(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上の基板層の処理を監視する方法において、
研磨するステップの前に、前記基板の面を横切るインシトゥ監視システムのセンサの走査に沿って前記基板層の厚さに応じた測定値の組を表す基準トレースを発生するステップと、
化学的機械的研磨システムで前記基板を研磨するステップと、
研磨中に、前記基板の面を横切って前記インシトゥ監視システムの前記センサを走査させることにより、前記基板層の厚さに応じた測定値の組を含む測定トレースを発生するステップと、
前記基準トレースを使用して前記測定トレースを変更するステップであって、前記測定トレースを前記基準トレースで除算して、前記基板層の厚さを表す変更された測定トレースを生成することを含む、ステップと、
前記変更された測定トレースから、研磨終了点に到達したか否かを決定するステップと、
を備えた方法。
【請求項２】
前記インシトゥ監視システムが、渦電流検出器を備える、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記測定トレースが、前記渦電流検出器の増幅器から受け取られる信号の振幅を備える、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記測定トレースが、前記渦電流検出器の増幅器から受け取られる信号と前記渦電流検出器の発振器から受け取られる信号との間の位相シフトを備える、請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記基準トレースを発生するステップが、前記センサの感知領域と前記基板との間の重畳を計算する段階を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記測定トレースを変更するステップが、前記感知領域と前記基板との間の部分的重畳による信号ロスを補償する段階を含む、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記基準トレースを発生するステップが、前記研磨するステップの前に前記基板を走査する段階を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記インシトゥ監視システムが、光学的監視システムを備える、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
基板層を有する基板を保持するためのキャリアと、
研磨表面と、
前記キャリア及び前記研磨表面の少なくとも一方に接続され、前記基板と前記研磨表面との間に相対的運動を発生させるモーターと、
前記基板が前記研磨表面に接触している間に前記基板の面を横切って走査させることにより、前記基板層の厚さに応じた測定値の組を含む測定トレースを発生するセンサを含む監視システムと、
コントローラであって、
研磨するステップの前に、前記基板の面を横切るインシトゥ監視システムのセンサの走査を表す基準トレースを発生し、
前記測定トレースを前記基準トレースで除算して、前記基板層の厚さを表す変更された測定トレースを生成することを含めて、前記基準トレースを使用して前記測定トレースを変更し、更に、
前記変更された測定トレースから、研磨終了点に到達したか否かを決定する、
というように構成されたコントローラと、
を備えた研磨装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、化学的機械的研磨中の監視に関する。
【背景技術】
【０００２】
集積回路は、通常、シリコンウェハ上に導電性、半導電性又は絶縁性層を順次に堆積することにより基板上に形成される。１つの製造ステップは、非平坦面の上に充填層を堆積し、次いで、その非平坦面が露出するまで充填層を平坦化することを含む。例えば、パターン化された絶縁層上に導電性充填層を堆積し、その絶縁層のトレンチ又はホールを充填することができる。次いで、絶縁層の持ち上がったパターンが露出するまで充填層が研磨される。平坦化の後、絶縁層の持ち上がったパターン間に残っている導電性層の部分が、基板上の薄膜回路間に導電性経路を与えるビア、プラグ及びラインを形成する。更に、基板表面をホトリソグラフィー用に平坦化するためにも平坦化が必要とされる。
【０００３】
化学的機械的研磨（ＣＭＰ）は、１つの受け容れられた平坦化方法である。この平坦化方法は、通常、基板をキャリア又は研磨ヘッドに装着することを必要とする。基板の露出面が、回転研磨円板パッド又はベルトパッドに載せられる。研磨パッドは、「標準」パッドでもよいし又は固定磨き剤パッドでもよい。標準パッドは、耐久性のある粗面を有し、一方、固定磨き剤パッドは、収容媒体に保持された磨き剤粒子を有する。キャリアヘッドは、制御可能な荷重を基板に与えて、基板を研磨パッドに押し付ける。少なくとも１つの化学反応剤を含むと共に、標準パッドが使用される場合には磨き剤粒子も含む研磨スラリーが、研磨パッドの表面に供給される。
【０００４】
ＣＭＰにおける重要なステップは、研磨プロセスが完了したかどうか、即ち基板層が希望の平坦さ又は厚みに平坦化されたかどうか、又は希望量の材料が除去されたときを検出することである。導電性層又は膜を過剰研磨すると（除去し過ぎると）、回路抵抗の増加を招く。一方、導電性層が過少研磨であると（除去が少な過ぎると）、電気的短絡を招く。基板層の初期厚み、スラリーの組成、研磨パッドの条件、研磨パッドと基板との間の相対的速度、及び基板に対する荷重が変化すると、材料除去率を変化させることになる。これらの変化は、研磨の終了点に到達するのに必要な時間を変化させる。それ故、研磨の終了点は、単に研磨時間の関数として決定することができない。
【０００５】
研磨の終了点を検出するために、基板を研磨面から取り外して計測ステーションへ移送することができる。計測ステーションでは、基板層の厚みを、例えば、プロフィルメータ又は抵抗率測定で測定することができる。研磨の終了点に到達していない場合には、基板をＣＭＰ装置へ再ロードして更なる処理を行うことができる。
【０００６】
或いは又、研磨を現場で監視することもでき、即ち基板を研磨パッドから取り外さずに監視することもできる。現場での監視は、光学的及びキャパシタンスセンサで実施されている。現場で終了点を検出するために、他の技術では、摩擦、モーター電流、スラリーの化学物質、音響又は導電率の監視が提案されている。最近開発された終了点検出技術は、渦電流を使用している。この技術は、基板をカバーする金属層に渦電流を誘起させ、金属層が研磨により除去されるときに渦電流の変化を測定することを含む。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
基板の厚みを効率的に評価するために、基準トレースを使用して、研磨中にモニタにより取得したデータトレースを処理する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
一般に、１つの態様において、本発明は、基板の研磨を監視するための技術を実施する方法及び装置を提供する。２つ以上のデータ点が取得され、各データ点は、センサの感知領域内の特徴部により影響される値を有すると共に、感知領域が基板を横断していくときに基板とセンサとの相対的位置に対応する。基準点のセットを使用して、取得したデータ点を変更する。この変更は、基板を横断する感知領域により生じる取得したデータ点の歪を補償する。変更されたデータ点に基づき、基板の局部的特性を評価して、研磨を監視する。
【０００９】
特定の実施形態は、次の特徴の１つ以上を包含することができる。データ点の取得は、基板の渦電流により影響される１つ以上のデータ点を取得することを含み得る。取得したデータ点の変更は、１つ以上の基準点を使用して、感知領域が基板を横断していくときにセンサの局部的感度変化を補償することを含み得る。局部的感度変化の補償は、１つ以上の取得したデータ点の値を、１つ以上の基準点に基づく対応感度値で除算して、センサの局部的感度変化を補償することを含み得る。
【００１０】
取得したデータ点の変更は、１つ以上の基準点を使用して、感知領域が基板を横断していくときに取得したデータ点の局部的バイアス変化を補償することを含み得る。局部的バイアス変化の補償は、１つ以上の基準値を、それに対応する取得したデータ点の値から減算することを含み、１つ以上の基準値は、１つ以上の基準点に基づくもので、局部的バイアス変化を補償するためのものである。
【００１１】
取得したデータ点の変更は、感知領域を横断する基板の縁により生じる信号ロスを補償することを含み得る。縁により生じる信号ロスの補償は、感知領域と基板との重畳を特徴付ける１つ以上の基準点を計算することを含み得る。
【００１２】
基準点のセットは、センサで取得することができる。基準点のセットの取得は、特別に準備した基板をセンサで測定し、及び／又はその基板を研磨の前にセンサで測定することを含み得る。
【００１３】
基板の局部的特性の評価は、基板上の金属層の厚みを評価することを含み得る。厚みの評価に基づいて、基板上の金属層を研磨するための終了点を検出することができ、及び／又は研磨プロセスの１つ以上のパラメータを変更することができる。
【００１４】
本発明は、次の効果の１つ以上を発揮するように実施することができる。単一の研磨操作中に、研磨を中断せずに、多数のデータトレースを取得して処理することができる。基準トレースを使用することで、取得したデータトレースを、例えば、バイアス及び／又は正規化を局部的に調整することにより処理して、研磨中に除去された又は残っている基板厚みをより正確に且つ効率的に評価することができる。データトレースを分析して、研磨された金属層の厚み変化を表す研磨プロフィールを決定することができる。この研磨プロフィールに基づいて、最適に研磨された基板を得るように研磨プロセスを変更することができる。金属層の厚みは、基板の縁付近でも効率的に評価することができる。改善された終了点検出のためにデータトレースを分析することができる。取得したデータトレースを処理して、基板とモニタの感知領域との間の不完全な重畳の影響を最小にし、又は局部的バイアスを調整することができる。基準トレースは、データトレースを取得するのに使用される同じモニタにより取得することができる。
【００１５】
別の態様において、本発明は、基板の研磨を監視する方法に向けられる。この方法において、基準トレースが発生される。基準トレースは、研磨ステップの前に基板の面を横切る現場(in-situ)の監視システムのセンサの走査を表す。基板は、化学的機械的研磨システムで研磨され、研磨中に、基板の面を横切って現場の監視システムのセンサを走査させることにより測定トレースが発生される。この測定トレースは、基準トレースを使用して変更され、次いで、その変更された測定トレースから研磨終了点が検出される。
【００１６】
本発明の実施形態は、次の特徴の１つ以上を含むことができる。測定トレースの変更は、測定トレースから基準トレースを減算するか、又は測定トレースを基準トレースで除算することを含んでもよい。基準トレースの発生は、研磨ステップの前に基板の面を横切って現場の監視システムのセンサを走査させるか、又はセンサの感知領域と基板との間の重畳を計算することを含んでもよい。現場の監視システムのセンサは、基板の面を横切って複数のスイープを行って、複数の測定トレースを発生してもよく、又、複数の測定トレースの各々は、基準トレースを使用して変更されてもよい。
【００１７】
別の態様において、本発明は、研磨装置に向けられる。この装置は、基板を保持するキャリア、研磨表面、モーター、監視システム及びコントローラを有する。モーターは、キャリア及び研磨表面の少なくとも一方に接続され、基板と研磨表面との間に相対的な運動を発生する。監視システムは、基板が研磨表面に接触する間に基板の面を横切って走査して測定トレースを発生するセンサを備えている。コントローラは、研磨の前に基板の面を横切る現場の監視システムのセンサの走査を表す基準トレースを使用して測定トレースを変更するように構成されると共に、その変更された測定トレースから研磨終了点を検出するように構成される。
【００１８】
本発明の１つ以上の実施形態を、添付図面を参照して以下に詳細に説明する。本発明の他の特徴、目的及び効果は、以下の説明、添付図面及び特許請求の範囲から明らかとなろう。種々の図面において同様の要素が同じ参照記号で示されている。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１Ａ】ＣＭＰ装置において研磨され、渦電流を使用する現場のモニタにより監視される基板を示す概略図である。
【図１Ｂ】ＣＭＰ装置において研磨され、渦電流を使用する現場のモニタにより監視される基板を示す概略図である。
【図２Ａ】渦電流を使用する現場のモニタにより取得されたデータ点のトレースを概略的に示す図である。
【図２Ｂ】渦電流を使用する現場のモニタにより取得されたデータ点のトレースを概略的に示す図である。
【図３】本発明の一実施形態において現場のモニタで研磨終了点を検出するための方法を示すフローチャートである。
【図４】本発明の一実施形態において研磨終了点を検出するためのデータ処理方法を示すフローチャートである。
【図５Ａ】バイアスを局部的に調整することにより図２Ａの取得したデータ点から発生されたデータ点のトレースを概略的に示す図である。
【図５Ｂ】バイアスを局部的に調整することにより図２Ｂの取得したデータ点から発生されたデータ点のトレースを概略的に示す図である。
【図６Ａ】感度を正規化することにより図２Ａの取得したデータ点から発生されたデータ点のトレースを概略的に示す図である。
【図６Ｂ】感度を正規化することにより図２Ｂの取得したデータ点から発生されたデータ点のトレースを概略的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図１Ａ及び図１Ｂは、研磨装置において研磨され且つ現場のモニタ４０により監視される基板１０を示す。現場のモニタ４０は、図２Ａ及び２Ｂを参照して述べるように、研磨中に基板の厚みを特徴付けるデータトレースを取得することができる。この取得したデータトレースは、基準トレースを使用することにより測定厚みの空間解像度を高めるように処理できると共に、その処理されたトレースは、図３−６Ｂを参照して述べるように、終了点の検出に使用することができる。
【００２１】
図１Ａに示すように、基板１０は、研磨装置の研磨ステーション２２において研磨又は平坦化することができる。例えば、研磨装置は、参考としてここに全開示を援用する米国特許第５，７３８，５７４号に説明されたようなＣＭＰ装置でよい。基板１０は、誘電体層、例えば、酸化物が、導電性層、例えば、銅のような金属でカバーされたシリコンウェハを含むことができる。誘電体層は、その表面のパターン化されたトレンチ及びホールに導電性層が充填される。導電性層を、その下に横たわる絶縁層の表面が露出するまで研磨することにより、トレンチ及びホールに残っている導電性層の部分が集積回路用の回路素子を形成することができる。
【００２２】
基板１０は、研磨ステーション２２においてキャリアヘッド７０により保持される。適当なキャリアヘッド７０の説明は、参考としてここに全開示を援用する米国特許第６，２１８，３０６号に見ることができる。キャリアヘッド７０は、プラテン２４に載せられた研磨パッド３０に基板１０を押し付ける。研磨中に、研磨パッド３０を支持しているプラテン２４は、中心軸２５の周りで回転され、更に、モーター７６がキャリアヘッド７０を軸７１の周りで回転させる。研磨パッド３０は、通常、プラテン２４の表面に当接するバッキング層３２と、基板１０を研磨するのに使用されるカバー層３４とを含む２枚の層を有している。研磨パッド３０の表面には、スラリー供給ポート又はスラリー／すすぎ結合アーム３９により、研磨スラリー３８を供給することができる。
【００２３】
研磨ステーション２２は、現場のモニタ４０を使用して終了点検出を行う。現場のモニタ４０は、基板１０上の金属層の厚みを監視する。適当な現場のモニタは、参考としてここに全開示を援用する２０００年５月１９日に出願された米国特許出願第０９／５７４，００８号、及び２００１年５月２日に出願された米国特許出願第０９／８４７，８６７号に開示されている。
【００２４】
一実施形態において、現場のモニタ４０は、プラテン２４の凹所２６に位置されたコア４２に巻かれた駆動コイル４４及び感知コイル４６を備えている。コイル４４を発振器５０で駆動することにより、現場のモニタ４０は、研磨パッド３０を通して基板１０へと延びる発振磁界を発生する。この発振磁界は、基板の金属層に渦電流を誘起し、これが感知コイル４６により検出される。感知コイル４６とキャパシタ５２とでＬＣ回路が形成される。ＬＣ回路のインピーダンスは、金属層の渦電流により影響を受ける。金属層の厚みが変化するにつれて、渦電流及びインピーダンスも変化する。このような変化を検出するために、キャパシタ５２は、ＲＦ増幅器５４に結合され、この増幅器は、ダイオード５６を経てコンピュータ９０に信号を送信する。
【００２５】
コンピュータ９０は、その信号を評価して終了点を検出するか、又は金属層の厚みを測定することができる。任意であるが、ディスプレイ９２のようなユーザインターフェイス装置をコンピュータ９０に接続することができる。このディスプレイは、研磨装置のオペレータに情報を与えることができる。
【００２６】
動作中に、コア４２、駆動コイル４４、及び感知コイル４６は、プラテン２４と共に回転する。現場のモニタ４０の他の要素は、プラテン２４から離れた場所に置いて、ロータリー電気的ユニオン２９を経てプラテン２４に結合することができる。
【００２７】
図１Ｂは、研磨中の基板１０に対するコア４２の運動を示す。コア４２は、プラテン２４の研磨パッド３０の区分３６の下に置かれる。プラテン２４が回転するときに、コア４２は、基板１０の下をスイープする。コア４２が基板１０の下にあるときを感知するために、位置センサ８０を研磨ステーション２２に追加することができる（図１Ａにも示す）。位置センサ８０は、キャリアヘッド７０に装着された光学的遮断機である。或いは又、研磨装置は、プラテン２４の角度位置を決定するためのエンコーダを含んでもよい。
【００２８】
コア４２が基板１０の下を通過するときに、現場のモニタ４０は、実質的に一定のサンプリングレートでコイル４２の周りの感知コイル４６からの信号に基づいてデータ点を発生する。適当なサンプリングレートは、プラテン２４の回転率と、測定データに対する希望の空間的解像度とを考慮して、選択することができる。例えば、約６０−１００ｒｐｍ（即ち回転／分）の典型的な回転率では、１ＫＨｚのサンプリングレート（即ち１ミリ秒ごとに１つのデータ点を発生する）で、約１ｍｍの空間解像度が与えられる。それより大きなサンプリングレート、又はそれより小さな回転率は、空間的解像度を高めることができる。
【００２９】
現場のモニタ４０は、コア４２の周りの感知領域において渦電流を検出する。プラテン２４が回転し、コア４２が基板１０に対して移動するときには、各データ点は、そのデータ点に対するサンプリング時間中に感知領域がスイープするところのサンプリングゾーン９６に対応する。一実施形態では、サンプリング時間巾は、サンプリングレートの逆数によりセットされる。サンプリングゾーン９６のサイズは、プラテン２４の回転率、サンプリングレート、及び感知領域のサイズに依存する。又、感知領域のサイズは、測定データの空間的解像度に制限を課する。
【００３０】
現場のモニタ４０は、基板１０上の異なる半径方向位置をもつサンプリングゾーン９６に対応するデータ点を発生する。対応するサンプリングゾーンの半径方向位置に基づいてデータ点を分類することにより、現場のモニタ４０は、基板１０上の半径方向位置の関数として金属層の厚みを監視することができる。例えば、コア４２が、基板１０の中心の下を通過するように位置された場合には、現場のモニタ４０は、コア４２が基板の下をスイープするときに、半径方向位置が基板の半径で始まり、基板の中心を通して進んで、基板の半径へと戻る状態で、サンプリングゾーンを走査する。
【００３１】
図２Ａ及び図２Ｂは、プラテン２４が回転するときに基板１０を走査する現場のモニタ４０により取得されたデータ点で形成されたトレースを概略的に示す。各データ点（個々のデータ点はこれらのトレースに示されておらず、得られた全体的トレースだけが示されている）は、基板の下をコア４２がスイープする間にデータ点が測定されるときを指示する時間でインデックスされる。プラテン２４が回転するので、時間インデックスは、異なる半径方向位置をもつサンプリングゾーンに対応する。ゼロ時間インデックスは、基板１０の中心を含むサンプリングゾーンに対応し、増加する絶対時間インデックスは、半径方向位置が増加するサンプリングゾーンに対応する。
【００３２】
図２Ａは、ＲＦ増幅器５４（図１Ａを参照）から受け取られる信号の相対的振幅を測定することにより取得された３つのトレースを概略的に示す。第１トレースは、研磨操作を開始する前に基板１０を走査することにより取得された基準振幅トレース２０１である。第２トレース２０２及び第３トレース２０３は、各々、研磨操作の中間及び終了付近で、研磨中に取得された振幅トレースである。
【００３３】
基準振幅トレース２０１は、ある範囲の時間インデックスに対してデータ点が実質的に同じ値を有するような平坦部を有する。大きな絶対時間インデックスにおいて、第１の平坦部２１０及び第３の平坦部２３０は、基板全体がコア４２の感知領域の外部にあるときに測定されたデータ点を含む。従って、第１の平坦部２１０及び第３の平坦部２３０は、同じ相対的振幅値を有する。ゼロ時間インデックス付近では、第２の平坦部２２１は、基板が全感知領域にあるときに測定されたデータ点を含む。基板上に金属層が存在するために、第２の平坦部２２１は、第１の平坦部２１０及び第３の平坦部２３０よりも相対的振幅が低い。
【００３４】
基準振幅トレース２０１において第１の平坦部２１０と第２の平坦部２２１との間には、基板の先縁がコア４２の感知領域内にあるときに測定されたデータ点を含む第１の縁領域２１５が存在する。基板が、大きな時間インデックスを伴う感知領域へと移動すると、データ点の相対的振幅は、第１の平坦部２１０の値から第２の平坦部２２１の値へ減少する。同様に、第２の縁領域２２５では、基板の後縁が感知領域内にあるときに第２の平坦部２２１と第３の平坦部２３０との間のデータ点が測定される。基板が、大きな時間インデックスを伴う感知領域から出ると、データ点の相対的振幅は、第２の平坦部２２１の振幅値から第３の平坦部２３０の振幅値へと増加する。
【００３５】
第２の振幅トレース２０２は、研磨操作の中間付近で、基板の金属層の研磨中に基板１０を走査することにより取得される。第２の振幅トレース２０２は、基準振幅トレース２０１と同じ第１の平坦部２１０及び第３の平坦部２３０を有する。というのは、これら平坦部のデータ点が、基板が感知領域の外部にあるときに測定されるからである。基板が少なくとも部分的に感知領域にあるときには、データ点は、基準振幅トレース２０１における対応する値に比して、第２の振幅トレース２０２において高い相対的振幅値を有する。振幅値は、基板上の金属層の厚み減少により増加される。
【００３６】
ゼロ時間インデックス付近では、基準振幅トレース２０１における第２の平坦部２２１に代わって、第２の振幅トレース２０２は、相対的振幅の高い「こぶ」２２２を示している。この「こぶ」２２２は、基板の中心付近にその縁付近より薄い金属層を生じた不均一研磨の結果である。
【００３７】
第３の振幅トレース２０３は、基板上の金属層の研磨の終了付近で基板１０を走査することにより取得される。この第３の振幅トレース２０３は、基準振幅トレース２０１と同じ第１の平坦部２１０及び第３の平坦部２３０を有する。しかしながら、ゼロ時間インデックス付近、即ち基板の中心付近では、第３の振幅トレース２０３は、基準振幅トレース２０１の第２の平坦部２２１とは異なる振幅値を有する第４の平坦部２２３を有する。
【００３８】
第４の平坦部２２３は、基板が感知領域の外部にあるところの第１の平坦部２１０及び第３の平坦部２３０の振幅値に接近した相対的振幅値を有する。一実施形態では、研磨された金属層でなければ感知領域に渦電流を支持できず、部分２２３のこのような相対的振幅値は、第２の研磨で基板の中心付近の金属層がほぼ完全に除去されたことを指示できる。別の実施形態では、部分２２３の振幅値は、たとえ金属層が除去されても第１の平坦部２１０及び第３の平坦部２３０の振幅値とは異なる。例えば、基板又はヘッドは、感知領域に渦電流を支持して部分２２３の振幅値を変更し得る付加的な金属層又は他の導電性素子を含むことができる。
【００３９】
図２Ｂは、ＲＦ増幅器５４及び発振器５０（図１Ａを参照）から受け取られた信号間の相対的位相シフトを測定することにより取得されたデータ点で形成された３つのトレース２５１−２５３を概略的に示している。図２Ｂの３つの位相トレース２５１−２５３は、図２Ａに示された３つの振幅トレース２０１−２０３と同じ基板走査に対応する。
【００４０】
位相トレース２５１−２５３は、振幅トレース２０１−２０３と同様の質的特徴を有する。例えば、基準振幅トレース２０１の第２の平坦部２２１と同様に、第１即ち基準位相トレース２５１は、ゼロ時間インデックス付近に平坦部２６０を有する。更に、第２の位相トレース２５２及び第３の位相トレース２５３では、振幅トレースの場合と同様に、相対的位相シフト値が基準位相トレース２５１の対応値に比して質的に増加する。例えば、「こぶ」２２２と同様に、第２及び第３の位相トレースは、不均一な研磨のために基板の中心付近で相対的位相シフト値を増加している。更に、外側の領域２７０及び２８０では、振幅トレースの第１の平坦部２１０及び第３の平坦部２３０と同様に、相対的位相シフトデータ点は、基板が研磨された後、即ち第２の位相トレース２５２及び第３の位相トレース２５３において、著しく変化しない。
【００４１】
図３は、渦電流を測定する現場のモニタ４０（図１Ａ及び１Ｂ）のような現場のモニタで研磨終了点を検出するための方法３００を示すフローチャートである。研磨終了点に到達したかどうか効率的に決定するために、方法３００は、基準データを使用して、現場のモニタで取得したデータトレースを変更する。
【００４２】
方法３００は、１つ以上の基準トレースを与えることにより開始する（ステップ３１０）。一実施形態では、基板の研磨を開始する前に現場のモニタで基板を走査することにより基準トレースが取得される。図２Ａ及び２Ｂは、各々、振幅及び位相トレースに対する取得した基準トレース２０１及び２５１を示している。取得した基準トレースを使用して、基板の研磨中に除去された厚みを測定することができる。
【００４３】
それとは別に又はそれに加えて、基準トレースは、１つ以上の高精度特徴部、例えば、特別に平坦な表面、中心に対して高い回転対称性、又は１つ以上の半径方向ゾーンに対する既知の厚み値、を伴う金属層を有する「完全」な基準基板を走査することで取得することもできる。「完全」な基準トレースを使用して、研磨中に基板の残留厚みを測定することができる。
【００４４】
任意であるが、基準トレースは、理論的な事柄のみから得ることもできるし、又は取得したトレースとの組み合せにおいて得ることもできる。例えば、基準トレースに対して理論的関数形態を指定し、その関数形態のパラメータを調整して、取得したトレースに適合させることができる。
【００４５】
基板の研磨を開始した後（ステップ３２０）、データ点を現場のモニタで取得して（ステップ３３０）、取得したトレースを形成する。取得したトレースのデータ点の値は、図２Ａ及び２Ｂに各々示された相対的振幅値及び位相シフト値のような基板の厚みに関係している。取得したトレースのデータ点は、そのデータ点から終了点を検出するのを容易にするために、基準トレースを使用することにより変更される（ステップ３４０）。取得したトレースの変更は、図４−６Ｂを参照して詳細に説明する。
【００４６】
処理が進むにつれて、１つ以上の以前のトレースからの変更されたデータを分析して、研磨が終了点に到達したかどうか決定する（判断３５０）。終了点検出は、１つ以上の基準に基づいたものとなる。例えば、残留厚み又は除去厚みを、予め選択された半径方向位置で評価することもできるし、或いは基板の領域にわたって平均化することもできる。或いは又、例えば、変更されたデータを相対的振幅又は位相シフトのスレッシュホールド値と比較することにより、厚みを評価せずに、終了点を検出することもできる。
【００４７】
研磨が終了点に到達していない場合には（判断３５０の「ノー」分岐）、新たなデータトレースが取得される（即ち、方法３００はステップ３３０に復帰する）。従って、基板の下でのセンサの各スイープに対して、操作を停止したり基板を取り外したりせずに、個別の新たなトレースを発生することができ、次いで、同じ基準トレースを使用して各々の新たなトレースを変更して、変更データを発生することができる。
【００４８】
任意であるが、取得したトレースを分析して、最適に研磨された基板を得るために研磨プロセスをいかに変更すべきか決定することもできる。例えば、もし必要であれば、基板に異なる圧力を印加するようにキャリアヘッドを調整することができる。終了点に到達したと決定されると（判断３５０の「イエス」分岐）、研磨が停止となる（ステップ３６０）。
【００４９】
図４に示すように、方法４００は、基準トレースを使用して、取得したトレースのデータを変更し、データ点からの基板厚みの評価を容易にすることができる。変更されたデータトレースを使用して、図３を参照して述べたように、終了点を決定することができる。
【００５０】
基準トレースとの比較に基づき、取得したトレースにおいて、バイアスを局部的に調整する（ステップ４１０）。例えば、基板又は研磨ヘッドの異なる位置における金属部の有無、又はモニタの感知領域と基板との間の部分的な重畳により、取得したトレースの異なる位置に異なる局部的バイアスを生じさせることができる。
【００５１】
１つの実施形態では、取得したトレースと同じ時間インデックスを伴うデータ点を有する基準トレースを使用してバイアスが調整される。各時間インデックスに対して、調整されたデータ点の値は、取得したトレースにおけるデータ点の値から基準トレースにおけるデータ点の値を減算することで得ることができる。或いは又、取得したトレースが、基準トレースで得られない時間インデックスを伴うデータ点を有する場合には、必要な時間インデックスを伴うデータ点は、例えば、標準的な内挿又は外挿式を使用することにより、基準トレースから発生することができる。局部バイアス調整の実施例は、図５Ａ及び５Ｂを参照して以下に説明する。
【００５２】
バイアス調整の後に、例えば、感度関数を使用して、取得したトレースにおいて感度を正規化する（ステップ４２０）。取得したトレースにおける各時間インデックス（又は半径方向位置）に対して、感度関数は、基板の金属層の厚み変化を検出するためにセンサの感度を特徴付ける感度値を指定する。この感度値は、例えば、基板がセンサの感知領域の異なる割合をカバーするために、或いは基板又は研磨ヘッドにおける金属部の有無のために、異なる半径方向位置で異なることがある。
【００５３】
一実施形態では、感度関数は、図２Ａに示す基準振幅トレース２０１のような取得した基準トレースから発生することができる。例えば、基準振幅トレース２０１に全体的なバイアスを印加して、その第１の平坦部２１０及び第３の平坦部２３０がゼロデータ値をとるようにすることができる。というのは、これら部分がゼロ感度に対応するからである。全体的なバイアスを印加した後に、基準振幅トレースにある数を全体的に乗算して、第２の平坦部２２１の相対的振幅値が、全感度に対応するものとなるようにすることができる。それにより得られる感度関数は、第１の縁領域２１５及び第２の縁領域２２５において０と１との間の値をとる。任意であるが、感度関数をフィルタリングして、基準トレースに初めに存在する測定ノイズを除去することもできる。
【００５４】
或いは又、データトレースを取得した現場のモニタの周りの感知領域と基板との間の重畳から感度関数を推定することもできる。例えば、この重畳が減少するにつれて、金属層厚みの同じ差で、測定信号の差が減少する。即ち、部分的な重畳は、基板上の金属層の特徴部を検出するための現場モニタの感度を制限する。一実施形態では、感度関数は、重畳を基板の中心付近で１となるように正規化することにより得られる。感知領域のサイズは、例えば、基板の金属層に渦電流を誘起し及び検出するために現場のモニタが使用する磁気コアのサイズから推定することができる。任意であるが、感度関数は、基板と現場のモニタとの間の距離に対する依存性を含むこともできる。
【００５５】
一実施形態では、取得したトレースにおけるデータ点の値を、感度関数の対応する感度値で除算することにより、感度が正規化される。この正規化は、感度関数の感度値がゼロとは実質的に異なるような取得したトレースの領域に限定することができる。感度関数が本質的にゼロである領域では、正規化されたトレースが、指定のゼロ値をもつことができる。感度を正規化するための実施例は、図６Ａ及び６Ｂを参照して以下に説明する。
【００５６】
任意であるが、方法４００の２つのステップは、逆の順序で実行することもできるし、一方のステップを省略することもできる。或いは又、例えば、フーリエデータ分析を使用して、２つのステップを１つのデコンボルーションステップへと結合することもできる。
【００５７】
データ処理方法４００を使用して、取得したトレースにおける縁作用を補償することができる。縁作用は、基板の縁が現場のモニタの感知領域を経て移動するときに発生する。縁作用は、例えば、図２Ａ及び２Ｂに示す第１の縁領域２１５及び第２の縁領域２２５を含む。これら縁領域では、データ点の値は、基板の特性に依存するだけでなく、基板と感知領域との間の重畳の程度にも依存する。例えば、部分的な重畳のために、データ点の値は、現場のモニタが基板の下をスイープするときに変化する余計な振幅又は位相値を拾い上げることがある。この余計な振幅又は位相値は、局部的なバイアス調整により補償することができる（ステップ４１０）。更に、上述したように、重畳の程度が変化するときには、基板の特徴部を検出するための現場のモニタの感度が変化する。この感度の変化は、感度正規化により補償することができる（ステップ４２０）。
【００５８】
図５Ａ及び図５Ｂは、現場のモニタ４０（図１Ａ及び１Ｂ）のような現場のモニタにより取得されたデータトレースにおいてバイアスを局部的に調整することにより発生される調整されたトレースの実施例を概略的に示す。調整されたトレースは、例えば、図４を参照して述べた技術を使用することにより発生できる。
【００５９】
図５Ａは、図２Ａの第２の振幅トレース２０２及び第３の振幅トレース２０３から各々発生された調整された振幅トレース５０２及び５０３を示す。これらの調整された振幅トレース５０２及び５０３は、第２の振幅トレース２０２及び第３の振幅トレース２０３から基準振幅トレース２０１を各々減算することにより発生され、即ち各時間インデックスに対して、基準データ点の値が、振幅トレースに同じ時間インデックスを有するデータ点の値から減算されたものである。
【００６０】
調整された振幅トレース５０２及び５０３は、研磨中にどれほど多くの金属層が除去されたか指示してもよい。例えば、局部的なバイアス調整は、振幅トレースにおける第１の平坦部２１０及び第３の平坦部２３０を各々第１の調整された平坦部２１０’及び第３の調整された平坦部２３０’へ移動させ、各調整された平坦部は、調整された振幅値がゼロであることを特徴とする。このゼロの調整された振幅値は、研磨される基板が現場のモニタの感知領域の外部にある場合にこれら部分に研磨の影響が及んでいないことを指示する。更に、ゼロ時間インデックス付近、即ち調整された部分２２２’及び２２３’では、調整された振幅値が大きいほど、研磨中に金属層から除去された厚みが大きくなる。
【００６１】
第１の調整された平坦部２１０’及び第３の調整された平坦部２３０’から始めて、調整された振幅トレース５０２及び５０３は、ゼロ時間インデックスで表された基板の中心に向けて縁領域２１５及び２２５が増加する。縁領域２１５及び２２５において、調整された振幅値は、除去された金属層の厚みに依存するだけでなく、金属層によりカバーされた感知領域の割合にも依存する。
【００６２】
図５Ｂは、図２Ｂの第２の位相トレース２５２及び第３の位相トレース２５３から各々発生される調整された位相トレース５５２及び５５３を示す。これらの調整された位相トレース５５２及び５５３は、第２の位相トレース２５２及び第３の位相トレース２５３から基準位相トレース２５１を各々減算することにより発生され、即ち各時間インデックスに対して、基準データ点の値が、位相トレースに同じ時間インデックスを有するデータ点の値から減算されたものである。
【００６３】
調整された振幅トレースと同様に、調整された位相トレース５５２及び５５３は、研磨中にどれほど多くの金属層が除去されたか指示する調整された位相値を有する。例えば、調整された平坦部２７０’及び２８０’は、研磨の作用がないことを指示するゼロの調整された位相値を有し、又、ゼロ時間インデックス付近の部分５２２及び５２３では、調整された位相値は、除去された金属層の厚みを指示する。又、縁領域２１５及び２２５では、調整された位相値は、現場のモニタの感知領域において金属層がカバーする割合にも依存する。
【００６４】
図６Ａ及び図６Ｂは、感度を正規化することにより正規化された振幅及び位相トレースを各々概略的に示す。図６Ａは、調整された振幅トレース５０２及び５０３（図５Ａ）から各々発生された正規化された振幅トレース６０２及び６０３を示す。図６Ｂは、調整された位相トレース５５２及び５５３（図５Ｂ）から各々発生された正規化された位相トレース６５２及び６５３を示す。全ての感度正規化は、推定された感度関数を使用し、即ちデータトレースの各時間インデックスに対して、基板と現場のモニタの感知領域との重畳から感度関数の値が推定されている。ゼロ値の平坦部２１０’、２３０’、２７０’及び２８０’におけるデータ点を除いて、データ点を、それに対応する感度関数値、即ち同じ時間インデックスを伴う感度値で除算することにより、感度が正規化されている。
【００６５】
感度の正規化により、データ点の値は、第１の縁領域２１５及び第２の縁領域２２５（図６Ａ及び６Ｂを参照）において時間インデックスと共に鮮明に変化する。この鮮明な変化は、基板の縁がセンサの感知領域へ入り込んだことを反映する。感度の正規化を使用することにより、金属層の厚みを、基板の縁付近で効率的に評価することができる。
【００６６】
本発明の多数の実施形態を説明した。しかしながら、本発明の精神及び範囲から逸脱せずに、種々の変更がなされ得ることを理解されたい。例えば、本発明は、光学的監視システムのような他の種類の現場の監視システム、或いは音響放射、摩擦係数又は温度の測定に基づく監視に適用することもできる。更に、本発明は、ロータリプラテン以外の研磨システム構成にも適用できる。従って、特許請求の範囲内で他の実施形態も考えられる。
【符号の説明】
【００６７】
１０…基板、２２…研磨ステーション、２４…プラテン、２５…中心軸、３０…研磨パッド、３２…バッキング層、３４…カバー層、３８…研磨スラリー、３９…結合スラリー／すすぎアーム、４０…現場のモニタ、４２…コア、４４…駆動コイル、４６…感知コイル、５０…発振器、５２…キャパシタ、５４…ＲＦ増幅器、７０…キャリアヘッド、７１…軸、７６…モーター、８０…位置センサ、９０…コンピュータ、９２…ディスプレイ、９６…サンプリングゾーン。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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