(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
研磨プロセス中に研磨を制御する方法であって、
研磨プロセスを受けている基板の導電層の時刻ｔにおける厚さｔｈｉｃｋ（ｔ）の測定値を、インシトゥモニタリングシステムから受け取ることと、
前記研磨プロセスの温度をモニタするように構成されたセンサから、前記基板の前記導電層が研磨を受けている間に測定され且つ前記導電層に対応付けられた、前記時刻ｔにおける測定された温度Ｔ（ｔ）を受け取ることと、
前記測定された温度Ｔ（ｔ）における前記導電層の抵抗率ρＴを計算することと、
前記計算された抵抗率ρＴを用いて、前記厚さの前記測定値を調整し、調整された測定された厚さを生成することと、
前記調整された測定された厚さに基づいて、研磨終点又は研磨パラメータの調整を検出することと
を含む、方法。
【請求項２】
前記研磨終点を検出することは、前記研磨プロセスが前記研磨終点に達したかどうかを決定するために、前記厚さの前記調整された測定値を、厚さの所定の測定値と比較することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記モニタリングシステムは、渦電流モニタリングシステムを含み、前記厚さの前記測定値は、渦電流信号Ａ（ｔ）を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記渦電流信号Ａ（ｔ）を、信号対厚さの相関式を用いて、測定された厚さｔｈｉｃｋ（ｔ）に変換することを含む、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記導電層の前記抵抗率ρＴを計算することは、以下の式に基づいて前記抵抗率ρＴを計算することを含む、請求項１に記載の方法。
ρＴ＝ρ０［１＋α（Ｔ（ｔ）−Ｔｉｎｉ）］
式中、Ｔｉｎｉは、前記研磨プロセスが始まるときの前記導電層の初期温度であり、ρ０は、Ｔｉｎｉにおける前記導電層の前記抵抗率であり、αは、前記導電層の抵抗率温度係数である。
【請求項６】
前記温度Ｔ（ｔ）における前記測定された厚さｔｈｉｃｋ（ｔ）を、前記厚さの前記測定値に基づいて決定することと、前記測定された厚さを、前記計算されたρＴを用いて、Ｔｉｎｉにおける調整された厚さｔｈｉｃｋ０（ｔ）に調整することと、を含む、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記厚さの前記測定値を調整することは、前記調整された厚さｔｈｉｃｋ０（ｔ）を、対応する調整された渦電流信号に変換することを含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記研磨終点を検出することは、前記研磨プロセスが前記研磨終点に達したかどうかを決定するために、前記調整された渦電流信号を、所定の渦電流信号と比較することを含む、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記測定された温度Ｔ（ｔ）は、時刻ｔにおける前記導電層の温度であり、又は前記測定された温度Ｔ（ｔ）は、時刻ｔにおける前記導電層を研磨する研磨パッドの温度である、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
非一過性のコンピュータ可読媒体上に有形にコード化されているコンピュータプログラム製品であって、
研磨プロセスを受けている基板の導電層の時刻ｔにおける厚さｔｈｉｃｋ（ｔ）の測定値を、インシトゥモニタリングシステムから受け取ることと、
前記研磨プロセスの温度をモニタするように構成されたセンサから、前記基板の前記導電層が研磨を受けている間に測定され且つ前記導電層に対応付けられた、前記時刻ｔにおける測定された温度Ｔ（ｔ）を受け取ることと、
前記測定された温度Ｔ（ｔ）における前記導電層の抵抗率ρＴを計算することと、
前記計算された抵抗率ρＴを用いて、前記厚さの前記測定値を調整し、調整された測定された厚さを生成することと、
前記調整された測定された厚さに基づいて、研磨終点又は研磨パラメータの調整を検出することと
を含む工程を、データ処理装置に実行させるように動作可能な、コンピュータプログラム製品。
【請求項１１】
前記研磨終点を検出することは、研磨プロセスが前記研磨終点に達したかどうかを決定するために、前記厚さの前記調整された測定値を、厚さの所定の測定値と比較することを含む、請求項１０に記載のコンピュータプログラム製品。
【請求項１２】
前記導電層の前記抵抗率ρＴを計算することは、以下の式に基づいて前記抵抗率ρＴを計算することを含む、請求項１０に記載のコンピュータプログラム製品。
ρＴ＝ρ０［１＋α（Ｔ（ｔ）−Ｔｉｎｉ）］
式中、Ｔｉｎｉは、研磨プロセスが始まるときの前記導電層の初期温度であり、ρ０は、Ｔｉｎｉにおける前記導電層の前記抵抗率であり、αは、前記導電層の抵抗率温度係数である。
【請求項１３】
研磨システムであって、
研磨パッドを支持する回転可能なプラテンと、
前記研磨パッドに当接して基板を保持するキャリアヘッドと、
前記基板の導電層が研磨を受けている間に、前記導電層に対応付けられた温度をモニタするように構成された温度センサと、
研磨を受けている前記基板上の導電層の厚さに応じて渦電流信号を生成するインシトゥ渦電流モニタリングシステムと、
コントローラと
を備え、前記コントローラは、
研磨を受けている前記基板の前記導電層の時刻ｔにおける厚さｔｈｉｃｋ（ｔ）の測定値を、前記インシトゥ渦電流モニタリングシステムから受け取ることと、
前記温度センサから、前記導電層に対応付けられた、前記時刻ｔにおける測定された温度Ｔ（ｔ）を受け取ることと、
前記測定された温度Ｔ（ｔ）における前記導電層の抵抗率ρＴを計算することと、
前記計算された抵抗率ρＴを用いて、前記厚さの前記測定値を調整し、調整された測定された厚さを生成することと、
前記調整された測定された厚さに基づいて、研磨終点又は研磨パラメータの調整を検出することと
を含む工程を実行するように構成されている、研磨システム。
【請求項１４】
前記研磨終点を検出することは、研磨プロセスが前記研磨終点に達したかどうかを決定するために、前記厚さの前記調整された測定値を、厚さの所定の測定値と比較することを含む、請求項１３に記載のシステム。
【請求項１５】
前記導電層の前記抵抗率ρＴを計算することは、以下の式に基づいて前記抵抗率ρＴを計算することを含む、請求項１３に記載のシステム。
ρＴ＝ρ０［１＋α（Ｔ（ｔ）−Ｔｉｎｉ）］
式中、Ｔｉｎｉは、研磨プロセスが始まるときの前記導電層の初期温度であり、ρ０は、Ｔｉｎｉにおける前記導電層の前記抵抗率であり、αは、前記導電層の抵抗率温度係数である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、化学機械研磨に関し、より具体的には、化学機械研磨中に導電層をモニタすることに関する。
【背景技術】
【０００２】
通常、集積回路は、シリコンウェハ上に導電層、半導体層、又は絶縁層を連続して堆積させることによって、基板上に形成される。種々の製造プロセスが、基板上の層の平坦化を必要とする。例えば、一つの製造ステップは、非平面表面上に充填層を堆積させること及び充填層を平坦化することを含む。幾つかの応用において、充填層は、パターニングされた層の上面が露出されるまで、平坦化される。例えば、金属層が、パターニングされた絶縁層上に堆積され、絶縁層の中のトレンチ及び孔を充填することができる。平坦化の後、パターニングされた層のトレンチ及び孔の中の金属の残りの部分が、ビア、プラグ、及びラインを形成し、基板上の薄膜回路間の導電経路を提供する。
【０００３】
化学機械研磨（ＣＭＰ）は、一つの一般に認められた平坦化の方法である。この平坦化方法は、基板がキャリアヘッドに取り付けられることを、通常必要とする。基板の露出面が、回転する研磨パッドに当接して一般に配置される。キャリアヘッドが、基板に制御可能な荷重を与え、基板を研磨パッドに押し付ける。研磨粒子を伴った研磨スラリが、研磨パッドの表面に通常供給される。
【０００４】
ＣＭＰにおける一つの問題は、研磨プロセスが完了したかどうか、すなわち、基板層が所望の平坦さ又は厚さに平坦化されたかどうか、又は材料の所望の量がいつ除去されたのか、を決定することである。スラリ組成、研磨パッドの状態、研磨パッドと基板の間の相対速度、基板層の初期厚さ、及び基板に対する荷重における変化が、材料除去速度の変化を引き起こし得る。これらの変化は、研磨終点に達するのに必要とされる時間の変化を引き起こす。それ故、研磨終点を単に研磨時間の関数として決定することは、ウェハ内又はウェハ間の不均一性をもたらし得る。
【０００５】
幾つかのシステムにおいて、基板が、研磨中にインシトゥ（その場）で、例えば研磨パッドを通して、モニタされる。一つのモニタリング技法は、導電層の中に渦電流を誘導し、導電層が除去されるときの、渦電流の変化を検出することである。
【発明の概要】
【０００６】
一つの態様において、本開示は、研磨プロセス中に研磨を制御する方法を記載する。本方法は、研磨を受けている基板の導電層の時刻ｔにおける厚さｔｈｉｃｋ（ｔ）の測定値を、インシトゥ（その場）モニタリングシステムから受け取ること、導電層に対応付けられた、時刻ｔにおける測定された温度Ｔ（ｔ）を受け取ること、測定された温度Ｔ（ｔ）における導電層の抵抗率ρＴを計算すること、計算された抵抗率ρＴを用いて、厚さの測定値を調整し、調整された測定された厚さを生成すること、及び調整された測定された厚さに基づいて、研磨終点を又は研磨パラメータの調整を検出すること、を含む。
【０００７】
別の態様において、本開示はまた、上記方法のいずれかを実行するための工程を、データ処理装置に実行させるように動作可能な命令を含む、非一過性のコンピュータ可読媒体上に有形にコード化されているコンピュータプログラム製品を記載する。
【０００８】
別の態様において、本開示は、研磨パッドを支持するための回転可能なプラテン、研磨パッドに当接して基板を保持するためのキャリアヘッド、温度センサ、基板上の導電層の厚さに応じて、渦電流信号を生成するためのセンサを含むインシトゥ渦電流モニタリングシステム、及びコントローラを備える研磨システムを記載する。コントローラは、研磨を受けている基板の導電層の時刻ｔにおける厚さｔｈｉｃｋ（ｔ）の測定値を、インシトゥ渦電流モニタリングシステムから受け取ること、導電層に対応付けられた、時刻ｔにおける測定された温度Ｔ（ｔ）を受け取ること、測定された温度Ｔ（ｔ）における導電層の抵抗率ρＴを計算すること、計算された抵抗率ρＴを用いて、厚さの測定値を調整し、調整された測定された厚さを生成すること、及び調整された測定された厚さに基づいて、研磨終点を又は研磨パラメータの調整を検出すること、を含む工程を実行するように構成される。
【０００９】
別の態様において、本開示は、プロセッサ、メモリ、ディスプレイ、及びメモリを用いてプロセッサによって実行するためのプログラムを記憶するストレージデバイスを備えるシステムを記載する。プログラムは、グラフィカルユーザインターフェースをユーザに対してディスプレイ上に表示することを、プロセッサにさせるように構成された命令を含む。グラフィカルユーザインターフェースは、研磨プロセス中に導電層の研磨を制御するためにユーザが取るべき活性化可能な選択肢を含む。選択肢は、導電層の温度変化に基づいて、終点の決定を調整するための第一の選択肢を含む。プログラムはまた、第一の選択肢がユーザによって活性化されているという表示を受け取ること、研磨を受けている基板の導電層の時刻ｔにおける厚さｔｈｉｃｋ（ｔ）の測定値を、インシトゥモニタリングシステムから受け取ること、導電層に対応付けられた、時刻ｔにおける測定された温度Ｔ（ｔ）を受け取ること、測定された温度Ｔ（ｔ）における導電層の抵抗率ρＴを計算すること、計算された抵抗率ρＴを用いて、厚さの測定値を調整し、調整された測定された厚さを生成すること、及び調整された測定された厚さに基づいて、研磨終点を又は研磨パラメータの調整を検出することを、プロセッサにさせるように構成された命令を含む。
【００１０】
本方法、コンピュータプログラム製品、及び／又はシステムの実施態様は、以下の特徴のうちの１つ以上を含み得る。研磨終点を検出することは、研磨プロセスが研磨終点に達したかどうかを決定するために、調整された厚さの測定値を、所定の厚さの測定値と比較することを含む。モニタリングシステムは、渦電流モニタリングシステムを含み、厚さの測定値は、渦電流信号Ａ（ｔ）を含む。渦電流信号Ａ（ｔ）は、信号対厚さの相関式を用いて、測定された厚さｔｈｉｃｋ（ｔ）に変換される。導電層の抵抗率ρＴを計算することは、ρＴ＝ρ０［１＋α（Ｔ（ｔ）−Ｔｉｎｉ）］に基づいて、抵抗率ρＴを計算することを含み、ここで、Ｔｉｎｉは、研磨プロセスが開始されるときの導電層の初期温度であり、ρ０は、Ｔｉｎｉにおける導電層の抵抗率であり、αは、導電層の抵抗率温度係数である。温度Ｔ（ｔ）における測定された厚さｔｈｉｃｋ（ｔ）は、厚さの測定値に基づいて決定され、測定された厚さは、計算されたρＴを用いて、Ｔｉｎｉにおける調整された厚さｔｈｉｃｋ０（ｔ）に調整される。Ｔｉｎｉは、室温である。厚さの測定値を調整することは、調整された厚さｔｈｉｃｋ０（ｔ）を、対応する調整された渦電流信号に変換することを含む。研磨終点を検出することは、研磨プロセスが研磨終点に達したかどうかを決定するために、調整された渦電流信号を、所定の渦電流信号と比較することを含む。測定された温度Ｔ（ｔ）は、時刻ｔにおける導電層の温度である。測定された温度Ｔ（ｔ）は、時刻ｔにおける導電層を研磨する研磨パッドの温度である。
【００１１】
実施態様は、以下の利点のうちの１つ以上を含み得る。導電層の温度変化によって引き起こされる、測定された渦電流信号と導電層の厚さとの間の相関の起こり得る不正確さが、緩和され得る。補償プロセスが、インシトゥ（その場）で自動的に実行され得る。補償プロセスを用いて調整された渦電流信号又は調整された導電層の厚さは、測定された信号又は厚さよりも正確であり得る。調整された渦電流信号及び／又は調整された導電層は、研磨プロセス中に制御パラメータを決定するため及び／又は研磨プロセスに対する終点を決定するために、用いられ得る。制御パラメータの決定及び終点検出の信頼性が改善されることができ、ウェハの不十分な研磨を回避することができ、ウェハ内不均一性を減少させることができる。
【００１２】
１つ以上の実施態様の詳細が、添付の図面及び以下の説明に記述される。他の態様、特徴、及び利点が、詳細な説明及び図面から、並びに特許請求の範囲から明らかとなろう。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】渦電流モニタリングシステムを含む研磨ステーションの一例の断面図を示す。
【図２】渦電流センサによって生成された例示的磁場の断面図を示す。
【図３】ウェハを横切るセンサスキャンの経路を示す、例示的な化学機械研磨ステーションの上面図を示す。
【図４】導電層の厚さの関数としての例示的な渦電流フェーズ信号のグラフを示す。
【図５】渦電流信号、導電層の厚さ、研磨時間、及び導電層の温度の間の例示的関係を示すグラフを示す。
【図６】導電層の温度変化に対して渦電流の測定値を補償する例示的プロセスを示すフロー図である。
【図７】導電層の抵抗率温度係数αを決定する例示的プロセスを示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
概観
研磨工程を制御する一つのモニタリング技法は、基板上の導電層に渦電流を誘導するために、交流電流（ＡＣ）駆動信号を用いることである。誘導された渦電流は、研磨中にインシトゥで渦電流センサによって測定され、信号を生成することができる。研磨を受けている最も外側の層が導電層であると仮定すると、その場合、センサからの信号は、導電層の厚さに依存するはずである。
【００１５】
渦電流モニタリングシステムの様々な実施態様が、センサから得られた信号の様々な面を用い得る。例えば、信号の振幅は、研磨されている導電層の厚さの関数であり得る。加えて、ＡＣ駆動信号とセンサからの信号の間の位相差が、研磨されている導電層の厚さの関数であり得る。
【００１６】
渦電流信号を用いて、導電層の厚さが、研磨工程中にモニタされ得る。モニタリングに基づいて、研磨速度などの、研磨工程の制御パラメータが、インシトゥで調整され得る。加えて、モニタされた厚さが所望の終点厚さに達したという表示に基づいて、研磨工程が終了できる。
【００１７】
渦電流信号と導電層の厚さの間の相関の正確さは、様々な要因によって影響され得る。一つの要因は、導電層の温度である。導電層の抵抗率は、層の温度が変わるにつれて、変わる。渦電流システムの構成及び組立てなどの他のパラメータが同じであるとすると、同じ厚さを有する同じ導電層から生成された渦電流信号は、その導電層が異なる温度を有するときに測定が実行される場合、異なるであろう。結果として、これらの異なる渦電流信号からの、異なる温度を有する導電層の測定された厚さは、異なるが、一方で、導電層の実際の厚さは一定である。
【００１８】
研磨工程中、導電層の温度は、例えば、研磨されている導電層の表面と、導電層の表面を研磨する研磨パッドの研磨面との間の摩擦により、時間とともに増加し得る。言い換えると、導電層の温度は、研磨工程の開始時よりも、研磨工程の終点近くの方が、高くなり得る。幾つかの状況において、古い研磨パッドよりも新しい研磨パッドの方が、より研磨力のある研磨面を有することができ、導電層の温度は、新しいパッドが用いられる場合に、より速い速度で上昇し得る。
【００１９】
従って、渦電流信号と、渦電流信号に基づく測定された厚さとを含む渦電流測定値は、導電層の温度変化に基づいて、調整される。調整された渦電流測定値に基づく制御パラメータ調整及び／又は終点検出は、より正確且つより信頼性のあるものとなり得る。
【００２０】
加えて、構成及び組立ての変化により、渦電流センサは、渦電流を測定する際に、異なるゲイン及びオフセットを示し得る。渦電流は、例えば、研磨中の基板の温度といった環境パラメータの変化によっても影響され得る。（例えば、インシトゥモニタリングシステムにおける）パッドの摩耗などのランタイムの変化又は研磨パッドにかけられる圧力の変化が、渦電流センサと基板の間の距離を変化させることができ、測定された渦電流信号にも影響を及ぼし得る。それ故、渦電流モニタリングシステムは、これらの変化を補償するように、較正され得る。これらのゲイン及びオフセットに関する較正の詳細は、米国特許出願第１４／０６６，５０９号に論じられており、その内容全体が、参照により本書に組込まれる。
【００２１】
例示的な研磨ステーション
図１は、化学機械研磨装置の研磨ステーション２２の一例を示す。研磨ステーション２２は、研磨パッド３０が載せられている回転可能なディスク形状のプラテン２４を含む。プラテン２４は、軸２５の周りに回転するように動作可能である。例えば、モータ２１が、ドライブシャフト２８を回して、プラテン２４を回転させることができる。研磨パッド３０は、外側層３４及び柔らかいバッキング層３２を有する２層研磨パッドであり得る。
【００２２】
研磨ステーション２２は、スラリなどの研磨液３８を研磨パッド３０上に分注するための、供給ポート又は一体化した供給リンスアーム３９を含むことができる。
【００２３】
キャリアヘッド７０が、基板１０を研磨パッド３０に当接して保持するように、動作可能である。キャリアヘッド７０は、例えば、カルーセル又はトラックといった支持構造６０から吊るされ、キャリアヘッドが軸７１の周りで回転することができるように、ドライブシャフト７４によってキャリアヘッド回転モータ７６に接続される。任意選択で、キャリアヘッド７０は、例えば、カルーセル又はトラック６０上の滑動部の上で、又はカルーセル自体の回転振動によって、横方向に振動し得る。動作中、プラテンは、その中心軸２５の周りに回転され、キャリアヘッドは、その中心軸７１の周りに回転され、研磨パッド３０の上面にわたって横方向に移動される。複数のキャリアヘッドがある場合、各キャリアヘッド７０は、その研磨パラメータを独立に制御することができる。例えば、各キャリアヘッドは、各々のそれぞれの基板にかけられる圧力を独立に制御することができる。
【００２４】
キャリアヘッド７０は、基板を保持するための保持リング８４を含むことができる。幾つかの実施態様において、保持リング８４は、導電性の高い部分を含み得る。例えば、キャリアリングは、研磨パッドに接する薄い下方プラスチック部分８６、及び厚い上方導電性部分８８を含むことができる。幾つかの実施態様において、導電性の高い部分は金属であり、例えば、研磨されている層と同じ金属、例えば、銅である。
【００２５】
凹部２６が、プラテン２４の中に形成され、凹部２６の上にある薄い領域３６が、研磨パッド３０の中に形成されることができる。凹部２６及び薄いパッド領域３６は、キャリアヘッドの並進位置にかかわらず、それらが、プラテン回転の一部分の間に基板１０の下を通るように、配置され得る。研磨パッド３０が２層パッドであると仮定すると、薄いパッド領域３６は、バッキング層３２の一部分を除去することによって、作ることができる。
【００２６】
研磨ステーション２２は、研磨パッドの状態を維持するためのコンディショニングディスク３１を有するパッドコンディショナー装置を含むことができる。
【００２７】
インシトゥモニタリングシステム４０は、基板１０上の最外層の厚さに依存する、時間的に変化する一連の値を生成する。詳細には、インシトゥモニタリングシステム４０は、渦電流モニタリングシステムであり得る。同様な渦電流モニタリングシステムが、米国特許第６，９２４，６４１号、第７，１１２，９６０号及び第７，０１６，７９５号に記載されており、それらの開示全体が、参照により本書に組込まれる。動作中、研磨ステーション２２は、いつ最外層のバルクが除去され、及び／又は下にあるストップ層が露出されたかを決定するために、モニタリングシステム４０を用いる。インシトゥモニタリングシステム４０は、基板の表面から除去された材料の量を決定するために用いられ得る。
【００２８】
幾つかの実施態様において、研磨ステーション２２は、研磨ステーション又は研磨ステーションの／の中の部品の温度をモニタするための温度センサ６４を含む。図１では、研磨パッド３０及び／又はパッド３０上のスラリ３８の温度をモニタするように配置されているのが示されているけれども、温度センサ６４は、基板１０の温度を測定するために、キャリアヘッドの内部に配置されることもできるであろう。温度センサは、研磨パッド又は基板の最外層の温度を正確にモニタするために、研磨パッド又は導電層であり得る基板１０の最外層と直接接触することもできる（すなわち、接触センサ）。温度センサは、非接触センサ（例えば、赤外線センサ）であることもできる。幾つかの実施態様において、例えば、研磨ステーションの／の中の様々な部品の温度を測定するために、複数の温度センサが、研磨ステーション２２に含まれる。温度（複数可）は、例えば、周期的に及び／又は渦電流システムによってなされるリアルタイム測定と関連して、リアルタイムで測定され得る。モニタされた温度（複数可）は、インシトゥで渦電流測定を調整する際に、用いられ得る。
【００２９】
幾つかの実施態様において、研磨装置は、更なる研磨ステーションを含む。例えば、研磨装置は、２つ又は３つの研磨ステーションを含むことができる。例えば、研磨装置は、第一の渦電流モニタリングシステムを有する第一の研磨ステーション及び第二の渦電流モニタリングシステムを有する第二の研磨ステーションを含むことができる。
【００３０】
例えば、動作中、基板上の導電層のバルク研磨が、第一の研磨ステーションで実施されることができ、導電層のターゲット厚さが基板上に残ったときに、研磨が停止されることができる。基板は、その後、第二の研磨ステーションに移送され、下層、例えば、パターニングされた誘電体層まで研磨されることができる。
【００３１】
図２は、渦電流センサ４９によって生成された例示的な磁場４８の断面図を示す。渦電流センサ４９は、少なくとも部分的に凹部２６（図１参照）の中に配置されることができる。幾つかの実施態様において、渦電流センサ４９は、２つの極４２ａ及び４２ｂを有するコア４２並びに駆動コイル４４を含む。磁気コア４２は、駆動コイル４４の中にＡＣ電流を受けて、極４２ａと極４２ｂの間に磁場４８を生成することができる。生成された磁場４８は、薄いパッド領域３６を通って基板１０の中に延びることができる。感知コイル４６は、基板１０の導電層１２の中に誘導される渦電流に依存する信号を生成する。
【００３２】
図３は、プラテン２４の上面図を示す。プラテン２４が回転するとき、センサ４９が基板１０の下をスイープ（ｓｗｅｅｐ）する。ある特定の周波数でセンサからの信号をサンプリングすることによって、センサ４９は、基板１０を横切る一連のサンプリングゾーン９６における測定値を生成する。各スイープに対して、サンプリングゾーン９６のうちの１つ以上における測定を選択又は組合せることができる。従って、複数のスイープの間に、選択又は組合せられた測定は、時間的に変化する一連の値を提供する。加えて、センサ４９が基板１０の下に配置されていない場所で、オフウェハ測定が実施されてもよい。
【００３３】
研磨ステーション２２はまた、渦電流センサ４９が基板１０の下にあるとき及び渦電流センサ４９が基板から離れているときを感知するために、光学的遮断器などの位置センサ８０を含んでもよい。例えば、位置センサ８０は、キャリアヘッド７０の反対側の固定した場所に据え付けることができる。フラグ８２を、プラテン２４の周囲に取り付けることができる。フラグ８２の取り付け点及び長さは、コア４２が基板１０の下をスイープするときに、フラグが位置センサ８０に信号を送ることができるように、選択される。
【００３４】
代替的に、研磨ステーション２２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むことができる。渦電流センサは、プラテンの回転ごとに、基板の下をスイープすることができる。
【００３５】
図１及び図２に戻って、動作中に、発振器５０が、駆動コイル４４に接続され、駆動コイル４４を制御して、コア４２の本体を通って、コア４２の２つの磁極４２ａ及び４２ｂの間の間隙の中に延びる振動磁場４８を発生させる。磁場４８の少なくとも一部が、研磨パッド３０の薄いパッド領域３６を通って、基板１０の中に延びる。
【００３６】
例えば金属層といった導電層１２が、基板１０上に存在する場合、振動磁場４８は、導電層の中に渦電流を発生させることができる。発生した渦電流は、感知コイル４６によって検出することができる。
【００３７】
研磨が進むにつれて、材料が導電層１２から除去され、導電層１２を薄くし、故に、導電層１２の抵抗を増加させる。従って、研磨が進むにつれて、層１２の中に誘導される渦電流は変化する。その結果、導電層１２が研磨されるにつれ、渦電流センサからの信号は変化する。
【００３８】
図４は、導電層の厚さと渦電流モニタリングシステム４０からの信号との間の関係曲線４１０を示すグラフ４００である。グラフ４００において、ＩＴは、導電層の初期厚さを示し、Ｄは初期厚さＩＴに対応する所望の渦電流値であり、Ｔｐｏｓｔは、導電層の最終厚さを表し、ＤＦは、最終厚さに対応する所望の渦電流値であり、Ｋは、導電層の厚さゼロにおける渦電流信号の値を表す定数である。
【００３９】
幾つかの実施態様において、渦電流モニタリングシステム４０は、感知コイル４６の中を流れる電流の振幅に比例する信号を出力する。幾つかの実施態様において、渦電流モニタリングシステム４０は、駆動コイル４４の中を流れる電流と、感知コイル４６の中を流れる電流との間の位相差に比例する信号を出力する。
【００４０】
層の厚さの減少に加えて、研磨の進行に伴う層の温度の上昇が、導電層の抵抗の増加をもたらす。従って、層１２の温度が上昇するにつれて、所与の厚さを有する層１２の中に誘導される渦電流は減少する。従って、層の温度が上昇するにつれて、渦電流に基づいて決定された測定された厚さは、実際の厚さよりも小さくなり得る。言い換えると、所与の厚さを有する層の温度が上昇するにつれて、層は、より薄く見える。研磨プロセスが、測定された厚さより大きい実際の厚さで止まり得るので、そのような測定された厚さに基づいて決定された終点は、層の不十分な研磨をもたらし得る。加えて、異なる基板の導電層の温度は、異なり得る。その結果、これらの導電層の測定された厚さは異なることがあり、測定に基づいて決定された終点は、異なる基板間で不均一な研磨をもたらし得る。渦電流信号に基づいて決定された測定された厚さは、例えば、導電層の温度変化に対して渦電流信号を補償することによって、及び／又は導電層の温度変化に対して測定された厚さを補償することによって、実際の厚さに近づくように調整することができる。
【００４１】
一例として、図５は、導電層の厚さ、研磨時間、渦電流信号の強度、及び導電層の温度変化の間の関係を示す。曲線６０２によって示されるように、研磨時間ｔが増加するにつれて、導電層の温度Ｔは上昇する。２つの曲線６０４、６０６は、研磨時間ｔが増加するにつれて、また導電層の厚さが減少するにつれて、渦電流信号の値が減少することを示す。曲線６０４、６０６の傾向は、図４の曲線４１０に示される信号−導電層の厚さの関係に概して対応する。しかしながら、曲線６０２における導電層の温度上昇が補償されない曲線６０４における渦電流信号Ａ（ｔ）の値は、温度上昇が補償される曲線６０６における渦電流信号Ａ（ｔ，Ｔ）よりも、大きな速度で減少する。任意の所与の研磨の瞬間ｔｐにおいて、補償されない渦電流信号Ａ（ｔｐ）は、補償された渦電流信号Ａ（ｔｐ，Ｔ）の強度よりも大きくなく、例えば小さい。それ故、Ａ（ｔｐ）に基づく測定された厚さは、時刻ｔｐにおける導電層の実際の厚さをより良く表すＡ（ｔｐ，Ｔ）に基づく測定された厚さよりも小さい。
【００４２】
幾つかの実施態様において、所定の導電層の厚さに対応する所定のトリガ値Ａ０に、渦電流信号の強度が達したときに、研磨プロセスの終点がもたらされる。一般に、この所定の導電層の厚さは、室温すなわち２０℃の仮定の下での信号値Ａ０に変換される。実際の温度変化のため、曲線６０４は、曲線６０６よりも早くトリガ値に達し、研磨プロセスを早期に終了させる。それ故、曲線６０４に従った場合、導電層は不十分に研磨され得る。曲線６０６に従った場合、導電層は、より正確に且つより信頼性をもって研磨されることができる。
【００４３】
図１及び図３に戻って、汎用プログラマブルデジタルコンピュータ９０を、渦電流信号を受信できる感知回路９４に接続することができる。コンピュータ９０は、基板が概して渦電流センサ４９の上にあるときに、渦電流信号をサンプリングし、サンプリングされた信号を保存し、保存された信号に終点検出論理を適用し、研磨終点を検出し、及び／又は研磨均一性を改善するために、研磨パラメータに対する調整、例えば、キャリアヘッドによってかけられる圧力に対する変化、を計算するように、プログラムされることができる。検出器論理のための可能な終点基準には、極小若しくは極大、傾きの変化、振幅若しくは傾きの閾値、又はそれらの組合せが含まれる。
【００４４】
コイル及びコア以外の渦電流モニタリングシステムの構成要素、例えば発振器５０及び感知回路９４は、プラテン２４から離れて配置され、ロータリ電気ユニオン２９を通ってプラテン内の部品に接続されることができ、又はプラテン内に取り付けられ、ロータリ電気ユニオン２９を通ってプラテン外部のコンピュータ９０と通信することができる。
【００４５】
加えて、コンピュータ９０は、渦電流信号を、基板の下の渦電流センサ４９の各スイープから、あるサンプリング周波数で測定し、複数のサンプリングゾーン９６に対する一連の測定値を生成し、各サンプリングゾーンの半径方向位置を計算し、振幅の測定値を複数の半径範囲に分けて、一つ以上の半径範囲からの測定値を用いて、研磨終点を決定し、及び／又は研磨パラメータに対する調整を計算するように、プログラムされることができる。
【００４６】
渦電流センサ４９は、プラテンの回転ごとに基板１０の下をスイープするので、導電層の厚さについての情報が、インシトゥで且つ連続的なリアルタイム方式で蓄積されている。研磨ステーション２２の操作者が、研磨作業の進捗を視覚的にモニタすることができるように、研磨中、渦電流センサ４９からの測定値が、出力装置９２上に表示されることができる。測定値を複数の半径範囲に配列することによって、各半径範囲の導電性膜の厚さについてのデータが、コントローラ（例えば、コンピュータ９０）に供給され、キャリアヘッドによってかけられる研磨圧力プロファイルを調整することができる。
【００４７】
幾つかの実施態様において、コントローラは、渦電流信号を用いて、研磨パラメータの変化を引き起こし得る。例えば、コントローラは、スラリ組成を変化させ得る。
【００４８】
温度変化の補償
上記のように、導電層の温度変化のため、受信された渦電流信号に基づいて測定された終点厚さを含む渦電流測定値は、導電層の実際の厚さを反映するように調整を必要とし得る。調整は、受信された渦電流信号Ａ（ｔ）を温度変化に対して補償して、導電層の温度Ｔに基づく調整された信号Ａ（ｔ，Ｔ）にすることによって、なされ得る。あるいは、調整されていない渦電流信号Ａ（ｔ）に基づいて決定された測定された厚さが、調整されてもよい。幾つかの実施態様において、渦電流Ａ（ｔ）と測定された厚さの両方が調整され、研磨プロセスの終点を決定する。調整（複数可）は、コンピュータ９０又は別のコンピュータ上に保存された１つ以上のコンピュータプログラムによってインシトゥで自動的に行われることができる。インシトゥの調整は、導電層の温度又は研磨パッドの温度及び渦電流信号のインシトゥ測定に基づいて、行われることができる。幾つかの実施態様において、ユーザは、コンピュータプログラムと相互作用して、ユーザインターフェイス、例えば、出力装置９２又は別の装置上に表示されるグラフィカルユーザインターフェイスを通して厚さの調整を決定することができる。
【００４９】
図６は、渦電流信号と導電層の厚さを含む渦電流測定値を、導電層の温度変化に対して補償する例示的プロセス５００を示す。補償プロセスの結果は、研磨プロセスの終点を決定する際に、用いることができる。プロセス５００は、コンピュータ９０などの１つ以上のプロセッサによって実行されることができる。
【００５０】
プロセス５００において、時刻ｔに測定された渦電流信号Ａ（ｔ）が、測定された導電層の厚さＴｈｉｃｋ（ｔ）に変換される（５０２）。変換は、渦電流信号を検出するセンサの信号対厚さの相関式を用いて、行われることができる。式は、研磨ステーションのセンサ又はセンサのタイプに対して、また導電層の材料に対して、経験的に決定することができる。一度決定されると、式は、同じ導電層材料に対して、同じ研磨ステーションのセンサ又はセンサのタイプについて、用いることができる。渦電流センサでの銅層の例では、信号対厚さの相関式は、
Ａ（ｔ）＝Ｗ１ｔｈｉｃｋ（ｔ）２＋Ｗ２ｔｈｉｃｋ（ｔ）＋Ｗ３
であり、ここで、Ｗ１，Ｗ２，及びＷ３は、実数値のパラメータである。
【００５１】
プロセス５００を実行するプロセッサ（複数可）はまた、リアルタイムの温度Ｔ（ｔ）における導電層の抵抗率ρＴを計算する（５０４）。幾つかの実施態様において、抵抗率ρＴは、以下の式に基づいて計算される：
ρＴ＝ρ０［１＋α（Ｔ（ｔ）−Ｔｉｎｉ）］
ここで、Ｔｉｎｉは、研磨プロセスが開始されるときの導電層の初期温度である。研磨プロセスが室温で実行される状況では、Ｔｉｎｉは、２０℃の概略値を取り得る。ρ０は、室温であり得るＴｉｎｉにおける導電層の抵抗率である。通常、αは、文献に見出すことができる又は実験から得ることができる既知の値である。
【００５２】
αを決定するための例示的プロセス７００が、図７に関連して以下のように記載される。プロセス７００は、研磨ステーション２２を用いる実験として、配列することができる。最初に、様々な厚さの一組の導電層が用意される（７０２）。それから、例えば、一連の厚さの測定値を記録しながら、徐々に導電層を加熱することによって、導電層の厚さを変えずに、各導電層に対して、厚さの測定が、複数の異なる温度でなされる（７０４）。各導電層に対して、変化している温度が、センサを用いてリアルタイムで測定されることができる（７０６）。様々な温度における各導電層の厚さもまた、例えば、渦電流モニタリングシステム４０を用いて測定される（７０８）。各導電層に対して、測定された厚さが温度に対してプロットされると、その導電層に対するグラフから、傾きを決定することができる（７１０）。様々な導電層の傾きを、その様々な導電層の実際の厚さに対してプロットすることができ（７１２）、αを、ステップ７１２で作られたグラフの傾きとして決定することができる（７１４）。
【００５３】
図６に戻って、プロセス５００において、測定された導電層の厚さＴｈｉｃｋ（ｔ）が、抵抗率ρＴに基づいて、標準温度Ｔｉｎｉ、例えば室温における調整された導電層の厚さＴｈｉｃｋ０（ｔ）に変換される（５０６）。例えば、調整された導電層の厚さＴｈｉｃｋ０（ｔ）を、以下のように計算することができる。
Ｔｈｉｃｋ０（ｔ）＝Ｔｈｉｃｋ（ｔ）×ρＴ／ρ０
【００５４】
調整された導電層の厚さが、その後、対応する調整された渦電流信号Ａ（ｔ，Ｔ）に変換される（５０８）。導電層の厚さＴｈｉｃｋ０（ｔ）の、対応する調整された渦電流信号Ａ（ｔ，Ｔ）への変換には、渦電流信号Ａ（ｔ）を、測定された導電層の厚さＴｈｉｃｋ（ｔ）に変換するために用いられるのと同じ、厚さの相関式を用いることができる。
【００５５】
Ａ（ｔ）の代わりに、プロセッサは、Ａ（ｔ，Ｔ）を、渦電流信号の終点トリガレベルＡ０と比較し（５１０）、研磨プロセスが終点に達したかどうかを決定する。ステップ５１０でなされた決定は、Ａ（ｔ）を用いてなされる決定よりも正確であり得る。導電層の不十分研磨が、減少又は回避することができる。
【００５６】
幾つかの実施態様において、測定された渦電流信号及び測定された導電層の厚さを調整する際に用いられる温度Ｔ及びＴｉｎｉは、導電層の温度の代わりに、研磨パッドの温度Ｔｐ及びＴｐｉｎｉであり得る。幾つかの実施態様において、温度Ｔｐ及びＴｐｉｎｉは、導電層の温度よりも容易にインシトゥで測定することができ、導電層に対するρＴ及びαをかなり正確に決定するのに用いることができる。具体的には、導電層に対するρＴは、以下のように計算することができる：
ρＴ＝ρ０［１＋α（Ｔｐ（ｔ）-Ｔｐｉｎｉ）］
ここで、ρ０は、室温における導電層の抵抗率であり、αは、導電層の抵抗率温度係数である。
【００５７】
導電層に対するαを計算するに際し、温度Ｔｐ及びＴｐｉｎｉを用いるために、図７のプロセス７００と類似のプロセスが実行され得る。例えば、プロセス７００のステップ７０４及び７０６を除いて、その他のステップが、変更なしに実行され得る。修正されたステップ７０４において、研磨パッドの温度変化を引き起こすことによって、導電層の温度変化が引き起こされる。パッドが導電層と接触するようにされ、導電層から材料を除去することなく、導電層の温度を変化させる。修正されたステップ７０６において、パッドの変化している温度が、センサを用いてリアルタイムで測定され、これらの温度が、様々な導電層に対する傾きを決定するために、導電層の測定された厚さとともに、ステップ７１０で用いられる。
【００５８】
いかなる特定の理論にも束縛されることを望んではいないが、研磨パッドの温度Ｔｐ及びＴｐｉｎｉを用いて計算された抵抗率ρＴは、導電層の温度Ｔ及びＴｐｉｎｉを用いて計算された抵抗率ρＴと同様であり、何故なら、温度差（Ｔｐ（ｔ）-Ｔｐｉｎｉ）及び（Ｔ（ｔ）-Ｔｉｎｉ）が同様であるからであり、αもまた、パッド温度Ｔｐを用いて一貫して決定されるからであると、考えられる。
【００５９】
終点の決定において温度変化を補償するプロセスを用いる代わりに、又はそれに加えて、このプロセスはまた、測定された厚さ又は導電層に関連する他のパラメータを研磨プロセス中に調整する際に、実施することもできる。幾つかの状況において、測定された厚さ及び／又は他のパラメータは、研磨速度などの制御パラメータを、研磨プロセス中に調整する際に、用いることができる。調整された厚さ又は他のパラメータは、測定された厚さ又は他のパラメータよりも、実際の厚さ又は実際のパラメータに近くなることができる。従って、より正確な制御パラメータの調整が、調整された厚さ又は他のパラメータに基づいて、なされ得る。
【００６０】
温度変化を補償するプロセスは、プロセスが行われていることにユーザが気づくことなく、自動的に実施することができる。幾つかの実施態様において、ユーザインターフェイスがユーザに提供されることができ、ユーザが、プロセスを実行するコンピュータプログラム（複数可）と相互作用できるようにする。例えば、ユーザは、プロセス及びプロセスと関連するパラメータを実行するかどうかを選択することができる。ユーザは、選択を１回以上テストして、その研磨結果を比較することによって、研磨プロセスにおける彼／彼女の要求に最も良く適合する選択を行うことができる。
【００６１】
上記の研磨装置及び方法は、様々な研磨システムに適用できる。研磨パッド又はキャリアヘッドのいずれか、又はその両方が、研磨面と基板との間の相対運動を与えるように移動することができる。例えば、プラテンは、回転するのではなく、軌道を描いて回ってもよい。研磨パッドは、プラテンに固定された円形（又は何か他の形状の）パッドであってもよい。終点検出システムの幾つかの態様は、例えば、研磨パッドが、直線的に移動する連続的又はリールツーリールのベルトである、直線的研磨システムに適用可能であり得る。研磨層は、標準的な（例えば、フィラーを有する又は有しないポリウレタン）研磨材料、柔らかい材料、又は固定砥粒研磨材料であってよい。相対的な位置決めについての用語が用いられる。研磨面及び基板が、垂直配向又は他のある配向に保持され得る、ということが理解されるべきである。
【００６２】
実施形態は、１つ以上のコンピュータプログラム製品として、すなわち、非一過性の機械可読記憶媒体中に有形に具体化された１つ以上のコンピュータプログラムとして、データ処理装置、例えばプログラマブルプロセッサ、コンピュータ、又は複数のプロセッサ若しくはコンピュータによる実行のために、又はそれらのオペレーションを制御するために、実施することができる。本発明の多くの実施形態が記載された。それにもかかわらず、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、様々な修正がなされ得るということが、理解されよう。例えば、より多くの又はより少ない較正パラメータが、用いられてもよい。加えて、較正及び／又はドリフト補償方法が、変更されてもよい。従って、他の実施形態が、以下の特許請求の範囲内にある。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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