JP2009049147A - Metal-film-end detecting method and its device - Google Patents

Metal-film-end detecting method and its device Download PDF

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Daichi Nagai
大智 永井
Takashi Fujita
隆 藤田
Toshiyuki Yokoyama
利幸 横山
Keita Kitade
恵太 北出
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a metal-film-end detecting method which uses a high frequency wave that is easy to be built in a platen etc. in a polishing device, its space resolution is high, and certainly detects the polishing end of metal film in high accuracy. <P>SOLUTION: The metal-film-end detecting method uses a high frequency wave with which a predetermined metal film surface 8 is irradiated in a predetermine area so that the irradiated surface crosses the predetermined metal film 8, and which detects the polishing end of the predetermined metal film 8 on the basis of the inflection point which is generated in at least characteristics of either a reflected wave from the predetermined metal film 8, or a transmitted wave transmitted through the predetermined metal film 8 and wafer W. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、高周波を用いた金属膜終点検出方法とその装置に関するものであり、特に、化学機械研磨加工（ＣＭＰ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）等においてウェーハ上の金属膜の研磨終点を高い精度で確実に検出することが可能な高周波を用いた金属膜終点検出方法とその装置に関するものである。   The present invention relates to a method and apparatus for detecting a metal film end point using a high frequency, and in particular, reliably and accurately a polishing end point of a metal film on a wafer in CMP (Chemical Mechanical Polishing) or the like. The present invention relates to a metal film end point detection method and apparatus using high frequency capable of detection.

半導体ウェーハの表面に例えば酸化膜を形成し、該酸化膜にリソグラィ及びエッチングを施して配線パターンに対応した溝パターンを形成し、この上に前記溝パターンを充填するためのＣｕ等からなる金属膜を成膜し、該金属膜のうち不要部分をＣＭＰにより研磨除去して配線パターンを形成するプロセスが知られている。この配線パターン等の形成では、不要な金属膜が、残膜の生じることなく適正な厚さ除去されたときの研磨終点を確実に検出して研磨を停止することが極めて重要である。   For example, an oxide film is formed on the surface of a semiconductor wafer, and the oxide film is subjected to lithography and etching to form a groove pattern corresponding to the wiring pattern, and a metal film made of Cu or the like for filling the groove pattern thereon A process for forming a wiring pattern by polishing and removing unnecessary portions of the metal film by CMP is known. In the formation of this wiring pattern or the like, it is extremely important to stop the polishing by reliably detecting the polishing end point when an unnecessary metal film is removed with an appropriate thickness without causing a residual film.

これに関連する従来技術として、例えば次のようなウェーハ研磨方法及びその装置が知られている。この従来技術は、研磨パッドを張り付けたプラテンを回転し、研磨パッド上にスラリーを供給しつつ、ウェーハ支持板に保持したウェーハを該ウェーハ支持板により回転させながら押し付け研磨する研磨装置において、プラテンの上面には、中心付近から周縁近くまで延びた溝が設けられ、該溝の長手方向ほぼ中央に下方が円錐状に拡大した貫通孔が形成されている。該貫通孔の溝側には、スラリーの漏れを防止するための透明窓材が嵌め込まれている。   As a related art related to this, for example, the following wafer polishing method and apparatus are known. This prior art is a polishing apparatus that rotates a platen attached with a polishing pad, supplies slurry onto the polishing pad, and presses and polishes the wafer held on the wafer support plate while rotating by the wafer support plate. A groove extending from the vicinity of the center to the vicinity of the peripheral edge is provided on the upper surface, and a through-hole having a downwardly expanding conical shape is formed at substantially the center in the longitudinal direction of the groove. A transparent window material for preventing leakage of the slurry is fitted into the groove side of the through hole.

プラテンの下面側には、該透明窓材の回転路に面してウェーハの研磨面に光を照射しその反射光を受光するプローブが配置されている。該プローブは光ケーブルに接続され、その他端は二股に別れ分光反射率測定装置と測定用光源に接続されている。そして、測定用光源からウェーハの研磨面に光を照射してその反射光を分光反射率測定装置に入れ、膜が目標の厚さになったときの分光反射率を予め計算で求めておいて、測定した分光反射率の特徴が計算と一致した時点で残存する層の膜厚が所望の厚さになったことを検知している（例えば、特許文献１参照）。   On the lower surface side of the platen, a probe is disposed that faces the rotation path of the transparent window member and irradiates the polished surface of the wafer with light and receives the reflected light. The probe is connected to an optical cable, and the other end is divided into two parts and connected to a spectral reflectance measuring device and a measurement light source. Then, light is irradiated onto the polished surface of the wafer from the light source for measurement, and the reflected light is put into the spectral reflectance measuring device, and the spectral reflectance when the film reaches the target thickness is calculated in advance. When the measured spectral reflectance characteristics coincide with the calculation, it is detected that the thickness of the remaining layer has reached a desired thickness (see, for example, Patent Document 1).

また、他の従来技術として、例えば、次の（イ）〜（ハ）に示すような方法が知られている。（イ）所定の発振周波数の超音波を所定の周期でパルス状に発射してウェーハによる表面反射波と裏面反射波との干渉波で膜厚変化を測定して研磨終点を検出するようにしている（例えば、特許文献２参照）。   As other conventional techniques, for example, the following methods (a) to (c) are known. (A) An ultrasonic wave having a predetermined oscillation frequency is emitted in a pulse shape at a predetermined period, and a change in film thickness is measured by an interference wave between a front surface reflected wave and a back surface reflected wave by a wafer to detect a polishing end point. (For example, refer to Patent Document 2).

（ロ）研磨剤スラリー廃液に電磁波を与え、その電磁波により励起された共振周波数と共振電圧を測定して化学機械研磨の研磨終点を検出するようにしている（例えば、特許文献３参照）。   (B) An electromagnetic wave is applied to the abrasive slurry waste liquid, and a resonance frequency and a resonance voltage excited by the electromagnetic wave are measured to detect a polishing end point of chemical mechanical polishing (for example, see Patent Document 3).

（ハ）基板の領域毎に与える押圧力を、膜厚測定装置による当該基板上の膜厚の測定情報に基づいて調整するようにしたものであり、その膜厚測定装置は、渦電流、光学、温度、トルク電流、マイクロ波等を利用したセンサとしている。しかし、最後のマイクロ波等のセンサについては、マイクロ波等の反射信号などの単独又は適切なる組み合わせから、その半導体ウェーハ等の基板の上にある金属膜としてのＣｕ膜やバリヤ膜、又は絶縁性膜としての酸化膜等の膜厚を測定する膜厚測定装置としている（例えば、特許文献４参照）。
特開平７−５２０３２号公報。 特開平８−２１０８３３号公報。 特開２００２−３１７８２６号公報。 特開２００５−１１９７７号公報。 (C) The pressing force applied to each region of the substrate is adjusted based on the measurement information of the film thickness on the substrate by the film thickness measuring device. The sensor uses temperature, torque current, microwave, and the like. However, for the last sensor such as a microwave, a Cu film or a barrier film as a metal film on a substrate such as a semiconductor wafer, or an insulating property from a single or appropriate combination of reflected signals such as a microwave The film thickness measuring device measures the film thickness of an oxide film or the like as a film (see, for example, Patent Document 4).
JP-A-7-52032. JP-A-8-210833. JP 2002-317826 A. Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-11977.

特許文献１に記載の従来技術においては、研磨パッドに押し付けられているウェーハ研磨面からの反射光を分光反射率測定装置に入れ、分光反射率を基に研磨終点を検出するようにしている。しかしながら、この方法は、スラリーによる反射光散乱の問題があり、このためＳＮ比が悪く研磨終点を精度良く検出することが難しい。   In the prior art described in Patent Document 1, reflected light from a wafer polishing surface pressed against a polishing pad is input to a spectral reflectance measuring device, and a polishing end point is detected based on the spectral reflectance. However, this method has a problem of scattered light scattering by the slurry, and therefore, the SN ratio is poor and it is difficult to detect the polishing end point with high accuracy.

特許文献２に記載の従来技術においては、高周波発振器が備えられているが、これは、高周波信号を超音波振動子に与えるためのもので、金属膜を備えたウェーハに対する高周波の透過・反射等の特性を利用して金属残膜を生じさせることなく該金属膜が除去された状態を検知するという本発明に関する技術に対し、何等近接するものでも、示唆するものでもない。   In the prior art described in Patent Document 2, a high-frequency oscillator is provided. This is for supplying a high-frequency signal to an ultrasonic transducer, such as high-frequency transmission / reflection on a wafer provided with a metal film. There is no approach or suggestion to the technology relating to the present invention of detecting the state in which the metal film is removed without generating a metal residual film by utilizing the above characteristics.

特許文献３に記載の従来技術においては、電磁波の放射が記載されているが、この記載は、前記と同様に、本発明に関する技術に対し、何等近接するものでも、示唆するものでもない。   In the prior art described in Patent Document 3, radiation of electromagnetic waves is described. However, as described above, this description is not anything close to or suggesting the technology related to the present invention.

特許文献４に記載の従来技術においては、渦電流、光学、温度、トルク電流、又はマイクロ波等を利用したセンサにより基板上の金属膜や絶縁性膜の膜厚を測定するようにしている。しかし、渦電流を利用したものは、信号の変化が小さく金属膜を高い精度で確実に測定するのは難しい。光学を利用したものは、システムが大掛かりとなって研磨装置におけるプラテン等への組込みが困難である。また、ウェーハにかかるトルク電流を利用したものは、ウェーハ全面にかかるトルクの変化しか分からないので空間分解能が悪く局所的な金属残膜有無の検出は困難である。さらに、マイクロ波を利用したものは、マイクロ波のどのような性質を利用してセンサとして機能させるのか、その具体的な作用効果の開示は何もない。この特許文献４においては、マイクロ波は電磁波の一つとして記載されているに過ぎず、言い換えれば、マイクロ波ではなく通常のｋＨｚオーダーの電磁波の利用でも原理的に差はないとみなしうる。また金属膜等の導電性膜を、酸化膜等の絶縁材料と同様に膜厚を測定することが記載されている。このことからも、導電性膜と絶縁材料との差を顕著に判別しうるようなマイクロ波特有の性質を利用したものではない。本発明では、研磨前は導電性膜の表皮効果により照射されたマイクロ波は殆ど反射する。研磨が進行して終点付近の状態になると導電性膜が除去されて殆ど絶縁材料になるため、マイクロ波は殆ど透過する。このウェーハ上の導電性膜の有無の違いを、高周波の電磁波が有する表皮効果によって顕著に判別できるとしてマイクロ波を利用したものであり、構成・作用・効果の上で該従来技術とは、全く異なる。   In the prior art described in Patent Document 4, the thickness of the metal film or the insulating film on the substrate is measured by a sensor using eddy current, optics, temperature, torque current, microwave, or the like. However, in the case of using eddy current, it is difficult to reliably measure the metal film with high accuracy because the signal change is small. In the case of using the optical system, the system is large and it is difficult to incorporate the optical system into a platen or the like in the polishing apparatus. In addition, since the torque current applied to the wafer can be known only from the change in torque applied to the entire surface of the wafer, the spatial resolution is poor and it is difficult to detect the presence or absence of a local metal remaining film. Furthermore, there is no disclosure of the specific action and effects of what uses microwaves to function as a sensor using what properties of microwaves. In this Patent Document 4, the microwave is only described as one of the electromagnetic waves. In other words, it can be considered that there is no difference in principle even in the use of an electromagnetic wave of a normal kHz order instead of the microwave. It also describes that the thickness of a conductive film such as a metal film is measured in the same manner as an insulating material such as an oxide film. From this point of view, it does not utilize the characteristics peculiar to microwaves that can distinguish the difference between the conductive film and the insulating material. In the present invention, the microwave irradiated by the skin effect of the conductive film is almost reflected before polishing. When polishing progresses to a state in the vicinity of the end point, the conductive film is removed and becomes almost an insulating material, so that microwaves are almost transmitted. The difference in the presence or absence of the conductive film on the wafer is based on the use of microwaves as it can be distinguished significantly by the skin effect of high-frequency electromagnetic waves. Different.

上記の他に、空洞共振器で金属膜等の膜厚変化に伴う高周波の変化を見る方法等もあるが、このものは空洞共振器が大きくなるため、前記と同様に、研磨装置におけるプラテン等への組込みが困難である。   In addition to the above, there is a method of observing a change in high frequency accompanying a change in film thickness of a metal film or the like with a cavity resonator. However, since this increases the cavity resonator, It is difficult to incorporate it into

そして、局所的な金属残膜有無の検出が困難であると、例えばウェーハのエッジ部分等に局所的に金属膜が残っていても研磨終点が掛かってしまう場合がある。このため、研磨終点検出後にさらにオーバーポリッシュを行う必要があるが、これを行うと金属配線部のディッシングやエロージョンを悪化させることになるという問題がある。   If it is difficult to detect the presence or absence of a local metal remaining film, the polishing end point may be applied even if the metal film remains locally on the edge portion of the wafer, for example. For this reason, it is necessary to perform further overpolishing after detection of the polishing end point. However, if this is performed, there is a problem that the dishing and erosion of the metal wiring portion are deteriorated.

そこで、研磨装置におけるプラテン等への組込みが容易で空間分解能が高く、金属残膜を生じさせることなく金属膜の研磨終点を高い精度で確実に検出するために解決すべき技術的課題が生じてくるのであり、本発明はこの課題を解決することを目的とする。   Therefore, there is a technical problem to be solved in order to reliably detect the polishing end point of the metal film with high accuracy without causing the metal residual film and easy to be incorporated into the platen or the like in the polishing apparatus. Therefore, an object of the present invention is to solve this problem.

本発明は上記目的を達成するために提案されたものであり、請求項１記載の発明は、ウェーハ表面の所定の金属膜を研磨して適正な厚さが除去されたときの研磨終点を検出する高周波を用いた金属膜終点検出方法であって、前記所定の金属膜面に対し、所定の照射面積で且つ照射面が前記所定の金属膜面を横切るように高周波を照射し、研磨の進行に伴う照射高周波に対する前記所定の金属膜からの反射波もしくは前記所定の金属膜及びウェーハを透過する透過波の少なくともいずれかの変化を基に前記所定の金属膜の研磨終点を検出する高周波を用いた金属膜終点検出方法を提供する。   The present invention has been proposed to achieve the above object, and the invention according to claim 1 detects a polishing end point when an appropriate thickness is removed by polishing a predetermined metal film on the wafer surface. A method of detecting a metal film end point using a high frequency, wherein the predetermined metal film surface is irradiated with a high frequency so that the irradiation surface crosses the predetermined metal film surface with a predetermined irradiation area, and progress of polishing A high frequency is used to detect the polishing end point of the predetermined metal film based on a change in at least one of a reflected wave from the predetermined metal film and a transmitted wave transmitted through the predetermined metal film and the wafer with respect to the irradiation high frequency associated with Provided is a method for detecting an end point of a metal film.

この構成によれば、研磨中の所定の金属膜面に高周波が照射されたとき、該所定の金属膜面からの反射波並びに該所定の金属膜及びウェーハを透過する透過波はほぼ一定の値に保持される。そして、研磨の進行により所定の金属膜が適正な厚さ除去されると高周波の照射対象が所定の金属膜から該所定の金属膜下層の他の物質に変わることで、前記反射波及び透過波が変化する。この反射波もしくは透過波の少なくともいずれかの変化を基に所定の金属膜の研磨終点が検出される。このとき、高周波は所定の照射面積の照射面が所定の金属膜面を横切るように照射されることで、金属膜検知の空間分解能が上がってウェーハ面内に所定の金属膜の膜残りを生じさせることなく、前記研磨終点の検出が行われる。   According to this configuration, when a predetermined metal film surface being polished is irradiated with a high frequency, a reflected wave from the predetermined metal film surface and a transmitted wave transmitted through the predetermined metal film and the wafer are substantially constant values. Retained. Then, when the predetermined metal film is removed to an appropriate thickness by the progress of polishing, the object of high-frequency irradiation is changed from the predetermined metal film to another substance below the predetermined metal film, so that the reflected wave and transmitted wave are changed. Changes. A polishing end point of a predetermined metal film is detected based on a change in at least one of the reflected wave and the transmitted wave. At this time, the high frequency is irradiated so that the irradiation surface of the predetermined irradiation area crosses the predetermined metal film surface, so that the spatial resolution of the metal film detection is improved and the film residue of the predetermined metal film is generated in the wafer surface. The polishing end point is detected without causing it to occur.

請求項２記載の発明は、上記所定の金属膜面に対し、複数の上記照射面が同時に上記所定の金属膜面を横切るように高周波を照射する高周波を用いた金属膜終点検出方法を提供する。   The invention according to claim 2 provides a metal film end point detection method using a high frequency that irradiates a high frequency so that a plurality of the irradiated surfaces simultaneously cross the predetermined metal film surface with respect to the predetermined metal film surface. .

この構成によれば、ウェーハ面のほぼ全体にわたって、高い空間分解能で所定の金属膜の膜残りの生じてないことが検知されて研磨終点の検出が確実に行われる。   According to this configuration, it is detected that a predetermined metal film residue is not generated with high spatial resolution over almost the entire wafer surface, and the polishing end point is reliably detected.

請求項３記載の発明は、上記所定の金属膜が適正な厚さ除去されたとき、高周波の照射対象となる物質が変わることにより、研磨の進行に伴う反射率及び透過率の各特性には、それぞれ変曲点が生じ、該変曲点を基に前記所定の金属膜の研磨終点を検出する高周波を用いた金属膜終点検出方法を提供する。   According to a third aspect of the present invention, when the predetermined metal film is removed to an appropriate thickness, the material to be irradiated with the high frequency changes, so that each characteristic of reflectance and transmittance accompanying the progress of polishing is A method of detecting a metal film end point using a high frequency is provided in which an inflection point is generated, and a polishing end point of the predetermined metal film is detected based on the inflection point.

この構成によれば、研磨の進行により所定の金属膜が適正な厚さ除去されると高周波の照射対象が所定の金属膜から該所定の金属膜下層の他の物質に変わることで、研磨の進行に伴う反射率（照射高周波電力に対する反射波電力の比率）及び透過率（照射高周波電力に対する透過波電力の比率）の各特性には、それぞれ明確な変化である変曲点が生じる。反射率もしくは透過率の少なくともいずれかにおけるこの明確な変化である変曲点を基に所定の金属膜の研磨終点が確実に検出される。   According to this configuration, when the predetermined metal film is removed to an appropriate thickness as the polishing progresses, the object of high-frequency irradiation is changed from the predetermined metal film to another substance below the predetermined metal film. Each characteristic of the reflectance (ratio of reflected wave power to irradiation high-frequency power) and the transmittance (ratio of transmitted wave power to irradiation high-frequency power) accompanying the progression has an inflection point that is a distinct change. The polishing end point of a predetermined metal film is reliably detected based on the inflection point which is this clear change in at least one of reflectance and transmittance.

請求項４記載の発明は、上記変曲点が生じた後の上記反射率及び透過率の各特性中に、前記反射率に対する閾値及び前記透過率に対する閾値を予め設定し、前記反射率もしくは透過率の少なくともいずれかの値が前記反射率に対する閾値もしくは前記透過率に対する閾値を超えたときに前記所定の金属膜の研磨終点を検出する高周波を用いた金属膜終点検出方法を提供する。   According to a fourth aspect of the present invention, a threshold value for the reflectance and a threshold value for the transmittance are set in advance in each of the reflectance and transmittance characteristics after the inflection point occurs, and the reflectance or transmission is set. Provided is a metal film end point detection method using a high frequency for detecting a polishing end point of the predetermined metal film when at least one of the values exceeds a threshold value for the reflectance or a threshold value for the transmittance.

この構成によれば、上記変曲点を基にした所定の金属膜の研磨終点検出は、具体的には変曲点が生じた後の反射率及び透過率の各特性中にそれぞれ閾値を予め設定し、この閾値を基にすることで所定の金属膜の研磨終点が一層確実に検出される。   According to this configuration, the detection of the polishing end point of the predetermined metal film based on the inflection point, specifically, the threshold value is set in advance in each of the reflectance and transmittance characteristics after the inflection point occurs. By setting and based on this threshold value, the polishing end point of the predetermined metal film can be detected more reliably.

請求項５記載の発明は、上記反射率に対する閾値は所定の反射率値もしくは上記反射率特性における所定の傾きにより設定され、上記透過率に対する閾値は所定の透過率値もしくは上記透過率特性における所定の傾きにより設定されている高周波を用いた金属膜終点検出方法を提供する。   According to a fifth aspect of the present invention, the threshold value for the reflectance is set by a predetermined reflectance value or a predetermined slope in the reflectance characteristic, and the threshold value for the transmittance is a predetermined transmittance value or a predetermined value in the transmittance characteristic. Provided is a method for detecting a metal film end point using a high frequency set by the inclination of the metal film.

この構成によれば、反射率に対する閾値が所定の反射率値もしくは反射率特性における所定の傾きにより設定されることで、研磨の進行に伴う反射率が閾値を超えたことが確実に判断される。また、透過率に対する閾値が所定の透過率値もしくは透過率特性における所定の傾きにより設定されることで、研磨の進行に伴う透過率が閾値を超えたことが確実に判断される。そして、前記両判断のうちの少なくともいずれかの判断の基に所定の金属膜の研磨終点が確実に検出される。   According to this configuration, the threshold for the reflectance is set based on the predetermined reflectance value or the predetermined slope in the reflectance characteristics, so that it is reliably determined that the reflectance accompanying the progress of polishing exceeds the threshold. . Further, by setting the threshold value for the transmittance with a predetermined transmittance value or a predetermined slope in the transmittance characteristic, it is reliably determined that the transmittance with the progress of polishing exceeds the threshold value. Then, the polishing end point of the predetermined metal film is reliably detected based on at least one of the two determinations.

請求項６記載の発明は、上記高周波の周波数帯は、マイクロ波帯であり、上記所定の金属膜面には上記高周波としてのマイクロ波が導波管開口部から照射される高周波を用いた金属膜終点検出方法を提供する。   According to a sixth aspect of the present invention, the frequency band of the high frequency is a microwave band, and the metal using the high frequency irradiated with the microwave as the high frequency from the waveguide opening on the predetermined metal film surface A method for detecting a film end point is provided.

この構成によれば、高周波としてマイクロ波を適用し、導波管開口部を所定の金属膜面に対する該マイクロ波の放射用アンテナとすることで、所定の金属膜面に対し、所定の照射面積で該マイクロ波を照射することができて金属膜検知の空間分解能を上げることが可能となる。   According to this configuration, a microwave is applied as a high frequency, and the waveguide opening is used as a microwave radiation antenna for a predetermined metal film surface, whereby a predetermined irradiation area is applied to the predetermined metal film surface. Thus, it is possible to irradiate the microwave and to increase the spatial resolution of the metal film detection.

請求項７記載の発明は、上記反射波及び反射率並びに上記透過波及び透過率の各変化は、上記所定の金属膜の材質を一因子として決まる表皮効果に依存して生じている高周波を用いた金属膜終点検出方法を提供する。   The invention according to claim 7 uses the high frequency generated depending on the skin effect determined by the material of the predetermined metal film as a factor for each change of the reflected wave and the reflectance and the transmitted wave and the transmittance. Provided is a method for detecting an end point of a metal film.

この構成によれば、研磨初期に所定の金属膜に照射された高周波の電磁波は、該所定の金属膜の表皮効果により金属膜内深くまで侵入ことができず、その殆どが反射する。このため、研磨初期には反射波及び反射率は大きな値を示し、透過波及び透過率は極く小さな値を示す。一方、研磨が進行して所定の金属膜の研磨終点付近になると高周波電磁波の照射対象が所定の金属膜から該所定の金属膜下層の非導電性材料に変わることで、高周波の電磁波はその殆どが透過する。このため、研磨終点付近では反射波及び反射率は極く小さな値を示し、透過波及び透過率は大きな値を示す。このように照射された高周波の電磁波に対する反射波及び反射率並びに透過波及び透過率は、研磨初期から研磨終点付近にかけて所定の金属膜の表皮効果に依存して顕著に変化する。   According to this configuration, the high-frequency electromagnetic wave irradiated to the predetermined metal film at the initial stage of polishing cannot penetrate deep into the metal film due to the skin effect of the predetermined metal film, and most of it is reflected. For this reason, at the initial stage of polishing, the reflected wave and the reflectance show large values, and the transmitted wave and the transmittance show extremely small values. On the other hand, when the polishing progresses and near the polishing end point of the predetermined metal film, the object to be irradiated with the high frequency electromagnetic wave changes from the predetermined metal film to the non-conductive material under the predetermined metal film, so that most of the high frequency electromagnetic wave is Is transparent. For this reason, the reflected wave and the reflectance show extremely small values near the polishing end point, and the transmitted wave and the transmittance show large values. The reflected wave and the reflectance and the transmitted wave and the transmittance with respect to the high-frequency electromagnetic wave irradiated in this way vary significantly depending on the skin effect of a predetermined metal film from the initial stage of polishing to the vicinity of the polishing end point.

請求項８記載の発明は、所定の金属膜が形成されたウェーハを研磨ヘッドに保持し、回転するプラテンの表面に設けられた研磨パッドに前記研磨ヘッドを回転させながら前記所定の金属膜を押し付けて該所定の金属膜を研磨する化学機械研磨装置における前記所定の金属膜を監視して適正な厚さが除去されたときの研磨終点を検出する高周波を用いた金属膜終点検出装置であって、前記高周波としてのマイクロ波を発振する発振器と、該発振器で発振されたマイクロ波を受けてその伝播方向を所定の一方向へ切換えて伝播するサーキュレータと、該サーキュレータから前記所定の一方向へ切換え伝播されたマイクロ波を受けて該マイクロ波を前記所定の金属膜面に照射する導波管開口部と、該照射マイクロ波に対する前記所定の金属膜面からの反射マイクロ波を前記導波管開口部を介して前記サーキュレータで受け該サーキュレータで所定の他方向へ切換え伝播された反射マイクロ波を検波する第１の検波器とを前記プラテンに組込み、前記照射マイクロ波に対する前記所定の金属膜及びウェーハを透過する透過マイクロ波を検波する第２の検波器を前記研磨ヘッドに組込み、研磨の進行に伴う前記第１の検波器で検波された反射マイクロ波出力もしくは前記第２の検波器で検波された透過マイクロ波出力の少なくともいずれかの変化を基に前記所定の金属膜の研磨終点を検出する高周波を用いた金属膜終点検出装置を提供する。   According to an eighth aspect of the present invention, a wafer on which a predetermined metal film is formed is held by a polishing head, and the predetermined metal film is pressed while rotating the polishing head against a polishing pad provided on the surface of a rotating platen. A metal film end point detection apparatus using a high frequency for monitoring the predetermined metal film in a chemical mechanical polishing apparatus for polishing the predetermined metal film and detecting a polishing end point when an appropriate thickness is removed. An oscillator that oscillates microwaves as the high frequency, a circulator that receives the microwaves oscillated by the oscillator and switches the propagation direction to a predetermined direction, and switches from the circulator to the predetermined direction A waveguide opening for receiving the propagated microwave and irradiating the predetermined metal film surface with the microwave, and from the predetermined metal film surface with respect to the irradiated microwave A first detector for receiving a reflected microwave by the circulator through the waveguide opening and switching and propagating the reflected microwave in a predetermined other direction by the circulator is incorporated in the platen, and the irradiation microwave A second detector for detecting microwaves transmitted through the predetermined metal film and wafer with respect to the wave is incorporated in the polishing head, and the reflected microwave output detected by the first detector as the polishing progresses or There is provided a metal film end point detection device using a high frequency for detecting a polishing end point of the predetermined metal film based on a change in at least one of transmitted microwave outputs detected by the second detector.

この構成によれば、マイクロ波を所定の金属膜面に照射する導波管開口部が、マイクロ波の発振器、マイクロ波の伝播方向を切換えるサーキュレータ及び反射マイクロ波を検波する第１の検波器等と共に、稼働時に回転するプラテンに組込まれていることで、所定の金属膜面に対し、マイクロ波が所定の照射面積で且つその照射面が前記所定の金属膜面を横切るように照射される。これにより金属膜検知の空間分解能が高められる。そして、第１の検波器で検波された反射マイクロ波出力もしくは第２の検波器で検波された透過マイクロ波出力の少なくともいずれかの変化を基に、所定の金属膜の膜残りを生じさせることなく、前記所定の金属膜の研磨終点が検出される。   According to this configuration, a waveguide opening that irradiates a predetermined metal film surface with a microwave includes a microwave oscillator, a circulator that switches the propagation direction of the microwave, a first detector that detects reflected microwaves, and the like. At the same time, by being incorporated in a platen that rotates during operation, a predetermined metal film surface is irradiated with microwaves in a predetermined irradiation area so that the irradiation surface crosses the predetermined metal film surface. Thereby, the spatial resolution of metal film detection is enhanced. Then, based on a change in at least one of the reflected microwave output detected by the first detector and the transmitted microwave output detected by the second detector, a film residue of a predetermined metal film is generated. Instead, the polishing end point of the predetermined metal film is detected.

請求項９記載の発明は、上記発振器は、ガンダイオードを用いた発振器である高周波を用いた金属膜終点検出装置を提供する。   The invention described in claim 9 provides a metal film end point detection device using a high frequency, wherein the oscillator is an oscillator using a Gunn diode.

この構成によれば、発振器を固体マイクロ波発振素子であるガンダイオードを用いた発振器とすることで、プラテン内への容易組込み性が得られると共に、所要のマイクロ波出力が得られる。   According to this configuration, since the oscillator is an oscillator using a Gunn diode that is a solid-state microwave oscillator, easy incorporation into the platen can be obtained and a required microwave output can be obtained.

請求項１０記載の発明は、上記発振器で発振されたマイクロ波電力を所要値に調整する可変抵抗減衰器、ステップ型減衰器もしくは固定減衰器のうちの少なくともいずれかを備えている高周波を用いた金属膜終点検出装置を提供する。   The invention according to claim 10 uses a high frequency wave provided with at least one of a variable resistance attenuator, a step type attenuator and a fixed attenuator for adjusting the microwave power oscillated by the oscillator to a required value. A metal film end point detection device is provided.

この構成によれば、発振器でマイクロ波電力の調整は難しいので、各種減衰器により金属膜の研磨終点を精度よく検出する上で最適なマイクロ波電力値に設定される。   According to this configuration, since it is difficult to adjust the microwave power with the oscillator, the optimum microwave power value is set to accurately detect the polishing end point of the metal film with various attenuators.

請求項１１記載の発明は、上記導波管開口部での反射電力が最小となるように該導波管開口部に送るマイクロ波の位相を調整する位相変調器を備えている高周波を用いた金属膜終点検出装置を提供する。   The invention described in claim 11 uses a high frequency wave equipped with a phase modulator that adjusts the phase of the microwave sent to the waveguide opening so that the reflected power at the waveguide opening is minimized. A metal film end point detection device is provided.

この構成によれば、マイクロ波の放射用アンテナとして機能する導波管開口部から所定の金属膜面に向けて効率よくマイクロ波が放射される。   According to this configuration, microwaves are efficiently radiated from a waveguide opening functioning as a microwave radiation antenna toward a predetermined metal film surface.

請求項１２記載の発明は、上記導波管開口部から放射されたマイクロ波はフレネル領域において上記所定の金属膜における反射電力が最大となるように、前記導波管開口部には所要厚みの溶融石英窓を取付けてなる高周波を用いた金属膜終点検出装置を提供する。   The invention according to claim 12 is that the microwave radiated from the waveguide opening has a required thickness at the waveguide opening so that the reflected power at the predetermined metal film is maximized in the Fresnel region. Provided is a metal film end point detection device using a high frequency wave to which a fused silica window is attached.

この構成によれば、導波管開口部に所要厚みの溶融石英窓を取付けることで、高空間分解能で反射マイクロ波出力及び透過マイクロ波出力が得られて所定の金属膜の研磨終点が確実に検出される。   According to this configuration, by attaching a fused silica window having a required thickness to the waveguide opening, a reflected microwave output and a transmitted microwave output can be obtained with a high spatial resolution, and the polishing end point of a predetermined metal film can be ensured. Detected.

請求項１３記載の発明は、上記発振器で発振されたマイクロ波はセパレータで複数に分割され、複数の上記導波管開口部から上記所定の金属膜面に同時にマイクロ波が照射される高周波を用いた金属膜終点検出装置を提供する。   According to a thirteenth aspect of the present invention, a microwave oscillated by the oscillator is divided into a plurality of parts by a separator, and a high frequency is used in which the predetermined metal film surface is simultaneously irradiated with microwaves from the plurality of waveguide openings. An apparatus for detecting an end point of a metal film is provided.

この構成によれば、所定の金属膜面に対し、マイクロ波が、それぞれ所定の照射面積で且つ複数の照射面が同時に前記所定の金属膜面を横切るように照射される。そして、ウェーハ面のほぼ全体にわたって、高い空間分解能で金属膜の膜残りの生じてないことが検知されて所定の金属膜の研磨終点の検出が確実に行われる。   According to this configuration, the microwave is irradiated to the predetermined metal film surface such that each of the microwaves has a predetermined irradiation area and a plurality of irradiation surfaces cross the predetermined metal film surface at the same time. Then, it is detected that almost no metal film remains with high spatial resolution over almost the entire wafer surface, and the detection of the polishing end point of the predetermined metal film is reliably performed.

請求項１４記載の発明は、上記所定の金属膜が適正な厚さ除去されたとき、上記マイクロ波の照射対象となる物質が変わることにより、研磨の進行に伴う上記反射マイクロ波出力特性及び上記透過マイクロ波出力特性には、それぞれ変曲点が生じ、該変曲点を基に前記所定の金属膜の研磨終点を検出する高周波を用いた金属膜終点検出装置を提供する。   According to the fourteenth aspect of the present invention, when the predetermined metal film is removed to an appropriate thickness, the reflected microwave output characteristics as the polishing proceeds and the microwave irradiation target material change, and the microwave irradiation characteristics change. An inflection point occurs in each transmission microwave output characteristic, and a metal film end point detection apparatus using a high frequency for detecting a polishing end point of the predetermined metal film based on the inflection point is provided.

この構成によれば、研磨の進行により所定の金属膜が適正な厚さ除去されるとマイクロ波の照射対象が所定の金属膜から該所定の金属膜下層の他の物質に変わることで、研磨の進行に伴う反射マイクロ波出力特性及び透過マイクロ波出力特性には、それぞれ明確な変化である変曲点が生じる。反射マイクロ波出力特性もしくは透過マイクロ波出力特性の少なくともいずれかにおけるこの明確な変化である変曲点を基に所定の金属膜の研磨終点が確実に検出される。   According to this configuration, when the predetermined metal film is removed to an appropriate thickness by the progress of polishing, the object to be irradiated with microwaves is changed from the predetermined metal film to another substance below the predetermined metal film, thereby polishing. Inflection points, which are distinct changes, occur in the reflected microwave output characteristics and the transmitted microwave output characteristics as the signal travels. The polishing end point of the predetermined metal film is reliably detected based on the inflection point which is this clear change in at least one of the reflected microwave output characteristic and the transmitted microwave output characteristic.

請求項１５記載の発明は、上記変曲点が生じた後の上記反射マイクロ波出力特性及び上記透過マイクロ波出力特性の各特性中に、前記反射マイクロ波出力に対する閾値及び前記透過マイクロ波出力に対する閾値を予め設定し、前記反射マイクロ波出力もしくは前記透過マイクロ波出力の少なくともいずれかの値が前記反射マイクロ波出力に対する閾値もしくは前記透過マイクロ波出力に対する閾値を超えたときに前記所定の金属膜の研磨終点を検出する高周波を用いた金属膜終点検出装置を提供する。   According to a fifteenth aspect of the present invention, the threshold value for the reflected microwave output and the transmitted microwave output are included in the reflected microwave output characteristic and the transmitted microwave output characteristic after the inflection point is generated. A threshold is set in advance, and when the value of at least one of the reflected microwave output and the transmitted microwave output exceeds the threshold for the reflected microwave output or the threshold for the transmitted microwave output, the predetermined metal film Provided is a metal film end point detection apparatus using a high frequency for detecting a polishing end point.

この構成によれば、上記変曲点を基にした所定の金属膜の研磨終点検出は、具体的には変曲点が生じた後の反射マイクロ波出力特性及び透過マイクロ波出力特性の各特性中にそれぞれ閾値を予め設定し、この閾値を基にすることで所定の金属膜の研磨終点が一層確実に検出される。   According to this configuration, the polishing end point detection of the predetermined metal film based on the inflection point is specifically, each characteristic of the reflected microwave output characteristic and the transmitted microwave output characteristic after the inflection point occurs. Each threshold value is set in advance, and based on this threshold value, the polishing end point of a predetermined metal film can be detected more reliably.

請求項１６記載の発明は、上記反射マイクロ波出力に対する閾値は所定の反射マイクロ波出力値もしくは上記反射マイクロ波出力特性における所定の傾きにより設定され、上記透過マイクロ波出力に対する閾値は所定の透過マイクロ波出力値もしくは上記透過マイクロ波出力特性における所定の傾きにより設定されている高周波を用いた金属膜終点検出装置を提供する。   According to a sixteenth aspect of the present invention, the threshold for the reflected microwave output is set by a predetermined reflected microwave output value or a predetermined slope in the reflected microwave output characteristics, and the threshold for the transmitted microwave output is a predetermined transmitted microwave. Provided is a metal film end point detection device using a high frequency set by a predetermined inclination in a wave output value or a transmission microwave output characteristic.

この構成によれば、反射マイクロ波出力に対する閾値が所定の反射マイクロ波出力値もしくは反射マイクロ波出力特性における所定の傾きにより設定されることで、研磨の進行に伴う反射マイクロ波出力が閾値を超えたことが確実に判断される。また、透過マイクロ波出力に対する閾値が所定の透過マイクロ波出力値もしくは透過マイクロ波出力特性における所定の傾きにより設定されることで、研磨の進行に伴う透過マイクロ波出力が閾値を超えたことが確実に判断される。そして、前記両判断のうちの少なくともいずれかの判断の基に所定の金属膜の研磨終点が確実に検出される。   According to this configuration, the reflected microwave output with the progress of polishing exceeds the threshold by setting the threshold for the reflected microwave output by a predetermined reflected microwave output value or a predetermined slope in the reflected microwave output characteristics. It is definitely judged. In addition, the threshold value for the transmitted microwave output is set by a predetermined transmitted microwave output value or a predetermined slope in the transmitted microwave output characteristics, so that it is ensured that the transmitted microwave output exceeds the threshold value as the polishing progresses. To be judged. Then, the polishing end point of the predetermined metal film is reliably detected based on at least one of the two determinations.

請求項１７記載の発明は、上記反射マイクロ波及び上記透過マイクロ波の各変化は、上記所定の金属膜の材質を一因子として決まる表皮効果に依存して生じている高周波を用いた金属膜終点検出装置を提供する。   According to the seventeenth aspect of the present invention, each change of the reflected microwave and the transmitted microwave is a metal film end point using a high frequency generated depending on a skin effect determined by a material of the predetermined metal film as a factor. A detection device is provided.

この構成によれば、研磨初期に所定の金属膜に照射されたマイクロ波は、該所定の金属膜の表皮効果により金属膜内深くまで侵入することができず、その殆どが反射する。このため、研磨初期には反射マイクロ波は大きな値を示し、透過マイクロ波は極く小さな値を示す。一方、研磨が進行して所定の金属膜の研磨終点付近になるとマイクロ波の照射対象が所定の金属膜から該所定の金属膜下層の非導電性材料に変わることで、マイクロ波はその殆どが透過する。このため、研磨終点付近では反射マイクロ波は極く小さな値を示し、透過マイクロ波は大きな値を示す。このように照射されたマイクロ波に対する反射マイクロ波及び透過マイクロ波は、研磨初期から研磨終点付近にかけて所定の金属膜の表皮効果に依存して顕著に変化する。   According to this configuration, the microwave irradiated to the predetermined metal film at the initial stage of polishing cannot penetrate deep into the metal film due to the skin effect of the predetermined metal film, and most of it is reflected. For this reason, the reflected microwave shows a large value at the initial stage of polishing, and the transmitted microwave shows a very small value. On the other hand, when the polishing progresses and near the polishing end point of the predetermined metal film, the microwave irradiation target changes from the predetermined metal film to the non-conductive material under the predetermined metal film, and most of the microwave is To Penetrate. For this reason, the reflected microwave shows a very small value near the polishing end point, and the transmitted microwave shows a large value. The reflected microwave and the transmitted microwave with respect to the microwave irradiated in this way change significantly depending on the skin effect of a predetermined metal film from the initial stage of polishing to the vicinity of the polishing end point.

請求項１記載の発明は、所定の金属膜面に対し、所定の照射面積で且つ照射面が前記所定の金属膜面を横切るように高周波を照射し、研磨の進行に伴う照射高周波に対する前記所定の金属膜からの反射波もしくは前記所定の金属膜及びウェーハを透過する透過波の少なくともいずれかの変化を基に前記所定の金属膜の研磨終点を検出する高周波を用いた金属膜終点検出方法としたので、高周波が所定の照射面積で所定の金属膜面を横切るように照射されることで、金属膜検知の空間分解能が高くなってウェーハ面内に金属残膜を生じさせることなく研磨の進行に伴う反射波もしくは透過波の少なくともいずれかの変化を基に所定の金属膜の研磨終点を確実に検出することができるという利点がある。   According to the first aspect of the present invention, the predetermined metal film surface is irradiated with a high frequency so that the irradiation surface crosses the predetermined metal film surface with a predetermined irradiation area, and the predetermined metal film surface is irradiated with the predetermined high frequency. A metal film end point detection method using a high frequency for detecting a polishing end point of the predetermined metal film based on a change in at least one of a reflected wave from the metal film or a transmitted wave transmitted through the predetermined metal film and the wafer; Therefore, high-frequency irradiation is performed so that a predetermined irradiation area crosses a predetermined metal film surface, so that the spatial resolution of the metal film detection is increased and the polishing progresses without causing a metal residual film in the wafer surface. There is an advantage that the polishing end point of a predetermined metal film can be reliably detected on the basis of a change in at least one of a reflected wave and a transmitted wave accompanying the.

請求項２記載の発明は、上記所定の金属膜面に対し、複数の上記照射面が同時に上記所定の金属膜面を横切るように高周波を照射する高周波を用いた金属膜終点検出方法としたので、ウェーハ面のほぼ全体にわたって、高い空間分解能で金属残膜の生じてないことが検知されて、所定の金属膜の研磨終点を高い精度で確実に検出することができるという利点がある。   The invention according to claim 2 is a metal film end point detection method using a high frequency that irradiates a high frequency so that a plurality of the irradiated surfaces simultaneously cross the predetermined metal film surface with respect to the predetermined metal film surface. There is an advantage that almost no entire surface of the wafer surface is detected with high spatial resolution and no metal residual film is generated, and the polishing end point of a predetermined metal film can be reliably detected with high accuracy.

請求項３記載の発明は、上記所定の金属膜が適正な厚さ除去されたとき、高周波の照射対象となる物質が変わることにより、研磨の進行に伴う反射率及び透過率の各特性には、それぞれ変曲点が生じ、該変曲点を基に前記所定の金属膜の研磨終点を検出する高周波を用いた金属膜終点検出方法としたので、所定の金属膜が適正な厚さ除去されたとき反射率及び透過率の各特性には、それぞれ明確な変化である変曲点が生じることから、この明確な変化である変曲点を基に所定の金属膜の研磨終点を確実に検出することができるという利点がある。   According to a third aspect of the present invention, when the predetermined metal film is removed to an appropriate thickness, the material to be irradiated with the high frequency changes, so that each characteristic of reflectance and transmittance accompanying the progress of polishing is Since the inflection point is generated and the metal film end point detection method using the high frequency is used to detect the polishing end point of the predetermined metal film based on the inflection point, the predetermined metal film is removed with an appropriate thickness. Inflection points that are distinct changes occur in each of the reflectance and transmittance characteristics, and the polishing end point of a given metal film is reliably detected based on the inflection points that are distinct changes. There is an advantage that you can.

請求項４記載の発明は、上記変曲点が生じた後の上記反射率及び透過率の各特性中に、前記反射率に対する閾値及び前記透過率に対する閾値を予め設定し、前記反射率もしくは透過率の少なくともいずれかの値が前記反射率に対する閾値もしくは前記透過率に対する閾値を超えたときに前記所定の金属膜の研磨終点を検出する高周波を用いた金属膜終点検出方法としたので、上記変曲点が生じた後の反射率及び透過率の各特性中にそれぞれ閾値を予め設定し、この閾値を基にすることで所定の金属膜の研磨終点を高い精度で一層確実に検出することができるという利点がある。   According to a fourth aspect of the present invention, a threshold value for the reflectance and a threshold value for the transmittance are set in advance in each of the reflectance and transmittance characteristics after the inflection point occurs, and the reflectance or transmission is set. Since the metal film end point detection method using the high frequency that detects the polishing end point of the predetermined metal film when at least one of the values exceeds the threshold value for the reflectivity or the threshold value for the transmissivity, the above-mentioned change is made. It is possible to detect the polishing end point of a predetermined metal film with higher accuracy by setting a threshold value in advance in each of the characteristics of reflectance and transmittance after the inflection point has occurred, and based on this threshold value. There is an advantage that you can.

請求項５記載の発明は、上記反射率に対する閾値は所定の反射率値もしくは上記反射率特性における所定の傾きにより設定され、上記透過率に対する閾値は所定の透過率値もしくは上記透過率特性における所定の傾きにより設定されている高周波を用いた金属膜終点検出方法としたので、研磨の進行に伴う反射率が閾値を超えたことを確実に判断することができ、また、透過率が閾値を超えたことを確実に判断することができる。そして、前記両判断のうちの少なくともいずれかの判断の基に所定の金属膜の研磨終点を高い精度で一層確実に検出することができるという利点がある。   According to a fifth aspect of the present invention, the threshold value for the reflectance is set by a predetermined reflectance value or a predetermined slope in the reflectance characteristic, and the threshold value for the transmittance is a predetermined transmittance value or a predetermined value in the transmittance characteristic. Because it is a metal film end point detection method using a high frequency set by the slope of, it can be reliably determined that the reflectance with the progress of polishing exceeds the threshold, and the transmittance exceeds the threshold It can be determined with certainty. Further, there is an advantage that the polishing end point of the predetermined metal film can be detected with higher accuracy based on at least one of the two determinations.

請求項６記載の発明は、上記高周波の周波数帯は、マイクロ波帯であり、上記所定の金属膜面には上記高周波としてのマイクロ波が導波管開口部から照射される高周波を用いた金属膜終点検出方法としたので、高周波としてマイクロ波を適用し、導波管開口部を所定の金属膜面に対する該マイクロ波の放射用アンテナとすることで、所定の金属膜面に対し所定の照射面積でマイクロ波を照射することができて、金属膜検知の空間分解能を高めることができるという利点がある。   According to a sixth aspect of the present invention, the frequency band of the high frequency is a microwave band, and the metal using the high frequency irradiated with the microwave as the high frequency from the waveguide opening on the predetermined metal film surface Since the film end point detection method is adopted, microwaves are applied as a high frequency, and the waveguide opening is used as an antenna for radiating the microwaves to a predetermined metal film surface. There is an advantage that microwaves can be irradiated in an area, and the spatial resolution of metal film detection can be increased.

請求項７記載の発明は、上記反射波及び反射率並びに上記透過波及び透過率の各変化は、上記所定の金属膜の材質を一因子として決まる表皮効果に依存して生じている高周波を用いた金属膜終点検出方法としたので、照射された高周波の電磁波に対する反射波及び反射率並びに透過波及び透過率は、研磨初期から研磨終点付近にかけて所定の金属膜の表皮効果に依存して顕著に変化することから、これらの変化のうちの少なくともいずれかを基に所定の金属膜の研磨終点を高い精度で確実に検出することができるという利点がある。   The invention according to claim 7 uses the high frequency generated depending on the skin effect determined by the material of the predetermined metal film as a factor for each change of the reflected wave and the reflectance and the transmitted wave and the transmittance. Therefore, the reflected wave and reflectance and the transmitted wave and transmittance for the irradiated high-frequency electromagnetic wave are remarkably dependent on the skin effect of a predetermined metal film from the initial polishing to the vicinity of the polishing end point. Therefore, there is an advantage that the polishing end point of the predetermined metal film can be reliably detected with high accuracy based on at least one of these changes.

請求項８記載の発明は、高周波としてのマイクロ波を発振する発振器と、該発振器で発振されたマイクロ波を受けてその伝播方向を所定の一方向へ切換えて伝播するサーキュレータと、該サーキュレータから前記所定の一方向へ切換え伝播されたマイクロ波を受けて該マイクロ波を前記所定の金属膜面に照射する導波管開口部と、該照射マイクロ波に対する前記所定の金属膜面からの反射マイクロ波を前記導波管開口部を介して前記サーキュレータで受け該サーキュレータで所定の他方向へ切換え伝播された反射マイクロ波を検波する第１の検波器とをプラテンに組込み、前記照射マイクロ波に対する前記所定の金属膜及びウェーハを透過する透過マイクロ波を検波する第２の検波器を研磨ヘッドに組込み、研磨の進行に伴う前記第１の検波器で検波された反射マイクロ波出力もしくは前記第２の検波器で検波された透過マイクロ波出力の少なくともいずれかの変化を基に前記所定の金属膜の研磨終点を検出する高周波を用いた金属膜終点検出装置としたので、導波管開口部が、稼働時に回転するプラテンに組込まれていることで、マイクロ波が所定の照射面積で所定の金属膜面を横切るように照射される。したがって、金属膜検知の空間分解能が高くなってウェーハ面内に金属残膜を生じさせることなく研磨の進行に伴う反射マイクロ波出力もしくは透過マイクロ波出力の少なくともいずれかの変化を基に所定の金属膜の研磨終点を確実に検出することができる。また、前記導波管開口部、発振器、サーキュレータ及び第１の検波器を含むマイクロ波回路はプラテン内に組込むことができ、第２の検波器は研磨ヘッドに組込むことができるという利点がある。   The invention according to claim 8 is an oscillator that oscillates a microwave as a high frequency, a circulator that receives the microwave oscillated by the oscillator and switches the propagation direction to a predetermined direction, and propagates from the circulator. A waveguide opening for receiving microwaves that are switched and propagated in a predetermined direction and irradiating the microwaves on the predetermined metal film surface, and a reflected microwave from the predetermined metal film surface with respect to the irradiated microwaves Is received by the circulator through the waveguide opening, and a first detector for detecting the reflected microwaves switched and propagated in the other predetermined direction by the circulator is incorporated in a platen, and the predetermined with respect to the irradiation microwaves A second detector for detecting microwaves transmitted through the metal film and the wafer is incorporated in the polishing head, and the first detection as the polishing proceeds A metal film end point using a high frequency that detects a polishing end point of the predetermined metal film based on at least one of the reflected microwave output detected by the second detector and the transmitted microwave output detected by the second detector Since the detection device is used, the waveguide opening is incorporated in the platen that rotates during operation, so that the microwave is irradiated so as to cross a predetermined metal film surface with a predetermined irradiation area. Therefore, the spatial resolution of the metal film detection is increased, and a predetermined metal is generated based on the change of at least one of the reflected microwave output and the transmitted microwave output with the progress of polishing without causing a metal residual film on the wafer surface. The polishing end point of the film can be reliably detected. Further, there is an advantage that the microwave circuit including the waveguide opening, the oscillator, the circulator, and the first detector can be incorporated in the platen, and the second detector can be incorporated in the polishing head.

請求項９記載の発明は、上記発振器は、ガンダイオードを用いた発振器である高周波を用いた金属膜終点検出装置としたので、固体マイクロ波発振素子であるガンダイオードを用いた発振器はプラテン内へ容易に組込むことができると共に、所要のマイクロ波出力を得ることができるという利点がある。   According to the ninth aspect of the present invention, since the oscillator is a metal film end point detection device using a high frequency which is an oscillator using a Gunn diode, the oscillator using the Gunn diode which is a solid-state microwave oscillating element is placed in the platen. There is an advantage that it can be easily incorporated and a required microwave output can be obtained.

請求項１０記載の発明は、上記発振器で発振されたマイクロ波電力を所要値に調整する可変抵抗減衰器、ステップ型減衰器もしくは固定減衰器のうちの少なくともいずれかを備えている高周波を用いた金属膜終点検出装置としたので、マイクロ波電力を、金属膜の研磨終点を精度よく検出する上で最適値に設定することができるという利点がある。   The invention according to claim 10 uses a high frequency wave provided with at least one of a variable resistance attenuator, a step type attenuator and a fixed attenuator for adjusting the microwave power oscillated by the oscillator to a required value. Since the metal film end point detection device is used, there is an advantage that the microwave power can be set to an optimum value for accurately detecting the polishing end point of the metal film.

請求項１１記載の発明は、上記導波管開口部での反射電力が最小となるように該導波管開口部に送るマイクロ波の位相を調整する位相変調器を備えている高周波を用いた金属膜終点検出装置としたので、導波管開口部から所定の金属膜面に向けて効率よくマイクロ波を放射することができるという利点がある。   The invention described in claim 11 uses a high frequency wave equipped with a phase modulator that adjusts the phase of the microwave sent to the waveguide opening so that the reflected power at the waveguide opening is minimized. Since the metal film end point detection device is used, there is an advantage that microwaves can be efficiently emitted from the waveguide opening toward a predetermined metal film surface.

請求項１２記載の発明は、上記導波管開口部から放射されたマイクロ波はフレネル領域において上記所定の金属膜における反射電力が最大となるように、前記導波管開口部には所要厚みの溶融石英窓を取付けてなる高周波を用いた金属膜終点検出装置としたので、所定の金属膜から高空間分解能で反射マイクロ波及び透過マイクロ波を得ることができて該所定の金属膜の研磨終点を高い精度で確実に検出することができるという利点がある。   The invention according to claim 12 is that the microwave radiated from the waveguide opening has a required thickness at the waveguide opening so that the reflected power at the predetermined metal film is maximized in the Fresnel region. Since it is a metal film end point detection device using a high frequency wave with a fused silica window attached, a reflected microwave and a transmitted microwave can be obtained from a predetermined metal film with high spatial resolution, and the polishing end point of the predetermined metal film can be obtained. There is an advantage that can be reliably detected with high accuracy.

請求項１３記載の発明は、上記発振器で発振されたマイクロ波はセパレータで複数に分割され、複数の上記導波管開口部から上記所定の金属膜面に同時にマイクロ波が照射される高周波を用いた金属膜終点検出装置としたので、所定の金属膜面に対し、マイクロ波がそれぞれ所定の照射面積で且つ複数の照射面が同時に前記所定の金属膜面を横切るように照射される。したがって、ウェーハ面のほぼ全体にわたって高い空間分解能で金属残膜の生じてないことが検知されて、所定の金属膜の研磨終点を高い精度で確実に検出することができるという利点がある。   According to a thirteenth aspect of the present invention, a microwave oscillated by the oscillator is divided into a plurality of parts by a separator, and a high frequency is used in which the predetermined metal film surface is simultaneously irradiated with microwaves from the plurality of waveguide openings. In this case, the microwave is irradiated on the predetermined metal film surface so that each of the microwaves has a predetermined irradiation area and a plurality of irradiation surfaces simultaneously cross the predetermined metal film surface. Therefore, it is detected that a metal residual film is not generated with high spatial resolution over almost the entire wafer surface, and there is an advantage that the polishing end point of a predetermined metal film can be reliably detected with high accuracy.

請求項１４記載の発明は、上記所定の金属膜が適正な厚さ除去されたとき、上記マイクロ波の照射対象となる物質が変わることにより、研磨の進行に伴う上記反射マイクロ波出力特性及び上記透過マイクロ波出力特性には、それぞれ変曲点が生じ、該変曲点を基に前記所定の金属膜の研磨終点を検出する高周波を用いた金属膜終点検出装置としたので、所定の金属膜が適正な厚さ除去されたとき反射マイクロ波出力特性及び透過マイクロ波出力特性には、それぞれ明確な変化である変曲点が生じることから、この明確な変化である変曲点を基に所定の金属膜の研磨終点を確実に検出することができるという利点がある。   According to the fourteenth aspect of the present invention, when the predetermined metal film is removed to an appropriate thickness, the reflected microwave output characteristics as the polishing proceeds and the microwave irradiation target material change, and the microwave irradiation characteristics change. Inflection points occur in the transmission microwave output characteristics, respectively, and the metal film end point detection device using a high frequency that detects the polishing end point of the predetermined metal film based on the inflection points is used. When an appropriate thickness is removed, inflection points that are distinct changes occur in the reflected microwave output characteristics and transmission microwave output characteristics, respectively. There is an advantage that the polishing end point of the metal film can be reliably detected.

請求項１５記載の発明は、上記変曲点が生じた後の上記反射マイクロ波出力特性及び上記透過マイクロ波出力特性の各特性中に、前記反射マイクロ波出力に対する閾値及び前記透過マイクロ波出力に対する閾値を予め設定し、前記反射マイクロ波出力もしくは前記透過マイクロ波出力の少なくともいずれかの値が前記反射マイクロ波出力に対する閾値もしくは前記透過マイクロ波出力に対する閾値を超えたときに前記所定の金属膜の研磨終点を検出する高周波を用いた金属膜終点検出装置としたので、上記変曲点が生じた後の反射マイクロ波出力特性及び透過マイクロ波出力特性の各特性中にそれぞれ閾値を予め設定し、この閾値を基にすることで所定の金属膜の研磨終点を高い精度で一層確実に検出することができるという利点がある。   According to a fifteenth aspect of the present invention, the threshold value for the reflected microwave output and the transmitted microwave output are included in the reflected microwave output characteristic and the transmitted microwave output characteristic after the inflection point is generated. A threshold is set in advance, and when the value of at least one of the reflected microwave output and the transmitted microwave output exceeds the threshold for the reflected microwave output or the threshold for the transmitted microwave output, the predetermined metal film Since it is a metal film end point detection device using a high frequency to detect the polishing end point, a threshold value is set in advance in each of the reflected microwave output characteristic and the transmitted microwave output characteristic after the inflection point occurs, Based on this threshold value, there is an advantage that the polishing end point of a predetermined metal film can be detected with higher accuracy.

請求項１６記載の発明は、上記反射マイクロ波出力に対する閾値は所定の反射マイクロ波出力値もしくは上記反射マイクロ波出力特性における所定の傾きにより設定され、上記透過マイクロ波出力に対する閾値は所定の透過マイクロ波出力値もしくは上記透過マイクロ波出力特性における所定の傾きにより設定されている高周波を用いた金属膜終点検出装置としたので、研磨の進行に伴う反射マイクロ波出力が閾値を超えたことを確実に判断することができ、また、透過マイクロ波出力が閾値を超えたことを確実に判断することができる。そして、前記両判断のうちの少なくともいずれかの判断の基に所定の金属膜の研磨終点を高い精度で一層確実に検出することができるという利点がある。   According to a sixteenth aspect of the present invention, the threshold for the reflected microwave output is set by a predetermined reflected microwave output value or a predetermined slope in the reflected microwave output characteristics, and the threshold for the transmitted microwave output is a predetermined transmitted microwave. Since the metal film end point detection device uses a high-frequency wave set by a predetermined inclination in the wave output value or the transmission microwave output characteristic, it is ensured that the reflected microwave output with the progress of polishing exceeds the threshold value. It can be determined, and it can be reliably determined that the transmitted microwave output has exceeded the threshold value. Further, there is an advantage that the polishing end point of the predetermined metal film can be detected with higher accuracy based on at least one of the two determinations.

請求項１７記載の発明は、上記反射マイクロ波及び上記透過マイクロ波の各変化は、上記所定の金属膜の材質を一因子として決まる表皮効果に依存して生じている高周波を用いた金属膜終点検出装置としたので、照射されたマイクロ波に対する反射マイクロ波及び透過マイクロ波は、研磨初期から研磨終点付近にかけて所定の金属膜の表皮効果に依存して顕著に変化することから、該両変化のうちの少なくともいずれかを基に所定の金属膜の研磨終点を高い精度で確実に検出することができるという利点がある。   According to the seventeenth aspect of the present invention, each change of the reflected microwave and the transmitted microwave is a metal film end point using a high frequency generated depending on a skin effect determined by a material of the predetermined metal film as a factor. Since the detection device is used, the reflected microwave and the transmitted microwave with respect to the irradiated microwave change significantly depending on the skin effect of a predetermined metal film from the initial stage of polishing to the vicinity of the end point of polishing. There is an advantage that the polishing end point of the predetermined metal film can be reliably detected with high accuracy based on at least one of them.

研磨装置におけるプラテン等への組込みが容易で空間分解能が高く、金属残膜を生じさせることなく金属膜の研磨終点を高い精度で確実に検出するという目的を達成するために、ウェーハ表面の所定の金属膜を研磨して適正な厚さが除去されたときの研磨終点を検出する高周波を用いた金属膜終点検出方法であって、前記所定の金属膜面に対し、所定の照射面積で且つ照射面が前記所定の金属膜面を横切るように高周波を照射し、研磨の進行に伴う前記照射高周波に対する前記所定の金属膜からの反射波もしくは前記所定の金属膜及びウェーハを透過する透過波の少なくともいずれかの変化を基に前記所定の金属膜の研磨終点を検出することにより実現した。   In order to achieve the purpose of reliably detecting the polishing end point of a metal film with high accuracy without causing a metal residual film, it is easy to incorporate into a platen or the like in a polishing apparatus. A metal film end point detection method using a high frequency for detecting a polishing end point when an appropriate thickness is removed by polishing a metal film, wherein the predetermined metal film surface is irradiated with a predetermined irradiation area. Irradiate a high frequency so that the surface crosses the predetermined metal film surface, and at least of a reflected wave from the predetermined metal film or a transmitted wave transmitted through the predetermined metal film and the wafer with respect to the irradiation high frequency as polishing proceeds This was realized by detecting the polishing end point of the predetermined metal film based on any change.

以下、本発明の好適な一実施例を図面に従って詳述する。図１は高周波としてのマイクロ波を用いた金属膜終点検出装置が組込まれた化学機械研磨装置の斜視図、図２は化学機械研磨装置におけるプラテン等に組込まれた金属膜終点検出装置を示す構成図である。   Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a perspective view of a chemical mechanical polishing apparatus in which a metal film end point detection apparatus using microwaves as a high frequency is incorporated, and FIG. 2 is a configuration showing the metal film end point detection apparatus incorporated in a platen or the like in the chemical mechanical polishing apparatus. FIG.

ます、本実施例に係る金属膜終点検出装置の構成を、化学機械研磨装置の概略構成から説明する。図１において化学機械研磨装置１は、主としてプラテン２と、研磨ヘッド３とから構成されている。   First, the configuration of the metal film end point detection apparatus according to the present embodiment will be described from the schematic configuration of the chemical mechanical polishing apparatus. In FIG. 1, the chemical mechanical polishing apparatus 1 mainly includes a platen 2 and a polishing head 3.

前記プラテン２は、円盤状に形成され、その下面中央には回転軸４が連結されており、モータ５の駆動によって矢印Ａ方向へ回転する。前記プラテン２の上面には研磨パッド６が貼着されており、該研磨パッド６上に図示しないノズルから研磨剤と化学薬品との混合物であるスラリーが供給される。前記研磨ヘッド３は、本体部が円盤状に形成され、その上面中央に回転軸７が連結されており、図示しないモータで駆動され矢印Ｂ方向に回転する。   The platen 2 is formed in a disk shape, and a rotary shaft 4 is connected to the center of the lower surface thereof. The platen 2 rotates in the direction of arrow A when the motor 5 is driven. A polishing pad 6 is attached to the upper surface of the platen 2, and a slurry that is a mixture of an abrasive and a chemical is supplied onto the polishing pad 6 from a nozzle (not shown). The polishing head 3 has a main body formed in a disk shape, and a rotation shaft 7 is connected to the center of the upper surface thereof.

該化学機械研磨装置１は、金属膜が形成されたウェーハを、研磨ヘッド３で吸着保持して図示しない移動機構によりプラテン２上に運び、該ウェーハを金属膜が研磨パッド６に対接するようにプラテン２上に載置する。次いで、研磨ヘッド３内の図示しないエアバックにエアーを供給して該エアバックを膨らませる。前記エアバックの膨らみによって、ウェーハ表面部の金属膜が所定の圧力で研磨パッド６に押し付けられる。   The chemical mechanical polishing apparatus 1 sucks and holds a wafer on which a metal film is formed by a polishing head 3 and transports the wafer onto the platen 2 by a moving mechanism (not shown) so that the metal film contacts the polishing pad 6. Place on the platen 2. Next, air is supplied to an air bag (not shown) in the polishing head 3 to inflate the air bag. Due to the expansion of the airbag, the metal film on the wafer surface is pressed against the polishing pad 6 with a predetermined pressure.

この状態でプラテン２を図１の矢印Ａ方向に回転させるとともに研磨ヘッド３を図１の矢印Ｂ方向に回転させ、回転する研磨パッド６上に図示しないノズルからスラリーを供給してウェーハ表面部の金属膜を研磨する。   In this state, the platen 2 is rotated in the direction of arrow A in FIG. 1 and the polishing head 3 is rotated in the direction of arrow B in FIG. 1, and slurry is supplied from a nozzle (not shown) onto the rotating polishing pad 6. Polish the metal film.

そして、図２に示すように、化学機械研磨装置１におけるプラテン２及び研磨ヘッド３の部分に、該研磨ヘッド３に吸着保持されたウェーハＷにおける表面部の金属膜８が適正な厚さ研磨除去されたときの研磨終点を検出する金属膜終点検出装置９が組込まれている。   Then, as shown in FIG. 2, the metal film 8 on the surface portion of the wafer W attracted and held by the polishing head 3 is polished and removed to an appropriate thickness on the platen 2 and the polishing head 3 in the chemical mechanical polishing apparatus 1. A metal film end point detecting device 9 for detecting the polishing end point when the polishing is performed is incorporated.

該金属膜終点検出装置９は、固体マイクロ波発振素子であるガンダイオードを用いた発振器１０と、該発振器１０で発振されたマイクロ波の電力を所要値に設定する可変抵抗減衰器１１と、マイクロ波を前記金属膜８面に照射するアンテナとしての機能を持つ導波管開口部１２と、該導波管開口部１２での反射電力を最小にして放射効率を高めるため前記可変抵抗減衰器１１で所要電力値に設定されたマイクロ波の位相を調整する位相変調器１３と、該位相調整されたマイクロ波を受けてその伝播方向を所定の一方向である前記導波管開口部１２側へ切換えるとともに前記金属膜８面からの反射マイクロ波を前記導波管開口部１２を介して受けその伝播方向を所定の他方向である第１の検波器１４側へ切換えるサーキュレータ１５と、前記導波管開口部１２からの照射マイクロ波に対する前記金属膜８を含むウェーハＷを透過する透過マイクロ波を検波する第２の検波器１６とを備えて構成されている。なお、前記可変抵抗減衰器１１の部分は、該可変抵抗減衰器１１、ステップ型減衰器もしくは固定減衰器のうちの少なくともいずれかで構成することもできる。   The metal film end point detection device 9 includes an oscillator 10 using a Gunn diode, which is a solid-state microwave oscillating element, a variable resistance attenuator 11 that sets the power of the microwave oscillated by the oscillator 10 to a required value, A waveguide opening 12 having a function as an antenna for irradiating the surface of the metal film 8 with the wave, and the variable resistance attenuator 11 in order to increase the radiation efficiency by minimizing the reflected power at the waveguide opening 12. And a phase modulator 13 for adjusting the phase of the microwave set to the required power value, and receiving the phase-adjusted microwave and propagating the propagation direction to the waveguide opening 12 side which is a predetermined direction. A circulator 15 for switching and receiving a reflected microwave from the surface of the metal film 8 through the waveguide opening 12 and switching its propagation direction to the first detector 14 side which is a predetermined other direction; It is configured to include a second detector 16 for detecting the transmitted microwaves transmitted through the wafer W including the metal film 8 with respect to microwave radiation from the tube opening 12. Note that the variable resistance attenuator 11 can be configured by at least one of the variable resistance attenuator 11, a step type attenuator, or a fixed attenuator.

高周波としてのマイクロ波を適用することで、前記導波管開口部１２の開口面積を小さくすることができて金属膜検知の空間分解能が高められている。しかし、開口面積が小さ過ぎると、ウェーハＷ上の回路等のパターンも認識してしまい、波長が短か過ぎると研磨パッドの種類による距離の変化に敏感になり過ぎてしまうという不具合が生じる。このため、前記導波管開口部１２の開口面積は、ウェーハＷ上に金属残膜を生じさせることなく金属膜８の研磨終点を確実に検出しうるような所要の面積値に設定されている。   By applying microwaves as high frequency, the opening area of the waveguide opening 12 can be reduced, and the spatial resolution of metal film detection is enhanced. However, if the opening area is too small, a pattern of a circuit or the like on the wafer W is recognized, and if the wavelength is too short, there is a problem that it becomes too sensitive to a change in distance depending on the type of the polishing pad. For this reason, the opening area of the waveguide opening 12 is set to a required area value that can reliably detect the polishing end point of the metal film 8 without causing a metal residual film on the wafer W. .

また、前記導波管開口部１２には、該導波管開口部１２から放射されたマイクロ波はフレネル領域において前記金属膜８面における反射電力が最大となるように所要厚みの溶融石英窓１７が取付けられている。マイクロ波がフレネル領域で金属膜８に作用することで、高空間分解能で反射マイクロ波及び透過マイクロ波が得られる。   Also, the fused silica window 17 having a required thickness is provided in the waveguide opening 12 so that the microwave radiated from the waveguide opening 12 has the maximum reflected power on the surface of the metal film 8 in the Fresnel region. Is installed. When the microwaves act on the metal film 8 in the Fresnel region, reflected microwaves and transmitted microwaves can be obtained with high spatial resolution.

前記第１の検波器１４は反射マイクロ波を検波して直流の反射マイクロ波出力とし、前記第２の検波器１６は透過マイクロ波を検波して直流の透過マイクロ波出力とする。   The first detector 14 detects a reflected microwave to produce a DC reflected microwave output, and the second detector 16 detects a transmitted microwave to produce a DC transmitted microwave output.

上記のように構成された金属膜終点検出装置９のうち、発振器１０、可変抵抗減衰器１１、導波管開口部１２、位相変調器１３、第１の検波器１４及びサーキュレータ１５を含む立体回路は、前記プラテン２内に組込まれ、第２の検波器１６は、研磨ヘッド３側に組込まれている。前記第１の検波器１４の反射マイクロ波出力は、図示しない同軸ケーブル及びスリップリング等の回転接続手段を介して外部に導出され、図示しない出力測定器で測定される。これとほぼ同様に、前記第２の検波器１６の透過マイクロ波出力は、前記研磨ヘッド３側において図示しない同軸ケーブル及びスリップリング等の回転接続手段を介して外部に導出され、前記出力測定器で測定される。   Of the metal film end point detection device 9 configured as described above, a three-dimensional circuit including an oscillator 10, a variable resistance attenuator 11, a waveguide opening 12, a phase modulator 13, a first detector 14, and a circulator 15. Is incorporated in the platen 2, and the second detector 16 is incorporated on the polishing head 3 side. The reflected microwave output of the first detector 14 is led out to the outside through a rotary connecting means such as a coaxial cable and slip ring (not shown) and measured by an output measuring instrument (not shown). In substantially the same manner, the transmitted microwave output of the second detector 16 is led out to the polishing head 3 side through a rotary connection means such as a coaxial cable and a slip ring (not shown), and the output measuring instrument Measured in

次に、上述のように構成された金属膜終点検出装置の作用及び金属膜終点検出方法を説明する。金属膜８に照射されたマイクロ波の挙動から説明する。一般に、高周波の電磁波が金属材料に照射された場合、表皮効果によって金属材料内深くまで侵入することはできない。この侵入できる深さ（表皮深さδ）は、適用される電磁波の周波数ｆ並びに金属材料の導電率σ及び透磁率μ等によって決まり、式（１）によって与えられる。

Figure 2009049147
Next, the operation of the metal film end point detection apparatus configured as described above and the metal film end point detection method will be described. The behavior of the microwave irradiated to the metal film 8 will be described. In general, when a high-frequency electromagnetic wave is irradiated onto a metal material, it cannot penetrate deep into the metal material due to the skin effect. The penetration depth (skin depth δ) is determined by the frequency f of the applied electromagnetic wave, the conductivity σ and the permeability μ of the metal material, and is given by the equation (1).
Figure 2009049147

ここで、ω＝２πｆであり、表皮深さδは電磁波の周波数ｆが高くなるほど、小さくなる。上記のように評価する電磁波の周波数ｆ、金属膜の導電率σ、透磁率μ等によって一意に決定される前記表皮深さδにおいて、評価する金属膜の膜厚が表皮深さδ以上である場合、その電磁波は表皮深さδ以上金属膜内を原理的に浸透しない。このため、殆どの電磁波が反射されることになる。逆に、低周波であれば、表皮深さδは非常に大きくなるため、殆どの電磁波が透過するようになる。本実施例におけるＣｕ膜等のＣＭＰのように、金属膜の除去プロセスにおいては、その研磨終点付近で信号波形を大きく変化させて精度よく測定するのがよく、設定する表皮深さδは非常に薄くした方がよい。そのため、適用する電磁波の周波数ｆは、通常１００ＭＨｚ以上であればよく、さらには１ＧＨｚ以上のマイクロ波とすることで、表皮深さδがミクロンオーダとなって研磨終点の検出が精度よく行えるものである。     Here, ω = 2πf, and the skin depth δ decreases as the frequency f of the electromagnetic wave increases. The thickness of the metal film to be evaluated is equal to or greater than the skin depth δ in the skin depth δ that is uniquely determined by the frequency f of the electromagnetic wave to be evaluated, the electrical conductivity σ of the metal film, the magnetic permeability μ, and the like as described above. In this case, the electromagnetic wave does not penetrate the metal film in principle by the skin depth δ or more. For this reason, most electromagnetic waves are reflected. On the contrary, if the frequency is low, the skin depth δ becomes very large, so that almost all electromagnetic waves are transmitted. In the removal process of the metal film, such as CMP of the Cu film in this embodiment, the signal waveform should be greatly changed in the vicinity of the polishing end point, and the measurement should be performed with high accuracy. It is better to make it thinner. Therefore, the frequency f of the electromagnetic wave to be applied is usually 100 MHz or more, and further, by setting the microwave to 1 GHz or more, the skin depth δ becomes on the order of microns, and the polishing end point can be detected accurately. is there.

そして、マイクロ波を金属膜８面に照射する導波管開口部１２が、稼働時に回転するプラテン２に組込まれていることで、金属膜８面に対し、マイクロ波が所定の照射面積で且つその照射面が前記金属膜８面を横切るように照射される。これにより、金属膜８検知の空間分解能が高められて、第１の検波器１４で検波された反射マイクロ波出力及び第２の検波器１２で検波された透過マイクロ波出力により、金属膜８の研磨状態が監視される。   The waveguide opening 12 for irradiating the surface of the metal film 8 with the microwave is incorporated in the platen 2 that rotates during operation, so that the microwave is irradiated on the surface of the metal film 8 with a predetermined irradiation area. The irradiation surface is irradiated so as to cross the metal film 8 surface. Thereby, the spatial resolution of the detection of the metal film 8 is increased, and the reflected microwave output detected by the first detector 14 and the transmitted microwave output detected by the second detector 12 are used to detect the metal film 8. The polishing state is monitored.

金属膜８の研磨中においては、前記反射マイクロ波出力及び透過マイクロ波出力は、それぞれほぼ一定の値に保持される。研磨が進行して金属膜８が適正な厚さ除去されるとマイクロ波の照射対象が金属膜８から該金属膜８下層の他の物質（殆どの場合、絶縁膜）に変わることで、研磨の進行に伴う反射マイクロ波出力特性及び透過マイクロ波出力特性には、それぞれ明確な変化である後述するような変曲点が生じる。   While the metal film 8 is being polished, the reflected microwave output and the transmitted microwave output are maintained at substantially constant values. When polishing progresses and the metal film 8 is removed to an appropriate thickness, the object of microwave irradiation changes from the metal film 8 to another substance (in most cases, an insulating film) below the metal film 8, thereby polishing the metal film 8. Inflection points as will be described later, which are distinct changes, occur in the reflected microwave output characteristics and the transmitted microwave output characteristics accompanying the progress of the above.

この反射マイクロ波出力特性もしくは透過マイクロ波出力特性の少なくともいずれかにおける明確な変化である前記変曲点を基にウェーハＷ面内に金属膜８の膜残りを生じさせることなく該金属膜８の研磨終点が検出される。さらに、具体的には前記変曲点が生じた後の反射マイクロ波出力特性及び透過マイクロ波出力特性の各特性中のそれぞれに予め設定した閾値を基にすることで金属膜８の研磨終点が一層確実に検出される。   Based on the inflection point, which is a clear change in at least one of the reflected microwave output characteristic and the transmitted microwave output characteristic, the metal film 8 is not left on the surface of the wafer W. The polishing end point is detected. Furthermore, specifically, the polishing end point of the metal film 8 can be determined based on a threshold value preset in each of the reflected microwave output characteristic and the transmitted microwave output characteristic after the inflection point occurs. It is detected more reliably.

図３は、並設された３個の導波管開口部から金属膜面に同時にマイクロ波が照射されたときの照射軌跡例を示す図である。前記図２において、発振器１０で発振されたマイクロ波が図示しないセパレータを用いることで３個の回路に分割され、該分割された各マイクロ波が並設された３個の導波管開口部にそれぞれ与えられている。そして、図３に示すように、前記３個の導波管開口部から金属膜８面に放射された各マイクロ波が、それぞれ所定の照射面積で且つ３つの照射面が円弧を描きつつ金属膜８面を横切るように照射されている。   FIG. 3 is a diagram showing an example of an irradiation locus when microwaves are simultaneously applied to the metal film surface from three waveguide openings arranged in parallel. In FIG. 2, the microwave oscillated by the oscillator 10 is divided into three circuits by using a separator (not shown), and the divided microwaves are arranged in three waveguide openings arranged in parallel. Each is given. As shown in FIG. 3, each microwave radiated from the three waveguide openings to the surface of the metal film 8 has a predetermined irradiation area and the three irradiation surfaces draw a circular arc. Irradiated across 8 sides.

図３の例は、ウェーハＷの直径は３００ｍｍ、プラテン２の中心からウェーハＷ中心までの距離は２００ｍｍ、ウェーハＷの回転速度及びプラテン２の回転速度はそれぞれ１００ｒｐｍに設定した場合である。図３中、照射軌跡Ｌ1はプラテン２の中心から１００ｍｍの位置に設置されている導波管開口部からのもの、照射軌跡Ｌ2はプラテン２の中心から１５０ｍｍの位置に設置されている導波管開口部からのもの、照射軌跡Ｌ3はプラテン２の中心から２００ｍｍの位置に設置されている導波管開口部からのものである。 In the example of FIG. 3, the diameter of the wafer W is 300 mm, the distance from the center of the platen 2 to the center of the wafer W is 200 mm, the rotation speed of the wafer W and the rotation speed of the platen 2 are each set to 100 rpm. In FIG. 3, the irradiation locus L 1 is from a waveguide opening installed at a position of 100 mm from the center of the platen 2, and the irradiation locus L 2 is guided at a position of 150 mm from the center of the platen 2. The irradiation path L 3 from the wave tube opening is from the waveguide opening installed at a position 200 mm from the center of the platen 2.

図３に示した例のように、金属膜８面に対し、マイクロ波を、それぞれ所定の照射面積で且つ複数の照射面が同時に金属膜８面を横切るように照射すると、ウェーハＷ面の全体にわたって、高い空間分解能で金属残膜を生じさせることなく、金属膜の研磨終点を精度よく検出することができる。   As in the example shown in FIG. 3, when the microwave is irradiated on the surface of the metal film 8 so that each of the irradiation surfaces crosses the surface of the metal film 8 at a predetermined irradiation area, the entire surface of the wafer W is irradiated. In addition, the polishing end point of the metal film can be accurately detected without generating a metal residual film with high spatial resolution.

図４の（ａ）〜（ｇ）を用いて金属膜終点検出のアルゴリズム例を説明する。同図（ａ）〜（ｄ）は研磨の進行に伴う反射波信号の変化を順に示す図、（ｅ）は研磨の進行に伴うウェーハ上の全領域で検出される反射波信号の面内平均値の変化を示す特性図、（ｆ）は研磨の進行に伴ないウェーハ上に残っている金属膜から検出される反射波信号の平均値Ｙの変化を示す特性図、（ｇ）は研磨の進行に伴なう反射波信号の平均値Ｙの変化を傾きｄＹ／ｄｔの変化に置き換えて示す特性図である。   An example of the algorithm for detecting the metal film end point will be described with reference to FIGS. FIGS. 9A to 9D are diagrams sequentially showing changes in the reflected wave signal as the polishing progresses, and FIG. 9E is an in-plane average of the reflected wave signal detected in the entire region on the wafer as the polishing progresses. (F) is a characteristic diagram showing a change in the average value Y of the reflected wave signal detected from the metal film remaining on the wafer with the progress of polishing, (g) is a characteristic diagram showing the change in value. FIG. 6 is a characteristic diagram showing a change in the average value Y of the reflected wave signal as it progresses with a change in slope dY / dt.

このアルゴリズム例は、ウェーハＷのエッジ部に膜が残りやすいプロセスで金属膜８としてのＣｕ膜を研磨した場合について、前記第１の検波器１４で検波された反射マイクロ波出力（図４の（ａ）〜（ｄ）では、反射波信号と記載してある）により研磨終点検出を行う場合について述べてある。   In this algorithm example, when the Cu film as the metal film 8 is polished by a process in which a film tends to remain on the edge portion of the wafer W, the reflected microwave output detected by the first detector 14 (( In (a) to (d), the case where the polishing end point detection is performed by the reflected wave signal is described.

研磨の進行に伴うウェーハＷ上のＣｕ膜から検出される反射波信号の変化は、図４の（ａ）〜（ｄ）のように予想される。同図（ａ）はウェーハＷ上の全面にＣｕ膜ありのときの反射波信号、同図（ｂ）はウェーハＷ中心部のＣｕ膜が薄くなり始めたときの反射波信号、同図（ｃ）はウェーハＷのエッジ部にＣｕ膜が残っているときの反射波信号、同図（ｄ）はウェーハＷ上の全面についてＣｕ膜がクリア（研磨除去）されたときの反射波信号を示している。   Changes in the reflected wave signal detected from the Cu film on the wafer W as the polishing progresses are expected as shown in FIGS. FIG. 4A shows a reflected wave signal when a Cu film is present on the entire surface of the wafer W, FIG. 4B shows a reflected wave signal when the Cu film at the center of the wafer W starts to become thin, and FIG. ) Shows the reflected wave signal when the Cu film remains on the edge portion of the wafer W, and FIG. 4D shows the reflected wave signal when the Cu film is cleared (polished and removed) on the entire surface of the wafer W. Yes.

このとき、ウェーハＷ上の全領域でサンプリングされる反射波信号の和をサンプリング数で割った反射波信号の面内平均値をＸとし、研磨の進行に伴う該Ｘの変化を示すと同図（ｅ）のようになる。図（ｅ）から反射波信号の面内平均値Ｘの値が予め設定した閾値より下になるか、又は傾きが変曲点Ｐにさしかかった所でトリガをかける。   At this time, an in-plane average value of the reflected wave signal obtained by dividing the sum of the reflected wave signals sampled over the entire area on the wafer W by the number of samplings is X, and the change of X with the progress of polishing is shown in FIG. As shown in (e). From FIG. 5E, the trigger is applied when the in-plane average value X of the reflected wave signal falls below a preset threshold value or the inclination approaches the inflection point P.

次に反射波信号をサンプリングする領域を、前記ウェーハＷ上の全領域からＣｕ膜が残っている領域のみに絞り、このＣｕ膜の残り領域でサンプリングされる反射波信号の和をサンプリング数で割った値をＹとする。Ｃｕ膜が残っている領域は、“Ｘ＋ｘ”のレベルでスレッショルドをかけ、そのスレッショルドレベルより反射波信号値が大きい区間とする。この区間は固定する。ｘはＣｕ膜が全て研磨除去されてオールクリアになった際、反射波信号の誤差でスレッショルドが掛からないようにマージンを持たせる値である。   Next, the area where the reflected wave signal is sampled is limited to the area where the Cu film remains from the entire area on the wafer W, and the sum of the reflected wave signals sampled in the remaining area of the Cu film is divided by the sampling number. The value obtained is Y. The region where the Cu film remains is thresholded at the level of “X + x”, and is a section where the reflected wave signal value is larger than the threshold level. This section is fixed. x is a value that provides a margin so that a threshold is not applied due to an error in the reflected wave signal when the Cu film is completely removed by polishing.

このときのＣｕ膜の残り領域における反射波信号の平均値Ｙの研磨時間ｔに対する変化は、図（ｆ）に示すようになる。ここで、前記Ｙの値が予め設定した閾値Ｓより下がるか、又は図（ｇ）に示す傾き（ｄＹ／ｄｔ）の値が閾値Ｓより大きくなったら研磨終点とする。   The change of the average value Y of the reflected wave signal in the remaining region of the Cu film at this time with respect to the polishing time t is as shown in FIG. Here, if the value of Y falls below a preset threshold value S or the value of the slope (dY / dt) shown in FIG.

［２８ＧＨｚマイクロ波を用いた金属残膜検出実験］
マイクロ波の反射率及び透過率が物質により異なることを利用して、ウェーハＷ上の金属残膜の検出が可能であることを実験した結果を、図５及び図６を用いて説明する。図５は金属残膜検出装置の構成図、図６はウェーハＷ上に金属残膜が存在することによる反射マイクロ波出力及び透過マイクロ波出力の各変化を示す特性図である。なお、図５の金属残膜検出装置において、前記図２における機器等と同一ないし均等のものは、前記と同一符号を以って示してある。 [Metal residual film detection experiment using 28 GHz microwave]
The result of an experiment that it is possible to detect the metal residual film on the wafer W by utilizing the fact that the reflectance and transmittance of the microwave differ depending on the substance will be described with reference to FIGS. FIG. 5 is a configuration diagram of the metal residual film detection device, and FIG. 6 is a characteristic diagram showing changes in the reflected microwave output and the transmitted microwave output due to the presence of the metal residual film on the wafer W. In the metal residual film detection apparatus of FIG. 5, the same or equivalent components as those in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals as above.

図５に示す立体回路からなる金属残膜検出装置２０において、発振器１０は２８ＧＨｚマイクロ波を発振する。アイソレータ（不可逆回路）１８は反射マイクロ波が発振器１０に入るのを防ぐ。２０ｄＢ方向性結合器１９は反射マイクロ波のみを第１の検波器１４側へ−２０ｄＢで結合する。該第１の検波器１４の前段には可変抵抗減衰器１１ａが接続され、第２の検波器１６の前段には可変抵抗減衰器１１ｂが接続されている。可変抵抗減衰器１１ａは第１の検波器１４に入射する反射マイクロ波の電力を適当な大きさに減衰させる。可変抵抗減衰器１１ｂは第２の検波器１６に入射する透過マイクロ波の電力を適当な大きさに減衰させる。溶融石英窓１７は厚さ２．７５ｍｍに設定されている。ウェーハＷ（ＳＥＭＡＴＥＣＨ７５４）の表面部には幅２３ｍｍのＣｕ残膜が付いている。研磨パッド６はＩＣ１４００（Ａ２１）である。   In the metal remaining film detection device 20 including the three-dimensional circuit shown in FIG. 5, the oscillator 10 oscillates 28 GHz microwave. An isolator (irreversible circuit) 18 prevents reflected microwaves from entering the oscillator 10. The 20 dB directional coupler 19 couples only the reflected microwave to the first detector 14 side at −20 dB. A variable resistance attenuator 11 a is connected to the preceding stage of the first detector 14, and a variable resistance attenuator 11 b is connected to the preceding stage of the second detector 16. The variable resistance attenuator 11a attenuates the reflected microwave power incident on the first detector 14 to an appropriate magnitude. The variable resistance attenuator 11b attenuates the transmission microwave power incident on the second detector 16 to an appropriate magnitude. The fused silica window 17 is set to a thickness of 2.75 mm. A Cu residual film having a width of 23 mm is attached to the surface of the wafer W (SEMATECH 754). The polishing pad 6 is IC1400 (A21).

そして、ウェーハＷにおける幅２３ｍｍのＣｕ残膜が付いた表面側を研磨パッド６に密着させた状態で一定のスピードでスライドさせる。このスライドしているウェーハＷの表面部に対し、発振器１０で発振された２８ＧＨｚマイクロ波を、アイソレータ１８及び方向性結合器１９を介して導波管開口部１２から所定の照射面積となるようにして照射する。   Then, the wafer W is slid at a constant speed in a state where the surface side with the Cu remaining film having a width of 23 mm is in close contact with the polishing pad 6. The 28 GHz microwave oscillated by the oscillator 10 is applied to the surface portion of the sliding wafer W from the waveguide opening 12 via the isolator 18 and the directional coupler 19 so as to have a predetermined irradiation area. Irradiate.

この照射マイクロ波に対するウェーハＷ表面部からの反射マイクロ波は方向性結合器１９で伝播方向が切り換えられ可変抵抗減衰器１１ａで適当な電力に減衰された後、第１の検波器１４で検波されて反射マイクロ波出力とされる。一方、前記照射マイクロ波に対する前記Ｃｕ残膜及びウェーハＷを透過した透過マイクロ波は可変抵抗減衰器１１ｂで適当な電力に減衰された後、第２の検波器１６で検波されて透過マイクロ波出力とされる。   The reflected microwave from the surface of the wafer W with respect to the irradiated microwave is switched in the propagation direction by the directional coupler 19 and attenuated to an appropriate power by the variable resistance attenuator 11a, and then detected by the first detector 14. The reflected microwave output. On the other hand, the transmission microwave transmitted through the Cu residual film and the wafer W with respect to the irradiation microwave is attenuated to an appropriate power by the variable resistance attenuator 11b and then detected by the second detector 16 to output the transmission microwave. It is said.

図６は、上記の操作で得た反射マイクロ波出力Ｒ及び透過マイクロ波出力Ｔの各変化を示す特性図である。反射マイクロ波及び透過マイクロ波の各電力は、可変抵抗減衰器１１ａ，１１ｂで適当な大きさに減衰されているため、図６の縦軸で示される反射マイクロ波出力Ｒ及び透過マイクロ波出力Ｔの絶対値は意味を持たない。   FIG. 6 is a characteristic diagram showing changes in the reflected microwave output R and the transmitted microwave output T obtained by the above operation. Since each power of the reflected microwave and the transmitted microwave is attenuated to an appropriate magnitude by the variable resistance attenuators 11a and 11b, the reflected microwave output R and the transmitted microwave output T shown by the vertical axis in FIG. The absolute value of has no meaning.

図６の結果より、反射マイクロ波出力ＲはＣｕ残膜により強められ、透過マイクロ波出力ＴはＣｕ残膜により殆どゼロになることが分かる。また、幅２３ｍｍのＣｕ残膜が途切れる部分、即ちＣｕ膜が全て研磨除去されてオールクリアに相当する部分における反射マイクロ波出力Ｒ及び透過マイクロ波出力Ｔの各特性には、それぞれ変曲点Ｐ1、Ｐ2が生じている。したがって、反射マイクロ波出力Ｒ及び透過マイクロ波出力Ｔは、共に金属膜の終点検出に有効であることが分かる。 From the result of FIG. 6, it can be seen that the reflected microwave output R is strengthened by the Cu residual film, and the transmitted microwave output T becomes almost zero by the Cu residual film. In addition, each characteristic of the reflected microwave output R and the transmitted microwave output T in the portion where the Cu residual film having a width of 23 mm is interrupted, that is, the portion corresponding to all clear after the entire Cu film is polished and removed, has an inflection point P. 1 and P 2 are generated. Therefore, it can be seen that both the reflected microwave output R and the transmitted microwave output T are effective for detecting the end point of the metal film.

上述したように、本実施例に係る高周波を用いた金属膜終点検出方法とその装置においては、高周波としてマイクロ波を適用し、導波管開口部１２を所定の金属膜８面に対する該マイクロ波の放射用アンテナとして機能させるとともに該導波管開口部１２を稼働時に回転するプラテン２側に組込んだことで、マイクロ波を所定の照射面積で所定の金属膜８面を横切るように照射させることができる。したがって、金属膜検知の空間分解能が高くなってウェーハＷ面内に金属残膜を生じさせることなく研磨の進行に伴う反射マイクロ波出力もしくは透過マイクロ波出力の少なくともいずれかの変化を基に所定の金属膜８の研磨終点を確実に検出することができる。   As described above, in the metal film end point detection method and apparatus using the high frequency according to the present embodiment, microwaves are applied as the high frequency, and the microwave is applied to the waveguide opening 12 on the surface of the predetermined metal film 8. In addition to functioning as a radiating antenna, and incorporating the waveguide opening 12 on the side of the platen 2 that rotates during operation, microwaves are irradiated across a predetermined metal film 8 surface with a predetermined irradiation area. be able to. Therefore, the spatial resolution of the metal film detection is increased, and a predetermined amount based on a change in the reflected microwave output or the transmitted microwave output accompanying the progress of polishing without causing a metal residual film in the wafer W surface. The polishing end point of the metal film 8 can be reliably detected.

所定の金属膜８が適正な厚さ除去されたとき、マイクロ波の照射対象となる物質が変わることで、研磨の進行に伴う反射マイクロ波出力特性及び透過マイクロ波出力特性には、それぞれ明確な変化である変曲点が生じる。この明確な変化である変曲点を基に所定の金属膜８の研磨終点を確実に検出することができる。   When the predetermined thickness of the predetermined metal film 8 is removed, the reflected microwave output characteristics and the transmitted microwave output characteristics associated with the progress of polishing are clearly changed by changing the material to be irradiated with microwaves. An inflection point that is a change occurs. The polishing end point of the predetermined metal film 8 can be reliably detected based on the inflection point which is a clear change.

前記変曲点が生じた後の反射マイクロ波出力特性及び透過マイクロ波出力特性の各特性中にそれぞれ閾値を予め設定し、この閾値を基にすることで所定の金属膜８の研磨終点を高い精度で一層確実に検出することができる。   A threshold value is set in advance in each of the reflected microwave output characteristic and the transmitted microwave output characteristic after the inflection point occurs, and the polishing end point of the predetermined metal film 8 is increased by using this threshold value as a basis. It can be detected more accurately with accuracy.

ガンダイオードを用いた発振器１０、可変抵抗減衰器１１、位相変調器１３、サーキュレータ１５、第１の検波器１４及び導波管開口部１２を備えたマイクロ波の立体回路は小形に構成しうるので、プラテン２内に容易に組込むことができる。   Since the microwave three-dimensional circuit including the oscillator 10 using the Gunn diode, the variable resistance attenuator 11, the phase modulator 13, the circulator 15, the first detector 14, and the waveguide opening 12 can be made small. The platen 2 can be easily assembled.

マイクロ波回路に可変抵抗減衰器１１を備えさせたので、発振器１０で発振されたマイクロ波の電力を金属膜８の研磨終点を検出する上で最適値に設定することができる。   Since the variable resistance attenuator 11 is provided in the microwave circuit, the power of the microwave oscillated by the oscillator 10 can be set to an optimum value for detecting the polishing end point of the metal film 8.

マイクロ波回路に位相変調器１３を備えさせ、導波管開口部１２に送るマイクロ波の位相を調整するようにしたので、該導波管開口部１２から所定の金属膜８面に向けて効率よくマイクロ波を放射することができる。   Since the phase modulator 13 is provided in the microwave circuit and the phase of the microwave sent to the waveguide opening 12 is adjusted, the efficiency from the waveguide opening 12 toward the surface of the predetermined metal film 8 is improved. It can radiate microwaves well.

導波管開口部１２に所要厚みの溶融石英窓１７を取付け、フレネル領域で所定の金属膜８における反射電力を大きくするようにしたので、所定の金属膜８から高空間分解能で反射マイクロ波及び透過マイクロ波を得ることができる。   Since a fused silica window 17 having a required thickness is attached to the waveguide opening 12 and the reflected power at the predetermined metal film 8 is increased in the Fresnel region, reflected microwaves and high spatial resolution from the predetermined metal film 8 can be obtained. A transmission microwave can be obtained.

複数の導波管開口部から所定の金属膜８面に同時にマイクロ波を照射させるようにしたときには、複数のマイクロ波照射面が同時に所定の金属膜８面を横切るように照射されることから、ウェーハＷ面の全体にわたって高い空間分解能で金属残膜の生じてないことが検知されて、所定の金属膜８の研磨終点を高い精度で一層確実に検出することができる。   When the predetermined metal film 8 surface is irradiated with microwaves simultaneously from the plurality of waveguide openings, the plurality of microwave irradiation surfaces are irradiated so as to cross the predetermined metal film 8 surface at the same time. It is detected that no metal residual film is generated with high spatial resolution over the entire surface of the wafer W, and the polishing end point of the predetermined metal film 8 can be detected with higher accuracy.

なお、金属膜終点検出装置９は、導波管開口部１２の部分を除いて、導波管を用いた立体回路として構成する場合に限らず、マイクロ波モノリシックＩＣや、基板等の上に構成したマイクロ波ハイブリッドＩＣとすることもできる。   The metal film end point detection device 9 is not limited to being configured as a three-dimensional circuit using a waveguide except for the portion of the waveguide opening 12, and is configured on a microwave monolithic IC, a substrate, or the like. The microwave hybrid IC can be obtained.

また、本発明は、本発明の精神を逸脱しない限り種々の改変をなすことができ、そして、本発明が該改変されたものにも及ぶことは当然である。   Further, the present invention can be variously modified without departing from the spirit of the present invention, and the present invention naturally extends to the modified ones.

図は本発明の実施例に係る高周波を用いた金属膜終点検出方法とその装置を示すものである。
金属膜終点検出装置が組込まれた化学機械研磨装置の斜視図。 化学機械研磨装置におけるプラテン及び研磨ヘッドの部分に組込まれた金属膜終点検出装置を示す構成図。 並設された３個の導波管開口部から金属膜面に同時にマイクロ波が照射されたときの照射軌跡例を示す図。 金属膜終点検出のアルゴリズム例を説明するための図であり、（ａ）〜（ｄ）は研磨の進行に伴う反射波信号の変化を順に示す図、（ｅ）は研磨の進行に伴うウェーハ上の全領域で検出される反射波信号の面内平均値の変化を示す特性図、（ｆ）は研磨の進行に伴ないウェーハ上に残っている金属膜から検出される反射波信号の平均値Ｙの変化を示す特性図、（ｇ）は研磨の進行に伴なう反射波信号の平均値Ｙの変化を傾きｄＹ／ｄｔの変化に置き換えて示す特性図。 金属残膜の検出実験に使用した金属残膜検出装置の構成図。 図５の金属残膜検出装置を用いた実験の結果得られた反射マイクロ波出力及び透過マイクロ波出力の各変化を示す特性図。 FIG. 1 shows a metal film end point detection method and apparatus using high frequency according to an embodiment of the present invention.
The perspective view of the chemical mechanical polishing apparatus with which the metal film end point detection apparatus was integrated. The block diagram which shows the metal film end point detection apparatus integrated in the part of the platen and polishing head in a chemical mechanical polishing apparatus. The figure which shows the example of an irradiation locus | trajectory when a microwave is simultaneously irradiated to the metal film surface from the three waveguide opening parts provided in parallel. It is a figure for demonstrating the example of an algorithm of metal film end point detection, (a)-(d) is a figure which shows the change of the reflected wave signal in connection with progress of grinding | polishing in order, (e) is on a wafer accompanying progress of grinding | polishing. The characteristic view which shows the change of the in-plane average value of the reflected wave signal detected in all the area | regions, (f) is the average value of the reflected wave signal detected from the metal film which remains on a wafer with progress of grinding | polishing. A characteristic diagram showing a change in Y, (g) a characteristic diagram showing a change in the average value Y of the reflected wave signal accompanying the progress of polishing replaced with a change in slope dY / dt. The block diagram of the metal residual film detection apparatus used for the detection experiment of the metal residual film. The characteristic view which shows each change of the reflected microwave output obtained as a result of the experiment using the metal residual film detection apparatus of FIG. 5, and the transmission microwave output.

符号の説明Explanation of symbols

１ 化学機械研磨装置
２ プラテン
３ 研磨ヘッド
４ 回転軸
５ モータ
６ 研磨パッド
７ 回転軸
８ 金属膜
９ 金属膜終点検出装置
１０ 発振器
１１ 可変抵抗減衰器
１２ 導波管開口部
１３ 位相変調器
１４ 第１の検波器
１５ サーキュレータ
１６ 第２の検波器
１７ 溶融石英窓
１８ アイソレータ
１９ 方向性結合器
２０ 金属残膜検出装置
Ｗ ウェーハ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Chemical mechanical polishing apparatus 2 Platen 3 Polishing head 4 Rotating shaft 5 Motor 6 Polishing pad 7 Rotating shaft 8 Metal film 9 Metal film end point detection apparatus 10 Oscillator 11 Variable resistance attenuator 12 Waveguide opening 13 Phase modulator 14 1st 15 circulator 16 second detector 17 fused silica window 18 isolator 19 directional coupler 20 metal residual film detector W wafer

Claims (17)

ウェーハ表面の所定の金属膜を研磨して適正な厚さが除去されたときの研磨終点を検出する高周波を用いた金属膜終点検出方法であって、
前記所定の金属膜面に対し、所定の照射面積で且つ照射面が前記所定の金属膜面を横切るように高周波を照射し、研磨の進行に伴う照射高周波に対する前記所定の金属膜からの反射波もしくは前記所定の金属膜及びウェーハを透過する透過波の少なくともいずれかの変化を基に前記所定の金属膜の研磨終点を検出することを特徴とする高周波を用いた金属膜終点検出方法。 A metal film end point detection method using a high frequency to detect a polishing end point when an appropriate thickness is removed by polishing a predetermined metal film on a wafer surface,
High-frequency radiation is applied to the predetermined metal film surface so that the irradiation surface has a predetermined irradiation area and the irradiation surface crosses the predetermined metal film surface, and the reflected wave from the predetermined metal film with respect to the irradiation high frequency as polishing proceeds Alternatively, a metal film end point detection method using high frequency, wherein a polishing end point of the predetermined metal film is detected on the basis of a change in at least one of the predetermined metal film and a transmitted wave transmitted through the wafer. 上記所定の金属膜面に対し、複数の上記照射面が同時に上記所定の金属膜面を横切るように高周波を照射することを特徴とする請求項１記載の高周波を用いた金属膜終点検出方法。   2. The method of detecting a metal film end point using a high frequency according to claim 1, wherein a high frequency is applied to the predetermined metal film surface such that a plurality of the irradiation surfaces simultaneously cross the predetermined metal film surface. 上記所定の金属膜が適正な厚さ除去されたとき、高周波の照射対象となる物質が変わることにより、研磨の進行に伴う反射率及び透過率の各特性には、それぞれ変曲点が生じ、該変曲点を基に前記所定の金属膜の研磨終点を検出することを特徴とする請求項１又は２記載の高周波を用いた金属膜終点検出方法。   When the above-mentioned predetermined metal film is removed to an appropriate thickness, an inflection point is generated in each of the reflectance and transmittance characteristics accompanying the progress of polishing due to the change in the substance to be irradiated with high frequency, 3. The metal film end point detection method using high frequency according to claim 1, wherein a polishing end point of the predetermined metal film is detected based on the inflection point. 上記変曲点が生じた後の上記反射率及び透過率の各特性中に、前記反射率に対する閾値及び前記透過率に対する閾値を予め設定し、前記反射率もしくは透過率の少なくともいずれかの値が前記反射率に対する閾値もしくは前記透過率に対する閾値を超えたときに前記所定の金属膜の研磨終点を検出することを特徴とする請求項１，２又は３記載の高周波を用いた金属膜終点検出方法。   In each of the reflectance and transmittance characteristics after the inflection point occurs, a threshold value for the reflectance and a threshold value for the transmittance are set in advance, and at least one of the reflectance and the transmittance is a value. 4. The metal film end point detection method using high frequency according to claim 1, wherein a polishing end point of the predetermined metal film is detected when a threshold value for the reflectance or a threshold value for the transmittance is exceeded. . 上記反射率に対する閾値は所定の反射率値もしくは上記反射率特性における所定の傾きにより設定され、上記透過率に対する閾値は所定の透過率値もしくは上記透過率特性における所定の傾きにより設定されていることを特徴とする請求項１，２，３又は４記載の高周波を用いた金属膜終点検出方法。   The threshold for the reflectance is set by a predetermined reflectance value or a predetermined slope in the reflectance characteristic, and the threshold for the transmittance is set by a predetermined transmittance value or a predetermined slope in the transmittance characteristic. The metal film end point detection method using the high frequency according to claim 1, 2, 3, or 4. 上記高周波の周波数帯は、マイクロ波帯であり、上記所定の金属膜面には上記高周波としてのマイクロ波が導波管開口部から照射されることを特徴とする請求項１，２，３，４又は５記載の高周波を用いた金属膜終点検出方法。   The high frequency band is a microwave band, and the microwave as the high frequency is irradiated from a waveguide opening to the predetermined metal film surface. 6. A metal film end point detection method using the high frequency according to 4 or 5. 上記反射波及び反射率並びに上記透過波及び透過率の各変化は、上記所定の金属膜の材質を一因子として決まる表皮効果に依存して生じていることを特徴とする請求項１，２，３，４，５又は６記載の高周波を用いた金属膜終点検出方法。   Each of the reflected wave and the reflectance, and each change of the transmitted wave and the transmittance is generated depending on a skin effect determined by a material of the predetermined metal film as a factor. A metal film end point detection method using the high frequency described in 3, 4, 5 or 6. 所定の金属膜が形成されたウェーハを研磨ヘッドに保持し、回転するプラテンの表面に設けられた研磨パッドに前記研磨ヘッドを回転させながら前記所定の金属膜を押し付けて該所定の金属膜を研磨する化学機械研磨装置における前記所定の金属膜を監視して適正な厚さが除去されたときの研磨終点を検出する高周波を用いた金属膜終点検出装置であって、
前記高周波としてのマイクロ波を発振する発振器と、該発振器で発振されたマイクロ波を受けてその伝播方向を所定の一方向へ切換えて伝播するサーキュレータと、該サーキュレータから前記所定の一方向へ切換え伝播されたマイクロ波を受けて該マイクロ波を前記所定の金属膜面に照射する導波管開口部と、該照射マイクロ波に対する前記所定の金属膜面からの反射マイクロ波を前記導波管開口部を介して前記サーキュレータで受け該サーキュレータで所定の他方向へ切換え伝播された反射マイクロ波を検波する第１の検波器とを前記プラテンに組込み、前記照射マイクロ波に対する前記所定の金属膜及びウェーハを透過する透過マイクロ波を検波する第２の検波器を前記研磨ヘッドに組込み、研磨の進行に伴う前記第１の検波器で検波された反射マイクロ波出力もしくは前記第２の検波器で検波された透過マイクロ波出力の少なくともいずれかの変化を基に前記所定の金属膜の研磨終点を検出することを特徴とする高周波を用いた金属膜終点検出装置。 A wafer on which a predetermined metal film is formed is held by a polishing head, and the predetermined metal film is pressed by pressing the predetermined metal film while rotating the polishing head against a polishing pad provided on the surface of a rotating platen. A metal film end point detection device using a high frequency for monitoring the predetermined metal film in a chemical mechanical polishing apparatus and detecting a polishing end point when an appropriate thickness is removed,
An oscillator that oscillates microwaves as the high frequency, a circulator that receives the microwaves oscillated by the oscillator and switches the propagation direction to a predetermined direction, and a propagation that switches from the circulator to the predetermined direction. A waveguide opening for receiving the microwave applied to the predetermined metal film surface, and a reflected microwave from the predetermined metal film surface for the irradiated microwave. A first detector for detecting reflected microwaves received by the circulator via the circulator and switched in a predetermined other direction by the circulator is incorporated in the platen, and the predetermined metal film and wafer for the irradiated microwaves are incorporated into the platen. A second detector for detecting transmitted microwaves is incorporated in the polishing head, and is detected by the first detector as the polishing proceeds. A metal using high frequency, wherein a polishing end point of the predetermined metal film is detected based on a change in at least one of the reflected microwave output or the transmitted microwave output detected by the second detector Membrane end point detector. 上記発振器は、ガンダイオードを用いた発振器であることを特徴とする請求項８記載の高周波を用いた金属膜終点検出装置。   9. The metal film end point detection device using high frequency according to claim 8, wherein the oscillator is an oscillator using a Gunn diode. 上記発振器で発振されたマイクロ波電力を所要値に調整する可変抵抗減衰器、ステップ型減衰器もしくは固定減衰器のうちの少なくともいずれかを備えていることを特徴とする請求項８又は９記載の高周波を用いた金属膜終点検出装置。   10. The apparatus according to claim 8, further comprising at least one of a variable resistance attenuator, a step type attenuator, or a fixed attenuator that adjusts the microwave power oscillated by the oscillator to a required value. Metal film end point detection device using high frequency. 上記導波管開口部での反射電力が最小となるように該導波管開口部に送るマイクロ波の位相を調整する位相変調器を備えていることを特徴とする請求項８，９又は１０記載の高周波を用いた金属膜終点検出装置。   11. A phase modulator for adjusting a phase of a microwave sent to the waveguide opening so as to minimize a reflected power at the waveguide opening. Metal film end point detection apparatus using the described high frequency. 上記導波管開口部から放射されたマイクロ波はフレネル領域において上記所定の金属膜における反射電力が最大となるように、前記導波管開口部には所要厚みの溶融石英窓を取付けてなることを特徴とする請求項８，９，１０又は１１記載の高周波を用いた金属膜終点検出装置。   A fused silica window having a required thickness is attached to the waveguide opening so that the microwave radiated from the waveguide opening has the maximum reflected power in the predetermined metal film in the Fresnel region. 12. The metal film end point detection device using a high frequency according to claim 8, 9, 10 or 11. 上記発振器で発振されたマイクロ波はセパレータで複数に分割され、複数の上記導波管開口部から上記所定の金属膜面に同時にマイクロ波が照射されることを特徴とする請求項８，９，１０，１１又は１２記載の高周波を用いた金属膜終点検出装置。   The microwave oscillated by the oscillator is divided into a plurality of parts by a separator, and the predetermined metal film surface is simultaneously irradiated with the microwaves from the plurality of waveguide openings. A metal film end point detection device using the high frequency according to 10, 11 or 12. 上記所定の金属膜が適正な厚さ除去されたとき、上記マイクロ波の照射対象となる物質が変わることにより、研磨の進行に伴う上記反射マイクロ波出力特性及び上記透過マイクロ波出力特性には、それぞれ変曲点が生じ、該変曲点を基に前記所定の金属膜の研磨終点を検出することを特徴とする請求項８，９，１０，１１，１２又は１３記載の高周波を用いた金属膜終点検出装置。   When the predetermined metal film is removed to an appropriate thickness, the reflected microwave output characteristics and the transmitted microwave output characteristics with the progress of polishing are changed by changing the substance to be irradiated with the microwave. 14. The metal using high frequency according to claim 8, 9, 10, 11, 12, or 13, wherein an inflection point occurs, and a polishing end point of the predetermined metal film is detected based on the inflection point. Membrane end point detector. 上記変曲点が生じた後の上記反射マイクロ波出力特性及び上記透過マイクロ波出力特性の各特性中に、前記反射マイクロ波出力に対する閾値及び前記透過マイクロ波出力に対する閾値を予め設定し、前記反射マイクロ波出力もしくは前記透過マイクロ波出力の少なくともいずれかの値が前記反射マイクロ波出力に対する閾値もしくは前記透過マイクロ波出力に対する閾値を超えたときに前記所定の金属膜の研磨終点を検出することを特徴とする請求項８，９，１０，１１，１２，１３又は１４記載の高周波を用いた金属膜終点検出装置。   A threshold for the reflected microwave output and a threshold for the transmitted microwave output are set in advance in each of the reflected microwave output characteristics and the transmitted microwave output characteristics after the inflection point occurs, and the reflection The polishing end point of the predetermined metal film is detected when a value of at least one of the microwave output and the transmitted microwave output exceeds a threshold value for the reflected microwave output or a threshold value for the transmitted microwave output. The metal film end point detection apparatus using the high frequency according to claim 8, 9, 10, 11, 12, 13, or 14. 上記反射マイクロ波出力に対する閾値は所定の反射マイクロ波出力値もしくは上記反射マイクロ波出力特性における所定の傾きにより設定され、上記透過マイクロ波出力に対する閾値は所定の透過マイクロ波出力値もしくは上記透過マイクロ波出力特性における所定の傾きにより設定されていることを特徴とする請求項８，９，１０，１１，１２，１３，１４又は１５記載の高周波を用いた金属膜終点検出装置。   The threshold for the reflected microwave output is set by a predetermined reflected microwave output value or a predetermined slope in the reflected microwave output characteristics, and the threshold for the transmitted microwave output is a predetermined transmitted microwave output value or the transmitted microwave. 16. The metal film end point detection device using high frequency according to claim 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14 or 15, wherein the device is set according to a predetermined inclination in output characteristics. 上記反射マイクロ波及び上記透過マイクロ波の各変化は、上記所定の金属膜の材質を一因子として決まる表皮効果に依存して生じていることを特徴とする請求項８，９，１０，１１，１２，１３，１４，１５又は１６記載の高周波を用いた金属膜終点検出装置。   Each change of the reflected microwave and the transmitted microwave is generated depending on a skin effect determined by a material of the predetermined metal film as a factor. A metal film end point detection device using the high frequency described in 12, 13, 14, 15 or 16.
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