JP2001077068A - 半導体ウエハの研磨終点検出方法及びその装置 - Google Patents
半導体ウエハの研磨終点検出方法及びその装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 研磨材における散乱、入射する赤外光の光量
及び照射面積の変化等の影響を受けることなく、高精度
に研磨終点を検出することができる半導体ウエハの研磨
終点検出方法及び半導体ウエハ研磨検出装置を提供す
る。 【解決手段】 赤外光照射源７から照射された赤外光を
分光器８により分光し、ウエハ支持台２の透過窓２ａを
透過させて半導体ウエハ１に入射させる。半導体ウエハ
１を透過し、反射板４で反射して再度半導体ウエハ１を
透過し、ハーフミラー１０で反射した各波長成分の光の
強度を、赤外線検出器１１により検出し、計測装置１２
がこれに基づき吸光度を求め、一の波長成分の吸光度を
他の波長成分の吸光度で正規化し、これを指標として研
磨の終点を検出する。
及び照射面積の変化等の影響を受けることなく、高精度
に研磨終点を検出することができる半導体ウエハの研磨
終点検出方法及び半導体ウエハ研磨検出装置を提供す
る。 【解決手段】 赤外光照射源７から照射された赤外光を
分光器８により分光し、ウエハ支持台２の透過窓２ａを
透過させて半導体ウエハ１に入射させる。半導体ウエハ
１を透過し、反射板４で反射して再度半導体ウエハ１を
透過し、ハーフミラー１０で反射した各波長成分の光の
強度を、赤外線検出器１１により検出し、計測装置１２
がこれに基づき吸光度を求め、一の波長成分の吸光度を
他の波長成分の吸光度で正規化し、これを指標として研
磨の終点を検出する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ウエハの薄
膜を研磨するときに研磨終点を検出する方法及びその実
施に使用する装置に関する。
膜を研磨するときに研磨終点を検出する方法及びその実
施に使用する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＬＳＩ又はＬＣＤ等の半導体装置の製造
工程において、基板上に形成した薄膜を除去する方法の
１つとして研磨がある。この研磨は、半導体ウエハをウ
エハ支持台に固着させ、これを、研磨スラリが供給され
た研磨台に押し当て、半導体ウエハと研磨台とを相対運
動させることにより実施されている。この研磨方法にお
いては、研磨量は半導体ウエハを研磨台に押し付ける圧
力、研磨スラリの温度、研磨スラリの状態（研磨粒密度
等）、研磨台の表面粗さ等により変化するので、研磨中
に研磨量を検出し、研磨の終点を検知するのが好まし
い。
工程において、基板上に形成した薄膜を除去する方法の
１つとして研磨がある。この研磨は、半導体ウエハをウ
エハ支持台に固着させ、これを、研磨スラリが供給され
た研磨台に押し当て、半導体ウエハと研磨台とを相対運
動させることにより実施されている。この研磨方法にお
いては、研磨量は半導体ウエハを研磨台に押し付ける圧
力、研磨スラリの温度、研磨スラリの状態（研磨粒密度
等）、研磨台の表面粗さ等により変化するので、研磨中
に研磨量を検出し、研磨の終点を検知するのが好まし
い。
【０００３】研磨量の検出方法として、特開平４−２５
５２１８号公報には、半導体ウエハにレーザ光を入射さ
せて反射した光により、薄膜の膜厚を測定する方法が開
示されている。この方法においては、半導体ウエハの一
部を研磨台からオーバーハングさせ、膜厚を測定する部
分から研磨スラリ等を除去して清浄化した後に、レーザ
干渉を利用して膜厚を測定している。また、特開平７−
２８３１７８号公報には、ＳｉＯ2 膜が形成された半導
体ウエハに、裏面から赤外光を入射させ、半導体ウエハ
を透過した光を検出し、ＳｉＯ2 膜に吸収される特定波
長の赤外光の吸収ピークを求めて、ＳｉＯ2 膜の膜厚を
測定する方法が開示されている。
５２１８号公報には、半導体ウエハにレーザ光を入射さ
せて反射した光により、薄膜の膜厚を測定する方法が開
示されている。この方法においては、半導体ウエハの一
部を研磨台からオーバーハングさせ、膜厚を測定する部
分から研磨スラリ等を除去して清浄化した後に、レーザ
干渉を利用して膜厚を測定している。また、特開平７−
２８３１７８号公報には、ＳｉＯ2 膜が形成された半導
体ウエハに、裏面から赤外光を入射させ、半導体ウエハ
を透過した光を検出し、ＳｉＯ2 膜に吸収される特定波
長の赤外光の吸収ピークを求めて、ＳｉＯ2 膜の膜厚を
測定する方法が開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
４−２５５２１８号公報に開示された方法においては、
研磨スラリの成分が残存している場合に、これらがレー
ザ光を散乱させるため、測定精度が悪いという問題があ
った。また、特開平７−２８３１７８号公報に開示され
た方法においては、研磨スラリによる散乱、入射する赤
外光の光量及び照射面積の変化等により、赤外光の吸収
ピークの高さが変化して測定精度が悪いという問題があ
った。
４−２５５２１８号公報に開示された方法においては、
研磨スラリの成分が残存している場合に、これらがレー
ザ光を散乱させるため、測定精度が悪いという問題があ
った。また、特開平７−２８３１７８号公報に開示され
た方法においては、研磨スラリによる散乱、入射する赤
外光の光量及び照射面積の変化等により、赤外光の吸収
ピークの高さが変化して測定精度が悪いという問題があ
った。
【０００５】本発明は斯かる事情に鑑みてなされたもの
であり、光を半導体ウエハに入射して透過させ、薄膜に
選択的に吸収される一の波長成分の吸光度、及び基板に
選択的に吸収される他の波長成分の吸光度を求め、前者
の吸光度を後者の吸光度で正規化し、これを指標とする
ことにより、研磨材における散乱、入射する赤外光の光
量及び照射面積の変化等の影響を受けることなく、高精
度に研磨終点を検出することができる半導体ウエハの研
磨終点検出方法、及びその実施に使用する半導体ウエハ
研磨検出装置を提供することを目的とする。また、半導
体ウエハがシリコンウエハである場合に、前記他の波長
をシリコン原子の結合に起因する格子モードの吸収線の
波長にすることにより、研磨の影響を受けることなく、
高精度に研磨終点を検出することができる半導体ウエハ
の研磨終点検出方法を提供することを目的とする。そし
て、本発明は、薄膜に選択的に吸収される一の波長成分
の吸光度を求め、これを指標とすることにより、精度よ
く研磨終点を検出することができる半導体ウエハの研磨
終点検出方法及び半導体ウエハ研磨検出装置を提供する
ことを目的とする。
であり、光を半導体ウエハに入射して透過させ、薄膜に
選択的に吸収される一の波長成分の吸光度、及び基板に
選択的に吸収される他の波長成分の吸光度を求め、前者
の吸光度を後者の吸光度で正規化し、これを指標とする
ことにより、研磨材における散乱、入射する赤外光の光
量及び照射面積の変化等の影響を受けることなく、高精
度に研磨終点を検出することができる半導体ウエハの研
磨終点検出方法、及びその実施に使用する半導体ウエハ
研磨検出装置を提供することを目的とする。また、半導
体ウエハがシリコンウエハである場合に、前記他の波長
をシリコン原子の結合に起因する格子モードの吸収線の
波長にすることにより、研磨の影響を受けることなく、
高精度に研磨終点を検出することができる半導体ウエハ
の研磨終点検出方法を提供することを目的とする。そし
て、本発明は、薄膜に選択的に吸収される一の波長成分
の吸光度を求め、これを指標とすることにより、精度よ
く研磨終点を検出することができる半導体ウエハの研磨
終点検出方法及び半導体ウエハ研磨検出装置を提供する
ことを目的とする。
【０００６】さらに、本発明は、ウエハ支持台に設けた
透過窓を介し、光を半導体ウエハに入射して透過させ、
透過した光を反射手段により反射させ、再度半導体ウエ
ハを透過させた光の強度を測定することにより、研磨ス
ラリ等で環境の良くない装置下部には反射手段のみを設
置し、光軸調整等の点で振動及び粉塵が少ない環境に設
置する必要がある分光器及び検出器等を環境の良い装置
上部に収納することができ、計測装置の性能が維持さ
れ、計測の信頼性が向上する半導体ウエハの研磨終点検
出方法及び半導体ウエハ研磨検出装置を提供することを
目的とする。
透過窓を介し、光を半導体ウエハに入射して透過させ、
透過した光を反射手段により反射させ、再度半導体ウエ
ハを透過させた光の強度を測定することにより、研磨ス
ラリ等で環境の良くない装置下部には反射手段のみを設
置し、光軸調整等の点で振動及び粉塵が少ない環境に設
置する必要がある分光器及び検出器等を環境の良い装置
上部に収納することができ、計測装置の性能が維持さ
れ、計測の信頼性が向上する半導体ウエハの研磨終点検
出方法及び半導体ウエハ研磨検出装置を提供することを
目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】第１発明に係る半導体ウ
エハの研磨終点検出方法は、基板に薄膜が形成された半
導体ウエハの前記薄膜を研磨し、該薄膜の膜厚を指標と
して、研磨終点を検出する半導体ウエハの研磨終点検出
方法において、光を前記半導体ウエハに入射して透過さ
せ、前記薄膜に選択的に吸収される一の波長成分の吸光
度、及び前記基板に選択的に吸収される他の波長成分の
吸光度を求め、前記一の波長成分の吸光度を前記他の波
長成分の吸光度で正規化し、これを前記指標とすること
を特徴とする。
エハの研磨終点検出方法は、基板に薄膜が形成された半
導体ウエハの前記薄膜を研磨し、該薄膜の膜厚を指標と
して、研磨終点を検出する半導体ウエハの研磨終点検出
方法において、光を前記半導体ウエハに入射して透過さ
せ、前記薄膜に選択的に吸収される一の波長成分の吸光
度、及び前記基板に選択的に吸収される他の波長成分の
吸光度を求め、前記一の波長成分の吸光度を前記他の波
長成分の吸光度で正規化し、これを前記指標とすること
を特徴とする。
【０００８】第２発明に係る半導体ウエハの研磨終点検
出方法は、第１発明において、前記半導体ウエハはシリ
コンウエハであり、前記他の波長がシリコン原子の結合
に起因する格子モードの吸収線の波長であることを特徴
とする。
出方法は、第１発明において、前記半導体ウエハはシリ
コンウエハであり、前記他の波長がシリコン原子の結合
に起因する格子モードの吸収線の波長であることを特徴
とする。
【０００９】第３発明に係る半導体ウエハの研磨終点検
出方法は、基板に薄膜が形成された半導体ウエハをウエ
ハ支持台に固着させ、前記薄膜を研磨台に押し当てて研
磨し、研磨終点を検出する半導体ウエハの研磨終点検出
方法において、前記ウエハ支持台に設けた透過窓を介
し、光を前記半導体ウエハに入射して透過させ、透過し
た光を反射手段により反射させ、再度前記半導体ウエハ
を透過させた光の強度を測定し、前記薄膜に選択的に吸
収される一の波長成分の吸光度を求め、これを指標とす
ることを特徴とする。
出方法は、基板に薄膜が形成された半導体ウエハをウエ
ハ支持台に固着させ、前記薄膜を研磨台に押し当てて研
磨し、研磨終点を検出する半導体ウエハの研磨終点検出
方法において、前記ウエハ支持台に設けた透過窓を介
し、光を前記半導体ウエハに入射して透過させ、透過し
た光を反射手段により反射させ、再度前記半導体ウエハ
を透過させた光の強度を測定し、前記薄膜に選択的に吸
収される一の波長成分の吸光度を求め、これを指標とす
ることを特徴とする。
【００１０】第４発明に係る半導体ウエハ研磨終点検出
装置は、研磨スラリが供給される研磨台と、外縁に光の
透過窓が設けてあり、基板に薄膜が形成された半導体ウ
エハを固着して前記研磨台に押し当て、該研磨台の外縁
から前記半導体ウエハをオーバーハングすることが可能
であるウエハ支持台と、前記透過窓を介して前記半導体
ウエハに光を入射させる光源と、前記半導体ウエハを透
過した光を反射させる反射手段と、前記反射手段により
反射し、再度前記半導体ウエハに入射して透過した光の
強度を測定する手段と、前記ウエハ支持台に前記半導体
ウエハを固着させない状態で、前記透過窓を透過させた
光の強度を記憶する手段と、前記光の強度と、前記薄膜
に選択的に吸収される一の波長成分の前記半導体ウエハ
を透過した光の強度とから吸光度を求める手段と、前記
吸光度を指標として研磨の終点を検出する手段とを備え
たことを特徴とする。
装置は、研磨スラリが供給される研磨台と、外縁に光の
透過窓が設けてあり、基板に薄膜が形成された半導体ウ
エハを固着して前記研磨台に押し当て、該研磨台の外縁
から前記半導体ウエハをオーバーハングすることが可能
であるウエハ支持台と、前記透過窓を介して前記半導体
ウエハに光を入射させる光源と、前記半導体ウエハを透
過した光を反射させる反射手段と、前記反射手段により
反射し、再度前記半導体ウエハに入射して透過した光の
強度を測定する手段と、前記ウエハ支持台に前記半導体
ウエハを固着させない状態で、前記透過窓を透過させた
光の強度を記憶する手段と、前記光の強度と、前記薄膜
に選択的に吸収される一の波長成分の前記半導体ウエハ
を透過した光の強度とから吸光度を求める手段と、前記
吸光度を指標として研磨の終点を検出する手段とを備え
たことを特徴とする。
【００１１】第５発明に係る半導体ウエハ研磨終点検出
装置は、研磨スラリが供給される研磨台と、外縁に光の
透過窓が設けてあり、基板に薄膜が形成された半導体ウ
エハを固着して前記研磨台に押し当て、該研磨台の外縁
から前記半導体ウエハをオーバーハングすることが可能
であるウエハ支持台と、前記透過窓を介して前記半導体
ウエハに光を入射させる光源と、前記半導体ウエハを透
過した光を反射させる反射手段と、前記反射手段により
反射し、再度前記半導体ウエハに入射して透過した光の
強度を測定する手段と、前記ウエハ支持台に前記半導体
ウエハを固着させない状態で、前記透過窓を透過させた
光の強度を記憶する手段と、前記光の強度と、前記薄膜
に選択的に吸収される一の波長成分の前記半導体ウエハ
を透過した光の強度とから吸光度を求める手段と、前記
ウエハ支持台に前記半導体ウエハを固着させない状態
で、前記透過窓を透過させた光の強度と、前記基板に選
択的に吸収される他の波長成分の前記半導体ウエハを透
過した光の強度とから吸光度を求める手段と、前記一の
波長成分の吸光度を前記他の波長成分の吸光度で正規化
する手段と、この正規化した値を指標として研磨の終点
を検出する手段とを備えたことを特徴とする。
装置は、研磨スラリが供給される研磨台と、外縁に光の
透過窓が設けてあり、基板に薄膜が形成された半導体ウ
エハを固着して前記研磨台に押し当て、該研磨台の外縁
から前記半導体ウエハをオーバーハングすることが可能
であるウエハ支持台と、前記透過窓を介して前記半導体
ウエハに光を入射させる光源と、前記半導体ウエハを透
過した光を反射させる反射手段と、前記反射手段により
反射し、再度前記半導体ウエハに入射して透過した光の
強度を測定する手段と、前記ウエハ支持台に前記半導体
ウエハを固着させない状態で、前記透過窓を透過させた
光の強度を記憶する手段と、前記光の強度と、前記薄膜
に選択的に吸収される一の波長成分の前記半導体ウエハ
を透過した光の強度とから吸光度を求める手段と、前記
ウエハ支持台に前記半導体ウエハを固着させない状態
で、前記透過窓を透過させた光の強度と、前記基板に選
択的に吸収される他の波長成分の前記半導体ウエハを透
過した光の強度とから吸光度を求める手段と、前記一の
波長成分の吸光度を前記他の波長成分の吸光度で正規化
する手段と、この正規化した値を指標として研磨の終点
を検出する手段とを備えたことを特徴とする。
【００１２】通常実施されているチョコラルスキー法に
より成長させたシリコンウエハは、略１．２μｍから長
波長の赤外線を透過させるが、略６１３、７３８、８１
７、８９０ｃｍ-1等のシリコン原子の結合に起因する格
子モードの吸収は、研磨工程中に変化しない。シリコン
ウエハに形成される熱酸化膜としてのＳｉＯ2 膜には略
１２５４ｃｍ -1の波数成分（波数は波長の逆数であるの
で、波数成分は波長成分と同一の成分を示す）の光の吸
収があり、本発明者はこの吸光度が膜厚に比例すること
を実験により見いだした。図４はシリコンウエハの両面
に形成したＳｉＯ2 膜の膜厚と吸光度との関係を示した
グラフである。図４のグラフよりＳｉＯ2 膜の略１２５
４ｃｍ-1の吸収線の膜厚依存性が確認されている。同様
に、ボロンを添加した酸化膜には略１４００ｃｍ-1又は
略９４０ｃｍ-1の波数成分の光の吸収が、リンを添加し
た酸化膜には略１３２０ｃｍ-1の波数成分の光の吸収が
あり、吸光度が膜厚に比例することが確認された。
より成長させたシリコンウエハは、略１．２μｍから長
波長の赤外線を透過させるが、略６１３、７３８、８１
７、８９０ｃｍ-1等のシリコン原子の結合に起因する格
子モードの吸収は、研磨工程中に変化しない。シリコン
ウエハに形成される熱酸化膜としてのＳｉＯ2 膜には略
１２５４ｃｍ -1の波数成分（波数は波長の逆数であるの
で、波数成分は波長成分と同一の成分を示す）の光の吸
収があり、本発明者はこの吸光度が膜厚に比例すること
を実験により見いだした。図４はシリコンウエハの両面
に形成したＳｉＯ2 膜の膜厚と吸光度との関係を示した
グラフである。図４のグラフよりＳｉＯ2 膜の略１２５
４ｃｍ-1の吸収線の膜厚依存性が確認されている。同様
に、ボロンを添加した酸化膜には略１４００ｃｍ-1又は
略９４０ｃｍ-1の波数成分の光の吸収が、リンを添加し
た酸化膜には略１３２０ｃｍ-1の波数成分の光の吸収が
あり、吸光度が膜厚に比例することが確認された。
【００１３】一方、アルミナを含む研磨スラリの吸収
は、前記吸収と重ならないことが確認されている。従っ
て、略１２５４ｃｍ-1の波数成分の吸光度を、研磨中変
化しない略６１３、７３８、８１７、８９０ｃｍ-1等の
シリコン原子の結合に起因する格子モードの吸収線のい
ずれかの波数成分の吸光度で正規化して、ＳｉＯ2 膜の
膜厚を測定することにより、研磨スラリによる散乱、入
射する赤外光の光量及び照射面積の変化等が補正され
る。ボロンやリンを添加した酸化膜も同様である。
は、前記吸収と重ならないことが確認されている。従っ
て、略１２５４ｃｍ-1の波数成分の吸光度を、研磨中変
化しない略６１３、７３８、８１７、８９０ｃｍ-1等の
シリコン原子の結合に起因する格子モードの吸収線のい
ずれかの波数成分の吸光度で正規化して、ＳｉＯ2 膜の
膜厚を測定することにより、研磨スラリによる散乱、入
射する赤外光の光量及び照射面積の変化等が補正され
る。ボロンやリンを添加した酸化膜も同様である。
【００１４】第１発明及び第５発明による場合は、前記
したように、一の波長成分の吸光度を他の波長成分の吸
光度で正規化するので、研磨スラリにおける散乱、入射
する赤外光の光量及び照射面積の変化等の影響を受ける
ことなく、高精度に研磨終点を検出することができる。
第２発明による場合は、半導体ウエハがシリコンウエハ
であり、前記したように、シリコン原子の結合に起因す
る格子モードの吸収線の波長成分の光の吸収は研磨に影
響されないので、この成分の吸光度で、薄膜に吸収され
る波長成分の吸光度を正規化することにより高精度に研
磨終点を検出することができる。第３発明及び第４発明
による場合は、薄膜に選択的に吸収される一の波長成分
が半導体ウエハを透過した光の強度ではなく、吸光度を
求めるので、半導体ウエハを透過した光の強度の検出感
度が補正され、研磨の終点検出の精度が向上する。
したように、一の波長成分の吸光度を他の波長成分の吸
光度で正規化するので、研磨スラリにおける散乱、入射
する赤外光の光量及び照射面積の変化等の影響を受ける
ことなく、高精度に研磨終点を検出することができる。
第２発明による場合は、半導体ウエハがシリコンウエハ
であり、前記したように、シリコン原子の結合に起因す
る格子モードの吸収線の波長成分の光の吸収は研磨に影
響されないので、この成分の吸光度で、薄膜に吸収され
る波長成分の吸光度を正規化することにより高精度に研
磨終点を検出することができる。第３発明及び第４発明
による場合は、薄膜に選択的に吸収される一の波長成分
が半導体ウエハを透過した光の強度ではなく、吸光度を
求めるので、半導体ウエハを透過した光の強度の検出感
度が補正され、研磨の終点検出の精度が向上する。
【００１５】第３発明、第４発明及び第５発明による場
合は、ウエハ支持台に設けた透過窓を介し、光を半導体
ウエハに入射して透過させ、透過した光を反射手段によ
り反射させ、再度半導体ウエハを透過させた光の強度を
測定するので、研磨スラリ等で環境の良くない装置下部
には反射手段のみを設置し、光軸調整等の点で振動及び
粉塵が少ない環境に設置する必要がある分光器及び検出
器等を環境の良い装置上部に収納することができ、計測
装置の性能が維持され、計測の信頼性が向上する。そし
て、反射手段は研磨台の端に設置されるので、測定のた
めのウエハのオーバーハング量が小さく抑えられるとと
もに、半導体ウエハ上の薄膜表面で透過光を反射させる
場合と比較して、反射率を大きくすることができる効果
と、薄膜における多重反射成分を小さくすることができ
る効果とがあり、測定精度の向上が期待できる。
合は、ウエハ支持台に設けた透過窓を介し、光を半導体
ウエハに入射して透過させ、透過した光を反射手段によ
り反射させ、再度半導体ウエハを透過させた光の強度を
測定するので、研磨スラリ等で環境の良くない装置下部
には反射手段のみを設置し、光軸調整等の点で振動及び
粉塵が少ない環境に設置する必要がある分光器及び検出
器等を環境の良い装置上部に収納することができ、計測
装置の性能が維持され、計測の信頼性が向上する。そし
て、反射手段は研磨台の端に設置されるので、測定のた
めのウエハのオーバーハング量が小さく抑えられるとと
もに、半導体ウエハ上の薄膜表面で透過光を反射させる
場合と比較して、反射率を大きくすることができる効果
と、薄膜における多重反射成分を小さくすることができ
る効果とがあり、測定精度の向上が期待できる。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下、本発明をその実施の形態を
示す図面に基づいて具体的に説明する。 実施の形態１．図１は本発明の実施の形態１に係る半導
体ウエハ研磨終点検出装置を示す側面図である。円板状
の研磨台３は、上段部３ａとこれより大径の下段部３ｂ
とからなり、下段部３ｂの上面にはリング状の反射板４
が設けられている。反射板４の上面には、厚み５００ｎ
ｍのＡｌ薄膜が形成されている。なお、研磨台３がステ
ンレス鋼製であり、６〜２０μｍの波長の赤外線に対し
て反射率が充分である場合には、反射板４は不要であ
る。
示す図面に基づいて具体的に説明する。 実施の形態１．図１は本発明の実施の形態１に係る半導
体ウエハ研磨終点検出装置を示す側面図である。円板状
の研磨台３は、上段部３ａとこれより大径の下段部３ｂ
とからなり、下段部３ｂの上面にはリング状の反射板４
が設けられている。反射板４の上面には、厚み５００ｎ
ｍのＡｌ薄膜が形成されている。なお、研磨台３がステ
ンレス鋼製であり、６〜２０μｍの波長の赤外線に対し
て反射率が充分である場合には、反射板４は不要であ
る。
【００１７】研磨台３に対向させて、円板状のウエハ支
持台２が配置されており、駆動モータ６に接続された支
持軸５により支持されている。ウエハ支持台２の外縁部
には、幅略５ｍｍ、長さ略１５ｍｍであり、ウエハ支持
台２を貫通する光の透過窓２ａが設けられている。ウエ
ハ支持台２には、半導体ウエハ１が表面を研磨台３に向
けて固着されている。半導体ウエハ１は、シリコン基板
に薄膜が形成されたものであり、表面には熱酸化膜とし
てのＳｉＯ2 膜が形成されている。ウエハ支持台２は半
導体ウエハ１のＳｉＯ2 膜を研磨台３に押し当てながら
回転し、研磨台３上を移動して上段部３ａの外縁部から
オーバーハングさせられる。
持台２が配置されており、駆動モータ６に接続された支
持軸５により支持されている。ウエハ支持台２の外縁部
には、幅略５ｍｍ、長さ略１５ｍｍであり、ウエハ支持
台２を貫通する光の透過窓２ａが設けられている。ウエ
ハ支持台２には、半導体ウエハ１が表面を研磨台３に向
けて固着されている。半導体ウエハ１は、シリコン基板
に薄膜が形成されたものであり、表面には熱酸化膜とし
てのＳｉＯ2 膜が形成されている。ウエハ支持台２は半
導体ウエハ１のＳｉＯ2 膜を研磨台３に押し当てながら
回転し、研磨台３上を移動して上段部３ａの外縁部から
オーバーハングさせられる。
【００１８】半導体ウエハ研磨終点検出部Ａは、赤外光
照射源７、例えばＦＴＩＲ型（フーリエ変換型）分光器
等の分光器８、反射ミラー９、ハーフミラー１０、赤外
線検出器１１及び計測装置１２を備えている。ウエハ支
持台２が前記上段部３ａの外縁からオーバーハングさせ
られ、透過窓２ａが所定位置に設定されたとき、赤外光
照射源７から照射された赤外光は分光器８により分光さ
れ、分光された赤外光は反射ミラー９で反射し、ハーフ
ミラー１０を透過し、さらに透過窓２ａを透過して半導
体ウエハ１に入射する。半導体ウエハ１を透過した光は
反射板４で反射し、再度半導体ウエハ１を透過して、ハ
ーフミラー１０で反射し、赤外線検出器１１により光の
強度が検出され、計測装置１２がこれに基づき吸光度を
求め、一の波長成分の吸光度を他の波長成分の吸光度で
正規化し、これを膜厚の指標として研磨の終点を検出す
る。
照射源７、例えばＦＴＩＲ型（フーリエ変換型）分光器
等の分光器８、反射ミラー９、ハーフミラー１０、赤外
線検出器１１及び計測装置１２を備えている。ウエハ支
持台２が前記上段部３ａの外縁からオーバーハングさせ
られ、透過窓２ａが所定位置に設定されたとき、赤外光
照射源７から照射された赤外光は分光器８により分光さ
れ、分光された赤外光は反射ミラー９で反射し、ハーフ
ミラー１０を透過し、さらに透過窓２ａを透過して半導
体ウエハ１に入射する。半導体ウエハ１を透過した光は
反射板４で反射し、再度半導体ウエハ１を透過して、ハ
ーフミラー１０で反射し、赤外線検出器１１により光の
強度が検出され、計測装置１２がこれに基づき吸光度を
求め、一の波長成分の吸光度を他の波長成分の吸光度で
正規化し、これを膜厚の指標として研磨の終点を検出す
る。
【００１９】半導体ウエハ１の研磨の終点検出の手順
は、以下の通りである。 （１）ウエハ支持台２に半導体ウエハ１を固着させない
状態で、赤外光照射源７から照射された赤外光を、分光
器８により波数５００〜１５００ｃｍ-1の範囲で分光
し、透過窓２ａを透過し、反射板４で反射して再度、透
過窓２ａを透過した赤外光の強度を赤外線検出器１１に
より検出し、参照スペクトルとして計測装置１２に記憶
させる。この参照スペクトルにより、波数の変化による
光の強度の変化、及び赤外線検出器１１の感度が調整さ
れる。 （２）半導体ウエハ１を真空チャックによりウエハ支持
台２に固着させ、研磨台３に研磨スラリを供給し、ウエ
ハ支持台２を半導体ウエハ２のＳｉＯ2 膜を研磨台３に
押し当てながら回転させ、図１中矢印の方向に研磨台３
上を揺動させて、ＳｉＯ2 膜を研磨する。 （３）ウエハ支持台２が図１中左の方向に研磨台３上を
移動し、上段部３ａの外縁部に位置したときにウエハ支
持台２を上段部３ａからオーバーハングさせ、透過窓２
ａを赤外光を透過させる位置に設定して、ウエハ支持台
２の回転を停止させる。ウエハ支持台２の揺動間隔が吸
光度の測定間隔となるが、この実施の形態においては、
ウエハ支持台２を停止させて吸光度の測定を行うので、
揺動１０回につき１回の割合で測定を行う。
は、以下の通りである。 （１）ウエハ支持台２に半導体ウエハ１を固着させない
状態で、赤外光照射源７から照射された赤外光を、分光
器８により波数５００〜１５００ｃｍ-1の範囲で分光
し、透過窓２ａを透過し、反射板４で反射して再度、透
過窓２ａを透過した赤外光の強度を赤外線検出器１１に
より検出し、参照スペクトルとして計測装置１２に記憶
させる。この参照スペクトルにより、波数の変化による
光の強度の変化、及び赤外線検出器１１の感度が調整さ
れる。 （２）半導体ウエハ１を真空チャックによりウエハ支持
台２に固着させ、研磨台３に研磨スラリを供給し、ウエ
ハ支持台２を半導体ウエハ２のＳｉＯ2 膜を研磨台３に
押し当てながら回転させ、図１中矢印の方向に研磨台３
上を揺動させて、ＳｉＯ2 膜を研磨する。 （３）ウエハ支持台２が図１中左の方向に研磨台３上を
移動し、上段部３ａの外縁部に位置したときにウエハ支
持台２を上段部３ａからオーバーハングさせ、透過窓２
ａを赤外光を透過させる位置に設定して、ウエハ支持台
２の回転を停止させる。ウエハ支持台２の揺動間隔が吸
光度の測定間隔となるが、この実施の形態においては、
ウエハ支持台２を停止させて吸光度の測定を行うので、
揺動１０回につき１回の割合で測定を行う。
【００２０】（４）赤外光照射源７から照射された赤外
光を、分光器８により波数５００〜１５００ｃｍ-1の範
囲で分光し、透過窓２ａ及び半導体ウエハ１を透過し、
反射板４で反射して再度、半導体ウエハ１及び透過窓２
ａを透過した赤外光の強度を赤外線検出器１１により検
出する。 （５）計測装置１２により、前記参照スペクトルを用い
て、ＳｉＯ2 膜に選択的に吸収される略１２５４ｃｍ-1
の波数成分の透過率Ｔ１、及びシリコン基板に選択的に
吸収される略６１３ｃｍ-1の波数成分の透過率Ｔ２を求
める。
光を、分光器８により波数５００〜１５００ｃｍ-1の範
囲で分光し、透過窓２ａ及び半導体ウエハ１を透過し、
反射板４で反射して再度、半導体ウエハ１及び透過窓２
ａを透過した赤外光の強度を赤外線検出器１１により検
出する。 （５）計測装置１２により、前記参照スペクトルを用い
て、ＳｉＯ2 膜に選択的に吸収される略１２５４ｃｍ-1
の波数成分の透過率Ｔ１、及びシリコン基板に選択的に
吸収される略６１３ｃｍ-1の波数成分の透過率Ｔ２を求
める。
【００２１】（６）１２５４ｃｍ-1の波数成分の吸光度
Ｐ SiO2 及び６１３ｃｍ-1の波数成分の吸光度Ｐ Oを以
下の式により求める。 Ｐ SiO2 ＝ｌｏｇ（１／Ｔ１） Ｐ O ＝ｌｏｇ（１／Ｔ２） 図３は、半導体ウエハ１に入射させた赤外光の波数と吸
光度との関係を示したグラフである。図３より、Ｐ SiO
2 及びＰ Oのピークが顕著であることが判る。（７）吸
光度Ｐ SiO2 をＰ Oで正規化した値、Ｐ SiO2 ／Ｐ Oを
求める。研磨スラリがＳｉＯ2 膜に付着すると、半導体
ウエハ１を透過する光量及び照射面積が変化するが、Ｐ
Oはこれらに影響されないので、Ｐ SiO2 ／Ｐ Oは、研
磨スラリに影響されない値となる。
Ｐ SiO2 及び６１３ｃｍ-1の波数成分の吸光度Ｐ Oを以
下の式により求める。 Ｐ SiO2 ＝ｌｏｇ（１／Ｔ１） Ｐ O ＝ｌｏｇ（１／Ｔ２） 図３は、半導体ウエハ１に入射させた赤外光の波数と吸
光度との関係を示したグラフである。図３より、Ｐ SiO
2 及びＰ Oのピークが顕著であることが判る。（７）吸
光度Ｐ SiO2 をＰ Oで正規化した値、Ｐ SiO2 ／Ｐ Oを
求める。研磨スラリがＳｉＯ2 膜に付着すると、半導体
ウエハ１を透過する光量及び照射面積が変化するが、Ｐ
Oはこれらに影響されないので、Ｐ SiO2 ／Ｐ Oは、研
磨スラリに影響されない値となる。
【００２２】経時的にＰ SiO2 ／Ｐ Oを求め、研磨の終
点を検出する。例えば、研磨前、すなわち研磨スラリ等
の影響がない状態で測定されたＰ OをＰ Oi とすると、
研磨開始時のＳｉＯ2 膜の膜厚が２４０ｎｍである場
合、Ｐ SiO2 ／Ｐ Oは０．１１４／Ｐ Oi であり、膜厚
が１２０ｎｍになるときまで研磨する場合には、Ｐ SiO
2 ／Ｐ Oが０．０５７／Ｐ Oi になった時点で、研磨を
終了する。
点を検出する。例えば、研磨前、すなわち研磨スラリ等
の影響がない状態で測定されたＰ OをＰ Oi とすると、
研磨開始時のＳｉＯ2 膜の膜厚が２４０ｎｍである場
合、Ｐ SiO2 ／Ｐ Oは０．１１４／Ｐ Oi であり、膜厚
が１２０ｎｍになるときまで研磨する場合には、Ｐ SiO
2 ／Ｐ Oが０．０５７／Ｐ Oi になった時点で、研磨を
終了する。
【００２３】実施の形態２．図２は本発明の実施の形態
２に係る半導体ウエハ研磨終点検出装置を示す側面図で
あり、図中、図１と同一部分は同一符号で示す。１３は
波長可変レーザであり、波数５００〜１５００ｃｍ-1の
範囲で波長を走査して、赤外光を半導体ウエハ１に入射
させる。吸光度の測定は実施の形態１と同様にして行
う。測定は略０．１秒と短時間で行うことができるの
で、この実施の形態においては、ウエハ支持台２を回転
させた状態、すなわちＳｉＯ2 膜を研磨した状態で、吸
光度Ｐ SiO2 及びＰ Oを測定することができる。
２に係る半導体ウエハ研磨終点検出装置を示す側面図で
あり、図中、図１と同一部分は同一符号で示す。１３は
波長可変レーザであり、波数５００〜１５００ｃｍ-1の
範囲で波長を走査して、赤外光を半導体ウエハ１に入射
させる。吸光度の測定は実施の形態１と同様にして行
う。測定は略０．１秒と短時間で行うことができるの
で、この実施の形態においては、ウエハ支持台２を回転
させた状態、すなわちＳｉＯ2 膜を研磨した状態で、吸
光度Ｐ SiO2 及びＰ Oを測定することができる。
【００２４】前記実施の形態１及び２においては、一の
波長成分の吸光度Ｐ SiO2 を他の波長成分の吸光度Ｐ O
で正規化するので、研磨スラリにおける散乱、入射する
赤外光の光量及び照射面積の変化等の影響を受けること
なく、高精度に研磨終点を検出することができる。そし
て、研磨スラリを測定のために洗い落とす工程等が不要
であるので、スループットが向上する。特に、実施の形
態２では研磨を中断することなく終点を検出することが
できるので、スループットがさらに向上する。そして、
研磨スラリの状態（研磨粒密度等）が変化することな
く、研磨の終点を検出することができるので、研磨の均
一性が向上する。前記実施の形態に係る半導体ウエハ研
磨終点検出装置は、構成が簡単であり、コンパクトであ
る。研磨スラリの種類によっては、特有の吸収線があ
り、その吸光度を膜厚の測定と同時にモニターすること
により、研磨スラリの供給量を制御することができ、研
磨速度を一定にすることもできる。
波長成分の吸光度Ｐ SiO2 を他の波長成分の吸光度Ｐ O
で正規化するので、研磨スラリにおける散乱、入射する
赤外光の光量及び照射面積の変化等の影響を受けること
なく、高精度に研磨終点を検出することができる。そし
て、研磨スラリを測定のために洗い落とす工程等が不要
であるので、スループットが向上する。特に、実施の形
態２では研磨を中断することなく終点を検出することが
できるので、スループットがさらに向上する。そして、
研磨スラリの状態（研磨粒密度等）が変化することな
く、研磨の終点を検出することができるので、研磨の均
一性が向上する。前記実施の形態に係る半導体ウエハ研
磨終点検出装置は、構成が簡単であり、コンパクトであ
る。研磨スラリの種類によっては、特有の吸収線があ
り、その吸光度を膜厚の測定と同時にモニターすること
により、研磨スラリの供給量を制御することができ、研
磨速度を一定にすることもできる。
【００２５】また、ボロンを添加した酸化膜を研磨する
場合には、略９４０ｃｍ-1又は略１４００ｃｍ-1の波数
成分の吸光度を求め、リンを添加した酸化膜を研磨する
場合には、略１３２０ｃｍ-1の波数成分の吸光度を求め
て、基板に吸収される波長成分の吸光度で正規化すれば
よく、本発明の半導体ウエハの研磨終点検出方法は、種
々の半導体ウエハの研磨終点の検出に適用することがで
きるのは言うまでもない。
場合には、略９４０ｃｍ-1又は略１４００ｃｍ-1の波数
成分の吸光度を求め、リンを添加した酸化膜を研磨する
場合には、略１３２０ｃｍ-1の波数成分の吸光度を求め
て、基板に吸収される波長成分の吸光度で正規化すれば
よく、本発明の半導体ウエハの研磨終点検出方法は、種
々の半導体ウエハの研磨終点の検出に適用することがで
きるのは言うまでもない。
【００２６】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明に係る半導
体ウエハの研磨終点検出方法及び研磨終点検出装置によ
る場合は、一の波長成分の吸光度を他の波長成分の吸光
度で正規化するので、研磨スラリにおける散乱、入射す
る赤外光の光量及び照射面積の変化等の影響を受けるこ
となく、高精度に研磨終点を検出することができる。そ
して、研磨スラリを測定のために洗い落とす工程等が不
要であるので、スループットが向上する。また、光源と
して波長可変型レーザを用いた場合には、研磨を中断す
ることなく終点を検出することができ、スループットが
さらに向上する。
体ウエハの研磨終点検出方法及び研磨終点検出装置によ
る場合は、一の波長成分の吸光度を他の波長成分の吸光
度で正規化するので、研磨スラリにおける散乱、入射す
る赤外光の光量及び照射面積の変化等の影響を受けるこ
となく、高精度に研磨終点を検出することができる。そ
して、研磨スラリを測定のために洗い落とす工程等が不
要であるので、スループットが向上する。また、光源と
して波長可変型レーザを用いた場合には、研磨を中断す
ることなく終点を検出することができ、スループットが
さらに向上する。
【００２７】さらに、本発明に係る半導体ウエハ研磨検
出装置は、ウエハ支持台に設けた透過窓を介し、光を半
導体ウエハに入射して透過させ、透過した光を反射手段
により反射させて、再度半導体ウエハを透過させた光の
強度を測定するので、研磨スラリ等で環境の良くない装
置下部には反射手段のみを設置し、光軸調整等の点で振
動及び粉塵が少ない環境に設置する必要がある分光器及
び検出器等を環境の良い装置上部に収納することがで
き、計測装置の性能が維持され、計測の信頼性が向上す
る。そして、反射手段は研磨台の端に設置されるので、
測定のためのウエハのオーバーハング量が小さく抑えら
れるとともに、半導体ウエハ上の薄膜表面で透過光を反
射させる場合と比較して、反射率を大きくすることがで
きる効果と、薄膜における多重反射成分を小さくするこ
とができる効果とがあり、測定精度の向上が期待でき
る。
出装置は、ウエハ支持台に設けた透過窓を介し、光を半
導体ウエハに入射して透過させ、透過した光を反射手段
により反射させて、再度半導体ウエハを透過させた光の
強度を測定するので、研磨スラリ等で環境の良くない装
置下部には反射手段のみを設置し、光軸調整等の点で振
動及び粉塵が少ない環境に設置する必要がある分光器及
び検出器等を環境の良い装置上部に収納することがで
き、計測装置の性能が維持され、計測の信頼性が向上す
る。そして、反射手段は研磨台の端に設置されるので、
測定のためのウエハのオーバーハング量が小さく抑えら
れるとともに、半導体ウエハ上の薄膜表面で透過光を反
射させる場合と比較して、反射率を大きくすることがで
きる効果と、薄膜における多重反射成分を小さくするこ
とができる効果とがあり、測定精度の向上が期待でき
る。
【図１】本発明の実施の形態１に係る半導体ウエハ研磨
終点検出装置を示す側面図である。
終点検出装置を示す側面図である。
【図２】本発明の実施の形態２に係る半導体ウエハ研磨
終点検出装置を示す側面図である。
終点検出装置を示す側面図である。
【図３】半導体ウエハに入射させた赤外光の波数と吸光
度との関係を示したグラフである。
度との関係を示したグラフである。
【図４】シリコンウエハの両面に形成したＳｉＯ2 膜の
膜厚と吸光度との関係を示したグラフである。
膜厚と吸光度との関係を示したグラフである。
１ 半導体ウエハ ２ ウエハ支持台 ２ａ 透過窓 ３ 研磨台 ４ 反射板 ５ 支持軸 ６ 駆動モータ ７ 赤外光照射源 ８ 分光器 ９ 反射ミラー １０ ハーフミラー １１ 赤外線検出器 １２ 計測装置
Claims (5)
- 【請求項１】 基板に薄膜が形成された半導体ウエハの
前記薄膜を研磨し、該薄膜の膜厚を指標として、研磨終
点を検出する半導体ウエハの研磨終点検出方法におい
て、 光を前記半導体ウエハに入射して透過させ、前記薄膜に
選択的に吸収される一の波長成分の吸光度、及び前記基
板に選択的に吸収される他の波長成分の吸光度を求め、
前記一の波長成分の吸光度を前記他の波長成分の吸光度
で正規化し、これを前記指標とすることを特徴とする半
導体ウエハの研磨終点検出方法。 - 【請求項２】 前記半導体ウエハはシリコンウエハであ
り、前記他の波長がシリコン原子の結合に起因する格子
モードの吸収線の波長であることを特徴とする請求項１
記載の半導体ウエハの研磨終点検出方法。 - 【請求項３】 基板に薄膜が形成された半導体ウエハを
ウエハ支持台に固着させ、前記薄膜を研磨台に押し当て
て研磨し、研磨終点を検出する半導体ウエハの研磨終点
検出方法において、 前記ウエハ支持台に設けた透過窓を介し、光を前記半導
体ウエハに入射して透過させ、透過した光を反射手段に
より反射させ、再度前記半導体ウエハを透過させた光の
強度を測定し、前記薄膜に選択的に吸収される一の波長
成分の吸光度を求め、これを指標とすることを特徴とす
る半導体ウエハの研磨終点検出方法。 - 【請求項４】 研磨スラリが供給される研磨台と、 外縁に光の透過窓が設けてあり、基板に薄膜が形成され
た半導体ウエハを固着して前記研磨台に押し当て、該研
磨台の外縁から前記半導体ウエハをオーバーハングする
ことが可能であるウエハ支持台と、 前記透過窓を介して前記半導体ウエハに光を入射させる
光源と、 前記半導体ウエハを透過した光を反射させる反射手段
と、 前記反射手段により反射し、再度前記半導体ウエハに入
射して透過した光の強度を測定する手段と、 前記ウエハ支持台に前記半導体ウエハを固着させない状
態で、前記透過窓を透過させた光の強度を記憶する手段
と、 前記光の強度と、前記薄膜に選択的に吸収される一の波
長成分の前記半導体ウエハを透過した光の強度とから吸
光度を求める手段と、 前記吸光度を指標として研磨の終点を検出する手段とを
備えたことを特徴とする半導体ウエハ研磨終点検出装
置。 - 【請求項５】 研磨スラリが供給される研磨台と、 外縁に光の透過窓が設けてあり、基板に薄膜が形成され
た半導体ウエハを固着して前記研磨台に押し当て、該研
磨台の外縁から前記半導体ウエハをオーバーハングする
ことが可能であるウエハ支持台と、 前記透過窓を介して前記半導体ウエハに光を入射させる
光源と、 前記半導体ウエハを透過した光を反射させる反射手段
と、 前記反射手段により反射し、再度前記半導体ウエハに入
射して透過した光の強度を測定する手段と、 前記ウエハ支持台に前記半導体ウエハを固着させない状
態で、前記透過窓を透過させた光の強度を記憶する手段
と、 前記光の強度と、前記薄膜に選択的に吸収される一の波
長成分の前記半導体ウエハを透過した光の強度とから吸
光度を求める手段と、 前記ウエハ支持台に前記半導体ウエハを固着させない状
態で、前記透過窓を透過させた光の強度と、前記基板に
選択的に吸収される他の波長成分の前記半導体ウエハを
透過した光の強度とから吸光度を求める手段と、 前記一の波長成分の吸光度を前記他の波長成分の吸光度
で正規化する手段と、 この正規化した値を指標として研磨の終点を検出する手
段とを備えたことを特徴とする半導体ウエハ研磨検出装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25477099A JP2001077068A (ja) | 1999-09-08 | 1999-09-08 | 半導体ウエハの研磨終点検出方法及びその装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25477099A JP2001077068A (ja) | 1999-09-08 | 1999-09-08 | 半導体ウエハの研磨終点検出方法及びその装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001077068A true JP2001077068A (ja) | 2001-03-23 |
| JP2001077068A5 JP2001077068A5 (ja) | 2005-10-27 |
Family
ID=17269652
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25477099A Pending JP2001077068A (ja) | 1999-09-08 | 1999-09-08 | 半導体ウエハの研磨終点検出方法及びその装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001077068A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008227393A (ja) * | 2007-03-15 | 2008-09-25 | Fujikoshi Mach Corp | ウェーハの両面研磨装置 |
| JP2010034479A (ja) * | 2008-07-31 | 2010-02-12 | Shin Etsu Handotai Co Ltd | ウェーハの研磨方法 |
| JP2010034462A (ja) * | 2008-07-31 | 2010-02-12 | Shin Etsu Handotai Co Ltd | 両面研磨装置 |
| US8834230B2 (en) | 2008-07-31 | 2014-09-16 | Shin-Etsu Handotai Co., Ltd. | Wafer polishing method and double-side polishing apparatus |
-
1999
- 1999-09-08 JP JP25477099A patent/JP2001077068A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008227393A (ja) * | 2007-03-15 | 2008-09-25 | Fujikoshi Mach Corp | ウェーハの両面研磨装置 |
| JP2010034479A (ja) * | 2008-07-31 | 2010-02-12 | Shin Etsu Handotai Co Ltd | ウェーハの研磨方法 |
| JP2010034462A (ja) * | 2008-07-31 | 2010-02-12 | Shin Etsu Handotai Co Ltd | 両面研磨装置 |
| US8834230B2 (en) | 2008-07-31 | 2014-09-16 | Shin-Etsu Handotai Co., Ltd. | Wafer polishing method and double-side polishing apparatus |
| US9108289B2 (en) | 2008-07-31 | 2015-08-18 | Shin-Etsu Handotai Co., Ltd. | Double-side polishing apparatus |
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