(57)【要約】【課題】研磨工程の進行状況の推定精度を向上させる。【解決手段】研磨進行状況の推定方法は、研磨対象物を研磨するための研磨パッドに研磨砥液を供給し、研磨砥液が供給された研磨パッドに研磨対象物を押圧して研磨する（ステップＳ１０１）。推定方法は、研磨対象物を研磨した後の研磨砥液と、静電容量センサ、磁気センサ、又は渦電流センサの少なくともいずれかのセンサと、が対向した状態（研磨対象物外領域Ｂ）において、センサから出力される測定信号を取得する（ステップＳ１０２）。推定方法は、取得した測定信号に基づいて研磨対象物の研磨の進行状況を推定する（ステップＳ１０３）。【選択図】図７
2015195268.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
研磨対象物を研磨するための研磨パッドに研磨砥液を供給し、
前記研磨砥液が供給された研磨パッドに研磨対象物を押圧して研磨し、
前記研磨対象物を研磨した後の前記研磨砥液と、静電容量センサ、磁気センサ、又は渦電流センサの少なくともいずれかのセンサと、が対向した状態において、前記センサから出力される測定信号を取得し、
前記取得した測定信号に基づいて前記研磨対象物の研磨の進行状況を推定する、
ことを特徴とする研磨進行状況の推定方法。
【請求項２】
請求項１の研磨進行状況の推定方法において、
前記研磨砥液を供給する工程及び前記研磨対象物を研磨する工程は、前記研磨パッドが貼り付けられた研磨テーブルを回転させながら前記研磨パッドに研磨砥液を供給し、前記研磨砥液が供給された研磨パッドに前記研磨対象物を押圧することによって前記研磨対象物を研磨し、
前記センサは、前記研磨テーブルに設置され、
前記研磨テーブルの回転にともなって、前記研磨対象物と前記センサとが対向しない第１の状態と、前記研磨対象物と前記センサとが対向する第２の状態と、が交互に出現し、
前記測定信号を取得する工程は、前記第１の状態において、前記センサから出力される測定信号を取得する、
ことを特徴とする研磨進行状況の推定方法。
【請求項３】
請求項１又は２の研磨進行状況の推定方法において、
前記研磨の進行状況を推定する工程は、前記取得した測定信号に基づいて、前記研磨対象物の総研磨量を推定する、
ことを特徴とする研磨進行状況の推定方法。
【請求項４】
請求項１又は２の研磨進行状況の推定方法において、
前記研磨対象物が、積層された第１の研磨対象物及び第２の研磨対象物を含む場合において、前記研磨の進行状況を推定する工程は、前記取得した測定信号の変化に基づいて、前記第１の研磨対象物から前記第２の研磨対象物へ研磨対象が切り替わったか否かを推定する、
ことを特徴とする研磨進行状況の推定方法。
【請求項５】
請求項４の研磨進行状況の推定方法において、
前記測定信号を取得する工程は、前記第１の状態において前記研磨砥液に含まれる研磨粉の量に相関する静電容量の影響が含まれる測定信号を前記センサから取得するとともに、前記第２の状態において前記研磨対象物に発生する渦電流の影響が含まれる測定信号を前記センサから取得し、
前記研磨の進行状況を推定する工程は、前記第１の状態において取得した測定信号の変化に基づいて、前記第１の研磨対象物から前記第２の研磨対象物へ研磨対象が切り替わったか否かを推定するとともに、前記第２の状態において取得した測定信号に基づいて、前記研磨対象物の研磨の進行状況を推定する、
ことを特徴とする研磨進行状況の推定方法。
【請求項６】
静電容量センサ、磁気センサ、又は渦電流センサの少なくともいずれかのセンサと、
研磨砥液が供給された研磨パッドに研磨対象物を押圧して研磨する工程の最中に、前記研磨対象物を研磨した後の前記研磨砥液と、前記センサと、が対向した状態において、前記センサから出力される測定信号を取得する取得部と、
前記取得した測定信号に基づいて前記研磨対象物の研磨の進行状況を推定する推定部と
、
を備えたことを特徴とする研磨進行状況の推定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、研磨進行状況の推定方法、及び、研磨進行状況の推定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体デバイスの高集積化・高密度化に伴い、回路の配線がますます微細化し、多層配線の層数も増加している。回路の微細化を図りながら多層配線を実現するためには、半導体デバイス表面を精度よく平坦化処理する必要がある。
【０００３】
半導体デバイス表面の平坦化技術として、化学的機械研磨（ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ
Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ））が知られている。ＣＭＰを行うための研磨装置は、研磨パッドが貼り付けられた研磨テーブルと、研磨対象物（例えば半導体ウエハなどの基板、又は、基板の表面に形成された金属膜、バリア膜などの各種の膜）を保持するためのトップリングとを備えている。研磨装置は、研磨テーブルを回転させながら、研磨パッドに研磨砥液（スラリー）を供給し、トップリングに保持された研磨対象物を研磨パッドに押圧することによって研磨対象物を研磨する。
【０００４】
研磨装置では、一般に、研磨対象物を所望の厚みに研磨するために、研磨工程の進行状況の推定（例えば研磨終点の決定）が行われている。例えば、従来技術では、研磨工程中に研磨砥液の電気抵抗が変化することを利用し、研磨砥液の電気抵抗の測定値に基づいて研磨終点を決定することが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−３０６８７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来技術は、研磨工程の進行状況の推定精度を向上させることは考慮されていない。
【０００７】
すなわち、従来技術は、異なる材料の第１層及び第２層が積層された基板を研磨しながら、研磨砥液の電気抵抗を連続的に測定し、電気抵抗が急激に大きく変化する時点をもって研磨終点とするものである。これは、２層の積層基板を研磨し、研磨対象となる層が切り替わると、導電性が異なる副産物（研磨削り粉）が研磨砥液中に生成されるという性質を利用したものである。
【０００８】
しかしながら、従来技術によれば、例えば、導電性が同様な物質の積層基板を研磨する場合のように、研磨対象となる層が切り替わっても、研磨砥液中に導電性の異なる副産物が生成されないような研磨工程では、研磨工程の進行状況を精度よく推定することが難しい場合がある。
【０００９】
そこで、本願発明の一形態は、研磨工程の進行状況の推定精度を向上させることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本願発明の研磨進行状況の推定方法の一形態は、上記課題に鑑みなされたもので、研磨
対象物を研磨するための研磨パッドに研磨砥液を供給し、前記研磨砥液が供給された研磨パッドに研磨対象物を押圧して研磨し、前記研磨対象物を研磨した後の前記研磨砥液と、静電容量センサ、磁気センサ、又は渦電流センサの少なくともいずれかのセンサと、が対向した状態において、前記センサから出力される測定信号を取得し、前記取得した測定信号に基づいて前記研磨対象物の研磨の進行状況を推定する、ことを特徴とする。
【００１１】
また、研磨進行状況の推定方法の一形態において、前記研磨砥液を供給する工程及び前記研磨対象物を研磨する工程は、前記研磨パッドが貼り付けられた研磨テーブルを回転させながら前記研磨パッドに研磨砥液を供給し、前記研磨砥液が供給された研磨パッドに前記研磨対象物を押圧することによって前記研磨対象物を研磨し、前記センサは、前記研磨テーブルに設置され、前記研磨テーブルの回転にともなって、前記研磨対象物と前記センサとが対向しない第１の状態と、前記研磨対象物と前記センサとが対向する第２の状態と、が交互に出現し、前記測定信号を取得する工程は、前記第１の状態において、前記センサから出力される測定信号を取得する、ことができる。
【００１２】
また、研磨進行状況の推定方法の一形態において、前記研磨の進行状況を推定する工程は、前記取得した測定信号に基づいて、前記研磨対象物の総研磨量を推定する、ことができる。
【００１３】
また、研磨進行状況の推定方法の一形態において、前記研磨対象物が、積層された第１の研磨対象物及び第２の研磨対象物を含む場合において、前記研磨の進行状況を推定する工程は、前記取得した測定信号の変化に基づいて、前記第１の研磨対象物から前記第２の研磨対象物へ研磨対象が切り替わったか否かを推定する、ことができる。
【００１４】
また、研磨進行状況の推定方法の一形態において、前記測定信号を取得する工程は、前記第１の状態において前記研磨砥液に含まれる研磨粉の量に相関する静電容量の影響が含まれる測定信号を前記センサから取得するとともに、前記第２の状態において前記研磨対象物に発生する渦電流の影響が含まれる測定信号を前記センサから取得し、前記研磨の進行状況を推定する工程は、前記第１の状態において取得した測定信号の変化に基づいて、前記第１の研磨対象物から前記第２の研磨対象物へ研磨対象が切り替わったか否かを推定するとともに、前記第２の状態において取得した測定信号に基づいて、前記研磨対象物の研磨の進行状況を推定する、ことができる。
【００１５】
また、本願発明の研磨進行状況の推定装置の一形態は、静電容量センサ、磁気センサ、又は渦電流センサの少なくともいずれかのセンサと、研磨砥液が供給された研磨パッドに研磨対象物を押圧して研磨する工程の最中に、前記研磨対象物を研磨した後の前記研磨砥液と、前記センサと、が対向した状態において、前記センサから出力される測定信号を取得する取得部と、前記取得した測定信号に基づいて前記研磨対象物の研磨の進行状況を推定する推定部と、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
かかる本願発明の一形態によれば、研磨工程の進行状況の推定精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、研磨装置、及び、研磨進行状況の推定装置の全体構成を模式的に示す図である。
【図２】図２は、渦電流センサが研磨対象物を走査（スキャン）するときの軌跡を示す図である。
【図３】図３は、渦電流センサの構成を示す図である。
【図４】図４は、渦電流センサにおいて用いられているセンサコイルの構成例を示す概略図である。
【図５】図５は、渦電流センサの詳細な構成を示す模式図である。
【図６】図６は、渦電流センサの静電容量センサとしての反応を説明するための図である。
【図７】図７は、第１実施形態の推定装置のフローチャートである。
【図８】図８は、積層された第１の研磨対象物及び第２の研磨対象物を含む研磨対象物について説明する図である。
【図９】図９は、研磨対象物外領域Ｂにおける渦電流センサの測定信号を模式的に示した図である。
【図１０】図１０は、第２実施形態の推定装置のフローチャートである。
【図１１】図１１は、推定部による処理の概略を示す図である。
【図１２】図１２は、第３実施形態の推定装置のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本願発明の一実施形態に係る研磨進行状況の推定方法、及び、研磨進行状況の推定装置を図面に基づいて説明する。
【００１９】
＜研磨装置＞
図１は、研磨装置、及び、研磨進行状況の推定装置の全体構成を模式的に示す図である。まず、研磨装置について説明する。
【００２０】
図１に示すように、研磨装置１００は、研磨対象物（例えば、半導体ウエハなどの基板、又は基板の表面に形成された金属膜、バリアメタルなどの各種の膜）１０２を研磨するための研磨パッド１０８を上面に取付け可能な研磨テーブル１１０と、研磨テーブル１１０を回転駆動する第１の電動モータ１１２と、研磨対象物１０２を保持可能なトップリング１１６と、トップリング１１６を回転駆動する第２の電動モータ１１８と、を備える。
【００２１】
また、研磨装置１００は、研磨パッド１０８の上面に研磨砥粒（研磨剤）を含む研磨砥液を供給するスラリーライン（研磨砥液供給部）１２０を備える。また、研磨装置１００は、研磨装置１００に関する各種制御信号を出力する研磨装置制御部１４０を備える。
【００２２】
研磨装置１００は、研磨対象物１０２を研磨するときは、研磨砥粒を含む研磨砥液をスラリーライン１２０から研磨パッド１０８の上面に供給し、第１の電動モータ１１２によって研磨テーブル１１０を回転駆動する。そして、研磨装置１００は、トップリング１１６を、研磨テーブル１１０の回転軸とは偏心した回転軸回りで回転させた状態で、トップリング１１６に保持された研磨対象物１０２を研磨パッド１０８に押圧する。これにより、研磨対象物１０２は、研磨砥液を保持した研磨パッド１０８によって研磨され、平坦化される。
【００２３】
＜研磨進行状況の推定装置＞
次に、研磨進行状況の推定装置２００について説明する。図１に示すように、推定装置２００は、渦電流センサ２１０と、ロータリージョイント・コネクタ１６０，１７０を介して渦電流センサ２１０と接続された研磨進行状況の推定装置本体２２０と、を備える。なお、本実施形態では、渦電流センサ２１０を用いる例を示すが、これには限られず、静電容量センサ、又は、磁気センサであってもよい。
【００２４】
＜渦電流センサ＞
まず、渦電流センサ２１０について説明する。研磨テーブル１１０には、渦電流センサ２１０を研磨テーブル１１０の裏面側から挿入できる穴が形成されている。渦電流センサ
２１０は、研磨テーブル１１０に形成された穴に挿入される。
【００２５】
図２は、渦電流センサ２１０が研磨対象物１０２を走査（スキャン）するときの軌跡を示す図である。図２に示すように、渦電流センサ２１０は、トップリング１１６に保持された研磨中の研磨対象物１０２の中心Ｃｗを通過する位置に設置されている。符号ＣＴは研磨テーブル１１０の回転中心である。
【００２６】
研磨対象物１０２は、中心Ｃｗを軸に回転する。一方、研磨テーブル１１０の回転にともない、渦電流センサ２１０は、中心ＣＴを軸に軌跡２１２に沿って回転する。その結果、研磨対象物１０２を研磨する研磨工程には、渦電流センサ２１０が研磨対象物１０２の下方を通過しておらず渦電流センサ２１０と研磨対象物１０２とが対向しない第１の状態（研磨対象物外領域Ｂ）が含まれる。また、研磨工程には、渦電流センサ２１０が研磨対象物１０２の下方を通過することによって渦電流センサ２１０と研磨対象物１０２とが対向する第２の状態（研磨対象物内領域Ａ）が含まれる。
【００２７】
第１の状態と第２の状態は、研磨テーブル１１０の回転にともなって交互に出現する。なお、本実施形態は、研磨テーブル１１０に渦電流センサ２１０を設置して、渦電流センサ２１０を回転させる例を示したが、これには限られない。研磨工程に第１の状態と第２の状態とが含まれるような態様であれば、本実施形態を適用することができる。
【００２８】
また、研磨砥液は、研磨パッド１０８上に供給され、研磨テーブル１１０の回転による遠心力をうけて研磨パッド１０８の外側へ向けて移動するとともに、研磨テーブル１１０の回転にともなって回転移動する。したがって、研磨対象物外領域Ｂの中でも特に、研磨テーブル１１０の回転方向に、研磨対象物内領域Ａを超えて中心ＣＴ周りにθｄｅｇ回転したところまでの研磨対象物外領域Ｃは、研磨砥液に研磨対象物１０２の研磨粉が多く含まれる領域となる。θは、０ｄｅｇ〜１８０ｄｅｇとすることができる。好ましくは、θは、０ｄｅｇ〜９０ｄｅｇとすることができる。より好ましくは、θは、０ｄｅｇ〜４５ｄｅｇとすることができる。以下の説明では、研磨対象物１０２を研磨した後の研磨砥液と、渦電流センサ２１０と、が対向した状態を、研磨対象物外領域Ｂであるとして説明するが、これに限らず、研磨対象物外領域Ｃとすることができる。
【００２９】
図３は、渦電流センサ２１０の構成を示す図である。図３Ａは渦電流センサ２１０の構成を示すブロック図であり、図３Ｂは渦電流センサ２１０の等価回路図である。
【００３０】
図３Ａに示すように、渦電流センサ２１０は、検出対象の金属膜等の研磨対象物１０２の近傍に配置されるセンサコイル２６０を備える。センサコイル２６０には、交流信号源２６２が接続される。ここで、検出対象の研磨対象物１０２は、例えば半導体ウエハ上に形成されたＣｕ，Ａｌ，Ａｕ，Ｗなどの薄膜である。センサコイル２６０は、検出対象の研磨対象物１０２に対して、例えば０．５〜５．０ｍｍ程度の近傍に配置される。
【００３１】
渦電流センサ２１０には、研磨対象物１０２に渦電流が生じることに起因する交流信号源２６２の発振周波数の変化、に基づいて導電膜を検出する周波数タイプがある。また、渦電流センサ２１０には、研磨対象物１０２に渦電流が生じることに起因する交流信号源２６２から見たインピーダンスの変化、に基づいて導電膜を検出するインピーダンスタイプがある。すなわち、周波数タイプでは、図３Ｂに示す等価回路において、渦電流Ｉ２が変化することによって、インピーダンスＺが変化し、その結果、交流信号源（可変周波数発振器）２６２の発振周波数が変化する。渦電流センサ２１０は、検波回路２６４でこの発振周波数の変化を検出し、導電膜の変化を検出することができる。インピーダンスタイプでは、図３Ｂに示す等価回路において、渦電流Ｉ２が変化することによって、インピーダンスＺが変化し、その結果、交流信号源（固定周波数発振器）２６２から見たインピー
ダンスＺが変化する。渦電流センサ２１０は、検波回路２６４でこのインピーダンスＺの変化を検出し、導電膜の変化を検出することができる。
【００３２】
インピーダンスタイプの渦電流センサでは、信号出力Ｘ、Ｙ、位相、合成インピーダンスＺ、が取り出される。周波数Ｆ、またはインピーダンスＸ、Ｙ等から、導電膜の測定情報が得られる。渦電流センサ２１０は、図１に示すように研磨テーブル１１０の内部の表面付近の位置に内蔵することができ、研磨対象物１０２に対して研磨パッドを介して対向するように位置している間は、研磨対象物１０２に流れる渦電流から導電膜の変化を検出することができる。
【００３３】
以下に、インピーダンスタイプの渦電流センサについて具体的に説明する。交流信号源２６２は、１〜５０ＭＨｚ程度の固定周波数の発振器であり、例えば水晶発振器が用いられる。そして、交流信号源２６２により供給される交流電圧により、センサコイル２６０に電流Ｉ１が流れる。研磨対象物１０２の近傍に配置されたセンサコイル２６０に電流が流れることで、センサコイル２６０から発生する磁束が研磨対象物１０２と鎖交する。その結果、センサコイル２６０と研磨対象物１０２の間に相互インダクタンスＭが形成され、研磨対象物１０２中に渦電流Ｉ２が流れる。ここでＲ１はセンサコイル２６０を含む一次側の抵抗であり、Ｌ１は同様にセンサコイル２６０を含む一次側の自己インダクタンスである。研磨対象物１０２側では、Ｒ２は渦電流損に相当する抵抗であり、Ｌ２は研磨対象物１０２の自己インダクタンスである。交流信号源２６２の端子ａ，ｂからセンサコイル２６０側を見たインピーダンスＺは、渦電流Ｉ２によって発生する磁力線の影響で変化する。
【００３４】
図４は、渦電流センサにおいて用いられているセンサコイルの構成例を示す概略図である。図４に示すように、渦電流センサのセンサコイル２６０は、ボビン２７０に巻回された３個のコイル２７２，２７３，２７４を備える。コイル２７２は、交流信号源２６２に接続される励磁コイルである。励磁コイル２７２は、交流信号源２６２から供給される交流電流により励磁され、近傍に配置される研磨対象物１０２に渦電流を形成する。ボビン２７０の研磨対象物１０２側には、検出コイル２７３が配置され、研磨対象物１０２に形成される渦電流に起因して発生する磁界を検出する。励磁コイル２７２を挟んで検出コイル２７３の反対側にはバランスコイル２７４が配置されている。
【００３５】
コイル２７２，２７３，２７４は、同じターン数のコイルにより形成され、検出コイル２７３とバランスコイル２７４とは互いに逆相に接続されている。研磨対象物１０２が検出コイル２７３の近傍に存在すると、研磨対象物１０２中に形成される渦電流によって生じる磁束が検出コイル２７３とバランスコイル２７４とに鎖交する。このとき、検出コイル２７３のほうが導電膜に近い位置に配置されているので、両コイル２７３，２７４に生じる誘起電圧のバランスが崩れ、これにより導電膜の渦電流によって形成される鎖交磁束を検出することができる。
【００３６】
図５は、渦電流センサの詳細な構成を示す模式図である。交流信号源２６２は、水晶発振器などの固定周波数の発振器を有しており、例えば、１〜５０ＭＨｚの固定周波数の交流電流をセンサコイル２６０へ供給する。交流信号源２６２で形成された交流電流は、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）２８２を介してセンサコイル２６０（励磁コイル２７２）に供給される。一方、センサコイル２６０（検出コイル２７３及びバランスコイル２７４）の端子から出力された信号は、ブリッジ回路２８４及び高周波アンプ（ＲＦ  Ａｍｐ）２８６を経て、ｃｏｓ同期検波回路２９２及びｓｉｎ同期検波回路２９３を含む同期検波部２９１に送られる。また、位相シフト２８８から出力された信号も、同期検波部２９１に送られる。そして、同期検波部２９１によりインピーダンスの抵抗成分と誘導リアクタンス成分とが取り出される。
【００３７】
同期検波部２９１から出力された抵抗成分と誘導リアクタンス成分からは、ローパスフィルタ（ＬＰＦ・ＡＦ  ＡＭＰ）２９４，２９５により不要な高周波成分（例えば５ＫＨｚ以上の高周波成分）が除去され、インピーダンスの抵抗成分としての信号Ｘと誘導リアクタンス成分としての信号Ｙとがそれぞれ出力される。信号Ｘ、及び、信号Ｙは、推定装置本体２２０へ送られる。
【００３８】
＜研磨進行状況の推定＞
＜第１実施形態＞
次に、研磨進行状況の推定について説明する。図１に示すように、推定装置本体２２０は、取得部２２２、及び、推定部２２４、を備える。
【００３９】
第１実施形態の研磨進行状況の推定において、取得部２２２は、研磨砥液が供給された研磨パッド１０８に研磨対象物１０２を押圧して研磨する工程の最中に、渦電流センサ２１０から出力される測定信号（信号Ｘ、及び、信号Ｙ）を取得する。具体的には、取得部２２２は、研磨工程の最中に、研磨対象物１０２を研磨した後の研磨砥液と、渦電流センサ２１０と、が対向した状態において、測定信号を取得する。言い換えると、取得部２２２は、研磨工程の最中に、渦電流センサ２１０と研磨対象物１０２とが対向しない第１の状態（研磨対象物外領域Ｂ）において、渦電流センサ２１０から出力される測定信号を取得する。
【００４０】
推定部２２４は、取得した測定信号に基づいて研磨対象物１０２の研磨の進行状況を推定する。具体的には、推定部２２４は、取得部２２２によって取得された測定信号に基づいて、研磨対象物１０２の総研磨量を推定する。
【００４１】
すなわち、研磨工程によって研磨対象物１０２は削られるので、研磨対象物１０２を研磨した後の研磨砥液には、研磨対象物１０２の削り粉（研磨粉）が含まれる。また、研磨砥液に含まれる研磨粉の量は、研磨対象物１０２の研磨レートに相関して変動する。ここで、渦電流センサ２１０と研磨対象物１０２とが対向しない研磨対象物外領域Ｂにおいては、渦電流センサ２１０は、静電容量センサとして反応する。
【００４２】
図６は、渦電流センサの静電容量センサとしての反応を説明するための図である。図６に示すように、研磨対象物外領域Ｂにおいては、研磨パッド１０８上には研磨対象物１０２は存在せず研磨砥液１１１のみが存在する。ここで、検出コイル２７３と研磨砥液１１１との対向面積をＳ、検出コイル２７３と研磨砥液１１１の上面との距離をｄとする。この場合、渦電流センサ２１０によって測定される静電容量Ｃは、Ｃ＝ε×ε０×Ｓ／ｄで表される。ε０は、真空の誘電率であり、εは、研磨砥液１１１に含まれる研磨粉の量に相関して変動する誘電率である。したがって、ε０、Ｓ、及びｄが一定であるとすると、渦電流センサ２１０が静電容量センサとして反応する場合の測定信号は、研磨砥液１１１に含まれる研磨粉の量に相関して変動する。したがって、渦電流センサ２１０は、研磨対象物外領域Ｂにおいては、研磨砥液に含まれる研磨粉の量に応じた測定信号を出力する。
【００４３】
推定部２２４は、あらかじめ実験又はシミュレーション等によって、取得部２２２によって取得される測定信号（研磨対象物外領域Ｂにおいて渦電流センサ２１０から出力された測定信号）の値と研磨対象物１０２の削れ量との相関関係を有している。これにより、推定部２２４は、取得部２２２によって取得される測定信号に基づいて、その瞬間の研磨対象物１０２の研磨レートを推定することができる。また、推定部２２４は、推定した研磨レートを時系列に積算することによって、その時点までの総研磨量を推定することができる。
【００４４】
推定部２２４は、研磨装置１００に関する各種制御を行う研磨装置制御部１４０と接続されている。推定部２２４は、総研磨量の推定に基づいて研磨対象物１０２の研磨終点を検出したら、その旨を示す信号を研磨装置制御部１４０へ出力する。研磨装置制御部１４０は、推定部２２４から研磨終点を示す信号を受信したら、研磨装置１００による研磨を終了させる。
【００４５】
＜フローチャート＞
次に、第１実施形態の推定装置２００の動作について説明する。図７は、第１実施形態の推定装置２００のフローチャートである。
【００４６】
まず、研磨装置１００によって研磨対象物１０２の研磨が開始される（ステップＳ１０１）。具体的には、研磨パッド１０８に研磨砥液が供給され、研磨砥液が供給された研磨パッドに研磨対象物１０２が押圧されて研磨される。続いて、取得部２２２は、渦電流センサ２１０が研磨対象物外領域Ｂ内に存在しているタイミングで、研磨対象物外領域Ｂにおける渦電流センサ２１０の測定信号を取得する（ステップＳ１０２）。
【００４７】
続いて、推定部２２４は、取得した測定信号に基づいて、研磨対象物１０２の総研磨量を推定する（ステップＳ１０３）。続いて、推定部２２４は、推定した研磨対象物１０２の総研磨量に基づいて、研磨終点であるか否かを判定する（ステップＳ１０４）。
【００４８】
推定部２２４は、研磨終点ではないと判定されたら（ステップＳ１０４，Ｎｏ）、ステップＳ１０２へ戻って処理を継続する。一方、推定部２２４は、研磨終点であると判定されたら（ステップＳ１０４，Ｙｅｓ）、研磨終点であることを示す信号を研磨装置制御部１４０へ出力し、研磨を終了させる（ステップＳ１０５）。
【００４９】
以上、第１実施形態によれば、研磨対象物外領域Ｂにおける静電容量センサとしての反応を利用することによって総研磨量を推定するので、研磨工程の進行状況の推定精度を向上させることができる。なお、第１実施形態では、研磨対象物外領域Ｂにおける静電容量センサとしての反応を利用する例を示したが、これには限られない。例えば、研磨対象物１０２が強磁性を有する物質（例えば、鉄、コバルト、ニッケルなど）であれば、研磨対象物外領域Ｂにおける磁気センサとしての反応を利用して総研磨量を推定することができる。また、研磨対象物１０２が導電率の高い物質であれば、研磨対象物外領域Ｂにおける渦電流センサとしての反応を利用して総研磨量を推定することができる。
【００５０】
＜第２実施形態＞
次に、第２実施形態について説明する。第２実施形態は、研磨対象物１０２が、積層された第１の研磨対象物及び第２の研磨対象物を含む場合を想定している。この場合、取得部２２２は、研磨工程の最中に、研磨対象物１０２を研磨した後の研磨砥液と、渦電流センサ２１０と、が対向した状態において、測定信号を取得する。言い換えると、取得部２２２は、研磨工程の最中に、渦電流センサ２１０と研磨対象物１０２とが対向しない第１の状態（研磨対象物外領域Ｂ）において、渦電流センサ２１０から出力される測定信号を取得する。
【００５１】
推定部２２４は、取得部２２２によって取得された測定信号に基づいて、第１の研磨対象物から第２の研磨対象物へ研磨対象が切り替わったか否かを推定する。
【００５２】
この点について図を用いて説明する。図８は、積層された第１の研磨対象物及び第２の研磨対象物を含む研磨対象物について説明する図である。図８Ａは、研磨前の研磨対象物１０２であり、図８Ｂは、研磨後の研磨対象物１０２である。
【００５３】
図８Ａに示すように、研磨対象物１０２は、積層構造である。具体的には、複数の溝３１２が形成されたシリコン基板３１０に、バリアメタル（第２の研磨対象物）３２０が積層される。バリアメタル３２０は、例えば、チタン（Ｔｉ）又はタンタル（Ｔａ）によって形成される。バリアメタル３２０には、シリコン基板３１０の溝３１２に対応して、複数の溝３２２が形成される。
【００５４】
また、バリアメタル３２０に、金属膜（第１の研磨対象物）３３０が積層される。金属膜３３０は、例えば、タングステン（Ｗ）又は銅（Ｃｕ）によって形成される。金属膜３３０のうち、バリアメタル３２０の溝３２２に形成された部分は、金属配線３３２となる。
【００５５】
図８Ａの状態から研磨を行うと、まず金属膜３３０が削られるので、研磨砥液には金属膜３３０の研磨粉が含まれる。一方、図８Ｂに示すように、研磨工程が進んで、金属配線３３２の部分を残して金属膜３３０が研磨されると、バリアメタル３２０が露出するので、研磨砥液には主にバリアメタル３２０の研磨粉が含まれる。
【００５６】
ここで、金属膜３３０及びバリアメタル３２０の研磨工程では、研磨砥液に酸化剤が混ぜられる。酸化剤によって金属膜３３０及びバリアメタル３２０の表面は酸化及び硬化し、硬化した部分が研磨工程によって主に削り取られる。金属膜３３０がタングステンである場合には、酸化反応によって酸化タングステンが生成される。一例として三酸化タングステンが生成されたと仮定すると、三酸化タングステンの比誘電率は１０００以上である。一方、バリアメタル３２０がチタン又はタンタルである場合には、酸化反応によって酸化チタン又は酸化タンタルが生成される。例えば酸化チタンの比誘電率は８３〜１８３である。また、一例として五酸化タンタルが生成されたと仮定すると、五酸化タンタルの比誘電率は約２７である。このように、第１の研磨対象物と第２の研磨対象物とで、比誘電率が大きく異なる場合、研磨対象物外領域Ｂにおける渦電流センサ２１０の測定信号は、図９に示すようになる。
【００５７】
図９は、研磨対象物外領域Ｂにおける渦電流センサ２１０の測定信号を模式的に示した図である。金属膜３３０（第１の研磨対象物）の研磨を行うと、図９に示すように、測定信号４１０は、領域４２０から、概ね信号Ｘが増加し、信号Ｙが減少するように推移する。
【００５８】
一方、金属配線３３２の部分を残して金属膜３３０が研磨され、バリアメタル３２０（第２の研磨対象物）が露出すると、領域４３０において研摩対象が第１の研磨対象物から第２の研磨対象物へ切り替えられる。すると、領域４４０に示すように、測定信号４１０の出力傾向が大きく変化する。
【００５９】
そこで、推定部２２４は、測定信号の変化に基づいて、研磨対象が第１の研磨対象物から第２の研磨対象物へ切り替わったか否かを推定することができる。具体的には、推定部２２４は、測定信号の変化率があらかじめ設定された閾値以上になったら、研磨対象が第１の研磨対象物から第２の研磨対象物へ切り替わったと判定する。また、推定部２２４は、測定信号の変化率があらかじめ設定された閾値未満であれば、研磨対象が第１の研磨対象物から第２の研磨対象物へ切り替わっていないと判定する。
【００６０】
＜フローチャート＞
次に、第２実施形態の推定装置２００の動作について説明する。図１０は、第２実施形態の推定装置２００のフローチャートである。
【００６１】
まず、研磨装置１００によって研磨対象物１０２の研磨が開始される（ステップＳ２０
１）。具体的には、研磨パッド１０８に研磨砥液が供給され、研磨砥液が供給された研磨パッドに研磨対象物１０２が押圧されて研磨される。続いて、取得部２２２は、渦電流センサ２１０が研磨対象物外領域Ｂ内に存在しているタイミングで、研磨対象物外領域Ｂにおける渦電流センサ２１０の測定信号を取得する（ステップＳ２０２）。
【００６２】
続いて、推定部２２４は、取得した測定信号の変化に基づいて、研磨対象が第１の研磨対象物（金属膜３３０）から第２の研磨対象物（バリアメタル３２０）へ切り替わったか否かを推定する（ステップＳ２０３）。続いて、推定部２２４は、研磨対象が切り替わっていないと判定した場合には（ステップＳ２０４，Ｎｏ）、ステップＳ２０２へ戻って処理を継続する。
【００６３】
一方、推定部２２４は、研磨対象が切り替わったと判定した場合には（ステップＳ２０４，Ｙｅｓ）、研磨終点であることを示す信号を研磨装置制御部１４０へ出力し、研磨を終了させる（ステップＳ２０５）。
【００６４】
以上、第２実施形態によれば、研磨工程の進行状況の推定精度を向上させることができる。すなわち、従来技術は、研磨砥液の電気抵抗を連続的に測定し、電気抵抗が急激に大きく変化する時点をもって研磨工程の終点として決定するものである。これは、２層の積層基板を研磨し、研磨対象となる層が切り替わると、導電性が異なる研磨粉が研磨砥液中に生成されるという性質を利用したものである。
【００６５】
しかしながら、従来技術によれば、例えば、導電性が同様な物質の積層基板を研磨する場合のように、研磨対象となる層が切り替わっても、研磨砥液中に導電性の異なる研磨粉が生成されないような研磨工程では、研磨工程の進行状況を精度よく推定することが難しい場合がある。
【００６６】
これに対して、本実施形態では、研磨対象となる層が切り替わったら、渦電流センサ２１０の、研磨対象物外領域Ｂにおける静電容量センサとしての測定信号の出力傾向が大きく変化することを利用するものである。したがって、導電性が同様な物質の積層基板を研磨する場合であっても、静電容量センサとしての測定信号の出力傾向が変化すれば、研磨対象となる層が切り替わったことを推定することができるので、その結果、研磨工程の進行状況の推定精度を向上させることができる。なお、第２実施形態では、研磨対象物外領域Ｂにおける静電容量センサとしての反応を利用する例を示したが、これには限られない。例えば、研磨対象物１０２が異なる磁性を有する材料の積層基板であれば、研磨対象物外領域Ｂにおける磁気センサとしての反応を利用して研磨対象となる層の切り替わりを推定することができる。
【００６７】
＜第３実施形態＞
次に、第３実施形態の推定装置２００について説明する。第３実施形態は、第２実施形態に加えて、さらに、渦電流センサ２１０本来の反応を利用して研磨対象物１０２の研磨の進行状況を推定するものである。第２実施形態と同様の内容については、適宜説明を省略する。
【００６８】
第３実施形態において、取得部２２２は、第１の状態（研磨対象物外領域Ｂ）において研磨砥液に含まれる研磨粉の量に相関する静電容量の影響が含まれる測定信号を渦電流センサ２１０から取得する。これに加えて、取得部２２２は、第２の状態（研磨対象物内領域Ａ）において研磨対象物に発生する渦電流の影響が含まれる測定信号を渦電流センサ２１０から取得する。
【００６９】
また、推定部２２４は、第１の状態（研磨対象物外領域Ｂ）において取得した測定信号
の変動に基づいて、第１の研磨対象物（金属膜３３０）から第２の研磨対象物（バリアメタル３２０）へ研磨対象が切り替わったか否かを推定する。これに加えて、推定部２２４は、第２の状態（研磨対象物内領域Ａ）において取得した測定信号に基づいて、研磨対象物１０２の研磨の進行状況を推定する。
【００７０】
具体的には、推定部２２４は、研磨対象物内領域Ａにおいて取得部２２２から出力される測定信号（信号Ｘ、及び、信号Ｙ）を、回転処理、平行移動処理などで処理し、モニタリング信号としての距離Ｚを算出する。そして、この距離Ｚの変化に基づいて研磨対象物１０２の研磨の進行状況を推定する。
【００７１】
図１１は、推定部２２４による処理の概略を示す図である。図１１において、横軸は信号Ｘの強度を示しており、縦軸は信号Ｙの強度を示している。点Ｔ∞は、研磨対象物１０２の膜厚が∞である状態を示し、点Ｔ０は、研磨対象物の１０２の膜厚が０である状態を示す。研磨対象物１０２の膜厚が減少するに従って、信号Ｘ，Ｙの値から位置決めされる点Ｔｎは、円弧状の軌跡を描きながら点Ｔ０に向かって進む。ＸＹ座標系の原点Ｏから点Ｔｎまでの距離Ｚ（＝（Ｘ２＋Ｙ２）１／２）は、点Ｔ∞の近傍を除いて、膜厚が減少するに従って小さくなる。
【００７２】
推定部２２４は、研磨対象物１０２の膜厚に応じて変化する距離Ｚを算出する。推定部２２４は、あらかじめ、実験又はシミュレーションにより距離Ｚと研磨の進行状況（例えば、研磨対象物１０２の膜厚）との関係を把握しておけば、距離Ｚを監視することにより、研磨の進行状況を推定することができる。
【００７３】
推定部２２４は、第２の状態（研磨対象物内領域Ａ）において取得した測定信号に基づいて算出した距離Ｚ、又は、第１の状態（研磨対象物外領域Ｂ）において取得した測定信号の変動、に基づいて研磨対象物１０２の研磨終点を検出したら、その旨を示す信号を研磨装置制御部１４０へ出力する。研磨装置制御部１４０は、推定部２２４から研磨終点を示す信号を受信したら、研磨装置１００による研磨を終了させる。
【００７４】
＜フローチャート＞
次に、第２実施形態の推定装置２００の動作について説明する。図１２は、第３実施形態の推定装置２００のフローチャートである。
【００７５】
まず、研磨装置１００によって研磨対象物１０２の研磨が開始される（ステップＳ３０１）。具体的には、研磨パッド１０８に研磨砥液が供給され、研磨砥液が供給された研磨パッドに研磨対象物１０２が押圧されて研磨される。続いて、取得部２２２は、渦電流センサ２１０が研磨対象物外領域Ｂ内に存在しているタイミングで、研磨対象物外領域Ｂにおける渦電流センサ２１０の測定信号を取得する（ステップＳ３０２）。
【００７６】
続いて、推定部２２４は、取得した測定信号の変化に基づいて、研磨対象が第１の研磨対象物（金属膜３３０）から第２の研磨対象物（バリアメタル３２０）へ切り替わったか否かを推定する（ステップＳ３０３）。続いて、推定部２２４は、研磨対象が切り替わっていないと判定した場合には（ステップＳ３０４，Ｎｏ）、ステップＳ３０５へ進む。
【００７７】
続いて、推定部２２４は、渦電流センサ２１０が研磨対象物内領域Ａ内に存在しているタイミングで、研磨対象物内領域Ａにおける渦電流センサ２１０の測定信号を取得する（ステップＳ３０５）。
【００７８】
続いて、推定部２２４は、取得した測定信号に基づいて、研磨対象物１０２の膜厚を推定する（ステップＳ３０６）。続いて、推定部２２４は、研磨対象物１０２が所望の膜厚
になったか否かを判定する（ステップＳ３０７）。
【００７９】
推定部２２４は、研磨対象物１０２が所望の膜厚になっていないと判定した場合（ステップＳ３０７，Ｎｏ）には、ステップＳ３０２へ戻って処理を継続する。一方、推定部２２４は、研磨対象物１０２が所望の膜厚になっていないと判定した場合（ステップＳ３０７，Ｙｅｓ）、又は、ステップＳ３０４において研磨対象が切り替わったと判定した場合には（ステップＳ３０４，Ｙｅｓ）、研磨終点であることを示す信号を研磨装置制御部１４０へ出力し、研磨を終了させる（ステップＳ３０８）。
【００８０】
以上、第３実施形態によれば、第２実施形態と同様に、研磨工程の進行状況の推定精度を向上させることができる。これに加えて、本実施形態では、研磨対象物内領域Ａにおいて取得した測定信号に基づいて研磨対象物１０２の膜厚を推定しつつ、研磨対象物外領域Ｂにおいて取得した測定信号に基づいて研磨対象が切り替わったか否かの推定を行う。したがって、本実施形態によれば、１つの渦電流センサ２１０によって、渦電流センサとしての反応、及び、静電容量センサとしての反応を用いて研磨工程の進行状況を推定するので、研磨工程の進行状況の推定精度を向上させることができる。
【符号の説明】
【００８１】
１００  研磨装置
１０２  研磨対象物
１０８  研磨パッド
１１０  研磨テーブル
１１１  研磨砥液
１４０  研磨装置制御部
２００  推定装置
２１０  渦電流センサ
２２０  推定装置本体
２２２  取得部
２２４  推定部
３１０  シリコン基板
３２０  バリアメタル
３３０  金属膜
３３２  金属配線
４１０  測定信号
Ａ  研磨対象物内領域
Ｂ  研磨対象物外領域
Ｃ  研磨対象物外領域
【図２】
2015195268.tif 000003
【図３】
2015195268.tif 000004
【図４】
2015195268.tif 000005
【図５】
2015195268.tif 000006
【図６】
2015195268.tif 000007
【図７】
2015195268.tif 000008
【図８】
2015195268.tif 000009
【図９】
2015195268.tif 000010
【図１０】
2015195268.tif 000011
【図１１】
2015195268.tif 000012
【図１２】
2015195268.tif 000013
【図１】
2015195268.tif 000014