JP2015172536A - Film thickness measurement value correction method and film thickness corrector - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、膜厚測定値の補正方法、及び、膜厚補正器に関するものである。 The present invention relates to a method for correcting a film thickness measurement value and a film thickness corrector.
近年、半導体デバイスの高集積化・高密度化に伴い、回路の配線がますます微細化し、多層配線の層数も増加している。回路の微細化を図りながら多層配線を実現するためには、半導体デバイス表面を精度よく平坦化処理する必要がある。 In recent years, with higher integration and higher density of semiconductor devices, circuit wiring has become increasingly finer and the number of layers of multilayer wiring has increased. In order to realize multilayer wiring while miniaturizing a circuit, it is necessary to planarize the surface of a semiconductor device with high accuracy.
半導体デバイス表面の平坦化技術として、化学的機械研磨（ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ
Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ））が知られている。ＣＭＰを行うための研磨装置は、研磨パッドが貼り付けられた研磨テーブルと、研磨対象物（例えば半導体ウエハなどの基板、又は基板の表面に形成された各種の膜）を保持するためのトップリングとを備えている。研磨装置は、研磨テーブルを回転させながら、トップリングに保持された研磨対象物を研磨パッドに押圧することによって研磨対象物を研磨する。
As a technique for planarizing the surface of a semiconductor device, chemical mechanical polishing (CMP (Chemical)
Mechanical Polishing)) is known. A polishing apparatus for performing CMP includes a polishing table to which a polishing pad is attached and a top ring for holding an object to be polished (for example, a substrate such as a semiconductor wafer or various films formed on the surface of the substrate). And. The polishing apparatus polishes the polishing object by pressing the polishing object held on the top ring against the polishing pad while rotating the polishing table.
研磨装置は、基板の表面に形成されたバリア膜や金属膜などの導電膜を研磨する研磨工程に広く用いられている。研磨工程の終点検知や、研磨中における研磨条件の変更は、導電膜の厚さに基づいて決定される。このため、研磨装置は、一般に、研磨中の導電膜の厚さを検出する膜厚検出器を備えている。膜厚検出器の代表的な装置として渦電流センサが挙げられる。 A polishing apparatus is widely used in a polishing process for polishing a conductive film such as a barrier film or a metal film formed on the surface of a substrate. Detection of the end point of the polishing process and change of polishing conditions during polishing are determined based on the thickness of the conductive film. For this reason, the polishing apparatus generally includes a film thickness detector that detects the thickness of the conductive film being polished. An eddy current sensor is a typical apparatus for the film thickness detector.
渦電流センサは、研磨テーブル内に配置され、研磨テーブルの回転にともなって回転する。渦電流センサは、交流電源に接続されたコイルを備えている。渦電流センサは、研磨テーブルの回転にともなって研磨対象物の下方を通過している間に、コイルによって磁界を発生させる。これによって、研磨対象物の導電膜には渦電流が誘起される。渦電流は、導電膜の抵抗、すなわち導電膜の膜厚、に応じて大きさが変化する。渦電流センサは、導電膜に誘起された渦電流によって発生する磁界の変化から導電膜の厚さを検出するように構成されている。 The eddy current sensor is arranged in the polishing table and rotates as the polishing table rotates. The eddy current sensor includes a coil connected to an AC power source. The eddy current sensor generates a magnetic field by a coil while passing under the object to be polished as the polishing table rotates. Thereby, an eddy current is induced in the conductive film of the object to be polished. The magnitude of the eddy current changes according to the resistance of the conductive film, that is, the film thickness of the conductive film. The eddy current sensor is configured to detect the thickness of the conductive film from the change in the magnetic field generated by the eddy current induced in the conductive film.
ところで、研磨対象物の研磨を行っている最中には、研磨対象物と研磨パッドとの摩擦によって熱が発生する。この熱による渦電流センサの周囲の雰囲気温度の上昇に起因して、渦電流センサの出力がドリフトする場合がある。 Meanwhile, during the polishing of the object to be polished, heat is generated by the friction between the object to be polished and the polishing pad. Due to the increase in the ambient temperature around the eddy current sensor due to this heat, the output of the eddy current sensor may drift.
そこで、第１の従来技術では、渦電流センサの周囲に温度センサを設け、温度センサによって検出された温度に応じて、渦電流センサの温度ドリフトを補正することが知られている。 Therefore, in the first prior art, it is known to provide a temperature sensor around the eddy current sensor and correct the temperature drift of the eddy current sensor according to the temperature detected by the temperature sensor.
また、第２の従来技術では、渦電流センサの上方に研磨対象物が存在しない時の渦電流センサの出力信号を用いて温度ドリフトに対する補正量を求めることが知られている。 In the second prior art, it is known that a correction amount for temperature drift is obtained using an output signal of an eddy current sensor when there is no object to be polished above the eddy current sensor.
しかしながら、従来技術は、研磨対象物の膜厚を測定するセンサの温度ドリフトを簡易な構成で精度よく補正することは考慮されていない。 However, the prior art does not consider correcting the temperature drift of a sensor that measures the film thickness of the polishing object with a simple configuration with high accuracy.
すなわち、第１の従来技術は、渦電流センサの温度ドリフトを補正するために温度センサを設けるので、構成が複雑化する。 That is, in the first conventional technique, since the temperature sensor is provided to correct the temperature drift of the eddy current sensor, the configuration is complicated.
また、第２の従来技術は、研磨テーブルが回転するごとに、渦電流センサの上方に研磨対象物が存在しない時の渦電流センサの出力信号を取得する。そして、第２の従来技術は、取得した複数の出力信号の平均値に基づいて、温度ドリフトに対する補正量を求める。したがって、第２の従来技術によれば、センサの温度ドリフトを、研磨対象物を研磨している最中にリアルタイムで精度よく補正することが難しい。その結果、第２の従来技術によれば、例えば、研磨対象物の研磨終点を高い精度で検出することが難しい。 In addition, the second prior art acquires an output signal of the eddy current sensor when there is no object to be polished above the eddy current sensor each time the polishing table rotates. And the 2nd prior art calculates | requires the correction amount with respect to a temperature drift based on the average value of the acquired some output signal. Therefore, according to the second prior art, it is difficult to accurately correct the temperature drift of the sensor in real time while the object to be polished is being polished. As a result, according to the second prior art, for example, it is difficult to detect the polishing end point of the object to be polished with high accuracy.
そこで、本願発明の一形態は、研磨対象物の膜厚を測定するセンサの温度ドリフトを簡易な構成で精度よく補正することを課題とする。 Then, one form of this invention makes it a subject to correct | amend accurately the temperature drift of the sensor which measures the film thickness of a grinding | polishing target object with a simple structure.
本願発明の膜厚測定値の補正方法の一形態は、上記課題に鑑みなされたもので、研磨対象物を研磨する研磨工程が行われている最中に、研磨対象物の膜厚を測定するためのセンサから出力された信号を補正する方法であって、前記研磨工程は、前記センサと前記研磨対象物とが対向しない第１の状態と、前記センサと前記研磨対象物とが対向する第２の状態と、を含み、前記第１の状態において前記センサから出力される第１測定信号を取得し、前記取得した第１測定信号と、前記第１測定信号に対してあらかじめ設定された基準信号と、に基づいて補正値を算出し、前記第２の状態において前記センサから出力される第２測定信号を取得し、前記研磨工程が行われている最中に、前記取得した第２測定信号を、前記算出した補正値に基づいて補正する、ことを特徴とする。 One form of the correction method of the film thickness measurement value of the present invention is made in view of the above problems, and the film thickness of the polishing object is measured while the polishing process for polishing the polishing object is being performed. The polishing step includes a first state in which the sensor and the object to be polished do not face each other, and a first state in which the sensor and the object to be polished face each other. A first measurement signal output from the sensor in the first state, and a reference set in advance for the acquired first measurement signal and the first measurement signal. A correction value is calculated based on the signal, a second measurement signal output from the sensor in the second state is acquired, and the acquired second measurement is performed while the polishing step is being performed. Signal based on the calculated correction value Corrected, characterized in that.
また、膜厚測定値の補正方法の一形態において、前記基準信号は、前記研磨工程が行われていないときに前記センサと前記研磨対象物とが対向しない状態において前記センサから出力される信号とすることができる。 Further, in one form of the method of correcting the film thickness measurement value, the reference signal is a signal output from the sensor in a state where the sensor and the object to be polished are not opposed when the polishing step is not performed. can do.
また、膜厚測定値の補正方法の一形態において、前記研磨工程は、研磨対象物を研磨するための研磨パッドが貼り付けられた研磨テーブルを回転させながら前記研磨対象物を前記研磨パッドに押圧することによって前記研磨対象物を研磨し、前記センサは前記研磨テーブルに設置され、前記第１の状態と前記第２の状態は、前記研磨テーブルの回転にともなって交互に出現し、前記第２測定信号を補正する工程は、前記第２の状態において取得した第２測定信号を、該第２の状態の直前に出現した第１の状態において取得した第１測定信号と前記基準信号とに基づいて算出された補正値に基づいて補正する、ことができる。 In one embodiment of the method for correcting the measured film thickness, the polishing step presses the polishing object against the polishing pad while rotating a polishing table to which a polishing pad for polishing the polishing object is attached. The polishing object is polished, and the sensor is installed on the polishing table, and the first state and the second state appear alternately with the rotation of the polishing table, and the second state The step of correcting the measurement signal is based on the second measurement signal acquired in the second state based on the first measurement signal acquired in the first state that appears immediately before the second state and the reference signal. It is possible to correct based on the correction value calculated in the above.
また、膜厚測定値の補正方法の一形態において、前記基準信号は、前記センサの較正が行われているときに前記センサと前記研磨対象物とが対向しない状態において前記センサから出力される信号とすることができる。 In one embodiment of the method for correcting a film thickness measurement value, the reference signal is a signal output from the sensor when the sensor is not calibrated when the sensor is calibrated. It can be.
また、膜厚測定値の補正方法の一形態において、前記基準信号は、前記研磨工程が行われていないときの雰囲気温度で前記センサと前記研磨対象物とが対向しない状態において前記センサから出力される信号とすることができる。 In one embodiment of the method for correcting a film thickness measurement value, the reference signal is output from the sensor in a state where the sensor and the object to be polished are not opposed to each other at an atmospheric temperature when the polishing process is not performed. Signal.
また、膜厚測定値の補正方法の一形態において、前記センサは、渦電流センサとすることができる。 In one form of the method for correcting the measured film thickness, the sensor may be an eddy current sensor.
また、本願発明の膜厚補正器の一形態は、研磨対象物を研磨する研磨工程が行われているときに研磨対象物の膜厚を測定するためのセンサから出力された信号を補正する膜厚補正器であって、前記研磨工程は、前記センサと前記研磨対象物とが対向しない第１の状態と、前記センサと前記研磨対象物とが対向する第２の状態と、を含み、前記第１の状態において前記センサから出力される第１測定信号、及び、前記第２の状態において前記センサから出力される第２測定信号を取得する取得部と、前記取得部によって取得された第１測定信号と、前記第１測定信号に対してあらかじめ設定された基準信号と、に基づいて補正値を算出する算出部と、前記研磨工程が行われている最中に、前記取得部によって取得された第２測定信号を、前記算出部によって算出された補正値に基づいて補正する補正部と、を備える、ことを特徴とする。 Moreover, one form of the film thickness corrector of the present invention is a film for correcting a signal output from a sensor for measuring the film thickness of the polishing object when a polishing process for polishing the polishing object is performed. In the thickness corrector, the polishing step includes a first state in which the sensor and the object to be polished do not face each other, and a second state in which the sensor and the object to be polished face each other, An acquisition unit that acquires a first measurement signal output from the sensor in the first state and a second measurement signal output from the sensor in the second state, and a first acquired by the acquisition unit A calculation unit that calculates a correction value based on a measurement signal and a reference signal set in advance with respect to the first measurement signal, and acquired by the acquisition unit while the polishing step is being performed. The second measurement signal And a correction unit that corrects, based on the correction value calculated by the section, characterized in that.
かかる本願発明の一形態によれば、研磨対象物の膜厚を測定するセンサの温度ドリフトを簡易な構成で精度よく補正することができる。 According to one form of this invention of this application, the temperature drift of the sensor which measures the film thickness of a grinding | polishing target object can be correct | amended accurately with a simple structure.
以下、本願発明の一実施形態に係る膜厚測定値の補正方法、及び、膜厚補正器を図面に基づいて説明する。 Hereinafter, a method for correcting a film thickness measurement value and a film thickness corrector according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
＜研磨装置＞
図１は、研磨装置及び膜厚補正器の全体構成を模式的に示す図である。まず、研磨装置について説明する。
<Polishing device>
FIG. 1 is a diagram schematically showing the entire configuration of a polishing apparatus and a film thickness corrector. First, the polishing apparatus will be described.
図１に示すように、研磨装置１００は、研磨対象物（例えば、半導体ウエハなどの基板、又は基板の表面に形成された各種の膜）１０２を研磨するための研磨パッド１０８を上面に取付け可能な研磨テーブル１１０と、研磨テーブル１１０を回転駆動する第１の電動モータ１１２と、研磨対象物１０２を保持可能なトップリング１１６と、トップリング１１６を回転駆動する第２の電動モータ１１８と、を備える。 As shown in FIG. 1, the polishing apparatus 100 can attach a polishing pad 108 for polishing a polishing object (for example, a substrate such as a semiconductor wafer or various films formed on the surface of the substrate) 102 to the upper surface. Polishing table 110, first electric motor 112 that rotates polishing table 110, top ring 116 that can hold polishing object 102, and second electric motor 118 that rotates top ring 116. Prepare.
また、研磨装置１００は、研磨パッド１０８の上面に研磨材を含む研磨砥液を供給するスラリーライン１２０を備える。また、研磨装置１００は、研磨装置１００に関する各種制御信号を出力する研磨装置制御部１４０を備える。 The polishing apparatus 100 also includes a slurry line 120 that supplies a polishing abrasive liquid containing an abrasive on the upper surface of the polishing pad 108. Further, the polishing apparatus 100 includes a polishing apparatus control unit 140 that outputs various control signals related to the polishing apparatus 100.
研磨装置１００は、研磨対象物１０２を研磨するときは、研磨砥粒を含む研磨スラリーをスラリーライン１２０から研磨パッド１０８の上面に供給し、第１の電動モータ１１２によって研磨テーブル１１０を回転駆動する。そして、研磨装置１００は、トップリング１１６を、研磨テーブル１１０の回転軸とは偏心した回転軸回りで回転させた状態で、トップリング１１６に保持された研磨対象物１０２を研磨パッド１０８に押圧する。これにより、研磨対象物１０２は研磨スラリーを保持した研磨パッド１０８によって研磨され、平坦化される。 When polishing the polishing object 102, the polishing apparatus 100 supplies polishing slurry containing polishing abrasive grains from the slurry line 120 to the upper surface of the polishing pad 108, and rotationally drives the polishing table 110 by the first electric motor 112. . Then, the polishing apparatus 100 presses the polishing object 102 held by the top ring 116 against the polishing pad 108 in a state where the top ring 116 is rotated around a rotation axis that is eccentric from the rotation axis of the polishing table 110. . Accordingly, the polishing object 102 is polished and flattened by the polishing pad 108 holding the polishing slurry.
次に、研磨終点検出装置２００について説明する。図１に示すように、研磨終点検出装置２００は、渦電流センサ２１０と、ロータリージョイント・コネクタ１６０，１７０を介して渦電流センサ２１０と接続された終点検出装置本体２２０と、を備える。 Next, the polishing end point detection apparatus 200 will be described. As shown in FIG. 1, the polishing end point detection device 200 includes an eddy current sensor 210 and an end point detection device main body 220 connected to the eddy current sensor 210 via rotary joint connectors 160 and 170.
＜渦電流センサ＞
まず、渦電流センサ２１０について説明する。研磨テーブル１１０及び研磨パッド１０８には、渦電流センサ２１０を研磨テーブル１１０の裏面側から挿入できる穴が形成されている。渦電流センサ２１０は、研磨テーブル１１０及び研磨パッド１０８に形成された穴に挿入される。
<Eddy current sensor>
First, the eddy current sensor 210 will be described. The polishing table 110 and the polishing pad 108 are formed with holes through which the eddy current sensor 210 can be inserted from the back side of the polishing table 110. The eddy current sensor 210 is inserted into holes formed in the polishing table 110 and the polishing pad 108.
図２は、研磨テーブル１１０と渦電流センサ２１０と研磨対象物１０２との関係を示す平面図である。図２に示すように、渦電流センサ２１０は、トップリング１１６に保持された研磨中の研磨対象物１０２の中心Ｃｗを通過する位置に設置されている。符号ＣＴは研磨テーブル１１０の回転中心である。例えば、渦電流センサ２１０は、研磨対象物１０２の下方を通過している間、通過軌跡（走査線）上で連続的に研磨対象物１０２の厚さを検出できるようになっている。 FIG. 2 is a plan view showing the relationship among the polishing table 110, the eddy current sensor 210, and the polishing object 102. As shown in FIG. 2, the eddy current sensor 210 is installed at a position that passes through the center Cw of the object to be polished 102 being held by the top ring 116. Reference symbol CT denotes the center of rotation of the polishing table 110. For example, the eddy current sensor 210 can continuously detect the thickness of the polishing object 102 on the passage trajectory (scanning line) while passing below the polishing object 102.
図３は、渦電流センサ２１０の出力の推移を示す図である。図３Ａは渦電流センサ２１０の出力を示す図であり、図３Ｂは、渦電流センサ２１０が研磨対象物１０２を走査（スキャン）するときの軌跡を示す図である。図３Ａにおいて、横軸は研磨時間を示しており、縦軸は渦電流センサの出力の大きさを示している。 FIG. 3 is a diagram showing the transition of the output of the eddy current sensor 210. 3A is a diagram illustrating an output of the eddy current sensor 210, and FIG. 3B is a diagram illustrating a trajectory when the eddy current sensor 210 scans the object 102 to be polished. In FIG. 3A, the horizontal axis indicates the polishing time, and the vertical axis indicates the magnitude of the output of the eddy current sensor.
図３に示すように、研磨対象物１０２は、図３Ｂに示した位置で中心Ｃｗを軸に回転する。一方、研磨テーブル１１０の回転にともない、渦電流センサ２１０は、中心ＣＴを軸に軌跡２１２に沿って回転する。その結果、研磨対象物１０２を研磨する研磨工程には、渦電流センサ２１０が研磨対象物１０２の下方を通過しておらず渦電流センサ２１０と研磨対象物１０２とが対向しない第１の状態（研磨対象物外領域Ｂ）が含まれる。また、研磨工程には、渦電流センサ２１０が研磨対象物１０２の下方を通過することによって渦電流センサ２１０と研磨対象物１０２とが対向する第２の状態（研磨対象物内領域Ａ）が含まれる。第１の状態と第２の状態は、研磨テーブル１１０の回転にともなって交互に出現する。なお、本実施形態は、研磨テーブル１１０に渦電流センサ２１０を設置して、渦電流センサ２１０を回転させる例を示したが、これには限られない。研磨工程に第１の状態と第２の状態とが含まれるような態様であれば、本実施形態を適用することができる。また、本実施形態は渦電流センサ２１０を用いる例を示したが、これには限られない。研磨対象物１０２の膜厚を測定するためのセンサであれば、本実施形態を適用することができる。 As shown in FIG. 3, the polishing object 102 rotates around the center Cw at the position shown in FIG. 3B. On the other hand, as the polishing table 110 rotates, the eddy current sensor 210 rotates along the locus 212 with the center CT as an axis. As a result, in the polishing process for polishing the polishing object 102, the eddy current sensor 210 does not pass below the polishing object 102 and the eddy current sensor 210 and the polishing object 102 are not opposed to each other. A region B) outside the polishing object is included. Further, the polishing process includes a second state in which the eddy current sensor 210 and the polishing target object 102 face each other as the eddy current sensor 210 passes below the polishing target object 102 (region A in the polishing target object). It is. The first state and the second state appear alternately as the polishing table 110 rotates. In the present embodiment, an example in which the eddy current sensor 210 is installed on the polishing table 110 and the eddy current sensor 210 is rotated has been described. However, the present embodiment is not limited thereto. The present embodiment can be applied as long as the polishing process includes the first state and the second state. Moreover, although this embodiment showed the example using the eddy current sensor 210, it is not restricted to this. The present embodiment can be applied as long as it is a sensor for measuring the film thickness of the polishing object 102.
図３Ａに示すように、渦電流センサ２１０が研磨対象物内領域Ａにあるときには、渦電流センサ２１０から、研磨対象物１０２に反応した概略方形パルス状の信号が出力される。一方、渦電流センサ２１０が研磨対象物外領域Ｂにあるときには、渦電流が発生する研磨対象物が存在しないので、渦電流センサ２１０から、一定の低レベルの信号が出力され
る。
As shown in FIG. 3A, when the eddy current sensor 210 is in the region A within the object to be polished, the eddy current sensor 210 outputs a signal in the form of a substantially square pulse that reacts with the object to be polished 102. On the other hand, when the eddy current sensor 210 is in the region B outside the object to be polished, there is no object to be polished in which eddy current is generated, and therefore a constant low level signal is output from the eddy current sensor 210.
図４は、渦電流センサ２１０の構成を示す図である。図４Ａは渦電流センサ２１０の構成を示すブロック図であり、図４Ｂは渦電流センサ２１０の等価回路図である。 FIG. 4 is a diagram showing the configuration of the eddy current sensor 210. 4A is a block diagram showing the configuration of the eddy current sensor 210, and FIG. 4B is an equivalent circuit diagram of the eddy current sensor 210. As shown in FIG.
図４Ａに示すように、渦電流センサ２１０は、検出対象の金属膜等の研磨対象物１０２の近傍に配置されるセンサコイル２６０を備える。センサコイル２６０には、交流信号源２６２が接続される。ここで、検出対象の研磨対象物１０２は、例えば半導体ウエハ上に形成されたＣｕ，Ａｌ，Ａｕ，Ｗなどの薄膜である。センサコイル２６０は、検出対象の研磨対象物１０２に対して、例えば０．５〜５．０ｍｍ程度の近傍に配置される。 As shown in FIG. 4A, the eddy current sensor 210 includes a sensor coil 260 disposed in the vicinity of the polishing object 102 such as a metal film to be detected. An AC signal source 262 is connected to the sensor coil 260. Here, the polishing object 102 to be detected is, for example, a thin film such as Cu, Al, Au, or W formed on a semiconductor wafer. The sensor coil 260 is disposed, for example, in the vicinity of about 0.5 to 5.0 mm with respect to the polishing object 102 to be detected.
渦電流センサ２１０には、研磨対象物１０２に渦電流が生じることに起因する交流信号源２６２の発振周波数の変化、に基づいて導電膜を検出する周波数タイプがある。また、渦電流センサ２１０には、研磨対象物１０２に渦電流が生じることに起因する交流信号源２６２から見たインピーダンスの変化、に基づいて導電膜を検出するインピーダンスタイプがある。すなわち、周波数タイプでは、図３Ｂに示す等価回路において、渦電流Ｉ２が変化することによって、インピーダンスＺが変化し、その結果、交流信号源（可変周波数発振器）２６２の発振周波数が変化する。渦電流センサ２１０は、検波回路２６４でこの発振周波数の変化を検出し、導電膜の変化を検出することができる。インピーダンスタイプでは、図３Ｂに示す等価回路において、渦電流Ｉ２が変化することによって、インピーダンスＺが変化し、その結果、交流信号源（固定周波数発振器）２６２から見たインピーダンスＺが変化する。渦電流センサ２１０は、検波回路２６４でこのインピーダンスＺの変化を検出し、導電膜の変化を検出することができる。 The eddy current sensor 210 includes a frequency type that detects a conductive film based on a change in the oscillation frequency of the AC signal source 262 caused by an eddy current generated in the object to be polished 102. Further, the eddy current sensor 210 includes an impedance type that detects a conductive film based on a change in impedance viewed from the AC signal source 262 caused by an eddy current generated in the object to be polished 102. That is, in the frequency type, in the equivalent circuit shown in FIG. 3B, by eddy current I 2 is changed, the impedance Z is changed, resulting in the oscillation frequency of the AC signal source (variable-frequency oscillator) 262 is changed. The eddy current sensor 210 can detect the change of the oscillation frequency by the detection circuit 264 and detect the change of the conductive film. In the impedance type, in the equivalent circuit shown in FIG. 3B, the impedance Z changes as the eddy current I 2 changes. As a result, the impedance Z viewed from the AC signal source (fixed frequency oscillator) 262 changes. The eddy current sensor 210 can detect the change of the impedance Z by the detection circuit 264 and detect the change of the conductive film.
インピーダンスタイプの渦電流センサでは、信号出力Ｘ、Ｙ、位相、合成インピーダンスＺ、が取り出される。周波数Ｆ、またはインピーダンスＸ、Ｙ等から、導電膜の測定情報が得られる。渦電流センサ２１０は、図１に示すように研磨テーブル１１０の内部の表面付近の位置に内蔵することができ、研磨対象物１０２に対して研磨パッドを介して対向するように位置している間は、研磨対象物１０２に流れる渦電流から導電膜の変化を検出することができる。 In the impedance type eddy current sensor, signal outputs X, Y, phase, and combined impedance Z are taken out. Measurement information of the conductive film can be obtained from the frequency F or the impedances X and Y. As shown in FIG. 1, the eddy current sensor 210 can be built in a position near the inner surface of the polishing table 110, and is positioned so as to face the polishing object 102 via the polishing pad. Can detect a change in the conductive film from the eddy current flowing in the polishing object 102.
以下に、インピーダンスタイプの渦電流センサについて具体的に説明する。交流信号源２６２は、１〜５０ＭＨｚ程度の固定周波数の発振器であり、例えば水晶発振器が用いられる。そして、交流信号源２６２により供給される交流電圧により、センサコイル２６０に電流Ｉ１が流れる。研磨対象物１０２の近傍に配置されたセンサコイル２６０に電流が流れることで、センサコイル２６０から発生する磁束が研磨対象物１０２と鎖交する。その結果、センサコイル２６０と研磨対象物１０２の間に相互インダクタンスＭが形成され、研磨対象物１０２中に渦電流Ｉ２が流れる。ここでＲ１はセンサコイル２６０を含む一次側の抵抗であり、Ｌ１は同様にセンサコイル２６０を含む一次側の自己インダクタンスである。研磨対象物１０２側では、Ｒ２は渦電流損に相当する抵抗であり、Ｌ２は研磨対象物１０２の自己インダクタンスである。交流信号源２６２の端子ａ，ｂからセンサコイル２６０側を見たインピーダンスＺは、渦電流Ｉ２によって発生する磁力線の影響で変化する。 The impedance type eddy current sensor will be specifically described below. The AC signal source 262 is an oscillator having a fixed frequency of about 1 to 50 MHz, and for example, a crystal oscillator is used. The current I 1 flows through the sensor coil 260 due to the AC voltage supplied from the AC signal source 262. When a current flows through the sensor coil 260 disposed in the vicinity of the polishing object 102, the magnetic flux generated from the sensor coil 260 is linked to the polishing object 102. As a result, a mutual inductance M is formed between the sensor coil 260 and the polishing object 102, and an eddy current I 2 flows in the polishing object 102. Where R1 is the resistance of the primary side including the sensor coil 260, L 1 is self inductance of the primary side including the sensor coil 260 as well. In polishing object 102 side, R2 is the resistance corresponding to eddy current loss, L 2 is the self-inductance of the polishing object 102. Terminal a, the impedance Z viewed sensor coil 260 side from b of the AC signal source 262 is changed under the influence of the magnetic force lines generated by the eddy current I 2.
図５は、本発明の渦電流センサにおいて用いられているセンサコイルの構成例を示す概略図である。図５に示すように、渦電流センサのセンサコイル２６０は、ボビン２７０に巻回された３個のコイル２７２，２７３，２７４を備える。コイル２７２は、交流信号源２６２に接続される励磁コイルである。励磁コイル２７２は、交流信号源２６２から供給される交流電流により励磁され、近傍に配置される研磨対象物１０２に渦電流を形成する。ボビン２７０の研磨対象物１０２側には、検出コイル２７３が配置され、研磨対象物１
０２に形成される渦電流に起因して発生する磁界を検出する。励磁コイル２７２を挟んで検出コイル２７３の反対側にはバランスコイル２７４が配置されている。
FIG. 5 is a schematic diagram showing a configuration example of a sensor coil used in the eddy current sensor of the present invention. As shown in FIG. 5, the sensor coil 260 of the eddy current sensor includes three coils 272, 273, and 274 wound around a bobbin 270. The coil 272 is an exciting coil connected to the AC signal source 262. The exciting coil 272 is excited by the alternating current supplied from the alternating current signal source 262, and forms an eddy current in the polishing object 102 disposed in the vicinity. A detection coil 273 is disposed on the polishing object 102 side of the bobbin 270, and the polishing object 1
The magnetic field generated due to the eddy current formed in 02 is detected. A balance coil 274 is disposed on the opposite side of the detection coil 273 across the excitation coil 272.
コイル２７２，２７３，２７４は、同じターン数のコイルにより形成され、検出コイル２７３とバランスコイル２７４とは互いに逆相に接続されている。研磨対象物１０２が検出コイル２７３の近傍に存在すると、研磨対象物１０２中に形成される渦電流によって生じる磁束が検出コイル２７３とバランスコイル２７４とに鎖交する。このとき、検出コイル２７３のほうが導電膜に近い位置に配置されているので、両コイル２７３，２７４に生じる誘起電圧のバランスが崩れ、これにより導電膜の渦電流によって形成される鎖交磁束を検出することができる。 The coils 272, 273, and 274 are formed by coils having the same number of turns, and the detection coil 273 and the balance coil 274 are connected in mutually opposite phases. When the polishing object 102 exists in the vicinity of the detection coil 273, magnetic flux generated by eddy current formed in the polishing object 102 is linked to the detection coil 273 and the balance coil 274. At this time, since the detection coil 273 is arranged at a position closer to the conductive film, the balance of the induced voltages generated in the coils 273 and 274 is lost, thereby detecting the interlinkage magnetic flux formed by the eddy current of the conductive film. can do.
図６は、渦電流センサの詳細な構成を示す模式図である。交流信号源２６２は、水晶発振器などの固定周波数の発振器を有しており、例えば、１〜５０ＭＨｚの固定周波数の交流電流をセンサコイル２６０へ供給する。交流信号源２６２で形成された交流電流は、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）２８２を介してセンサコイル２６０（励磁コイル２７２）に供給される。一方、センサコイル２６０（検出コイル２７３及びバランスコイル２７４）の端子から出力された信号は、ブリッジ回路２８４及び高周波アンプ（ＲＦ Ａｍｐ）２８６を経て、ｃｏｓ同期検波回路２９２及びｓｉｎ同期検波回路２９３を含む同期検波部２９１に送られる。そして、同期検波部２９１によりインピーダンスの抵抗成分と誘導リアクタンス成分とが取り出される。 FIG. 6 is a schematic diagram showing a detailed configuration of the eddy current sensor. The AC signal source 262 has an oscillator with a fixed frequency such as a crystal oscillator, and supplies an AC current with a fixed frequency of 1 to 50 MHz to the sensor coil 260, for example. The alternating current formed by the alternating current signal source 262 is supplied to the sensor coil 260 (excitation coil 272) via the band pass filter (BPF) 282. On the other hand, the signal output from the terminals of the sensor coil 260 (the detection coil 273 and the balance coil 274) includes a cos synchronous detection circuit 292 and a sin synchronous detection circuit 293 via a bridge circuit 284 and a high frequency amplifier (RF Amp) 286. The signal is sent to the synchronous detector 291. Then, the resistance component and the inductive reactance component of the impedance are extracted by the synchronous detection unit 291.
同期検波部２９１から出力された抵抗成分と誘導リアクタンス成分からは、ローパスフィルタ（ＬＰＦ・ＡＦ ＡＭＰ）２９４，２９５により不要な高周波成分（例えば５ＫＨｚ以上の高周波成分）が除去され、インピーダンスの抵抗成分としての信号Ｘと誘導リアクタンス成分としての信号Ｙとがそれぞれ出力される。ＬＰＦ・ＡＦ ＡＭＰ２９４，２９５から出力された信号Ｘ，信号Ｙは、以下に説明する膜厚補正器２３０による補正が行われたのち、終点検出部２４０へ出力される。 From the resistance component and the inductive reactance component output from the synchronous detection unit 291, unnecessary high-frequency components (for example, high-frequency components of 5 KHz or more) are removed by a low-pass filter (LPF / AF AMP) 294 and 295, and the impedance resistance component And a signal Y as an inductive reactance component are output. The signals X and Y output from the LPF / AF AMPs 294 and 295 are output to the end point detector 240 after being corrected by the film thickness corrector 230 described below.
終点検出部２４０は、膜厚補正器２３０から出力される信号Ｘ，Ｙを、回転処理、平行移動処理などで処理し、モニタリング信号としての距離Ｚを算出する。そして、この距離Ｚの変化に基づいて膜厚の変化を監視する。 The end point detection unit 240 processes the signals X and Y output from the film thickness corrector 230 by a rotation process, a parallel movement process, and the like, and calculates a distance Z as a monitoring signal. Then, the change in the film thickness is monitored based on the change in the distance Z.
図７は、終点検出部２４０による処理の概略を示す図である。図７において、横軸は信号Ｘの強度を示しており、縦軸は信号Ｙの強度を示している。点Ｔ∞は、研磨対象物１０２の膜厚が∞である状態を示し、点Ｔ０は、研磨対象物の１０２の膜厚が０である状態を示す。研磨対象物１０２の膜厚が減少するに従って、信号Ｘ，Ｙの値から位置決めされる点Ｔｎは、円弧状の軌跡を描きながら点Ｔ０に向かって進む。ＸＹ座標系の原点Ｏから点Ｔｎまでの距離Ｚ（＝（Ｘ２＋Ｙ２）１／２）は、点Ｔ∞の近傍を除いて、膜厚が減少するに従って小さくなる。 FIG. 7 is a diagram showing an outline of processing by the end point detection unit 240. In FIG. 7, the horizontal axis indicates the intensity of the signal X, and the vertical axis indicates the intensity of the signal Y. A point T∞ indicates a state where the film thickness of the polishing object 102 is ∞, and a point T0 indicates a state where the film thickness of the polishing object 102 is 0. As the film thickness of the polishing object 102 decreases, the point Tn positioned from the values of the signals X and Y advances toward the point T0 while drawing an arcuate locus. The distance Z (= (X 2 + Y 2 ) 1/2 ) from the origin O to the point Tn in the XY coordinate system becomes smaller as the film thickness is reduced except in the vicinity of the point T∞.
終点検出部２４０は、研磨対象物１０２の膜厚に応じて変化する距離Ｚを算出する。終点検出部２４０は、あらかじめ、経験や試験により距離Ｚと研磨対象物１０２の膜厚との関係を把握しておけば、距離Ｚを監視することにより、研磨中の研磨対象物１０２の膜厚を検出することができる。 The end point detection unit 240 calculates a distance Z that changes according to the film thickness of the polishing object 102. The end point detection unit 240 knows the relationship between the distance Z and the film thickness of the polishing object 102 in advance by experience and tests, and by monitoring the distance Z, the film thickness of the polishing object 102 during polishing. Can be detected.
終点検出部２４０は、研磨装置１００に関する各種制御を行う研磨装置制御部１４０と接続されている。終点検出部２４０は、算出した距離Ｚに基づいて研磨対象物１０２の研磨終点を検出したら、その旨を示す信号を研磨装置制御部１４０へ出力する。研磨装置制御部１４０は、終点検出部２４０から研磨終点を示す信号を受信したら、研磨装置１００による研磨を終了させる。 The end point detection unit 240 is connected to a polishing apparatus control unit 140 that performs various controls related to the polishing apparatus 100. When the end point detection unit 240 detects the polishing end point of the polishing object 102 based on the calculated distance Z, the end point detection unit 240 outputs a signal indicating that to the polishing apparatus control unit 140. When receiving a signal indicating the polishing end point from the end point detection unit 240, the polishing apparatus control unit 140 ends the polishing by the polishing apparatus 100.
＜渦電流センサ２１０の出力補正＞
本実施形態は、渦電流センサ２１０から出力される信号（信号Ｘと信号Ｙ）を補正するものである。すなわち、研磨対象物１０２の研磨を行っている最中には、研磨対象物１０２と研磨パッド１０８との摩擦によって熱が発生する。この熱による渦電流センサ２１０の周囲の雰囲気温度の上昇に起因して、渦電流センサ２１０の出力がドリフトする場合がある。
<Output Correction of Eddy Current Sensor 210>
In the present embodiment, signals (signal X and signal Y) output from the eddy current sensor 210 are corrected. That is, heat is generated by friction between the polishing object 102 and the polishing pad 108 while the polishing object 102 is being polished. Due to the increase in the ambient temperature around the eddy current sensor 210 due to this heat, the output of the eddy current sensor 210 may drift.
図８は、渦電流センサの出力が周囲の雰囲気温度の影響でドリフトする例を示す模式図である。図８Ａは、渦電流センサの出力の推移を示す図であり、図８Ｂは、渦電流センサの周囲の雰囲気温度の推移を示す図である。図８Ａにおいて、横軸は研磨時間を示し、縦軸は渦電流センサ出力を示している。図８Ｂにおいて、横軸は研磨時間を示し、縦軸は渦電流センサの周囲の雰囲気温度を示している。 FIG. 8 is a schematic diagram showing an example in which the output of the eddy current sensor drifts due to the influence of the ambient atmosphere temperature. FIG. 8A is a diagram showing the transition of the output of the eddy current sensor, and FIG. 8B is a diagram showing the transition of the ambient temperature around the eddy current sensor. In FIG. 8A, the horizontal axis indicates the polishing time, and the vertical axis indicates the eddy current sensor output. In FIG. 8B, the horizontal axis indicates the polishing time, and the vertical axis indicates the ambient temperature around the eddy current sensor.
図８Ａ，図８Ｂは、金属膜が形成されておらず渦電流が発生しない、すなわち渦電流センサ２１０では反応しない基板を研磨したときの渦電流センサ２１０の周囲の雰囲気温度及び出力を示している。 FIG. 8A and FIG. 8B show the ambient temperature and output around the eddy current sensor 210 when a metal film is not formed and eddy current is not generated, that is, when a substrate that does not react with the eddy current sensor 210 is polished. .
図８Ｂに示すように、研磨が進むにつれて、基板を研磨することによる摩擦熱の影響で渦電流センサ２１０の周囲の雰囲気温度は上昇する。ここで、渦電流センサ２１０では反応しない基板を研磨しているので、渦電流センサ２１０の出力は、本来は、一定になるはずである。しかしながら、図７Ａに示すように、渦電流センサ２１０の出力は、渦電流センサ２１０の周囲の雰囲気温度に依存して変動（ドリフト）する。 As shown in FIG. 8B, as polishing progresses, the ambient temperature around the eddy current sensor 210 rises due to the influence of frictional heat generated by polishing the substrate. Here, since the substrate that does not react with the eddy current sensor 210 is polished, the output of the eddy current sensor 210 should be essentially constant. However, as shown in FIG. 7A, the output of the eddy current sensor 210 varies (drifts) depending on the ambient temperature around the eddy current sensor 210.
そこで、本実施形態は、以下の態様で、渦電流センサ２１０から出力される信号を補正する。図１に示すように、終点検出装置本体２２０は、膜厚補正器２３０と、終点検出部２４０と、を備える。 Therefore, the present embodiment corrects the signal output from the eddy current sensor 210 in the following manner. As shown in FIG. 1, the end point detector main body 220 includes a film thickness corrector 230 and an end point detector 240.
膜厚補正器２３０は、研磨対象物１０２の研磨工程が行われている最中に（ｉｎ−ｓｉｔｕで）、渦電流センサ２１０から出力された信号を補正する。膜厚補正器２３０は、取得部２３２、算出部２３４、及び補正部２３６を備える。 The film thickness corrector 230 corrects the signal output from the eddy current sensor 210 while the polishing process of the polishing object 102 is being performed (in-situ). The film thickness corrector 230 includes an acquisition unit 232, a calculation unit 234, and a correction unit 236.
取得部２３２は、研磨工程が行われている最中に、渦電流センサ２１０と研磨対象物１０２とが対向しない第１の状態（研磨対象物外領域Ｂ）において渦電流センサ２１０から出力される第１測定信号を取得する。また、取得部２３２は、研磨工程が行われている最中に、渦電流センサ２１０と研磨対象物１０２とが対向する第２の状態（研磨対象物内領域Ａ）において渦電流センサ２１０から出力される第２測定信号を取得する。 The acquisition unit 232 outputs the eddy current sensor 210 from the eddy current sensor 210 in a first state where the eddy current sensor 210 and the object to be polished 102 are not opposed to each other while the polishing process is being performed. A first measurement signal is obtained. Further, the acquisition unit 232 outputs the eddy current sensor 210 from the eddy current sensor 210 in the second state (the polishing object inner region A) where the eddy current sensor 210 and the polishing target object 102 face each other during the polishing process. The second measurement signal to be acquired is acquired.
算出部２３４は、取得部２３２によって取得された第１測定信号と、第１測定信号に対してあらかじめ設定された基準信号と、に基づいて補正値を算出する。ここで、具体的には、基準信号は、研磨工程が行われていないときに渦電流センサ２１０と研磨対象物１０２とが対向しない状態において渦電流センサ２１０から出力された信号とすることができる。例えば、基準信号は、渦電流センサ２１０の較正が行われているときに渦電流センサ２１０と研磨対象物１０２とが対向しない状態において渦電流センサ２１０から出力される信号とすることができる。また、例えば、基準信号は、研磨工程が行われていないときの雰囲気温度で渦電流センサ２１０と研磨対象物１０２とが対向しない状態において渦電流センサ２１０から出力される信号とすることもできる。すなわち、渦電流センサ２１０の出力に温度ドリフトが生じていない状態で信号をあらかじめ取得しておき、第１の状態（研磨対象物外領域Ｂ）に対する基準信号とするものである。渦電流センサ２１０に温度ドリフトが生じていなければ基準信号とすることができるので、例えば、研磨工程が始ま
った直後のまだ雰囲気温度の上昇が生じていないときに、第１の状態（研磨対象物外領域Ｂ）において渦電流センサ２１０から出力される信号を基準信号とすることもできる。
The calculation unit 234 calculates a correction value based on the first measurement signal acquired by the acquisition unit 232 and a reference signal preset for the first measurement signal. Specifically, the reference signal can be a signal output from the eddy current sensor 210 when the eddy current sensor 210 and the object to be polished 102 are not opposed when the polishing process is not performed. . For example, the reference signal may be a signal output from the eddy current sensor 210 in a state where the eddy current sensor 210 and the object to be polished 102 are not opposed when the eddy current sensor 210 is calibrated. Further, for example, the reference signal may be a signal output from the eddy current sensor 210 in a state where the eddy current sensor 210 and the object to be polished 102 are not opposed to each other at an ambient temperature when the polishing process is not performed. That is, a signal is acquired in advance in a state where there is no temperature drift in the output of the eddy current sensor 210, and is used as a reference signal for the first state (polished object outside region B). If the eddy current sensor 210 has no temperature drift, it can be used as a reference signal. Therefore, for example, when the ambient temperature does not rise immediately after the polishing process has started, the first state (polishing target object) The signal output from the eddy current sensor 210 in the outer region B) can also be used as a reference signal.
算出部２３４は、例えば、取得部２３２によって取得された第１測定信号から、あらかじめ設定された基準信号を減算することによって、補正値を算出することができる。 For example, the calculation unit 234 can calculate the correction value by subtracting a preset reference signal from the first measurement signal acquired by the acquisition unit 232.
補正部２３６は、研磨工程が行われている最中に、取得部２３２によって取得された第２測定信号を、算出部２３４によって算出された補正値に基づいて補正する。 The correction unit 236 corrects the second measurement signal acquired by the acquisition unit 232 based on the correction value calculated by the calculation unit 234 while the polishing process is being performed.
例えば、補正部２３６は、研磨工程が行われている最中に、取得部２３２によって取得された第２測定信号から、算出部２３４によって算出された補正値を減算することによって、第２測定信号を補正する。 For example, the correction unit 236 subtracts the correction value calculated by the calculation unit 234 from the second measurement signal acquired by the acquisition unit 232 while the polishing process is being performed. Correct.
さらに具体的には、補正部２３６は、第２の状態において取得した第２測定信号を、この第２の状態の直前に出現した第１の状態において取得した第１測定信号と基準信号とに基づいて算出された補正値に基づいて補正する。 More specifically, the correction unit 236 converts the second measurement signal acquired in the second state into the first measurement signal and the reference signal acquired in the first state that appears immediately before the second state. Correction is performed based on the correction value calculated based on the correction value.
すなわち、算出部２３４は、研磨工程の最中のある時相（Ｔ１）の第１の状態において、取得部２３２によって第１測定信号が取得されたら、取得された第１測定信号から、あらかじめ設定された基準信号を減算することによって、補正値（ΔＳ１）を算出する。そして、時相（Ｔ）の直後に出現した第２の状態において、補正部２３６は、取得部２３２によって第２測定信号が取得されたら、取得された第２測定信号から、時相（Ｔ１）の第１の状態において算出部２３４によって算出された補正値（ΔＳ１）を減算することによって、第２測定信号を補正する。 That is, when the acquisition unit 232 acquires the first measurement signal in the first state at a certain time phase (T1) during the polishing process, the calculation unit 234 sets in advance from the acquired first measurement signal. The correction value (ΔS1) is calculated by subtracting the reference signal. Then, in the second state that appears immediately after the time phase (T), when the correction unit 236 acquires the second measurement signal by the acquisition unit 232, the correction unit 236 calculates the time phase (T1) from the acquired second measurement signal. The second measurement signal is corrected by subtracting the correction value (ΔS1) calculated by the calculation unit 234 in the first state.
同様に、算出部２３４は、研磨工程の最中のある時相（Ｔ２）の第１の状態において、取得部２３２によって第１測定信号が取得されたら、取得された第１測定信号から、あらかじめ設定された基準信号を減算することによって、補正値（ΔＳ２）を算出する。そして、時相（Ｔ）の直後に出現した第２の状態において、補正部２３６は、取得部２３２によって第２測定信号が取得されたら、取得された第２測定信号から、時相（Ｔ２）の第１の状態において算出部２３４によって算出された補正値（ΔＳ２）を減算することによって、第２測定信号を補正する。 Similarly, when the first measurement signal is acquired by the acquisition unit 232 in the first state at a certain time phase (T2) during the polishing process, the calculation unit 234 determines in advance from the acquired first measurement signal. A correction value (ΔS2) is calculated by subtracting the set reference signal. In the second state that appears immediately after the time phase (T), when the correction unit 236 acquires the second measurement signal by the acquisition unit 232, the correction unit 236 calculates the time phase (T2) from the acquired second measurement signal. The second measurement signal is corrected by subtracting the correction value (ΔS2) calculated by the calculation unit 234 in the first state.
なお、上記では、膜厚補正器２３０は、機能ブロックとしての取得部２３２、算出部２３４、及び補正部２３６を備えており、コンピュータソフトウェアで実現することを想定して説明したが、これには限られない。図６に示すように、膜厚補正器２３０をハードウェアで実現することもできる。 In the above description, the film thickness corrector 230 includes the acquisition unit 232, the calculation unit 234, and the correction unit 236 as functional blocks, and has been described assuming that it is realized by computer software. Not limited. As shown in FIG. 6, the film thickness corrector 230 can be realized by hardware.
図６に示すように、膜厚補正器２３０は、データラッチ３０２，３０４、較正スイッチ３０６、減算回路３０８，減算回路３１０を備える。 As shown in FIG. 6, the film thickness corrector 230 includes data latches 302 and 304, a calibration switch 306, a subtraction circuit 308, and a subtraction circuit 310.
データラッチ３０２，３０４は、ＬＰＦ・ＡＦ ＡＭＰ２９４から出力された、渦電流センサ２１０と研磨対象物１０２とが対向しない第１の状態（研磨対象物外領域Ｂ）における信号Ｘ、又は較正スイッチ３０６から出力される基準信号を保持する。データラッチ３０４は、研磨テーブル１１０が１回転したことを検出する回転センサ１１４からのトリガ信号に応じて、保持した信号Ｘ、又は基準信号を減算回路３０８へ出力する。なお、回転センサ１１４は、研磨テーブル１１０の周囲に設置されたドグと、ドグを検出することができる、研磨テーブル１１０に設けられたドグセンサと、を備えることができる。ドグセンサは、研磨テーブル１１０が１回転するごとに、ドグを検出する。これにより、回転センサ１１４は、研磨テーブル１１０の特定の回転位置を検出することができる。 The data latches 302 and 304 output signals from the LPF / AF AMP 294 in the first state where the eddy current sensor 210 and the object to be polished 102 do not face each other (from the region B outside the object to be polished), or from the calibration switch 306. Holds the output reference signal. The data latch 304 outputs the held signal X or the reference signal to the subtraction circuit 308 in response to a trigger signal from the rotation sensor 114 that detects that the polishing table 110 has made one rotation. The rotation sensor 114 can include a dog installed around the polishing table 110 and a dog sensor provided on the polishing table 110 that can detect the dog. The dog sensor detects a dog each time the polishing table 110 rotates once. Thereby, the rotation sensor 114 can detect a specific rotation position of the polishing table 110.
減算回路３０８は、データラッチ３０２，３０４から出力された信号Ｘと基準信号との減算を実行する。具体的には、減算回路３０８は、渦電流センサ２１０は温度ドリフトによって出力が高めに出るという傾向があるので、信号Ｘから基準信号を減算して補正値を算出する。なお、使用するセンサの温度ドリフトの傾向に応じて、減算回路を加算回路とすることができる。 The subtraction circuit 308 performs subtraction between the signal X output from the data latches 302 and 304 and the reference signal. Specifically, the subtraction circuit 308 calculates a correction value by subtracting the reference signal from the signal X because the output of the eddy current sensor 210 tends to increase due to temperature drift. Note that the subtracting circuit can be an adding circuit depending on the temperature drift tendency of the sensor used.
減算回路３１０は、ＬＰＦ・ＡＦ ＡＭＰ２９４から出力された、渦電流センサ２１０と研磨対象物１０２とが対向する第２の状態（研磨対象物内領域Ａ）における信号Ｘと、減算回路３０８から出力された補正値と、の減算を実行する。具体的には、減算回路３１０は、渦電流センサ２１０は温度ドリフトによって出力が高めに出るという傾向があるので、第２の状態（研磨対象物内領域Ａ）における信号Ｘから補正値を減算することによって、補正された信号Ｘを算出する。なお、使用するセンサの温度ドリフトの傾向に応じて、減算回路を加算回路とすることができる。 The subtracting circuit 310 is output from the LPF / AF AMP 294 and is output from the subtracting circuit 308 and the signal X in the second state where the eddy current sensor 210 and the polishing target object 102 face each other (the polishing object inner area A). Subtract the correction value. Specifically, since the output of the eddy current sensor 210 tends to increase due to temperature drift, the subtraction circuit 310 subtracts the correction value from the signal X in the second state (polishing target region A). Thus, the corrected signal X is calculated. Note that the subtracting circuit can be an adding circuit depending on the temperature drift tendency of the sensor used.
同様に、膜厚補正器２３０は、データラッチ４０２，４０４、較正スイッチ４０６、減算回路４０８，減算回路４１０を備える。 Similarly, the film thickness corrector 230 includes data latches 402 and 404, a calibration switch 406, a subtraction circuit 408, and a subtraction circuit 410.
データラッチ４０２，４０４は、ＬＰＦ・ＡＦ ＡＭＰ２９５から出力された、渦電流センサ２１０と研磨対象物１０２とが対向しない第１の状態（研磨対象物外領域Ｂ）における信号Ｙ、又は較正スイッチ４０６から出力される基準信号を保持する。データラッチ４０４は、研磨テーブル１１０が１回転したことを検出する回転センサ１１４からのトリガ信号に応じて、保持した信号Ｙ、又は基準信号を減算回路４０８へ出力する。 The data latches 402 and 404 output signals from the LPF / AF AMP 295 in the first state where the eddy current sensor 210 and the object to be polished 102 do not face each other (from the area B outside the object to be polished), or from the calibration switch 406. Holds the output reference signal. The data latch 404 outputs the held signal Y or the reference signal to the subtraction circuit 408 in response to a trigger signal from the rotation sensor 114 that detects that the polishing table 110 has made one rotation.
減算回路４０８は、データラッチ４０２，４０４から出力された信号Ｙと基準信号との減算を実行する。具体的には、減算回路４０８は、渦電流センサ２１０は温度ドリフトによって出力が高めに出るという傾向があるので、信号Ｙから基準信号を減算して補正値を算出する。なお、使用するセンサの温度ドリフトの傾向に応じて、減算回路を加算回路とすることができる。 The subtraction circuit 408 performs subtraction between the signal Y output from the data latches 402 and 404 and the reference signal. Specifically, since the eddy current sensor 210 tends to have a higher output due to temperature drift, the subtraction circuit 408 calculates a correction value by subtracting the reference signal from the signal Y. Note that the subtracting circuit can be an adding circuit depending on the temperature drift tendency of the sensor used.
減算回路４１０は、ＬＰＦ・ＡＦ ＡＭＰ２９５から出力された、渦電流センサ２１０と研磨対象物１０２とが対向する第２の状態（研磨対象物内領域Ａ）における信号Ｙと、減算回路４０８から出力された補正値と、の減算を実行する。具体的には、減算回路４１０は、渦電流センサ２１０は温度ドリフトによって出力が高めに出るという傾向があるので、第２の状態（研磨対象物内領域Ａ）における信号Ｙから補正値を減算することによって、補正された信号Ｙを算出する。なお、使用するセンサの温度ドリフトの傾向に応じて、減算回路を加算回路とすることができる。 The subtracting circuit 410 is output from the LPF / AF AMP 295 and the signal Y in the second state (the polishing object inner area A) where the eddy current sensor 210 and the polishing object 102 face each other, and is output from the subtraction circuit 408. Subtract the correction value. Specifically, the subtraction circuit 410 tends to subtract the correction value from the signal Y in the second state (polishing target region A) because the output of the eddy current sensor 210 tends to increase due to temperature drift. Thus, the corrected signal Y is calculated. Note that the subtracting circuit can be an adding circuit depending on the temperature drift tendency of the sensor used.
＜フローチャート＞
次に、本実施形態の膜厚測定値の補正方法を説明する。図９は、本実施形態の膜厚測定値の補正方法の処理を示すフローチャートである。
<Flowchart>
Next, a method for correcting a film thickness measurement value according to this embodiment will be described. FIG. 9 is a flowchart showing the processing of the correction method for the film thickness measurement value of the present embodiment.
まず、研磨装置制御部１４０によって研磨工程が開始されたら（ステップＳ１０１）、算出部２３４は、基準信号（Ｘｓｄ，Ｙｓｄ）を取得する（ステップＳ１０２）。基準信号（Ｘｓｄ，Ｙｓｄ）は、例えば、渦電流センサ２１０の出力に温度ドリフトが生じていない状態（渦電流センサ２１０の較正時など）においてあらかじめ取得されメモリ等に記録された信号である。なお、渦電流センサ２１０に温度ドリフトが生じていなければ基準信号とすることができるので、例えば、研磨工程が始まった直後のまだ雰囲気温度の上昇が生じていないときに、第１の状態（研磨対象物外領域Ｂ）において渦電流センサ２１０から出力される信号を基準信号とすることもできる。 First, when a polishing process is started by the polishing apparatus control unit 140 (step S101), the calculation unit 234 acquires a reference signal (Xsd, Ysd) (step S102). The reference signals (Xsd, Ysd) are signals that are acquired in advance and recorded in a memory or the like in a state in which no temperature drift occurs in the output of the eddy current sensor 210 (for example, during calibration of the eddy current sensor 210). If the eddy current sensor 210 has no temperature drift, it can be used as a reference signal. For example, when the ambient temperature does not rise immediately after the polishing process has started, the first state (polishing A signal output from the eddy current sensor 210 in the non-object area B) may be used as a reference signal.
続いて、補正部２３６は、補正値（ΔＸ，ΔＹ）をゼロクリアする（ステップＳ１０３）。これは、前回の研磨工程において設定された補正値（ΔＸ，ΔＹ）をリセットするためである。 Subsequently, the correction unit 236 clears the correction values (ΔX, ΔY) to zero (step S103). This is to reset the correction values (ΔX, ΔY) set in the previous polishing process.
続いて、取得部２３２は、渦電流センサ２１０から信号Ｘ，信号Ｙを取得する（ステップＳ１０４）。 Subsequently, the acquisition unit 232 acquires the signal X and the signal Y from the eddy current sensor 210 (step S104).
続いて、補正部２３６は、信号Ｘ，信号Ｙを補正する（ステップＳ１０５）。具体的には、補正後の信号ＸをＸ´、補正後の信号ＹをＹ´とすると、補正部２３６は、Ｘ´＝Ｘ−ΔＸ、Ｙ´＝Ｙ−ΔＹによって、補正後の信号Ｘ´、信号Ｙ´を求める。 Subsequently, the correction unit 236 corrects the signal X and the signal Y (step S105). Specifically, assuming that the corrected signal X is X ′ and the corrected signal Y is Y ′, the correcting unit 236 uses the corrected signal X by X ′ = X−ΔX and Y ′ = Y−ΔY. 'And a signal Y' are obtained.
続いて、終点検出部２４０は、補正後の信号Ｘ´，信号Ｙ´に基づいて、研磨終点であるか否かを判定する（ステップＳ１０６）。 Subsequently, the end point detection unit 240 determines whether or not it is the polishing end point based on the corrected signal X ′ and signal Y ′ (step S106).
終点検出部２４０によって研磨終点ではないと判定されたら（ステップＳ１０６，Ｎｏ）、回転センサ１１４は、研磨テーブル１１０が特定の回転位置まで回転したか否かを判定する（ステップＳ１０７）。具体的には、渦電流センサ２１０が第１の状態（研磨対象物外領域Ｂ）になる研磨テーブル１１０の回転位置を特定の回転位置とすることができる。言い換えると、回転センサ１１４は、渦電流センサ２１０が第１の状態（研磨対象物外領域Ｂ）になったか否かを判定することになる。 If the end point detection unit 240 determines that the polishing end point is not reached (No at Step S106), the rotation sensor 114 determines whether the polishing table 110 has rotated to a specific rotation position (Step S107). Specifically, the rotation position of the polishing table 110 in which the eddy current sensor 210 is in the first state (the region B outside the object to be polished) can be set as a specific rotation position. In other words, the rotation sensor 114 determines whether or not the eddy current sensor 210 is in the first state (the region B outside the object to be polished).
取得部２３２は、研磨テーブル１１０が特定の回転位置まで回転したと判定されたら（ステップＳ１０７，Ｙｅｓ）、第１の状態（研磨対象物外領域Ｂ）において渦電流センサ２１０から出力される第１測定信号（Ｘｏｕｔ，Ｙｏｕｔ）を取得する（ステップＳ１０８）。 When it is determined that the polishing table 110 has rotated to the specific rotation position (Yes at Step S107), the acquisition unit 232 outputs the first output from the eddy current sensor 210 in the first state (the polishing object outside region B). Measurement signals (Xout, Yout) are acquired (step S108).
続いて、算出部２３４は、補正値を更新する（ステップＳ１０９）。具体的には、算出部２３４は、補正値をΔＸ，ΔＹとすると、ΔＸ＝Ｘｏｕｔ−Ｘｓｄ、ΔＹ＝Ｙｏｕｔ−Ｙｓｄによって、補正値ΔＸ，ΔＹを算出して更新する。なお、本実施形態は、第１の状態における１箇所の第１測定信号（Ｘｏｕｔ，Ｙｏｕｔ）に基づいて補正値ΔＸ，ΔＹを算出する例を示したが、これには限られない。例えば、第１の状態が開始された後、第２の状態に変わるまでの間に、第１の状態における第１測定信号（Ｘｏｕｔ，Ｙｏｕｔ）を複数ポイントで取得し、これら複数ポイントの第１測定信号（Ｘｏｕｔ，Ｙｏｕｔ）の平均値を求め、平均値から基準信号を減算することもできる。 Subsequently, the calculation unit 234 updates the correction value (step S109). Specifically, when the correction values are ΔX and ΔY, the calculation unit 234 calculates and updates the correction values ΔX and ΔY by ΔX = Xout−Xsd and ΔY = Yout−Ysd. In addition, although this embodiment showed the example which calculates correction value (DELTA) X, (DELTA) Y based on the 1st measurement signal (Xout, Yout) of one place in a 1st state, it is not restricted to this. For example, after the first state is started and before changing to the second state, the first measurement signals (Xout, Yout) in the first state are acquired at a plurality of points, and the first of the plurality of points is obtained. It is also possible to obtain an average value of the measurement signals (Xout, Yout) and subtract the reference signal from the average value.
その後、ステップＳ１０４に戻って処理を繰り返す。したがって、渦電流センサ２１０が第２の状態（研磨対象物内領域Ａ）になった場合において、渦電流センサ２１０から出力される第２測定信号（信号Ｘ，信号Ｙ）は、この第２の状態の直前の第１の状態において更新された補正値ΔＸ，ΔＹに基づいて、補正される。 Then, it returns to step S104 and repeats a process. Therefore, when the eddy current sensor 210 is in the second state (the polishing object inner area A), the second measurement signal (signal X, signal Y) output from the eddy current sensor 210 is the second measurement signal. Correction is performed based on the correction values ΔX and ΔY updated in the first state immediately before the state.
さらに、ステップＳ１０７において、研磨テーブル１１０が特定の回転位置まで回転していないと判定された場合も（ステップＳ１０７，Ｎｏ）、ステップＳ１０４に戻って処理を繰り返す。 Furthermore, also when it determines with the polishing table 110 not rotating to a specific rotation position in step S107 (step S107, No), it returns to step S104 and repeats a process.
これにより、第２の状態（研磨対象物内領域Ａ）が続いている間、第２の状態において取得された複数ポイントの第２測定信号（信号Ｘ，信号Ｙ）は、それぞれ補正値をΔＸ，ΔＹに基づいて補正される。 As a result, while the second state (polishing target region A) continues, the second measurement signals (signal X, signal Y) acquired at the second state in the second state each have a correction value ΔX. , ΔY is corrected.
ステップＳ１０６において、終点検出部２４０によって研磨終点であると判定されたら
（ステップＳ１０６，Ｙｅｓ）、研磨装置制御部１４０は、研磨を終了させる（ステップＳ１１０）。
In step S106, when it is determined by the end point detection unit 240 that the polishing end point is reached (step S106, Yes), the polishing apparatus control unit 140 ends the polishing (step S110).
図１０は、本実施形態の補正を行った場合の渦電流センサ２１０の出力を模式的に示す図である。図１０Ａは、渦電流センサの出力の推移を示す図であり、図１０Ｂは、渦電流センサの周囲の雰囲気温度の推移を示す図である。図１０Ａにおいて、横軸は研磨時間を示し、縦軸は渦電流センサ出力を示している。図１０Ｂにおいて、横軸は研磨時間を示し、縦軸は渦電流センサの周囲の雰囲気温度を示している。 FIG. 10 is a diagram schematically showing the output of the eddy current sensor 210 when the correction of the present embodiment is performed. FIG. 10A is a diagram showing the transition of the output of the eddy current sensor, and FIG. 10B is a diagram showing the transition of the ambient temperature around the eddy current sensor. In FIG. 10A, the horizontal axis indicates the polishing time, and the vertical axis indicates the eddy current sensor output. In FIG. 10B, the horizontal axis indicates the polishing time, and the vertical axis indicates the ambient temperature around the eddy current sensor.
図１０Ａ，図１０Ｂは、図８Ａ，図８Ｂと同じく、金属膜が形成されておらず渦電流が発生しない、すなわち渦電流センサ２１０では反応しない基板を研磨したときの渦電流センサ２１０の周囲の雰囲気温度及び出力を示している。 FIGS. 10A and 10B are similar to FIGS. 8A and 8B, in which the metal film is not formed and no eddy current is generated, that is, the substrate around the eddy current sensor 210 when the substrate that does not react with the eddy current sensor 210 is polished. The ambient temperature and output are shown.
図１０Ｂに示すように、研磨が進むにつれて、基板を研磨することによる摩擦熱の影響で渦電流センサ２１０の周囲の雰囲気温度は上昇する。これに対して、本実施形態では、渦電流センサ２１０の出力は雰囲気温度の変化に応じて補正されているので、図１０Ａに示すように、渦電流センサ２１０の出力は、一定になった。 As shown in FIG. 10B, as polishing progresses, the ambient temperature around the eddy current sensor 210 rises due to the influence of frictional heat generated by polishing the substrate. On the other hand, in this embodiment, since the output of the eddy current sensor 210 is corrected according to the change in the ambient temperature, the output of the eddy current sensor 210 is constant as shown in FIG. 10A.
以上に、本実施形態によれば、研磨対象物１０２の膜厚を測定するセンサの温度ドリフトを簡易な構成で精度よく補正することができる。すなわち、本実施形態では、センサの温度ドリフトを補正するための温度センサを設けなくてもよいので、構成が簡易である。また、本実施形態では、研磨工程が行われている最中に（ｉｎ−ｓｉｔｕで）、センサから出力された測定信号を補正値に基づいて補正する。したがって、本実施形態では、センサの温度ドリフトを、研磨対象物１０２を研磨している最中にリアルタイムで精度よく補正することができる。その結果、本実施形態では、研磨対象物１０２の研磨終点を高い精度で検出することができる。 As described above, according to the present embodiment, the temperature drift of the sensor that measures the film thickness of the polishing object 102 can be accurately corrected with a simple configuration. That is, in this embodiment, since it is not necessary to provide a temperature sensor for correcting the temperature drift of the sensor, the configuration is simple. In the present embodiment, the measurement signal output from the sensor is corrected based on the correction value while the polishing process is being performed (in-situ). Therefore, in this embodiment, the temperature drift of the sensor can be accurately corrected in real time while the polishing object 102 is being polished. As a result, in this embodiment, the polishing end point of the polishing object 102 can be detected with high accuracy.
特に、本実施形態では、第２の状態において取得した第２測定信号を、この第２の状態の直前に出現した第１の状態において取得した第１測定信号と基準信号とに基づいて算出された補正値に基づいて補正する。これにより、センサの温度ドリフトが精度よく反映されるため、補正された第２測定信号の信頼性を向上させることができる。 In particular, in the present embodiment, the second measurement signal acquired in the second state is calculated based on the first measurement signal and the reference signal acquired in the first state that appears immediately before the second state. Correction is performed based on the corrected value. Accordingly, since the temperature drift of the sensor is accurately reflected, the reliability of the corrected second measurement signal can be improved.
１００ 研磨装置
１０２ 研磨対象物
１０８ 研磨パッド
１１０ 研磨テーブル
１４０ 研磨装置制御部
２００ 研磨終点検出装置
２１０ 渦電流センサ
２２０ 終点検出装置本体
２３０ 膜厚補正器
２３２ 取得部
２３４ 算出部
２３６ 補正部
２４０ 終点検出部
２６０ センサコイル
Ａ 研磨対象物内領域
Ｂ 研磨対象物外領域
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Polishing apparatus 102 Polishing object 108 Polishing pad 110 Polishing table 140 Polishing apparatus control part 200 Polishing end point detection apparatus 210 Eddy current sensor 220 End point detection apparatus main body 230 Film thickness corrector 232 Acquisition part 234 Calculation part 236 Correction part 240 End point detection part 260 Sensor coil A Polishing target area B Polishing target area
Claims (7)
前記研磨工程は、前記センサと前記研磨対象物とが対向しない第１の状態と、前記センサと前記研磨対象物とが対向する第２の状態と、を含み、
前記第１の状態において前記センサから出力される第１測定信号を取得し、
前記取得した第１測定信号と、前記第１測定信号に対してあらかじめ設定された基準信号と、に基づいて補正値を算出し、
前記第２の状態において前記センサから出力される第２測定信号を取得し、
前記研磨工程が行われている最中に、前記取得した第２測定信号を、前記算出した補正値に基づいて補正する、
ことを特徴とする膜厚測定値の補正方法。 A method of correcting a signal output from a sensor for measuring a film thickness of a polishing object while a polishing step for polishing the polishing object is being performed,
The polishing step includes a first state where the sensor and the polishing object do not face each other, and a second state where the sensor and the polishing object face each other,
Obtaining a first measurement signal output from the sensor in the first state;
A correction value is calculated based on the acquired first measurement signal and a reference signal preset for the first measurement signal;
Obtaining a second measurement signal output from the sensor in the second state;
During the polishing step, the acquired second measurement signal is corrected based on the calculated correction value.
A method for correcting a film thickness measurement value.
前記基準信号は、前記研磨工程が行われていないときに前記センサと前記研磨対象物とが対向しない状態において前記センサから出力される信号である、
ことを特徴とする膜厚測定値の補正方法。 In the correction method of the film thickness measurement value of Claim 1,
The reference signal is a signal output from the sensor in a state where the sensor and the object to be polished are not opposed when the polishing step is not performed.
A method for correcting a film thickness measurement value.
前記研磨工程は、研磨対象物を研磨するための研磨パッドが貼り付けられた研磨テーブルを回転させながら前記研磨対象物を前記研磨パッドに押圧することによって前記研磨対象物を研磨し、
前記センサは前記研磨テーブルに設置され、
前記第１の状態と前記第２の状態は、前記研磨テーブルの回転にともなって交互に出現し、
前記第２測定信号を補正する工程は、前記第２の状態において取得した第２測定信号を、該第２の状態の直前に出現した第１の状態において取得した第１測定信号と前記基準信号とに基づいて算出された補正値に基づいて補正する、
ことを特徴とする膜厚測定値の補正方法。 In the correction method of the film thickness measurement value of Claim 1 or 2,
In the polishing step, the polishing object is polished by pressing the polishing object against the polishing pad while rotating a polishing table to which a polishing pad for polishing the polishing object is attached,
The sensor is installed on the polishing table;
The first state and the second state appear alternately as the polishing table rotates,
In the step of correcting the second measurement signal, the second measurement signal acquired in the second state is obtained by using the first measurement signal and the reference signal acquired in the first state that appears immediately before the second state. Correction based on the correction value calculated based on
A method for correcting a film thickness measurement value.
前記基準信号は、前記センサの較正が行われているときに前記センサと前記研磨対象物とが対向しない状態において前記センサから出力される信号である、
ことを特徴とする膜厚測定値の補正方法。 In the correction method of the film thickness measurement value of any one of Claims 1-3,
The reference signal is a signal output from the sensor in a state where the sensor and the object to be polished are not opposed when the sensor is being calibrated.
A method for correcting a film thickness measurement value.
前記基準信号は、前記研磨工程が行われていないときの雰囲気温度で前記センサと前記研磨対象物とが対向しない状態において前記センサから出力される信号である、
ことを特徴とする膜厚測定値の補正方法。 In the correction method of the film thickness measurement value of any one of Claims 1-4,
The reference signal is a signal output from the sensor in a state where the sensor and the object to be polished do not face each other at an ambient temperature when the polishing process is not performed.
A method for correcting a film thickness measurement value.
前記センサは、渦電流センサである、
ことを特徴とする膜厚測定値の補正方法。 In the correction method of the film thickness measurement value of any one of Claims 1-5,
The sensor is an eddy current sensor;
A method for correcting a film thickness measurement value.
前記研磨工程は、前記センサと前記研磨対象物とが対向しない第１の状態と、前記センサと前記研磨対象物とが対向する第２の状態と、を含み、
前記第１の状態において前記センサから出力される第１測定信号、及び、前記第２の状
態において前記センサから出力される第２測定信号を取得する取得部と、
前記取得部によって取得された第１測定信号と、前記第１測定信号に対してあらかじめ設定された基準信号と、に基づいて補正値を算出する算出部と、
前記研磨工程が行われている最中に、前記取得部によって取得された第２測定信号を、前記算出部によって算出された補正値に基づいて補正する補正部と、を備える、
ことを特徴とする膜厚補正器。 A film thickness corrector that corrects a signal output from a sensor for measuring a film thickness of a polishing object when a polishing process for polishing the object to be polished is performed,
The polishing step includes a first state where the sensor and the polishing object do not face each other, and a second state where the sensor and the polishing object face each other,
An acquisition unit configured to acquire a first measurement signal output from the sensor in the first state and a second measurement signal output from the sensor in the second state;
A calculation unit that calculates a correction value based on a first measurement signal acquired by the acquisition unit and a reference signal preset for the first measurement signal;
A correction unit that corrects the second measurement signal acquired by the acquisition unit based on the correction value calculated by the calculation unit during the polishing step.
A film thickness corrector characterized by that.
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