JP2000277472A - 材料層の厚さおよびケミカル−メカニカルポリッシングの終点を決めるための方法 - Google Patents
材料層の厚さおよびケミカル−メカニカルポリッシングの終点を決めるための方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 材料層の厚みをリアルタイムに検出する方法
を提供する。 【解決手段】 材料層へ発された入射光の反射光が測定
される。時間軸に沿って反射光の強度を積分し、その積
分値を、反射光強度の微分値と研磨時間との積によって
除算することにより、Ｉ−Ｄｔ変換曲線が得られる。こ
のＩ−Ｄｔ変換曲線はその曲線上に顕著なピークを有す
るコセカント関数と関連する特性を有するので、材料層
の厚みをリアルタイムに求めることができる。また、変
換された曲線は顕著なピークを有し、関数自体が傾斜の
正負符号を表し、さらに変換された曲線はピーク間で比
較的平らであるので、解析終点を決めるために、正しく
且つ安定な規則が提供され得る。
を提供する。 【解決手段】 材料層へ発された入射光の反射光が測定
される。時間軸に沿って反射光の強度を積分し、その積
分値を、反射光強度の微分値と研磨時間との積によって
除算することにより、Ｉ−Ｄｔ変換曲線が得られる。こ
のＩ−Ｄｔ変換曲線はその曲線上に顕著なピークを有す
るコセカント関数と関連する特性を有するので、材料層
の厚みをリアルタイムに求めることができる。また、変
換された曲線は顕著なピークを有し、関数自体が傾斜の
正負符号を表し、さらに変換された曲線はピーク間で比
較的平らであるので、解析終点を決めるために、正しく
且つ安定な規則が提供され得る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、一般的に、単一の
材料層のリアルタイムの厚さを決めるための方法に関
し、特に、ケミカル−メカニカルポリッシング（化学的
−機械的研磨）（ＣＭＰ）プロセスのための終点を決め
るための方法に関する。
材料層のリアルタイムの厚さを決めるための方法に関
し、特に、ケミカル−メカニカルポリッシング（化学的
−機械的研磨）（ＣＭＰ）プロセスのための終点を決め
るための方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】ケミカル−メカニカルポリッシング（Ｃ
ＭＰ）は、現在、大規模集積（ＶＬＳＩ）回路または超
大規模集積（ＵＬＳＩ）回路を製造する際に大域平坦化
を提供しうる唯一の技術と考えられている。本質的に
は、ＣＭＰは機械研摩における「研磨車」と同様の原理
に基づいている。そして、試薬の助けを借りて、この技
術を使用することによってウェーハの粗面をスムーズに
研磨することができる。
ＭＰ）は、現在、大規模集積（ＶＬＳＩ）回路または超
大規模集積（ＵＬＳＩ）回路を製造する際に大域平坦化
を提供しうる唯一の技術と考えられている。本質的に
は、ＣＭＰは機械研摩における「研磨車」と同様の原理
に基づいている。そして、試薬の助けを借りて、この技
術を使用することによってウェーハの粗面をスムーズに
研磨することができる。
【０００３】半導体デバイスを製造する技術がサブミク
ロン領域に深く入るにつれて、ＣＭＰはＩＣを製造する
際の通常の技術となり、終点検出（ＥＤＰ）方法は、Ｃ
ＭＰプロセスの間にプロセス・ウィンドウ（処理窓）を
拡張して、大量生産の安定問題を克服する際の最も重大
な要因である。
ロン領域に深く入るにつれて、ＣＭＰはＩＣを製造する
際の通常の技術となり、終点検出（ＥＤＰ）方法は、Ｃ
ＭＰプロセスの間にプロセス・ウィンドウ（処理窓）を
拡張して、大量生産の安定問題を克服する際の最も重大
な要因である。
【０００４】絶縁層のための終点検出を実行するため
に、光学的方法は最も普及しているものである。そし
て、それは時間の関数として反射光の強度を測定する。
「ウィンドウロジック（窓理論）」と共に機能して、曲
線上の勾配（傾き）の変曲点を識別することができ、そ
の結果、ＣＭＰプロセスの終点を決めることができる。
この方法は、リアルタイム検出、直接接触がないこと、
および誘導ノイズが少ないこと等の利点を有する。
に、光学的方法は最も普及しているものである。そし
て、それは時間の関数として反射光の強度を測定する。
「ウィンドウロジック（窓理論）」と共に機能して、曲
線上の勾配（傾き）の変曲点を識別することができ、そ
の結果、ＣＭＰプロセスの終点を決めることができる。
この方法は、リアルタイム検出、直接接触がないこと、
および誘導ノイズが少ないこと等の利点を有する。
【０００５】次の段落は、終点検出方法が基づく原理を
記載する。この方法と関連がある問題も、また以下に記
載する。
記載する。この方法と関連がある問題も、また以下に記
載する。
【０００６】図１を参照すると、光Ｉｉｎｃが絶縁層１
０へ入射する。絶縁層１０の上表層、およびその絶縁層
１０とその下の基板１２との間の境界面から反射される
反射光Ｉの強度は、光学干渉の原理から次式より得られ
る。
０へ入射する。絶縁層１０の上表層、およびその絶縁層
１０とその下の基板１２との間の境界面から反射される
反射光Ｉの強度は、光学干渉の原理から次式より得られ
る。
【数４】 ここで、φは次式により表される。
【０００７】φ＝４πｎｄ／λ0ｃｏｓ（αref） ここで、Ｉは反射光の強度、ｔは時間、ＩAは一次反射
光の強度、ＩBは二次反射光の強度、ｎは材料層の屈折
率、ｄは材料層の厚さ、λ0は入射光の波長、αrefは反
射角である。
光の強度、ＩBは二次反射光の強度、ｎは材料層の屈折
率、ｄは材料層の厚さ、λ0は入射光の波長、αrefは反
射角である。
【０００８】上式（１）は、研磨時間（Ｉ−ｔ曲線）対
反射光強度が図２で示すコサイン関数から成ることを示
す。しかし、強度曲線と絶縁層厚さとの間の相関が確立
されなければ、厚さもプロセス（処理）のエンドポイン
ト（終点）も式（１）から得ることができない。従っ
て、例えば、層間絶縁物（ＩＬＤ）または浅い溝絶縁物
（ＳＴＩ）等の単一の絶縁層が付着されるＣＭＰプロセ
スの終点を検出することは、非常に困難である。その理
由は、２つの異なる材料の境界面からくる信号間に強い
信号差が生じないためである。したがって、ＣＭＰプロ
セスの終点は、Ｉ−ｔ曲線の周期的な変動に応じて決め
ることが必要である。
反射光強度が図２で示すコサイン関数から成ることを示
す。しかし、強度曲線と絶縁層厚さとの間の相関が確立
されなければ、厚さもプロセス（処理）のエンドポイン
ト（終点）も式（１）から得ることができない。従っ
て、例えば、層間絶縁物（ＩＬＤ）または浅い溝絶縁物
（ＳＴＩ）等の単一の絶縁層が付着されるＣＭＰプロセ
スの終点を検出することは、非常に困難である。その理
由は、２つの異なる材料の境界面からくる信号間に強い
信号差が生じないためである。したがって、ＣＭＰプロ
セスの終点は、Ｉ−ｔ曲線の周期的な変動に応じて決め
ることが必要である。
【０００９】φ＝ｍπ、ｍ＝０，１，
２，．．．．．．，に対して、それらに対応する厚さｄ
ｍは次式（２）により与えられる。
２，．．．．．．，に対して、それらに対応する厚さｄ
ｍは次式（２）により与えられる。
【００１０】 ｄｍ＝ｍλ0ｃｏｓ（αref）／４ｎ （２） ここで、ある厚さに対応するＩ−ｔ曲線のピーク（頂
点）と谷は、絶縁層の既知の初期厚さを与える。一つの
層の全厚さを研磨することから得られるＩ−ｔ曲線を参
照すると、これらのピークおよび谷は一組の特有の点す
なわち指標を形づくる。そして、それはＣＭＰプロセス
の終点を決めるのに使用することができる。
点）と谷は、絶縁層の既知の初期厚さを与える。一つの
層の全厚さを研磨することから得られるＩ−ｔ曲線を参
照すると、これらのピークおよび谷は一組の特有の点す
なわち指標を形づくる。そして、それはＣＭＰプロセス
の終点を決めるのに使用することができる。
【００１１】図２に示すように、ＣＭＰプロセスの所望
の終点に最も近い曲線上の局所的最小点（極小点）２０
２が得られるが、それはその曲線上で明確に定義されう
るので、「解析終点」２０４と呼ばれる。この局所的な
最小点（極小点）２０２は、傾きの変更点（変曲点）で
あるため、「ウィンドウ・ロジック（窓論理）」によっ
て識別されることができる。解析終点２０４に達した
後、要求される最終厚さ２０６に達するまで、過研磨ス
テップがさらに実行される。
の終点に最も近い曲線上の局所的最小点（極小点）２０
２が得られるが、それはその曲線上で明確に定義されう
るので、「解析終点」２０４と呼ばれる。この局所的な
最小点（極小点）２０２は、傾きの変更点（変曲点）で
あるため、「ウィンドウ・ロジック（窓論理）」によっ
て識別されることができる。解析終点２０４に達した
後、要求される最終厚さ２０６に達するまで、過研磨ス
テップがさらに実行される。
【００１２】したがって、単一の絶縁層（ＩＬＤ）また
は浅い溝絶縁（ＳＴＩ）ＣＭＰプロセスのために、従来
の終点検出技術により、入射光の波長に基づいて、所望
の厚さに近い厚さを有する曲線上の幾つかの局所的最大
点（極大点）／局所的最小点（極小点）が識別される。
は浅い溝絶縁（ＳＴＩ）ＣＭＰプロセスのために、従来
の終点検出技術により、入射光の波長に基づいて、所望
の厚さに近い厚さを有する曲線上の幾つかの局所的最大
点（極大点）／局所的最小点（極小点）が識別される。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上述の原理を
実際に応用するためには、幾つかの問題がまだある。或
る厚さを表すピークおよび谷は曲線上の傾斜（傾き）が
零の点により識別されるが、研磨テーブルの速度上の制
約により、これらの点に対して正確な演算をすることは
容易ではない。例えば、ＣＭＰプロセスのサンプリング
レートは、一般的に、合理的なプロセスパラメータによ
り、１サンプル／秒でしかない。そして、それは傾斜零
の点を正確に識別するのに十分ではない。ピークおよび
谷を零傾斜により識別するよりもっと実際的な方法は、
正の傾斜と負の傾斜との間の変化を識別することにより
曲線上の変曲点によって識別することである。図２は、
解析終点を決める従来の「ウィンドウ・ロジック」方法
を示す。その方法において、観察窓２０８は曲線上の変
曲点を識別することに使用される。この方法は簡単であ
る利点を有するが、しかし、それに関連する精度および
再現性はそれほど良好でない。曲線上のノイズおよび干
渉のために起こるかもしれないエラーを最小限にするた
めに、連続的な３つから４つのウィンドウにより、通常
変曲点を定義することを要求される。この方法は不正確
であるため、曲線上のピークおよび谷を検出する際の成
功した結果は保証されない。
実際に応用するためには、幾つかの問題がまだある。或
る厚さを表すピークおよび谷は曲線上の傾斜（傾き）が
零の点により識別されるが、研磨テーブルの速度上の制
約により、これらの点に対して正確な演算をすることは
容易ではない。例えば、ＣＭＰプロセスのサンプリング
レートは、一般的に、合理的なプロセスパラメータによ
り、１サンプル／秒でしかない。そして、それは傾斜零
の点を正確に識別するのに十分ではない。ピークおよび
谷を零傾斜により識別するよりもっと実際的な方法は、
正の傾斜と負の傾斜との間の変化を識別することにより
曲線上の変曲点によって識別することである。図２は、
解析終点を決める従来の「ウィンドウ・ロジック」方法
を示す。その方法において、観察窓２０８は曲線上の変
曲点を識別することに使用される。この方法は簡単であ
る利点を有するが、しかし、それに関連する精度および
再現性はそれほど良好でない。曲線上のノイズおよび干
渉のために起こるかもしれないエラーを最小限にするた
めに、連続的な３つから４つのウィンドウにより、通常
変曲点を定義することを要求される。この方法は不正確
であるため、曲線上のピークおよび谷を検出する際の成
功した結果は保証されない。
【００１４】使用される異なる材料、環境やプロセスの
バラツキにより、今まで大量生産に対して遭遇した問題
は、信号が研磨材上で生じることにより、厚さ判定が真
の厚さを正確に反映しないことを含んでいる。それに加
えて、非常に短い研磨時間を要求しているＣＭＰプロセ
ス、特に信号周期より短い研磨時間を有するものに対し
て、従来の方法は適用できない。さらに、ウェーハおよ
び環境の差（バラツキ）により、各ウェーハに対する対
応Ｉ−ｔ曲線は振幅および周期において異なり得る。通
常、異なる終点厚さが異なるプロセスに対して必要であ
り、その結果、Ｉ−ｔ曲線上の対応する終点は異なる。
したがって、これらの問題を解決するために、実行可能
な規則を決めることが必要である。
バラツキにより、今まで大量生産に対して遭遇した問題
は、信号が研磨材上で生じることにより、厚さ判定が真
の厚さを正確に反映しないことを含んでいる。それに加
えて、非常に短い研磨時間を要求しているＣＭＰプロセ
ス、特に信号周期より短い研磨時間を有するものに対し
て、従来の方法は適用できない。さらに、ウェーハおよ
び環境の差（バラツキ）により、各ウェーハに対する対
応Ｉ−ｔ曲線は振幅および周期において異なり得る。通
常、異なる終点厚さが異なるプロセスに対して必要であ
り、その結果、Ｉ−ｔ曲線上の対応する終点は異なる。
したがって、これらの問題を解決するために、実行可能
な規則を決めることが必要である。
【００１５】上述した問題の背後にある理由は、従来の
信号解析技術がＩ−ｔ曲線上のピークおよび谷を正確に
識別しないということである。従来の方法は、曲線上の
点の傾斜（傾き）が下っているにせよ或いは上がってい
るにせよ、曲線上の点の傾斜を迅速に且つ正確に識別で
きない。
信号解析技術がＩ−ｔ曲線上のピークおよび谷を正確に
識別しないということである。従来の方法は、曲線上の
点の傾斜（傾き）が下っているにせよ或いは上がってい
るにせよ、曲線上の点の傾斜を迅速に且つ正確に識別で
きない。
【００１６】従って、本発明の目的は、Ｉ−ｔ曲線上で
反射光の強度ピーク及び谷を正確に識別して絶縁層の厚
みを検出することができる方法を提供することである。
反射光の強度ピーク及び谷を正確に識別して絶縁層の厚
みを検出することができる方法を提供することである。
【００１７】本発明の他の目的は、反映光の強度曲線上
の傾斜が下向きか上向きかを迅速且つ正確に決定して、
絶縁層の検出精度を改善しうる方法を提供することであ
る。
の傾斜が下向きか上向きかを迅速且つ正確に決定して、
絶縁層の検出精度を改善しうる方法を提供することであ
る。
【００１８】本発明の更なる目的は、上述した問題点を
克服して、終点検出方法を大量生産プロセスにおいて使
用することができるようにする方法を提供することであ
る。
克服して、終点検出方法を大量生産プロセスにおいて使
用することができるようにする方法を提供することであ
る。
【００１９】本発明の前述した目的および他の目的によ
れば、材料層の厚みをリアルタイムに決める方法が提供
される。時間が経過するにつれて、基板上の材料層の厚
みは減少する。反射光は、材料層へ発された入射光を使
用することによって測定される。時間軸に沿って反射光
の強度を積分し、その積分値を、反射光強度の微分値と
研磨時間との積によって割り算することにより、Ｉ−Ｄ
ｔ変換曲線が得られる。Ｉ−Ｄｔ変換曲線は、曲線上で
顕著なピークを有するコセカント関数と関連する特性を
有するので、材料層の厚みをリアルタイムで決めること
ができる。
れば、材料層の厚みをリアルタイムに決める方法が提供
される。時間が経過するにつれて、基板上の材料層の厚
みは減少する。反射光は、材料層へ発された入射光を使
用することによって測定される。時間軸に沿って反射光
の強度を積分し、その積分値を、反射光強度の微分値と
研磨時間との積によって割り算することにより、Ｉ−Ｄ
ｔ変換曲線が得られる。Ｉ−Ｄｔ変換曲線は、曲線上で
顕著なピークを有するコセカント関数と関連する特性を
有するので、材料層の厚みをリアルタイムで決めること
ができる。
【００２０】本発明の前述の目的および他の目的によれ
ば、ＣＭＰプロセス中に、所望の厚さを有する終点を決
める方法が提供される。ＣＭＰプロセスの実行中に、反
射光は材料層へ発される入射光を使用して測定される。
時間軸に沿って反射光の強度を積分し、その積分値を、
反射光強度の微分値と研磨時間との積で割り算すること
により、Ｉ−Ｄｔ変換曲線を得ることができる。Ｉ−Ｄ
ｔ変換曲線は曲線上の顕著なピーク値を有するコセカン
ト関数と関連する特性を有するので、材料層の厚みをリ
アルタイムで決めることができる。したがって、所望の
厚さを有する終点が求められる。
ば、ＣＭＰプロセス中に、所望の厚さを有する終点を決
める方法が提供される。ＣＭＰプロセスの実行中に、反
射光は材料層へ発される入射光を使用して測定される。
時間軸に沿って反射光の強度を積分し、その積分値を、
反射光強度の微分値と研磨時間との積で割り算すること
により、Ｉ−Ｄｔ変換曲線を得ることができる。Ｉ−Ｄ
ｔ変換曲線は曲線上の顕著なピーク値を有するコセカン
ト関数と関連する特性を有するので、材料層の厚みをリ
アルタイムで決めることができる。したがって、所望の
厚さを有する終点が求められる。
【００２１】前述の一般的な記述や以下の詳細な説明は
例示的なものであり、特許請求の範囲に記載された本発
明の更なる説明を提供することを目的とすることを理解
すべきである。
例示的なものであり、特許請求の範囲に記載された本発
明の更なる説明を提供することを目的とすることを理解
すべきである。
【００２２】添付図面は、本発明の更なる理解を与える
ために含まれており、この明細書に組み込まれて、その
一部を構成するものである。
ために含まれており、この明細書に組み込まれて、その
一部を構成するものである。
【００２３】図面は、本発明の実施の形態を例示してお
り、明細書の記載と共に、本発明の原理を説明するのに
役立つ。
り、明細書の記載と共に、本発明の原理を説明するのに
役立つ。
【００２４】
【発明の実施の形態】以下、添付図面に図示された、本
発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。図面
および明細書の記載において同一或いは類似部分に言及
するために、可能な限り、同一の参照符号が使用され
る。
発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。図面
および明細書の記載において同一或いは類似部分に言及
するために、可能な限り、同一の参照符号が使用され
る。
【００２５】以下の段落は、本発明が基づいている原理
及び従来の方法に対する改良について記載する。反映光
の強度が時間軸に沿って積分される。そして反射光の強
度の積分値は、いわゆるＩ−Ｄｔ変換を得るために反射
光強度の微分値と研磨時間との積で除される。Ｉ−Ｄｔ
変換は、図２に示されるＩ−ｔ曲線と対比して、図３に
示されるような線図として描かれている。Ｉ−Ｄｔ変換
によって変換される反射光の強度は、以下のように記述
することができる。
及び従来の方法に対する改良について記載する。反映光
の強度が時間軸に沿って積分される。そして反射光の強
度の積分値は、いわゆるＩ−Ｄｔ変換を得るために反射
光強度の微分値と研磨時間との積で除される。Ｉ−Ｄｔ
変換は、図２に示されるＩ−ｔ曲線と対比して、図３に
示されるような線図として描かれている。Ｉ−Ｄｔ変換
によって変換される反射光の強度は、以下のように記述
することができる。
【数５】 ここで、次の式で表される。
【００２６】φ＝４πｎｄ／λ0ｃｏｓ（αref） ここで、Ｉは反射光の強度、ｔは時間、ＩAは一次反射
光の強度、ＩBは二次反射光の強度、ｎは材料層の屈折
率、ｄは材料層の厚さ、λ0は入射光の波長、αrefは反
射角である。
光の強度、ＩBは二次反射光の強度、ｎは材料層の屈折
率、ｄは材料層の厚さ、λ0は入射光の波長、αrefは反
射角である。
【００２７】上式（３）においてｄｔ／ｄφは定数であ
り、したがって、式（３）の右側の第２項は時間が増大
する共に無視してよい。従って、式（３）の右側の初項
は、支配的な因子になる。すなわち、変換された曲線
は、図３で示すコセカント関数と関連する特性を有す
る。変換された曲線は以下の効果を有すると理解され
る。
り、したがって、式（３）の右側の第２項は時間が増大
する共に無視してよい。従って、式（３）の右側の初項
は、支配的な因子になる。すなわち、変換された曲線
は、図３で示すコセカント関数と関連する特性を有す
る。変換された曲線は以下の効果を有すると理解され
る。
【００２８】１． Ｉ−Ｄｔ変換曲線上のピークおよび
谷は顕著であり、簡単に識別される。そして、従来の方
法を使用してピークを識別するために遭遇する問題が克
服される。微分項が分母にあるので、ピークは、正確に
識別される得るピークおよび谷で明確に曲線上に形成さ
れる。例えば、ピークは図３内の曲線上で解析終点とし
て識別される。Ｉ−Ｄｔ変換曲線から得られる解析終点
は、非常に正確にＩ−ｔ曲線から得られる端点に、非常
に近い。従来の方法と比較して、本発明は、従来の曲線
上の変曲点を決めるために連続的な３つから４つのウィ
ンドウを使用するためのウィンドウ・ロジックを必要と
しない。さらに、Ｉ−Ｄｔ変換曲線上のピークは、本発
明の好適な一実施の形態によるＩ−ｔ曲線上のピークお
よび谷に対応する。
谷は顕著であり、簡単に識別される。そして、従来の方
法を使用してピークを識別するために遭遇する問題が克
服される。微分項が分母にあるので、ピークは、正確に
識別される得るピークおよび谷で明確に曲線上に形成さ
れる。例えば、ピークは図３内の曲線上で解析終点とし
て識別される。Ｉ−Ｄｔ変換曲線から得られる解析終点
は、非常に正確にＩ−ｔ曲線から得られる端点に、非常
に近い。従来の方法と比較して、本発明は、従来の曲線
上の変曲点を決めるために連続的な３つから４つのウィ
ンドウを使用するためのウィンドウ・ロジックを必要と
しない。さらに、Ｉ−Ｄｔ変換曲線上のピークは、本発
明の好適な一実施の形態によるＩ−ｔ曲線上のピークお
よび谷に対応する。
【００２９】２． 変換された関数自体は、曲線上の
傾斜の正負符号（正か負かを表す符号）を表す。したが
って、従来の方法における不正確さの問題が克服され
る。積分項が単調に増加する関数であるので、微分項
が、変換された関数が正であるか負であるかを決める。
すなわち、変換された関数自体は、傾斜の正負符号を表
す。Ｉ−Ｄｔ変換曲線上の点が上がっているか、下って
いるかが迅速且つ正確に決められる。
傾斜の正負符号（正か負かを表す符号）を表す。したが
って、従来の方法における不正確さの問題が克服され
る。積分項が単調に増加する関数であるので、微分項
が、変換された関数が正であるか負であるかを決める。
すなわち、変換された関数自体は、傾斜の正負符号を表
す。Ｉ−Ｄｔ変換曲線上の点が上がっているか、下って
いるかが迅速且つ正確に決められる。
【００３０】３． 短い研磨時間プロセスを解析する際
に、特に完全な周期的サイクルより短い研磨時間を有す
るプロセスのために、二重の信号特性が提供される。φ
＝ｍπからφ＝（ｍ＋１）πまでＩ−ｔ曲線上の傾斜は
同じであるので、従来の方法（Ｉ−ｔ曲線）は、この区
間内では、ピークを正確に識別しない。しかし、変換さ
れた曲線（Ｉ−Ｄ：変換曲線）を使用することによっ
て、図４に示すように、この区間内で２つのピークが識
別される。したがって、周期的サイクルより短い研磨時
間プロセスのために、Ｉ−Ｄｔ変換によって、より多く
の情報が提供され得る。
に、特に完全な周期的サイクルより短い研磨時間を有す
るプロセスのために、二重の信号特性が提供される。φ
＝ｍπからφ＝（ｍ＋１）πまでＩ−ｔ曲線上の傾斜は
同じであるので、従来の方法（Ｉ−ｔ曲線）は、この区
間内では、ピークを正確に識別しない。しかし、変換さ
れた曲線（Ｉ−Ｄ：変換曲線）を使用することによっ
て、図４に示すように、この区間内で２つのピークが識
別される。したがって、周期的サイクルより短い研磨時
間プロセスのために、Ｉ−Ｄｔ変換によって、より多く
の情報が提供され得る。
【００３１】４． 従来の方法と比較して、より広い解
析領域を提供することができる。Ｉ−Ｄｔ変換曲線はφ
＝ｍπからφ＝（ｍ＋１）πまで比較的平らであるの
で、異なる製品間或いはウェーハ間のバラツキを排除す
ることができる。したがって、振幅のバラツキによる従
来の方法における不確実な成功検出率（成功した検出
率）の問題を解決することができる。それから、異なる
製品のための解析終点を決めるために、同一の規則を使
用することが可能になる。
析領域を提供することができる。Ｉ−Ｄｔ変換曲線はφ
＝ｍπからφ＝（ｍ＋１）πまで比較的平らであるの
で、異なる製品間或いはウェーハ間のバラツキを排除す
ることができる。したがって、振幅のバラツキによる従
来の方法における不確実な成功検出率（成功した検出
率）の問題を解決することができる。それから、異なる
製品のための解析終点を決めるために、同一の規則を使
用することが可能になる。
【００３２】５．騒音防止の能力は、ノイズが積分項に
よって吸収されるので、従来の方法と比較して改善され
る。さらに、異なる研磨テーブル間の信号レベルの差
（バラツキ）による問題もまた解消される。
よって吸収されるので、従来の方法と比較して改善され
る。さらに、異なる研磨テーブル間の信号レベルの差
（バラツキ）による問題もまた解消される。
【００３３】上述の説明から、Ｉ−Ｄｔ変換曲線が図３
に示すコセカント関数と関連した特性を有することが理
解されよう。この曲線は、時間軸に沿って反射光の強度
を積分し、その積分値を反射光強度の微分と研磨時間と
の積で除することによって得ることができる。変換され
た曲線は顕著なピークを有するので、関数自体は傾斜の
正負符号を表し、また変換された曲線はピーク間で比較
的平らであるため、解析終点を決めるために、正しく且
つ安定した規則を提供することができる。従って、従来
の方法で遭遇する問題が克服される。
に示すコセカント関数と関連した特性を有することが理
解されよう。この曲線は、時間軸に沿って反射光の強度
を積分し、その積分値を反射光強度の微分と研磨時間と
の積で除することによって得ることができる。変換され
た曲線は顕著なピークを有するので、関数自体は傾斜の
正負符号を表し、また変換された曲線はピーク間で比較
的平らであるため、解析終点を決めるために、正しく且
つ安定した規則を提供することができる。従って、従来
の方法で遭遇する問題が克服される。
【００３４】本発明は、ＣＭＰプロセスにおいて絶縁層
の厚さを検出するばかりでなく、同様の原理に基づく光
学装置にも適用することができる。
の厚さを検出するばかりでなく、同様の原理に基づく光
学装置にも適用することができる。
【００３５】材料層の厚みを調べる方法を以下のパラグ
ラフで説明する。材料層が研磨されて、その結果、時間
が経つにつれて、材料層の厚みは徐々に減少する。研磨
プロセスの間、入射光源、例えばレーザー光が材料上へ
連続的に入射する。そして入射光は材料層の上表面およ
び底表層から反射される。反射光は集められて、それ強
度が測定される。反射された光の強度Ｉは、時間ｔによ
って積分され、そして時間ｔにより微分される。反射光
の強度の微分は、Ｉ’によって表される。そして、Ｉ−
ｔ変換、すなわち、Ｉ−Ｄｔの関係が式（３）として引
き出され、そのＩ−Ｄｔ曲線が図３に示される。そこに
は、Ｉ−Ｄｔ曲線のいくつかの明瞭なピーク３０８、３
１２、３１４、３１６が示されている。ピーク３０８〜
３１６の間で、平らな曲線は、材料層の除去率（速度）
がリニアであることを示している。ピーク３０８〜３１
６は、材料の厚さの或る値を反映している。これらのピ
ーク３０８〜３１６の厚みは、ｄｍの関係から導き出す
ことができる。したがって、いかなる２つのピーク間の
リアルタイム厚さも得ることができる。すなわち、ピー
ク３０８〜３１６の厚さ値が先ず計算される。２つのピ
ーク３０８〜３１６間の厚さの差が得られる。そして、
２つのピーク３０８〜３１６間のいかなる点において
も、れらの厚さの差を２つのピーク３０８〜３１６間の
時間間隔で割ることにより、除去率を求めることができ
る。このようにして、ある点の厚みは、前のピークの厚
みから、前記ある点と前のピークとの間の時間間隔と除
去率との積を差し引くことによって決めることができ
る。
ラフで説明する。材料層が研磨されて、その結果、時間
が経つにつれて、材料層の厚みは徐々に減少する。研磨
プロセスの間、入射光源、例えばレーザー光が材料上へ
連続的に入射する。そして入射光は材料層の上表面およ
び底表層から反射される。反射光は集められて、それ強
度が測定される。反射された光の強度Ｉは、時間ｔによ
って積分され、そして時間ｔにより微分される。反射光
の強度の微分は、Ｉ’によって表される。そして、Ｉ−
ｔ変換、すなわち、Ｉ−Ｄｔの関係が式（３）として引
き出され、そのＩ−Ｄｔ曲線が図３に示される。そこに
は、Ｉ−Ｄｔ曲線のいくつかの明瞭なピーク３０８、３
１２、３１４、３１６が示されている。ピーク３０８〜
３１６の間で、平らな曲線は、材料層の除去率（速度）
がリニアであることを示している。ピーク３０８〜３１
６は、材料の厚さの或る値を反映している。これらのピ
ーク３０８〜３１６の厚みは、ｄｍの関係から導き出す
ことができる。したがって、いかなる２つのピーク間の
リアルタイム厚さも得ることができる。すなわち、ピー
ク３０８〜３１６の厚さ値が先ず計算される。２つのピ
ーク３０８〜３１６間の厚さの差が得られる。そして、
２つのピーク３０８〜３１６間のいかなる点において
も、れらの厚さの差を２つのピーク３０８〜３１６間の
時間間隔で割ることにより、除去率を求めることができ
る。このようにして、ある点の厚みは、前のピークの厚
みから、前記ある点と前のピークとの間の時間間隔と除
去率との積を差し引くことによって決めることができ
る。
【００３６】図３を参照すると、本発明はまた、ＣＭＰ
プロセスの終点を調べる方法を提供する。材料層がＣＭ
Ｐによって研磨される間、入射光、例えばレーザー光が
材料の上へ連続的に入射する。入射光の反射された光は
集められて、その強度が記録される。それから、その強
度が時間により積分、微分される。そして、強度の積分
値を、強度の微分値と時間との積で除することにより、
Ｉ−Ｄｔ曲線が得られる。ピーク３０８〜３１６は材料
層の特徴的な厚さ値を反映する。すなわち、これらのピ
ーク３０８〜３１６で、パラメータはφ＝ｍπ（ｍは正
整数または零）である。このようにして、これらのピー
ク３０８〜３０６の厚さ値が次式により計算される。
プロセスの終点を調べる方法を提供する。材料層がＣＭ
Ｐによって研磨される間、入射光、例えばレーザー光が
材料の上へ連続的に入射する。入射光の反射された光は
集められて、その強度が記録される。それから、その強
度が時間により積分、微分される。そして、強度の積分
値を、強度の微分値と時間との積で除することにより、
Ｉ−Ｄｔ曲線が得られる。ピーク３０８〜３１６は材料
層の特徴的な厚さ値を反映する。すなわち、これらのピ
ーク３０８〜３１６で、パラメータはφ＝ｍπ（ｍは正
整数または零）である。このようにして、これらのピー
ク３０８〜３０６の厚さ値が次式により計算される。
【００３７】ｄｍ＝ｍλ0ｃｏｓ（αref）／４ｎ 材料層の推定さ終点に最も近いピーク３０８〜３１６の
うちの１つが選ばれる。終点に達した後に、材料層は、
期間ｔｏｖｅｒの間、更に研磨される。
うちの１つが選ばれる。終点に達した後に、材料層は、
期間ｔｏｖｅｒの間、更に研磨される。
【００３８】本発明の構成に対して、多様な変更例およ
び変形例が、本発明の範囲及び精神から逸脱することな
く、作られ得ることは、当業者にとって明らかであろ
う。以上のように、本発明は、その変更例および変形例
が本発明の請求の範囲およびその均等物の範囲内に入る
限り、それらをカバーするように意図される。
び変形例が、本発明の範囲及び精神から逸脱することな
く、作られ得ることは、当業者にとって明らかであろ
う。以上のように、本発明は、その変更例および変形例
が本発明の請求の範囲およびその均等物の範囲内に入る
限り、それらをカバーするように意図される。
【図１】 ＣＭＰプロセス中に絶縁層の終点を検出する
従来の光学的方法を示す回路図である。
従来の光学的方法を示す回路図である。
【図２】 所望の厚さを有する終点を決めるための研磨
時間対反射光強度の関係を示す概略図である。
時間対反射光強度の関係を示す概略図である。
【図３】 本発明の好適な一実施例により、反射光強度
を時間軸に沿って積分し、その積分値を、反射光強度の
微分値と研磨時間との積により割り算して求めたＩ−Ｄ
ｔ変換曲線の概略図である。
を時間軸に沿って積分し、その積分値を、反射光強度の
微分値と研磨時間との積により割り算して求めたＩ−Ｄ
ｔ変換曲線の概略図である。
【図４】 本発明の好適な一実施例による、短い研磨時
間のＣＭＰプロセスを分析する際のＩ−Ｄｔ変換曲線の
概略図である。
間のＣＭＰプロセスを分析する際のＩ−Ｄｔ変換曲線の
概略図である。
１０ 絶縁層、１２ 基板、２０４ 解析終点、２０６
最終厚さ、２０８観察窓、３０８〜３１６ ピーク。
最終厚さ、２０８観察窓、３０８〜３１６ ピーク。
Claims (8)
- 【請求項１】 材料の厚が時間の経過とともに減少され
る材料層の厚さを求める方法であって、 研磨ステップを実行すると共に、入射光を前記材料の上
へ連続的に照射する工程と、 前記入射光の反射光強度Ｉを測定する工程と、 反射光の強度を時間で積分、微分する工程と、 前記反射光の強度の微分値と時間との積によって、前記
反射光の強度の積分値を除算することによって、前記材
料層の特性厚さ値を反映する複数のピークを有するＩ−
Ｄｔ曲線を得る工程と、 反射の光学原理を用いて前記材料層の各特性厚さ値を得
る工程と、 前記複数のピークから２つのピークを選択してそれら２
つのピーク間の厚さの差を求めると共に、これらの２つ
のピーク間の時間間隔を記録する工程と、 比例関係によって前記２つのピーク間の除去率を求める
工程と、 前記２つのピーク間の或る時刻で、前記２つのピーク間
の前記或る時刻よりも前のピークの厚さ値から、前記前
のピークと前記或る時刻との間の時間間隔と前記除去率
との積を差し引くことによって、リアルタイムの厚さを
得る工程と、 を備える材料層の厚さを決める方法。 - 【請求項２】 前記反射光の強度は次式によって計算さ
れる請求項１記載の方法。 【数１】 ここで、φは次式により表される。 φ＝４πｎｄ／λ0ｃｏｓ（αref） ここで、Ｉは反射光の強度、ＩAおよびＩBはそれぞれ一
次反射光の強度および二次反射光の強度、ｎは屈折率、
ｄは或る時点におけるリアルタイムの厚さ、λ0は入射
光の波長、αrefは反射角である。 - 【請求項３】 Ｉ−Ｄｔ変換は、次式により表される請
求項２記載の方法。 【数２】 ここで、Ｉ’はＩの積分値である。 - 【請求項４】 前記Ｉ−Ｄｔ変換曲線のピークが、φ＝
ｍπを反映し、次式により算出される厚さ値ｄｍを有す
る請求項２記載の方法。 ｄｍ＝ｍλ0ｃｏｓ（αref）／４ｎ ここで、ｍは正の整数或いは零である。 - 【請求項５】 ケミカル−メカニカルポリッシング（Ｃ
ＭＰ）プロセスのための終点を求める方法であって、 ＣＭＰによって材料層を研磨する工程と、 入射光により前記材料層を連続的に照射する工程と、 反射光の強度を時間軸に沿って積分し、前記反射光の強
度の微分値と研磨時間との積によって、前記反射光の強
度の積分値を除算してＩ−Ｄｔ曲線を求める工程であっ
て、前記Ｉ−Ｄｔ曲線が、その曲線上に顕著なピークを
有するコセカント関数と関連する特性を有する工程と、 推定された終点に最も近い顕著なピークを選択する工程
と、 所望の厚さに応じて、前記材料層を或る時間間隔で過研
磨する工程と、 を備える、ケミカル−メカニカルポリッシング（ＣＭ
Ｐ）プロセスのための終点を求める方法。 - 【請求項６】 Ｉ−Ｄｔ変換は、次式により表される請
求項２記載の方法。 【数３】 ここで、Ｉ’はＩの積分値であり、φは次式により与え
られる。 φ＝４πｎｄ／λ0ｃｏｓ（αref） ここで、Ｉは反射光の強度、ＩAおよびＩBはそれぞれ一
次反射光の強度および二次反射光の強度、ｎは屈折率、
ｄは或る時点のリアルタイムの厚さ、λ0は入射光の波
長、αrefは反射角である。 - 【請求項７】 複数のピークを有する前記Ｉ−Ｄｔ変換
曲線が、φ＝ｍπと、次式とにより算出される前記材料
層の厚さ値ｄｍを有する請求項５記載の方法。 ｄｍ＝ｍλ0ｃｏｓ（αref）／４ｎ ここで、ｍは正の整数或いは零である。 - 【請求項８】 前記材料層は絶縁層よりなる請求項５記
載の方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US09/260,202 US6309555B1 (en) | 1999-03-01 | 1999-03-01 | Method for determining thickness of material layer and chemical mechanical polishing endpoint |
| JP11082618A JP3044040B1 (ja) | 1999-03-01 | 1999-03-25 | 材料層の厚さおよびケミカル―メカニカルポリッシングの終点を決めるための方法 |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US09/260,202 US6309555B1 (en) | 1999-03-01 | 1999-03-01 | Method for determining thickness of material layer and chemical mechanical polishing endpoint |
| JP11082618A JP3044040B1 (ja) | 1999-03-01 | 1999-03-25 | 材料層の厚さおよびケミカル―メカニカルポリッシングの終点を決めるための方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP3044040B1 JP3044040B1 (ja) | 2000-05-22 |
| JP2000277472A true JP2000277472A (ja) | 2000-10-06 |
Family
ID=26423647
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11082618A Expired - Fee Related JP3044040B1 (ja) | 1999-03-01 | 1999-03-25 | 材料層の厚さおよびケミカル―メカニカルポリッシングの終点を決めるための方法 |
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| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6309555B1 (ja) |
| JP (1) | JP3044040B1 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100380911B1 (ko) * | 2000-04-26 | 2003-04-18 | 닛본 덴기 가부시끼가이샤 | 반도체 웨이퍼 연마 종점 검출 시스템 및 그 방법 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6395563B1 (en) * | 1998-12-28 | 2002-05-28 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Device for manufacturing semiconductor device and method of manufacturing the same |
| JP2003168666A (ja) * | 2001-12-03 | 2003-06-13 | Nikon Corp | 膜層状態測定方法、膜層状態測定装置、研磨装置及び半導体デバイスの製造方法 |
| JP3779636B2 (ja) * | 2002-03-27 | 2006-05-31 | 株式会社東芝 | 光学測定による残膜の判定方法 |
| US6509249B1 (en) * | 2002-05-28 | 2003-01-21 | Macronix International Co., Ltd. | Method of fabricating shallow trench isolation |
| KR102447105B1 (ko) | 2020-12-01 | 2022-09-27 | 김기천 | 두가지 배율 확대경 |
| CN115097570B (zh) * | 2022-08-22 | 2023-04-07 | 上海羲禾科技有限公司 | 一种波导的刻蚀方法 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4454001A (en) * | 1982-08-27 | 1984-06-12 | At&T Bell Laboratories | Interferometric method and apparatus for measuring etch rate and fabricating devices |
| JPH02137852A (ja) * | 1988-11-18 | 1990-05-28 | Dainippon Screen Mfg Co Ltd | フォトレジストの現像終点検出方法 |
| US5695601A (en) * | 1995-12-27 | 1997-12-09 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Method for planarizing a semiconductor body by CMP method and an apparatus for manufacturing a semiconductor device using the method |
| US6010538A (en) * | 1996-01-11 | 2000-01-04 | Luxtron Corporation | In situ technique for monitoring and controlling a process of chemical-mechanical-polishing via a radiative communication link |
| US6024628A (en) * | 1999-01-22 | 2000-02-15 | United Microelectronics Corp. | Method of determining real time removal rate for polishing |
-
1999
- 1999-03-01 US US09/260,202 patent/US6309555B1/en not_active Expired - Fee Related
- 1999-03-25 JP JP11082618A patent/JP3044040B1/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100380911B1 (ko) * | 2000-04-26 | 2003-04-18 | 닛본 덴기 가부시끼가이샤 | 반도체 웨이퍼 연마 종점 검출 시스템 및 그 방법 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3044040B1 (ja) | 2000-05-22 |
| US6309555B1 (en) | 2001-10-30 |
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