特許 7330215 インシトゥ電磁誘導モニタリングのための基板ドーピングの補償

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-08-10

(45)【発行日】2023-08-21

(54)【発明の名称】インシトゥ電磁誘導モニタリングのための基板ドーピングの補償

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/304 20060101AFI20230814BHJP

   B24B 49/10 20060101ALI20230814BHJP

   B24B 37/013 20120101ALI20230814BHJP

【ＦＩ】

H01L21/304 621D

B24B49/10

B24B37/013

【請求項の数】 14

(21)【出願番号】P 2020570923

(86)(22)【出願日】2019-06-13

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2021-10-21

(86)【国際出願番号】 US2019037060

(87)【国際公開番号】W WO2019245875

(87)【国際公開日】2019-12-26

【審査請求日】2022-04-04

(31)【優先権主張番号】62/687,712

(32)【優先日】2018-06-20

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【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

【住所又は居所原語表記】３０５０ Ｂｏｗｅｒｓ Ａｖｅｎｕｅ Ｓａｎｔａ Ｃｌａｒａ ＣＡ ９５０５４ Ｕ．Ｓ．Ａ．

(74)【代理人】

【識別番号】110002077

【氏名又は名称】園田・小林弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】ルー， ウェイ

(72)【発明者】

【氏名】ゲージ， デーヴィッド マクスウェル

(72)【発明者】

【氏名】リー， ハリー キュー．

(72)【発明者】

【氏名】シュー， クン

(72)【発明者】

【氏名】チャン， ジミン

【審査官】渡井 高広

(56)【参考文献】

【文献】特表２０１７－５０６４３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１４－５１２６９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－０７６９２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－１２１６１６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２１／３０４

Ｂ２４Ｂ ４９／１０

Ｂ２４Ｂ ３７／０１３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

化学機械研磨の方法であって、
半導体ウエハ上に配置された導電層を有する基板を研磨パッドと接触させることと、
前記半導体ウエハの導電率を表すベース信号値を受信することと、
前記基板と前記研磨パッドとの間の相対運動を生成することと、
前記導電層が研磨されて、前記導電層の厚さ及び前記半導体ウエハの導電率に依存する信号値のシーケンスを生成する際に、インシトゥ電磁誘導モニタリングシステムで前記基板をモニタリングすることであって、前記ベース信号値は、前記インシトゥ電磁誘導モニタリングシステムから又は他の計測システムから受信される、前記基板をモニタリングすることと、
前記信号値のシーケンスに基づいて前記導電層の厚さ値のシーケンスを決定することであって、前記ベース信号値を用いて、前記半導体ウエハの導電率の前記信号値への寄与を少なくとも部分的に補償することを含む、前記導電層の厚さ値のシーケンスを決定することと
を含む、方法。

【請求項2】

前記厚さ値のシーケンスに基づいて、研磨パラメータの変化を決定すること、又は研磨終点を検出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3】

前記変化によって、前記研磨パラメータを調整すること、又は前記研磨終点で研磨を停止することのうちの少なくとも１つを含む、請求項２に記載の方法。

【請求項4】

前記ベース信号値を生成するために、前記インシトゥ電磁誘導モニタリングシステムで、ブランクウエハに対してドープが行われた半導体ウエハを測定することを含む、請求項１に記載の方法。

【請求項5】

信号値を厚さに相関させる関数の１つ又は複数の初期係数を記憶することを含む、請求項１に記載の方法。

【請求項6】

前記初期係数及び前記ベース信号値に基づいて調整された係数を計算することを含む、請求項５に記載の方法。

【請求項7】

非一時的コンピュータ可読媒体上に実体的にエンコードされたコンピュータプログラム製品であって、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、インシトゥ電磁誘導モニタリングシステムから前記基板の前記導電層の厚さ及び前記導電層の下にある半導体ウエハの導電率に依存する信号値のシーケンスを受信させ、
前記インシトゥ電磁誘導モニタリングシステムから又は他の計測システムから、前記基板内の前記導電層の下にある前記半導体ウエハの導電率を表すベース信号値を受信させ、
前記信号値のシーケンス及び前記ベース信号値に基づいて、前記導電層の厚さ値のシーケンスを決定させる
命令を含む、コンピュータプログラム製品。

【請求項8】

信号値を厚さに相関させる関数の１つ又は複数の初期係数を記憶する命令を含む、請求項７に記載のコンピュータプログラム製品。

【請求項9】

前記初期係数及び前記ベース信号値に基づいて調整された係数を計算する命令を含む、請求項８に記載のコンピュータプログラム製品。

【請求項10】

前記厚さ値のシーケンスを決定する前記命令は、前記調整された係数を有する前記関数を使用して、信号値から厚さ値を計算する命令を含む、請求項９に記載のコンピュータプログラム製品。

【請求項11】

前記関数は、２次以上の多項式関数を含む、請求項９に記載のコンピュータプログラム製品。

【請求項12】

前記関数は、Ｓ＝Ｗ’_１ ^＊Ｄ ^２ ＋Ｗ’_２ ^＊Ｄ＋Ｗ’_３を含み、
Ｓは前記信号値、Ｄは前記厚さ、かつＷ’_１、Ｗ’_２、及びＷ’_３は調整された係数である、請求項１１に記載のコンピュータプログラム製品。

【請求項13】

前記調整された係数は、
Ｗ’_１＝Ｗ_１
Ｗ’_２＝２ｓ^＊Ｗ_１＋Ｗ_２
Ｗ’_３＝ｓ^２＊Ｗ_１＋ｓ^＊Ｗ_２＋Ｗ_３
に従って計算され、ｓは前記半導体ウエハの信号値への寄与を表す等価導電層厚さ値であり、Ｗ_１、Ｗ_２、及びＷ_３は初期係数である、請求項１２に記載のコンピュータプログラム製品。

【請求項14】

研磨システムであって、
研磨パッドを支持するための回転可能なプラテンと、
基板を前記研磨パッドに当てて保持するためのキャリアヘッドと、
前記基板上の導電層の厚さ及び前記導電層の下にある半導体ウエハの導電率に依存する信号値のシーケンスを生成するための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、
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の導電層の厚さ及び前記導電層の下にある前記半導体ウエハの導電率に依存する前記信号値のシーケンスを受信し、
前記インシトゥ電磁誘導モニタリングシステムから又は他の計測システムから、前記基板内の前記導電層の下にある前記半導体ウエハの導電率を表すベース信号値を受信し、
前記信号値のシーケンス及び前記ベース信号値に基づいて、前記導電層の厚さ値のシーケンスを決定するように構成されたコントローラと
を備える、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、化学機械研磨中の導電層のモニタリングに関する。

【背景技術】

【0002】

集積回路は、典型的には、シリコンウエハ上に導電層、半導電層、又は絶縁層を順次堆積することによって、基板上に形成される。種々の製造プロセスは、基板上の層の平坦化を必要とする。例えば、１つの製造ステップは、非平面の表面上に充填層を堆積して、その充填層を平坦化することを伴う。特定の応用例では、充填層は、パターン層の上面が露出するまで平坦化される。例えば、パターニングされた絶縁層上に金属層を堆積して、絶縁層内のトレンチ及び孔を充填することができる。平坦化後、パターニングされた層のトレンチ及び孔の中に残っている金属の部分によって、基板上の薄膜回路間の導電経路を提供するビア、プラグ、及びラインが形成される。

【0003】

化学機械研磨（ＣＭＰ）は、平坦化の１つの認められた方法である。この平坦化方法は、典型的には、基板がキャリアヘッド上に装着されることを必要とする。基板の露出表面は、典型的には、回転する研磨パッドに当接して置かれる。キャリアヘッドは、基板に制御可能な負荷を与えて、基板を研磨パッドに押し付ける。通常、砥粒粒子を含む研磨スラリが、研磨パッドの表面に供給される。

【0004】

ＣＭＰにおける１つの問題は、研磨プロセスが完了しているかどうか、即ち、基板層が所望の平坦度又は厚さに平坦化されたかどうか、又は所望量の材料がいつ除去されたかを決定することである。スラリの組成、研磨パッドの状態、研磨パッドと基板との間の相対スピード、基板層の初期の厚さ、及び基板への負荷におけるばらつきは、材料を取り除く速度のばらつきを引き起こしうる。これらのばらつきは、研磨終点に到達するのに必要な時間のばらつきの原因となる。従って、単に研磨時間の関数として研磨終点を決定することは、ウエハ内の、又はウエハ間の、不均一性につながりうる。

【0005】

いくつかのシステムでは、基板は、例えば研磨パッドを通じて、研磨中にインシトゥ（その場）でモニタされる。１つのモニタリング技法は、導電層内に渦電流を誘導し、導電層が取り除かれる際の渦電流の変化を検出することである。

【発明の概要】

【0006】

１つの態様では、化学機械研磨の方法は、半導体ウエハ上に配置された導電層を有する基板を研磨パッドと接触させることと、基板と研磨パッドとの間の相対運動を生成することと、導電層が研磨されて、導電層の厚さに依存する信号値のシーケンスを生成する際に、インシトゥ電磁誘導モニタリングシステムで基板をモニタリングすることと、信号値のシーケンスに基づいて導電層の厚さ値のシーケンスを決定することと、半導体ウエハの導電率の信号値への寄与を少なくとも部分的に補償することとを含む。

【0007】

別の態様では、化学機械研磨の方法は、半導体ウエハ上に配置された導電層を有する基板を研磨パッドと接触させることと、基板と研磨パッドとの間の相対運動を生成することと、半導体ウエハのためのベース信号値を受信することと、導電層が研磨されて、導電層の厚さに依存する信号値のシーケンスを生成する際に、インシトゥ電磁誘導モニタリングシステムで基板をモニタリングすることと、信号値のシーケンス及びベース信号値に基づいて、導電層の厚さ値のシーケンスを決定することとを含む。

【0008】

これらの態様の各々は、方法として、コンピュータシステムに動作を実行させる命令を含むコンピュータ可読媒体上に有形にエンコードされたコンピュータプログラム製品として、又は動作を実行するように構成されたコントローラを含む研磨システムとして適用することができる。

【0009】

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つ又は複数を含みうる。

【0010】

厚さ値のシーケンスに基づいて、研磨パラメータに対する変化が決定されてもよく、又は研磨終点が検出されてもよい。変化によって、研磨パラメータは調整されてもよく、又は研磨は研磨終点で停止されてもよい。

【0011】

半導体ウエハのためにベース信号が受信されうる。ブランクウエハに対してドープが行われた半導体ウエハが、インシトゥ電磁誘導モニタリングシステムで測定され、ベース信号値を生成してもよい。信号値を厚さに相関させる関数の１つ又は複数の初期係数が記憶されうる。調整された係数は、初期係数及びベース信号値に基づいて計算されうる。厚さ値のシーケンスを決定することは、調整された係数を有する関数を使用して、信号値から厚さ値を計算することを含みうる。関数は、２次以上の多項式関数であってもよい。関数は、Ｓ＝Ｗ’_１ ^＊Ｄ^２＋Ｗ’_２ ^＊Ｄ＋Ｗ’_３として表すことができ、Ｓは信号値、Ｄは厚さ、Ｗ’_１、Ｗ’_２、及びＷ’_３は調整された係数である。調整された係数を計算することは、Ｗ’_１＝Ｗ_１、Ｗ’_２＝２ｓ^＊Ｗ_１＋Ｗ_２、及びＷ’_３＝ｓ^２＊Ｗ_１＋ｓ^＊Ｗ_２＋Ｗ_３を計算することを含みうる。ここでｓは、信号値に対する半導体ウエハの寄与を表す等価導電層厚さ値であり、Ｗ_１、Ｗ_２、及びＷ_３は、初期係数である。

【0012】

等価導電層厚さ値は、初期係数及びベース信号値を有する関数から決定されうる。信号値に対する半導体ウエハの寄与を表す等価導電層厚さ値は、ベース信号値及び初期信号値を含む関数に基づいて決定されうる。

【0013】

実施態様は、下記の利点のうちの１つ又は複数を含みうる。測定された渦電流信号と、下にある基板（例えば半導体基板）のドーピングによって生じる導電層の厚さとの間の相関の起こりうる不正確さは、軽減することができる。調整された渦電流信号又は補償プロセスを使用して調整された導電層の厚さは、より正確でありうる。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／又は研磨プロセスの終点を決定するために使用することができる。制御パラメータ決定及び終点検出の信頼性を向上させることができ、ウエハの研磨不良（ｗａｆｅｒ ｕｎｄｅｒ－ｐｏｌｉｓｈ）を避け、ウエハ内の不均一性を低減することができる。

【0014】

１つ又は複数の実施態様の詳細は、添付の図面及び以下の説明に記載される。その他の態様、特徴、及び利点は、これらの説明及び図面から、並びに特許請求の範囲から、明らかになろう。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【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概略上面図を示す。

【図3】Ａ－Ｃは、研磨プロセス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生成される例示的磁場を示す概略断面図である。

【図5】導電層の厚さの関数としての例示的渦電流位相信号のグラフを示す。

【発明を実施するための形態】

【0016】

研磨動作のための１つのモニタリング技法は、例えば、交流（ＡＣ）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ことである。誘導された渦電流は、信号を生成するために、研磨中に渦電流センサによってインシトゥ（その場）で測定することができる。研磨を受ける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、導電層の厚さに依存するはずである。モニタリングに基づいて、研磨速度のような研磨動作のための制御パラメータをインシトゥ（その場）で調整することができる。更に、研磨動作は、モニタされた厚さが所望の終点厚さに達したことの指示に基づいて終了することができる。

【0017】

実際には、渦電流センサによって生成される磁場は、導電層内で停止するのではなく、下にある基板内を延びることができる。任意の特定の理論に限定されることなく、渦電流センサにおいて採用される電磁周波数に対するこれらの透磁性材料（ｍａｇｎｅｔｉｃ ｐｅｒｍｅａｂｌｅ ｍａｔｅｒｉａｌ）の表皮深さは、導電層及び下にある半導体ウエハの厚さよりも大きくすることができる。その結果、渦電流センサによって生成される信号は、半導体ウエハの導電率に依存しうる。半導体ウエハが、例えば、システム較正及び基本基板ウエハに使用される「ブランク（ｂｌａｎｋ：素材、未加工の）」ウエハで典型的に使用されるように、ドープされない場合、ウエハの電気抵抗は、ウエハの存在が渦電流信号に検出可能な影響を及ぼさないほど十分に高くすることができる。しかしながら、実際の装置製造のために、ウエハは、典型的には、様々な目的のために、ドープされる（例えば、高度にドープされる）だろう。この状況では、渦電流センサによって生成される信号は、半導体ウエハの導電率に応じて、基板からのかなりの寄与を有しうる。このように、渦電流センサによって捕捉された信号に基づく厚さ測定は、不正確になりうる。しかしながら、例えば半導体基板からの信号への寄与を考慮することによって、この不正確さを補償するための技法が使用されうる。

【0018】

従って、渦電流信号及び渦電流信号に基づく測定厚さを含む電磁誘導測定値は、研磨されている導電層の下にある半導体ウエハの導電率に基づいて調整される。

【0019】

図１及び図２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、回転可能なディスク形状のプラテン２４を含み、研磨パッド３０がその上に位置する。プラテン２４は、軸２５の周りで回転するよう動作可能である。例えば、モータ２２は、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、外側研磨層３４及びより柔らかいバッキング層３２を備えた２層研磨パッドとすることができる。

【0020】

研磨ステーション２０は、砥粒スラリなどの研磨液３８を研磨パッド３０上に分配するために、供給ポート又は組み合わせた供給リンスアーム３９を含むことができる。研磨ステーション２０は、研磨パッドの表面粗さを維持するために、コンディショニングディスクを備えたパッドコンディショナ装置を含むことができる。

【0021】

キャリアヘッド７０は、基板１０を研磨パッド３０に当てて保持するように動作可能である。キャリアヘッド７０が軸７１の周りで回転できるように、キャリアヘッド７０は、カルーセル又はトラックのような支持構造７２から吊るされ、駆動シャフト７４によってキャリアヘッド回転モータ７６に接続される。オプションで、キャリアヘッド７０は、例えば、カルーセル上のスライダ上などで、トラックに沿った移動によって、又はカルーセル自体の回転振動によって、横方向に振動することができる。

【0022】

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。いくつかの実施態様では、保持リング８４は、高導電性部分を含みうる。例えば、キャリアリングは、研磨パッドと接触する薄い下方プラスチック部分８６と、厚い上方導電部分８８とを含むことができる。いくつかの実施態様では、高導電性部分は、金属（例えば、研磨されている層と同じ金属（例えば、銅））である。

【0023】

動作中、プラテンはその中心軸２５の周りで回転し、キャリアヘッドは、その中心軸７１の周りで回転し、かつ研磨パッド３０の上面にわたって横方向に平行移動する。複数のキャリアヘッドがある場合、各キャリアヘッド７０は、その研磨パラメータの個別制御を有することができ、例えば、各キャリアヘッドは、それぞれの基板の各々に印加される圧力を個別に制御することができる。

【0024】

キャリアヘッド７０は、基板１０の裏側に接触する基板装着表面を有する可撓性膜８０と、基板１０上の種々のゾーン（例えば、種々の半径方向ゾーン）に別々の圧力を印加するための複数の加圧可能チャンバ８２とを含みうる。キャリアヘッドは、基板を保持するために保持リング８４も含みうる。

【0025】

いくつかの実施態様では、研磨ステーション２０は、研磨ステーションにおける、又は、研磨ステーションの／研磨ステーション内の構成要素における温度をモニタするための温度センサ６４を含む。パッド３０上の研磨パッド３０及び／又はスラリ３８の温度をモニタするよう位置付けられるものとして図１に示されているが、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７０の内側に位置付けることができるだろう。温度センサ６４は、研磨パッド、又は導電層でありうる基板１０の最外層と直接接触することができ（即ち、接触センサ）、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。温度センサはまた、非接触センサ（例えば、赤外線センサ）であってもよい。いくつかの実施態様では、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、研磨ステーション２２に複数の温度センサが含まれる。温度は、リアルタイムで、例えば、周期的に、及び／又は渦電流システムによって行われるリアルタイム測定に関連して、測定することができる。モニタされた温度は、渦電流測定値をインシトゥ（その場）で調整する際に使用することができる。

【0026】

図３Ａを参照すると、パターン化された誘電体層の上にある及び／又はパターン化された誘電体層にはめ込まれた導電性材料を含む基板１０を研磨するために、研磨システムを使用することができる。例えば、基板１０は、誘電体層１４（例えば酸化シリコン又は高誘電率誘電体）のトレンチを覆い充填する導電性材料１６（例えば、銅、アルミニウム、コバルト又はチタンなどの金属）の層を含むことができる。オプションで、例えば、タンタル又は窒化タンタルなどのバリア層１８が、トレンチにラインを形成し、導電性材料１６を誘電体層１４から分離することができる。トレンチ内の導電性材料１６は、完成した集積回路内にビア、パッド及び／又は相互接続を提供することができる。誘電体層１４は、半導体ウエハ１２上に直接堆積されるように図示されているが、誘電体層１４とウエハ１２との間に１つ又は複数の他の層を介在させることができる。

【0027】

半導体ウエハ１２は、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、例えば、ヒ化ガリウム又は窒化ガリウムが可能である。加えて、半導体ウエハ１２は、例えば、ｐ型又はｎ型ドーピングでドープすることができる。ドーピングは、ウエハ全体にわたって横方向に均一にすることができ、又は、例えば、半導体ウエハを使用する集積回路内のトランジスタの製造のために適宜、ウエハを選択的にドープすることができる。

【0028】

最初に、導電性材料１６は、誘電体層１４全体の上にある。研磨が進むと、導電性材料１６のバルクが除去され、バリア層１８を露出する（図３Ｂ参照）。続いて研磨を続けると、誘電体層１４のパターン化された上面が露出される（図３Ｃ参照）。その後、追加の研磨を用いて、導電性材料１６を含むトレンチの深さを制御することができる。

【0029】

いくつかの実施態様では、研磨システムは、追加の研磨ステーションを含む。例えば、研磨システムは、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、研磨システムは、第１の電磁誘導モニタリングシステムを備えた第１の研磨ステーションと、第２の電磁誘導電流モニタリングシステムを備えた第２の研磨ステーションと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は、第１の研磨ステーションで行うことができ、導電層のターゲット厚さが基板上に残ると、研磨を停止することができる。次いで、基板を第２の研磨ステーションに移し、下層、例えばパターン化された誘電体層まで基板を研磨することができる。

【0031】

図１に戻ると、研磨システムは、コントローラ９０と接続されうるか、又はコントローラ９０を含むとみなされうるインシトゥ電磁誘導モニタリングシステム１００を含む。回転結合器２９は、回転可能なプラテン２４内の構成要素、例えば、インシトゥモニタリングシステムのセンサを、プラテン外側の構成要素、例えば、駆動及び感知回路又はコントローラ９０に電気的に接続するために、使用することができる。

【0032】

インシトゥ電磁誘導モニタリングシステム１００は、導電性材料１６（例えば金属）の深さに依存する信号を生成するように構成される。導電性材料（誘電体層を覆う導電性材料のシート、又は誘電体層が露出した後にトレンチ内に残っている導電性材料のいずれかでありうる）に渦電流を発生させること、又は基板上の誘電体層のトレンチに形成された導電性ループ内に電流を発生させることのどちらかによって、電磁誘導モニタリングシステムは動作することができる。

【0033】

動作中に、研磨システムは、インシトゥモニタリングシステム１００を使用して、いつ導電層がターゲットの厚さ（例えば、トレンチの金属に対するターゲットの深さ、又は誘電体層に重なる金属層に対するターゲットの厚さなど）に到達し、その後、研磨を停止するかを決定することができる。代替的に又は追加的に、研磨システムは、インシトゥモニタリングシステム１００を使用して、基板１０にわたる導電性材料の厚さ１６の差を決定することができ、この情報を使用して、研磨中にキャリアヘッド８０の１つ又は複数のチャンバ８２の圧力を調整し、研磨の不均一性を低減することができる。

【0034】

凹部２６をプラテン２４内に形成することができ、オプションで、凹部２６を覆う研磨パッド３０内に薄い区域３６を形成することができる。凹部２６及び薄い区域３６は、キャリアヘッドの並進位置にかかわらず、プラテン回転の一部分の間にそれらが基板１０の下を通過するように位置付けることができる。研磨パッド３０が２層パッドであると仮定すると、バッキング層３２の一部を除去し、オプションで、研磨層３４の底部に凹部を形成することによって、薄い区域３６を構成することができる。薄い区域は、例えば、インシトゥ光学モニタシステムがプラテン２４に統合されている場合、オプションで光学的に透過性でありうる。

【0035】

インシトゥモニタリングシステム１００は、凹部２６に設置されたセンサ１０２を含むことができる。センサ１０２は、少なくとも部分的に凹部２６内に位置付けられた磁気コア１０４と、コア１０４の一部の周囲に巻かれた少なくとも１つのコイル１０６とを含むことができる。駆動及び感知回路１０８は、コイル１０６に電気的に接続される。駆動及び感知回路１０８は、コントローラ９０に送ることができる信号を生成する。プラテン２４の外部のものとして図示されているが、駆動及び感知回路１０８の一部又はすべてをプラテン２４内に取り付けることができる。

【0036】

図１及び図４を参照すると、駆動及び感知回路１０８は、ＡＣ電流をコイル１０６に印加し、コア１０４の２つの極１５２ａと１５２ｂとの間に磁場１５０を生成する。動作中、基板１０がセンサ１０２に断続的に重なると、磁場１５０の一部が基板１０内に延びる。

【0037】

回路１０８は、コイル１０６と並列接続されたコンデンサを含むことができる。コイル１０６とコンデンサが一緒になって、ＬＣ共振タンクを形成することができる。

【0038】

基板上の導電層の厚さのモニタリングが望ましい場合、次に磁場１５０が導電層に到達すると、磁場１５０は、通過して電流を生成することができる（ターゲットがループである場合）か、又は渦電流を生成することができる（ターゲットがシートである場合）。これにより、ＬＣ回路の実効インピーダンスが修正される。

【0039】

しかし、磁場１５０はまた、半導体基板１２内にも浸透することができる。よって、ＬＣ回路の実効インピーダンス、ひいては駆動及び感知回路１０８からの信号もまた、半導体基板１２のドーピング及び結果として生じる導電率に依存しうる。

【0040】

駆動及び感知回路１０８は、組み合わされた駆動／感知コイル１０６に接続されたマージナル発振器（ｍａｒｇｉｎａｌ ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）を含むことができ、出力信号は、正弦波振動のピークツーピーク振幅を一定値に維持するために必要な電流とすることができる（例えば、米国特許第７，１１２，９６０号に記載されている）。駆動及び感知回路１０８については、他の構成も可能である。例えば、別個の駆動及び感知コイルをコアの周りに巻くことができるだろう。駆動及び感知回路１０８は、固定周波数で電流を印加することができ、駆動及び感知回路１０８からの信号は、駆動コイルに対する感知コイルの電流の位相シフト、又は感知された電流の振幅とすることができる（例えば、米国特許第６，９７５，１０７号に記載されている）。

【0041】

図２を参照すると、プラテン２４が回転すると、センサ１０２は、基板１０の下を掃引する。回路１０８からの信号を特定の周波数でサンプリングすることによって、回路１０８は、基板１０にわたってサンプリングゾーン９４のシーケンスにおける測定値を生成する。掃引するごとに、サンプリングゾーン９４のうちの１つ又は複数における測定値を選択又は組み合わせることができる。ゆえに、複数回の掃引にわたって、選択又は組み合わされた測定値が、時間で変動する値のシーケンスを提供する。

【0042】

研磨ステーション２０はまた、センサ１０２が基板１０の下にある場合、及びセンサ１０２が基板から外れている場合を感知するために、光インタラプタのような位置センサ９６を含むことができる。例えば、位置センサ９６は、キャリアヘッド７０の反対側の固定位置に装着されうる。フラッグ９８は、プラテン２４の周縁部に取り付けられうる。センサ１０２がいつ基板１０の下を掃引するかをフラッグ９８が位置センサ９６に信号で知らせることができるように、フラッグ９８の取り付け点及び長さが選択される。

【0043】

代替的又は追加的に、研磨ステーション２０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。

【0044】

図１に戻ると、コントローラ９０、例えば汎用のプログラマブルデジタルコンピュータは、インシトゥモニタリングシステム１００のセンサ１０２からの信号を受信する。センサ１０２は、プラテン２４の回転毎に基板１０の下を掃引するので、例えば、トレンチ内のバルク層又は導電性材料といった、導電層の深さについての情報は、インシトゥで蓄積される（プラテン回転毎に１回）。コントローラ９０は、基板１０が一般にセンサ１０２の上にある場合に、インシトゥモニタリングシステム１００からの測定値をサンプリングするようにプログラムすることができる。

【0045】

加えて、コントローラ９０は、各測定の半径方向の位置を計算し、測定値を半径方向の範囲に分類するようにプログラムすることができる。測定値を半径方向の範囲に配置することによって、各半径方向の範囲の導電性膜の厚さのデータは、コントローラ（例えば、コントローラ９０）に供給されて、キャリアヘッドによって印加された研磨圧力プロファイルを調整することができる。コントローラ９０はまた、インシトゥモニタリングシステム１００の信号によって生成された測定値のシーケンスに終点検出ロジックを適用し、研磨終点を検出するようにプログラムすることができる。

【0046】

センサ１０２は、プラテン２４の回転毎に基板１０の下を掃引するので、導電層の厚さに関する情報は、インシトゥ（その場）で、かつ連続的なリアルタイムベースで蓄積されている。研磨の間、センサ１０２からの測定値を出力装置に表示して、研磨ステーションのオペレータが研磨動作の進行を視覚的にモニタできるようにすることができる。

【0047】

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は、導電性シートに渦電流を誘導することによって導電層の厚さをモニタするために、又は導電性材料に渦電流を誘導することによってトレンチ内の導電性材料の深さをモニタするために使用することができる。代替的には、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、モニタリングの目的で基板１０の誘電体層１４に形成された導電性ループ内に電流を誘導生成することによって動作することができる（例えば、米国特許公開第２０１５－０３７１９０７号に記載されている）。

【0048】

図５は、導電層の厚さと電磁誘導モニタリングシステム１００からの信号との間の、所与の抵抗に対する関係曲線４１０を図示するグラフ４００を示す。グラフ４００において、Ｄ_{ＳＴＡＲＴ}は、導電層の初期厚さを表し、Ｓ_{ＳＴＡＲＴ}は、初期厚さＤ_{ＳＴＡＲＴ}に対応する所望の信号値であり、Ｄ_{ＦＩＮＡＬ}は、導電層の最終厚さを表し、Ｓ_{ＦＩＮＡＬ}は、最終厚さに対応する所望の信号値であり、Ｋは、ゼロの導電層厚さに対する信号の値を表す定数である。

【0049】

関係曲線４１０は、関数、例えば、多項式関数、例えば、２次関数、３次関数、又は高次関数によってコントローラ９０に表すことができる。ドープされた半導体ウエハが無ければ、信号Ｓと厚さＤとの相関は、次式で表すことができる。
Ｓ＝Ｗ_１・Ｄ^２＋Ｗ_２・Ｄ＋Ｗ_３（式１）
ここで、Ｗ_１、Ｗ_２、及びＷ_３は実数係数である。したがって、コントローラは、関数の係数の値、例えば、Ｗ_１、Ｗ_２、及びＷ_３、並びに関係曲線４１０が適用される抵抗ρ_０を記憶することができる。加えて、関係は、線形関数、ベジェ曲線、又は非多項式関数、例えば指数関数又は対数関数で、表すことができるだろう。

【0050】

しかしながら、上述したように、渦電流センサによって生成される信号は、ドープされた半導体ウエハからの寄与も含む。ドープされた半導体ウエハ及び導電層に励起される渦電流は、独立しており、絶縁層によって分離されるため、ドープされたシリコン基板及び絶縁された導電膜層への電力散逸は、加算的であり、線形システムの重ね合わせ原理に従う。これを高ドープされたシリコンウエハ上のＣｕ膜を用いた実験で検証した。

【0051】

したがって、信号Ｓは、Ｓ＝ｆ（Ｄ＋ｓ）として表すことができ、ここで、ｆ（）は、関係曲線、例えば、２次以上の多項式関数を表すために使用される関数であり、Ｄは、導電層の厚さであり、ｓは、半導体ウエハからの等価導電層厚さ寄与である。

【0052】

例えば、信号Ｓと厚さＤとの間の相関は、次式によって表すことができる。
Ｓ＝Ｗ_１・（Ｄ＋ｓ）^２＋Ｗ_２・（Ｄ＋ｓ）＋Ｗ_３（式２）

【0053】

半導体ウエハからの等価導電層厚さ寄与は、ブランクウエハに対してドープのみが行われた半導体セットアップウエハを研磨ステーション内に配置し、信号Ｓを測定することによって決定することができる。このドープされた半導体セットアップウエハは、装置製造に使用される半導体ウエハと同じドーピングを有する。例えば、ブランクウエハに対してドープが行われた１つの半導体セットアップウエハをロット毎に製造することができるであろうし、セットアップウエハからの信号Ｓを測定することができる。代替的には、ロット毎に１つの装置基板を犠牲基板として選択し、半導体ウエハ１２が露光されるまで研磨ステーションで研磨することができるであろう（この時点で信号Ｓを測定することができる）。いずれの場合も、この状況ではＤ＝０であるため、等価導電層厚さ寄与ｓは、上記の式２から計算することができる。

【0054】

代替的には、等価導電層厚さ寄与ｓは、別の計測システム、例えば、インライン又はスタンドアロンシステムを用いて半導体ウエハ導電率を測定し、次いで、モデルを用いてウエハ導電率を等価導電層厚さ寄与ｓに変換することによって、オペレータ、例えば、ＦＡＢシステムオペレータによって決定することができるだろう。ウエハ導電率を測定するための計測システムの例は、４点プローブである。更に別のオプションとして、Ａｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｉＭａｐラジアルスキャナなどのインライン又はスタンドアロン渦電流モニタリングシステムを用いて、ドープされた基板ウエハの等価導電層厚さ値を直接測定することができる。

【0055】

これらのケースの各々において、ドーピングは、ロット内で実質的にウエハ間で同一でなければならないので、ロット毎に１回補償を行えば十分であろう。

【0056】

いくつかの実施態様では、例えば、高品質の均一にドープされたシリコン基板では、基板上の全ての位置に対する補償のために、平均等価導電膜厚さ値を使用することができ、例えば、ｓは基板にわたって均一である。しかしながら、いくつかの実施態様では、等価導電層厚さ寄与ｓは、基板上の半径方向位置に依存しうる。これにより、半径方向に不均一にドープされた基板の効果を補償することができる。

【0057】

等価導電層厚さ寄与ｓが一旦分かれば、修正された相関関数を決定することができる。例えば、信号Ｓと厚さＤとの間の修正された相関は、次式で表すことができる。
Ｓ＝Ｗ’_１・Ｄ^２＋Ｗ’_２・Ｄ＋Ｗ’_３（式３）

【0058】

コントローラは、Ｗ_１、Ｗ_２、Ｗ_３及びｓからＷ’_１、Ｗ’_２及びＷ’_３を決定することができる。例えば、
Ｗ’_１＝Ｗ_１
Ｗ’_２＝２ｓ^＊Ｗ_１＋Ｗ_２
Ｗ’_３＝ｓ^２＊Ｗ_１＋ｓ^＊Ｗ_２＋Ｗ_３

【0059】

信号に対する値Ｓ（ｔ）のシーケンスは、インシトゥモニタリングシステムから経時的に受信される。値Ｓ（ｔ）は、修正された相関関数（例えば、上記式３）を使用して厚さ値Ｄ（ｔ）を計算するために使用することができ、したがって、厚さ値Ｄ（ｔ）のシーケンスを提供する。

【0060】

いくつかの実施態様では、値Ｓ（ｔ）は正規化される。例えば、較正された信号Ｓ’は、次式に従って生成することができる。
Ｓ’＝Ｇ^＊Ｓ－ΔＫ（式４）
ここで、Ｇは利得であり、ΔＫはオフセットである。既知の厚さ及び導電率の導電層を有するブランクウエハを用いて、インシトゥモニタリングシステムについて、Ｇ及びΔＫの両方を実験的に決定することができる。

【0061】

加えて、各厚さ値は、補正された厚さ値を提供するために、層の抵抗に基づいて調整することができ、したがって、補正された厚さ値Ｄ’（ｔ）のシーケンスを提供する。補正された厚さ値は、以下のように計算することができる。
Ｄ’（ｔ）＝Ｄ（ｔ）^＊（ρ_Ｘ／ρ_０）（式５）
ここで、ρ_Ｘは導電層の抵抗であり、ρ_０は関係曲線４１０（及び値Ｗ_１、Ｗ_２、Ｗ_３）が適用される抵抗である。

【0062】

補正された厚さ値Ｄ’（ｔ）は、研磨パラメータの制御、例えば、不均一性を低減するための研磨圧力の算出に使用することができる。

【0063】

終点は、厚さ値Ｄ（ｔ）又は補正された厚さ値Ｄ’（ｔ）がターゲット厚さ値Ｄ_{ＴＡＲＧＥＴ}に達したときに呼び出すことができる。

【0064】

基板間の抵抗のばらつきに加えて、層の温度の変化は、導電層の抵抗の変化をもたらしうる。例えば、導電層は、研磨が進むにつれてより高温になり、したがって、導電性が高くなる（抵抗率が低くなる）可能性がある。特に、プロセスを実行するコントローラは、リアルタイム温度Ｔ（ｔ）で導電層の抵抗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から決定することができる。

【0065】

いくつかの実施態様では、調整された抵抗ρ_Ｔは、以下の式に基づいて計算される。
ρ_Ｔ＝ρ_Ｘ［１＋α（Ｔ（ｔ）－Ｔ_ｉｎｉ）］（式６）
ここで、Ｔ_ｉｎｉは、研磨プロセスが開始するときの導電層の初期温度である。次いで、調整された抵抗ρ_Ｔは、例えば、上記式５（又は式４における利得及びオフセットの計算）において、抵抗ρ_Ｘの代わりに使用される。

【0066】

研磨プロセスが室温下で行われる状況では、Ｔ_ｉｎｉは２０^ｏＣの近似値をとることができる。ρ_Ｘは、Ｔ_ｉｎｉにおける導電層の抵抗であり、室温とすることができる。典型的には、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。

【0067】

いくつかの実施態様では、測定された渦電流信号を調整する際に使用される温度Ｔ及び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るような、導電層の温度である。いくつかの実施態様では、温度Ｔ及びＴ_ｉｎｉは、導電層の温度の代わりに、研磨パッドの温度又はスラリの温度とすることができる。

【0068】

上述の研磨装置及び方法は、様々な研磨システムに適用することができる。研磨パッド若しくはキャリアヘッドのいずれか、又は両方が移動して、研磨面と基板との間の相対運動を提供することができる。例えば、プラテンは、回転するのではなく、周回することができる。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）パッドでありうる。終点検出システムのいくつかの態様は、直線的研磨システムに適用可能でありうる（この場合、例えば研磨パッドは、直線的に動く連続ベルトまたはリール間ベルトである）。研磨層は、標準の（例えば、充填材を伴う又は伴わないポリウレタン）研磨材料、軟性材料、又は固定砥粒材料でありうる。相対的な位置決めの用語は、システム又は基板内の相対的な位置決めを指すために使用され、研磨表面及び基板は、研磨動作中に垂直配向又は他の何らかの配向に保持できると理解すべきである。

【0069】

コントローラ９０の機能動作は、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、又はそのデータ処理装置の動作を制御するための、１つ又は複数のコンピュータプログラム（即ち、非一時的コンピュータ可読記憶媒体に実体的に具現化された１つ又は複数のコンピュータプログラム）を使用して実装されうる。

【0070】

本発明の多くの実施形態について説明してきた。それにもかかわらず、本発明の本質及び範囲から逸脱することなく、様々な修正が行われうることを理解されたい。したがって、その他の実施形態が、下記の特許請求の範囲内にある。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】