JP2001077068A5

JP2001077068A5 - 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終点検出装置

Info

Publication number: JP2001077068A5
Application number: JP1999254770A
Authority: JP
Filing date: 1999-09-08
Publication date: 2005-10-27

Description

【特許請求の範囲】
【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、該薄膜の膜厚に係る値を指標として、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た値を求め、
この値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】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、該薄膜の膜厚に係る値を指標として、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、
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、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た値を求め、
この値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３】測定した強度から、前記薄膜に選択的に吸収される一の波長成分の透過率、及び前記基板に選択的に吸収される他の波長成分の透過率を求め、
前記一の波長成分の透過率、及び前記他の波長成分の透過率から、以下の式を用いて一の波長成分の吸光度、及び他の波長成分の吸光度を求めることを特徴とする請求項２に記載の半導体ウエハの研磨終点検出方法。
Ｐ１＝ｌｏｇ（１／Ｔ１）
Ｐ０＝ｌｏｇ（１／Ｔ２）
（但し、Ｐ１は一の波長成分の吸光度、Ｔ１は一の波長成分の透過率、Ｐ０は他の波長成分の吸光度、Ｔ２は他の波長成分の透過率）
【請求項４】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乃至３の何れかに記載の半導体ウエハの研磨終点検出方法。
【請求項５】基板に薄膜が形成された研磨対象である半導体ウエハの薄膜の膜厚に係る値を指標として、研磨終点を検出する研磨終点検出手段を備える半導体ウエハ研磨終点検出装置において、
光を前記半導体ウエハに入射する手段と、
入射により前記半導体ウエハを透過した光に基づいて、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した値を求める手段と
を備え、
前記研磨終点検出手段は、前記正規化した値を前記指標にする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６】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した値を求める手段と、
前記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終点検出装置。

【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終点検出装置に関する。

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終点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終点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終点検出装置を提供することを目的とする。
【０００７】

【０００７】
【課題を解決するための手段】
本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、該薄膜の膜厚に係る値を指標として、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た値を求め、この値を前記指標とすることを特徴とする。

本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、該薄膜の膜厚に係る値を指標として、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、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、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た値を求め、この値を前記指標とすることを特徴とする。

本発明に係る半導体ウエハの研磨終点検出方法は、測定した強度から、前記薄膜に選択的に吸収される一の波長成分の透過率、及び前記基板に選択的に吸収される他の波長成分の透過率を求め、前記一の波長成分の透過率、及び前記他の波長成分の透過率から、以下の式を用いて一の波長成分の吸光度、及び他の波長成分の吸光度を求めることを特徴とする。
Ｐ１＝ｌｏｇ（１／Ｔ１）
Ｐ０＝ｌｏｇ（１／Ｔ２）
（但し、Ｐ１は一の波長成分の吸光度、Ｔ１は一の波長成分の透過率、Ｐ０は他の波長成分の吸光度、Ｔ２は他の波長成分の透過率）
また、本発明に係る半導体ウエハの研磨終点検出方法は、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。

本発明に係る半導体ウエハ研磨終点検出装置は、基板に薄膜が形成された研磨対象である半導体ウエハの薄膜の膜厚に係る値を指標として、研磨終点を検出する研磨終点検出手段を備える半導体ウエハ研磨終点検出装置において、光を前記半導体ウエハに入射する手段と、入射により前記半導体ウエハを透過した光に基づいて、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した値を求める手段とを備え、前記研磨終点検出手段は、前記正規化した値を前記指標にすることを特徴とする。

本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した値を求める手段と、前記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。

本発明による場合は、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。本発明による場合は、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。本発明による場合は、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。

本発明による場合は、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。