抛光监视方法和抛光设备的制作方法

专利名称：抛光监视方法和抛光设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及在抛光(研磨)过程中监视形成在基片表面上的导电 膜的厚度变化的方法，并且涉及抛光设备。
背景技术：
抛光设备被广泛用于抛光形成在晶片表面上的导电膜，例如隔离 膜和互联金属膜。抛光终点检测和抛光过程中抛光条件的变化是基于 导电膜的厚度确定的。因此，抛光设备通常包括膜厚度检测器，用于 在抛光过程中检测导电膜的厚度。所述膜厚度检测器的一个典型例子 是涡电流传感器。所述涡电流传感器被构造成供应高频交流电流至线 圈，以便在导电膜中感应出涡电流，从而由感应涡电流的磁场引起的 阻抗的变化检测出导电膜的厚度。
图1是用于解释涡电流传感器的原理的等效电路图。当AC电源 发送高频交流电流11至线圈1时，线圈1中感应出的磁力线穿过导电 膜。结果，互感发生在传感器侧电路和导电膜侧电路之间，并且涡电 流12流经导电膜。该涡电流12产生的磁力线引起传感器侧电路的阻 抗变化。涡电流传感器根据传感器侧电路的阻抗的变化测量出导电膜 的厚度。
在图1所示的传感器侧电路和导电膜侧电路中，满足下面的等式。 R, 1!+L！ dl!/dt + Mdl2/dt = E (1) R212+ L2 dl2/dt + Mdl〃dt = 0 ( 2 )
其中M表示互感系数，Ri表示包括线圈1的传感器侧电路的等效 电阻，L,表示包括线圈1的传感器侧电路的自感系数，R2表示对应于
涡电流损耗的等效电阻，L2表示涡电流流经的导电膜的自感系数。
令I,A。e^ (正弦波)，上述等式(1)和(2)可以如下表示 (R,+jroL1) I！+jo>MI2 = E (3)(R2+jcoL2) L+jcoMI, = 0 (4) 从上述等式(3)和(4)，下面的等式可以得出。 I! = E (R2+jcoL2) /[ (Rl+jcoL》(R2+jcoL2) + co2M2] =E/[ (R!十jcoLl+co2M2/ (R2 + jcoL2) ] (5) 因此，传感器侧电路的阻抗O由下面的等式给出。 。=E 〃, = [R! + co2M2 R2 / (R22 + co2L22)]
+ jco [L,-o)2L2M2/ (R22+co2L22) ] (6) 以X禾B Y分别表示阻抗O的实部(即电阻分量，resistance component)禾口虚部(艮卩感抗分量，inductive reactance component)， 上述 等式(6)可以下式表示。
<D = X + jcoY (7) 图2是在X Y坐标系中绘制随抛光时间变化的X和Y得到的曲线 图。示于图2的坐标系由纵轴Y轴和横轴X轴限定。Too的坐标点是 当膜的厚度为零即R2为零时X和Y的值。在基片的导电率可忽略的 情况下，TO的坐标点是当膜的厚度为无穷大即R2无穷大时X和Y的 值。随着膜的厚度减小，由X和Y的值规定的点Tn沿圆弧朝向点TO 运行。图2中的符号k表示耦合系数，并且满足下面的关系。 M = k (L, L2) 1/2 (8)
图3示出了将图2中的曲线沿逆时针方向转动90度、再进一步平 移所产生的曲线后的曲线图。具体地讲，由坐标(X， Y)规定的点绕 XY坐标系的原点O转动，转动后的坐标再被移动，以便产生这样的 曲线，其中原点O和坐标(X， Y)规定的点之间的距离随着膜的厚 度减小而减小。进一步的处理，例如放大，可以应用于图3中的曲线。 尽管图3示出了图2中的曲线沿逆时针方向转动90度后的曲线，但转 动角度并不局限于90度。例如，转动角度可以被调节以使得对应于被 监视的膜厚度的上限的Y坐标等于膜厚度为零的点的Y坐标。
如示于图3，随着膜的厚度减小，由X和Y的值限定的点Tn沿 圆弧朝向点T0运行。在运行过程中，只要点Tn未达到接近于点To)， X-Y坐标系的原点O与点Tn之间的距离Z (= (X2 + y2) 1/2)随着膜 的厚度减小而减小。因此，通过监视距离Z，在抛光过程中膜的厚度变化和抛光终点可以确定。图4示出了通过绘制纵轴上的距离Z和横 轴上的抛光时间产生的曲线。如示于该曲线，距离Z随抛光时间减小， 并且在特定的时间点变为衡量。因此，通过检测距离Z的这样的奇异 点，抛光终点可以确定。
然而，由于包括围绕涡电流传感器的外界温度和液体渗入抛光垫 等操作环境的变化，以及由于涡电流传感器自身条件随时间的变化， 涡电流传感器的输出信号的值可能会漂移(即彼此平行地移动)，如图 5中的虚线所示。涡电流传感器输出信号的值的漂移导致与原点O之 间的距离Z的变化和曲线自身向上位移，如示于图6。即使是在这种 情况下，也可以检测抛光终点，因为奇异点同样也漂移。然而，在预 设目标厚度己被达到的时间点，当停止抛光或当改变抛光条件，这种 输出漂移会引起问题。这是因为涡电流传感器输出信号的值和膜厚度 之间关系的变化。这会引起抛光时间检测误差。
这种涡电流传感器输出值的漂移除了影响上述基于距离Z的方法 外，还会影响其它膜厚度监视方法。例如，日本专利公开文献No. 2005-121616在其图13公开了一种基于穿过中心点(固定点)的基准 线与涡电流传感器的输出信号(分量X，分量Y)规定的点和中心点 之间连线之间的角度(e)的变化在抛光过程监视膜厚度变化的方法。 所述方法的优点是精确监视膜厚度的变化，不论抛光垫的厚度变化如
何。然而，在该方法中，同样，角度e会根据涡电流传感器的输出值
随时间的变化而发生变化。结果，涡电流传感器输出信号的值和膜厚 度之间的关系会改变。
为解决上述问题，需要定期校正涡电流传感器。然而，为了校正 涡电流传感器，抛光过程必须停止，结果，抛光设备的可利用率下降。 出于这一原因，在半导体批量生产设施中，不能频繁进行涡电流传感 器的校正。

发明内容
本发明是考虑到上述缺陷而研制的。因此，本发明的目的是提供 一种抛光监视方法和抛光设备，其能够校正涡电流传感器而不降低抛光设备的可利用率，并且能够精确地监视膜厚度。
为实现上述目的，本发明的一个方面提供了一种利用涡电流传感 器监视与抛光垫的抛光面滑动接触的基片上的导电膜的厚度变化的方 法。所述方法包括在基片的水抛光过程中，在抛光垫的修整过程中， 或在抛光垫的更换过程中，获取涡电流传感器的输出信号，作为修正 信号值；从修正信号值与预定的修正基准值之间的差值计算出修正量； 当抛光具有导电膜的基片时，通过从涡电流传感器的输出信号减去修 正量而计算出实测信号值；以及通过监视实测信号值的变化而监视抛 光过程中导电膜的厚度变化。
在本发明的优选方面中，所述修正基准值包括在与修正信号值的 获取条件相同的条件下预先获得的涡电流传感器的输出信号。
在本发明的优选方面中，所述方法进一步包括获取涡电流传感 器的特征信号值；在与特征信号值的获取条件相同的条件下获取涡电 流传感器的输出信号，作为初始信号值；从特征信号值与初始信号值 之间的差值计算出初始漂移量；以及在计算修正量之前，通过从修正 基准值减去初始漂移量而对修正基准值进行修正。
在本发明的优选方面中，涡电流传感器的输出信号包括包含涡 电流传感器线圈的电路的阻抗的电阻分量和感抗分量。
在本发明的优选方面中，涡电流传感器的输出信号包括包含涡 电流传感器线圈的电路的阻抗的电阻分量和感抗分量；所述电阻分量 和感抗分量由坐标系中的坐标限定；以及在坐标系中所述坐标被转动 和移动，以使得坐标系原点与由坐标限定的点之间的距离随着导电膜 厚度的减小而减小。
本发明的另一方面提供了一种用于抛光基片的设备，包括抛光 垫，其具有抛光面；涡电流传感器；顶环，其被构造成将基片推压在 所述抛光面上；修整器，其被构造成修整所述抛光面；被构造成在基 片和所述抛光垫之间提供相对运动的机构；以及监视单元，其被构造 成利用所述涡电流传感器监视与所述抛光面滑动接触的基片上的导电 膜的厚度变化。所述监视单元可操作，以便在基片的水抛光过程中、 在所述抛光垫的修整过程中或在更换所述抛光垫的过程中获取所述涡电流传感器的输出信号，作为修正信号值；从修正信号值与预定的修 正基准值之间的差值计算出修正量；当抛光具有导电膜的基片时，通 过从涡电流传感器的输出信号减去修正量而计算出实测信号值；以及 通过监视实测信号值的变化而监视抛光过程中导电膜的厚度变化。
根据本发明，涡电流传感器的校正可以在抛光设备中必须进行的 预定处理例如修整过程中在软件上实施。因此，可以连续进行精确的 膜厚度监视，而不降低抛光设备的可利用率。


图1示出了用于解释涡电流传感器的原理的等效电路图； 图2是在XY坐标系中通过绘制随抛光时间变化的X和Y坐标而 获得的曲线图3示出了将图2中的曲线沿逆时针方向转动90度再将所产生的 曲线平移后获得的曲线图4示出了通过在纵轴上绘制距离Z和在横轴上绘制抛光时间而 产生的曲线；
图5示出了涡电流传感器的输出信号值的漂移；
图6示出了涡电流传感器的输出信号值的漂移所引起的检测误
差；
图7是根据本发明的一个实施方式的抛光设备的整体结构的示意
图8是示于图7的顶环的示意性剖视图9是表示抛光台和晶片之间的位置关系的俯视图IO是扫过晶片的涡电流传感器的路径图ll是显示图io所示的晶片上的监视点中被监视单元监视的监
视点的选择的例子的俯视图12是涡电流传感器的示意图13示出了图12所示的涡电流传感器的传感器线圈的例子；
图14是涡电流传感器的细节的示意图15是校正涡电流传感器的输出信号的流程图；图16是根据图15所示流程校正涡电流传感器的输出信号的过程 的直观图17A至17D示出了漂移修正、转动修正和增益修正的执行过程。
具体实施例方式
下面参照附图描述本发明的实施方式。
图7是根据本发明的一个实施方式的抛光(研磨)设备的整体结 构的示意图。如示于图7，抛光设备具有抛光台12，其将抛光垫10 保持在其上表面上，顶环14，其被构造成保持作为待抛光工件的晶片 (基片)，并将晶片推压在抛光垫10的上表面上，以及修整器20，其 被构造成当未执行晶片的抛光时对抛光垫10的上表面实施修整(或调 节)。抛光垫10的上表面提供了一种用于滑动接触晶片的抛光面。
抛光台12连接至布置在其下面的电动机(未示出)，并且绕其自 身轴线如箭头所示可转动。抛光液体供应嘴(未示出)布置在抛光台 12上方，从而抛光液体被从抛光液体供应嘴供应到抛光垫10上。
顶环14连接至顶环轴18,顶环轴连接至电动机和升降缸(未示 出)。顶环14因此可以如箭头所示竖直移动并且绕顶环轴18转动。待 抛光晶片通过真空吸附或类似措施附着和保持在顶环14的下表面上。
利用上述结构，保持在顶环14的下表面上的晶片被顶环14转动 和推压在旋转的抛光台12上的抛光垫IO的抛光面上。抛光液体被从 抛光液体供应嘴供应到抛光垫10的抛光面上。晶片因此在晶片表面 (下表面)和抛光垫10之间存在抛光液体的情况下被抛光。在这种实 施方式中，抛光台12和顶环14构成在晶片和抛光垫IO之间提供相对 运动的机构。
图8是图7所示顶环的示意性剖视图。如示于图8，顶环14具有 盘状顶环本体31，其通过柔性关节30连接着顶环轴18的下端，以及 限位环32，其设置在顶环本体31的下部。顶环本体31由具有高强度 和刚度的材料例如金属或陶瓷制成。限位环32由高刚度树脂、陶瓷或 类似材料制成。限位环32可以与顶环本体31形成一体。
顶环本体31和限位环32中具有空间，该空间容纳着将与晶片W接触的弹性垫33，由弹性膜制成的环形加压片材34，以及被构造 成保持弹性垫33的盘形卡板35。弹性垫33具有被卡板35保持着的 上周边缘。四个压力室(气袋)Pl、 P2、 P3和P4被设置在弹性垫33 和卡板35之间。这些压力室P1、 P2、 P3和P4分别通过流体通道37、 38、 39和40与未示出的压力调节装置流体连通。压力调节装置被构 造成供应压力流体(例如压力空气)到压力室P1、 P2、 P3和P4中， 并且在这些压力室中产生真空。中央压力室P1具有圆形的形状，其它 压力室P2、 P3和P4具有环形形状。这些压力室P1、 P2、 P3和P4同 心布置。压力调节装置可以包括压縮机以及真空泵。
压力调节装置可以独立地改变压力室P1、 P2、 P3和P4的内部压 力，从而实质上独立地调节被施加至四个区域的推压力中央区域C1， 内侧区域C2，外侧区域C3，以及周边区域C4。更确切地讲，每个区 域或多或少地受相邻区域的影响。此外，通过整体地升高或降低顶环 14，限位环32可以向抛光垫10施加预定力。压力室P5形成在卡板 35和顶环本体31之间。上述压力调节装置被构造成通过流体通道41 供应压力流体到压力室P5中并且在压力室P5中产生真空。通过这种 操作，卡板35和弹性垫33均可以整体地竖直移动。限位环32围绕晶 片W布置，以便在抛光过程中防止晶片W脱离顶环14。
如示于图7，用于检测形成在晶片W上的导电膜厚度的涡电流传 感器50设置在抛光台12中。该涡电流传感器50连接至监视单元53， 监视单元连接着CMP控制器54。涡电流传感器50的输出信号发送至 监视单元53。该监视单元53处理涡电流传感器50的输出信号，如参 照图3和4所描述，并计算作为随着导电膜厚度而改变的监视信号的 距离Z (见图4)。通过监视单元53处理涡电流传感器50的输出信号 包括对示于图2的曲线作转动处理和平移处理。监视单元53在抛光过 程中监视每个区域Cl、 C2、 C3和C4中监视信号(即导电膜的厚度 变化)的变化。
图9是示出了抛光台12和晶片W之间的位置关系的俯视图。符 号Ct表示抛光台12的旋转中心。如示于图9，涡电流传感器50被设 置在这样的位置，以使得涡电流传感器50位于在抛光过程中被顶环14保持的晶片W的中心Cw的轨迹上。具体地讲，每当抛光台12旋 转一圈，涡电流传感器50沿晶片W的大致径向扫过晶片W。
图10是显示涡电流传感器50扫过晶片W的路径的视图。如前面 所描述，当抛光台12旋转时，涡电流传感器50扫过晶片W的表面， 从而画出穿过晶片W的中心Cw (即顶环轴18的中心)的路径。由于 顶环14的转速通常不同于抛光台12的转速，因此每当抛光台12旋转 时，涡电流传感器50在晶片W表面上的路径就会变化，如图10中的 扫描线(扫移线)SL1、 SL2、 SL3、…所示。即使是在这种情况下， 由于涡电流传感器50被如前面所描述对准晶片W的中心Cw，因此涡 电流传感器50的路径在每圈旋转中都穿过晶片W的中心Cw。在这种 实施方式中，通过涡电流传感器50检测膜厚度的时刻被调节，从而每 圈旋转中准晶片W的中心Cw的膜厚度通过涡电流传感器50被监视。
己知拋光晶片W的表面的膜厚度分布是相对于沿着垂直于晶片 W表面的方向延伸穿过晶片W的中心Cw的轴线大致轴对称的。因此， 如示于图10,位于第m个扫描线SLm上的第n个监视点表示为MPm—n， 第n个监视点的径向位置上的晶片W的膜厚度变化可以通过跟踪各扫 描线上的第n个监视点的监视信号MP,_n、 MP2.n、 ...、 MPm.n而被监视。
图ll是在示于图10的晶片上的监视点中选择由监视单元53监视 的监视点的例子的俯视图。在示于图11的例子中，监视单元53监视 靠近区域C1、 C2、 C3和C4的中心和边界的监视点MPm.,、 MPm.2、
MPm-3、 MPm-4、 MPm_5、 MPm—6、 MPm—8、 MPm-10、 MPm-"、 MPm-12、 MPm-13、 MPm.w和MPm.15。不同于示于图10的例子，附加监视点可以设置在监 视点MPw和MPm.(i+p之间。选择被监视的监视点并不局限于示于图 11的例子。考虑到晶片W的表面抛光控制而被监视的点可以被选择 为监视点。或者，每个扫描线上的所有监视点可以被选择。
在图10中，为了简化， 一次扫描操作中监视点的数量为15。然
而，监视点的数量并不局限于所示出的例子，而是可以根据测量周期
和抛光台12的转速而设置各种数量。例如，也可以设置三百个监视点， 它们从晶片w的一端至另一端分布，并且这些监视点被划分为对应于 区域Cl、 C2、 C3和C4的四段。在这种情况下，每段中的监视点处获得的传感器50的输出信号值的平均值或代表值可以计算出来，并且 计算出的平均值或代表值可以用作传感器50在该段的输出信号值。为 了将数据平滑化以消除杂波，在相邻监视点获得的输出信号值可以被 标准化。
监视单元53对选择的监视点处获得的涡电流传感器50的输出信 号执行上述处理，以产生监视信号(即在这种实施方式中距离Z)。监 视单元53将每个选择的监视点处获得的监视信号与为每个压力室Pl、 P2、 P3和P4预设的基准信号做比较，并且计算压力室Pl、 P2、 P3 和P4中的最佳压力，所述最佳压力允许各监视信号收敛到对应的基准 信号。因此，监视单元53用作控制器来基于监视信号控制压力室P1、 P2、 P3和P4的内部压力。
所计算出的压力被从监视单元53发送至CMP控制器54。该CMP 控制器54通过压力调节装置改变压力室Pl、 P2、 P3和P4的内部压 力。通过这种方式，施加至晶片W中各区域Cl、 C2、 C3和C4的推 压力被调节。监视单元53和CMP控制器54可以集成为单一的控制单 元。
图12是涡电流传感器的示意图。该涡电流传感器50包括传感器 线圈102、连接着线圈102的AC电源103、以及同步检波器105，所 述同步检波器被构造成检测包括传感器线圈102的电路(图1中的传 感器侧电路)的电阻分量X以及感抗分量Y。导电膜201，作为将被 检测其厚度的膜，是晶片W上的薄膜，并且该薄膜由导电材料例如铜、 钨、钽或钛制成。传感器线圈102和导电膜之间的距离G例如在0.5mm 至5mm的范围内。
图13是示于图12的涡电流传感器的传感器线圈的示例结构图。 传感器线圈102包括线圈架111和缠绕在线圈架111上的三个线圈 112、 113和114。这些线圈112、 113和114形成三层线圈。中心线圈 112是激励线圈，连接着AC电源103。该激励线圈112利用从AC电 源103供应的交流电流产生磁场，从而在晶片上的导电膜中引起涡电 流。检测线圈113安置在激励线圈112上方(即位于导电膜侧)。该检 测线圈113被构造成由导电膜中流动的涡电流产生的检测磁通量。平衡线圈U4设置在检测线圈113的相反侧。
线圈112、 113和114具有相同数量的匝数(1至500匝)。检测 线圈113和平衡线圈114以彼此相反的相位连接。当导电膜靠近检测 线圈113存在时，由流经导电膜的涡电流产生的磁通量链联到检测线 圈113和平衡线圈114。由于检测线圈113定位成比其它线圈更接近 于导电膜，因此线圈113和114中产生的感应电压是不平衡的，这样， 由导电膜中的涡电流产生的链联磁通可以被检测出来。
图14是涡电流传感器的细节图。AC电源103包括振荡器，例如 石英振荡器，其产生固定频率。例如，AC电源103供应固定频率为1 至50 MHz的交流电流至传感器线圈102。由AC电源103产生的交流 电流通过带通滤波器120被供应至传感器线圈102。传感器线圈102 的终端输出信号，该信号通过桥电路121和高频放大器123被发送至 同步检波器105。同步检波器105具有余弦同步检波电路125以及正 弦同步检波电路126，并且提取阻抗的电阻分量和感抗分量。
低通滤波器127和128被设置，以将从同步检波器105输出的电 阻分量和感抗分量中去除不必要的高频分量(例如不低于5kHz)。结 果，信号X作为阻抗的电阻分量和信号Y作为感抗分量被从涡电流传 感器50输出。监视单元53对输出信号X和Y执行与参照图3所描述 的同样的处理(例如转动处理和平移处理)，从而计算出作为监视信号 的距离Z (见图3和图4)。涡电流传感器50的输出信号X和Y的处 理，例如，转动处理和平移处理，可以在涡电流传感器50中以电学方 式实施，或者可以通过监视单元53中的计算而被实施。
膜厚度的变化的监视的实施可以不进行如图3所描述的处理信号 X禾卩Y。在这种情况下，基准点(固定点)设置成靠近图2中的点To， 从而膜厚度的变化被基于基准点和点Tn之间距离的变化而监视。该 基准点设置在这样的位置(其由坐标限定)，以使得基准点和点Tn之 间的距离随抛光时间而减小。
由于包括外界温度和液体渗入抛光垫的操作环境的变化，以及由 于涡电流传感器50的自身条件随时间的变化，涡电流传感器的输出信 号值可能会漂移(即彼此平行地移动)，如示于图5。因此，在这种实施方式中，监视单元53定期执行涡电流传感器50的输出信号的校正， 以便精确地监视膜厚度的变化。下面的描述围绕将对涡电流传感器50 的输出信号X和Y进行图3所示的前述处理(例如转动处理、平移处 理)后所获得的输出信号实施的校正过程。校正过程可以在前述处理 之间进行。在本说明书中，涡电流传感器50的输出信号既包括通过前 述处理获得的信号，也包括未被执行前述处理的原始信号。
图15是涡电流传感器的输出信号的校正的流程图，图16是根据 图15中的流程图进行的涡电流传感器50的输出信号校正过程的直观 图。
如示于图15，在步骤l，涡电流传感器50的初始校正(即硬件校 正)被执行。具体地讲，抛光垫10被从抛光台12移除，并且具有预 定厚度的垫片被安置在抛光台12的上表面上。不带导电膜(即膜厚度 为零)的晶片安置在垫片上。在这种状态下，监视单元53获取涡电流 传感器50的特征(故有)信号值Xc和Yc。然后，涡电流传感器50 的输出被调节，从而特征信号值Xc和Yc对应于表示膜厚度为零的预 定坐标。
在该初始校正(即硬件校正)中，涡电流传感器50的输出进一步 使用带有预定厚度的导电膜的晶片被调节，从而涡电流传感器50的输 出信号对应于其它预定坐标。从这些操作的结果，放大程度以及如结 合图3所描述的转动的角度被最终确定。通过这种方式，在没有抛光 垫存在于涡电流传感器50上面的情况下初始校正(即硬件校正)被执 行。上述不带导电膜的晶片和带导电膜的晶片是专用于校正的晶片。 因此，这种晶片自身的电阻率以及膜厚度被严格管理。
接下来，作为步骤2，涡电流传感器50的初始信号值Xg和Yg 由监视单元53获取。初始信号值Xg和Yg的获取是在与上述初始校 正相同的条件下执行的，并且是在抛光过程开始之前进行的。具体地 讲，同一垫片或相同垫片安置在抛光台12上，所述同一晶片或相同晶 片(即不带导电膜的晶片)安置在垫片上面。在这种状态下，从涡电 流传感器50输出的初始信号值Xg和Yg被获取。然后，作为步骤3， 初始漂移量AXg和AYg被计算。具体地讲，从初始信号值Xg和Yg减去特征信号值Xc和Yc，因而初始漂移量AXg(=Xg - Xc)， AYg(=Yg -Xc)被获得。
如果己从初始校正(即硬件校正)结束至抛光开始之间经历了特 定的时间段，则涡电流传感器50的输出信号同刚刚进行了初始校正后 的输出信号相比可能已经出现漂移。获取初始信号值Xg和Yg的目的 是确定相对于初始校正(硬件校正)时的涡电流传感器50的输出信号 的变化量。当抛光在初始校正后立即进行时，初始漂移量AXg和AYg 估计为零。因此，步骤2和步骤3不被执行。然而，不论是否在初始 校正后马上进行抛光，都可以获得初始漂移量AXg和AYg。
在步骤3完成后，作为步骤4，修正基准值Xb和Yb，作为用于 修正漂移的基准值，通过监视单元53被获取。这些修正基准值Xb和 Yb的获取是在与初始校正和上述获取初始信号值的过程类似的条件 下执行的。类似的条件指的是条件并不与初始校正和上述获得初始信 号值的过程中的条件完全相同。更具体地讲，修正基准值Xb和Yb在 这样的条件下被获取，以使得没有导电膜存在于涡电流传感器50上 面。例如，修正基准值Xb和Yb的获取在下述条件下被执行当修整 器20修整抛光垫10的抛光面时，或当晶片使用供应到抛光面上的水 被执行水抛光且涡电流传感器50不面对晶片上的导电膜时，或当不带 导电膜的晶片使用供应到抛光面上的水进行水抛光时，或当抛光垫10 被从抛光台12移除以便更换时。不带导电膜的晶片W的例子包括只 具有非导电膜的晶片。
当修正基准值Xb和Yb将在修整过程中被获得时，涡电流传感器 50在离开修整器20的位置处的输出值(即修正基准值Xb和Yb)被 获取。当修正基准值Xb和Yb在水抛光带有非导电膜的晶片W的过 程中被获得时，涡电流传感器50在其面对晶片的位置处的输出值被获 取。更确切地讲，涡电流传感器50的输出值会基于晶片自身的电阻率 (即基片电阻)而改变。因此，晶片被管理，从而其电阻率位于特定 的范围内。除了带有非导电膜的晶片W，不带膜的硅晶片可以使用。
如果是在水抛光带有导电膜的晶片W的过程中获得修正基准值 Xb和Yb，则位于离开晶片的位置的涡电流传感器50的输出值被获取。当修正基准值Xb和Yb是在更换抛光垫10的过程中获得时，涡电流 传感器50的输出值在抛光台12上没有任何东西的情况下被获取。应 指出，在更换抛光垫lO的过程中修正基准值Xb和Yb的获取仅局限 于这样的情况液体渗入抛光垫IO难以发生，并且因此难以影响涡电 流传感器50的输出信号。
包括水抛光带有非导电膜的晶片W在内的处理被定期实施质量 控制(QC)。前述修整、水抛光和更换抛光垫均必须在抛光设备中进 行。根据本实施方式的校正在这些处理之一中被执行而不中断该过程。 因此，不需要花费时间来校正涡电流传感器50的输出信号。因此，整 体产出量不会降低。在任一所述处理中，在涡电流传感器50不面对导 电膜(即涡电流传感器50的有效测量区域中不存在导电膜)时，涡电 流传感器50的输出信号被获取。因此，图1中R2的值接近于无穷大， 并且在与导电膜的厚度减小到零时的条件相类似的条件下修正基准值 被获得。
接下来，在步骤5，初始漂移量AXg和AYg被从修正基准值Xb 和Yb中减去，从而修正基准值被修正。在该步骤中，修正后的修正 基准值Xo (-Xb - AXg)和Yo (=Yb - AYg)被获得。修正基准值Xb 和Yb的获取(步骤4)和修正后的修正基准值Xo和Yo的计算(步 骤5)只在抛光过程之前进行一次。如果修正基准值在初始校正之后 立即被获得，也可以省略步骤1中的获取特征信号值以及步骤2、步 骤3和步骤5。在这种情况下，Xb和Yb在后续步骤中被用作修正基 准值。
从步骤2至步骤5的处理是为了将涡电流传感器50的输出信号修 正到初始校正被执行时的输出信号。然而，在不要求修正后的输出信 号与初始校正时的输出信号相同的情况下，也可以通过将修正基准值 Xb和Yb减去预定值而省略在步骤1中获取特征信号值以及步骤2至 5，例如，通过使特征信号值的调节目标值为Xc'和Yc'，再令Xo-Xc' 和Yo=Yc'。在这种情况下，如后文所述，修正量AXa和AYa基于如 后文所述修正信号值Xa和Ya的获得条件而改变。因此，在所述方法 中，在不同条件下获得的修正信号值不能一起使用。另一方面，在前述方法中，在不同条件下(例如在修整或更换抛光垫时)获得的修正 信号值和修正量可以混合和一起使用，只要修正基准值被分别获得即 可。
然后，作为步骤6，修正信号值Xa和Ya通过监视单元53被获取。 这些修正信号值Xa和Ya的获取是在与修正基准值Xb和Yb的获取 条件相同的条件下被执行的。例如，如果修正基准值Xb和Yb是在修 整器20通过供应修整液体而修整抛光面时获取的，则修正信号值Xa 和Ya也在修整器20通过供应相同修整液体而修整抛光面时获取。修 正信号值Xa和Ya可以被获取，例如，在抛光晶片之前的修整过程中， 或在在抛光第一个晶片之前更换抛光垫的过程中。
然后，作为步骤7，通过从修正信号值Xa和Ya减去修正基准值 Xo和Yo，修正量AXa (= Xa - Xo)和AYa (= Ya - Yo)被获得。这 些修正量AXa和AYa是涡电流传感器50的输出信号的漂移。修正量 AXa和AYa被存储和记录在监视单元53中。然后，在后一晶片被抛 光时，通过从涡电流传感器50的输出信号Xm和Ym减去修正量AXa 和AYa，修正的输出信号Xp和Yp被获得。修正的输出信号Xp^Xm -AXa)和Yp (=Ym - AYa)是实测信号值。在初始漂移量AXg和AYg 在步骤3被计算出来后，这些初始漂移量被记录为初始修正量AXa和 AYa (即AXa = AXg， AYa = AYg)。通过这种初始设置，涡电流传感 器50的输出信号的修正可以被正确地执行，即使是在修正量在步骤7 中首次被计算之前，只要尚未从初始漂移量的计算开始经历长时间段 即可。监视单元53计算原点O与由XY坐标系中的坐标(Xp， Yp) 规定的点之间的距离Z (= (Xp2 + Yp2) 1/2)，如示于图4。此外，监视 单元53在抛光过程中基于距离Z的变化监视导电膜的厚度。
通过检测距离Z变为衡量时的奇异点，抛光终点可以被检测出来。 此外，通过从经验或实验获得距离Z和膜厚度之间的关系的预先数据， 也可以当膜厚度减小到期望的膜厚度时停止抛光或改变抛光条件。
每次修正量被计算时，修正量AXa和AYa通过监视单元53而与 预定阈值进行比较(步骤8)。如果计算出的修正量等于或小于阈值， 则当前记录的修正量被更换为新计算出的修正量(步骤9)。另一方面，如果计算出的修正量超过阈值，则认为不希望有的情况发生而计算出 的修正量被弃用。
接下来，步骤6至9被以特定的间隔重复进行，从而记录的修正 量被保持在适当值。如果液体渗入抛光垫10的影响大，则步骤6至9 可以在每次晶片被抛光或每当一批晶片被抛光时重复进行。如果液体 渗入抛光垫IO的影响小，则步骤6至9可以在每次抛光垫IO更换时 被重复进行。
如示于图17A，圆弧形曲线显示了涡电流传感器50的输出信号除 了漂移还可以被转动、扩大或收縮。在这样的情况下，除了漂移修正， 还可以执行转动修正和/或增益修正。转动修正和增益修正可以以下述 方式执行。首先，涡电流传感器的输出信号在初始校正(硬件校正) 之后马上被获取，从而基准曲线被产生(见图17A中的虚线)。然后， 前面描述的校正被执行，以修正漂移(见图17B)。接下来，转动修正 被执行(见图17C)且增益修正被进一步执行，从而作为修正对象的 曲线与基准曲线相符。这些修正允许精确的膜厚度监视。
前面对实施方式的描述是为了使得本领域技术人员能够实施和使 用本发明。另外，本领域技术人员容易对这些实施方式做出各种修改， 并且这里描述的本发明的总体原理和特定例子可以通过其它实施方式 实现。因此，本发明并不局限于这里描述的实施方式，而是由权利要 求及其等同替换所限定的最宽广范围确定。
权利要求
1、一种利用涡电流传感器监视与抛光垫的抛光面滑动接触的基片上的导电膜的厚度变化的方法，所述方法包括在基片的水抛光过程中，在抛光垫的修整过程中，或在抛光垫的更换过程中，获取涡电流传感器的输出信号，作为修正信号值；从修正信号值与预定的修正基准值之间的差值计算出修正量；当抛光具有导电膜的基片时，通过从涡电流传感器的输出信号减去修正量而计算出实测信号值；以及通过监视实测信号值的变化而监视抛光过程中导电膜的厚度变化。
2、 根据权利要求1的方法，其中，所述修正基准值包括在与修正 信号值的获取条件相同的条件下预先获得的涡电流传感器的输出信 号。
3、 根据权利要求2的方法，进一步包括 获取涡电流传感器的特征信号值；在与特征信号值的获取条件相同的条件下获取涡电流传感器的输出信号，作为初始信号值；从特征信号值与初始信号值之间的差值计算出初始漂移量；以及 在计算修正量之前，通过从修正基准值减去初始漂移量而对修正基准值进行修正。
4、 根据权利要求1的方法，其中，涡电流传感器的输出信号包括: 包含涡电流传感器线圈的电路的阻抗的电阻分量和感抗分量。
5、 根据权利要求1的方法，其中涡电流传感器的输出信号包括包含涡电流传感器线圈的电路的 阻抗的电阻分量和感抗分量；所述电阻分量和感抗分量由坐标系中的坐标限定；以及 在坐标系中所述坐标被转动和移动，以使得坐标系原点与由坐标 限定的点之间的距离随着导电膜厚度的减小而减小。
6、 一种用于抛光基片的设备，包括 抛光垫，其具有抛光面； 涡电流传感器；顶环，其被构造成将基片推压在所述抛光面上； 修整器，其被构造成修整所述抛光面；被构造成在基片和所述抛光垫之间提供相对运动的机构；以及 监视单元，其被构造成利用所述涡电流传感器监视与所述抛光面 滑动接触的基片上的导电膜的厚度变化； 其中，所述监视单元可操作，以便-在基片的水抛光过程中，在所述抛光垫的修整过程中，或在更换 所述抛光垫的过程中，获取所述涡电流传感器的输出信号，作为修正 信号值；从修正信号值与预定的修正基准值之间的差值计算出修正量； 当抛光具有导电膜的基片时，通过从涡电流传感器的输出信号减 去修正量而计算出实测信号值；以及通过监视实测信号值的变化而监视抛光过程中导电膜的厚度变化。
7、 根据权利要求6的设备，其中，修正基准值包括在与修正信号 值的获取条件相同的条件下预先获得的涡电流传感器的输出信号。
8、 根据权利要求6的设备，其中，所述涡电流传感器的输出信号 包括包含涡电流传感器线圈的电路的阻抗的电阻分量和感抗分量。
9、 根据权利要求6的设备，其中所述涡电流传感器的输出信号包括包含涡电流传感器线圈的电路的阻抗的电阻分量和感抗分量；所述电阻分量和感抗分量由坐标系中的坐标限定；以及 在坐标系中所述坐标被转动和移动，以使得坐标系原点与由坐标限定的点之间的距离随着导电膜厚度的减小而减小。
全文摘要
本发明涉及抛光监视方法和抛光设备。根据本发明的使用涡电流传感器监视抛光过程中膜厚度变化的方法，在基片的水抛光过程中，在抛光垫的修整过程中，或在抛光垫的更换过程中，获取涡电流传感器的输出信号，作为修正信号值；从修正信号值与预定的修正基准值之间的差值计算出修正量；当抛光具有导电膜的基片时，通过从涡电流传感器的输出信号减去修正量而计算出实测信号值；以及通过监视实测信号值的变化而监视抛光过程中导电膜的厚度变化。
文档编号H01L21/304GK101413780SQ20081017033
公开日2009年4月22日 申请日期2008年10月16日 优先权日2007年10月18日
发明者大田真朗, 小川彰彦, 小林洋一, 广尾康正, 高桥太郎 申请人:株式会社荏原制作所