상기 리액턴스 성분을 직교 좌표축 상에 표시하고, 상기 도전막의 막 두께마다, 상기 저항 성분 및 상기 리액턴스 성분으로 이루어지는 좌표에 의해 특정되는 점을 연결하는 예비 측정 직선을 긋고, 상기 예비 측정 직선끼리 교차하는 교점인 기준점을 미리 구해 두는 것을 특징으로 한다.According to a preferred embodiment of the present invention, the resistance component and the reactance component of the impedance of the electric circuit including the coil of the eddy current sensor are obtained for each film thickness under the condition that the distance between the sensor coil end of the eddy current sensor and the conductive film is different. And display the resistance component and the reactance component on a rectangular coordinate axis, draw a preliminary measurement straight line connecting the points specified by the coordinates of the resistance component and the reactance component for each film thickness of the conductive film, and the preliminary measurement. It is characterized by obtaining in advance the reference point which is the intersection point between the measurement straight lines.
본 발명의 바람직한 형태에 의하면, 상기 출력 신호의 보정은, 미리 구해 둔 상기 기준점을 이동시킴으로써 행하는 것을 특징으로 한다.According to a preferred embodiment of the present invention, the output signal is corrected by moving the reference point obtained in advance.
와전류 센서의 출력 신호는, 와전류 센서 그 자체의 경시 변화 등에 의해 드리프트하는 경우가 있고, 와전류 센서의 출력 신호가 드리프트하면, 기준점을 통하는 기준선과, 와전류 센서의 출력 신호와 기준점을 연결하는 선과의 각도가 변화하게 되지만, 본 발명에 따르면, 드리프트량에 상당하는 만큼만 미리 구해 둔 기준점을 이동시킴으로써, 드리프트량에 상당하는 만큼을 출력 신호로부터 제거할 수 있다.The output signal of the eddy current sensor may drift due to the aging change of the eddy current sensor itself, and when the output signal of the eddy current sensor drifts, the angle between the reference line passing through the reference point and the line connecting the output signal of the eddy current sensor and the reference point. According to the present invention, by shifting the reference point previously obtained only by the amount of drift, the amount corresponding to the amount of drift can be removed from the output signal.
본 발명의 바람직한 형태에 의하면, 상기 보정에 의해 이동한 기준점과 상기 임피던스의 좌표에 의해 특정되는 점을 연결하는 직선이 이루는 각도로부터 상기 도전막의 두께를 감시하는 것을 특징으로 한다.According to a preferred embodiment of the present invention, the thickness of the conductive film is monitored from an angle formed by a straight line connecting the reference point moved by the correction and the point specified by the coordinates of the impedance.
본 발명의 바람직한 형태에 의하면, 상기 출력 신호의 보정은, 상기 와전류 센서의 상방에 기판이 존재하지 않을 때의 출력 신호의 N 회전 수의 평균값을 사용하는 것을 특징으로 한다.According to a preferred aspect of the present invention, the correction of the output signal is characterized by using an average value of N rotation speeds of the output signal when no substrate is present above the eddy current sensor.
본 발명의 바람직한 형태에 의하면, 상기 와전류 센서의 상방에 기판이 존재하지 않을 때의 출력 신호 중, 상기 연마면 상 또는 상방에 기판 보유 지지용 탑링이 존재하지 않는 영역으로부터의 출력 신호만을 사용해서 와전류 센서의 출력 조정량을 산출하는 것을 특징으로 한다.According to a preferred aspect of the present invention, an eddy current is obtained by using only an output signal from an area in which no substrate holding top ring exists on or above the polishing surface, among the output signals when no substrate is present above the eddy current sensor. It is characterized by calculating the output adjustment amount of the sensor.
본 발명의 바람직한 형태에 의하면, 상기 와전류 센서의 상방에 기판이 존재하지 않을 때의 출력 신호 중, 상기 연마면 상 또는 상방에 기판 보유 지지용 탑링, 연마면의 드레싱용 드레서 및 연마면의 클리닝용 애토마이저가 존재하지 않는 영역으로부터의 출력 신호만을 사용해서 와전류 센서의 출력 조정량을 산출하는 것을 특징으로 한다.According to a preferred aspect of the present invention, a top ring for holding a substrate, a dresser for dressing a polishing surface, and a polishing surface for cleaning the polishing surface of the output signal when the substrate is not present above the eddy current sensor. The output adjustment amount of an eddy current sensor is computed using only the output signal from the area | region where an atomizer is not present.
본 발명에 따르면, 와전류 센서의 상방에 기판이 존재하지 않을 때의 출력 신호 중, 연마면 상 또는 상방에 아무것도 존재하지 않을 때의 출력 신호만을 사용한다. 이에 의해, 와전류 센서에 영향을 미치지 않는 범위의 신호만을 사용할 수 있다.According to the present invention, only an output signal when nothing exists on or above the polishing surface is used among the output signals when there is no substrate above the eddy current sensor. Thereby, only the signal of the range which does not affect an eddy current sensor can be used.
본 발명의 제2 형태는, 회전하는 연마 테이블 상의 연마면에 연마 대상의 기판을 가압해서 기판 상의 도전막을 연마하고, 연마중에 연마 테이블에 설치된 와전류 센서에 의해 도전막의 두께를 감시하는 연마 감시 방법이며, 상기 와전류 센서의 센서 코일 단부와 도전막 사이의 거리가 상이한 조건 하에서, 막 두께마다, 상기 와전류 센서의 코일을 포함하는 전기 회로의 임피던스의 저항 성분과 리액턴스 성분을 취득하고, 상기 저항 성분과 상기 리액턴스 성분을 직교 좌표축 상에 표시하고, 상기 도전막의 막 두께마다, 상기 저항 성분 및 상기 리액턴스 성분으로 이루어지는 좌표에 의해 특정되는 점을 연결하는 예비 측정 직선을 긋고, 상기 예비 측정 직선끼리 교차하는 교점인 기준점을 구하고, 연마중 또는 연마 전후의 상기 와전류 센서의 출력 신호를 사용해서 상기 기준점을 보정하고, 보정 후의 기준점과 임피던스의 좌표에 의해 특정되는 점을 연결하는 직선이 이루는 각으로부터 막의 두께를 감시하는 것을 특징으로 한다.A second aspect of the present invention is a polishing monitoring method of pressing a substrate to be polished onto a polishing surface on a rotating polishing table to polish the conductive film on the substrate, and monitoring the thickness of the conductive film by an eddy current sensor provided on the polishing table during polishing. Acquiring a resistance component and a reactance component of an impedance of an electric circuit including the coil of the eddy current sensor under the condition that the distance between the sensor coil end of the eddy current sensor and the conductive film is different; A reactance component is displayed on a Cartesian coordinate axis, and a preliminary measurement straight line which connects a point specified by coordinates composed of the resistance component and the reactance component is drawn for each film thickness of the conductive film, and is an intersection point where the preliminary measurement straight lines intersect. Obtain the reference point, and output signal of the eddy current sensor during or before polishing Is used to correct the reference point, and the thickness of the film is monitored from an angle formed by a straight line connecting the point specified by the coordinate of the reference point and the impedance after correction.
와전류 센서의 출력 신호는, 와전류 센서 그 자체의 경시 변화 등에 의해 드리프트 하는 경우가 있고, 와전류 센서의 출력 신호가 드리프트하면, 기준점을 통하는 기준선과, 와전류 센서의 출력 신호와 기준점을 연결하는 선과의 각도가 변화하게 되지만, 본 발명에 따르면, 드리프트량에 상당하는 만큼만 미리 구해 둔 기준점을 보정하고, 보정 후의 기준점을 통하는 기준선과, 와전류 센서의 출력 신호와 기준점을 연결하는 선과의 각도를 산출함으로써, 도전막의 막 두께를 검출할 수 있다. 이와 같이, 와전류 센서의 출력 신호의 값의 드리프트량을 검출하고, 기준점을 드리프트량에 상당하는 만큼만 시프트함으로써, 드리프트 전후의 각도를 동일한 값으로 유지할 수 있다.The output signal of the eddy current sensor may drift due to the aging change of the eddy current sensor itself, and when the output signal of the eddy current sensor drifts, the angle between the reference line through the reference point and the line connecting the output signal of the eddy current sensor and the reference point According to the invention, according to the present invention, the reference point obtained only by the amount of drift is corrected, and the angle is calculated by calculating the angle between the reference line through the reference point after correction and the line connecting the output signal of the eddy current sensor and the reference point. The film thickness of the film can be detected. In this way, by detecting the drift amount of the value of the output signal of the eddy current sensor and shifting the reference point only by the amount corresponding to the drift amount, the angles before and after the drift can be maintained at the same value.
본 발명의 제3 형태는, 연마면을 갖고 회전하는 연마 테이블과, 연마 대상의 기판을 상기 연마면에 가압해서 기판 상의 도전막을 연마하는 탑링과, 상기 연마 테이블 내에 설치된 와전류 센서와, 상기 와전류 센서의 출력 신호에 기초하여 도전막의 두께를 감시하는 모니터링 장치를 구비하고, 상기 모니터링 장치는, 연마중의 와전류 센서의 출력 신호를 취득하고, 와전류 센서의 상방에 기판이 존재하지 않을 때의 상기 출력 신호를 사용해서 와전류 센서의 출력 조정량을 산출하고, 상기 출력 조정량을 사용해서 와전류 센서의 상방에 기판이 존재할 때의 상기 출력 신호를 보정하고, 상기 보정된 출력 신호에 기초하여 기판 상의 도전막의 두께를 감시하는 것을 특징으로 하는 연마 장치다.According to a third aspect of the present invention, there is provided a polishing table rotating with a polishing surface, a top ring for pressing a substrate to be polished onto the polishing surface to polish a conductive film on the substrate, an eddy current sensor provided in the polishing table, and the eddy current sensor. And a monitoring device for monitoring the thickness of the conductive film based on the output signal of the sensor, wherein the monitoring device acquires an output signal of the eddy current sensor during polishing, and the output signal when no substrate exists above the eddy current sensor. Calculates the output adjustment amount of the eddy current sensor, corrects the output signal when the substrate exists above the eddy current sensor using the output adjustment amount, and thickness of the conductive film on the substrate based on the corrected output signal. Polishing device, characterized in that for monitoring.
본 발명의 바람직한 형태에 의하면, 상기 와전류 센서의 출력 신호는, 상기 와전류 센서의 코일을 포함하는 전기 회로의 임피던스의 저항 성분 및 리액턴스 성분을 좌표로 정의했을 때, 도전막의 두께가 작아짐에 따라서 좌표계의 원점과 상기 좌표로부터 특정되는 점과의 거리가 짧아지는 위치에 상기 좌표를 회전 및 이동시킨 좌표로서 표현되는 것을 특징으로 한다.According to a preferred embodiment of the present invention, when the output signal of the eddy current sensor is defined by the coordinates of the resistance component and the reactance component of the impedance of the electric circuit including the coil of the eddy current sensor, the thickness of the conductive film is reduced. It is characterized by being expressed as the coordinate which rotated and moved the said coordinate in the position which the distance of the origin and the point specified from the said coordinate becomes short.
본 발명의 바람직한 형태에 의하면, 상기 출력 신호의 보정은, 상기 좌표계의 원점을 이동시킴으로써 행하는 것을 특징으로 한다.According to a preferred aspect of the present invention, the output signal is corrected by moving the origin of the coordinate system.
본 발명의 바람직한 형태에 의하면, 상기 보정에 의해 이동한 좌표계의 원점과 상기 임피던스의 좌표로부터 특정되는 점과의 거리로부터 상기 도전막의 두께를 감시하는 것을 특징으로 한다.According to a preferred embodiment of the present invention, the thickness of the conductive film is monitored from the distance between the origin of the coordinate system moved by the correction and a point specified from the coordinates of the impedance.
본 발명의 바람직한 형태에 의하면, 상기 와전류 센서의 센서 코일 단부와 도전막 사이의 거리가 상이한 조건 하에서, 막 두께마다, 상기 와전류 센서의 코일을 포함하는 전기 회로의 임피던스의 저항 성분과 리액턴스 성분을 취득하고, 상기 저항 성분과 상기 리액턴스 성분을 직교 좌표축 상에 표시하고, 상기 도전막의 막 두께마다, 상기 저항 성분 및 상기 리액턴스 성분으로 이루어지는 좌표에 의해 특정되는 점을 연결하는 예비 측정 직선을 긋고, 상기 예비 측정 직선끼리 교차하는 교점인 기준점을 미리 구해 두는 것을 특징으로 한다.According to a preferred embodiment of the present invention, the resistance component and the reactance component of the impedance of the electric circuit including the coil of the eddy current sensor are obtained for each film thickness under the condition that the distance between the sensor coil end of the eddy current sensor and the conductive film is different. And display the resistance component and the reactance component on a rectangular coordinate axis, draw a preliminary measurement straight line connecting the points specified by the coordinates of the resistance component and the reactance component for each film thickness of the conductive film, and the preliminary measurement. It is characterized by obtaining in advance the reference point which is the intersection point between the measurement straight lines.
본 발명의 바람직한 형태에 의하면, 상기 출력 신호의 보정은, 미리 구해 둔 상기 기준점을 이동시킴으로써 행하는 것을 특징으로 한다.According to a preferred embodiment of the present invention, the output signal is corrected by moving the reference point obtained in advance.
본 발명의 바람직한 형태에 의하면, 상기 보정에 의해 이동한 기준점과 상기 임피던스의 좌표로 특정되는 점을 연결하는 직선이 이루는 각도로부터 상기 도전막의 두께를 감시하는 것을 특징으로 한다.According to a preferred embodiment of the present invention, the thickness of the conductive film is monitored from an angle formed by a straight line connecting the reference point moved by the correction and the point specified by the coordinates of the impedance.
본 발명의 바람직한 형태에 의하면, 상기 출력 신호의 보정은, 상기 와전류 센서의 상방에 기판이 존재하지 않을 때의 출력 신호의 N 회전 수의 평균값을 사용하는 것을 특징으로 한다.According to a preferred aspect of the present invention, the correction of the output signal is characterized by using an average value of N rotation speeds of the output signal when no substrate is present above the eddy current sensor.
본 발명의 바람직한 형태에 의하면, 상기 와전류 센서의 상방에 기판이 존재하지 않을 때의 출력 신호 중, 상기 연마면 상 또는 상방에 기판 보유 지지용 탑링이 존재하지 않는 영역으로부터의 출력 신호만을 사용해서 와전류 센서의 출력 조정량을 산출하는 것을 특징으로 한다.According to a preferred aspect of the present invention, an eddy current is obtained by using only an output signal from an area in which no substrate holding top ring exists on or above the polishing surface, among the output signals when no substrate is present above the eddy current sensor. It is characterized by calculating the output adjustment amount of the sensor.
본 발명의 바람직한 형태에 의하면, 상기 와전류 센서의 상방에 기판이 존재하지 않을 때의 출력 신호 중, 상기 연마면 상 또는 상방에 기판 보유 지지용의 탑링, 연마면의 드레싱용 드레서 및 연마면의 클리닝용 애토마이저가 존재하지 않는 영역으로부터의 출력 신호만을 사용해서 와전류 센서의 출력 조정량을 산출하는 것을 특징으로 한다.According to a preferred embodiment of the present invention, the top ring for holding the substrate, the dresser for dressing the polishing surface, and the polishing surface for cleaning the polishing surface on or above the polishing surface, among the output signals when the substrate does not exist above the eddy current sensor. The output adjustment amount of an eddy current sensor is computed using only the output signal from the area | region where there is no dragon atomizer.
본 발명의 제4 형태는, 기판을 탑링에 의해 연마 테이블 상의 연마 패드에 누르면서, 상기 탑링과 상기 연마 테이블을 각각 회전시킴으로써 상기 기판의 막을 연마하는 기판 연마 공정의 연마 종점을 검출하는 방법이며, 상기 기판의 연마중에 와전류 센서를 상기 기판의 표면을 가로지르도록 이동시키고, 상기 와전류 센서의 임피던스의 저항 성분 X 및 유도 리액턴스 성분 Y를 취득하고, 상기 저항 성분 X 및 상기 유도 리액턴스 성분 Y로 이루어지는 좌표 X, Y를 X-Y 좌표계 상에 플롯하고, 상기 X-Y 좌표계 상에는 복수의 임피던스 에리어가 미리 정의되고 있고, 상기 복수의 임피던스 에리어는, 기준 임피던스 에리어와 적어도 하나의 오프셋 임피던스 에리어를 포함하고 있고, 상기 복수의 임피던스 에리어에 각각 속하는 복수의 좌표 X, Y를 사용하여, 상기 복수의 임피던스 에리어마다 복수의 막 두께 지표값을 산출하고, 상기 복수의 막 두께 지표값을 사용해서 상기 복수의 임피던스 에리어마다 상기 기판의 연마 종점을 결정하는 것을 특징으로 한다.A fourth aspect of the present invention is a method for detecting a polishing end point of a substrate polishing step of polishing a film of the substrate by rotating the top ring and the polishing table, respectively, while pressing the substrate on a polishing pad on a polishing table by a top ring. During polishing of the substrate, the eddy current sensor is moved to cross the surface of the substrate, the resistance component X and the inductive reactance component Y of the impedance of the eddy current sensor are acquired, and the coordinate X consisting of the resistance component X and the inductive reactance component Y , Y is plotted on an XY coordinate system, and a plurality of impedance areas are previously defined on the XY coordinate system, and the plurality of impedance areas include a reference impedance area and at least one offset impedance area, and the plurality of impedances. Using a plurality of coordinates X, Y belonging to an area, respectively, Calculating a number of the plurality of film thickness index value for each area of the impedance, and using the plurality of film thickness index value is characterized in that each of the plurality of impedance area determine the polishing end point of the substrate.
본 발명의 제5 형태는, 기판을 탑링에 의해 연마 테이블 상의 연마 패드에 누르면서, 상기 탑링과 상기 연마 테이블을 각각 회전시킴으로써 상기 기판의 막을 연마하는 기판 연마 공정의 연마 종점을 검출하는 방법이며, 상기 연마 테이블 내에 설치된 와전류 센서를 상기 기판의 표면을 가로지르도록 이동시키면서, 상기 와전류 센서의 출력 신호를 취득하고, 상기 출력 신호를 취득했을 때와 동일한 궤적으로 상기 와전류 센서를 상기 기판의 표면을 가로지르도록 이동시키면서, 상기 와전류 센서의 출력 신호를 취득하고, 상기 와전류 센서의 출력 신호로부터 막 두께 지표값을 산출하고, 상기 막 두께 지표값의 변화로부터 상기 기판의 연마 종점을 결정하는 것을 특징으로 한다.A fifth aspect of the present invention is a method of detecting a polishing end point of a substrate polishing step of polishing a film of the substrate by rotating the top ring and the polishing table, respectively, while pressing the substrate to a polishing pad on a polishing table by a top ring. While moving the eddy current sensor provided in the polishing table to cross the surface of the substrate, the output signal of the eddy current sensor is acquired, and the eddy current sensor crosses the surface of the substrate with the same trajectory as when the output signal was acquired. And the output signal of the eddy current sensor is obtained, the film thickness index value is calculated from the output signal of the eddy current sensor, and the polishing end point of the substrate is determined from the change in the film thickness index value.
본 발명의 제6 형태는, 기판을 탑링에 의해 연마 테이블 상의 연마 패드에 누르면서, 상기 탑링과 상기 연마 테이블을 각각 회전시킴으로써 상기 기판의 막을 연마하는 기판 연마 공정의 연마 종점을 검출하는 방법이며, 상기 연마 테이블 내에 설치된 와전류 센서를 상기 기판의 표면을 가로지르도록 이동시키고, 상기 와전류 센서의 출력 신호를 취득하고, 상기 와전류 센서의 출력 신호로부터 막 두께 프로파일을 작성하고, 상기 막 두께 프로파일에 나타나는 볼록부의 위치의 변화로부터, 상기 볼록부가 잔막 또는 막의 하층에 존재하는 금속 재료 중 어느 하나에 기인해서 나타나는지를 판단하여, 상기 잔막에 기인해서 나타나는 볼록부의 크기에 기초하여 상기 기판의 연마 종점을 결정하는 것을 특징으로 한다.A sixth aspect of the present invention is a method for detecting a polishing end point of a substrate polishing step of polishing a film of the substrate by rotating the top ring and the polishing table, respectively, while pressing the substrate to a polishing pad on a polishing table by a top ring. The eddy current sensor provided in the polishing table is moved to cross the surface of the substrate, the output signal of the eddy current sensor is obtained, a film thickness profile is created from the output signal of the eddy current sensor, and the convex portion appears in the film thickness profile. From the change in position, it is determined whether the convex portion is caused by any of the remaining material or the metal material present in the lower layer of the film, and the polishing end point of the substrate is determined based on the size of the convex portion which is caused by the residual film. It is done.
본 발명의 제7 형태는, 연마 패드를 지지하는 회전 가능한 연마 테이블과, 기판을 회전시키면서, 상기 회전하는 연마 테이블 상의 연마 패드에 상기 기판을 누르는 탑링과, 상기 연마 테이블 내에 설치되어, 상기 기판의 표면을 가로지르도록 이동하는 와전류 센서와, 상기 와전류 센서의 출력 신호로부터 상기 기판의 막 두께를 감시하는 모니터링 장치를 구비하고, 상기 모니터링 장치는, 상기 와전류 센서의 임피던스의 저항 성분 X 및 유도 리액턴스 성분 Y를 취득하고, 상기 저항 성분 X 및 상기 유도 리액턴스 성분 Y로 이루어지는 좌표 X, Y를 X-Y 좌표계 상에 플롯하고, 상기 X-Y 좌표계 상에는 복수의 임피던스 에리어가 미리 정의되고 있어, 상기 복수의 임피던스 에리어는, 기준 임피던스 에리어와 적어도 하나의 오프셋 임피던스 에리어를 포함하고 있고, 상기 복수의 임피던스 에리어에 각각 속하는 복수의 좌표 X, Y를 사용하여, 상기 복수의 임피던스 에리어마다 복수의 막 두께 지표값을 산출하고, 상기 복수의 막 두께 지표값을 사용해서 상기 복수의 임피던스 에리어마다 상기 기판의 연마 종점을 결정하는 것을 특징으로 하는 연마 장치다.According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a rotatable polishing table for supporting a polishing pad, a top ring that presses the substrate to a polishing pad on the rotating polishing table while rotating the substrate, and is provided in the polishing table. An eddy current sensor moving across the surface, and a monitoring device for monitoring the film thickness of the substrate from an output signal of the eddy current sensor, wherein the monitoring device includes: resistance component X and inductive reactance component of impedance of the eddy current sensor; Acquire Y, plot the coordinates X and Y of the resistance component X and the inductive reactance component Y on an XY coordinate system, and a plurality of impedance areas are predefined on the XY coordinate system, and the plurality of impedance areas are It includes a reference impedance area and at least one offset impedance area. And a plurality of film thickness index values are calculated for each of the plurality of impedance areas using a plurality of coordinates X and Y belonging to the plurality of impedance areas, respectively, and the plurality of impedance areas are used using the plurality of film thickness index values. The polishing apparatus is characterized by determining the polishing end point of the substrate for each.
본 발명의 제8 형태는, 연마 패드를 지지하는 회전 가능한 연마 테이블과, 기판을 회전시키면서, 상기 회전하는 연마 테이블 상의 연마 패드에 상기 기판을 누르는 탑링과, 상기 연마 테이블 내에 설치되어, 상기 기판의 표면을 가로지르도록 이동하는 와전류 센서와, 상기 와전류 센서의 출력 신호로부터 상기 기판의 막 두께를 감시하는 모니터링 장치를 구비하고, 상기 모니터링 장치는, 상기 와전류 센서가 상기 기판의 표면을 가로지르도록 이동하고 있을 때, 상기 와전류 센서의 출력 신호를 취득하고, 상기 출력 신호를 취득했을 때와 동일한 궤적으로 상기 와전류 센서가 상기 기판의 표면을 가로지르도록 이동하고 있을 때, 상기 와전류 센서의 출력 신호를 취득하고, 상기 와전류 센서의 출력 신호로부터 막 두께 지표값을 산출하고, 상기 막 두께 지표값의 변화로부터 상기 기판의 연마 종점을 결정하는 것을 특징으로 하는 연마 장치다.According to an eighth aspect of the present invention, there is provided a rotatable polishing table for supporting a polishing pad, a top ring for pressing the substrate on a polishing pad on the rotating polishing table while the substrate is rotated, and provided in the polishing table. And an eddy current sensor moving across the surface, and a monitoring device for monitoring the film thickness of the substrate from the output signal of the eddy current sensor, wherein the monitoring device moves so that the eddy current sensor crosses the surface of the substrate. The output signal of the eddy current sensor is acquired and the output signal of the eddy current sensor is acquired when the eddy current sensor is moved across the surface of the substrate in the same trajectory as when the output signal is acquired. The film thickness index value is calculated from the output signal of the eddy current sensor. From a change in the polishing pyogap jangchida, characterized in that to determine the polishing end point of the substrate.
상술한 본 발명의 제1 내지 3의 형태에 의하면, 반도체 웨이퍼 등의 기판 상의 도전막 연마 공정 중에 있어서의 와전류 센서의 출력 신호값에 기초하여, 와전류 센서의 교정을 소프트웨어 상에서 행할 수 있다. 따라서, 연마 장치의 가동률을 저하시키지 않고서, 정밀도가 높은 막 두께 감시를 계속적으로 행할 수 있다.According to the first to third aspects of the present invention described above, the eddy current sensor can be calibrated on software based on the output signal value of the eddy current sensor during the conductive film polishing process on the substrate such as a semiconductor wafer. Therefore, high precision film thickness monitoring can be performed continuously, without reducing the operation rate of a grinding | polishing apparatus.
상술한 본 발명의 제4 및 7의 형태에 의하면, 와전류 센서의 출력 신호가 취득될 때마다, 그 출력 신호 X, Y로 이루어지는 좌표는, 그 값을 따라서 복수의 임피던스 에리어 중 어느 하나에 할당된다. 다시 말해, 하층의 금속 재료의 영향의 정도에 기초하여, 센서 출력 신호는 복수의 임피던스 에리어 중 어느 하나에 할당된다. 이와 같이, 복수의 임피던스 에리어를 미리 설치함으로써, 센서 출력 신호(X, Y)의 편차를 분할, 즉 작게 할 수 있다. 따라서, 각 임피던스 에리어에 있어서는, 센서 출력 신호로부터 얻어지는 막 두께 지표값은, 연마 시간이 지남에 따라 서서히 작아진다. 이러한 복수의 임피던스 에리어는, 기판 표면 내의 각 영역에 대해서 설정할 수 있으므로, 기판 표면 내의 각 영역에서의 막 두께 정보를 취득할 수 있다. 따라서, 기판의 표면 내에서의 복수의 영역마다 연마 종점을 검출하는 것이 가능하게 된다.According to the fourth and seventh aspects of the present invention described above, each time the output signal of the eddy current sensor is acquired, the coordinates composed of the output signals X and Y are assigned to any one of the plurality of impedance areas along the value. . In other words, based on the degree of influence of the underlying metal material, the sensor output signal is assigned to any one of the plurality of impedance areas. In this way, by providing a plurality of impedance areas in advance, the deviation of the sensor output signals X and Y can be divided, that is, reduced. Therefore, in each impedance area, the film thickness index value obtained from a sensor output signal becomes small gradually as grinding time passes. Since a plurality of such impedance areas can be set for each region in the substrate surface, film thickness information in each region in the substrate surface can be obtained. Therefore, the polishing end point can be detected for each of a plurality of regions within the surface of the substrate.
상술한 본 발명의 제5 및 8의 형태에 의하면, 와전류 센서가 동일한 궤적으로 기판의 표면을 주사할 때의 막 두께 지표값이 취득된다. 따라서, 하층에서의 금속 재료의 존재에 관계없이, 기판의 표면상의 각 측정점에서의 막 두께 지표값은 연마 시간이 지남에 따라 감소한다. 즉, 기판 표면 내의 각 영역에서의 막 두께 정보를 취득할 수 있다. 따라서, 기판의 표면 내에서의 복수의 영역마다 연마 종점을 검출하는 것이 가능하게 된다.According to the fifth and eighth aspects of the present invention described above, the film thickness index values when the eddy current sensor scans the surface of the substrate with the same trajectory are acquired. Thus, regardless of the presence of the metallic material in the underlying layer, the film thickness index value at each measurement point on the surface of the substrate decreases over time of polishing. That is, film thickness information in each area | region in the substrate surface can be acquired. Therefore, the polishing end point can be detected for each of a plurality of regions within the surface of the substrate.
상술한 본 발명의 제6 형태에 의하면, 잔막에 기인하는 볼록부에 기초하여 기판의 연마를 감시할 수 있다. 따라서, 하층의 금속 재료의 영향을 배제하고, 정확한 연마 종점을 검출하는 것이 가능하게 된다.According to the 6th aspect of this invention mentioned above, polishing of a board | substrate can be monitored based on the convex part resulting from a residual film. Therefore, it is possible to eliminate the influence of the underlying metal material and to detect the exact polishing end point.
도 1은, 연마 장치의 전체 구성을 도시하는 모식도다.
도 2는, 연마 테이블과 와전류 센서와 웨이퍼의 관계를 도시하는 평면도다.
도 3은, 와전류 센서의 원리를 설명하기 위한 등가 회로를 도시하는 도면이다.
도 4는, 연마 시간이 지남에 따라 변화하는 X, Y를, XY 좌표계 상에 플롯함으로써 그려지는 그래프를 도시하는 도면이다.
도 5는, 도 4의 그래프 도형을 반시계 방향으로 90도 회전시키고, 또한 평행 이동시킨 그래프를 도시하는 도면이다.
도 6은, 와전류 센서를 도시하는 모식도다.
도 7은, 도 6에 도시하는 와전류 센서에 있어서의 센서 코일의 구성예를 도시한다.
도 8은, 와전류 센서의 상세한 구성을 도시하는 모식도다.
도 9a는, 와전류 센서의 제어부를 포함하는 연마 장치의 전체 구성을 도시하는 도면이다.
도 9b는, 와전류 센서 부분의 확대 단면도다.
도 10a는, 와전류 센서가 웨이퍼의 표면(피연마면)을 주사(스캔)할 때의 궤적과 와전류 센서의 출력의 관계를 도시하는 도면이다.
도 10b는, 연마 테이블의 회전과 와전류 센서의 출력의 관계를 도시하는 도면이다.
도 11은, 와전류 센서의 출력 신호의 값이 드리프트(평행 이동)했을 경우를 도시하는 도면이다.
도 12는, 와전류 센서의 출력 신호를 교정하면서 웨이퍼 상의 도전막의 막 두께 변화를 감시하는 처리 플로우의 일 형태를 도시하는 도면이다.
도 13는, 드리프트량(보정량)을 산출하는 스텝을 설명하기 위한 도면이다.
도 14는, 드리프트량(보정량)에 상당하는 만큼만 XY 좌표계의 원점 O를 평행 이동하는 스텝을 설명하기 위한 도면이다.
도 15는, 와전류 센서(50)의 출력 신호를 교정하면서 웨이퍼 상의 도전막의 막 두께 변화를 감시하는 처리 플로우의 다른 형태를 도시하는 도면이다.
도 16은, 와전류 센서의 출력 신호의 값이 드리프트(평행 이동)했을 경우를 도시하는 도면이다.
도 17은, 기준점을 보정량 만큼 시프트하는 스텝을 설명하기 위한 도면이다.
도 18은, 와전류 센서가 웨이퍼를 주사하는 궤적을 도시한 도면이다.
도 19는, 와전류 센서의 출력 신호로부터 얻어지는 막 두께 지표값이 하층의 배선의 영향을 받아서 변화하는 모습을 도시하는 도면이다.
도 20a는, 하층의 배선 구조의 영향이 없을 경우의 임피던스 곡선을 도시하는 도면이다.
도 20b는, 도 20a에 도시하는 임피던스 곡선으로부터 얻어지는 막 두께 지표값을 도시하는 도면이다.
도 21a는, 하층의 배선 구조의 영향이 있을 경우의 임피던스 곡선을 도시하는 도면이다.
도 21b는, 도 21a에 도시하는 임피던스 곡선으로부터 얻어지는 막 두께 지표값을 도시하는 도면이다.
도 22는, 도 21b에 도시하는 폭이 넓은 임피던스 곡선을 4개의 임피던스 에리어로 분할한 예를 도시하는 도면이다.
도 23은, 도 22에 도시하는 각 임피던스 에리어에 속하는 좌표 X, Y로부터 결정되는 막 두께 지표값의 변화를 도시하는 도면이다.
도 24는, 제1 내지 제3 오프셋 임피던스 에리어가, 기준 임피던스 에리어 상에 중첩된 상태를 도시하는 도면이다.
도 25는, 도 24에 도시하는 중첩된 4개의 임피던스 에리어 각각에 속하는 좌표 X, Y로부터 결정되는 막 두께 지표값의 변화를 도시하는 도면이다.
도 26은, 웨이퍼의 표면 내에 정의된 5개의 영역을 도시하는 도면이다.
도 27은, 막 두께 지표값으로서, 와전류 센서의 출력 신호 X, Y로부터 각도 θ를 산출하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 28은, 하층의 배선 구조의 존재에 기인해서 각도 θ가 변화하는 예를 도시하는 도면이다.
도 29는, 오프셋 임피던스 에리어에 대해서 산출된 각도에게 계수를 곱하는 예를 설명하는 도면이다.
도 30은, 탑링의 회전 속도가 77min-1, 연마 테이블의 회전 속도가 70min-1일 때, 와전류 센서가 그리는 웨이퍼 상의 궤적을 도시하는 도면이다.
도 31은, 와전류 센서의 동일 궤적 상의 막 두께 프로파일의 변화를 도시하는 도면이다.
도 32는, 웨이퍼 상에 존재하는 잔막과, 이 웨이퍼의 막 두께 프로파일을 도시하는 도면이다.
도 33은, 하층의 배선 구조와 잔막, 양쪽을 갖는 웨이퍼의 막 두께 프로파일을 도시하는 도면이다.
도 34는, 테이블 회전 검출기 및 탑링 회전 검출기를 도시하는 모식도다.
도 35는, 트리거 신호를 받아서 시간 계측기가 연마 테이블 및 탑링의 회전 시간을 계측하는 모습을 도시하는 타임챠트다.
도 36은, 연마 종점을 검출하는 공정을 나타내는 흐름도다.
도 37은, 도 36의 스텝 2 내지 스텝 5의 구체예를 설명하기 위한 도면이다.
도 38은, 도 1에 도시하는 탑링의 일례를 도시하는 단면도다.
도 39는, 반도체 웨이퍼(기판)의 연마를 개시하고나서 웨이퍼 상의 도전막이 클리어되기(없어지기)까지의 연마 시간(t)과 와전류 센서의 신호값과의 관계를 도시하는 도면이다.1: is a schematic diagram which shows the whole structure of a grinding | polishing apparatus.
2 is a plan view illustrating a relationship between a polishing table, an eddy current sensor, and a wafer.
3 is a diagram showing an equivalent circuit for explaining the principle of the eddy current sensor.
FIG. 4 is a diagram showing a graph drawn by plotting on the XY coordinate system X and Y which change over time of polishing.
FIG. 5 is a diagram showing a graph in which the graph figure in FIG. 4 is rotated 90 degrees counterclockwise and in parallel.
6 is a schematic diagram illustrating an eddy current sensor.
FIG. 7 shows a configuration example of a sensor coil in the eddy current sensor shown in FIG. 6.
8 is a schematic diagram showing a detailed configuration of an eddy current sensor.
It is a figure which shows the whole structure of the grinding | polishing apparatus containing the control part of an eddy current sensor.
9B is an enlarged cross-sectional view of the eddy current sensor portion.
FIG. 10A is a diagram showing the relationship between the trajectory and the output of the eddy current sensor when the eddy current sensor scans (scans) the surface (grinded surface) of the wafer.
10B is a diagram illustrating a relationship between the rotation of the polishing table and the output of the eddy current sensor.
11 is a diagram illustrating a case where the value of the output signal of the eddy current sensor drifts (parallel movement).
FIG. 12 is a diagram illustrating one embodiment of a processing flow for monitoring a film thickness change of a conductive film on a wafer while calibrating an output signal of an eddy current sensor.
13 is a diagram for explaining a step of calculating the drift amount (correction amount).
14 is a view for explaining a step of parallel moving the origin O of the XY coordinate system only by the amount corresponding to the drift amount (correction amount).
FIG. 15 is a diagram showing another embodiment of the processing flow for monitoring the film thickness change of the conductive film on the wafer while correcting the output signal of the
It is a figure which shows the case where the value of the output signal of an eddy current sensor drifts (parallel movement).
17 is a diagram for explaining a step of shifting the reference point by the correction amount.
18 is a diagram showing a trajectory of scanning of a wafer by an eddy current sensor.
19 is a diagram showing how the film thickness index value obtained from the output signal of the eddy current sensor changes under the influence of the wiring in the lower layer.
20A is a diagram showing an impedance curve when there is no influence of the wiring structure of the lower layer.
It is a figure which shows the film thickness index value obtained from the impedance curve shown in FIG. 20A.
21A is a diagram showing an impedance curve when there is an influence of the wiring structure of the lower layer.
FIG. 21B is a diagram showing a film thickness index value obtained from the impedance curve shown in FIG. 21A.
FIG. 22 is a diagram illustrating an example in which the wide impedance curve shown in FIG. 21B is divided into four impedance areas.
FIG. 23 is a diagram illustrating a change in film thickness index values determined from coordinates X and Y belonging to each impedance area shown in FIG. 22.
24 is a diagram illustrating a state in which the first to third offset impedance areas are superimposed on the reference impedance area.
FIG. 25 is a diagram showing a change in film thickness index values determined from coordinates X and Y belonging to each of the four superimposed impedance areas shown in FIG. 24.
FIG. 26 is a diagram showing five regions defined within the surface of the wafer.
FIG. 27 is a diagram for explaining a method of calculating the angle θ from the output signals X and Y of the eddy current sensor as the film thickness index values.
FIG. 28 is a diagram illustrating an example in which the angle θ changes due to the existence of the lower wiring structure.
It is a figure explaining the example which multiplies the coefficient computed with respect to the offset impedance area.
It is a figure which shows the trace on the wafer which the eddy current sensor draws when the rotation speed of a top ring is 77min- 1 , and the rotation speed of a polishing table is 70min- 1 .
FIG. 31 is a diagram showing the change of the film thickness profile on the same trajectory of the eddy current sensor. FIG.
FIG. 32 is a view showing a residual film present on a wafer and a film thickness profile of the wafer. FIG.
33 is a diagram showing a film thickness profile of a wafer having both a lower wiring structure and a residual film.
34 is a schematic diagram showing a table rotation detector and a top ring rotation detector.
Fig. 35 is a time chart showing how the time measuring instrument measures the rotation time of the polishing table and the top ring in response to the trigger signal.
36 is a flowchart illustrating a process of detecting the polishing end point.
FIG. 37 is a diagram for explaining a specific example of
FIG. 38 is a cross-sectional view showing an example of the top ring shown in FIG. 1.
FIG. 39 shows the relationship between the polishing time t from the start of polishing the semiconductor wafer (substrate) until the conductive film on the wafer is cleared (disappeared) and the signal value of the eddy current sensor.
이하, 본 발명의 실시 형태에 대해서 도 1 내지 도 38을 참조하여 상세하게 설명한다. 또한, 도 1 내지 도 38에 있어서, 동일 또는 상당하는 구성 요소에는, 동일한 부호를 부여해서 중복된 설명을 생략한다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, embodiment of this invention is described in detail with reference to FIGS. In addition, in FIGS. 1-38, the same code | symbol is attached | subjected to the same or corresponding component, and the overlapping description is abbreviate | omitted.
도 1은, 본 발명에 따른 연마 장치의 전체 구성을 도시하는 모식도다. 도 1에 도시한 바와 같이, 연마 장치는, 연마 테이블(1)과, 연마 대상의 기판인 웨이퍼(W)를 보유 지지해서 연마 테이블 상의 연마 패드에 가압하는 탑링(10)을 구비하고 있다. 연마 테이블(1)은, 테이블 축(1a)을 개재해서 그 하방에 배치되는 연마 테이블 회전 모터(도시하지 않음)에 연결되어 있고, 테이블 축(1a)의 주위로 회전 가능하게 되어 있다. 연마 테이블(1)의 상면에는 연마 패드(2)가 부착되어 있고, 연마 패드(2)의 표면이 웨이퍼(W)를 연마하는 연마면(2a)을 구성하고 있다. 연마 테이블(1)의 상방에는 연마액 공급 노즐(3)이 설치되어 있고, 이 연마액 공급 노즐(3)에 의해 연마 테이블(1) 상의 연마 패드(2)에 연마액(슬러리)이 공급되도록 되어 있다. 도 1에 도시한 바와 같이, 연마 테이블(1)의 내부에는, 와전류 센서(50)가 매설되어 있다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a schematic diagram which shows the whole structure of the grinding | polishing apparatus which concerns on this invention. As shown in FIG. 1, the polishing apparatus includes a polishing table 1 and a
탑링(10)은, 탑링 샤프트(11)에 접속되어 있고, 탑링 샤프트(11)는, 탑링 헤드(12)에 대하여 상하 이동하게 되어 있다. 탑링 샤프트(11)의 상하 이동에 의해, 탑링 헤드(12)에 대하여 탑링(10)의 전체를 상하 이동시켜 위치 결정하게 되어 있다. 탑링 샤프트(11)는, 탑링 회전 모터(도시하지 않음)의 구동에 의해 회전하게 되어 있다. 탑링 샤프트(11)의 회전에 의해, 탑링(10)이 탑링 샤프트(11)의 주위로 회전하게 되어 있다.The
탑링(10)은, 그 하면에 반도체 웨이퍼 등의 웨이퍼(W)를 보유 지지할 수 있게 되어 있다. 탑링 헤드(12)는 탑링 헤드 샤프트(13)를 중심으로 해서 선회 가능하게 구성되어 있고, 하면에 웨이퍼(W)를 보유 지지한 탑링(10)은, 탑링 헤드(12)의 선회에 의해 웨이퍼(W)의 수취 위치로부터 연마 테이블(1)의 상방으로 이동 가능하게 되어 있다. 탑링(10)은, 하면에 웨이퍼(W)를 보유 지지해서 웨이퍼(W)를 연마 패드(2)의 표면(연마면)에 가압한다. 이때, 연마 테이블(1) 및 탑링(10)을 각각 회전시켜, 연마 테이블(1)의 상방에 설치된 연마액 공급 노즐(3)로부터 연마 패드(2) 상에 연마액을 공급한다. 연마액에는 지립으로서 세리아(CeO2)나 실리카(SiO2)를 포함한 연마액이 사용된다. 이와 같이, 연마액을 연마 패드(2) 상에 공급하면서, 웨이퍼(W)를 연마 패드(2)에 가압해서 웨이퍼(W)와 연마 패드(2)를 상대 이동시켜서 웨이퍼 상의 금속막 등의 도전막을 연마한다. 금속막의 구체예로서는 Cu막, W막, Ta막, Ti막 등을 들 수 있다.The
도 1에 도시한 바와 같이, 연마 장치는, 연마 패드(2)를 드레싱하는 드레싱 장치(20)를 구비하고 있다. 드레싱 장치(20)는, 드레서 아암(21)과, 드레서 아암(21)의 선단에 회전 가능하게 설치된 드레서(22)와, 드레서 아암(21)의 타단부에 연결되는 요동 축(23)과, 요동 축(23)을 중심으로 드레서 아암(21)을 요동(스윙)시키는 구동 기구로서의 모터(도시하지 않음)를 구비하고 있다. 드레서(22)의 하부는 드레싱 부재(22a)에 의해 구성되고, 드레싱 부재(22a)는 원형의 드레싱면을 갖고 있으며, 드레싱면에는 경질한 입자가 전착 등에 의해 고정되어 있다. 이 경질의 입자로서는, 다이아몬드 입자나 세라믹 입자 등을 들 수 있다. 드레서 아암(21) 내에는, 도시하지 않은 모터가 내장되어 있고, 이 모터에 의해 드레서(22)가 회전하게 되어 있다. 요동 축(23)은 도시하지 않은 승강 기구에 연결되어 있고, 이 승강 기구에 의해 드레서 아암(21)이 하강함으로써 드레싱 부재(22a)가 연마 패드(2)의 연마면(2a)을 가압해서 드레싱하게 되어 있다. 드레싱 장치(20)는, 웨이퍼의 연마가 행해지지 않고 있을 때 연마 패드(2)를 드레싱할 수 있고, 또한 웨이퍼의 연마중에도 연마 패드(2)를 드레싱할 수 있게 되어 있다.As shown in FIG. 1, the polishing apparatus includes a
도 2는, 연마 테이블(1)과 와전류 센서(50)와 웨이퍼(W)와의 관계를 도시하는 평면도다. 도 2에 도시한 바와 같이, 와전류 센서(50)는, 탑링(1)에 보유 지지된 연마중인 웨이퍼(W)의 중심(Cw)을 통과하는 위치에 설치되어 있다. 부호 CT는 연마 테이블(1)의 회전 중심이다. 예를 들어, 와전류 센서(50)는, 웨이퍼(W)의 하방을 통과하고 있는 사이, 통과 궤적(주사선) 상에서 연속적으로 웨이퍼(W)의 도전막의 두께를 검출할 수 있게 되어 있다.2 is a plan view showing a relationship between the polishing table 1, the
이어서, 본 발명에 따른 연마 장치가 구비하는 와전류 센서(50)에 대해서 보다 상세하게 설명한다. 와전류 센서에는, 도전막에 와전류가 발생함으로써, 발진 주파수가 변화하고, 이 주파수 변화로부터 도전막을 검출하는 주파수 타입과, 임피던스가 변화하고, 이 임피던스 변화로부터 도전막을 검출하는 임피던스 타입이 있다. 주파수 또는 임피던스로부터, 도전막의 측정 정보가 얻어진다. 와전류 센서(50)는, 도 1에 도시한 바와 같이 연마 테이블(1)의 내부의 표면 부근의 위치에 내장할 수 있고, 연마 대상의 웨이퍼에 대하여 연마 패드를 개재하여 대면하도록 위치하고, 웨이퍼 상의 도전막에 흐르는 와전류로부터 도전막의 변화를 검출할 수 있다.Next, the
임피던스 타입의 와전류 센서에서는, 신호 출력 X, Y, 위상, 합성 임피던스 Z가 후술하는 바와 같이 취출된다. 이하에, 임피던스 타입의 와전류 센서에 대해서 구체적으로 설명한다. 와전류 센서(50)는, 코일에 고주파의 교류 전류를 흐르게 해서 도전막에 와전류를 유기시키고, 이 와전류의 자계에 기인하는 임피던스의 변화로부터 도전막의 두께를 검출한다. 도 3은, 와전류 센서의 원리를 설명하기 위한 회로를 도시하는 도면이다. 교류 전원(전압 E[V])으로부터 고주파의 교류 전류(I1)를 코일(Q)에 흐르게 하면, 코일(Q)에 유기된 자력선이 도전막 내를 통과한다. 이에 의해, 센서측 회로와 도전막측 회로의 사이에 상호 인덕턴스가 발생하고, 도전막에는 와전류(I2)가 흐른다. 이 와전류(I2)는 자력선을 발생하고, 이것이 센서측 회로의 임피던스를 변화시킨다. 와전류 센서는, 이 센서측 회로의 임피던스의 변화로부터 도전막의 막 두께를 검출한다.In the eddy current sensor of the impedance type, the signal outputs X, Y, phase, and synthesized impedance Z are taken out as described later. The eddy current sensor of the impedance type will be described below in detail. The
도 3에 도시하는 센서측 회로와 도전막측 회로에는, 각각 다음 식이 성립된다.The following equation is established in the sensor side circuit and the conductive film side circuit shown in FIG. 3, respectively.
여기서, M은 상호 인덕턴스이며, R1은 코일(1)을 포함하는 센서측 회로의 등가 저항이며, L1은 코일(1)을 포함하는 센서측 회로의 자기 인덕턴스다. R2는 와전류 손에 상당하는 등가 저항이며, L2는 와전류가 흐르는 도전막의 자기 인덕턴스다.Here, M is mutual inductance, R 1 is the equivalent resistance of the sensor side circuit including the coil 1 , and L 1 is the magnetic inductance of the sensor side circuit including the
여기서, In=Anejωt(정현파)로 두면, 상기 수학식 1, 수학식 2는 다음과 같이 나타내진다.Here, If it is left I n = A n e jωt (sine wave), the equation (1), equation (2) is represented as follows:
이들 수학식 3, 수학식 4로부터, 다음 식이 유도된다.From these equations (3) and (4), the following equations are derived.
따라서, 센서측 회로의 임피던스 φ는, 다음 식으로 나타내진다.Therefore, impedance phi of a sensor side circuit is represented by following Formula.
여기서, φ의 실부(저항 성분), 허부(유도 리액턴스 성분)를 각각 X, Y로 두면, 상기 수학식 6은, 다음과 같아진다.Here, if the real part (resistance component) and imaginary part (inductive reactance component) of (phi) are set to X and Y, respectively, the said Formula (6) becomes as follows.
도 4는, 연마 시간이 지남에 따라 변화하는 X, Y를, XY 좌표계 상에 플롯함으로써 그려지는 그래프를 나타내는 도면이다. 도 4의 좌표계는 Y축을 세로축으로 하고, X축을 가로축으로 한 좌표계다. 점(T∞)의 좌표는, 막 두께가 무한대일 때, 즉, R2가 0일 때의 X, Y의 값이며, 점(T0)의 좌표는, 기판의 도전율을 무시할 수 있는 것이라고 하면, 막 두께가 0일 때, 즉, R2가 무한대할 때의 X, Y의 값이다. X, Y의 값으로부터 위치 결정되는 점(Tn)은, 막 두께가 감소함에 따라, 원호 형상의 궤적을 그리면서 점(T0)을 향해서 진행한다. 도 4에 도시하는 기호 k는 결합 계수이며, 다음 관계식이 성립한다.FIG. 4 is a diagram showing a graph drawn by plotting X and Y changing over time on a XY coordinate system. FIG. 4 is a coordinate system in which the Y axis is the vertical axis and the X axis is the horizontal axis. The coordinates of the point T∞ are the values of X and Y when the film thickness is infinity, that is, when R 2 is 0, and the coordinates of the point T0 assume that the conductivity of the substrate can be ignored. It is the values of X and Y when the film thickness is 0, that is, when R 2 is infinite. The point Tn, which is positioned from the values of X and Y, advances toward the point T0 while drawing an arc-shaped trajectory as the film thickness decreases. The symbol k shown in FIG. 4 is a coupling coefficient, and the following relation holds.
도 5는, 도 4의 그래프 도형을 반시계 방향으로 90도 회전시키고, 또한 평행 이동시킨 그래프를 도시하는 도면이다. 즉, 좌표 X, Y에서 나타내지는 점을, XY 좌표계의 원점 O를 중심으로 해서 반시계 방향으로 회전시키고, 또한 회전시킨 좌표를 이동시켜, 원점 O와 좌표 X, Y의 거리가 막 두께의 감소에 따라 짧아지는 것과 같은 그래프를 생성한다. 이하, 좌표 X, Y가 그리는 원호를, 임피던스 곡선이라고 한다.FIG. 5 is a diagram showing a graph in which the graph figure in FIG. 4 is rotated 90 degrees counterclockwise and in parallel. That is, the point represented by the coordinates X and Y is rotated counterclockwise around the origin O of the XY coordinate system, and the rotated coordinates are moved so that the distance between the origin O and the coordinates X and Y decreases the film thickness. Produces a graph that is shortened by Hereinafter, the circular arc which coordinates X and Y draw is called an impedance curve.
도 5에는, 도 4의 그래프를 반시계 방향으로 90° 회전시키는 경우를 나타냈지만, 회전의 각도는 물론 90°로 제한하지 않는다. 예를 들어, 모니터링하고자 하는 막 두께의 상한에 대한 Y 좌표가 막 두께 0의 점의 Y 좌표와 동등해지도록, 회전 각도를 조절하는 것이 행해진다. 도 5에 도시한 바와 같이, 막 두께가 감소함에 따라, X, Y의 값으로부터 위치 결정되는 점(Tn)은 원호 형상의 궤적을 그리면서 점(T0)을 향해서 진행한다. 이때, XY 좌표계의 원점(O)으로부터 점(Tn)까지의 거리로서 나타내지는 임피던스 Z(=(X2+Y2)1/2)는, 점(T∞)의 근방을 제외하고, 막 두께가 감소함에 따라 작아진다. 따라서, 와전류 센서(50)의 출력 신호를 모니터링 장치(55)에 보냄으로써, 모니터링 장치(55)는 도전막의 두께에 따라서 변화하는 모니터링 신호로서의 임피던스 Z를 산출한다. 그리고, 모니터링 장치(55)에 의해, 미리, 경험이나 시험에 의해 임피던스 Z와 막 두께와의 관계를 파악해 두면, 임피던스 Z를 감시함으로써, 연마중인 막 두께 변화를 알 수 있다.Although FIG. 5 shows the case where the graph of FIG. 4 is rotated 90 degrees counterclockwise, the angle of rotation is of course not limited to 90 degrees. For example, the rotation angle is adjusted so that the Y coordinate for the upper limit of the film thickness to be monitored is equal to the Y coordinate of the point of
이어서, 와전류 센서(50)에 대해서 보다 상세하게 설명한다. 도 6은, 와전류 센서를 도시하는 모식도다. 이 와전류 센서(50)는, 센서 코일(102)과, 이 센서 코일(102)에 접속되는 교류 전원(103)과, 센서 코일(102)을 포함하는 전기 회로(도 3의 센서측 회로)의 저항 성분 X, 유도 리액턴스 성분 Y를 검출하는 동기검파부(105)를 갖고 있다. 막 두께 검출 대상의 도전막(mf)은, 예를 들어 웨이퍼(W) 상에 형성된 구리, 알루미늄, 금, 텅스텐, 탄탈, 티타늄 등의 도전 재료로 이루어지는 박막이다. 센서 코일(102)과 도전막(mf)과의 거리(G)는, 예를 들어 0.5㎜ 내지 5.0㎜로 설정된다.Next, the
도 7은, 도 6에 도시하는 와전류 센서에 있어서의 센서 코일의 구성예를 도시한다. 센서 코일(102)은, 보빈(111)에 권회된 3층의 코일(112, 113, 114)에 의해 구성되어 있다. 중앙의 코일(112)은, 교류 전원(103)에 접속되는 여자 코일이다. 이 여자 코일(112)은, 교류 전원(103)으로부터 공급되는 교류 전류에 의해 자계를 형성하고, 웨이퍼 상의 도전막에 와전류를 발생시킨다. 여자 코일(112)의 상측(도전막측)에는, 검출 코일(113)이 배치되고, 도전막을 흐르는 와전류에 의해 발생하는 자속을 검출한다. 검출 코일(113)과 반대측에는 밸런스 코일(114)이 배치되어 있다.FIG. 7 shows a configuration example of a sensor coil in the eddy current sensor shown in FIG. 6. The
코일(113, 114)은, 동일한 턴 수(1 내지 (500))의 코일에 의해 형성되는 것이 바람직한데, 코일(112)의 턴 수는 특별히 한정되지 않는다. 검출 코일(113)과 밸런스 코일(114)은 서로 역상으로 접속되어 있다. 도전막이 검출 코일(113)의 근방에 존재하면, 도전막 중에 형성되는 와전류에 의해 발생하는 자속이 검출 코일(113)과 밸런스 코일(114)로 쇄교한다. 이때, 검출 코일(113) 쪽이 도전막에 가까운 위치에 배치되어 있으므로, 양쪽 코일(113, 114)에 발생하는 유기 전압의 균형이 깨지고, 이에 의해 도전막의 와전류에 의해 형성되는 쇄교 자속을 검출할 수 있다.The
도 8은, 와전류 센서의 상세한 구성을 도시하는 모식도다. 교류 전원(103)은, 수정 발진기로 이루어지는 고정 주파수의 발진기를 갖고 있어, 예를 들어 1 내지 50㎒의 고정 주파수의 교류 전류를 센서 코일(102)에 공급한다. 교류 전원(교류 신호원)(103)으로 형성된 교류 전류는, 대역 통과 필터(120)를 개재해서 센서 코일(102)에 공급된다. 센서 코일(102)의 단자로부터 출력된 신호는, 브리지 회로(121) 및 고주파 증폭기(123)를 거쳐, cos 동기검파 회로(125) 및 sin 동기검파 회로(126)로 이루어지는 동기검파부(105)에 보내진다. 여기서, 교류 전원(103)으로 형성되는 발진 신호로부터는, 위상 시프트 회로(124)에 의해 교류 전원(103)의 동상 성분(0°)과 직교 성분(90°)의 2개의 신호가 형성되고, 각각 cos동기검파 회로(125)와 sin 동기검파 회로(126)에 도입된다. 그리고, 동기검파부(105)에 의해 임피던스의 저항 성분과 유도 리액턴스 성분이 취출된다.8 is a schematic diagram showing a detailed configuration of an eddy current sensor. The
동기검파부(105)로부터 출력된 저항 성분과 유도 리액턴스 성분으로부터는, 저역 통과 필터(127, 128)에 의해 불필요한 고주파 성분(예를 들어 5K㎐ 이상의 고주파 성분)이 제거되어, 임피던스의 저항 성분으로서의 신호 X와 유도 리액턴스 성분으로서의 신호 Y가 각각 출력된다. 모니터링 장치(55)는, 와전류 센서(50)의 출력 신호 X, Y를, 도 5에서 설명한 처리(회전 처리, 평행 이동 처리 등)와 동일한 방법으로 처리하고, 막 두께 지표값으로서의 임피던스 Z(도 5를 참조)를 산출한다. 그리고, 이 임피던스 Z의 변화에 기초하여 막 두께의 변화를 감시한다. 또한, 와전류 센서(50)의 출력 신호 X, Y에 대한 회전 처리나 평행 처리 등의 소정의 처리는, 와전류 센서(50)로 전기적으로 행해도 좋고 또는 모니터링 장치(55)로 계산에 의해 행해도 좋다.From the resistance component and the inductive reactance component output from the
도 9a 및 도 9b는, 와전류 센서(50)를 구비한 연마 장치의 주요부 구성을 도시하는 도면이다. 보다 구체적으로는, 도 9a는 와전류 센서(50)의 제어부를 포함하는 전체 구성을 도시하는 도면이며, 도 9b는 와전류 센서 부분의 확대 단면도다. 도 9a에 도시한 바와 같이, 연마 장치의 연마 테이블(1)은 화살표로 나타내는 바와 같이 그 축심 둘레에 회전 가능하게 되어 있다. 연마 테이블(1) 내에는, 와전류 센서(50)에 있어서의 센서 코일(102)이 매립되어 있다. 센서 코일(102)은, 교류 전원 및 동기검파 회로를 포함하는 프리앰프 일체형의 센서 코일로 구성되어 있다. 센서 코일(102)의 접속 케이블은, 연마 테이블(1)의 테이블 축(1a) 내를 통하고, 테이블 축(1a)의 축단에 설치된 로터리 조인트(150)를 경유하여, 모니터링 장치(55)에 접속되어 있다. 모니터링 장치(55)는 제어 장치(컨트롤러)(56)에 접속되어 있다.9A and 9B are views showing the main part configuration of the polishing apparatus provided with the
도 9b에 도시한 바와 같이, 연마 테이블(1)에 매립된 와전류 센서(50)의 연마 패드측의 단부면에는 4불화에틸렌 수지 등의 불소계 수지의 코팅재(152)를 가짐으로써 연마 패드를 벗길 경우에, 연마 패드와 와전류 센서가 함께 벗겨지지 않도록 할 수 있다. 또한 와전류 센서의 연마 패드측의 단부면은 연마 패드(2) 근방의 SiC 등의 재료로 구성된 연마 테이블(1)의 면(연마 패드측의 면)으로부터는 0 내지0.05㎜ 오목해진 위치에 설치되어, 연마 시에 웨이퍼에 접촉하는 것을 방지하고 있다. 이 연마 테이블면과 와전류 센서면의 위치의 차는 가능한 작은 편이 좋지만 실제의 장치에서는 0.02㎜ 전후로 설정하는 경우가 많다. 또한 이 위치 조정에는 심(박판)(151)에 의한 조정이나 나사에 의한 조정 수단이 취해진다.As shown in FIG. 9B, when the polishing pad is peeled off by having a
이어서, 상술한 바와 같이 구성된 와전류 센서를 구비한 연마 장치에 있어서, 연마중의 웨이퍼 상의 도전막의 막 두께를 감시하는 방법에 대해서 설명한다. 도 10a는, 와전류 센서(50)가 웨이퍼(W)의 표면(피연마면)을 주사(스캔)할 때의 궤적과 와전류 센서(50)의 출력과의 관계를 도시한다. 도 10a에 도시한 바와 같이, 와전류 센서(50)는, 연마 테이블(1)의 회전에 수반하여 웨이퍼(W)의 하방을 통과하고 있는 사이, 웨이퍼(W)의 도전막(mf)에 반응해서 소정의 신호값을 출력하게 되어 있다.Next, the method of monitoring the film thickness of the electrically conductive film on the wafer in grinding | polishing in the grinding | polishing apparatus provided with the eddy current sensor comprised as mentioned above is demonstrated. FIG. 10A shows the relationship between the trajectory when the
도 10b는, 연마 테이블(1)의 회전과 와전류 센서(50)의 출력의 관계를 도시하는 도면이다. 도 10b에 있어서, 가로축은 연마 시간(t)이며, 세로축은 와전류 센서(50)의 출력값이다. 도 10b에 도시한 바와 같이, 와전류 센서(50)가 웨이퍼 내의 영역(A)에 있을 때에는, 웨이퍼 상의 도전막(mf)에 반응한 대략 사각형 펄스 형상의 출력이 되고, 와전류 센서(50)가 웨이퍼 외의 영역(B)에 있을 때에는, 일정 레벨의 저출력이 된다.10B is a diagram illustrating a relationship between the rotation of the polishing table 1 and the output of the
도 11은, 와전류 센서의 출력 신호의 값이 드리프트(평행 이동)했을 경우를 도시하는 도면이다. 와전류 센서의 주위 온도, 연마 패드에의 물얼룩 등의 사용 환경의 변화나, 와전류 센서 그 자체의 경시 변화 등에 의해, 와전류 센서(50)의 출력 신호의 값이 드리프트(평행 이동)하는 경우가 있다. 즉, 도 11에 도시한 바와 같이, 와전류 센서(50)의 출력 신호의 값은, 실선으로 나타내는 원호 형상의 곡선으로부터 점선으로 나타내는 원호 형상의 곡선과 같이 드리프트하는 경우가 있다. 이렇게 와전류 센서의 출력 신호의 값이 드리프트 하면, XY 좌표계의 원점 O로부터의 거리로서 나타내지는 임피던스 Z(이하, 거리 Z라고 함)가 변화하게 된다. 그 결과, 와전류 센서의 출력 신호의 값과 막 두께와의 대응 관계가 어긋나버린다.11 is a diagram illustrating a case where the value of the output signal of the eddy current sensor drifts (parallel movement). The value of the output signal of the
따라서, 본 실시 형태에 있어서는, 모니터링 장치(55)에 의해 와전류 센서(50)의 출력 신호를 교정하고, 정확한 막 두께 변화를 감시한다.Therefore, in this embodiment, the output device of the
이어서, 와전류 센서(50)의 출력 신호를 연마중에 교정하면서 웨이퍼 상의 도전막의 막 두께 변화를 감시하는 방법에 대해서 설명한다.Next, a method of monitoring the film thickness change of the conductive film on the wafer while correcting the output signal of the
도 12는, 와전류 센서(50)의 출력 신호를 교정하면서 웨이퍼 상의 도전막의 막 두께 변화를 감시하는 처리 플로우의 일 형태를 도시하는 도면이다. 도 12에 도시한 바와 같이, 스텝 1에 있어서, 웨이퍼(W)를 탑링(10)에 의해 보유 지지하고, 연마 테이블(1) 및 탑링(10)을 각각 회전시켜, 웨이퍼(W)를 연마 패드(2)에 가압해서 웨이퍼 상의 도전막을 연마하는 연마 공정을 개시한다. 이때, 와전류 센서(50)는, 도 10a 및 도 10b에 도시한 바와 같이, 연마 테이블(1)의 회전에 수반하여 웨이퍼 내의 영역(A)과 웨이퍼 외의 영역(B)을 통과하는데, 스텝 2에 있어서, 모니터링 장치(55)는, 와전류 센서(50)가 웨이퍼 외의 영역(B)에 있을 때의 데이터를 취득한다. 이 경우, 연마 개시 후, 연마 테이블(1)이 1회전 이상 회전한 후에 있어서의 웨이퍼 외의 영역(B)의 데이터를 취득하고, 그 후, 연마 테이블(1)이 N 회전할 때(N은 정수)까지 데이터를 계속해서 취득한다. 그리고, 스텝 3에 있어서, N 회전수까지의 와전류 센서(50)의 웨이퍼 외의 영역(B)의 출력값의 평균값에 기초하여, 드리프트량(보정량)을 산출한다.FIG. 12 is a diagram showing one embodiment of a processing flow for monitoring a film thickness change of a conductive film on a wafer while calibrating an output signal of the
또한, 웨이퍼 외의 영역이란, 탑링 영역 이외, 드레서 영역 이외, 애토마이저 등의 영역 이외이며, 연마 테이블(연마 패드) 상에 아무것도 존재하지 않고 있는 영역이다.In addition, the area | region other than a wafer is other than the top ring area | region, other than the dresser area | region, and other areas, such as an atomizer, and is the area | region where nothing exists on a polishing table (polishing pad).
도 13은, 드리프트량(보정량)을 산출하는 스텝을 설명하기 위한 도면이다. 도 13의 원호 형상의 곡선에 도시한 바와 같이, 와전류 센서(50)의 출력 신호의 값은, 실선으로부터 점선과 같이 드리프트하는 경우가 있지만, 이 드리프트량(보정량)을 이하의 식에 의해 산출한다.13 is a diagram for explaining a step of calculating the drift amount (correction amount). As shown in the circular arc-shaped curve of FIG. 13, although the value of the output signal of the
ΔXa=X11-X1, ΔYa=Y11-Y1ΔXa = X11-X1, ΔYa = Y11-Y1
여기서,X11, Y11은, 와전류 센서(50)의 웨이퍼 외의 영역(B)의 출력값의 평균값이며, X1, Y1은, 보정용 기준 신호값이다. 보정용 기준 신호값은, 도전막의 막 두께가 0이 되었을 때에 유사한 값이다.Here, X11 and Y11 are average values of the output values of the area | region B of the
이어서, 스텝 4에 있어서, 스텝 3에서 산출한 드리프트량(보정량)을 등록(보존)한다. 그리고, 스텝 5에 있어서, 등록된 드리프트량(보정량)에 상당하는 만큼만, XY 좌표계의 원점 O를 평행 이동한다.Next, in step 4, the drift amount (correction amount) calculated in
도 14는, 드리프트량(보정량)에 상당하는 만큼만 XY 좌표계의 원점 O를 평행 이동하는 스텝을 설명하기 위한 도면이다. 도 14에 도시한 바와 같이, XY 좌표계의 원점 O를 실선으로부터 점선과 같이 평행 이동한다. 즉, 실선으로 나타내는 X축, Y축을 ΔXa, ΔYa 만큼 평행 이동해서 점선으로 나타내는 X축, Y축으로 한다. 그리고, 점선으로 나타내는 XY 좌표계의 원점 O로부터의 거리 Z를 산출한다. 그리고, 모니터링 장치(55)에 의해 거리 Z를 감시함으로써 연마중의 막 두께 변화를 알 수 있다.14 is a view for explaining a step of parallel moving the origin O of the XY coordinate system only by the amount corresponding to the drift amount (correction amount). As shown in Fig. 14, the origin O of the XY coordinate system is moved in parallel with a dotted line from the solid line. That is, X-axis and Y-axis shown by a solid line are moved in parallel by (DELTA) Xa and (DELTA) Ya, and let it be X-axis and Y-axis shown by a dotted line. And the distance Z from the origin O of the XY coordinate system shown by the dotted line is calculated. And the film thickness change during grinding | polishing can be known by monitoring the distance Z with the
도 15는, 와전류 센서(50)의 출력 신호를 교정하면서 웨이퍼 상의 도전막의 막 두께 변화를 감시하는 처리 플로우의 다른 형태를 도시하는 도면이다. 와전류 센서의 출력값의 드리프트는, 상술한 바와 같은 거리 Z에 기초하는 막 두께 감시 방법 이외의 다른 방법에도 영향을 준다. 예를 들어, 일본 특허 공개2005-121616호 공보의 도 13에는, 기준점(중심점)을 통하는 기준선과, 와전류 센서의 출력 신호(X 성분, Y 성분)와 기준점(중심점)을 연결하는 선과의 각도 변화로부터 연마중의 막 두께의 변화를 감시하는 방법이 나타나고 있다. 이 방법은, 센서 코일 단부와 도전성막과의 사이의 거리가 상이한 조건 하에서 취득된 임피던스의 저항 성분(X 성분)과 리액턴스 성분(Y 성분)을 직교 좌표축 상에 표시하고, 도전성막의 막 두께마다의 상기 저항 성분 및 상기 리액턴스 성분으로 이루어지는 좌표에 의해 특정되는 점을 연결하는 예비 측정 직선을 긋고, 이들 예비 측정 직선끼리 교차하는 교점인 기준점(중심점)을 구하고, 상기 임피던스의 좌표로부터 특정되는 점과 상기 기준점(중심점)을 연결하는 실전 측정 직선이 이루는 각도로부터 도전성막의 막 두께를 검출하도록 한 것이다. 이 방법은, 연마 패드의 두께의 변화에 따르지 않고, 막 두께의 변화를 고정밀도로 감시할 수 있다는 이점을 갖고 있다. 그러나, 이 방법에 있어서도, 와전류 센서의 출력값의 경시적 변화에 따라 각도가 변화하고, 와전류 센서의 출력 신호의 값과 막 두께와의 대응 관계가 어긋나버린다.FIG. 15 is a diagram showing another embodiment of the processing flow for monitoring the film thickness change of the conductive film on the wafer while correcting the output signal of the
도 16은, 와전류 센서의 출력 신호의 값이 드리프트(평행 이동)했을 경우를 도시하는 도면이다. 도 16의 원호 형상의 곡선으로 도시한 바와 같이, 와전류 센서(50)의 출력 신호의 값은, 와전류 센서 그 자체의 경시 변화 등에 의해, 실선으로부터 점선과 같이 드리프트하는 경우가 있다. 이렇게 와전류 센서의 출력 신호의 값이 드리프트하면, 기준점(중심점)을 통하는 기준선과, 와전류 센서의 출력 신호(X 성분, Y 성분)와 기준점(중심점)을 연결하는 선과의 각도(Angle)가 각도 1로부터 각도 2와 같이 변화하게 된다. 여기서, 기준점이란, 센서 코일 단부와 도전성막 사이의 거리가 다른 조건 하에서 취득된 임피던스의 저항 성분(X 성분)과 리액턴스 성분(Y 성분)을 직교 좌표축 상에 표시하고, 도전성막의 막 두께마다의 상기 저항 성분 및 상기 리액턴스 성분으로 이루어지는 좌표에 의해 특정되는 점을 연결하는 예비 측정 직선끼리 교차하는 교점인 기준점이다.It is a figure which shows the case where the value of the output signal of an eddy current sensor drifts (parallel movement). As shown by the arc-shaped curve of FIG. 16, the value of the output signal of the
따라서, 본 실시 형태에 있어서는, 도 15에 도시한 바와 같이, 스텝 1의 연마 공정의 개시부터 스텝 4의 드리프트량(보정량)의 등록까지의 공정을 행한다. 스텝 1부터 스텝 4까지의 공정은, 도 12에 도시하는 처리 플로우와 마찬가지이다. 도 15에 도시하는 처리 플로우에 있어서는, 스텝 5에 있어서, 등록된 드리프트량(보정량)에 상당하는 만큼만, 기준점을 시프트한다.Therefore, in this embodiment, as shown in FIG. 15, the process from the start of the grinding | polishing process of
도 17은, 기준점을 보정량 만큼 시프트하는 스텝을 설명하기 위한 도면이다. 도 17에 도시한 바와 같이, 기준점을 화살표로 나타낸 바와 같이 보정량 분(ΔXa, ΔYa)만큼 시프트한다. 이어서, 스텝 6에 있어서, 보정 후의 기준점을 사용해서 임피던스 곡선의 각도(Angle)를 산출한다. 즉, 보정 후의 기준점(중심점)을 통하는 기준선과, 와전류 센서의 출력 신호(X 성분, Y 성분)와 기준점(중심점)을 연결하는 선과의 각도(Angle)를 산출함으로써, 도전막의 막 두께를 검출할 수 있다. 이와 같이, 와전류 센서의 출력 신호의 값의 드리프트량을 검출하고, 기준점을 드리프트량에 상당하는 만큼만 시프트함으로써, 드리프트 전후의 각도(Angle)를 동일한 값으로 유지할 수 있다.17 is a diagram for explaining a step of shifting the reference point by the correction amount. As shown in Fig. 17, the reference point is shifted by the correction amounts ΔXa and ΔYa as indicated by the arrows. Next, in
도 18은, 와전류 센서(50)가 웨이퍼(W)를 주사하는 궤적을 도시한 도면이다. 연마 테이블(1)이 회전하면, 와전류 센서(50)는 웨이퍼(W)의 중심(Cw)을 통하는 궤적을 그려서 웨이퍼(W)의 표면을 주사한다. 와전류 센서(50)가 웨이퍼의 표면을 가로지를 때마다, 와전류 센서(50)는 복수의 측정점에서 웨이퍼(W)의 막 두께를 측정한다. 탑링(10)의 회전 속도와 연마 테이블(1)의 회전 속도는 통상 상이하기 때문에, 웨이퍼(W)의 표면에 있어서의 와전류 센서(50)의 궤적은, 도 18에 도시한 바와 같이, 연마 테이블(1)의 회전에 따라 주사선(SL1, SL2, SL3, …)으로 변화한다. 이 경우에도, 상술한 바와 같이, 와전류 센서(50)는, 웨이퍼(W)의 중심(Cw)을 통하는 위치에 배치되어 있으므로, 와전류 센서(50)가 그리는 궤적은, 매회 웨이퍼(W)의 중심(Cw)을 통과한다. 본 실시 형태에서는, 와전류 센서(50)에 의한 막 두께 측정의 타이밍을 조정하여, 와전류 센서(50)에 의해 웨이퍼(W)의 중심(Cw)의 막 두께를 매회 반드시 측정하도록 하고 있다. 도 18에 있어서, 기호 MPm-n은, m번째의 주사선 SLm 상의 n번째의 측정점을 나타내고 있다.FIG. 18 is a diagram showing a trajectory of the
각 측정점에서 얻어진 와전류 센서(50)의 출력 신호 X, Y는, 좌표 X, Y로서 X-Y 좌표계 상에 그려진다. 와전류 센서(50)의 출력 신호 X, Y는 막 두께를 따라서 변화한다. 구체적으로는, 도 5에 도시한 바와 같이, X-Y 좌표계의 원점 O와 좌표 X, Y로부터 특정되는 점(Tn)과의 거리(임피던스) Z(=√(X2+Y2))는, 막 두께가 감소함에 따라서 작아진다. 따라서, 출력 신호 X, Y로부터 구해지는 거리 Z는, 측정된 막 두께 지표값이라고 할 수 있다.Output signals X and Y of the
이와 같이, 웨이퍼(W)의 막 두께는 와전류 센서(50)의 출력 신호 X, Y로부터 구할 수 있지만, 막의 하층에 존재하는 금속 재료의 영향을 받아서 와전류 센서(50)의 출력 신호가 크게 변동하는 경우가 있다. 다층 배선 구조를 갖는 웨이퍼는, 각 계층에 배선(금속 재료)을 갖는다. 이로 인해, 하층의 배선이 와전류 센서(50)의 출력 신호에 영향을 미치고, 정확한 막 두께의 측정을 방해해버린다.As described above, the film thickness of the wafer W can be obtained from the output signals X and Y of the
도 19는, 와전류 센서(50)의 출력 신호로부터 얻어지는 막 두께 지표값 Z가 하층의 배선의 영향을 받아서 변화하는 모습을 도시하는 도면이다. 연마해야 할 막 밑에는, 복수의 배선 구조(예를 들어, 집적 회로)(200)가 형성되어 있다. 이들 배선 구조(200)는, 연마해야 할 막에 덮어져 있기 때문에, 도 19에서는 점선으로 나타내고 있다. 막 두께 지표값(Z)은, 연마 시간이 지남에 따라 전체적으로 서서히 감소한다. 그러나, 와전류 센서(50)는, 연마 대상물인 막과, 그 막의 하층의 배선 구조(200)를 감지하여, 그 결과와 전류 센서(50)의 신호값은 하층의 배선 구조(200)의 영향을 받아버린다.19 is a diagram showing how the film thickness index value Z obtained from the output signal of the
도 19에 도시한 바와 같이, 연마 테이블(1)이 N회전째일 때의 와전류 센서(50)의 궤적은, 연마 테이블(1)이 N+1회전째일 때의 와전류 센서(50)의 궤적과는 상이하다. 이로 인해, 와전류 센서(50)가 감지하는 배선 구조(200)의 배치는, 연마 테이블(1)의 회전에 의해 상이하고, 결과적으로, 막 두께 지표값 Z로부터 생성되는 막 두께 프로파일(웨이퍼의 반경 방향을 따른 막 두께 분포)도 상이하다. 이와 같이, 와전류 센서(50)의 출력 신호 X, Y는, 하층의 배선 구조(200)의 영향을 받게 되어, X-Y 좌표계 상에 그려지는 임피던스 곡선은 크게 흔들린다.As shown in FIG. 19, the trajectory of the
도 20a는 하층의 배선 구조의 영향이 없을 경우의 임피던스 곡선을 나타내고, 도 20b은 도 20a에 나타내는 임피던스 곡선으로부터 얻어지는 막 두께 지표값 Z를 나타낸다. 하층의 배선 구조의 영향이 없을 경우, 임피던스 곡선은 시스템 노이즈에 기인하는 정도는 흔들리지만, 그 폭(dw로 나타냄)은 작다. 마찬가지로, 도 20b에 도시한 바와 같이, 막 두께 지표값 Z가 그리는 선의 폭도 작다. 도 20b의 그래프에 있어서, 세로축은 막 두께 지표값을 나타내고, 가로축은 연마 시간을 나타내고 있다. 막 두께 지표값 Z는 연마 시간이 지남에 따라 감소해 가므로, 막이 제거된 점, 즉 연마 종점을 검출하는 것은 용이하다.20A shows an impedance curve when there is no influence of the lower wiring structure, and FIG. 20B shows a film thickness index value Z obtained from the impedance curve shown in FIG. 20A. If there is no influence of the underlying wiring structure, the impedance curve is shaken due to system noise, but its width (denoted as dw) is small. Similarly, as shown in Fig. 20B, the width of the line drawn by the film thickness index value Z is also small. In the graph of FIG. 20B, the vertical axis represents the film thickness index value, and the horizontal axis represents the polishing time. Since the film thickness index value Z decreases with the polishing time, it is easy to detect the point where the film is removed, that is, the polishing end point.
이에 반해, 도 21a는 하층의 배선 구조의 영향이 있을 경우의 임피던스 곡선을 나타내고, 도 21b는 도 21a에 나타내는 임피던스 곡선으로부터 얻어지는 막 두께 지표값 Z를 나타낸다. 하층의 배선 구조의 영향이 있을 경우, 임피던스 곡선은 크게 요동하고, 그 결과, 임피던스 곡선의 폭(dw')이 커진다. 마찬가지로, 막 두께 지표값 Z가 그리는 선도 폭이 커지게 된다. 그 결과, 연마 종점을 검출하는 것이 곤란해진다.On the other hand, FIG. 21A shows an impedance curve when there is an influence of the lower wiring structure, and FIG. 21B shows a film thickness index value Z obtained from the impedance curve shown in FIG. 21A. When there is an influence of the lower wiring structure, the impedance curve fluctuates greatly, and as a result, the width dw 'of the impedance curve becomes large. Similarly, the leading width drawn by the film thickness index value Z becomes large. As a result, it becomes difficult to detect the polishing end point.
따라서, 본 실시 형태에서는, 도 21a에 나타내는 폭이 넓은 임피던스 곡선을 그 길이 방향을 따라서 복수의 영역(이하, 임피던스 에리어라고 함)으로 분할하고, 그 분할된 임피던스 에리어마다 막 두께 지표값을 산출하여, 임피던스 에리어마다에 막 두께 지표값에 기초하여 웨이퍼의 연마를 감시한다. 도 22는, 도 21a에 나타내는 폭이 넓은 임피던스 곡선을 4개의 임피던스 에리어에 분할한 예를 나타내는 도면이다. 이하의 설명에서는, 도 20a에 나타내는 폭이 좁은 임피던스 곡선을 기준 임피던스 에리어라고 하고, 도 21a에 나타내는 폭이 넓은 임피던스 곡선을 초기 임피던스 에리어라고 하며, 도 22에 나타내는 분할된 임피던스 에리어 중, 기준 임피던스 에리어 이외의 임피던스 에리어를 오프셋 임피던스 에리어라고 한다.Therefore, in the present embodiment, the wide impedance curve shown in Fig. 21A is divided into a plurality of regions (hereinafter referred to as an impedance area) along the longitudinal direction, and the film thickness index value is calculated for each of the divided impedance areas. Polishing of the wafer is monitored for each impedance area based on the film thickness index value. FIG. 22 is a diagram illustrating an example in which a wide impedance curve shown in FIG. 21A is divided into four impedance areas. In the following description, the narrow impedance curve shown in FIG. 20A is called a reference impedance area, and the wide impedance curve shown in FIG. 21A is called an initial impedance area, and among the divided impedance areas shown in FIG. 22, a reference impedance area is shown. The other impedance area is called an offset impedance area.
4개의 임피던스 에리어, 즉, 기준 임피던스 에리어(r0), 제1 오프셋 임피던스 에리어(r1), 제2 오프셋 임피던스 에리어(r2), 제3 오프셋 임피던스 에리어(r3)는, 서로 동일한 폭을 갖고 있으며, 그 폭은, 하층의 배선 구조의 영향이 없는 조건 하에서 취득된 기준 임피던스 에리어(r0)의 폭(dw)이다. 단, 기준 임피던스 에리어(r0)의 폭과, 오프셋 임피던스 에리어(r1 내지 r3)의 폭은 다소 상이해도 좋다.The four impedance areas, that is, the reference impedance area r0, the first offset impedance area r1, the second offset impedance area r2, and the third offset impedance area r3 have the same width to each other. The width is the width dw of the reference impedance area r0 obtained under the condition that the lower wiring structure is not affected. However, the width of the reference impedance area r0 and the width of the offset impedance areas r1 to r3 may be somewhat different.
기준 임피던스 에리어(r0)는, 웨이퍼의 중심부에서 취득된 와전류 센서의 출력 신호(X, Y)만을 사용함으로써 생성된다. 와전류 센서(50)는, 연마 테이블(1)이1회전할 때마다, 반드시 웨이퍼의 중심부를 통한다. 따라서, 웨이퍼의 중심부에서 취득된 막 두께 지표값 Z는, 하층의 금속 재료(배선 구조 등)의 존재에 관계없이, 연마 시간이 지남에 따라 감소한다. 다시 말해, 웨이퍼의 중심부에서는, 하층의 금속 재료는 막 두께 지표값 Z의 시간적 변화에 영향을 주지 않는다. 따라서, 웨이퍼의 중심부에서 얻어진 센서 출력 신호(X, Y)로부터, 도 20a에 도시한 바와 같은, 폭이 좁은 임피던스 에리어를 생성할 수 있다. 이 웨이퍼의 중심부에서 얻어진 임피던스 에리어가 기준 임피던스 에리어로서 정의된다.The reference impedance area r0 is generated by using only the output signals X and Y of the eddy current sensor acquired at the center of the wafer. The
기준 임피던스 에리어의 폭(dw)은, 그 원호의 중심으로부터의 최소 거리와 최대 거리의 차이다. 보다 구체적으로는, 기준 임피던스 에리어가 그리는 원호의 중심을 최소 제곱법 등의 공지된 방법에 의해 구하고, 그 중심으로부터의 최소 거리와 최대 거리의 차이를 구함으로써, 기준 임피던스 에리어의 폭(dw)이 구해진다. 마찬가지로, 도 21a에 나타내는 폭이 넓은 초기 임피던스 에리어의 폭(dw')도, 계산에 의해 취득된다. 그리고, 초기 임피던스 에리어는, 기준 임피던스 에리어의 폭(dw)에 기초하여 분할된다. 분할되는 임피던스 에리어의 수는, 초기 임피던스 에리어의 폭(dw')에 의해 결정된다. 즉, 초기 임피던스 에리어의 폭(dw')을 기준 임피던스 에리어의 폭(dw)으로 나눔으로써, 분할되는 임피던스 에리어의 수가 결정된다. 도 22에 나타내는 예에서는, 기준 임피던스 에리어를 포함하는 4개의 임피던스 에리어(r0, r1, r2, r3)가 작성된다. 초기 임피던스 에리어의 폭에 따라서는, 임피던스 에리어(r1, r2, r3) 중 어느 하나는, 다소 상이한 폭을 가져도 좋다.The width dw of the reference impedance area is the difference between the minimum distance and the maximum distance from the center of the arc. More specifically, the width dw of the reference impedance area is determined by obtaining the center of the arc drawn by the reference impedance area by a known method such as least square method, and determining the difference between the minimum distance and the maximum distance from the center. Is saved. Similarly, the width dw 'of the wide initial impedance area shown in FIG. 21A is also obtained by calculation. The initial impedance area is divided based on the width dw of the reference impedance area. The number of divided impedance areas is determined by the width dw 'of the initial impedance area. That is, by dividing the width dw 'of the initial impedance area by the width dw of the reference impedance area, the number of divided impedance areas is determined. In the example shown in FIG. 22, four impedance areas r0, r1, r2, r3 including the reference impedance area are created. Depending on the width of the initial impedance area, any one of the impedance areas r1, r2, and r3 may have a slightly different width.
기준 임피던스 에리어(r0) 및 오프셋 임피던스 에리어(r1, r2, r3)는, 연마 대상이 되는 웨이퍼와 동일 구조를 갖는 웨이퍼를 연마함으로써 미리 취득된다. 통상은, 1로트에 속하는 동일 구조를 갖는 복수의 웨이퍼 중 1장을 연마함으로써, 임피던스 에리어(r0, r1, r2, r3)가 미리 작성된다.The reference impedance area r0 and the offset impedance areas r1, r2, r3 are obtained in advance by polishing a wafer having the same structure as the wafer to be polished. Usually, the impedance areas r0, r1, r2, r3 are prepared beforehand by grinding | polishing one of the several wafer which has the same structure which belongs to 1 lot.
상술한 바와 같이 해서 작성된 복수의 임피던스 에리어는 X-Y 좌표계 상에 정의된다. 그리고, 와전류 센서의 출력 신호 X, Y가 취득될 때마다, 그 출력 신호X, Y로 이루어지는 좌표는, 그 값을 따라서 4개의 임피던스 에리어(r0, r1, r2, r3) 중 어느 하나에 할당된다. 다시 말해, 하층의 배선 구조의 영향의 정도에 기초하여, 센서 출력 신호 X, Y는 임피던스 에리어(r0, r1, r2, r3) 중 어느 하나에 할당된다.A plurality of impedance areas created as described above are defined on the X-Y coordinate system. Each time the output signals X and Y of the eddy current sensor are acquired, the coordinates composed of the output signals X and Y are assigned to one of the four impedance areas r0, r1, r2, and r3 along the value. . In other words, based on the degree of influence of the underlying wiring structure, the sensor output signals X and Y are assigned to any one of the impedance areas r0, r1, r2, r3.
도 23은, 각 임피던스 에리어에 속하는 좌표 X, Y로부터 결정되는 막 두께 지표값 Z(원점 O부터 좌표 X, Y까지의 거리)의 변화를 도시하는 도면이다. 막 두께 지표값 Z는, 연마 시간의 경과에 따라 4개의 선을 그린다. 이들 4개의 선은, 좌표 X, Y의 위치가 속하는 4개의 임피던스 에리어(r0, r1, r2, r3)(도 22 참조)에 대응한다. 웨이퍼의 연마는, 4개의 임피던스 에리어에 대응한 4개의 막 두께 지표값 각각에 기초하여 감시되고, 각 막 두께 지표값의 변화에 기초하여 연마 종점이 결정된다.It is a figure which shows the change of the film thickness index value Z (distance from origin O to coordinate X, Y) determined from the coordinates X and Y which belong to each impedance area. The film thickness index value Z draws four lines as the polishing time elapses. These four lines correspond to the four impedance areas r0, r1, r2, r3 (see Fig. 22) to which the positions of the coordinates X, Y belong. Polishing of the wafer is monitored based on each of the four film thickness index values corresponding to the four impedance areas, and the polishing end point is determined based on the change of each film thickness index value.
또한, 도 24에 도시한 바와 같이, 오프셋 임피던스 에리어(r1, r2, r3)를, 기준 임피던스 에리어(r0)에 겹치도록 평행 이동해도 좋다. 각 오프셋 임피던스 에리어가 평행 이동하는 거리는, 4개의 임피던스 에리어의 원호 중심간의 거리, 즉 기준 임피던스 에리어(r0)의 폭(dw)으로부터 결정된다. 구체적으로는, 제1 오프셋 임피던스 에리어(r1)는 폭(dw)×1의 거리만큼 평행 이동되고, 제2 오프셋 임피던스 에리어(r2)는 폭(dw)×2의 거리만큼 평행 이동되며, 제3 오프셋 임피던스 에리어(r3)는 폭(dw)×3의 거리만큼 평행 이동된다. 이러한 조작에 의해, 도 24에 도시한 바와 같이, 제1 내지 제3 오프셋 임피던스 에리어(r1, r2, r3)는, 기준 임피던스 에리어(r0) 상에 중첩된다.In addition, as shown in FIG. 24, the offset impedance areas r1, r2, r3 may be moved in parallel so as to overlap the reference impedance area r0. The distance that each offset impedance area moves in parallel is determined from the distance between the arc centers of four impedance areas, that is, the width dw of the reference impedance area r0. Specifically, the first offset impedance area r1 is moved in parallel by a distance of width dw × 1, and the second offset impedance area r2 is moved in parallel by a distance of width dw × 2. The offset impedance area r3 is moved in parallel by a distance of width dw × 3. By this operation, as shown in FIG. 24, the first to third offset impedance areas r1, r2 and r3 overlap on the reference impedance area r0.
도 25는, 도 24에 나타내는 중첩된 4개의 임피던스 에리어 각각에 속하는 좌표 X, Y로부터 결정되는 막 두께 지표값 Z(원점 O부터 좌표 X, Y까지의 거리)의 변화를 도시하는 도면이다. 도 25로부터 알 수 있는 바와 같이, 4개의 막 두께 지표값은, 연마 시간이 지남에 따라 서로 같이 변화하고, 각 연마 시간에서의 4개의 막 두께 지표값도, 도 23에 나타내는 막 두께 지표값에 비하여, 서로 가까워진다.FIG. 25: is a figure which shows the change of the film thickness index value Z (distance from origin O to the coordinate X, Y) determined from the coordinates X and Y which belong to each of the four superimposed impedance areas shown in FIG. As can be seen from FIG. 25, the four film thickness index values change with each other as the polishing time passes, and the four film thickness index values at each polishing time also correspond to the film thickness index values shown in FIG. 23. Compared to each other.
웨이퍼의 연마 종점은, 각각의 임피던스 에리어마다 결정된다. 즉, 4개의 임피던스 에리어에 대응하는 4개의 막 두께 지표값이 연마중에 따로따로 감시되어, 각 막 두께 지표값이 소정의 임계값에 도달한 시점이 연마 종점으로 결정된다. 임계값은, 4개의 막 두께 지표값에 대해서 각각 설정된다. 4개의 막 두께 지표값 중 적어도 하나의 막 두께 지표값이 소정의 임계값에 도달한 시점을, 최종적인 연마 종점으로 할 수 있다. 예를 들어, 기준 임피던스 에리어에 대응하는 막 두께 지표값이 소정의 임계값에 도달한 시점, 혹은 모든 임피던스 에리어에 대응하는 막 두께 지표값이 임계값에 도달한 시점을, 연마 종점으로 할 수 있다. 또한, 적어도 2개의 막 두께 지표값이 소정의 임계값에 도달한 시점을 연마 종점으로 할 수도 있다.The polishing end point of the wafer is determined for each impedance area. That is, four film thickness index values corresponding to four impedance areas are monitored separately during polishing, and the point of time when each film thickness index value reaches a predetermined threshold is determined as the polishing end point. The threshold value is set for each of four film thickness index values. The time point when at least one of the four film thickness index values reaches a predetermined threshold value can be used as the final polishing end point. For example, the polishing end point may be a point in time when the film thickness index value corresponding to the reference impedance area reaches a predetermined threshold or when the film thickness index value corresponding to all impedance areas reaches the threshold. . Further, the polishing end point may be a time point when at least two film thickness index values reach a predetermined threshold value.
제1 내지 제3 오프셋 임피던스 에리어(r1, r2, r3)는, 와전류 센서의 출력 신호가 하층의 배선 구조의 영향을 받는 영역이다. 그러나, 동일한 오프셋 임피던스 에리어 내에서는 와전류 센서의 출력 신호는 동일 정도로 하층의 배선 구조의 영향을 받기 때문에, 막 두께 지표값의 변화는, 하층의 배선 구조의 영향에 관계없이, 웨이퍼의 연마의 진척을 반영하고 있다. 따라서, 분할된 복수의 임피던스 에리어마다 웨이퍼의 연마를 감시함으로써, 연마 종점의 검출 정밀도를 향상시킬 수 있다.The first to third offset impedance areas r1, r2 and r3 are regions where the output signal of the eddy current sensor is affected by the wiring structure of the lower layer. However, in the same offset impedance area, the output signal of the eddy current sensor is affected by the wiring structure of the lower layer to the same extent, so that the change in the film thickness index value does not affect the progress of wafer polishing regardless of the influence of the wiring structure of the lower layer. Reflect. Therefore, by monitoring the polishing of the wafer for each of the divided impedance areas, the detection accuracy of the polishing end point can be improved.
상술한 복수의 임피던스 에리어는, 웨이퍼 표면 내의 복수의 영역(존) 각각에 대해서 작성할 수 있다. 따라서, 웨이퍼의 영역마다 연마 종점을 상술한 방법에 따라서 결정할 수 있다. 이들 영역은, 웨이퍼의 표면 내에 임의로 설정할 수 있다. 예를 들어, 도 26에 나타내는 예에서는, 웨이퍼(W)의 표면 내에 5개의 영역(C1,C2,C3,C4,C5)이 설정되어 있다. 이 경우에는, 5개의 영역(C1 내지 C5) 각각에 대해서 4개의 막 두께 지표값이 취득되므로, 웨이퍼의 연마 중에 20(5×4)개의 막 두께 지표값이 감시된다.The plurality of impedance areas described above can be created for each of a plurality of regions (zones) in the wafer surface. Therefore, the polishing endpoint can be determined for each region of the wafer according to the above-described method. These regions can be arbitrarily set within the surface of the wafer. For example, in the example shown in FIG. 26, five regions C1, C2, C3, C4 and C5 are set in the surface of the wafer W. As shown in FIG. In this case, since four film thickness index values are obtained for each of the five regions C1 to C5, 20 (5 x 4) film thickness index values are monitored during polishing of the wafer.
기준 임피던스 에리어를 포함하는 복수의 임피던스 에리어를 미리 설치함으로써, 센서 출력 신호(X, Y)의 편차를 분할, 즉 작게 할 수 있다. 따라서, 각 임피던스 에리어에 있어서는, 센서 출력 신호로부터 얻어지는 막 두께 지표값은, 대강 연마 시간이 지남에 따라 작아진다. 이러한 복수의 임피던스 에리어는, 웨이퍼 표면 내의 각 영역에 대해서 설정할 수 있으므로, 웨이퍼 표면 내의 각 영역에서의 막 두께 정보를 취득할 수 있다. 따라서, 웨이퍼의 표면 내에서의 복수의 영역마다 연마 종점을 검출하는 것이 가능하게 된다.By providing a plurality of impedance areas including the reference impedance area in advance, the deviation of the sensor output signals X and Y can be divided, that is, reduced. Therefore, in each impedance area, the film thickness index value obtained from a sensor output signal becomes small as rough grinding time passes. Since a plurality of such impedance areas can be set for each region in the wafer surface, film thickness information in each region in the wafer surface can be obtained. Therefore, it is possible to detect the polishing end point for each of a plurality of regions within the surface of the wafer.
상술한 실시 형태에서는, 와전류 센서의 출력 신호 X, Y로부터 막 두께 지표값 Z(√(X2+Y2))를 산출했지만, 이하에 나타내는 다른 실시 형태와 같이, 막 두께 지표값으로서 각도를 와전류 센서의 출력 신호 X, Y로부터 산출해도 좋다. 도 27은, 막 두께 지표값으로서, 와전류 센서의 출력 신호 X, Y로부터 각도를 산출하는 방법을 설명하기 위한 도면이다. 도 27에 도시한 바와 같이, 미리 설정된 기준점(고정 점)(F)을 통하는 기준선(FL)과, 와전류 센서의 출력 신호(X 성분, Y 성분)로부터 정해지는 점(Tn)과 기준점(F)을 연결하는 선과의 각도 θ는, 점(Tn)의 이동에 따라, 즉 막 두께가 감소함에 따라, 변화한다. 따라서, 각도 θ는, 막 두께를 나타내는 지표로서 사용할 수 있다.In the above-described embodiment, the film thickness index value Z (√ (X 2 + Y 2 )) was calculated from the output signals X and Y of the eddy current sensor. However, as in the other embodiments described below, the angle is determined as the film thickness index value. You may calculate from the output signals X and Y of the eddy current sensor. It is a figure for demonstrating the method of calculating an angle from the output signals X and Y of an eddy current sensor as a film thickness index value. As shown in FIG. 27, the point Tn and the reference point F which are determined from the reference line FL through the preset reference point (fixed point) F, and the output signals (X component, Y component) of the eddy current sensor. The angle [theta] with the line connecting 변화 varies with the movement of the point Tn, that is, as the film thickness decreases. Therefore, angle (theta) can be used as an index which shows a film thickness.
일반적으로, 연마되는 웨이퍼의 매수가 증가함에 따라서, 연마 패드(2)는 서서히 마모한다. 도 1에 도시한 바와 같이, 와전류 센서(50)는, 연마 테이블(1)에 매설되어 있으므로, 연마 패드(2)의 마모와 함께, 웨이퍼(W)와 와전류 센서(50)의 거리가 변화한다. 상술한 각도 θ는, 웨이퍼(W)와 와전류 센서(50)와의 거리에는 의존하지 않고, 막 두께에 의존해서 변화하는 것이 알려져 있다(일본 특허 공개2005-121616호 공보 참조).In general, as the number of wafers to be polished increases, the
그러나, 도 28에 도시한 바와 같이, 하층의 배선 구조의 존재에 기인해서 각도 θ가 변화하고, 막 두께를 정확하게 반영하지 않는 경우가 있다. 따라서, 도 29에 도시한 바와 같이, 기준 임피던스 에리어(r0)에 대해서 산출된 각도와, 오프셋 임피던스 에리어(r1, r2, r3)에 대해서 산출된 각도가 동등해지도록, 오프셋 임피던스 에리어(r1, r2, r3)에 대해서 산출된 각도에 계수를 곱한다. 계수는, 각각의 오프셋 임피던스 에리어(r1, r2, r3)에 대해서 미리 설정된다. 이들 계수는, 웨이퍼의 구조에 의존해서 바뀔 수 있으므로, 연마되는 웨이퍼와 동일 구조를 갖는 웨이퍼의 연마 결과로부터 결정된다. 이렇게 보정된 각도에 기초하여, 임피던스 에리어(r0, r1, r2, r3) 마다 연마 종점을 검출할 수 있다.However, as shown in FIG. 28, there exists a case where angle (theta) changes because of presence of an underlayer wiring structure, and does not reflect film thickness correctly. Therefore, as shown in FIG. 29, the offset impedance areas r1 and r2 are made equal so that the angle calculated with respect to the reference impedance area r0 and the angle calculated with respect to the offset impedance areas r1, r2, and r3 are equal. , multiply the coefficient by the angle computed for r3). The coefficient is set in advance for each of the offset impedance areas r1, r2, r3. Since these coefficients can be changed depending on the structure of the wafer, they are determined from the polishing result of the wafer having the same structure as the wafer to be polished. Based on the corrected angle, the polishing end point can be detected for each impedance area r0, r1, r2, r3.
이어서, 본 발명의 또 다른 실시 형태에 대해서 설명한다.Next, another embodiment of the present invention will be described.
도 19에 도시한 바와 같이, 연마 테이블(1)이 N회전째일 때의 와전류 센서(50)의 궤적은, 연마 테이블(1)이 N+1회전째일 때의 와전류 센서(50)의 궤적과는 상이하다. 와전류 센서(50)가 감지하는 배선 구조(200)의 위치는, 연마 테이블(1)의 회전 횟수에 따라 상이하고, 결과적으로, 와전류 센서(50)에 의해 취득되는 막 두께 프로파일은, 와전류 센서(50)의 궤적에 의존하여 바뀐다.As shown in FIG. 19, the trajectory of the
탑링(10)의 회전 속도와 연마 테이블(1)의 회전 속도는, 통상 상이하다. 이러한 조건에서는, 와전류 센서(50)가 웨이퍼 표면에 그리는 궤적은, 웨이퍼의 중심 주위로 회전한다. 와전류 센서(50)의 궤적은, 연마 테이블(1)이 어느 횟수만큼 회전하는 사이에, 웨이퍼의 표면 상을 일주한다. 센서 궤적이 웨이퍼의 표면 상을 일주하기 위해서 필요한 연마 테이블(1)의 회전 횟수는, 탑링(10)과 연마 테이블(1)의 회전 속도비에 의해 결정된다.The rotational speed of the
도 30은, 탑링(10)의 회전 속도가 77min-1, 연마 테이블(1)의 회전 속도가 70min-1일 때, 와전류 센서(50)가 그리는 웨이퍼(W) 상의 궤적을 도시하는 도면이다. 도 30에 도시한 바와 같이, 이 조건 하에서는, 연마 테이블(1)이 1회전할 때마다 와전류 센서(50)의 궤적이 36도 회전한다. 따라서, 연마 테이블(1)이 10회전 할 때마다, 와전류 센서(50)의 궤적은 웨이퍼(W)의 표면 상을 일주한다. 이 경우, 연마 테이블(1)이 1회째의 회전을 하고 있을 때의 센서 궤적과, 연마 테이블(1)이 11회째의 회전을 하고 있을 때의 센서 궤적은 동일하다.FIG. 30: is a figure which shows the trajectory on the wafer W which the
도 31은, 와전류 센서(50)의 동일 궤적상의 막 두께 프로파일의 변화를 도시하는 도면이다. 막 두께 프로파일이란, 웨이퍼의 반경 방향에 따른 막 두께 분포다. 와전류 센서(50)가 동일한 궤적에서 웨이퍼의 막 두께를 측정하면, 배선 구조(200)에 기인해서 막 두께 프로파일의 동일 개소에서 볼록부가 나타난다. 와전류 센서(50)는 웨이퍼의 동일 개소를 주사하므로, 볼록부는 동일 위치에 나타난다. 따라서, 하층의 배선 구조(200)의 존재에 따르지 않고, 막 두께 프로파일은, 전체적으로, 연마 시간이 지남에 따라 서서히 작아져 간다. 즉, 웨이퍼 상의 각 막 두께 측정점에 있어서, 막 두께 지표값은 연마 시간이 지남에 따라 저하한다. 따라서, 막 두께 프로파일(막 두께 지표값)의 변화에 기초하여, 연마 종점을 결정할 수 있다.FIG. 31 is a diagram showing a change in the film thickness profile on the same trajectory of the
웨이퍼에 형성된 금속막을 제거하는 것이 연마의 목적일 경우, 금속막이 웨이퍼로부터 제거된 시점에서, 막 두께 프로파일은 변화하지 않게 된다. 이것은, 와전류 센서(50)가 그 이상 금속막에 반응하지 않게 되기 때문이다. 따라서, 막 두께 프로파일이 변화하지 않게 된 시점(구체적으로는, 막 두께 지표값이 저하하지 않게 된 시점)을 연마 종점으로서 결정할 수 있다. 예를 들어, 웨이퍼 상의 동일 위치에 있어서의 현재의 막 두께 지표값과 전회의 막 두께 지표값의 차이가 소정의 값까지 저하한 시점을 연마 종점으로 할 수 있다.When the purpose of polishing is to remove the metal film formed on the wafer, the film thickness profile does not change when the metal film is removed from the wafer. This is because the
막 두께 프로파일의 변화(즉, 막 두께 지표값의 변화)는, 도 26에 도시한 바와 같이 웨이퍼의 표면에 미리 정의된 복수의 영역마다 감시할 수 있다. 웨이퍼 상의 각 영역에서는, 하층의 배선 구조의 존재에 관계없이, 막 두께 지표값은 연마 시간이 지남에 따라 작아진다. 따라서, 와전류 센서(50)로부터 얻어지는 막 두께 지표값을, 웨이퍼의 각 영역에서의 연마 종점 검출에 사용할 수 있다.The change in the film thickness profile (that is, the change in the film thickness index value) can be monitored for each of a plurality of predefined regions on the surface of the wafer as shown in FIG. In each region on the wafer, regardless of the existence of the underlying wiring structure, the film thickness index value decreases with the polishing time. Therefore, the film thickness index value obtained from the
탑링(10)의 회전 속도와 연마 테이블(1)의 회전 속도가 상이한 경우, 웨이퍼의 표면을 주사하는 와전류 센서(50)의 궤적은 복수 존재한다. 도 30에 나타내는 예에서는, 연마 테이블(1)이 10회전할 때마다 센서 궤적이 웨이퍼(W)의 중심 주위에 1주 하므로, 10개의 궤적이 존재한다. 이들 10개의 궤적 각각에 대해서, 도 31에 나타내는 막 두께 프로파일을 작성해도 좋다. 이 경우에도, 도 26에 나타내는 예와 같이, 웨이퍼의 표면을 5개의 영역으로 나눌 수 있다. 따라서, 이 경우에서는, 50(10×5)개의 연마 종점을 검출할 수 있다.When the rotational speed of the
상술한 예는, 막의 하층에 존재하는 배선 구조가 와전류 센서(50)의 출력 신호에 영향을 주는 경우인데, 연마해야 할 막이 웨이퍼 상에 국소적으로 남은 경우에도, 막 두께 프로파일에는 볼록부가 나타난다. 이 예에 대해서, 도 32를 참조하여 설명한다. 도 32는, 웨이퍼 상에 국소적으로 존재하는 잔막과, 이 웨이퍼의 막 두께 프로파일을 도시하는 도면이다. 통상, 잔막은, 도 32에 도시한 바와 같이, 환상의 막이다. 이러한 잔막이 웨이퍼 상에 존재하면, 그 잔막에 와전류 센서(50)가 반응해서 막 두께 지표값이 커지고, 결과적으로, 도 31에 나타내는 예와 마찬가지로, 막 두께 프로파일에는 볼록부가 나타난다.The above-described example is a case where the wiring structure existing under the film affects the output signal of the
도 32에 나타내는 막 두께 프로파일은, 와전류 센서(50)의 궤적에 따르지 않고, 항상 일정한 위치에서 볼록부가 나타나는 점에서, 도 31에 나타내는 막 두께 프로파일과는 상이하다. 이것은, 잔막이 웨이퍼의 주위 방향으로 연장된 환상의 막이기 때문이다. 이 잔막의 존재를 나타내는 막 두께 프로파일의 볼록부는, 연마 테이블(1)이 회전할 때마다 동일한 개소에 나타나고, 연마 시간이 지남에 따라 서서히 작아져, 잔막이 제거되면 소멸한다.The film thickness profile shown in FIG. 32 differs from the film thickness profile shown in FIG. 31 in that a convex part always appears at a constant position regardless of the trajectory of the
도 33은, 하층의 배선 구조와 잔막의 양쪽을 갖는 웨이퍼의 막 두께 프로파일을 도시하는 도면이다. 하층의 배선 구조에 기인하는 막 두께 프로파일의 볼록부는, 와전류 센서(50)의 주사 궤적이 일치하지 않는 한, 다른 위치에 나타나는 데 반해, 잔막에 기인하는 막 두께 프로파일의 볼록부는, 연마 테이블(1)이 회전할 때마다 동일 위치에 나타난다. 따라서, 모니터링 장치(55)는, 막 두께 프로파일에 나타나는 볼록부의 위치로부터, 그 볼록부가 잔막 또는 하층의 배선 구조 중 어느 하나에 기인하는 것인가를 판단할 수 있다. 또한, 잔막에 기인하는 볼록부의 크기의 변화로부터 연마 종점을 결정할 수 있다. 예를 들어, 볼록부의 크기가 0이 된 시점 또는 소정의 임계값까지 작아진 시점을 연마 종점으로 할 수 있다.FIG. 33 is a diagram showing a film thickness profile of a wafer having both a lower wiring structure and a residual film. Convex portions of the film thickness profile resulting from the wiring structure of the lower layer appear at different positions as long as the scanning trajectories of the
하층의 배선 구조에 기인하는 볼록부와, 잔막에 기인하는 볼록부는, 다음과 같이 해서 구별할 수 있다. 막 두께 프로파일이 취득될 때마다, 그 막 두께 프로파일에 나타나는 볼록부의 수와 웨이퍼의 반경 방향에 있어서의 볼록부의 위치가 취득된다. 도 33으로부터 알 수 있는 바와 같이, 잔막에 기인하는 볼록부는, 센서 궤적에 관계없이, 연마 테이블(1)이 1회전할 때마다 매회 거의 동일 위치(유사한 위치)에서 연속적으로 나타난다. 이에 반해, 하층의 배선 구조에 기인하는 볼록부는, 일정한 주기로 거의 동일 위치(유사한 위치)에 나타난다. 따라서, 연속해서 거의 동일 위치에 나타나는 볼록부는, 잔막에 기인하는 볼록부라고 판단되고, 한편, 일정한 주기로 거의 동일 위치에 나타나는 볼록부는, 하층의 배선 구조에 기인하는 볼록부라고 판단된다.The convex parts resulting from the lower wiring structure and the convex parts resulting from the remaining film can be distinguished as follows. Each time a film thickness profile is acquired, the number of convex portions appearing in the film thickness profile and the position of the convex portions in the radial direction of the wafer are acquired. As can be seen from FIG. 33, the convex portions resulting from the residual film appear continuously at almost the same position (similar position) each time the polishing table 1 rotates one regardless of the sensor trajectory. On the other hand, the convex portions resulting from the lower wiring structure appear at almost the same position (similar positions) at regular cycles. Therefore, it is judged that the convex part which appears in substantially the same position continuously is a convex part which originates in a residual film, and the convex part which appears in almost the same position by a fixed period is determined as the convex part which originates in the wiring structure of a lower layer.
연마 테이블(1)과 탑링(10)이 같은 회전 속도로 회전하고 있을 경우, 와전류 센서(50)는 항상 동일 궤적으로 웨이퍼를 가로지르기 때문에, 상술한 방법으로는 볼록부의 구별을 할 수 없다. 따라서, 이러한 경우에는, 각 볼록부의 피크값이 연마 시간이 지남에 따라 감소하는지 여부에 기초하여 볼록부를 구별할 수 있다. 즉, 연마 시간이 일정 시점에 달하면 볼록부의 피크값이 감소하지 않게 되는 경우에는, 그 볼록부는 하층의 배선 구조에 기인한 볼록부라고 판단할 수 있다. 한편, 연마 시간이 지남에 따라 볼록부의 피크값이(서서히라도) 감소하는 경우에는, 그 볼록부는 잔막에 기인한 볼록부라고 판단할 수 있다.When the polishing table 1 and the
상술한 바와 같이, 와전류 센서(50)의 주사 궤적의 수는, 탑링(10)의 회전 속도와 연마 테이블(1)의 회전 속도의 비에 의해 결정된다. 다시 말해, 탑링(10)의 회전 속도와 연마 테이블(1)의 회전 속도를 설정함으로써, 연마 테이블(1)이 원하는 횟수만큼 회전할 때마다, 와전류 센서(50)를 같은 궤적으로 웨이퍼를 주사시킬 수 있다. 그러나, 탑링(10) 및 연마 테이블(1)은, 반드시 설정 회전 속도로 회전한다고는 할 수 없다. 즉, 설정 회전 속도와 실제 회전 속도 사이에는 오차가 있다. 이 오차는 작은 것인데, 그 오차에 기인하여 와전류 센서(50)는 예정된 궤적으로 웨이퍼를 주사하지 않는다. 결과적으로, 도 31에 도시한 바와 같은, 볼록부가 동일 위치에 나타나는 막 두께 프로파일을 얻을 수 없다.As described above, the number of scanning trajectories of the
따라서, 본 실시 형태에서는, 탑링(10) 및 연마 테이블(1)이 각각 1회전하는 실시간을 측정하고, 그 실측 시간으로부터 탑링(10)의 회전 속도와 연마 테이블(1)의 회전 속도를 산출한다. 도 34는, 연마 테이블(1)이 1회전하는 시간을 측정하는 테이블 회전 검출기(210)와, 탑링(10)이 1회전하는 시간을 측정하는 탑링 회전 검출기(220)를 도시하는 모식도다. 테이블 회전 검출기(210)는, 연마 테이블(1)의 외주면에 고정된 센서 타깃(211)과, 이 센서 타깃(211)을 감지하는 센서(212)와, 센서(212)에 접속된 시간 계측기(213)를 구비하고 있다.Therefore, in the present embodiment, the real time that the
센서 타깃(211)은, 연마 테이블(1)과 함께 회전하는 한편, 센서(212)의 위치는 고정되어 있다. 센서(212)는, 센서 타깃(211)에 근접해서 배치되어 있고, 연마 테이블(1)이 1회전할 때마다 센서 타깃(211)을 감지하게 되어 있다. 센서(212)가 센서 타깃(211)을 감지하면, 트리거 신호가 센서(212)로부터 시간 계측기(213)에 보내진다. 시간 계측기(213)는, 트리거 신호를 수신하고나서, 다음 트리거 신호를 수신할 때까지의 시간을 계측한다. 이 계측된 시간은, 연마 테이블(1)이 1회전하는 시간이다.The
탑링 회전 검출기(220)는, 탑링(10)에 고정된 센서 타깃(221)과, 이 센서 타깃(221)을 감지하는 센서(222)와, 센서(222)에 접속된 시간 계측기(223)를 구비하고 있다. 센서(222)는, 탑링 헤드(12)(도 1 참조)에 고정되어 있다. 탑링 회전 검출기(220)의 동작은, 상술한 테이블 회전 검출기(210)의 동작과 동일하므로, 그 설명을 생략한다.The top
도 35는, 트리거 신호를 받아서 각 시간 계측기가 1회전당 실시간을 계측하는 모습을 나타내는 타임챠트다. 트리거 신호를 받으면, 시간 계측기(213, 223)는시간의 계측을 개시하고, 다음 트리거 신호를 받으면, 시간 계측기(213, 223)는 시간의 계측을 정지함과 동시에, 다시 시간의 계측을 개시한다. 트리거 신호는, 연마 테이블(1)이 1회전할 때마다 시간 계측기(213)에 입력되므로, 트리거 신호와 다음 트리거 신호 사이의 시간 간격이 연마 테이블(1)의 실제 회전 시간이다. 마찬가지로, 트리거 신호는, 탑링(10)이 1회전할 때마다 시간 계측기(223)에 입력되므로, 트리거 신호와 다음 트리거 신호 사이의 시간 간격이 탑링(10)의 실제 회전 시간이다.Fig. 35 is a time chart showing how the time measuring instrument measures the real time per one rotation in response to the trigger signal. Upon receiving the trigger signal, the
연마 테이블(1)의 회전 속도(min-1) 및 탑링(10)의 회전 속도(min-1)는, 각각의 실측 회전 시간으로부터 산출할 수 있다. 이와 같이, 연마 테이블(1)의 실제 회전 속도 및 탑링(10)의 실제 회전 속도를 취득함으로써, 탑링(10)과 연마 테이블(1)의 회전 속도비를 정확하게 조정할 수 있다. 따라서, 와전류 센서(50)는, 연마 테이블(1)이 소정의 횟수만큼 회전할 때마다, 정확하게 동일한 궤적을 그려서 웨이퍼의 표면을 주사할 수 있다. 또한, 탑링 회전 검출기(220) 또는 테이블 회전 검출기(210) 중 어느 하나를 생략해도 좋다. 이 경우, 탑링(10) 또는 연마 테이블(1)의 실제 회전 속도를 측정할 수 없으므로, 그 대신에 설정 회전 속도가 사용된다.Rotation speed (min -1) of the rotational speed (min -1) and a
이어서, 연마 종점을 검출하는 프로세스에 대해서, 도 36을 참조하여 설명한다. 도 36은, 연마 종점을 검출하는 공정을 나타내는 흐름도다. 웨이퍼의 연마가 개시되면, 와전류 센서(50)는, 연마 테이블(1)이 회전할 때마다 웨이퍼의 표면을 주사하고, 임피던스의 저항 성분으로서의 신호 X와 유도 리액턴스 성분으로서의 신호 Y를 출력한다. 모니터링 장치(55)는, 출력 신호 X, Y로 이루어지는 막 두께 데이터를 와전류 센서(50)로부터 수취한다(스텝 1).Next, a process of detecting the polishing end point will be described with reference to FIG. 36. 36 is a flowchart illustrating a process of detecting the polishing end point. When polishing of the wafer is started, the
모니터링 장치(55)는, 시간 계측기(213, 223)로부터 연마 테이블(1)의 회전 시간 및 탑링(10)의 회전 시간의 측정값을 수취하고(스텝 2), 상술한 바와 같이 탑링(10)의 실제의 회전 속도 및 연마 테이블(1)의 실제의 회전 속도를 산출한다. 또한, 모니터링 장치(55)는, 탑링(10)과 연마 테이블(1)의 회전 속도비로부터, 와전류 센서(50)가 같은 궤적을 그리기 위해서 필요한 연마 테이블(1)의 회전 횟수를 산출한다(스텝 3).The
모니터링 장치(55)는, 웨이퍼 표면에 미리 정의된 복수의 영역(도 26 참조)을 따라서 막 두께 데이터를 복수의 막 두께 데이터 군으로 분할하고(스텝 4), 또한 영역마다 막 두께 데이터 군을 와전류 센서(50)의 궤적을 따라서 복수의 막 두께 데이터에 할당해(스텝 5), 각각의 막 두께 데이터로부터 각 센서 궤적에 관한 막 두께 프로파일을 작성한다.The
상기 스텝 2 내지 스텝 5의 구체예에 대해서, 도 37을 참조하여 설명한다. 도 37에 나타내는 예에서는, 탑링(10)이 1회전하는 실시간은 2000밀리 초이며, 연마 테이블(1)이 1회전하는 실시간은 1000밀리 초다. 이 경우, 탑링(10)의 회전 속도는 30min-1, 연마 테이블(1)의 회전 속도는 60min- 1으로 구해지고, 연마 테이블(1)이 1회전할 때마다 와전류 센서(50)는 2회 웨이퍼의 표면을 가로지른다. 따라서, 이 경우의 와전류 센서(50)의 궤적은 2개다. 웨이퍼의 표면에는 각자 궤적을 따라서 5개의 영역이 미리 정의되어 있다.The specific example of said step 2-
연마 테이블(1)이 2N-1회전째일 때에 얻어지는 막 두께 데이터는, D12N -1, D22N-1, D32N -1, D42N -1, D52N -1이며, 연마 테이블(1)이 2N 회전째일 때에 얻어지는 막 두께 데이터는, D12N, D22N, D32N, D42N, D52N이다. N은 자연수다. 이들 막 두께 데이터는, 웨이퍼 상의 5개의 영역에 각각 속하는 5개의 데이터 군, 즉 제1 데이터 군 D12N -1, D12N, 제2 데이터 군 D22N -1, D22N, 제3 데이터 군 D32N -1, D32N, 제4 데이터 군 D42N -1, D42N, 제5 데이터 군 D52N -1, D52N으로 나뉘어진다.The film thickness data obtained when the polishing table 1 is at the 2N-1 rotation are D1 2N- 1 , D2 2N-1 , D3 2N- 1 , D4 2N- 1 , D5 2N- 1 , and the polishing table 1 is The film thickness data obtained at the 2N rotation are D1 2N , D2 2N , D3 2N , D4 2N , and D5 2N . N is a natural number. These film thickness data are divided into five data groups each belonging to five regions on the wafer, that is, the first data group D1 2N -1 , D1 2N , the second data group D2 2N -1 , D2 2N , and the third data group D3 2N -1 , D3 2N , fourth data group D4 2N- 1 , D4 2N , fifth data group D5 2N- 1 , and D5 2N .
또한, 상기 각 데이터 군은, 동일 센서 궤적마다 할당된다. 즉, 제1 데이터 군은, 막 두께 데이터 D12N -1과 막 두께 데이터 D12N로 나뉘어지고, 제2 데이터 군은 막 두께 데이터 D22N -1과 막 두께 데이터 D22N로 나뉘어지고, 제3 데이터 군은 막 두께 데이터 D32N -1과 막 두께 데이터 D32N로 나뉘어지고, 제4 데이터 군은 막 두께 데이터 D42N -1과 막 두께 데이터 D42N로 나뉘어지고, 제5 데이터 군은 막 두께 데이터 D52N-1과 막 두께 데이터 D52N로 나뉘어진다. 그리고, 각각의 막 두께 데이터로부터 막 두께 프로파일이 생성된다.Each data group is assigned to the same sensor trajectory. That is, the first data group is divided into the film thickness data D1 2N -1 and the film thickness data D1 2N , and the second data group is divided into the film thickness data D2 2N -1 and the film thickness data D2 2N , and the third data The group is divided into the film thickness data D3 2N -1 and the film thickness data D3 2N , the fourth data group is divided into the film thickness data D4 2N -1 and the film thickness data D4 2N , the fifth data group is the film thickness data D5 2N-1 and film thickness data D5 2N . Then, a film thickness profile is generated from each film thickness data.
도 36으로 되돌아가서, 모니터링 장치(55)는, 각 막 두께 프로파일로부터 얻어지는 현재의 막 두께와 전회의 막 두께와 비교하여, 막 두께 프로파일의 변화를 취득한다(스텝 6). 구체적으로는, 모니터링 장치(55)는, 현재의 막 두께와 전회의 막 두께의 차이가 설정값을 하회하는가 여부, 또는 막 두께의 감소율이 설정값을 하회하는가 여부를 판단한다. 연마 종점 검출의 정밀도를 올리기 위해서, 이들 설정값은, 시스템 노이즈의 크기에 기초하여 결정하는 것이 바람직하다. 현재의 막 두께와 전회의 막 두께의 차이가 설정값을 하회했을 때, 또는 막 두께의 감소율이 설정값을 하회했을 때, 모니터링 장치(55)는, 웨이퍼의 연마 공정이 종점에 도달했다고 판단한다(스텝 7).Returning to FIG. 36, the
연마 종점 검출의 정밀도를 더 높이기 위해서, 스텝 7의 연마 종점이 복수의 센서 궤적에 대해서 검출되었을 때, 웨이퍼의 연마 공정이 종점에 도달했다고 판단하는 것이 바람직하다. 혹은, 연마 테이블(1)이 복수회 회전하는 사이에 스텝 7의 연마 종점 검출이 복수회 행해진 경우에, 웨이퍼의 연마 공정이 종점에 도달했다고 판단하는 것이 바람직하다.In order to further increase the accuracy of the polishing end point detection, it is preferable to determine that the polishing step of the wafer has reached the end point when the polishing end point of
상술한 실시 형태는, 웨이퍼의 복수의 영역을 독립하여 연마 패드에 가압할 수 있는 탑링에 적용할 수 있다. 도 38은, 도 1에 도시하는 탑링의 일례를 도시하는 단면도다. 탑링(10)은, 탑링 샤프트(11)에 자유 조인트(250)를 개재해서 연결되는 탑링 본체(251)와, 탑링 본체(251)의 하부에 배치된 리테이너 링(252)을 구비하고 있다.The above-mentioned embodiment can be applied to the top ring which can press several area | region of a wafer independently to a polishing pad. FIG. 38 is a cross-sectional view showing an example of the top ring shown in FIG. 1. The
탑링 본체(251)의 하방에는, 웨이퍼(W)에 접촉하는 유연한 멤브레인(256)과, 멤브레인(256)을 보유 지지하는 척킹 플레이트(257)가 배치되어 있다. 멤브레인(256)과 척킹 플레이트(257)의 사이에는, 4개의 압력실(에어백)(P1, P2, P3, P4)이 설치되어 있다. 압력실(P1, P2, P3, P4)은 멤브레인(256)과 척킹 플레이트(257)에 의해 형성되어 있다. 중앙의 압력실(P1)은 원형이며, 다른 압력실(P2,P3,P4)은 환상이다. 이들 압력실(P1, P2, P3, P4)은, 동심 상에 배열되어 있다.Below the
압력실(P1, P2, P3, P4)에는 각각 유체로(261, 262, 263, 264)를 개재해서 압력 조정부(270)에 의해 가압 공기 등의 가압 유체가 공급되고, 혹은 진공화가 되도록 되어 있다. 압력실(P1, P2, P3, P4)의 내부 압력은 서로 독립해서 변화시키는 것이 가능하고, 이에 의해, 웨이퍼(W)의 4개의 영역, 즉, 중앙부, 내측 중간부, 외측 중간부 및 주연부에 대한 가압력을 독립적으로 조정할 수 있다. 또한, 탑링(10)의 전체를 승강시킴으로써, 리테이너 링(252)을 소정의 가압력으로 연마 패드(2)에 가압할 수 있게 되어 있다.Pressurized fluids, such as pressurized air, are supplied to the pressure chambers P1, P2, P3, and P4 via the
척킹 플레이트(257)와 탑링 본체(251) 사이에는 압력실(P5)이 형성되고, 이 압력실(P5)에는 유체로(265)를 개재해서 상기 압력 조정부(270)에 의해 가압 유체가 공급되거나, 혹은 진공화가 되도록 되어 있다. 이에 의해, 척킹 플레이트(257) 및 멤브레인(256) 전체가 상하 방향으로 움직일 수 있다. 웨이퍼(W)의 주단부는 리테이너 링(252)에 둘러싸여 있어, 연마중에 웨이퍼(W)가 탑링(10)으로부터 튀어나오지 않게 되어 있다. 압력실(P3)을 구성하는, 멤브레인(256)의 부위에는 개구가 형성되어 있고, 압력실(P3)에 진공을 형성함으로써 웨이퍼(W)가 탑링(10)에 흡착 보유 지지되게 되어 있다. 또한, 이 압력실(P3)에 질소 가스나 클린에어 등을 공급함으로써, 웨이퍼(W)가 탑링(10)으로부터 릴리스 되도록 되어 있다.A pressure chamber P5 is formed between the chucking
모니터링 장치(55)는, 각 압력실(P1, P2, P3, P4)에 대응하는 웨이퍼 표면의 영역에서의 막 두께 지표값에 기초하여, 각 압력실(P1, P2, P3, P4)의 내부 압력의 목표값을 결정한다. 모니터링 장치(55)는 상기 압력 조정부(270)에 명령 신호를 보내고, 압력실(P1, P2, P3, P4)의 내부 압력이 상기 목표값에 일치하도록 압력 조정부(270)를 제어한다. 이와 같이, 복수의 압력실을 갖는 탑링(10)은, 연마의 진척을 따라서 웨이퍼 표면 상의 각 영역을 독립적으로 연마 패드(2)에 가압할 수 있으므로, 막을 균일하게 연마할 수 있다.The
지금까지 본 발명의 실시 형태에 대해서 설명했으나, 본 발명은 상술한 실시 형태에 한정되지 않고, 그 기술적 사상의 범위 내에 있어서 여러 가지 다른 형태로 실시되어도 되는 것은 당연하다.Although the embodiment of the present invention has been described so far, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and may be embodied in various other forms within the scope of the technical idea.
Claims (37)
연마중의 와전류 센서의 출력 신호를 취득하고,
와전류 센서의 상방에 기판이 존재하지 않을 때의 상기 출력 신호를 사용해서 와전류 센서의 출력 조정량을 산출하고,
상기 출력 조정량을 사용해서 와전류 센서의 상방에 기판이 존재할 때의 상기 출력 신호를 보정하고,
상기 보정된 출력 신호에 기초하여 기판 상의 도전막의 두께를 감시하는 것을 특징으로 하는, 연마 감시 방법.It is a polishing monitoring method which pressurizes the board | substrate of a grinding | polishing object to the grinding | polishing surface on a rotating grinding | polishing table, and grinds the electrically conductive film on a board | substrate, and monitors the thickness of an electrically conductive film with the eddy current sensor provided in the polishing table during grinding | polishing,
Acquire the output signal of the eddy current sensor while polishing,
An output adjustment amount of the eddy current sensor is calculated using the output signal when no substrate exists above the eddy current sensor,
The output adjustment amount is used to correct the output signal when a substrate exists above the eddy current sensor,
And monitoring the thickness of the conductive film on the substrate based on the corrected output signal.
상기 저항 성분과 상기 리액턴스 성분을 직교 좌표축 상에 표시하고,
상기 도전막의 막 두께마다, 상기 저항 성분 및 상기 리액턴스 성분으로 이루어지는 좌표에 의해 특정되는 점을 연결하는 예비 측정 직선을 긋고,
상기 예비 측정 직선끼리 교차하는 교점인 기준점을 미리 구해 두는 것을 특징으로 하는, 연마 감시 방법.The impedance component and reactance component of the impedance of the electric circuit including the coil of the said eddy current sensor are acquired for every film thickness on condition that the distance between the sensor coil edge part and the electrically conductive film of the said eddy current sensor differs,
Displaying the resistance component and the reactance component on a rectangular coordinate axis,
For each film thickness of the conductive film, a preliminary measurement straight line which connects a point specified by a coordinate consisting of the resistance component and the reactance component is drawn.
A polishing monitoring method, wherein a reference point, which is an intersection point at which the preliminary measurement straight lines intersect, is obtained in advance.
상기 와전류 센서의 센서 코일 단부와 도전막 사이의 거리가 상이한 조건 하에서, 막 두께마다, 상기 와전류 센서의 코일을 포함하는 전기 회로의 임피던스의 저항 성분과 리액턴스 성분을 취득하고,
상기 저항 성분과 상기 리액턴스 성분을 직교 좌표축 상에 표시하고,
상기 도전막의 막 두께마다, 상기 저항 성분 및 상기 리액턴스 성분으로 이루어지는 좌표에 의해 특정되는 점을 연결하는 예비 측정 직선을 긋고,
상기 예비 측정 직선끼리 교차하는 교점인 기준점을 구하고,
연마 중 또는 연마 전후의 상기 와전류 센서의 출력 신호를 사용해서 상기 기준점을 보정하고,
보정 후의 기준점과 임피던스의 좌표에 의해 특정되는 점을 연결하는 직선이 이루는 각으로부터 막의 두께를 감시하는 것을 특징으로 하는, 연마 감시 방법.It is a polishing monitoring method which pressurizes the board | substrate of a grinding | polishing object to the grinding | polishing surface on a rotating grinding | polishing table, and grinds the electrically conductive film on a board | substrate, and monitors the thickness of an electrically conductive film with the eddy current sensor provided in the polishing table during grinding | polishing,
Under the condition that the distance between the sensor coil end of the eddy current sensor and the conductive film is different, for each film thickness, the resistance component and the reactance component of the impedance of the electric circuit including the coil of the eddy current sensor are obtained.
Displaying the resistance component and the reactance component on a rectangular coordinate axis,
For each film thickness of the conductive film, a preliminary measurement straight line which connects a point specified by a coordinate consisting of the resistance component and the reactance component is drawn.
Obtaining a reference point that is an intersection point of the preliminary measurement straight lines,
The reference point is corrected using the output signal of the eddy current sensor during or before polishing,
The film | membrane monitoring method characterized by monitoring the thickness of a film | membrane from the angle formed by the straight line which connects the reference point after correction | amendment, and the point specified by the coordinate of an impedance.
연마 대상의 기판을 상기 연마면에 가압해서 기판 상의 도전막을 연마하는 탑링과,
상기 연마 테이블 내에 설치된 와전류 센서와,
상기 와전류 센서의 출력 신호에 기초하여 도전막의 두께를 감시하는 모니터링 장치를 구비하고,
상기 모니터링 장치는,
연마중의 와전류 센서의 출력 신호를 취득하고,
와전류 센서의 상방에 기판이 존재하지 않을 때의 상기 출력 신호를 사용해서 와전류 센서의 출력 조정량을 산출하고,
상기 출력 조정량을 사용해서 와전류 센서의 상방에 기판이 존재할 때의 상기 출력 신호를 보정하고,
상기 보정된 출력 신호에 기초하여 기판 상의 도전막의 두께를 감시하는 것을 특징으로 하는, 연마 장치.A polishing table rotating with a polishing surface,
A top ring for pressing the substrate to be polished onto the polishing surface to polish the conductive film on the substrate;
An eddy current sensor installed in the polishing table,
A monitoring device for monitoring the thickness of the conductive film based on the output signal of the eddy current sensor;
The monitoring device,
Acquire the output signal of the eddy current sensor while polishing,
An output adjustment amount of the eddy current sensor is calculated using the output signal when no substrate exists above the eddy current sensor,
The output adjustment amount is used to correct the output signal when a substrate exists above the eddy current sensor,
And the thickness of the conductive film on the substrate is monitored based on the corrected output signal.
상기 기판의 연마 중에 와전류 센서를 상기 기판의 표면을 가로지르도록 이동시키고,
상기 와전류 센서의 임피던스의 저항 성분 X 및 유도 리액턴스 성분 Y를 취득하고,
상기 저항 성분 X 및 상기 유도 리액턴스 성분 Y로 이루어지는 좌표 X, Y를 X-Y 좌표계 상에 플롯하고,
상기 X-Y 좌표계 상에는 복수의 임피던스 에리어가 미리 정의되고 있고, 상기 복수의 임피던스 에리어는, 기준 임피던스 에리어와 적어도 하나의 오프셋 임피던스 에리어를 포함하고 있고,
상기 복수의 임피던스 에리어에 각각 속하는 복수의 좌표 X, Y를 사용하여, 상기 복수의 임피던스 에리어마다 복수의 막 두께 지표값을 산출하고,
상기 복수의 막 두께 지표값을 사용해서 상기 복수의 임피던스 에리어마다 상기 기판의 연마 종점을 결정하는 것을 특징으로 하는, 연마 종점 검출 방법.It is a method of detecting the grinding | polishing end point of the board | substrate grinding | polishing process of grind | polishing the film | membrane of the said board | substrate by rotating said top ring and the said polishing table, respectively, pressing a board | substrate to the polishing pad on a polishing table with a top ring,
Move the eddy current sensor across the surface of the substrate during polishing of the substrate,
Obtaining a resistance component X and an inductive reactance component Y of the impedance of the eddy current sensor;
Plot coordinates X and Y, which consist of the resistance component X and the inductive reactance component Y, on an XY coordinate system,
A plurality of impedance areas are defined in advance on the XY coordinate system, and the plurality of impedance areas includes a reference impedance area and at least one offset impedance area,
A plurality of film thickness index values are calculated for each of the plurality of impedance areas using a plurality of coordinates X and Y belonging to the plurality of impedance areas, respectively.
And a polishing endpoint of the substrate for each of the plurality of impedance areas using the plurality of film thickness index values.
상기 기판과 동일 구조의 기판을 연마하고,
상기 동일 구조의 기판의 연마중에 상기 저항 성분 X 및 상기 유도 리액턴스 성분 Y를 취득하고,
취득된 상기 저항 성분 X 및 상기 유도 리액턴스 성분 Y로 이루어지는 좌표 X, Y를 상기 X-Y 좌표계 상에 플롯해서 초기 임피던스 에리어를 상기 X-Y 좌표계 상에 형성하고,
상기 초기 임피던스 에리어를 그 길이 방향을 따라서 분할함으로써 얻어지는 것을 특징으로 하는, 연마 종점 검출 방법.The method of claim 22, wherein the plurality of impedance areas,
Polishing a substrate having the same structure as the substrate,
The resistance component X and the inductive reactance component Y are obtained during polishing of the substrate having the same structure,
The coordinates X and Y which consist of the acquired said resistance component X and said inductive reactance component Y are plotted on the said XY coordinate system, and an initial impedance area is formed on the said XY coordinate system,
It is obtained by dividing the said initial impedance area along the longitudinal direction, The grinding | polishing endpoint detection method characterized by the above-mentioned.
상기 기판과 동일 구조의 기판을 연마하고,
상기 동일 구조의 기판의 중심부에서의 상기 저항 성분 X 및 상기 유도 리액턴스 성분 Y를 취득하고,
취득된 상기 저항 성분 X 및 상기 유도 리액턴스 성분 Y로 이루어지는 좌표 X, Y를 상기 X-Y 좌표계 상에 플롯함으로써 상기 X-Y 좌표계 상에 그려지는 영역인 것을 특징으로 하는, 연마 종점 검출 방법.The method of claim 22, wherein the reference impedance area,
Polishing a substrate having the same structure as the substrate,
The resistance component X and the inductive reactance component Y at the center of the substrate of the same structure are obtained,
And a coordinate X, Y composed of the obtained resistance component X and the inductive reactance component Y on the XY coordinate system to plot an area drawn on the XY coordinate system.
상기 연마 테이블 내에 설치된 와전류 센서를 상기 기판의 표면을 가로지르도록 이동시키면서, 상기 와전류 센서의 출력 신호를 취득하고,
상기 출력 신호를 취득했을 때와 동일한 궤적으로 상기 와전류 센서를 상기 기판의 표면을 가로지르도록 이동시키면서, 상기 와전류 센서의 출력 신호를 취득하고,
상기 와전류 센서의 출력 신호로부터 막 두께 지표값을 산출하고,
상기 막 두께 지표값의 변화로부터 상기 기판의 연마 종점을 결정하는 것을 특징으로 하는, 연마 종점 검출 방법.It is a method of detecting the grinding | polishing end point of the board | substrate grinding | polishing process of grind | polishing the film | membrane of the said board | substrate by rotating said top ring and the said polishing table, respectively, pressing a board | substrate to the polishing pad on a polishing table with a top ring,
While moving the eddy current sensor provided in the said polishing table to cross the surface of the said board | substrate, the output signal of the said eddy current sensor is acquired,
The output signal of the eddy current sensor is acquired while moving the eddy current sensor to cross the surface of the substrate in the same trajectory as when the output signal was obtained.
A film thickness index value is calculated from the output signal of the eddy current sensor,
The polishing endpoint of the substrate is determined from the change of the film thickness index value.
상기 할당된 출력 신호로부터, 상기 기판의 각 영역에 관한 막 두께 지표값을 산출하는 것을 특징으로 하는, 연마 종점 검출 방법.31. The method of claim 30, wherein the output signal of the eddy current sensor is assigned along a plurality of predefined regions on the surface of the substrate,
And a film thickness index value for each area of the substrate is calculated from the assigned output signal.
상기 연마 테이블 내에 설치된 와전류 센서를 상기 기판의 표면을 가로지르도록 이동시키고,
상기 와전류 센서의 출력 신호를 취득하고,
상기 와전류 센서의 출력 신호로부터 막 두께 프로파일을 작성하고,
상기 막 두께 프로파일에 나타나는 볼록부의 위치의 변화로부터, 상기 볼록부가 잔막 또는 막의 하층에 존재하는 금속 재료 중 어느 하나에 기인해서 나타나는지를 판단하여,
상기 잔막에 기인해서 나타나는 볼록부의 크기에 기초하여 상기 기판의 연마 종점을 결정하는 것을 특징으로 하는, 연마 종점 검출 방법.It is a method of detecting the grinding | polishing end point of the board | substrate grinding | polishing process of grind | polishing the film | membrane of the said board | substrate by rotating said top ring and the said polishing table, respectively, pressing a board | substrate to the polishing pad on a polishing table with a top ring,
Move an eddy current sensor installed in the polishing table to cross the surface of the substrate,
Acquire the output signal of the eddy current sensor,
A film thickness profile is created from the output signal of the eddy current sensor,
From the change in the position of the convex portion appearing in the film thickness profile, it is judged whether the convex portion appears due to any one of the remaining material or the metal material present in the lower layer of the film,
The polishing endpoint of the substrate is determined on the basis of the size of the convex portion resulting from the residual film.
기판을 회전시키면서, 상기 회전하는 연마 테이블 상의 연마 패드에 상기 기판을 누르는 탑링과,
상기 연마 테이블 내에 설치되어, 상기 기판의 표면을 가로지르도록 이동하는 와전류 센서와,
상기 와전류 센서의 출력 신호로부터 상기 기판의 막 두께를 감시하는 모니터링 장치를 구비하고,
상기 모니터링 장치는,
상기 와전류 센서의 임피던스의 저항 성분 X 및 유도 리액턴스 성분 Y를 취득하고,
상기 저항 성분 X 및 상기 유도 리액턴스 성분 Y로 이루어지는 좌표 X, Y를 X-Y 좌표계 상에 플롯하고, 상기 X-Y 좌표계 상에는 복수의 임피던스 에리어가 미리 정의되고 있고, 상기 복수의 임피던스 에리어는 기준 임피던스 에리어와 적어도 하나의 오프셋 임피던스 에리어를 포함하고 있고,
상기 복수의 임피던스 에리어에 각각 속하는 복수의 좌표 X, Y를 사용하여, 상기 복수의 임피던스 에리어마다 복수의 막 두께 지표값을 산출하고,
상기 복수의 막 두께 지표값을 사용해서 상기 복수의 임피던스 에리어마다 상기 기판의 연마 종점을 결정하는 것을 특징으로 하는, 연마 장치.A rotatable polishing table for supporting the polishing pad,
A top ring which presses the substrate on a polishing pad on the rotating polishing table while rotating the substrate,
An eddy current sensor installed in the polishing table and moving to cross the surface of the substrate;
And a monitoring device for monitoring the film thickness of the substrate from the output signal of the eddy current sensor,
The monitoring device,
Obtaining a resistance component X and an inductive reactance component Y of the impedance of the eddy current sensor;
Plot coordinates X and Y, which consist of the resistance component X and the inductive reactance component Y, on a XY coordinate system, and a plurality of impedance areas are predefined on the XY coordinate system, and the plurality of impedance areas are at least one of a reference impedance area. Contains an offset impedance area of
A plurality of film thickness index values are calculated for each of the plurality of impedance areas using a plurality of coordinates X and Y belonging to the plurality of impedance areas, respectively.
A polishing device according to claim 1, wherein the polishing endpoint of the substrate is determined for each of the plurality of impedance areas using the plurality of film thickness index values.
기판을 회전시키면서, 상기 회전하는 연마 테이블 상의 연마 패드에 상기 기판을 누르는 탑링과,
상기 연마 테이블 내에 설치되어, 상기 기판의 표면을 가로지르도록 이동하는 와전류 센서와,
상기 와전류 센서의 출력 신호로부터 상기 기판의 막 두께를 감시하는 모니터링 장치를 구비하고,
상기 모니터링 장치는,
상기 와전류 센서가 상기 기판의 표면을 가로지르도록 이동하고 있을 때, 상기 와전류 센서의 출력 신호를 취득하고,
상기 출력 신호를 취득했을 때와 동일한 궤적으로 상기 와전류 센서가 상기 기판의 표면을 가로지르도록 이동하고 있을 때, 상기 와전류 센서의 출력 신호를 취득하고,
상기 와전류 센서의 출력 신호로부터 막 두께 지표값을 산출하고,
상기 막 두께 지표값의 변화로부터 상기 기판의 연마 종점을 결정하는 것을 특징으로 하는, 연마 장치.A rotatable polishing table for supporting the polishing pad,
A top ring which presses the substrate on a polishing pad on the rotating polishing table while rotating the substrate,
An eddy current sensor installed in the polishing table and moving to cross the surface of the substrate;
And a monitoring device for monitoring the film thickness of the substrate from the output signal of the eddy current sensor,
The monitoring device,
When the eddy current sensor is moving to cross the surface of the substrate, an output signal of the eddy current sensor is acquired,
When the eddy current sensor is moving to cross the surface of the substrate with the same trajectory as when the output signal is obtained, an output signal of the eddy current sensor is acquired.
A film thickness index value is calculated from the output signal of the eddy current sensor,
And a polishing end point of the substrate is determined from the change in the film thickness index value.
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