[发明专利]涡电流传感器以及研磨方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及适宜检测形成于半导体晶片等基板表面的金属膜（或导电性膜）的涡电流传感器。此外，本发明涉及对形成于基板表面的金属膜（或导电性膜）通过涡电流传感器进行监视的同时研磨基板而除去金属膜（或导电性膜）的研磨方法及装置。

背景技术

近年来，伴随半导体设备的高集成化、高密度化，电路的配线越来越微细化，多层配线的层数也在增加。要在追求电路微细化的同时实现多层配线，由于会承袭下侧层的表面凹凸的同时阶差会变得更大，因此，随着配线层数的增加，形成薄膜时对于阶差形状的膜覆盖性（台阶覆盖率）变差。因此，为了进行多层配线，必须改善该台阶覆盖率，通过适当的工艺进行平坦化处理。此外，由于在光蚀刻微细化的同时焦点深度会变浅，因此，为了使得半导体设备的表面凹凸阶差在焦点深度以下，必须对半导体设备表面进行平坦化处理。

因此，半导体设备的制造工序中，半导体设备表面的平坦化技术变得越来越重要。该平坦化技术中，最重要的技术是化学机械抛光（CMP（Chemical Mechanical Polishing））。该化学机械抛光，是使用研磨装置，将含有二氧化硅（SiO₂）等砂粒的研磨液提供给研磨垫等研磨面上的同时，令半导体晶片等基板在研磨面滑动接触而进行研磨。

进行上述的多层配线时，预先在基板上的绝缘层（介电材料）形成规定样式的配线用沟槽，令基板浸渍在电镀液中，进行例如铜（Cu）的无电解或电解电镀，形成Cu层，然后通过CMP工艺，仅残留形成在配线用沟槽内的Cu层，选择性除去不要的部分。此时，研磨不充分、Cu层残留在绝缘层（氧化膜）上的话，电路的分离难以顺利进行，会引起短路。相反，过度研磨时，配线用沟槽内的Cu层与绝缘层同时被研磨的话，电路电阻会上升，整个半导体基板必须废弃，会造成巨大的损失。该情况不限于Cu层，在形成Al层等其他金属膜、对该金属膜通过CMP工艺研磨的情况下也相同。

进行上述的CMP工艺的研磨装置，具备：具有由研磨垫构成的研磨面的研磨台、用于支承半导体晶片（基板）的被称为顶环或研磨头等的基板支承装置。使用此种研磨装置进行半导体晶片的研磨，通过基板支承装置支承半导体晶片的同时，将该半导体晶片对着研磨面以规定的压力按压而进行研磨，除去半导体晶片上的金属膜。

研磨工序终了后，在半导体晶片内存在金属残膜的状态下进入下一工序的话，会引起短路等问题，因而半导体晶片变得无法使用。因此，研磨工序终了后，通过使晶片从研磨垫（研磨面）离开、检查有无金属残膜，从而可以进行残膜确认，但检査需要时间，因而存在晶片处理能力下降的问题。实施检査后，晶片上检测到残膜的情况下，必须进行再研磨，但晶片离开研磨垫后，要实施研磨，存在每片晶片的处理时间增加的问题。即，存在生产量下降的问题。

本件申请人为了解决上述的金属残膜检査及检査后的再研磨所伴随的生产量下降的问题，先于日本特开2011-23579号中提出了，通过在研磨中检查半导体晶片等基板上是否有金属膜（或导电性膜）残膜而可以缩短检査时间、检测到残膜时直接实施追加研磨而可以缩短处理时间的研磨方法及研磨装置。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2011-23579号公报

发明内容

发明所要解决的问题

先前提案的日本特开2011-23579号中，将与半导体晶片等基板上所形成的Cu等金属膜反应的涡电流传感器配置在研磨台内，在基板的研磨中，伴随研磨台的旋转，涡电流传感器在通过基板下方的期间，在基板的金属膜反应而输出规定的电压值，因此，监视该输出而检测金属膜被除去。此时，要进行研磨、检测金属薄膜，通过令涡电流传感器的振荡频率上升、令涡电流传感器的内部电路的放大率提升、或者令涡电流传感器的励磁电压上升而进行。

此外，在被研磨的金属膜的下层存在不同材质的金属膜时，进行研磨、检测不同材质的金属膜（或导电性膜）时，也同样地通过令涡电流传感器的振荡频率上升等改变传感器灵敏度而进行。

涡电流传感器的振荡频率，必须设定为低于线圈自身的电感、静电容量所决定的线圈共振频率。振荡频率设定为接近共振频率的话，特性的稳定性存在问题。此外，提升了涡电流传感器的内部电路的放大率时，存在电路噪音影响变大的问题。另外，令涡电流传感器的励磁电压上升时，特性的稳定性存在问题。

此外，为了检测上述的不同膜质、膜厚，除了改变涡电流传感器的传感器灵敏度的方法以外，也可在研磨台内的不同位置设置灵敏度不同的多个传感器和种类不同的多个传感器。