JP6795337B2 - 膜厚信号処理装置、研磨装置、膜厚信号処理方法、及び、研磨方法 - Google Patents

膜厚信号処理装置、研磨装置、膜厚信号処理方法、及び、研磨方法 Download PDF

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Description

本発明は、膜厚信号処理装置、研磨装置、膜厚信号処理方法、及び、研磨方法に関するものである。
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。
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（例えば半導体ウェハなどの基板、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。
研磨装置は、研磨対象物の膜厚に基づいて研磨工程の終点検知を行うために膜厚測定装置を備えている。膜厚測定装置は、研磨対象物の膜厚を検出する膜厚センサを備えている。膜厚センサは代表的には、渦電流センサ、又は、光学式センサが挙げられる。
渦電流センサ又は光学式センサは、研磨テーブルに形成された穴に配置され、研磨テーブルの回転とともに回転しながら、研磨対象物と対向している時に膜厚を検出する。渦電流センサは、導電膜などの研磨対象物に渦電流を誘起させ、研磨対象物に誘起された渦電流によって発生する磁界の変化から研磨対象物の厚さの変化を検出する。一方、光学式センサは、研磨対象物に光を照射し、研磨対象物から反射する干渉波を測定することによって研磨対象物の厚さを検出する。
ところで、膜厚センサは、研磨テーブルの回転にともなって研磨対象物の研磨面に沿って相対的に移動しながら膜厚を検出する。一方、膜厚センサは、膜厚を検出するための磁界又は光のスポット径を有する。このため、膜厚センサの出力がおおよそ１００％に到達するためには、スポット径の全範囲が研磨対象物のエッジの内側に入る必要がある。すなわち、研磨対象物の研磨面の中央部に膜厚センサが対向している状態では、膜厚センサのスポット径の全範囲が研磨対象物のエッジの内側に入るので膜厚センサの出力がおおよそ１００％になる。一方、研磨対象物のエッジ部分に膜厚センサが対向している状態では、膜厚センサのスポット径の一部のみが研磨対象物のエッジの内側に入るので膜厚センサの出力が１００％に到達しない。
従来技術では、膜厚センサの出力がおおよそ１００％に到達していない箇所では膜厚センサの出力を破棄して処理する、いわゆるエッジカット処理を行うことが知られている。エッジカット処理を行うため、従来技術では、エッジ部分の膜厚が正しく測定できない。
特開２００５−１１９７７号公報 特開２００５−１２１６１６号公報
すなわち、従来技術は、膜厚センサの出力がおおよそ１００％に到達していない箇所では、いわゆるエッジカット処理を行うので、研磨対象物のエッジ部分において膜厚を高い精度で検出することが難しい。
近年、半導体ウェハのエッジ近くの不良品率を減らすために、半導体ウェハのエッジの、より近くまで膜厚を測定して、In-situの閉ループ制御で膜厚コントロールを行いたいという要求がある。
そこで、本願発明は、エッジでの膜厚の検出精度を向上させて、研磨対象物のエッジ近くの不良品率を減らすことを課題とする。
上記課題を解決するために、第１の形態では、研磨対象物の膜厚を検出するための膜厚センサから出力されたセンサデータを受信して、膜厚データを生成する受信部と、前記受信部によって生成された膜厚データに基づいて、前記研磨対象物のエッジより内側における前記膜厚データの補正を行う補正部と、を備え、前記補正部は、前記研磨対象物の前記エッジより外側において前記受信部によって生成された前記膜厚データを用いて、前記研磨対象物のエッジより内側において前記受信部によって生成された前記膜厚データを補正することを特徴とする膜厚信号処理装置という構成を採っている。
本実施形態によれば、エッジでの膜厚の検出精度が向上するため、研磨対象物のエッジ近くの不良品率を減らすことができる。
膜厚センサがエッジの近傍で、エッジの内側に位置するときは、スポット径の一部は、エッジの外側に位置する。このとき、センサデータは、その大きさが減衰しているので、エッジより外側において膜厚センサから出力されたセンサデータを用いて、エッジより内側において膜厚センサから出力されたセンサデータを補正する。この結果、よりエッジ近傍まで膜厚を測定できる。すなわち、センサの有効範囲がエッジにおいて拡大するため、研磨対象物のエッジでの膜厚の検出精度が改善する。
第２の形態では、前記受信部によって生成された膜厚データに基づいて、前記研磨対象物の前記エッジの位置を推定する推定部を有し、前記補正部は、推定された前記エッジの位置を用いて、前記膜厚データの補正を行うことを特徴とする膜厚信号処理装置、という構成を採っている。
従来は、エッジ位置の確認は、例えば、エッジ位置でのセンサ出力値を事前に確認することにより、センサ出力値からエッジ位置を確認することが行われる。本実施形態によれば、生成された膜厚データに基づいて、エッジの位置を推定するため、研磨開始前にエッジ位置をあらかじめ確認する必要がない。
また、研磨対象物のロットによって金属膜のエッジ位置がずれることがある。本実施形態を用いれば、ロットごとに生成された膜厚データに基づいて、エッジの位置を推定できるため、ロットの影響を受けることなく、エッジ近傍まで、膜厚をより正確に測定できる。
第３の形態では、前記補正部は、前記エッジから外側へ第１の距離にある位置において前記受信部によって生成された前記膜厚データを、前記エッジから内側へ第２の距離にある位置において前記受信部によって生成された前記膜厚データに加算することにより、前記補正を行い、前記第１の距離と前記第２の距離は等しいことを特徴とする膜厚信号処理
装置、という構成を採っている。
第４の形態では、研磨対象物を研磨するための研磨パッドが貼り付け可能な研磨テーブルと、前記研磨テーブルを回転駆動できる駆動部と、前記研磨対象物を保持して前記研磨パッドに押圧可能な保持部と、前記研磨テーブルに形成された穴に配置され、前記研磨テーブルの回転に伴い前記研磨対象物の膜厚を検出可能な膜厚センサと、形態１〜３のいずれか１つの膜厚信号処理装置と、を備える研磨装置、という構成を採っている。
第５の形態では、研磨対象物の膜厚を検出するための膜厚センサから出力されたセンサデータを受信して、膜厚データを生成し、前記生成された膜厚データに基づいて、前記研磨対象物のエッジより内側における前記膜厚データの補正を行い、前記補正を行うときは、前記研磨対象物の前記エッジより外側において、前記生成された膜厚データを用いて、前記研磨対象物のエッジより内側において前記生成された膜厚データを補正することを特徴とする膜厚信号処理方法、という構成を採っている。
第６の形態では、研磨対象物の膜厚を検出するための膜厚センサから出力された膜厚データを受信して、膜厚データを生成し、前記生成された膜厚データに基づいて、前記研磨対象物のエッジより内側における前記膜厚データの補正を行い、前記補正された膜厚データに基づいて、前記研磨対象物の押圧力を制御し、前記補正を行うときは、前記研磨対象物の前記エッジより外側において前記生成された膜厚データを用いて、前記研磨対象物のエッジより内側において前記生成された膜厚データを補正することを特徴とする研磨方法、という構成を採っている。
図１は、研磨装置の全体構成を模式的に示す図である。 図２は、本実施形態の渦電流センサ２１０の構成例を示す概略図である。 図３は、渦電流センサ２１０のスポット径１０の全体が、研磨対象物１０２の内側にあるときと、スポット径１０の一部が研磨対象物１０２の外側にあるときの磁束の状態を示す図である。 図４は、補正量を説明する図である。 図５は補正方法を説明するグラフである。 図６は、研磨対象物１０２がタングステンである場合の膜厚の測定例である。
以下、本願発明の一実施形態に係る膜厚信号処理装置、研磨装置、膜厚信号処理方法、及び、研磨方法を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の一実施形態の研磨装置の全体構成を模式的に示す図である。図１に示すように、研磨装置１００は、研磨対象物（例えば、半導体ウェハなどの基板、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（駆動部）１１２と、研磨対象物１０２を保持可能なトップリング（保持部）１１６と、トップリング１１６を回転駆動する第２の電動モータ（駆動部）１１８と、を備える。
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。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。
研磨装置１００は、研磨テーブル１１０に形成された穴に配置され、研磨テーブル１１
０の回転に伴い研磨対象物１０２の膜厚を研磨面に沿って検出する渦電流センサ２１０を備える。また、研磨装置１００は、研磨テーブル１１０に配置された近接センサ２２２と、研磨テーブル１１０の外側に配置されたドグ２２４とを含むトリガセンサ２２０を備える。
渦電流センサ２１０は、励磁コイル、検出コイル、及びバランスコイルを備える。励磁コイルは、交流電源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。研磨対象物１０２に形成される渦電流によって生じる磁束は、検出コイルとバランスコイルとに鎖交する。検出コイルのほうが導電膜に近い位置に配置されているので、両コイルに生じる誘起電圧のバランスが崩れる。これにより、渦電流センサ２１０は、研磨対象物の渦電流によって形成される鎖交磁束を検出し、検出した鎖交磁束に基づいて研磨対象物の厚さを検出する。なお、ここでは、渦電流センサ２１０を配置する例を示したが、これに限らず、研磨対象物に光を照射し、研磨対象物から反射する干渉波を測定することによって研磨対象物の厚さを検出する光学式センサを配置してもよい。
図２は、本実施形態の渦電流センサ２１０の構成例を示す概略図である。図２に示すように、渦電流センサ２１０は、ポットコア６０と、３個のコイル７２，７３，７４により構成されている。磁性体であるポットコア６０は、底面部６１ａと、底面部６１ａの中央に設けられた磁心部６１ｂと、底面部６１ａの周囲に設けられた周壁部６１ｃとを有する。
３個のコイル７２，７３，７４のうち中央のコイル７２は、交流信号源に接続される励磁コイルである。励磁コイル７２は、交流信号源より供給される電圧が形成する磁界により、近傍に配置される研磨対象物１０２上の金属膜（または導電性膜）に渦電流を形成する。励磁コイル７２の金属膜（または導電性膜）側には、検出コイル７３が配置され、金属膜（または導電性膜）に形成される渦電流により発生する磁界を検出する。励磁コイル７２を挟んで検出コイル７３と反対側にはバランスコイル７４が配置されている。バランスコイル７４は、渦電流により発生する磁界の検出に用いる抵抗ブリッジ回路で、バランスの調整を行うためのものである。バランスコイル７４により、ゼロ点の調整が可能である。従って、金属膜（または導電性膜）に流れる渦電流をゼロの状態から検出することが可能になるので、金属膜（または導電性膜）中の渦電流の検出感度が高められる。励磁コイル７２は、磁心部６１ｂに配置され、導電性膜に渦電流を形成する。検出コイル７３は、磁心部６１ｂに配置され、導電性膜に形成される渦電流を検出する。渦電流センサ２１０は、従来のソレノイドコイルを用いた渦電流センサに対して、磁束２０が集中しており、磁束２０の広がりが狭いことがわかる。
金属膜（または導電性膜）の膜厚が変化すると、渦電流に変化が生じ、検出コイル７３とバランスコイル７４のインピーダンスが変化する。本実施形態の渦電流センサ２１０は、インピーダンス変化から金属膜（または導電性膜）の膜厚の変化を検出する。受信部２３２は、渦電流センサ２１０が出力するセンサデータからインピーダンスを検出する。インピーダンスが変化すると、金属膜（または導電性膜）の膜厚の変化を検出することができる。
受信部２３２は、検出したインピーダンスと、膜厚が「０」であるときのインピーダンスの差を計算し、差の絶対値の２乗を膜厚データとして出力する。膜厚が「０」であるときのインピーダンスは事前に測定をしておく。差を求める理由は、膜厚が「０」のときに、膜厚データが「０」となるようにするためである。差の絶対値の２乗を膜厚データとする理由は、後述するように、補正部２３８における補正において、エネルギーの有効量と損失量を考慮するためである。インピーダンスの絶対値の２乗は、エネルギーに相当する
量と考えられるからである。
近接センサ２２２は、研磨テーブル１１０の下面（研磨パッド１０８が貼り付けられていない面）に貼り付けられている。ドグ２２４は、近接センサ２２２によって検出されるように、研磨テーブル１１０の外側に配置されている。トリガセンサ２２０は、近接センサ２２２とドグ２２４との位置関係に基づいて研磨テーブル１１０が１回転したことを示すトリガ信号を出力する。具体的には、トリガセンサ２２０は、近接センサ２２２とドグ２２４とが最も接近した状態でトリガ信号を出力する。
渦電流センサ２１０は、トリガセンサ２２０から出力されたトリガ信号に基づいて、測定開始タイミング及び測定終了タイミングが制御される。例えば、渦電流センサ２１０は、トリガセンサ２２０からトリガ信号が出力されてから所定時間が経過したタイミングを測定開始タイミングとし、トリガセンサ２２０からトリガ信号が出力されてから所定時間が経過したタイミングを測定終了タイミングとする。ここで、所定時間は、あらかじめパラメータとして設定されているものとする。
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。
次に、膜厚信号処理装置２３０について説明する。図１に示すように、膜厚信号処理装置２３０は、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と接続されている。膜厚信号処理装置２３０は、渦電流センサ２１０から出力されたセンサデータに所定の信号処理を行って終点検出器２４０へ出力する。
終点検出器２４０は、膜厚信号処理装置２３０から出力される信号に基づいて研磨対象物１０２の膜厚の変化を監視する。終点検出器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。終点検出器２４０は、研磨対象物１０２の研磨終点を検出すると、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、終点検出器２４０から研磨終点を示す信号を受信すると、研磨装置１００による研磨を終了させる。研磨装置制御部１４０は、研磨中は、補正された膜厚データに基づいて、研磨対象物１０２の押圧力を制御する。
膜厚信号処理装置２３０は、受信部２３２、推定部２３４、及び、補正部２３８を備える。
受信部２３２は、渦電流センサ２１０から出力されたセンサデータを受信して、膜厚データを生成する。
推定部２３４は、例えば、受信部２３２によって生成された膜厚データの隣接する複数点の膜厚の差分に基づいて研磨対象物１０２のエッジの位置を推定する。推定部２３４は、膜厚データの隣接する複数点の膜厚の差分を計算することによってエッジ検出用波形を生成することができる。
例えば、隣接する複数点（３点）の膜厚データをそれぞれｆ（ｉ−１），ｆ（ｉ），ｆ（ｉ＋１）とすると、研磨対象物１０２上の点ｉ，ｉ＋１における差分による計算値Ｆ（
ｉ），Ｆ（ｉ＋１）は、
Ｆ（ｉ）＝｛（ｆ（ｉ−１）−ｆ（ｉ））｝
Ｆ（ｉ＋１）＝｛（ｆ（ｉ）−ｆ（ｉ＋１））｝
と表される。このようにして得られた研磨対象物１０２上の各点におけるエッジ検出用波形（Ｆ（ｉ））に現れるピークの位置を、膜厚データのエッジの位置とする。この計算は、膜厚データの微分を求めていることに相当する。なお、本実施形態では、隣接する複数点の膜厚の差分を乗算することによってエッジ検出用波形を生成する例を示すが、これに限らず、ｓｏｂｅｌフィルタなど他の演算を行うこともできる。
補正部２３８は、受信部２３２によって生成された膜厚データに基づいて、研磨対象物１０２のエッジより内側における膜厚データの補正を行う。なお、本実施形態では、補正部２３８は、受信部２３２によって生成された膜厚データに基づいて、研磨対象物１０２のエッジより外側における膜厚データの補正も行う。補正部２３８は、研磨対象物１０２のエッジより外側において受信部２３２によって生成された膜厚データを用いて、研磨対象物１０２のエッジより内側において受信部２３２によって生成された膜厚データを補正する。補正部２３８は、エッジから外側へ第１の距離にある位置において受信部２３２によって生成された膜厚データを、エッジから内側へ第２の距離にある位置において受信部２３２によって生成された膜厚データに加算することにより、補正を行う。第１の距離と第２の距離は等しい。
補正部２３８は、インピーダンスの２乗である膜厚データを、そのまま終点検出器２４０に出力してもよいし、実際の膜厚に変換して、実際の膜厚を出力してもよい。インピーダンスの２乗である膜厚データによって、終点検知や、膜厚のコントロールは可能であるからである。インピーダンスを膜厚に変換する場合、その方法は、種々ある。事前に、インピーダンスと膜厚の関係を測定しておいて、変換テーブルとして研磨装置制御部１４０に格納する方法がある。また、インピーダンスと膜厚の関係を表す数式を理論的に求めておいて、この数式に従って、インピーダンスを膜厚に変換してもよい
次に、本実施形態において、このような補正を行う理由を、図３〜図５により説明する。図３は、渦電流センサ２１０のスポット径１０の全体が、研磨対象物１０２の内側にあるときと、スポット径１０の一部が研磨対象物１０２の外側にあるときの磁束の状態を示す図である。図３（ａ）は、渦電流センサ２１０のスポット径１０の全体が、研磨対象物１０２の内側にあるときの磁束の状態を示す図である。図３（ｂ）は、渦電流センサ２１０の中心２４が、研磨対象物１０２のエッジ２６に位置して、スポット径１０の一部が研磨対象物１０２の外側にあるときの磁束の状態を示す図である。
図３において、励磁コイル７２が生成する磁束１２により、渦電流１４が研磨対象物１０２内に生成される。渦電流１４により、誘導磁場１６が生成され、誘導磁場１６が検出コイル７３とバランスコイル７４により検出される。スポット径１０は、渦電流センサ２１０が研磨対象物１０２の内側に十分に入っているときに生成される渦電流１４の外径であり、かつ、渦電流１４の大きさが所定値以上である部分の外径である。
図３(ａ)においては、渦電流センサ２１０と研磨対象物１０２との間の距離１８以上離れたところに、励磁コイル７２により生成された磁束１２の全体が、研磨対象物１０２内に存在する。このため、磁束１２により、渦電流１４が有効に生成されている。一方、図３(ｂ)においては、渦電流センサ２１０と研磨対象物１０２との間の距離１８以上離れたところに生成された磁束１２の一部のみが、研磨対象物１０２内に存在する。このため、磁束１２の一部は、渦電流１４の生成に寄与していない。渦電流１４は、研磨対象物１０２内にのみ生成されるため、渦電流１４が弱まり、誘導磁場１６も弱くなる。結果として、検出コイル７３とバランスコイル７４の出力が小さくなる。
本実施形態では、このような出力の低下を補正する。渦電流センサ２１０が、エッジ２６よりも内側の研磨対象物１０２に対向して位置するときは、エッジ２６の近くの内側でも、エッジ２６から離れた内側でも、図３(ａ)の場合と同一の出力が得られることが望ましい。エッジ２６の内側では、エッジ２６の近くでも、エッジ２６から離れたところでも、ほぼ同一の膜厚であるため、渦電流センサ２１０の出力も同一の値であることが望ましいからである。本実施形態では、エッジ２６の内側である限りは、エッジ２６の近くでも、エッジ２６から離れたところでも、渦電流センサ２１０の出力が、ほぼ同一の値になるように、補正を行う。なお、渦電流センサ２１０の位置とは、本実施形態では、渦電流センサ２１０の中心２４がある位置を意味する。
図３(ｂ)の場合、利用可能な磁束１２のうち、半分程度が研磨対象物１０２の外部にある。点線で囲って示す磁束２８が研磨対象物１０２に当たっていない。点線で示す渦電流２２は、実在しないが、図３(ａ)の渦電流１４を比較のために図示したものである。渦電流２２は、有効に利用されていない渦電流と考えられる。本実施形態では、渦電流２２に相当する損失を評価して補正する。
図４は、補正量を説明する図である。渦電流センサ２１０がエッジ２６に位置するときの出力の低下をエネルギー的な観点から考える。渦電流センサ２１０の位置、すなわち、渦電流センサ２１０の中心２４が、エッジ２６から外側に離れているほど、研磨対象物１０２内に誘導される渦電流１４が有するエネルギーが低下している。渦電流センサ２１０の中心２４が、エッジ２６から外側に離れているほど、研磨対象物１０２内に誘導される渦電流１４が少なくなるからである。渦電流１４のエネルギーの低下分は、励磁コイル７２が提供するエネルギーのうち、有効に使われなかったエネルギー(エネルギーの損失)である。渦電流センサ２１０の検出コイル７３は、渦電流１４の大きさを検出していると考えられるため、検出コイル７３は、損失分も間接的に測定していると考えられる。
エネルギー損失量は、スポット径１０内に存在する研磨対象物１０２の面積の割合に比例すると考える。スポット径１０内に研磨対象物１０２が１００％存在する場合は、損失量は０％である。逆に、スポット径１０内に研磨対象物１０２が全く存在しない場合は、損失は１００％である。なお、この評価方法は、スポット径１０内に誘起される渦電流１４のスポット径１０内での面密度が、渦電流センサ２１０の位置によらず均一であれば、適切な評価であると考えられる。
既述の図３(ａ)は、スポット径１０内に研磨対象物１０２が１００％存在する場合であり、図３(ｂ)は、スポット径１０内に研磨対象物１０２が５０％存在する場合である。図４に、さらに、スポット径１０内に研磨対象物１０２が種々の割合で存在する場合を示す。図４(ａ)は、図３(ｂ)と同じであり、スポット径１０内に研磨対象物１０２が５０％存在する場合である。すなわち、渦電流センサ２１０の中心２４が金属膜端（エッジ２６）に位置するとき、エネルギー損失（点線で示す損失量３２ａ）は、損失が全くない場合の全エネルギーの半分である。実線で示す有効量３２ｂが有効なエネルギーであり、損失量３２ａと有効量３２ｂの和が１００％である。損失量３２ａと有効量３２ｂは、同じ量であり、それぞれが５０％である。
図４(ｂ)は、渦電流センサ２１０の中心２４が、エッジ２６より内側に、距離３０の位置にある場合である。この時のエネルギー損失は点線で示す損失量３４ａである。実線で示す有効量３４ｂが有効なエネルギーであり、損失量３４ａと有効量３４ｂの和が１００％である。図４(ｃ)は、渦電流センサ２１０の中心２４が、エッジ２６より外側に、図４(ｂ)と同じ距離３０の位置にある場合である。この時のエネルギー損失は点線で示す損失量３６ａである。実線で示す有効量３６ｂが有効なエネルギーであり、損失量３６ａと有
効量３６ｂの和が１００％である。
図４(ｂ)と図４(ｃ)のような２つのケースを比較すると、渦電流センサ２１０がエッジ２６から、内側に距離３０の位置と、外側に同一の距離３０の位置にあるため、損失量３４ａと有効量３６ｂは、大きさが同じであると考えられる。同様に、有効量３４ｂと損失量３６ａは、大きさが同じであると考えられる。以上のことをまとめると以下のようになる。
損失量３４ａ ＋ 有効量３４ｂ ＝ 損失量３６ａ ＋ 有効量３６ｂ ＝ １００％
損失量３４ａ ＝ 有効量３６ｂ
有効量３４ｂ ＝ 損失量３６ａ
従って、図４(ｂ)と図４(ｃ)のような２つのケースを比較すると、渦電流センサ２１０がエッジ２６から、内側に距離３０の位置にあるときと、外側に同一の距離３０の位置にあるときのエネルギー損失の和（損失量３４ａ ＋ 損失量３６ａ）は、１００％になると考えられる。同様に、これらの位置にある時の有効量の和（有効量３４ｂ ＋ 有効量３６ｂ）は、１００％になると考えられる。
この点から、補正方法としては、エッジ２６から距離３０だけ内側での有効なエネルギー（有効量３４ｂ）に、エッジ２６から距離３０だけ外側での有効なエネルギー（有効量３６ｂ）を加算すればよい。なぜならば、有効量３６ｂ ＋ 有効量３４ｂ ＝１００％となり、渦電流センサ２１０が研磨対象物１０２の内側に十分入っているときの図３(ａ)における渦電流センサ２１０の出力である１００％と等しくなるからである。
この補正により、得られる結果を図５により説明する。図５(ａ)は、受信部２３２によって生成された膜厚データを示すグラフである。図５(ｂ)は、推定部２３４により膜厚データを既述のように差分して得られた曲線（エッジ検出用波形（Ｆ（ｉ）））を示すグラフである。図５(ｃ)は、補正部２３８による補正方法を示すグラフである。これらのグラフの横軸は、研磨対象物１０２が外径３００ｍｍの半導体ウェハ上の回路である場合の、ウェハ中心から半径方向に測った位置を示す。エッジ近傍である、半径１３０ｍｍから１５０ｍｍにおける膜厚を示す。縦軸は、図５(ａ)、図５(ｃ)では膜厚データ、すなわちエネルギーである。図５(ｂ)では、縦軸は膜厚データの差分である。
図５(ａ)に示す曲線３８は、受信部２３２によって生成された膜厚データである。渦電流センサ２１０は、研磨対象物１０２上を線状に走査する。渦電流センサ２１０は、研磨対象物１０２上を複数回、例えば５０回、走査することにより、研磨対象物１０２全体にわたる膜厚データを得る。曲線３８として、渦電流センサ２１０が、研磨対象物１０２上を１回走査した時の１回分の膜厚データを用いてもよいし、複数回走査して得られた研磨対象物１０２全体にわたる膜厚データを用いてもよい。研磨対象物１０２全体にわたる膜厚データを用いる時は、各回の走査で得られた膜厚データを平均したデータを曲線３８とすることが好ましい。本実施形態では、研磨対象物１０２全体にわたる膜厚データを、同一の半径位置に関して平均したデータである。曲線３８は、研磨対象物１０２の半径位置に関しては、例えば、１ｍｍ間隔で得られるため、スプライン補間により、より狭い0.1mm刻みのデータにすることが好ましい。狭い刻みのデータを用いることにより、エッジ位置の検出精度が向上し、結果として補正の精度が向上する。
図５(ｂ)に示す曲線４０は、曲線３８を推定部２３４によって差分して得られた差分データである。推定部２３４は、差分データのピーク位置４２を検出し、ピーク位置４２を膜厚データのエッジ２６の位置と推定する。渦電流センサ２１０による測定誤差が少ないほど、推定したピーク位置４２（膜厚データのエッジ２６の位置）が、実際のエッジ位置に近づく。
図５(ｃ)に点線で示す曲線３８は、図５(ａ)に示す曲線３８であり、補正前の曲線である。補正方法は以下のとおりである。ピーク位置４２から距離４４だけ外側の位置４６における膜厚データ４８を、ピーク位置４２から距離４４だけ内側の位置５０における膜厚データ５４に加算する。加算して得られた膜厚データ５６により生成される曲線５８が、補正後の膜厚データを示す。加算は、膜厚データが「０」になる点６２までおこなわれる。このような補正は、以下のようにも表現することができる。
補正により加算する量は、ピーク位置４２から外側にある曲線３８の領域６４にある。領域６４は、ハッチングで示されている、ピーク位置４２から外側にある領域である。ここで、領域６４を、ピーク位置４２にある曲線３８上の点６６を中心に、矢印６８の方向に１８０度回転させると、ハッチングした領域７０が得られる。領域６４と領域７０は、同一の形状である。領域７０を曲線３８に加算すると、補正後の曲線５８が得られる。
領域６４と領域７０が、同一の形状であることからわかるように、ピーク位置４２における曲線５８の値は、曲線３８の値の２倍である。従って、ピーク位置４２よりも外側における補正後の曲線５８としては、曲線５８の連続性を維持するという観点から、曲線３８の値を２倍することにより、曲線５８を生成することが好ましい。図５(ｃ)に示す、ピーク位置４２よりも外側における補正後の曲線５８は、補正前の曲線３８の値を２倍して得られたものである。
次に、本実施形態による補正方法を適用して得られた実測値の例を図６に示す。図６は、研磨対象物１０２がタングステンである場合の膜厚の測定例である。曲線７６は、渦電流センサ２１０により測定された膜厚である。曲線７８は、本実施形態による補正方法を曲線７６に適用して得られた補正後の膜厚である。曲線８０は、曲線７８の妥当性を確認するために、膜厚を、レーザ距離計を用いて実測したものである。グラフの横軸は、研磨対象物１０２が外径３００ｍｍの半導体ウェハ上の回路である場合の、ウェハ中心から半径方向に測った位置を示す。エッジ近傍である、半径１２０ｍｍから１５０ｍｍにおける膜厚を示す。縦軸は、膜厚である。膜厚の実測値と照合するため、縦軸は、インピーダンスの２乗である膜厚データではなく、膜厚そのものである。
曲線７８と曲線８０を比較すると、補正後の曲線７８は、曲線８０に、より近い形状になっている。本実施形態による補正の効果が表れており、曲線７８と曲線８０との差が小さくなっていると考えられる。補正により、仮に５ｍｍ程度半径方向に、ウェハの有効領域が増えた場合、有効な面積の増加の割合としては、７％程度の増加が可能である。これは、７％の生産量増加が可能と考えることができるため、補正による効果は大きい。
以上、本発明の実施形態の例について説明してきたが、上記した発明の実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本発明には、その均等物が含まれることはもちろんである。また、上述した課題の少なくとも一部を解決できる範囲、または、効果の少なくとも一部を奏する範囲において、特許請求の範囲および明細書に記載された各構成要素の任意の組み合わせ、または、省略が可能である。
以上説明したように、本発明は以下の形態を有する。
形態１
研磨対象物の膜厚を検出するための膜厚センサから出力されたセンサデータを受信して、膜厚データを生成する受信部と、
前記受信部によって生成された膜厚データに基づいて、前記研磨対象物のエッジより内側における前記膜厚データの補正を行う補正部と、を備え、
前記補正部は、前記研磨対象物の前記エッジより外側において前記受信部によって生成された前記膜厚データを用いて、前記研磨対象物のエッジより内側において前記受信部によって生成された前記膜厚データを補正することを特徴とする膜厚信号処理装置。
形態２
形態１の膜厚信号処理装置において、
前記受信部によって生成された膜厚データに基づいて、前記研磨対象物の前記エッジの位置を推定する推定部を有し、前記補正部は、推定された前記エッジの位置を用いて、前記膜厚データの補正を行うことを特徴とする膜厚信号処理装置。
形態３
形態１または２の膜厚信号処理装置において、
前記補正部は、前記エッジから外側へ第１の距離にある位置において前記受信部によって生成された前記膜厚データを、前記エッジから内側へ第２の距離にある位置において前記受信部によって生成された前記膜厚データに加算することにより、前記補正を行い、前記第１の距離と前記第２の距離は等しいことを特徴とする膜厚信号処理装置。
形態４
研磨対象物を研磨するための研磨パッドが貼り付け可能な研磨テーブルと、
前記研磨テーブルを回転駆動できる駆動部と、
前記研磨対象物を保持して前記研磨パッドに押圧可能な保持部と、
前記研磨テーブルに形成された穴に配置され、前記研磨テーブルの回転に伴い前記研磨対象物の膜厚を検出可能な膜厚センサと、
形態１〜３のいずれか１項の膜厚信号処理装置と、
を備える研磨装置。
形態５
研磨対象物の膜厚を検出するための膜厚センサから出力されたセンサデータを受信して、膜厚データを生成し、
前記生成された膜厚データに基づいて、前記研磨対象物のエッジより内側における前記膜厚データの補正を行い、
前記補正を行うときは、前記研磨対象物の前記エッジより外側において、前記生成された膜厚データを用いて、前記研磨対象物のエッジより内側において前記生成された膜厚データを補正することを特徴とする膜厚信号処理方法。
形態６
研磨対象物の膜厚を検出するための膜厚センサから出力された膜厚データを受信して、膜厚データを生成し、
前記生成された膜厚データに基づいて、前記研磨対象物のエッジより内側における前記膜厚データの補正を行い、
前記補正された膜厚データに基づいて、前記研磨対象物の押圧力を制御し、
前記補正を行うときは、前記研磨対象物の前記エッジより外側において前記生成された膜厚データを用いて、前記研磨対象物のエッジより内側において前記生成された膜厚データを補正することを特徴とする研磨方法。
１０…スポット径
１４…渦電流
２６…エッジ
４２…ピーク位置
７２…励磁コイル
７３…検出コイル
７４…バランスコイル
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
２１０…渦電流センサ
２３０…膜厚信号処理装置
２３２…受信部
２３４…推定部
２３８…補正部
２４０…終点検出器

Claims (6)

  1. 研磨対象物の膜厚を検出するための膜厚センサから出力されたセンサデータを受信して、第１、及び第２の膜厚データを生成する受信部と、
    前記受信部によって生成された前記第２の膜厚データに基づいて、前記研磨対象物のエッジより内側における前記第１の膜厚データの補正を行う補正部と、を備え、
    前記受信部は、前記膜厚センサの中心が前記研磨対象物の前記エッジより内側にあるときに前記膜厚センサから出力される前記センサデータを受信して、前記第１の膜厚データを生成し、前記膜厚センサによって前記研磨対象物にスポット径が発生しているとき、かつ、前記膜厚センサの中心が前記研磨対象物の前記エッジより外側にあるときに前記膜厚センサから出力される前記センサデータを受信して、前記第２の膜厚データを生成し、
    前記補正部は、前記研磨対象物の前記エッジより外側において前記受信部によって生成された前記第２の膜厚データを用いて、前記研磨対象物のエッジより内側において前記受信部によって生成された前記第１の膜厚データを補正することを特徴とする膜厚信号処理装置。
  2. 請求項１の膜厚信号処理装置において、
    前記受信部によって生成された第１、及び第２の膜厚データに基づいて、前記研磨対象物の前記エッジの位置を推定する推定部を有し、前記補正部は、推定された前記エッジの位置を用いて、前記第１の膜厚データの補正を行うことを特徴とする膜厚信号処理装置。
  3. 請求項１または２の膜厚信号処理装置において、
    前記補正部は、前記エッジから外側へ第１の距離にある位置において前記受信部によって生成された前記第２の膜厚データを、前記エッジから内側へ第２の距離にある位置において前記受信部によって生成された前記第１の膜厚データに加算することにより、前記補正を行い、前記第１の距離と前記第２の距離は等しいことを特徴とする膜厚信号処理装置。
  4. 研磨対象物を研磨するための研磨パッドが貼り付け可能な研磨テーブルと、
    前記研磨テーブルを回転駆動できる駆動部と、
    前記研磨対象物を保持して前記研磨パッドに押圧可能な保持部と、
    前記研磨テーブルに形成された穴に配置され、前記研磨テーブルの回転に伴い前記研磨対象物の膜厚を検出可能な膜厚センサと、
    請求項１〜３のいずれか１項の膜厚信号処理装置と、
    を備える研磨装置。
  5. 研磨対象物の膜厚を検出するための膜厚センサから出力されたセンサデータを受信して、第１、及び第２の膜厚データを生成し、
    生成された前記第２の膜厚データに基づいて、前記研磨対象物のエッジより内側における前記第１の膜厚データの補正を行い、
    前記生成を行うときは、前記膜厚センサの中心が前記研磨対象物の前記エッジより内側にあるときに前記膜厚センサから出力される前記センサデータを受信して、前記第１の膜厚データを生成し、前記膜厚センサによって前記研磨対象物にスポット径が発生しているとき、かつ、前記膜厚センサの中心が前記研磨対象物の前記エッジより外側にあるときに前記膜厚センサから出力される前記センサデータを受信して、前記第２の膜厚データを生成し、
    前記補正を行うときは、前記研磨対象物の前記エッジより外側において、生成された前記第２の膜厚データを用いて、前記研磨対象物のエッジより内側において生成された前記第１の膜厚データを補正することを特徴とする膜厚信号処理方法。
  6. 研磨対象物の膜厚を検出するための膜厚センサから出力されたセンサデータを受信して、第１、及び第２の膜厚データを生成し、
    生成された前記第２の膜厚データに基づいて、前記研磨対象物のエッジより内側における前記第１の膜厚データの補正を行い、
    補正された前記第１の膜厚データに基づいて、前記研磨対象物の押圧力を制御し、
    前記生成を行うときは、前記膜厚センサの中心が前記研磨対象物の前記エッジより内側にあるときに前記膜厚センサから出力される前記センサデータを受信して、前記第１の膜厚データを生成し、前記膜厚センサによって前記研磨対象物にスポット径が発生しているとき、かつ、前記膜厚センサの中心が前記研磨対象物の前記エッジより外側にあるときに前記膜厚センサから出力される前記センサデータを受信して、前記第２の膜厚データを生成し、
    前記補正を行うときは、前記研磨対象物の前記エッジより外側において生成された前記第２の膜厚データを用いて、前記研磨対象物のエッジより内側において生成された前記第１の膜厚データを補正することを特徴とする研磨方法。
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