特開 2022-94942 インシトゥ電磁誘導モニタリングにおけるスラリ組成の補正

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022094942

(43)【公開日】2022-06-27

(54)【発明の名称】インシトゥ電磁誘導モニタリングにおけるスラリ組成の補正

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/304 20060101AFI20220620BHJP

   B24B 37/10 20120101ALI20220620BHJP

   B24B 49/10 20060101ALI20220620BHJP

   B24B 49/04 20060101ALI20220620BHJP

   B24B 37/005 20120101ALN20220620BHJP

【ＦＩ】

H01L21/304 622S

B24B37/10

B24B49/10

B24B49/04 Z

B24B37/005 A

【審査請求】有

【請求項の数】20

【出願形態】ＯＬ

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2021198982

(22)【出願日】2021-12-08

(31)【優先権主張番号】17/122,819

(32)【優先日】2020-12-15

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(71)【出願人】

【識別番号】390040660

【氏名又は名称】アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド

【氏名又は名称原語表記】ＡＰＰＬＩＥＤ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ，ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＥＤ

(74)【代理人】

【識別番号】110002077

【氏名又は名称】園田・小林特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】シュー， クン

(72)【発明者】

【氏名】シオルディア， アンドリュー

【テーマコード（参考）】

3C034

3C158

5F057

【Ｆターム（参考）】

3C034AA07

3C034BB73

3C034BB92

3C034CA02

3C034CB04

3C034DD07

3C034DD10

3C158AA07

3C158AB04

3C158AC02

3C158AC04

3C158BA05

3C158BC01

3C158CB01

3C158DA17

3C158EA13

3C158EB01

5F057AA20

5F057BA15

5F057CA12

5F057DA03

5F057GA12

5F057GB03

5F057GB13

(57)【要約】      （修正有）

【課題】化学機械研磨（ＣＭＰ）において、研磨工程が完了したかどうか、すなわち、基板層が、望ましい平坦度又は厚みに平坦化されたかを検知する方法を提供する。
【解決手段】研磨ステーション２０におけるＣＭＰの方法は、基板１０の導電層を研磨パッド３０に接触させることと、研磨バッドに研磨液３８を供給することと、基板と研磨バッドとの相対運動を起こさせることと、導電層を研磨して、導電層の厚みに依存する一連の信号値を生成する際に、基板をインシトゥ電磁誘導モニタリングシステム１００によりモニタすることと、一連の信号値に基づき、導電層の一連の厚み値を決定することと、を含む。一連の厚み値を決定することは、信号値に対する研磨液の関与率を少なくとも部分的に補正することを含む。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

化学機械研磨の方法であって、
基板の導電層を研磨パッドに接触させることと、
前記研磨バッドに研磨液を供給することと、
前記基板と前記研磨バッドとの相対運動を起こさせることと、
前記導電層を研磨して、前記導電層の厚みに依存する一連の信号値を生成する際に、前記基板をインシトゥ電磁誘導モニタリングシステムによりモニタすることと、
前記一連の信号値に基づき前記導電層の一連の厚み値を決定することであって、前記信号値に対する前記研磨液の関与率を少なくとも部分的に補正することを含む、前記導電層の一連の厚み値を決定することと
を含む方法。

【請求項2】

前記研磨液のための研磨液ベース信号値を決定することを含む、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

信号値を厚みに関連付ける関数の１つまたは複数の初期係数を保存することを含む、請求項２に記載の方法。

【請求項4】

前記初期係数および前記研磨液値に基づき、調整された係数を計算することを含む、請求項３に記載の方法。

【請求項5】

前記一連の厚み値を決定することは、前記調整された係数を伴う前記関数を使用して、信号値から厚み値を計算することを含む、請求項４に記載の方法。

【請求項6】

前記関数が、２次以上の多項式関数を含む、請求項４に記載の方法。

【請求項7】

前記関数が、
Ｓ＝Ｗ’_１×Ｄ^２＋Ｗ’_２×Ｄ＋Ｗ’_３
を含み、ここで、Ｓは前記信号値であり、Ｄは前記厚みであり、Ｗ’_１、Ｗ’_２、およびＷ’_３は調整された係数である、請求項５に記載の方法。

【請求項8】

前記調整された係数が、
Ｗ’_１＝Ｗ_１
Ｗ’_２＝Ｗ_２－２ｓ×Ｗ_１
Ｗ’_３＝Ｗ_３－ｓ×Ｗ_２＋ｓ^２×Ｗ_１
を満たし、ここで、Ｓは、信号値に対する前記研磨液の関与率を表す等価導電層厚値であり、Ｗ_１、Ｗ_２、およびＷ_３は前記初期係数である、請求項７に記載の方法。

【請求項9】

前記初期係数を伴う前記関数および前記研磨液ベース信号値から前記等価導電層厚値を決定することを含む、請求項８に記載の方法。

【請求項10】

前記研磨液の存在下で、クリア基板を前記インシトゥ電磁誘導モニタリングシステムにより測定し、前記研磨液ベース信号値を生成することを含む、請求項３に記載の方法。

【請求項11】

等価導電層厚値を計算することであって、信号値を厚みに関連付ける前記関数において前記厚みとして適用されると、前記研磨液ベース信号値をもたらす、等価導電層厚値を計算することを含む、請求項１０に記載の方法。

【請求項12】

１つまたは複数の検査基板上の１つまたは複数の導電層の複数の度量衡厚測定値を受信することと、前記１つまたは複数の検査基板を、脱イオン水研磨液の存在下で前記インシトゥ電磁誘導モニタリングシステムにより測定し、複数の検査基板信号値を生成することと、前記複数の検査基板信号値から前記初期係数を計算することと、を含む、請求項３に記載の方法。

【請求項13】

前記ベース信号値および初期信号値を伴う前記関数に基づき、信号値に対する半導体ウエハの関与率を表す等価導電層厚値を決定することを含む、請求項６に記載の方法。

【請求項14】

研磨終点を検出することまたは前記一連の厚み値に基づき研磨パラメータに対する変更を決定することのうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載の方法。

【請求項15】

前記研磨終点で研磨を止めることまたは前記変更によって前記研磨パラメータを調整することのうちの少なくとも１つを含む、請求項１４に記載の方法。

【請求項16】

化学機械研磨の方法であって、
半導体ウエハ全体にわたって導電層が設けられている基板を研磨パッドに接触させることと、
前記研磨バッドに研磨液を供給することと、
前記基板と前記研磨バッドとの相対運動を起こさせることと、
研磨液ベース信号値を受信することと、
前記導電層を研磨して、前記導電層の厚みに依存する一連の信号値を生成する際に、前記基板をインシトゥ電磁誘導モニタリングシステムによりモニタすることと、
前記一連の信号値および前記研磨液ベース信号値に基づき、前記導電層の一連の厚み値を決定することと、を含む方法。

【請求項17】

命令を含む、コンピュータ可読媒体に有形にコード化されたコンピュータプログラム製品であって、前記命令が、コンピュータシステムに、
基板の導電層が研磨される際に、前記基板を研磨する研磨システムのインシトゥ電磁誘導モニタリングシステムのセンサから一連の信号値を受信することと、
前記一連の信号値に基づき、前記導電層の一連の厚み値を決定することであって、前記コントローラが、前記信号値に対する前記研磨液の関与率を少なくとも部分的に補正することによって、前記一連の厚み値を決定するように構成されている、前記導電層の一連の厚み値を決定することと、
研磨終点を決定することまたは前記一連の厚み値に基づき前記研磨システムの研磨パラメータを調整することのうちの少なくとも１つと、を行わせる、コンピュータプログラム製品。

【請求項18】

前記研磨液の研磨液ベース信号値を決定し、信号値を厚みに関連付ける関数の１つまたは複数の初期係数を保存し、前記初期係数および前記研磨液値に基づき調整された係数を計算するようにさせる命令を含む、請求項１７に記載のコンピュータプログラム製品。

【請求項19】

研磨パッドを支持する回転式プラテンと、
前記研磨パッドに基板を保持するキャリアヘッドと、
前記研磨パッドに研磨液を供給するディスペンサと、
前記基板上の導電層の厚みに依存する一連の信号値を生成するセンサを含むインシトゥ電磁誘導モニタリングシステムと、
コントローラであって、
前記導電層が研磨される際に、前記インシトゥ電磁誘導モニタリングシステムから前記一連の信号を受信することと、
前記一連の信号値に基づき、前記導電層の一連の厚み値を決定することと、を行うように構成され、前記信号値に対する前記研磨液の関与率を少なくとも部分的に補正することによって前記一連の厚み値を決定するように構成されている、コントローラと、
を含む、研磨システム。

【請求項20】

前記コントローラが、前記研磨液のための研磨液ベース信号値を決定し、信号値を厚みに関連付ける関数の１つまたは複数の初期係数を保存し、前記初期係数および前記研磨液値に基づき、調整された係数を計算するように構成されている、請求項１９に記載の研磨システム。

【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、化学機械研磨時の導電層のモニタリングに関するものである。

【背景技術】

【0002】

集積回路は、通常、シリコンウエハ上の導電層、半導電層、または絶縁層の途切れのない沈着によって基板に形成される。様々な製造工程では、基板上の層の平坦化が必要となる。例えば、ある製造段階では、非平坦面全体にわたって充填層を沈着させ、充填層を平坦化させることを対象とする。用途によっては、パターン化層の上面が露出するまで充填層が平坦化される。例えば、金属層をパターン化絶縁層に沈着させ、絶縁層にあるトレンチおよび孔を埋めることができる。平坦化の後、パターン化層のトレンチおよび孔にある金属の残り部分がビア、栓、および線を成して、基板上に薄膜回路間の導電路をもたらす。

【0003】

化学機械研磨（ＣＭＰ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）は、平坦化の１つの方法として認められている。この平坦化方法では、通常、基板をキャリアヘッドに直装することが必要になる。基板の露出面は、通常、回転式研磨パッドに当たっている。キャリアヘッドは、基板を研磨バッドに押し付ける制御式負荷を基板に供給する。研磨粒子状態の研磨スラリが、通常、研磨パッドの表面に与えられる。

【0004】

ＣＭＰにおける１つの問題は、研磨工程が完了したかどうか、すなわち、基板層が、望ましい平坦度または厚みに平坦化されたかどうか、または望ましい材料量がいつ取り除かれたか、を決定することである。スラリ組成、研磨パッド状態、研磨パッドと基板との相対速度、基板層の初期厚み、および基板に掛かる負荷におけるバラツキによって、材料除去量におけるバラツキが起こる可能性がある。このようなバラツキは、研磨終点に達するのに必要とされる時間におけるバラツキを引き起こす。そのため、単に研磨時間の関数として研磨終点を決定することは、ウエハ内またはウエハ同士の非一様性につながる可能性がある。

【0005】

システムによっては、基板は、研磨時に、例えば、研磨パッドを通して、もとの場でモニタされる。１つのモニタリング技法は、基板の導電層に渦電流を誘導し、導電層が取り除かれるのにつれた渦電流の変化を検出するものである。

【発明の概要】

【0006】

ある態様において、化学機械研磨方法は、基板の導電層を研磨パッドに接触させることと、研磨バッドに研磨液を供給すること、基板と研磨バッドとの相対運動を起こさせること、導電層を研磨して、導電層の厚みに依存する一連の信号値を生成する際に、基板をインシトゥ電磁誘導モニタリングシステムによりモニタすることと、一連の信号値に基づき導電層の一連の厚み値を決定することと、を含む。一連の厚み値を決定することは、信号値に対する研磨液の関与率を少なくとも部分的に補正することを含む。

【0007】

別の態様において、化学機械研磨方法は、半導体ウエハ全体にわたって導電層が沈着している基板を研磨パッドに接触させることと、研磨バッドに研磨液を供給すること、基板と研磨バッドとの相対運動を起こさせること、研磨液ベース信号値を受信することと、導電層を研磨して、導電層の厚みに依存する一連の信号値を生成する際に、基板をインシトゥ電磁誘導モニタリングシステムによりモニタすることと、一連の信号値および研磨液ベース信号値に基づき導電層の一連の厚み値を決定することと、を含む。

【0008】

実装形態は、以下の利点のうちの１つまたは複数を含み得る。研磨スラリによって、例えば、研磨スラリにある帯電粒子および帯電イオンを原因として、引き起こされる測定渦電流信号と導電層厚との相関関係における誤りを減らすことができる。補正工程を使用する調整済み渦電流信号または調整済み導電層厚が、より正確になり得る。調整済み渦電流および／または調整済み導電層厚を使用して、研磨工程時に制御パラメータを決定しかつ／または研磨工程の終点を決定することができる。制御パラメータ決定および終点検出の確実性を高めることができ、研磨下のウエハを避けることができ、ウエハ内非一様性を減らすことができる。

【0009】

以下に、添付図面および発明を実施するための形態において、１つまたは複数の実装形態について詳しく示す。他の態様、特徴、および利点は、発明を実施するための形態、図面、および特許請求の範囲から見えてくるであろう。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】電磁誘導モニタリングシステムを含む研磨ステーションの例の概略断面図を示す。

【図2】基板にわたるセンサ走査路を示す、化学機械研磨ステーション例の概略上面図を示す。

【図3A】研磨工程を示す基板の概略断面図である。

【図3B】研磨工程を示す基板の概略断面図である。

【図3C】研磨工程を示す基板の概略断面図である。

【図4】電磁誘導センサによって起こされる磁場例を示す概略断面図である。

【図5】導電層厚をモニタする方法の流れ図である。

【図6】導電層厚の関数としての渦電流位相信号例のグラフを示す。

【発明を実施するための形態】

【0011】

研磨作業の際のあるモニタリング技法では、例えば交流電流（ＡＣ：Ａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇ Ｃｕｒｒｅｎｔ）駆動信号を使用して、基板上の導電層に渦電流を誘導する。誘導渦電流を研磨時にもとの場（in-situ）で、渦電流センサで測定して、信号を発することができる。研磨下の最外層が導電層であると仮定すると、センサからの信号は、導電層の厚みによって決まってくるはずである。このモニタリングに基づき、研磨レートなどの研磨作業の際の制御パラメータがもとの場で調整され得る。また、研磨作業は、モニタ対象の厚みが望ましい終点厚みに達したという表示に基づき終わらせることができる。

【0012】

実際には、渦電流センサによって起こされる磁場もまた、基板と研磨パッドとの間の薄いスラリ層に渡る。何ら特定の理論に縛られない限り、スラリの帯電研磨粒子またはイオン濃度は、渦電流からの信号に影響を与える可能性がある。渦電流センサの較正が、ＤＩ水の存在下で、または何ら液体がない条件下で「ブランク」較正水を使用して行われると、センサは、不適切に較正され、不正確な厚み測定値を出す可能性がある。しかし、例えば、相応のスラリの存在下でセンサの較正を行うことによって、またはスラリから信号への関与率を考慮に入れて訓練データを調整することによって、この不正確を補う技法を使用することができる。

【0013】

したがって、渦電流信号と渦電流信号に基づく測定厚みとを含む、電磁誘導測定値がスラリ組成に基づき調整される。

【0014】

図１および図２には、化学機械研磨システムの研磨ステーション２０の例を示す。研磨ステーション２０は、研磨パッド３０が座っている回転式円盤型プラテン２４を含む。このプラテン２４は、軸２５を中心として回転するように使用することができる。例えば、モータ２２が、回転式円盤型プラテン２４を回転させるように駆動軸２８を回すことができる。研磨バッド３０は、外側研磨層３４および柔らかめの裏打ち層３２で成る２層研磨パッドとすることができる。

【0015】

研磨ステーション２０には、研磨スラリなどの研磨液３８を研磨バッド３０に投与するためのスラリポートまたは連結スラリ－リンスアーム３９を含めることができる。研磨ステーション２０には、研磨パッドの表面粗度を維持するためのコンディショニングディスク状のパッドコンディショナ装置を含めることができる。

【0016】

キャリアヘッド７０は、基板１０を研磨パッド３０に押し付けるのに使用することができる。キャリアヘッド７０は、支持構造体７２、例えば、カルーセルまたは軌道から吊るされ、キャリアヘッドが軸７１を中心に回転することができるように、駆動軸７４によって、キャリアヘッド回転モータ７６に接続されている。場合によっては、キャリアヘッド７０は、軌道に沿った移動によって、またはカルーセルそのものの回転振動によって、例えば、カルーセル上のスライダ上で、横方向に振れることができる。

【0017】

キャリアヘッド７０には、基板を保持する保持リング８４を含めることができる。実装形態によっては、保持リング８４には、高導電部分があることがあり、例えば、キャリアリングには、研磨パッドに接触する薄い下部プラスチック部分８６と、厚い上部導電部分８８とがある場合がある。実装形態によっては、高導電部分は金属であり、例えば、研磨される層と同じ金属、例えば銅である。

【0018】

作業時、回転式円盤型プラテンが回転式円盤型プラテン中心軸２５を中心に回転し、キャリアヘッドがキャリアヘッド中心軸７１を中心に回転し、研磨パッド３０の上面にわたって横方向に並進する。複数のキャリアヘッドがある場合、各キャリアヘッド７０には、その研磨パラメータの独立制御を備えることができ、例えば、各キャリアヘッドは、他と無関係に、それぞれの基板に掛かる圧力を制御することができる。

【0019】

キャリアヘッド７０には、基板１０の裏面に接触する基板取り付け面のある可撓性膜８０と、基板上のゾーンごとに、例えば放射状ゾーンごとに違った圧力を掛ける複数の加圧可能チャンバ８２とを、基板１０上に含めることができる。キャリアヘッドが、基板を保持する保持リング８４を含む場合がある。

【0020】

実装形態によっては、研磨ステーション２０が、研磨ステーションまたは研磨ステーションの／内の構成要素において温度をモニタする温度センサ６４を含めることができる。図１には、研磨パッド３０および／または研磨パッド３０上のスラリ３８の温度をモニタするように位置付けられているとして、示しているが、温度センサ６４は、基板１０の温度を測定するようにキャリアヘッド７０の中に位置付けられてもよい。温度センサ６４が、研磨パッドまたは基板の最外層の温度を正確にモニタすることができるように、研磨パッド、または導電層である場合がある基板１０の最外層に直に接触していてもよい（例えば、接触センサ）。温度センサが非接触センサ（例えば、赤外線センサ）であってもよい。実装形態によっては、研磨ステーション２２には、例えば、研磨ステーションの／内の様々な構成要素の温度を測定するために複数の温度センサが含まれている。温度は、リアルタイムで、例えば、周期的にかつ／または渦電流システムによってなされるリアルタイム測定に従って、測定され得る。モニタ対象温度は、渦電流測定値をもとの場でで調整するのに使用され得る。

【0021】

図３Ａを参照すると、研磨システムを使用して、パターン化誘電層を覆うかつ／またはパターン化誘電層に施された導電材料を含む基板１０を研磨することができる。例えば、基板１０には、誘電層１４、例えば、酸化ケイ素すなわち高－ｋ誘電体にあるトレンチを覆い、埋める、導電材料１６、例えば、銅、アルムニウム、コバルト、またはチタンの層を含めることができる。場合によっては、隔壁層１８、例えば、タンタルまたは窒化タンタルがトレンチを裏打ちし、導電材料１６を誘電層１４から分けていてもよい。トレンチ内の導電材料１６は、完成集積回路におけるビア、パッド、および／または相互接続子を設けることができる。半導体ウエハ１２に直に沈着しているとして誘電層１４を示しているが、誘電層１４と半導体ウエハ１２との間に１つまたは複数の他の層が挟まれていてもよい。

【0022】

半導体ウエハ１２がシリコンウエハ、例えば単結晶シリコンであってもよいが、他の半導体材料も考えられ得る。また、半導体ウエハ１２がｐ型ドーピングまたはｎ型ドーピングによりドープされていてもよい。半導体ウエハを使用する集積回路におけるトランジスタ製造時に適宜、ドーピングが、横方向にウエハにわたって一様であってもよく、またはウエハが選択的にドープされてもよい。

【0023】

当初、導電材料１６が誘電層１４全体を覆っている。研磨が進行するにつれて、導電材料１６のバルクが取り除かれ、隔壁層１６が露出する（図３Ｂ参照）。次に、途切れのない研磨で、誘電層１４のパターン化上面が露出する（図３Ｃ参照）。さらに研磨を続けると、導電材料１６を含有しているトレンチの深さを制御することができる。

【0024】

実装形態によっては、研磨システムが、さらに研磨ステーションを含む。例えば、研磨システムには、２つでも３つでも研磨ステーションを含めることができる。例えば、研磨システムには、第１の電磁誘導モニタリングシステムの場合は第１の研磨ステーションを含めることができ、第２の電磁誘導電流モニタリングシステムの場合は第２の研磨ステーションを含めることができる。

【0025】

例えば、作業時、基板上の導電層のバルク研磨が、第１の研磨ステーションで行われてもよく、導電層の目標とする厚みが基板に残っているときに研磨を止めることができる。それにより、基板が第２の研磨ステーションに送られ、基板が、基底層、例えばパターン化誘電層まで研磨され得る。

【0026】

図１に戻って、研磨システムは、コントローラ９０につなげられ得るか、コントローラ９０を含むと考えられ得る、インシトゥ電磁誘電モニタリングシステム１００を含む。回転カプラ２９を使用して、回転式プラトン２４にある構成要素、例えばインシトゥモニタリングシステムのセンサをプラトンの外側の構成要素、例えば、ドライブおよびセンス回路機構またはコントローラ９０に電気接続することができる。

【0027】

インシトゥ電磁誘導モニタリングシステム１００は、導電材料１６、例えば金属の深さによって決まってくる信号を発するように構成されている。電磁誘導モニタリングシステムは、誘電層を覆う導電材料の薄板であっても、誘電層が露出した後にトレンチに残っている導電材料の薄板であってもよい導電材料における渦電流の発生によっても、または基板上の誘電層にあるトレンチに形成された導電ループにおける電流発生によっても、作動することができる。

【0028】

作業時、研磨システムでは、インシトゥモニタリングシステム１００を使用して、導電層が目標とする厚み、例えば、トレンチにある金属での目標とする厚みまたは誘電層を覆う金属層での目標とする厚みに達したときを決定することにより、研磨を止めることができる。別法としてまたはさらに、研磨システムでは、インシトゥモニタリングシステム１００を使用して、基板１０にわたる導電材料１６の厚みのバラツキを決定し、この情報を使用して、研磨非一様性を緩和するために、研磨時にキャリアヘッド８０にある１つまたは複数のチャンバ８２に掛かる圧力を調整することができる。

【0029】

回転式円盤型プラテン２４に凹部２６が形成されてもよく、また場合によっては、凹部２６を覆う研磨パッド３０に、薄区画３６が形成されてもよい。凹部２６および薄区画３６は、キャリアヘッドの並進位置に関わらず、回転式円盤型プラテン回転の一時期に基板の１０の下に渡るように位置付けられ得る。研磨パッド３０が２層バッドであると仮定すると、薄区画３６は、裏打ち層３２の一部を取り除くことによって、また場合によっては、研磨層３４の底に凹部を形成することによって、作り出され得る。薄区画は、場合によっては、例えば、インシトゥ光モニタリングシステムが回転式円盤型プラテン２４に組み込まれている場合、光学的見地からは透過性であることがある。

【0030】

インシトゥモニタリングシステム１００には、凹部２６に取り付けられるセンサ１０２を含めることができる。センサ１０２には、少なくとも部分的に凹部２６に位置付けられる磁芯１０４と、磁芯１０４の一部に巻かれた少なくとも１つのコイル１０６と、を含めることができる。ドライブおよびセンス回路機構１０８が、コイル１０６に電気接続されている。ドライブおよびセンス回路機構１０８は、コントローラ９０に送信され得る信号を発する。回転式円盤型プラテン２４の外側にあるとして示しているが、ドライブおよびセンス回路機構１０８の一部またはすべてが回転式円盤型プラテン２４に取り付けられてもよい。

【0031】

図１および図４を参照すると、ドライブおよびセンス回路機構１０８は、ＡＣ電流をコイル１０６に印加し、コイル１０６は、磁芯１０４の２つの極１５２ａと１５２ｂとの間に磁場１５０を起こす。作業時、基板１０がセンサ１０２を途切れ途切れに覆うと、磁場１５０の一部が基板１０に及ぶ。

【0032】

ドライブおよびセンス回路機構１０８は、コイル１０６と並列に接続されたコンデンサを含み得る。コイル１０６とコンデンサとが合わさって、ＬＣ共振タンクと成ることができる。

【0033】

基板上の導電層の厚みのモニタリングが望ましい場合、磁場１５０が導電層に達すると、磁場１５０は、通過して、電流を発生させるか（対象がループであれば）、または渦電流を生み出すことがある（対象が薄板であれば）。これにより、ＬＣ回路の実効インピーダンスが修正される。

【0034】

しかし、磁場１５０は、導電層１６と研磨パッド層３２との間に形成されたスラリ層１５にも侵入する。それにより、ＬＣ回路の実効インピーダンス、引いてはドライブおよびセンス回路機構１０８からの信号が、研磨時に使用されるスラリ種類によっても決まってくることがある。

【0035】

ドライブおよびセンス回路機構１０８には、複合ドライブ／センスコイル１０６につながれるマージナル発振子を含めることができ、出力信号が、例えば、米国特許第７，１１２，９６０号に記載の通り、正弦波振動のピーク間振幅を一定の値に維持するのに必要とされる電流であり得る。ドライブおよびセンス回路機構１０８には他の構成も考えられ得る。例えば、別々のドライブコイルとセンスコイルとが、磁芯に巻かれていてもよい。例えば米国特許第６，９７５，１０７号に記載の通り、ドライブおよびセンス回路機構１０８は、一定の頻度で電流を印加することができ、ドライブおよびセンス回路機構１０８からの信号は、ドライブコイルに対するセンスコイルにおける電流の位相ずれ、または検知された電流の振幅であり得る。

【0036】

図２を参照すると、回転式円盤型プラテン２４が回転するのにつれて、センサ１０２が基板１０にスイープする。特定の頻度でドライブおよびセンス回路機構１０８から信号を標本抽出することによって、ドライブおよびセンス回路機構１０８は、基板１０にわたる一連の標本抽出ゾーン９４で測定値を生成する。スイープするたびに、標本抽出ゾーン９４のうちの１つまたは複数における測定値が選択されるかまとめられ得る。したがって、複数回のスイープにわたって、選択またはまとめられた測定値は、時変の一連の値と成る。

【0037】

研磨ステーション２０には、センサ１０２が基板１０の下になるとそれを検知し、センサ１０２が基板から外れるとそれを検知する、光インタラプタなどの位置センサ９６も含めることができる。例えば、位置センサ９６がキャリアヘッド７０に対向する一定の場所に装着されてもよい。フラグ９８が回転式円盤型プラテン２４の周縁に取り付けられていてもよい。センサ１０２が基板１０の下にスイープすると、それを位置センサ９６に信号で合図することができるようなフラグ９８の取り付け点および長さが選択される。

【0038】

別法としてまたはさらに、研磨ステーション２０には、回転式円盤型プラテン２４の角度位置を決定するエンコーダも含めることができる。

【0039】

図１を参照すると、コントローラ９０、例えば、汎用プログラマブルデジタルコンピュータがインシトゥモニタリングシステム１００のセンサ１０２から信号を受信する。回転式円盤型プラテン２４が回転するたびにセンサ１０２が基板１０の下にスイープするので、導電層、例えば、トレンチ内のバルク層すなわち導電材料に関する情報が、もとの場で累積される（回転式円盤型プラテン回転当たり一度）。コントローラ９０は、基板１０がセンサ１０２をほぼ覆うと、インシトゥモニタリングシステム１００から測定値を標本抽出するようにプログラムされ得る。

【0040】

さらに、コントローラ９０は、各測定値の径方向位置を計算し、その測定値を径方向範囲に並べ替えるようにプログラムされ得る。測定値を径方向範囲に配列することによって、各径方向範囲の導電膜厚に関するデータがコントローラ（例えば、コントローラ９０）に送り込まれ、キャリアヘッドによって適用された研磨圧プロファイルを調整することができる。コントローラ９０は、インシトゥモニタリングシステム１００によって出された一連の測定値に終点検出ロジックを適用して、研磨終点を検出するようにもプログラムされ得る。

【0041】

回転式円盤型プラテン２４が回転するたびにセンサ１０２が基板１０の下にスイープするので、導電膜厚に関する情報がもとの場に、途切れのないリアルタイムで累積される。研磨時、センサ１０２からの測定値が出力デバイスに表示されるので、研磨ステーションのオペレータは、研磨作業の進行を目で見てモニタすることができる。

【0042】

渦電流モニタリングシステムとして、電磁誘導モニタリングシステム１００を使用すると、導電薄板に渦を誘導することによって導電層の厚みをモニタすることができ、すなわち、導電材料に渦電流を誘導してトレンチにおける導電材料の深さをモニタすることができる。別法として、例えば米国特許公開第２０１５－０３７１９０７号に記載の通り、誘導モニタリングシステムとして、電磁誘導モニタリングシステムは、モニタリング目的で、基板１０の誘電層１４に形成された導電ループに電流を誘導発生させることによって作動することができる。

【0043】

図５は、導電層厚をモニタする方法５００の流れ図である。研磨の際、基板の導電層と研磨パッドとを接触させる（５０２）。研磨液（例えば、スラリ）が基板の研磨の際に研磨パッドに与えられる（５０４）。方法５００では、渦電流センサも使用する。渦電流センサにより、導電層の厚み測定が可能になる。しかし、このセンサは、研磨時、基板の外側下にスラリがあるとそれに感応する。様々な種類のスラリがセンサからの信号に影響を及ぼす可能性があるので、この補正を欠くと、導電層の厚み測定に影響を及ぼす。そのため、導電層の厚み測定値が集められる前に、センサが較正される。この較正は、厚みが分かっている一連の較正基板を使用して行われる。複数の度量衡厚み測定値が較正基板のうちの１つまたは複数上の１つまたは複数の導電層から集められる。測定値は、スラリの歪み作用を伴わず、例えば、脱イオン水の存在下でインシトゥ電磁誘導モニタリングシステムにより集められ、複数の検査基板信号値を生成する。これらの測定値を使用して、複数の検査基板信号値から初期係数を計算する。導電層の厚みを正確に見極めるために、関数、例えば多項式関数、例えば２次関数、３次関数、またはそれより高次の関数によって、コントローラ９０にその関係が表され得る。スラリがなければ、信号Ｓと導電層厚Ｄとの相関関係は、以下の方程式によって表され得る。
Ｓ＝Ｗ_１×Ｄ^２＋Ｗ_２×Ｄ＋Ｗ_３
ここで、Ｗ_１、Ｗ_２、およびＷ_３は、実数係数である。したがって、コントローラが、関係曲線６１０が当てはまる、関数の係数、例えば、Ｗ_１、Ｗ_２、およびＷ_３の値とともに、抵抗率ρ_０の値も保存することができる。また、この関係は、線形関数、ベジェ曲線、または非多項式関数、例えば指数関数もしくは対数で表されてもよい。

【0044】

しかし、これまで述べたように、渦電流センサによって発せられる信号としては、スラリからの関与率も挙げられる。何ら特定の理論に縛られない限り、渦電流がスラリ層および導電層を流れることから、電力は、その両方の層に散る。実験では、スラリの作用が、膜の抵抗が高いほど際立ってくる、ということを示す。例えば、抵抗が３００００ΩＡである金属膜では、金属膜の算出厚みに４４０Ａを加えたスラリ例である。スラリの作用を補うために、スラリの関与率を含めるように方程式１が修正され得る。典型的な較正試料が一連の試料から選択され、スラリを厚み測定値に補正するオフセット値を得るために、研磨時にスラリが施される。

【0045】

したがって、信号Ｓは、Ｓ＝ｆ（Ｄ－ｓ）と表すことができ、ここで、ｆ（）は、関係曲線を表すのに使用される関数、例えば、２次以上の多項式関数であり、Ｄは、導電層の厚みであり、ｓは、スラリからの等価導電層厚関与率である。

【0046】

例えば、信号Ｓと厚みＤとの相関関係は、方程式２で表すことができる。
Ｓ＝Ｗ_１×（Ｄ－ｓ）^２＋Ｗ_２×（Ｄ－ｓ）＋Ｗ_３ （方程式２）

【0047】

スラリの存在を補った等価導電層厚は、較正済みウエハを研磨ステーションに入れ、スラリの存在下で信号Ｓを測定することによって決定され得る。スラリは、デバイス製造に使用されるものと同じスラリである。等価導電層厚値は、研磨時に使用されるスラリ種類ごとに異なってくる。例えば、あるスラリが製造ロット当たりで使用されることがあり、その種類のスラリに対して信号Ｓが測定されることがある。

【0048】

等価導電層厚関与率ｓ（またはオフセット値）が分かったのを受けて、修正済み（すなわち、スラリ補正済み）相関関数が決定され得る。例えば、信号Ｓと厚みＤとの修正済み相関関係は、方程式３で表わすことができる。
Ｓ＝Ｗ’_１×Ｄ^２＋Ｗ’_２×Ｄ＋Ｗ’_３ （方程式３）

【0049】

コントローラは、初期係数Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３およびスラリの等価導電層厚関与率ｓから調整された係数Ｗ’_１、Ｗ’_２、およびＷ’_３を決定することができる。例えば、
Ｗ’_１＝Ｗ_１
Ｗ’_２＝Ｗ_２－２ｓ×Ｗ_１
Ｗ’_３＝ｓ^２×Ｗ_１－ｓ×Ｗ_２＋Ｗ_３

【0050】

導電層が研磨されるのに従って、基板が特定のスラリ種類に合わせて補正されたスラリ関数を使用してモニタリングシステムによりモニタされる（５０８）。信号の一連の値Ｓ（ｔ）がインシトゥモニタリングシステムから経時で受信される（５１０）。値Ｓ（ｔ）を使用すると、修正済み相関関数を使用して厚み値Ｄ（ｔ）を計算する（例えば、上の方程式３）ことにより、一連の厚み値Ｄ（ｔ）をもたらすことができる（５１２）。

【0051】

実装形態によっては、値Ｓ（ｔ）が正規化される。例えば、以下の方程式に従って、較正済み信号Ｓ’が発せられる。
Ｓ’＝Ｇ×Ｓ－ΔＫ （方程式４）
ここで、Ｇは、利得であり、ΔＫは、オフセットであるが、厚みが分かっている導電性の導電層を有するブランクウエハを使用するインシトゥモニタリングシステムの場合に実験で決定される。

【0052】

また、各厚み値は、補正済み厚み値をもたらすように層の抵抗率に基づき調整されるので、一連の補正厚み値Ｄ’（ｔ）をもたらすことができる。補正済み厚み値は、以下のように計算され得る。
Ｄ’（ｔ）＝Ｄ（ｔ）×（ρｘ／ρ０） （方程式５）
ここで、ρｘは、導電層の抵抗率であり、ρ０は、曲線６１０（および値Ｗ_１、Ｗ_２、Ｗ_３）が当てはまる抵抗率である。

【0053】

補正済み厚み値Ｄ’（ｔ）は、研磨パラメータの制御に、例えば、研磨厚の計算で非一様性を緩和するのに使用され得る。

【0054】

厚み値Ｄ（ｔ）または補正済み厚み値Ｄ’（ｔ）が目標の厚み値Ｄ_{ＴＡＲＧＥＴ}に達すると終点が呼び出され得る。

【0055】

図６には、電磁誘導モニタリングシステム１００からの導電層の厚みと信号との関係曲線６１０を所与の抵抗値に対して示すグラフ６００を示す。グラフ６００では、Ｄ_{ＳＴＡＲＴ}は、導電層の初期厚みを表す。Ｓ_{ＳＴＡＲＴ}は、初期厚みＤ_{ＳＴＡＲＴ}に対応する望ましい信号値であり、Ｄ_{ＦＩＮＡＬ}は、導電層の仕上がり厚みに相当し、Ｓ_{ＦＩＴＡＬ}は、仕上がり厚みに対応する望ましい信号値であり、Ｋは、ゼロ導電層厚みの場合の信号の値に相当する定数である。

【0056】

抵抗率における基板間バラツキに加えて、層の温度の変化が導電層の抵抗の変化をもたらす可能性がある。例えば、研磨が進行するにつれて導電層が熱くなり、それにより導電性が強くなる（抵抗率が下がる）可能性がある。具体的には、この工程を実施するコントローラが、リアルタイム温度Ｔ（ｔ）における導電層の抵抗率ρ_Ｔを計算することもできる。リアルタイム温度Ｔ（ｔ）は、温度センサ６４から決定され得る。実装形態によっては、調整済み抵抗率ρ_Ｔが以下の方程式に基づき計算される。
ρ_Ｔ＝ρｘ［１＋α（Ｔ（ｔ）－Ｔ_ｉｎｉ）］
ここで、Ｔ_ｉｎｉは、研磨工程が始まった時点の導電層の初期温度である。それにより、例えば上の方程式５では（または方程式４における利得およびオフセットの計算では）、調整済み抵抗率ρ_Ｔが抵抗率ρｘの代わりに使用される。

【0057】

研磨工程が室温下で行われる状況では、Ｔ_ｉｎｉは、２０℃の近似値を取ることができ、ρｘは、室温であってもよいＴ_ｉｎｉにおける導電層の抵抗率である。通常、αは、文献で確認できるかまたは実験から得ることができる、分かっている値である。

【0058】

実装形態によっては、測定渦電流信号を調整するのに使用される温度ＴおよびＴ_ｉｎｉは、例えば、キャリアヘッド内の温度センサによって測定された際の導電層の温度である。実装形態によっては、温度ＴおよびＴ_ｉｎｉは、導電層の温度ではなく、研磨パッドの温度であるかスラリの温度であることがある。

【0059】

これまで述べた研磨装置および方法は、様々な研磨システムに適用することができる。研磨バッドでも、キャリアヘッドでも、その両方でも、研磨面と基板との相対運動をもたらすように動くことができる。例えば、回転式円盤型プラテンが、回転するのではなく軌道を回ることができる。研磨パッドは、回転式円盤型プラテンに固定された円形（または他の何らかの形）パッドであってもよい。終点検出システムのいくつかの態様が、例えば、研磨パッドが線形に動く途切れのないベルトまたはリール間ベルトである、線形研磨システムに適用可能である場合がある。研磨層が標準（例えば、充填剤の有無に関わらずポリウレタン）研磨材料であっても、軟質材料であっても、または固定研磨材料であってもよい。相対位置付けという用語は、システムまたは基板内の相対位置付けを言うのに使用しており、理解すべきは、研磨時に研磨面および基板が垂直向きなどの向きに保持され得る、ということである。

【0060】

コントローラ９０の関数演算は、１つまたは複数のコンピュータプログラム製品、すなわち、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、または複数のプロセッサもしくはコンピュータによる実行対象の、またはそれらの演算を制御する、非一時的コンピュータ可読記憶媒体に有形に埋め込まれた１つまたは複数のコンピュータプログラムを使用して実施され得る。

【0061】

本発明のいくつかの実施形態について説明した。それでもなお、本発明の趣旨および範囲を外れない限り、様々な修正がなされてもよい、ということが分かるであろう。したがって、他の実施形態も以下の特許請求の範囲にある。

【符号の説明】

【0062】

１０ 基板
１２ 半導体ウエハ
１４ 誘電層
１５ スラリ層
１６ 導電材料
１８ 隔壁層
２０ 研磨ステーション
２２ モータ
２４ 回転式円盤型プラテン
２５ 回転式円盤型プラテン中心軸
２６ 凹部
２８ 駆動軸
２９ 回転カプラ
３０ 研磨パッド
３２ 研磨パッド層
３２ 裏打ち層
３４ 外側研磨層
３６ 薄区画
３８ 研磨液
３８ スラリ
３９ 連結スラリ－リンスアーム
６４ 温度センサ
７０ キャリアヘッド
７１ 軸
７１ キャリアヘッド中心軸
７２ 支持構造体
７４ 駆動軸
７６ キャリアヘッド回転モータ
８０ 可撓性膜８０
８０ キャリアヘッド
８２ チャンバ
８４ 保持リング
８６ 薄い下部プラスチック部分
８８ 厚い上部導電部分
９０ コントローラ
９４ 標本抽出ゾーン
９６ 位置センサ
９８ フラグ
１００ インシトゥ電磁誘電モニタリングシステム
１０２ センサ
１０４ 磁芯
１０６ コイル
１０６ 複合ドライブ／センスコイル
１０８ ドライブおよびセンス回路機構
１５０ 磁場
１５２ａ 極
１５２ｂ 極
５００ 方法
６００ グラフ

【図1】

【図2】

【図3A-C】

【図4】

【図5】

【図6】

【外国語明細書】