DE60116757T4 - METHOD AND DEVICE FOR "IN-SITU" MONITORING OF THE THICKNESS DURING THE CHEMICAL-MECHANICAL PLANNING PROCESS - Google Patents

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Abstract

A chemical mechanical polishing apparatus has a polishing pad (30), a carrier (70) to hold a substrate (10) against a first side of the polishing surface, and a motor coupled to at least one of the polishing pad (30) and carrier head (70) for generating relative motion therebetween. An eddy current monitoring system (40) is positioned to generate an alternating magnetic field in proximity to the substrate (10), an optical monitoring system (140) generates a light beam and detects reflections of the light beam from the substrate (10), and a controller (90) receives signals from the eddy current monitoring system (40) and the optical monitoring system (140).

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren wie in den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 33. Ein Beispiel einer solchen Vorrichtung und eines solchen Verfahrens ist durch die US 5 660 672 A offenbart.The present invention relates to a device and a method as in the preambles of claims 1 and 33. An example of such a device and such a method is by the US 5,660,672 A. disclosed.

Eine integrierte Schaltung wird typischerweise auf einem Substrat durch das sequentielle Abscheiden von leitenden, halbleitenden oder isolierenden Schichten auf einem Siliziumwafer ausgebildet. Ein Fabrikationsschritt umfasst das Abscheiden einer Füllerschicht auf einer nicht ebenen Oberfläche und das Planarisieren der Füllerschicht, bis die nicht ebene Oberfläche freigelegt ist. Beispielsweise kann eine leitende Füllerschicht auf einer strukturierten, isolierenden Schicht abgeschieden werden, um die Gräben oder Löcher in der leitenden Schicht zu füllen. Die Füllerschicht wird dann poliert, bis die erhabene Struktur der isolierenden Schicht freigelegt ist. Nach dem Planarisieren bilden die Teile der leitenden Schicht, die zwischen der erhabenen Struktur der isolierenden Schicht verbleiben, Kontaktlöcher, Stopfen und Linien, die leitende Pfade zwischen Dünnfilmschaltungen auf dem Substrat liefern. Zusätzlich ist ein Planarisieren notwendig, um die Substratoberfläche für eine Photolithographie zu planarisieren.A integrated circuit is typically carried on a substrate the sequential deposition of conductive, semiconductive or insulating Layers formed on a silicon wafer. A manufacturing step involves the deposition of a filler layer on a non flat surface and planarizing the filler layer, until the surface is not even is exposed. For example, a conductive filler layer deposited on a structured, insulating layer, around the trenches or holes to fill in the conductive layer. The filler layer is then polished until the raised structure of the insulating layer is exposed. After planarization, the parts of the conductive layer, which remain between the raised structure of the insulating layer, Vias Plugs and lines, the conductive paths between thin-film circuits deliver on the substrate. additionally planarization is necessary to the substrate surface for photolithography to planarize.

Ein chemisch-mechanisches Polieren (CMP) ist ein akzeptiertes Verfahren des Planarisierens. Dieses Planarisierungsverfahren erfordert typischerweise, dass das Substrat auf einem Träger oder einem Polierkopf montiert wird. Die freie Oberfläche des Substrats wird gegen ein rotierendes Polierscheibenkissen oder Bandkissen platziert. Das Polierkissen kann entweder ein „Standardkissen" oder ein fest-abrasives (fixed-abrasive) Kissen sein. Ein Standardkissen weist eine dauerhaft aufgeraute Oberfläche auf, wohingegen ein fest-abrasives Kissen Schleifkörper, die in einem Einschlussmedium gehalten werden, besitzt. Der Trägerkopf liefert eine steuerbare Belastung auf das Substrat, um es gegen das Polierkissen zu drücken. Ein Polierschlamm, der mindestens ein chemisch reagierendes Mittel und Schleifkörper, wenn ein Standardkissen verwendet wird, einschließt, wird zur Oberfläche des Polierkissens geliefert.One Chemical mechanical polishing (CMP) is an accepted procedure of planarizing. This planarization process typically requires that the substrate is on a support or a polishing head is mounted. The free surface of the Substrate is against a rotating buff pad or tape pad placed. The polishing pad can be either a "standard pad" or a solid-abrasive (fixed-abrasive) cushion. A standard pillow has a permanent roughened surface On the other hand, a solid-abrasive cushion abrasive body, the in an enclosure medium. The carrier head provides a controllable load on the substrate to hold it against Press polishing pad. A polishing slurry containing at least one chemically reacting agent and grinding wheels, if a standard pillow is used, will to the surface of the polishing pad.

Ein Problem beim CMP ist das Bestimmen, ob das Polierverfahren vollendet ist, das heißt, ob eine Substratschicht auf eine gewünschte Flachheit oder Dicke planarisiert wurde, oder wann eine gewünschte Menge Material entfernt wurde. Ein Überpolieren (Entfernen von zu viel) einer leitenden Schicht oder eines Films führt zu einem erhöhten Schaltungswiderstand. Andererseits führt ein Unterpolieren (Entfernen von zu wenig) einer leitenden Schicht zum elektrischen Kurschluss. Variationen bei der anfänglichen Dicke der Substratschicht, der Zusammensetzung des Schlamms, dem Zustand des Polierkissens, der relativen Geschwindigkeit zwischen dem Polierkissen und dem Substrat und der Last auf das Substrat können Variationen bei der Geschwindigkeit der Materialentfernung verursachen. Diese Variationen verursachen Variationen in der Zeit, die benötigt wird, um den Polierendpunkt zu erreichen. Somit kann der Polierendpunkt nicht bloß als eine Funktion der Polierzeit bestimmt werden.One The problem with CMP is determining whether the polishing process is complete is, that is, whether a substrate layer to a desired flatness or thickness has been planarized or when a desired amount of material is removed has been. A polishing over (Removing too much) of a conductive layer or a film leads to an increased circuit resistance. On the other hand leads a sub-polishing (removal of too little) of a conductive layer for the electrical short circuit. Variations in the initial Thickness of the substrate layer, the composition of the sludge, the Condition of the polishing pad, the relative speed between the polishing pad and the substrate and the load on the substrate can Cause variations in the speed of material removal. These Variations cause variations in the time that is needed to reach the Polishing Point. Thus, the polishing endpoint not just as one Function of the polishing time can be determined.

Ein Weg, um den Polierendpunkt zu bestimmen, besteht darin, das Substrat von der Polieroberfläche zu entfernen und es zu untersuchen. Beispielsweise kann das Substrat zu einer Messstation überführt werden, wo die Dicke einer Substratschicht, beispielsweise mit einem Oberflächenmessgerät oder einer Messung des spezifischen Widerstands, gemessen wird. Wenn die gewünschten Spezifikationen nicht erfüllt werden, wird das Substrat für eine weitere Bearbeitung wieder in das CMP-Gerät geladen. Dies ist eine zeitaufwendige Prozedur, die den Durchsatz des CMP-Geräts reduziert. Alternativ könnte die Untersuchung ergeben, dass eine übermäßige Menge des Materials entfernt wurde, was das Substrat unverwendbar macht.One Way to determine the polishing end point is to use the substrate from the polishing surface to remove and examine it. For example, the substrate be transferred to a measuring station, where the thickness of a substrate layer, for example with a surface measuring device or a Measurement of resistivity, measured. If the desired Specifications not met become the substrate for a further processing loaded back into the CMP device. This is a time consuming one Procedure that reduces the throughput of the CMP device. Alternatively, the Investigation revealed that an excessive amount of the material, rendering the substrate unusable.

Neuerdings ist eine In-Situ-Überwachung des Substrats durchgeführt worden, beispielsweise mit optischen oder kapazitiven Sensoren, um den Polierendpunkt zu detektieren. Andere vorgeschlagene Endpunktdetektionstechniken haben Messungen der Reibung, des Motorstroms, der chemischen Zusammensetzung des Schlamms, der Akustik und Leitfähigkeit umfasst. Eine Detektionstechnik, die betrachtet wurde, besteht darin, einen Wirbelstrom in der Metallschicht zu induzieren und die Änderung des Wirbelstroms zu messen, wenn die Metallschicht entfernt wird.recently is an in-situ monitoring of the Substrate performed been used, for example, with optical or capacitive sensors, to detect the polishing end point. Other proposed endpoint detection techniques have measurements of friction, motor current, chemical composition of mud, which includes acoustics and conductivity. A detection technique, considered to be an eddy current in the metal layer to induce and change of the eddy current when the metal layer is removed.

Ein anderes, wiederholt auftretendes Problem beim CMP ist das Hohlschleifen (dishing) der Substratoberfläche, wenn eine Füllerschicht poliert wird, um eine darunter liegende Schicht freizulegen. Insbesondere kann, wenn die darunter liegende Schicht freigelegt ist, der Teil der Füllerschicht, die zwischen den erhabenen Gebieten der strukturierten darunter liegenden Schicht angeordnet ist, überpoliert werden, was konkave Vertiefungen in der Substratoberfläche schafft. Das Hohlschleifen kann das Substrat für die Herstellung integrierter Schaltungen ungeeignet machen und dadurch die Verfahrensausbeute erniedrigen.One Another recurring problem with CMP is hollow grinding (dishing) the substrate surface, if a filler layer is polished to expose an underlying layer. Especially may, if the underlying layer is exposed, the part the filler layer, among the sublime areas of the structured ones underneath lying layer is to be overpolished, which is concave Creates depressions in the substrate surface. The hollow grinding can the substrate for make the manufacture of integrated circuits unsuitable and thereby reduce the process yield.

Die US-A-5,660,672 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung für die In-Situ-Überwachung leitender Filme auf einem Halbleiterwafer. Die Änderung in der Dicke eines Films auf einem Halbleiterwafer wird in-situ durch das Induzieren eines Films überwacht, und wenn die Dicke des Films sich ändert, so werden die Änderungen im Strom detektiert. Bei einem leitenden Film werden durch das Erzeugen eines elektromagnetischen Wechselfeldes Wirbelströme im Film für den Sensor, der einen Kondensator und eine Spule einschließt, induziert.US-A-5,660,672 describes a method and apparatus for in-situ monitoring of conductive films on a semiconductor wafer. The change in the thickness of a film on a semiconductor wafer is monitored in-situ by inducing a film, and when the thickness of the film changes, the changes in the current are detected. At egg In the conductive film, by generating an alternating electromagnetic field, eddy currents are induced in the film for the sensor including a capacitor and a coil.

Diese Erfindung liefert ein chemisch-mechanisches Poliergerät, das ein Polierkissen, einen Träger, um ein Substrat gegen eine erste Seite des Polierkissens zu halten, einen Wirbelstromsensor, der mindestens einen Induktor, einen Oszillator, der elektrisch mit dem mindestens einen Induktor gekoppelt ist, um einen Wechselstrom in einer Spule des Induktors zu induzieren und um somit ein magnetisches Wechselfeld zu erzeugen, und einen Kondensator, der elektrisch mit dem mindestens einen Induktor gekoppelt ist, einschließt, und einen Motor, der mit dem Polierkissen und/oder dem Träger gekoppelt ist, um eine relative Bewegung zwischen ihnen zu erzeugen, umfasst, wobei der Induktor auf einer zweiten Seite des Polierkissens entgegengesetzt zum Substrat angeordnet ist, und der Induktor einen Kern einschließt, der mindestens teilweise in einer Vertiefung im Polierkissen auf der zweiten Seite des Polierkissens angeordnet ist.These The invention provides a chemical mechanical polishing apparatus comprising Polishing pad, a carrier, to hold a substrate against a first side of the polishing pad, an eddy current sensor comprising at least one inductor, an oscillator, which is electrically coupled to the at least one inductor, to induce an alternating current in a coil of the inductor and thus to generate a magnetic alternating field, and a Capacitor electrically coupled to the at least one inductor is, includes, and a motor coupled to the polishing pad and / or the carrier is to generate a relative movement between them includes, wherein the inductor is opposite to a second side of the polishing pad is disposed to the substrate, and the inductor includes a core, the at least partially in a recess in the polishing pad on the second side of the polishing pad is arranged.

In einer Ausführungsform weist ein Sensor für das Überwachen eines leitenden Films in einem Substrat einen Kern auf, der in der Nähe des oben erwähnten Substrats positionierbar ist, eine erste Spule, die um einen ersten Abschnitt des Kerns gewickelt ist, einen Oszillator, der elektrisch mit der ersten Spule gekoppelt ist, um einen Wechselstrom in der ersten Spule zu induzieren und ein magnetisches Wechselfeld in der Nähe des Substrats zu erzeugen, und eine zweite Spule, die um einen zweiten Abschnitt des Kerns gewickelt ist. Ein Kondensator ist elektrisch mit der zweiten Spule gekoppelt, und ein Verstärker ist elektrisch mit der zweiten Spule und dem Kondensator gekoppelt, um ein Ausgangssignal zu erzeugen.In an embodiment has a sensor for the monitoring of a conductive film in a substrate has a core formed in the substrate Near the mentioned above Substrate is positionable, a first coil around a first Section of the core is wound, an oscillator, the electric Coupled with the first coil is an alternating current in the to induce the first coil and an alternating magnetic field in the Near the Substrate to produce, and a second coil, which is a second Section of the core is wound. A capacitor is electric coupled to the second coil, and an amplifier is electrically connected to the second coil and the capacitor coupled to an output signal to create.

Der Oszillator kann einen Wechselstrom induzieren mit einer Frequenz, die ausgewählt ist, um eine Resonanzfrequenz zu liefern, wenn sich das Substrat nicht in der Nähe des Kerns befindet. Der Kern kann im wesentlichen aus Ferrit bestehen und er kann zwei Schenkel und einen Verbindungsabschnitt zwischen den Schenkeln einschließen. Die erste Spule kann um den Verbindungsabschnitt gewickelt sein, und die zweite Spule kann um mindestens einen der beiden Schenkel gewickelt sein. Die zweite Spule und der Kondensator können parallel verbunden sein. Der Sensor kann auf einer Seite eines Polierkissens entgegengesetzt zum Substrat positioniert sein. Das Polierkissen kann eine obere Schicht umfassen, und es kann eine Öffnung in mindestens einem Abschnitt der unteren Schicht neben dem Kern ausgebildet sein. Ein Computer kann das Ausgangssignal empfangen.Of the Oscillator can induce an alternating current with a frequency the selected is to provide a resonant frequency when the substrate not nearby the core is located. The core may consist essentially of ferrite and he can have two legs and a connecting section between enclose the thighs. The first coil may be wound around the connecting portion, and the second coil may be around at least one of the two legs be wrapped. The second coil and the capacitor can be parallel be connected. The sensor can be on one side of a polishing pad be positioned opposite to the substrate. The polishing pad may comprise an upper layer, and may have an opening in formed at least a portion of the lower layer adjacent to the core be. A computer can receive the output signal.

In einer weiteren Anordnung besitzt das Gerät ein Polierkissen, einen Träger, um ein Substrat gegen eine erste Seite der Polierfläche zu halten, einen Wirbelstromsensor und einen Motor, der mit dem Polierkissen und/oder dem Trägerkopf gekoppelt ist, um eine relative Bewegung zwischen ihnen zu erzeugen. Der Sensor umfasst mindestens einen Induktor, der auf einer zweiten Seite des Polierkissens entgegengesetzt dem Substrat positioniert ist, einen Oszillator, der elektrisch mit dem mindestens einen Induktor gekoppelt ist, um einen Wechselstrom in der Spule zu induzieren und ein magnetisches Wechselfeld zu erzeugen, und einen Kondensator, der elektrisch mit dem mindestens einen Induktor gekoppelt ist.In In another arrangement, the apparatus has a polishing pad, a carrier, to To hold a substrate against a first side of the polishing surface, an eddy current sensor and a motor connected to the polishing pad and / or the carrier head is coupled to create a relative movement between them. The sensor comprises at least one inductor on a second Side of the polishing pad opposite to the substrate positioned is, an oscillator that is electrically connected to the at least one inductor is coupled to induce an alternating current in the coil and to generate an alternating magnetic field, and a capacitor, which is electrically coupled to the at least one inductor.

Eine Platte kann das Polierkissen tragen, und der mindestens eine Induktor kann in einer Vertiefung in einer oberen Fläche der Platte angeordnet sein. Die Platte kann rotieren, und ein Positionssensor kann eine Winkelposition der Platte bestimmen, und eine Steuerung kann Daten vom Wirbelstromsensor abtasten, wenn der mindestens eine Induktor neben dem Substrat positioniert ist. Eine Vertiefung kann in der zweiten Seite des Polierkissens ausgebildet sein. Das Polierkissen kann eine Deckschicht auf der ersten Seite des Polierkissens und eine Trägerschicht auf der zweiten Seite des Polierkissens einschließen, und die Vertiefung kann durch das Entfernen eines Abschnitts der Trägerschicht ausgebildet werden. Der Wirbelstromsensor kann einen Kern einschließen, der zwei Pole aufweist, die neben der Vertiefung im Polierkissen angeordnet sind, und der mindestens eine Induktor ist um einen ersten Abschnitt des Kerns gewickelt. Der Wirbelstromsensor kann einen Kern einschließen, und der mindestens eine Induktor kann einen ersten Induktor, der um einen ersten Abschnitt des Kerns gewickelt ist, und einen zweiten Induktor, der um einen zweiten Abschnitt des Kerns gewickelt ist, einschließen. Der Oszillator kann elektrisch mit der ersten Spule gekoppelt sein, um einen Wechselstrom in der ersten Spule zu induzieren. Der Kondensator kann elektrisch mit der zweiten Spule gekoppelt sein. Der Oszillator kann einen Wechselstrom mit einer Frequenz induzieren, die ausgewählt ist, um eine Resonanzfrequenz zu liefern, wenn sich das Substrat nicht in der Nähe des Kerns befindet. Ein Endpunktdetektionssystem kann ein Ausgangssignal vom Wirbelstromsensor empfangen. Das Endpunktdetektionssystem kann konfi guriert sein, um einen Polierendpunkt zu signalisieren, wenn das Ausgangssignal einen vorbestimmten Schwellwert überschreitet.A Plate can carry the polishing pad, and the at least one inductor may be disposed in a recess in an upper surface of the plate. The plate can rotate and a position sensor can be in an angular position determine the plate, and a controller can data from the eddy current sensor scan if the at least one inductor positioned adjacent to the substrate is. A recess may be in the second side of the polishing pad be educated. The polishing pad can be a topcoat on the first side of the polishing pad and a backing layer on the second Include side of the polishing pad, and the recess can be formed by removing a portion of the carrier layer. The eddy current sensor may include a core having two poles, which are arranged next to the recess in the polishing pad, and the At least one inductor is around a first section of the core wound. The eddy current sensor may include a core, and The at least one inductor may be a first inductor that is around a first portion of the core is wound, and a second Inductor wound around a second section of the core, lock in. The oscillator may be electrically coupled to the first coil, to induce an alternating current in the first coil. The capacitor may be electrically coupled to the second coil. The oscillator can induce an alternating current with a frequency that is selected to provide a resonant frequency when the substrate is not near the core is located. An endpoint detection system can produce an output signal received from the eddy current sensor. The endpoint detection system can be confi gured to signal a polishing endpoint when the output signal exceeds a predetermined threshold.

Die Erfindung liefert auch ein Verfahren zur Überwachung der Dicke einer leitenden Schicht in einem Substrat während eines Poliervorgangs, das das Positionieren eines Substrats auf einer ersten Seite einer Polierfläche, das Erzeugen eines magnetischen Wechselfeldes von einem Induktor, der entgegengesetzt dem Substrat angeordnet ist, wobei sich das Magnetfeld durch die Polierfläche erstreckt, um Wirbelströme in der leitenden Schicht zu induzieren, und das Detektieren einer Änderung im magnetischen Wechselfeld, die durch eine Änderung in der Dicke der leitenden Schicht verursacht wird, umfasst, wobei der Induktor einen Kern einschließt, der mindestens teilweise in einer Vertiefung auf einer zweiten Seite der Polierfläche positioniert ist.The invention also provides a method of monitoring the thickness of a conductive layer in a substrate during a polishing operation comprising positioning a substrate on a first side of a polishing surface, generating an alternating magnetic field from an inductor disposed opposite the substrate the magnetic field extends through the polishing surface, to induce eddy currents in the conductive layer, and detecting a change in the alternating magnetic field caused by a change in the thickness of the conductive layer, the inductor including a core at least partially in a recess on a second side the polishing surface is positioned.

Implementierungen des Verfahrens können einige oder mehrere der folgenden Merkmale einschließen. Eine erste Spule kann mit einem Oszillator bei einer ersten Frequenz angesteuert werden. Die erste Frequenz kann eine Resonanzfrequenz sein, wenn sich das Substrat nicht in der Nähe des Magnetfeldes befindet. Das magnetische Wechselfeld kann mit einer zweiten Spule gemessen werden. Die zweite Spule kann parallel mit einem Kondensator verbunden sein. Die erste Spule kann um einen ersten Abschnitt des Kerns gewickelt sein, und die zweite Spule kann um einen zweiten Abschnitt des Kerns gewickelt sein. Es kann bestimmt werden, wann sich der Induktor neben dem Substrat befindet. Der Induktor kann mit einem ersten Signal angesteuert werden, und ein zweites Signal kann vom magnetischen Wechselfeld erzeugt werden. Eine Änderung in der Amplitude des zweiten Signals kann bestimmt werden. Eine Änderung in einer Phasendifferenz zwischen dem ersten Signal und dem zweiten Signal kann bestimmt werden.implementations of the procedure may have some or more of the following features. A first coil can be driven with an oscillator at a first frequency. The first frequency may be a resonant frequency when the Substrate not close the magnetic field is located. The magnetic alternating field can with a second coil can be measured. The second coil can be parallel be connected to a capacitor. The first coil can be around one first section of the core to be wound, and the second coil may be wrapped around a second portion of the core. It can determine when the inductor is adjacent to the substrate. The inductor can be driven with a first signal, and a second signal can be generated by the alternating magnetic field. A change in the amplitude of the second signal can be determined. A change in a phase difference between the first signal and the second one Signal can be determined.

Im Verfahren wird ein Substrat, das eine leitende Schicht aufweist, auf einer erste Seite der Polierfläche angeordnet. Ein magnetisches Wechselfeld wird von einem Induktor erzeugt, der auf einer zweiten Seite der Polierfläche entgegengesetzt dem Substrat angeordnet ist. Das magnetische Feld erstreckt sich durch die Polierfläche, um Wirbelströme in der leitenden Schicht zu induzieren. Es wird eine relative Bewegung zwischen dem Substrat und der Polierfläche geschaffen, um die leitende Schicht zu polieren. Die Wirbelströme im Substrat werden gemessen, und das Polieren wird angehalten, wenn die gemessenen Wirbelströme ein Endpunktkriterium zeigen.in the Method is a substrate having a conductive layer, arranged on a first side of the polishing surface. A magnetic one Alternating field is generated by an inductor on a second Side of the polishing surface is arranged opposite to the substrate. The magnetic field extends through the polishing surface to eddy currents in the conductive Induce layer. There will be a relative movement between the Substrate and the polishing surface created to polish the conductive layer. The eddy currents in the substrate are measured and the polishing is stopped when the measured eddy currents show an endpoint criterion.

Implementierungen der Erfindung können ein oder mehrere der folgenden Merkmale einschließen. Das Endpunktkriterium kann aus den Wirbelströmen bestehen, die eine Schwellwertstärke oder einer Abflachung durchlaufen.implementations of the invention can be or more of the following features. The endpoint criterion can be from the eddy currents consist of a threshold strength or go through a flattening.

Das Gerät weist ein Polierkissen mit einer Polierfläche, einen Träger, um ein Substrat gegen die Polierfläche zu halten, einen Motor, der mit dem Polierkissen und/oder dem Trägerkopf gekoppelt ist, um eine relative Bewegung zwischen ihnen zu erzeugen, und ein Dickenüberwachungssystem der leitenden Schicht auf. Das Dickenüberwachungssystem der leitenden Schicht umfasst mindestens einen Induktor, eine Stromquelle, die ein Ansteuersignal erzeugt, wobei die Stromquelle elektrisch mit dem mindestens einen Induktor gekoppelt ist, um einen Wechselstrom im mindestens einen Induktor zu induzieren und ein magnetisches Wechselfeld zu erzeugen, eine Messschaltung, die einen Kondensator einschließt, der elektrisch mit dem mindestens einen Induktor gekoppelt ist, um das magnetische Wechselfeld zu messen und ein Messsignal zu erzeugen, und eine Phasenvergleichsschaltung, die mit der Stromquelle und der Messschaltung gekoppelt ist, um eine Phasendifferenz zwischen dem Messsignal und dem Ansteuersignal zu messen.The Device points a polishing pad with a polishing surface, a carrier to a substrate against the polishing surface To hold a motor with the polishing pad and / or the carrier head is coupled to produce relative movement between them, and a thickness monitoring system of the conductive layer. The thickness monitoring system of the senior Layer comprises at least one inductor, a current source, the generates a drive signal, wherein the power source electrically with the at least one inductor is coupled to an alternating current in the to induce at least one inductor and one alternating magnetic field to generate a measuring circuit that includes a capacitor that electrically is coupled to the at least one inductor to the magnetic Measure alternating field and generate a measurement signal, and a phase comparison circuit, which is coupled to the power source and the measuring circuit to a phase difference between the measurement signal and the drive signal to eat.

Implementierungen er Erfindung können ein oder mehrere der folgenden Merkmale einschließen. Mindestens ein erstes Gatter, beispielsweise ein XOR-Gatter (Exklusiv-Oder-Gatter), kann sinusförmige Signale vom Induktor und dem Oszillator in erste und zweite Rechteckwellensignale umwandeln. Eine Vergleichsvorrichtung, beispielsweise ein XOR-Gatter, kann das erste Rechteckwellensignal mit dem zweiten Rechteckwellensignal vergleichen, um ein drittes Rechteckwellensignal zu erzeugen. Ein Filter kann das dritte Rechteckwellensignal in ein Differenzsignal umwandeln, das eine Amplitude aufweist, die proportional der Phasendifferenz zwischen den ersten und zweiten Rechteckwellensignalen ist. Die Phasenvergleichsschaltung kann ein Signal mit einem Tastverhältnis proportional zur Phasendifferenz erzeugen.implementations he invention can include one or more of the following features. At least a first gate, such as an XOR (Exclusive-OR) gate, may be sinusoidal signals from the inductor and the oscillator into first and second square wave signals convert. A comparison device, for example an XOR gate, can first square wave signal with the second square wave signal compare to generate a third square wave signal. One Filter can convert the third square wave signal into a differential signal convert, which has an amplitude proportional to the phase difference between the first and second square wave signals. The phase comparison circuit can generate a signal with a duty cycle proportional to the phase difference.

Im Verfahren wird eine Spule mit einem ersten Signal erregt, um ein magnetisches Wechselfeld zu erzeugen. Das magnetische Wechselfeld induziert Wirbelströme in einer leitenden Schicht des Substrats. Das magnetische Wechselfeld wird gemessen, und ein zweites Signal, das das Magnetfeld anzeigt, wird erzeugt. Die ersten und zweiten Signale werden verglichen, um eine Phasendifferenz zwischen ihnen zu bestimmen.in the Method, a coil is energized with a first signal to a to generate alternating magnetic field. The magnetic alternating field induces eddy currents in a conductive layer of the substrate. The magnetic alternating field is measured, and a second signal indicating the magnetic field is generated. The first and second signals are compared to one another Determine phase difference between them.

Das Gerät weist ein Polierkissen, einen Träger, um ein Substrat gegen eine erste Seite der Polierfläche zu halten, ein Wirbelstromüberwachungssystem, das positioniert ist, um ein magnetisches Wechselfeld in der Nähe des Substrats zu erzeugen, ein optisches Überwachungssystem, das einen Lichtstrahl erzeugt und Reflektionen des Lichtstrahls vom Substrat detektiert, eine Steuerung, um Signale vom Wirbelstromüberwachungssystem und dem optischen Überwachungssystem zu empfangen, und einen Motor, der mit dem Polierkissen und/oder dem Trägerkopf gekoppelt ist, um eine relative Bewegung zwischen ihnen zu erzeugen, auf.The Device points a polishing pad, a carrier, to hold a substrate against a first side of the polishing surface, an eddy current monitoring system, that is positioned around an alternating magnetic field near the substrate to generate an optical surveillance system, which generates a light beam and reflections of the light beam Detected from the substrate, a controller to receive signals from the eddy current monitoring system and the optical monitoring system to receive, and a motor with the polishing pad and / or the carrier head coupled to produce relative movement between them, on.

Implementierungen der Erfindung können ein oder mehrere der folgenden Merkmale einschließen. Das Wirbelstromüberwachungssystem kann einen Induktor einschließen, der auf einer zweiten Seite des Polierkissens entgegengesetzt dem Substrat angeordnet ist. Der Induktor kann in einem ersten Hohlraum in einer Platte unterhalb des Polierkissens angeordnet sein. Das optische Überwachungssystem kann eine Lichtquelle und einen Photodetektor, der auf einer zweiten Seite des Polierkissens gegenüber dem Substrat angeordnet ist, einschließen. Die Lichtquelle und der Photodetektor können in dem ersten Hohlraum in einer Platte unter dem Polierkissen oder in einem zweiten Hohlraum angeordnet sein. Das Wirbelstromüberwachungssystem und das optische Überwachungssystem können angeordnet sein, um im wesentlichen dieselbe radiale Position auf dem Substrat zu überwachen. Die Steuerung kann konfiguriert sein, um Endpunktkriterien in Signalen vom Wirbelstromüberwachungssystem und dem optischen Überwachungssystem zu detektieren.Implementations of the invention may include one or more of the following features. The eddy current monitoring system may include an inductor disposed on a second side of the polishing pad opposite the substrate. The inductor can be in a first Cavity be arranged in a plate below the polishing pad. The optical monitoring system may include a light source and a photodetector disposed on a second side of the polishing pad opposite the substrate. The light source and the photodetector may be disposed in the first cavity in a plate under the polishing pad or in a second cavity. The eddy current monitoring system and the optical monitoring system may be arranged to monitor substantially the same radial position on the substrate. The controller may be configured to detect endpoint criteria in signals from the eddy current monitoring system and the optical monitoring system.

Im Verfahren wird ein Substrat auf einer ersten Seite einer Polierfläche positioniert, eine relative Bewegung wird zwischen dem Substrat und der Polierfläche erzeugt, um das Substrat zu polieren, ein erstes Signal wird von einem Wirbelstromüberwachungssystem erzeugt, ein zweites Signal wird von einem optischen Überwachungssystem erzeugt, und die ersten und zweiten Signale werden auf die Endpunktkriterien hin überwacht.in the Method, a substrate is positioned on a first side of a polishing surface, a relative movement is generated between the substrate and the polishing surface, to polish the substrate, a first signal is from an eddy current monitoring system generated, a second signal is from an optical monitoring system generated, and the first and second signals are based on the endpoint criteria monitored.

Implementierungen der Erfindung können ein oder mehrere der folgenden Merkmale einschließen. Das Polieren kann angehalten werden, wenn Endpunktkriterien in den ersten und zweiten Signalen detektiert wurden, oder wenn ein Endpunktkriterium entweder im ersten oder im zweiten Signal detektiert wurde. Das Substrat kann eine Metallschicht einschließen, und der Überwachungsschritt kann das Überwachen des Signals vom Wirbelstromüberwa chungssystem, bis die Metallschicht eine vorbestimmte Dicke erreicht, und dann das Überwachen des Signals vom optischen Überwachungssystem, einschließen.implementations of the invention can be or more of the following features. The polishing can be stopped when endpoint criteria are detected in the first and second signals or if an endpoint criterion is either in the first or was detected in the second signal. The substrate may be a metal layer lock in, and the monitoring step can monitoring the signal from the eddy current monitoring system, until the metal layer reaches a predetermined thickness, and then the monitoring of the Signal from the optical monitoring system.

Das Substrat wird in einer ersten Polierstation mit einer ersten Polierfläche bei einer ersten Poliergeschwindigkeit poliert. Das Polieren an der ersten Polierstation wird mit einem Wirbelstromüberwachungssystem überwacht, und das Substrat wird zu einer zweiten Polierstation überführt, wenn das Wirbelstromüberwachungssystem anzeigt, dass eine vorbestimmte Dicke der Metallschicht auf dem Substrat verbleibt. Das Substrat wird an der zweiten Polierstation mit einer zweiten Polierfläche mit einer zweiten Poliergeschwindigkeit poliert, die niedriger als die erste Poliergeschwindigkeit ist. Das Polieren wird an der zweiten Polierstation mit einem optischen Überwachungssystem überwacht, und das Polieren wird angehalten, wenn das optische Überwachungssystem anzeigt, dass eine erste darunter liegende Schicht zumindest teilweise freigelegt ist.The Substrate is added in a first polishing station with a first polishing surface polished at a first polishing speed. The polishing at the first polishing station is monitored with an eddy current monitoring system, and the substrate is transferred to a second polishing station, if the eddy current monitoring system indicates that a predetermined thickness of the metal layer on the Substrate remains. The substrate is at the second polishing station with a second polishing surface polished at a second polishing rate lower than the first polishing speed is. The polishing is at the second Polishing station monitored with an optical monitoring system, and the polishing is stopped when the optical monitoring system indicates that a first underlying layer at least partially is exposed.

Implementierungen der Erfindung können ein oder mehrere der folgenden Merkmale einschließen. Die erste darunter liegende Schicht kann eine Barriereschicht sein. Das Substrat kann zu einer dritten Polierstation überführt und mit einer dritten Polierfläche poliert werden. Das Polieren an der dritten Polierstation kann mit einem zweiten optischen Überwachungssystem überwacht werden, und das Polieren kann angehalten werden, wenn das zweite optische Überwachungssystem anzeigt, dass eine zweite darunter liegende Schicht zumindest teilweise freigelegt ist. Das Polieren an der dritten Polierstation kann sich fortsetzen, bis die zweite darunter liegende Schicht im wesentlichen vollständig freigelegt ist. Das Polieren an der zweiten Polierstation kann einen Initiierungspolierschritt mit einem höheren Druck als das verbleibende Polieren an der zweiten Polierstation einschließen.implementations of the invention can be or more of the following features. The first one below Layer can be a barrier layer. The substrate can become a third polishing station transferred and with a third polishing surface to be polished. The polishing at the third polishing station can with monitored by a second optical monitoring system and the polishing can be stopped when the second optical surveillance system indicates that a second underlying layer at least partially is exposed. Polishing at the third polishing station can continue until the second underlying layer is substantially completely exposed is. The polishing at the second polishing station may be an initiation polishing step with a higher one Include pressure as the remaining polishing at the second polishing station.

Das Substrat wird an der ersten Polierstation mit einer ersten Polierfläche mit einer ersten Poliergeschwindigkeit poliert. Das Polieren an der ersten Polierstation wird mit einem Wirbelstromüberwachungssystem überwacht, und die Poliergeschwindigkeit an der ersten Polierstation wird reduziert, wenn das Wirbelstromüberwachungssystem anzeigt, dass eine vorbestimmte Dicke der Metallschicht auf dem Substrat verbleibt. Das Polieren an der ersten Polierstation wird mit einem optischen Überwachungssystem überwacht, und das Polieren wird angehalten, wenn das optische Überwachungssystem anzeigt, dass eine erste darunter liegende Schicht mindestens teilweise freigelegt ist.The Substrate is at the first polishing station with a first polishing surface with polished at a first polishing speed. The polishing at the first polishing station is monitored with an eddy current monitoring system, and the polishing speed at the first polishing station is reduced when the eddy current monitoring system indicates that a predetermined thickness of the metal layer on the Substrate remains. The polishing at the first polishing station is monitored with an optical monitoring system, and the polishing is stopped when the optical monitoring system indicates a first underlying layer at least partially exposed is.

Implementierungen der Erfindung können ein oder mehrere der folgenden Merkmale einschließen. Die erste darunter liegende Schicht kann eine Barriereschicht sein. Das Substrat kann zu einer zweiten Polierstation überführt und mit einer zweiten Polierfläche poliert werden. Das Polieren an der zweiten Polierstation kann mit einem zweiten optischen Überwachungssystem überwacht werden, und das Polieren kann angehalten werden, wenn das zweite optische Überwachungssystem anzeigt, dass eine zweite darunter liegende Schicht zumindest teilweise freigelegt ist. Das Substrat kann zu einer dritten Polierstation überführt werden und mit einer Hochglanzfläche hochglanzpoliert werden. Das Polieren an der zweiten Polierstation kann sich fortsetzen, bis die erste darunter liegende Schicht im wesentlichen vollständig freigelegt ist.implementations of the invention can be or more of the following features. The first one below Layer can be a barrier layer. The substrate can become a second Polishing station transferred and with a second polishing surface to be polished. The polishing at the second polishing station can with monitored by a second optical monitoring system and the polishing can be stopped when the second optical surveillance system indicates that a second underlying layer at least partially is exposed. The substrate can be transferred to a third polishing station and with a glossy surface be polished. Polishing at the second polishing station can continue until the first layer below it essentially complete is exposed.

Das Polieren wird mit einem Wirbelstromüberwachungssystem überwacht, und die Poliergeschwindigkeit wird reduziert, wenn das Wirbelstromüberwachungssystem anzeigt, dass eine vorbestimmte Dicke der Metallschicht auf dem Substrat verbleibt. Das Polieren wird mit einem optischen Überwachungssystem überwacht, und das Polieren wird angehalten, wenn das optische Überwachungssystem anzeigt, dass eine darunter liegende Schicht zumindest teilweise freigelegt ist.The Polishing is monitored with an eddy current monitoring system, and the polishing rate is reduced when the eddy current monitoring system indicates that a predetermined thickness of the metal layer on the Substrate remains. The polishing is monitored with an optical monitoring system, and the polishing is stopped when the optical monitoring system indicates that an underlying layer is at least partially is exposed.

Mögliche Vorteile der Implementierungen können einen oder mehrere der folgenden einschließen. Während des Hauptpolierens (bulk polishing) der Metallschicht kann das Druckprofil, das durch den Trägerkopf angewandt wird, eingestellt werden, um nicht gleichförmige Polierraten und eine nicht gleichförmige Dicke des herein kommenden Substrats zu kompensieren. Zusätzlich kann das Polierüberwachungssystem den Polierendpunkt einer Metallschicht in situ messen. Weiterhin kann das Polierüberwachungssystem den Punkt bestimmen, an dem das Poliergerät die Polierparameter umschalten sollte. Beispielsweise kann das Polierüberwachungssystem verwendet werden, um ein Herabfahren der Poliergeschwindigkeit während des Polierens einer Metallschicht vor dem Polierendpunkt auszulösen. Das Polieren kann mit hoher Genauigkeit gestoppt werden. Ein Überpolieren und ein Unterpolieren können reduziert werden, wie das auch für ein Hohlschleifen und eine Erosion gilt, um somit die Ausbeute und den Durchsatz zu verbessern.Possible advantages of the implementations include one or more of the following. During the main polishing (bulk polishing) of the metal layer, the pressure profile, by the carrier head is applied to non-uniform polishing rates and a non-uniform one Thickness of the incoming substrate to compensate. In addition, can the polishing monitoring system measure the polishing end point of a metal layer in situ. Farther can the polishing monitoring system Determine the point at which the polisher will toggle the polishing parameters should. For example, the polishing monitoring system may be used be to decrease the polishing speed during the Polishing a metal layer before the Polierungspunkt trigger. The polishing can be stopped with high accuracy. Overpolish and underpolish can be reduced be like that too a hollow grinding and erosion applies, thus the yield and to improve throughput.

Andere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung unter Bezug auf die begleitenden Zeichnungen deutlich.Other Features and advantages of the invention will become apparent from the following description clearly with reference to the accompanying drawings.

1 ist eine schematische perspektivische Explosionsansicht eines chemischmechanischen Poliergeräts. 1 Fig. 10 is a schematic exploded perspective view of a chemical mechanical polishing apparatus.

2 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Trägerkopfs. 2 is a schematic cross-sectional view of a carrier head.

3 ist eine schematische Seitenansicht, teilweise geschnitten, einer chemischmechanischen Polierstation, die ein Wirbelstromüberwachungssystem und ein optisches Überwachungssystem einschließt. 3 Figure 3 is a schematic side view, partially in section, of a chemical mechanical polishing station including an eddy current monitoring system and an optical monitoring system.

4A–4E sind schematische Aufsichten auf eine Platte der Polierstation der 3. 4A - 4E are schematic views of a plate of the polishing station of 3 ,

5 ist eine schematische Schnittansicht, die ein Magnetfeld zeigt, das durch das Wirbelstromüberwachungssystem erzeugt wird. 5 Fig. 10 is a schematic sectional view showing a magnetic field generated by the eddy current monitoring system.

6 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines Kerns eines Wirbelstromsensors. 6 FIG. 12 is a schematic perspective view of a core of an eddy current sensor. FIG.

7A–7D zeigen schematisch ein Verfahren der Detektion eines Polierendpunkts unter Verwendung eines Wirbelstromsensors. 7A - 7D schematically show a method of detecting a Polierungspunkts using an eddy current sensor.

8 ist ein Schaubild, das eine Amplitudenspur von einem Wirbelstromüberwachungssystem zeigt. 8th FIG. 12 is a graph showing an amplitude trace of an eddy current monitoring system. FIG.

9A und 9B sind schematische Schaltungsdiagramme eines Wirbelstromüberwachungssystems. 9A and 9B FIG. 10 is schematic circuit diagrams of an eddy current monitoring system. FIG.

10 ist ein Schaubild, das eine Amplitudenspur vom Wirbelstromüberwachungssystem zeigt. 10 Figure 11 is a graph showing an amplitude trace from the eddy current monitoring system.

11 ist ein Schaubild, das eine Amplitudenspur vom optischen Überwachungssystem zeigt. 11 Fig. 12 is a diagram showing an amplitude trace from the optical monitoring system.

12 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren des Polierens einer Metallschicht darstellt. 12 FIG. 10 is a flowchart illustrating a method of polishing a metal layer. FIG.

13 ist ein Flussdiagramm, das ein alternatives Verfahren des Polierens einer Metallschicht darstellt. 13 FIG. 10 is a flowchart illustrating an alternative method of polishing a metal layer. FIG.

14 ist eine schematische Seitenansicht, teilweise geschnitten, einer chemischmechanischen Polierstation, die ein Wirbelstromüberwachungssystem einschließt. 14 Figure 3 is a schematic side view, partially in section, of a chemical mechanical polishing station incorporating an eddy current monitoring system.

15A–15B sind schematische Schnittansichten eines Polierkissens. 15A - 15B are schematic sectional views of a polishing pad.

Betrachtet man die 1, so können ein oder mehrere Substrate 10 durch ein CMP-Gerät 20 poliert werden. Eine Beschreibung eines ähnlichen Poliergeräts 20 kann man im US-Patent Nr. 5,738,574 finden, dessen gesamte Offenbarung hiermit durch Bezugnahme eingeschlossen wird. Das Poliergerät 20 umfasst eine Serie von Polierstationen 22a, 22b und 22c und eine Transferstation 23. Die Transferstation 23 transferiert die Substrate zwischen den Trägerköpfen und einer Ladevorrichtung.Looking at the 1 so one or more substrates can 10 through a CMP device 20 to be polished. A description of a similar polishing machine 20 can be found in US Pat. No. 5,738,574, the entire disclosure of which is hereby incorporated by reference. The polisher 20 includes a series of polishing stations 22a . 22b and 22c and a transfer station 23 , The transfer station 23 transfers the substrates between the carrier heads and a loading device.

Jede Polierstation umfasst eine drehbare Platte 24, auf der ein Polierkissen 30 platziert ist. Die ersten und zweiten Stationen 22a und 22b können ein zweilagiges Polierkissen mit einer harten, dauerhaften äußeren Oberfläche oder ein fest-abrasives Kissen mit eingebetteten Schleifkörpern einschließen. Die letzte Polierstation 22c kann ein relativ weiches Kissen oder ein zweilagiges Kissen einschließen. Jede Polierstation kann auch eine Kissenkonditioniervorrichtung 28 umfassen, um den Zustand des Polierkissen aufrecht zu halten, so dass es die Substrate wirksam poliert.Each polishing station comprises a rotatable plate 24 on which a polishing pad 30 is placed. The first and second stations 22a and 22b can include a two-ply polishing pad with a hard, durable outer surface or a solid-abrasive pad with embedded abrasives. The last polishing station 22c may include a relatively soft pillow or a two-ply pillow. Each polishing station may also have a pillow conditioning device 28 to keep the condition of the polishing pad upright so that it effectively polishes the substrates.

Betrachtet man die 3, so weist ein zweilagiges Polierkissen 30 typischerweise eine Trägerschicht 32, die an die Oberfläche der Platte 24 stößt, und eine Deckschicht 34, die verwendet wird, um das Substrat 10 zu polieren, auf. Die Deckschicht 34 ist typischerweise härter als die Trägerschicht 32. Einige Kissen haben jedoch nur eine Deckschicht und keine Trägerschicht. Die Deckschicht 34 kann aus geschäumten oder gegossenem Polyurethan, möglicherweise mit Füllstoffen, beispielsweise hohlen Mikrokügelchen, und/oder einer gerillten Oberfläche zusammengesetzt sein. Die Trägerschicht 32 kann aus komprimierten Filzfasern, die mit Urethan ausgelaugt (leached) sind, zusammengesetzt sein. Ein zweilagiges Polierkissen, bei dem eine Deckschicht aus IC-1000 zusammengesetzt ist, und bei dem die Trägerschicht aus SUBA-4 zusammengesetzt ist, ist von Rodel Inc. aus Newark, Delaware erhältlich (IC-1000 und SUBA-4 sind Produktnamen der Rodel Inc.).Looking at the 3 so has a two-ply polishing pad 30 typically a carrier layer 32 that touches the surface of the plate 24 butts, and a topcoat 34 that is used to the substrate 10 to polish up. The cover layer 34 is typically harder than the backing layer 32 , However, some pillows have only one cover layer and no backing layer. The cover layer 34 may be composed of foamed or cast polyurethane, possibly with fillers, for example hollow microspheres, and / or a grooved surface. The carrier layer 32 may be composed of compressed felt fibers leached with urethane. A zweilagi The polishing pad in which a cover layer of IC-1000 is composed and in which the support layer is composed of SUBA-4 is available from Rodel Inc. of Newark, Delaware (IC-1000 and SUBA-4 are product names of Rodel Inc. ).

Während eines Polierschritts wird ein Schlamm 38, der eine Flüssigkeit (beispielsweise deionisiertes Wasser für ein Oxidpolieren) und eine pH-Wert-Einsteller (beispielsweise Kaliumhydroxid für Oxidpolieren) enthält, der Oberfläche des Polierkissens 30 durch einen Schlammlieferauslass oder kombinierten Schlamm/Reinigungsarm 39 geliefert. Wenn das Polierkissen 30 ein Standardkissen ist, so kann der Schlamm 38 auch Schleifkörper (beispielsweise Siliziumdioxid für Oxidpolieren) enthalten.During a polishing step becomes a mud 38 containing a liquid (for example, deionized water for oxide polishing) and a pH adjuster (for example, potassium hydroxide for oxide polishing), the surface of the polishing pad 30 through a mud delivery outlet or combined mud / cleaning arm 39 delivered. If the polishing pad 30 a standard pillow is, so the mud 38 Also included are abrasive articles (eg, silica for oxide polishing).

Kehrt man zu 1 zurück, so trägt ein drehbares Mehrkopfkarussell 60 vier Trägerköpfe 70. Das Karussell wird durch einen zentralen Pfosten 62 um eine Karussellachse 64 durch einen (nicht gezeigten) Motoraufbau gedreht, um die Trägerkopfsysteme und die an ihnen befestigten Substrate zwischen den Polierstationen 22 und der Transferstation 23 kreisförmig zu bewegen. Drei der Trägerkopfsysteme nehmen Substrate auf, halten sie und polieren sie, indem sie sie gegen die Polierkissen drücken. Mittlerweile empfängt eines der Trägerkopfsysteme ein Substrat von der Transferstation 23 und liefert ein Substrat an diese.You turn to 1 back, so carries a rotatable multi-head carousel 60 four carrier heads 70 , The carousel will be through a central post 62 around a carousel axis 64 rotated by a motor assembly (not shown) around the carrier head systems and the substrates attached thereto between the polishing stations 22 and the transfer station 23 to move in a circle. Three of the vehicle head systems pick up substrates, hold them and polish them by pressing them against the polishing pads. Meanwhile, one of the carrier head systems receives a substrate from the transfer station 23 and supplies a substrate to them.

Jeder Trägerkopf 70 ist durch eine Trägerantriebswelle 74 mit einem Trägerkopfrotationsmotor 76 verbunden (gezeigt durch das Entfernen eines Viertels der Abdeckung 68), so dass jeder Trägerkopf unabhängig um seine eigene Achse rotieren kann. Zusätzlich schwingt jeder Trägerkopf 70 unabhängig seitlich in einem radialen Schlitz 72, der in der Karussellträgerplatte 66 ausgebildet ist. Eine Beschreibung eines geeigneten Trägerkopfs 70 kann man in der US-A-6,422,927 und der US-A-6,450,868 finden. Im Betrieb wird die Platte um ihre zentrale Achse 25 gedreht, und der Trägerkopf wird um seine zentrale Achse 71 gedreht und seitlich über die Oberfläche des Polierkissens verschoben.Each carrier head 70 is by a carrier drive shaft 74 with a carrier head rotary motor 76 connected (shown by removing a quarter of the cover 68 ) so that each carrier head can rotate independently about its own axis. In addition, each carrier head swings 70 independent laterally in a radial slot 72 In the carousel plate 66 is trained. A description of a suitable carrier head 70 can be found in US-A-6,422,927 and US-A-6,450,868. In operation, the plate is about its central axis 25 rotated, and the carrier head is about its central axis 71 rotated and laterally shifted over the surface of the polishing pad.

Wie in der vorangehenden Patentanmeldung offenbart und wie in 2 gezeigt, umfasst ein beispielhafter Trägerkopf 70 ein Gehäuse 202, einen Basisaufbau 204, einen Kardanringmechanismus 206 (der als ein Teil des Basisaufbaus 204 betrachtet werden kann), eine Belastungskammer 208, einen Haltering 210 und eine Substratträgeraufbau 212, der drei unter Druck setzbare Kammern, wie eine schwebende (floating) obere Kammer 236, eine schwebende untere Kammer 234 und eine äußere Kammer 238 aufweist. Die Belastungskammer 208 ist zwischen dem Gehäuse 202 und dem Basisaufbau 204 angeordnet, um eine Last auf den Basisaufbau auszuüben und die vertikale Position des Basisaufbaus 204 zu steuern. Ein erster (nicht gezeigter) Druckregler kann flüssigkeitsmäßig mit der Belastungskammer 208 durch einen Durchlass 232 verbunden sein, um den Druck in der Belastungskammer und die vertikale Position des Basisaufbaus 204 zu steuern.As disclosed in the previous patent application and as in 2 shown includes an exemplary carrier head 70 a housing 202 , a basic construction 204 , a gimbal mechanism 206 (as part of the base construction 204 can be considered), a load chamber 208 , a retaining ring 210 and a substrate carrier structure 212 , the three pressurizable chambers, such as a floating (upper chamber) floating 236 , a floating lower chamber 234 and an outer chamber 238 having. The loading chamber 208 is between the case 202 and the basic structure 204 arranged to exert a load on the base structure and the vertical position of the base structure 204 to control. A first (not shown) pressure regulator may be in fluid communication with the loading chamber 208 through a passage 232 be connected to the pressure in the loading chamber and the vertical position of the basic structure 204 to control.

Der Substratträgeraufbau 212 umfasst eine flexible innere Membran 216, eine flexible äußere Membran 218, eine innere Stützstruktur 220, eine äußere Stützstruktur 230, einen inneren Abstandsring 222 und einen äußeren Abstandsring 232. Die flexible innere Membran 216 umfasst einen zentralen Abschnitt, der einen Druck auf den Wafer 10 in einem steuerbaren Gebiet ausübt. Das Volumen zwischen dem Basisaufbau 204 und der inneren Membran 216, die durch eine innere Klappe 244 abgedichtet ist, liefert die unter Druck setzbare, schwebende untere Kammer 234. Das ringförmige Volumen zwischen dem Basisaufbau 204 und der inneren Membran 216, das durch die innere Klappe 244 und die äußere Klappe 246 abgedichtet ist, bildet die unter Druck setzbare, schwebende obere Kammer 236. Das abgedichtete Volumen zwischen der inneren Membran 216 und der äußeren Membran 218 bildet eine unter Druck setzbare äußere Kammer 238. Drei (nicht gezeigte) Druckregler können unabhängig mit der schwebenden unteren Kammer 234, der schwebende oberen Kammer 236 und der äußeren Kammer 238 verbunden sein. Somit kann ein Fluid, wie ein Gas, in oder aus jeder Kammer unabhängig geleitet werden.The substrate carrier structure 212 includes a flexible inner membrane 216 , a flexible outer membrane 218 , an inner support structure 220 , an outer support structure 230 , an inner spacer ring 222 and an outer spacer ring 232 , The flexible inner membrane 216 includes a central portion that applies pressure to the wafer 10 in a controllable area. The volume between the base construction 204 and the inner membrane 216 passing through an inner flap 244 is sealed, provides the pressurizable, floating lower chamber 234 , The annular volume between the base structure 204 and the inner membrane 216 that through the inner flap 244 and the outer flap 246 is sealed, forms the pressurizable, floating upper chamber 236 , The sealed volume between the inner membrane 216 and the outer membrane 218 forms a pressurizable outer chamber 238 , Three pressure regulators (not shown) can independently with the floating lower chamber 234 , the floating upper chamber 236 and the outer chamber 238 be connected. Thus, a fluid, such as a gas, can be independently directed into or out of each chamber.

Die Kombination der Druckwerte in der schwebenden oberen Kammer 236, der schwebende unteren Kammer 234 und der äußeren Kammer 238 steuern beide das Kontaktgebiet und den Druck der inneren Membran 216 gegen eine obere Fläche der äußeren Membran 218. Beispielsweise wird durch das Pumpen von Fluid aus der schwebenden oberen Kammer 236 der Rand der inneren Membran 216 weg von der äußeren Membran 218 gehoben, um somit den Kontaktdurchmesser DC des Kontaktgebiets zwischen der inneren Membran und der äußeren Membran zu erniedrigen. Im Gegensatz dazu wird durch das Pumpen von Fluid in die schwebende obere Kammer 236 der Rand der inneren Membran 216 zur äußeren Membran 218 abgesenkt, um somit den Kontaktdurchmesser DC des Kontaktgebiets zu erhöhen. Zusätzlich wird durch das Pumpen von Fluid in oder aus der schwebenden unteren Kammer 234 der Druck der inneren Membran 216 gegen die äußere Membran 218 gesteuert. Somit kann der Druck und der Durchmesser des Gebiets, das durch den Trägerkopf belastet wird, gesteuert werden.The combination of pressures in the floating upper chamber 236 , the floating lower chamber 234 and the outer chamber 238 Both control the contact area and the pressure of the inner membrane 216 against an upper surface of the outer membrane 218 , For example, pumping fluid out of the floating upper chamber 236 the edge of the inner membrane 216 away from the outer membrane 218 lifted, so as to decrease the contact diameter D C of the contact area between the inner membrane and the outer membrane. In contrast, pumping fluid into the floating upper chamber 236 the edge of the inner membrane 216 to the outer membrane 218 lowered so as to increase the contact diameter D C of the contact area. In addition, pumping fluid into or out of the floating lower chamber 234 the pressure of the inner membrane 216 against the outer membrane 218 controlled. Thus, the pressure and diameter of the area loaded by the carrier head can be controlled.

Betrachtet man die 3, so ist eine Vertiefung 26 in der Platte 24 ausgebildet, und ein transparenter Abschnitt 36 ist im Polierkissen 30, der über der Vertiefung 26 liegt, ausgebil det. Die Öffnung 26 und der transparente Abschnitt 36 sind so positioniert, dass sie unter dem Substrat 10 während eines Abschnitts der Plattenrotation hindurch gehen, unabhängig von der Verschiebeposition des Trägerkopfs. Wenn man annimmt, dass das Polierkissen 32 ein zweilagiges Kissen ist, kann ein dünner Kissenabschnitt 36 durch das Entfernen eines Teils der Trägerschicht 32 und das Einschieben eines transparenten Einsatzes 36 in die Deckschicht 34 konstruiert werden. Der Einsatz 36 kann ein relativ reines Polymer oder Polyurethan, das beispielsweise ohne Füllstoffe ausgebildet ist, sein. Im allgemeinen sollte das Material des transparenten Abschnitts 36 nicht magnetisch und nicht leitend sein.Looking at the 3 so is a depression 26 in the plate 24 trained, and a transparent section 36 is in the polishing pad 30 that's about deepening 26 is, ausgebil det. The opening 26 and the transparent section 36 are positioned so that they are under the substrate 10 during a portion of the disk rotation, regardless of the displacement position of the carrier head. Assuming that the polishing pad 32 A two-ply pillow can be a thin pillow section 36 by removing a part of the carrier layer 32 and the insertion of a transparent insert 36 in the topcoat 34 be constructed. The use 36 may be a relatively pure polymer or polyurethane, which is formed, for example, without fillers. In general, the material should be the transparent section 36 non-magnetic and non-conductive.

Betrachtet man die 3 und 4A bis 4E, so umfasst die erste Polierstation 22a ein In-situ-Wirbelstromüberwachungssystem 40 und ein optisches Überwachungssystem 140. Das Wirbelstromüberwachungssystem 40 und das optische Überwachungssystem 140 können als eine Polierverfahrenssteuerung und ein Endpunktdetektionssystem fungieren. Die zweite Polierstation 22b und die letzte Polierstation 22c können beide bloß ein optisches Überwachungssystem einschließen, obwohl sie jeweils zusätzlich ein Wirbelstromüberwachungssystem aufweisen können.Looking at the 3 and 4A to 4E so includes the first polishing station 22a an in situ eddy current monitoring system 40 and an optical monitoring system 140 , The eddy current monitoring system 40 and the optical monitoring system 140 may act as a polishing process controller and an endpoint detection system. The second polishing station 22b and the last polishing station 22c Both may merely include an optical monitoring system, although each may additionally include an eddy current monitoring system.

Das Wirbelstromüberwachungssystem 40 umfasst ein Ansteuersystem, um Wirbelströme in einer Metallschicht auf dem Substrat zu induzieren und ein Messsystem, um Wirbelströme, die in der Metallschicht durch das Ansteuersystem induziert wurden, zu detektieren. Das Überwachungssystem 40 umfasst einen Kern 42, der in der Vertiefung 26 angeordnet ist, um mit der Platte zu rotieren, eine Ansteuerspule 44, die um einen Teil des Kerns 42 gewickelt ist, und eine Messspule 46, die um einen zweiten Teil des Kerns 42 gewickelt ist. Für das Ansteuersystem umfasst das Überwachungssystem 40 einen Oszillator 50, der mit der Ansteuerspule 44 verbunden ist. Für das Messsystem 58 umfasst das Überwachungssystem 40 einen Kondensator 52, der parallel mit der Messspule 46 verbunden ist, einen RF-Verstärker 54, der mit der Messspule 46 verbunden ist, und eine Diode 56. Der Oszillator 50, der Kondensator 52, der RF-Verstärker 54 und die Diode 56 können entfernt von der Platte 24 angeordnet und mit den Komponenten in der Platte durch eine rotierende elektrische Verbindung 29 gekoppelt sein.The eddy current monitoring system 40 includes a drive system to induce eddy currents in a metal layer on the substrate and a measurement system to detect eddy currents induced in the metal layer by the drive system. The monitoring system 40 includes a core 42 who is in the depression 26 is arranged to rotate with the plate, a Ansteuerspule 44 that is around a part of the core 42 is wound, and a measuring coil 46 that is around a second part of the core 42 is wound. For the drive system, the monitoring system includes 40 an oscillator 50 that with the drive coil 44 connected is. For the measuring system 58 includes the monitoring system 40 a capacitor 52 , which is parallel to the measuring coil 46 connected to an RF amplifier 54 that with the measuring coil 46 connected, and a diode 56 , The oscillator 50 , the capacitor 52 , the RF amplifier 54 and the diode 56 can be removed from the plate 24 arranged and with the components in the plate by a rotating electrical connection 29 be coupled.

Betrachtet man die 5, so steuert im Betrieb der Oszillator 50 die Ansteuerspule 44 an, um ein oszillierendes Magnetfeld zu erzeugen, das sich durch den Körper des Kerns 42 und in die Lücke 46 zwischen den zwei Polen 42a und 42b des Kerns erstreckt. Zumindest ein Teil des Magnetfelds 48 erstreckt sich durch den dünnen Abschnitt 36 des Polierkissens 30 und in das Substrat 10. Wenn eine Metallschicht 12 auf dem Substrat 10 vorhanden ist, so erzeugt das oszillierende Magnetfeld einen Wirbelstrom in der Metallschicht 12. Die Wirbelströme verursachen, dass die Metallschicht 12 als eine Impedanzquelle parallel zur Messspule 46 und dem Kondensator 52 wirkt. Wenn sich die Dicke der Metallschicht ändert, so ändert sich die Impedanz, was zu einer Änderung des Q-Faktors des Messmechanismus führt. Durch das Detektieren der Änderung des Q-Faktors des Messmechanismus kann der Wirbelstromsensor die Änderung in der Stärke der Wirbelströme und somit die Änderung der Dicke der Metallschicht 12 messen.Looking at the 5 , so controls in the operation of the oscillator 50 the drive coil 44 to create an oscillating magnetic field that passes through the body of the nucleus 42 and in the gap 46 between the two poles 42a and 42b of the core extends. At least part of the magnetic field 48 extends through the thin section 36 of the polishing pad 30 and in the substrate 10 , If a metal layer 12 on the substrate 10 is present, the oscillating magnetic field generates an eddy current in the metal layer 12 , The eddy currents cause the metal layer 12 as an impedance source parallel to the measuring coil 46 and the capacitor 52 acts. As the thickness of the metal layer changes, the impedance changes, resulting in a change in the Q-factor of the measuring mechanism. By detecting the change in the Q factor of the measuring mechanism, the eddy current sensor can detect the change in the strength of the eddy currents and thus the change in the thickness of the metal layer 12 measure up.

Betrachtet man die 6, so kann der Kern 42 ein U-förmiger Körper sein, der aus einem nicht leitenden Material mit einer relativ hohen magnetischen Permeabilität (beispielsweise von ungefähr 2500) ausgebildet ist. Insbesondere kann der Kern 42 ein Ferrit sein. In einer Implementierung sind die zwei Pole 42a und 42b ungefähr 0,6 Inch von einander entfernt, ist der Kern ungefähr 6 Inch tief, und der Querschnitt des Kerns ist ein Quadrat mit einer Seitenlänge von ungefähr 0,2 Inch.Looking at the 6 so may the core 42 a U-shaped body formed of a non-conductive material having a relatively high magnetic permeability (for example, about 2500). In particular, the core can 42 be a ferrite. In one implementation, the two poles are 42a and 42b about 0.6 inches apart, the core is about 6 inches deep, and the cross section of the core is a square with a side length of about 0.2 inches.

Im allgemeinen wird das In-Situ-Wirbelstromüberwachungssystem 40 mit einer Resonanzfrequenz von ungefähr 50 kHz bis 10 MHz, beispielsweise 2 MHz konstruiert. Beispielsweise kann die Messspule 46 eine Induktivität von ungefähr 0,3 bis 30 MikroH aufweisen, und der Kondensator 52 kann ein Kapazität von ungefähr 0,2 bis 20 nF haben. Die Ansteuerspule kann so gestaltet sein, dass sie zum Ansteuersignal vom Oszillator passt. Wenn beispielsweise der Oszillator eine niedrige Spannung und eine niedrige Impedanz aufweist, so kann die Ansteuerspule weniger Windungen einschließen, um eine kleinere Induktivität zu liefern. Wenn andererseits der Oszillator eine hohe Spannung und eine hohe Impedanz aufweist, so kann die Ansteuerspule mehr Windungen einschießen, um eine große Induktivität zu liefern.In general, the in-situ eddy current monitoring system will 40 designed with a resonant frequency of about 50 kHz to 10 MHz, for example 2 MHz. For example, the measuring coil 46 have an inductance of about 0.3 to 30 microH, and the capacitor 52 may have a capacity of about 0.2 to 20 nF. The drive coil may be configured to match the drive signal from the oscillator. For example, if the oscillator has a low voltage and a low impedance, the drive coil may include fewer turns to provide a smaller inductance. On the other hand, if the oscillator has a high voltage and a high impedance, the drive coil may inject more turns to provide a large inductance.

In einer Implementierung umfasst die Messspule 46 neun Windungen um jeden Schenkel des Kerns, und die Ansteuerspule 44 umfasst zwei Windungen um die Basis des Kerns, und der Oszillator steuert die Ansteuerspule 44 mit einer Amplitude von ungefähr 0,1 V bis 5,0 V an. In einer Implementierung weist die Messspule 46 auch eine Induktivität von ungefähr 2,8 MikroH auf, der Kondensator 52 besitzt eine Kapazität von ungefähr 2,2 nF, und die Resonanzfrequenz beträgt ungefähr 2 MHz. In einer anderen Implementierung weist die Messspule eine Induktivität von ungefähr 3 MikroH auf, und der Kondensator 52 weist eine Kapazität von ungefähr 400 pF auf. Natürlich sind diese Werte nur beispielhaft, da sie gegenüber der exakten Windungskonfiguration, der Kernzusammensetzung und der Kernform und der Größe des Kondensators sehr empfindlich sind.In one implementation, the sensing coil includes 46 nine turns around each leg of the core, and the drive coil 44 includes two turns around the base of the core, and the oscillator controls the drive coil 44 with an amplitude of about 0.1V to 5.0V. In one implementation, the sensing coil points 46 Also, an inductance of about 2.8 microH, the capacitor 52 has a capacity of about 2.2 nF, and the resonance frequency is about 2 MHz. In another implementation, the sensing coil has an inductance of about 3 microH, and the capacitor 52 has a capacity of about 400 pF. Of course, these values are exemplary only because they are very sensitive to the exact winding configuration, the core composition, and the core shape and size of the capacitor.

Im allgemeinen gilt, dass je größer die erwartete anfängliche Dicke des leitenden Films ist, desto größer ist die gewünschte Resonanzfrequenz. Beispielsweise können für einen relativ dünnen Film, von beispielsweise 2000 Angström, die Kapazität und die Induktivität gewählt werden, um eine relativ hohe Resonanzfrequenz von ungefähr 2 MHz zu liefern. Andererseits kann für einen relativ dickeren Film, von beispielsweise 20000 Angström, die Kapazität und die Induktivität so gewählt werden, dass sie eine relativ niedrigere Resonanzfrequenz von beispielsweise ungefähr 50 kHz liefern. Hohe Resonanzfrequenzen können jedoch gut mit dicken Kupferschichten zusammen wirken. Zusätzlich können sehr hohe Frequenzen (oberhalb 2 MHz) verwendet werden, um Hintergrundrauschen von Metallteilen im Trägerkopf zu reduzieren.in the general, the larger the expected initial Thickness of the conductive film is, the larger the desired resonance frequency. For example, you can for one relatively thin Film, for example, 2000 angstroms, the capacitance and the inductance are chosen to provide a relatively high resonant frequency of about 2 MHz. on the other hand can for a relatively thicker film of, for example, 20,000 angstroms, the capacitance and the inductance so chosen be that they have a relatively lower resonant frequency of, for example approximately Deliver 50 kHz. However, high resonance frequencies can work well with thick ones Copper layers act together. In addition, very high frequencies (above 2 MHz) can be used to control background noise from metal parts in the carrier head too to reduce.

Zu Beginn wird, wie man aus den 3 und 7A sieht, vor dem Durchführen des Polierens der Oszillator 50 auf die Resonanzfrequenz des LC-Kreises abgestimmt, ohne dass ein Substrat vorhanden ist. Diese Resonanzfrequenz ergibt die maximale Amplitude des Ausgangssignals vom RF-Verstärker 54.At the beginning, how to get out of the 3 and 7A sees, before performing the polishing of the oscillator 50 tuned to the resonant frequency of the LC circuit without a substrate is present. This resonant frequency gives the maximum amplitude of the output signal from the RF amplifier 54 ,

Wie man in den 7B und 8 sieht, so wird für ein Polieren ein Substrat 10 in Kontakt mit dem Polierkissen 30 platziert. Das Substrat 10 kann einen Siliziumwafer 12 und eine leitende Schicht 16, beispielsweise ein Metall, wie Kupfer, das über einer oder mehreren strukturierten darunter liegenden Schichten, die Halbleiter-, Leiter- oder Isolatorschichten sein können, angeordnet ist, einschließen. Eine Barriereschicht 18, wie Tantal oder Tantalnitrid, kann die Metallschicht von dem darunter befindlichen Dielektrikum trennen. Die strukturierten darunter liegenden Schichten können Metallelemente, beispielsweise Kontaktlöcher, Anschlussflächen und Verbindungsstrukturen einschließen. Da vor dem Polieren der Block der leitenden Schicht 16 anfangs relativ dick und kontinuierlich ist, weist er einen geringen spezifischen Widerstand auf, und es können relativ starke Wirbelströme in der leitenden Schicht erzeugt werden. Wie vorher erwähnt wurde, veranlassen die Wirbelströme die Metallschicht als eine Impedanzquelle parallel mit der Messspule 46 und dem Kondensator 52 zu fungieren. Somit reduziert das Vorhandensein des leitenden Films 16 den Q-Faktor der Sensorschaltung, um somit die Amplitude des Signals vom RF-Verstärker 56 signifikant zu reduzieren.How to get into the 7B and 8th sees, then becomes a substrate for polishing 10 in contact with the polishing pad 30 placed. The substrate 10 can be a silicon wafer 12 and a conductive layer 16 For example, a metal, such as copper, disposed over one or more patterned underlying layers, which may be semiconductor, conductor or insulator layers. A barrier layer 18 , such as tantalum or tantalum nitride, can separate the metal layer from the underlying dielectric. The structured underlying layers may include metal elements, such as via holes, pads, and interconnect structures. Because before polishing the block of the conductive layer 16 initially relatively thick and continuous, it has a low resistivity and relatively strong eddy currents can be generated in the conductive layer. As previously mentioned, the eddy currents cause the metal layer as an impedance source in parallel with the measuring coil 46 and the capacitor 52 to act. Thus, the presence of the conductive film reduces 16 the Q-factor of the sensor circuit, thus the amplitude of the signal from the RF amplifier 56 significantly reduce.

Betrachtet man die 7C und 8, so wird, wenn das Substrat 10 poliert wird, der Masseanteil der leitenden Schicht 16 ausgedünnt. Wenn die leitenden Schicht 16 dünner wird, so nimmt ihre spezifischer Schichtwiderstand zu, und die Wirbelströme in der Metallschicht werden gedämpft. Somit wird die Kopplung zwischen der Metallschicht 16 und der Sensorschaltung 58 reduziert (das heißt, eine Erhöhung des Widerstands der virtuellen Impedanzquelle). Wenn die Kopplung abnimmt, nimmt der Q-Faktor der Messschaltung 58 auf seinen ursprünglichen Wert hin zu.Looking at the 7C and 8th So, when is the substrate 10 is polished, the mass fraction of the conductive layer 16 thinned. If the conductive layer 16 becomes thinner, its specific sheet resistance increases, and the eddy currents in the metal layer are attenuated. Thus, the coupling between the metal layer becomes 16 and the sensor circuit 58 reduced (that is, an increase in the resistance of the virtual impedance source). As the coupling decreases, the Q factor of the measurement circuit decreases 58 to its original value.

Betrachtet man die 7D und 8, so ist schließlich der Masseanteil der leitenden Schicht 16 entfernt, wobei leitende Verbindungsstrukturen 16' in den Gräben zwischen der strukturierten Isolationsschicht 14 verbleiben. An diesem Punkt erreicht die Kopplung zwischen den leitenden Abschnitten im Substrat, die im allgemeinen klein und im allgemeinen nicht kontinuierlich sind, und der Sensorschaltung 58 ein Minimum. Somit erreicht der Q-Faktor der Sensorschaltung einen maximalen Wert (obgleich nicht so groß wie der Q-Faktor, wenn das Substrat vollständig fehlt). Dies bewirkt, dass die Amplitude des Ausgangssignals von der Sensorschaltung ein Plateau erreicht.Looking at the 7D and 8th Finally, the mass fraction of the conductive layer is 16 removed, with conductive connection structures 16 ' in the trenches between the structured insulation layer 14 remain. At this point, the coupling between the conductive sections in the substrate, which are generally small and generally non-continuous, and the sensor circuit 58 a minimum. Thus, the Q-factor of the sensor circuit reaches a maximum value (though not as large as the Q-factor when the substrate is completely absent). This causes the amplitude of the output signal from the sensor circuit to plateau.

Somit kann durch das Messen, wann die Amplitude des Ausgangssignals nicht länger zunimmt und sich abgeflacht hat (beispielsweise ein lokales Plateau erreicht hat), der Computer 90 einen Polierendpunkt erkennen. Alternativ kann durch das Polieren von einem oder mehreren Testsubstraten die Bedienperson der Poliermaschine die Amplitude des Ausgangssignals als eine Funktion der Dicke der Metallschicht bestimmen. Somit kann der Endpunktdetektor das Polieren anhalten, wenn eine spezielle Dicke der Metallschicht auf dem Substrat verbleibt. Speziell kann der Computer 90 den Endpunkt auslösen, wenn das Ausgangssignal vom Verstärker einen Spannungsschwellwert, der der gewünschten Dicke entspricht, übersteigt. Alternativ kann das Wirbelstromüberwachungssystem auch verwendet werden, um eine Änderung in den Polierparametern auszulösen. Wenn beispielsweise das Überwachungssystem ein Polierkriterium detektiert, so kann das CMP-Gerät die Schlammzusammensetzung ändern (von einem Schlamm hoher Selektivität zu einem Schlamm niedriger Selektivität). Als ein anderes Beispiel kann, wie das unten diskutiert werden wird, das CMP-Gerät das Druckprofil, das durch den Trägerkopf ausgeübt wird, ändern.Thus, by measuring when the amplitude of the output signal no longer increases and flattened (for example, has reached a local plateau), the computer can 90 recognize a polishing endpoint. Alternatively, by polishing one or more test substrates, the operator of the polishing machine may determine the amplitude of the output signal as a function of the thickness of the metal layer. Thus, the endpoint detector can stop polishing if a particular thickness of the metal layer remains on the substrate. Specifically, the computer can 90 trigger the end point if the output signal from the amplifier exceeds a voltage threshold corresponding to the desired thickness. Alternatively, the eddy current monitoring system may also be used to initiate a change in the polishing parameters. For example, if the monitoring system detects a polishing criterion, the CMP device may change the mud composition (from a high selectivity sludge to a low selectivity sludge). As another example, as will be discussed below, the CMP device may change the pressure profile exerted by the carrier head.

Betrachtet man die 9A, so kann das Wirbelstromüberwachungssystem zusätzlich zur Messung der Änderungen der Amplitude einen Phasenverschiebungssensor 94 einschließen, um eine Phasenverschiebung im gemessenen Signal zu berechnen. Wenn die Metallschicht poliert wird, so ändert sich die Phase des gemessenen Signals relativ zum Ansteuersignal vom Oszillator 50. Diese Phasendifferenz kann mit der Dicke der polierten Schicht korreliert werden.Looking at the 9A Thus, in addition to measuring the changes in amplitude, the eddy current monitoring system may include a phase shift sensor 94 to calculate a phase shift in the measured signal. When the metal layer is polished, the phase of the measured signal changes relative to the drive signal from the oscillator 50 , This phase difference can be correlated with the thickness of the polished layer.

Eine Implementierung für die Amplituden- und die Phasenverschiebungsteile des Wirbelstromüberwachungssystems ist in 9B gezeigt. Diese Implementierung, wie sie in 9B gezeigt ist, kombiniert die Ansteuer- und Messsignale, um ein Phasenverschiebungssignal mit einer Pulsbreite oder einem Tastverhältnis auszubilden, die oder das proportional zur Phasendifferenz ist. In dieser Implementierung werden zwei XOR-Gatter 100 und 102 verwendet, um sinusförmige Signale von der Messspule 46 beziehungsweise dem Oszillator 50 in Rechteckwellensignale umzuwandeln. Die zwei Rechteckwellensignale werden in die Eingänge eines dritten XOR-Gatters 104 eingegeben. Das Ausgangssignal des dritten XOR-Gatters 104 ist ein Phasenverschiebungssignal mit einer Pulsbreite oder einem Tastverhältnis proportional zur Phasendifferenz zwischen den zwei Rechteckwellensignalen. Das Phasenverschiebungssignal wird durch ein RC-Filter 106 gefiltert, um ein gleichspannungsartiges Signal mit einer Spannung proportional zur Phasendifferenz zu erzeugen. Alternativ können die Signale in einen programmierbaren digitalen Logikbaustein, beispielsweise einen Komplexe programmierbare Logikeinrichtung (CPLD) oder ein feldprogrammierbare Gatteranordnung (FGPA), die die Phasenverschiebungsmessungen durchführt, eingegeben werden. Eine andere Implementierung des Amplitudenmessteils des Wirbelstromüberwachungssystems ist in 9C gezeigt. Ein Beispiel einer Spur, die von einem Wirbelstromüberwachungssystem erzeugt wird, das die Phasendifferenz zwischen den Ansteuer- und Messsignalen misst, ist in 10 gezeigt. Da die Phasenmessungen in Bezug auf die Stabilität der Ansteuerfrequenz sehr empfindlich sind, können Phasenregelschleifen hinzugefügt werden.One implementation for the amplitude and phase shift parts of the eddy current monitoring system is in FIG 9B shown. These Implementation, as in 9B is shown combining the drive and sense signals to form a phase shift signal having a pulse width or duty cycle that is proportional to the phase difference. In this implementation, two XOR gates 100 and 102 used to generate sinusoidal signals from the measuring coil 46 or the oscillator 50 to convert into square wave signals. The two square wave signals go into the inputs of a third XOR gate 104 entered. The output of the third XOR gate 104 is a phase shift signal having a pulse width or a duty ratio proportional to the phase difference between the two square wave signals. The phase shift signal is passed through an RC filter 106 filtered to produce a DC-like signal with a voltage proportional to the phase difference. Alternatively, the signals may be input to a programmable digital logic device, such as a complex programmable logic device (CPLD) or field programmable gate array (FGPA), which performs the phase shift measurements. Another implementation of the amplitude measuring part of the eddy current monitoring system is in 9C shown. An example of a trace generated by an eddy current monitoring system that measures the phase difference between the drive and sense signals is in FIG 10 shown. Since the phase measurements are very sensitive to the stability of the drive frequency, phase locked loops can be added.

Ein möglicher Vorteil der Phasendifferenzmessung ist der, dass die Abhängigkeit der Phasendifferenz von der Metallschichtdicke linearer als die der Amplitude ist. Zusätzlich kann die absolute Dicke der Metallschicht über einen breiten Bereich möglicher Dicken bestimmt werden.One potential Advantage of the phase difference measurement is that of dependence the phase difference of the metal layer thickness is more linear than that of Amplitude is. additionally The absolute thickness of the metal layer over a wide range of possible Thicknesses are determined.

Wenn man zu 3 zurückkehrt, so kann das optische Überwachungssystem 140, das als ein Reflektometer oder als ein Interferometer funktionieren kann, an der Platte 24 in der Vertiefung 26 neben dem Wirbelstromüberwachungssystem 40 befestigt sein. Insbesondere kann das optische Überwachungssystem 140 angeordnet sein, um einen Abschnitt des Substrats in derselben radialen Distanz von der Rotationsachse der Platte 24 wie das Wirbelstromüberwachungssystem 40 zu messen. Somit kann das optische Überwachungssystem 140 über das Substrat auf demselben Weg wie das Wirbelstromüberwachungssystem 40 laufen.If you are too 3 returns, so can the optical monitoring system 140 , which can function as a reflectometer or as an interferometer, on the plate 24 in the depression 26 next to the eddy current monitoring system 40 be attached. In particular, the optical monitoring system 140 be arranged to a portion of the substrate at the same radial distance from the axis of rotation of the plate 24 like the eddy current monitoring system 40 to eat. Thus, the optical monitoring system 140 across the substrate in the same way as the eddy current monitoring system 40 to run.

Das optische Überwachungssystem 140 umfasst eine Lichtquelle 144 und einen Detektor 146. Die Lichtquelle erzeugt einen Lichtstrahl 142, der durch den transparenten Fensterabschnitt 36 und den Schlamm fortschreitet, um auf die freigelegte Oberfläche des Substrats 10 aufzutreffen. Beispielsweise kann die Lichtquelle 144 ein Laser sein, und der Lichtstrahl 142 kann ein parallel gerichteter Laserstrahl sein. Der Lichtlaserstrahl 142 kann vom Laser 144 in einem Winkel von einer Achse, die senkrecht auf der Oberfläche des Substrats 10 steht, projiziert werden. Zusätzlich kann, wenn das Loch 26 und das Fenster 36 länglich ausgebildet sind, eine (nicht dargestellte) Strahlausweitungsvorrichtung im Pfad des Lichtstrahls angeordnet sein, um den Lichtstrahl entlang der länglichen Achse des Fensters auszuweiten. Im allgemeinen funktioniert das optische Überwachungssystem, wie das im US-Patent Nr. 6,159,073 und der US-Patentanmeldung Nr. 09/184,767, die am 2. November 1998 eingereicht wurde, beschrieben ist, wobei deren gesamte Offenbarung hiermit durch Bezugnahme eingeschlossen wird.The optical monitoring system 140 includes a light source 144 and a detector 146 , The light source generates a light beam 142 passing through the transparent window section 36 and the mud progresses to the exposed surface of the substrate 10 impinge. For example, the light source 144 be a laser, and the light beam 142 may be a collimated laser beam. The light laser beam 142 can from the laser 144 at an angle from an axis perpendicular to the surface of the substrate 10 stands, projected. In addition, if the hole 26 and the window 36 are elongated, a (not shown) beam expansion device may be arranged in the path of the light beam to expand the light beam along the elongate axis of the window. In general, the optical monitoring system operates as described in US Patent No. 6,159,073 and US Patent Application No. 09 / 184,767 filed November 2, 1998, the entire disclosure of which is hereby incorporated by reference.

Ein Beispiel einer Spur 250, die durch ein optisches Überwachungssystem erzeugt wird, ist in 11 gezeigt. Die Gesamtform der Intensitätsspur 250 kann folgendermaßen erläutert werden. Zu Anfang weist die Metallschicht 16 eine Anfangstopographie durch die Topologie der darunter liegenden strukturierten Schicht 14 auf. Durch diese Topographie streut der Lichtstrahl, wenn er auf die Metallschicht trifft. Wenn das Polieren fortschreitet im Abschnitt 252 der Spur, wird die Metallschicht ebener und das Reflexionsvermögen der polierten Metallschicht nimmt zu. Wenn die Masse der Metallschicht im Abschnitt 254 der Spur entfernt ist, bleibt die Intensität relativ stabil. Wenn die Oxidschicht in der Spur beginnt, freigelegt zu werden, so fällt die Gesamtsignalstärke im Abschnitt 256 der Spur schnell. Wenn die Oxidschicht in der Spur vollständig freigelegt ist, stabilisiert sich die Intensität im Abschnitt 258 der Spur wieder, obwohl sie kleine Oszillationen durch interferometrische Effekte erleben kann, wenn die Oxidschicht entfernt wird.An example of a track 250 generated by an optical supervisory system is in 11 shown. The overall shape of the intensity trace 250 can be explained as follows. At the beginning, the metal layer points 16 an initial topography through the topology of the underlying structured layer 14 on. Through this topography, the light beam scatters when it hits the metal layer. When the polishing progresses in the section 252 the trace, the metal layer becomes more level and the reflectivity of the polished metal layer increases. If the mass of the metal layer in the section 254 the track is removed, the intensity remains relatively stable. When the oxide layer in the track starts to be exposed, the overall signal strength falls in the section 256 the track fast. When the oxide layer in the track is completely exposed, the intensity in the section stabilizes 258 again, although it may experience small oscillations due to interferometric effects when the oxide layer is removed.

Wenn man wieder zu den 3 und 4A bis 4E zurück kehrt, so kann das CMP-Gerät 20 auch einen Positionssensor 80, wie einen optischen Unterbrecher, einschließen, um zu mes sen, wann der Kern 42 und die Lichtquelle 44 sich unter dem Substrat 10 befinden. Beispielsweise könnte der optische Unterbrecher an einem festen Punkt gegenüber dem Trägerkopf 70 montiert sein. Eine Markierung 82 ist am Umfang der Platte befestigt. Der Punkt der Befestigung und die Länge der Markierung 82 wird so ausgewählt, dass sie das optische Signal des Sensors 80 unterbricht, während der transparente Abschnitt 36 unter dem Substrat 10 durchläuft. Alternativ kann das CMP-Gerät einen Kodierer einschließen, um die Winkelposition des Platte zu bestimmen.If you go back to the 3 and 4A to 4E back returns, so can the CMP device 20 also a position sensor 80 , such as an optical breaker, to measure when the core 42 and the light source 44 under the substrate 10 are located. For example, the optical breaker could be at a fixed point opposite the carrier head 70 be mounted. A mark 82 is attached to the circumference of the plate. The point of attachment and the length of the mark 82 is selected to match the optical signal of the sensor 80 interrupts while the transparent section 36 under the substrate 10 passes. Alternatively, the CMP device may include an encoder to determine the angular position of the disk.

Ein programmierbarer digitaler Allzweckcomputer 90 empfängt die Intensitätssignale und die Phasenverschiebungssignale vom Wirbelstrommesssystem, und die Intensitätssignale vom optischen Überwachungssystem. Da die Überwachungssysteme unterhalb des Substrats mit jeder Rotation der Platte hindurch laufen, wird Information über die Dicke der Metallschicht und die Freilegung der darunter liegenden Schicht an Ort und Stelle auf kontinuierlicher Echtzeitbasis (einmal pro Plattenrotation) gesammelt. Der Computer 90 kann programmiert werden, um die Messungen vom Überwachungssystem abzutasten, wenn das Substrat allgemein über dem transparenten Abschnitt 36 liegt (wie das durch den Positionssensor bestimmt wird). Wenn das Polieren fortschreitet, ändert sich das Reflexionsvermögen oder die Dicke der Metallschicht, und die abgetasteten Signale variieren mit der Zeit. Die zeitlich variierenden, abgetasteten Signale können als Spuren bezeichnet werden. Die Messungen von den Überwachungssystemen können auf einer Ausgabevorrichtung 92 während des Polierens angezeigt werden, um es der Bedienperson der Vorrichtung zu ermöglichen, den Fortschritt des Polierens visuell zu überwachen. Zusätzlich können, wie das unten diskutiert wird, die Spuren verwendet werden, um den Polierfortschritt zu kontrollieren und den Endpunkt des Polierens der Metallschicht zu bestimmen.A programmable general purpose digital computer 90 receives the intensity signals and the phase shift signals from the eddy current measuring system, and the intensity signals from the optical monitoring system. As the monitoring systems pass underneath the substrate with each rotation of the plate, information about the thickness of the metal layer and the exposure of the underlying layer in situ is collected on a continuous real-time basis (once per plate rotation). The computer 90 can be programmed to scan the measurements from the monitoring system when the substrate is generally above the transparent section 36 is (as determined by the position sensor). As polishing progresses, the reflectivity or thickness of the metal layer changes, and the sampled signals vary with time. The time-varying sampled signals may be referred to as tracks. The measurements from the monitoring systems can be made on an output device 92 during polishing to allow the operator of the device to visually monitor the progress of the polishing. In addition, as discussed below, the traces may be used to control the polishing progress and to determine the endpoint of polishing the metal layer.

Da Signale vom Wirbelstromüberwachungssystem 40 und dem optischen Überwachungssystem 140 in den Computer 90 eingegeben werden, so können eines oder beide der Überwachungssysteme für eine Endpunktbestimmung verwendet werden. Dies ermöglicht es dem chemisch-mechanischen Poliergerät, eine robuste Endpunktdetektion aufzuweisen für das Polieren sowohl von dielektrischen als auch metallischen Materialien. Die Signale von beiden Systemen können auf Endpunktkriterien überwacht werden, und die Detektion der Endpunktkriterien von den zwei Systemen kann mit verschiedenen Booleschen Logikoperationen (beispielsweise UND oder ODER) kombiniert werden, um den Polierendpunkt oder eine Änderung in den Verfahrensparametern auszulösen. Mögliche Verfahrenssteuer- und End punktkriterien für die Detektorlogik umfassen lokale Minima oder Maxima, Änderungen in der Neigung, Schwellwerte bezüglich der Amplitude oder der Neigung oder Kombinationen daraus. Ein Überwachungssystem kann dazu dienen, das andere Überwachungssystem zu bestätigen. Beispielsweise könnte es sein, dass das Poliergerät das Polieren nur bei der Detektion der passenden Endpunktkriterien sowohl beim Wirbelstromsignal als auch beim optischen Intensitätssignal anhält. Alternativ könnte ein System als ein Reserveendpunktdetektor dienen. Beispielsweise könnte das Poliergerät das Polieren nur aufgrund der Detektion eines ersten Endpunktkriteriums von einem System, beispielsweise dem Wirbelstromüberwachungssystem, anhalten, und wenn das Endpunktkriterium in einem gewissen Zeitrahmen nicht detektiert wird, könnte das Polieren bei der Detektion eines zweiten Endpunktkriteriums vom anderen System, beispielsweise dem optischen Überwachungssystem, angehalten werden. Zusätzlich könnten die zwei System während verschiedener Abschnitte des Polierens verwendet werden.. Beispielsweise könnte während des Metallpolierens (speziell des Polierens von Kupfer) ein Großteil des Substrats poliert werden, während es mit dem Wirbelstromüberwachungssystem überwacht wird.Because signals from the eddy current monitoring system 40 and the optical monitoring system 140 in the computer 90 one or both of the monitoring systems can be used for end point determination. This allows the CMP to provide robust endpoint detection for polishing both dielectric and metallic materials. The signals from both systems can be monitored for endpoint criteria, and the detection of the endpoint criteria from the two systems can be combined with various Boolean logic operations (e.g., AND or OR) to trigger the polishing endpoint or a change in process parameters. Possible process control and endpoint criteria for the detector logic include local minima or maxima, changes in slope, thresholds in amplitude or slope, or combinations thereof. One monitoring system may serve to confirm the other monitoring system. For example, the polisher might stop polishing only upon detection of the appropriate endpoint criteria for both the eddy current signal and the optical intensity signal. Alternatively, a system could serve as a reserve endpoint detector. For example, the polisher could stop polishing only due to the detection of a first endpoint criterion from a system, such as the eddy current monitoring system, and if the endpoint criterion is not detected in a certain time frame, the polishing could be detected by the other system, such as the other endpoint criterion optical monitoring system, to be stopped. In addition, the two systems could be used during various portions of the polishing. For example, during metal polishing (especially polishing of copper), much of the substrate could be polished while being monitored with the eddy current monitoring system.

Bei einem Polieren einer Metallschicht verwendet das CMP-Gerät 20 das Wirbelstromüberwachungssystem 40 und das optische Überwachungssystem 140, um zu bestimmen, wann die Masse der Füllerschicht entfernt wurde, und um zu bestimmen, wann die darunter liegende Stopschicht im wesentlichen freigelegt wurde. Der Computer 90 wendet eine Verfahrenssteuerung und eine Endpunktdetektionslogik auf die abgetasteten Signale an, um zu bestimmen, wann die Verfahrensparameter geändert werden, und um den Polierendpunkt zu detektieren. Wenn das Wirbelstromüberwachungssystem bestimmt, dass der Metallfilm eine vorbestimmte Dicke erreicht hat, kann das optische Überwachungssystem verwendet werden, um zu detektieren, wann die darunter liegende Isolatorschicht freigelegt ist.When polishing a metal layer, the CMP device uses 20 the eddy current monitoring system 40 and the optical monitoring system 140 to determine when the mass of the filler layer was removed and to determine when the underlying stop layer was substantially exposed. The computer 90 applies process control and endpoint detection logic to the sampled signals to determine when the process parameters are changed and to detect the polishing endpoint. When the eddy current monitoring system determines that the metal film has reached a predetermined thickness, the optical monitoring system may be used to detect when the underlying insulator layer is exposed.

Zusätzlich kann der Computer 90 programmiert werden, um die Messungen von Wirbelstromüberwachungssystem 40 und dem optischen Überwachungssystem 140 von jedem Durchlauf unter dem Substrat in eine Vielzahl von Abtastzonen 96 zu unterteilen, um die radiale Position jeder Abtastzone zu berechnen, um die Amplitudenmessungen in radiale Bereiche zu sortieren, um Minimum-, Maximum und Durchschnittsmessungen für jede Abtastzone zu bestimmen, und um mehrere radiale Bereiche zu verwenden, um den Polierendpunkt zu bestimmen, wie das in der US-Patentanmeldung mit der Seriennummer 09/460,529, die am 13. Dezember 1999 eingereicht wurde, diskutiert ist, wobei deren Gesamtheit hiermit durch Bezugnahme eingeschlossen wird.In addition, the computer can 90 be programmed to take the measurements of eddy current monitoring system 40 and the optical monitoring system 140 from each pass under the substrate to a plurality of scan zones 96 to divide the radial position of each scan zone to sort the amplitude measurements into radial regions to determine minimum, maximum, and average measurements for each scan zone, and to use multiple radial regions to determine the polishing end point in U.S. Patent Application Serial No. 09 / 460,529 filed December 13, 1999, the entirety of which is hereby incorporated by reference.

Der Computer 48 kann auch mit den Druckmechanismen verbunden sein, die den Druck steuern, der durch den Trägerkopf 70 ausgeübt wird, mit dem Trägerkopfrotationsmotor 76, um die Rotationsgeschwindigkeit des Trägerkopfs zu steuern, mit dem (nicht gezeigten) Plattenrotationsmotor, um die Plattenrotationsgeschwindigkeit zu steuern, oder mit dem Schlammverteilungssystem 39, um die Schlammzusammensetzung, die dem Polierkissen geliefert wird, zu steuern. Insbesondere kann nach dem Sortieren der Messungen in radiale Bereiche, die Information über die Metallfilmdicke in Echtzeit in eine Regelung eingegeben werden, um periodisch oder kontinuierlich das Poliedruckprofil, das durch den Trägerkopf ausgeübt wird, zu modifizieren, wie das in der US-Patentanmeldung mit der Seriennummer 09/609,426, die am 5. Juli 2000 eingereicht wurde, diskutiert ist, wobei deren Gesamtheit hiermit durch Bezugnahme eingeschlossen wird. Beispielsweise könnte der Computer bestimmten, dass die Endpunktkriterien für die äußeren radialen Bereiche aber nicht für die inneren radialen Bereiche erfüllt wurden. Dies würde anzeigen, dass die darunter liegende Schicht in einem ringförmigen äußeren Gebiet aber nicht in einem inneren Gebiet des Substrats freigelegt wurde. In diesem Fall könnte der Computer den Durchmesser des Gebietes reduzieren, in welchem der Druck aufgebracht wird, so dass der Druck nur auf das innere Gebiet des Substrats aufgebracht wird, um somit das Hohlschleifen und die Erosion des äußeren Gebiets des Substrats zu reduzieren.The computer 48 may also be associated with the pressure mechanisms that control the pressure passing through the carrier head 70 is exercised with the carrier head rotation motor 76 to control the rotation speed of the carrier head with the plate rotation motor (not shown) to control the plate rotation speed or with the mud distribution system 39 to control the mud composition supplied to the polishing pad. In particular, after sorting the measurements into radial regions, the metal film thickness information may be input to a control in real time to periodically or continuously modify the poling pressure profile exerted by the carrier head, as disclosed in US patent application Ser Serial No. 09 / 609,426, filed July 5, 2000, the entirety of which is hereby incorporated by reference is incorporated by reference. For example, the computer may determine that the endpoint criteria have been met for the outer radial regions but not for the inner radial regions. This would indicate that the underlying layer was exposed in an annular outer area but not in an inner area of the substrate. In this case, the computer could reduce the diameter of the area in which the pressure is applied, so that the pressure is applied only to the inner area of the substrate, thus reducing the hollow grinding and the erosion of the outer area of the substrate.

Ein Verfahren zum Polieren einer Metallschicht, wie einer Kupferschicht, ist in Flussdiagrammform in 12 gezeigt. Zuerst wird das Substrat an der ersten Polierstation 22a poliert, um die Masse der Metallschicht zu entfernen. Das Polierverfahren wird durch das Wirbelstromüberwachungssystem 40 überwacht. Wenn eine vorbestimmte Dicke, beispielsweise 2000 Angström, der Kupferschicht 14 auf der darunter liegenden Barriereschicht 16 übrig bleibt (siehe Figur), wird das Polierverfahren angehalten, und das Substrat wird zur zweiten Polierstation 22b überführt. Dieser erste Polierendpunkt kann ausgelöst werden, wenn das Phasenverschiebungssignal einen experimentell bestimmten Schwellwert überschreitet. Beispielhafte Polierparameter für die erste Polierstation umfassen einen Plattenrotationsgeschwindigkeit von 93 U/min, einen Trägerkopfdruck von ungefähr 3 psi, und ein IC-1010 Polierkissen. Wenn das Polieren an der ersten Polierstation voran schreitet, kann die radiale Dickeninformation vom Wirbelstromüberwachungssystem 40 in ein Regelsystem gegeben werden, um den Druck und/oder das Belastungsgebiet des Trägerkopfes 200 auf dem Substrat zu steuern. Der Druck des Halterings auf das Polierkissen kann auch eingestellt werden, um die Poliergeschwindigkeit einzustellen. Dies ermöglicht es dem Trägerkopf, die Nichtgleichförmigkeit bei der Polierrate oder die Nichtgleichförmigkeit der Dicke der Metallschicht des ankommenden Substrats zu kompensieren. Somit ist nach dem Polieren an der ersten Polierstation das Meiste der Metallschicht entfernt, und die Oberfläche der Metallschicht, die auf dem Substrat verbleibt, ist im wesentlichen planarisiert.A method for polishing a metal layer, such as a copper layer, is in flow chart form in FIG 12 shown. First, the substrate is at the first polishing station 22a polished to remove the mass of the metal layer. The polishing process is performed by the eddy current monitoring system 40 supervised. When a predetermined thickness, for example, 2000 angstroms, of the copper layer 14 on the underlying barrier layer 16 is left (see figure), the polishing process is stopped, and the substrate becomes the second polishing station 22b transferred. This first polishing endpoint may be triggered when the phase shift signal exceeds an experimentally determined threshold. Exemplary polishing parameters for the first polishing station include a plate rotation speed of 93 rpm, a carrier head pressure of about 3 psi, and an IC-1010 polishing pad. As the polishing progresses at the first polishing station, the radial thickness information may be from the eddy current monitoring system 40 be placed in a control system to the pressure and / or the load area of the carrier head 200 to control on the substrate. The pressure of the retaining ring on the polishing pad can also be adjusted to adjust the polishing rate. This allows the carrier head to compensate for the nonuniformity in the polishing rate or the nonuniformity of the thickness of the metal layer of the incoming substrate. Thus, after polishing at the first polishing station, most of the metal layer is removed, and the surface of the metal layer remaining on the substrate is substantially planarized.

An der zweiten Polierstation 22b wird das Substrat mit einer niedrigeren Polierrate als an der ersten Polierstation poliert. Beispielsweise wird die Polierrate um ungefähr einen Faktor von 2 bis 4, das heißt um ungefähr 50% bis 75% reduziert. Um die Polierrate zu reduzieren, kann der Trägerkopfdruck reduziert werden, die Rotationsgeschwindigkeit des Trägerkopfs kann reduziert werden, die Zusammensetzung des Schlamms kann geändert werden, um einen langsameren Polierschlamm einzuführen, und/oder die Plattenrotationsgeschwindigkeit könnte reduziert werden. Beispielsweise kann der Druck auf das Substrat vom Trägerkopf um ungefähr 33% bis 50% reduziert werden, und die Plattenrotationsgeschwindigkeit und die Rotationsgeschwindigkeit des Trägerkopfes können beide um ungefähr 50% reduziert werden. Beispielhafte Polierparameter für die zweite Polierstation 22b umfassen eine Rotationsgeschwindigkeit der Platte von 43 U/min, einen Druck des Trägerkopfes von ungefähr 2 psi, und ein IC-1010 Polierkissen.At the second polishing station 22b For example, the substrate is polished at a lower polishing rate than at the first polishing station. For example, the polishing rate is reduced by about a factor of 2 to 4, that is, by about 50% to 75%. In order to reduce the polishing rate, the carrier head pressure may be reduced, the rotational speed of the carrier head may be reduced, the composition of the slurry may be changed to introduce a slower polishing slurry, and / or the disk rotation speed may be reduced. For example, the pressure on the substrate may be reduced by about 33% to 50% from the carrier head, and both the disk rotation speed and the rotation speed of the carrier head may be reduced by about 50%. Exemplary polishing parameters for the second polishing station 22b include a disk rotation speed of 43 rpm, a carrier head pressure of approximately 2 psi, and an IC-1010 polishing pad.

Wahlweise kann, wenn das Polieren an der zweiten Polierstation beginnt, das Substrat kurz, beispielsweise für ungefähr 10 Sekunden, mit einem etwas höheren Druck von beispielsweise 3 psi und einer etwas höheren Rotationsgeschwindigkeit von beispielsweise 93 U/min poliert werden. Dieses anfängliche Polieren, das als „Initiierungsschritt" bezeichnet werden kann, kann notwendig sein, um natürliche Oxide, die auf der Metallschicht ausgebildet sind, zu entfernen, oder um ein Hochfahren der Rotationsgeschwindigkeit der Platte und des Drucks des Trägerkopfes zu kompensieren, um den erwarteten Durchsatz aufrecht zu halten.Optional For example, when polishing starts at the second polishing station, the Substrate short, for example approximately 10 seconds, with a little higher Pressure of, for example, 3 psi and a slightly higher rotational speed of for example 93 U / min. This initial one Polishing, referred to as the "initiation step" may, may be necessary to natural oxides that are on the metal layer are designed to remove, or to raise the rotational speed the plate and the pressure of the carrier head to compensate for the expected throughput.

Das Polierverfahren wird an der zweiten Polierstation 22b durch ein optisches Überwachungssystem überwacht. Das Polieren geht an der zweiten Polierstation 22b weiter, bis die Metallschicht entfernt und die darunter liegende Barriereschicht freigelegt ist. Natürlich können kleine Teile der Metallschicht auf dem Substrat verbleiben, wobei aber die Metallschicht im wesentlichen vollständig entfernt wird. Das optische Überwachungssystem ist nützlich für die Bestimmung dieses Endpunkts, da es die Änderung im Reflexionsvermögen detektieren kann, wenn die Barriereschicht freigelegt ist. Insbesondere kann der Endpunkt für die zweite Polierstation ausgelöst werden, wenn die Amplitude oder die Neigung des optischen Überwachungssignals unter einen experimentell bestimmten Schwellwert über allen Radialbereichen, die vom Computer überwacht werden, fällt. Dies zeigt an, dass die Barrieremetallschicht über im wesentlichen dem gesamten Substrat entfernt wurde. Natürlich kann, wenn das Polieren an der zweiten Polierstation 22b fortschreitet, die Information über die Reflexionsfähigkeit vom optischen Überwachungssystem 40 in einen Regelkreissystem gegeben werden, um den Druck und/oder das Belastungsgebiet des Trägerkopfs 200 auf dem Substrat zu steuern, um zu verhindern, dass die Gebiete der Barriereschicht, die am frühesten freigelegt werden, überpoliert werden.The polishing process is at the second polishing station 22b monitored by an optical monitoring system. The polishing goes to the second polishing station 22b continue until the metal layer is removed and the underlying barrier layer is exposed. Of course, small portions of the metal layer may remain on the substrate, but with the metal layer substantially completely removed. The optical monitoring system is useful for determining this endpoint because it can detect the change in reflectivity when the barrier layer is exposed. In particular, the endpoint for the second polish station may be triggered when the amplitude or slope of the monitor optical signal falls below an experimentally determined threshold across all radial areas monitored by the computer. This indicates that the barrier metal layer has been removed over substantially the entire substrate. Of course, when polishing at the second polishing station 22b progresses, the information about the reflectivity of the optical monitoring system 40 be placed in a closed loop system to the pressure and / or load area of the carrier head 200 on the substrate to prevent the areas of the barrier layer being exposed the earliest being polished.

Durch das Reduzieren der Polierrate, bevor die Barriereschicht freigelegt ist, können Hohlschleif- und Erosionseffekte reduziert werden. Zusätzlich wird die relative Reaktionszeit der Poliermaschine verbessert, um es der Poliermaschine zu ermöglichen, das Polieren anzuhalten und eine Überführung zur dritten Polierstation vorzunehmen, wobei weniger Material entfernt wird, nachdem das endgültige Endpunktkriterium detektiert wurde. Darüber hinaus können mehr Intensitätsmessungen nahe der erwarteten Polierendezeit gesammelt werden, um somit möglicherweise die Genauigkeit der Berechnung des Polierendpunkts zu verbessern. Durch das Aufrechthalten einer hohen Polierrate während des größten Teils des Polierens an der ersten Polierstation wird jedoch ein hoher Durchsatz erzielt. Vorzugsweise ist mindestens 75%, beispielsweise 80–90% des Massepolierens der Metallschicht vollendet, bevor der Druck des Trägerkopfes reduziert wird oder andere Polierparameter geändert werden.By reducing the polishing rate before the barrier layer is exposed, hollowing and erosion effects can be reduced. In addition, the relative reaction time of the polishing machine is improved to allow the polishing machine to stop polishing and a transfer to the third polishing station with less material removed after the final endpoint criterion has been detected. In addition, more intensity measurements can be collected near the expected polishing time, thus possibly improving the accuracy of the calculation of the polishing end point. However, maintaining a high polishing rate during most of the polishing at the first polishing station achieves high throughput. Preferably, at least 75%, for example 80-90%, of the bulk polishing of the metal layer is completed before the pressure of the carrier head is reduced or other polishing parameters are changed.

Wenn die Metallschicht an der zweiten Polierstation 22b entfernt wurde, wird das Substrat zur dritten Polierstation 22c für ein Entfernen der Barriereschicht überführt. Beispielhafte Polierparameter für die zweite Polierstation umfassen eine Rotationsgeschwindigkeit der Platte von 103 U/min, einen Druck des Trägerkopfes von 3 psi, und ein IC-1010 Polierkissen. Wahlweise kann das Substrat kurz mit einem Initiationsschritt, beispielsweise für ungefähr 5 Sekunden, mit einem etwas höheren Druck, beispielsweise 3 psi, und einer Rotationsgeschwindigkeit der Platte von beispielsweise 103 U/min poliert werden. Das Polierverfahren wird an der dritten Polierstation 22c durch ein optisches Überwachungssystem überwacht und setzt sich fort, bis die Barriereschicht im wesentlichen entfernt ist und die darunter liegende dielektrische Schicht im wesentlichen freigelegt ist. Dieselbe Schlammlösung kann an den ersten und zweiten Polierstationen verwendet werden, wohingegen eine andere Schlammlösung an der dritten Polierstation verwendet werden kann.When the metal layer at the second polishing station 22b has been removed, the substrate becomes the third polishing station 22c transferred for removal of the barrier layer. Exemplary polishing parameters for the second polishing station include a plate rotation rate of 103 rpm, a carrier head pressure of 3 psi, and an IC-1010 polishing pad. Optionally, the substrate may be polished briefly with an initiation step, for example, for about 5 seconds, at a slightly higher pressure, for example 3 psi, and a rotational speed of the plate of, for example, 103 rpm. The polishing process is at the third polishing station 22c monitored by an optical monitoring system and continues until the barrier layer is substantially removed and the underlying dielectric layer is substantially exposed. The same slurry solution may be used at the first and second polishing stations, whereas another slurry solution may be used at the third polishing station.

Ein alternatives Verfahren des Polierens einer Metallschicht, wie einer Kupferschicht, ist in Flussdiagrammform in 13 gezeigt. Dieses Verfahren ist ähnlich dem in 12 gezeigten Verfahren. Es werden jedoch der schnelle Polierschritt und der langsame Polierschritt an der ersten Polierstation 22a durchgeführt. Das Entfernen der Barriereschicht wird an der zweiten Polierstation 22b durchgeführt, und ein Hochglanzpolierschritt wird an der letzten Polierstation 22c durchgeführt.An alternative method of polishing a metal layer, such as a copper layer, is in flow chart form in FIG 13 shown. This procedure is similar to the one in 12 shown method. However, it becomes the fast polishing step and the slow polishing step at the first polishing station 22a carried out. The removal of the barrier layer is at the second polishing station 22b performed, and a mirror polishing step is at the last polishing station 22c carried out.

Die Wirbelstrom- und optischen Überwachungssysteme können in einer Vielzahl von Poliersystemen verwendet werden. Entweder das Polierkissen oder der Trägerkopf oder beide können sich bewegen, um eine relative Bewegung zwischen der Polierfläche und dem Substrat zu liefern. Das Polierkissen kann ein kreisförmiges Kissen (oder ein Kissen einer anderen Form), das an der Platte befestigt ist, ein Band, das sich zwischen Zufuhr- und Aufnahmerollen erstreckt, oder ein kontinuierliches Band sein. Das Polierkissen kann an einer Platte befestigt sein, sich inkrementell über eine Platte zwischen Polieroperationen vorwärts bewegen oder während des Polierens kontinuierlich über die Platte bewegt werden. Das Kissen kann während des Polierens an der Platte befestigt sein, oder es könnte eine Fluidlagerung zwischen der Platte und dem Polierkissen während des Polierens vorgesehen sein. Das Polierkissen kann ein raues Standardkissen (beispielsweise Polyurethan mit oder ohne Füllstoffe), ein weiches Kissen oder ein fest-abrasives Kissen sein. Statt einer Abstimmung, wenn das Substrat fehlt, kann die Ansteuerfrequenz des Oszillators auf eine Resonanzfrequenz oder eine andere Referenzgröße abgestimmt werden, wenn ein poliertes oder nicht poliertes Substrat vorhanden ist (mit oder ohne Trägerkopf).The Eddy current and optical monitoring systems can used in a variety of polishing systems. Either the polishing pad or the carrier head or both can to move relative to a movement between the polishing surface and to supply the substrate. The polishing pad can be a circular pillow (or a pillow of another shape) attached to the plate, a band extending between supply and take-up rolls, or be a continuous band. The polishing pad can be attached to a Plate attached, incrementally over a plate between polishing operations forward move or while of polishing continuously over the plate will be moved. The pillow can be attached to the plate while polishing be attached, or it could be a fluid bearing between the plate and the polishing pad during the Be provided polishing. The polishing pad can be a rough standard pillow (For example, polyurethane with or without fillers), a soft pillow or a solid-abrasive pad. Instead of a vote, if the substrate is missing, the driving frequency of the oscillator can tuned a resonant frequency or another reference size when a polished or unpolished substrate is present is (with or without carrier head).

Obwohl das optische Überwachungssystem 140 so dargestellt ist, dass es im selben Loch angeordnet ist, kann es an einem anderen Ort auf der Platte als das Wirbelstromüberwachungssystem 40 angeordnet sein. Beispielsweise könnten das optische Überwachungssystem 140 und das Wirbelstromüberwachungssystem 40 auf entgegengesetzten Seiten der Platte angeordnet sein, so dass sie wechselnd die Substratoberfläche abtasten.Although the optical monitoring system 140 as shown, that it is located in the same hole, it may be at a different location on the plate than the eddy current monitoring system 40 be arranged. For example, the optical surveillance system could 140 and the eddy current monitoring system 40 be arranged on opposite sides of the plate, so that they alternately scan the substrate surface.

Betrachtet man die 14, so umfasst in einer anderen Implementierung die erste Polierstation nur ein Wirbelstromüberwachungssystem 40 und kein optisches Überwachungssystem. In diesem Fall müsste der Abschnitt 36' des Kissens nicht transparent sein. Es könnte jedoch für den Abschnitt 36' vorteilhaft sein, wenn er relativ dünn ist. Wenn man beispielsweise annimmt, dass das Polierkissen 30 ein zweilagiges Kissen ist, so kann der dünne Kissenabschnitt 36' so konstruiert werden, wie das in 15A gezeigt ist, durch das Entfernen eines Abschnitt 33' der Trägerschicht 32'. Alternativ kann, wie das in 15B gezeigt ist, der dünne Kissenabschnitt 36'' durch das Entfernen eines Abschnitts 33' sowohl der Trägerschicht 32'' als auch eines Abschnitts der Deckschicht 34'' ausgebildet werden. Somit weist diese Implementierung eine Vertiefung in der Bodenfläche der Deckschicht 34'' im dünnen Kissenabschnitt 36'' auf. Wenn das Polierkissen ein einlagiges Kissen ist, so kann der dünne Kissenabschnitt 36 durch das Entfernen eines Abschnitts des Kissenmaterials ausgebildet werden, um eine Vertiefung in der Bodenfläche des Kissens zu schaffen. Wenn das Polierkissen selbst ausreichend dünn ist oder eine magnetische Permeabilität (oder Leitfähigkeit) aufweist, die mit den Wirbelstrommessungen nicht interferiert, so braucht das Kissen keine Modifikationen oder Vertiefungen aufweisen.Looking at the 14 Thus, in another implementation, the first polishing station includes only one eddy current monitoring system 40 and no optical monitoring system. In this case, the section would have to 36 ' the pillow should not be transparent. It could, however, for the section 36 ' be advantageous if it is relatively thin. For example, suppose that the polishing pad 30 is a two-ply pillow, so can the thin pillow section 36 ' be constructed as the in 15A is shown by removing a section 33 ' the carrier layer 32 ' , Alternatively, like that in 15B shown is the thin pillow section 36 '' by removing a section 33 ' both the carrier layer 32 '' as well as a portion of the topcoat 34 '' be formed. Thus, this implementation has a depression in the bottom surface of the cover layer 34 '' in the thin pillow section 36 '' on. If the polishing pad is a single-ply pad, then the thin pad section may 36 by removing a portion of the pad material to provide a recess in the bottom surface of the pad. If the polishing pad itself is sufficiently thin or has magnetic permeability (or conductivity) that does not interfere with the eddy current measurements, then the pad need not have any modifications or depressions.

Verschiedene Aspekte der Erfindung, wie die Platzierung der Spule auf einer Seite der Polierfläche entgegengesetzt dem Substrat oder die Messung einer Phasendifferenz, gelten auch dann, wenn der Wirbelstromsensor eine einzige Spule verwendet. In einem Einspulensystem sind der Oszillator und der Messkondensator (und andere Messschaltung) mit derselben Spule verbunden.Various aspects of the invention, such as placing the coil on one side of the polishing surface opposite the substrate or measuring a phase difference, are valid even when the eddy current sensor uses a single coil. In a single-coil system, the oscillator and the measuring capacitor (and other measuring circuit) are connected to the same coil.

Die vorliegende Erfindung wurde in Ausdrücken einer bevorzugten Ausführungsform beschrieben. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die dargestellte und beschriebene Ausführungsform beschränkt. Der Umfang der Erfindung wird vielmehr durch die angefügten Ansprüche bestimmt.The The present invention has been expressed in terms of a preferred embodiment described. However, the invention is not limited to the one shown and described embodiment limited. Of the Rather, the scope of the invention is determined by the appended claims.

Claims (64)

Chemisch-mechanisches Poliergerät, umfassend: ein Polierkissen (30); einen Träger (70), um ein Substrat (10) gegen eine erste Seite des Polierkissens zu halten; einen Wirbelstromsensor (58), der mindestens einen Induktor (42, 44, 46), einen Oszillator (50), der elektrisch mit dem mindestens einen Induktor gekoppelt ist, um einen Wechselstrom in einer Spule des Induktors zu induzieren und um somit ein magnetisches Wechselfeld zu erzeugen, und einen Kondensator (52), der elektrisch mit dem mindestens einen Induktor gekoppelt ist, einschließt, und einen Motor (76), der mit dem Polierkissen (30) und/oder dem Träger (70) gekoppelt ist, um eine relative Bewegung zwischen ihnen zu erzeugen; dadurch gekennzeichnet, dass der Induktor auf einer zweiten Seite des Polierkissens entgegengesetzt zum Substrat angeordnet ist, und dass der Induktor einen Kern (42) einschließt, der mindestens teilweise in einer Vertiefung im Polierkissen auf der zweiten Seite des Polierkissens angeordnet ist.Chemical mechanical polishing apparatus comprising: a polishing pad ( 30 ); a carrier ( 70 ) to a substrate ( 10 ) to hold against a first side of the polishing pad; an eddy current sensor ( 58 ), which has at least one inductor ( 42 . 44 . 46 ), an oscillator ( 50 ) electrically coupled to the at least one inductor to induce an alternating current in a coil of the inductor and thus to produce an alternating magnetic field, and a capacitor ( 52 ) electrically coupled to the at least one inductor, and a motor ( 76 ), with the polishing pad ( 30 ) and / or the carrier ( 70 ) to generate relative movement between them; characterized in that the inductor is disposed on a second side of the polishing pad opposite to the substrate, and that the inductor comprises a core ( 42 ) disposed at least partially in a recess in the polishing pad on the second side of the polishing pad. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern (42) im wesentlichen aus Ferrit besteht.Apparatus according to claim 1, characterized in that the core ( 42 ) consists essentially of ferrite. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern (42) zwei Schenkel und einen Verbindungsabschnitt zwischen den zwei Schenkeln einschließt.Apparatus according to claim 1, characterized in that the core ( 42 ) includes two legs and a connecting portion between the two legs. Gerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Induktor (40) eine erste Spule (44) und eine zweite Spule (46) umfasst, wobei die erste Spule um den Verbindungsabschnitt des Kerns (42) und die zweite Spule um mindestens einen der zwei Schenkel des Kerns (42) gewickelt ist.Apparatus according to claim 3, characterized in that the inductor ( 40 ) a first coil ( 44 ) and a second coil ( 46 ), wherein the first coil around the connecting portion of the core ( 42 ) and the second coil around at least one of the two legs of the core ( 42 ) is wound. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Induktor (40) eine erste Spule (44) und eine zweite Spule (46) umfasst, wobei die zweite Spule und der Kondensator (52) parallel verbunden sind.Apparatus according to claim 1, characterized in that the inductor ( 40 ) a first coil ( 44 ) and a second coil ( 46 ), wherein the second coil and the capacitor ( 52 ) are connected in parallel. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Oszillator (50) einen Wechselstrom mit einer im wesentlichen konstanten Frequenz induziert, die so ausgewählt ist, dass sie eine Resonanzfrequenz liefert, wenn sich das Substrat (10) nicht in der Nähe des Kerns (42) befindet.Device according to claim 1, characterized in that the oscillator ( 50 ) induces an alternating current at a substantially constant frequency selected to provide a resonant frequency as the substrate ( 10 ) not near the core ( 42 ) is located. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Polierkissen (30) eine obere Schicht (34) und eine untere Schicht (32) einschließt, und die Vertiefung (33) zumindest in einem Abschnitt der unteren Schicht (33) neben dem Kern (42) ausgebildet ist.Apparatus according to claim 1, characterized in that the polishing pad ( 30 ) an upper layer ( 34 ) and a lower layer ( 32 ) and the depression ( 33 ) at least in a portion of the lower layer ( 33 ) next to the core ( 42 ) is trained. Gerät nach Anspruch 1, wobei es weiter eine Platte (24) umfasst, um das Polierkissen (30) zu tragen, dadurch gekennzeichnet, dass der Induktor (40) mindestens eine Spule (44, 46), die um den Kern gewickelt ist, umfasst.Apparatus according to claim 1, further comprising a plate ( 24 ) to the polishing pad ( 30 ), characterized in that the inductor ( 40 ) at least one coil ( 44 . 46 ) wound around the core. Gerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Platte (24) drehbar ist.Apparatus according to claim 8, characterized in that the plate ( 24 ) is rotatable. Gerät nach Anspruch 1, wobei es weiter eine Platte (24), um das Polierkissen (30) zu tragen, einen Positionssensor (140), um eine Winkelposition der Platte zu bestimmen, und eine Steuerung, um Daten vom Wirbelstromsensor (50) zu nehmen, wenn der mindestens eine Induktor (40) neben dem Substrat (10) angeordnet ist, umfasst.Apparatus according to claim 1, further comprising a plate ( 24 ) to the polishing pad ( 30 ), a position sensor ( 140 ) to determine an angular position of the disk, and a controller to acquire data from the eddy current sensor (FIG. 50 ), if the at least one inductor ( 40 ) next to the substrate ( 10 ) is arranged. Gerät nach Anspruch 1, wobei es weiter einen Computer (90) umfasst, um das Ausgangssignal vom Sensor (140) zu empfangen und zu überwachen, während das Substrat (10) das Polierkissen kontaktiert und der Oszillator (50) einen Wechselstrom induziert.Apparatus according to claim 1, further comprising a computer ( 90 ) to read the output signal from the sensor ( 140 ) and monitor while the substrate ( 10 ) contacted the polishing pad and the oscillator ( 50 ) induces an alternating current. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Polierkissen eine Deckschicht (34) auf der ersten Seite des Polierkissens (31) und eine Trägerschicht (32) auf der zweiten Seite des Polierkissens einschließt, und die Vertiefung (33) durch das Entfernen eines Teils der Trägerschicht ausgebildet wird.Apparatus according to claim 1, characterized in that the polishing pad a cover layer ( 34 ) on the first side of the polishing pad ( 31 ) and a carrier layer ( 32 ) on the second side of the polishing pad, and the recess ( 33 ) is formed by removing a part of the carrier layer. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern (42) zwei Pole einschließt, die neben der Vertiefung (33) im Polierkissen (30) angeordnet sind, und dass der mindestens eine Induktor (44) um einen ersten Abschnitt des Kerns (42) gewickelt ist.Apparatus according to claim 1, characterized in that the core ( 42 ) includes two poles adjacent to the recess ( 33 ) in the polishing pad ( 30 ) are arranged, and that the at least one inductor ( 44 ) around a first section of the core ( 42 ) is wound. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Oszillator (50) den Wechselstrom mit einer im wesentlichen konstanten Frequenz induziert.Device according to claim 1, characterized in that the oscillator ( 50 ) induces the alternating current at a substantially constant frequency. Gerät nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Induktor (40) eine erste Spule (44) und eine zweite Spule (46) umfasst, wobei der Oszillator (50) elektrisch mit der ersten Spule (44) gekoppelt ist, um einen Wechselstrom in der ersten Spule zu induzieren.Apparatus according to claim 14, characterized in that the inductor ( 40 ) a first coil ( 44 ) and a second coil ( 46 ), wherein the oscillator ( 50 ) electrically with the first coil ( 44 gekop pelt is to induce an alternating current in the first coil. Gerät nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Kondensator (52) mit der zweiten Spule (46) elektrisch gekoppelt ist.Apparatus according to claim 15, characterized in that the capacitor ( 52 ) with the second coil ( 46 ) is electrically coupled. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Oszillator (50) einen Wechselstrom mit einer Frequenz induziert, die ausgewählt ist, um eine Resonanzfrequenz zu liefern, wenn sich das Substrat (10) nicht in der Nähe des Kerns (42) befindet.Device according to claim 1, characterized in that the oscillator ( 50 ) induces an alternating current at a frequency selected to provide a resonant frequency when the substrate ( 10 ) not near the core ( 42 ) is located. Gerät nach Anspruch 17, wobei es weiter ein Endpunktdetektionssystem umfasst, um ein Ausgangssignal vom Wechselstromsensor (58) zu empfangen, wobei das Endpunktdetektionssystem konfiguriert ist, um einen Polierendpunkt zu signalisieren, wenn das Ausgangssignal einen vorbestimmten Schwellwert überschreitet.Apparatus according to claim 17, further comprising an endpoint detection system for receiving an output signal from said AC sensor (10). 58 ), wherein the endpoint detection system is configured to signal a polishing endpoint when the output signal exceeds a predetermined threshold. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wechselstromsensor (58) in einem Dickenüberwachungssystem (40) der leitenden Schicht eingeschlossen ist, dass der Oszillator (50) ein Ansteuersignal erzeugt, und dass der Kondensator (52) in der Messschaltung eingeschlossen ist, um das magnetische Wechselfeld zu messen und ein Messsignal zu erzeugen, und weiter eine Phasenvergleichsschaltung umfasst, die mit dem Oszillator und der Messschaltung verbunden ist, um eine Phasendifferenz zwischen dem Messsignal und dem Ansteuersignal zu messen und daraus ein Phasendifferenzsignal zu erzeugen; und es einen Computer (90) umfasst, um das Phasendifferenzsignal zu empfangen und das Phasendifferenzsignal auf Polierendpunktkriterien zu überwachen.Apparatus according to claim 1, characterized in that the alternating current sensor ( 58 ) in a thickness monitoring system ( 40 ) of the conductive layer is included, that the oscillator ( 50 ) generates a drive signal, and that the capacitor ( 52 ) is included in the measurement circuit to measure the alternating magnetic field and generate a measurement signal, and further comprises a phase comparison circuit connected to the oscillator and the measurement circuit for measuring a phase difference between the measurement signal and the drive signal, and from this a phase difference signal to create; and there is a computer ( 90 ) to receive the phase difference signal and monitor the phase difference signal for polishing endpoint criteria. Gerät nach Anspruch 19, wobei es weiter mindestens ein erstes Gatter (100, 102) umfasst, um sinusförmige Signale vom Induktor (42, 44, 46) und vom Oszillator (50) in erste und zweite Rechteckwellensignale umzuwandeln.Apparatus according to claim 19, further comprising at least a first gate ( 100 . 102 ) to receive sinusoidal signals from the inductor ( 42 . 44 . 46 ) and the oscillator ( 50 ) into first and second square wave signals. Gerät nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine erste Gatter (100, 102) ein XOR-Gatter (Exklusiv-Oder-Gatter) ist.Apparatus according to claim 20, characterized in that the at least one first gate ( 100 . 102 ) is an XOR (Exclusive-OR) gate. Gerät nach Anspruch 20, wobei es weiter eine Vergleichsvorrichtung (104) umfasst, um das erste Rechteckwellensignal mit dem zweiten Rechteckwellensignal zu vergleichen, um ein drittes Rechteckwellensignal zu erzeugen.Apparatus according to claim 20, further comprising a comparison device ( 104 ) to compare the first square wave signal with the second square wave signal to produce a third square wave signal. Gerät nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Vergleichsvorrichtung ein XOR-Gatter (Exklusiv-Oder-Gatter) 104 ist.Apparatus according to claim 22, characterized in that the comparison device is an XOR gate (exclusive OR gate) 104 is. Gerät nach Anspruch 22, wobei es weiter einen Filter (106) umfasst, um das dritte Rechteckwellensignal in ein Differentialsignal umzuwandeln, das eine Amplitude aufweist, die proportional der Phasendifferenz zwischen den ersten und zweiten Rechteckwellensignalen ist.Apparatus according to claim 22, further comprising a filter ( 106 ) to convert the third square wave signal into a differential signal having an amplitude proportional to the phase difference between the first and second square wave signals. Gerät nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Phasenvergleichsschaltung ein Signal mit einem Tastverhältnis proportional zur Phasendifferenz erzeugt.device according to claim 19, characterized in that the phase comparison circuit a signal with a duty cycle generated proportional to the phase difference. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wechselstromsensor in einem Wechselstromüberwachungssystem eingeschlossen ist, das positioniert ist, um das magnetische Wechselfeld in der Nähe des Substrats zu erzeugen, und weiter umfasst: ein optisches Überwachungssystem, das einen Lichtstrahl erzeugt und Reflektionen des Lichtstrahls vom Substrat detektiert; und eine Steuerung, um die Signale vom Wirbelstromüberwachungssystem und dem optischen Überwachungssystem zu empfangen.device according to claim 1, characterized in that the alternating current sensor in an AC monitoring system is included, which is positioned to the alternating magnetic field near of the substrate, and further comprising: an optical monitoring system, which generates a light beam and reflections of the light beam detected by the substrate; and a controller to the signals from the eddy current monitoring system and the optical monitoring system to recieve. Gerät nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Überwachungssystem eine Lichtquelle und einen Photodetektor, der auf einer zweiten Seite des Polierkissens gegenüber dem Substrat angeordnet ist, einschließt.device according to claim 26, characterized in that the optical monitoring system a Light source and a photodetector on a second side the polishing pad opposite the substrate is arranged includes. Gerät nach Anspruch 27, wobei es weiter eine Platte umfasst und dadurch gekennzeichnet ist, dass die Lichtquelle und der Photodetektor in einem ersten Hohlraum in einer Platte unterhalb des Polierkissens angeordnet sind.device according to claim 27, further comprising a plate and thereby is characterized in that the light source and the photodetector in a first cavity in a plate below the polishing pad are arranged. Gerät nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass der Induktor zumindest teilweise im ersten Hohlraum in der Platte angeordnet ist.device according to claim 28, characterized in that the inductor at least partially disposed in the first cavity in the plate. Gerät nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass der Induktor zumindest teilweise in einem zweiten Hohlraum in der Platte getrennt vom ersten Hohlraum angeordnet ist.device according to claim 28, characterized in that the inductor at least partially in a second cavity in the plate separate from the first Cavity is arranged. Gerät nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass das Wirbelstromüberwachungssystem und das optische Überwachungssystem angeordnet sind, um im wesentlichen dieselbe radiale Position auf dem Substrat zu überwachen.device according to claim 26, characterized in that the eddy current monitoring system and the optical monitoring system are arranged to substantially the same radial position to monitor the substrate. Gerät nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung konfiguriert ist, um Endpunktkriterien in Signalen sowohl vom Wirbelstromüberwachungssystem als auch vom optischen Überwachungssystem zu detektieren.device according to claim 26, characterized in that the controller is configured is to endpoint criteria in signals from both the eddy current monitoring system as well as the optical monitoring system to detect. Verfahren zur Überwachung einer Dicke einer leitenden Schicht in einem Substrat während eines Poliervorgangs, umfassend: Positionieren eines Substrats auf einer ersten Seite einer Polierfläche; Erzeugen eines magnetischen Wechselfeldes von einem Induktor, der gegenüber dem Substrat angeordnet ist, wobei sich das Magnetfeld durch die Polierfläche erstreckt, um Wirbelströme in der leitenden Schicht zu induzieren; und Detektieren einer Änderung im magnetischen Wechselfeld, die durch eine Änderung der Dicke der leitenden Schicht verursacht wird; dadurch gekennzeichnet, dass der Induktor einen Kern einschließt, der zumindest teilweise in einer Vertiefung auf einer zweiten Seite der Polierfläche angeordnet ist.A method of monitoring a thickness of a conductive layer in a substrate during a polishing process, comprising: Positioning a substrate on a first side of a polishing surface; Generating an alternating magnetic field from an inductor disposed opposite to the substrate, the magnetic field extending through the polishing surface to induce eddy currents in the conductive layer; and detecting a change in the alternating magnetic field caused by a change in the thickness of the conductive layer; characterized in that the inductor includes a core at least partially disposed in a recess on a second side of the polishing surface. Verfahren nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, dass das Erzeugen eines magnetischen Wechselfeldes von einem Induktor das Ansteuern einer ersten Spule mit einem Oszillator bei einer ersten Frequenz einschließt.Method according to claim 33, characterized in that generating an alternating magnetic field from an inductor driving a first coil with an oscillator at a includes first frequency. Verfahren nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Frequenz eine Resonanzfrequenz ist, wenn sich das Substrat nicht in der Nähe des Magnetfeldes befindet.A method according to claim 34, characterized that the first frequency is a resonant frequency when the Substrate not close the magnetic field is located. Verfahren nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, dass das Detektieren einer Änderung im magnetischen Wechselfeld das Messen des magnetischen Wechselfeldes mit einer zweiten Spule einschließt.A method according to claim 34, characterized that detecting a change in alternating magnetic field measuring the alternating magnetic field including a second coil. Verfahren nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Spule parallel mit einem Kondensator verbunden ist.Method according to Claim 36, characterized that the second coil is connected in parallel with a capacitor. Verfahren nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Spule um einen ersten Abschnitt des Kerns und die zweite Spule um einen zweiten Abschnitt des Kerns gewickelt ist.Method according to Claim 36, characterized that the first coil around a first portion of the core and the second coil is wound around a second portion of the core. Verfahren nach Anspruch 33, wobei es weiter die Bestimmung, wann der Induktor sich neben dem Substrat befindet, umfasst.The method of claim 33, further comprising Determining when the inductor is next to the substrate, includes. Verfahren nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, dass das Erzeugen eines magnetischen Wechselfeldes von einem Induktor das Ansteuern des Induktors mit einem ersten Signal einschließt, und dass das Detektieren einer Änderung im magnetischen Wechselfeld das Erzeugen eines zweiten Signals vom magnetischen Wechselfeld einschließt.Method according to claim 33, characterized in that generating an alternating magnetic field from an inductor including driving the inductor with a first signal, and that detecting a change in alternating magnetic field generating a second signal from includes magnetic alternating field. Verfahren nach Anspruch 40, wobei es weiter das Bestimmen einer Änderung der Amplitude im zweiten Signal umfasst.The method of claim 40, further comprising Determine a change the amplitude in the second signal. Verfahren nach Anspruch 40, wobei es weiter das Bestimmen einer Änderung der Phasendifferenz zwischen dem ersten Signal und dem zweiten Signal umfasst.The method of claim 40, further comprising Determine a change the phase difference between the first signal and the second signal comprises. Verfahren nach Anspruch 33, wobei es weiter umfasst: das Anhalten des Polierens, wenn ein Wirbelstromsignal, das mit der detektierten Änderung im magnetischen Wechselfeld verbunden ist, ein oder mehrere Endpunktkriterien zeigt.The method of claim 33, further comprising: the Stopping polishing when an eddy current signal coincides with the detected change in the alternating magnetic field, one or more endpoint criteria shows. Verfahren nach Anspruch 43, dadurch gekennzeichnet, dass die Endpunktkriterien das Wirbelstromsignal, das einen Stärkeschwellwert durchläuft, umfassen.Method according to claim 43, characterized in that that the endpoint criteria the eddy current signal, which is a threshold value passes through. Verfahren nach Anspruch 43, dadurch gekennzeichnet, dass die Endpunktkriterien eine Neigung der Abflachung des Wirbelstromsignals umfassen.Method according to claim 43, characterized in that the endpoint criteria have a tendency to flatten the eddy current signal include. Verfahren nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, dass das Erzeugen des magnetischen Wechselfeldes das Erregen einer Spule, die im Induktor eingefügt ist, mit einem ersten Signal umfasst; und dass das Detektieren einer Änderung im magnetischen Wechselfeld, die durch eine Änderung der Dicke der leitenden Schicht verursacht wird, das Messen des magnetischen Wechselfeldes und das Erzeugen eines zweiten Signals, das das Magnetfeld anzeigt, umfasst; und weiter umfassend: Vergleichen der ersten und zweiten Signale, um eine Phasendifferenz zwischen ihnen zu bestimmen; und Überwachen der Phasendifferenz auf Polierendpunktkriterien hin.Method according to claim 33, characterized that generating the alternating magnetic field exciting a Coil inserted in the inductor is comprising, with a first signal; and that detecting a change in alternating magnetic field caused by a change in the thickness of the conductive Layer, measuring the alternating magnetic field and generating a second signal indicative of the magnetic field includes; and further comprising: Compare the first and second signals to determine a phase difference between them; and Monitor the phase difference on polishing endpoint criteria. Verfahren nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, dass der Induktor in einem Wirbelstromüberwachungssystem eingefügt ist, und weiter umfassend: Erzeugen eines ersten Signals von einem Wirbelstromüberwachungssystem; Erzeugen eines zweiten Signals von einem optischen Überwachungssystem; Überwachen der ersten und zweiten Signale auf Endpunktkriterien.Method according to claim 33, characterized that the inductor is incorporated in an eddy current monitoring system, and further comprising: Generating a first signal from one Eddy current monitoring system; Produce a second signal from an optical monitoring system; Monitor the first and second signals to endpoint criteria. Verfahren nach Anspruch 47, wobei es weiter das Anhalten des Polierens umfasst, wenn die Endpunktkriterien sowohl in den ersten als auch den zweiten Signalen detektiert werden.The method of claim 47, further comprising Stopping polishing includes when the endpoint criteria both be detected in the first and the second signals. Verfahren nach Anspruch 47, wobei es weiter das Anhalten des Polierens umfasst, wenn die Endpunktkriterien im ersten oder im zweiten Signal detektiert werden.The method of claim 47, further comprising Stop polishing includes when the endpoint criteria in the first or detected in the second signal. Verfahren nach Anspruch 47, dadurch gekennzeichnet, dass der Überwachungsschritt das Überwachen des Signals vom Wirbelstromüberwachungssystem, bis die leitenden Schicht eine vorbestimmte Dicke erreicht, und dann das Überwachen des Signals vom optischen Überwachungssystem umfasst.A method according to claim 47, characterized in that the monitoring step comprises monitoring the signal from the eddy current monitor tion system until the conductive layer reaches a predetermined thickness and then comprises monitoring the signal from the optical monitoring system. Verfahren nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, dass der Induktor in einem Wirbelstromüberwachungssystem eingeschlossen ist, und weiter umfassend: Polieren des Substrats in einer ersten Polierstation mit einer ersten Polierfläche mit einer ersten Poliergeschwindigkeit; Überwachen des Polierens an der ersten Polierstation mit einem Wirbelstromüberwachungssystem; Überführen des Substrats auf eine zweite Polierstation, wenn das Wirbelstromüberwachungssystem anzeigt, dass eine vorbestimmte Dicke der leitenden Schicht auf dem Substrat verbleibt; Polieren des Substrats an der zweiten Polierstation mit einer zweiten Polierfläche mit einer zweiten Poliergeschwindigkeit, die geringer als die erste Poliergeschwindigkeit ist; Überwachen des Polierens an der zweiten Polierstation mit einem optischen Überwachungssystem; und Anhalten des Polierens, wenn das optische Überwachungssystem anzeigt, dass eine erste darunter liegende Schicht mindestens teilweise freigelegt ist.Method according to claim 33, characterized that the inductor is included in an eddy current monitoring system is, and further comprising: Polishing the substrate in one first polishing station having a first polishing surface with a first polishing speed; Monitor polishing at the first polishing station with an eddy current monitoring system; Transferring the Substrate on a second polishing station when the eddy current monitoring system indicates that a predetermined thickness of the conductive layer on the substrate remains; Polishing the substrate at the second Polishing station having a second polishing surface with a second polishing speed, which is less than the first polishing speed; Monitor polishing at the second polishing station with an optical monitoring system; and Stopping polishing when the optical monitoring system indicates that a first underlying layer at least partially is exposed. Verfahren nach Anspruch 51, dadurch gekennzeichnet, dass die erste darunter liegende Schicht eine Barriereschicht ist.Process according to claim 51, characterized in that the first underlying layer is a barrier layer. Verfahren nach Anspruch 52, wobei es weiter das Überführen des Substrats auf eine dritte Polierstation und das Polieren des Substrats mit einer dritten Polierfläche umfasst.The method of claim 52, further comprising transferring the Substrate on a third polishing station and polishing the substrate with a third polishing surface includes. Verfahren nach Anspruch 53, wobei es weiter das Überwachen des Polierens an der dritten Polierstation mit einem zweiten optischen Überwachungssystem und das Anhalten des Polierens, wenn das zweite optische Überwachungssystem anzeigt, dass eine zweite darunter liegende Schicht zumindest teilweise freigelegt ist, umfasst.The method of claim 53, further comprising monitoring polishing at the third polishing station with a second optical monitoring system and stopping the polishing when the second optical monitoring system indicates that a second underlying layer at least partially is exposed. Verfahren nach Anspruch 53, dadurch gekennzeichnet dass das Polieren an der dritten Polierstation sich fortsetzt, bis die zweite darunter liegende Schicht im wesentlichen vollständig freigelegt ist.A method according to claim 53, characterized that the polishing at the third polishing station continues until the second underlying layer is substantially completely exposed is. Verfahren nach Anspruch 51, dadurch gekennzeichnet, dass das Polieren an der zweiten Polierstation sich fortsetzt, bis die erste darunter liegende Schicht im wesentlichen vollständig freigelegt ist.Process according to claim 51, characterized in that that the polishing at the second polishing station continues until the first underlying layer is substantially completely exposed is. Verfahren nach Anspruch 51, dadurch gekennzeichnet, dass das Polieren des Substrats an der zweiten Polierstation einen anfänglichen Polierschritt mit einem höheren Druck als das verbleibende Polieren an der zweiten Polierstation einschließt.Process according to claim 51, characterized in that polishing the substrate at the second polishing station initial Polishing step with a higher Pressure as the remaining polishing at the second polishing station includes. Verfahren nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, dass der Induktor in einem Wirbelstromüberwachungssystem eingeschlossen ist und es weiter umfasst: Polieren des Substrats an der ersten Polierstation mit einer ersten Polierfläche mit einer ersten Poliergeschwindigkeit; Überwachen des Polierens an der ersten Polierstation mit dem Wirbelstromüberwachungssystem; Reduzieren der Poliergeschwindigkeit an der ersten Polierstation, wenn das Wirbelstromüberwachungssystem anzeigt, dass eine vorbestimmte Dicke der leitenden Schicht auf dem Substrat verbleibt; Überwachen des Polierens an der ersten Polierstation mit einem optischen Überwachungssystem; und Anhalten des Polierens, wenn das optische Überwachungssystem anzeigt, dass eine erste darunter liegende Schicht zumindest teilweise freigelegt ist.Method according to claim 33, characterized that the inductor is included in an eddy current monitoring system is and it further includes: Polishing the substrate at the first Polishing station having a first polishing surface at a first polishing speed; Monitor polishing at the first polishing station with the eddy current monitoring system; To reduce the polishing speed at the first polishing station when the Eddy current monitoring system indicates that a predetermined thickness of the conductive layer on the substrate remains; Monitor polishing at the first polishing station with an optical monitoring system; and Stopping polishing when the optical monitoring system indicates that a first underlying layer at least partially is exposed. Verfahren nach Anspruch 58, dadurch gekennzeichnet, dass die erste darunter liegende Schicht eine Barriereschicht ist.Method according to claim 58, characterized the first underlying layer is a barrier layer. Verfahren nach Anspruch 58, wobei es weiter das Überführungen des Substrats auf eine zweite Polierstation und das Polieren des Substrats mit einer zweiten Polieroberfläche umfasst.The method of claim 58, further comprising the transfers of the substrate to a second polishing station and polishing the Substrate having a second polishing surface. Verfahren nach Anspruch 60, wobei es weiter das Überwachen des Polierens an der zweiten Polierstation mit einem zweiten optischen Überwachungssystem und das Anhalten des Polierens, wenn das zweite optische Überwachungssystem anzeigt, dass eine zweite darunter liegende Schicht zumindest teilweise freigelegt ist, umfasst.The method of claim 60, further comprising monitoring polishing at the second polishing station with a second optical monitoring system and stopping the polishing when the second optical monitoring system indicates that a second underlying layer at least partially is exposed. Verfahren nach Anspruch 61, wobei es weiter das Überführen des Substrats auf eine dritte Polierstation und das Hochglanzpolieren des Substrats mit einer Hochglanzpolierfläche umfasst.The method of claim 61, further comprising transferring the Substrate on a third polishing station and the high-gloss polishing of the substrate with a mirror finish surface. Verfahren nach Anspruch 58, dadurch gekennzeichnet, dass das Polieren an der zweiten Polierstation sich fortsetzt, bis die erste darunter liegende Schicht im wesentlichen vollständig freigelegt ist.Method according to claim 58, characterized that the polishing at the second polishing station continues until the first underlying layer is substantially completely exposed is. Verfahren nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, dass der Induktor in einem Wirbelstromüberwachungssystem eingeschlossen ist, und es weiter umfasst: Polieren des Substrats mit einer ersten Poliergeschwindigkeit; Überwachen des Polierens mit dem Wirbelstromüberwachungssystem; Reduzieren der Poliergeschwindigkeit, wenn das Wirbelstromüberwachungssystem anzeigt, dass eine vorbestimmte Dicke der Metallschicht auf dem Substrat verbleibt; Überwachen des Polierens mit einem optischen Überwachungssystem; und Anhalten des Polierens, wenn das optische Überwachungssystem anzeigt, dass eine darunter liegende Schicht zumindest teilweise freigelegt ist.The method of claim 33, characterized in that the inductor is included in an eddy current monitoring system, and further comprising: polishing the substrate at a first polishing speed; Monitoring the polishing with the eddy current monitoring system; Reducing the polishing rate when the eddy current monitoring system indicates that a predetermined thickness of the metal layer remains on the substrate; Monitoring the polishing with an optical monitoring system; and Stopping polishing when the optical monitoring system indicates that an underlying layer is at least partially exposed.
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