JP2000033562A - 終点検出装置、終点検出方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 薄膜加工時の終点を確実に検出することが可
能な終点検出装置および終点検出方法を提供する。 【解決手段】 研磨加工などの薄膜加工が所定の程度に
まで進んだ後に、対象物を特定の単一波長（図８におい
ては６００ｎｍ）の光で照明し、その反射光を受光して
測定反射率を求める。測定された測定反射率と、あらか
じめ求めた加工終了時における基準反射率とが一致し
（両者の差Ｒ＝０）、かつ、測定時における測定反射率
の時間的変化傾向が加工終了時における基準反射率の時
間的変化傾向と一致（時間微分ｄＲ／ｄｔ＝０）した際
に加工が終点に到達した（ｔ＝１００）と判断する。こ
のように反射率（実線グラフ）だけでなく、反射率の時
間的変化傾向（点線グラフ）についても考慮して終点を
判定するので、本来の加工終了時点以前の時点（ｔ＝８
０）において生じる誤判定を防止し、確実に終点を検出
できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ウエハ、液
晶表示装置用ガラス基板、フォトマスク用ガラス基板、
光ディスク用基板等の基板（以下「基板」という）上の
薄膜の膜厚を変化させる加工を行うにあたり、その終点
を検出する技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体デバイス製造において、高集積化
・微細化を達成するためには、完全平坦化プロセスが必
要とされている。現在、実用レベルとして開発、運用さ
れているものには、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Poli
shing）によるダマシン配線形成技術がある。これは、
酸化膜に溝を形成した後に金属膜を成膜し、金属膜に選
択的に作用する研磨剤を用いて研磨するものである。こ
の技術を用いると、配線形成と平坦化が同時に達成でき
る。

【０００３】しかし、このＣＭＰ技術が有する問題点の
１つとして、酸化膜表面に本来削られるべきメタルが削
り残されている状態となっている「メタル残膜」による
欠陥に関するものがある。この問題を解決するため、メ
タル残膜による欠陥が存在しないこと、言い換えれば、
薄膜加工が確実にその終点に到達するまで進んだことを
検出することが求められる。

【０００４】従来においては、このような加工における
終点を検出するため、単一波長の光に基づく信号強度か
らメタル層除去の終点を検出する方法が知られている。
これは、加工の進展に伴うメタル層の膜厚の変化により
反射率に差が生じることを利用するものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、単一波
長の光に基づく信号強度を用いて終点を検出する場合、
メタル残膜による欠陥が存在している状態、すなわち、
薄膜加工が終点に到達していない状態であるにもかかわ
らず、終点に到達したとする誤判定などの問題が存在す
る。これは、メタル層の厚さが小さくなると干渉が生
じ、或る厚さにおいてはメタルが存在しない場合と同様
の反射率となってしまうことに起因する。

【０００６】そこで、本発明は前記問題点に鑑み、薄膜
加工時の終点を確実に検出することが可能な終点検出装
置および終点検出方法を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１に記載の終点検出装置は、所定の母材の表
面上に薄膜が形成される対象物につき、前記薄膜の膜厚
変化を伴う加工の終点を検出する終点検出装置であっ
て、前記対象物を照明する照明手段と、前記対象物から
の反射光を受光することにより特定の単一波長における
前記対象物の反射率を測定する反射率測定手段と、前記
対象物についてあらかじめ求めた反射率である基準反射
率と前記測定された反射率である測定反射率とに基づい
て、前記加工が終点に到達したことを示す終点信号を出
力する終点判定手段と、を備え、前記終点判定手段は、
前記測定反射率が加工終了時における前記基準反射率と
一致し、かつ、前記測定反射率の時間的変化傾向が加工
終了時における前記基準反射率の時間的変化傾向と一致
した際に前記終点信号を出力する、ことを特徴とする。

【０００８】請求項２に記載の終点検出装置は、請求項
１に記載の終点検出装置において、前記測定反射率の時
間的変化傾向は、前記測定反射率の時間微分の符号で表
現され、前記基準反射率の時間的変化傾向は、前記基準
反射率の時間微分の符号で表現されることを特徴とす
る。

【０００９】請求項３に記載の終点検出装置は、所定の
母材の表面上に薄膜が形成される対象物につき、前記薄
膜の膜厚変化を伴う加工の終点を検出する終点検出装置
であって、前記対象物を照明する照明手段と、前記対象
物からの反射光を受光することにより特定の単一波長に
おける前記対象物の反射率を測定する反射率測定手段
と、前記対象物についてあらかじめ求めた反射率である
基準反射率の加工開始前から加工終了時に至るまでの経
時変化の状況と、複数の時点で前記対象物を測定するこ
とによって得られる測定反射率の経時変化の状況との一
致性に基づいて、前記加工が終点に到達したことを示す
終点信号を出力する終点判定手段と、を備えることを特
徴とする。

【００１０】請求項４に記載の終点検出装置は、請求項
１ないし請求項３のいずれかに記載の終点検出装置にお
いて、前記対象物についてあらかじめ求めた加工開始前
における分光反射率および加工終了時における分光反射
率に基づいて、当該両反射率の差が所定の基準を満足す
る波長を前記特定の単一波長として選択することを特徴
とする。

【００１１】請求項５に記載の終点検出方法は、所定の
母材の表面上に薄膜が形成される対象物につき、前記薄
膜の膜厚変化を伴う加工の終点を検出する終点検出方法
であって、前記対象物を照明し、前記対象物からの反射
光を受光することにより特定の単一波長における前記対
象物の反射率を求める反射率測定工程と、前記対象物に
ついてあらかじめ求めた反射率である基準反射率と前記
測定された反射率である測定反射率とに基づいて、前記
加工が終点に到達したことを示す終点信号を出力する終
点判定工程と、を含み、前記終点判定工程においては、
前記測定反射率が加工終了時における前記基準反射率と
一致し、かつ、前記測定反射率の時間的変化傾向が加工
終了時における前記基準反射率の時間的変化傾向と一致
した際に前記終点信号が出力される、ことを特徴とす
る。

【００１２】請求項６に記載の終点検出方法は、請求項
５に記載の終点検出方法において、前記測定反射率の時
間的変化傾向は、前記測定反射率の時間微分の符号で表
現され、前記基準反射率の時間的変化傾向は、前記基準
反射率の時間微分の符号で表現されることを特徴とす
る。

【００１３】請求項７に記載の終点検出方法は、所定の
母材の表面上に薄膜が形成される対象物につき、前記薄
膜の膜厚変化を伴う加工の終点を検出する終点検出方法
であって、前記対象物を照明し、前記対象物からの反射
光を受光することにより特定の単一波長における前記対
象物の反射率を求める反射率測定工程と、前記対象物に
ついてあらかじめ求めた反射率である基準反射率の加工
開始前から加工終了時に至るまでの経時変化の状況と、
複数の時点で前記対象物を測定することによって得られ
る測定反射率の経時変化の状況との一致性に基づいて、
前記加工が終点に到達したことを示す終点信号を出力す
る終点判定工程と、を含むことを特徴とする。

【００１４】請求項８に記載の終点検出方法は、請求項
５ないし請求項７のいずれかに記載の終点検出方法にお
いて、前記対象物についてあらかじめ求めた加工開始前
における分光反射率および加工終了時における分光反射
率に基づいて、当該両反射率の差が所定の基準を満足す
る波長を前記特定の単一波長として選択する波長選択工
程、をさらに含むことを特徴とする。

【００１５】

【発明の実施の形態】＜Ａ．装置の概要＞図１は、本発
明の実施形態に係る終点検出装置１の構成を示す模式図
である。終点検出装置１は、所定の母材表面上に薄膜が
形成された対象物である試料９の薄膜に対して膜厚変化
を伴う加工を行うにあたり、その加工の終点を検出する
ものである。

【００１６】この終点検出装置１は、試料９へ照射され
る照明光１１Ｌを出射する光源部１１、光源部１１から
の照明光１１Ｌを試料９へと導く照明光学系２０ａ、試
料９からの反射光３１Ｌを所定の受光位置へと導く結像
光学系２０ｂ、試料９からの反射光３１Ｌを受光して反
射光強度を表す電気的な信号を生成するフォトダイオー
ド３１を備えている。

【００１７】光源部１１は、複数のレーザダイオード１
１ａ，１１ｂ，１１ｃを有しており、各レーザダイオー
ド１１ａ，１１ｂ，１１ｃに応じた特定の単一波長の光
を選択的に出射することが可能である。

【００１８】照明光学系２０ａは、レンズ２１ａ，２１
ｂ、光ファイバ２２、およびハーフミラー２３を有して
おり、光源部１１から出射された照明光１１Ｌがレンズ
２１ａ、光ファイバ２２、およびレンズ２１ｂを介して
ハーフミラー２３に入射し、ハーフミラー２３を透過し
た照明光１１Ｌが試料９上に照射されるようになってい
る。

【００１９】結像光学系２０ｂは、ハーフミラー２３、
ミラー２４、およびレンズ２５を有しており、試料９か
らの反射光３１Ｌはハーフミラー２３、ミラー２４、お
よびレンズ２５を順に介してフォトダイオード３１へと
導かれる。

【００２０】なお、レンズ２１ｂ、ハーフミラー２３、
ミラー２４、レンズ２５、およびフォトダイオード３１
は、検出ヘッド部ＨＤを構成している。

【００２１】また、終点検出装置１はさらに信号変換部
３２および制御部４０を備えている。フォトダイオード
３１で生成された電気信号は、信号変換部３２におい
て、Ａ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換された後、さら
に反射率を表す値に変換される。なお、以下では、この
ように測定によって得られた変換後の反射率を「測定反
射率」と称する。そして、制御部４０は、この測定反射
率および後述の「基準反射率（測定対象物のモデルとな
る構造についてあらかじめ求めた反射率）」に基づい
て、加工の終点を検出する。

【００２２】図２は、制御部４０の概略構成を示す図で
ある。制御部４０は、図２に示すように、特定波長決定
部４２、終点到達条件決定部４４、および終点判定部４
６を有する。

【００２３】特定波長決定部４２は、試料９のモデルと
なる構造についてあらかじめ求めた加工開始時および加
工終了時のそれぞれにおける分光反射率に基づいて、試
料９を照明する光の特定の波長を決定する。また、終点
到達条件決定部４４は、測定反射率がどのような条件を
満たすときに終点に到達したと判定するかの条件を決定
する。そして、終点判定部４６は、信号変換部３２を介
して得られる測定反射率が終点到達条件を満たしている
かどうかを判定し、終点到達条件を満たしている場合
に、終点信号を出力する。

【００２４】また、終点検出装置１は、諸条件のキー入
力を行うキーボード、および画像の表示出力を行うディ
スプレイなどのヒューマンインターフェイスを担当する
入出力部５０をも備えている。

【００２５】なお、上記の制御部４０は、この実施の形
態ではコンピュータ・システム（以下、「コンピュー
タ」という。）を利用して構成されており、特定波長決
定部４２、終点到達条件決定部４４、終点判定部４６
は、プログラムを実行することにより動作する形態とな
っている。これらの構成は全てソフトウェア的に構築さ
れていてもよく、全てハードウェア的に構築されていて
もよい。さらには、部分的にのみソフトウェア的に構築
されていてもよい。

【００２６】＜Ｂ．動作の概要＞つぎに、終点検出装置
１において、試料９の薄膜に対して膜厚変化を伴う加工
を行うにあたり、その加工の終点を検出する動作につい
て説明する。以下では、具体的に、ダマシン配線形成に
あたり、ＣＭＰ技術による研磨加工工程における終点を
検出する場合について説明する。

【００２７】図３は、ダマシン配線形成の手順の一例を
示す図である。図３（ａ）に示すような下部層構造Ｆ０
上に生成された酸化膜Ｆ１に対して、ＲＩＥ（Reactive
ionetching）などを行うことによって酸化膜Ｆ１の表
面に溝部Ｇが形成され、図３（ｂ）に示すようなパター
ンが生成される。そして、その溝部Ｇに埋め込むように
してメタル配線層Ｆ２が形成される（図３（ｃ））。そ
して、ＣＭＰ技術によって余分な堆積部分Ｈが研磨され
て、図３（ｄ）に示す状態になる。このようにして、メ
タル配線Ｆ２（Ｇ）が形成される。

【００２８】以下では、母材（層構造Ｆ０＋酸化膜Ｆ
１）の表面上に薄膜（メタル配線層Ｆ２）が形成される
対象物（試料９）につき、薄膜（メタル配線層Ｆ２）の
膜厚減少を伴う研磨加工を行って、図３（ｃ）の状態か
ら図３（ｄ）の状態へと移行するにあたって、その研磨
加工の終点を検出する場合を想定する。なお、以下の終
点検出動作は、研磨加工が所定程度進行する毎に、試料
９に対して行われる。そして、メタル残膜Ｆ２（Ｉ）が
存在する状態（図４参照）、すなわち、研磨加工が終点
に到達していない場合には、再び研磨加工が続行され
る。また、余分な堆積部分Ｈが完全に除去された状態
（図３（ｄ））、すなわち、研磨加工が終点に達した状
態であることを確認すると研磨加工は終了される。

【００２９】＜終点検出の原理＞実際の動作説明に先立
って、本発明における終点検出の原理について説明す
る。

【００３０】図４は、下部の層構造Ｆ０が、シリコン基
板Ｆ０ａ上に下層酸化膜Ｆ０ｂおよび下層メタル配線層
Ｆ０ｃが形成される構成である場合の、研磨加工の中間
状態を示す図である。そして、この層構造Ｆ０の上に、
SiO２の酸化膜Ｆ１とアルミニウムのメタル配線層Ｆ２
が形成される。

【００３１】図５は、膜厚Ｄ２（図３参照）が十分に大
きい場合のアルミニウムの分光反射率を計算で求めたグ
ラフであり、横軸に波長を、縦軸にシリコン基板に対す
る相対反射率をプロットしたものである。そして、これ
は、研磨加工を開始した時（図３（ｃ））の分光反射率
を表している。また図６は、SiO２酸化膜Ｆ１の厚さＤ
１（図３参照）が７００ｎｍである場合の分光反射率を
計算で求めたグラフであり、横軸に波長を、縦軸にシリ
コン基板に対する相対反射率をプロットしたものであ
る。この図６は、図３（ｄ）に示すように、位置ＰＡに
おけるメタル配線層Ｆ２の膜厚Ｄ２＝０となり、研磨加
工が終点に到達した時の分光反射率を表す。このよう
に、研磨加工の進行に伴って、分光反射率は、図５の状
態から図６の状態へと変化していく。

【００３２】図７は、研磨加工の各中間状態における分
光反射率を表す図であり、アルミニウムのメタル配線層
Ｆ２の膜厚Ｄ２が、１００、２０、５、０ｎｍと順次変
化する場合を示す図である。図中においては、各膜厚Ｄ
２に対応する分光反射率を、各曲線（区別のために順に
白丸、白三角、×印、黒丸を付している）で表してい
る。

【００３３】また図８は、研磨加工の進行に伴って相対
反射率が図５の状態（加工開始前）から図６の状態（加
工終了時）へと経時的に変化する様子を、特定の単一波
長λ（６００ｎｍ）について表したグラフである。な
お、横軸には実加工時間ｔを、縦軸には研磨終了時の相
対反射率との差Ｒ、すなわち、実加工時間ｔにおける相
対反射率から研磨終了時（膜厚Ｄ２＝０）の相対反射率
を差し引いた値Ｒをプロットしている。

【００３４】この相対反射率の差Ｒは、時間の経過とと
もに変化し、研磨終了時（ｔ＝１００）においてゼロと
なる。しかしながら、この本来の研磨終了時（ｔ＝１０
０）の以前においても相対反射率の差Ｒがゼロとなる時
点が存在する。たとえば、６００ｎｍの波長の光に対し
て、相対反射率の差Ｒは、時間の経過とともに減少し、
時間ｔ＝８０において、一旦ゼロとなる。しかしなが
ら、これは、図７に示すように、波長６００ｎｍに対し
て、Ｄ２＝２０ｎｍの場合の相対反射率とＤ２＝０ｎｍ
の場合の相対反射率とが一致していることに対応し、こ
の時点（ｔ＝８０）での実際の膜厚は、０ｎｍではな
く、２０ｎｍである。そして、さらに（研磨加工が進ん
で）時間が経過すると、相対反射率の差Ｒは、マイナス
の値となった後に増加して、再びゼロとなる。この再び
ゼロになった点が、本来の終点である。

【００３５】したがって、このような場合、単一波長λ
に対する相対反射率のみで終点を判定すると、終点には
未だ到達していないにもかかわらず（たとえばｔ＝８０
において）終点として判定してしまうことが起こり得
る。

【００３６】そこで、本実施形態においては、以下に説
明するように反射率の時間的変化傾向をも考慮すること
により、確実に終点を判定する。

【００３７】図８においては、反射率の差Ｒの微分値
（時間変化率）ｄＲ／ｄｔを点線で表示している。この
微分値ｄＲ／ｄｔは、研磨加工開始後、加工の進展に伴
ってｔ＝４０から負の値を取りつつ減少してｔ＝８０に
おいては負の値であるが、その後増加してｔ＝９６にお
いてゼロとなった後、ｔ＝１００においては正の値とな
る。これは、反射率の差Ｒが、研磨加工開始後、加工の
進展に伴ってｔ＝４０から減少してｔ＝８０において一
旦ゼロになり、その後ｔ＝９６において増加に転じて、
ｔ＝１００において、再びゼロになることに対応してい
る。

【００３８】このように、反射率の差Ｒがゼロとなるｔ
＝８０およびｔ＝１００の２つの点において、微分値ｄ
Ｒ／ｄｔは、それぞれ、負および正の異なる符号とな
る。この場合には、ｔ＝８０（すなわち、差Ｒはゼロで
あるが、微分値ｄＲ／ｄｔの値が負である時点）を終点
として誤判定することがなく、ｔ＝１００（すなわち、
差Ｒがゼロであり、かつ、微分値ｄＲ／ｄｔの値が正で
ある点）を終点として確実に判定することが可能であ
る。

【００３９】このように、この微分値ｄＲ／ｄｔの符号
の違いをさらに考慮することによって、研磨加工が終点
に到達したかどうかを確実に判定することができる。

【００４０】ところで、上記における特定の単一波長λ
としては、加工の進行に伴う相対反射率の差が大きくな
るものを選択することが好ましい。これについて、図９
を参照して説明する。図９は、研磨加工の開始時点（図
５）と終了時点（図６）との間の相対反射率の差（変化
量）を各波長について表すグラフである。図９に示すよ
うに、４７５ｎｍと６００ｎｍ付近において、ピークを
有するグラフとなっており、これら２つの波長において
最も大きな変化量を有している。したがって、このよう
なピーク近傍の波長（たとえば４７５ｎｍおよび６００
ｎｍ）を特定の単一波長λとして選択することができ
る。あるいは、各ピークの半値巾に収まる範囲内の波長
を特定の単一波長λとして選択することも可能である。
このような基準を満足する波長を用いることにより、フ
ォトダイオード３１で生成される信号は経時的に大きな
コントラストを生じ得る。

【００４１】＜終点検出装置１の終点検出動作＞図１０
は、終点検出の処理手順を示すフローチャートである。
図１０を参照しながら、終点検出装置１における実際の
終点検出動作について説明する。

【００４２】まず、ステップＳＰ１０において、試料９
の膜構造および各層の光学定数などを入力する。具体的
には、図３における母材（層構造Ｆ０＋酸化膜Ｆ１）の
表面上に薄膜（メタル配線層Ｆ２）が形成されるという
膜構造について、各層の光学定数を入力し、対象物であ
る試料９の膜構造のモデルを構築する。

【００４３】ステップＳＰ２０においては、ステップＳ
Ｐ１０において入力された情報に基づいて、以下の動作
で使用する照明光の特定の単一波長λを決定する。な
お、この特定の単一波長λとしては、上述したように、
加工の進行に伴う相対反射率の差が大きくなるものを用
いることが好ましい。

【００４４】そのような値を設定するため、（１）ステ
ップＳＰ１０において入力された情報に基づいて、対象
物のモデルとなる構造についてあらかじめ加工開始時の
分光反射率（図５）と加工終了時の分光反射率（図６）
とを計算で求めておき、（２）加工開始および終了時の
両反射率の差（図９）が大きくなる波長を特定の単一波
長λとして決定する、という手順にしたがう。このよう
な手順に従って、ここでは、６００ｎｍの波長を特定の
単一波長λとして決定する。

【００４５】この波長λの光で照明して反射率を測定す
ることによって、加工が終点に到達したかどうかを判定
するのであるが、それらに先立って、測定反射率がどの
ような条件を満たすときに終点に到達したと判定するか
の条件である終点到達条件を決定する（ステップＳＰ３
０）。ここでは、次の２つの条件を終点到達条件とす
る。

【００４６】まず、１つめの条件は、測定時点における
測定反射率Ｒｍが加工終了時の基準反射率Ｒｅと一致す
ることである。図８における差Ｒについては、Ｒ＝Ｒｍ
−Ｒｅが成り立つので、１つめの条件は、差Ｒがゼロに
なることとも表現できる。

【００４７】また、２つめの条件は、測定時における測
定反射率Ｒｍの時間的変化傾向が加工終了時における基
準反射率Ｒｅの時間的変化傾向と一致することである。
具体的には、対象物のモデルとなる構造につき、波長λ
に対する反射率を以下の場合について求める。すなわ
ち、加工終了時（膜厚Ｄ２＝０ｎｍ）の反射率Ｒｅと加
工終了直前（たとえば膜厚Ｄ２＝１０ｎｍ）の反射率Ｒ
ｅｐとを求める。そして、両反射率の差ΔＲｅ＝（Ｒｅ
−Ｒｅｐ）を求め、その符号をＳｅ＝ＳＩＧＮ（ΔＲ
ｅ）として、加工終了時の基準反射率の時間微分の符号
として記憶しておく。なお、直接反射率の関数を微分す
ることによって、終了時の反射率の微分値を求めて、そ
の符号を得ることも可能である。そして、測定時の測定
反射率Ｒｍの時間微分の符号Ｓｍが、加工終了時の基準
反射率の時間微分の符号Ｓｅに一致することが２つめの
条件である。なお、図８の場合には、符号Ｓｅは正
（＋）である。

【００４８】上記の２つの条件（値Ｒｅおよび符号Ｓｅ
に関する条件）の両方の条件を満たすことが終点到達条
件である。すなわち、以下で求める試料９に対する測定
反射率Ｒｍが値Ｒｅに一致し、かつ、試料９に対する測
定反射率Ｒｍの時間微分の符号Ｓｍが符号Ｓｅに一致す
るときに、加工が終点に到達したと判定する。

【００４９】ここで、上述したように、測定値Ｒｍが値
Ｒｅに一致したことのみを条件とすると、図８におい
て、Ｒｍ＝Ｒｅとなるｔ＝８０の時点（膜厚Ｄ２＝２０
ｎｍ）を終点として誤判定することが起こり得ることに
注意が必要である。しかしながら、本実施形態において
は、さらに反射率の時間微分の符号に関する条件（上記
の２つめの条件）をもう１つの条件として加えて判定す
ることにより、ｔ＝８０の時を終点として誤判定するこ
とを防止できる。なぜなら、Ｒｍ＝Ｒｅとなるｔ＝１０
０の時点における測定反射率Ｒｍの時間微分の符号Ｓｍ
は正（＋）となり符号Ｓｅの正（＋）と一致するという
（１つめの）条件を満足する一方で、ｔ＝８０の時点に
おける測定反射率Ｒｍの時間微分の符号Ｓｍは負（−）
となり符号Ｓｅの正（＋）と一致するという（２つめ
の）条件を満足しないからである。したがって、ｔ＝１
００における本来の終点のみを終点として確実に検出す
ることができる。

【００５０】以上のような準備工程が終了したのち、実
際の試料９に対して反射率測定を行う。特定の単一波長
λの光で試料９を照明し、位置ＰＡにおける反射率を測
定する（ステップＳＰ４０）。具体的には、６００ｎｍ
の波長λの光のみを出射するレーザダイオードを選択し
て、この特定の単一波長λの光で対象物を照明して、対
象物である試料９の位置ＰＡにおける反射光をフォトダ
イオード３１において受光して、信号変換部３２で変換
することなどにより測定反射率Ｒｍを得る。

【００５１】そして、測定された反射率（測定反射率）
Ｒｍに基づいて、次のように加工の終点を判定する。

【００５２】まず、測定時点における反射率の時間微分
の符号を求める。そのため、現時点における測定反射率
Ｒｍから直前の測定時点における測定反射率Ｒｍｐを差
し引いた値ΔＲｍ＝（Ｒｍ−Ｒｍｐ）を求め、その符号
をＳｍ＝ＳＩＧＮ（ΔＲｍ）として、測定時の反射率の
時間微分の符号とする。なお、測定時点間隔は、短い方
が好ましい。

【００５３】ここで、上記で求めた終点到達条件を満足
するとき、すなわち、試料９に対する測定反射率Ｒｍが
値Ｒｅに一致し、かつ、試料９に対する測定反射率Ｒｍ
の時間微分の符号Ｓｍが符号Ｓｅ（＋）に一致するとき
に、研磨加工が終点に到達したと判定される。この判定
は終点判定部４６によって行われ、終点に到達と判定さ
れると、終点信号を出力する（ステップＳＰ６０）。

【００５４】一方、終点到達条件を満足しないときは、
研磨加工を続行したのち、再度、ステップＳＰ４０およ
びステップＳＰ５０を行う。そして、一定程度にまで加
工が進んだ後においては、終点信号が出力される状態と
なる。この時点で、加工を終了することにより、試料９
上の位置ＰＡにおいてメタル残膜による欠陥が確実に存
在しないように、図３（ｄ）に対応する状態に加工する
ことが可能になる。

【００５５】なお、上記において、反射率（測定反射
率、基準反射率）の時間微分の符号は、各時刻における
各反射率の時間的変化傾向を示すものである。また、時
間的変化傾向が一致したと判断するためには、上記のよ
うに時間微分の符号が一致すれば十分であり、時間微分
の値そのものが一致する必要はない。

【００５６】＜Ｃ．その他＞上記実施形態においては、
加工の終点の判定にあたって、測定時の測定反射率Ｒｍ
が加工終了時の基準反射率Ｒｅに一致し、かつ測定時の
測定反射率の時間的変化傾向（たとえば微分値の符号Ｓ
ｍ）が加工終了時の基準反射率の時間的変化傾向（たと
えば微分値の符号Ｓｅ）と一致した点を終点として判定
していたが、これに限定されない。対象物のモデルとな
る構造についてあらかじめ求めた反射率である基準反射
率の加工開始前から加工終了時に至るまでの経時変化状
況と同様の特徴を有する変化を、複数の時点において求
めた測定反射率が辿ることを確認することによって終点
を判定することも可能である。たとえば、図８におい
て、所定の測定時点における測定反射率Ｒｍが一旦加工
終了時の基準反射率Ｒｅに一致した（すなわち差Ｒがゼ
ロになった）ことを記憶しておいて、その後の測定時点
において、再び測定反射率Ｒｍが加工終了時の基準反射
率Ｒｅに一致した（すなわち差Ｒがゼロになった）とき
に終点に到達したとして判定することも可能である。な
お、図１１は、このような変形例の終点検出の処理手順
を示すフローチャートである。上記実施形態の場合のフ
ローチャート（図１０）と比較すると、ステップＳＰ３
０’（図１１）が変更されている。ステップＳＰ３０’
においては、「反射率」に加えて、「反射率の反転回
数」を条件として設定している。ここで、「反転回数」
とは、各測定時の測定反射率Ｒｍと加工終了時の基準反
射率Ｒｅとの大小関係が経時的な変化の中で反転した回
数である。図８の場合には、この反転回数が１であり、
かつ、反射率についてＲｍ＝Ｒｅであるとき（ｔ＝１０
０）を終点として検出することができる。なお、ｔ＝８
０においては、反射率についてはＲｍ＝Ｒｅとなるもの
の、反転回数は未だ０であるので、この時点における誤
検出を防止することができる。

【００５７】また、上記実施形態においては、複数の特
定の波長を選択するにあたって、加工開始前の分光反射
率（図５）と加工終了時の分光反射率（図６）とを計算
によって求めていたが、実測によっても求めることがで
きる。たとえば、全くメタル残膜が存在しない理想的な
基準試料をあらかじめ準備し、その理想的な基準試料に
対して、図６に対応する分光反射率を実測により求め
て、適当な特定の波長を選択することが可能である。そ
の後、上記実施形態と同様、測定対象である試料９に対
して終点検出動作を行うことが可能である。計算および
実測のいずれの場合も、実際の測定対象物である試料９
の構造に対応するモデルについての分光反射率から特定
の単一波長を定めていることになる。

【００５８】さらに、上記実施形態においては、特定の
単一波長をレーザダイオードが出射していたが、これに
限定されない。たとえば、白色光源などの複数の波長を
含んだ光源から出射された光をバンドパスフィルタを通
過させて、そのバンドパスフィルタを通過する特定の単
一波長の光で対象物を照明することも可能である。ま
た、光源と試料９との間ではなく、試料９とフォトダイ
オード３１との間の光路中にバンドパスフィルタを配設
し、特定の単一波長の光のみをフォトダイオード３１で
受光しても良い。

【００５９】上記実施形態においては、試料９上の所定
の位置（たとえば位置ＰＡ）に対して反射率を測定する
ことによってその位置において終点に到達した時点を加
工終了時点としていたが、これに限定されず、試料９上
の複数の所定の位置のそれぞれに対して、本発明を適用
し、全ての位置において終点に到達した時点を加工終了
時点とすることもできる。

【００６０】また、上記実施形態では、研磨工程を例示
して説明したが、これに限定されず、エッチング工程な
どの他の加工工程における終点検出にも本発明を適用す
ることができる。また、研磨工程およびエッチング工程
などの膜厚が単純に減少する加工工程に限定されるもの
でもなく、成膜工程などの膜厚が単純に増加する工程に
おいても、本発明を適用してその加工終点を検出するこ
とが可能である。なお、その場合には、膜厚が所定の値
にまで増加したことを終点として検出する。このよう
に、膜厚を単純に増加および単純に減少、すなわち単純
変化させる場合に本発明を適用することが可能である。

【００６１】

【発明の効果】以上のように、請求項１，２に記載の終
点検出装置および請求項５，６に記載の終点検出方法に
よれば、所定の母材の表面上に薄膜が形成される対象物
につき、薄膜の膜厚変化を伴う加工の終点を検出するに
あたって、特定の単一波長の光によって対象物の反射率
を測定し、測定反射率が加工終了時における基準反射率
と一致し、かつ、測定時における測定反射率の時間的変
化傾向が加工終了時における基準反射率の時間的変化傾
向と一致した際に前記終点信号を出力する。したがっ
て、測定反射率のみに基づいて終点検出を行う場合に生
じる誤検出を防止して、確実に終点検出を行うことが可
能である。

【００６２】請求項３に記載の終点検出装置および請求
項７に記載の終点検出方法によれば、所定の母材の表面
上に薄膜が形成される対象物につき、薄膜の膜厚変化を
伴う加工の終点を検出するにあたって、特定の単一波長
の光によって対象物の反射率を測定し、対象物について
あらかじめ求めた反射率である基準反射率の加工開始前
から加工終了時に至るまでの経時変化の状況と、複数の
時点で対象物を測定することによって得られる測定反射
率の経時変化の状況との一致性に基づいて、加工が終点
に到達したことを示す終点信号を出力する。したがっ
て、測定反射率のみに基づいて終点検出を行う場合に生
じる誤検出を防止して、確実に終点検出を行うことが可
能である。

【００６３】請求項４に記載の終点検出装置および請求
項８に記載の終点検出方法によれば、対象物についてあ
らかじめ求めた加工開始前における分光反射率および加
工終了時における分光反射率に基づいて、両反射率の差
が所定の基準を満足する波長を特定の単一波長として選
択する。したがって、コントラストが大きな信号を得る
ことができるので、終点検出を高い精度で行うことがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係る終点検出装置１の概略
構成を表す図である。

【図２】制御部４０の概略構成を示す図である。

【図３】ダマシン配線形成の手順の一例を示す図であ
る。

【図４】図３の下部の層構造Ｆ０を詳細に表示した層構
造を表す図である。

【図５】研磨加工開始時の分光反射率を表すグラフであ
る。

【図６】研磨加工終了時の分光反射率を表すグラフであ
る。

【図７】研磨加工の各中間状態における分光反射率を表
す図である。

【図８】波長６００ｎｍに対する相対反射率の研磨加工
中における経時変化を表したグラフである。

【図９】研磨加工の開始時点と終了時点との間の相対反
射率の差（変化量）を表すグラフである。

【図１０】終点検出の処理手順を示すフローチャートで
ある。

【図１１】変形例に係る終点検出の処理手順を示すフロ
ーチャートである。

【符号の説明】

１ 終点検出装置 ９ 試料 １１ 光源部 １１ａ，１１ｂ，１１ｃ レーザダイオード ２２ 波長選択機構 ３１ フォトダイオード３１ ４０ 制御部 Ｆ０ 層構造 Ｆ１ 酸化膜 Ｆ２ メタル酸化膜

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2F065 AA30 BB17 CC17 CC31 DD03 FF41 GG02 GG06 GG22 HH04 JJ18 LL04 LL12 LL22 QQ03 QQ30 RR06 SS03 SS13 3C058 AA07 AC02 BA01 CB01 DA17 4M106 AA01 AA09 BA04 CA19 CA48 CA57 DH12 DJ13 DJ17 DJ20

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定の母材の表面上に薄膜が形成される
   対象物につき、前記薄膜の膜厚変化を伴う加工の終点を
   検出する終点検出装置であって、 前記対象物を照明する照明手段と、 前記対象物からの反射光を受光することにより特定の単
   一波長における前記対象物の反射率を測定する反射率測
   定手段と、 前記対象物についてあらかじめ求めた反射率である基準
   反射率と前記測定された反射率である測定反射率とに基
   づいて、前記加工が終点に到達したことを示す終点信号
   を出力する終点判定手段と、を備え、 前記終点判定手段は、前記測定反射率が加工終了時にお
   ける前記基準反射率と一致し、かつ、前記測定反射率の
   時間的変化傾向が加工終了時における前記基準反射率の
   時間的変化傾向と一致した際に前記終点信号を出力す
   る、ことを特徴とする終点検出装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の終点検出装置におい
   て、 前記測定反射率の時間的変化傾向は、前記測定反射率の
   時間微分の符号で表現され、前記基準反射率の時間的変
   化傾向は、前記基準反射率の時間微分の符号で表現され
   ることを特徴とする終点検出装置。
3. 【請求項３】 所定の母材の表面上に薄膜が形成される
   対象物につき、前記薄膜の膜厚変化を伴う加工の終点を
   検出する終点検出装置であって、 前記対象物を照明する照明手段と、 前記対象物からの反射光を受光することにより特定の単
   一波長における前記対象物の反射率を測定する反射率測
   定手段と、 前記対象物についてあらかじめ求めた反射率である基準
   反射率の加工開始前から加工終了時に至るまでの経時変
   化の状況と、複数の時点で前記対象物を測定することに
   よって得られる測定反射率の経時変化の状況との一致性
   に基づいて、前記加工が終点に到達したことを示す終点
   信号を出力する終点判定手段と、を備えることを特徴と
   する終点検出装置。
4. 【請求項４】 請求項１ないし請求項３のいずれかに記
   載の終点検出装置において、 前記対象物についてあらかじめ求めた加工開始前におけ
   る分光反射率および加工終了時における分光反射率に基
   づいて、当該両反射率の差が所定の基準を満足する波長
   を前記特定の単一波長として選択することを特徴とする
   終点検出装置。
5. 【請求項５】 所定の母材の表面上に薄膜が形成される
   対象物につき、前記薄膜の膜厚変化を伴う加工の終点を
   検出する終点検出方法であって、 前記対象物を照明し、前記対象物からの反射光を受光す
   ることにより特定の単一波長における前記対象物の反射
   率を求める反射率測定工程と、 前記対象物についてあらかじめ求めた反射率である基準
   反射率と前記測定された反射率である測定反射率とに基
   づいて、前記加工が終点に到達したことを示す終点信号
   を出力する終点判定工程と、を含み、 前記終点判定工程においては、前記測定反射率が加工終
   了時における前記基準反射率と一致し、かつ、前記測定
   反射率の時間的変化傾向が加工終了時における前記基準
   反射率の時間的変化傾向と一致した際に前記終点信号が
   出力される、ことを特徴とする終点検出装置。
6. 【請求項６】 請求項５に記載の終点検出方法におい
   て、 前記測定反射率の時間的変化傾向は、前記測定反射率の
   時間微分の符号で表現され、前記基準反射率の時間的変
   化傾向は、前記基準反射率の時間微分の符号で表現され
   ることを特徴とする終点検出方法。
7. 【請求項７】 所定の母材の表面上に薄膜が形成される
   対象物につき、前記薄膜の膜厚変化を伴う加工の終点を
   検出する終点検出方法であって、 前記対象物を照明し、前記対象物からの反射光を受光す
   ることにより特定の単一波長における前記対象物の反射
   率を求める反射率測定工程と、 前記対象物についてあらかじめ求めた反射率である基準
   反射率の加工開始前から加工終了時に至るまでの経時変
   化の状況と、複数の時点で前記対象物を測定することに
   よって得られる測定反射率の経時変化の状況との一致性
   に基づいて、前記加工が終点に到達したことを示す終点
   信号を出力する終点判定工程と、を含むことを特徴とす
   る終点検出方法。
8. 【請求項８】 請求項５ないし請求項７のいずれかに記
   載の終点検出方法において、 前記対象物についてあらかじめ求めた加工開始前におけ
   る分光反射率および加工終了時における分光反射率に基
   づいて、当該両反射率の差が所定の基準を満足する波長
   を前記特定の単一波長として選択する波長選択工程、を
   さらに含むことを特徴とする終点検出方法。