JP6445771B2

JP6445771B2 - 膜厚測定値の補正方法、及び、膜厚補正器

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Publication number: JP6445771B2
Application number: JP2014048671A
Authority: JP
Inventors: 顕中村; 宏明澁江; 康正廣尾; 太田　裕志; 裕志太田
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 2014-03-12
Filing date: 2014-03-12
Publication date: 2018-12-26
Anticipated expiration: 2034-03-12
Also published as: JP2015172536A

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。

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
ＭｅｃｈａｎｉｃａｌＰｏｌｉｓｈｉｎｇ））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。

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。

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。

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。

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。

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。

特表２００９−５００８２９号公報特開２０１３−３６８８１号公報

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。図２は、研磨テーブルと渦電流センサと研磨対象物との関係を示す平面図である。図３は、渦電流センサ２１０の出力の推移を示す図である。図４は、渦電流センサの構成を示す図である。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６は、渦電流センサの詳細な構成を示す模式図である。図７は、終点検出部による処理の概略を示す図である。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。図１０は、本実施形態の補正を行った場合の渦電流センサの出力を模式的に示す図である。

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。

＜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。

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。

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。

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、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。

＜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。

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Ｃ_Ｔ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。

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。

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Ｃ_Ｔ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。

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。

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。

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。

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Ｉ_２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Ｉ_２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。

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。

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Ｉ_１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Ｉ_２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、Ｌ_１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、Ｌ_２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Ｉ_２によって発生する磁力線の影響で変化する。

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。

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。

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（ＲＦＡｍｐ）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。

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・ＡＦＡＭＰ）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・ＡＦＡＭＰ２９４，２９５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。

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。

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（＝（Ｘ^２＋Ｙ^２）^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。

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。

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。

＜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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

データラッチ３０２，３０４は、ＬＰＦ・ＡＦＡＭＰ２９４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。

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。

減算回路３１０は、ＬＰＦ・ＡＦＡＭＰ２９４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。

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。

データラッチ４０２，４０４は、ＬＰＦ・ＡＦＡＭＰ２９５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。

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。

減算回路４１０は、ＬＰＦ・ＡＦＡＭＰ２９５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。

＜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。

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。

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。

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）。

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。

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）。

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。

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）。

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。

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。

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。

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。

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）。

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。

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。

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。

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。

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。
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、
ことを特徴とする膜厚測定値の補正方法。
［形態２］
形態１の膜厚測定値の補正方法において、
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である、
ことを特徴とする膜厚測定値の補正方法。
［形態３］
形態１又は２の膜厚測定値の補正方法において、
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、
ことを特徴とする膜厚測定値の補正方法。
［形態４］
形態１〜３のいずれか１項の膜厚測定値の補正方法において、
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である、
ことを特徴とする膜厚測定値の補正方法。
［形態５］
形態１〜４のいずれか１項の膜厚測定値の補正方法において、
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である、
ことを特徴とする膜厚測定値の補正方法。
［形態６］
形態１〜５のいずれか１項の膜厚測定値の補正方法において、
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。
［形態７］
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、
ことを特徴とする膜厚補正器。

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

Claims

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し、
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。
請求項１の膜厚測定値の補正方法において、
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、
ことを特徴とする膜厚測定値の補正方法。
請求項１又は２の膜厚測定値の補正方法において、
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である、
ことを特徴とする膜厚測定値の補正方法。
請求項１〜３のいずれか１項の膜厚測定値の補正方法において、
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である、
ことを特徴とする膜厚測定値の補正方法。
請求項１〜４のいずれか１項の膜厚測定値の補正方法において、
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。
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、
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補正器。