TWI450792B

TWI450792B - 研磨方法及裝置

Info

Publication number: TWI450792B
Application number: TW098125487A
Authority: TW
Inventors: Taro Takahashi; Motohiro Niijima; Akihiko Ogawa
Original assignee: Ebara Corp
Priority date: 2008-08-05
Filing date: 2009-07-29
Publication date: 2014-09-01
Also published as: TW201018544A; TW201440952A; US20100035516A1; US8454407B2; TWI572441B

Description

研磨方法及裝置

本發明係關於一種研磨方法及裝置，特別是關於研磨半導體晶圓等研磨對象物(基板)並使之平坦化的研磨方法及裝置。

近年來，伴隨半導體裝置之高積體化/高密度化，電路之配線越來越微細化，且多層配線之層數亦增加。一面謀求電路之微細化，一面欲實現多層配線時，由於在沿襲下側之層的表面凹凸的同時段差會變大，因此隨著配線層數的增加，薄膜形成中相對於段差形狀之膜被覆性(階覆蓋性，step coverage)會變差。因此，為了進行多層配線，必須改善該階覆蓋性，且在應有的過程中必須進行平坦化處理。由於隨著光微影之細微化，焦點深度會變淺，因此必須對半導體裝置表面進行平坦化處理，俾使半導體裝置之表面的凹凸段差收歛至焦點深度以下。

因此，在半導體裝置之製造步驟中，半導體裝置表面之平坦化技術益形重要。在該平坦化技術中，最重要之技術為化學機械研磨(CMP，Chemical Mechanical Polishing)。該化學機械研磨係使用研磨裝置，一面將包含二氧化矽(SiO₂ )等磨粒之研磨液供給至研磨墊等之研磨面上，一邊使半導體晶圓等基板滑動接觸於研磨面，以進行研磨者。

在進行上述之多層配線時，預先在基板上之絕緣層(電介質材料)形成預定圖案之配線用的槽，使基板浸漬在鍍覆液中以進行例如銅(Cu)之無電解或電解鍍覆，而形成Cu層，然後藉由CMP程序僅留存形成在配線用之槽內的Cu層，選擇性地去除不要部分。此時，若研磨不充分，Cu層殘存在絕緣層(氧化膜)上時，電路的分離無法順利進行，而造成短路。相反地，在過度研磨之情形時，若對配線用之槽內的Cu層與絕緣膜一同進行研磨的話，電路電阻會上昇，必須將整個半導體基板廢棄，而造成莫大之損害。此情形不限於Cu層，在形成Al層等其他金屬膜，並以CMP程序研磨該金屬膜之情形亦同。

進行上述CMP程序之研磨裝置係具備：具有由研磨墊所構成之研磨面之研磨台；用以保持半導體晶圓(基板)之稱為頂環(top ring)或研磨頭的基板保持裝置。利用該研磨裝置進行半導體晶圓之研磨時，一面藉由基板保持裝置保持半導體晶圓，一面以預定之壓力將該半導體晶圓推壓至研磨面。此時，藉由使研磨台與基板保持裝置相對運動，而使半導體晶圓與研磨面滑動接觸，以將半導體晶圓之表面研磨成平坦且鏡面。

如日本特開2006-255851號公報所揭示，該研磨裝置係具有以下形式者：在基板保持裝置之下部設置由彈性膜所形成之壓力室，並對該壓力室供給空氣等流體，而隔介彈性膜藉由流體壓將半導體晶圓推壓至研磨面之形式的研磨裝置；及在基板保持裝置之下部設置由陶瓷等所構成之具剛性的保持面，並以氣壓缸等對保持面施加作用力，藉此將半導體晶圓推壓至研磨面之形式的研磨裝置等。

在上述習知之研磨裝置中，藉由基板保持裝置保持半導體晶圓並與研磨墊之研磨面接地(接觸)後，將壓縮空氣等壓力流體供給至壓力室，而隔介彈性膜藉由流體壓將半導體晶圓推壓至研磨面，或以氣壓缸等對保持面施加作用力，藉此將半導體晶圓推壓至研磨面，以開始進行研磨，但會有在研磨中半導體晶圓破裂或破損之情形。

如此，在半導體晶圓之研磨中，若半導體晶圓破裂或破損時，由於碎片會散落在研磨墊上，因此再使用該研磨墊時，會傷害到下一個研磨之半導體晶圓的表面，因此每當半導體晶圓破裂或破損時必須更換研磨墊。亦即，當半導體晶圓破裂或破損時，要進行包含研磨墊等消耗品之更換的維護作業。

此時，若在半導體晶圓破裂或破損之狀態下繼續進行研磨，晶圓之碎片會飛散，因此實施維護之範圍會擴大，而有維護之作業時間及裝置之停機時間(down time)增加的問題。

另一方面，被稱為頂環或研磨頭之基板保持裝置係具有用以保持半導體晶圓之外周緣的保持環(retainer ring)，藉由該保持環，而承受由半導體晶圓與研磨墊之研磨面的摩擦力所產生的橫方向(水平方向)之力。保持環係構成為：可相對於頂環本體(或研磨頭本體)上下移動，並隨著研磨墊之研磨面的起伏而上下移動，而保持半導體晶圓之外周緣。然而，會有以下情形：在研磨中，發生半導體晶圓越過保持環而從頂環飛出之現象(滑出)。

頂環係具備滑出檢測用感測器，以檢測出半導體晶圓從頂環之飛出(滑出)。然而，由於飛出之半導體晶圓若未通過滑出檢測用感測器之下的話便無法檢測出，因此會有依據半導體晶圓之飛出(滑出)之方向而無法檢測滑出之情形。

再者，在上述習知之研磨裝置中，進行半導體晶圓上之金屬膜的去除。在研磨步驟結束後，若在半導體晶圓內具有金屬殘膜之狀態下移行至下一步驟，則由於會產生短路等問題，因此無法使用半導體晶圓。因此，在研磨步驟結束後，使晶圓從研磨墊離開而針對金屬殘膜之有無實施檢查，藉此可確認殘膜，但會有因檢查需要花費時間而造成晶圓處理能力減低的問題。在實施檢查後，在晶圓上檢測出殘膜時，必須實施再研磨，然而在晶圓離開研磨墊後實施研磨時，會有每一個晶圓之處理時間增加的問題。亦即，會有產量(throughput)降低之問題。

本發明係鑑於上述問題點而研創者，其目的在於提供一種在研磨中半導體晶圓等基板破損時可立即檢測出該破損，而且在研磨中基板從頂環飛出時可立即檢測出該基板之飛出的研磨方法及研磨裝置。

再者，本發明提供一種研磨方法及研磨裝置，係可藉由在研磨中實施於半導體晶圓等基板上是否有金屬膜(或導電性膜)之殘膜的檢查，以縮短檢查時間，在檢測出殘膜時，可藉由直接實施追加研磨，而縮短處理時間。

為達成上述目的，依據本發明之第1樣態，係一種研磨方法，係將研磨對象之基板推壓至旋轉之研磨台上的研磨面以進行研磨者，該研磨方法之特徵為：在前述基板之研磨中，伴隨前述研磨台之旋轉，藉由設置在該研磨台之渦電流感測器掃描基板之被研磨面，並監視由前述基板之被研磨面的掃描所得之渦電流感測器的輸出，從該渦電流感測器之輸出的變化檢測出基板之破損。

依據本發明，由於渦電流感測器係在伴隨研磨台之旋轉通過基板之下方的期間，回應基板之金屬膜(或導電性膜)而輸出預定之電壓值等，因此監視該渦電流感測器之輸出，若輸出之變化超過預設之設定範圍等之程度的變化，即判定基板產生破裂等之破損。

依據本發明之較佳態樣，係由前述研磨台之第N次旋轉(N為1以上之整數)之前述渦電流感測器的輸出求出有效基板寬度，由前述研磨台之第N次旋轉以後之前述渦電流感測器的輸出求出基板寬度，當所求出之基板寬度比前述有效基板寬度窄時，判定產生基板之破損。

依據本發明，由研磨台之第N次旋轉(N為1以上之整數)之渦電流感測器的最大輸出值及最小輸出值等計算有效基板寬度，在研磨中基板之邊緣破損時，由渦電流感測器的最大輸出值及最小輸出值等求出之基板寬度會變小，因此比較所求出之基板寬度與有效基板寬度來判定基板寬度是否變窄，以檢測出基板之破損。

依據本發明之較佳態樣，係監視前述研磨台之第N次旋轉(N為1以上之整數)之前述渦電流感測器的輸出，並比較該渦電流感測器之輸出值與預設之臨限值，以檢測出基板之破損。

依據本發明之較佳態樣，計數前述渦電流感測器之輸出值為預設之臨限值以下之情形，當前述輸出值成為前述臨限值以下之計數值在設定範圍內時，判定基板產生破損。

依據本發明，監視研磨台之第N次旋轉(N為1以上之整數)之前述渦電流感測器的輸出值，判定該輸出值是否開始減少，當渦電流感測器之輸出值開始減少時，判定所減少之輸出值是否在預設之臨限值以下。並且，當判定為渦電流感測器之輸出值減少結束時，判定輸出成為臨限值以下計數值(Cnt)是否在設定範圍內，若在設定範圍內，判定基板產生破損。

依據本發明之第2樣態，係藉由頂環保持研磨對象之基板，並將基板推壓至旋轉之研磨台上的研磨面以進行研磨之研磨方法，該研磨方法之特徵為：在前述基板之研磨中，伴隨前述研磨台之旋轉，藉由設置在該研磨台之渦電流感測器掃描基板之被研磨面，並監視由前述基板之被研磨面的掃描所得之渦電流感測器的輸出，從該渦電流感測器之輸出的變化檢測出基板從該頂環之脫離。

依據本發明，在研磨開始時基板被保持在頂環之情形下，渦電流感測器之輸出高，而在基板從頂環飛出(滑出)之情形下，渦電流感測器之輸出會急遽降低。如上方式藉由監視渦電流感測器之輸出值的降低，可檢測出在研磨中基板從頂環飛出(滑出)之情形。

依據本發明之較佳態樣，比較前述渦電流感測器之輸出值與設定值，以檢測出基板從前述頂環之脫離。

依據本發明，判定渦電流感測器之輸出值是否比設定值低，在渦電流感測器之輸出值比設定值低時，判定基板從頂環飛出(滑出)。

依據本發明之第3態樣，係將研磨對象之基板推壓至旋轉之研磨台上的研磨面以進行研磨之研磨方法，該研磨方法之特徵為：在前述基板之研磨中，伴隨前述研磨台之旋轉，藉由設置在該研磨台之渦電流感測器掃描基板之被研磨面，並監視由前述基板之被研磨面的掃描所得之渦電流感測器的輸出，並與正常之基板之情形的渦電流感測器之輸出進行比較，以檢測出基板之破損。

依據本發明，藉由監視渦電流感測器掃描基板之表面(被研磨面)時之渦電流感測器的輸出，並與正常之基板之情形的渦電流感測器之輸出進行比較，即可檢測出基板之破損。正常之基板之情形渦電流感測器之輸出，亦可在對象基板之研磨前預先從正常之基板取得。

依據本發明之較佳態樣，一面以頂環保持前述基板，一面使之旋轉，並設定前述頂環與前述研磨台之旋轉速度，俾使前述渦電流感測器在預定時間內掃描前述基板之被研磨面的軌跡遍及前述被研磨面之全周大略均等地分佈。

依據本發明之較佳態樣，設定前述頂環與前述研磨台之旋轉速度，俾使前述渦電流感測器在前述預定時間內掃描前述基板之被研磨面的軌跡旋轉於前述被研磨面約0.5×N次(N為自然數)。

依據本發明之第4態樣，係一種研磨裝置，具備：具有研磨面之研磨台；及用以保持研磨對象之基板的頂環；該研磨裝置係將基板推壓至旋轉之研磨台上的研磨面以進行研磨者，該研磨裝置之特徵為具備：渦電流感測器，設置在前述研磨台，且伴隨該研磨台之旋轉掃描基板之被研磨面；及控制裝置，監視由前述基板之被研磨面之掃描所得的渦電流感測器之輸出，從該渦電流感測器之輸出的變化，檢測出基板之破損。

依據本發明之較佳態樣，前述控制裝置係由前述研磨台之第N次旋轉(N為1以上之整數)之前述渦電流感測器的輸出求出有效基板寬度，並由前述研磨台之第N次旋轉以後之前述渦電流感測器的輸出求出基板寬度，當所求出之基板寬度比前述有效基板寬度窄時，判定為產生基板之破損。

依據本發明之較佳態樣，前述控制裝置係監視前述研磨台之第N次旋轉(N為1以上之整數)之前述渦電流感測器的輸出，並比較該渦電流感測器之輸出值與預設之臨限值，以檢測出基板之破損。

依據本發明之較佳態樣，前述控制裝置係計數前述渦電流感測器之輸出值為預設之臨限值以下之情形，當前述輸出值成為前述臨限值以下之計數值在設定範圍內時，判定基板產生破損。

依據本發明之第5態樣，係一種研磨裝置，具備：具有研磨面之研磨台；及用以保持研磨對象之基板的頂環；該研磨裝置係將基板推壓至旋轉之研磨台上的研磨面以進行研磨者，該研磨裝置之特徵為具備：渦電流感測器，設置在前述研磨台，且伴隨該研磨台之旋轉掃描基板之被研磨面；及控制裝置，監視由前述基板之被研磨面之掃描所得的渦電流感測器之輸出，從該渦電流感測器之輸出的變化，檢測出基板從前述頂環之脫離。

依據本發明之較佳樣態，前述控制裝置係比較該渦電流感測器之輸出值與設定值，以檢測出基板從前述頂環之脫離。

依據本發明之第6態樣，係一種研磨裝置，具備：具有研磨面之研磨台；及用以保持研磨對象之基板的頂環；該研磨裝置係將基板推壓至旋轉之研磨台上的研磨面以進行研磨者，該研磨裝置之特徵為具備：渦電流感測器，設置在前述研磨台，且伴隨該研磨台之旋轉掃描基板之被研磨面；及控制裝置，監視由前述基板之被研磨面之掃描所得的渦電流感測器之輸出，並與正常之基板之情形的渦電流感測器之輸出進行比較，以檢測出基板之破損。

依據本發明之第7態樣，係一種研磨方法，係在將研磨對象之基板推壓至旋轉之研磨台上的研磨面以對基板上之膜進行研磨之研磨方法，該研磨方法之特徵為：在前述基板之研磨中，伴隨前述研磨台之旋轉，藉由設置在該研磨台之終點檢出感測器掃描基板之被研磨面，並監視由前述基板之被研磨面的掃描所得之前述終點檢出感測器的輸出，由該終點檢出感測器之輸出的變化，檢測出研磨終點，在檢測出前述研磨終點後，進行：監視前述終點檢出感測器或不同之感測器之輸出，以檢測出殘留在基板之一部分的膜的殘膜監視。

依據本發明，終點檢出感測器係在伴隨研磨台之旋轉通過基板之下方的期間，回應基板之金屬膜(或導電性膜)等膜輸出預定之電壓值等，因此監視該終點檢出感測器之輸出，若輸出之變化成為預設之膜去除等級，即檢測出研磨終點。在檢測出研磨終點後，進行：監視終點檢出感測器或不同之感測器的輸出，以檢測出殘留在基板上之一部分的膜的殘膜監視，藉此，可於研磨中實施殘膜之有無的檢查。

依據本發明之較佳態樣，前述殘膜監視係切換前述終點檢出感測器之感度來進行。

依據本發明，在從研磨開始至研磨終點之檢出及殘膜監視為止僅使用具有預定感度的終點檢出感測器之情形下，當目標之膜變薄時或膜的面積變小時，膜的檢測變得困難。另一方面，在僅使用薄膜用之感測器來進行研磨終點之檢測的情形下，當初期膜較厚時，由於輸出會成為超範圍(測定範圍外)，因此無法監視研磨步驟。因此，在本發明中，可將終點檢出感測器之感測器感度設為可進行高低2階段之切換，從研磨開始至研磨終點之檢出為止設為低的感測器感度而防止輸出成為超範圍(測定範圍外)，而在研磨終點之檢出後設為高的感測器感度，可確實地檢測出基板上的殘膜。

依據本發明之較佳態樣，前述終點檢出感測器係由渦電流感測器所構成。

依據本發明之較佳態樣，前述殘膜監視係由與前述終點檢出感測器為不同之感測器來進行。

依據本發明，在從研磨開始至研磨終點之檢出及殘膜監視為止僅使用具有預定感度的終點檢出感測器之情形下，當目標之膜變薄時或膜的面積變小時，膜的檢測變得困難。另一方面，在僅使用薄膜用之感測器來進行研磨終點之檢測的情形下，當初期膜較厚時，由於輸出會成為超範圍(測定範圍外)，因此無法監視研磨步驟。因此，在本發明中，係使用感度不同之2個感測器，從研磨開始直到終點檢出感測器的感度成為0為止係監視輸出，以檢測出研磨終點，在進行研磨終點之檢出後，切換成不同之感測器，而可確實地檢測出基板上的殘膜。

再者，在本發明中，亦可使用不同形式之2個感測器。例如亦可為，從研磨開始直到研磨終點之檢出為止使用即使膜厚時亦可檢測出之形式的感測器(例如渦電流感測器)，在研磨終點之檢出後，使用薄膜用之感測器(例如光學式感測器)，檢查在基板上是否有殘膜。

依據本發明之較佳態樣，前述終點檢出感測器與前述不同之感測器係由感度互不相同之渦電流感測器所構成。

依據本發明之較佳態樣，前述終點檢出感測器係由渦電流感測器所構成，前述不同之感測器係由光學式感測器所構成。

依據本發明之較佳態樣，前述殘膜監視係藉由監視位在以前述終點檢出感測器或前述不同之感測器掃描基板之被研磨面之軌跡上的各測定點之輸出而進行。

依據本發明，在檢測出研磨終點後之殘膜監視時，感測器係在每1次對基板之表面進行掃描時，輸出各測定中所測定之輸出值。因此，當產生殘膜時，該部分之感測器的輸出係成為預定大小之輸出，而可進行局部面積小之殘膜的檢出。此外，亦可從感測器之輸出的形態等掌握產生殘膜之部位。

依據本發明之較佳態樣，藉由前述殘膜監視，在確認有殘膜後，將該資訊傳達至前述控制裝置。

依據本發明之較佳態樣，藉由前述殘膜監視，在確認有殘膜後，進行追加之研磨。

依據本發明，在研磨中實施是否在基板上有殘膜之檢查，檢測出殘膜時，可藉由直接實施追加研磨，縮短處理時間。

依據本發明之較佳態樣，藉由前述殘膜監視，在確認有殘膜後，對前述控制裝置通知研磨剖面之異常。

依據本發明，在殘膜監視中檢測出殘膜時，通常實施追加研磨以去除薄膜。然而，即使藉由追加研磨確保晶圓之平坦性時，亦會有對CMP之程序產生異常之情形，因此可對研磨裝置之控制裝置通知研磨剖面之異常。

依據本發明之較佳態樣，在前述殘膜檢視時，停止對前述研磨面供給研磨液，而將水供給至前述研磨面。

依據本發明之較佳態樣，藉由前述殘膜監視，在確認有殘膜後，一面供給水一面進行追加之研磨。

依據本發明之第8態樣，係一種研磨裝置，具備：具有研磨面之研磨台；及用以保持研磨對象之基板的頂環；該研磨裝置係將基板推壓至旋轉之研磨台上的研磨面以進行研磨者，該研磨裝置之特徵為具備：終點檢出感測器，設置在前述研磨台，且伴隨該研磨台之旋轉掃描基板之被研磨面；及控制裝置，監視由前述基板之被研磨面之掃描所得的前述終點檢出感測器之輸出，由終點檢出感測器之輸出的變化，檢測出研磨終點，在檢測出研磨終點後，進行：監視前述終點檢出感測器或不同之感測器之輸出，以檢測出殘留在基板上之一部分之膜的殘膜監視。

依據本發明，終點檢出感測器係在伴隨研磨台之旋轉通過基板之下方的期間，回應基板之金屬膜(或導電性膜)等膜輸出預定之電壓值等，因此監視該終點檢出感測器之輸出，若輸出之變化成為預設之膜去除等級，即檢測出研磨終點。接著，在檢測出研磨終點後，進行：監視前述終點檢出感測器或不同之感測器之輸出，以檢測出殘留在基板上之一部分之膜的殘膜監視；藉此可在研磨中針對是否有殘膜實施檢查。

依據本發明之較佳態樣，前述殘膜監視係藉由與前述終點檢出感測器不同之感測器來進行。

依據本發明，藉由設置在研磨台之渦電流感測器掃描基板之表面，並監視渦電流感測器之輸出，藉此在研磨中發生基板破損時，即可立即檢測出該破損。

再者，依據本發明，藉由設置在研磨台之渦電流感測器掃描基板之表面，並監視渦電流感測器之輸出，藉此在研磨中基板從頂環飛出時可立即檢測出該基板之飛出。

此外，依據本發明，可發揮以下列舉之效果。

(1)藉由在研磨中實施在半導體晶圓等基板上是否有金屬膜(或導電性膜)等殘膜之檢查，即可縮短檢查時間，使基板處理能力提升。

(2)在研磨中實施在半導體晶圓等基板上是否有金屬膜(或導電性膜)等殘膜之檢查，而檢測出殘膜時，藉由直接實施追加研磨，即可縮短處理時間。

(3)在藉由研磨中之檢查檢測出殘膜時，用以管理整體CMP程序的控制裝置係管理追加研磨時間或殘膜狀況，藉此即可將下一個研磨對象之研磨條件變更為最適者。

(4)無須使半導體晶圓等基板從研磨面(研磨墊)分離，即可實施在基板上是否有金屬膜(或導電性膜)等殘膜之檢查。

以下，參照第1圖至第27圖詳細說明本發明實施形態之研磨裝置的實施形態。在第1圖至第27圖中，相同或相當之構成要素係賦予同一符號，並省略重複之說明。

第1圖係顯示本發明之研磨裝置之整體構成的概略圖。如第1圖所示，研磨裝置係具備：研磨台100；及保持屬於研磨對象物之半導體晶圓等基板並將該基板推壓至研磨台上之研磨面的頂環1。

研磨台100係經由台軸100a連結至配置於其下方之馬達(未圖示)，並且可繞著該台軸100a旋轉。在研磨台100之上表面貼附有研磨墊101，該研磨墊101之表面101a係構成研磨半導體晶圓W之研磨面。在研磨台100之上方配置有研磨液供給噴嘴102，藉由該研磨液供給噴嘴102將研磨液Q供給至研磨台100上之研磨墊101上。如第1圖所示，在研磨台100之內部埋設有渦電流感測器50。

頂環1基本上係由以下構件構成：頂環本體2，將半導體晶圓W往研磨面101a推壓；及保持環3，保持半導體晶圓W之外周緣，而使半導體晶圓W不會從頂環飛出。

頂環1係連接在頂環軸111，該頂環軸111係藉由上下動機構124相對於頂環頭110上下移動。藉由該頂環軸111之上下移動，使頂環1之整體相對於頂環頭110昇降以進行定位。再者，在頂環軸111之上端安裝有旋轉接頭125。

使頂環軸111及頂環1上下移動的上下移動機構124係具備：橋接件128，經由軸承126以可旋轉之方式支持頂環軸111；滾珠螺桿132，安裝在橋接件128；支持台129，藉由支柱130所支持；及AC伺服馬達138，設置在支持台129上。支持伺服馬達138之支持台129係經由支柱130固定在頂環頭110。

滾珠螺桿132係具備：連接在伺服馬達138之螺桿軸132a、及與該螺桿軸132a螺合的螺帽132b。頂環軸111係與橋接件128形成一體而上下移動。因此，當驅動伺服馬達138時，橋接件128會透過滾珠螺桿132而上下移動，藉此頂環軸111與頂環1會上下移動。

再者，頂環軸111係經由鍵(未圖示)連接在旋轉筒112。該旋轉筒112係在其外周部具備定時皮帶輪(timing pulley)113。在頂環頭110固定有頂環用馬達114，上述定時皮帶輪113係經由定時皮帶(timing belt)115連接至設置於頂環用馬達114的定時皮帶輪116。因此，藉由對頂環用馬達114進行旋轉驅動，旋轉筒112及頂環軸111會透過定時皮帶輪116、定時皮帶115及定時皮帶輪113而一體地旋轉，且頂環1會旋轉。再者，頂環頭110係由以可旋轉之方式被支持在框體(未圖示)的頂環軸117所支持。

在如第1圖所示構成之研磨裝置中，頂環1係可將半導體晶圓W等基板保持在其下表面。頂環頭110係構成為可以頂環軸117為中心回轉，而已將半導體晶圓W保持在下表面的頂環1係藉由頂環頭110之回轉從半導體晶圓W之收受位置移動至研磨台100之上方。並且，使頂環1下降並將半導體晶圓W推壓至研磨墊101之表面(研磨面)101a。此時，分別使頂環1及研磨台100旋轉，並將研磨液從設於研磨台100上方之研磨液供給噴嘴102供給至研磨墊101上。如此，使半導體晶圓W滑動接觸於研磨墊101之研磨面101a而研磨半導體晶圓W之表面。

第2圖係顯示研磨台100與渦電流感測器50與半導體晶圓W之關係的俯視圖。如第2圖所示，渦電流感測器50係設置在通過被保持在頂環1之研磨中之半導體晶圓W之中心Cw的位置。符號Cr係研磨台100之旋轉中心。例如，渦電流感測器50係在通過半導體晶圓W之下方之期間，可在通過軌跡(掃描線)上連續地檢測出半導體晶圓W之Cu層等金屬膜(導電性膜)。

接著，利用第3圖至第7圖詳細說明本發明之研磨裝置所具備之渦電流感測器50。

第3A及3B圖係顯示渦電流感測器50之構成的圖，第3A圖係顯示渦電流感測器50之構成的方塊圖，第3B圖係渦電流感測器50之等效電路圖。

如第3A圖所示，渦電流感測器50係在檢測對象之金屬膜(或導電性膜)mf之附近配置感測線圈51，在該線圈連接有交流信號源52。在此，檢測對象之金屬膜(或導電性膜)mf係例如形成在半導體晶圓W上的Cu、Al、Au、W等之薄膜。感測線圈51係檢測用線圈，相對於檢測對象之金屬膜(或導電性膜)配置在例如1.0至4.0mm左右之附近。

渦電流感測器有以下形式者：振盪頻率因在金屬膜(或導電性膜)mf產生渦電流而變化，由該頻率變化而檢測出金屬膜(或導電性膜)的頻率形式；及阻抗會變化，由該阻抗之變化檢測出金屬膜(或導電性膜)之阻抗形式。亦即，於頻率形式，在第3B圖所示之等效電路中，由於渦電流I₂ 變化，因此阻抗Z變化而信號源(可變頻率振盪器)52之振盪頻率變化時，能以檢波電路54檢測出振盪頻率之變化，而檢測出金屬膜(或導電性膜)之變化。於阻抗形成，在第3B圖所示之等效電路中，由於渦電流I₂ 變化，因此阻抗Z變化而由信號源(固定頻率振盪器)52所見之阻抗Z變化時，能藉由檢波電路54檢測出此阻抗Z之變化，而檢測出金屬膜(或導電性膜)之變化。

在阻抗形式之渦電流感測器中，如後所述，取出信號輸出X、Y、相位、合成阻抗Z。由頻率F或阻抗X、Y等，獲得金屬膜(或導電性膜)Cu、Al、Au、W之測定資訊。渦電流感測器50係可內建在研磨台100之內部的表面附近之位置，且以隔著研磨墊面對研磨對象之半導體晶圓之方式定位，而從流通於半導體晶圓上之金屬膜(或導電性膜)之渦電流檢測出金屬膜(或導電性膜)之變化。

渦電流感測器之頻率係可使用單一電波、混合電波、AM調變電波、FM調變電波、函數產生器之掃測(sweep)輸出或複數個振盪頻率源，且可配合金屬膜之膜種，選擇感度良好之振盪頻率或調變方式。

以下，具體地說明阻抗形式之渦電流感測器。交流信號源52係2至8MHz左右之固定頻率的振盪器，例如採用水晶振盪器。藉由以交流信號源52所供給之交流電壓，使電流I₁ 流通於感測線圈51。由於電流流通於配置在金屬膜(或導電性膜)mf之附近的線圈51，且其磁通與金屬膜(或導電性膜)mf交鏈，因此在其間形成有相互阻抗M，且渦電流I2會流通在金屬膜(或導電性膜)mf中。在此，R1為包含感測線圈51之一次側的等效電阻，L₁ 係同樣地包含感測線圈51之一次側的自我阻抗。在金屬膜(或導電性膜)mf側，R2為相當於渦電流損的等效電阻，L₂ 係其自我阻抗。從交流信號源52之端子a、b觀看感測線圈側的阻抗Z係因形成在金屬膜(或導電性膜)mf中之渦電流損的大小而變化。

第4圖係顯示本實施形態之渦電流感測器之感測線圈之構成例的概略圖。如第4圖所示，感測線圈51係將用以將渦電流形成在金屬膜(或導電性膜)之線圈、及用以檢測金屬膜(或導電性膜)之渦電流的線圈分離者，且藉由捲繞在繞線管(bobbin)71之3層線圈72、73、74所構成。在此，中央之線圈72係連接在交流信號源52之振盪線圈。該振盪線圈72係藉由以交流信號源52所供給之電壓所形成的磁場，在配置於附近之半導體晶圓W上的金屬膜(或導電性膜)mf形成渦電流。在繞線管71之上側(金屬膜(或導電性膜)側)配置有檢測線圈73，以檢測出由形成在金屬膜(或導電性膜)之渦電流所產生的磁場。並且，在振盪線圈72之與檢測線圈73相反之側，配置有平衡線圈74。

第5A、5B、5C圖係顯示感測線圈之各線圈之連接例的概略圖。如第5A圖所示，線圈72、73、74係由相同圈數(1至20t)之線圈所形成，檢測線圈73與平衡線圈74係彼此正相地連接。

檢測線圈73與平衡線圈74係如上所述構成正相之串聯電路，其兩端係連接在包含可變電阻76之電阻橋接電路77。線圈72係連接在交流信號源52，由於產生交流(alternating)磁通，因此在配置於附近之金屬膜(或導電性膜)mf形成渦電流。藉由調整可變電阻76之電阻值，可將由線圈73、74所構成之串聯電路的輸出電壓調整成在不存在金屬膜(或導電性膜)時成為0。以分別並聯於線圈73、74而置入的可變電阻76(VR₁ 、VR₂ )將L₁ 、L₃ 之信號調整為同相位。亦即，在第5圖之等效電路中，調整可變電阻VR₁ (=VR_1-1 +VR_1-2 )及VR₂ (=VR_2-1 +VR_2-2 )，俾成為：

VR_1-1 ×(VR_2-2 +jωL₃ )=VR_1-2 ×(VR_2-1 +jωL₁ )　…(1)

藉此，如第5C圖所示，將調整前之L₁ 、L₃ 之信號(以圖中虛線顯示)設為同相位/同振幅之信號(以圖中實線顯示)。

接著，在金屬膜(或導電性膜)存在於檢測線圈73之附近時，因形成在金屬膜(或導電性膜)中之渦電流而產生的磁通雖會與檢測線圈73與平衡線圈74交鏈，但由於檢測線圈73係配置在接近金屬膜(或導電性膜)之位置，因此在兩線圈73、74產生之感應電壓會失去均衡，藉此即可檢測出由金屬膜(或導電性膜)之渦電流所形成之交鏈磁通。亦即，從連接在交流信號源之振盪線圈72，將檢測線圈73與平衡線圈74之串聯電路予以分離，以電阻橋接電路進行平衡之調整，藉此可進行零點之調整。因此，由於可從零之狀態檢測出流通於金屬膜(或導電性膜)之渦電流，而可提高金屬膜(或導電性膜)中之渦電流的檢測感度。藉此，可在廣大的動態範圍進行形成在金屬膜(或導電性膜)之渦電流的大小之檢測。

第6圖係顯示渦電流感測器之同步檢波電路的方塊圖。

第6圖係顯示從交流信號源52側觀看感測線圈51側之阻抗Z的計測電路例。在第6圖所示之計測電路中，可導出隨著膜厚之變化產生的電阻成分(R)、電抗成分(X)、振幅輸出(Z)及相位輸出(tan^-1 R/X)。

如上所述，對配置於成膜有檢測對象之金屬膜(或導電性膜)mf之半導體晶圓W附近的感測線圈51供給交流信號的信號源52係為由水晶振盪器所構成之固定頻率的振盪器，且供給例如2MHz、8MHz之固定頻率的電壓。由信號源52形成之交流電壓係經由帶通濾波器82供給至感測線圈51。由感測線圈51之端子所檢測之信號係經由高頻放大器83及相位移位電路84，藉由以cos同步檢波電路85及sin同步檢波電路86所構成之同步檢波部取出檢測信號之cos成分及sin成分。在此，由信號源52所形成之振盪信號係由相位移位電路84形成有信號源52之同相成分(0°)及正交成分(90°)之2種信號，且分別導入至cos同步檢波電路85及sin同步檢波電路86，以進行上述之同步檢波。

經同步檢波之信號係藉由低通濾波器87、88去除信號成分以上之不要的高頻成分，並分別取出屬於cos同步檢波輸出之電阻成分(R)輸出及屬於sin同步檢波輸出的電抗成分(X)輸出。再者，藉由向量演算電路89，由電阻成分(R)輸出與電抗成分(X)輸出獲得振幅輸出(R² +X² )^1/2 。再者，藉由向量演算電路90可同樣地由電阻成分輸出與電抗成分輸出獲得相位輸出(tan^-1 R/X)。在此，在測定裝置本體設置有用以去除感測器信號之雜訊成分的各種濾波器。各種濾波器係設定有對應於各者之截止頻率(cut-off frequency)，例如將低通濾波器之截止頻率設定在0.1至10Hz之範圍，藉此即可去除混雜在研磨中之感測信號的雜訊成分，而高精密度地對測定對象之金屬膜(或導電性膜)進行測定。

第7A及7B圖係顯示具備渦電流感測器之研磨裝置之主要部分構成的圖，第7A圖係顯示包含渦電流感測器之控制部之整體構成的圖，第7B圖係渦電流感測器部分之放大剖視圖。如第7A圖所示，研磨裝置之研磨台110係如箭頭所示，可繞著其軸心旋轉。在該研磨台110內埋設有包含交流信號源及同步檢波電路的前置放大器一體型之感測線圈51。感測線圈51之連接纜線係通過研磨台110之纜線軸100a內，並經由設置在纜線軸100a之軸端的旋轉接頭150，藉由纜線並隔介主放大器55連接在控制裝置(控制器)56。

在此，控制裝置56係設有用以去除感測器信號之雜訊成分的各種濾波器。各種濾波器係設定有對應於各者之截止頻率，例如將低通濾波器之截止頻率設定在0.1至10Hz之範圍，藉此即可去除混雜在研磨中之感測信號的雜訊成分，而高精密度地對測定對象之金屬膜(或導電性膜)進行測定。

如第7B圖所示，在埋設於研磨台110之渦電流感測器50的研磨墊側之端面具有四氟化乙烯樹脂等氟系樹脂的塗層C，因此在剝離研磨墊時，不會使研磨墊與渦電流感測器共同被剝離。再者，渦電流感測器之研磨墊側的端面係設置在從研磨墊110附近之以SiC等材料構成的研磨台100之面(研磨墊側之面)凹陷0至0.05mm之位置，以防止研磨時與晶圓接觸。該研磨台面與渦電流感測器面之位置的差係儘可能越小越好，但在實際之裝置中，大多設定為0.02mm左右。再者，其位置調整係採用以墊片(薄板)151進行之調整及以螺絲所進行之調整手段。

在此，連接感測線圈51與控制裝置56之旋轉接頭150雖亦可在旋轉部傳送信號，但傳送之信號線數有所限制。由此，連接之信號線係限制在8條，且僅限於DC電壓源、輸出信號線及各種控制信號之傳送線。再者，該感測線圈51之振盪頻率係可從2MHz切換至8MHz，前置放大器之增益亦可依研磨對象之膜質來切換。

接著，說明在具備如第1圖至第7圖所示構成之渦電流感測器之研磨裝置中，檢測出研磨中之半導體晶圓之破損及半導體晶圓從頂環飛出(滑出)的檢測方法。

第8A圖至第8F圖係說明藉由渦電流感測器檢測出研磨中之半導體晶圓之破損及半導體晶圓從頂環之飛出(滑出)之方法的示意圖。

第8A圖係顯示渦電流感測器50掃描半導體晶圓之表面(被研磨面)時之軌跡與渦電流感測器50之輸出的關係。如第8A圖所示，渦電流感測器50係在隨著研磨台110之旋轉而通過半導體晶圓W之下方的期間，回應於半導體晶圓W之金屬膜(或導電性膜)mf而輸出預定之電壓值(V)。

第8B圖至第8F圖係顯示渦電流感測器50之輸出因應半導體晶圓W之破損等狀態而變化的示意圖。在第8B圖至第8F圖中，橫軸係研磨時間(t)，縱軸係渦電流感測器50之輸出值(電壓值)(V)。

第8B圖係顯示正常之半導體晶圓W時之渦電流感測器50之輸出的圖。如第8B圖所示，在正常之半導體晶圓W時，渦電流感測器50係可獲得回應於半導體晶圓上之金屬膜(或導電性膜)mf之概略方形脈衝狀的輸出(電壓值)。

第8C圖係半導體晶圓W之邊緣破損時之渦電流感測器50之輸出的圖。在第8C圖中，虛線係顯示正常之半導體晶圓之情形時的輸出，實線係顯示邊緣之兩側破損之半導體晶圓之情形時的輸出。如第8C圖所示，在半導體晶圓W之邊緣破損時(模式1)，渦電流感測器50之輸出與正常之半導體晶圓時之輸出相比較，係成為大致方形脈衝狀之輸出之兩側缺損的輸出。

第8D圖係半導體晶圓W之內部破損時之渦電流感測器50之輸出的圖。如第8D圖所示，在半導體晶圓W之內部破損時(模式2)，渦電流感測器50之輸出係成為在半導體晶圓W之破損部分降低成V字形的輸出。

第8E圖係半導體晶圓W之邊緣附近破損時之渦電流感測器50之輸出的圖。如第8E圖所示，在半導體晶圓W之邊緣附近(邊緣之稍內側)破損時(模式3)，渦電流感測器50之輸出係暫時在半導體晶圓W之邊緣上昇，但在邊緣之稍內側之破損部分會降低成V字形，而在破損部分之更內側成為正常之大致方形脈衝狀的輸出。

第8F圖係顯示半導體晶圓W從頂環之飛出(滑出)時之渦電流感測器50之輸出的圖。如第8F圖所示，在半導體晶圓W從頂環脫離時(模式4)，渦電流感測器50之輸出完全消失。在第8F圖中，虛線係顯示正常之半導體晶圓時之輸出，實線係顯示在半導體晶圓W從頂環之飛出(滑出)時沒有輸出之情事。

如第8B圖至第8F圖所示，藉由監視渦電流感測器50掃描半導體晶圓之表面(被研磨面)時之渦電流感測器50之輸出，並與正常之半導體晶圓W時之渦電流感測器50的輸出相比較，即可檢測出半導體晶圓W之破損及半導體晶圓W從頂環1之飛出(滑出)。

第9A圖係顯示開始半導體晶圓W之研磨後至半導體晶圓W上之金屬膜(或導電性膜)mf被去除(消失)為止之研磨步驟與渦電流感測器50之輸出之關係的圖。如第9A圖所示，在半導體晶圓W之研磨開始後，由於金屬膜(或導電性膜)mf較厚，因此渦電流感測器50之輸出會變高，但隨著研磨之進行，金屬膜mf會變薄，因此渦電流感測器50之輸出會降低。再者，當金屬膜mf被去除(消失)時，渦電流感測器50之輸出成為0。因此，為了針對半導體晶圓W之破損進行高精確度之檢測，較佳為在金屬膜mf變薄之時間點結束檢測。

第9B圖係顯示檢測出半導體晶圓之破損之監視步驟之順序的流程圖。如第9B圖所示，當研磨台100旋轉1次，而渦電流感測器50掃描(scan)半導體晶圓之表面(被研磨面)時，渦電流感測器50係送出大致方形脈衝狀的輸出。控制裝置56(參照第7圖)係監視第1次旋轉之渦電流感測器50的最大輸出值。控制裝置56係在研磨台100每進行1次旋轉時監視渦電流感測器50之最大輸出值，且監視研磨台100之第N次旋轉(N>1)之最大輸出值，以判定第N次旋轉之最大輸出值除以第1次旋轉之最大輸出值所得之值是否比設定值小。

亦即，判定(第N次旋轉之最大輸出值)/(第1次旋轉之最大輸出值)＜設定值，若該值比設定值小時，控制裝置56係結束監視步驟，若比設定值大時，繼續進行監視步驟，並監視研磨台100之下一次旋轉(N=N+1)之渦電流感測器50之最大輸出值。依據第9B圖所示之流程圖進行監視步驟，且在半導體晶圓W之金屬膜mf變薄之時間點結束金屬膜mf之檢測，藉此可針對半導體晶圓W之破損進行精確度高的檢測。該監視步驟之結束方式係適用於第10A圖中之檢測結束、第11A圖中之檢測結束。

再者，上述設定值係在殘留金屬膜之狀態的範圍設定為所希望之值。

第10A圖係顯示在研磨中檢測出半導體晶圓W之邊緣破損之情形(模式1)及半導體晶圓W之邊緣附近破損之情形(模式3)之監視步驟之順序的流程圖。第10B圖係顯示監視步驟中之半導體晶圓與渦電流感測器50之輸出之關係的圖。

如第10A圖所示，控制裝置56(參照第7圖)係由半導體晶圓W之實際晶圓寬度及研磨台100之旋轉數(rpm)算出渦電流50之監視範圍。例如，以1msec實施檢測系統之取樣時，監視範圍會因研磨台之旋轉數(rpm)而變化。研磨台100之旋轉數為60rpm=1秒/台旋轉1次時，監視範圍為約200msec(=300mm)，研磨台100之旋轉數為120rpm=0.5秒/台旋轉1次時，監視範圍為約100msec(=300mm)。

再者，控制裝置56(參照第7圖)係由研磨台100之第N次旋轉(N為1以上之整數)的渦電流感測器50之最大輸出值及最小輸出值算出有效晶圓寬度。第10B圖之左側的圖係顯示由渦電流感測器50之最大輸出值及最小輸出值利用計算求出之有效晶圓寬度。

當半導體晶圓W之邊緣在研磨中破損時，由渦電流感測器50之最大輸出值及最小輸出值所求出的晶圓寬度會變小，因此控制裝置56係比較該所求出之晶圓寬度與有效晶圓寬度，判定晶圓寬度是否變窄，以檢測出晶圓之破損。第10B圖之右側的圖係顯示比先前由渦電流感測器50之最大輸出值及最小輸出值利用計算求出之有效晶圓寬度(以虛線表示)，輸出寬度減少(晶圓寬度變窄)之狀態。第10A圖及第10B圖所示之監視步驟係用以檢出晶圓之邊緣部之破損的監視步驟，因此晶圓寬度係為重要。因此，利用計算由渦電流感測器50之最大輸出值及最小輸出值求出有效晶圓寬度，並比較該有效晶圓寬度、與在研磨中由渦電流感測器50之最大輸出值及最小輸出值所求出之晶圓寬度，藉此即可確實地檢測出晶圓之邊緣部的破損。藉由如上述方式由渦電流感測器50之輸出值監視晶圓寬度之變化，即可確實地檢測出半導體晶圓W之邊緣在研磨中破損之情形(模式1)及半導體晶圓W之邊緣附近破損之情形(模式3)。

第11A圖係顯示在研磨中檢測半導體晶圓W之內部破損之情形(模式2)之監視步驟之順序的流程圖。第11B圖係顯示監視步驟中之半導體晶圓W與渦電流感測器50之輸出之關係的圖。

如第11A圖所示，控制裝置56(參照第7圖)係將用以監視晶圓破損之計數器予以初期化(Cnt=0)。再者，控制裝置56係監視研磨台100之第N次旋轉(N為1以上之整數)的渦電流感測器50之輸出值，以判定該輸出值是否開始減少。如第11B圖之(1)所示之狀態，當渦電流感測器50之輸出值開始減少時，將計數值+1。

亦即Cnt=Cnt+1。

接著，控制裝置56係判定所減少之輸出值是否在預設之臨限值以下。此時，臨限值係例如最大輸出值(最大電壓值)乘以設定比率(%)所得之值(臨限值=最大電壓值×設定比率(%))。再者，如第11B圖之(2)所示之狀態，當渦電流感測器50之輸出值在預設之臨限值以下時，將臨限值旗標設為ON(臨限值旗標=ON)。在渦電流感測器50之輸出值減少之期間係繼續進行該步驟。

接著，控制裝置56係如第11B圖之(3)所示之狀態，當判定渦電流感測器50之輸出值的減少結束時，判定輸出在臨限值以下的計數值(Cnt)是否在設定範圍內，若在設定範圍內，則進一步判定臨限值旗標是否為ON(臨限值旗標=ON)。若臨限值旗標為ON,則判定晶圓發生破損。藉由如上述方式監視渦電流感測器50之輸出值的減少，即可確實地檢測出半導體晶圓W之內部破損之情形(模式2)。

依據第11A圖及第11B圖之監視步驟，計數渦電流感測器50之輸出值在預設之臨限值以下之情形，當前述輸出值成為預設之臨限值以下的計數值在設定範圍內時，判定半導體晶圓發生破損，因此可防止半導體晶圓W之破損的誤檢測，並且可精確度佳地檢測出半導體晶圓之破損。

為了避免誤檢測而設定臨限值或計數值之設定範圍的理由在於，使其可對應於研磨剖面崩潰時之故。例如，在晶圓之整個邊緣部產生大的金屬膜之殘膜時，在第11B圖中，(1)與(3)之位置係對應半導體晶圓之兩端部。若在研磨剖面具有高低差大之異常時，會有成為第11B圖之(2)的臨限值以下之情形。因此，在第11B圖之(1)與(3)中，設置某種程度之距離(時間)的限制，俾不會有將在邊緣部產生大的金屬膜之殘膜的情形誤檢測為半導體晶圓之破損。

第12A圖係顯示半導體晶圓W在研磨中從頂環之飛出(滑出)之情形(模式4)之監視步驟之順序的流程圖。第12B圖係顯示監視步驟中之半導體晶圓W與渦電流感測器50之輸出之關係的圖。

如第12A圖所示，控制裝置56(參照第7圖)係監視渦電流感測器50之輸出值(電壓值)。接著，控制裝置56係判定是否在檢視渦電流感測器50之輸出的監視時間內，若在監視時間內，判定渦電流感測器50之輸出值是否比設定值低。控制裝置56係在渦電流感測器50之輸出值比設定值低時，判定半導體晶圓W從頂環飛出(滑出)。如第12B圖所示，在研磨開始時當半導體晶圓W被保持在頂環之情形下，渦電流感測器50之輸出高，而當半導體晶圓W從頂環飛出(滑出)時，渦電流感測器50之輸出會急遽降低。如此，藉由監視渦電流感測器50之輸出值的急遽降低，可於研磨中檢測出半導體晶圓W從頂環飛出(滑出)之情形(模式4)。

接著，說明在具備如第1圖至第7圖所示構成之渦電流感測器之研磨裝置中，檢測並監視半導體晶圓上之金屬膜(或導電性膜)及半導體晶圓從頂環飛出(滑出)的方法。

第13A圖係顯示渦電流感測器50掃描半導體晶圓W之表面(被研磨面)時之軌跡與渦電流感測器50之輸出之關係的圖。如第13A圖所示，渦電流感測器50係在隨著研磨台100之旋轉而通過半導體晶圓W之下方的期間，回應於半導體晶圓W之金屬膜(或導電性膜)mf輸出預定之電壓值(V)。

第13B圖係顯示正常之半導體晶圓W時之渦電流感測器50之輸出的圖。在第13B圖中，橫軸係研磨時間(t)，縱軸係渦電流感測器50之輸出值(電壓值)(V)。如第13B圖所示，在正常之半導體晶圓W時，渦電流感測器50係可獲得回應於半導體晶圓上之金屬膜(或導電性膜)mf之概略方形脈衝狀的輸出(電壓值)。

第14A圖係顯示開始半導體晶圓W之研磨後至半導體晶圓上之金屬膜(或導電性膜)mf被去除(消失)為止之研磨步驟與渦電流感測器50之輸出之關係的圖。如第14A圖所示，在半導體晶圓W之研磨剛開始後，由於金屬膜(或導電性膜)mf較厚，因此渦電流感測器50之輸出會變高，但隨著研磨之進行，金屬膜mf會變薄，因此渦電流感測器50之輸出會降低。再者，當金屬膜mf被去除(消失)時，渦電流感測器50之輸出成為0。

第14B圖係顯示開始半導體晶圓W之研磨後至半導體晶圓W上之金屬膜(或導電性膜)mf被去除(消失)為止之研磨時間(t)與渦電流感測器50之輸出值之變化的關係的圖。當研磨台100旋轉1次，而渦電流感測器50掃描(scan)半導體晶圓W之表面(被研磨面)時，渦電流感測器50係送出大致方形脈衝狀的輸出。控制裝置56(參照第7圖)係在渦電流感測器50每進行一次半導體晶圓W之表面的掃描時，將通過軌跡(掃描線)上之各測定點的輸出值予以平均後之平均值作為輸出值予以輸出。控制裝置56係在研磨台100每進行1次旋轉時監視作為渦電流感測器50之各測定點之平均值的輸出值，且持續進行監視直到渦電流感測器50之輸出值消失為止。

第14B圖係顯示渦電流感測器之輸出值(平均值)因研磨時間所致之變化。如第14B圖所示，藉由進行渦電流感測器50之輸出值的監視，即可檢測出金屬膜同樣地被去除的狀態。

第15圖係顯示半導體晶圓W上之金屬膜(或導電性膜)之研磨步驟及監視步驟之順序的流程圖。

如第15圖所示，研磨裝置係從晶圓匣盒取出半導體晶圓W並交付至頂環1，藉由頂環1將半導體晶圓W推壓至研磨台100上之研磨面101a而開始研磨。在開始進行研磨後，控制裝置56係監視渦電流感測器50之輸出值，且繼續進行研磨直到檢出研磨終點為止，且繼續進行渦電流感測器50之輸出值的監視步驟。研磨終點之檢出係檢測出渦電流感測器50之輸出值成為金屬膜去除等級，且檢測出在半導體晶圓W上同樣地無金屬殘膜。檢測出研磨終點後，不使半導體晶圓W與研磨面(研磨墊)分離，而移行至殘膜監視。

殘膜監視係藉由任意地選擇以下之方法來進行。

(1)渦電流感測器之感測器感度的切換

(2)監視手段之切換

(3)切換至光學式感測器

關於上述(1)至(3)之殘膜監視方法將於後文敘述。

接著，將由殘膜監視所得之資訊傳達至用以控制CMP程序整體的控制裝置(程序控制器(未圖示))。並且，用以控制CMP程序整體的控制裝置(程序控制器)亦可為包含前述控制裝置56之單一的控制裝置，亦可為與控制裝置56不同之控制裝置。控制裝置(程序控制器)係依據殘膜監視之資訊來判定是否需要實施追加研磨。並且，在判定為需要實施追加研磨時，即實施追加研磨，並進行殘膜監視，在確認無殘膜後，移行至洗淨程序。另一方面，判定為CMP程序有異常時，則不實施追加研磨，在進行研磨剖面異常通知後，移行至洗淨程序。洗淨程序係在從頂環1取出研磨完成之半導體晶圓後，藉由研磨裝置內之洗淨機進行洗刷洗淨、純水洗淨、乾燥等。再者，洗淨程序結束後，將研磨完成之半導體晶圓W回收至晶圓匣盒。

接著，更進一步說明第15圖所示之流程圖之殘膜監視及追加研磨。

殘膜監視係在晶圓之主研磨處理後的水拋光中或過度拋光中實施。在此，水拋光係指一面將純水(水)供給至研磨面，一面使施加於晶圓之面壓減小，以進行拋光。過度拋光係指在檢測出特徵點後一面將漿料供給至研磨面，一面進行拋光之方法。

殘膜監視係採用以下方法。

(1)提升以金屬薄膜檢出為目的之感測器感度來實施的方法。

(2)為了檢測出局部性之殘膜而將進行監視之範圍從點數據之集積值的平均改成依點資料進行檢測的方法。

(3)使用不容易受到晶圓之下層之影響的光學式感測器來監視殘膜的方法。

就殘膜監視方法而言，係任意地組合(1)、(2)、(3)來實施。此時，藉由組合(1)與(2)之方法，可檢測局部之金屬薄膜。此外，亦可併行(3)來進行。

再者，檢測出殘膜時之追加研磨係如以下方式進行。

就追加研磨之實施手段而言，在過度拋光中檢測出殘膜時，變更過度拋光之研磨時間。此外，藉由殘膜監視在晶圓之特定部位檢測出有殘膜時，使檢測出之特定部位的頂環的壓力變化，藉此進行追加研磨，或以專用之研磨條件進行追加研磨。追加研磨條件係回授至研磨下一個半導體晶圓W以後之際的研磨條件。

接著，說明上述殘膜監視方法中之提升以金屬薄膜檢測為目的之感測器感度來實施的方法。在僅使用從研磨開始至目標之金屬膜去除為止具有預定感度的感測器(感測器A)時，在目標之金屬膜變薄時或金屬膜之面積變小時，難以進行金屬膜之檢測。另一方面，僅使用薄膜用之感測器(感測器B)來進行研磨終點之檢測時，在初期金屬膜較厚之情形下，由於輸出會成為超出範圍(測定範圍外)，因此無法監視研磨步驟。

因此，在本發明中，使用感度不同之2個感測器A、B，從研磨開始至感測器A之感度成為0為止監視輸出，在實施研磨終點之檢測後，切換成感測器B，以確認在晶圓上無金屬殘膜。為了提升渦電流感測器之感度，係採用使振盪頻率提升、提升接收電路之增幅等手段。使激磁電壓上昇時，S/N比會提升。

第16圖係顯示在提升以金屬薄膜檢測為目的之感測器感度來實施的方法中進行感測器之切換之時序的示意圖。如第16圖所示，在半導體晶圓W之研磨開始時，由於金屬膜(或導電性膜)mf較厚，因此渦電流感測器A之輸出會變高，但隨著研磨之進行，金屬膜mf會變薄，因此渦電流感測器A之輸出會降低。成為「晶圓中心部金屬膜去除/在晶圓端部有金屬殘膜」之狀態時，渦電流感測器A係成為無感測器感度的狀態。因此，渦電流感測器A係實施研磨終點之檢測。在渦電流感測器A實施研磨終點之檢測後，切換成渦電流感測器B。渦電流感測器B係設定為比渦電流感測器A之感度高，因此晶圓端部側之輸出值會擴大為山形狀，可檢測出「晶圓中心部金屬膜去除/在晶圓端部有金屬殘膜」之狀態。在第16圖中，使用感度不同之2個感測器A、B，從研磨開始至感測器A之感度成為0為止監視輸出，在實施研磨終點之檢測後，切換成感測器B，以確認在晶圓上是否有金屬殘膜，但亦可使用同一之感測器(僅使用感測器A)，並使感測器感度進行高低之2階段的切換，在檢測出研磨終點之前，設定為低的感測器感度，在檢測出研磨終點之後，設定為高的感測器感度。

接著，說明上述殘膜監視方法中之以晶圓上之局部性殘膜之檢測為目的而變更監視手法的方法。

為了取得殘膜產生位置、殘膜之大小/膜厚所相關之資訊，係從使用於研磨終點之檢測之藉由將以一次掃描所得之測定點之數據予以平均後的輸出值所進行之監視，切換成藉由各測定點所進行之輸出值的監視。殘膜之位置未遍及全周而是局部時，在殘膜通過感測器之軌跡上的情形下，輸出值會變化。由該輸出值之變化可掌握與晶圓之端部(或中心)之距離。此時，藉由切換感測器感度，亦可進行金屬薄膜之監視。

第17A圖及第17B圖係顯示以晶圓上之局部殘膜之檢測為目的而變更監視手法的圖。第17A圖顯示利用將由1次之掃描所得之感測器軌跡上之所有測定點之數據予以平均後之輸出值的監視手法，第17B圖係顯示利用將由1次之掃描所得之感測器軌跡上之各測定點之輸出值的監視手法，第17C圖係顯示從第17A圖所示之監視手法切換成第17B圖所示之監視手法之情形的曲線圖。在第17C圖中，橫軸係研磨時間(t)，縱軸係渦電流感測器之輸出值。

如第17A圖所示，每當渦電流感測器50對半導體晶圓W之表面進行1次掃描時，利用將在所有測定點中經測定之數據予以平均後的輸出值進行監視。如第17C圖所示，藉由監視將在渦電流感測器A之軌跡上的所有測定點之數據予以平均後的輸出值，而進行研磨終點之檢測。在藉由渦電流感測器A檢測出研磨終點的時間點，成為金屬膜去除等級。此時，局部性面積小的金屬薄膜由於其部分之輸出被平均化處理，因此無法檢測出。

因此，在檢測出研磨終點後，切換成渦電流感測器B。如第17B圖所示，渦電流感測器B係每當渦電流感測器對半導體晶圓之表面進行1次掃描時，輸出在各測定點中所測定之輸出值。因此，在產生殘膜時，渦電流感測器B之輸出值係如第17B圖之下部所示成為山形狀的輸出值，而可進行金屬薄膜之檢測。再者，亦可掌握產生殘膜之部位。亦即，如第17C圖所示，在監視渦電流感測器A之經平均化處理的輸出值以檢測出研磨終點後，切換成渦電流感測器B，並監視渦電流感測器B之未經平均化處理之各測定值的輸出值，藉此可檢測出局部性面積為小之殘膜的發生。在第17A圖、第17B圖及第17C圖中，雖使用用以對各測定點之數據進行平均化處理之感測器A及未對各測定之數據進行平均化處理而直接作為輸出值的感測器B，來進行研磨終點之檢測及殘膜之檢測，但亦可使用同一之感測器(僅使用感測器A)，而可切換進行平均化處理之情形與未進行平均化處理的情形，在檢測出研磨終點之前進行平均化處理，在檢測出研磨終點後，不進行平均化處理。第18A圖及第18B圖係顯示在藉由監視由渦電流感測器B所得之各測定值之輸出值而檢測出局部性殘膜時，是否受到位於晶圓之下層之金屬配線等之影響的圖，第18A圖係顯示未受到晶圓之下層之影響的情形，第18B圖顯示受到位於晶圓之下層之金屬配線等之影響的情形。

如上所述，藉由使用渦電流感測器A，並將通過晶圓面內之感測器之軌跡上的輸出予以平均化，即可避免位於金屬膜之下層的金屬配線之影響。另一方面，由於渦電流感測器B係輸出各測定點中經測定之輸出值，因此如第18A圖所示，藉由監視渦電流感測器B之未平均化處理的各測定值之輸出值，即可檢測出局部性面積為小之殘膜的產生。然而，渦電流感測器B之輸出值係各測定點之輸出值，因此會有受到位於金屬膜之下層的金屬配線之影響的可能性。因此，如第18B圖所示，當輸出上昇之點多時，判斷為並非殘膜，而係受到晶圓之下層的影響。

接著，說明上述殘膜監視方法中之使用光學式感測器監視殘膜的方法。如第17A圖所示，每當渦電流感測器對半導體晶圓之表面進行1次掃描，使用將所有測定點中經測定之數據予以平均化後的輸出值來進行監視。藉由監視將渦電流感測器之軌跡上之所有測定點的數據予以平均化後之輸出值，進行研磨終點之檢測。在藉由渦電流感測器檢測出研磨終點之時間點，成為金屬膜去除等級。在檢測出研磨終點後，切換至另外設置在研磨台內之光學式感測器。

前述光學式感測器係構成為：具備投光元件及受光元件，將光從投光元件照射在半導體晶圓W之被研磨面，且以受光元件接受來自被研磨面之反射光。此時，由投光元件所發出之光係由雷射光或LED所產生之光，依情況亦可為白色光。在此，在研磨墊101(參照第1圖)，安裝有用以使光學式感測器之光穿透的圓柱狀之透光窗構件。或者，在研磨墊101設置小的貫穿孔，當貫穿孔來到晶圓下時，亦可使透光性之液體充滿在以貫穿孔與晶圓面所包圍之空間。

在大多之情形下，Cu等金屬構件之殘膜係在晶圓面上成為圓弧狀之條紋或斑點狀，而能以目視來識別顏色。因此，若例如為Cu的話，照射反射率高之波長700至800nm附近之光，或者著眼於同波長範圍之光，則若監視在上述透光窗構件或貫穿孔監視晶圓下之間的反射光，即可掌握反射強度暫時增加之時間點，而檢測出局部性之殘膜。

接著，針對在第15圖所示之流程圖中之殘膜監視中檢測出殘膜時，可選擇以CMP實施追加研磨之情形與通知研磨剖面之異常之情形的方式之點加以說明。

在殘膜監視中檢測出殘膜時，通常係實施追加研磨，以去除金屬薄膜。然而，由於在藉由追加研磨而確保晶圓之平坦性時亦會有對CMP之程序帶來異常之情形，因此可對研磨裝置之控制裝置通知研磨剖面之異常。

接著，說明渦電流感測器50掃描半導體晶圓之表面時之軌跡(掃描線)。

在本發明中，調整頂環1與研磨台100之旋轉速度比，以使渦電流感測器50在預定時間內(例如移動平均時間內)掃描在半導體晶圓W上之軌跡係遍及半導體晶圓W之表面全周而大致均等地分佈。

第19圖係顯示渦電流感測器50掃描半導體晶圓W上之軌跡的示意圖。如第19圖所示，渦電流感測器50係在研磨台100每進行1次旋轉時，掃描半導體晶圓W之表面(被研磨面)，而當研磨台100旋轉時，渦電流感測器50係大致描著通過半導體晶圓W之中心Cw(頂環軸111之中心)的軌跡而掃描半導體晶圓W之被研磨面上。藉由使頂環1之旋轉速度與研磨台100之旋轉速度不同，如第19圖所示，半導體晶圓W之表面中之渦電流感測器50之軌跡係隨著研磨台100之旋轉變化為掃描線SL₁ 、SL₂ 、SL₃ 。即使在此情形下，如上所述，由於渦電流感測器50係配置在通過半導體晶圓W之中心Cw的位置，因此渦電流感測器50所掃描之軌跡係每次通過半導體晶圓W之中心Cw。

第20圖係在將研磨台100之旋轉速度設為70Min^-1 、將頂環1之旋轉速度設為77Min^-1 ，在移動平均時間(在本例中為5秒)內渦電流感測器所描繪之半導體晶圓上之軌跡的示意圖。如第20圖所示，在該條件下，研磨台100每旋轉1次，渦電流感測器50之軌跡即旋轉36度，因此每進行5次掃描，感測器軌跡即於半導體晶圓W上旋轉達半圈。若亦考慮到感測器軌跡之彎曲時，由於渦電流感測器50在移動平均時間內對半導體晶圓W進行6次掃描，因此渦電流感測器50係大致均等地對半導體晶圓W上進行全面掃描。

在上述例中，雖顯示頂環1之旋轉速度比研磨台100之旋轉速度快之情形，但即使在頂環1之旋轉速度比研磨台100之旋轉速度慢(例如研磨台100之旋轉速度為70Min^-1 、頂環1之旋轉速度為63Min^-1 )時，感測器軌跡亦僅朝反方向旋轉，就使渦電流感測器50在預定時間內描繪在半導體晶圓W之表面的軌跡係遍及半導體晶圓W之表面全周而分佈之點而言係與上述例相同。

再者，在上述之例中，雖係說明頂環1與研磨台100之旋轉速度比接近1之情形，但旋轉速度比接近0.5、1.5、2等(0.5之倍數)時亦同。亦即，頂環1與研磨台100之旋轉速度比為0.5時，研磨台100每旋轉1次，感測器軌跡即旋轉180度，從半導體晶圓W來看，渦電流感測器50係於每旋轉1次，即從反方向移動於同一軌跡上。

因此，使頂環1與研磨台100之旋轉速度比從0.5略變動(例如將頂環1之旋轉速度設為36Min^-1 ，將研磨台100之旋轉速度設為70Min^-1 )，使當研磨台100每旋轉1次時感測器軌跡旋轉(180+α)度，即可使感測器軌跡看起來像偏離α度。因此，即可設定α(亦即設定頂環1與研磨台100之旋轉速度比)，以使感測器軌跡在移動平均時間內於半導體晶圓W之表面上旋轉達約0.5次、或約N次、或約0.5+N次(換言之，為0.5之倍數，亦即0.5×N次(N為自然數))。

使感測器軌跡在移動平均時間內描繪於半導體晶圓W之表面的軌跡遍及全周而大致均等地分佈，係在亦考慮移動平均時間之調整時可在廣範圍內選擇旋轉速度比。因此，亦可對應必須依據研磨液(漿料)之特性等大幅改變頂環1與研磨台100之旋轉速度比的研磨程序。

然而，一般而言，除了頂環1之旋轉速度剛好為研磨台100之旋轉速度的一半之情形以外，渦電流感測器50描繪於半導體晶圓W上的軌跡係如第20圖所示彎曲。因此，即使渦電流感測器50在預定時間內(例如移動平均時間內)描繪在半導體晶圓W上之軌跡遍及半導體晶圓W之全周而大致均等地分佈，嚴格來說，感測器軌跡也未必在圓周方向均等分佈。為了使感測器軌跡在半導體晶圓W之圓周方向周密地均等分佈，必須使感測器軌跡在每預定時間於半導體晶圓W之圓周上剛好旋轉達N次(N為自然數)。在此期間，渦電流感測器50係遍及全周朝在圓周方向均等之方向/方位對半導體晶圓W之表面進行掃描。為了實現上述掃描，只要設定研磨台100與頂環1之旋轉速度，俾在例如研磨台100旋轉達預定次數(自然數)之期間使頂環1剛好旋轉達與研磨台100之旋轉次數不同的次數(自然數)即可。此時，由於感測器軌跡係如上所述彎曲，亦難謂感測器軌跡會於圓周方向等間隔地分佈，但若以各2個為對來考量感測器軌跡，則可視為感測器軌跡係在任意之半徑位置於圓周方向均等地分佈。第21圖係顯示上述情形之例，且為用以顯示在與第20圖相同之條件下研磨台100旋轉10次之期間的半導體晶圓W上之感測器軌跡的圖。由此，渦電流感測器50係可取得比上述之例更能平均地反映整個半導體晶圓W的數據。

接著，更詳細地說明可適宜應用在本發明之研磨裝置的頂環1。

第22圖至第26圖係顯示頂環1之圖，且為沿著複數半徑方向切斷的剖視圖。

如第22圖所示，頂環1基本上係由將半導體晶圓W往研磨面101a推壓的頂環本體2、及直接推壓研磨面101a之保持環3所構成。頂環本體2係具備：圓盤狀之上構件300；安裝在上構件300之下表面的中間構件304；及安裝在中間構件304之下表面的下構件306。保持環3係安裝在頂環本體2之上構件300的外周部。如第23圖所示，上構件300係藉由螺栓308連結在頂環軸111。再者，中間構件304係經由螺栓309固定在上構件300，下構件306係經由螺栓310固定在上構件300。由上構件300、中間構件304、下構件306所構成之頂環本體2係藉由工程塑膠(例如PEEK)等樹脂所形成。

如第22圖所示，在下構件306之下表面安裝有與半導體晶圓之背面抵接的彈性膜314。該彈性膜314係藉由配置在外周側之環狀的邊緣保持具316、及配置在邊緣保持具316之內側的環狀之波紋保持具318、319而安裝在下構件306之下表面。彈性膜314係由乙烯丙烯橡膠(EPDM)、聚胺酯橡膠、矽橡膠等強度及耐久性佳的橡膠材所形成。

邊緣保持具316係由波紋保持具318所保持，波紋保持具318係藉由複數個擋止件320安裝在下構件306之下表面。如第23圖所示，波紋保持具319係藉由複數個擋止件322安裝在下構件306之下表面。擋止件320及擋止件322係均等地設置在頂環1之圓周方向。

如第22圖所示，在彈性膜314之中央部形成有中央室360。在波紋保持具319形成有與該中央室360連通的流路324，在下構件306形成有與該流路324連通的流路325。波紋保持具319之流路324及下構件306之流路325係連接在未圖示之流體供給源，而使被加壓之流體通過流路324及流路325而供給至中央室360。

波紋保持具318係分別以爪部318b、318c將彈性膜314之波紋314b及邊緣314c推壓至下構件306之下表面，波紋保持具319係以爪部319a將彈性膜314之波紋314a推壓至下構件306之下表面。

如第24圖所示，在彈性膜314之波紋314b及邊緣314c之間形成有環狀之波紋室361。在彈性膜314之波紋保持具318及波紋保持具319之間形成有間隙314f，在下構件306形成有與該間隙314f連通之流路342。再者，如第22圖所示，在中間構件304形成有與下構件306之流路342連通之流路344。在下構件306之流路342與中間構件304之流路344的連接部分，形成有環狀溝347。該下構件306之流路342係經由環狀溝347及中間構件304之流路344而連接在未圖示之流體供給源，而使被加壓之流體通過該等流路而供給至波紋室361。再者，該流路342係以可切換之方式連接在未圖示之真空泵，且可藉有真空泵之動作將半導體晶圓吸附在彈性膜314之下表面。

如第25圖所示，在波紋保持具318形成有流路326，該流路326係與由彈性膜314之波紋314b及邊緣314c所形成之環狀的外室362相連通。再者，在下構件306形成有經由連接器327與波紋保持具318之流路326連通的流路328，在中間構件304形成有與下構件306之流路328連通的流路329。該波紋保持具318之流路326係經由下構件306之流路328及中間構件304之流路329而連接在未圖示之流體供給源，而使被加壓之流體通過該等流路而供給至外室362。

如第26圖所示，邊緣保持具316係推壓彈性膜314之邊緣314d而保持在下構件306之下表面。在該邊緣保持具316形成有流路334，該流路334係與由彈性膜314之邊緣314c及邊緣314d所形成之環狀的邊緣室363相連通。再者，在下構件306形成有與邊緣保持具316之流路334連通之流路336。在中間構件304形成有與下構件306之流路336連通的流路338。該邊緣保持具316之流路334係經由下構件306之流路336及中間構件304之流路338而連接在未圖示之流體供給源，而使被加壓之流體通過該等流路而供給至邊緣室363。

如此，在本實施形態之頂環1中，藉由調整供給至形成在彈性膜314與下構件306之間的壓力室、亦即中央室360、波紋室361、外室362及邊緣室363的流體壓力，即可依每個半導體晶圓之部分調整用以將半導體晶圓推壓至研磨墊101的推壓力。

第27圖係第24圖所示之保持環之XXVII部放大圖。保持環3係用以保持半導體晶圓之外周緣者，如第27圖所示，具備：上部被閉塞之圓筒狀的缸體400；安裝在缸體400之上部的保持構件402；藉由保持構件402保持在缸體400的彈性膜404；連接在彈性膜404之下端部的活塞406；及藉由活塞406朝下方被推壓的環狀構件408。

環狀構件408係由連結在活塞406之上環狀構件408a、及與研磨面101接觸之下環狀構件408b所構成，上環狀構件408a與下環狀構件408b係由複數個螺栓409所結合。上環狀構件408a係由SUS等金屬材料或陶瓷等材料形成，而下環狀構件408b係由PEEK或PPS等樹脂材料所形成。

如第27圖所示，在保持構件402形成有與由彈性膜404所形成之室413連通的流路412。此外，在上構件300形成有與保持構件402之流路412連通之流路414。該保持構件402之流路412係經由上構件300之流路414而連接在未圖示之流體供給源，而使被加壓之流體通過該等流路而供給至室413。因此，藉由調整供給至室413之流體的壓力，可使彈性膜404伸縮以使活塞406上下動作，而以所希望之壓力將保持環3之環狀構件408推壓至研磨墊101。

在圖示之例中，使用捲動隔膜(rolling diaphragm)作為彈性膜404。捲動隔膜係由具有彎曲之部分的彈性膜所構成者，可藉由以捲動隔膜隔開之室的內部壓力之變化等，使該彎曲部之轉動，藉此使室的空間擴展。在室擴展時，隔膜不會和外側之構件滑動，且幾乎不會伸縮，因此滑動摩擦極少，可使隔膜長壽命化，此外，亦有可精密度佳地調整保持環3施加於研磨墊101之推壓力的優點。

藉由上述構成，可僅使保持環3之環狀構件408下降。因此，即使保持環3之環狀構件408磨耗，亦可將下構件306與研磨墊101之距離維持一定。再者，由於與研磨墊101接觸之環狀構件408與缸體400係以可自由變形之彈性膜40相連接，因此不會產生因負載點之偏移所產生的彎曲力矩。從而，可使由保持環3所產生之面壓均等，亦可提升相對於研磨墊101之追隨性。

此外，如第27圖所示，保持環3係具備用以導引環狀構件408之上下動作的環狀之保持環導件410。環狀之保持環導件410係由以圍繞環狀構件408之上部側全周的方式位於環狀構件408之外周側的外周側部410a、位於環狀構件408之內周側的內周側部410b、及連接外周側部410a與內周側部410b之中間部410c所構成。保持環導件410之內周側部410b係藉由螺栓411固定在下構件306。在連接外周側部410a與內周側部410b之中間部410c，於圓周方向每隔預定間隔形成有複數個開口410h。

以上雖針對本發明之實施形態進行說明，但本發明並不限定於上述實施形態，當然亦可在本發明之技術思想的範圍內以各種不同之形態來實施。

即便是在說明書及圖面無直接之記載的形狀/構造/材質，只要是可發揮本案發明之作用/效果，即為在本案發明之技術思想的範圍內。

1．．．頂環

2．．．頂環本體

3．．．保持環

50．．．渦電流感測器

51．．．感測線圈

52．．．交流信號源

54．．．檢波電路

55．．．主放大器

56．．．控制裝置(控制器)

71．．．繞線管

72．．．振盪線圈

73．．．檢測線圈

74．．．平衡線圈

76．．．可變電阻

83．．．高頻放大器

84．．．相位移位電路

85．．．cos同步檢波電路

86．．．sin同步檢波電路

90．．．向量演算電路

100．．．研磨台

100a．．．台軸

101．．．研磨墊

101a．．．研磨面(研磨墊之表面)

102．．．研磨液供給噴嘴

110．．．頂環頭

111、117．．．頂環軸

112．．．旋轉筒

113、116．．．定時皮帶輪

114．．．頂環用馬達

115．．．定時皮帶

124．．．上下動機構

125．．．旋轉接頭

126．．．軸承

128．．．橋接件

129．．．支持台

130．．．支柱

132．．．滾珠螺桿

132a．．．螺桿軸

132b．．．螺帽

138．．．伺服馬達

300．．．上構件

304．．．中間構件

306．．．下構件

308、309、310、409、411．．．螺栓

314、404．．．彈性膜

314b．．．波紋

314c、314d．．．邊緣

314f．．．間隙

316．．．邊緣保持具

318、319．．．波紋保持具

320．．．擋止件

318a、318c．．．爪部

324、325、326、328、338、342、344、412、414．．．流路

347．．．環狀溝

360．．．中央室

361．．．波紋室

362．．．外室

363．．．邊緣室

400．．．缸體

402．．．保持構件

406．．．活塞

408．．．環狀構件

408a．．．上環狀構件

408b．．．下環狀構件

410．．．保持環導件

410a．．．外周側部

410b．．．內周側部

410c．．．中間部

410h．．．開口

W．．．半導體晶圓

mf．．．金屬膜(或導電性膜)

第1圖係顯示本發明之研磨裝置之整體構成的概略圖。

第2圖係顯示研磨台與渦電流感測器與半導體晶圓之關係的俯視圖。

第3A圖係顯示渦電流感測器之構成的方塊圖。

第3B圖係渦電流感測器之等效電路圖。

第4圖係顯示本實施形態之渦電流感測器之感測線圈之構成例的概略圖。

第5A、5B、5C圖係顯示感測線圈之各線圈之連接例的概略圖。

第6圖係顯示渦電流感測器之同步檢波電路的方塊圖。

第7A圖係顯示包含渦電流感測器之控制裝置的研磨裝置之整體構成的圖。

第7B圖係渦電流感測器部分之放大剖視圖。

第9A圖係顯示開始半導體晶圓之研磨後至半導體晶圓上之金屬膜(或導電性膜)被去除(消失)為止之研磨步驟與渦電流感測器之輸出之關係的圖。

第9B圖係顯示檢測出半導體晶圓之破損之監視步驟之順序的流程圖。

第10A圖係顯示在研磨中檢測出半導體晶圓之邊緣破損之情形(模式1)及半導體晶圓W之邊緣附近破損之情形(模式3)之監視步驟之順序的流程圖。

第10B圖係顯示監視步驟中之半導體晶圓與渦電流感測器之輸出之關係的圖。

第11A圖係顯示在研磨中檢測出半導體晶圓之內部破損之情形(模式2)之監視步驟之順序的流程圖。

第11B圖係顯示監視步驟中之半導體晶圓與渦電流感測器之輸出之關係的圖。

第12A圖係顯示半導體晶圓在研磨中從頂環之飛出(滑出)之情形(模式4)之監視步驟之順序的流程圖。

第12B圖係顯示監視步驟中之半導體晶圓W與渦電流感測器50之輸出之關係的圖。

第13A圖係顯示渦電流感測器掃描(scan)半導體晶圓之表面(被研磨面)時之軌跡與渦電流感測器之輸出之關係的圖。

第13B圖係顯示正常之半導體晶圓時之渦電流感測器之輸出的圖。

第14A圖係顯示開始半導體晶圓之研磨後至半導體晶圓上之金屬膜(或導電性膜)被去除(消失)為止之研磨步驟與渦電流感測器之輸出之關係的圖。

第14B圖係顯示開始半導體晶圓之研磨後至半導體晶圓上之金屬膜(或導電性膜)被去除(消失)為止之研磨時間(t)與渦電流感測器之輸出值之關係的圖。

第15圖係顯示半導體晶圓上之金屬膜(或導電性膜)之研磨步驟及監視步驟之順序的流程圖。

第16圖係顯示在提升以金屬薄膜檢測為目的之感測器感度來實施的方法中進行感測器之切換之時序的示意圖。

第17A圖係顯示以晶圓上之局部殘膜之檢測為目的而變更監視手法的圖，且為顯示利用將由1次之掃描所得之感測器軌跡上之所有測定點之數據予以平均後之輸出值的監視手法之圖。

第17B圖係顯示以晶圓上之局部殘膜之檢測為目的而變更監視手法的圖，且為顯示利用將由1次之掃描所得之感測器軌跡上之各測定點之輸出值的監視手法之圖。

第17C圖係顯示從第17A圖所示之監視手法切換成第17B圖所示之監視手法的曲線圖。

第18A圖係顯示在藉由監視由渦電流感測器所得之各測定值之輸出值而檢測出局部性殘膜時，受到位於晶圓之下層之金屬配線等之影響的圖，且為顯示未受到晶圓之下層之影響時的圖。

第18B圖顯示在藉由監視由渦電流感測器所得之各測定值之輸出值而檢測出局部性殘膜時，受到位於晶圓之下層之金屬配線等之影響的圖，且為顯示受到位於晶圓之下層的金屬配線等之影響時的圖。

第19圖係顯示渦電流感測器掃描半導體晶圓上之軌跡的示意圖。

第20圖係顯示渦電流感測器掃描半導體晶圓上之軌跡的示意圖。

第21圖係顯示渦電流感測器掃描半導體晶圓上之軌跡的示意圖。

第22圖係顯示第1圖所示之頂環之構成例的剖視圖。

第23圖係顯示第1圖所示之頂環之構成例的剖視圖。

第24圖係顯示第1圖所示之頂環之構成例的剖視圖。

第25圖係顯示第1圖所示之頂環之構成例的剖視圖。

第26圖係顯示第1圖所示之頂環之構成例的剖視圖。

第27圖係第24圖所示之保持環之XXVII部放大圖。