JP2000183001A - ウエハの研磨終点検出方法およびそれに用いる化学機械研磨装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 研磨されたウエハの研磨面の状態をより精密
に示す指標を用いてＣＭＰ研磨の終点を検出する方法の
提供。 【解決手段】 光源から光を照射し、その反射光を光フ
ァイバ−に集光して光の色成分を認識するカラ−識別セ
ンサを用い、予め研磨されるウエハ上の追跡する物質の
色成分をカラ−識別センサにデジタル値で認識させ、こ
の色成分が認識されるときはｏｎの状態に表示し、この
色成分が認識されないときはｏｆｆの状態に表示し、回
転しているウエハの表面の点（中心点は除く）に前記カ
ラ−識別センサより光を照射し、ウエハの位置座標と色
成分のデジタル値を検出させ、この検出した値（ｍ）と
位置（ｘ，ｙ）が、予め記録した最適なウエハ研磨終了
点を示す基準色成分のデジタル値（ｎ）とウエハ位置
（ｘ，ｙ）の値に一致したときをウエハの研磨終点とす
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、シリコン、アルミ
ナ・チタンカ−バイト（ＡｌＴｉＣ）合金、ガラス等の
基板の表面の表面に、パ−マロイ磁性層あるいはデバイ
ス用金属層を形成し、必要によりＣｕ、Ａｇ、Ａｕ等の
配線を施し、更に絶縁層を設けたウエハを化学機械研磨
する際の各工程において、ウエハの研磨終了点を検出す
る方法、および該方法を実施するウエハ研磨終点検出装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ウエハｗをチャックに取り付け、研磨布
を貼りつけたプラテンに押圧し、プラテンに研磨剤スラ
リ−を供給しつつ、プラテンとウエハを回転させて絶縁
層を研磨してパ−マロイ層あるいは金属層が露出するま
で化学的機械研磨（ＣＭＰ）すること、あるいは、チャ
ックテ−ブルにウエハをバキュ−ム吸着させ、該ウエハ
の上面側より研磨布を貼りつけたプラテンを押圧し、プ
ラテンに研磨剤スラリ−を供給またはウエハ上面に研磨
剤スラリ−を供給しつつ、プラテンとウエハを回転させ
て絶縁層を研磨してパ−マロイ層または金属層が露出す
るまで化学的機械研磨（ＣＭＰ）することが実施されて
いる。

【０００３】このＣＭＰ研磨において、パ−マロイ層ま
たは配線用金属層の表面に銅、アルミニウム、銀、ある
いは金等が全面に施され、ついで余分のこれら金属を化
学機械研磨してデバイスにこれら金属の配線が施された
デバイスウエハを得たり、パ−マロイ層または金属層の
表面に酸化珪素、酸化アルミニウム、酸化チタン等の絶
縁層が全面に施され、ついで余分の絶縁層を化学機械研
磨してデバイスにこれら絶縁層が混在した表面平坦なウ
エハを得ることが行われている。図１０は、ＭＯＳＦＥ
Ｔが形成されたシリコンウエハｗ上の多層配線構造を示
すもの（特開平１０−３０３１５２号参照）で、多層配
線は研磨されたシリコン基板１０１の酸化珪素絶縁層１
０１ａの表面に（１）ＭＯＳＦＥＴと上層配線を接続す
るためのタングステン（Ｗ）コンタクトプラグ部１０
２、（２）ＣＭＯＳ回路ブロック内を接続するアルミニ
ウムロ−カル配線部１０３、（３）低誘電率有機膜に銅
を埋め込んだ銅グロ−バル配線部１０４から構成され
る。

【０００４】このデバイスウエハでは、まずＭＯＳＦＥ
Ｔ間の素子分離には、ＣＭＰ法を用いてシリコン基板１
０１に形成された溝にシリコン酸化膜を埋め込んだ平坦
化素子分離構造を採用し、さらにＭＯＳＦＥＴ上にはＢ
ＰＳＧ膜１０５を成長させ、このＢＰＳＧ膜をＣＭＰ法
で平坦化し、この平坦化したＢＰＳＧ膜１０５にＭＯＳ
ＦＥＴの拡散層およびゲ−ト電極に至るコンタクトホ−
ルが形成されており、シリカゲル粒子を酸化剤水溶液に
分散させた研磨剤スラリ−を用いてＣＭＰ法によりＷ・
コンタクトホ−ルプラグが形成され、このＷ・コンタク
トホ−ルプラグ上には、第一シリコン酸化膜１０６に形
成された第一配線にアルミニウムの埋め込まれた第一埋
め込みアルミニウム配線が形成され、さらにその上層の
第二シリコン酸化膜１０７に形成された第一スル−ホ−
ルと第二配線溝に一括してアルミニウムの埋め込まれた
第二埋め込みアルミニウム配線が形成されている。

【０００５】これら埋め込みアルミニウム配線は、配線
溝あるいは配線溝とスル−ホ−ルとに高温スパッタ法で
アルミニウムの埋め込み膜を形成させ、研磨剤スラリ−
を用いてＡｌ−ＣＭＰ法で埋め込み平坦化を行う。さら
に、第二シリコン酸化膜１０７上の低誘電率有機膜１０
８に形成された第二スル−ホ−ルと第三配線溝に銅の埋
め込まれた第三埋め込み銅配線と、第三スル−ホ−ルと
第四配線溝に銅の埋め込まれた第四埋め込み銅配線が形
成されている。これら埋め込み銅配線は、配線溝あるい
は配線溝とスル−ホ−ルとにＭＯＣＶＤ法で銅の埋め込
み成膜を行い、研磨剤スラリ−を用いてＣＭＰ研磨して
平坦化が行われて得られるものである。

【０００６】このようにＭＯＳＦＥＴの形成されたデバ
イスウエハの製造には、金属ＣＭＰ法を用いたＷ，Ａ
Ｌ，Ｃｕ，Ｔｉ，ＴｉＮ、ＷＳｉｘ，ＴｉＳｉｘ等の金
属埋め込み平坦化が多用されており、また、平坦化素子
分離形成やＢＰＳＧ膜表面の平坦化にも、酸化膜ＣＭＰ
法が適用されている。また、磁気ヘッド基盤は、図１１
に示すように基板１０１の上にパ−マロイ層１０９を形
成し、さらにアルミニウム絶縁層１１０を形成したウエ
ハ１（図１１ａ）を、化学的機械研磨によりパ−マロイ
層が露出する（図１１ｄ）までＣＭＰ研磨する。この
際、パ−マロイ層が２層から５層の複数層となることも
ある。

【０００７】これらウエハの研磨において、人手を懸け
ない自動研磨の登場が市場より要望され、研磨終点を自
動検出するＣＭＰ自動研磨装置が種々提案されている。
かかる研磨の終点検出方法としては、 研磨途中のウエハの肉厚を肉厚計で測定し、研磨量か
ら終点を決定する方法（特開昭６２−２５７７４２号、
特開平９−１９３００３号、特会平１０−１０６９８４
号、特開平１０−９８０１６号公報等）。 研磨途中のプラテン、チャック機構のモ−タ−の負荷
電流、電圧、抵抗変化から終点を決定する方法（特開昭
６１−１８８７０２号、特開平６−２５２１１２号、特
開平８−９９６２５号、特開平９−７０７５３号、特開
平１０−４４０３５号、同１０−１２８６５８号、同１
０−１７７９７６号等）。

【０００８】研磨途中のプラテン、チャック機構のモ
−タ−のトルク変化から研磨終点を決定する方法（特開
平５−１３８５２９号、同６−２１６０９５号、同８−
１３９０６０号、同８−１９７４１７号、同９−３６０
７３号、同９−２６２７４３号、同１０−２５６２０９
号等）。 研磨途中のウエハにレ−ザ−光を当て、その反射光量
から研磨終点を決定する方法（特開昭５７−１３８５７
５号、同６１−２１４９７０号、特開平４−２５５２１
８号、同５−３０９５５９号、同７−３２８９１６号、
同８−１７４４１１号、同９−７９８５号，同１０−１
６０４２０号等）。 研磨剤スラリ−中に指標となるリン（Ｐ）、トレ−サ
−粒子を加え、研磨布上でのこれら指標の量を測定して
研磨終了点を決定する方法（特開平２−２４１０１７
号、同８−６９９８７号）、微分干渉顕微鏡を用いてウ
エハ表面を観察して研磨終点を決定する方法（特開平５
−２３４９７１号、同５−２２６２０３号）、等々が提
案されている。

【０００９】上記のウエハの肉厚測定は、ウエハの一
部分の肉厚を測定して行っており、ウエハ全体の肉厚分
布を測定するには時間を長く要するので、精度が出な
い。上記の電流、電圧、抵抗、あるいはのトルクか
ら決定する方法では直にウエハ研磨表面を観察するもの
ではないので、と同様平坦化の精度が低い。上記の
レ−ザ−光の反射光量を利用する方法は、ウエハに直接
レ−ザ−光を照射し、その反射光の光量で終点を決定す
るため、ＣＭＰ研磨時に用いた研磨剤スラリ−の水分が
ウエハ上に存在するとデ−タにバラツキが生じるため、
レ−ザ−光が入射、反射されるウエハ表面の点の位置を
洗浄および乾燥させる装置を取り付ける必要があり、Ｃ
ＭＰ装置にコンパクト化が求められるときは採用しがた
いし、装置コストも高くなる。又、洗浄、乾燥のために
研磨加工が中断される。の指標の添加は、ウエハの研
磨に与える影響、ＣＭＰ研磨後の後加工に与える影響が
不明であり、採用し難い。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、ウエハ表面
に水分が存在していても、また、研磨されているウエハ
の表面の平坦化が進行中で、検出機器とウエハ間距離の
微小のズレがあってもウエハ表面物性の検出デ−タに振
れが無いウエハの研磨終点を検出する方法およびそれに
用いる研磨終点検出装置の提供を目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の１は、光源から
光を照射し、その反射光を光ファイバ−に集光して光の
色成分を認識するカラ−識別センサを用い、予め研磨さ
れるウエハ上の追跡する物質の色成分をカラ−識別セン
サにデジタル値で認識させ、この色成分が認識されると
きはｏｎの状態に表示し、この色成分が認識されないと
きはｏｆｆの状態に表示し、回転しているウエハの表面
の点（中心点は除く）に前記カラ−識別センサより光を
照射し、ウエハの位置座標と色成分のデジタル値を検出
させ、この検出した値（ｍ）と位置（ｘ，ｙ）が、予め
記録した最適なウエハ研磨終了点を示すウエハの色成分
のデジタル値（ｎ）とウエハ位置（ｘ，ｙ）の値に一致
したときをウエハの研磨終点とすることを特徴とする、
ウエハの研磨終点検出方法を提供するものである。

【００１２】本発明の請求項２は、上記において、カラ
−識別センサが複数用いられることを特徴とする。本発
明の請求項３は、化学機械研磨装置のチャックに取り付
けられたウエハの研磨面に照射された光の反射光を光フ
ァイバ−に集光し、光の色成分を認識するカラ−識別セ
ンサを備えることを特徴とする化学機械研磨装置を提供
するものである。

【００１３】本発明の請求項４は、カラ−識別センサと
して、（ａ）光源から光を照射し、その反射光を光ファ
イバ−に集光する検出部、（ｂ）集光された光を色成分
に分けて認識し、この色成分を基準色のデジタル値と比
較してデジタル値で示す認識部、（ｃ）回転しているウ
エハの表面の一点（中心点は除く）に光を照射し、反射
した入光を色成分のデジタル値に前記認識部で検出し、
このデジタル値（ｎ）とウエハ上の位置座標（ｘ' ，
ｙ' ）を記録する記録部（ＲＡＭ）、（ｄ）予め記録さ
れたウエハ上の位置座標（ｘ，ｙ）における基準色成分
のデジタル値（ｍ）のＯＫデ−タ記録部（ＲＯＭ） （ｅ）送信されてきた色成分のウエハ上の位置座標
（ｘ' ，ｙ' ）および色成分のデジタル値（ｎ）とＯＫ
デ−タとして記録されている色成分の位置座標（ｘ，
ｙ）およびデジタル値（ｍ）とを比較する演算部、並び
に、（ｆ）両者の位置座標が一致（ｘ，ｙ＝ｘ' ，ｙ'
）および色成分のデジタル値が一致（ｍ＝ｎ）したと
きに研磨終了を指示する制御部（ＣＰＵ）を具備するカ
ラ−識別センサを用いることを特徴とする。

【００１４】

【作用】本発明においては、ウエハ表面に水分が存在し
ていても、また、研磨されているウエハの表面の平坦化
が進行中で、検出機とウエハ間距離の微小のズレがあっ
てもウエハ表面の金属あるいは絶縁膜の光の色成分の検
出デ−タに振れが無いカラ−識別センサを用いるので、
ウエハの研磨終点を検出を正確に行うことができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明を詳細に説明する。 被研磨物のウエハ：本発明の被研磨物のウエハは、シリ
コン、アルミナ・チタンカ−バイト合金、ガラス等の基
板の表面の表面に、パ−マロイ、例えばＮｉ−Ｆｅ、Ｍ
ｎ−Ｆｅ、Ｃｏ−Ｆｅ、Ｎｉ−Ｒｈ−Ｆｅ、Ｃｏ−Ｚｒ
−Ｆｅ、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂ系パ−マロイ磁性層を形成し、
必要によりＣｕ、Ａｇ、Ａｕ等の配線を施し、更に酸化
アルミニウム等の絶縁層を設けたウエハ、前記の基板上
に多層配線層を有するウエハを得る過程での各工程にお
けるＣＭＰ工程に付されるウエハ等である。

【００１６】ＣＭＰ研磨装置：ＣＭＰ研磨装置１として
は、例えば図１に示すチャックテ−ブル１４にウエハｗ
をバキュ−ム吸着させ、該ウエハの上面側より研磨布１
５ａを貼りつけたプラテン１５を押圧し、プラテンに研
磨剤スラリ−１３を供給またはウエハ上面に研磨剤スラ
リ−を供給しつつ、プラテンとウエハを回転させて研磨
するＣＭＰ装置、あるいは図２に示すウエハｗをチャッ
ク１１に取り付け、研磨布１２ａを貼りつけたプラテン
１２に押圧し、プラテンに研磨剤スラリ−１３を供給し
つつ、プラテンと半導体ウエハを回転させてウエハを研
磨する化学的機械研磨（ＣＭＰ）装置、あるいはプラテ
ンに代えて、研磨テ−プを用いたＣＭＰ装置等が挙げら
れる。

【００１７】研磨剤スラリ−：ＣＭＰ研磨に用いる研磨
剤スラリ−の成分は、被研磨物の組成、構造、研磨量に
よって変わる。例えばパ−マロイ層研磨用には（ａ）平
均粒径が０．０５〜１μm の砥粒 0.1 〜１０重量％、
（ｂ）水溶性無機アルミニウム塩、ニッケル塩より選ば
れた無機塩 ０．１〜３重量％および（ｃ）水溶性キレ
−ト剤 ０．１〜３重量％を含有する水性研磨剤スラリ
−が使用できる。砥粒しては、酸化アルミニウム、酸化
セリウム、単結晶ダイヤモンド、多結晶ダイヤモンド、
酸化ケイ素、炭化珪素、酸化クロミウムおよびガラス粉
が挙げられ、これら砥粒は平均粒径が０．１〜１．０μ
m 、好ましくは０．３〜０．５μm の粒子である。

【００１８】研磨剤スラリ−中に占める（ａ）成分の砥
粒の含有量は、砥粒の種類、用途により異なるが、０．
０５〜１０重量％、好ましくは０．１〜３重量％であ
る。０．０５重量％未満では実用的な研磨速度が得られ
ない。１０重量％を超えても効果のより向上は望めず、
多く用いるのは経済的に不利である。 （ｂ）成分の水溶性アルミニウム無機塩またはニッケル
無機塩は、研磨速度の向上に作用する。かかる（ｂ）成
分としては、アルミニウムまたはニッケルの硝酸塩、塩
酸塩、硫酸塩、燐酸塩、チオ硫酸塩が挙げられる。具体
的には、硝酸アルミニウム塩、硝酸ニッケル塩、硫酸ア
ルミニウム塩等である。（ｂ）成分の水溶性無機塩は、
研磨剤スラリ−中、０．１〜３重量％の量用いられる。

【００１９】（ｃ）成分の水溶性キレ−ト剤は、研磨速
度の向上、得られるウエハの平坦性向上の目的でスラリ
−中に添加される。かかる水溶性キレ−ト剤としては、
エチレンジアミンテトラアセチックアシッド（ＥＤＴ
Ａ）、エチレンジアミンテトラ酢酸の２ナトリウム塩
（ＥＤＴＡ−２）、アミノスルホン酸−Ｎ，Ｎ−２酢酸
アルカリ金属塩、２，２−ジメチルプロパンビスオキサ
ミドのアルカリ金属塩、ジエチレントリアミンペンタ酢
酸およびそのナトリウム塩等が挙げられる。（ｃ）成分
のキレ−ト剤は、研磨剤スラリ−中、０．１〜３重量％
の量用いられる。

【００２０】研磨剤スラリ−には、水性媒体、研磨油、
防錆剤、分散助剤、防腐剤、消泡剤、ｐＨ調整剤等が配
合される。分散媒としては、水単独、または水を主成分
（分散媒中、７０〜９９重量％）とし、アルコ−ル、グ
リコ−ル等の水溶性有機溶媒を副成分（１〜３０重量
％）として配合したものが使用できる。水は、０．１μ
ｍカ−トリッジフィルタで濾過して得たできる限ぎり巨
大粒子を含まない水が好ましい。アルコ−ルとしては、
メチルアルコール、エチルアルコール、イソプロピルア
ルコールが、グリコ−ル類としては、エチレングリコー
ル、テトラメチレングリコール、ジエチレングリコ−
ル、プロピレングリコ−ル、ポリエチレングリコ−ル、
等が挙げられる。

【００２１】研磨剤スラリ−中に占める水性分散媒の含
有量は、７０〜９９重量％、好ましくは９０〜９９重量
％である。７０重量％未満ではスラリ−の粘度が高くな
り研磨剤スラリ−の基板上への供給性およびスラリ−の
貯蔵安定性が悪い。研磨向上剤、砥粒の分散剤の機能を
有する研磨油としては、各種界面活性剤、エチレングリ
コ−ル、プロピレングリコ−ル、ポリエチレングリコ−
ル、ポリオキシエチレンアルキルエ−テル、ポリオキシ
エチレンアルキルフェニルエ−テル、プルオニック系非
イオン性界面活性剤（エチレンオキシドとプロピレンオ
キシドの付加反応物）等が挙げられる。

【００２２】界面活性剤としては、アニオン性界面活性
剤、カチオン性界面活性剤、ノニオン性界面活性剤、両
性界面活性剤、またはアニオン性界面活性剤とノニオン
性界面活性剤との併用、アニオン性界面活性剤と両性界
面活性剤との併用カチオン性界面活性剤とノニオン性界
面活性剤との併用、カチオン性界面活性剤と両性界面活
性剤との併用が挙げられる。界面活性剤の種類は、砥粒
の分散性、研磨速度に大きく寄与する。

【００２３】アニオン性界面活性剤としては、パルミチ
ン酸ナトリウム塩、ステアリン酸ナトリウム塩、オレイ
ン酸カルシウム、ステアリン酸アルミニウム、パルミチ
ン酸ナトリウム・カリウム塩等の金属石鹸；アルキルポ
リオキシエチレンエ−テルカルボン酸塩、アルキルフェ
ニルポリオキシエチレンエ−テルカルボン酸塩、硫酸化
脂肪酸アルキルエステル、硫酸モノアシルグリセリン
塩、第二アルカンスルホン酸塩、Ｎ−アシル−Ｎ−メチ
ルタウリン酸、ドデシルベンゼンスルホン酸ソ−ダ、ア
ルキルエ−テルリン酸、リン酸アルキルポリオキシエチ
レン塩、燐酸アルキルフェニルポリオキシエチレン塩、
ナフタレンスルホン酸ソ−ダ、ペルフルオロアルキルリ
ン酸エステル、スルホン酸変性シリコンオイル等が挙げ
られる。これらの中でも、金属石鹸、ＨＬＢが5 以上
の、スルホン型アニオン界面活性剤、燐酸エステル型ア
ニオン性界面活性剤、フッ素系または塩素系アニオン性
界面活性剤およびこれらの２種以上の併用が好ましい。

【００２４】アニオン性界面活性剤は、スラリ−中、
０．０５〜２重量％用いられる。０．０５重量％未満で
は、粒子の分散性が悪く、粒子が沈降しやすい。２重量
％を超えても分散性、研磨速度の効果のより向上は望め
ないし、排水処理の面では少ない方が好ましい。ノニオ
ン性界面活性剤としては、ポリオキシエチレンアルキル
エ−テル、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエ−テ
ル、プルオニック系非イオン性界面活性剤（エチレンオ
キシドとプロピレンオキシドの付加反応物）、脂肪酸ポ
リオキシエチレンエステル、脂肪酸ポリオキシエチレン
ソルビタンエステル、ポリオキシエチレンひまし油、脂
肪酸蔗糖エステル、ポリオキシエチレン・オキシプロピ
レンアルキルエ−テル等が挙げられる。

【００２５】具体的には、ジラウリン酸ポリエチレング
リコ−ルエステル、トリデシルポリオキシエチレンエ−
テル、ノニルフェニルポリオキシエチレンエ−テル、モ
ノステアリン酸ポリエチレングリコ−ル、等が挙げられ
る。好ましくは、ＨＬＢが１０以上の化合物が好まし
い。ノニオン性界面活性剤は、０．１〜１０重量％用い
られる。両性界面活性剤としては、Ｎ−アルキルスルホ
ベタイン変性シリコンオイル、Ｎ−アルキルニトリロト
リ酢酸、Ｎ−アルキルジメチルベタイン、α−トリメチ
ルアンモニオ脂肪酸、Ｎ−アルキルβ−アミノプロピオ
ン酸、Ｎ−アルキルβ−イミノジプロピオン酸塩、Ｎ−
アルキルオキシメチル- Ｎ，Ｎ- ジエチルベタイン、２
−アルキルイミダゾリン誘導体、Ｎ−アルキルスルホベ
タイン等が挙げられる。

【００２６】アニオン性界面活性剤と、ノニオン性界面
活性剤または両性界面活性剤を併用するときは、アニオ
ン性界面活性剤１重量部に対し、ノニオン性界面活性剤
または両性界面活性剤０．１〜５重量部の割合で用い
る。併用により、スラリ−の貯蔵安定性が向上する。研
磨剤スラリ−中に占めるノニオン性界面活性剤または両
性界面活性剤の含有量は、０．１〜１０重量％、好まし
くは０．１〜５重量％である。０．１重量％未満では研
磨剤スラリ−の貯蔵安定性の向上に効果がない。１０重
量％を超えても分散性のより向上は望めない。

【００２７】分散助剤としては、ヘキサメタリン酸ソ−
ダ、オレイン酸、第一リン酸カルシウム等が挙げられ
る。ｐＨ調整剤としては、水酸化カリウム、水酸化ナト
リウム、モルホリン、アンモニア水等が挙げられる。防
錆剤としてはアルカノ−ルアミン・アルカノ−ルアミン
ホウ酸縮合物、モノエタノ−ルアミン、ジエタノ−ルア
ミン、トリエタノ−ルアミン、硼酸アルカノ−ルアミン
塩、ベンズイソチアゾリン類等の含窒素有機化合物が挙
げられる。消泡剤としては、流動パラフィン、ジメチル
シリコンオイル、ステアリン酸モノ、ジ- グリセリド混
合物、ソルビタンモノパルミチエ−ト、等が挙げられ
る。

【００２８】銅張層等の金属を研磨するときは、シリカ
ゲル、酸化剤をイオン交換水に分散させたスラリ−が用
いられる。酸化剤としては、過酸化水素、硝酸鉄、硫酸
銅、硝酸セリウムアンモニウム等が用いられる。必要に
より、硫酸、塩酸、酢酸当の酸が加えられる（特開平８
−１９７４１４号、同９−２０８９３４号、同１０−６
７９８６号、同１０−２２６７８４号、特表平８−５１
０４３７号、ＷＯ９８／２９５１５号参照）。また、絶
縁層を研磨するときは、アルミナ、ヒュ−ムドシリカ、
酸化セリウム等の砥粒を、水酸化カリウム、水酸化アン
モニウム、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド等の
塩基とともに、イオン交換水に分散させたスラリ−が用
いられる（特開平８−１５３６９６号、同９−８２６６
７号）。

【００２９】カラ−識別センサ：カラ−識別センサは、
光を照射（投光）し、反射した光を光ファイバ−に集光
して光の色成分を検出するもので、登録した基準色にど
れだけ近いかを一致度として０〜９９９で表示するデジ
タルカラ−識別センサであって、かつ、予め研磨される
ウエハ上の追跡する物質（金属、絶縁層）の色成分を基
準色としてデジタル値でカラ−識別センサに認識させ、
この色成分が認識される（デジタル値以上の値）ときは
ｏｎの状態にＬＥＤ（赤）表示し、この色成分が認識さ
れない（デジタル値未満の値）ときはｏｆｆの状態にＬ
ＥＤ（緑）表示できるものである。また、ＳＥＴボタン
で感度設定後、色むらや汚れを許容したいときもデジタ
ル値を見ながら許容範囲域の感度微調整できるものであ
る。かかるデジタルカラ−識別センサとしては、キ−エ
ンス（株）よりデジタルカラ−判別センサＣＺ−４１、
ＣＺ−４０（特開平６−２４１９０４号）、およびアン
プ３０１としてＣＺ−Ｖ１が販売されている。これに更
に受光量を各々１２ｂｉｔでデ−タ化するＡ／Ｄコンバ
−タＦＳ０１（商品名）を内蔵させれば色成分の感度ば
かりでなく、光量をも合わせてデジタル表示可能とな
る。このセンサの応答時間は３００μｓ／１ｍｓで、出
力切替は記録（登録）色と同色成分時は出力ｏｎ、登録
色と異色時は出力ｏｆｆのモ−ド、または登録色と同色
時は出力ｏｆｆ、登録色と異色時は出力ｏｎのモ−ドに
切り替えることができる。

【００３０】図３にカラ−識別センサ３００の１例を示
す。カラ−識別センサは認識部であるアンプ３０１と光
をウエハ面に投光し、この反射光を集光する光ファイバ
ユニッド３１３と色成分を記録する記録部と、基準色の
色成分のデ−タを記録するＯＫデ−タ記録部、演算部、
および制御部を備える。アンプ３０１はＳＥＴボタン３
０２、ＬＥＤデジタル数値表示モニタ３０３、出力表示
灯３０４、ＭＯＤＥ切換スイッチ３０５、出力切換スイ
ッチ３０６、設定値調整キ−３０７、光ファイバ−３０
８、レンズ３０９、緑ＬＥＤ３１０、青ＬＥＤ３１１、
赤ＬＥＤ３１２、光ファイバ３１３ａ，３１３ｂが接続
されるコネクタ３１４ａ，３１４ｂ、シ−ケンス等の外
部機器が接続されるケ−ブル３１５を備える。

【００３１】また、アンプ本体は、図４、図５に示す制
御部３１６を有している。制御部（ＣＰＵ）は、ＯＫデ
−タ（ｍ）記憶部のＲＯＭ、デ−タ書き換えのラッチ回
路部のＲＡＭから構成されるマイクロコンピュ−タであ
る。アンプにはＩ／Ｏポ−ト３１７を介してケ−ブル３
１５が接続されている。ケ−ブルにはシ−ケンサ等の外
部機器３１８が接続される。さらに制御部３１６にはＡ
／Ｄコンバ−タ３１９および増幅器（ＡＭＰ）３２０を
介して赤ＬＥＤ３１２、緑ＬＥＤ３１１、青ＬＥＤ３１
０とが接続され、これらは図３に示すように光軸が一直
線上となるように１列に並置され、コネクタ３１４ａに
配置されている。コネクタ３１４ａの延長部には光源の
前記３種のＬＥＤ３１０，３１１，３１２が設けられ、
ドライバ３２２により点灯駆動されるようになってい
る。図４に示すように光源は緑ＬＥＤ、青ＬＥＤおよび
赤ＬＥＤに代えてハロゲンランプ３２１に代えてもよ
い。

【００３２】前記アンプ３０１に接続される光ファイバ
−ユニット３１３は、被検出物（ウエハ）ｗに光を照射
し、その反射光を取り込むための検出端部３２３を有し
ており、単芯の光ファイバ３１３ａ（投光用），複芯の
３１３ｂ（入光用）に接続されている。単芯の光ファイ
バ３１３ａは投光用であり、３種のＬＥＤの光軸が一つ
となった光が導かれる複芯の光ファイバ３１３ｂは入光
用である。図６に入出力回路の接続図を、図７に出力回
路を、図８に入力回路を示す。

【００３３】ウエハ終点検出の測定：図１または図２に
示すように、ＣＭＰ研磨装置１上のまたは下の定められ
た位置に固定された検出端部３２３を介してカラ−識別
センサ３００からウエハｗ表面に投光すると、ウエハか
ら反射した光は検出端部３２３からコネクタを介してセ
ンサ３１０，３１１，３１２，３１３ｂに入光し、色が
０〜９９９の間の値にデジタル表示される。本発明のウ
エハ研磨終点検出方法においては、最初に手動でウエ
ハがＣＭＰ研磨され、この研磨が終了された最適時点の
ウエハ表面上の決められた位置座標（ｘ，ｙ）での物
質、例えば（Ｔｉ、Ｗ等）の色成分を基準色としてカラ
−識別センサ３００に記録させる（例えばＷのデジタル
数値９９５）。

【００３４】以下、説明を容易とするため、全面を銅張
りしたウエハのＣＭＰ研磨を以って説明する。ついで、
手動でウエハを化学機械研磨し、最適な平坦化が行わ
れたときを研磨終点として、そのときのウエハが１回転
する時間（例えば１秒）のｏｎ（９９５〜９９９）を示
すウエハの位置座標（ｘ，ｙ）とセンサが読み取った色
成分のデジタル値（ｍ）をカウンタ−で読み取り、ＯＫ
デ−タ回路（ＲＯＭ）に記憶（入力）する。センサーが
読み取る値はウエハの中心点を中心に同一円周上の値で
ある。

【００３５】ついで、自動ＣＭＰモ−ドに研磨装置１
を変更し、定められた時間（この例ではウエハが１回転
する１秒）毎にウエハの位置座標（ｘ' ，ｙ' ）とセン
サが読み取った色成分のデジタル値（ｎ）をカウンタ−
で読み取り、ラッチ回路（ＲＡＭ）に送信し、前述のＲ
ＯＭに入力された位置座標での色成分のデ−タ値ｍと、
順次ＲＡＭに送信されてくる位置座標（ｘ' ，ｙ' ）と
色成分のデ−タｎの値を比較し、位置座標（ｘ，ｙ）＝
（ｘ' ，ｙ' ）および色成分の値（９９５〜９９９）の
両者が一致したときをウエハの研磨終点としてシ−ケン
サ３１８よりＣＭＰ研磨装置にウエハの回転の終了、研
磨盤の回転の終了を伝え、研磨作業を終了させる。

【００３６】カラ−識別センサは、ｏｎ時は赤ＬＥＤ表
示、ｏｆｆ時は緑ＬＥＤ表示の表示灯を備えているの
で、例えばプラグＷを基準色（デジタル値９９５）とし
て９９５〜９９９の値が検出されたらｏｎに設定すれ
ば、研磨初期は銅が多いので殆どｏｆｆの緑ＬＥＤ表示
がなされ、順次、Ｗが検出されてｏｎの赤ＬＥＤが増加
していくので、アンプ３０１のこのＬＥＤランプを目視
し、赤であるときと緑であるときの回数の割合を比較し
ておれば、銅張りウエハのＣＭＰのときは初期は出てこ
なかった赤の回数が終盤に多くなってくればウエハの研
磨終点が近づいたことが判別できる。図９に銅張りウエ
ハＣＭＰ時の研磨前の銅張りウエハｗの表面状態
（ａ）、研磨途中で銅Ｃｕの一部が研磨されて消滅しデ
バイスのパタ−ンが見えてきた状態（ｂ）および配線に
用いられた銅以外の銅がすべて研磨され、デバイスパタ
−ンがウエハ全面に現れた研磨終点状態ウエハ（ｃ）を
示す。

【００３７】

【発明の効果】本発明のウエハのＣＭＰ研磨終点の検出
方法は、レ−ザ−光の反射光量で検出する従来の研磨終
点検出法、超音波利用の研磨終点検出法と比較して、ウ
エハ上の水分の存在によるレ−ザ−光や音波の乱反射の
影響を受けないので、また、ウエハ表面に段差があっ
て、検出器とウエハ間の距離の変動があっても距離の影
響を受けないカラ−識別センサ−を用いて被検出物のカ
ラ−をデジタル表示で感じるので、極めて正確に研磨終
点を検出できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】カラ−識別センサを備えたＣＭＰ研磨装置の１
例を示す平面図である。

【図２】カラ−識別センサを備えたＣＭＰ研磨装置の他
の例を示す平面図である。

【図３】カラ−識別センサの斜視図である。

【図４】カラ−識別センサのアンプの制御部の平面図で
ある。

【図５】アンプの制御部の詳細を示す平面図である。

【図６】カラ−識別センサの入出力回路の接続図であ
る。

【図７】カラ−識別センサの出力回路の図である。

【図８】カラ−識別センサの入力回路の図である。

【図９】銅張りウエハを研磨したときのウエハ表面状態
の変化を示す上面図である。

【図１０】多層配線構造を有するシリコンウエハの断面
図である。

【図１１】磁気ヘッドの絶縁膜を研磨する際のディスク
の研磨状態の変化を示す図である。

【符号の説明】

ｗ ウエハ １ ＣＭＰ研磨装置 １１ チャック機構 １２ プラテン １３ 研磨剤スラリ− ３００ カラ−識別センサ ３０１ アンプ ３１３ 光ファイバ ３２３ 検出部

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源から光を照射し、その反射光を光フ
   ァイバ−に集光して光の色成分を認識するカラ−識別セ
   ンサを用い、予め研磨されるウエハ上の追跡する物質の
   色成分をカラ−識別センサにデジタル値で認識させ、こ
   の色成分が認識されるときはｏｎの状態に表示し、この
   色成分が認識されないときはｏｆｆの状態に表示し、回
   転しているウエハの表面の点（中心点は除く）に前記カ
   ラ−識別センサより光を照射し、ウエハの位置座標と色
   成分のデジタル値を検出させ、この検出した値（ｍ）と
   位置（ｘ，ｙ）が、予め記録した最適なウエハ研磨終了
   点を示すウエハの色成分のデジタル値（ｎ）とウエハ位
   置（ｘ，ｙ）の値に一致したときをウエハの研磨終点と
   することを特徴とする、ウエハの研磨終点検出方法。
2. 【請求項２】 カラ−識別センサが複数用いられること
   を特徴とする、請求項１に記載のウエハの研磨終点検出
   方法。
3. 【請求項３】 化学機械研磨装置のチャックに取り付け
   られたウエハの研磨面に照射された光の反射光を光ファ
   イバ−に集光し、光の色成分を認識するカラ−識別セン
   サを備えることを特徴とする化学機械研磨装置。
4. 【請求項４】 カラ−識別センサは、（ａ）光源から光
   を照射し、その反射光を光ファイバ−に集光する検出
   部、 （ｂ）集光された光を色成分に分けて認識し、この色成
   分を基準色のデジタル値と比較してデジタル値で示す認
   識部、 （ｃ）回転しているウエハの表面の一点（中心点は除
   く）に光を照射し、反射した入光を色成分のデジタル値
   に前記認識部で検出し、このデジタル値（ｎ）とウエハ
   上の位置座標（ｘ' ，ｙ' ）を記録する記録部（ＲＡ
   Ｍ）、 （ｄ）予め記録されたウエハ上の位置座標（ｘ，ｙ）に
   おける基準色成分のデジタル値（ｍ）のＯＫデ−タ記録
   部（ＲＯＭ） （ｅ）送信されてきた色成分のウエハ上の位置座標
   （ｘ' ，ｙ' ）および色成分のデジタル値（ｎ）とＯＫ
   デ−タとして記録されている色成分の位置座標（ｘ，
   ｙ）およびデジタル値（ｍ）とを比較する演算部、並び
   に、 （ｆ）両者の位置座標が一致（ｘ，ｙ＝ｘ' ，ｙ' ）お
   よび色成分のデジタル値が一致（ｍ＝ｎ）したときに研
   磨終了を指示する制御部（ＣＰＵ）を具備するカラ−識
   別センサであることを特徴とする、請求項3 に記載の化
   学機械研磨装置。