TWI598948B - 研磨監視方法、研磨終點檢測方法及研磨裝置 - Google Patents

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Description

研磨監視方法、研磨終點檢測方法及研磨裝置
本發明係關於在研磨中監視形成於半導體晶圓等基板表面的導電膜厚度的變化的研磨監視方法及研磨裝置。
另外，本發明係關於在用於將半導體晶圓等研磨對象物(基板)研磨的研磨裝置中所使用的研磨終點檢測方法，尤其係關於使用渦電流感測器的研磨終點檢測方法。另外，本發明係關於可執行上述研磨終點檢測方法的研磨裝置。
近年，隨著半導體元件之高積體化/高密度化，電路的配線不斷細微化，且多層配線的層數亦增加。而若欲在謀求電路細微化的同時亦實現多層配線，則將導致延續下側層的表面凹凸的同時使段差變大，故隨著配線層數增加，在薄膜形成中的對於段差形狀的膜被覆性(step coverage)將變差。因而，為了進行多層配線，必須改善前述膜被覆性而於適當過程進行平坦化處理。另外，由於焦點深度係隨著光微影之細微化而變淺，故必須以使半導體元件之表面的凹凸段差收斂於焦點深度以下的方式將半導體元件表面平坦化處理。
因而，於半導體元件之製造工序中，半導體元件表面的平坦化技術日漸重要。於該平坦化技術中，最重要的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，一邊將含有二氧化鈰(CeO2)等之砥粒的研磨液供給至研磨墊(pad)一邊使半導 體晶圓等基板滑接於研磨墊而進行研磨。
上述進行CMP製程(process)的研磨裝置係具有：包含研磨墊的研磨工作台(table)；以及用以保持半導體晶圓(基板)的被稱為頂環(top ring)或研磨頭(head)等的基板保持裝置。研磨基板時，係一邊從研磨液供給機構將研磨液供給至研磨墊上，一邊藉由頂環而將基板表面向研磨墊按壓。藉由使頂環和研磨工作台分別回轉而使基板與研磨墊相對移動，而研磨構成基板表面的膜。
如上所述的研磨裝置係廣泛使用於研磨形成在半導體晶圓(基板)之表面的阻隔(barrier)膜或金屬膜等導電膜的研磨工序。由於研磨工序的終點檢測、和研磨中的研磨條件之變更係根據導電膜之厚度而決定，故研磨裝置一般係具有檢測研磨中的導電膜厚度的膜厚檢測器。就膜厚檢測器的代表性裝置而言可列舉渦電流感測器。
渦電流感測器係構成為配置於研磨工作台內，於基板的研磨中，隨著研磨工作台的回轉而當渦電流感測器通過基板下方的期間，將於基板上的導電膜感應渦電流，而由起因於該渦電流之磁場的阻抗(impedance)變化而檢測導電膜之厚度。
第39圖表示從半導體晶圓(基板)的研磨開始起至半導體晶圓上的導電膜被清除(消失)為止的研磨時間(t)與渦電流感測器之信號值間之關係。如第39圖所示，於半導體晶圓的研磨開始瞬後，雖由於導電膜較厚而使渦電流感測器的輸出成為較高，但因隨著研磨進行而導電膜將變 薄，故渦電流感測器的信號值係逐漸降低。之後，當導電膜被清除(消失)後，渦電流感測器之信號值將成為一定。藉由檢測該信號值成為一定的時間點(特異點)，即可判斷為已到達研磨終點。
然而，隨渦電流感測器的周圍溫度、對於研磨墊的水斑等之使用環境的變化、以及渦電流感測器本身的經時變化等，而有渦電流感測器之輸出信號值漂移(平行移動)的情形。如上所述，若渦電流感測器的輸出信號值漂移，則如第39圖所示，其將從實線開始如虛線所示地使線圖本身朝上方大致平行地移動。於此情形中，由於特異點亦將平行移動，故仍可檢測研磨終點。然而，當導電膜部分殘留而於預定之厚度使研磨停止，或欲切換成低壓/低回轉速度等不同的研磨條件時，則必須觀看信號值(Z2)以將其檢測為特徵點。於如上所述地對應信號值而檢測特徵點時，由於因漂移而使渦電流感測器的輸出信號之值與膜厚間的對應關係偏離，故有於應檢測的研磨時間產生誤差的問題。
於半導體元件的製造工序中，係於矽晶圓上膜狀地重複形成種種材料而形成多層配線構造。為了形成如上所述的多層配線構造，係使用CMP(化學機械研磨)。例如，於形成有配線用的溝的基板的表面形成金屬膜，之後藉由CMP而僅留下形成於溝內的金屬膜且將不要的膜去除而形成金屬配線。
於如上所述之金屬配線形成工序中，為了檢測不要的金屬膜是否已被去除(亦即是否有金屬殘膜)而廣為使用渦 電流感測器。然而，於具有多層配線構造的基板中，存在於所研磨的金屬膜之下層的配線其影響將及於渦電流感測器的輸出信號而妨礙殘膜的檢測。
為了去除如上所述的下層配線之影響，以往係採用下述方法。
(1)將遍及基板全表面而取得的渦電流感測器之輸出信號的平均值作為膜厚。
(2)以預先設定的基板面內之區域的最小輸出信號作為膜厚。
(3)以於預定時間內(例如，渦電流感測器之輸出信號的移動平均時間內)渦電流感測器在基板表面上描繪的軌跡遍及基板全範圍地幾乎均等分佈的方式調整頂環與研磨工作台的回轉速度比。
然而，於上述的習知方法中，係難以對於基板表面內的各區域個別獲得膜厚資訊。
本發明係有鑑於上述事情而研發者，第1目的為提供一種研磨監視方法及研磨裝置，其可在不使研磨裝置的運行率降低的前提下進行渦電流感測器的校正而可進行高精密度的膜厚監視。
另外，本發明之第2目的係提供一種方法，其可排除研磨對象膜之下層的金屬材料的影響，使用渦電流感測器而取得在基板表面內之各區域的膜厚資訊，且由所得的膜厚資訊決定基板的研磨終點。
另外，本發明之第3目的係提供一種可執行上述研磨終點檢測方法的研磨裝置。
為了達成上述目的，本發明之第1態樣的研磨監視方法，係將研磨對象的基板按壓於回轉的研磨工作台上的研磨面而研磨基板上的導電膜，於研磨中藉由設置於研磨工作台的渦電流感測器而監視導電膜的厚度，該研磨監視方法係包含以下步驟：係取得研磨中的渦電流感測器的輸出信號；使用於渦電流感測器的上方不存在有基板時的前述輸出信號而算出渦電流感測器的輸出調整量；使用該輸出調整量將於渦電流感測器的上方存在有基板時的前述輸出信號予以補正；以及根據前述補正後的輸出信號而監視基板上的導電膜的厚度。
依據本發明，係開始將研磨對象的基板按壓於回轉的研磨工作台上的研磨面而研磨基板上的導電膜的研磨工序，取得該研磨中的渦電流感測器之輸出信號。之後，使用於渦電流感測器的上方不存在有基板時的輸出信號而算出渦電流感測器的輸出調整量。渦電流感測器的輸出信號雖因使用環境的變化或渦電流感測器本身的經時變化等而有漂移(平行移動)的情形，但藉由使用前述輸出調整量而將於渦電流感測器之上方存在有基板時的輸出信號予以補正，即可將相當於漂移量的部分從輸出訊號中消除。
依據本發明之一較佳態樣，其中，於當將包含該渦電流感測器之線圈的電性電路的阻抗的電阻成分及電抗成分定義為座標時，前述渦電流感測器的輸出信號係表示為使 前述座標回轉及移動至隨著導電膜的厚度變小而使座標系統的原點與從前述座標所特定的點間的距離變短的位置的座標。
依據本發明之一較佳態樣，其中，前述輸出信號的補正係藉由使前述座標系統的原點移動而進行。
依據本發明，藉由使表示包含有渦電流感測器之線圈的電性電路的阻抗的電阻成分及電抗成分的座標系統之原點平行移動，即可將相當於漂移量的部分從輸出信號消除。
依據本發明之一較佳態樣，其中，依據由前述補正而移動的座標系統之原點與從前述阻抗座標所特定的點間的距離而監視前述導電膜之厚度。
依據本發明之一較佳態樣，其中，復包含以下步驟：於前述渦電流感測器的感測器線圈端部與導電膜間的距離不同的條件下，對於每個膜厚取得含有該渦電流感測器之線圈在內的電性電路的阻抗的電阻成分和電抗成分；將前述電阻成分與前述電抗成分表示於正交座標軸上；對於前述導電膜的每個膜厚，描繪將由前述電阻成分及前述電抗成分構成的座標所特定的點連結的預備測定直線；以及預先求得為前述預備測定直線彼此交叉之交點的基準點。
依據本發明之一較佳態樣，其中，前述輸出信號的補正係藉由使預先求得的前述基準點移動而進行。
渦電流感測器之輸出信號有因渦電流感測器本身之經時變化等而漂移的情形，當渦電流感測器之輸出信號漂移時，通過基準點的基準線、與將渦電流感測器之輸出信 號與基準點連結的線間的角度雖會有變化的情形，但依據本發明，藉由使預先求得的基準點移動達相當於漂移量的部分，即可將相當於漂移量的部分由輸出信號消除。
依據本發明之一較佳態樣，其中，依據將因前述補正而移動的基準點與由前述阻抗座標而特定的點予以連結的直線所成的角度而監視前述導電膜之厚度。
依據本發明之一較佳態樣，其中，前述輸出信號的補正係使用於前述渦電流感測器的上方不存在有基板時的輸出信號的N回轉數的平均值。
依據本發明之一較佳態樣，其中，僅使用於前述渦電流感測器的上方不存在有基板時的輸出信號之中的來自在前述研磨面上或其上方不存在有基板保持用的頂環的區域的輸出信號而算出渦電流感測器之輸出調整量。
依據本發明之一較佳態樣，其中，僅使用於前述渦電流感測器的上方不存在有基板時的輸出信號之中的來自在前述研磨面上或其上方不存在有基板保成用的頂環、研磨面的修整用的修整器、及研磨面的清洗用的噴霧器的區域的輸出信號而算出渦電流感測器之輸出調整量。
依據本發明，係僅使用於渦電流感測器的上方不存在有基板時的輸出信號之中的於研磨面上或上方不存在有任何物件時的輸出信號。藉此，可以僅使用不對渦電流感測器造成影響之範圍內的信號。
本發明第2態樣之研磨監視方法，係將研磨對象的基板按壓於回轉的研磨工作台上的研磨面而研磨基板上的導 電膜，於研磨中藉由設置於研磨工作台的渦電流感測器而監視導電膜的厚度，該研磨監視方法係包含以下步驟：於前述渦電流感測器的感測器線圈端部與導電膜間的距離不同的條件下，對於每個膜厚取得含有該渦電流感測器之線圈的電性電路的阻抗的電阻成分和電抗成分；將前述電阻成分與前述電抗成分表示於正交座標軸上；對於前述導電膜的每個膜厚，描繪將由前述電阻成分及前述電抗成分構成的座標所特定的點予以連結的預備測定直線；求得為前述預備測定直線彼此交叉之交點的基準點；使用研磨中或研磨前後的前述渦電流感測器之輸出信號而補正前述基準點；以及依據將補正後的基準點與由阻抗座標所特定的點予以連結的直線所成的角度而監視膜的厚度。
渦電流感測器之輸出信號有因渦電流感測器本身之經時變化等而漂移的情形，當渦電流感測器之輸出信號漂移時，通過基準點的基準線、與將渦電流感測器之輸出信號與基準點連結的線間的角度雖有變化的情形，但依據本發明，藉由補正預先求得的基準點達相當於漂移量的部分，且算出通過補正後的基準點的基準線、與將渦電流感測器之施出信號與基準點連結的線間的角度，即可檢測導電膜的膜厚。如上所述，檢測渦電流感測器之輸出信號的值的漂移量，且使基準點偏移(shift)達相當於漂移量的部分，即可使偏移前後的角度保持同一值。
本發明第3態樣之研磨裝置，係具有：研磨工作台，係含有研磨面而回轉；頂環，將研磨對象的基板按壓於前 述研磨面而研磨基板上的導電膜；渦電流感測器，設置於前述研磨工作台內；以及監視裝置，根據前述渦電流感測器的輸出信號而監視導電膜的厚度，前述監視裝置係進行以下的動作：取得研磨中的渦電流感測器的輸出信號；使用於渦電流感測器的上方不存在有基板時的前述輸出信號而算出渦電流感測器的輸出調整量；使用該輸出調整量將於渦電流感測器的上方存在有基板時的前述輸出信號予以補正；以及根據前述補正後的輸出信號而監視基板上的導電膜的厚度。
依據本發明之一較佳態樣，其中，於當將包含該渦電流感測器之線圈的電性電路的阻抗的電阻成分及電抗成分定義為座標時，前述渦電流感測器的輸出信號係表示為使前述座標回轉及移動至隨著導電膜的厚度變小而使座標系統的原點與從前述座標所特定的點間的距離變短的位置的座標。
依據本發明之一較佳態樣，其中，前述輸出信號的補正係藉由使前述座標系統的原點移動而進行。
依據本發明之一較佳態樣，其中，依據由前述補正而移動的座標系統之原點與從前述阻抗座標所特定的點間的距離而監視前述導電膜之厚度。
依據本發明之一較佳態樣，其中，於前述渦電流感測器的感測器線圈端部與導電膜間的距離不同的條件下，對於每個膜厚取得含有該渦電流感測器之線圈在內的電性電路的阻抗的電阻成分和電抗成分，將前述電阻成分與前述 電抗成分表示於正交座標軸上，對於前述導電膜的每個膜厚，描繪將由前述電阻成分及前述電抗成分構成的座標所特定的點予以連結的預備測定直線，預先求得為前述預備測定直線彼此交叉之交點的基準點。
依據本發明之一較佳態樣，其中，前述輸出信號的補正係藉由使預先求得的前述基準點移動而進行。
依據本發明之一較佳態樣，其中，依據將因前述補正而移動的基準點與由前述阻抗座標所特定的點予以連結的直線所成的角度而監視前述導電膜之厚度。
依據本發明之一較佳態樣，其中，前述輸出信號的補正係使用於前述渦電流感測器的上方不存在有基板時的輸出信號的N回轉數的平均值。
依據本發明之一較佳態樣，其中，僅使用於前述渦電流感測器的上方不存在有基板時的輸出信號之中的來自在前述研磨面上或其上方不存在有基板保持用的頂環的區域的輸出信號而算出渦電流感測器之輸出調整量。
依據本發明之一較佳態樣，其中，僅使用於前述渦電流感測器的上方不存在有基板時的輸出信號之中的來自在前述研磨面上或其上方不存在有基板保持用的頂環、研磨面的修整用的修整器、及研磨面的清洗用的噴霧器的區域的輸出信號而算出渦電流感測器之輸出調整量。
本發明第4態樣之研磨終點檢測方法，係將一邊藉由頂環將基板按壓於研磨工作台上之研磨墊上，一邊使前述頂環與前述研磨工作台分別回轉而研磨前述基板的膜的基 板研磨工序的研磨終點予以檢測的方法，該研磨終點檢測方法係包含以下步驟：於前述基板的研磨中使渦電流感測器以橫越前述基板表面的方式進行移動；將由前述電阻成分X及前述感應電抗成分Y構成的座標X,Y標記於X-Y座標系統上；於前述X-Y座標系統上係預先定義有複數個阻抗區域，前述複數個阻抗區域係包含基準阻抗區域與至少1個的偏移阻抗區域；使用分別屬於前述複數個阻抗區域的複數個座標X,Y而對於前述複數個阻抗區域分別算出複數個膜厚指標值；以及使用前述複數個膜厚指標值而對於前述複數個阻抗區域分別決定前述基板的研磨終點。
本發明第5態樣之研磨終點檢測方法，係將一邊藉由頂環將基板按壓於研磨工作台上之研磨墊，一邊使前述頂環與前述研磨工作台分別回轉而研磨前述基板的膜的基板研磨工序的研磨終點予以檢測的方法，該研磨終點檢測方法係包含以下步驟：一邊使設置於前述研磨工作台內的渦電流感測器以橫越前述基板表面的方式進行移動，一邊取得前述渦電流感測器之輸出信號；一邊使前述渦電流感測器以與取得前述輸出信號時為同一的軌跡橫越前述基板表面而進行移動，一邊取得前述渦電流感測器之輸出信號；依據前述渦電流感測器的輸出信號而算出膜厚指標值；以及依據前述膜厚指標值的變化而決定前述基板的研磨終點。
本發明第6態樣之研磨終點檢測方法，係將一邊藉由頂環將基板按壓於研磨工作台上之研磨墊，一邊使前述頂 環與前述研磨工作台分別回轉而藉此研磨前述基板的膜的基板研磨工序的研磨終點予以檢測的方法，該研磨終點檢測方法係包含以下步驟：使設置於前述研磨工作台內的渦電流感測器以橫越前述基板表面的方式移動；取得前述渦電流感測器之輸出信號；依據前述渦電流感測器的輸出信號而作成膜厚輪廓；依據在前述膜厚輪廓出現的凸部的位置的變化，而判斷前述凸部的出現係起因於殘留膜或存在於膜之下層的金屬材料的何者；以及根據起因於前述殘留膜而出現的凸部的大小而決定前述基板之研磨終點。
本發明第7態樣之研磨裝置，係具有：研磨工作台，支持研磨墊且可回轉；頂環，一邊使基板回轉，一邊將前述基板按壓於前述回轉的研磨工作台上的研磨墊；渦電流感測器，設置於前述研磨工作台內，以橫越前述基板表面的方式進行移動；以及監視裝置，依據前述渦電流感測器之輸出信號而監視前述基板的膜厚；前述監視裝置係進行以下的動作：取得前述渦電流感測器之阻抗的電阻成分X及感應電抗成分Y；將由前述電阻成分X及前述感應電抗成分Y構成的座標X,Y標記於X-Y座標系統上，於前述X-Y座標系統上係預先定義有複數個阻抗區域，前述複數個阻抗區域係包含基準阻抗區域與至少1個的偏移阻抗區域；使用分別屬於前述複數個阻抗區域的複數個座標X,Y而對於前述複數個阻抗區域分別算出複數個膜厚指標值；以及使用前述複數個膜厚指標值而對於前述複數個阻抗區域分別決定前述基板的研磨終點。
本發明之第8態樣的研磨裝置，係具有：研磨工作台，支持研磨墊且可回轉；頂環，一邊使基板回轉，一邊將前述基板按壓於前述回轉的研磨工作台上的研磨墊；渦電流感測器，設置於前述研磨工作台內，以橫越前述基板表面的方式進行移動；以及監視裝置，依據前述渦電流感測器之輸出信號而監視前述基板的膜厚；前述監視裝置係進行以下的步驟：於前述渦電流感測器以橫越前述基板表面的方式進行移動時，取得前述渦電流感測器的輸出信號；於前述渦電流感測器以與取得前述輸出信號時為同一的軌跡橫越前述基板表面的方式進行移動時，取得前述渦電流感測器之輸出信號；依據前述渦電流感測器的輸出信號而算出膜厚指標值；以及依據前述膜厚指標值的變化而決定前述基板的研磨終點。
依據上述本發明的第1至第3態樣，即可根據半導體晶圓等基板上的導電膜研磨工序中的渦電流感測器之輸出信號值，而於軟體上進行渦電流感測器之校正。因而，可不降低研磨裝置之運作率地持續地進行高精度的膜厚監視。
依據上述本發明的第4態樣及第7態樣，可於每次取得渦電流感測器之輸出信號時，將由其輸出信號X,Y所構成的座標依循其值而分配至複數個阻抗區域的任一者。換句話說，感測器輸出信號係依據下層金屬材料的影響程度而分配至複數個阻抗區域的任一者。如上所述，藉由預先設置複數個阻抗區域，即可分割感測器輸出信號(X,Y)的參 差不齊，亦即可將其縮小。因此，於各阻抗區域中，由感測器輸出信號所得的膜厚指標值將隨著研磨時間而逐漸變小。由於如上所述的複數個阻抗區域係可對於基板表面內的各區域進行設定，故可取得在基板表面內之各區域的膜厚資訊。因此，可對於基板表面內之複數個區域個別地檢測研磨終點。
依據上述本發明的第5態樣及第8態樣，可取得渦電流感測器以同一軌跡掃描基板表面時的膜厚指標值。因此，與下層是否存有金屬材料無關地，在基板表面上之各測定點的膜厚指標值係隨研磨時間而減少。亦即，可取得在基板表面內之各區域的膜厚資訊。因此，可對於基板表面內的複數個區域個別地檢測研磨終點。
依據上述本發明的第6態樣，可根據起因於殘膜的凸部而監視基板的研磨。因此，可排除下層的金屬材料的影響而檢測正確的研磨終點。
以下係對於本發明之實施形態參照第1圖至第38圖而進行詳細說明。又，於第1圖至第38圖中，係對於同一或相當的構成要件賦予相同元件符號而省略重複說明。
第1圖為表示本發明之研磨裝置的全體構成的示意圖。如第1圖所示，研磨裝置係具有：研磨工作台1；以及保持作為研磨對象的基板的晶圓W且向研磨工作台上的研磨墊按壓的頂環10。研磨工作台1係經由工作台軸1a而與配置於其下方的研磨工作台回轉馬達(未圖示)連結， 而成為可繞著工作台軸1a而回轉。於研磨工作台1的上表面則貼附有研磨墊2，於研磨墊2的表面係構成為研磨晶圓W的研磨面2a。於研磨工作台1的上方則設置有研磨液供給噴嘴3，而形成藉由該研磨液供給噴嘴3而將研磨液(slurry)供給至研磨工作台1上的研磨墊2。如第1圖所示，於研磨工作台1的內部係埋設有渦電流感測器50。
頂環10係連接於頂環軸11，頂環軸11係構成為相對於頂環頭12上下移動。藉由頂環軸11的上下移動，頂環10的全體係對於頂環頭12上下移動而定位。頂環軸11係構成為藉由頂環回轉馬達(未圖示)的驅動而回轉。藉由頂環軸11的回轉，頂環10係構成為環繞頂環軸11而回轉。
頂環10係構成為可於其下表面保持半導體晶圓等晶圓W。頂環頭12係構成為能以頂環頭軸13為中心而回轉，於下表面保持晶圓W的頂環10係藉由頂環頭12的回轉而成為可從晶圓W的接收位置往研磨台1之上方移動。頂環10係將晶圓W保持於下表面而將晶圓W往研磨墊2的表面(研磨面)按壓。此時，使研磨工作台1及頂環10個別回轉，且從設於研磨工作台1上方的研磨液供給噴嘴3往研磨墊2上供給研磨液。研磨液係使用含有二氧化鈰(CeO2)或二氧化矽(SiO2)作為磨粒的研磨液。如此，一邊將研磨液供給於研磨墊2上，一邊將晶圓W往研磨墊2按壓且使晶圓W與研磨墊2相對移動而研磨晶圓上的金屬膜等導電膜。就金屬膜之具體例而言可列舉Cu膜、W膜、Ta膜、Ti膜等。
如第1圖所示，研磨裝置係具有修整(dressing)研磨墊2的修整裝置20。修整裝置20係具有：修整臂21；可回轉地安裝於修整臂21的前端的修整器22；連結於修整臂21之另一端的搖動軸23；以及作為驅動機構而使修整臂21以搖動軸23為中心而搖動(swing)的馬達(未圖示)。修整器22的下部係由修整構件22a所構成，修整構件22a係具有圓形的修整面，於修整面則藉由電著等而固定有硬質的粒子。作為該硬質粒子，可列舉鑽石粒子或陶瓷粒子等。於修整臂21內則內藏有未圖示的馬達，而構成為藉由該馬達而使修整器22回轉。搖動軸23係與未圖示的昇降機構連結，藉由該昇降機構使修整臂21下降而成為修整構件22a按壓研磨墊2之研磨面2a而進行修整的方式。修整裝置20係構成為可於未進行晶圓之研磨時修整研磨墊2，且於晶圓之研磨中亦可修整研磨墊2。
第2圖係表示研磨工作台1與渦電流感測器50與晶圓W間之關係的平面圖。如第2圖所示，渦電流感測器50係設置於通過被保持於頂環1的研磨中晶圓W之中心Cw的位置。符號CT為研磨工作台1之回轉中心。例如，渦電流感測器50係成為於通過晶圓W之下方的期間可於通過軌跡(掃描線)上連續地檢測晶圓W之導電膜厚度。
接著，對於本發明之研磨裝置所具有的渦電流感測器50進行詳細說明。渦電流感測器可分為：藉由於導電膜產生渦電流而使振盪頻率變化，而依據該頻率變化檢測導電膜的頻率型；以及阻抗(impedance)變化而依據該阻抗變化 檢測導電膜的阻抗型。由頻率或阻抗可得導電膜之檢測資訊。渦電流感測器50係如第1圖所示地可內藏於研磨工作台1內部表面附近的位置，其係位於相對於研磨對象的晶圓而隔著研磨墊相對向的位置，且可依據於晶圓上的導電膜流動的渦電流而檢測導電膜之變化。
於阻抗型的渦電流感測器中，信號輸出X,Y、相位、合成阻抗Z係如後所述地被取出。以下，係對於阻抗型的渦電流感測器進行具體說明。渦電流感測器50係藉由於線圈流通高頻率交流電流而於導電膜誘發渦電流，且依據起因於該渦電流磁場的阻抗變化而檢測導電膜之厚度。第3圖為表示用以說明渦電流感測器之原理的電路之圖。當從交流電源(電壓E[V])流通高頻交流電流I1至線圈Q時，於線圈Q誘發的磁力線將通過導電膜中。藉此，於感測器電路與導電膜側電路間產生互感(inductance)而於導電膜流通渦電流I2。該渦電流I2係產生磁力線，其係使感測器側電路的阻抗變化。渦電流感測器係可依據該感測器側電路的阻抗變化而檢測導電膜的膜厚。
於第3圖所示的感測器側電路與導電膜側電路係分別成立以下數式。
R1I1+L1dI1/dt+MdI2/dt=E (1)
R2I2+L2dI2/dt+MdI1/dt=O (2)
在此，M為互感，R1為包含線圈1的感測器側電路的等效電阻，L1為包含線圈1的感測器側電路的自感。R2為相當於渦電流損失的等效電阻，L2為流通渦電流的導電膜 之自感。
在此，若設In=Anejωt(正弦波)，則上述式(1)、(2)可表示如下。
(R1+jωL1)I1+jωMI2=E (3)
(R2+jωL2)I2+jωMI1=O (4)
由上述式(3)、(4)可導出下式。
I1=E(R2+jωL2)/{(R1+jωL1)(R2+jωL2)+ω2M2}=E/{(R1+jωL1)+ω2M2/(R2+jωL2)} (5)
進而，感測器側電路的阻抗Φ可表示為下式。
Φ=E/I1={R1+ω2M2R2/(R2 2+ω2L2 2)}+jω{L1-ω2L2M2/(R2 2+ω2L2 2)} (6)
在此，若使Φ的實數部分(電阻成分)、虛數部分(誘發電抗成分)分別為X,Y，則上述式(6)成為如下所示。
Φ=X+jωY (7)
第4圖表示有將與研磨時間同時變化的X,Y標記於XY座標系統上而描繪之線圖。第4圖之座標系統係以Y軸為縱軸，以X軸為橫軸的座標系統。點T∞之座標係為膜厚無限大時，亦即R2為0時的X,Y之值，而點T0的座標若設為可無視基板之導電率者，則即是膜厚為0時，亦即R2為無限大時的X,Y的值。依據X,Y的值而定位的點Tn係隨著膜厚減少而一邊描繪圓弧狀的軌跡一邊向點T0前進。於第4圖所示的記號k為結合係數，且下述的關係式成立。
M=k(L1L2)1/2 (8)
第5圖為顯示使第4圖的線圖逆時針方向回轉90度且平行移動後的線圖。亦即，使以座標X,Y表示的點以XY座標系統的原點O為中心朝逆時針方向回轉，且使回轉後的座標移動而產生原點O與座標X,Y間的距離隨膜厚減少而變短的線圖。以下，係將座標X,Y所描繪的圓弧稱為阻抗曲線。
於第5圖雖示有將第4圖之線圖逆時針方向回轉90°的情形，但回轉角度當然不限於90°。例如，可以用使對應於欲監視的膜厚之上限的Y座標與膜厚0的點之Y座標相等的方式進行回轉角度的調節。如第5圖所示，隨著膜厚的減少，依據X,Y的值而定位的點Tn係一邊描繪圓弧狀的軌跡一邊向點T0前進。此時，表示為從XY座標系統之原點O至點Tn為止的距離的阻抗Z(=(X2+Y2)1/2)係除了在點T∞附近之外皆成為隨著膜厚減少而變小。因而，藉由將渦電流感測器50之輸出信號往監視裝置55發送，監視裝置55即可算出作為對應導電膜之厚度而變化的監視信號的阻抗Z。且，若藉由監視裝置55而預先藉由經驗與實驗掌握阻抗Z與膜厚間的關係，即可藉由監視阻抗Z而得知研磨中的膜厚變化。
其次，對於渦電流感測器50進行更詳細的說明。第6圖為表示渦電流感測器的示意圖。該渦電流感測器50係具有：感測器線圈102；連接於該感測器線圈102的交流電源103；以及同步檢波部105，係檢測包含感測器線圈102的電性電路(第3圖之感測器側電路)的電阻成分X、感應 電抗成分Y。膜厚檢測對象的導電膜mf係例如由形成於晶圓W上的銅、鋁、金、鎢、鉭、鈦等導電材料所構成的薄膜。感測器線圈102與導電膜mf間的距離G係例如設定為0.5mm至5.0mm。
第7圖為表示於第6圖所示的渦電流感測器的感測器線圈的構成例。感測器線圈102係由捲繞於捲線軸(bobbin)111的3層線圈112、113、114所構成。中央的線圈112為連接於交流電源103的激磁線圈。該激磁線圈112係藉由交流電源103所供給的交流電流而形成磁場，且於晶圓上的導電膜產生渦電流。於激磁線圈112的上側(導電膜側)係配置有檢測線圈113而檢測由流通導電膜的渦電流所產生的磁通。於檢測線圈113之相反側係配置有平衡線圈114。
線圈113、114雖較佳為由相同繞線圈數(1至500)的線圈所形成，但線圈112的繞線圈數並無特別限定。檢測線圈113與平衡線圈114係彼此反相連接。當導電膜存在於檢測線圈113附近時，則由形成於導電膜中的渦電流而產生的磁通將鏈結於檢測線圈113與平衡線圈114。此時，由於檢測線圈113係配置於較接近導電膜的位置，故於兩線圈113、114產生的感應電壓之平衡將崩潰，藉此而可檢測由導電膜之渦電流而形成的磁通鏈結。
第8圖為表示渦電流感測器之詳細構成的示意圖。交流電源103係具有由水晶振盪器構成的固定頻率振盪器，例如，其係將1至50MHz的固定頻率之交流電流供給至感 測器線圈102。在交流電源(交流信號源)103形成的交流電流係經由帶通濾波器120而供給至感測器線圈102。從感測器線圈102之端子輸出的信號係經由橋式電路121及高頻放大器123而發送至由cos同步檢波電路125及sin同步檢波電路126所構成的同步檢波部105。在此，係從在交流電源103形成的振盪信號中藉由相位偏移電路124而形成交流電源103之同相成分(0°)與正交成分(90°)的2個信號，且係分別導入cos同步檢波電路125與sin同步檢波電路126。且，藉由同步檢波部105而取出阻抗之電阻成分與感應電抗成分。
由同步檢波部105所輸出的電阻成分和感應電抗成分中以低通濾波器127、128去除不要的高頻成分(例如5KHz以上的高頻成分)，而分別輸出作為阻抗之電阻成分的信號X與作為感應電抗成分的信號Y。監視裝置55係將渦電流感測器50的輸出信號X、Y以與在第5圖所說明的處理(回轉處理、平行移動處理等)相同的方法進行處理而算出作為膜厚指標值的阻抗Z(參照第5圖)。且，根據該阻抗Z的變化而監視膜厚的變化。又，對於渦電流感測器50的輸出信號X、Y的回轉處理或平行處理等預定的處理係可於渦電流感測器50以電性的方式進行，或亦可於監視裝置55藉由計算而進行。
第9A圖及第9B圖為表示具有渦電流感測器50的研磨裝置之要部構成的圖。更具體而言，第9A圖為表示含有渦電流感測器50的控制部的全體構成的圖，第9B圖為渦電 流感測器部分的擴大剖面圖。如第9A圖所示，研磨裝置的研磨工作台1係如箭號所示地可繞著其軸心回轉。於研磨工作台1內係埋入有渦電流感測器50的感測器線圈102。感測器線圈102係由包含交流電源及同步檢波電路的前置放大器(preamp)一體型的感測器線圈所構成。感測器線圈102的連接纜線係通過研磨工作台1的工作台軸1a內，經由設於工作台軸1a之軸端的回轉接頭(rotary joint)150而連接至監視裝置55。監視裝置55係連接至控制裝置(控制器)56。
如第9B圖所示，藉由在埋入研磨工作台1的渦電流感測器50的研磨墊側的端面具有四氟化乙烯樹脂等氟系樹脂包覆材152而於剝離研磨墊時，即可避免研磨墊與渦電流感測器一起被剝離。另外，渦電流感測器的研磨墊側的端面係設置於從研磨墊2附近的由SiC等材料所構成的研磨工作台1的表面(研磨墊側的表面)凹陷0至0.05mm的位置，而防止於研磨時與晶圓接觸。該研磨工作台面與渦電流感測器面的位置的差係盡可能小為佳而於實際的裝置中多設定為0.02mm左右。另外，於該位置調整可採用藉由以薄板(shin)151進行的調整或以螺釘實現的調整手段。
接著，說明於具有如上所述地構成的渦電流感測器的研磨裝置中，監視研磨中的晶圓上的導電膜之膜厚的方法。第10A圖係表示渦電流感測器50掃描(scan)晶圓W的表面(被研磨面)時的軌跡和渦電流感測器50之輸出間的關 係。如第10A圖所示，渦電流感測器50係於隨著研磨工作台1的回轉而通過晶圓W下方的期間，反應於晶圓W的導電膜mf而輸出預定的信號值。
第10B圖為顯示研磨工作台1之回轉與渦電流感測器50之輸出的關係的圖。於第10B圖中，橫軸為研磨時間，縱軸為渦電流感測器50的輸出值。如第10B圖所示，當渦電流感測器50位於晶圓內的區域(A)時，係輸出反應晶圓上的導電膜mf之大概方形脈衝狀，而當渦電流感測器50位於晶圓外的區域(B)時則成為一定位準的低輸出。
第11圖為表示渦電流感測器之輸出信號的值漂移(平行移動)時的圖。由於渦電流感測器的周圍溫度、對於研磨墊的滲水等使用環境的變化和渦電流感測器本身的經時變化等而有渦電流感測器50之輸出信號的值漂移(平行移動)的情形。亦即，如第11圖所示，渦電流感測器50之輸出信號的值有從以實線表示的圓弧狀曲線向以虛線表示的圓弧狀曲線漂移的情形。如上所述，若渦電流感測器的輸出信號的值漂移，則被表示為距XY座標系統之原點O的距離的阻抗Z(以下亦稱距離Z)將變化。結果，將導致渦電流感測器之輸出信號的值與膜厚間的對應關係偏移。
因此，於本實施形態中，係藉由監視裝置55而校正渦電流感測器50的輸出信號而正確地監視膜厚變化。
接著，對於一邊於研磨中校正渦電流感測器50的輸出信號一邊監視晶圓上的導電膜的膜厚變化的方法進行說明。
第12圖為表示一邊校正渦電流感測器50的輸出信號一邊監視晶圓上的導電膜的膜厚變化的處理流程之一態樣的圖。如第12圖所示，於步驟1中，以頂環10保持晶圓W，使研磨工作台1及頂環10分別回轉，將晶圓W按壓於研磨墊2而開始研磨晶圓上的導電膜的研磨步驟。此時，如第10A圖及第10B圖所示，渦電流感測器50係隨著研磨工作台1的回轉而通過晶圓內的區域(A)與晶圓外的區域(B)，但於步驟2中，監視裝置55係取得當渦電流感測器50位於晶圓外之區域(B)時的資料。此時，研磨開始後，取得研磨工作台1回轉1回轉以上後的晶圓外區域(B)的資料，之後，持續取得資料至研磨工作台1進行N回轉(N為整數)為止。之後，於步驟3中，根據至N回轉為止的渦電流感測器50之晶圓外區域(B)的輸出值的平均值而算出漂移量(補正量)。
又，所謂晶圓外區域，係指為頂環的區域以外、修整器的區域以外、噴霧器(atomizer)等的區域以外的於研磨工作台(研磨墊)上不存在有任何東西的區域。
第13圖為用以說明算出漂移量(補正量)的步驟的圖。如第13圖的圓弧狀曲線所示，渦電流感測器50的輸出信號的值雖有以從實線向虛線漂移的情形，但其漂移量(補正量)可藉由以下數式算出。
△Xa=X11-X1,△Ya=Y11-Y1
在此，X11、Y11為渦電流感測器50之晶圓外區域(B)的輸出值的平均值，X1、Y1為補正用基準信號值。補正用 基準信號值係類似於導電膜的膜厚成為0時的值。
接著，於步驟4中，係將在步驟3中算出的漂移量(補正量)予以登錄(保存)。且，於步驟5中，係使XY座標系統的原點O平行移動達相當於所登錄的漂移量(補正量)。
第14圖係用以說明使XY座標系統的原點O平行移動達相當於漂移量(補正量)之圖。如第14圖所示，XY座標系統的原點O係從實線起往虛線平行移動。亦即，使以實線所示的X軸、Y軸平行移動達△Xa、△Ya而成為以虛線所示的X軸、Y軸。且，算出以虛線表示的XY座標系統之離原點O的距離Z。且，藉由監視裝置55監視距離Z即可得知研磨中的膜厚變化。
第15圖係表示一邊校正渦電流感測器50的輸出信號一邊監視晶圓上的導電膜的膜厚變化的處理流程的另一態樣的圖。渦電流感測器的輸出值的漂移係對於如上所述的依據距離Z的膜厚監視方法以外的方法也會造成影響。例如，於日本國特開2005-121616號公報中的第13圖係表示有依據通過基準點(中心點)的基準線、及渦電流感測器的輸出信號(X成分，Y成分)與基準點(中心點)連結的線間的角度變化而監視研磨中的膜厚變化的方法。該方法係將在感應器線圈端部與導電性膜間的距離相異的條件下取得的阻抗之電阻成分(X成分)與電抗成分(Y成分)表示於正交座標軸上，將導電性膜的由各膜厚的前述電阻成分及前述電抗成分構成的座標所特定的點連結的預備測定直線畫出，求得屬於該等預備測定直線彼此交叉的交點的基準點 (中心點)，且從由前述阻抗的座標所特定的點與前述基準點(中心點)連結的真正測定直線所成的角度而檢測導電性膜的膜厚。該方法係具有可與研磨墊的厚度變化無關地精密度良好地監視膜厚之變化的優點。然而，於此方法中，亦將因渦電流感測器的輸出值的經時變化而使角度變化，進而導致渦電流感測器之輸出信號的值與膜厚間的對應關係偏移。
第16圖係表示當渦電流感測器的輸出信號的值漂移(平行移動)時的情形的圖。如第16圖之圓弧狀曲線所示，渦電流感測器50的輸出信號的值係因渦電流感測器其本身的經時變化等而從實線往虛線漂移。如上所述，若渦電流感測器的輸出信號的值漂移，則通過基準點(中心點)的基準線、及將渦電流感測器的輸出信號(X成分，Y成分)與基準點(中心點)連結而得的線間的角度(Angle)將從Angle1變化為Angle2。在此，所謂基準點係指將在感測器線圈端部與導電性膜間的距離不同的條件下取得的阻抗之電阻成分(X成分)與電抗成分(Y成分)顯示於正交座標軸上，將由導電性膜的每個膜厚的前述電阻成分及電抗成分構成的座標所特定的點連結而成的預備測定直線彼此交叉的交點的基準點。
因此，於本實施形態中，如第15圖所示，進行從步驟1的研磨工序的開始至步驟4的漂移量(補正量)的登錄為止的工序。從步驟1起至步驟4為止的工序係與第12圖所示的處理流程相同。於第15圖所示的處理流程中，於 步驟5中係使基準點漂移達相當於所登錄的漂移量(補正量)。
第17圖係用以說明為了使基準點漂移補正量分的步驟的圖。如第17圖所示，使基準點如箭號所示地漂移達補正量分(△Xa,△Ya)。接著，在步驟6中，使用補正後基準點算出阻抗曲線的角度(Angle)。亦即，藉由算出通過補正後的基準點(中心點)的基準線、及將渦電流感測器的輸出信號(X成分，Y成分)與基準點(中心點)連結而得的線間的角度(Angle)，即可檢測導電膜的膜厚。如上所述，藉由檢測渦電流感測器的輸出信號的值的漂移量，並使基準點偏移達相當於漂移量的份量，即可使漂移前後的角度(Angle)保持同一值。
第18圖為表示渦電流感測器50掃描晶圓W的軌跡的圖。若研磨工作台1回轉，則渦電流感測器50係描繪通過晶圓W的中心Cw的軌跡而掃描晶圓W的表面。每次渦電流感測器50橫越晶圓表面時，渦電流感測器50係於複數個測定點測定晶圓W的膜厚。由於頂環10的回轉速度與研磨工作台1的回轉速度通常不同，故晶圓W的表面的渦電流感測器50的軌跡係如第18圖所示隨著研磨工作台1之回轉而掃描線SL1、SL2、SL3地變化。於此情形下，如上所述，渦電流感測器50係配置於通過晶圓W的中心Cw的位置，故渦電流感測器50描繪的軌跡係每次皆通過晶圓W的中心Cw。於本實施形態中，調整由渦電流感測器50進行的膜厚測定的時間點，以使渦電流感測器50每次必測定 晶圓W的中心Cw的膜厚。於第18圖中，記號MPm-n係表示第m條掃描線SLm上的第n個測定點。
於各測定點獲得的渦電流感測器50的輸出信號X、Y係作為座標X,Y而描繪於X-Y座標系統上。渦電流感測器50的輸出信號X,Y係隨著膜厚而變化。具體而言，如第5圖所示，X-Y座標系統的原點O和由座標X,Y所特定的點Tn間的距離(阻抗)Z(=√X2+Y2))係隨著膜厚減少而縮小。因而，可將依據輸出信號X,Y求得的距離Z視為測定的膜厚指標值。
如上所述，晶圓W的膜厚雖可由渦電流感測器50的輸出信號X,Y求出，但渦電流感測器50的輸出信號會因受到存在於膜的下層的金屬材料的影響而有大幅變動的情形。具有多層配線構造的晶圓係於各階層具有配線(金屬材料)。因此，下層的配線的影響將及於渦電流感測器50的輸出信號，而會阻礙正確之膜厚測定。
第19圖係表示由渦電流感測器50的輸出信號而得的膜厚指標值Z受到下層配線的影響而變化之樣子的圖。於應研磨的膜之下係形成有複數個配線構造(例如積體電路)200。該等配線構造200由於被應研磨的膜所覆蓋，故於第19圖中係以虛線表示。膜厚指標值Z係隨著研磨時間而全體地緩緩減少。然而，渦電流感測器50係感測到為研磨對象物的膜和該膜下層的配線構造200，結果即導致渦電流感測器50的信號值受到下層配線構造200的影響。
如第19圖所示，在研磨工作台1的第N回轉時的渦 電流感測器50之軌跡係與研磨工作台1的第N+1回轉時的渦電流感測器50之軌跡不同。因此，渦電流感測器50所感測的配線構造200之配置亦隨研磨工作台1之回轉而不同，結果，依據膜厚指標值Z所生成的膜厚輪廓(沿著晶圓半徑方向的膜厚分佈)亦不同。如上所述，渦電流感測器50的輸出信號X,Y係受到下層配線構造200的影響，描繪於X-Y座標系統上的阻抗曲線係大幅擺動。
第20A圖係表示當沒有下層配線構造的影響時的阻抗曲線，第20B圖係表示從第20A圖所示的阻抗曲線得出的膜厚指標值Z。當沒有下層配線構造之影響時，阻抗曲線係因系統雜訊而有某種程度之擺動，但其寬度(以dw表示)小。同樣地，如第20B圖所示，膜厚指標值Z所描繪的線之寬度也小。於第20B圖之線圖中，縱軸係表示膜厚指標值，橫軸係表示研磨時間。由於膜厚指標值Z係隨著研磨時間而逐漸減少，故可容易地檢測膜被去除的時間點，亦即研磨終點。
相對於此，第21A圖係表示受到下層配線構造之影響時的阻抗曲線，第21B圖係表示由第21A圖所示之阻抗曲線求得的膜厚指標值Z。當受到下層配線構造的影響時，阻抗曲線係大幅擺動，結果，將使阻抗曲線的寬度dw’變大。同樣地，將導致膜厚指標值Z描繪的線寬亦變大。結果，使得檢測研磨終點變得困難。
因此，本實施形態中，將第21A圖所示的寬度廣的阻抗曲線沿著其長邊方向分割為複數個區域(以下稱阻抗區 域)，且對於每個分割後的阻抗區域算出膜厚指標值，而於每個阻抗區域根據膜厚指標值而監視晶圓的研磨。第22圖為示有將第21A圖所示的寬度廣的阻抗曲線分割為4個阻抗區域之一例的圖。於以下說明中，將第20A圖所示的寬度窄的阻抗曲線稱為基準阻抗區域，將第21A圖所示的寬度廣的阻抗曲線稱為初期阻抗區域，將第22圖所示的分割後的阻抗區域之中的基準阻抗區域以外的阻抗區域稱為偏移阻抗區域。
4個阻抗區域，亦即，基準阻抗區域r0，第1偏移阻抗區域r1，第2偏移阻抗區域r2，第3偏移阻抗區域r3係皆具有相同的寬度，其寬度為在沒有下層配線構造影響的條件下取得的基準阻抗區域r0的寬度dw。但，基準阻抗區域r0的寬度與偏移阻抗區域r1至r3的寬度多少有點差異亦無妨。
基準阻抗區域r0係僅使用於晶圓中心部取得的渦電流感測器之輸出信號(X,Y)而產生。渦電流感測器50係於每當研磨工作台1進行1回轉時，必定通過晶圓的中心部。因此，於晶圓的中心部取得的膜厚指標值Z係與下層的金屬材料(配線構造等)之存在無關地隨研磨時間減少。換句話說，在晶圓的中心部，下層的金屬材料並不會給予膜厚指標值Z時間性的變化。因此，依據在晶圓中心部所得的感測器輸出信號(X,Y)，可以產生如第20A圖所示的寬度窄的阻抗區域。於該晶圓的中心部所得的阻抗區域即可被定義為基準阻抗區域。
基準阻抗區域的寬度dw為從圓弧中心算起的最小距離及最大距離間的差。更具體而言，係藉由最小平方法(least squares method)等習知方法求得基準阻抗區域所描繪的圓弧的中心，藉由求得從其中心算起的最小距離與最大距離間的差異，即可求出基準阻抗區域的寬度dw。同樣地，於第21A圖所示的寬度較廣的初期阻抗區域之寬度dw’亦可藉由計算取得。之後，初期阻抗區域係根據基準阻抗區域的寬度dw而分割。分割後的阻抗區域的數量係由初期阻抗區域的寬度dw’所決定。亦即，藉由將初期阻抗區域的寬度dw’除以基準阻抗區域的寬度dw而決定所分割出的阻抗區域的數量。於第22圖所示的例中，係作成有包含基準阻抗區域的4個阻抗區域r0、r1、r2、r3。視初期阻抗區域的寬度而使阻抗區域r1、r2、r3之中的任一者具有稍微不同的寬度亦可。
基準阻抗區域r0及偏移阻抗區域r1、r2、r3係藉由研磨與作為研磨對象的晶圓具有同一構造的晶圓而預先取得。通常，藉由研磨屬於同一批量的具有同一構造的複數個晶圓之中的一片即可預先作成阻抗區域r1、r2、r3。
將如上所述而作成的複數個阻抗區域定義於X-Y座標系統上。且，於每次取得渦電流感測器之輸出信號X,Y時，皆將其輸出信號X,Y所構成的座標依據其值而分配至4個阻抗區域r0、r1、r2、r3的任一者。換句話說，根據下層配線構造的影響的程度，感測器輸出信號X,Y係被分配至阻抗區域r0、r1、r2、r3的任一者。
第23圖係表示由屬於各阻抗區域的座標X,Y所決定的膜厚指標值Z(從原點起至座標X,Y為止的距離)之變化的圖。膜厚指標值Z係隨著研磨時間的經過而描繪4條線。該等4條線係對應於座標X,Y之位置所屬的4個阻抗區域r0、r1、r2、r3(參照第22圖)。晶圓的研磨係分別根據對應於4個阻抗區域的4個膜厚指標值而監視，根據各膜厚指標值的變化而決定研磨終點。
另外，如第24圖所示，亦可以使偏移阻抗區域r1、r2、r3與基準阻抗區域r0重疊的方式平行移動。各偏移阻抗區域平行移動的距離係由4個阻抗區域之圓弧中心間的距離，亦即基準阻抗區域r0的寬度dw所決定。具體而言，第1偏移阻抗區域r1係平行移動達寬度dw×1的距離，第2偏移阻抗區域r2係平行移動達寬度dw×2的距離，第3偏移阻抗區域r3係平行移動達寬度dw×3的距離。藉由如上所述的操作，如第24圖所示，第1至第3偏移阻抗區域r1、r2、r3係於基準阻抗區域r0上重疊。
第25圖係表示由分別屬於第24圖所示之重疊的4個阻抗區域的座標X,Y所決定的膜厚指標值Z(從原點起至座標X,Y為止的距離)之變化的圖。由第25圖可知，4個膜厚指標值係隨著研磨時間而以互相相同的方式變化，在各研磨時間的4個膜厚指標值亦較第23圖所示的膜厚指標值更互相接近。
晶圓的研磨終點係於每個阻抗區域分別決定。亦即，對應於4個阻抗區域的4個膜厚指標值係於研磨中分別被 監視，而將各膜厚指標值到達預定之臨限值的時間點決定為研磨終點。臨限值係對於4個膜厚指標值分別設定。可將4個膜厚指標值之中至少有一個膜厚指標值到達預定之臨限值的時間點決定為最終的研磨終點。例如，可將對應於基準阻抗區域的膜厚指標值到達預定臨限值的時間點、或對應於所有的阻抗區域的膜厚指標值到達臨限值的時間點作為研磨終點。另外，亦可將至少2個膜厚指標值到達預定臨限值的時間點作為研磨終點。
第1至第3偏移阻抗區域r1、r2、r3為渦電流感測器之輸出信號受到下層的配線構造之影響的區域。然而，由於在同一的偏移阻抗區域內，渦電流感測器之輸出信號係同程度地受到下層配線構造的影響，故膜厚指標值的變化將與下層的配線構造之影響無關地反映出晶圓研磨的進展。由而，藉由對於分割出的複數個阻抗區域個別監視晶圓的研磨，即可使研磨中點的檢測精度提昇。
上述的複數個阻抗區域可對於晶圓表面內的複數個區域(zone)分別作成。由而，可於晶圓每個區域依據上述方法而決定研磨終點。該等區域可於晶圓表面內任意設定。例如，於如第26圖所示之例中，於晶圓W的表面內係設定有5個區域C1、C2、C3、C4、C5。於此情形中，由於係對於5個區域C1至C5分別取得4個膜厚指標值，故於晶圓研磨中係監視20(5×4)個膜厚指標值。
藉由預先設置含有基準阻抗區域的複數個阻抗區域即可分割(亦即縮小)感測器輸出信號(X,Y)的參差不齊。由 而，於各阻抗區域中，由感測器輸出信號求得的膜厚指標值大多皆隨著研磨時間而變小。如上所述的複數個阻抗區域由於可對於晶圓表面內的各區域進行設定，故可取得晶圓表面內之各區域的膜厚資訊。由而，可以對於晶圓表面內的複數個區域之各者檢測研磨終點。
於上述實施形態中，雖可從渦電流感測器的輸出信號X,Y算出膜厚指標值Z(√(X2+Y2))，但亦可如以下所示的其他實施形態，依據渦電流感測器之輸出信號X,Y算出角度作為膜厚指標值。第27圖係用以說明依據渦電流感測器之輸出信號X,Y算出角度作為膜厚指標值的方法的圖。如第27圖所示，通過預先設定的基準點(固定點)F的基準線FL、與將依據渦電流感測器之輸出信號(X成分、Y成分)而決定的點Tn和基準點F連結的線間的角度θ，係隨著點Tn的移動，亦即隨膜厚的減少而變化。由而，角度θ可作為表示膜厚的指標而使用。
一般而言，隨著研磨的晶圓片數的增加，研磨墊2將逐漸磨耗。如第1圖所示，渦電流感測器50係埋設於研磨工作台1，故隨著研磨墊2之磨耗，晶圓W與渦電流感測器50間的距離會變化。已知如上所述的角度θ係不依存於晶圓W與渦電流感測器50間的距離而依存於膜厚進行變化(參照日本國特開2005-121616號公報)。
然而，如第28圖所示，存有因下層配線構造的存在而使角度θ變化而無法正確反映膜厚的情形。因此，如第29圖所示，以使對於基準阻抗區域r0算出的角度與對於 偏移阻抗區域r1、r2、r3算出的角度相等的方式，在對於偏移阻抗區域r1、r2、r3算出的角度乘上係數。係數係針對各個偏移阻抗區域r1、r2、r3預先設定。該等係數係依存於晶圓的構造而可變，其係依據與被研磨的晶圓具有同一構造的晶圓的研磨結果而決定。根據如上所述地補正後的角度即可依阻抗區域r0、r1、r2、r3個別檢測研磨終點。
接著，復說明本發明的另一實施形態。
如第19圖所示，研磨工作台第N回轉時的渦電流感測器50的軌跡係與研磨工作台1第N+1回轉時的渦電流感測器50的軌跡不同。渦電流感測器50所感知的配線構造200的位置係視研磨工作台1之回轉次數而不同，結果而言，由渦電流感測器50所取得的膜厚輪廓(profile)係依存於渦電流感測器50的軌跡而變化。
頂環10的回轉速度與研磨工作台1的回轉速度係通常不同。於上述條件下，渦電流感測器50於晶圓表面描繪的軌跡係繞著晶圓的中心而回轉。渦電流感測器50的軌跡係於研磨工作台1回轉某次數的期間內在晶圓的表面上循環一週。感測器軌跡於晶圓表面上循環一週所需的研磨工作台1之回轉次數係視頂環10與研磨工作台1間的回轉速度比而決定。
第30圖係表示頂環10的回轉速度為77min-1，研磨工作台1的回轉速度為70min-1時，渦電流感測器50在晶圓上所描繪的軌跡的圖。如第30圖所示，於該條件下，研磨工作台1每進行1回轉則渦電流感測器50之軌跡將回轉 36度。由而，研磨工作台1每進行10回轉則渦電流感測器50之軌跡將於晶圓W的表面上循環1周。此時，於研磨工作台1進行第1回轉時的感測器的軌跡係於研磨工作台1進行第11回轉時的感測器的軌跡相同。
第31圖係表示渦電流感測器50的同一軌跡上的膜厚輪廓之變化的圖。膜厚輪廓係指沿著晶圓半徑方向的膜厚分佈。當渦電流感測器50以相同的軌跡測定晶圓的膜厚時，會因配線構造200而於膜厚輪廓的同一位置出現凸部。由於渦電流感測器50係掃描晶圓的同一部位，故凸部將於相同位置出現。由而，與下層的配線構造200之存在無關地，膜厚輪廓係全體而言隨著研磨時間逐漸降低。亦即，在晶圓上的各膜厚測定點，膜厚指標值係隨著研磨時間而降低。由而，可根據膜厚輪廓(膜厚指標值)的變化而決定研磨終點。
當研磨的目的為去除形成於晶圓的金屬膜時，膜厚輪廓在從晶圓去除金屬膜的時間點便不會再變化。此乃因渦電流感測器50不會再反應到金屬膜之故。由而，可將膜厚輪廓不再變化的時間點(具體而言，即膜厚指標值不再降低的時間點)決定為研磨終點。例如，可將於晶圓上的同一位置的現在之膜厚指標值與前次的膜厚指標值間的差異降低至預定值時的時間點作為研磨終點。
膜厚輪廓的變化(亦即，膜厚指標值的變化)係可如第26圖所示地依事先定義於晶圓表面的複數個區域個別進行監視。於晶圓上的各區域中，膜厚指標值係與下層的配 線構造之存在無關地隨研磨時間而變小。由而，可將由渦電流感測器50而得的膜厚指標值用於晶圓之各區域的研磨終點檢測。
當頂環10的回轉速度與研磨工作台1的回轉速度不同時，掃描晶圓表面的渦電流感測器50之軌跡係存有複數條。於第30圖所示之例中，研磨工作台每10回轉則感測器軌跡將繞著晶圓W的中心而循環一週，故存有10條軌跡。亦可對於該10條軌跡分別作成第31圖所示的膜厚輪廓。於該情形中，可如第26圖所示之例將晶圓表面分成5個區域。因而，於該情形中，可檢測50(10×5)個研磨終點。
於上述之例子中，雖有存在於膜之下層的配線構造對渦電流感測器50之輸出信號造成影響的情形，但當應研磨的膜局部地殘留於晶圓上時，亦會有於膜厚輪廓出現凸部的情形。關於該例係參照第32圖而進行說明。第32圖係表示於晶圓上局部地存在的殘留膜與該晶圓之膜厚輪廓的圖。通常，殘留膜係如第32圖所示地為環狀的膜。當如上所述的殘留膜存在於晶圓上時，渦電流感測器50將反應該殘留膜而使膜厚指標值變大，結果而言，將與於第31圖所示之例相同地於膜厚輪廓出現凸部。
第32圖所示的膜厚輪廓係在與渦電流感測器50之軌跡無關而經常於一定之位置產生凸部之點與第31圖所示的膜厚輪廓不同。此乃因殘留膜為於晶圓之周方向延伸的環狀膜之故。表示該殘留膜之存在的膜厚輪廓之凸部係於 每次研磨工作台1回轉時於相同位置出現，隨著研磨時間而緩緩變小，當殘留膜被去除時則消滅。
第33圖係表示具有下層之配線構造與殘留膜雙方的晶圓之膜厚輪廓的圖。相對於起因於下層配線構造的膜厚輪廓之凸部在渦電流感測器50的掃描軌跡不一致的前提下將出現在不同的位置，起因於殘留膜的膜厚輪廓的凸部將於每次研磨工作台1回轉時皆出現於相同的位置。由而，監視裝置55可依據出現於膜厚輪廓的凸部的位置而判斷該凸部係起因於殘留膜或下層配線構造之任一者。另外，亦可依據起因於殘留膜的凸部的大小變化而決定研磨終點。例如，可將凸部大小成為0時或縮小至預定的臨限值時的時間點作為研磨終點。
起因於下層配線構造的凸部與起因於殘留膜的凸部可藉由如下所述之方式予以區別。於每次取得膜厚輪廓時，可取得出現於該膜厚輪廓的凸部之數量與在晶圓半徑方向的凸部位置。由第33圖可知，起因於殘留膜的凸部係與感測器軌跡無關，於每次研磨工作台1進行1回轉時於幾乎相同的位置(類似的位置)連續地出現。相對於此，起因於下層配線構造的凸部則以一定週期於幾乎相同的位置(類似的位置)出現。由而，連續於幾乎相同位置出現的凸部可判斷為起因於殘留膜的凸部，另一方面，以一定的週期於幾乎相同的位置出現的凸部則可判斷為起因於下層配線構造的凸部。
當研磨工作台1與頂環以相同回轉速度進行回轉時， 由於渦電流感測器經常以相同軌跡經過晶圓，故無法以上述方法區別凸部。因此，於如上所述情形中，可根據各凸部的峰值是否隨研磨時間減少而判定凸部。亦即，當研磨時間到達某時間點時則凸部的峰值便不再減少時，則可判定該凸部為起因於下層配線構造的凸部。另一方面，當凸部的峰值係隨研磨時間而(或逐漸)減少時，則可判斷該凸部為起因於殘留膜的凸部。
如上所述，渦電流感測器50之掃描軌跡的數量係由頂環10的回轉速度與研磨工作台1的回轉速度的比而決定。換句話說，藉由設定頂環10的回轉速度與研磨工作台1的回轉速度，即可於每次研磨工作台1回轉期望回數時，使渦電流感測器50以相同軌跡掃描晶圓。然而，頂環10及研磨工作台1並非一定會以設定回轉速度進行回轉。亦即，於設定回轉速度與實際回轉速度之間存有誤差。該誤差雖小，但因該誤差將使渦電流感測器50不以預定之軌跡掃描晶圓。結果，即無法獲得如第31圖所示的於相同位置出現凸部的膜厚輪廓。
因此，本實施形態中，係測定頂環10及研磨工作台1分別1回轉時的實際時間，且依據該實測時間而算出頂環10的回轉速度與研磨工作台1的回轉速度。第34圖為表示用以測定研磨工作台1進行1回轉的時間的工作台回轉檢測器210、以及測定頂環10進行1回轉的時間的頂環回轉檢測器220的示意圖。工作台回轉檢測器210係具有：固定於研磨工作台1之外周面的感測器靶211；用以感測 該感測器靶211的感測器212；以及連接於感測器212的時間計測器213。
感測器靶211係與研磨工作台1一起回轉，另一方面，感測器212的位置係固定。感測器212係接近感測器靶211而配置，而成為每當研磨工作台進行1回轉時即可感測到感測器靶211。當感測器212感測到感測器靶211時，觸發信號係從感測器212送至時間計測器213。時間計測器213係計測從接收觸發信號起至接收下一觸發信號為止的時間。該計測時間即為研磨工作台1進行1回轉的時間。
頂環回轉檢測器220係具有：固定於頂環10的感測器靶221；用以感測該感測器靶221的感測器222；以及連接於感測器222的時間計測器223。感測器222係固定於頂環頭12(參照第1圖)。由於頂環回轉檢測器220的動作係與前述之工作台回轉檢測器210之動作相同，故在此省略其說明。
第35圖為表示接收觸發信號而各時間計測器計測1回轉的實際時間的樣子的時序圖。當接收觸發信號時，時間計測器213、223係開始時間的計測，當接收到次一觸發信號時，則於使時間計測器213、223停止計測時間的同時，再度開始計測時間。觸發信號係每當研磨工作台1進行1回轉時即輸入時間計測器213，故觸發信號與次一觸發信號間的時間間隔即為研磨工作台1的實際回轉時間。同樣地，觸發信號係每當頂環10進行1回轉時即輸入時間計測器223，故觸發信號與次一觸發信號間的時間間隔即 為頂環10的實際回轉時間。
研磨工作台1之回轉速度(min-1)及頂環10的回轉速度(min-1)係可由各實測回轉時間算出。如上所述，藉由取得研磨工作台1之實際回轉速度及頂環10的實際回轉速度，即可正確地調整頂環10與研磨工作台1間的回轉速度比。由而，渦電流感測器50可於每當研磨工作台1進行了預定回數的回轉時，正確地描繪同一軌跡而掃描晶圓的表面。又，亦可省略頂環回轉檢測器220或工作台回轉檢測器210之任一者。此時，由於無法測定頂環10或研磨工作台1的實際回轉速度，故可使用設定回轉速度代替。
其次，參照第36圖說明檢測研磨終點的製程。第36圖為表示檢測研磨終點的工序的流程圖。當晶圓的研磨開始時，渦電流感測器50係於研磨工作台1的每次回轉中掃描晶圓的表面，而輸出作為阻抗之電阻成分的信號X與作為感應電抗成分的信號Y。監視裝置55係從渦電流感測器50接收由輸出信號X,Y構成的膜厚資料(步驟1)。
監視裝置55係從時間計測器213、223接收研磨工作台1的回轉時間及頂環10的回轉時間的測定值(步驟2)，如上所述地算出頂環10的實際回轉速度及研磨工作台1的實際回轉速度。另外，監視裝置55係依據頂環10與研磨工作台1間的回轉速度比而算出渦電流感測器50描繪相同軌跡所需的研磨工作台1的回轉次數(步驟3)。
監視裝置55係依據預先定義於晶圓表面的複數個區域(參照第26圖)而將膜厚資料分割成複數個膜厚資料群 (步驟4)，且亦將每個區域的膜厚資料群依循渦電流感測器50之軌跡而分配於複數個膜厚資料(步驟5)，依據各個膜厚資料而作成關於各感測器軌跡的膜厚輪廓。
參照第37圖而說明上述步驟2至步驟5的具體例。於第37圖所示之例中，頂環10進行1回轉的實際時間為2000微秒，研磨工作台1進行1回轉的實際時間為1000微秒。此時，頂環10的回轉速度被求出為30min-1，研磨工作台1的回轉速度被求出為60min-1，故每當研磨工作台1進行1回轉時則渦電流感測器50將經過晶圓表面2次。由而，此時的渦電流感測器50之軌跡為2條。於晶圓的表面係沿著各軌跡而預先定義有5個區域。
研磨工作台1進行第2N-1次回轉時所得的膜厚資料為：D12N-1、D22N-1、D32N-1、D42N-1、D52N-1，研磨工作台1進行第2N次回轉時所得的膜厚資料為：D12N、D22N、D32N、D42N、D52N。N為自然數。該等膜厚資料係分配給分別屬於晶圓上的5個區域的5個資料群，亦即：第1資料群D12N-1、D12N；第2資料群D22N-1、D22N；第3資料群D32N-1、D32N；第4資料群D42N-1、D42N；第5資料群D52N-1、D52N。
另外，上述各資料群係依各相同感測器軌跡而分配。亦即，於第1資料群係分配有膜厚資料D12N-1、膜厚資料D12N；於第2資料群係分配有膜厚資料D22N-1、膜厚資料D22N；於第3資料群係分配有膜厚資料D32N-1、膜厚資料D32N；於第4資料群係分配有膜厚資料D42N-1、膜厚資料D42N；於第5資料群係分配有膜厚資料D52N-1、膜厚資料D52N。且，依 據各膜厚資料而產生膜厚輪廓。
回到第36圖，監視裝置55係比較由各膜厚輪廓所得的現在膜厚與前次膜厚而取得膜厚輪廓的變化(步驟6)。具體而言，監視裝置55係判斷：現在膜厚與前次膜厚間的差異是否低於設定值、或膜厚的減少率是否低於設定值。為了提昇研磨終點檢測之精確度，該等設定值較佳係依據系統雜訊之大小而決定。當現在膜厚與前次膜厚間的差異低於設定值時，或膜厚的減少率低於設定值時，監視裝置即判斷為已到達晶圓研磨工序的終點(步驟7)。
為了更加提昇研磨終點檢測的精度，較佳為於複數個感測軌跡中檢測到步驟7的研磨終點時才判斷為晶圓的研磨工序到達終點。或著，較佳為於研磨工作台1回轉複數次的期間內進行了複數次的步驟7之研磨終點檢測時，才判斷為晶圓的研磨工序到達終點。
上述實施形態亦可適用於可將晶圓的複數個區域獨立的按壓於研磨墊的頂環。第38圖為表示於第1圖所示之頂環的一例的剖面圖。頂環10係具有：於頂環軸11經由萬向接頭(joint)250而連結的頂環本體251；以及配置於頂環本體251之下部的扣環(retainer ring)252。
於頂環本體251的下方配置有：抵接於晶圓W的柔軟的隔膜(membrane)256；以及保持隔膜256的夾板(chucking plate)257。於隔膜256與夾板257之間係設置有4個壓力室(airbag)P1、P2、P3、P4，壓力室P1、P2、P3、P4係藉由隔膜256與夾板257而形成。中央的壓力室P1為圓形、 其他的壓力室P2、P3、P4為環狀。該等壓力室P1、P2、P3、P4係排列於同心上。
於壓力室P1、P2、P3、P4係分別經由流體路261、262、263、264而藉由壓力調整部270而供給有加壓空氣等的加壓流體，或被進行真空抽取等。壓力室P1、P2、P3、P4的內部壓力係互相獨立而可使其變化，藉此，可獨立調整對於晶圓W的4個區域，亦即，中央部、內側中間部、外側中間部、以及周緣部的按壓力。另外，藉由使頂環10的全體升降，即可以預定的按壓力將扣環252按壓於研磨墊2。
於夾板257與頂環本體251之間形成有壓力室P5，於該壓力室P5係經由流體路265而藉由上述壓力調整部270而供給有加壓流體或被施行真空抽取。藉此，夾板257及隔膜256全體可於上下方向移動。晶圓W的周端部係被扣環252圍起，以防止研磨中晶圓W從頂環10飛出。於構成壓力室P3之隔膜256的部位形成有開口，藉由於壓力室P3形成真空而可將晶圓W吸附保持於頂環10。另外，藉由於該壓力室P3供給氮氣或清淨空氣(clean air)等，即可將晶圓W從頂環10釋放。
監視裝置55係根據對應於各壓力室P1、P2、P3、P4的晶圓表面區域的膜厚指標值而決定各壓力室P1、P2、P3、P4的內部壓力的目標值。監視裝置55係對於上述壓力調整部270發送指令信號，以將壓力室P1、P2、P3、P4的內部壓力控制為與上述目標值一致的方式控制壓力調整 部270。如上所述，由於複數個壓力室所具有的頂環10可依循研磨的進展而獨立地將晶圓表面上的各區域按壓於研磨墊2，故可均一地研磨膜。
以上雖說明了本發明的實施形態，但本發明不限定於上述實施形態，當然亦可於其技術思想的範圍內以種種不同的形態實施。
1‧‧‧研磨工作台
1a‧‧‧工作台軸
2‧‧‧研磨墊
2a‧‧‧研磨面
3‧‧‧研磨液供給噴嘴
10‧‧‧頂環
11‧‧‧頂環軸
12‧‧‧頂環頭
13‧‧‧頂環頭軸
20‧‧‧修整裝置
21‧‧‧修整臂
22‧‧‧修整器
23‧‧‧搖動軸
50‧‧‧渦電流感測器
55‧‧‧監視裝置
56‧‧‧控制裝置
102‧‧‧感測器線圈
103‧‧‧交流電源
105‧‧‧同步檢波部
111‧‧‧捲線軸
112‧‧‧激磁線圈
113‧‧‧檢測線圈
114‧‧‧平衡線圈
120‧‧‧帶通濾波器
121‧‧‧橋式電路
123‧‧‧高頻放大器
124‧‧‧相位偏移電路
125‧‧‧Cos同步檢波電路
126‧‧‧Sin同步檢波電路
150‧‧‧回轉接頭
151‧‧‧薄板
152‧‧‧包覆材
200‧‧‧配線構造
210‧‧‧工作台回轉檢測器
211、221‧‧‧感測器靶
212、222‧‧‧感測器
213、223‧‧‧時間計測器
220‧‧‧頂環回轉檢測器
250‧‧‧萬向接頭
251‧‧‧頂環本體
252‧‧‧扣環
256‧‧‧隔膜
257‧‧‧夾板
270‧‧‧壓力調整部
127、128‧‧‧低通濾波器
22a‧‧‧修整構件
261、262、263、264、265‧‧‧流體路
CT‧‧‧研磨工作台的回轉中心
Cw‧‧‧晶圓的中心
E‧‧‧交流電源
G‧‧‧距離
I1‧‧‧高頻交流電流
I2‧‧‧渦電流
L1‧‧‧包含線圈1的感測器側電路的自身電感
L2‧‧‧流通渦電流的導電膜之自身電感
M‧‧‧相互電感
mf‧‧‧導電膜
Q‧‧‧線圈
R1‧‧‧包含線圈1的感測器側電路的等效電阻
R2‧‧‧相當於渦電流損失的等效電阻
W‧‧‧晶圓
第1圖係表示研磨裝置的全體構成的示意圖。
第2圖係表示研磨工作台與渦電流感測器間之關係的平面圖。
第3圖係表示用以說明渦電流感測器之原理的等效電路的圖。
第4圖係表示藉由將隨著研磨時間變化的X,Y標記於XY座標系統上而描繪之曲線的圖。
第5圖係表示使第4圖之曲線圖形逆時鐘回轉90度且平行移動後所得的曲線的圖。
第6圖係表示渦電流感測器的示意圖。
第7圖係表示於第6圖所示的渦電流感測器的感測器線圈的構成例的圖。
第8圖係表示渦電流感測器之詳細構成的示意圖。
第9A圖係表示包含渦電流感測器之控制部的研磨裝置之全體構成的圖。
第9B圖係渦電流感測器部分的擴大剖面圖。
第10A圖係表示渦電流感測器掃描(scan)晶圓表面 (被研磨面)時的軌跡與渦電流感測器之輸出間的關係的圖。
第10B圖係表示研磨工作台之回轉與渦電流感測器之輸出的關係的圖。
第11圖係表示渦電流感測器之輸出信號的值漂移(平行移動)時的情形的圖。
第12圖係表示一邊校正渦電流感測器之輸出信號一邊監視晶圓上的導電膜之膜厚變化的處理流程的一態樣的圖。
第13圖為用以說明算出漂移量(補正量)的步驟的圖。
第14圖為用以說明使XY座標系統的原點O平行移動達相當於漂移量(補正量)的部分之步驟的圖。
第15圖為表示一邊校正渦電流感測器50之輸出信號一邊監視晶圓上的導電膜之膜厚變化的處理流程的另一態樣的圖。
第16圖係表示渦電流感測器之輸出信號的值漂移(平行移動)時的情形的圖。
第17圖為用以說明使基準點漂移達補正量分的步驟的圖。
第18圖係表示渦電流感測器掃描晶圓的軌跡的圖。
第19圖係表示由渦電流感測器之輸出信號求得的膜厚指標值受到下層配線的影響而變化之樣子的圖。
第20A圖係表示沒有下層配線構造之影響時的阻抗曲線的圖。
第20B圖係表示由第20A圖所示的阻抗曲線所求得的膜厚指標值的圖。
第21A圖係表示有下層配線構造之影響時的阻抗曲線的圖。
第21B圖為表示由第21A圖所示的阻抗曲線求得的膜厚指標值的圖。
第22圖係表示將第21B圖所示的幅度廣的阻抗曲線分割成4個阻抗區域的一例的圖。
第23圖係表示依據屬於第22圖所示的各阻抗區域的座標X,Y而決定的膜厚指標值之變化的圖。
第24圖為表示第1至第3偏移阻抗區域重疊於基準阻抗區域上之狀態的圖。
第25圖係表示依據屬於第24圖所示的重疊的4個阻抗區域之各者的座標X,Y而決定的膜厚指標值之變化的圖。
第26圖係表示定義於晶圓表面內的5個區域的圖。
第27圖為用以說明依據渦電流感測器的輸出信號X,Y而算出角度θ作為膜厚指標值的方法的圖。
第28圖為表示因下層配線構造的存在而使角度θ變化之一例的圖。
第29圖為說明在對於偏移阻抗區域算出的角度乘上係數之一例的圖。
第30圖為表示頂環之回轉速度為77min-1，研磨工作台之回轉速度為70min-1時，渦電流感測器在晶圓上描繪的 軌跡的圖。
第31圖為表示渦電流感測器的同一軌跡上的膜厚輪廓之變化的圖。
第32圖為表示存在於晶圓上的殘留膜與該晶圓的膜厚輪廓的圖。
第33圖為表示具有下層配線構造與殘留膜之雙方的晶圓的膜厚輪廓的圖。
第34圖為表示工作台回轉檢測器及頂環回轉檢測器的示意圖。
第35圖係表示接收到觸發信號時的時間計測器計測研磨工作台及頂環的回轉時間的樣子的時序圖。
第36圖為表示檢測研磨終點的工序的流程圖。
第37圖為用以說明第36圖的步驟2至步驟5之具體例的圖。
第38圖為表示於第1圖所示的頂環之一例的剖面圖。
第39圖為示有從半導體晶圓(基板)的研磨開始起至晶圓上的導電膜被清除(消除)為止的研磨時間(t)與渦電流感測器之信號值間之關係的圖。

Claims (36)

  1. 一種研磨監視方法，係一面對回轉的研磨工作台上的研磨面供應研磨液，並一面將研磨對象的基板按壓於前述研磨面，而研磨基板上的導電膜，於研磨中藉由設置於研磨工作台的渦電流感測器而監視導電膜的厚度，該研磨監視方法係包含以下步驟：在前述研磨液存在之狀態下對前述導電膜進行研磨時取得渦電流感測器的輸出信號；使用於渦電流感測器的上方不存在有基板時的前述輸出信號而算出渦電流感測器的輸出調整量；使用該輸出調整量將於渦電流感測器的上方存在有基板時的前述輸出信號予以補正；以及根據前述補正後的輸出信號而監視基板上的導電膜的厚度。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之研磨監視方法，其中，於當將包含該渦電流感測器之線圈的電性電路的阻抗的電阻成分及電抗成分定義為座標時，前述渦電流感測器的輸出信號係表示為使前述座標回轉及移動至隨著導電膜的厚度變小而使座標系統的原點與從前述座標所特定的點間的距離變短的位置的座標。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之研磨監視方法，其中，前述輸出信號的補正係藉由使前述座標系統的原點移動而進行。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之研磨監視方法，其中，依 據由前述補正而移動的座標系統之原點與從前述阻抗座標所特定的點間的距離而監視前述導電膜之厚度。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之研磨監視方法，其中，復包含以下的步驟：於前述渦電流感測器的感測器線圈端部與導電膜間的距離不同的條件下，對於每個膜厚取得含有該渦電流感測器之線圈在內的電性電路的阻抗的電阻成分和電抗成分；將前述阻抗成分與前述電抗成分表示於正交座標軸上；對於前述導電膜的每個膜厚，描繪將由前述電阻成分及前述電抗成分構成的座標所特定的點予以連結的預備測定直線；以及預先求得為前述預備測定直線彼此交叉之交點的基準點。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之研磨監視方法，其中，前述輸出信號的補正係藉由使預先求得的前述基準點移動而進行。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之研磨監視方法，其中，依據將因前述補正而移動的基準點與由前述阻抗座標所特定的點予以連結的直線所成的角度而監視前述導電膜之厚度。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之研磨監視方法，其中，前述輸出信號的補正係使用於前述渦電流感測器的上方 不存在有基板時的輸出信號的N回轉數的平均值。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之研磨監視方法，其中，僅使用於前述渦電流感測器的上方不存在有基板時的輸出信號之中的來自在前述研磨面上或其上方不存在有基板保持用的頂環的區域的輸出信號而算出渦電流感測器之輸出調整量。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之研磨監視方法，其中，僅使用於前述渦電流感測器的上方不存在有基板時的輸出信號之中的來自在前述研磨面上或其上方不存在有研磨面的修整用的修整器及研磨面的清洗用的噴霧器的區域的輸出信號而算出渦電流感測器之輸出調整量。
  11. 一種研磨監視方法，係將研磨對象的基板按壓於回轉的研磨工作台上的研磨面而研磨基板上的導電膜，於研磨中藉由設置於研磨工作台的渦電流感測器而監視導電膜的厚度，該研磨監視方法係包含以下步驟：於前述渦電流感測器的感測器線圈端部與導電膜間的距離不同的條件下，對於每個膜厚取得含有該渦電流感測器之線圈的電性電路的阻抗的電阻成分和電抗成分；將前述電阻成分與前述電抗成分表示於正交座標軸上；對於前述導電膜的每個膜厚，描繪將由前述電阻成分及前述電抗成分構成的座標所特定的點予以連結的預備測定直線； 求得為前述預備測定直線彼此交叉之交點的基準點；使用研磨中或研磨前後的前述渦電流感測器之輸出信號而補正前述基準點；以及依據將補正後的基準點與由阻抗座標所特定的點予以連結的直線所成的角度而監視膜的厚度。
  12. 一種研磨裝置，係具有：研磨工作台，係含有研磨面而回轉；研磨液供給噴嘴，係對前述研磨面供給研磨液；頂環，將研磨對象的基板按壓於前述研磨面而研磨基板上的導電膜；渦電流感測器，設置於前述研磨工作台內；以及監視裝置，根據前述渦電流感測器的輸出信號而監視導電膜的厚度，前述監視裝置係進行以下的動作：在研磨液存在之狀態下對前述導電膜進行研磨時取得渦電流感測器的輸出信號；使用於渦電流感測器的上方不存在有基板時的前述輸出信號而算出渦電流感測器的輸出調整量；使用該輸出調整量將於渦電流感測器的上方存在有基板時的前述輸出信號予以補正；以及根據前述補正後的輸出信號而監視基板上的導電膜的厚度。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之研磨裝置，其中，於當 將包含該渦電流感測器之線圈的電性電路的阻抗的電阻成分及電抗成分定義為座標時，前述渦電流感測器的輸出信號係表示為使前述座標回轉及移動至隨著導電膜的厚度變小而使座標系統的原點與從前述座標所特定的點間的距離變短的位置的座標。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之研磨裝置，其中，前述輸出信號的補正係藉由使前述座標系統的原點移動而進行。
  15. 如申請專利範圍第14項所述之研磨裝置，其中，依據由前述補正而移動的座標系統之原點與從前述阻抗座標所特定的點間的距離而監視前述導電膜之厚度。
  16. 如申請專利範圍第12項所述之研磨裝置，其中，於前述渦電流感測器的感測器線圈端部與導電膜間的距離不同的條件下，對於每個膜厚取得含有該渦電流感測器之線圈在內的電性電路的阻抗的電阻成分和電抗成分，將前述電阻成分與前述電抗成分表示於正交座標軸上，對於前述導電膜的每個膜厚，描繪將由前述電阻成分及前述電抗成分構成的座標所特定的點予以連結的預備測定直線，預先求得為前述預備測定直線彼此交叉之交點的基準點。
  17. 如申請專利範圍第16項所述之研磨裝置，其中，前述輸出信號的補正係藉由使預先求得的前述基準點移動而進行。
  18. 如申請專利範圍第17項所述之研磨裝置，其中，依據 將因前述補正而移動的基準點與由前述阻抗座標所特定的點予以連結的直線所成的角度而監視前述導電膜之厚度。
  19. 如申請專利範圍第12項所述之研磨裝置，其中，前述輸出信號的補正係使用於前述渦電流感測器的上方不存在有基板時的輸出信號的N回轉數的平均值。
  20. 如申請專利範圍第12項所述之研磨裝置，其中，僅使用於前述渦電流感測器的上方不存在有基板時的輸出信號之中的來自在前述研磨面上或其上方不存在有基板保持用的頂環的區域的輸出信號而算出渦電流感測器之輸出調整量。
  21. 如申請專利範圍第20項所述之研磨裝置，其中，僅使用於前述渦電流感測器的上方不存在有基板時的輸出信號之中的來自在前述研磨面上或其上方不存在有研磨面的修整用的修整器及研磨面的清洗用的噴霧器的區域的輸出信號而算出渦電流感測器之輸出調整量。
  22. 一種研磨終點檢測方法，係將一邊藉由頂環將基板按壓於研磨工作台上之研磨墊，一邊使前述頂環與前述研磨工作台分別回轉而研磨前述基板的膜的基板研磨工序的研磨終點予以檢測的方法，該研磨終點檢測方法係包含以下步驟：於前述基板的研磨中使渦電流感測器以橫越前述基板表面的方式進行移動；取得前述渦電流感測器的阻抗之電阻成分X及感 應電抗成分Y；將由前述電阻成分X及前述感應電抗成分Y構成的座標X,Y標記於X-Y座標系統上；於前述X-Y座標系統上係預先定義有複數個阻抗區域，前述複數個阻抗區域係包含基準阻抗區域與至少1個的偏移阻抗區域；使用分別屬於前述複數個阻抗區域的複數個座標X,Y而對於前述複數個阻抗區域分別算出複數個膜厚指標值；以及使用前述複數個膜厚指標值而對於前述複數個阻抗區域分別決定前述基板的研磨終點。
  23. 如申請專利範圍第22項所述之研磨終點檢測方法，其中，前述複數個阻抗區域係藉由以下步驟而得：研磨與前述基板為同一構造的基板，於前述同一構造的基板之研磨中取得前述電阻成分X及前述感應電抗成分Y；將由所取得的前述電阻成分X及前述感應電抗成分Y所構成的座標X,Y標記於前述X-Y座標系統上而將初期阻抗區域形成於該X-Y座標系統上；以及將前述初期阻抗區域沿著其長邊方向分割。
  24. 如申請專利範圍第22項所述之研磨終點檢測方法，其中，前述基準阻抗區域係進行以下步驟的區域：研磨與前述基板為同一構造的基板，取得於前述同一構造的基板之中心部的前述電阻 成分X及前述感應電抗成分Y；以及將由所取得的前述電阻成分X及前述感應電抗成分Y所構成的座標X,Y標記於前述X-Y座標系統上而藉此於該X-Y座標系統上描繪。
  25. 如申請專利範圍第22項所述之研磨終點檢測方法，其中，前述偏移阻抗區域係具有與前述基準阻抗區域相同的寬度。
  26. 如申請專利範圍第22項所述之研磨終點檢測方法，其中，前述膜厚指標值係由前述座標X,Y所特定的點與前述X-Y座標系統的原點間的距離。
  27. 如申請專利範圍第22項所述之研磨終點檢測方法，其中，使前述偏移阻抗區域平行移動至前述偏移阻抗區域與前述基準阻抗區域重疊為止。
  28. 如申請專利範圍第22項所述之研磨終點檢測方法，其中，前述膜厚指標值係指：將由前述座標X,Y所特定的點與預定的基準點予以連結的直線、與通過前述基準點的預定的基準線間所成的角度。
  29. 如申請專利範圍第28項所述之研磨終點檢測方法，其中，在對於前述偏移阻抗區域求得的前述角度，乘算使對於前述基準阻抗區域求得的前述角度與對於前述偏移阻抗區域求得的前述角度成為相等的係數。
  30. 一種研磨終點檢測方法，係將一邊藉由頂環將基板按壓於研磨工作台上之研磨墊，一邊使前述頂環與前述研磨工作台分別回轉而研磨前述基板的膜的基板研磨工序 的研磨終點予以檢測的方法，該研磨終點檢測方法係包含以下步驟：一邊使設置於前述研磨工作台內的渦電流感測器以橫越前述基板表面的方式進行移動，一邊取得前述渦電流感測器之輸出信號；一邊使前述渦電流感測器以與取得前述輸出信號時為同一的軌跡橫越前述基板表面的方式進行移動，一邊取得前述渦電流感測器之輸出信號；依據前述渦電流感測器的輸出信號而算出膜厚指標值；以及依據前述膜厚指標值的變化而決定前述基板的研磨終點。
  31. 如申請專利範圍第30項所述之研磨終點檢測方法，其中，依據前述頂環之回轉速度與前述研磨工作台之回轉速度間的比而算出前述渦電流感測器描繪同一軌跡所需的前述研磨工作台之回轉次數。
  32. 如申請專利範圍第31項所述之研磨終點檢測方法，其中，測定前述研磨工作台進行1回轉的時間，由前述所測定的時間算出前述研磨工作台的回轉速度。
  33. 如申請專利範圍第31項所述之研磨終點檢測方法，其中，測定前述頂環進行1回轉的時間，由前述所測定的時間算出前述頂環的回轉速度。
  34. 如申請專利範圍第30項所述之研磨終點檢測方法，其中，將前述渦電流感測器的輸出信號依循預先定義於前 述基板之表面上的複數個區域予以分配；依據前述所分配的輸出信號而算出對於前述基板之各區域的膜厚指標值。
  35. 一種研磨終點檢測方法，係將一邊藉由頂環將基板按壓於研磨工作台上之研磨墊，一邊使前述頂環與前述研磨工作台分別回轉而藉此研磨前述基板的膜的基板研磨工序的研磨終點予以檢測的方法，該研磨終點檢測方法係包含以下步驟：使設置於前述研磨工作台內的渦電流感測器以橫越前述基板表面的方式移動；取得前述渦電流感測器之輸出信號；依據前述渦電流感測器的輸出信號而作成膜厚輪廓；依據在前述膜厚輪廓出現的凸部的位置的變化，而判斷前述凸部的出現係起因於殘留膜或存在於膜之下層的金屬材料的何者；以及根據起因於前述殘留膜而出現的凸部的大小而決定前述基板之研磨終點。
  36. 一種研磨裝置，係具有：研磨工作台，支持研磨墊且可回轉；頂環，一邊使基板回轉，一邊將前述基板按壓於前述回轉的研磨工作台上的研磨墊；渦電流感測器，設置於前述研磨工作台內，以橫越前述基板表面的方式進行移動；以及 監視裝置，依據前述渦電流感測器之輸出信號而監視前述基板的膜厚；前述監視裝置係進行以下的動作：取得前述渦電流感測器之阻抗的電阻成分X及感應電抗成分Y；將由前述電阻成分X及前述感應電抗成分Y構成的座標X,Y標記於X-Y座標系統上，於前述X-Y座標系統上係預先定義有複數個阻抗區域，前述複數個阻抗區域係包含基準阻抗區域與至少1個的偏移阻抗區域；使用分別屬於前述複數個阻抗區域的複數個座標X,Y而對於前述複數個阻抗區域分別算出複數個膜厚指標值；以及使用前述複數個膜厚指標值而對於前述複數個阻抗區域分別決定前述基板的研磨終點。
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