(57)【要約】      （修正有）【課題】研磨終了時点のウェーハ状態において高い精度で確実に研磨終端時点を検知するトルク変化を利用した研磨終端時点検知装置を提供。【解決手段】トルクを計測するトルク計測手段９と、計測したデータにフーリエ変換を施してデータ中の周期成分を分析する周期成分分析手段１０と、分析された周期成分を基に周期ノイズ成分を除去するための移動平均処理時間を算出する平均処理時間算出手段１１と、データに対しリアルタイムに算出された移動平均処理時間を基に平均処理して波形を修正する平均処理手段１２と、修正されたトルク波形の変化を基に所定の膜の研磨終端時点を検知する終端時点検知手段１３とを有するトルク変化を利用した研磨終端時点検知装置を提供するものである。【選択図】図１
2009028856.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に微小凹凸のある所定の膜を有するウェーハを研磨ヘッドに保持し、回転するプラテンの表面に設けられた研磨パッドに前記研磨ヘッドを回転させながら前記所定の膜を押し付けて研磨し、該研磨の進行に伴い変化する研磨のトルクを示すデータをモニタして前記所定の膜の研磨終端時点を検知するトルク変化を利用した研磨終端時点検知方法であって、
前記トルク又は該トルクに対応した指標を計測する第１の工程と、その計測したデータにフーリエ変換を施して前記データ中の周期成分を分析する第２の工程と、前記周期成分を基に周期ノイズ成分を除去するための移動平均処理時間を算出する第３の工程と、前記データに対してリアルタイムに算出された前記移動平均処理時間を基に平均処理して波形を修正する第４の工程と、その修正されたトルク波形の変化を基に前記所定の膜の研磨終端時点を検知する第５の工程とを有することを特徴とするトルク変化を利用した研磨終端時点検知方法。
【請求項２】
表面に微小凹凸のある所定の膜を有するウェーハを研磨ヘッドに保持し、回転するプラテンの表面に設けられた研磨パッドに前記研磨ヘッドを回転させながら前記所定の膜を押し付けて研磨し、該研磨の進行に伴い変化する研磨のトルクを示すデータをモニタして前記所定の膜の研磨終端時点を検知するトルク変化を利用した研磨終端時点検知方法であって、
前記トルク又は該トルクに対応した指標を計測する第１の工程と、その計測したデータにフーリエ変換を施して前記データ中の周期成分を分析する第２の工程と、前記周期成分を基に周期ノイズ成分を除去するための移動平均処理時間を算出する第３の工程と、前記データに対してリアルタイムに算出された前記移動平均処理時間を基に平均処理して波形を修正する第４の工程と、その修正されたトルク波形の一次微分値を算出し、所定の研磨初期の一次微分値に対する研磨終端付近の一次微分値の比もしくは研磨終端付近の一次微分値と所定の研磨初期の一次微分値との差分の少なくともいずれかの変化を基に前記所定の膜の研磨終端時点を検知する第５の工程とを有することを特徴とするトルク変化を利用した研磨終端時点検知方法。
【請求項３】
表面に微小凹凸のある所定の膜を有するウェーハを研磨ヘッドに保持し、回転するプラテンの表面に設けられた研磨パッドに前記研磨ヘッドを回転させながら前記所定の膜を押し付けて研磨し、該研磨の進行に伴い変化する研磨のトルクを示すデータをモニタして前記所定の膜の研磨終端時点を検知するトルク変化を利用した研磨終端時点検知方法であって、
前記トルク又は該トルクに対応した指標を計測する第１の工程と、その計測したデータにフーリエ変換を施して前記データ中の周期成分を分析する第２の工程と、前記周期成分を基に周期ノイズ成分を除去するための移動平均処理時間を算出する第３の工程と、前記データに対してリアルタイムに算出された前記移動平均処理時間を基に平均処理して波形を修正する第４の工程と、その修正されたトルク波形の二次微分を行い、研磨終端付近における該二次微分波形の変化点を基に前記所定の膜の研磨終端時点を検知する第５の工程とを有することを特徴とするトルク変化を利用した研磨終端時点検知方法。
【請求項４】
上記第２の工程では計測したデータにフーリエ変換を施して前記データ中の複数の周期成分を分析し、上記第３の工程では前記複数の周期成分にそれぞれ対応した複数の移動平均処理時間を算出し、上記第４の工程では前記データに対しリアルタイムに算出された前記複数の移動平均処理時間を基に複数の平均処理を行って波形を修正することを特徴とする請求項１，２又は３記載のトルク変化を利用した研磨終端時点検知方法。
【請求項５】
表面に微小凹凸のある所定の膜を有するウェーハを研磨ヘッドに保持し、回転するプラ
テンの表面に設けられた研磨パッドに前記研磨ヘッドを回転させながら前記所定の膜を押し付けて研磨し、該研磨の進行に伴い変化する研磨のトルクを示すデータをモニタして前記所定の膜の研磨終端時点を検知するトルク変化を利用した研磨終端時点検知装置であって、
前記トルク又は該トルクに対応した指標を計測するトルク計測手段と、その計測したデータにフーリエ変換を施して前記データ中の周期成分を分析する周期成分分析手段と、分析された前記周期成分を基に周期ノイズ成分を除去するための移動平均処理時間を算出する平均処理時間算出手段と、前記データに対してリアルタイムに算出された前記移動平均処理時間を基に平均処理して波形を修正する平均処理手段と、その修正されたトルク波形の変化を基に前記所定の膜の研磨終端時点を検知する終端時点検知手段とを有することを特徴とするトルク変化を利用した研磨終端時点検知装置。
【請求項６】
表面に微小凹凸のある所定の膜を有するウェーハを研磨ヘッドに保持し、回転するプラテンの表面に設けられた研磨パッドに前記研磨ヘッドを回転させながら前記所定の膜を押し付けて研磨し、該研磨の進行に伴い変化する研磨のトルクを示すデータをモニタして前記所定の膜の研磨終端時点を検知するトルク変化を利用した研磨終端時点検知装置であって、
前記トルク又は該トルクに対応した指標を計測するトルク計測手段と、その計測したデータにフーリエ変換を施して前記データ中の周期成分を分析する周期成分分析手段と、分析された前記周期成分を基に周期ノイズ成分を除去するための移動平均処理時間を算出する平均処理時間算出手段と、前記データに対してリアルタイムに算出された前記移動平均処理時間を基に平均処理して波形を修正する平均処理手段と、その修正されたトルク波形の一次微分値を算出し、所定の研磨初期の一次微分値に対する研磨終端付近の一次微分値の比もしくは研磨終端付近の一次微分値と所定の研磨初期の一次微分値との差分の少なくともいずれかの変化を基に前記所定の膜の研磨終端時点を検知する終端時点検知手段とを有することを特徴とするトルク変化を利用した研磨終端時点検知装置。
【請求項７】
表面に微小凹凸のある所定の膜を有するウェーハを研磨ヘッドに保持し、回転するプラテンの表面に設けられた研磨パッドに前記研磨ヘッドを回転させながら前記所定の膜を押し付けて研磨し、該研磨の進行に伴い変化する研磨のトルクを示すデータをモニタして前記所定の膜の研磨終端時点を検知するトルク変化を利用した研磨終端時点検知装置であって、
前記トルク又は該トルクに対応した指標を計測するトルク計測手段と、その計測したデータにフーリエ変換を施して前記データ中の周期成分を分析する周期成分分析手段と、分析された前記周期成分を基に周期ノイズ成分を除去するための移動平均処理時間を算出する平均処理時間算出手段と、前記データに対してリアルタイムに算出された前記移動平均処理時間を基に平均処理して波形を修正する平均処理手段と、その修正されたトルク波形の二次微分を行い、研磨終端付近における該二次微分波形の変化点を基に前記所定の膜の研磨終端時点を検知する終端時点検知手段とを有することを特徴とするトルク変化を利用した研磨終端時点検知装置。
【請求項８】
上記周期成分分析手段では計測したデータにフーリエ変換を施して前記データ中の複数の周期成分を分析し、上記平均処理時間算出手段では前記複数の周期成分にそれぞれ対応した複数の移動平均処理時間を算出し、上記平均処理手段では前記データに対しリアルタイムに算出された前記複数の移動平均処理時間を基に複数の平均処理を行って波形を修正することを特徴とする請求項５，６又は７記載のトルク変化を利用した研磨終端時点検知装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トルク変化を利用した研磨終端時点検知方法及びその装置に関するものであり、特に、化学機械的研磨加工（ＣＭＰ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）において連続的に変動する周期ノイズをリアルタイムに除去しながらトルク波形の変化をモニタして導電性膜の研磨終端時点を高い精度で確実に検知することが可能なトルク変化を利用した研磨終端時点検知方法及びその装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ウェーハ上の導電性膜を化学機械的に研磨する際の該導電性膜の研磨終端時点をトルク波形の変化をモニタして検出するようにしたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。ウェーハ上の導電性膜を研磨する際に測定されるトルク波形そのものは様々な外乱を含んでいる。このようなトルク波形をどのように加工して、どのような変化を検出するかは研磨終端時点を確実に検出する上で要点になる。
【０００３】
これに対し、他の従来技術として、例えば次のような終点検出方法が知られている。この従来技術は、研磨時間−トルク変化の関係を示す入力波形に対し、トルク変化量を縦辺ｈ、研磨時間幅を横辺ｗとした適宜大きさのボックスを想定している。そして、該ボックスの一方の縦辺ｈにおけるｈ／２の点で前記波形を当該ボックス内に入力させ、該入力波形がボックスのどの辺と交差してボックス外に出るかでトルク変動を解析している。即ち、入力波形が上辺と交差して出たときをアップ、下辺と交差して出たときをダウン、他方の縦辺と交差して出たときをサイドの３種に分類してトルク変化の傾向を監視している。このボックス法は、ボックスのサイズを調整することで、入力波形の軌跡を解析するとともに、ピークと谷を繰り返すような入力波形で、ｎ回目のピーク又は谷を検知した時点を研磨終点とし検出するようにしている（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
さらに、他の従来技術として、例えば次のような研磨終点検出装置が知られている。この従来技術は、下地材料上に付着した該下地材料とは異なる付着材料を研磨除去する研磨装置において、プラテンを駆動する第１の回転軸及び被研磨物を回転させる第２の回転軸の少なくとも一方のトルクを計測する計測機構と、該計測機構によって計測されたトルク及び該トルクの時間微分値の少なくとも一方が予め与えられた設定値以上に変化したことを判定する判定手段とを有し、前記計測機構の次段には前記第１の回転軸の回転数と第２の回転軸の回転数のうち大きい方の回転数より低いカットオフ周波数を有するローパスフィルタ又は前記第１の回転軸の回転数と第２の回転軸の回転数の少なくとも一方の回転数に相当するノッチ周波数を有するノッチフィルタを挿入して計測トルクからノイズを除去し、前記判定手段の判定結果から、研磨終点を検出するようにしている（例えば、特許文献３参照）。
【特許文献１】米国特許第５０６９００２号明細書。
【特許文献２】米国特許第５１９０６１４号明細書。
【特許文献３】特開平６−３１５８５０号公報。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載の従来技術においては、研磨の際に測定されるトルク波形をモニタすることで研磨終端時点を検出するようにしている。しかしながら、トルク波形そのものは様々な外乱を含んでいる。このため、このようなトルク波形の変化を単純にモニタするだけでは、研磨終端時点を検出することは不可能である。実用上のレベルにまで展開する上では、得られたトルクデータを適切に加工し、加工後のトルク波形のどのような変化をど
のような方法で検出するかがなければ、実際のプロセスには適用できない。
【０００６】
特許文献２に記載の従来技術においては、研磨時間−トルク変化の関係を示す入力波形がピークと谷を繰り返すような波形で、ｎ回目のピーク又は谷を検知した時点を研磨終点として検出するようにしている。しかしながら、ウェーハ上の導電性膜研磨時のトルク変化は、研磨終点時に突発的に減少等の変化をする。このためボックスを適用すると、ｎ回連続のアップ又はダウンを検知するという条件を満たさないと研磨終点が検出できないという問題点があり、個体差があるウェーハ上の導電性膜の研磨トルクを監視する場合、研磨終点を誤検出する。そして、トルク変化の解析を、トルク波形がボックス内に入力してから該ボックス外に出るまで待つという“０”、“１”のディジタル的な判断で行っている。このため、波形の傾き程度（数値）の解析は不明であり応用アルゴリズムの併用が困難であるとともに研磨終端をリアルタイムで検出することは難しい。また研磨パッドの表面状態などドリフト成分の外乱は除去することができない。
【０００７】
特許文献３に記載の従来技術においては、ローパスフィルタ及びノッチフィルタを使用してノイズを除去し、このノイズを除去したトルク又は該トルクの微分値で研磨終点を検出するようにしている。以下、トルク波形に関連する外乱の除去方法及び外乱要素が除去された状態で如何に研磨終点に関係する情報を判別するか等について、この特許文献３に記載の従来技術（以下、単に、この従来技術という）と、本発明における場合とを対比して、その異なる点を述べる。
【０００８】
この従来技術では、ローパスフィルタ及びノッチフィルタを使用して外乱を除去するとしている。しかし、例えば、ローパスフィルタだけの場合、低周期のノイズを除去することは不可能である。そこで、そうした周期ノイズを除去するために、ノッチフィルタでプラテン及びヘッドの回転に起因する周期振動を除去するとしている。また、この従来技術で対象となる加工材料は、平面状に形成された磁性体装置、光学部品、電気配線、光配線等である。しかし、こうした一連の部品では、研磨中に入るノイズ状態は、研磨の初期及び終了前ともに一定であることが想定されており、研磨終了付近のみで変化する場合が想定されている。そのため、除去するべき周期振動は、プラテンと研磨ヘッドの回転という固定された周期成分を除去するだけに過ぎない。
【０００９】
これに対し、本発明で扱う研磨対象となる材料で生じる振動は、こうした幅広い研磨加工プロセスにおける振動状態とは明らかに異なる。まず、本発明で扱う平坦化プロセスにおいては、ウェーハの表面に微小な凹凸が存在し、その微小な凹凸を平坦化することによって、多層配線等を形成しようとするものである。また、こうした微小な凹凸は、うねりのあるウェーハ表面状態に一様に形成されているが、研磨するときには、こうしたうねりに追従して均一に研磨しながらも微小な凹凸を平坦化していくことが求められる。そのため、研磨初期のウェーハ表面状態と研磨終了直前のウェーハ表面状態では、明らかに研磨するときの摩擦状態が異なる。初期は微小な凹凸があるため、摩擦力が大きくそれに伴って様々な部材の固有振動からからくる外乱が混入してくる。
【００１０】
しかし、研磨終了付近では、多層配線を形成する上でのステッパの焦点深度を確保する程度の十分な平坦化が達成されているため、ウェーハ表面は比較的平滑であり、摩擦力も小さい。このため、それに伴って様々な部材の固有振動に起因した外乱要素が混入する割合も小さい。以上のことから、本発明で取り扱うデバイスウェーハ平坦化に使用される研磨プロセスでは研磨初期と終了付近とでは明らかに振動状態が変化し、トルク波形に混入する外乱状態も大きく変化する。
【００１１】
この従来技術では、固定したノイズを除去する方法が述べられていたが、こうした方法は、デバイスウェーハ平坦化におけるトルク波形の外乱成分を除去することには到底利用
することはできない。なぜならば、平坦化ＣＭＰではプラテンや研磨ヘッドという固定した周期成分よりむしろ、リアルタイム且つ連続的に変動していく周期成分の方が外乱要素として支配的であるからである。よって、デバイスウエーハ平坦化におけるトルク波形の外乱除去方法としては、固定の周期ノイズではなく、リアルタイム且つ連続的に変動する周期ノイズを除去することが求められる。
【００１２】
さらに、半導体デバイスウェーハの平坦化に必要とされるＣＭＰにおいては、トルクが変動する要因は、ウェーハの状態だけではない。ドレッシングにより変化する研磨パッドの表面状態もトルク変動の大きな要因となる。例えば、ドレッシング効果の大きいドレッサでドレッシングした場合は、研磨パッド表面は大きくドレッシング（目立て）されるために、ウェーハと研磨パッド間の摩擦力は大きくなり、結果としてモニタするトルクも大きくなる。その反対に、ドレッシングを行わない場合は、研磨パッドは目詰まりするために、ウェーハは研磨パッド上で滑るような状態になり、モニタされるトルクは小さくなる。
【００１３】
本発明においては、しばしば研磨プロセスによって、インサイチュウドレッシングの場合やインターバルドレッシングの場合などが存在する。インサイチュウドレッシングとは研磨しながら、同時にドレッシングを行う場合である。インターバルドレッシングは研磨と研磨の間にドレッシングを行うもので、研磨中ドレッシングは行わない。特に、インターバルドレッシングの場合、研磨前にドレッシングを行うが、研磨中はドレッシングを行わないため、研磨中は研磨パッドの表面状態が微小ながらも徐々に目詰まりが進展することになる。その結果、ウェーハの表面状態とは関係なく、通常のブランケット酸化膜ウェーハを研磨した場合でも、研磨のトルクは徐々に低下する。
【００１４】
また、インサイチュウドレッシングの場合でも、研磨パッドの目詰まりに合わせて、その研磨パッド面内での目詰まり度合いに合わせたドレッシングがリアルタイムに行われるのであれば、原理的にトルクは一定になる。しかし、実際は、小型のドレッサを使用して、そのドレッサを研磨パッド半径方向にスキャンすることでドレッシングを行う。そのため、原理的には、一度に研磨パッドの目詰まりを解消することはできず、プラテン一回転のうち、研磨パッドの一部しかドレッシングされないため、結果的にモニタされるトルクも完全に一定ではなく、ドレッサのスキャンに応じたトルク波形が観察される。
【００１５】
このように、実際にトルクをモニタする場合、必ずしもウェーハの表面状態に起因したトルク変動だけがモニタされるものではなく、研磨中の研磨パッドの状態やドレッシングの状態に応じたトルク変動も外乱要素として入り込むことになる。研磨パッドの表面状態に起因する外乱要素は、一種のドリフトとして緩やかに波形が変化するため、先に示したような周期ノイズとして除去することはできない。また、ローパスフィルタでも除去できないことは自明である。このようなことから、周期的な波形の変動を除去したとしても、研磨パッドの表面状態の変化に伴う緩やかに変動するノイズを除去することは難しく、この従来技術の方法では、こうした外乱に対して誤検知することが予測される。
【００１６】
そこで、連続的に変動する周期ノイズをリアルタイムに除去しながらトルク波形の変化をモニタし、例えば、ドレッシング条件や研磨パッドの状態に起因するドリフトノイズ等のウェーハ状態に起因しないノイズを除去しながら該ノイズ成分を切り分けて純粋にウェーハ状態に起因するトルク波形の変化を検知し、研磨終了時点のウェーハ状態において高い精度で確実に研磨終端時点を検知するために解決すべき技術的課題が生じてくるのであり、本発明はこの課題を解決することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明は上記目的を達成するために提案されたものであり、請求項１記載の発明は、表
面に微小凹凸のある所定の膜を有するウェーハを研磨ヘッドに保持し、回転するプラテンの表面に設けられた研磨パッドに前記研磨ヘッドを回転させながら前記所定の膜を押し付けて研磨し、該研磨の進行に伴い変化する研磨のトルクを示すデータをモニタして前記所定の膜の研磨終端時点を検知するトルク変化を利用した研磨終端時点検知方法であって、前記トルク又は該トルクに対応した指標を計測する第１の工程と、その計測したデータにフーリエ変換を施して前記データ中の周期成分を分析する第２の工程と、前記周期成分を基に周期ノイズ成分を除去するための移動平均処理時間を算出する第３の工程と、前記データに対してリアルタイムに算出された前記移動平均処理時間を基に平均処理して波形を修正する第４の工程と、その修正されたトルク波形の変化を基に前記所定の膜の研磨終端時点を検知する第５の工程とを有するトルク変化を利用した研磨終端時点検知方法を提供する。
【００１８】
この構成によれば、所定の膜の表面には微小凹凸があるため摩擦力が大きく、それに伴って研磨のトルクには研磨機械における様々な部材の固有振動からくる外乱が混入してくる。このような研磨のトルクを示すデータにフーリエ変換を施すことで、プラテンモータやヘッドモータの回転に同期して生じる固定した周期成分及びインターバルドレッシングやインサイチュウドレッシング（研磨しながらのドレッシング）等のドレッシング条件や該ドレッシングにより変化する研磨パッドの表面状態等に起因してリアルタイム且つ連続的に変動していく周期成分等の該データ中の周期成分が分析される。この分析された周期成分を基にリアルタイムに算出した最短必要程度の移動平均処理時間で前記データに平均処理を施すことで、該データから周期ノイズ成分が除去されて修正されたトルク波形が効率よく求められる。そして、該トルク波形の変化を基に所定の膜の研磨終端時点が適切なタイミングで検知される。
【００１９】
請求項２記載の発明は、表面に微小凹凸のある所定の膜を有するウェーハを研磨ヘッドに保持し、回転するプラテンの表面に設けられた研磨パッドに前記研磨ヘッドを回転させながら前記所定の膜を押し付けて研磨し、該研磨の進行に伴い変化する研磨のトルクを示すデータをモニタして前記所定の膜の研磨終端時点を検知するトルク変化を利用した研磨終端時点検知方法であって、前記トルク又は該トルクに対応した指標を計測する第１の工程と、その計測したデータにフーリエ変換を施して前記データ中の周期成分を分析する第２の工程と、前記周期成分を基に周期ノイズ成分を除去するための移動平均処理時間を算出する第３の工程と、前記データに対してリアルタイムに算出された前記移動平均処理時間を基に平均処理して波形を修正する第４の工程と、その修正されたトルク波形の一次微分値を算出し、所定の研磨初期の一次微分値に対する研磨終端付近の一次微分値の比もしくは研磨終端付近の一次微分値と所定の研磨初期の一次微分値との差分の少なくともいずれかの変化を基に前記所定の膜の研磨終端時点を検知する第５の工程とを有するトルク変化を利用した研磨終端時点検知方法を提供する。
【００２０】
この構成によれば、所定の研磨初期の一次微分値に対する研磨終端付近の一次微分値の比もしくは研磨終端付近の一次微分値と所定の研磨初期の一次微分値との差分の少なくともいずれかをモニタすることで、研磨パッドのドレッシング状態等に起因して研磨のトルクが減少していくドリフトノイズの影響を受けることなく所定の膜の研磨終端時点が適切に検知される。
【００２１】
請求項３記載の発明は、表面に微小凹凸のある所定の膜を有するウェーハを研磨ヘッドに保持し、回転するプラテンの表面に設けられた研磨パッドに前記研磨ヘッドを回転させながら前記所定の膜を押し付けて研磨し、該研磨の進行に伴い変化する研磨のトルクを示すデータをモニタして前記所定の膜の研磨終端時点を検知するトルク変化を利用した研磨終端時点検知方法であって、前記トルク又は該トルクに対応した指標を計測する第１の工程と、その計測したデータにフーリエ変換を施して前記データ中の周期成分を分析する第
２の工程と、前記周期成分を基に周期ノイズ成分を除去するための移動平均処理時間を算出する第３の工程と、前記データに対してリアルタイムに算出された前記移動平均処理時間を基に平均処理して波形を修正する第４の工程と、その修正されたトルク波形の二次微分を行い、研磨終端付近における該二次微分波形の変化点を基に前記所定の膜の研磨終端時点を検知する第５の工程とを有するトルク変化を利用した研磨終端時点検知方法を提供する。
【００２２】
この構成によれば、研磨終端付近における一次微分の波形は、殆どの場合、変化点を境にして上に凸で下に凹の形から下に凸で上に凹の形をとる。このような研磨終端付近の領域における一次微分にさらに二次微分を施すと、該二次微分値が前記変化点（極小点）を境にして減少から増加に転じる。そこで、トルク波形について二次微分を施し、この二次微分値が減少から増加に転じる点から前記変化点を求め、この変化点を基にすることで研磨パッドのドレッシング状態等に起因して研磨のトルクが減少していくドリフトノイズの影響を受けることなく所定の膜の研磨終端時点が適切に検知される。
【００２３】
請求項４記載の発明は、上記第２の工程では計測したデータにフーリエ変換を施して前記データ中の複数の周期成分を分析し、上記第３の工程では前記複数の周期成分にそれぞれ対応した複数の移動平均処理時間を算出し、上記第４の工程では前記データに対しリアルタイムに算出された前記複数の移動平均処理時間を基に複数の平均処理を行って波形を修正するトルク変化を利用した研磨終端時点検知方法を提供する。
【００２４】
この構成によれば、研磨のトルクを示すデータ中には、プラテンモータやヘッドモータの回転等に同期して生じる固定した周期成分及びドレッシング条件や該ドレッシングにより変化する研磨パッドの表面状態等に起因してリアルタイム且つ連続的に変動していく周期成分等の複数の周期成分が生じる。そこで、これら複数の周期成分についてそれぞれリアルタイムに算出した最短必要程度の各移動平均処理時間で前記データに複数の平均処理を施すことで、該データから複数の周期ノイズ成分が除去されたトルク波形が得られる。
【００２５】
請求項５記載の発明は、表面に微小凹凸のある所定の膜を有するウェーハを研磨ヘッドに保持し、回転するプラテンの表面に設けられた研磨パッドに前記研磨ヘッドを回転させながら前記所定の膜を押し付けて研磨し、該研磨の進行に伴い変化する研磨のトルクを示すデータをモニタして前記所定の膜の研磨終端時点を検知するトルク変化を利用した研磨終端時点検知装置であって、前記トルク又は該トルクに対応した指標を計測するトルク計測手段と、その計測したデータにフーリエ変換を施して前記データ中の周期成分を分析する周期成分分析手段と、分析された前記周期成分を基に周期ノイズ成分を除去するための移動平均処理時間を算出する平均処理時間算出手段と、前記データに対してリアルタイムに算出された前記移動平均処理時間を基に平均処理して波形を修正する平均処理手段と、その修正されたトルク波形の変化を基に前記所定の膜の研磨終端時点を検知する終端時点検知手段とを有するトルク変化を利用した研磨終端時点検知装置を提供する。
【００２６】
この構成によれば、所定の膜の表面には微小凹凸があるため摩擦力が大きく、それに伴ってトルク計測手段で計測される研磨のトルクには研磨機械における様々な部材の固有振動からくる外乱が混入してくる。このような研磨のトルクを示すデータに周期成分分析手段でフーリエ変換を施すことで、プラテンモータやヘッドモータの回転に同期して生じる固定した周期成分及びドレッシング条件や該ドレッシングにより変化する研磨パッドの表面状態等に起因してリアルタイム且つ連続的に変動していく周期成分等の該データ中の周期成分が分析される。平均処理時間算出手段で前記分析された周期成分を基に最短必要程度の移動平均処理時間をリアルタイムに算出し、平均処理手段で前記リアルタイムに算出された移動平均処理時間で前記データに平均処理を施すことで、該データから周期ノイズ成分が除去されて修正されたトルク波形が効率よく求められる。そして、終端時点検知手
段該で前記修正されたトルク波形の変化を基に所定の膜の研磨終端時点が適切なタイミングで検知される。
【００２７】
請求項６記載の発明は、表面に微小凹凸のある所定の膜を有するウェーハを研磨ヘッドに保持し、回転するプラテンの表面に設けられた研磨パッドに前記研磨ヘッドを回転させながら前記所定の膜を押し付けて研磨し、該研磨の進行に伴い変化する研磨のトルクを示すデータをモニタして前記所定の膜の研磨終端時点を検知するトルク変化を利用した研磨終端時点検知装置であって、前記トルク又は該トルクに対応した指標を計測するトルク計測手段と、その計測したデータにフーリエ変換を施して前記データ中の周期成分を分析する周期成分分析手段と、分析された前記周期成分を基に周期ノイズ成分を除去するための移動平均処理時間を算出する平均処理時間算出手段と、前記データに対してリアルタイムに算出された前記移動平均処理時間を基に平均処理して波形を修正する平均処理手段と、その修正されたトルク波形の一次微分値を算出し、所定の研磨初期の一次微分値に対する研磨終端付近の一次微分値の比もしくは研磨終端付近の一次微分値と所定の研磨初期の一次微分値との差分の少なくともいずれかの変化を基に前記所定の膜の研磨終端時点を検知する終端時点検知手段とを有するトルク変化を利用した研磨終端時点検知装置を提供する。
【００２８】
この構成によれば、終端時点検知手段で、修正されたトルク波形の一次微分値を算出し所定の研磨初期の一次微分値に対する研磨終端付近の一次微分値の比もしくは研磨終端付近の一次微分値と所定の研磨初期の一次微分値との差分の少なくともいずれかをモニタすることで、研磨パッドのドレッシング状態等に起因して研磨のトルクが減少していくドリフトノイズの影響を受けることなく所定の膜の研磨終端時点が適切に検知される。
【００２９】
請求項７記載の発明は、表面に微小凹凸のある所定の膜を有するウェーハを研磨ヘッドに保持し、回転するプラテンの表面に設けられた研磨パッドに前記研磨ヘッドを回転させながら前記所定の膜を押し付けて研磨し、該研磨の進行に伴い変化する研磨のトルクを示すデータをモニタして前記所定の膜の研磨終端時点を検知するトルク変化を利用した研磨終端時点検知装置であって、前記トルク又は該トルクに対応した指標を計測するトルク計測手段と、その計測したデータにフーリエ変換を施して前記データ中の周期成分を分析する周期成分分析手段と、分析された前記周期成分を基に周期ノイズ成分を除去するための移動平均処理時間を算出する平均処理時間算出手段と、前記データに対してリアルタイムに算出された前記移動平均処理時間を基に平均処理して波形を修正する平均処理手段と、その修正されたトルク波形の二次微分を行い、研磨終端付近における該二次微分波形の変化点を基に前記所定の膜の研磨終端時点を検知する終端時点検知手段とを有するトルク変化を利用した研磨終端時点検知装置を提供する。
【００３０】
この構成によれば、終端時点検知手段で、修正されたトルク波形に二次微分を施し、その二次微分値が減少から増加に転じる点から変化点を求め、この変化点を基にすることで研磨パッドの表面状態等に起因して研磨のトルクが減少していくドリフトノイズの影響を受けることなく所定の膜の研磨終端時点が適切に検知される。
【００３１】
請求項８記載の発明は、上記周期成分分析手段では計測したデータにフーリエ変換を施して前記データ中の複数の周期成分を分析し、上記平均処理時間算出手段では前記複数の周期成分にそれぞれ対応した複数の移動平均処理時間を算出し、上記平均処理手段では前記データに対しリアルタイムに算出された前記複数の移動平均処理時間を基に複数の平均処理を行って波形を修正するトルク変化を利用した研磨終端時点検知装置を提供する。
【００３２】
この構成によれば、トルク計測手段で計測される研磨のトルクを示すデータ中には、プラテンモータやヘッドモータの回転等に同期して生じる固定した周期成分及びドレッシン
グ条件や該ドレッシングにより変化する研磨パッドの表面状態等に起因してリアルタイム且つ連続的に変動していく周期成分等の複数の周期成分が生じている。そこで、平均処理時間算出手段において、前記複数の周期成分についてそれぞれ移動平均処理時間をリアルタイムに算出し、平均処理手段では前記リアルタイムに算出された各移動平均処理時間で前記データに複数の平均処理を施すことで、該データから複数の周期ノイズ成分が除去されたトルク波形が得られる。
【発明の効果】
【００３３】
請求項１記載の発明は、トルク又は該トルクに対応した指標を計測する第１の工程と、その計測したデータにフーリエ変換を施して前記データ中の周期成分を分析する第２の工程と、前記周期成分を基に周期ノイズ成分を除去するための移動平均処理時間を算出する第３の工程と、前記データに対してリアルタイムに算出された前記移動平均処理時間を基に平均処理して波形を修正する第４の工程と、その修正されたトルク波形の変化を基に所定の膜の研磨終端時点を検知する第５の工程とを具備させたので、固定した周期成分及びドレッシング条件や研磨パッドの表面状態等に起因してリアルタイム且つ連続的に変動していく周期成分を分析し、この分析した周期成分を基にリアルタイムに算出された移動平均処理時間で研磨のトルクを示すデータに平均処理を施すことで、周期ノイズ成分が除去されたトルク波形を効率よく求めることができる。そして、該トルク波形の変化を基に所定の膜の研磨終端時点を高い精度で確実に検知することができるという利点がある。
【００３４】
請求項２記載の発明は、トルク又は該トルクに対応した指標を計測する第１の工程と、その計測したデータにフーリエ変換を施して前記データ中の周期成分を分析する第２の工程と、前記周期成分を基に周期ノイズ成分を除去するための移動平均処理時間を算出する第３の工程と、前記データに対してリアルタイムに算出された前記移動平均処理時間を基に平均処理して波形を修正する第４の工程と、その修正されたトルク波形の一次微分値を算出し、所定の研磨初期の一次微分値に対する研磨終端付近の一次微分値の比もしくは研磨終端付近の一次微分値と所定の研磨初期の一次微分値との差分の少なくともいずれかの変化を基に所定の膜の研磨終端時点を検知する第５の工程とを具備させたので、研磨パッドのドレッシング状態等に起因して研磨のトルクが減少していくドリフトノイズの影響を受けることなく所定の膜の研磨終端時点を高い精度で確実に検知することができるという利点がある。
【００３５】
請求項３記載の発明は、トルク又は該トルクに対応した指標を計測する第１の工程と、その計測したデータにフーリエ変換を施して前記データ中の周期成分を分析する第２の工程と、前記周期成分を基に周期ノイズ成分を除去するための移動平均処理時間を算出する第３の工程と、前記データに対してリアルタイムに算出された前記移動平均処理時間を基に平均処理して波形を修正する第４の工程と、その修正されたトルク波形の二次微分を行い、研磨終端付近における該二次微分波形の変化点を基に所定の膜の研磨終端時点を検知する第５の工程とを具備させたので、トルク波形に二次微分を施して変化点を求め、この変化点を基にすることで研磨パッドのドレッシング状態等に起因して研磨のトルクが減少していくドリフトノイズの影響を受けることなく所定の膜の研磨終端時点を高い精度で確実に検知することができるという利点がある。
【００３６】
請求項４記載の発明は、上記第２の工程では計測したデータにフーリエ変換を施して前記データ中の複数の周期成分を分析し、上記第３の工程では前記複数の周期成分にそれぞれ対応した複数の移動平均処理時間を算出し、上記第４の工程では前記データに対しリアルタイムに算出された前記複数の移動平均処理時間を基に複数の平均処理を行って波形を修正するようにしたので、研磨のトルクを示すデータ中に固定された周期成分及びリアルタイム且つ連続的に変動していく周期成分等の複数の周期成分が含まれる場合、これら複数の周期成分についてそれぞれリアルタイムに算出した各移動平均処理時間で複数の平均
処理を施すことで、前記データから複数の周期ノイズ成分が除去されたトルク波形を効率よく求めることができるという利点がある。
【００３７】
請求項５記載の発明は、トルク又は該トルクに対応した指標を計測するトルク計測手段と、その計測したデータにフーリエ変換を施して前記データ中の周期成分を分析する周期成分分析手段と、分析された前記周期成分を基に周期ノイズ成分を除去するための移動平均処理時間を算出する平均処理時間算出手段と、前記データに対してリアルタイムに算出された前記移動平均処理時間を基に平均処理して波形を修正する平均処理手段と、その修正されたトルク波形の変化を基に所定の膜の研磨終端時点を検知する終端時点検知手段とを具備させたので、周期成分分析手段で固定した周期成分及びリアルタイム且つ連続的に変動していく周期成分を分析し、平均処理時間算出手段で前記分析した周期成分を基に移動平均処理時間をリアルタイムに算出し、平均処理手段で前記リアルタイムに算出された移動平均処理時間で研磨のトルクを示すデータに平均処理を施すことで、周期ノイズ成分が除去されたトルク波形を効率よく求めることができる。そして、終端時点検知手段該で前記トルク波形の変化を基に所定の膜の研磨終端時点を高い精度で確実に検知することができるという利点がある。
【００３８】
請求項６記載の発明は、トルク又は該トルクに対応した指標を計測するトルク計測手段と、その計測したデータにフーリエ変換を施して前記データ中の周期成分を分析する周期成分分析手段と、分析された前記周期成分を基に周期ノイズ成分を除去するための移動平均処理時間を算出する平均処理時間算出手段と、前記データに対してリアルタイムに算出された前記移動平均処理時間を基に平均処理して波形を修正する平均処理手段と、その修正されたトルク波形の一次微分値を算出し、所定の研磨初期の一次微分値に対する研磨終端付近の一次微分値の比もしくは研磨終端付近の一次微分値と所定の研磨初期の一次微分値との差分の少なくともいずれかの変化を基に所定の膜の研磨終端時点を検知する終端時点検知手段とを具備させたので、終端時点検知手段で所定の研磨初期の一次微分値に対する研磨終端付近の一次微分値の比もしくは研磨終端付近の一次微分値と所定の研磨初期の一次微分値との差分の少なくともいずれかをモニタすることで、研磨のトルクが減少していくドリフトノイズの影響を受けることなく所定の膜の研磨終端時点を高い精度で確実に検知することができるという利点がある。
【００３９】
請求項７記載の発明は、トルク又は該トルクに対応した指標を計測するトルク計測手段と、その計測したデータにフーリエ変換を施して前記データ中の周期成分を分析する周期成分分析手段と、分析された前記周期成分を基に周期ノイズ成分を除去するための移動平均処理時間を算出する平均処理時間算出手段と、前記データに対してリアルタイムに算出された前記移動平均処理時間を基に平均処理して波形を修正する平均処理手段と、その修正されたトルク波形の二次微分を行い、研磨終端付近における該二次微分波形の変化点を基に所定の膜の研磨終端時点を検知する終端時点検知手段とを具備させたので、終端時点検知手段でトルク波形に二次微分を施して変化点を求め、この変化点を基にすることで、研磨のトルクが減少していくドリフトノイズの影響を受けることなく所定の膜の研磨終端時点を高い精度で確実に検知することができるという利点がある。
【００４０】
請求項８記載の発明は、上記周期成分分析手段では計測したデータにフーリエ変換を施して前記データ中の複数の周期成分を分析し、上記平均処理時間算出手段では前記複数の周期成分にそれぞれ対応した複数の移動平均処理時間を算出し、上記平均処理手段では前記データに対しリアルタイムに算出された前記複数の移動平均処理時間を基に複数の平均処理を行って波形を修正するようにしたので、トルク計測手段で計測された研磨のトルクを示すデータ中に、固定された周期成分及びリアルタイム且つ連続的に変動していく周期成分等の複数の周期成分が含まれる場合、これら複数の周期成分についてそれぞれ移動平均処理時間をリアルタイムに算出し、平均処理手段では、このリアルタイムに算出された
各移動平均処理時間で前記データに複数の平均処理を施すことで、前記データから複数の周期ノイズ成分が除去されたトルク波形を効率よく求めることができるという利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４１】
連続的に変動する周期ノイズをリアルタイムに除去しながらトルク波形の変化をモニタし、例えば、ドレッシング条件や研磨パッドの状態に起因するドリフトノイズ等のウェーハ状態に起因しないノイズを除去しながら該ノイズ成分を切り分けて純粋にウェーハ状態に起因するトルク波形の変化を検知し、研磨終了時点のウェーハ状態において高い精度で確実に研磨終端時点を検知するという目的を達成するために、表面に微小凹凸のある所定の膜を有するウェーハを研磨ヘッドに保持し、回転するプラテンの表面に設けられた研磨パッドに前記研磨ヘッドを回転させながら前記所定の膜を押し付けて研磨し、該研磨の進行に伴い変化する研磨のトルクを示すデータをモニタして前記所定の膜の研磨終端時点を検知するトルク変化を利用した研磨終端時点検知方法であって、前記トルク又は該トルクに対応した指標を計測する第１の工程と、その計測したデータにフーリエ変換を施して前記データ中の周期成分を分析する第２の工程と、前記周期成分を基に周期ノイズ成分を除去するための移動平均処理時間を算出する第３の工程と、前記データに対してリアルタイムに算出された前記移動平均処理時間を基に平均処理して波形を修正する第４の工程と、その修正されたトルク波形の変化を基に前記所定の膜の研磨終端時点を検知する第５の工程とを有することにより実現した。
【実施例１】
【００４２】
以下、本発明の好適な一実施例を図面に従って詳述する。まず、本実施例に係るトルク変化を利用した研磨終端時点検知装置の構成から説明する。図１は化学機械研磨装置の概略構成及び研磨終端時点検知装置のブロック図である。
【００４３】
図１において、化学機械研磨装置１は、主としてプラテン２と、研磨ヘッド３とから構成されている。前記プラテン２は円盤状に形成され、その上面には研磨パッド４が貼着されており、下面中央にはプラテン回転軸５を介して回転駆動源となるプラテンモータＭ１が連結されている。前記研磨ヘッド３は、プラテン２側よりも小形の円盤状に形成され、上面中央にヘッド回転軸６を介して回転駆動源となるヘッドモータＭ２が連結されている。
【００４４】
化学機械研磨装置１は、研磨ヘッド３でウェーハＷを保持し、図示しないノズルから前記研磨パッド４上にスラリーを供給しながら、ウェーハＷ上（図１では下側）の所定の導電性膜７を該研磨パッド４に圧接し、この状態でプラテン２と研磨ヘッド３とを、前記プラテンモータＭ１及びヘッドモータＭ２でそれぞれ回転させて、ウェーハＷ上の所定の導電性膜７を化学機械的に研磨する。
【００４５】
そして、前記プラテン回転軸５の部分に、研磨終端時点検知装置８におけるトルク計測手段としてのトルク計測部９が取付けられている。該トルク計測部９は、プラテン回転軸５のトルクにより前記所定の導電性膜７の研磨のトルクを示すデータを計測する。なお、研磨のトルクを示すデータの計測は、前記プラテン回転軸５のトルクの計測に代えて、ヘッド回転軸６のトルクの計測又はプラテンモータＭ１もしくはヘッドモータＭ２に流れる電流等のトルクに対応した指標の計測により行ってもよい。
【００４６】
研磨終端時点検知装置８には、前記トルク計測部９に加えて、該前記トルク計測部９の後段に、計測されたデータにフーリエ変換を施して前記データ中の周期成分を分析する周期成分分析手段としての周期成分分析部１０、分析された前記周期成分を基に周期ノイズ成分を除去するための移動平均処理時間を算出する平均処理時間算出手段としての平均処
理時間算出部１１、前記データに対してリアルタイムに算出された前記移動平均処理時間を基に平均処理して波形を修正する平均処理手段としての平均処理部１２及び修正されたトルク波形の変化を基に前記所定の膜の研磨終端時点を検知する終端時点検知手段としての終端時点検知部１３が順次接続されている。
【００４７】
次に、上述のように構成された研磨終端時点検知装置８による研磨終端時点検知方法を、「計測された研磨のトルクを示すデータからの周期ノイズ成分の除去」及び「周期ノイズ成分が除去されたトルク波形による研磨終端時点の検知」の順に説明する。
【００４８】
「計測された研磨のトルクを示すデータからの周期ノイズ成分の除去」を図２及び図３の（ａ）〜（ｄ）を用いて説明する。図２はウェーハ表面の微小凹凸が研磨の進行に伴って平坦化される様子を説明するための図、図３は研磨のトルクを示すデータ例並びに該データに平均処理を施したトルク波形等を示す波形図であり、（ａ）は研磨のトルクを示すデータ例の波形図、（ｂ）は図（ａ）のデータから分析された周期成分の分析結果例を示す波形図、（ｃ）は図（ａ）のデータに平均処理を施したトルク波形を示す波形図、（ｄ）は図（ｃ）のトルク波形の周期ノイズ成分の分析結果例を示すを示す波形図である。
【００４９】
本実施例に適用される前記ウェーハＷ上の所定の導電性膜７の表面には、図２に示すように、微小凸部７ａ，７ａ，…が存在し、前記化学機械研磨装置１は、このような表面に微小凸部７ａ，７ａ，…のある導電性膜７を研磨除去して平坦化し、多層配線等を形成しようとするものである。このため、図２に示す微小凸部７ａ，７ａ，…が平坦化される過程での摩擦力は大きく、それに伴ってトルク計測部９で計測される研磨のトルクを示すデータには化学機械研磨装置１におけるプラテンモータＭ１やヘッドモータＭ２を含む様々な機器、部材の固有振動等からくる外乱が混入してくる。
【００５０】
図３（ａ）はトルク計測部９で計測されたトルクデータＴａを示しており、該トルクデータＴａには化学機械研磨装置１におけるプラテンモータＭ１やヘッドモータＭ２の回転に同期して生じる固定した周期成分及びドレッシング条件や該ドレッシングにより変化する研磨パッドの表面状態等に起因してリアルタイム且つ連続的に変動していく周期成分等に対応した複数の周期ノイズ成分が混入している。このため、直接、該トルクデータＴａを用いて、その変化から所定の導電性膜７の研磨終端時点を精度よく検出することは困難である。
【００５１】
そこで、本実施例では、まず、前記トルクデータＴａにフーリエ変換を施すことで、該トルクデータＴａ中に生じている前記複数の周期成分を分析し、該分析された複数の周期成分から複数の周期ノイズ成分を除去するための最短必要な当該各周期成分に対応した移動平均処理時間をそれぞれリアルタイムに算出している。そして、前記トルクデータＴａに前記各周期成分に対応した移動平均処理時間についての複数の平均処理をリアルタイムに施すことで、前記複数の周期ノイズ成分が除去されたトルク波形Ｔｂを求めている。
【００５２】
図３（ｂ）はトルクデータＴａに周期成分分析部１０でフーリエ変換を施すことにより分析された複数の周期成分を示している。該複数の周期成分を含む周期ノイズ成分Ｎａの波形中には、特に強度の大きい周期ノイズ成分としてｕ秒周期の周期ノイズ成分、ｖ秒周期の周期ノイズ成分及びｗ秒周期の周期ノイズ成分等が存在している。次いで、平均処理時間算出部１１により、これらの周期成分、即ちｕ秒周期成分、ｖ秒周期成分、ｗ秒周期成分等から、複数の周期ノイズ成分を除去するための最短必要な当該各周期成分に対応した移動平均処理時間をそれぞれリアルタイムに算出する。最短必要な移動平均処理時間は複数の周期ノイズ成分の各周期よりも、それぞれ僅かに長い時間である。
【００５３】
図３（ｃ）はトルクデータＴａに前記各周期成分に対応してリアルタイムに算出された
移動平均処理時間についての複数の平均処理を施すことで得られたトルク波形Ｔｂを示している。また、図３（ｄ）は該トルク波形Ｔｂにフーリエ変換を施すことにより分析された周期ノイズ成分Ｎｂの波形を示している。該ノイズ成分Ｎｂの波形からは、前記強度の大きい周期ノイズ成分を含む複数の周期ノイズ成分が除去されている。
【００５４】
次いで、「周期ノイズ成分が除去されたトルク波形による研磨終端時点の検知」を図４の（ａ）〜（ｃ）を用いて説明する。図４はトルク波形の変化を基に研磨終端時点を検知する方法を説明するための図であり、（ａ）はドレッシング方法の違いによるドリフトノイズの影響を受けて変動するトルク波形例を示す波形図、（ｂ）は図（ａ）のトルク波形に一次微分を施して研磨終端時点を検知する方法例を説明するための図、（ｃ）は図（ａ）のトルク波形に二次微分を施して研磨終端時点を検知する方法例を説明するための図である。
【００５５】
図４の（ａ）、（ｂ）を用いてトルク波形Ｔｂに一次微分を施して研磨終端時点を検知する方法から説明する。図４（ａ）中、Ｔｂ１は研磨しながら研磨パッドのドレッシングを行うインサイチュウドレッシングの場合のトルク波形、Ｔｂ２は研磨の前に研磨パッドのドレッシングを行うインターバルドレッシングの場合のトルク波形である。インターバルドレッシングの場合は、研磨中はドレッシングを行わないため、研磨中に研磨パッドの表面状態は微小ながらも徐々に目詰まりが進展する。この結果、インターバルドレッシングの場合のトルク波形Ｔｂ２は、ドリフトノイズの影響を受けて図示のように徐々に減少していく。
【００５６】
このため、トルク波形が、例えば所定の傾き（一次微分値）に達したときを研磨終端の検知時点と設定すると、ドリフトノイズの影響を受けていないトルク波形Ｔｂ１の場合は、Ｅ点で所定の傾き（一次微分値）に達して、このＥ点が研磨終端時点として検知される。これに対し、ドリフトノイズの影響を受けているトルク波形Ｔｂ２の場合は、Ｇ点で所定の傾き（一次微分値）に達してしまい、正しい研磨終端時点Ｅ点に対し、誤検知をしてまう。
【００５７】
そこで、本実施例では、図４（ｂ）に示すように、まず、いずれのトルク波形に対しても一次微分を施して、トルク波形Ｔｂ１に対する一次微分（ｄＴｂ１／ｄｔ）の波形、及びトルク波形Ｔｂ２に対する一次微分（ｄＴｂ２／ｄｔ）の波形を求めている。そして次のように、両一次微分値に対し、所定の研磨初期ｔ１の一次微分値に対する研磨終端付近ｔ２（図４（ｂ）のｔ２はＥ点に等しい）の一次微分値の比、即ち
（ｄＴｂ１／ｄｔ）ｔ２／（ｄＴｂ１／ｄｔ）ｔ１    …（１）
（ｄＴｂ２／ｄｔ）ｔ２／（ｄＴｂ２／ｄｔ）ｔ１    …（２）
をモニタしている。上記式（１）と式（２）の値はほぼ等しくなる。この結果、研磨パッドのドレッシング状態等に起因して研磨のトルクが減少していくドリフトノイズの影響を受けることなく所定の導電性膜の研磨終端時点Ｅを正しく検知することができる。
【００５８】
また次のように、研磨終端付近ｔ２の一次微分値と所定の研磨初期ｔ１の一次微分値との差分、即ち
（ｄＴｂ１／ｄｔ）ｔ２−（ｄＴｂ１／ｄｔ）ｔ１    …（３）
（ｄＴｂ２／ｄｔ）ｔ２−（ｄＴｂ２／ｄｔ）ｔ１    …（４）
をモニタする。上記式（３）と式（４）の値はほぼ等しくなる。この結果、前記式（１）と式（２）の関係を用いた場合と同様に、研磨パッドのドレッシング状態等に起因して研磨のトルクが減少していくドリフトノイズの影響を受けることなく所定の導電性膜の研磨終端時点Ｅを正しく検知することができる。
【００５９】
図４（ｃ）を用いてトルク波形Ｔｂに二次微分を施して研磨終端時点を検知する方法を
説明する。前記トルク波形Ｔｂに一次微分を施して研磨終端時点を検知する方法に代えて、次のように、トルク波形Ｔｂ１及びＴｂ２についての二次微分により変化点を求め、該変化点を基にしても所定の導電性膜の研磨終端時点を検知することができる。
【００６０】
即ち、研磨終端付近ｔ２における前記一次微分（ｄＴｂ１／ｄｔ）及び（ｄＴｂ２／ｄｔ）の両波形は、殆どの場合、前記Ｅ点の位置にほぼ等しい変化点Ｑ１及びＱ２を境にして上に凸で下に凹の形から下に凸で上に凹の形をとる。このような研磨終端付近ｔ２の領域における各一次微分の波形にさらに二次微分（ｄ２Ｔｂ１／ｄｔ２）及び（ｄ２Ｔｂ２／ｄｔ２）を施すと、図４（ｃ）に示すように、該二次微分（ｄ２Ｔｂ１／ｄｔ２）及び（ｄ２Ｔｂ２／ｄｔ２）の値が、それぞれ前記変化点（極小点）Ｑ１及びＱ２を境にして減少から増加に転じる。そこで、トルク波形Ｔｂ１及びＴｂ２について二次微分（ｄ２Ｔｂ１／ｄｔ２）及び（ｄ２Ｔｂ２／ｄｔ２）を施し、この二次微分の値が減少から増加に転じる点から前記変化点Ｑ１又はＱ２を求め、この変化点Ｑ１又はＱ２を基にすることで前記と同様に、研磨パッドのドレッシング状態等に起因して研磨のトルクが減少していくドリフトノイズの影響を受けることなく所定の導電性膜の研磨終端時点Ｅを正しく検知することができる。
【００６１】
そして、上記いずれの方法で研磨終端時点Ｅを検知する場合においても、所定の導電性膜が完全に除去された瞬間を研磨終端時点Ｅとして検知することは難しい。このため、本アルゴリズムで検知した終端から、別パラメータでオーバーポリッシュ時間を与えておき、一定時間研磨を継続した後に研磨処理を終了させることで所定の導電性膜の取りきりを保証することができる。
【００６２】
上述したように、本実施例に係るトルク変化を利用した研磨終端時点検知方法及びその装置においては、複数の周期成分についてそれぞれリアルタイムに算出した各移動平均処理時間でトルクデータＴａに複数の平均処理を施すことで、複数の周期ノイズ成分が除去されたトルク波形Ｔｂを効率よく得ることができる。
【００６３】
トルク波形Ｔｂに一次微分を施し、所定の研磨初期ｔ１の一次微分値に対する研磨終端付近ｔ２の一次微分値の比もしくは研磨終端付近ｔ２の一次微分値と所定の研磨初期ｔ１の一次微分値との差分の少なくともいずれかの変化をモニタするようにしたことで、研磨パッド４のドレッシング状態等に起因して研磨のトルクが減少していくドリフトノイズの影響を受けることなく所定の導電性膜７の研磨終端時点Ｅを高い精度で確実に検知することができる。
【００６４】
トルク波形Ｔｂに二次微分を施して変化点Ｑを求め、この変化点Ｑを基にすることで、前記と同様に、研磨パッド４のドレッシング状態等に起因して研磨のトルクが減少していくドリフトノイズの影響を受けることなく所定の導電性膜７の研磨終端時点Ｅを高い精度で確実に検知することができる。
【００６５】
なお、本発明は、本発明の精神を逸脱しない限り種々の改変をなすことができ、そして、本発明が該改変されたものにも及ぶことは当然である。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
図は本発明の実施例に係るトルク変化を利用した研磨終端時点検知方法及びその装置を示すものである。
【図１】化学機械研磨装置の概略構成及び研磨終端時点検知装置のブロック図。
【図２】ウェーハ表面の微小凹凸が研磨の進行に伴って平坦化される様子を説明するための図。
【図３】研磨のトルクを示すデータ例並びに該データに平均処理を施したトルク波形等を示す波形図であり、（ａ）は研磨のトルクを示すデータ例の波形図、（ｂ）は図（ａ）のデータから分析された周期成分の分析結果例を示す波形図、（ｃ）は図（ａ）のデータに平均処理を施したトルク波形を示す波形図、（ｄ）は図（ｃ）のトルク波形の周期ノイズ成分の分析結果例を示す波形図。
【図４】トルク波形の変化を基に研磨終端時点を検知する方法を説明するための図であり、（ａ）はドレッシング方法の違いによるドリフトノイズの影響を受けて変動するトルク波形例を示す波形図、（ｂ）は図（ａ）のトルク波形に一次微分を施して研磨終端時点を検知する方法例を説明するための図、（ｃ）は図  （ａ）のトルク波形に二次微分を施して研磨終端時点を検知する方法例を説明するための図。
【符号の説明】
【００６７】
１    化学機械研磨装置
２    プラテン
３    研磨ヘッド
４    研磨パッド
５    プラテン回転軸
６    ヘッド回転軸
７    導電性膜
７ａ  微小凸部
８    研磨終端時点検知装置
９    トルク計測部（トルク計測手段）
１０    周期成分分析部（周期成分分析手段）
１１    平均処理時間算出部（平均処理時間算出手段）
１２    平均処理部（平均処理手段）
１３    終端時点検知部（終端時点検知手段）
Ｍ１    プラテンモータ
Ｍ２    ヘッドモータ
Ｎａ    周期ノイズ成分
Ｎｂ    ノイズ成分
Ｔａ    トルクデータ
Ｔｂ    トルク波形
【図１】
2009028856.tif 000003
【図２】
2009028856.tif 000004
【図３】
2009028856.tif 000005
【図４】
2009028856.tif 000006