(57)【要約】基板の抵抗ベース特性測定を強化するための方法および装置が提供される。この装置は、渦電流で発生する電磁界で生成される信号を検出するよう構成されるセンサを含む。感度強化作用を可能にするため、磁界強化源は、センサに対して測定対象物の他の側面に設けられる。感度強化源は、測定対象物で生成される渦電流の強度を高めるものであり、その結果、センサの感度を高める。層の厚さ判定を可能にするシステムおよび抵抗ベース特性特徴を求めるための方法も提供される。
2006500590.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
抵抗ベース特性を求めるための方法であって、この方法が：
磁界と対応付けられた信号強度を検出するよう構成されるセンサを提供するステップと；
導電性対象物をセンサの検出スペースに導入するステップと；
センサの感度および信号対雑音比を向上させるため、センサで生成される一次磁界を、磁界強化源を通して強化するステップとを含む方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、センサが渦電流センサであることを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法であって、信号強度が、導電性対象物の表面に配設された薄膜と導電性対象物とのうちの１つの厚さを示すことを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項１に記載の方法であって、抵抗ベース特性が、層厚さ、ドーパント濃度、薄膜スタック組成、金属薄膜健全性、表面粗さ、表面層健全性、不純物分布、粒径分布よりなる組から選定されることを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項１に記載の方法であって、センサの感度および信号対雑音比を向上させるため、センサで生成される一次磁界を、磁界強化源を通して強化する方法の操作が、
センサと反対側にある導電性対象物の他の側面に磁界強化源を設けるステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項６】
請求項２に記載の方法であって、磁界強化源が、強磁性体、常磁性体、その他の渦電流センサよりなる組から選定されることを特徴とする方法。
【請求項７】
請求項６に記載の方法であって、強磁性体がパーマロイベース材料であることを特徴とする方法。
【請求項８】
導電性対象物の抵抗ベース特性を測定するための装置であって、この装置が：
磁界で生成される信号を検出するよう構成されるセンサと；
磁界強化源であって、センサと磁界強化源との間の検出スペース内に導電性対象物を設けることができるようセンサに対して磁界強化源を設け、磁界強化源がセンサの感度を向上させる磁界強化源とを備える装置。
【請求項９】
請求項８に記載の装置であって、センサが渦電流センサであることを特徴とする装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の装置であって、信号の強度が、導電性対象物の層厚さ、導電性対象物のドーパントレベル、導電性対象物の健全性特性、導電性対象物の表面粗さ、導電性対象物の不純物量、導電性対象物の粒径よりなる組から選定されることを特徴とする装置。
【請求項１１】
請求項８に記載の装置であって、磁界強化源が、強磁性体と常磁性体のうちの１つであることを特徴とする装置。
【請求項１２】
請求項９に記載の装置であって、磁界強化源が、対象物の他の側面の反対側にあり渦電流センサと実質的に並ぶ他の渦電流センサであり、他の渦電流センサが、渦電流センサの磁界と同期する第２磁界を生成することを特徴とする装置。
【請求項１３】
請求項１０に記載の装置であって、導電性対象物の層が金属層であることを特徴とする装置。
【請求項１４】
請求項１０に記載の装置であって、層の厚さが約２５００オングストロームと約０オングストロームの間であるところの装置。
【請求項１５】
磁界で生成される信号を通して対象物の層の厚さ判定を可能にするシステムであって、このシステムが：
渦電流センサと；
渦電流センサと磁界強化源との間に検出スペースを規定するよう位置づけされた磁界強化源であって、この磁界強化源が渦電流センサの軸と交差する磁界強化源と；
対象物が渦電流センサと磁界強化源との間の検出スペース内に位置づけられるよう対象物を支持するよう構成されるベースと
渦電流センサと通信する制御装置であって、この制御装置が、渦電流センサで検出される信号から対象物の層の厚さを出力するよう構成され、渦電流センサの感度が磁界強化源で強化されることを特徴とする制御装置とを備えるシステム。
【請求項１６】
請求項１５に記載のシステムであって、磁界強化源が、対象物の他の側面の反対側に設けられる他の渦電流センサであり、他の渦電流センサが渦電流センサと実質的に並び電気的に同期することを特徴とするシステム。
【請求項１７】
請求項１５に記載のシステムであって、磁界強化源は、強磁性体と常磁性体のうちの１つであることを特徴とするシステム。
【請求項１８】
請求項１７に記載のシステムであって、強磁性体が、パーマロイ、鉄含有化合物、ニッケル含有化合物、コバルト含有化合物よりなる組から選定されることを特徴とするシステム。
【請求項１９】
請求項１７に記載のシステムであって、常磁性体が、マグネシウム、ガドリニウム、アルミニウムよりなる組から選定されることを特徴とするシステム。
【請求項２０】
請求項１５に記載のシステムであって、支持がウェーハキャリアであり、このウェーハキャリアが、それに埋め込まれた渦電流センサをもち、磁界強化源が、研磨パッドのステンレス鋼裏打ちであることを特徴とするシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（発明の背景）
本発明は、一般的には集積回路加工に関するものであり、さらに詳細には半導体ウェーハ製造中のプロセス制御のための計測に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体加工中、基板で実行中の処理操作の特性を測定する機会は多数ある。この特性の多くは、特性を示す信号を補足することで求められる。例えば、レーザ干渉分光法、発光分光法等を用いるさまざまなエンドポイント判定法が利用可能である。しかし大きさ、特に半導体の製造で用いられる薄膜厚さが低下し続けると、特性を示す信号は、ある状況下で検出不能になる。例えば、ずれ、近接、薄膜厚さ測定に対して渦電流センサが用いられる。このセンサは、測定対象に近い試験コイルの磁界を変動させることでサンプル中の電流を誘導させることによる。磁界変動は、コイル中に交流を通すことで得られる。変動電磁界により渦電流が誘導され、この渦電流が適用磁界を摂動させ、コイルインダクタンスを変化させる。
【０００３】
図１は、渦電流センサが作動する原理の簡略化された概略図である。導電対象物１０２に近接するコイル１００を通して交流が流れる。コイルの電磁界により導電対象物１０２の渦電流１０４が誘導される。渦電流の大きさおよび位相は、次にコイルの負荷に影響を及ぼす。このように、コイルのインピーダンスは渦電流の影響を受ける。この影響を測定して、導電対象物１０２の近接性および対象物の厚さを検出する。距離１０６はコイル１００上の渦電流１０４の効果に影響するため、対象物１００２が移動すると、コイル１００上の渦電流の影響を監視するセンサからの信号も変化する。
【０００４】
薄膜、特に銅薄膜の厚さを測定するため渦電流センサを用いる試みは失敗した。渦電流センサは、２５００オングストローム（Å）未満の厚さをもつ薄膜を感知しないことがわかった。そのため、特性サイズが小さくなるにしたがい、渦電流センサは約２５００Å未満の薄膜を感知するよう適応できるようにしなければならない。さらに、現在利用できる厚さ測定センサは、一般的に、層スタックの特定層の厚さを測定するよう設計されている。つまり、こういったセンサは、厚さだけを測定するよう特別に設計されており、厚さ測定以外の測定を行うような柔軟性をもたない。さらに詳細には、厚さ測定センサは、基板上に配設された層スタックの特定層に対する厚さ測定を選択的に強化できない。
【０００５】
前述の観点から、薄膜の測定を可能にするため、渦電流センサの感度を強化する必要がある。さらに、層スタックの薄膜を選択的に対象に選ぶことのできるセンサを提供する必要がある。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
（発明の要旨）
大局的には、渦電流といったセンサの感度を向上させ、渦電流といった測定対象信号の大きさに影響を与える磁界を強化することにより、本発明はこれらの必要性を満たす。本発明は、装置、システム、機器、方法を含むさまざまな方法で実行可能であることを認めるべきである。本発明の発明上の実施例を複数個、以下に説明する。
【０００７】
１つの実施例において、抵抗ベース特性を求めるための方法が提供される。この方法は、磁界と対応付けられた信号強度変動を検出するよう構成されるセンサを提供することで開始される。その後、導電性対象物をセンサの検出スペースに導入する。次に、センサの感度および信号対雑音比を向上させるため、センサで生成される一次磁界が磁界強化源を通して強化される。
【０００８】
本発明の他の実施例において、導電性対象物の抵抗ベース特性を測定するための装置が提供される。この装置は、磁界で生成される信号を検出するよう構成されるセンサを含む。磁界強化源が含まれる。センサと磁界強化源間の検出スペース内に導電性対象物を設けることができるよう、磁界強化源がセンサに対して位置づけされる。磁界強化源はセンサの感度を向上させる。
【０００９】
さらに他の実施例において、磁場で生成される信号を通して対象物の層の厚さ判定を可能にするシステムが提供される。このシステムは渦電流センサを含む。渦電流センサと磁界強化源との間に検出スペースを規定するよう位置づけされた磁界強化源が含まれる。磁界強化源は、渦電流センサの軸と交差するよう位置づけされる。対象物が渦電流センサと磁界強化源との間の検出スペース内に位置づけられるよう対象物を支持するようベースが構成される。渦電流センサと通信する制御装置が提供される。渦電流センサで検出される信号から対象物の層の厚さを出力するよう制御装置が構成され、この渦電流センサの感度が磁界強化源で強化される。
【００１０】
本発明のさらに他の実施例により、基板の層の厚さを求めることを可能にするシステムが提供される。このシステムは、基板の底面を支持するよう構成される基板サポートを含む。この基板サポートは磁界強化源を含む。基板サポート上に位置づけられる渦電流センサが含まれる。渦電流センサと通信する制御装置が提供される。この制御装置は、渦電流センサで検出される信号から基板の層の厚さを出力するよう構成され、この渦電流センサの信号に対する感度が磁界強化源で強化される。
【００１１】
前述の一般的な説明および以下の詳細な説明は代表的なものであって説明に供するためだけのものであり、請求された本発明を制限するものでないということを理解すべきである。
【００１２】
（好ましい実施例の詳細な説明）
本発明の複数の代表的実施例について、ここで添付図面を参照しながら以下に説明する。図１については、上の『発明の背景』で論じられている。
【００１３】
ここで説明する実施例により、試験対象物内の磁界を外部から強化することで渦電流といった抵抗ベース信号の強化が可能になり、次にこの対象物が渦電流を増加させる。増加した渦電流はその後、センサの感度を向上させる。磁界の干渉性振幅により、検出される信号が強化され、これによりセンサが信号を検出し、対象物の抵抗ベース特性、すなわち特性特徴を求めるための必要情報が提供される。典型的な抵抗ベース特性は、層厚さ、半導体基板厚さ、基板のドーパント濃度、薄膜スタック組成、導電性薄膜健全性、導電性層表面粗さ、導電性層不純物分布、導電性層内の粒径分布等を含む。
【００１４】
１つの実施例において、センサが渦電流センサであり、監視される抵抗ベース特性特徴が薄膜厚さである。渦電流センサの感度を向上させることで、センサが以前には「見ること」ができなかったような薄膜の測定が可能になる。１つの実施例において、薄膜厚さは約２５００オングストローム（Å）未満である。他の実施例において、強磁性体、常磁性体、あるいは追加渦電流センサといった磁界強化源で磁界が強化される。これにより、渦電流センサと磁界強化源の間におかれた基板は渦電流を発生するが、この渦電流は、渦電流センサの発生磁界を強化することを通して渦電流センサで検出可能になる。検出される渦電流は、基板の薄膜厚さもしくは他の抵抗ベース特性特徴を示す。基板やウェーハといった用語は、ここで交換可能なものとして認められるべきである。
【００１５】
図２は、本発明の１つの実施例によるさまざまな構成に対する渦電流センサ応答を示すグラフである。ライン２００は、磁界強化源なしでウェーハだけによる渦電流センサ応答を示す。見てわかるとおり、渦電流センサは２５００オングストローム未満の厚さでは検知しない。言い換えると、この特定の感度では、渦電流センサは２５００オングストローム未満の薄膜を検知できない。ライン２０２は、銅スラグがウェーハの他の側面に設けられた場合、すなわち渦電流センサに対して逆側を向いている場合の渦電流センサを示す。この銅が反磁性体であることを認めるべきである。したがって、反磁性体が測定薄膜の裏側におかれる場合、二次磁界を発生させ、この二次磁界がセンサの一次磁界を抑える。反磁性体は永久磁気双極子モーメントをもつが、印加磁界で誘導される双極子をもつ。次に、渦電流センサ信号が低下する。このように、反磁性体がセンサから見てウェーハの反対側に置かれると、渦電流センサの感度は低くなる。ライン２０４は、強磁性体がウェーハの反対側に置かれる場合の渦電流センサ応答を示す。強磁性体があることで、渦電流センサ信号が強化され、渦電流センサが、２５００オングストロームよりもはるかに小さい非常に薄い薄膜の厚さを検知して測定することが可能になる。
【００１６】
当業者であれば、強磁性は、物質が永久磁石になることを可能にする、すなわち磁界内に強磁性体が置かれると非常に強力な内部磁場を生じ、外部磁界が取り除かれてもその一部が維持されるような物質特性であるということを認めるであろう。一般的に知られているとおり、強磁性は、微小磁石の効果をもつ磁気双極子モーメントを生成する原子内の電子のスピンが不均衡になることで生じる。もっとも一般的な強磁性体物質は、鉄、コバルト、ニッケル、さらにパーマロイといったこれらの金属それぞれの合金である。常磁性体もまた強磁性体と同じ効果をおよぼす。一般的に知られているとおり、常磁性体は、不対電子の存在で生じる磁界に対して中程度の引力を示す。常磁性は、ガス相や多数の遷移金属化合物溶液中で非常に一般的なものであるが、ここでは、複数の軌道が同一エネルギーレベルにあることから不対電子が生じている。常磁性体は、酸素と、マグネシウムやガドリニウム、アルミニウムといったさまざまな金属イオンとを含む。
【００１７】
図２に戻ると、ライン２０６は、ステンレス鋼スラグがウェーハの反対側に置かれる場合の渦電流センサ応答を示す。図に示すとおり、ステンレス鋼は若干の強化効果をもち、これにより１５００オングストローム程度の厚さの層がセンサで検知できるようになる。ステンレス鋼は多数の元素でできているが、これらの元素はさまざまな量であり、組成が異なれば磁石特性も異なることから、ステンレス鋼の組成は渦電流信号の強化に影響する。以下でさらに説明するとおり、化学的機械的平坦化研磨パッドのステンレス鋼裏打ちは磁界強化源である。磁界強化源は渦電流強化源としても言及されるが、その理由は、本発明の１つの実施例において渦電流を発生する磁界の強化を通して渦電流が強化されるということを認めるべきである。この実施例において、渦電流センサは、図７を参照しながら説明されるとおり、化学的機械的平坦化システムのウェーハキャリアに埋め込まれる。
【００１８】
図３は、本発明の１つの実施例による、渦電流センサと磁界強化源間に設けられる基板の簡略化された概略図である。基板２１２は添加シリコン部２１４と薄膜２１６とで構成され、検出スペース２１５内に置かれる。検出スペース２１５はまた検出領域としても言及できるということを認めるべきである。検出スペース２１５は、渦電流センサ２１０と磁界強化源２１８の最上面の間で規定される。磁界強化源は常磁性体もしくは強磁性体である。常磁性体や強磁性体は一次磁界方向に磁化されるため、基板２１２内で生成される渦電流は、渦電流を発生させる磁界の強化により強化される。このように、特に薄膜領域センサの感度は、振幅のオーダーで劇的に強化される。さらに、センサの信号対雑音比も強化される。１つの実施例において、薄膜２１６は２５００オングストローム未満の厚さをもつ。
【００１９】
図３の構成は、主基板２１４にもっとも近くに渦電流センサ２１０をおき、磁界強化源２１８が薄膜２１６に最も近くにおかれている様子を示す。つまり、渦電流センサ２１０および磁界強化源２１８は基板２１２の反対側におかれる。基板が複数の層、すなわち１つ以上の層を含む場合、磁界強化源２１８は、磁界強化源にもっとも近い層の厚さを示す信号を強化する。図３を参照すると、薄膜２１６が磁界強化源に最も近い薄膜である場合、薄膜２１６の厚さを決めるための信号を磁界強化源２１８が強化する。このように、磁界強化源２１８をとおして、基板２１２の層もしくは薄膜の選択的な強化が達成可能である。したがって、磁界をセンサに向けて反射し磁界を好ましい方向に向けることで、薄膜に照射するため薄膜２１６を通過する磁界を用いる磁気プロジェクタとして磁界強化源２１８が作用する。磁界を好ましい向きに方向付けることで渦電流の強化が可能になるとともに、信号対雑音比も向上でき、これによりセンサ２１０が信号を検出できる。１つの実施例において、磁界を好ましい向きに方向付ける操作は、磁界強化源２１８として用いられる強磁性体もしくは常磁性体をとおして達成される。
【００２０】
図４は、センサと磁界強化源が接合されている図３の他の実施例の簡略化された概略図である。ここで、センサ２１０は薄膜２１６に最も近く、磁界強化源２１８は主基板２１４に最も近い。この実施例において、基板２１２の向きは逆になっている。センサ２１０および磁界強化源２１８が堅固につながれており、このため磁界強化源内のセンサはアーム２１７でいっしょに取り除くことができるということを認めるべきである。例えば、センサ２１０および磁界強化源２１８は、図８を参照しながら説明したとおり、マッパ、アライナ等の前段半導体加工ツールを用いる。ここでマッパあるいはアライナは基板２１２を回転させ、アーム２１７は、磁界強化源２１８内のセンサ２１０を径方向に移動させることができる。このように、基板２１２の全面がこの構成でマッピングできる。基板２１２の方向が逆にされるため、基板強化源２１８は主基板２１４に最も近くなることから、主基板２１４を通過する磁界を用いて、磁界をセンサに向けて反射させて磁界を好ましい方向に向けることで、主基板を照射する。主基板２１４が添加シリコン基板である場合、図４の構成を用いて抵抗ベース特性を監視する。例えば、シリコン基板のドーパント濃度を測定できる。正しいドーパント濃度が達成できたことを証明するため、添加操作後にこの構成を行うということを当業者は認めるであろう。他の実施例において、図４の構成を用いて、添加操作のエンドポイント判定を行う。上で述べた抵抗ベース特性特徴としても言及される抵抗ベースのいずれかの特性は定量化されるということを認めるべきである。さらに、ここでは半導体基板について言及されているが、本発明は、磁界に関連付けられた信号を通して評価される任意の導電性対象物にも拡張できる。
【００２１】
図５は、本発明の１つの実施例による、複数センサにより基板の上面と底面との走査を可能にする様子の簡略化された概略図である。ここでセンサ１  ２１０ａは主基板２１４に最も近くおかれるが、センサ２  ２１０ｂは基板２１２の反対側におかれる。したがって、磁界強化源２１８ａおよび２１８ｂは基板２１２の反対側におかれる。当業者であれば、本実施例において、基板の両側から測定するため基板２１２を反転させる、すなわち向きを変える必要がないということを認めるであろう。さらにここでは、マッパ、アライナ等の半導体製造工程ツールでこの構成を用いることも可能である。マッパあるいはアライナから収集されたデータを保存し、エッチング蒸着あるいは化学的機械的平坦化といった下流工程に対する処方を設定するために後で検討することも可能である。その他、図５の構成を、半導体加工工程のためのエンドポイント判定で用いる。１つの実施例において、基板を半導体加工工程ツールの１つのステーションから他のステーションに移動しながら、図３、４あるいは５のセンサ構成を半導体加工ツールの基板パスにおいて適当な測定を記録する。
【００２２】
図６は、本発明の１つの実施例による、渦電流センサの１つで検出される信号を強化するため基板の他の側面に設けられる渦電流センサを用いる様子の簡略化された概略図である。ここで、基板２１２は、上部渦電流センサ２１０ａと下部渦電流センサ２１０ｂ間で規定される検出領域内にある。渦電流センサ２１０ａは実質的に渦電流センサ２１０ｂと並ぶ。つまり、本発明の１つの実施例において、渦電流センサ２１０ａおよび渦電流センサ２１０ｂは１つの共通軸２２０を共有する。渦電流センサ２１０ａおよび２１０ｂで収集される信号データは制御装置２２２に伝送される。制御装置２２２は信号からのデータを定量化するよう構成されるため、適当な抵抗ベース特性特徴を求めて、必要に応じて工程ツールに出力することができる。その他、データは、制御装置２２２に関連付けられた記憶媒体で電子的に保存される。
【００２３】
図７は、本発明の１つの実施例による、センサの感度を向上させるよう構成される化学的機械的平坦化（ＣＭＰ）システムの簡略化された概略図である。センサ２１０は基板キャリア２２４に埋め込められる。基板キャリア２２４は、主基板部２１４と薄膜２１６とをもつ基板２１２を支持するよう構成される。センサ２１０は制御装置２２２と通信する。１つの実施例において、センサ２１０は渦電流センサである。当然ながら、制御装置２２２は、化学的機械的平坦化操作のための処方を含むメモリをもつ汎用コンピュータであってもよい。ＣＰＭ操作中、基板キャリア２２４は基板２１２を平坦化パッド２２６の最上面に接触させる。平坦化パッド２２６はステンレス鋼裏打ち２２８で支持される。ここで、ステンレス鋼裏打ち２２８は、上述のとおり、磁界強化源として作用する。当然ながら、感度センサ２１０をさらに強化するため、ステンレス鋼裏打ち２２８は、強磁性もしくは常磁性の他の金属を含む、もしくはそれと置き換えることができる。したがって、センサが薄膜、すなわち２５００オングストローム未満の厚さをもつ薄膜を検出できるようセンサの感度および信号対雑音比が向上できる。当該技術の当業者であれば、ステンレス鋼を、ＣＭＰ操作に適した強磁性体もしくは常磁性体と置き換えればヒステリシス効果を防ぐことができるということは明らかであろう。図７のＣＰＭシステムは線形ベルトシステムとして示されているものの、ここで説明される実施例はロータリーテーブルトップＣＭＰシステムにも適用可能であるということを認めるべきである。
【００２４】
図８は、本発明の１つの実施例による、ＣＭＰ等の半導体処理ツールの高レベル概略図である。以下に説明するとおり、図３〜６を参照しながら説明されるセンサおよび磁界強化装置はＣＰＭ処理システムのフロントエンドに組み込まれ、ウェーハが処理モジュールに供給される、もしくは処理モジュールから受け入れる際のウェーハの厚さプロファイルが得られる。負荷ポートモジュール２３０ａ，２３０ｂ，２３０ｃは、処理される、および／または処理されたウェーハを含む。ロボット２４０は、ドライバッファ２３８またはアライナ２３４といった他のステーションにウェーハを輸送するため、負荷ポートモジュール２３０ａ〜ｃにアクセスするよう構成される。ロボット２３６はウェーハをＣＰＭ処理モジュールに、さらにＣＰＭ処理モジュールから輸送する。領域２３２はスピン・リンス・ドライ（ＳＲＤ）モジュールを示す。１つの実施例において、図４〜７を引用しながら論じた渦電流センサといった適当なセンサは、図８のフロントエンドシステム内に統合できる。例えば、センサもしくはセンサアレイをアライナ２３４に統合させることができる。したがって、アライナ２３４がウェーハを回転させると、厚さプロファイルはセンサで検出される。例えば、図４〜６を参照しながら説明される実施例は、基板の全面のマッピングを行うため、回転中基板上で軸方向に移動するよう構成される。このように、追加スペースは必要とされない、すなわち、システムのフットプリントは影響を受けず、ウェーハの経路は情報を得るために変更されない。センサ構成はＣＭＰツールに関して論じられているものの、センサ構成を、金属薄膜を扱いウェーハライナもしくはマッパを用いる任意のツールに組み込むことができるということを認めるべきである。さらに、単体のセンサをここで説明される実施例に組み込むことができる、もしくは、それに代わり、ウェーハのさらに完全な厚さプロファイルに対してさらに広いエリアをカバーするためセンサアレイを組み込むこともできる。
【００２５】
図９は、本発明の１つの実施例による、統合センサと磁界強化源をもつウェーハライナの簡略化された概略の断面図である。ウェーハライナ２３４は、基板２１２を回転させるよう構成される軸２４４を含む。１つの実施例において、基板２１２は、ウェーハの底面にかかる吸引により軸２４４に保持される。最上部センサ２４２ａおよび底部センサ２４２ｂはお互いに偏移されるため、各センサの感度を向上させるよう磁界強化源２３４ａおよび２４３ｂの設置を行うことができるようになる。図９で示される実施例におけるセンサの配置により、ウェーハの方向に関係なく薄膜の測定を可能にできるということを認めるべきである。最上部センサ２４２ａおよび底部センサ２４２ｂは基板２１２の中心から偏移されているものの、センサは基板上の適当な位置に任意数位置づけることができることから、これは限定的であることを意味するものではない。１つの実施例において、図５を参照しながら論じたとおり、最上部センサ２４２ａの軸が対応する底部センサ２４２ｂの軸と同じになる。
【００２６】
図９の各センサは制御装置２２２と通信する。１つの実施例において、制御装置２２２は、厚さプロファイル、もしくはその他の抵抗ベース特性特徴を電子的に保存するよう構成される。１つの実施例において、抵抗率ベース特性に関連するデータが、制御装置２２２と関連付けられた適当な記憶媒体上で保存される。当然ながら、任意数のセンサを用いて、基板２１２の抵抗ベース特性特徴を示す信号を検出できる。例えば、基板２１２がアラインメントプロセスに対して回転すると、センサは基板の厚さプロファイルをマッピングできる。１つの実施例において、制御装置２２２が、基板２１２の供給される処理操作を制御する汎用コンピュータである。ここで、汎用コンピュータは厚さプロファイルを保存し、基板２１２の処理操作前、もしくは処理操作中の処理操作に対する処方を調節できる。つまり、センサが処理システムのフロントエンドにおかれる場合、各基板が処理されると、特に基板の薄膜の厚さを監視する点で各基板に対する専用化が可能になる。例えば、圧力、ベルト速度といったＣＭＰ処方に対する処理変数を特定の基板に対して調節可能である。言い換えると、各処理操作を特定基板に対して専用化できる。当業者であれば、制御装置２２２が他の制御装置、もしくは他の処理操作を制御するコンピュータと通信し、ここで厚さプロファイルが他の制御装置もしくはコンピュータに提供されるということを認めるであろう。
【００２７】
図１０は、本発明の１つの実施例による、抵抗ベース特性特徴を求めるための方法操作のフロー図である。この方法は、磁界と関連付けられた信号強度を検出するよう構成されるセンサを提供する操作２６０で開始される。１つの実施例において、センサは、図４〜６を参照しながら説明したとおり、渦電流センサである。その後、この方法では、対象物をセンサの検出スペースに導入する操作２６２に進む。センサの検出スペースは、センサが信号を検出できるセンサ周辺エリアである。１つの実施例において、対象物は、センサの軸に対して実質的に垂直な半導体基板である。他の実施例では、複数センサが含まれる。この実施例において、図５を参照しながら論じたとおり基板の逆側、すなわち他の側面に少なくとも２つのセンサが設けられる。この方法はその後、操作２６４に進むが、ここでセンサにおいて生成される一次磁界が磁界強化源で強化される。上で論じたとおり、磁界強化源は、強磁性体もしくは常磁性体のスラグ、あるいは両者を組合せたものである。さらに、磁界強化源は、図６を参照しながら論じたとおり渦電流センサといった他のセンサである。次に、一次磁界を強化することで、渦電流信号といった信号が強化され、これによりセンサの感度および信号対雑音比を改善する。１つの実施例において、一次磁界が交番磁界である。
【００２８】
センサを既存ステーションと統合させると、基板あるいは対象物の厚さや添加濃度といった特定の抵抗ベース特性を求め、下流処理操作のために電子的に保存することができるということを認めるべきである。さらに、処理チェンバから基板が取り除かれると、各処理基板の厚さについても走査し、処理操作の結果としてのフィードバックを行うこともできる。したがって、フィードバックに基づく走査の処方に対して調節を行うことができる。当然ながら、処理後の結果は、さらに処理操作を行う場合に対しても利用可能である。
【００２９】
まとめると、本発明は、磁界を強化し、この磁界が次に、センサで検出される信号を強化する方法を提供する。これにより、磁界の強化により、センサの感度および信号対雑音比が向上する。１つの実施例において、磁界は、外部発生源であるセンサから離れた装置で強化されるということを認めるべきである。感度向上により、これまで検出できなかった信号をセンサが検出できるようになる。したがって、磁界強化源とセンサとの間の検出スペース内に置かれた導電性対象物の任意の抵抗ベース特性が定量化できる。さらに、上述の実施例を参照しながら説明したとおり、これまで検出できなかった信号が測定できるよう信号を強化できる。例えば、２５００オングストローム未満の薄膜の厚さは、磁界強化源とともに用いられると渦電流センサで測定可能である。
【００３０】
１つの実施例において、磁界強化源は強磁性体もしくは常磁性体スラグである。他の実施例において、第２のセンサが磁界強化源である。第２のセンサが磁界強化源である場合、２つのセンサの相がずれるよう移相が行われる。ここで、第２のセンサで生成される磁界の位相が、抑制効果を与えないよう第１のセンサの磁界の位相に対して１８０度ずれている。つまり、信号の抑制をなくすため、１つのセンサが１８０度だけ信号波をひっくり返す。上述の実施例では特に、薄膜厚さを測定するため渦電流センサが用いられたものの、任意の抵抗ベース特性を測定できるということを認めるべきである。さらに、ここで説明された本発明は、ＣＰＭ、プラズマエッチング、層蒸着といった処理、さらに基板層の厚さの特性化が必要な他の処理のための多数の半導体処理ツールに組み込むことも可能である。これらの処理ツール内において、磁界／渦電流強化源は簡単に組み込むことができる。例えば、エッチングや蒸着ツールに関して、基板サポート、すなわちチャックは、磁界強化特性をもつ材料で構成する、あるいはこういった特性をもつインサートを含めることができる。本分野の当業者であれば、このチャックは静電チャック、真空チャック、機械チャック等であってもよいことを認めるであろう。
【００３１】
しかし上述のとおり、本発明は、導電性対象物の適当な任意の抵抗ベース特性を求めるよう拡張することも可能である。つまり、基板上の薄膜厚さ、あるいは基板そのものの厚さを求めるのに加えて、ここで説明した実施例を用いて添加濃度を求める、薄膜スタック組成、金属薄膜健全性、表面粗さ、不純物分布、粒径分布等を特定することも可能である。本質的には、磁界／渦電流強化源により、センサ検出スペース内に設けられた導電性対象物に対して広範な抵抗ベース特性を確認することができるようになる。ここで説明した例の中には半導体製造での適用に向けたものであるものの、これらの実施例はこれらの適用に限定されるものではない。抵抗ベース特性で供給される情報を必要とする任意の適用例は、ここで説明した感度強化実施例の利点をもつ。
【００３２】
ここで説明した発明の１つの実施例では、磁界強化源としてパーマロイを用いる。当業者であれば、パーマロイが、ニッケルおよび鉄で構成され、ＮｉｘＦｅｙの組成をもつ高透磁率合金のグループを一般的にさすことを認めるであろう。１つの実施例において、鉄およびニッケルは、パーマロイ組成の約４０％から８０％の間にある。他の実施例において、パーマロイが、モリブデン、銅、クロム、タングステンといった他の元素を少量含む。
【００３３】
本発明はここで、複数の代表的実施例に関して説明された。本発明の他の実施例についても、本発明の仕様および実行例を検討すれば当業者にとっては明らかなものである。上記の実施例および好ましい特性については、添付の請求項で規定される本発明において代表的なものとみなされるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
本仕様書に組み込まれその一部を構成する添付図面は、本発明の代表的実施例を図示するものであり、説明と合せることにより本発明の趣旨を説明する一助となる。
【図１】図１は、渦電流センサが作動する原理の簡略化された概略図である。
【図２】図２は、本発明の１つの実施例によるさまざまな構成に対する渦電流センサ応答を示すグラフである。
【図３】図３は、本発明の１つの実施例による、渦電流センサと磁界強化源間に設けられる基板の簡略化された概略図である。
【図４】図４は、センサと磁界強化源が接合されている図３の他の実施例の簡略化された概略図である。
【図５】図５は、本発明の１つの実施例による、複数センサにより基板の上面と底面との走査を可能にする様子の簡略化された概略図である。
【図６】図６は、本発明の１つの実施例による、渦電流センサの１つで検出される信号を強化するため基板の他の側面に設けられる渦電流センサを用いる様子の簡略化された概略図である。
【図７】図７は、本発明の１つの実施例による、センサの感度を向上させるよう構成される化学的機械的平坦化（ＣＭＰ）システムの簡略化された概略図である。
【図８】図８は、本発明の１つの実施例による、ＣＭＰ等の半導体処理ツールの高レベル概略図である。
【図９】図９は、本発明の１つの実施例による、統合センサと磁界強化源をもつウェーハライナの簡略化された概略の断面図である。
【図１０】図１０は、本発明の１つの実施例による、抵抗ベース特性を求めるための方法操作のフロー図である。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【手続補正書】
【提出日】平成16年10月8日(2004.10.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
抵抗ベース特性を求めるための方法であって、この方法が：
磁界と対応付けられた信号強度を検出するよう構成されるセンサを提供するステップと；
導電性対象物をセンサの検出スペースに導入するステップと；
センサで生成される一次磁界を、センサと並び反対側にある他のセンサを通して強化するステップとを含む方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、センサおよび他のセンサが渦電流センサであることを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法であって、信号強度が、導電性対象物と、導電性対象物の表面上に配設された薄膜との厚さを示すことを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項１に記載の方法であって、抵抗ベース特性が、層厚さ、ドーパント濃度、薄膜スタック組成、金属薄膜健全性、表面粗さ、表面層健全性、不純物分布、粒径分布よりなる組から選定されることを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項１で記載の方法であって、センサで生成される一次磁界を、センサと並び反対側にある他のセンサを通して強化する方法操作が、
他のセンサで生成される磁界の位相を、一次磁界の位相に対して１８０度だけ移相するステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項６】
請求項２に記載の方法であって、導電性対象物が半導体基板であることを特徴とする方法。
【請求項７】
請求項６に記載の方法であって、半導体基板が導電性薄膜を含むことを特徴とする方法。
【請求項８】
導電性対象物の抵抗ベース特性を測定するための装置であって、この装置が：
第１の磁界で生成される信号を検出するよう構成される第１のセンサと；
第１のセンサと第２のセンサ間の検出スペース内に導電性対象物を設けることができるよう、第１のセンサの反対側にあり、第１の電流センサと実質的に並ぶ第２のセンサであって、この第２のセンサが、第１の磁界と同期する第２の磁界を生成する第２のセンサとを備える装置。
【請求項９】
請求項８に記載の装置であって、第１および第２のセンサが渦電流センサであることを特徴とする装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の装置であって、信号の強度が、導電性対象物の層厚さ、導電性対象物のドーパントレベル、導電性対象物の健全性特性、導電性対象物の表面粗さ、導電性対象物の不純物量、導電性対象物の粒径よりなる組から選定されることを特徴とする装置。
【請求項１１】
請求項８に記載の装置であって、導電性対象物が半導体基板であることを特徴とする装置。
【請求項１２】
請求項９に記載の装置であって、第２のセンサが、第１の磁界に対して１８０度の移相で第２の磁界を生成することを特徴とする装置。
【請求項１３】
請求項１０に記載の装置であって、導電性対象物の層が金属層であることを特徴とする装置。
【請求項１４】
請求項１０に記載の装置であって、層の厚さが約２５４４オングストロームと約０オングストロームの間であるところの装置。
【請求項１５】
磁場で生成される信号を通して対象物の層の厚さ判定を可能にするシステムであって、このシステムが：
ウェーハキャリアに埋め込まれた渦電流センサをもつウェーハキャリアであって、このウェーハキャリアが対象物を支持するよう構成されるウェーハキャリアと；
ウェーハキャリア下に配設された研磨パッドであって、この研磨パッドが、常磁性体、ニッケル含有化合物、コバルト含有化合物よりなる組から選定される金属裏打ちをもち、この金属裏打ちが磁界強化源として作用する研磨パッドと；
渦電流センサと通信する制御装置であって、この制御装置が、渦電流センサで検出される信号から対象物の層の厚さを出力するよう構成され、渦電流センサの感度が磁界強化源で強化されることを特徴とする制御装置とを備えるシステム。
【請求項１６】
請求項１５に記載のシステムであって、このシステムがさらに：
対象物の他の側面の反対側に設けられる他の渦電流センサであり、他の渦電流センサが渦電流センサと実質的に並び電気的に同期する他の渦電流センサを備えるシステム。
【請求項１７】
請求項１５に記載の装置であって、対象物が半導体基板であることを特徴とするシステム。
【請求項１８】
請求項１７に記載の方法であって、半導体基板が導電性薄膜を含むことを特徴とするシステム。
【請求項１９】
請求項１５に記載のシステムであって、常磁性体が、マグネシウム、ガドリニウム、アルミニウムよりなる組から選定されることを特徴とするシステム。
【請求項２０】
請求項１５に記載のシステムであって、金属製裏打ちが研磨パッドのステンレス鋼裏打ちであることを特徴とするシステム。
【国際調査報告】
2006500590.tif 000013
2006500590.tif 000014
2006500590.tif 000015