200927378 六、發明說明： . 【發明所屬之技術領域】 . 本發明係關於在研磨期間監視形成於基板表面上之導 電膜的厚度的變化之方法，而且關於研磨裝置及監視裝置。 【先前技術】 研磨裝置廣泛用來研磨形成於晶圓表面上之諸如阻擔 膜（barrier film)及互連金屬膜（interconnect metal fi lm)等之導電膜。研磨結束點檢測以及研磨期間研磨條件 ❹ 之改變係根據導電膜的厚度而決定。因此，研磨裝置通常 包含有用來在研磨期間檢測導電膜的厚度之膜厚檢測器 (film-thickness detector)。此膜厚檢測器的典型例子為 渦電流感測器（eddy current sensor)。此渦電流感測器係 構成為將南頻的父流電流供給至線圈以在導電膜中感應生 成渦電流’藉此而從感應生成的渦電流的磁場所造成的阻 抗（impedance)的變化來檢測出導電膜的厚度。 ❹ 第1圖係顯示用來說明渦電流感測器的原理之等效電 路之圖。當交流電源輸送高頻的交流電流L至線圈1，在 線圈1中感應生成的磁力線會穿過導電膜。結果，感測器 側電路與導電膜侧電路之間發生互感（mutual inductance)，而有渦電流h在導電膜中流通。此渦電流 12產生磁力線，此磁力線使得感測器侧電路的阻抗發生變 化。該渦電流感測益從感測器側電路的阻抗的變化來量測 導電膜的厚度。 在第1圖中的感測器側電路與導電膜側電路中，以下 320677 3 200927378 的方程式成立。 R, 1】+ Li dVdt + Mdla/dt - E (I)
Ril2+L2dl2/dt+MdIi/dt = 0 (2) 其中，M表示互感，Ri表示包含線圈1之感測器側電路 的等效電阻，Li表示包含線圈1之感測器侧電路的自感 (self inductance)，R2表示相當於渦電流損耗（eddy current 1 oss)之等效電阻，L2表示渦電流在導電膜中流通 時導電膜的自感。 ^ 令In=Anejwt(正弦波），將以上的方程式（1)及（2)表示 成以下的式子。 (Ri + jcola) Ii + jcoMli * E (3) (¾ + jtoLz) h + ]ωΜΙι - E (4) 由此方程式（3)及（4)，推導出以下的方程式。
Ii = E (Ra + jmLa) / [(¾ + joLi) (Rs + jcoLz〉+ω2!^2] -B / [(Rj + je>L〇 + od2M2 / (¾ + joaLi)] (5) p 因此，感測器側電路的阻抗Φ可表示成以下的方程式。 Φ 一 E/I1_[RI+ oj^Ra/CR^+o^2)] 十】®〜-®2L2M2/CR22 + <»V>]⑹ 將阻抗Φ的實部（亦即電阻成分）及虛部（亦即感抗成 分）分別以X及Y加以取代，得到以下的方程式。 (X - R-02 + [Y - (0^ (1 - k3 / 2)32 - (ciLi k2 / if (7) 方程式（7)中的符號k表示耦合係數（coupling coefficient)，且以下的關係成立。 4 320677 200927378 M = k(LlL2),/2 (8) •第2圖係顯示在XY座標系上描繪隨著研磨時間而變化 ' 的X及Υ所晝出的曲線圖之圖。第2圖中所示之座標系係 由垂直軸之Υ軸及水平軸之X軸所定義。點Τ〇〇之座標係膜 厚為零（亦即R2為零）時之X及Y的值。在基板的導電率可 以忽略的情況，點TO之座標係膜厚為無限大（亦即R2為無 限大）時之X及Y的值。由X及Y的值所定出的點Τη，係 隨著膜厚之減小而在弧（arc)上向著點TO移動。 ® 第3圖係顯示將第2圖中的曲線圖逆時針旋轉90度並 進一步將旋轉後的曲線圖加以平移所得到的曲線圖之圖。 詳言之，使座標（X，Y)所定出的點在XY座標系上繞著原點 0旋轉，然後進一步使旋轉後的座標移動以作成一個曲線 圖，此曲線圖中原點0與座標（X，Y)所定出的點之間的距 離係隨著膜厚之減小而減小。此外，亦可再對第3圖中的 曲線圖進行進一步的處理，例如放大處理。雖然第3圖顯 Q 示將第2圖中的曲線圖逆時針旋轉90度的情況，但旋轉角 度並不限於90度。例如，可調整旋轉角度，使得對應於所 要監視的膜厚的上限之Y轴座標等於膜厚為零之點的Y軸 座標。 如第3圖所示，依據X及Y之值而定位之點Τη係隨著 膜厚之減小而在弧上向著點Τ0移動。移動過程中，只要點 Τη不是位在靠近T〇〇之位置，XY座標系的原點0與點Τη之 間的距離Z( = (x2+y2)1/2)係隨著膜厚之減小而減小。因此， 藉由監視距離Z，就可決定研磨期間膜厚的變化以及研磨 5 320677 200927378 結束點。第4圖顯示以縱軸為距離Z、橫軸為研磨時間而 • 描點緣圖所作成的曲線圖。如這一個曲線圖所示、，距離z . 隨著研磨時間之經過而減小，然後在某一時點變為 < 數。 因此，藉由檢測距離Z之這樣一個點’就可決疋研磨釔束 點。 近來，引進了一種基板本身具有#常低的電阻率（比電 阻）之所謂的低電阻基板。此低電阻基板具有大約為一般基 板的千分之一之電阻率。具有低電阻的基板提供包含實現 〇 低電壓驅動（亦即使用相同的電壓可使較大的電流流通）以 及實現低導通電阻（亦即可實現需要大電流之更廣的應用） 等優點。 然而，低電阻基板具有與作為研磨對象的導電膜的表 面電阻（sheet resistance)接近之表面電阻。此會對渴電 流感測器的輸出訊號造成很大的影響。以下參照第5圖說 明此一問題。第5圖係顯示研磨具有一般電阻率的基板（一 ❹般基板）上具有100 nm厚度的鎢膜時渦電流感測器的輪出 訊號的軌跡（locus)，同時顯示研磨低電阻基板上具有相同 厚度的鎢膜時渦電流感測器的輸出訊號的軌跡之曲線圖。 一般基板的表面電阻比鎢膜的表面電阻大很多。在此情 況’大體上可忽略基板對於渦電流感測器的輸出訊鞔所造 成的效果。因此’渦電流感測器的輸出訊號幾乎不受基板 的表面電阻所影響，只要臈厚相同就可得到如同第5圈之 輸出訊號。 另一方面’低電阻基板的表面電阻與鎢膜的表面電陡 6 320677 200927378 沒有很大的不同。在此情況，渦電流感測器的輸出訊號很 • 可能受低電阻基板所影響。結果，如第5圖所示，與使用 ' 一般基板的情況相比，满電流感測器的輸出訊號的軌跡大 幅向大厚度側移動。而且，由於低電阻基板間的電阻率的 微小差異之故，即使是研磨相同厚度的鎢膜時，渦電流感 測器的輸出訊號的軌跡也可能如第5圖所示般變化。 即使在此渦電流感測器的輸出訊號的軌跡會移動之情 況，也可檢測研磨結束點，因為前面提到的那一個點也會 ® 移動，如第6圖所示。然而，輸出訊號之此種移動會在停 止研磨時或在到達預定的目標厚度之時點改變研磨條件時 產生問題。這是因為渦電流感測器的輸出訊號的值與膜厚 之間的關係改變了的緣故。這會使得研磨時間的檢測發生 誤差。 此外，一般基板與低電阻基板之間存在有在表示膜厚 變化之距離Z的變化程度上的差異。詳言之，如第7及第_ 0 8圖所示，在一般基板，膜厚變化時，距離Z1會大幅變化。 另一方面，在低電阻基板，膜厚變化時，距離Z2並不會大 幅變化。此種距離Z上的小變化會造成訊π喿比的惡化。結 果，會使研磨結束點及研磨條件改變點的檢測精度降低。 另外，渦電流感測器具有其輸出訊號會隨著其與作為 檢測標的之導電膜的距離而變化之特性。所以，當渦電流 感測器與基板間的距離因為研磨墊等的磨耗而改變時，即 便導電膜的厚度都一樣，渦電流感測器的輸出訊號也會變 化。 7 320677 200927378 【發明内容】 之 個目的上述的問題點而完成者。因此，本發明 m ί 種即使是研磨低電阻基板上的導電膜 時或是研磨墊磨耗時都能$ 、 方n㈣番 卩此丰確監視膜厚的變化之研磨監視 方法研磨裝置、以及監視裝置。 Ο
^達成上述目的之本發日㈣—個歸提供一種使用 渴電&感測器來監視與研磨_研磨面做滑動接觸之導電 膜的厚度的變化之監視方法。此方法包含：在渦電流感測 器面對導電膜時取得渦電流感測器的輸出訊號，此輸出訊 號包括相當於包含渦電流感測器的線圈（c〇il)在内之電路 的阻抗（impedance)的電阻成分及感抗成分（inductive reactance component)之兩個訊號；將兩個訊號定義成座 標系上的座標；重複進行輸出訊號之取得及座標之定義； 決定由座標系上至少三組座標所定出的弧的曲率中心；決 定將曲率中心與至少三組座標中的至少一組相連接而成的 線的傾斜角度；以及藉由監視傾斜角度的變化來監視導電 膜的厚度的變化。 本發明的原理將說明以下。當低電阻基板的電阻率如 上所述一個一個基板各不相同聘，渦電流感測器的輸出訊 號的執跡也會隨著一個一個基板而變化，如第9及第1〇圖 所示。第9圖顯示輸出訊號的軌跡的開始角度（開始點）與 另一軌跡的開始角度有很大的不同之例子。在此例中，開 始角度的差異可以很小而且兩執跡可以重疊。第1 〇圖顯示 一軌跡的半徑與另一軌跡的半徑不同，而且開始角度也不 320677 8 200927378 同之例子。另外’基板與渦電流感測器之間的距離若因為 研磨墊之磨耗而改變’渦電流感測器的輸出訊號的執跡就 可能會改變’如第11圖所示。f 9至第11圖中，符號SP 表不研磨開始點’符號Ep表示研磨結束點。本案發明人發 現當膜厚相同時’各個弧狀的軌跡都具有大致相等的中心 角mm!』器的輪出訊號的錄的執跡會如第9 至第11 ®所7F般變化。換言之，當膜厚相同時，膜厚的減 小速率會大致等於中心角的增加速率。因此，可從弧狀的 轨跡的中心角的變化來監視膜厚的變化。 _ u本發明中’將隨著膜厚而變化之渦電流感測器的輸出 訊號描繪成座標系上的座標，以監視將描_的點與曲率中 〜相連接而成的線的傾斜角度的變化（亦即中心角的變 化）。因此’可達成膜厚之準確的監視，不會受到低電阻基 板之電阻率的變動以及基板與滿電流感測器間之距離的變 化所影響。 在本發明之較佳的態樣中，該導電膜係形成於低電阻 基板上。 在本發明之較佳的態樣中，該方法還包含：從傾斜角 度生成隨著傾斜角度之增加而減小之監視訊號。監視導電 膜的厚度的變化係包括：根據監視訊號的變化來監視導電 膜的厚度的變化。 本舍明之另一個態樣提供一種研磨裝置，包含：支持 具有研磨面的研磨墊之可旋轉的研磨台、設於該研磨台中 之渴電流感測器、設成用來將基板壓抵在研磨面上之頂環 9 320677 200927378 (top ring)、設成用來使基板與研磨墊之間做相對運動之 ' 機構、設成使用渦電流感測器來監視與研磨面做滑動接觸 • 之導電膜的厚度的變化之監視單元。此監視單元可進行以 下操作：在渦電流感測器面對導電膜時取得渦電流感測器 的輸出訊號，該輸出訊號包括相當於包含渦電流感測器的 線圈在内之電路的阻抗的電阻成分及感抗成分之兩個訊 號’將兩個訊號定義成座標系上的座標；重複進行輸出訊 ❹號之取得及座標之定義；決定由座標系上至少三組座標所 疋出的弧的曲率中心；決定將曲率中心與至少三組座標中 的至少一組相連接而成的線的傾斜角度；以及藉由監視傾 斜角度的變化來監視導電膜的厚度的變化。 本發明之再一個態樣提供一種使用渦電流感測器來監 視與研磨墊的研磨面做滑動接觸之導電膜的厚度的變化之 監視裝置。此監視裝置包含設成用來進行以下操作之構 成.在渦電流感測器面對導電膜時取得渦電流感測器的輸 ❹出訊號’此輸出訊號包括相當於包含渦電流感測器的線圈 在内之電路的阻抗的電阻成分及感抗成分之兩個訊號；將 兩個訊號定義成座標系上的座標；重複進行輸出訊號之取 付及座標之定義；決定由座標系上至少三組座標所定出的 弧的曲率中心；決定將曲率中心與至少三組座標中的至少 組相連接而成的線的傾斜角度；以及藉由監視傾斜角度 的變化來監視導電膜的厚度的變化。 又 主如上所述之本發明不論是低電阻基板的電阻率變動之 情況以及基板與渦電流感測器間的距離變化之情況都可提 320677 10 200927378 供膜厚之準確的監視^ 【實施方式】 以下，參照圖式說明本發明之實施例。 第12圖係顯示根據本發明一實施例之研磨裝置的整 體構成之示意圖。如第12圖所示，研磨裝置具有··支持（保 持）有研磨墊10於其上表面之研磨台12 ;設成用來保持作 為接受研磨的工件之晶圓（基板）以及將晶圓壓抵在研磨墊 10的上表面上之頂環14;以及設成用來在未進行晶 磨時在研磨墊10的上表面上進行修整（調整）之修整器 (dresser)2〇。研磨墊1Q的上表_作為與日日日圓做滑動接 觸之研磨面。 Μ研磨台12連結至配置於其下方之馬達（未圖示），而可 如箭頭所不般繞著其自身的軸旋轉。研磨液供时嘴（未圖 丁）配置於研磨σ 12之上’以從研磨液供給 供給至研磨墊1〇上。 η所磨液 〇 降氣:Γ:連『至f，軸18，頂環軸18 降孔缸(未圖不)。頂環14因此而 以及繞著頂環軸18旋轉。要 力等而吸_胁前14的下之日日®㈣由真空吸 構成，使保持於頂環U的下表面之晶圓受頂環 及受卿u壓⑽抵靠在旋轉研磨台a 士的研磨表面上。以及，使研磨液從研磨液供 、：二r磨墊10的研磨面上。晶圓於是在晶圓的表 面(下表面)與研磨…間存在有研磨液的情況下接受 320677 11 200927378 研磨。本實施例中，研磨台12及頂環14構成使晶圓與研 - 磨墊10之間做相對運動之機構。 ' 第13圖係顯示第12圖中所示之頂環的斷面之示意 圖。如第13圖所示，頂環14具有透過活動接頭30而連結 至頂環軸18的下端之碟狀的頂環體31、以及設在頂環體 31的下部之固持環（retainer ring)32。頂環體31係由例 如金屬或陶瓷之具有高強度及剛性的材料所製成。固持環 32係由高剛性的樹脂、陶瓷等所製成。固持環32可與頂 ® 環體31 —體形成。 頂環體31與固持環32之中具有空間，此空間中收納： 將與晶圓W接觸之彈性墊33、由彈性薄膜製成之環狀壓力 片34、及設成用來保持彈性塾33之碟狀夾持板（chucking plate)35。彈性墊33具有由夾持板35加以保持住之上周 緣。彈性墊33與夾持板35之間設有四·個壓力腔室（氣袋）P1， P2，P3及P4。這些壓力腔室Ρί，P2，P3及P4分別通過流 q 體通路37，38，39及40而與未圖示之壓力調整裝置相連 通。該壓力調整裝置係設成用來供應加壓流體（亦即加壓空 氣）至壓力腔室PI, Ρ2, Ρ3及Ρ4中以及用來在這些壓力腔 室中形成真空。中央的壓力腔室Ρ1具有圓形的形狀，其他 的壓力腔室Ρ2, Ρ3及Ρ4具有環形的形狀。這些壓力腔室 PI, Ρ2, Ρ3及Ρ4配置成同心。該壓力調整裝置可包括壓 縮機及真空泵。 該壓力調整裝置可分別獨立地改變壓力腔室Pl，Ρ2， Ρ3及Ρ4的内部壓力，以藉此大致獨立地調整施加在四個 12 320677 200927378 區域（中央區域Cl、内圈區域C2、外圈區域C3及周邊區域 - C4)的壓力。因為更精確地說，各區域都多或少地受到鄰接 ' 區域的影響。另外，藉由使頂環14整體升降’固持環32 就可施加預定的力量在研磨墊10上。壓力腔室P5形成於 夾持板35與頂環體31之間。上述的壓力調整裝置係設成 通過流體通路41將加壓流體供應至壓力腔室P5中以及使 壓力腔室P5中形成真空。以此操作，可使夾持板35及彈
性墊33整體垂直移動。固持環32係配置在晶圓W的周圍 A 以防止晶圓W在研磨期間脫離頂環14。 如第12圖所示，用來檢測形成於晶圓W上之導電膜的 厚度之渦電流感測器50設於研磨台12中。渦電流感測器 50連接至監視單元53，監視單元53連接至CMP(化學機械 研磨）控制器54。渦電流感測器50的輸出訊號傳送至監視 _單元53。監視單元53係如先前參照第3及第4圖說明過 地處理渦電流感測器50的輸出訊號，並計算出距離Z(參 〇 見第4圖）以作為隨著導電膜的厚度而變化之監視訊號。監 視單元53所作之渦電流感測器5〇的輸出訊號之處理包含 第2圖所示之曲線圖的旋轉處理及平移處理。監視單元53 監視研磨期間之各個區域C1、C2、C3及C4的監視訊號（亦 即導電膜之厚度的變化）的變化❶ 第14圖係顯示研磨台12與晶圓评間的位置關係之平 面圖。符號Ct表示研磨台12的旋轉中心。如第14圖所示， 屬電流感測H 5G設在當研磨進行時渦電流感測器5◦會通 k頁環14所保持的晶圓评的中心cw之位置。詳言之，渦 13 320677 200927378 電流感測器50係每次研磨台12轉一圈都循著晶圓W的大 致徑向掃過晶圓W。 • 第15圖係顯示渦電流感測器5〇掃過晶圓W的路徑之 圖。如上所述，當研磨台12旋轉時，渦電流感測器50掃 - 過晶圓W的表面而畫出通過晶圓w的中心〇(亦即頂環軸 18的中心）之路徑。因為頂環14的轉速通常與研磨台12 的轉速不同’所以如第15圖中以掃描線（掃過的線）SL!，SL2, ❾ SL3.、表不的’每次研磨台12轉一圈，渦電流感測器5〇 在晶圓W的表面上的路徑就會改變。即使路徑會改變，由 於如上所述，渦電流感測器50位在會通過晶圓w的中心 Cw之位置，因此每一圈渦電流感測器50的路徑都還是會 通過晶圓W的中心&本實施例中，係調整渦電流感測器 50進行膜厚檢測的時序，以使得渴電流感㈣5〇在每一 圈監視晶圓W的中心Cw的膜厚。 已知研磨後的晶圓W的表面的膜厚輪廓通常都相對於 ❹在晶圓W的表面的垂直方向延伸穿過晶圓w的中心Cw之轴 呈現不對稱的形狀。因此，如第15 _所示，將第m條掃描 線SL„上的第n個監視點表示成肋"時，藉由追蹤各條掃 描線上的第η個監視點MPl_n，MiVn，. ..，I的監視訊號， 就可監視晶圓W的膜厚在各個第n個監視點之徑向位置的 變化。 第16圖係顯示在第15圖所示的晶圓上各監視點中選 取將由監視單元53加以監視的監视點的一個例子之平面 圖。在第16圖所示的例子中，監視單元53監視靠近區域 320677 14 200927378 C卜C2、C3及C4的中心及邊界之監視點MPh，MPd，MP--3, • MPm-4, MPm-5, MPm-6, MPm-8, MPm-10, MPm-11, MPm-12, MPm-13, MPra-14 ' 及MPm-15。不像第15圖所示的例子，監視點MPh, MPm-α+υ 之間可設置另一個監視點。要監視的監視點之選擇並不限 於第16圖所示的例子。基於控制晶圓W表面的研磨之考量 而要監視之點亦可選作為監視點。或者，可選擇各掃描線 上的所有監視點。 第15圖中，為了簡化，一個掃描操作中的監視點的數 ® 目為15。然而，監視點的數目並不限於圖示的例子，可為 依據測量時間及研磨台12的轉速之各種不同的數目。例 如，可設定分佈在晶圓W的一端到另一端之間之三百個監 視點，以及將這些監視點區分為相當於區域Cl、C2、C3及 C4之四個分組。在此例中，可計算在各個分組中的監視點 獲得之感測器50的輸出訊號值的平均值或代表值，以及可 將計算出的平均值或代表值用作為那個分組之感測器50 Q 的輸出訊號值。為了使資料平滑及消除雜訊，可將在鄰近 監視點獲得的輸出訊號值加以標準化。 監視單元53進行在各個選定的監視點獲得的監視訊 號與預先設定給各壓力腔室Pl，P2，P3及P4的參考訊號 之比較，並計算能使各個監視訊號收斂到對應的參考訊號 之壓力腔室Pl，P2，P3及P4中的最佳壓力。因此，監視 單元53作用為一個控制器，用於根據監視訊號而控制壓力 腔室Pl，P2，P3及P4的内部壓力。 計算出的壓力從監視單元53傳送到.CMP控制器54。 15 320677 200927378 此CMP控制器54透過壓力調整裝置來改變壓力腔室ρι, p2, P3及P4的内部壓力。以此方式，調整施加到晶圓w的各 < 個區域Cl、C2、C3及C4之壓力。監視單元53及CMP控制 器54可整合成單一個控制單元。 第17圖係顯示渦電流感測器之示意圖。此渦電流感測 器50包含感測器線圈1 〇2、連接至感測器線圈1 〇2之AC(交 流）電源103、及設成用來檢測包含感測器線圈之電路 (第1圖中之感測器侧電路）的電阻成分X及感抗成分γ之 同步心波器105。作為接受厚度檢測的膜之導電膜2〇 1，係 形成於晶圓W上之薄膜，且此薄膜係由例如銅、鎢、鈕、 或鈦等導電性材料所形成。感測器線圈102與導電膜間之 距離G係在例如〇. 5 mm到5 mm之範圍内。 第18圖係顯示第17圖所示的渴電流感測器的感測器 線圈的一個配置例之圖。感測器線圈丨〇2包含線轴 (bobbin)lll、以及捲繞在線軸in上之三個線圈η?，113 ❹及114。這些線圈112, 113及114形成三層線圈。線圈112 係中間線圈作為勵磁線圈（exciting coil)連接至AC電源 103。此勵磁線圈112利用從AC電源1〇3供應來的交流電 流產生磁場，藉此在晶圓上的導電膜中產生渦電流。檢測 線圈113位在勵磁線圈112的上方（亦即位在導電膜側）。 檢測線圈113係設成用來檢測在導電膜中流動的渦電流所 產生的磁通（magnetic flux)。平衡線圈Π4位在與檢測線 圈113相反的一侧。 線圈112，113及114具有相同數目的圈數（丨至5〇〇 320677 16 200927378 圈）。檢測線圈113與平衡線圈n4以不同相的方式相連 . 接。當導電膜靠近檢測線圈113，在導電膜中流通的渦電 ! 流所產生的磁通就會與檢測線圈113與平衡線圈1U產生 互連（interlink)。因為檢測線圈113比其他線圈靠近導電 膜，所以線圈113及1丨4中產生的感應電壓不平衡，可藉 此檢測出導電媒中的渦電流所產生的互連磁通 (interlinkage flux)。 第19圖係顯示渦電流感測器的細部構成之示意圖。Ac 電源103包含例如石英振盪器之產生固定頻率的振盪器。 舉例來說，AC電源1〇3係供應具有例如i到5〇 MHz的固 定頻率之交流電流至感測器線圏1〇2。AC電源1〇3所產生 的交流電流係經由帶通濾波器（bandpass filter)120而供 應至感測器線圈102。感測器線圈1 〇2的一個端子輸出訊 號’此訊號經由橋式電路121及高頻放大器123而傳送到 同步檢波器105。此同步檢波器1〇5具有餘弦同步檢測電 〇 路125及正弦同步檢測電路126，用來抽出阻抗的電阻成 分及感抗成分。 設置低通濾波器127及128以從同步檢波器105所輸 出的電阻成分及感抗成分中將不要的高頻（例如不低於5 MHz)成分去除掉。於是’作為阻抗的電阻成分之X訊號及 作為阻抗的感抗成分之γ訊號從渦電流感測器50輸出。監 視單元53對輸出訊號x及γ進行與先前參照第3圖說明過 的（亦即旋轉處理及平移處理）相同之處理’以及將處理過 的訊號描繪在ΧΥ座標系上。渦電流感測器50的輸出訊號 17 320677 200927378 x及γ之處理（亦即旋轉處理及平移處理）可電性地在滿電 • 流感測器50中進行或可在監視單元53中以計算方式進行。 ， 接著’將說明根據監視訊號（此監視訊號隨著膜厚而變 化）來監視膜厚的變化之方法。第20圖係顯示製作監視訊 號的流程之圖表，第21圖係顯示由描繪在χγ座標系上之 渦電流感測器的輸出訊號所形成的弧形軌跡與該執跡的中 心角的關係之圖表。將在下面說明之監視訊號，係利用對 渦電流感測器50的輸出訊號X及γ進行如第3圖所示的上 ❹述處理（亦即旋轉處理、平移處理）所得到的訊號而製作出 來。該監視訊號亦可利用未經過上述處理之原始訊號（raw signal)來製作。本說明書中，渦電流感測器5〇的輸出訊 號包含經過上述處理而獲得之訊號與未經過上述處理之原 始訊號。 每次研磨台12轉一圈，監視單元53.就將渦電流感測 器50的輪出訊號取入。取入的輸出訊號包括：分別對應於 Ο包含滿電流感測器50的感測器線圈102在内之電路（第1 圖中之感測器側電路）的電阻成分χ及感抗成分¥之兩個訊 號i視單元53將這些輸出訊號接連地描繪成ΧΥ座標系 上的座。座標之描繪並一定表示實際地製作一個圖形的 座心系4* ’而是包含：依照在座標系上描繪座標的方式， 將輸^訊號又及¥定義成ΧΥ座標系上的座標。更詳言之， I視單tl 53係在每次取入渦電流感測器5〇的兩個輸出訊 #u ’亦即電阻成分χ及感抗成分γ時，將輸出訊號X及γ 定義成ΧΥ座標系上的座標。 18 320677 200927378 因為研磨期間研磨台12係定速旋轉，所以雇標的取得 j插繪係以一定的時間間隔進行。每次研磨台12轉一圈， 艾將相對於基板上相同的徑向位置（區域）之渦電流感測器 j的輪出訊號取入。本例中，研磨台12轉三圈時，就取 仰二組座標（步驟1)。當三組座標已知，就玎決定一個大 勺曲率中心來作為通過該三組座標之孤的中心。因此， 步驟2決定由第一組座標、第二組座標及第三組座標所定 出的弧的曲率中心。第三組座標係最後一組座襻（亦即，係 研磨〇 12轉第三圈時取入的座標）。然後，決定將第三組 曲率中心相連接而成的直線的傾斜角度。此傾斜角 二$ ·參考線L和將第三組座標與曲率中心相連接而 定的線線：的角度進行計算而求出。該參考線L係-條固 ^ ^ ^ 1112^ ^ ^ ^ ^ L 4 ^ 〇 又田作參考角度〇；0儲存於龄 每次描纷新的輸出訊號(=早心心驟3)。 榡(第η組座標即座標)，就從最後三級座 執跡決定出曲率中心，此為^及弟η'2組座標）所形成的 1和連接決定出的曲率“。在步驟5,蚊參考線 定出的點)而成的線間的角；最後—組座標(第η組座標所 ^度㈣而計算出角度然後，將角度an減去 %所定出的點與曲率中：。此角度θη表示將座 增量（亦即中心角的增量 接而成之直線的傾斜角度的 降低輪出訊號的值的曰變動所::驟2及步驟4中’考慮到 叙或更多組座標中選出三^成的不良影響，可從最後四 坐払，再從此三組座標決定出 320677 19 200927378 弧，或從最後四組或更多組座標決定出回歸圓（regression • circle)來找出回歸圓的曲率中心。 • 第22圖係顯示以縱軸為角度0、橫軸為研磨時間而描 點繪圖所得到的曲線圖之圖表。如第22圖所示，角度Θ (亦 即上述的角度θη)隨著研磨時間的經過而增加，然後在某 一時點變為常數。如上所述，中心角隨著作為研磨對象之 導電膜的厚度而變化。因此，此角度0用作為隨著膜厚而 變化之監視訊號。膜厚的變化可根據監視訊號（亦即角度0 ) ® 的變化來加以監視。角度Θ變為常數表示研磨處理已將導 電膜從基板去除掉。因此，研磨結束點可藉由檢測增加的 角度0變為常數之那一個點而檢測出來。此外，如果初始 的膜厚已知，目前的膜厚也可以從角度0的變化而計算出 來。因此，研磨可在達到希望的膜厚時停止。 第23圖係顯示以縱軸為角度Α-0(符號“Α”代表一 自然數，例如100)，橫轴為研磨時間而描點繪圖所得到的 q 曲線圖之圖表。此曲線圖大致與第22圖的曲線圖相同，不 同之處在於使用角度A-θ作為監視訊號。從第23圖可以 看出，當導電膜的厚度減小，作為監視訊號之角度Α-6»也 減小。因此，第23圖的曲線圖以如同眼睛所看到的方式說 明膜厚隨著研磨時間的經過而減小之情形。 根據本發明，即使研磨的是低電阻基板時，膜厚的監 視也不會受基板的低電阻率的變動所影響。此外，監視不 會受基板與渦電流感測器50間的距離因研磨墊10的磨耗 而造成的變化所影響。因此，可達成膜厚之高精度監視， 20 320677 200927378 因而可從基板上的剩餘膜厚準確地檢、 束點及改變點。 貞’研磨條件之研磨結 以上實施例之說明係供熟習本 使用本發明。此外’上述實施例的二技#者能夠製作及 〇 ❹ 於那些熟習本領域技術者而言將顯棋 a ^飾變化對 本說明中所定義的一般原理及特定實例可，勿知，而且 例。因此，並不應將本發明限定於此處所^『到其他實施 而應給予本發明如申請專利範圍及 ^明的實施例， 界定之最廣的範圍。 "^的限制條件所 【圖式簡單說明】 路之^圖係顯示絲說明渦電流感測器的原理之等效電 第2圖係顯示在χγ座標系上描㈣ 的X及Υ所晝出的曲線圖之圖。 磨盼間而變化 進冬第2圖中的曲線圖逆時針旋轉9〇度並 進-步將㈣後的曲線圖加以平移所得到的曲線圖之圖。 第4圖顯示以縱轴為距離ζ、橫軸為研磨時間而描點 繪圖所作成的曲線圖。 第5圖係顯示研磨具有一般電阻率的一般基板上具有 100 nm厚度的鎢臈時渦電流感測器的輸出訊鱿的軌跡，同 時顯示研磨低電阻基板上具有相同厚度的鎢祺時渦電流感 測器的輸出訊號的執跡之曲線圖。 第6圖係顯示由於基板間之電阻率的變動所造成的檢 測誤差之圖。 21 320677 200927378 第7圖係顯示膜厚與距離Z間的關係之曲線圖。 第8圖係用來顯示一般基板與低電阻基板之間之距離 ' Z的減小程度上的差異之圖表。 第9圖係顯示渦電流感測器的輸出訊號因為低電阻基 板的電阻率而變化之圖表。 第10圖係顯示渦電流感測器的輸出訊號因為低電阻 基板的電阻率而變化之圖表。 ❹第11圖係顯示渦電流感測器的輸出訊號因為基板與 /尚電流感測器間的距離的變化而變化之圖表。 第12圖係顯示根據本發明一實施例之研磨裝置的整 體構成之示意圖。 第13圖係顯示第12圖中所示之頂環的斷面之示意圖。 第14圖係顯示研磨台與晶圓間的位置關係之平面圖。 第15圖係顯示渦電流感測器掃過晶圓的路徑之圖。 第16圖係顯示在第15圖所示的晶圓上各監視點中選 〇取將由監視單元加以監視的監視點的一個例子之平面圖。 第π圖係顯示渦電流感測器之示意圖。 第18圖係顯示第圖所示的渦電流感測器的感測器 線圈的一個例子之圖。 第19圖係顯示渦電流感測器的細部構成之示意圖。 第20圖係顯示製作監視訊號的流程之圖表。 第21圖係顯示由描繪在χγ座標系上之渦電流感測器 的輪出訊號所形成的弧形執跡與該軌跡的中心角的關係之 圖表。 μ 320677 22 200927378 第22圖係顯示以縱轴為角度θ、橫軸為研磨時間而描 點繒·圖所得到的曲線圖之圖表。 第23圖係顯示以縱軸為角度Α-0、橫軸為研磨時間 而描點繪圖所得到的曲線圖之圖表。 【主要元件符號說明】
1 線圈 10 研磨墊 12 研磨台 14 頂環 18 頂環軸 20 修整器 30 活動接頭 31 頂環體 32 固持環 33 彈性墊 34 環狀壓力片 35 爽持板 37, 38, 39, 40, 41 流體通路 50 渦電流感測器 53 監視單元 54 CMP控制器 102 感測器線圈 103 AC.._.電源 105 同步檢波器 111 線軸 112 勵磁線圈 113 檢測線圈 114 平衡線圈 120 帶通濾波器 121 橋式電路 123 面頻放大器 125 餘弦同步檢測電路 126 正弦同步檢測電路 127, 128 低通濾波器 201 導電膜 C1, C2, C3, C4 區域 PI, P2, P3, P4, P5 壓力腔 23 320677