高感度実時間形状制御渦電流モニタシステム
研磨パッドを支持する表面を有するプラテンおよび渦電流信号を生成する渦電流モニタシステムを備える化学機械研磨用の装置。渦電流モニタシステムは、磁心および磁心の一部分の周囲に巻かれたコイルを有する。磁心は、後部部分と、後部部分からプラテンの表面に直角の第１の方向に延び、プラテンの表面と平行な第２の方向に幅を有する第１の突起部と、第１の突起部の両側に、第１の突起部から等距離に位置する、後部部分から第１の突出部と平行に延びる第２および第３の突起部とを有する。第２および第３の突起部のそれぞれと第１の突起部との間隔は、第１の突起部の幅のほぼ２倍に等しい。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、基板の化学機械研磨中の渦電流モニタに関する。
【背景技術】
【０００２】
集積回路は、通常、シリコンウェハ上に導電性、半導電性、または絶縁性の層を連続して堆積することによって、また引き続き各層を処理することによって、基板（例えば、半導体ウェハ）上に形成される。
【０００３】
１つの製造ステップは、非平面表面上に充填層を堆積するステップ、および非平面表面が露出するまで充填層を平坦化するステップを含む。例えば、導電性の充填層は、パターンイングされた絶縁層上に堆積されて、絶縁層内のトレンチまたは孔を充填することができる。次に、充填層は、一段高くなった絶縁層のパターンが露出するまで研磨される。平坦化の後、この一段高くなった絶縁層のパターン間に残る導電層の各部分が、基板上の薄膜回路間の導電性経路となるビア、プラグ、および配線を形成する。さらに、平坦化は、リソグラフィ用に基板表面を平坦するために使用されうる。
【０００４】
化学機械研磨（ＣＭＰ）は、一般に認められた平坦化の１つの方法である。この平坦化方法では、通常、基板をキャリアヘッド上に取り付ける必要がある。基板の露出した表面が、回転する研磨パッドに対して配置される。キャリアヘッドは、基板に制御可能な荷重を与えて、基板を研磨パッドに押しつける。研磨剤粒子を有するスラリなどの研磨流体が、研磨パッドの表面に供給される。
【０００５】
半導体処理中に、基板のまたは基板上の層の、１つまたは複数の特性を決定することが重要な場合がある。例えば、適正な時間に処理が終了されうるように、ＣＭＰ処理中に導電層の厚さを知ることが重要な場合がある。数多くの方法が基板の特性を決定するために使用されうる。例えば、光学センサは、化学機械研磨中に基板をｉｎ−ｓｉｔｕモニタするために使用されうる。別法として（またはさらに）、渦電流感知システムは、基板上の導電性領域に渦電流を誘起して、導電性領域の局所的な厚さなどのパラメータを決定するために使用されうる。
【発明の概要】
【０００６】
一態様では、化学機械研磨用の装置は、研磨パッドを支持する表面を有するプラテン、および渦電流信号を生成する渦電流モニタシステムを備える。渦電流モニタシステムは、プラテン内に少なくとも部分的に位置する磁心とこの磁心の一部分の周囲に巻かれたコイルとを有する。磁心は、後部部分と、後部部分からプラテンの表面に直角の第１の方向に延在し、プラテンの表面と平行な第２の方向に幅を有する第１の突起部と、第１の突起部の両側に、ならびに第１の突起部から等距離に位置する、後部部分から第１の突出部と平行に延びる第２および第３の突起部とを有する。第２および第３の突起部のそれぞれと第１の突起部との間の、第２の方向の間隔が、第１の突起部の幅のほぼ２倍に等しい。
【０００７】
実現形態には、１つまたは複数の以下の特徴を含みうる。第２および第３の突起部は、第１の突起部の幅とほぼ等しい幅を有する。第１の突起部の幅は、約１ｍｍでありえて、第２および第３の突起部のそれぞれと第１の突起部との間隔は、約２ｍｍでありうる。第１、第２および第３の突起部のそれぞれは、第１の方向に、第１の突起部の幅よりも大きい、例えば第１の突起部の幅の約４倍の高さを有しうる。第１、第２および第３の突起部のそれぞれは、プラテンの表面に平行で、第２の方向と垂直な第３の方向に沿って、第１の突起部の幅よりも大きい長さを有しうる。この長さは、この幅の少なくとも１０倍、例えばこの幅の約２０倍でありうる。プラテンは、回転軸を中心として回転可能であり、第１、第２および第３の突起部の長さは、回転軸から磁心を通って延びるプラテンの半径と垂直でありうる。磁心は、第１の方向および第２の方向と平行な面内に、概ねＥ形状の断面を有しうる。コイルは、第１の突起部の周囲にのみ巻かれうる。研磨パッドは、バッキング層および研磨層を有し、バッキング層は、開孔を有し、磁心の突起部は、研磨層の底面を通り過ぎずに、バッキング層内の開孔内部に延在しうる。渦電流モニタシステムは、約１．５から２ＭＨｚの共振周波数を有しうる。
【０００８】
別の態様では、化学機械研磨用の装置は、研磨パッドを支持する表面を有するプラテン、および渦電流信号を生成する渦電流モニタシステムを備える。渦電流モニタシステムは、プラテン内に少なくとも部分的に位置する磁心とコイルとを有する。磁心は、後部部分と、後部部分からプラテンの表面に直角の第１の方向に延在し、第１の方向に高さを有する第１の突起部分と、第１の突起部の両側に位置する、後部部分から第１の突出部と平行に延びる第２および第３の突起部とを有する。コイルは、第１の突起部の外側部分の周囲に巻かれ、外側部分より後部部分に近い、第１の突起部の内側部分の周囲には巻かれていない。内側部分は、突起部の高さの少なくとも約半分延在している。
【０００９】
実現形態には、１つまたは複数の以下の特徴を含みうる。外側部分は、突起部の高さの約半分延在しうる。コイルを支持するために、第１の突起部と第２および第３の突起部との間の間隙に、少なくとも１つのスペーサが位置しうる。第１の突起部は、プラテンの表面に平行な第２の方向に幅を有し、第２および第３の突起部は、第１の突起部から等距離に位置しえて、第２および第３の突起部のそれぞれと第１の突起部との間の第２の方向の間隔は、第１の突起部の幅のほぼ２倍に等しくてよい。第１、第２および第３の突起部は、同じ高さを有しうる。第１の突起部は、プラテンの表面に平行な第２の方向に幅を有しえて、高さは、この幅よりも大きくてよい。第１の突起部は、プラテンの表面に平行な第２の方向に幅を有しえて、第１、第２および第３の突起部のそれぞれは、プラテンの表面に平行で、第２の方向と垂直な第３の方向に沿って、長さを有しえて、この長さは、第１の突起部の幅よりも大きい。コイルは、第１の突起部の周囲にのみ巻かれうる。研磨パッドは、バッキング層および研磨層を有しえて、バッキング層は開孔を有しえて、磁心の突起部は、研磨層の底面を通り過ぎずに、バッキング層内の開孔内部に延在しうる。渦電流モニタシステムは、約１．５から２ＭＨｚの共振周波数を有しうる。コイルは、第１の突起部の周囲を約１２回巻かれうる。約１０００ｐＦの容量を有するコンデンサがコイルと並列にあってよい。
【００１０】
一部の実現形態の潜在的な利点は、以下のことを含みうる。渦電流のモニタは、基板から比較的遠くに位置するセンサ、例えば研磨層内の凹部に突出しないセンサを用いて遂行されうる。研磨層から凹部を除去することによって、研磨の均一性およびパッドの寿命が改善されうる。厚さ測定の正確さは、薄い層に対して改善されえて、これにより、より薄い層に対する実時間形状制御が改善され、したがってウェハ内、およびウェハ間の均一性が改善されうる。さらに、厚さ測定の正確さは、銅よりも低い導電度の金属の研磨、例えばアルミニウムおよびタングステンの研磨に対して改善されうる。これによって、実時間の形状制御が改善され、したがってそうした低い導電度の金属に対して、ウェハ内およびウェハ間の均一性が改善されうる。
【００１１】
１つまたは複数の実現形態の詳細を添付図面および以下の記載において説明する。他の態様、特徴および利点は、本説明および図面から、ならびに特許請求の範囲から明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】化学機械研磨装置の概略分解斜視図である。
【図２】渦電流モニタシステムおよび光学モニタシステムを有する化学機械研磨ステーションの概略側部部分断面図である。
【図３】キャリアヘッドの概略断面図である。
【図４】ＡおよびＢは、それぞれ渦電流モニタシステムの概略図である。
【図５】ＡおよびＢは、３つの突起部を有する渦電流モニタシステムの、それぞれ側面図および斜視図である。
【図６】ＡおよびＢは、細長の磁心を使用した化学機械研磨装置の、それぞれ上面図および側面図である。
【図７】プラテンの表面上に基板を有するプラテンの上面図である。
【図８】Ａ〜Ｄは、それぞれ、渦電流センサを使用して研磨終点を検出する方法を概略的に示す図である。
【図９】化学機械研磨後の基板上の金属層の厚さを示すグラフである。
【図１０】金属層を研磨する方法を示す流れ図である。
【図１１】金属層を研磨する代替の方法を示す流れ図である。
【００１３】
様々な図面で同様の参照記号は、同様の要素を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
ＣＭＰシステムは、渦電流モニタシステムを使用して、基板上の上部金属層の厚さを検出することができる。上部金属層の研磨中、渦電流モニタシステムは、基板上の金属層の様々な領域の厚さを決定することができる。厚さ測定は、実時間で研磨処理の処理パラメータを調整するために使用されうる。例えば、基板キャリアヘッドは、基板の裏側の圧力を調整して、金属層の領域の研磨速度を増減することができる。研磨速度は、金属層の領域が、研磨後、実質的に同じ厚さになるように調整されうる。ＣＭＰシステムは、金属層の領域の研磨が、ほぼ同時に完了するように研磨速度を調整しうる。そうした形状制御は、実時間形状制御（ＲＴＰＣ）と呼ばれることがある。
【００１５】
渦電流モニタに伴う１つの問題点は、正確な厚さを決めるための信号が十分でなく、その結果終点の決定および形状の制御において正確さに欠けることである。いかなる特定の理論に限定されるわけではなく、信号が不十分となる要因には、（ａ）基板から比較的遠くにセンサが配置され、その結果基板に到達する磁場が比較的弱いこと、（ｂ）比較的高い抵抗を有する比較的薄い層、例えば２０００オングストローム未満の銅を研磨すること、および（ｃ）比較的導電度の低い金属、例えばアルミニウムまたはタングステンを研磨することが含まれる。
【００１６】
信号の強度は、センサの適切な構成によって、著しく改善されうる。具体的には、３つの突起部を有する磁心に対して、各突起部の間隔をわずかにさらに離すことによって、ならびに中心の突起部の外側部分の周囲にコイルの巻き線を集中することによって、信号強度は改善されうる。さらに、渦電流センサの共振周波数は、研磨される層に対してチューニングされうる。全体として、センサが基板から比較的離れ、比較的薄い層が研磨され、および／または比較的低い導電度の金属が研磨されている場合でさえ、信号強度を、信頼性のある形状制御のために十分に増大させることができる。例えば、形状制御は、１０００オングストローム未満の厚さの銅層に対して、およびアルミニウム層に対してさえ、確実に遂行されうる。
【００１７】
別の技法は、異なる研磨ステーションで異なる渦電流モニタシステムを使用することである。例えば、第１の研磨ステーションが、金属層の初期の、例えば約１０００オングストロームまでの厚さ範囲に対して選択された共振周波数を有する渦電流モニタシステムを有し、第２の研磨ステーションが、初期の厚さ範囲よりも低いその次の、例えば約２００オングストロームまでの厚さ範囲に対して選択された共振周波数を有する渦電流モニタシステムを備えることができる。
【００１８】
図１は、１つまたは複数の基板１０を研磨するためのＣＭＰ装置２０を示す。同様の研磨装置の記載が、米国特許第５，７３８，５７４号に見出しうる。研磨装置２０は、一連の研磨ステーション２２ａ、２２ｂおよび２２ｃ、ならびに転送ステーション２３を有する。転送ステーション２３は、キャリアヘッドとローディング装置間で基板を転送する。
【００１９】
各研磨ステーションは、研磨パッド３０が配置される頂面２５を有する回転可能なプラテン２４を備える。第１および第２のステーション、２２ａおよび２２ｂは、硬化した耐久性のある外側表面を有する２層の研磨パッド、または研磨剤粒子が埋め込まれた固定砥粒研磨パッドを有しうる。最後の研磨ステーション２２ｃは、比較的軟化したパッド、または２層のパッドを有しうる。また、各研磨ステーションは、パッドコンディショナー装置２８を有し、研磨パッドが効果的に基板を研磨するように研磨パッドの状態を維持することができる。
【００２０】
図２を参照すると、２層の研磨パッド３０は、通常、プラテン２４の表面、および基板１０を研磨するために使用されるカバー層３４に隣接するバッキング層３２を有する。カバー層３４は、通常、バッキング層３２よりも硬い。しかし、一部のパッドは、カバー層のみを有し、バッキング層を有さない。カバー層３４は、充填材、例えば中空微粒子、および／または溝付き表面を有することがある、発泡または鋳造ポリウレタンから構成されうる。バッキング層３２は、ウレタンで濾過した圧縮フェルト製ファイバから構成されうる。ＩＣ−１０００からなるカバー層、およびＳＵＢＡ−４からなるバッキング層を有する２層の研磨パッドは、Ｒｏｄｅｌ，Ｉｎｃ．，Ｎｅｗａｒｋ、Ｄｅｌａｗａｒｅから入手可能である（ＩＣ−１０００およびＳＵＢＡ−４は、Ｒｏｄｅｌ，Ｉｎｃ．の製品名である）。
【００２１】
研磨ステップ中に、スラリ３８が、スラリ供給ポートまたはスラリ／リンス混合アーム３９によって研磨パッド３０の表面に供給されうる。研磨パッド３０が標準的なパッドの場合は、スラリ３８は研磨剤粒子（例えば、酸化膜研磨用の２酸化ケイ素）も含みうる。
【００２２】
図１に戻って、回転可能なマルチヘッドのカルーセル（ｃａｒｏｕｓｅｌ）６０は、４つのキャリアヘッド７０を支持する。カルーセルは、カルーセルモータアセンブリ（図示せず）によって、カルーセル軸６４を中心として中心支柱６２により回転し、キャリアヘッドシステムおよびこれに付着する基板を、研磨ステーション２２と転送ステーション２３との間で周回させる。キャリアヘッドシステムのうちの３つは、基板を受け取り保持し、基板を研磨パッドに押しつけることによって基板を研磨する。その間、キャリアヘッドシステムのうちの１つは、転送ステーション２３から基板を受け取り、転送ステーション２３に基板を送り出す。
【００２３】
各キャリアヘッド７０は、キャリア駆動シャフト７４によって、キャリアヘッド回転モータ７６（カバー６８の４分の１を取り除くことによって示す）に連結され、その結果各キャリアヘッドは、自らの軸を中心として独立に回転することができる。さらに、各キャリアヘッド７０は、カルーセル支持板６６内に形成された放射状スロット７２内で、長手方向に独立に振動しうる。適切なキャリアヘッド７０の記載は、米国特許第７，６５４，８８８号に見出すことができ、その開示全体が、参照により組み込まれる。動作にあたって、プラテンはその中心軸２５を中心として回転し、キャリアヘッドはその中心軸７１を中心として回転し研磨パッドの表面全体にわたって長手方向に平行移動する。
【００２４】
図３は、キャリアヘッド７０の１つを示す。キャリアヘッド７０のそれぞれは、ハウジング１０２と、基部アセンブリ１０４と、ジンバル機構１０６（これは基部アセンブリ１０４の一部と見なしうる）と、ローディングチャンバ１０８と、保持リング２００と、基板バッキングアセンブリ１１０とを有し、基板バッキングアセンブリ１１０は、内側チャンバ２３０，中間チャンバ２３２、２３４、２３６および外側チャンバ２３８など、複数の独立に加圧可能なチャンバを画定する可撓性膜１１６を有する。これらのチャンバは、可撓性膜の同心円領域上の圧力を制御し、したがって基板の同心円領域上の圧力を独立に制御する。一部の実現形態では、キャリアヘッド７０のそれぞれは、５つのチャンバ、およびチャンバそれぞれに対する圧力調整器を有する。
【００２５】
図２に戻って、渦電流モニタシステム４０は、基板上の金属層内に渦電流を誘起する駆動システム、および駆動システムによって金属層内に誘起された渦電流を検出する感知システムを有する。モニタシステム４０は、プラテンとともに回転する凹部２６内に位置する磁心４２と、磁心４２の第１の部分の周囲に巻かれた駆動コイル４９と、磁心４２の第２の部分の周囲に巻かれた感知コイル４６とを有する。駆動システム用に、モニタシステム４０は、駆動コイル４９に接続された発信器５０を有する。感知システム用に、モニタシステム４０は、感知コイル４６と並列に接続されたコンデンサ５２と、感知コイル４６に接続されたＲＦアンプ５４と、ダイオード５６とを有する。発信器５０，コンデンサ５２、アンプ５４、およびダイオード５６は、プラテン２４から離して置くことができ、回転式の電気合体部（ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｕｎｉｏｎ）２９を介してプラテン内の構成要素と結合させることができる。
【００２６】
一部の実現形態では、バッキング層３２は、凹部２６上方に開孔を有する。開孔は、凹部２６と同一の幅および深さを有しうる。あるいは、開孔は、凹部２６よりも小さくてよい。カバー層３４の一部分３６は、バッキング層内の開孔の上方にありうる。カバー層３４の一部分３６は、スラリ３８が凹部２６に入るのを防止しうる。磁心４２の一部は、開孔内に置かれうる。例えば、磁心４２は、開孔内部に延びる突起部を有しうる。一部の実現形態では、磁心４２の上部は、カバー層３４の底面を通り過ぎて延在しない。
【００２７】
動作にあたって、発信器５０は、コイル４９を駆動して、磁心４２の本体を通り、磁心の突起部間のギャップ内部に延びる振動磁場を生成する。少なくとも磁場の一部分は、研磨パッド３０の薄い部分３６を通って、基板１０内部に延びる。金属層が基板１０上に存在する場合、振動磁場は、金属層内に渦電流を生成する。渦電流によって、金属層は、感知コイル４６およびコンデンサ５２と並列のインピーダンス源として働くようになる。金属層の厚さが変化すると、インピーダンスが変化し、結果として感知機構のＱファクターが変化する。感知機構のＱファクターの変化を検出することによって、渦電流センサは、渦電流の強度の変化、したがって、金属層の厚さの変化を感知することができる。
【００２８】
反射率計または干渉計として機能しうる光学モニタシステム１４０は、凹部２６内のプラテン２４に、例えば渦電流モニタシステム４０に隣接して固定されうる。したがって、光学モニタシステム１４０は、渦電流モニタシステム４０によってモニタされているのと実質的に同じ基板上の場所の反射率を測定することができる。具体的には、光学モニタシステム１４０を、基板の一部分を測定するために、プラテン２４の回転軸から、渦電流モニタシステム４０と同じ半径方向距離に位置させることができる。したがって、光学モニタシステム１４０は、渦電流モニタシステム４０と同じ経路で基板の端から端までスウィープすることができる。
【００２９】
光学モニタシステム１４０は、光源１４４および検出器１４６を有する。光源は、透明な窓部分３６および露出した基板１０の表面に吹き付けられるスラリを通って伝搬する光線１４２を生成する。例えば、光源１４４は、レーザであってよく、光線１４２は、コリメートされたレーザビームであってよい。光レーザビーム１４２は、基板１０の表面に直角の軸から角度αで、レーザ１４４から投射されうる。さらに、凹部２６および窓３６が細長い場合、窓の細長い軸に沿って光線を拡大するために、光線の経路内にビーム拡大噐（図示せず）を位置させることができる。全体的に、光学モニタシステムは、その開示全体が参照により本明細書に組み込まれる、米国特許第６，１５９，０７３号および同６，２８０，２８９号に記載されているように機能する。
【００３０】
また、ＣＭＰ装置２０は、磁心４２および光源４４が基板１０直下にあるとき感知する、光学遮断器などの位置センサ８０を有しうる。例えば、光学遮断器は、キャリアヘッド７０に対向する固定された位置に取り付けられうる。フラグ８２が、プラテンの周辺部に付けられる。フラグ８２を付ける位置およびその長さは、透明部分３６が基板直下１０をスウィープする間に、フラグ８２がセンサ８０の光学信号を遮断するように選択される。あるいは、ＣＭＰ装置は、プラテンの角度位置を決定するエンコーダを有することができる。
【００３１】
汎用のプログラム可能なディジタルコンピュータ９０は、渦電流感知システムからの強度信号および光学モニタシステムからの強度信号を受け取る。モニタシステムが、プラテンの各回転とともに基板直下をスウィープするため、金属層の厚さおよび下層の露出部に関する情報は、ｉｎ−ｓｉｔｕで、かつ連続的な実時間ベースで蓄積される（プラテンの回転毎に１回）。コンピュータ９０は、基板が概ね透明部分３６の上に覆い被さるとき（位置センサによって決定されるが）、モニタシステムからの測定値をサンプリングするようにプログラムされうる。研磨が進行すると、金属層の反射率または厚さが変化し、サンプリングされる信号が時間とともに変わる。時間的に変化するサンプリングされる信号は、トレースと呼ばれる場合がある。モニタシステムからの測定値は、研磨中に出力装置９２上に表示されえて、装置のオペレータが研磨動作の進行を視覚的にモニタすることが可能となる。
【００３２】
動作にあたって、ＣＭＰ装置２０は、渦電流モニタシステム４０および光学モニタシステム１４０を使用して、どの時点で大部分の充填層が除去されたかを決定し、どの時点で下にある停止層が実質的に露出されたかを決定する。コンピュータ９０は、処理制御および終点検出ロジックをサンプリングされた信号に適用して、いつ処理パラメータを変更すべきか、およびいつ研磨終点を検出すべきかを決定する。検出器ロジックにとって可能性のある処理制御および終点の判断基準には、極小値または極大値、傾きの変化、大きさまたは傾きの閾値、もしくはそれらの組合せが含まれる。
【００３３】
さらに、その全体が参照により本明細書に組み込まれる米国特許第６，３９９，５０１号において論じられているように、コンピュータ９０は、プログラムされえて、渦電流モニタシステム４０および光学モニタシステム１４０の両方からの、基板直下の各スウィープによる測定値を複数のサンプリングゾーンに分割し、各サンプリングゾーンの半径方向の位置を計算し、大きさの測定値を半径範囲に分類し、各サンプリングゾーンに対して最小、最大、および平均の測定値を決定し、複数の半径方向範囲を用いて研磨終点を決定する。
【００３４】
また、コンピュータ９０は、キャリアヘッド７０によって印加される圧力を制御する圧力機構、キャリアヘッド回転速度を制御するキャリアヘッド回転モータ７６、プラテン回転速度を制御するプラテン回転モータ（図示せず）、または研磨パッドに供給されるスラリ組成物を制御するスラリ分配システム３９に接続されうる。具体的には、測定値を半径範囲に分類した後、金属フィルムの厚さに関する情報が、実時間で閉ループコントローラに与えられて、周期的または連続的に、キャリアヘッドによって印加される研磨圧力プロファイルを修正し、これらことはさらに以下で議論される。
【００３５】
図４Ａは、形状情報を測定するための渦電流モニタシステム４００の一例を示す。渦電流モニタシステム４００は、渦電流モニタシステム４０として使用されうる。渦電流感知とともに、振動磁場が基板上の導電性領域に渦電流を誘起する。渦電流は、渦電流感知システムによって生成される磁束線と結合する領域に誘起される。渦電流モニタシステム４００は、Ｅ形状の本体を有する磁心４０８を有する。磁心４０８は、後部部分４１０、および後部部分４１０から延びる３つの突起部４１２ａ〜ｃを有しうる。
【００３６】
磁心４０８の後部部分４１０は、概ね板形状のまたは長方形の箱形状の本体でありえて、プラテンの頂面と平行な、例えば研磨動作中の基板および研磨パッドと平行な上面を有しうる。一部の実現形態では、後部部分４１０の長軸は、プラテンの回転軸から延びるプラテンの半径と垂直である。後部部分４１０の長軸は、後部部分４１０の前面に直角でありうる。後部部分４１０は、プラテンの頂面に直角に測定される高さを有しうる。
【００３７】
突起部４１２ａ〜ｃは、後部部分４１０から、後部部分４１０の頂面に直角の方向に延在し、実質的に直線的で、互いに平行である。突起部４１２ａ〜ｃのそれぞれは、プラテンの頂面と平行な、例えば研磨動作中の基板および研磨パッドの面に平行な方向に沿った長軸を有しえて、実質的に直線的で、互いに平行に延びる。突起部４１２ａ〜ｃの長軸は、突起部４１２ａ〜ｃの前面に直角でありうる。後部部分４１０の長軸は、突起部４１２ａ〜ｃの長軸と同じ方向に延在しうる。一部の実現形態では、突起部４１２ａ〜ｃの長軸は、研磨パッドの回転軸から延びる研磨パッドの半径と垂直である。２つの外側の突起部４１２ａ、４１２ｃは、中央の突起部４１２ｂの両側にある。外側の突起部のそれぞれ（例えば、４１２ａおよび４１２ｃ）と中心の突起部（例えば、４１２ｂ）との間隔は、同じでありえて、すなわち外側の突起部４１２ａ、４１２ｃは、中央の４１２ｂから等距離にありうる。
【００３８】
渦電流感知システム４００は、並列のコイル４２２およびコンデンサ４２４を有する。コイル４２２は、磁心４０８と結合されうる（例えば、コイル４２２は、中心の磁心４１２ｂの周囲に巻かれうる）。コイル４２２およびコンデンサ４２４は、共同してＬＣ共振タンクを形成することができる。動作にあたっては、電流ジェネレータ４２６（例えば、マージナル発信器回路を基にした電流ジェネレータ）は、（インダクタンスＬを有する）コイル４２２および（容量Ｃを有する）コンデンサ４２４によって形成されるＬＣタンク回路の共振周波数でシステムを駆動する。電流ジェネレータ４２６は、正弦波発振のピークツーピークの振幅を一定値に維持するように設計されうる。振幅Ｖｏを有する時間依存性の電圧は、整流器４２８を使用して整流され、フィードバック回路４３０に供給される。フィードバック回路４３０は、電流ジェネレータ４２６が電圧振幅Ｖｏを一定に保つように駆動電流を決定する。そうしたシステムにとって、駆動電流の大きさは、導電性フィルムの厚さに比例しうる。マージナル発信器回路およびフィードバック回路は、参照によって組み込まれる、米国特許第４，０００，４５８号および同７，１１２，９６０号にさらに記載されている。
【００３９】
電流ジェネレータ４２６は、周波数が同じ状態のままとなるようにＬＣ共振タンク回路に電流を与えることができる。コイル４２２は、振動磁場４３２を生成することができ、振動磁場４３２は、基板（例えば、基板１０）の導電性領域４０６と結合しうる。導電性領域４０６が存在する場合、基板内で渦電流として消費されるエネルギーによって、発振振幅が低下しうる。電流ジェネレータ４２６は、振幅を一定に保つためにＬＣ共振タンクにより多くの電流を与えることができる。電流ジェネレータ４２６によって与えられる追加の電流量が感知され、導電性領域４０６の厚さ測定に変換されうる。
【００４０】
図４Ｂは、渦電流モニタシステム４００の別の実現形態を示す。渦電流モニタシステム４００は、振動磁場４０４を生成するための駆動コイル４０２を有することができ、振動磁場４０４は対象とする導電性領域４０６（例えば半導体ウェハ上の金属層の一部分）と結合しうる。駆動コイル４０２は、後部部分４１０の周囲に巻かれうる。振動磁場４０４は、導電性領域４０６内で局所的に渦電流を生成する。渦電流によって、導電性領域４０６が、感知コイル４１４およびコンデンサ４１６と並列のインピーダンス源として働くようになる。感知コイル４１４は、中心の突起部４１２ｂの周囲に巻き付けられうる。感知コイル４１４は、中心の突起部４１２ｂの外側部分に巻き付けられて、渦電流モニタシステム４００の感度を増大させることができる。導電性領域４０６の厚さが変化すると、インピーダンスが変化し、その結果システムのＱファクターが変化することになる。Ｑファクターの変化を検出することによって、渦電流モニタシステム４００は、渦電流の強度の変化、したがって導電性領域の厚さの変化を感知することができる。したがって、渦電流モニタシステム４００は、導電性領域の厚さなどの導電性領域のパラメータを決定するために使用されえて、または研磨終点などの関連するパラメータを決定するために使用されうる。具体的な導電性領域の厚さについて上記で論じたが、磁心４０８および導電層の相対的な位置は、数多くの様々な導電性領域に対する厚さの情報が得られるように変化しうることに留意されたい。
【００４１】
一部の実現形態では、Ｑファクターの変化は、決められた駆動周波数および駆動振幅に対して、感知コイルの電流振幅を時間の関数として測定することによって決定されうる。渦電流信号は、整流器４１８を使用して整流され、振幅が出力部４２０を介してモニタされうる。あるいは、Ｑファクターの変化は、駆動信号と感知信号との位相差を時間の関数として測定することによって決定されうる。
【００４２】
渦電流モニタシステム４００は、基板上の導電層の厚さを測定するために使用されうる。一部の実現形態では、より高い信号強度、より高い信号対雑音比、および／または改善された空間解像度ならびに線形性を有する渦電流モニタシステムが望まれることがある。例えば、ＲＴＰＣ用途では、所望のウェハ間均一性を得るには、渦電流感知システムの改善が必要とされうる。
【００４３】
渦電流モニタシステム４００は、信号強度の向上、信号対雑音比の向上、線形性の向上、および安定性の向上をもたらしうる。改善された信号強度を有する渦電流システムを提供することによって、さらなる恩恵が得られる。改善された信号強度は、ＲＴＰＣにとって特に有益である。高い解像度のウェハ形状情報を得ることによって、処理パラメータのより正確な調整が可能となり、したがってより小さな限界寸法（ＣＤ）を有するデバイスの製造が可能となる。
【００４４】
一般に、ｉｎ−ｓｉｔｕ渦電流モニタシステム４００は、約５０ｋＨｚ〜１０ＭＨｚの、例えば約１．５〜２．０ＭＨｚ、例えば約１．６〜１．７ＭＨｚの共振周波数を有して構成される。例えば、感知コイル４１４は、約０．３から３０マイクロＨのインダクタンスを有し、コンデンサ４１６は、約４７０ｐＦから約０．０２２μＦ、例えば１０００ｐＦの容量を有しうる。駆動コイルは、発信器からの駆動信号に適合するように設計されうる。例えば、発信器が低電圧で低インピーダンスを有する場合は、駆動コイルは、小さいインダクタンスを実現するようにより少ない巻き数を有しうる。一方、発信器が高電圧で高インピーダンスを有する場合は、駆動コイルは、大きなインダクタンスを実現するようにより多い巻き数を有しうる。一実現形態では、感知コイル４１４は、中心の突起部４１２ｂの周囲に１２の巻き数を有し、駆動コイル４０２は、基部部分４１０の周囲に４つの巻き数を有し、発信器は、駆動コイル４０２を約０．１Ｖから５．０Ｖの振幅で駆動する。
【００４５】
図５Ａは、磁心５００の別の例を示す。磁心５００は、比較的高い透磁率（例えば、約２５００以上のμ）を有する非導電性の材料から形成されるＥ形状の本体を有することができる。具体的には、磁心５００はフェライトであってよい。磁心５００は被覆されうる。例えば、水が磁心５００内の細孔に入るのを防ぎ、コイルの短絡を防ぐために、パリレンなどの材料で被覆されうる。磁心５００は、渦電流モニタシステム４００内に備えられる磁心４０８と同一でありうる。磁心５００は、後部部分５０２、および後部部分５０２から延びる３つの突起部５０４ａ〜ｃを有することができる。
【００４６】
第１の突起部５０４ｂは、幅Ｗ１を有し、第２の突起部５０４ａは、幅Ｗ２を有し、第３の突起部５０４ｃは、幅Ｗ３を有する。幅Ｗ１、Ｗ２およびＷ３のそれぞれは、同じであってよい。例えば、突起部５０４ａ〜ｃのそれぞれは、１ｍｍの幅を有しうる。第１の突起部５０４ｂと第２の突起部５０４ａは、距離Ｓ１だけ離れ、第１の突起部５０４ｂと第３の突起部５０４ｃは、距離Ｓ２だけ離れている。一部の実現形態では、距離Ｓ１およびＳ２は同一であり、第２の突起部５０４ａおよび第３の突起部５０４ｃは、中心の突起部５０４ｂから同一の距離である。例えば、距離Ｓ１およびＳ２は両方とも約２ｍｍでありうる。
【００４７】
突起部５０４ａ〜ｃのそれぞれは、高さＨｐを有し、この高さＨｐは、突起部５０４ａ〜ｃが磁心５００の後部部分５０２から延びる距離である。高さＨｐは、幅Ｗ１、Ｗ２およびＷ３よりも大きくてよい。一部の実現形態では、さらに高いＨｐは、突起部５０４ａ〜ｃを分離する距離Ｓ１およびＳ２よりも長い。具体的には、高さＨｐは、４ｍｍでありうる。後部部分５０２は、高さＨｂを有する。高さＨｂは、距離Ｓ１または距離Ｓ２と同一であってよく、例えば２ｍｍである。
【００４８】
コイル５０６は、中心の突起部５０４ｂの周囲に巻かれうる。コイルは、コンデンサ４１６などのコンデンサと結合されうる。システム４００などの渦電流モニタシステムの実現形態では、別個の感知および駆動コイルが使用されうる。一部の実現形態では、コイル５０６などのコイルは、リッツ線（均一なねじれパターンでかつ撚りの長さで一緒に束ねられ、または編まれた個別にフィルムで絶縁された線から構成される編み線）であってよく、このリッツ線は、渦電流感知で通常使用される周波数に対して、単線よりも損失が少なくなりうる。
【００４９】
一部の実現形態では、コイル５０６は、中心の突起部５０４ｂの一部分の周囲に巻かれ、中心の突起部５０４ｂ全体には巻かれなくてよい。例えば、コイル５０６は、中心の突起部５０４ｂの外側部分の周囲に巻き付けられうる。外側部分は、高さＨｏを有しうる。コイル５０６は、高はＨｉを有する、中心の突起部５０４ｂの内側部分に接しなくてよい。内側部分は、外側部分よりも後部部分５０２に近くでありうる。一部の実現形態では、高さＨｏおよびＨｉは、中心の突起部５０４ｂの高さＨｐの約半分である。あるいは、内側部分の高さＨｉは、外側部分の高さＨｏよりも大きくてよい。外側部分の高さＨｏは、内側部分の高さＨｉよりも大きくてよい。
【００５０】
一部の実現形態では、スペーサ５０８はコイル５０６を支持し、コイル５０６が中心の突起部５０４ｂの内側部分に接触するのを防ぐことができる。スペーサ５０８は、絶縁体で作製されうる。スペーサ５０８は、磁心５００に対する損傷を防ぐために、柔らかくてよい。例えば、スペーサ５０８は、プラスチック、ゴム、または木であってよい。スペーサ５０８は、磁心５００に付着されえて、スペーサ５０８がＣＭＰ処理中に移動するのを防ぐことができる。
【００５１】
図５Ｂは、磁心５００の斜視図を示す。磁心５００は、突起部５０４ａ〜ｃの幅Ｗ１、Ｗ２およびＷ３と、突起部５０４ａ〜ｃを分離する距離Ｓ１およびＳ２との合計である幅Ｗｔを有しうる。磁心５００は、突起部５０４ａ〜ｃの高さＨｐと、基部部分５０２の高さＨｂとの合計の高さＨｔを有する。一部の実現形態では、幅Ｗｔは、高さＨｔよりも大きい。磁心５００は、中心の突起部５０４ｂの幅Ｗ１よりも大きく、好ましくは磁心の幅Ｗｔよりも大きな長さＬｔを有する。長さＬｔは、約１０〜２０ｍｍであってよい。長さＬｔは、磁心５００の幅Ｗｔよりも大きくてよい。
【００５２】
図６Ａおよび６Ｂは、磁心６０２に対する基板６００の相対的な位置に関する上面図および側面図を示す（磁心６０２は、図４の磁心４０８または図５の磁心５００と同様であってよい）。半径Ｒを有するウェハ６００の中心を通るスライスＡ−Ａ’を通ってスキャンするために、磁心６０２は、その長軸がウェハ６００の半径と垂直となるように配向される。磁心６０２は、図示するようにウェハの直径に対して平行移動する。磁心６０２の周囲に巻かれたコイルによって生成された磁場が、幅よりも大きな長さを有し、その上形が細長い導電性領域において渦電流を誘起することに留意されたい。しかし、この長さおよび幅は、一般に、磁心６０２の長さおよび幅と同一ではなく、導電性領域のアスペクト比および断面は、一般に磁心６０２のアスペクト比および断面とも異なる。
【００５３】
図６Ａおよび６Ｂの構成は、ウェハ６００のスライスＡ−Ａ’の大部分に対して解像度の改善を実現しうるが、磁心６０２が半径の最初および最後の区間６０４に沿って平行移動するとき、磁心６０２の一部分は基板に近接しない。したがって、区間６０４に対する測定は、精度がより低く、磁心６０２の、長さＬｔなどの最大の望ましい長さＬを制限する可能性がある。加えて、磁心６０２が、ウェハ６００の中心に近づくと、磁心６０２は、より大きな半径範囲をサンプリングしている。したがって、特定の半径方向距離ｒ≒Ｒに対する空間的な解像度はｒ≒０に対する空間的な解像度よりも著しくよくなる。
【００５４】
上記で説明したように、磁心６０２の長さＬは、磁心６０２の幅Ｗよりも大きい。すなわち、アスペクト比Ｌ／Ｗは、１より大きい。Ｌ、Ｗ、およびＬ／Ｗに対する様々な値は、様々な実現形態に対して使用されうる。例えば、Ｗは、数分の１ミリメータから１センチメータを超える範囲であってよく、Ｌは、約１ミリメータ（Ｗのより小さな値に対する）〜１０センチメータ以上であってよい。
【００５５】
特定の一実現形態では、Ｗは、約１ミリメータ〜約１０ミリメータであり、Ｌは、約１センチメータ〜約５センチメータである。より具体的には、磁心６０２は、約７ミリメータの幅であり、各突出部は幅が約１ミリメータ、また隣接する突出部間の各間隔は約２ミリメータでありうる。長さは、約２０ミリメータでありうる。高さは、約６ミリメータであり、必要に応じてより多くのコイル巻き数を可能とするために増大されうる。もちろん、本明細書で示す各値は例示的なものであって、多くの他の構成が可能である。
【００５６】
一部の実現形態では、磁心の長軸は、基板の半径と正確には垂直ではない場合がある。しかし、磁心は、入手可能な磁心の幾何学的形状に対して、特にウェハのエッジ近くで依然として解像度の改善を実現しうる。図７は、細長い磁心７０２が、プラテン７０４の真下に位置するＣＭＰシステム７００を示す。基板７０６の真下をスウィープする前に、磁心７０２は、位置７０８にある、位置７０８において、磁心７０２は、基板７０６の半径Ｒとほぼ垂直に位置する。したがって、ｒ≒Ｒに対して、磁心７０２の周囲に巻かれたコイルによって生成された磁場と結合する導電層の部分は、概ね、ウェハの中心から同じ半径方向距離にある。プラテン７０４および基板７０６は両方とも、磁心７０２が基板７０６の直下をスウィープするとき回転していることに留意されたい。基板７０６も、図示するようにプラテン７０４に対してスウィープすることができる。加えて、フラグ７１０およびフラグセンサ７１２は、プラテン７０４の回転位置を感知するために使用されうる。
【００５７】
はじめに、図４および８Ａを参照して、研磨を行う前に、発信器５０は、基板が全くない状態でＬＣ回路の共振周波数にチューニングされる。この共振周波数は、結果としてＲＦアンプ５４からの出力信号の最大振幅をもたらす。
【００５８】
図８Ｂに示すように、研磨動作に対して、基板１０は、研磨パッド３０に接触して配置されている。基板１０には、シリコンウェハ１２、および１つまたは複数のパターニングされた下層１４上に配列された導電層１６、例えば銅やアルミニウムなどの金属が含まれ、１つまたは複数のパターニングされた下層１４は、半導体、導体または絶縁体の層でありうる。タンタルや窒化タンタルなどのバリア層１８は、金属層を下にある誘電体から分離することができる。パターニングされた下層１４は、金属的な特徴を有するもの、例えばビア、パッドおよび相互接続部を含みうる。研磨する前、大部分の導電層１６は、はじめは比較的厚く連続しているので、導電層は低い抵抗を有し、比較的強い渦電流が導電層内で生成されうる。渦電流は、金属層を感知コイル４６およびコンデンサ５２と並列のインピーダンス源として機能させる。その結果、導電性フィルム１６の存在により、センサ回路のＱファクターが減少し、これによってＲＦアンプ５４からの信号振幅が著しく減少する。
【００５９】
図８Ｃを参照すると、基板１０が研磨されると、大部分の導電層１６が薄くなる。導電層１６が薄くなると、そのシート抵抗が増大し、金属層内の渦電流が弱くなる。その結果、導電層１６とセンサ回路間の結合が低下する（すなわち、仮想的なインピーダンス源の抵抗が増大する）。結合が減少すると、センサ回路のＱファクターは、その元の値に向かって増大し、ＲＦアンプ５４からの信号振幅を上昇させる。
【００６０】
図８Ｄを参照すると、最終的に、大部分の導電層１６が除去され、パターニングされた絶縁層１４間のトレンチ内に導電性相互接続部１６が残る。この時点で、全体的に小さく、全体的に不連続な、基板内の導電性部分とセンサ回路間の結合が最小値に達する。その結果、センサ回路のＱファクターが最大の値に達する（基板が全く存在しない場合のＱファクターほど大きくはないが）。これによってセンサ回路からの出力信号の振幅が頭打ちになる。
【００６１】
図９は、導電層を研磨した後の導電層の厚さのグラフ９００を示す。グラフ９００上の線９０２は、ウェハの中心からの距離を変化させて測定した導電層の厚さ（オングストローム単位の）を示す。例えば、ＣＭＰシステムは、磁心５００を使用してアルミニウム層を研磨して、基板の様々な領域におけるアルミニウムの厚さのばらつきをモニタすることができる。ＣＭＰシステムは、光学モニタシステムを使用して、アルミニウム層が約２００オングストロームの厚さになる時点を決定し、研磨を終了することができる。一部の実現形態では、磁心５００を使用し、研磨中に基板の裏側の圧力を調整することによって、基板の厚さばらつきが最大でも５０オングストロームの範囲内にあるアルミニウム層が得られる。一部の実現形態では、磁心５００または磁心４０８を使用することによって、ウェハ内のばらつきに加えてウェハ間のばらつきが低減される。
【００６２】
図１０は、銅やアルミニウムなどの、基板上の金属層を研磨する処理１０００の例示的な流れ図を示す。基板は、第１の研磨ステーション２２ａにおいて研磨され、第１の渦電流モニタシステムが、所定の厚さの金属層が残ったことを示すまで、大部分の金属層を除去する（１００２）。例えば、８０００オングストロームの銅層は、渦電流モニタシステムが、銅層が約２０００オングストロームの厚さになったことを示すまで研磨されうる。別の例として、４０００オングストロームのアルミニウム層は、渦電流モニタシステムが、アルミニウム層が約１０００オングストロームの厚さになったことを示すまで研磨されうる。研磨処理は、渦電流モニタシステム４０によってモニタされうる。所定の厚さ、例えば２０００オングストロームの銅層１４が、下にあるバリア層１６上に残ったとき、研磨処理は中断され、基板は第２の研磨ステーション２２ｂに転送される。振幅信号が実験的に求められた閾値を超えたとき、この第１の研磨終点がトリガされうる。
【００６３】
第１の研磨ステーション２２ａにおいて研磨が進行すると、基板上のキャリアヘッド７０の様々なチャンバの圧力を制御するために、渦電流モニタシステム４０からの半径方向の厚さ情報が、閉ループフィードバックシステムに与えられうる。研磨パッド上のリングを保持する圧力も研磨速度を調整するために調整されうる。これによって、キャリアヘッドは、研磨速度の不均一性、または入ってくる基板の金属層の厚さの不均一性を補償することが可能となる。結果として、第１の研磨ステーションでの研磨後、かなりの量の金属層が除去され、基板上に残る金属層の表面は実質的に平坦化される。
【００６４】
キャリアヘッド７０は、基板を、第２の研磨ステーション２２ｂにある第２のプラテンに転送する（１００４）。基板は、研磨が第２のプラテンで開始されるとき、高圧で短時間研磨されうる（１００６）。「開始」ステップと呼ばれることのあるこの初期の研磨は、金属層上に形成される自然酸化物を除去し、またはプラテンの回転速度およびキャリアヘッドの圧力の上昇を補償して、期待されたスループットを維持するために必要とされうる。
【００６５】
任意選択で、第２の研磨ステーション２２ｂにおいて、基板は、第１の研磨ステーションよりも低い研磨速度で研磨され、第２の渦電流モニタシステムが金属層の厚さを測定する（１００８）。例えば、研磨速度は、第１の研磨ステーション２２ａの研磨速度から、約２分の１から４分の１に、例えば、約５０％から７５％だけ低減される。研磨速度を低減するために、キャリアヘッドの圧力が低減され、キャリアヘッドの回転速度が低減され、研磨スラリの組成物が変更されて研磨スラリがよりゆっくりと導入され、および／またはプラテンの回転速度が低減されうる。例えば、キャリアヘッドからの基板上への圧力は、約３３％から５０％だけ低減されえて、プラテンの回転速度およびキャリアヘッドの回転速度は、両方とも約５０％だけ低減されうる。
【００６６】
第２の渦電流モニタシステムは、研磨中金属層の厚さを測定する。測定値は、閉ループフィードバックシステムに与えられ、基板上のキャリアヘッド７０の様々なチャンバの圧力を制御して、金属層を均一に研磨することができる。一部の実現形態では、例えば銅層の研磨に対して、第２の渦電流モニタシステムは、第１の渦電流モニタシステムと異なり、例えば異なる共振周波数を有しうる。例えば、第１の渦電流モニタシステムは、第２の渦電流モニタシステムよりも厚い金属層の厚さを検出するようにチューニングされた共振周波数を有しうる。例えば、第１の渦電流モニタシステムは、約３２０ｋＨｚから４００ｋＨｚ、例えば４００ｋＨｚの共振周波数を有しえて、第２の渦電流モニタシステムは、約１．５〜２．０ＭＨｚ、例えば約１．６ＭＨｚ〜１．７ＭＨｚの共振周波数を有する。これにより、一部の金属層、例えば銅の研磨に対して、第１の研磨ステーションにおいて２０００オングストロームを上回る層の厚さを正確に測定することが可能となり、第２の研磨ステーションにおいて２０００オングストロームを下回る、例えば約２００オングストロームまでの層の厚さを正確に測定することが可能となる。したがって、圧力のフィードバック制御は、金属層が２００から３００オングストロームの厚さを有するようになるまで実行されえて、この時点においてフィードバック制御の動作が停止させられうる。
【００６７】
一部の実現形態において、例えばアルミニウム層の研磨に対して、第１の渦電流モニタシステムおよび第２の渦電流モニタシステムは、同一のタイプであり、例えば、両方の渦電流システムは、同一の共振周波数、例えば約１．５〜２．０ＭＨｚ、例えば約１．６〜１．７ＭＨｚの共振周波数を使用する。
【００６８】
渦電流センサの感度が改善されることで、より薄い金属層（例えば、銅）の厚さにおいて、例えば１０００オングストロームを下回り、例えば５００オングストロームを下回り、例えば約２００または３００オングストロームまでの厚さにおいて、キャリアヘッドの様々なチャンバによって印加される圧力の閉ループ制御を、より高い信頼性で、実行することが可能となりうる。さらに、渦電流センサの感度が改善されることで、より低い導電度（銅と比べて）の金属層、例えばアルミニウム層に対して、キャリアヘッドの様々なチャンバによって印加される圧力の閉ループ制御を、より高い信頼性で、実行することが可能となりうる。渦電流センサの感度が改善されることで、基板からさらに遠くに離間するセンサ、例えば、磁心がバッキング層の上部より上に突出しないシステムに関し、キャリアヘッドの様々なチャンバによって印加される圧力の閉ループ制御を、より高い信頼性で、実行することが可能となりうる。
【００６９】
研磨処理は、第２の研磨ステーション２２ｂにおいて光学モニタシステムによってモニタされうる。研磨は、金属層が除去され、下にあるバリア層が露出されるまで、第２の研磨ステーション２２ｂにおいて進行する（１０１０）。もちろん、ごく一部の金属層は基板上に残りうるが、金属層は実質的に完全に除去される。光学モニタシステムは、バリア層が露出されると反射率の変化を検出することができるので、終点を決定するために有用である。具体的には、光学モニタ信号の振幅または傾きが、コンピュータによってモニタされる全半径方向範囲にわたって、実験的に求められた閾値を下回ったときに、第２の研磨ステーション２２ｂに対する終点がトリガされうる。このことは、バリア金属層が実質的に基板全体にわたって除去されたことを示す。もちろん、研磨が第２の研磨ステーション２２ｂにおいて進行すると、光学モニタシステム４０からの反射率情報は、閉ループフィードバックシステムに与えられて、基板上のキャリアヘッド７０の様々なチャンバによって印加される圧力を制御して、最も早く露出したバリア層の領域が研磨過剰となるのを防止することができる。
【００７０】
バリア層が露出される前に研磨速度を低減することによって、ディッシング効果および浸食効果を低減することができる。さらに、研磨機械の相対的な反応時間が改善され、これにより研磨機械が研磨を中断して、第３の研磨ステーションに転送し、最終的な終点判断基準が検出された後に材料があまり除去されることのないようにすることが可能となる。その上、予想される研磨終点時点の近くでより多くの強度測定値を収集することができ、それによって潜在的に研磨終点の計算の精度を改善することができる。しかし、第１の研磨ステーションにおいて、大部分の研磨動作を通して高い研磨速度を維持することによって、高いスループットが実現される。
【００７１】
金属層が第２の研磨ステーション２２ｂにおいて除去されると、基板は、第３の研磨ステーション２２ｃに転送される（１０１２）。任意選択で、基板は、開始ステップで短時間、例えば約５秒、やや高い圧力で研磨されうる。研磨処理は、研磨ステーション２２ｃにおいて光学モニタシステムによってモニタされ、基板上の露出された層がバフ研磨（ｂｕｆｆ）されるまで続行する（１０１４）。一部の実現形態では、バリア層は、実質的に除去され、下にある誘電体層が、実質的に第３の研磨ステーション２２ｃにおいて露出される。同じスラリ溶液を第１および第２の研磨ステーションにおいて使用することができ、別のスラリ溶液を第３の研磨ステーションにおいて使用することができる。
【００７２】
銅層やアルミニウム層などの金属層を研磨する代替の方法１１００を、図１１に流れ図の形態で示す。高速の研磨ステップおよび低速の研磨ステップは、両方とも第１の研磨ステーション２２ａにおいて実行される（１１０２、１１０４）。基板のバフ研磨、および／またはバリア層の除去は、第２の研磨ステーション２２ｂにおいて実行されうる。あるいは、バリア層は、第２の研磨ステーション２２ｂにおいて除去され、バフ研磨ステップは、最後の研磨ステーション２２ｃにおいて研磨されうる。
【００７３】
基板が第１の研磨ステーション２２ａにおいて除去されている間、第１の渦電流モニタシステムは、金属層の厚さを測定し、測定値が閉ループのフィードバックシステムに与えられて、基板上のキャリアヘッド７０の様々なチャンバの圧力、および／または荷重領域を制御して、金属層を均一に研磨することができる（１１０２、１１０５）。圧力のフィードバック制御は、金属層が２００から３００オングストロームの厚さを有するようになるまで実行され、この時点においてフィードバック制御が停止されうる。
【００７４】
任意選択で、渦電流モニタシステムが、所定の厚さの、例えばアルミニウムに対しては１０００オングストローム未満の金属層が基板上に残ったことを示したとき、基板は、低減された速度で、例えば基板の裏側の圧力を低減することによって研磨される（１１０４）。研磨速度が低減された後、研磨システムは、引き続き渦電流システムを使用して、金属層の厚さを測定し、基板の裏側上のキャリアヘッド７０内の圧力を調整して金属層の様々領域を均一に研磨することができる（１１０５）。
【００７５】
光学モニタシステムは、下層が少なくとも部分的に露出されたことを決定し、研磨が停止する（１１０６）。例えば、光学モニタシステムは、下にあるバリア層１６が部分的に露出されたことを決定することができる。キャリアヘッド７０は、基板を第２のプラテンに転送する（１１０８）。基板は、第２のプラテンにおいてバフ研磨される（１１１０）。
【００７６】
渦電流および光学モニタシステムは、様々な研磨システムにおいて使用されうる。研磨パッドまたはキャリアヘッドのいずれかが、もしくは両方ともが研磨表面と基板との間の相対的な動きをもたらすように移動することができる。研磨パッドは、プラテンに固定された円形（または他の何らかの形状の）パッド、送りローラと巻き取りローラとの間に延びるテープ、または連続的なベルトであってよい。研磨パッドは、プラテン上に貼り付けられ、研磨動作間にプラテン上を逐次進み、または研磨中にプラテン上で連続して駆動されうる。パッドは、研磨中プラテンに固定されえて、または研磨中プラテンと研磨パッドの間には流体ベアリングがありうる。研磨パッドは、標準的な（例えば、充填剤を有する、または有さないポリウレタンの）粗いパッド、軟化パッド、または固定砥粒研磨パッドとすることができる。発信器の駆動周波数は、基板が存在しないときにチューニングするよりもむしろ、研磨済みまたは未研磨の基板が存在する状態で（キャリアヘッドを有するか有しない状態で）、共振周波数に対して、もしくは他の何らかの基準に対してチューニングされうる。
【００７７】
光学モニタシステム１４０は、同じ孔に位置するように示されているが、渦電流システム４０とは異なる、プラテン上の場所に位置してよい。例えば、光学モニタシステム１４０および渦電流モニタシステム４０は、交互に基板表面をスキャンするように、プラテンの両側に位置してよい。
【００７８】
数多くの本発明の実施形態について説明した。それにもかかわらす、様々な変更形態が本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく作製されうることが理解されよう。したがって、他の実施形態は、添付の特許請求の範囲の範囲内にある。
【技術分野】
【０００１】
本開示は、基板の化学機械研磨中の渦電流モニタに関する。
【背景技術】
【０００２】
集積回路は、通常、シリコンウェハ上に導電性、半導電性、または絶縁性の層を連続して堆積することによって、また引き続き各層を処理することによって、基板（例えば、半導体ウェハ）上に形成される。
【０００３】
１つの製造ステップは、非平面表面上に充填層を堆積するステップ、および非平面表面が露出するまで充填層を平坦化するステップを含む。例えば、導電性の充填層は、パターンイングされた絶縁層上に堆積されて、絶縁層内のトレンチまたは孔を充填することができる。次に、充填層は、一段高くなった絶縁層のパターンが露出するまで研磨される。平坦化の後、この一段高くなった絶縁層のパターン間に残る導電層の各部分が、基板上の薄膜回路間の導電性経路となるビア、プラグ、および配線を形成する。さらに、平坦化は、リソグラフィ用に基板表面を平坦するために使用されうる。
【０００４】
化学機械研磨（ＣＭＰ）は、一般に認められた平坦化の１つの方法である。この平坦化方法では、通常、基板をキャリアヘッド上に取り付ける必要がある。基板の露出した表面が、回転する研磨パッドに対して配置される。キャリアヘッドは、基板に制御可能な荷重を与えて、基板を研磨パッドに押しつける。研磨剤粒子を有するスラリなどの研磨流体が、研磨パッドの表面に供給される。
【０００５】
半導体処理中に、基板のまたは基板上の層の、１つまたは複数の特性を決定することが重要な場合がある。例えば、適正な時間に処理が終了されうるように、ＣＭＰ処理中に導電層の厚さを知ることが重要な場合がある。数多くの方法が基板の特性を決定するために使用されうる。例えば、光学センサは、化学機械研磨中に基板をｉｎ−ｓｉｔｕモニタするために使用されうる。別法として（またはさらに）、渦電流感知システムは、基板上の導電性領域に渦電流を誘起して、導電性領域の局所的な厚さなどのパラメータを決定するために使用されうる。
【発明の概要】
【０００６】
一態様では、化学機械研磨用の装置は、研磨パッドを支持する表面を有するプラテン、および渦電流信号を生成する渦電流モニタシステムを備える。渦電流モニタシステムは、プラテン内に少なくとも部分的に位置する磁心とこの磁心の一部分の周囲に巻かれたコイルとを有する。磁心は、後部部分と、後部部分からプラテンの表面に直角の第１の方向に延在し、プラテンの表面と平行な第２の方向に幅を有する第１の突起部と、第１の突起部の両側に、ならびに第１の突起部から等距離に位置する、後部部分から第１の突出部と平行に延びる第２および第３の突起部とを有する。第２および第３の突起部のそれぞれと第１の突起部との間の、第２の方向の間隔が、第１の突起部の幅のほぼ２倍に等しい。
【０００７】
実現形態には、１つまたは複数の以下の特徴を含みうる。第２および第３の突起部は、第１の突起部の幅とほぼ等しい幅を有する。第１の突起部の幅は、約１ｍｍでありえて、第２および第３の突起部のそれぞれと第１の突起部との間隔は、約２ｍｍでありうる。第１、第２および第３の突起部のそれぞれは、第１の方向に、第１の突起部の幅よりも大きい、例えば第１の突起部の幅の約４倍の高さを有しうる。第１、第２および第３の突起部のそれぞれは、プラテンの表面に平行で、第２の方向と垂直な第３の方向に沿って、第１の突起部の幅よりも大きい長さを有しうる。この長さは、この幅の少なくとも１０倍、例えばこの幅の約２０倍でありうる。プラテンは、回転軸を中心として回転可能であり、第１、第２および第３の突起部の長さは、回転軸から磁心を通って延びるプラテンの半径と垂直でありうる。磁心は、第１の方向および第２の方向と平行な面内に、概ねＥ形状の断面を有しうる。コイルは、第１の突起部の周囲にのみ巻かれうる。研磨パッドは、バッキング層および研磨層を有し、バッキング層は、開孔を有し、磁心の突起部は、研磨層の底面を通り過ぎずに、バッキング層内の開孔内部に延在しうる。渦電流モニタシステムは、約１．５から２ＭＨｚの共振周波数を有しうる。
【０００８】
別の態様では、化学機械研磨用の装置は、研磨パッドを支持する表面を有するプラテン、および渦電流信号を生成する渦電流モニタシステムを備える。渦電流モニタシステムは、プラテン内に少なくとも部分的に位置する磁心とコイルとを有する。磁心は、後部部分と、後部部分からプラテンの表面に直角の第１の方向に延在し、第１の方向に高さを有する第１の突起部分と、第１の突起部の両側に位置する、後部部分から第１の突出部と平行に延びる第２および第３の突起部とを有する。コイルは、第１の突起部の外側部分の周囲に巻かれ、外側部分より後部部分に近い、第１の突起部の内側部分の周囲には巻かれていない。内側部分は、突起部の高さの少なくとも約半分延在している。
【０００９】
実現形態には、１つまたは複数の以下の特徴を含みうる。外側部分は、突起部の高さの約半分延在しうる。コイルを支持するために、第１の突起部と第２および第３の突起部との間の間隙に、少なくとも１つのスペーサが位置しうる。第１の突起部は、プラテンの表面に平行な第２の方向に幅を有し、第２および第３の突起部は、第１の突起部から等距離に位置しえて、第２および第３の突起部のそれぞれと第１の突起部との間の第２の方向の間隔は、第１の突起部の幅のほぼ２倍に等しくてよい。第１、第２および第３の突起部は、同じ高さを有しうる。第１の突起部は、プラテンの表面に平行な第２の方向に幅を有しえて、高さは、この幅よりも大きくてよい。第１の突起部は、プラテンの表面に平行な第２の方向に幅を有しえて、第１、第２および第３の突起部のそれぞれは、プラテンの表面に平行で、第２の方向と垂直な第３の方向に沿って、長さを有しえて、この長さは、第１の突起部の幅よりも大きい。コイルは、第１の突起部の周囲にのみ巻かれうる。研磨パッドは、バッキング層および研磨層を有しえて、バッキング層は開孔を有しえて、磁心の突起部は、研磨層の底面を通り過ぎずに、バッキング層内の開孔内部に延在しうる。渦電流モニタシステムは、約１．５から２ＭＨｚの共振周波数を有しうる。コイルは、第１の突起部の周囲を約１２回巻かれうる。約１０００ｐＦの容量を有するコンデンサがコイルと並列にあってよい。
【００１０】
一部の実現形態の潜在的な利点は、以下のことを含みうる。渦電流のモニタは、基板から比較的遠くに位置するセンサ、例えば研磨層内の凹部に突出しないセンサを用いて遂行されうる。研磨層から凹部を除去することによって、研磨の均一性およびパッドの寿命が改善されうる。厚さ測定の正確さは、薄い層に対して改善されえて、これにより、より薄い層に対する実時間形状制御が改善され、したがってウェハ内、およびウェハ間の均一性が改善されうる。さらに、厚さ測定の正確さは、銅よりも低い導電度の金属の研磨、例えばアルミニウムおよびタングステンの研磨に対して改善されうる。これによって、実時間の形状制御が改善され、したがってそうした低い導電度の金属に対して、ウェハ内およびウェハ間の均一性が改善されうる。
【００１１】
１つまたは複数の実現形態の詳細を添付図面および以下の記載において説明する。他の態様、特徴および利点は、本説明および図面から、ならびに特許請求の範囲から明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】化学機械研磨装置の概略分解斜視図である。
【図２】渦電流モニタシステムおよび光学モニタシステムを有する化学機械研磨ステーションの概略側部部分断面図である。
【図３】キャリアヘッドの概略断面図である。
【図４】ＡおよびＢは、それぞれ渦電流モニタシステムの概略図である。
【図５】ＡおよびＢは、３つの突起部を有する渦電流モニタシステムの、それぞれ側面図および斜視図である。
【図６】ＡおよびＢは、細長の磁心を使用した化学機械研磨装置の、それぞれ上面図および側面図である。
【図７】プラテンの表面上に基板を有するプラテンの上面図である。
【図８】Ａ〜Ｄは、それぞれ、渦電流センサを使用して研磨終点を検出する方法を概略的に示す図である。
【図９】化学機械研磨後の基板上の金属層の厚さを示すグラフである。
【図１０】金属層を研磨する方法を示す流れ図である。
【図１１】金属層を研磨する代替の方法を示す流れ図である。
【００１３】
様々な図面で同様の参照記号は、同様の要素を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
ＣＭＰシステムは、渦電流モニタシステムを使用して、基板上の上部金属層の厚さを検出することができる。上部金属層の研磨中、渦電流モニタシステムは、基板上の金属層の様々な領域の厚さを決定することができる。厚さ測定は、実時間で研磨処理の処理パラメータを調整するために使用されうる。例えば、基板キャリアヘッドは、基板の裏側の圧力を調整して、金属層の領域の研磨速度を増減することができる。研磨速度は、金属層の領域が、研磨後、実質的に同じ厚さになるように調整されうる。ＣＭＰシステムは、金属層の領域の研磨が、ほぼ同時に完了するように研磨速度を調整しうる。そうした形状制御は、実時間形状制御（ＲＴＰＣ）と呼ばれることがある。
【００１５】
渦電流モニタに伴う１つの問題点は、正確な厚さを決めるための信号が十分でなく、その結果終点の決定および形状の制御において正確さに欠けることである。いかなる特定の理論に限定されるわけではなく、信号が不十分となる要因には、（ａ）基板から比較的遠くにセンサが配置され、その結果基板に到達する磁場が比較的弱いこと、（ｂ）比較的高い抵抗を有する比較的薄い層、例えば２０００オングストローム未満の銅を研磨すること、および（ｃ）比較的導電度の低い金属、例えばアルミニウムまたはタングステンを研磨することが含まれる。
【００１６】
信号の強度は、センサの適切な構成によって、著しく改善されうる。具体的には、３つの突起部を有する磁心に対して、各突起部の間隔をわずかにさらに離すことによって、ならびに中心の突起部の外側部分の周囲にコイルの巻き線を集中することによって、信号強度は改善されうる。さらに、渦電流センサの共振周波数は、研磨される層に対してチューニングされうる。全体として、センサが基板から比較的離れ、比較的薄い層が研磨され、および／または比較的低い導電度の金属が研磨されている場合でさえ、信号強度を、信頼性のある形状制御のために十分に増大させることができる。例えば、形状制御は、１０００オングストローム未満の厚さの銅層に対して、およびアルミニウム層に対してさえ、確実に遂行されうる。
【００１７】
別の技法は、異なる研磨ステーションで異なる渦電流モニタシステムを使用することである。例えば、第１の研磨ステーションが、金属層の初期の、例えば約１０００オングストロームまでの厚さ範囲に対して選択された共振周波数を有する渦電流モニタシステムを有し、第２の研磨ステーションが、初期の厚さ範囲よりも低いその次の、例えば約２００オングストロームまでの厚さ範囲に対して選択された共振周波数を有する渦電流モニタシステムを備えることができる。
【００１８】
図１は、１つまたは複数の基板１０を研磨するためのＣＭＰ装置２０を示す。同様の研磨装置の記載が、米国特許第５，７３８，５７４号に見出しうる。研磨装置２０は、一連の研磨ステーション２２ａ、２２ｂおよび２２ｃ、ならびに転送ステーション２３を有する。転送ステーション２３は、キャリアヘッドとローディング装置間で基板を転送する。
【００１９】
各研磨ステーションは、研磨パッド３０が配置される頂面２５を有する回転可能なプラテン２４を備える。第１および第２のステーション、２２ａおよび２２ｂは、硬化した耐久性のある外側表面を有する２層の研磨パッド、または研磨剤粒子が埋め込まれた固定砥粒研磨パッドを有しうる。最後の研磨ステーション２２ｃは、比較的軟化したパッド、または２層のパッドを有しうる。また、各研磨ステーションは、パッドコンディショナー装置２８を有し、研磨パッドが効果的に基板を研磨するように研磨パッドの状態を維持することができる。
【００２０】
図２を参照すると、２層の研磨パッド３０は、通常、プラテン２４の表面、および基板１０を研磨するために使用されるカバー層３４に隣接するバッキング層３２を有する。カバー層３４は、通常、バッキング層３２よりも硬い。しかし、一部のパッドは、カバー層のみを有し、バッキング層を有さない。カバー層３４は、充填材、例えば中空微粒子、および／または溝付き表面を有することがある、発泡または鋳造ポリウレタンから構成されうる。バッキング層３２は、ウレタンで濾過した圧縮フェルト製ファイバから構成されうる。ＩＣ−１０００からなるカバー層、およびＳＵＢＡ−４からなるバッキング層を有する２層の研磨パッドは、Ｒｏｄｅｌ，Ｉｎｃ．，Ｎｅｗａｒｋ、Ｄｅｌａｗａｒｅから入手可能である（ＩＣ−１０００およびＳＵＢＡ−４は、Ｒｏｄｅｌ，Ｉｎｃ．の製品名である）。
【００２１】
研磨ステップ中に、スラリ３８が、スラリ供給ポートまたはスラリ／リンス混合アーム３９によって研磨パッド３０の表面に供給されうる。研磨パッド３０が標準的なパッドの場合は、スラリ３８は研磨剤粒子（例えば、酸化膜研磨用の２酸化ケイ素）も含みうる。
【００２２】
図１に戻って、回転可能なマルチヘッドのカルーセル（ｃａｒｏｕｓｅｌ）６０は、４つのキャリアヘッド７０を支持する。カルーセルは、カルーセルモータアセンブリ（図示せず）によって、カルーセル軸６４を中心として中心支柱６２により回転し、キャリアヘッドシステムおよびこれに付着する基板を、研磨ステーション２２と転送ステーション２３との間で周回させる。キャリアヘッドシステムのうちの３つは、基板を受け取り保持し、基板を研磨パッドに押しつけることによって基板を研磨する。その間、キャリアヘッドシステムのうちの１つは、転送ステーション２３から基板を受け取り、転送ステーション２３に基板を送り出す。
【００２３】
各キャリアヘッド７０は、キャリア駆動シャフト７４によって、キャリアヘッド回転モータ７６（カバー６８の４分の１を取り除くことによって示す）に連結され、その結果各キャリアヘッドは、自らの軸を中心として独立に回転することができる。さらに、各キャリアヘッド７０は、カルーセル支持板６６内に形成された放射状スロット７２内で、長手方向に独立に振動しうる。適切なキャリアヘッド７０の記載は、米国特許第７，６５４，８８８号に見出すことができ、その開示全体が、参照により組み込まれる。動作にあたって、プラテンはその中心軸２５を中心として回転し、キャリアヘッドはその中心軸７１を中心として回転し研磨パッドの表面全体にわたって長手方向に平行移動する。
【００２４】
図３は、キャリアヘッド７０の１つを示す。キャリアヘッド７０のそれぞれは、ハウジング１０２と、基部アセンブリ１０４と、ジンバル機構１０６（これは基部アセンブリ１０４の一部と見なしうる）と、ローディングチャンバ１０８と、保持リング２００と、基板バッキングアセンブリ１１０とを有し、基板バッキングアセンブリ１１０は、内側チャンバ２３０，中間チャンバ２３２、２３４、２３６および外側チャンバ２３８など、複数の独立に加圧可能なチャンバを画定する可撓性膜１１６を有する。これらのチャンバは、可撓性膜の同心円領域上の圧力を制御し、したがって基板の同心円領域上の圧力を独立に制御する。一部の実現形態では、キャリアヘッド７０のそれぞれは、５つのチャンバ、およびチャンバそれぞれに対する圧力調整器を有する。
【００２５】
図２に戻って、渦電流モニタシステム４０は、基板上の金属層内に渦電流を誘起する駆動システム、および駆動システムによって金属層内に誘起された渦電流を検出する感知システムを有する。モニタシステム４０は、プラテンとともに回転する凹部２６内に位置する磁心４２と、磁心４２の第１の部分の周囲に巻かれた駆動コイル４９と、磁心４２の第２の部分の周囲に巻かれた感知コイル４６とを有する。駆動システム用に、モニタシステム４０は、駆動コイル４９に接続された発信器５０を有する。感知システム用に、モニタシステム４０は、感知コイル４６と並列に接続されたコンデンサ５２と、感知コイル４６に接続されたＲＦアンプ５４と、ダイオード５６とを有する。発信器５０，コンデンサ５２、アンプ５４、およびダイオード５６は、プラテン２４から離して置くことができ、回転式の電気合体部（ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｕｎｉｏｎ）２９を介してプラテン内の構成要素と結合させることができる。
【００２６】
一部の実現形態では、バッキング層３２は、凹部２６上方に開孔を有する。開孔は、凹部２６と同一の幅および深さを有しうる。あるいは、開孔は、凹部２６よりも小さくてよい。カバー層３４の一部分３６は、バッキング層内の開孔の上方にありうる。カバー層３４の一部分３６は、スラリ３８が凹部２６に入るのを防止しうる。磁心４２の一部は、開孔内に置かれうる。例えば、磁心４２は、開孔内部に延びる突起部を有しうる。一部の実現形態では、磁心４２の上部は、カバー層３４の底面を通り過ぎて延在しない。
【００２７】
動作にあたって、発信器５０は、コイル４９を駆動して、磁心４２の本体を通り、磁心の突起部間のギャップ内部に延びる振動磁場を生成する。少なくとも磁場の一部分は、研磨パッド３０の薄い部分３６を通って、基板１０内部に延びる。金属層が基板１０上に存在する場合、振動磁場は、金属層内に渦電流を生成する。渦電流によって、金属層は、感知コイル４６およびコンデンサ５２と並列のインピーダンス源として働くようになる。金属層の厚さが変化すると、インピーダンスが変化し、結果として感知機構のＱファクターが変化する。感知機構のＱファクターの変化を検出することによって、渦電流センサは、渦電流の強度の変化、したがって、金属層の厚さの変化を感知することができる。
【００２８】
反射率計または干渉計として機能しうる光学モニタシステム１４０は、凹部２６内のプラテン２４に、例えば渦電流モニタシステム４０に隣接して固定されうる。したがって、光学モニタシステム１４０は、渦電流モニタシステム４０によってモニタされているのと実質的に同じ基板上の場所の反射率を測定することができる。具体的には、光学モニタシステム１４０を、基板の一部分を測定するために、プラテン２４の回転軸から、渦電流モニタシステム４０と同じ半径方向距離に位置させることができる。したがって、光学モニタシステム１４０は、渦電流モニタシステム４０と同じ経路で基板の端から端までスウィープすることができる。
【００２９】
光学モニタシステム１４０は、光源１４４および検出器１４６を有する。光源は、透明な窓部分３６および露出した基板１０の表面に吹き付けられるスラリを通って伝搬する光線１４２を生成する。例えば、光源１４４は、レーザであってよく、光線１４２は、コリメートされたレーザビームであってよい。光レーザビーム１４２は、基板１０の表面に直角の軸から角度αで、レーザ１４４から投射されうる。さらに、凹部２６および窓３６が細長い場合、窓の細長い軸に沿って光線を拡大するために、光線の経路内にビーム拡大噐（図示せず）を位置させることができる。全体的に、光学モニタシステムは、その開示全体が参照により本明細書に組み込まれる、米国特許第６，１５９，０７３号および同６，２８０，２８９号に記載されているように機能する。
【００３０】
また、ＣＭＰ装置２０は、磁心４２および光源４４が基板１０直下にあるとき感知する、光学遮断器などの位置センサ８０を有しうる。例えば、光学遮断器は、キャリアヘッド７０に対向する固定された位置に取り付けられうる。フラグ８２が、プラテンの周辺部に付けられる。フラグ８２を付ける位置およびその長さは、透明部分３６が基板直下１０をスウィープする間に、フラグ８２がセンサ８０の光学信号を遮断するように選択される。あるいは、ＣＭＰ装置は、プラテンの角度位置を決定するエンコーダを有することができる。
【００３１】
汎用のプログラム可能なディジタルコンピュータ９０は、渦電流感知システムからの強度信号および光学モニタシステムからの強度信号を受け取る。モニタシステムが、プラテンの各回転とともに基板直下をスウィープするため、金属層の厚さおよび下層の露出部に関する情報は、ｉｎ−ｓｉｔｕで、かつ連続的な実時間ベースで蓄積される（プラテンの回転毎に１回）。コンピュータ９０は、基板が概ね透明部分３６の上に覆い被さるとき（位置センサによって決定されるが）、モニタシステムからの測定値をサンプリングするようにプログラムされうる。研磨が進行すると、金属層の反射率または厚さが変化し、サンプリングされる信号が時間とともに変わる。時間的に変化するサンプリングされる信号は、トレースと呼ばれる場合がある。モニタシステムからの測定値は、研磨中に出力装置９２上に表示されえて、装置のオペレータが研磨動作の進行を視覚的にモニタすることが可能となる。
【００３２】
動作にあたって、ＣＭＰ装置２０は、渦電流モニタシステム４０および光学モニタシステム１４０を使用して、どの時点で大部分の充填層が除去されたかを決定し、どの時点で下にある停止層が実質的に露出されたかを決定する。コンピュータ９０は、処理制御および終点検出ロジックをサンプリングされた信号に適用して、いつ処理パラメータを変更すべきか、およびいつ研磨終点を検出すべきかを決定する。検出器ロジックにとって可能性のある処理制御および終点の判断基準には、極小値または極大値、傾きの変化、大きさまたは傾きの閾値、もしくはそれらの組合せが含まれる。
【００３３】
さらに、その全体が参照により本明細書に組み込まれる米国特許第６，３９９，５０１号において論じられているように、コンピュータ９０は、プログラムされえて、渦電流モニタシステム４０および光学モニタシステム１４０の両方からの、基板直下の各スウィープによる測定値を複数のサンプリングゾーンに分割し、各サンプリングゾーンの半径方向の位置を計算し、大きさの測定値を半径範囲に分類し、各サンプリングゾーンに対して最小、最大、および平均の測定値を決定し、複数の半径方向範囲を用いて研磨終点を決定する。
【００３４】
また、コンピュータ９０は、キャリアヘッド７０によって印加される圧力を制御する圧力機構、キャリアヘッド回転速度を制御するキャリアヘッド回転モータ７６、プラテン回転速度を制御するプラテン回転モータ（図示せず）、または研磨パッドに供給されるスラリ組成物を制御するスラリ分配システム３９に接続されうる。具体的には、測定値を半径範囲に分類した後、金属フィルムの厚さに関する情報が、実時間で閉ループコントローラに与えられて、周期的または連続的に、キャリアヘッドによって印加される研磨圧力プロファイルを修正し、これらことはさらに以下で議論される。
【００３５】
図４Ａは、形状情報を測定するための渦電流モニタシステム４００の一例を示す。渦電流モニタシステム４００は、渦電流モニタシステム４０として使用されうる。渦電流感知とともに、振動磁場が基板上の導電性領域に渦電流を誘起する。渦電流は、渦電流感知システムによって生成される磁束線と結合する領域に誘起される。渦電流モニタシステム４００は、Ｅ形状の本体を有する磁心４０８を有する。磁心４０８は、後部部分４１０、および後部部分４１０から延びる３つの突起部４１２ａ〜ｃを有しうる。
【００３６】
磁心４０８の後部部分４１０は、概ね板形状のまたは長方形の箱形状の本体でありえて、プラテンの頂面と平行な、例えば研磨動作中の基板および研磨パッドと平行な上面を有しうる。一部の実現形態では、後部部分４１０の長軸は、プラテンの回転軸から延びるプラテンの半径と垂直である。後部部分４１０の長軸は、後部部分４１０の前面に直角でありうる。後部部分４１０は、プラテンの頂面に直角に測定される高さを有しうる。
【００３７】
突起部４１２ａ〜ｃは、後部部分４１０から、後部部分４１０の頂面に直角の方向に延在し、実質的に直線的で、互いに平行である。突起部４１２ａ〜ｃのそれぞれは、プラテンの頂面と平行な、例えば研磨動作中の基板および研磨パッドの面に平行な方向に沿った長軸を有しえて、実質的に直線的で、互いに平行に延びる。突起部４１２ａ〜ｃの長軸は、突起部４１２ａ〜ｃの前面に直角でありうる。後部部分４１０の長軸は、突起部４１２ａ〜ｃの長軸と同じ方向に延在しうる。一部の実現形態では、突起部４１２ａ〜ｃの長軸は、研磨パッドの回転軸から延びる研磨パッドの半径と垂直である。２つの外側の突起部４１２ａ、４１２ｃは、中央の突起部４１２ｂの両側にある。外側の突起部のそれぞれ（例えば、４１２ａおよび４１２ｃ）と中心の突起部（例えば、４１２ｂ）との間隔は、同じでありえて、すなわち外側の突起部４１２ａ、４１２ｃは、中央の４１２ｂから等距離にありうる。
【００３８】
渦電流感知システム４００は、並列のコイル４２２およびコンデンサ４２４を有する。コイル４２２は、磁心４０８と結合されうる（例えば、コイル４２２は、中心の磁心４１２ｂの周囲に巻かれうる）。コイル４２２およびコンデンサ４２４は、共同してＬＣ共振タンクを形成することができる。動作にあたっては、電流ジェネレータ４２６（例えば、マージナル発信器回路を基にした電流ジェネレータ）は、（インダクタンスＬを有する）コイル４２２および（容量Ｃを有する）コンデンサ４２４によって形成されるＬＣタンク回路の共振周波数でシステムを駆動する。電流ジェネレータ４２６は、正弦波発振のピークツーピークの振幅を一定値に維持するように設計されうる。振幅Ｖｏを有する時間依存性の電圧は、整流器４２８を使用して整流され、フィードバック回路４３０に供給される。フィードバック回路４３０は、電流ジェネレータ４２６が電圧振幅Ｖｏを一定に保つように駆動電流を決定する。そうしたシステムにとって、駆動電流の大きさは、導電性フィルムの厚さに比例しうる。マージナル発信器回路およびフィードバック回路は、参照によって組み込まれる、米国特許第４，０００，４５８号および同７，１１２，９６０号にさらに記載されている。
【００３９】
電流ジェネレータ４２６は、周波数が同じ状態のままとなるようにＬＣ共振タンク回路に電流を与えることができる。コイル４２２は、振動磁場４３２を生成することができ、振動磁場４３２は、基板（例えば、基板１０）の導電性領域４０６と結合しうる。導電性領域４０６が存在する場合、基板内で渦電流として消費されるエネルギーによって、発振振幅が低下しうる。電流ジェネレータ４２６は、振幅を一定に保つためにＬＣ共振タンクにより多くの電流を与えることができる。電流ジェネレータ４２６によって与えられる追加の電流量が感知され、導電性領域４０６の厚さ測定に変換されうる。
【００４０】
図４Ｂは、渦電流モニタシステム４００の別の実現形態を示す。渦電流モニタシステム４００は、振動磁場４０４を生成するための駆動コイル４０２を有することができ、振動磁場４０４は対象とする導電性領域４０６（例えば半導体ウェハ上の金属層の一部分）と結合しうる。駆動コイル４０２は、後部部分４１０の周囲に巻かれうる。振動磁場４０４は、導電性領域４０６内で局所的に渦電流を生成する。渦電流によって、導電性領域４０６が、感知コイル４１４およびコンデンサ４１６と並列のインピーダンス源として働くようになる。感知コイル４１４は、中心の突起部４１２ｂの周囲に巻き付けられうる。感知コイル４１４は、中心の突起部４１２ｂの外側部分に巻き付けられて、渦電流モニタシステム４００の感度を増大させることができる。導電性領域４０６の厚さが変化すると、インピーダンスが変化し、その結果システムのＱファクターが変化することになる。Ｑファクターの変化を検出することによって、渦電流モニタシステム４００は、渦電流の強度の変化、したがって導電性領域の厚さの変化を感知することができる。したがって、渦電流モニタシステム４００は、導電性領域の厚さなどの導電性領域のパラメータを決定するために使用されえて、または研磨終点などの関連するパラメータを決定するために使用されうる。具体的な導電性領域の厚さについて上記で論じたが、磁心４０８および導電層の相対的な位置は、数多くの様々な導電性領域に対する厚さの情報が得られるように変化しうることに留意されたい。
【００４１】
一部の実現形態では、Ｑファクターの変化は、決められた駆動周波数および駆動振幅に対して、感知コイルの電流振幅を時間の関数として測定することによって決定されうる。渦電流信号は、整流器４１８を使用して整流され、振幅が出力部４２０を介してモニタされうる。あるいは、Ｑファクターの変化は、駆動信号と感知信号との位相差を時間の関数として測定することによって決定されうる。
【００４２】
渦電流モニタシステム４００は、基板上の導電層の厚さを測定するために使用されうる。一部の実現形態では、より高い信号強度、より高い信号対雑音比、および／または改善された空間解像度ならびに線形性を有する渦電流モニタシステムが望まれることがある。例えば、ＲＴＰＣ用途では、所望のウェハ間均一性を得るには、渦電流感知システムの改善が必要とされうる。
【００４３】
渦電流モニタシステム４００は、信号強度の向上、信号対雑音比の向上、線形性の向上、および安定性の向上をもたらしうる。改善された信号強度を有する渦電流システムを提供することによって、さらなる恩恵が得られる。改善された信号強度は、ＲＴＰＣにとって特に有益である。高い解像度のウェハ形状情報を得ることによって、処理パラメータのより正確な調整が可能となり、したがってより小さな限界寸法（ＣＤ）を有するデバイスの製造が可能となる。
【００４４】
一般に、ｉｎ−ｓｉｔｕ渦電流モニタシステム４００は、約５０ｋＨｚ〜１０ＭＨｚの、例えば約１．５〜２．０ＭＨｚ、例えば約１．６〜１．７ＭＨｚの共振周波数を有して構成される。例えば、感知コイル４１４は、約０．３から３０マイクロＨのインダクタンスを有し、コンデンサ４１６は、約４７０ｐＦから約０．０２２μＦ、例えば１０００ｐＦの容量を有しうる。駆動コイルは、発信器からの駆動信号に適合するように設計されうる。例えば、発信器が低電圧で低インピーダンスを有する場合は、駆動コイルは、小さいインダクタンスを実現するようにより少ない巻き数を有しうる。一方、発信器が高電圧で高インピーダンスを有する場合は、駆動コイルは、大きなインダクタンスを実現するようにより多い巻き数を有しうる。一実現形態では、感知コイル４１４は、中心の突起部４１２ｂの周囲に１２の巻き数を有し、駆動コイル４０２は、基部部分４１０の周囲に４つの巻き数を有し、発信器は、駆動コイル４０２を約０．１Ｖから５．０Ｖの振幅で駆動する。
【００４５】
図５Ａは、磁心５００の別の例を示す。磁心５００は、比較的高い透磁率（例えば、約２５００以上のμ）を有する非導電性の材料から形成されるＥ形状の本体を有することができる。具体的には、磁心５００はフェライトであってよい。磁心５００は被覆されうる。例えば、水が磁心５００内の細孔に入るのを防ぎ、コイルの短絡を防ぐために、パリレンなどの材料で被覆されうる。磁心５００は、渦電流モニタシステム４００内に備えられる磁心４０８と同一でありうる。磁心５００は、後部部分５０２、および後部部分５０２から延びる３つの突起部５０４ａ〜ｃを有することができる。
【００４６】
第１の突起部５０４ｂは、幅Ｗ１を有し、第２の突起部５０４ａは、幅Ｗ２を有し、第３の突起部５０４ｃは、幅Ｗ３を有する。幅Ｗ１、Ｗ２およびＷ３のそれぞれは、同じであってよい。例えば、突起部５０４ａ〜ｃのそれぞれは、１ｍｍの幅を有しうる。第１の突起部５０４ｂと第２の突起部５０４ａは、距離Ｓ１だけ離れ、第１の突起部５０４ｂと第３の突起部５０４ｃは、距離Ｓ２だけ離れている。一部の実現形態では、距離Ｓ１およびＳ２は同一であり、第２の突起部５０４ａおよび第３の突起部５０４ｃは、中心の突起部５０４ｂから同一の距離である。例えば、距離Ｓ１およびＳ２は両方とも約２ｍｍでありうる。
【００４７】
突起部５０４ａ〜ｃのそれぞれは、高さＨｐを有し、この高さＨｐは、突起部５０４ａ〜ｃが磁心５００の後部部分５０２から延びる距離である。高さＨｐは、幅Ｗ１、Ｗ２およびＷ３よりも大きくてよい。一部の実現形態では、さらに高いＨｐは、突起部５０４ａ〜ｃを分離する距離Ｓ１およびＳ２よりも長い。具体的には、高さＨｐは、４ｍｍでありうる。後部部分５０２は、高さＨｂを有する。高さＨｂは、距離Ｓ１または距離Ｓ２と同一であってよく、例えば２ｍｍである。
【００４８】
コイル５０６は、中心の突起部５０４ｂの周囲に巻かれうる。コイルは、コンデンサ４１６などのコンデンサと結合されうる。システム４００などの渦電流モニタシステムの実現形態では、別個の感知および駆動コイルが使用されうる。一部の実現形態では、コイル５０６などのコイルは、リッツ線（均一なねじれパターンでかつ撚りの長さで一緒に束ねられ、または編まれた個別にフィルムで絶縁された線から構成される編み線）であってよく、このリッツ線は、渦電流感知で通常使用される周波数に対して、単線よりも損失が少なくなりうる。
【００４９】
一部の実現形態では、コイル５０６は、中心の突起部５０４ｂの一部分の周囲に巻かれ、中心の突起部５０４ｂ全体には巻かれなくてよい。例えば、コイル５０６は、中心の突起部５０４ｂの外側部分の周囲に巻き付けられうる。外側部分は、高さＨｏを有しうる。コイル５０６は、高はＨｉを有する、中心の突起部５０４ｂの内側部分に接しなくてよい。内側部分は、外側部分よりも後部部分５０２に近くでありうる。一部の実現形態では、高さＨｏおよびＨｉは、中心の突起部５０４ｂの高さＨｐの約半分である。あるいは、内側部分の高さＨｉは、外側部分の高さＨｏよりも大きくてよい。外側部分の高さＨｏは、内側部分の高さＨｉよりも大きくてよい。
【００５０】
一部の実現形態では、スペーサ５０８はコイル５０６を支持し、コイル５０６が中心の突起部５０４ｂの内側部分に接触するのを防ぐことができる。スペーサ５０８は、絶縁体で作製されうる。スペーサ５０８は、磁心５００に対する損傷を防ぐために、柔らかくてよい。例えば、スペーサ５０８は、プラスチック、ゴム、または木であってよい。スペーサ５０８は、磁心５００に付着されえて、スペーサ５０８がＣＭＰ処理中に移動するのを防ぐことができる。
【００５１】
図５Ｂは、磁心５００の斜視図を示す。磁心５００は、突起部５０４ａ〜ｃの幅Ｗ１、Ｗ２およびＷ３と、突起部５０４ａ〜ｃを分離する距離Ｓ１およびＳ２との合計である幅Ｗｔを有しうる。磁心５００は、突起部５０４ａ〜ｃの高さＨｐと、基部部分５０２の高さＨｂとの合計の高さＨｔを有する。一部の実現形態では、幅Ｗｔは、高さＨｔよりも大きい。磁心５００は、中心の突起部５０４ｂの幅Ｗ１よりも大きく、好ましくは磁心の幅Ｗｔよりも大きな長さＬｔを有する。長さＬｔは、約１０〜２０ｍｍであってよい。長さＬｔは、磁心５００の幅Ｗｔよりも大きくてよい。
【００５２】
図６Ａおよび６Ｂは、磁心６０２に対する基板６００の相対的な位置に関する上面図および側面図を示す（磁心６０２は、図４の磁心４０８または図５の磁心５００と同様であってよい）。半径Ｒを有するウェハ６００の中心を通るスライスＡ−Ａ’を通ってスキャンするために、磁心６０２は、その長軸がウェハ６００の半径と垂直となるように配向される。磁心６０２は、図示するようにウェハの直径に対して平行移動する。磁心６０２の周囲に巻かれたコイルによって生成された磁場が、幅よりも大きな長さを有し、その上形が細長い導電性領域において渦電流を誘起することに留意されたい。しかし、この長さおよび幅は、一般に、磁心６０２の長さおよび幅と同一ではなく、導電性領域のアスペクト比および断面は、一般に磁心６０２のアスペクト比および断面とも異なる。
【００５３】
図６Ａおよび６Ｂの構成は、ウェハ６００のスライスＡ−Ａ’の大部分に対して解像度の改善を実現しうるが、磁心６０２が半径の最初および最後の区間６０４に沿って平行移動するとき、磁心６０２の一部分は基板に近接しない。したがって、区間６０４に対する測定は、精度がより低く、磁心６０２の、長さＬｔなどの最大の望ましい長さＬを制限する可能性がある。加えて、磁心６０２が、ウェハ６００の中心に近づくと、磁心６０２は、より大きな半径範囲をサンプリングしている。したがって、特定の半径方向距離ｒ≒Ｒに対する空間的な解像度はｒ≒０に対する空間的な解像度よりも著しくよくなる。
【００５４】
上記で説明したように、磁心６０２の長さＬは、磁心６０２の幅Ｗよりも大きい。すなわち、アスペクト比Ｌ／Ｗは、１より大きい。Ｌ、Ｗ、およびＬ／Ｗに対する様々な値は、様々な実現形態に対して使用されうる。例えば、Ｗは、数分の１ミリメータから１センチメータを超える範囲であってよく、Ｌは、約１ミリメータ（Ｗのより小さな値に対する）〜１０センチメータ以上であってよい。
【００５５】
特定の一実現形態では、Ｗは、約１ミリメータ〜約１０ミリメータであり、Ｌは、約１センチメータ〜約５センチメータである。より具体的には、磁心６０２は、約７ミリメータの幅であり、各突出部は幅が約１ミリメータ、また隣接する突出部間の各間隔は約２ミリメータでありうる。長さは、約２０ミリメータでありうる。高さは、約６ミリメータであり、必要に応じてより多くのコイル巻き数を可能とするために増大されうる。もちろん、本明細書で示す各値は例示的なものであって、多くの他の構成が可能である。
【００５６】
一部の実現形態では、磁心の長軸は、基板の半径と正確には垂直ではない場合がある。しかし、磁心は、入手可能な磁心の幾何学的形状に対して、特にウェハのエッジ近くで依然として解像度の改善を実現しうる。図７は、細長い磁心７０２が、プラテン７０４の真下に位置するＣＭＰシステム７００を示す。基板７０６の真下をスウィープする前に、磁心７０２は、位置７０８にある、位置７０８において、磁心７０２は、基板７０６の半径Ｒとほぼ垂直に位置する。したがって、ｒ≒Ｒに対して、磁心７０２の周囲に巻かれたコイルによって生成された磁場と結合する導電層の部分は、概ね、ウェハの中心から同じ半径方向距離にある。プラテン７０４および基板７０６は両方とも、磁心７０２が基板７０６の直下をスウィープするとき回転していることに留意されたい。基板７０６も、図示するようにプラテン７０４に対してスウィープすることができる。加えて、フラグ７１０およびフラグセンサ７１２は、プラテン７０４の回転位置を感知するために使用されうる。
【００５７】
はじめに、図４および８Ａを参照して、研磨を行う前に、発信器５０は、基板が全くない状態でＬＣ回路の共振周波数にチューニングされる。この共振周波数は、結果としてＲＦアンプ５４からの出力信号の最大振幅をもたらす。
【００５８】
図８Ｂに示すように、研磨動作に対して、基板１０は、研磨パッド３０に接触して配置されている。基板１０には、シリコンウェハ１２、および１つまたは複数のパターニングされた下層１４上に配列された導電層１６、例えば銅やアルミニウムなどの金属が含まれ、１つまたは複数のパターニングされた下層１４は、半導体、導体または絶縁体の層でありうる。タンタルや窒化タンタルなどのバリア層１８は、金属層を下にある誘電体から分離することができる。パターニングされた下層１４は、金属的な特徴を有するもの、例えばビア、パッドおよび相互接続部を含みうる。研磨する前、大部分の導電層１６は、はじめは比較的厚く連続しているので、導電層は低い抵抗を有し、比較的強い渦電流が導電層内で生成されうる。渦電流は、金属層を感知コイル４６およびコンデンサ５２と並列のインピーダンス源として機能させる。その結果、導電性フィルム１６の存在により、センサ回路のＱファクターが減少し、これによってＲＦアンプ５４からの信号振幅が著しく減少する。
【００５９】
図８Ｃを参照すると、基板１０が研磨されると、大部分の導電層１６が薄くなる。導電層１６が薄くなると、そのシート抵抗が増大し、金属層内の渦電流が弱くなる。その結果、導電層１６とセンサ回路間の結合が低下する（すなわち、仮想的なインピーダンス源の抵抗が増大する）。結合が減少すると、センサ回路のＱファクターは、その元の値に向かって増大し、ＲＦアンプ５４からの信号振幅を上昇させる。
【００６０】
図８Ｄを参照すると、最終的に、大部分の導電層１６が除去され、パターニングされた絶縁層１４間のトレンチ内に導電性相互接続部１６が残る。この時点で、全体的に小さく、全体的に不連続な、基板内の導電性部分とセンサ回路間の結合が最小値に達する。その結果、センサ回路のＱファクターが最大の値に達する（基板が全く存在しない場合のＱファクターほど大きくはないが）。これによってセンサ回路からの出力信号の振幅が頭打ちになる。
【００６１】
図９は、導電層を研磨した後の導電層の厚さのグラフ９００を示す。グラフ９００上の線９０２は、ウェハの中心からの距離を変化させて測定した導電層の厚さ（オングストローム単位の）を示す。例えば、ＣＭＰシステムは、磁心５００を使用してアルミニウム層を研磨して、基板の様々な領域におけるアルミニウムの厚さのばらつきをモニタすることができる。ＣＭＰシステムは、光学モニタシステムを使用して、アルミニウム層が約２００オングストロームの厚さになる時点を決定し、研磨を終了することができる。一部の実現形態では、磁心５００を使用し、研磨中に基板の裏側の圧力を調整することによって、基板の厚さばらつきが最大でも５０オングストロームの範囲内にあるアルミニウム層が得られる。一部の実現形態では、磁心５００または磁心４０８を使用することによって、ウェハ内のばらつきに加えてウェハ間のばらつきが低減される。
【００６２】
図１０は、銅やアルミニウムなどの、基板上の金属層を研磨する処理１０００の例示的な流れ図を示す。基板は、第１の研磨ステーション２２ａにおいて研磨され、第１の渦電流モニタシステムが、所定の厚さの金属層が残ったことを示すまで、大部分の金属層を除去する（１００２）。例えば、８０００オングストロームの銅層は、渦電流モニタシステムが、銅層が約２０００オングストロームの厚さになったことを示すまで研磨されうる。別の例として、４０００オングストロームのアルミニウム層は、渦電流モニタシステムが、アルミニウム層が約１０００オングストロームの厚さになったことを示すまで研磨されうる。研磨処理は、渦電流モニタシステム４０によってモニタされうる。所定の厚さ、例えば２０００オングストロームの銅層１４が、下にあるバリア層１６上に残ったとき、研磨処理は中断され、基板は第２の研磨ステーション２２ｂに転送される。振幅信号が実験的に求められた閾値を超えたとき、この第１の研磨終点がトリガされうる。
【００６３】
第１の研磨ステーション２２ａにおいて研磨が進行すると、基板上のキャリアヘッド７０の様々なチャンバの圧力を制御するために、渦電流モニタシステム４０からの半径方向の厚さ情報が、閉ループフィードバックシステムに与えられうる。研磨パッド上のリングを保持する圧力も研磨速度を調整するために調整されうる。これによって、キャリアヘッドは、研磨速度の不均一性、または入ってくる基板の金属層の厚さの不均一性を補償することが可能となる。結果として、第１の研磨ステーションでの研磨後、かなりの量の金属層が除去され、基板上に残る金属層の表面は実質的に平坦化される。
【００６４】
キャリアヘッド７０は、基板を、第２の研磨ステーション２２ｂにある第２のプラテンに転送する（１００４）。基板は、研磨が第２のプラテンで開始されるとき、高圧で短時間研磨されうる（１００６）。「開始」ステップと呼ばれることのあるこの初期の研磨は、金属層上に形成される自然酸化物を除去し、またはプラテンの回転速度およびキャリアヘッドの圧力の上昇を補償して、期待されたスループットを維持するために必要とされうる。
【００６５】
任意選択で、第２の研磨ステーション２２ｂにおいて、基板は、第１の研磨ステーションよりも低い研磨速度で研磨され、第２の渦電流モニタシステムが金属層の厚さを測定する（１００８）。例えば、研磨速度は、第１の研磨ステーション２２ａの研磨速度から、約２分の１から４分の１に、例えば、約５０％から７５％だけ低減される。研磨速度を低減するために、キャリアヘッドの圧力が低減され、キャリアヘッドの回転速度が低減され、研磨スラリの組成物が変更されて研磨スラリがよりゆっくりと導入され、および／またはプラテンの回転速度が低減されうる。例えば、キャリアヘッドからの基板上への圧力は、約３３％から５０％だけ低減されえて、プラテンの回転速度およびキャリアヘッドの回転速度は、両方とも約５０％だけ低減されうる。
【００６６】
第２の渦電流モニタシステムは、研磨中金属層の厚さを測定する。測定値は、閉ループフィードバックシステムに与えられ、基板上のキャリアヘッド７０の様々なチャンバの圧力を制御して、金属層を均一に研磨することができる。一部の実現形態では、例えば銅層の研磨に対して、第２の渦電流モニタシステムは、第１の渦電流モニタシステムと異なり、例えば異なる共振周波数を有しうる。例えば、第１の渦電流モニタシステムは、第２の渦電流モニタシステムよりも厚い金属層の厚さを検出するようにチューニングされた共振周波数を有しうる。例えば、第１の渦電流モニタシステムは、約３２０ｋＨｚから４００ｋＨｚ、例えば４００ｋＨｚの共振周波数を有しえて、第２の渦電流モニタシステムは、約１．５〜２．０ＭＨｚ、例えば約１．６ＭＨｚ〜１．７ＭＨｚの共振周波数を有する。これにより、一部の金属層、例えば銅の研磨に対して、第１の研磨ステーションにおいて２０００オングストロームを上回る層の厚さを正確に測定することが可能となり、第２の研磨ステーションにおいて２０００オングストロームを下回る、例えば約２００オングストロームまでの層の厚さを正確に測定することが可能となる。したがって、圧力のフィードバック制御は、金属層が２００から３００オングストロームの厚さを有するようになるまで実行されえて、この時点においてフィードバック制御の動作が停止させられうる。
【００６７】
一部の実現形態において、例えばアルミニウム層の研磨に対して、第１の渦電流モニタシステムおよび第２の渦電流モニタシステムは、同一のタイプであり、例えば、両方の渦電流システムは、同一の共振周波数、例えば約１．５〜２．０ＭＨｚ、例えば約１．６〜１．７ＭＨｚの共振周波数を使用する。
【００６８】
渦電流センサの感度が改善されることで、より薄い金属層（例えば、銅）の厚さにおいて、例えば１０００オングストロームを下回り、例えば５００オングストロームを下回り、例えば約２００または３００オングストロームまでの厚さにおいて、キャリアヘッドの様々なチャンバによって印加される圧力の閉ループ制御を、より高い信頼性で、実行することが可能となりうる。さらに、渦電流センサの感度が改善されることで、より低い導電度（銅と比べて）の金属層、例えばアルミニウム層に対して、キャリアヘッドの様々なチャンバによって印加される圧力の閉ループ制御を、より高い信頼性で、実行することが可能となりうる。渦電流センサの感度が改善されることで、基板からさらに遠くに離間するセンサ、例えば、磁心がバッキング層の上部より上に突出しないシステムに関し、キャリアヘッドの様々なチャンバによって印加される圧力の閉ループ制御を、より高い信頼性で、実行することが可能となりうる。
【００６９】
研磨処理は、第２の研磨ステーション２２ｂにおいて光学モニタシステムによってモニタされうる。研磨は、金属層が除去され、下にあるバリア層が露出されるまで、第２の研磨ステーション２２ｂにおいて進行する（１０１０）。もちろん、ごく一部の金属層は基板上に残りうるが、金属層は実質的に完全に除去される。光学モニタシステムは、バリア層が露出されると反射率の変化を検出することができるので、終点を決定するために有用である。具体的には、光学モニタ信号の振幅または傾きが、コンピュータによってモニタされる全半径方向範囲にわたって、実験的に求められた閾値を下回ったときに、第２の研磨ステーション２２ｂに対する終点がトリガされうる。このことは、バリア金属層が実質的に基板全体にわたって除去されたことを示す。もちろん、研磨が第２の研磨ステーション２２ｂにおいて進行すると、光学モニタシステム４０からの反射率情報は、閉ループフィードバックシステムに与えられて、基板上のキャリアヘッド７０の様々なチャンバによって印加される圧力を制御して、最も早く露出したバリア層の領域が研磨過剰となるのを防止することができる。
【００７０】
バリア層が露出される前に研磨速度を低減することによって、ディッシング効果および浸食効果を低減することができる。さらに、研磨機械の相対的な反応時間が改善され、これにより研磨機械が研磨を中断して、第３の研磨ステーションに転送し、最終的な終点判断基準が検出された後に材料があまり除去されることのないようにすることが可能となる。その上、予想される研磨終点時点の近くでより多くの強度測定値を収集することができ、それによって潜在的に研磨終点の計算の精度を改善することができる。しかし、第１の研磨ステーションにおいて、大部分の研磨動作を通して高い研磨速度を維持することによって、高いスループットが実現される。
【００７１】
金属層が第２の研磨ステーション２２ｂにおいて除去されると、基板は、第３の研磨ステーション２２ｃに転送される（１０１２）。任意選択で、基板は、開始ステップで短時間、例えば約５秒、やや高い圧力で研磨されうる。研磨処理は、研磨ステーション２２ｃにおいて光学モニタシステムによってモニタされ、基板上の露出された層がバフ研磨（ｂｕｆｆ）されるまで続行する（１０１４）。一部の実現形態では、バリア層は、実質的に除去され、下にある誘電体層が、実質的に第３の研磨ステーション２２ｃにおいて露出される。同じスラリ溶液を第１および第２の研磨ステーションにおいて使用することができ、別のスラリ溶液を第３の研磨ステーションにおいて使用することができる。
【００７２】
銅層やアルミニウム層などの金属層を研磨する代替の方法１１００を、図１１に流れ図の形態で示す。高速の研磨ステップおよび低速の研磨ステップは、両方とも第１の研磨ステーション２２ａにおいて実行される（１１０２、１１０４）。基板のバフ研磨、および／またはバリア層の除去は、第２の研磨ステーション２２ｂにおいて実行されうる。あるいは、バリア層は、第２の研磨ステーション２２ｂにおいて除去され、バフ研磨ステップは、最後の研磨ステーション２２ｃにおいて研磨されうる。
【００７３】
基板が第１の研磨ステーション２２ａにおいて除去されている間、第１の渦電流モニタシステムは、金属層の厚さを測定し、測定値が閉ループのフィードバックシステムに与えられて、基板上のキャリアヘッド７０の様々なチャンバの圧力、および／または荷重領域を制御して、金属層を均一に研磨することができる（１１０２、１１０５）。圧力のフィードバック制御は、金属層が２００から３００オングストロームの厚さを有するようになるまで実行され、この時点においてフィードバック制御が停止されうる。
【００７４】
任意選択で、渦電流モニタシステムが、所定の厚さの、例えばアルミニウムに対しては１０００オングストローム未満の金属層が基板上に残ったことを示したとき、基板は、低減された速度で、例えば基板の裏側の圧力を低減することによって研磨される（１１０４）。研磨速度が低減された後、研磨システムは、引き続き渦電流システムを使用して、金属層の厚さを測定し、基板の裏側上のキャリアヘッド７０内の圧力を調整して金属層の様々領域を均一に研磨することができる（１１０５）。
【００７５】
光学モニタシステムは、下層が少なくとも部分的に露出されたことを決定し、研磨が停止する（１１０６）。例えば、光学モニタシステムは、下にあるバリア層１６が部分的に露出されたことを決定することができる。キャリアヘッド７０は、基板を第２のプラテンに転送する（１１０８）。基板は、第２のプラテンにおいてバフ研磨される（１１１０）。
【００７６】
渦電流および光学モニタシステムは、様々な研磨システムにおいて使用されうる。研磨パッドまたはキャリアヘッドのいずれかが、もしくは両方ともが研磨表面と基板との間の相対的な動きをもたらすように移動することができる。研磨パッドは、プラテンに固定された円形（または他の何らかの形状の）パッド、送りローラと巻き取りローラとの間に延びるテープ、または連続的なベルトであってよい。研磨パッドは、プラテン上に貼り付けられ、研磨動作間にプラテン上を逐次進み、または研磨中にプラテン上で連続して駆動されうる。パッドは、研磨中プラテンに固定されえて、または研磨中プラテンと研磨パッドの間には流体ベアリングがありうる。研磨パッドは、標準的な（例えば、充填剤を有する、または有さないポリウレタンの）粗いパッド、軟化パッド、または固定砥粒研磨パッドとすることができる。発信器の駆動周波数は、基板が存在しないときにチューニングするよりもむしろ、研磨済みまたは未研磨の基板が存在する状態で（キャリアヘッドを有するか有しない状態で）、共振周波数に対して、もしくは他の何らかの基準に対してチューニングされうる。
【００７７】
光学モニタシステム１４０は、同じ孔に位置するように示されているが、渦電流システム４０とは異なる、プラテン上の場所に位置してよい。例えば、光学モニタシステム１４０および渦電流モニタシステム４０は、交互に基板表面をスキャンするように、プラテンの両側に位置してよい。
【００７８】
数多くの本発明の実施形態について説明した。それにもかかわらす、様々な変更形態が本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく作製されうることが理解されよう。したがって、他の実施形態は、添付の特許請求の範囲の範囲内にある。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
化学機械研磨用の装置であって、
研磨パッドを支持する表面を有するプラテン、および
前記プラテン内に少なくとも部分的に位置する磁心と前記磁心の一部分の周囲に巻かれたコイルとを有する、渦電流信号を生成するための渦電流モニタシステム
を備え、前記磁心が、
後部部分と、
前記後部部分から前記プラテンの前記表面に直角の第１の方向に延び、前記プラテンの前記表面と平行な第２の方向に幅を有する第１の突起部と、
前記第１の突起部の両側に、前記第１の突起部から等距離に、前記後部部分から第１の突出部と平行に延びる第２および第３の突起部であって、前記第２および第３の突起部のそれぞれと前記第１の突起部との間の前記第２の方向の間隔が、前記第１の突起部の前記幅のほぼ２倍に等しい前記第２および第３の突起部と
を含む、装置。
【請求項２】
前記第２および第３の突起部が、前記第１の突起部の前記幅とほぼ等しい幅を有する、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記第１、第２、および第３の突起部のそれぞれが、前記第１の方向に、前記第１の突起部の前記幅よりも大きい高さを有する、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記第１、第２、および第３の突起部のそれぞれが、前記プラテンの前記表面に平行で、前記第２の方向と垂直な第３の方向に沿って、前記第１の突起部の前記幅よりも大きい長さを有する、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記プラテンが、回転軸を中心として回転可能であり、前記第１、第２、および第３の突起部の前記長さが、前記回転軸から前記磁心を通って延びる前記プラテンの半径と垂直である、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記磁心が、前記第１の方向および前記第２の方向と平行な面内で、概ねＥ形状の断面を有する、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記コイルが前記第１の突起部の周囲にのみ巻かれている、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記渦電流モニタシステムが約１．５から２ＭＨｚの共振周波数を有する、請求項１に記載の装置。
【請求項９】
化学機械研磨用の装置であって、
研磨パッドを支持する表面を有するプラテン、および
前記プラテン内に少なくとも部分的に位置する磁心と、コイルとを有する、渦電流信号を生成するための渦電流モニタシステム
を備え、前記磁心が、
後部部分と、
前記後部部分から前記プラテンの前記表面に直角の第１の方向に延び、前記第１の方向に高さを有する第１の突起部と、
前記第１の突起部の両側に、前記後部部分から第１の突出部と平行に延びる第２および第３の突起部と
を有しており、前記コイルが、前記第１の突起部の外側部分の周囲に巻かれており、前記第１の突起部の前記高さの少なくとも約半分に亘って延びる前記第１の突起部の内側部分であって、前記外側部分よりも前記後部部分に近い内側部分の周囲には巻かれていない、装置。
【請求項１０】
前記外側部分が前記突起部の前記高さの約半分に亘って延びる、請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記コイルを支持するために、前記第１の突起部と前記第２および第３の突起部との間の間隙に位置する少なくとも１つのスペーサをさらに備える、請求項９に記載の装置。
【請求項１２】
前記第１、第２、および第３の突起部が同じ高さを有する、請求項９に記載の装置。
【請求項１３】
前記コイルが前記第１の突起部の周囲にのみ巻かれている、請求項９に記載の装置。
【請求項１４】
前記渦電流モニタシステムが約１．５から２．０ＭＨｚの共振周波数を有する、請求項９に記載の装置。
【請求項１】
化学機械研磨用の装置であって、
研磨パッドを支持する表面を有するプラテン、および
前記プラテン内に少なくとも部分的に位置する磁心と前記磁心の一部分の周囲に巻かれたコイルとを有する、渦電流信号を生成するための渦電流モニタシステム
を備え、前記磁心が、
後部部分と、
前記後部部分から前記プラテンの前記表面に直角の第１の方向に延び、前記プラテンの前記表面と平行な第２の方向に幅を有する第１の突起部と、
前記第１の突起部の両側に、前記第１の突起部から等距離に、前記後部部分から第１の突出部と平行に延びる第２および第３の突起部であって、前記第２および第３の突起部のそれぞれと前記第１の突起部との間の前記第２の方向の間隔が、前記第１の突起部の前記幅のほぼ２倍に等しい前記第２および第３の突起部と
を含む、装置。
【請求項２】
前記第２および第３の突起部が、前記第１の突起部の前記幅とほぼ等しい幅を有する、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記第１、第２、および第３の突起部のそれぞれが、前記第１の方向に、前記第１の突起部の前記幅よりも大きい高さを有する、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記第１、第２、および第３の突起部のそれぞれが、前記プラテンの前記表面に平行で、前記第２の方向と垂直な第３の方向に沿って、前記第１の突起部の前記幅よりも大きい長さを有する、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記プラテンが、回転軸を中心として回転可能であり、前記第１、第２、および第３の突起部の前記長さが、前記回転軸から前記磁心を通って延びる前記プラテンの半径と垂直である、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記磁心が、前記第１の方向および前記第２の方向と平行な面内で、概ねＥ形状の断面を有する、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記コイルが前記第１の突起部の周囲にのみ巻かれている、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記渦電流モニタシステムが約１．５から２ＭＨｚの共振周波数を有する、請求項１に記載の装置。
【請求項９】
化学機械研磨用の装置であって、
研磨パッドを支持する表面を有するプラテン、および
前記プラテン内に少なくとも部分的に位置する磁心と、コイルとを有する、渦電流信号を生成するための渦電流モニタシステム
を備え、前記磁心が、
後部部分と、
前記後部部分から前記プラテンの前記表面に直角の第１の方向に延び、前記第１の方向に高さを有する第１の突起部と、
前記第１の突起部の両側に、前記後部部分から第１の突出部と平行に延びる第２および第３の突起部と
を有しており、前記コイルが、前記第１の突起部の外側部分の周囲に巻かれており、前記第１の突起部の前記高さの少なくとも約半分に亘って延びる前記第１の突起部の内側部分であって、前記外側部分よりも前記後部部分に近い内側部分の周囲には巻かれていない、装置。
【請求項１０】
前記外側部分が前記突起部の前記高さの約半分に亘って延びる、請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記コイルを支持するために、前記第１の突起部と前記第２および第３の突起部との間の間隙に位置する少なくとも１つのスペーサをさらに備える、請求項９に記載の装置。
【請求項１２】
前記第１、第２、および第３の突起部が同じ高さを有する、請求項９に記載の装置。
【請求項１３】
前記コイルが前記第１の突起部の周囲にのみ巻かれている、請求項９に記載の装置。
【請求項１４】
前記渦電流モニタシステムが約１．５から２．０ＭＨｚの共振周波数を有する、請求項９に記載の装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公表番号】特表２０１３−５１８４４０（Ｐ２０１３−５１８４４０Ａ）
【公表日】平成２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−５５１２０７（Ｐ２０１２−５５１２０７）
【出願日】平成２３年１月２１日（２０１１．１．２１）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１１／０２２１３２
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／０９４１３５
【国際公開日】平成２３年８月４日（２０１１．８．４）
【出願人】（３９００４０６６０）アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド (1,346)
【氏名又は名称原語表記】ＡＰＰＬＩＥＤ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ，ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＥＤ
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月２１日（２０１１．１．２１）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１１／０２２１３２
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／０９４１３５
【国際公開日】平成２３年８月４日（２０１１．８．４）
【出願人】（３９００４０６６０）アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド (1,346)
【氏名又は名称原語表記】ＡＰＰＬＩＥＤ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ，ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＥＤ
【Ｆターム（参考）】
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