CN1500290A - 抛光状态监视方法、抛光状态监视装置、抛光设备、加工晶片、半导体器件制造方法和半导体器件 - Google Patents

抛光状态监视方法、抛光状态监视装置、抛光设备、加工晶片、半导体器件制造方法和半导体器件 Download PDF

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Abstract

在晶片4的抛光以前，把具有与晶片4一样的形状和尺寸的反射物体替换晶片4固定在抛光头2上。在抛光底盘13中的窗口15和反射物体之间放入抛光剂5，并且用与晶片4的抛光期间施加的压力一样的压力把反射物体压向抛光底盘13。在这样的状况下，用从光源31发射的探测光经由窗口15照射反射物体，并且从传感器43获得反射光的光谱强度作为参考光谱。在晶片4的抛光期间，从传感器43陆续获得从晶片4反射的光的光谱强度作为一些测量光谱。测定这些测量光谱对上述的参考光谱的强度比率，并根据这样的强度比率监视晶片4的抛光状态。

Description

抛光状态监视方法、抛光状态监视装置、抛光设备、 加工晶片、半导体器件制造方法和半导体器件
技术范围
本发明不仅涉及抛光状态监视方法、抛光状态监视装置和在制造半导体器件(例如ULSI[器件]等)的工艺中适合在半导体器件平面化方面使用的抛光设备，而且涉及在这种抛光设备中使用的加工晶片、使用这种抛光设备的制造半导体方法和由这种方法制造的半导体器件。
背景技术
随着半导体集成电路集成得越来越密集而在尺寸上越来越小，对像这样的半导体[集成电路]的制造所要求的工艺越来越多而复杂。因此，半导体器件的表面不再总是平坦的。在半导体器件表面上存在的阶状差异导致引线断开和电阻局部增大等等，并由此造成电路损坏和电容下降。而且，这也导致耐压性能降低和在绝缘薄膜中出现漏电。
同时，随着半导体集成电路集成得越来越密集而在尺寸上越来越小，在光刻中使用的半导体曝光设备的光源波长越来越短，而像这样的半导体曝光设备中的投射透镜的数值孔径，即所谓的NA越来越大。因此，半导体曝光设备中的投射透镜的焦深大体上变得较浅。为了应付焦深上述的增大的浅度，必须使半导体器件表面变平到比以前已达到的更平坦的程度。
就具体地描述以上这一点来说，例如图11(a)和11(b)所示的变平技术在半导体工艺中是必不可少的。[在图里]，在硅晶片21表面上形成半导体器件24、由SiO2组成的层间绝缘薄膜22和由Al组成的金属薄膜23。图11(a)说明使半导体器件表面上的层间绝缘薄膜22变平的一种例子。图11(b)说明抛光半导体器件表面上的金属薄膜23，以致形成所谓的“雾状花纹”的一种例子。化学机械抛光或化学机械平面化(下文称之为“CMP”)作为平化上述的半导体器件表面的一种方法已引起关注。
CMP是一种通过化学作用(用抛光剂或抛光液洗提)与物理抛光组合来消除晶片表面中的不平整的工艺技术；这种工艺技术是一种整体变平技术的有影响的选择技术。实际上，使用把抛光微粒(一般是二氧化硅、氧化铝或氧化铈等)弥散在抛光物能溶解的像酸或碱之类的媒剂中的所谓“悬浮液”的抛光剂；通过用合适的抛光布对晶片表面施加压力，并通过借助于相对运动研磨表面来进行抛光。通过使在整个晶片表面上的施加压力均匀和使相对运动速度均匀，能够完成在[表面的]平面范围内均匀抛光。
这种工艺技术仍有许多在与常规的半导体工艺相配合方面等等的许多问题；一般地说，尚待解决的主要问题是在进行抛光工艺过程时抛光状态(检测的抛光量或抛光边界点)的监视(即，现场[抛光状态监视])。从改进工艺效率的观点来看，对此也有很大需求。
在CMP中，不但由于在抛光盘表面上温度分布的局部差异和悬浮液供给状况的差异，而且由于压力分布的差异出现抛光速度的变化。此外，还有由因为表面处治造成的抛光盘表面状态变化、随被处理晶片数量不同而不同的抛光速度降低(使用造成磨损)和使用的抛光盘的各种差异等等所引起的抛光速度的差异。由于像这样的一些问题，所以难以通过抛光时间控制确定所规定抛光量的边界点。
因此，提出在测量电机转矩或振动等等时确定边界点而不是现场通过时间控制确定边界点的方法。像这样的方法在抛光物的材料变化的CMP(例如布线材料的CMP或者出现填料层的CMP)的情况中多少有些效果。然而，在具有复杂图形的硅片的情况中，在抛光物的材料中有细小的变化；因此，可能有确定边界点困难的情况。而且，在层间绝缘薄膜的CMP的情况中，必须控制布线间电容；因此，需要控制剩余薄膜厚度而不是[控制]抛光边界点。使用由现场测量电机转矩振动等等确定边界点的方法难以测量薄膜厚度。
但是最近，像(例如)Japanese Patent Applicatiou Kokai H11-3390所述的用光测量，准确地说用光谱反射测量监视抛光状态被认为是有效果的。在像这样的用光谱反射测量监视抛光状态的情况中，在CMP期间用探测光照射为抛光物的晶片，并且在抛光期间根据从晶片反射的光的光谱反射性的变化测定抛光量或抛光边界点。
从形成半导体元件的晶片抛光表面反射的光可以看成为来自器件(叠层结构的薄膜)的不同薄层和不同部分的光波的叠加；光谱反射性的波形随被抛光的薄层(即最上面的薄层)的厚度不同而变化。这种变化是稳定的(可重复的)，并且这种变化往往不会受放入悬浮液、薄膜厚度不均匀性或凹处以及表面或面间中的刻痕等等影响。因此，如果监视由测量上述的光谱反射确定的抛光状态，则能够不管上述的干扰因素而精确地测定晶片厚度、抛光量或抛光边界点。而且，能够从晶片的初始厚度和晶片的测量厚度直接测得抛光量。
在上述常规的用光谱反射测量监视抛光状态中，为由晶片反射光的光谱(在不同波长处的强度)的测量光谱表示光谱反射性；因此，似乎从测量光谱能够立即测定薄膜厚度等等。
然而，在这样的情况中出现下列问题：
准确地说，测量光谱不仅受被抛光的晶片中的薄层(即最上面薄层)的厚度影响，而且受发射照射晶片的探测光的光源的光谱特性影响。因此，随光源的光谱特性不同而干扰测量光谱的波形，以致不可能始终以足够的精确度测定薄膜厚度等等，因而不可能精确监视抛光状态。加之，由于光源的光谱特性随时间流逝而变化，因此监视抛光状态的精确度随着时间消逝而降低。
而且，由于测量光谱也受接收反射光的光接收传感器的光谱灵敏度特性影响，这些光谱灵敏度特性同样干扰测量光谱的波形，因此在这方面监视抛光状态的精确度同样也降低。况且，由于光接收传感器的光谱灵敏度特性也随时间流逝而变化，所以在这方面监视抛光状态的精确度同样下降。
此外，即使[精确度]不会受放入的悬浮液影响，最理想的还是为了增大监视抛光状态的精确度更进一步减小放入的悬浮液的影响。
发明的公开内容
鉴于以上实情作出本发明；本发明的一个目的是提供可以实现提高监视抛光状态的精确度的抛光状态监视方法和抛光状态监视装置，以及使用这种抛光状态监视方法和抛光状态监视装置的抛光设备。
而且，本发明的另一个目的是提供适合实现像这样的抛光状态监视方法的加工晶片。
此外，本发明的再一个目的是提供(a)通过以很高的精确度监视抛光状态使工艺过程效率更高以致能够以比常规半导体器件制造方法低的成本制造半导体器件的半导体器件方法，和(b)低成本半导体器件。
下面将描述本发明的内容
(权利要求1所申请专利范围的发明)
权利要求1所申请专利范围的发明是抛光状态，监视方法：(a)在该抛光状态监视方法中在抛光期间监视通过在抛光底盘和抛光物之间放入抛光剂的状况下在这样的抛光底盘和抛光物之间施加负载，并且使[抛光底盘和抛光物]互相相对移动来抛光的抛光物的抛光状态，和(b)在该抛光状态监视方法中(i)用从规定的光源发射的探测光照射上述的抛光物、(ii)在抛光期间获得是由上述的抛光物反射的光的光谱的测量光谱和(iii)在抛光期间根据上述的测量光谱监视上述的抛光状态。
而且，在这样的监视中，不是在上述的抛光物抛光之前就是在上述的抛光物抛光期间用上述的光源的光(例如，这种光可以是与[上述的]探测光一样的，或者可以是从[上述的]光源发射并单独从探测光分裂的光)照射特定的反射物体，并且获得是由以上所述的反射物体反射的光的光谱的参考光谱；然后，在上述的抛光物的抛光期间根据上述的测量光谱与上述参考光谱的关系曲线监视上述的抛光状态。此外，像白光等等之类的具有许多波长成分的光被用作上述的探测光和照射上述的反射物体的光。
最理想的是上述的反射物体具有平坦的光谱特性；然而，这种反射物体也可具有特定的光谱特性。为了改进获得的测量光谱的S/N比率，最理想的是上述的反射物体的反射率为20％或更大；30％或更大的反射率更理想，50％或更大的反射率愈加理想，70％或更大的反射率还要理想而90％或更大的反射率更加理想。
上述的关系曲线是以参考光谱作为基准用有关的光谱代换测量光谱的关系曲线。可以举出测量光谱对参考光谱的强度比率(即，在各个波长上测量光谱强度对参考光谱强度之比)为上述的关系曲线的例子；然而，[本发明]不局限于像这样的关系曲线。
在本发明中，在抛光期间获得[上述的]测量光谱，并且在抛光期间(现场)根据这样的测量光谱来监视抛光状态；所以基本上根据光谱反射测量实现抛光状态监视。
而且在本发明中，不“照原来样子”使用测量光谱；而不是在抛光以前就是在抛光期间用从探测光光源发射的光照射特定的反射物体，并获得由这样的反射物体反射的光的光谱(参考光谱)；然后，在抛光期间根据测量光谱对参考光谱的关系曲线监视抛光状态。
因此，即使测量光谱本身的波形受光源的光谱特性干扰而引起变化而且自始致终变化，但是光源的光谱特性也以相同的方式影响参考光谱和测量光谱；因此，能够大体上从上述的关系曲线排除光源的光谱特性的影响。此外，如果用同一光接收传感器接收在获得测量光谱和参考光谱时接收的各束反射光，则光接收传感器的光谱灵敏度特性以同样的方式影响参考光谱和测量光谱；因此，从上述的关系曲线大体上能够排除光接收传感器的光谱灵敏度特性的影响。所以在本发明中，由于根据上述的关系曲线监视抛光状态，因此，增加监视抛光状态监视的精确度。
而且，在抛光以前获得参考光谱的情况中，为了尽可能排除在工作时间范围内变化的影响，最理想的是在抛光开始以前或者在紧接开始抛光瞬间的时刻立即获得参考光谱。当然，由于在短时间内不出现在工作时间范围内光源或光接收传感器的光谱灵敏度特性上的变化，因此如果从参考光谱获得到抛光开始的时间的是足够短以致没有明显出现在工作时间范围内上述的变化的影响的时间，那么就足可以了。
此外，上述的抛光状态的例子包括检测(或确定)的剩余薄膜厚度、抛光量或者抛光边界点。
(权利要求2所申请专利范围的发明)
权利要求2所申请专利范围的发明[其特征在于]在权利要求2所申请专利范围的发明的事实，使上述的探测光和对准上述的反射物体的上述的光经由在上述的的抛光底盘内形成的一个或更多个窗口射向上述的抛光物或上述的反射物体，否则就使上述的探测光和对准上述的反射物的上述的光射向上述的抛光物或上述的反射物体从上述的抛光底盘露出的部分。
在权利要求1所申请专利范围的发明中，如同在权利要求2所申请专利范围的发明中，在上述的抛光底盘内可以设窗口或者窗口不在抛光底盘内。
(权利要求3所申请专利范围的发明)
权利要求3所申请专利范围的发明[其特征在于]权利要求1所申请专利范围的发明或权利要求2所申请专利范围的发明的事实，在射向上述的反射物体的上述的光的光径和从这个反射物体反射的光的[光径]内放入上述的抛光剂的状况下获得上述的参考光谱。
在权利要求1所申请专利范围的发明和权利要求2所申请专利范围的发明中，在没有放入抛光剂的情况下也可以获得参考光谱。然而，如果如同本发明放入抛光剂，则在紧接获得测量光谱的状况的状况下能够获得显示抛光剂的影响的参考光谱；因此，能够减小抛光剂对上述的关系曲线的影响，以致能够进一步增加监视抛光状态的精确度。
(权利要求4所申请专利范围的发明)
权利要求4所申请专利范围的发明[其特征在于]权利要求1所申请专利范围的发明或权利要求2所申请专利范围的发明的事实，在射向上述的反射物体的上述的光的光径和从这个反射物体反射的光的(光径)中放入上述的抛光剂和在上述的抛光底盘和上述的反射物体之间施加与在上述的抛光物的抛光期间施加的负载大体上是一样的负载的状况下获得上述的参考光谱。
在权利要求3所申请专利范围的发明中，在获得参考光谱的时候在抛光物和反射物体之间不需要施加负载。然而，如果如同本发明，在抛光物和反射物体之间施加大体上与在抛光物抛光期间施加的负载一样的负载时获得参考光谱，则放入的抛光剂的薄层厚度也类似于在获得测量光谱的时候的抛光剂薄层的厚度。因此，在本发明中，获得在比权利要求3所申请专利范围的发明中的情况更接近在获得测量光谱时达到的状况的状况下反映抛光剂的影响的参考光谱；因此，能够进一步减小抛光剂对上述的关系曲线的影响，以致能够更进一步增加监视抛光状态的精确度。
(权利要求5所申请专利范围的发明)
权利要求5所申请专利范围的发明[其特征在于]权利要求1所申请专利范围的发明或权利要求2所申请专利范围的发明的事实，在射向上述的反射物体的上述的光的光径和从这个反射物体反射的光的[光径]中放入上述的抛光剂时和在大体上与用于抛光上述的抛光物的抛光条件相同的条件下抛光上述的反射物体时获得上述的参考光谱。
在权利要求4所申请专利范围的发明中，在获得参考光谱时候不需要抛光反射物体。然而，如果如同本发明，在大体上与用于抛光抛光物的抛光条件相同的条件下抛光反射物体时获得参考光谱，则随抛光条件不同而在抛光剂薄层厚度上的变化的影响和在抛光物和抛光底盘相对运动期间掺和的泡沫的影响等等也将被反映在参考光谱中。因此，与权利要求4所申请专利范围的发明相比较，本发明能在更接近在获得测量光谱时达到的状况的状况下获得反映抛光剂的影响的参考光谱。因此，进一步减小抛光剂对上述的关系曲线的影响，以致更进一步增加监视抛光状态的精确度。
(权利要求6所申请专利范围的发明)
权利要求6所申请专利范围的发明[其特征在于]权利要求1一直到权利要求5所申请专利范围的发明中的任一所申请专利范围的发明的事实，上述的反射物体或者具有这样的反射的物体的组成部分具有大体上与上述的抛光物相同的形状和尺寸。
在权利要求1一直到权利要求5所申请专利范围的发明中，对反射物体或者具有反射物体的组成部分没有特别限制。然而在本发明中，能够以与抛光物相同的方式装卸反射物体或者具有反射物体的组成部分，这是最理想的。
而且在权利要求1一直到权利要求5所申请专利范围的发明中，对反射物体没有特别限制；例如，这样的反射物体可以由通过形成具有上述的反射率的金属薄膜制作的反射镜或镜面抛光的平板(例如金属板或镜面抛光硅片等等)组成。像这样的组成部分也适合作在本发明中使用权的反射物体。
(权利要求7所申请专利范围的发明)
权利要求7所申请专利范围的发明[其特征在于]权利要求6所申请专利范围的发明的事实，(a)上述的抛光物是加工晶片，(b)上述的反射物体或上述的组成部分在待发期间也事先存储在寄存上述的加工晶片的贮存盒内，和(c)在获得上述的参考光谱时候使用把上述的加工晶片从上述的贮存盒装置在上述规定的抛光位置的装置把上述的反射物体或上述的组成部分装置在规定的抛光位置。
在本发明中，能够以与加工晶片同样的方式装卸反射物体或具有上述的反射物体的组成部分；因此，使获取参考光谱简化，这是最理想的。(权利要求8所申请专利范围的发明)
权利要求8所申请专利范围的发明[其特征在于]权利要求1一直到权利要求5所申请专利范围的发明中的任一所申请专利范围的发明事实，在抛光期间把上述的反射物体安装在固定上述的抛光物的固定部件内。
如果如同本发明，把反射物体安装在固定抛光物的固定部件内，则在获得参考光谱时不需要把反射物体放置在抛光位置(如同在权利要求7所申请专利范围的发明)的步骤。而且，在抛光期间获得参考光谱是可以实现的。
(权利要求9所申请专利范围的发明)
权利要求9所申请专利范围的发明[其特征在于]权利要求1一直到权利要求5所申请专利范围的发明中的任一所申请专利范围的发明的事实，上述的抛光物是加工晶片，并且在这样的晶片除器件区域以外的区域内(即在所谓的空区域内)形成上述的反射物体。
在这样的情况下，例如，能够使反射物体制作成形成具有上述的反射率的金属薄膜的所谓空方格。制作反射物体的面积可以是相当于一个芯片(大)的面积，或者可以是较小的面积。
如果如同本发明，在(构成抛光物的)加工晶片其本身上形成反射物体，则不需要单独制备反射物体。
(权利要求10所申请专利范围的发明)
权利要求10所申请专利范围的发明是加工晶片，在加工晶片中(a)在除器件区域以外的区域内的抛光表面侧上制作反射物体，和(b)形成上述的反射物体的面积尺寸比射向上述的反射物体的光斑点大，以便获取参考光谱(是上述的反射物体反射光的光谱)。权利要求10所申请专利范围的发明是能够在权利要求9所申请专利范围的发明中使用的加工晶片。
(权利要求11所申请专利范围的发明)
权利要求11所申请专利范围的发明是使用权利要求1一直到权利要求9所申请专利范围的发明中的任一所申请专利范围的发明的监视抛光状态方法监视上述的抛光物的抛光状态的抛光状态监视装置。本发明的使以与权利要求1一直到权利要求9所申请专利范围的发明相同的方式达到抛光状态的非常精确监视能实现。
(权利要求12所申请专利范围的发明)
权利要求12所申请专利范围的发明是装有抛光底盘和在抛光期间固定抛光物的固定部件的抛光设备，并且在抛光设备中在上述的抛光底盘和上述的抛光物之间放入抛光剂的状况下通过在上述的抛光底盘和上述的抛光物之间施加负载以及通过造成[以上所述的抛光底盘和抛光物的]相对移动来抛光上述的抛光物。这样的抛光设备装有构成权利要求11所申请专利范围的发明的抛光状态监视装置。由于本发明装有构成权利要求11所申请专利范围的发明的抛光状态监视装置，所以能够以令人满意的精确度监视抛光状态；因此，能够使抛光工艺效率更高。
(权利要求13所申请专利范围的发明)
权利要求13所申请专利范围的发明是装有抛光底盘和在抛光期间固定抛光物的固定部件的抛光设备，并且在抛光设备中在上述的抛光底盘和上述的抛光物之间放入抛光剂的状况下通过在上述的抛光底盘和上述的抛光物之间施加负载以及通过造成[以上所述的抛光底盘和抛光物的]相对移动来抛光上述的抛光物。[在这样的抛光设备中，]把反射物体配置在上述的固定部件上面，以使这样的反射物体贴向与固定上述的抛光物的侧面相同的侧面。
在本发明中，由于把反射物体固定在固定部件里，因此能够提供适合于实施构成权利要求8所申请专利范围的发明的抛光状态监视方法的抛光状态监视装置。
(权利要求14所申请专利范围的发明)
权利要求14所申请专利范围的发明的具有采用构成权利要求12所申请专利范围的发明或者权利要求13所申请专利范围的发明的抛光设备使半导体晶片的表面变平整的工艺的半导体器件制造方法。
在本发明中，通过以令人满意的精确度监视抛光状态使工艺效率更高；因此，能够以比常规半导体器件制造方法更低的成本制造半导体器件。
(权利要求15所申请专利范围的发明)
权利要求15所申请专利范围的发明是用构成权利要求14所申请专利范围的发明的半导体器件制造方法制造的半导体器件。这发明使提供低成本半导体器件可以实现。
在以上所述的各个发明中用金属作上述的反射物体的情况下，[合适的]金属的例子包括：Al、W、Cu、Si、Ag、Cr、Ni和不锈钢等等。
如以上所述，本发明能够提供使改进抛光状态的监视精确度可以实现的抛光状态监视方法和装置，以及采用以上所述的监视方法和装置的抛光设备。
而且，本发明能够提供适合于实施像这样的抛光状态监视方法的加式晶片。
此外，本发明能够提供(a)通过以令人满意精确度监视抛光状态而增高工艺效率的半导体制造方法，和(b)低成本半导体器件。
附图的简略描述
图1是以模型的形式表示本发明的一种实施构造的抛光设备的示意结构图。
图2表示图1所示的抛光设备的部分放大截面图和以模型的形式表示测量光学系统的图。
图3是以模型的形式表示构成本发明的另一种实施构造的加工晶片的平面视图。
图4是表示构成本发明的又一种实施构造的抛光设备的主要部分的图。
图5是以模型的形式表示构成本发明的又一种实施构造的抛光设备的示意结构图。
图6是举例说明构成本发明的又一种实施构造的半导体器件制造工艺的流程图。
图7是表示在实验例1中获得的测量光谱对参考光谱的强度比的曲线图。
图8是表示在实验例1中获得的剩余的晶片厚度的曲线图。
图9是以模型的形式表示在实验例中使用的抛光设备的示意结构图。
图10是表示在比较例子中获得的测量光谱对参考光谱的强度比的曲线图。
图11表示举例说明在半导体制造工艺中采用的变平技术的基本原理图。
发明的最佳实施构造
在下面为了更详细地描述本发明，参阅附图将描述本发明的最佳实施构造。然而，不言而喻，这些实施构造的内容不限制本发明的范围。
[第一实施构造]
图1是以模型的形式举例说明构成本发明第一实施构造的抛光设备(或平面化设备)的示意结构图。图2表示这种抛光设备的部分放大截面图和以模型的形式举例说明测量光学系统16的图。
这种抛光设备装备有抛光组成部件1、许多固定抛光物部件2(下文称之为“抛光头”)和输送抛光剂(悬浮液)5的抛光剂输送部件3。
在图1和图2所表示的状况中，用作构成抛光物的加工晶片的硅晶片4是通过真空吸在图左边所示的抛光头2上固定的，抛光头2被配置在面向抛光组成部件1的位置。如将在下面描述的那样，在抛光晶片4以前，在抛光头2上固定反射物体19而不是固定晶片4。在本实施构造中，反射物体19具有与晶片4大体上一样的形状和尺寸；例如，可以使用通过形成金属薄膜制成的反射镜，或者镜面抛光的平片(例如金属平片或镜面抛光的硅晶片)。另一个方法是，可以用具有与晶片4大体上一样的形状和尺寸并且具有在构成组成部分中的一部分的区域(即包括与以后将描述的窗口15相对应的区域的一个区域)内制成的反射物体的这样的组成部分代替反射物体19。像这样的组成部分的的一个例子是在玻璃平片表面上的部分区域内制成金属薄膜的一种组成部分。
用支架7通过各个机械装置6吊住相应的抛光头2，并且把各个抛光头2装配成用相应的机械装置6能使各个抛光头2如由图1中的箭头所示的那样转动、垂直移动或相对于支架7摆向左边和右边(成往复摆动)。而且，把设备装配成通过支架7的转动能够使各个抛光头2定位在如图1中的箭头所示的贴向抛光组成部件1的位置(即抛光位置)、贴向作好准备的平台8的位置(即等待位置)或者贴向在图中没有表示出的卸料平台的位置(即取出位置)。
此外，在等待周期期间[为了抛光]把许多晶片4和反射物体19装在用作寄存将被抛光的晶片4的贮存器的晶片盒9里面。把晶片盒9里面的反射物体19和许多晶片4用自动传送装置10从反射物体19开始依次传送到作好准备的平台8，并且处在等待位置的抛光头2用真空吸盘等等吸住已传送到作好准备的平台的反射物体19或晶片4。
同时，如下文所述对吸在处于抛光位置的抛光头2上的反射物体19或晶片4进行获取参考光谱或抛光。在这以前，已完成参考光谱获取操作或抛光[处理]的反射物体19或晶片4被从抛光头2的取出位置移送到卸料平台，并被在图中未表示出的自动传送装置运送到另一晶片盒(图中未表示出)。
当完成各个位置内的处理时，转动支架7以使各个抛光头2定位在下一步骤的位置。如图2所示，各个抛光头2各具有用来防止晶片飞脱的护圈11(在图1中略去)。这种护圈11不是绝对必需的。
如图1和2所示，抛光组成部件1是一种把抛光底盘(抛光盘)13配置在具有开孔部分14的台板12上的组成部件。用双面胶带或粘合剂把抛光底盘13粘接到台板12上。把抛光组成部件装配成能够在图1中的箭头表示的方向上转动抛光组成部件1a使开孔部分14的中心装配成与处于抛光位置的抛光头2当这样的抛光头2定位在枢轴中心时的转动中心相吻合。
如图2所示，抛光底盘13是通过把二层由泡沫聚氨基甲酸酯等等组成的片状抛光盘13a和13b粘接在一起形成的双层盘。在上抛光盘13a内形成稍大的开孔部分，而在下抛光盘13b内形成稍小的开孔部分。这些开孔部分的中心与抛光头2的转动中心吻合。把透明聚丙烯窗口15嵌入并固定在上抛光盘13a的开孔部分中的适当位置。使在抛光物的侧面上的窗口15的表面相对于抛光底盘13中的抛光盘13a与晶片4接触表面稍微内凹。因此，晶片4和窗口15互相不接触，以致消除晶片4和窗口15的擦伤。从抛光剂输送部件3输送的抛光剂5进入这样的凹进部分。图2表示抛光剂5已进入这样的凹进部分的状况。
在这里将描述由定位在抛光位置的抛光头2固定的晶片4抛光。上述的抛光头2一面使上述的晶片4转动一面使这晶片4[向后和向前]摆动，并且以规定的压力把晶片4压向抛光组成部件1中的抛光底盘13。在这样的状况下，把抛光剂5从抛光剂输送部件3输送到抛光底盘13的表面；这样的抛光剂5分散在抛光底盘13的表面上面，并且随着抛光组成部件1和晶片4互相相对移动进入抛光底盘13和晶片4之间的空隙，因此使晶片4的抛光表面抛光。准确地说，通过抛光组成部件1与晶片4的相对移动引起的机械抛光和抛光剂5的化学作用的协合效力进行有促进作用的抛光。
而且，如图1所示，这种抛光设备还装备有测量光学系统16、由个人计算机等等组成的信号处理部分17和显示监视结果的例如CRT等等的显示部分18；这些部分构成抛光状态监视装置。
测量光学系统16用探测光经由窗口15照射固定在处于抛光位置的抛光头2上的晶片4或反射物体19的抛光表面；晶片4的抛光表面或反射物体19反射的光被分离成光谱，并且用光接收传感器检测在各个波长上的强度。这样的检测信号当作测量光谱或参考光谱输入到信号处理部分17，并用以后将描述的方法处理这样的检测信号。
参阅图2，将描述测量光学系统16的一个具体的例子。在图2中，用透镜32把从构成照射光源的氙灯31发射的光聚焦成平行光束。这样的光束通过狭缝33，并被透镜36聚焦在光束分裂器35上。已通过光速分裂器35的光用透镜36再聚焦成平行光束；这样的光通过窗口15，并射向晶片4的抛光表面或者射向反射物体19。
反射光再通过窗口15和透镜36，并被聚焦在光束分裂器35。在光速分裂器35中，反射光的方向被改变90°，并被透镜37再聚焦成平行光束。然后[光]被反射镜38反射并被透镜39聚焦在针孔40。下一步，去除像散射光、衍射光等等之类干扰成分，并且经由透镜41投射到衍射光栅42，以使光被分离成光谱。像这样分离成光谱的光是投射到用作光接收传感器的线性传感器43的，并且测量光谱强度(在各个波长上的强度，即光谱[的强度])。
在本实施构造中，调整投射到晶片4或反射物体19上的探测光光斑的尺寸(即在本例中的直径)d以使这样的尺寸充分地大于在晶片4上器件中的最小结构。许多是小的独立部分聚集的间断结构出现在是抛光物的晶片4上，因此在精细地观察时晶片4是不均匀。所以，如果照射探测光的光斑直径d是小的，则反射光受上述的精细结构影响，因此反射光随着照射位置不同而变化，导致以上所述将引起干扰的可能性。然而，如果使照射探测光的光斑直径d充分地大于在晶片上器件中的最小结构，则反射光将是恒定的，与探测光的照射位置无关，因此能够获得稳定的信号。
在这里，将描述在本实施构造中在晶片4的抛光以前进行的参考光谱获取工艺过程。
在[这个工艺过程]的第一例中，把在(a)处于抛光位置的抛光头2上固定反射物体19，(b)抛光组成部件1不转动，并且既不转动上述的抛光头2又不使不上述的抛光头2摆动，(c)压紧压力(负载)近乎零(在反射物体19和抛光底盘13之间或是保留间隙或是不保留间隙的情况下)，以及(d)在反射物体19和窗口15之间没有放入抛光剂5的状况下用测量光学系统16测量的光谱作为参考光谱存储在信号处理部分17中的存储器(图中未表示出)。
在[这个工艺过程]的第二例中，把在(a)处于抛光位置的抛光头2上固定反射物体19，(b)抛光组成部件1不转动，并且既不转动上述的抛光头2又不使上述的抛光头2摆动，(c)压紧压力(负载)近乎零(在反射物体19和抛光底盘13之间或是保留间隙或是不保留间隙的情况下)，以及(d)在反射物体19和窗口15之间放入[上述的]抛光剂5的状况下用测量光学系统16测量的光谱作为参考光谱存储在信号处理部分17中的存储器(图中未表示出)。而且，在提前从抛光剂输送部件3输送抛光剂5等等时通过转动抛光组成部件1能够把[上述的]抛光剂放入反射物体19和窗口15之间。
在[这个工艺过程]的第三例中，把在(a)处于抛光位置的抛光头2上固定反射物体19，(b)抛光组成部件1不转动，并且既不转动上述的抛光头2又不使上述的抛光头2摆动，(c)用与在晶片4的抛光期间施加的压紧压力(负载)大体上相同的压力把反射物19压向抛光底盘13，以及(d)在反射物体19和窗口15之间放入[上述的]抛光剂5的状况下用测量光学系统16测量的光谱作为参考光谱存储在信号处理部分17中的存储器(图中未表示出)。
在[这个工艺过程]的第四例中，把在(a)处于抛光位置的抛光头2上固定反射物体19，(b)在反射物体19和窗口15之间放入(上述的)抛光剂5，以及(c)在与晶片4的抛光期间采用的抛光条件大体上相同的条件下抛光反射物体19的状况下用测量光学系统16测量的光谱作为参考光谱存储在信号处理部分17中的存储器(图中未表示出)。
而且，在本实施构造中，由测量光学系统16在晶片4的抛光期间陆续测量的一些光谱作为一些在以上所述的各个时刻[获得]的测量光谱存储在信号处理部分17中的存储器(图中未表示出)。
此外，每当在晶片4的抛光期间的规定时刻获得测量光谱的时候，信号处理部分17计算(例如)这样的测量光谱对上述的参考光谱的强度比率(即在各个波长上的测量光谱对参考光谱[在这些波长时]的强度之比)，作为测量光谱与参考光谱的关系曲线。然后，信号处理部分17根据像这样计算的相对于波长的强度比计算晶片4的抛光状态监视结果，而且在显示部分上显示这些结果，或者确定抛光边界点，并且当检测出边界点时向上述的抛光设备中的控制部分发出结束抛光的指令。
例如，根据测测量光谱对参考光谱强度之比的波形中的最大和最小位置(波长)计算被抛光的薄层(即最上面的薄层)的薄膜厚度，并在显示部分18上显示以上所述的薄膜厚度作为监视结果。然后根据这样[测量的]薄膜厚度是否达到了规定的薄膜厚度检测出抛光边界点。或者，例如根据晶片的初始厚度和被抛光的薄层(即最上面的薄层)的薄膜厚度确定抛光量，并且在显示部分18上显示以上所述的[抛光量]作为监视结果。
当然，在本实施构造中，根据相对于测量光谱的一些波长用参考光谱作基准的强度比率确定监视结果的计算方法和用来检测出抛光边界点的方法不局限于以上所述的例子。
在本实施构造中，当撇除以上描述时，不“照原来样子”使用测量光谱；而在抛光以前以用来获得测量光谱的探测光照射反射物体19，获取由反射物体19反射的光的光谱(即参考光谱)，并且在抛光期间根据测量光谱对参考光谱的关系曲线监视抛光状态。
因此，虽然由于受光源31的光谱特性和在工作时间范围内这些特性上的变化干扰，使测量光谱本身的波形改变，但是在参考光谱和测量光谱中同样地反映光源31的光谱特性；因此，从测量光谱对参考光谱的强度比率中大体上排除光源31的光谱特性的影响。
而且，由于在获得测量光谱和参考光谱时由一同一线性传感器43接收各束反射光(束)，所以在参考光谱和测量光谱中同样地反映线性传感器43的光谱灵敏度特性；因此，从测量光谱对参考光谱的强度比率中大体上排除线性传感器43的光谱灵敏度的影响。所以，由于在本实施构造中根据上述的强度比率监视抛光状态，因此增加抛光状态的监视精确度。
此外，在本实施构造中，由于反射物体19具有与晶片4大体上相同的形状和尺寸，所以如上所述那样，能够以与晶片4相同方式使用晶片盒9，作好准备的平台8和自动传送装置10来装卸反射物体9。因此，使参考光谱的获取简化。
[第二实施构造]
图3是以模型形式表示在本发明的第二实施构造中使用的加工晶片104的平面视图。
本实施构造和上述的第一实施构造之间主要的不同点是[如下所述：准确说，在本实施构造中]不使用反射物体19，是使用图3所示的加工晶片104而不是普通的加工晶片4；更进一步说，参考光谱获取工艺过程因此不同。在[所有]其他方面，[本实施构造]都类似于上述的第一实施构造。
如图3所示，加工晶片104与普通加工晶片4不同在于[在这样的加工晶片104上]在除器件区域以外的区域内形成用来获取参考光谱的反射物体105。在图3中，除形成反射物体105的区域以外的各个方格式区域表示一些有一个芯片尺寸的器件区域。在本实施构造中，在具有一个芯片尺寸的区域内形成反射物体105，并且使像Al薄膜等等之类的金属薄膜形成为在上述的加工晶片104的抛光表面侧上遍及具有一个芯片尺寸这样的整个区域反射物体105。
形成反射物体105的区域尺寸远远大于图2中探测光的光斑直径d。当然，也可以在比具有一个芯片尺寸的器件区域小的区域内形成反射物体，只要这样的区域大于图2中探测光的光斑直径d。在图3中，106表示缺口。此外，在本实施构造中，在位于晶片104中央的区域形成反射物体105；然而，可以用考虑到的与窗口15等等的位置关系恰当地确定反射物体105的位置。
在本实施构造中，例如，可以如下面的例子所述那样进行参考光谱获取工艺过程：
在[以上所述的工艺过程的]第一例中，把在(a)处于抛光位置的抛光头2上固定晶片104，(b)抛光组成部件1不转动，并且既不转动上述的抛光头2又不使上述的抛光头2摆动，(c)压紧压力(负载)近乎零(在晶片104和抛光底盘13之间或是保留间隙或是不保留间隙的情况下)，以及(d)在反射物体105和镶面窗口15之间没有放入抛光剂5的状况下用测量光学系统16测量的光谱作为参考光谱存储在信号处理部分17中的存储器(图中未表示出)。在晶片104的抛光以前进行这样的工艺过程。
在[以上所述的工艺过程的]第二例中，把在(a)处于抛光位置的抛光头2上固定晶片104，(b)抛光组成部件1不转动，并且既不转动上述的抛光头2又不使上述的抛光头2摆动，(c)压紧压力(负载)近乎零(在晶片104和抛光底盘13之间或是保留间隙或是不保留间隙的情况下)，以及(d)在反射物体105和窗口15之间放入[上述的]抛光剂5的状况下用测量光学系统16测量的光谱作为参考光谱存储在信号处理部分17中的存储器(图中未表示出)。在晶片104的抛光以前进行这样的工艺过程。
在[以上所述的工艺过程的]第三例中，把在(a)处于抛光位置的抛光头2上固定晶片104，(b)抛光组成部件1不转动，并且既不转动上述的抛光头2又不使上述的抛光头2摆动，(c)用与在晶片104的抛光期间施加的压紧压力(负载)大体上相同的压力把晶片104压向抛光底盘13，以及(d)在反射物体105和窗口15之间放入(上述的)抛光剂5的状况下用测量光学系统16测量的光谱作为参考光谱存储在信号处理部分17中的存储器(图中未表示出)。在晶片104的抛光以前进行这样的工艺过程。
在[以上所述的工艺过程的]第四例中，把在晶片104的抛光期间反射物体105贴向窗口15的状况下用测量光学系统16测量的光谱作为参考光谱存储在信号处理部分17中的存储器(图中未表示出)。在这一点上，在晶片104的抛光期间陆续地获取参考光谱的情况中(在本例中，例如，也可以仅获取[参考光谱]一次)，在用参考光谱作基准确定测量光谱的强度比率时(例如)可以使用在分析当中的时刻的最新参考光谱。
在本实施构造中，有与上述的第一实施构造的优点一样的优点；而且，有不需要制备单独的反射物体19的附加优点。此外，如果应用上述的第四例，则能够获得反映的获取测量光谱的状况中抛光剂的影响的参考光谱；因此，能够进一步减小抛光剂对测量光谱与参考光谱的强度比率的影响，以致能够更进一步增加抛光状态的监视精确度。
[第三实施构造]
图4是举例说明构成本发明第三实施构造的抛光设备中的主要部分的图；这个图与图2相对应。在图4中，与图2相同的元件或者与图2中的元件相对应的元件用一样的符号标明，并且省略这些元件的重复描述。本实施构造仅在下列方面与上述的第一实施构造不同：
在本实施构造中，不使用反射物体19；而是，在与固定晶片4的侧面同一侧面(即图4中较近的侧面)上把反射物体50配置在抛光头2中的护圈11上。在本实施构造中，使仅射物体50构成为通过在由透明聚丙烯树脂组成的圆环状板51的上表面上形成金属薄膜50制成的圆环状反射镜。
把这样的反射物体50固定到护圈11以使透明聚丙烯树脂板51的表面与护圈11的表面相合。因此，在晶片4的抛光期间，反射物体50也被抛光。在上抛光盘13a内形成稍大的开孔部分而在下抛光盘13b内形成稍小的开孔部分。在反射物体50的直径方向上这些开孔部分的中心与反射物体的宽度中心相吻合。
把透明聚丙烯窗口115嵌入并固定在上抛光盘13a的开孔部分空间内。如同在窗口15的情况下，使在抛光物侧面上的窗口115表面相对于晶片4接触的抛光底盘13中的抛光盘13a的表面稍微凹入。从抛光剂输送部件3输送的抛光剂5也进入这样的凹口；图4表示抛光剂5已进入这样的凹口的状况。在平台12内当使处于抛光位置的抛光头2定位在枢轴中心时面向反射物体的位置形成开孔部分114。
在本实施构造中，此外，如图4所示，把在图中所示的配置在透镜32和狭缝33之间的半透明镜60、反射镜61、与在图中所示的元件33一直到36一致的狭缝133、透镜134、光束分裂器135和透镜136，以及与在图中所示的光学系统44一致的光学系统144加到在图2中所示的测量光学系统16。因此，能够同时完成参考光谱获取和测量光谱获取。
准确地说，通过从氙灯31发射光和使穿过透镜32的光被半透镜60分裂而获得的一束光束(探测光)穿过窗口15并射向晶片4，并且从线性传感器43获得所得到的反射光的光谱强度(测量光谱)。同时，通过从同一氙灯31发射光和使穿过透镜32的光被半透镜60分裂而获得的另一束光束穿过窗口115并射向反射物体50；用与光学系统44一致的光学系统144处理这束光，并且从安装在光学系统144中的(与光学系统44中的线性传感受器44一致的)线性传感器获得所得到的反射光的光谱强度(参考光谱)。
在本实施构造中，例如，如下列例子所述，可以进行参考光谱获取工艺过程：
在[这个工艺过程的]第一例中，把在(a)处于抛光位置的抛光头2上固定晶片4，(b)抛光组成部件1不转动，并且既不转动上述的抛光头2又不使上述的抛光头2摆动，(c)压紧压力(负载)近乎零(在反射物体50和抛光底盘13之间或是保留间隙或是不保留间隙的情况下)，以及(d)在反射物体50和镶面窗口115之间没有放入抛光剂5的状况下从测量光学系统16中的光学系统144的线传感器获得的参考光谱存储在信号处理部分17中的存储器(图中未表示出)。在晶片4的抛光以前进行这样的工艺过程。
在[这个工艺过程的]第二例中，把在(a)处于抛光位置的抛光头2上固定晶片4，(b)抛光组成部件1不转动，并且既不转动上述的抛光头2又不使上述的抛光头2摆动，(c)压紧压力(负载)近乎零(在反射物体50和抛光底盘13之间或是保留间隙或是不保留间隙的情况下)，以及(d)在反射物体50和窗口115之间放入(上述的)抛光剂5的状况下从测量光学系统16测量的光学系统144的线性传感器获得的参考光谱存储在信号处理部分17中的存储器(图中未表示出)。在晶片4的抛光以前进行这样的工艺过程。
在[这个工艺过程的]第三例中，把在(a)处于抛光位置的抛光头2上固定晶片4，(b)抛光组成部件1不转动，并且既不转动上述的抛光头2又不使上述的抛光头2摆动，(c)用与在晶片4的抛光期间施加的压紧压力(负载)大体上一样的压力把晶片4压向抛光底盘13，以及(d)在反射物体和窗口115之间放入(上述的)抛光剂5的状况下从测量光学系统16中的光学系统144的线性传感器获得的参考光谱存储在信号处理部分17中的存储器(图中未表示出)。在晶片4的抛光以前进行这样的工艺过程。
在[这个工艺过程的]第四例中，把在晶片4的抛光期间反射物体50贴向窗口15的状况下从测量光学系统16中的光学系统144的线性传感器获得的参考光谱存储在信号处理部分17中的存储器(图中未表示出)。在这点上，在晶片4的抛光期间与一些测量光谱同时陆续获得一些参考光谱的情况下(在本例中，例如，[参考光谱]也可以仅获得一次)，在用参考光谱作基准确定测量光谱的强度比率时可以使用(例如)在分析当中的时刻的最新参考光谱。
在本实施构造中，有一些与上述的第一实施构造中的优点一样的优点。而且，如果使用上述的第四例，则能够获得反映在获取测量光谱的状况下抛光剂的影响的参考光谱；因此，能够进一步减小抛光剂对测量光谱与参考光谱的强度比率的影响，以致能够更进一步增加抛光状态的监视精确度。
[第四实施构造]
图5是以模型的形式表示构成本发明第四实施构造的抛光设备的示意结构图。在图5中，与图4中相同的元件或者与图4中一致的元件用一样的符号标明，并且省略这些元件的重复描述。
本实施构造在下列方面与上述的第一实施构造不同：准确地说，在上述的第一实施构造中，使抛光组成部件1构成抛光组成部件1大于晶片4；在本实施构造中，相反，使抛光组成部件1构成抛光组成部件1小于晶片4，并且适当加上一些变换。在本实施构造中，由于抛光组成部件1小于晶片4，因此用从测量光学系统16射出的探测光照射从抛光组成部件1露出的一部分晶片4或者反射物体19，并且在抛光底盘13内没有形成窗口15。
使用权用本实施构造也能够获得与上述的第一实施构造的优点一样的优点。
而且，通过以与变更第一实施构造获得第四实施构造的相同方式变更上述的第二和第三实施构造可以获得类似于图4所示的实施构造的实施构造。
此外，在上述的第一到第三实施构造中，如果在使抛光头2摆动时使晶片4或反射物体伸出抛光组成部件1，并且[系统]安装成用从测量光学系统射出的光照射伸出部分(曝露部分)，则在抛光底盘13内不需要形成窗口15或115。
[第五实施构造]
图6是举例说明[本发明的]半导体器件制造工艺的流程图。在半导体器件制造工艺开始时，首先在步骤S200内从下面所述的步骤S201一直到步骤S204中选择一种合适的实施工艺。然后根据这个选择工艺过程转到步骤S201到S204其中之一。
步骤S201是硅片表面被氧化的氧化工过程。工步骤S202是用CVD等等在硅片表面上形成绝缘薄膜的VCD工艺过程。步骤S203是用像蒸发等等之类的工艺方法在硅片上形成电极的电极制作工艺过程。步骤S204是把注入到硅片的离子注入工艺过程。
继VCD工艺过程或电极制作工艺过程之后，操作转到步骤S205。步骤S205是CMP工艺过程。在这样的CMP工艺过程中，使用本发明的抛光设备通过在半导体器件表面上的金属薄膜等等的抛光进行层间绝缘薄膜变平或形成雾状花纹。
继CMP工艺过程或氧化工艺过程之后，操作转到步骤S206。步骤S206是光刻工艺过程。在这样的光刻工艺过程中，用光致抗蚀剂涂敷硅片，通过用曝光设备曝光在硅片上烙上电路图形，并且使曝光过的硅片显影。此外，下一步骤S207是蚀刻工艺过程，在蚀刻工艺过程中通过蚀刻去除除显出光致抗蚀剂图像以外的部分，并且然后剥离光致抗蚀剂，以便当完成蚀刻时清除不必要的光致抗蚀剂。
其次，在步骤S208中，就是否完成全部必要的工艺过程进行判断；如果没有完成[这些工艺过程]，则[操作]返回到步骤S200，并且重复以前的一些步骤，以使在硅片上形成电路图形。如果在步骤S208中判定所有工艺过程完成了，则结束[操作]。
由于本发明的抛光设备用于构成本实施构造的半导体器件制造工艺过程中的CMP工艺过程，因此能够增加在CMP工艺过程中抛光边界点检测的精确度或薄膜厚度测量的精确度，以致改进CMP工艺过程的生产率。因此，能够以比在通常半导体器件制造方法中低的成本制造半导体器件。
而且，本发明的抛光设备还能够用于除上述的半导体器件制造工艺以外的一些半导体器件制造工艺过程中的CMP工艺过程。
用本发明的半导体器件制造方法制造本发明的半导体器件。因此，能够以比在通常半导体器件制造方法中低的成本制造这样的半导体器件是可以实现的。
[实验例1]
实验例1涉及上述的第一实施构造。在这样的实验例中，由RodelCO.制造的IC1000抛光盘和Suba400抛光盘被作用1和2所示的抛光设备中的抛光盘13a和13b。在这些抛光盘内的开孔部分的各个尺寸被设定为60毫米×20毫米和50毫米×10毫米。透明聚丙烯窗口15的表面从抛光盘13a的表面内凹0.2毫米。
形成0.1微米厚度的热氧化薄膜的6英寸硅片被用作构成抛光物的晶片4。通过在具有0.6毫米厚度并具有与上述的晶片一样的形状的玻璃平板上真空蒸发2微米厚度的铝而形成的反射镜被用作反射物体19。
然后，首先把用作反射物体19的上述的反射镜固定在处于抛光位置的抛光头2上以使反射镜的玻璃表面面朝下(即，以使[这个表面]接触抛光盘13a)。
以后，把抛光剂5(用于晶片的抛光的抛光剂(以后描述))从抛光剂输送部件3输送到抛光底盘13的表面，并且把这样的抛光剂5放到窗口15上。下一步，在与以下描述的抛光条件中采用的压紧条件一样的压紧条件下把上述的反射镜压向抛光底盘13。在这样的状况中，在没有引起抛光头2的一点转动或摆动的情况下，用测量光学系统16测得从上述的反射镜反射的光的光谱，并且把这样的光谱作为参考光谱存储在信号处理部分17中的存储器。
下一步，在抛光头2上固定上述的晶片，而不是固定上述的反射镜，并且在下面说明的抛光条件下抛光这样的晶片时现场测量在上述的晶片上氧化薄膜的厚度作为抛光状态监视结果；在显示部分18上显示这样的厚度。
上述的抛光条件设定如下：即，抛光头2的转数/分：50圈/分，抛光组成部件1的转数/分(台板每分钟转数)：50圈/分，抛光头2和抛光组成部件1之间施加的负载：1.96×10-2帕，抛光头2的摆动：一点也没有，使用的抛光剂：由CabotCo制造的SS25(稀释2x)，抛光剂流速：200毫升/分。
准确地说，把在上述的晶片的抛光期间用测量光学系统16陆续测得的一些光谱分别输入到信号处理部分17作为在[进行测量的]各个时刻获得的一些测量光谱。每当获得相对于各个时刻的测量光谱时，信号处理部分17计算测量光谱对上述的参考光谱的强度比率；而且，根据这样的波形(强度比率相对于[各个波长]的波形)的最大和最小位置计算上述的氧化薄膜的薄膜厚度(剩余薄膜厚度)，并在显示部分18上显示在各个时刻的薄膜厚度。
图7表示在这样的情况下在某一时刻获得的测量光谱对上述的参考光谱的强度比率。此外，在图8中表示由这样的实施获得的作为监视结果的氧化薄膜剩余薄膜厚度。从图7看到，在测量光谱对参考光谱的强度比率中很好地反映氧化薄膜的组成，并且抛光剂等等几乎没有影响[这些结果]。此外，从图8看到，监视结果也是好的。
[实验例2]
实验例2涉及上述的第三实施构造。在这样的实验例中，由RodalCo.制造的IC1000抛光盘和Suba400R抛光盘被用作图4所示的抛光设备中的抛光盘13a和13b。抛光盘13a中的两个开孔部分的尺寸被分别设定为60毫米×20毫米，而在抛光盘13b中的两个开孔部分的尺寸被分别设定为50毫米×10毫米。透明聚丙烯窗口15和115的表面从抛光盘13a的表面内凹0.2毫米。窗口15和115的中心间距以及在平台12内开孔部分14和114的中心间距被分别设定在100毫米。在透明聚丙烯树脂板51上使铝真空蒸发到成2微米厚度的金属薄膜的组成部分被用作反射物体50。
如同在实验例1中，形成0.1微米厚度的热氧化薄膜的6英寸硅片被用作构成抛光物的晶片4。把晶片固定在处于抛光位置的抛光头2上，并且在与上述实验例1中一样的抛光条件下抛光晶片时现场测量作为抛光状态结果的上述的晶片上氧化薄膜的厚度；在显示部分18上显示这样的厚度。
准确地说，把在上述的晶片的抛光期间用测量光学系统16测量的参考光谱和测量光谱陆续输入到信号处理部分17。每当获得相对于各个时刻的参考光谱和测量光谱时，信号处理部分17计算这样的测量光谱对同时获得的参考光谱的强度比率；而且，根据这样波形(强度比率相对于[各个]波长的波形)中的最大位置和最小位置计算上述的氧化薄膜的薄膜厚度(剩余薄膜厚度)，并且在显示部件18上显示在各个时刻的薄膜厚度。
在这样的情况下在某一时刻获得的测量光谱对在同一时刻获得的上述的参考光谱的强度比率类似于图7所示的比率。而且，由以上所述的实验获得的作为监视结果的氧化薄膜剩余厚度类似于图8所示的氧化薄膜剩余厚度。因而，在测量光谱对参考光谱的强度比率中很好地反映氧化薄膜的组成，而抛光剂等等几乎没有影响[这些结果]，并且监视结果也是好的。
[比较例]
作为一种比较例，使用把图1和2所示的抛光设备改换为图9所示的抛光设备。在图9中，与图2中的元件一样的元件用相同的符号标明。
在图9所示的抛光设备中，把配置在透镜32和狭缝33之间的半透镜80，以及分别与图中元件39一直到43一致的透镜139、针孔140、透镜141、衍射光栅142和线性传感器143添加到图2所示的测量光学系统。因此，从线性传感器143获得通过光从氙灯31射出和穿过透镜32被半透镜80分裂而获得的一些光束中的一光束(不用来获得测量光谱的探测光)的光谱强度(光谱)。这样的比较例中，如以后将描述的那样，从线性传感器143获得的光谱被用作参考光谱。
在这样的比较例中，如同在上述的实验例1中，由RodelCo.制造IC1000抛光盘和Suba400抛光盘被用作抛光盘13a和13b；在这些[抛光盘]内的开孔部分的尺寸被分别设定在60毫米×20毫米和50毫米×10毫米，并且透明聚丙烯窗口15的表面从抛光盘13a的表面内凹0.2毫米。
如同在实验例1中，形成0.1微米厚度的热氧化薄膜的6英寸硅片被用作构成抛光物的晶片4。把这样的晶片固定在处于抛光位置的抛光头2上，并且在与上述的实验例1中一样的抛光条件下抛光这样的晶片时，把由测量光学系统同时测得的参考光谱(从线性传感器140获得的光谱)和测量光谱(从线性传感器43获得的光谱)陆续输入到信号处理部分17。每当获得相对于各个时刻的参考光谱和测量光谱时，由信号处理部分17计算这个测量光谱对同时获得的参考光谱的强度比率。
这样获得的强度比率具有小的S/N比率，并且出现由于抛光剂等等的散射和吸收引起的强烈波动和变形。为了分析这样的波形(强度比率相对于[各个]波长的波形)需要像噪声削除和信号归一化等等之类的复杂操作；而且还包含大量难以分析的数据。图10表示在本比较例中在某时刻获得的测量光谱对参考光谱的强度比率。
工业中应用的可能性
在抛光设备中通过应用本发明的抛光状态监视方法和装置能改进抛光状态监视精确度。而且在半导体器件等等的表面抛光中能使用本发明的抛光设备，并使改进抛光精确度能够实现。
在高精度半导体器体制造中能使用本发明的加工晶片。本发明的半导体器件制造方法能应用于制应用于制造高精度半导体器件。本发明的半导体器件能够作为高精度半导体器件广泛用于电子电路。

Claims (15)

1.一种抛光状态监视方法，其特征在于(a)其中在抛光期间监视通过在抛光底盘和抛光物之间放入抛光剂的状况下在上述的抛光底盘和上述的抛光物之间施加负载，以及通过使[抛光底盘和抛光物]相互相对移动来抛光的上述的抛光物的抛光状态，和(b)其中(i)用从光源射出的探测光照射上述的抛光物、(ii)在抛光期间获取是由上述的抛光物反射的光的光谱的测量光谱，和(iii)在抛光期间根据上述的测量光谱监视上述的抛光状态，[1]或是在上述的抛光物的抛光以前或是在上述的抛光物的抛光期间用从上述的光源射出的光照射特定的反射物体，[2]获取是由上所述的反射物体反射的光的光谱的参考光谱，[3]在上述的抛光物的抛光期间根据上述的测量光谱对上述参考光谱的关系曲线监视上述的抛光状态的抛光状态监视方法。
2.根据权利要求1所述的抛光状态监视方法，该方法其特征在于使上述的探测光和射向上述的反射物体的[上述的]光经由一个或多个在上述的抛光底盘内形成的窗口射向上述的抛光物或者上述的反射物体，要不然使上述的探测光和射向上述的反射物体的[上述的]光射向上述的抛光物或者上述的反射物体中的从上述的抛光底盘露出的部分。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的抛光状态监视方法，该方法其特征在于在射向上述的反射物体的上述的光的光径和从这样的反射物体反射的光[的光径]内放入上述的抛光剂的状况下获取上述的参考光谱。
4.根据权利要求1或权利要求2所述的抛光状态监视方法，该方法其特征在于在射向上述的反射物体的上述的光的光径和从这样的反射物体反射的光[的光径]内放入上述的抛光剂以及在上述的抛光底盘和上述的反射物体之间施加与在上述的抛光物的抛光期间施加的负载大体上一样的负载的状况下获取上述的参考光谱。
5.根据权利要求1或权利要求2所述的抛光状态监视方法，该方法其特征在于在射向上述的反射物体的上述的光的光径和从这样的反射物体反射的光[的光径]内放入上述的抛光剂时以及在与用于上述的抛光物的抛光的抛光条件大体上一样的条件下抛光上述的反射物体时获取上述的参考光谱。
6.根据权利要求1～5中的任一权利要求所述的抛光状态监视方法，该方法其特征在于上述的反射物体或具有这样的反射物体的组成部分具有与上述的抛光物大体上一样的形状和尺寸。
7.根据权利要求6所述的抛光状态监视方法，该方法其特征在于(a)上述的抛光物是加工薄征，(b)事先也把上述的反射物体或者上述的组成部分保存在等待阶段期间寄存在上述的加工晶片的盒内，和[c]用从上述的盒中把上述的加工晶片装在规定的抛光位置上的装置把上述的反射物体或者上述的组成部分装在获取上述的参考光谱时候规定的抛光位置。
8.根据权利要求1～5中任一权利要求所述的抛光状态监视方法，该方法其特征在于把上述的反射物体安装在抛光期间固定上述的抛光物的固定部件内。
9.根据权利要求1～5中的任一权利要求所述的抛光状态监视方法，该方法其特征在于上述的抛光物是加工晶片，并且在这样的加工晶片的除器件区域以外的区域内形成上述的反射物体。
10.其特征在于[a]在除器件区域以外的区域内的抛光表面侧上形成反射物体，和[b]为了获取是由上述的反射物体反射的光谱的参考光谱，形成上述反射物体的区域的尺寸大于射在上述的反射物体上的光斑的加工晶片。
11.一种抛光状态监视装置，特征在于采用权利要求1～9中的任一权利要求所述的抛光状态监视方法监视上述的抛光物的抛光状态。
12.一种抛光设备，特征在于在装备有抛光底盘和在抛光期间固定抛光物的固定部件，以及在上述的抛光底盘和上述的抛光物之间放入抛光剂状况下通过在上述的抛光底盘和上述的抛光物之间施加负载并且通过使[这样的抛光底盘和抛光物]相对移动来抛光上述的抛光物的抛光设备中，用权利要求11所述的抛光状态监视装置装备上述的抛光设备。
13.一种抛光设备，其特征在于在装备有抛光底盘和在抛光期间固定抛光物的固定部件，以及在上述的抛光底盘和上述的抛光物之间放入抛光剂状况下通过在上述的抛光底盘和上述的抛光物之间施加负载并且通过使[这样的抛光底盘和抛光物]相对移动来抛光上述的抛光物的抛光设备中，把反射物体配置在上述的固定部件上以使这样的反射物体贴向与固定上述的抛光物的侧面相同的侧面。
14.一种半导体器件制造方法，其特征在于这样的方法具有使用权利要求12或权利要求13所述的抛光设备使半导体晶片变平的工艺过程。
15.一种半导体器件，其特征在于用权利要求14所述的半导体器件制造方法制造这样的器件。
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