JP2001257187A - 化学機械研磨用の適応終点検出 - Google Patents
化学機械研磨用の適応終点検出Info
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Abstract
わらず正しい終点を検出する。 【解決手段】 方法とともに装置が、基板10表面を研
磨パッド30に接触させる。光学終点検出装置により、
光線42を向けて基板10表面に衝突させる。光学終点
監視装置からの信号を監視し、第一の終点基準が第一の
時間ウィンドウ内で検出されない場合には、デフォルト
研磨時間で研磨を停止する。第一の終点基準が第一の時
間ウィンドウ内で検出される場合には、第二の終点基準
を得るために信号を監視し、第二の終点基準が検出され
る場合に研磨を停止する。
Description
学機械研磨加工中に研磨終点を検出する方法及び装置に
関する。
シリコンウェーハ上に順次堆積することにより、集積回
路を基板上に形成する。ある製造ステップでは、パター
ン化されたストップ層上に充填層を形成することと、ス
トップ層が露出するまで充填層を平坦化することとが必
要である。例えば、導体の充填層をパターン化された絶
縁層上に形成して、ストップ層内のトレンチ又はホール
を充填することもある。平坦化の後、絶縁層の隆起した
部分の間に残っている導電層の部分が、基板上の薄膜回
路の間で導電経路をなすバイア、プラグ、ラインを形成
する。
れた平坦化方法の一つである。この平坦化方法は概し
て、キャリア又は研磨ヘッドに基板を取り付けることが
必要である。基板の露出した表面を、回転研磨ディスク
パッド又はベルトパッドに載置する。研磨パッドは、
「標準」パッド又は固定研粒パッドのいずれかとするこ
ともできる。標準パッドは耐久性のある粗面を有してい
るが、一方、固定研粒パッドは格納媒体内に保持された
研磨粒子を有している。キャリアヘッドは、制御可能な
負荷、即ち、圧力を基板上に加えて、基板を研磨パッド
に押し付ける。標準パッドを用いる場合には、少なくと
も一つの化学反応剤を含む研磨スラリ及び研磨粒子を、
研磨パッドの表面に供給する。
が完了したかどうか、即ち、基板の層が、所望の平坦性
あるいは厚さまで平坦化されたかどうかを判定すること
である。基板層の初期厚さのばらつき、スラリ組成、研
磨パッドのコンディション、研磨パッドと基板との間の
相対速度及び基板にかかる負荷が、材料が除去される速
度のばらつきの原因となる。これらの変動が、研磨終点
に達するまでに必要な時間変動の原因となる。従って、
研磨終点について、単に研磨時間の関数として判定する
ことはできない。
から基板を取り外して、基板を調べることである。例え
ば、基板を計測部に搬送して、ここでプロフィルメータ
又は抵抗率測定により基板の層の厚さを計測する。所望
の仕様を満たさない場合には、基板をCMP装置に戻し
て更に処理を行う。このことは、時間がかかる手順であ
り、CMP装置のスループットを低減させる。あるい
は、検査により材料が過剰に除去されてしまったことが
わかると、基板は使用できなくなる。
めに、例えば、干渉計又は反射率計を用いて基板のin
−situ光学監視が行われるようになってきた。残念
ながら、光学監視装置で生成される信号のノイズのせい
で、正しい終点を検出することが困難になることもあ
る。
コンピュータにより実施される終点検出方法に向けられ
ている。本発明では、第一の終点基準と、第一の終点基
準用の第一の時間ウィンドウと、第二の終点基準とを格
納する。研磨終点検出装置から信号を受信して、第一の
終点基準を得るためにこの信号を監視する。第一の終点
基準が第一の時間ウィンドウの時間内で検出されない場
合には、デフォルト研磨時間で研磨を停止する。一方、
第一の終点基準が第一の時間ウィンドウ内で検出される
場合には、第二の終点基準を得るためにこの信号を監視
し、第二の終点基準が検出される場合には研磨を停止す
る。
徴を含めてもよい。第二の終点基準用の第二の時間ウィ
ンドウを格納することもでき、第二の時間ウィンドウの
以前に第二の終点基準が検出される場合には、デフォル
ト研磨時間で研磨を停止することもできる。第二の終点
基準が検出されない場合には、第二の時間ウィンドウの
終了時に研磨を停止することもできる。第三の終点基準
と第三の終点基準用の第三の時間ウィンドウとを、格納
することもできる。第一の時間ウィンドウ以前に、第三
の時間ウィンドウを配置することもできる。第三の終点
基準が第三の時間ウィンドウ内で検出されない場合に
は、デフォルト研磨時間で研磨を停止することもでき
る。第一又は第二の終点基準を検出する検出時間を、格
納することもできる。第二の終点基準が第二の時間ウィ
ンドウ内で検出される場合には、デフォルト研磨時間を
変更することもできる。第一の終点基準が第一の時間ウ
ィンドウ内で検出される場合には、第一の時間ウィンド
ウを変更することもできる。終点検出装置は、基板を任
意選択的に監視することもできる。研磨加工では、基板
上の金属層又は誘電体層を研磨することもできる。複数
の連続する基板にわたり、第一の終点基準が第一の時間
ウィンドウ内で検出され、第二の終点基準が第二の時間
ウィンドウ内で検出されてから、終点検出法を実行する
こともできる。
工用のコンピュータにより実施される終点検出方法に向
けられている。この方法では、それぞれ時間ウィンドウ
に対応した一連のN個の終点基準を格納する。Nは、2
以上の数である。研磨終点検出装置から信号を受信し
て、一連の終点基準を得るためにこの信号を監視する。
対応する時間ウィンドウ内である終点基準が検出される
かどうかを判定し、対応する時間ウィンドウ内でこの終
点基準が検出される場合には、次の一連の終点基準を得
るために信号を監視する。終点基準の一つが対応する時
間ウィンドウ内で検出されないか、あるいは、最後の終
点基準が対応する時間ウィンドウ内で検出されるまで、
判定ステップ及び監視ステップを繰り返す。終点基準の
一つが対応する時間ウィンドウ内で検出されない場合に
は、デフォルト研磨時間で研磨を停止する。最後の終点
基準が対応する時間ウィンドウ内で検出される場合に
は、最後の終点基準の検出に基づいて、研磨を停止す
る。
法に向けられている。この方法では、基板を研磨面と接
触させて、基板と研磨面との間に相対運動を生成する。
第一の終点基準と、第一の終点基準用の第一の時間ウィ
ンドウと、第二の終点基準とを格納する。研磨終点検出
装置から信号を受信して、第一の終点基準を得るために
この信号を監視する。第一の終点基準が第一の時間ウィ
ンドウ内で検出されない場合には、デフォルト研磨時間
で研磨を停止する。一方、第一の終点基準が第一の時間
ウィンドウ内で検出される場合には、第二の終点検出基
準を得るために信号を監視して、第二の終点基準が検出
される場合には、研磨を停止する。
法に向けられている。この方法では、基板を研磨面と接
触させて、基板と研磨面との間に相対運動を生成する。
複数の終点基準と、複数の時間ウィンドウと、デフォル
ト研磨時間とを格納する。各終点基準は、時間ウィンド
ウの一つに対応している。終点基準を得るために、研磨
終点検出装置からの信号を監視する。終点基準が検出さ
れる時間を格納する。デフォルト研磨時間の一つ又は最
後の終点基準が検出されてから、研磨を停止する。終点
基準が検出された時間のうちの少なくとも一つに基づい
て、デフォルト研磨時間及び時間ウィンドウのうちの少
なくとも一つを調整する。
上含めてもよい。各終点基準がその対応するウィンドウ
内で検出される場合には、調整ステップが発生すること
もある。調整ステップには、デフォルト研磨時間を、最
後の終点基準が検出される時間と等しく設定するステッ
プを含めることもできる。調整ステップには、デフォル
ト研磨時間を、複数の基板の最後の終点基準が検出され
る時間の平均と等しく設定するステップを含めることも
できる。調整ステップには、時間ウィンドウに対応する
ある終点基準を検出する時間に基づいて、時間ウィンド
ウを設定するステップを含めることもできる。設定ステ
ップには、検出時間から開始時間と終了時間とを計算す
るステップと、マージンを計算するステップを含めるこ
ともできる。マージンは、現在のパーセンテージとする
こともできるし、あるいは、二つの終点基準の検出時間
の差から判定することもできる。複数の連続する基板に
わたり各終点基準をその対応する時間ウィンドウ内で検
出してから、調整ステップを実行することもできる。
置に向けられている。この装置は、研磨面と、基板を研
磨面と接触させておくキャリアヘッドと、研磨面及びキ
ャリアヘッドのうちの一つに連結して、研磨面と基板と
の間に相対運動を生成するモータと、終点監視装置と、
制御装置とを有する。制御装置を構成して、第一の終点
基準と、第一の終点基準用の第一の時間ウィンドウと、
第二の終点基準とを格納して、監視装置からの信号を受
信して、第一の終点基準を得るために信号を監視して、
第一の終点基準が第一の時間ウィンドウ内で検出されな
い場合にはデフォルト研磨時間で研磨を停止して、第二
の終点基準を得るために信号を監視して、第一の終点基
準が第一の時間ウィンドウ内で検出される場合に第二の
終点基準が検出される際には、研磨を停止する。
徴を含めてもよい。終点監視装置は、研磨中に光線を向
けて基板表面に衝突させることもできる。制御装置を構
成して、第二の終点基準用の第二の時間ウィンドウを格
納することもできる。制御装置を構成して、第二の時間
ウィンドウの以前に第二の終点基準が検出される場合に
は、デフォルト研磨時間で研磨を停止することもでき
る。制御装置を構成して、第二の終点基準が検出されな
い場合には第二の時間ウィンドウの最後で研磨を停止す
ることもできる。
工用のコンピュータにより実施される制御方法に向けら
れている。この方法では、第一の基準と、第一の基準用
の第一の時間ウィンドウと、第二の基準とを格納する。
研磨終点検出装置から信号を受信して、第一の基準を得
るために信号を監視する。第一の時間ウィンドウ内で第
一の基準が検出されない場合には、研磨パラメータをデ
フォルト研磨時間に変更する。第一の基準が第一の時間
ウィンドウ内で検出される場合には、第二の基準を得る
ために信号を監視して、第二の基準が検出される場合に
は研磨パラメータを変更する。
工用のコンピュータにより実施される終点検出方法に向
けられている。この方法では、終点基準と終点基準用の
時間ウィンドウとを格納する。研磨終点検出装置から信
号を受信し、終点基準を得るために信号を監視する。時
間ウィンドウの以前に終点基準が検出される場合には、
デフォルト研磨時間で研磨を停止する。時間ウィンドウ
内で終点基準が検出される場合には、終点基準が検出さ
れる時に研磨を停止する。
もよい。時間ウィンドウが終了する前に終点基準が検出
されない場合には、時間ウィンドウの終了時に研磨を停
止することができる。
含めなくても含めても実行することができる。終点検出
手順はエラー強さがあり、故障がほとんどない。光学終
点検出器が不良な場合でも、妥当な正確さで研磨を停止
することができる。終点選出技術を、金属層研磨及び酸
化膜研磨の両方に適用することができる。基板の過剰研
磨を低減することができ、且つ、スループットを増加さ
せることができる。
面及び特許請求の範囲を含む次の説明から明らかになる
であろう。
0により、一枚以上の基板10を研磨する。同様の研磨
装置20は、出典を明記することによりその開示内容を
本願明細書の一部とする米国特許第5,738,574
号に記載されている。研磨装置20は、一連の研磨部2
2と搬送部23とを含む。搬送部23は、キャリアヘッ
ドとローディング装置との間で基板を搬送する。
いる回転プラテン24を含む。第一及び第二の部は、硬
い耐久性のある外側表面を有する二層研磨パッド又は研
磨粒子が埋込まれた固定研粒パッドを含むこともでき
る。最終研磨部は、比較的ソフトなパッドを含むことも
できる。各研磨部には、基板を効率的に研磨するように
研磨パッドのコンディションを維持するパッドコンディ
ショナー装置28についても含めることができる。
ン24の表面と接するバッキング層32と、基板10の
研磨に使用される被覆層34とを有する。被覆層34は
典型的には、バッキング層32よりも硬い。しかしなが
ら、パッドのあるものは、被覆層のみを有しバッキング
層はない。被覆層34は、ポリウレタン製連続気泡発泡
体又は溝状の表面を有するポリウレタン製シートから成
る。バッキング層は、ウレタンを浸出した圧縮フェルト
繊維から成る。IC-100から成る被覆層とSUBA-
4から成るバッキング層とを有する二層研磨パッドは、
デラウェア州ニューアーク、ローデル・インコーポレー
テッド社から市販されている(IC-100及びSUB
A-4は、ローデル社の製品名である)。
ポスト62で支持され、カルーセルモータ組立体(図示
せず)によりポスト上でカルーセル軸64周囲を回転す
る。中央ポスト62は、カルーセル支持プレート66と
カバー68とを支持する。回転マルチヘッドカルーセル
60は、四つのキャリアヘッド装置70を含む。中央ポ
スト62により、カルーセルモータにカルーセル支持プ
レート66を回転させて、キャリアヘッド装置とそれに
取り付けられている基板とをカルーセル軸64の周囲で
周回させることができる。キャリアヘッド装置のうちの
三つは、基板を受容して保持し、研磨パッドに基板を押
し付けることにより基板を研磨する。その間、キャリア
ヘッド装置のうちの一つは、搬送部23から基板を受容
し、且つ搬送部23へ移送する。
ャリアヘッド80を含む。キャリア駆動軸74は、キャ
リアヘッド回転モータ76(カバー68の四分の一を除
去して図示されている)を各キャリアヘッド80に連結
するので、各キャリアヘッドが、キャリアヘッド自体の
軸線周囲を独立して回転することができる。また、各キ
ャリアヘッド80は、カルーセル支持プレート66内に
形成された放射状スロット72内を独立して横方向に往
復する。
機能を実行する。概して、キャリアヘッドは研磨パッド
に対して基板を保持し、基板の裏面全体に均一に下方圧
力を加え、駆動軸から基板へトルクを伝送し、研磨加工
中にキャリアヘッドの下から基板が滑ることがないよう
にする。
け面となる可撓膜82と、取り付け面の下で基板を保持
する保持リング84とを含むこともできる。可撓膜82
により形成されるチャンバ86の加圧により、基板を研
磨パッドに押し付ける。保持リング84を高反射材料か
らから形成することもできるし、あるいは、リングに反
射層を塗布して反射下部層88をリングに設けることも
できる。同様のキャリアヘッド80については、出典を
明記することによりその開示内容を本願明細書の一部と
する1997年5月21日出願の米国特許出願第08/
861,260号に記載されている。
水)を含むスラリ38と化学反応触媒(例えば、酸化膜
研磨用の水酸化カリウム)とを、スラリ供給口又は複合
スラリ/リンスアーム39により研磨パッド30の表面
に供給する。研磨パッド30が標準パッドの場合には、
スラリ38に研磨粒子(例えば、酸化膜研磨用の二酸化
ケイ素)も含めることもできる。
央軸線25周囲で回転させて、キャリアヘッドをキャリ
アヘッドの中央軸線81周囲で回転させて、研磨パッド
表面を横方向に平行移動させる。
孔部に重なるように透明窓部36を研磨パッド30の一
部に形成する。透明窓部36を、出典を明記することに
よりその開示内容全体を本願明細書の一部とする199
6年8月26日出願の米国特許出願第08/689,9
30号に記載されているように構成する。キャリアヘッ
ドの平行移動位置に関わらず、プラテン回転中に基板1
0が見えるように、孔部26と透明窓部36とを位置決
めする。
できる光学監視装置40を概ね孔部26の下に固定し
て、プラテンとともに回転させる。光学監視装置は、光
源44と検出器46とを含む。光源が光線42を生成し
て、透明窓部36とスラリ38(図3を参照)とを通過
して、基板10の露出表面に衝突する。例えば、光源4
4をレーザとし、光線42をコリメートレーザビームと
してもよい。光レーザビーム42を、レーザ44から角
度αで基板10の表面に垂直な軸線で投影することがで
きる。即ち、軸線25及び81から角度αで投影する。
また、孔部26と透明窓部36とを延長する場合には、
ビーム拡大器(図示せず)を光ビームの経路内に位置決
めして延長した窓部の軸線に沿って光ビームを展開す
る。代替えとして、孔部26が概ね基板10と隣接して
いる間は、レーザを作動して、レーザビーム42を生成
することもできる。
ンサ160を含み、窓部36が基板付近にある場合に感
知することもできる。例えば、光学断続器を、キャリア
ヘッド80に対向する固定点に取り付けることもでき
る。フラグ162をプラテンの外周に取り付ける。窓部
36が基板10の下を掃引する間にセンサ160の光学
信号にフラグが割り込むように、フラグ162の取り付
け位置及び長さを選択する。フラグ162はまた、窓部
36がキャリアヘッド80の下を掃引する直前から直後
まで、光学信号に割り込むこともできる。
監視装置40を用いて、基板表面から除去された材料の
量を判定したり、あるいは、いつ基板が平坦化されたか
を判定したりする。汎用プログラム可能デジタルコンピ
ュータ48を、レーザ44と検出器46とセンサ160
とに連結する。コンピュータ48をプログラムして、基
板が窓部と概ね重なる時にレーザを作動させて、検出器
からの強度測定値を保存して、出力装置49に強度測定
値を表示し、強度測定値を放射状範囲に選別して、終点
検出論理を計測した信号に当てはめて研磨終点を検出す
る。
ウェーハ12と、それ自体が異なる屈折率又は反射率を
有する半導体、導体又は絶縁体層であるパターン化され
た基底層14上に形成された、半導体、導体又は絶縁体
層16とを含むことができる。異なる屈折率又は反射率
を有する基板の異なる部分を研磨する際に、検出器46
からの信号出力は時間とともに変化する。例えば、金属
層が研磨されて酸化層又は窒化層が露出する場合には、
基板の反射率は低下する。あるいは、誘電層が研磨され
る際には、天面及び底面からの反射により、可変干渉信
号が生成される。検出器46の時間可変出力について
は、in−situ反射測定トレース(又は単に反射ト
レース)と呼ぶ。以下に述べるように、この反射トレー
スを用いて、金属層研磨加工の終点を判定することもで
きる。
ッドの直線掃引との複合回転により、窓部36(及びレ
ーザビーム42)にキャリアヘッド80と基板10の底
面を掃引経路120で掃引させる。図5を参照すると、
レーザビームが基板を掃引する際に、光学監視装置40
が一連の強度測定値I1、I2、I3...IN(数字Nは
掃引から掃引で異なる)を生成する。光学監視装置40
のサンプルレートF(強度測定値が生成されるレート)
は、約500から2000ヘルツ(Hz)以上で、約
0.5から2ミリ秒の間のサンプリング期間に対応す
る。
ピュータ48は一連の強度測定値I 1、I2、I3...
INから一つ以上の値を抽出する。例えば、一連の強度
測定値を平均して、平均強度IMEANを生成することもで
きる。代替えとして、コンピュータが一連の強度測定値
から最小強度IMIN又は最大強度IMAXを抽出することも
できる。また、コンピュータが最大強度と最小強度の
差、即ち、IMAX-IMINに等しい強度差IDIFを生成する
こともできる。
り抽出された一連の値を、メモリ又は不揮発性記憶装置
に保存することができる。図6を参照すると、基板の反
射率の時間可変トレース60となる測定時間関数とし
て、この一連の抽出された値(掃引一回当り一つ以上の
値を抽出)を集めて表示する。この時間可変トレースに
ついても、フィルタにかけてノイズを除去することもで
きる。
48は可変トレース60内の一連の終点基準62、64
及び66を検索する。一連の三つの終点基準について図
示しているが、一つ又は二つの終点基準、あるいは、四
つ以上の終点基準のみが示されている。各終点基準は、
一つ以上の終点コンディションを含むことができる。可
能な終点コンディションには、ローカル最小値又は最大
値、スロープの変化、あるいは、強度又はスロープの閾
値、あるいは、それらの組み合わせを含む。終点基準は
典型的には、実験、テストウェーハの終点トレース分析
及び光学シミュレーションを介して、研磨装置のオペレ
ータにより設定される。例えば、酸化膜研磨中の反射率
トレースを監視する場合に、オペレータは、研磨装置に
命令して、コンピュータ48が第一の最大値62と、最
小値64と、第二の最大値66とを検出する場合に研磨
を停止させることもできる。概して、一旦最後の終点基
準が検出されたならば、研磨加工を停止する。代替えと
して、最後の終点基準を検出してから事前設定した時間
の間、研磨を継続して、そして停止する。
検出器からの信号が弱すぎるか、あるいは雑音が多すぎ
てコンピュータ48が終点基準を検出しないこともあ
る。また、弱い、あるいは、雑音が多い信号のために、
終点基準検出が誤った結果になることもある(疑似正信
号)。更に、時折発生するスラリ濃度の変化や欠陥ウェ
ーハ等のために、予想通りに研磨加工が進行しない。そ
の結果、光学検出器からの信号が、予想の反射トレース
と同じにならず、終点基準が正しい基板の研磨と妥当な
ものでなくなることもある。これらの状況では、コンピ
ュータ48が標準終点基準をオーバーライドして、その
かわりにトータルのデフォルト研磨時間に基づいて研磨
を終了させることができる。
及び図8のフローチャートを参照して説明する。まず、
一連の終点基準(例えば、ローカル最小値及び最大値、
スロープの変化又は閾値)をコンピュータメモリ又は不
揮発性記憶装置に格納する。また、各終点基準を時間ウ
ィンドウに対応づける。例えば、終点基準62を、第一
の時間ウィンドウTstart1からTend1までと対応づけ
る。終点基準64を、第二の時間ウィンドウTstart2か
らTend2までと対応づける。終点基準66を、第三の時
間ウィンドウTstrat3からTend3までと対応づける(図
6を参照)。通常の研磨加工を行うと仮定する場合に、
終点基準が発生する際の実験又は理論分析を介して、時
間ウィンドウを初期設定してもよい。
期設定手順100を含めることができる。手短には、初
期設定手順には、順次一連の事前設定番号がつけられた
基板、例えば、五枚以上の基板を、光学監視装置を用い
て順次研磨することが必要である。初期設定手順が完了
するまでは、成功した光学監視又は最大研磨時間のいず
れかに基づいて、研磨を停止する。初期設定手順が完了
した後で、適応終点基準手順を作動させる。
期化し(ステップ102)、第一の終点基準及び対応す
る時間ウィンドウTstart1からTend1までをコンピュー
タ48にロードする(ステップ104)。基板研磨を開
始し(ステップ106)、コンピュータがタイマをスタ
ートさせて、基板の全経過研磨時間を測定する。研磨中
に、コンピュータを設定して、ロードした終点基準ある
いは研磨ウィンドウの終了のいずれかを検出させる。コ
ンピュータが時間ウィンドウのTstart(n)が開始す
る以前に終点基準が検出される場合か(ステップ10
8)、あるいは、研磨基準が検出される以前にタイマが
時間ウィンドウの終了時Tend(n)に達する場合には
(ステップ110)、光学監視装置により、コンピュー
タは時限研磨を切り替えて、停止する(ステップ11
2)。コンピュータが時間ウィンドウ内で終点基準を検
出する場合には、次の終点基準をロードする(ステップ
114)。対応する時間ウィンドウ内で光学監視装置に
より終点基準がすべて検出される場合には、最後の終点
基準が検出される時に研磨加工を停止し(ステップ11
6)、カウンタmを増分する(ステップ118)。一
方、終点基準のいずれかが正しく検出されない場合に
は、最大研磨時間Tmaxで研磨を停止し(ステップ12
0)、カウンタmをゼロにリセットする(ステップ12
2)。いずれの場合でも、次の基板研磨に進む(ステッ
プ124)。一旦カウンタが事前設定番号、例えば、五
以上に達すると(ステップ126)、以下で説明する適
応終点検出手順150を作動させる(ステップ12
8)。
れている。まず、第一の終点基準と対応する時間ウィン
ドウTstart(1)及びTend(1)とを、コンピュータ
48にロードする(ステップ152)。デフォルト研磨
時間Tdefaultについても、コンピュータにロードす
る。基板研磨を開始し(ステップ154)、コンピュー
タがタイマをスタートさせて、基板のトータルの経過時
間を測定する。研磨中に、コンピュータを設定して、ロ
ードした終点基準か、あるいは、終点基準用の時間ウィ
ンドウの終了時間Tend(n)かのいずれかを検出す
る。
る場合には、即ち、開始時間Tstar t(n)(ステップ
156)の後であるが終了時間Tend(n)(ステップ
160)の以前に検出される場合には、終点基準を検出
した時間Tdetect(n)をコンピュータに格納して、時
間ウィンドウを後から調整するために用いることができ
る(ステップ162)。一連の終点基準が残っている場
合には(ステップ164)、次の終点基準と対応する時
間ウィンドウとをコンピュータ48にロードし(ステッ
プ166)、コンピュータを設定して新しくロードした
終点基準又は終了時間Tend(n)を検出する(ステッ
プ156に戻る)。一方、これが一連の終点基準の最後
である場合には、コンピュータは研磨加工を停止する
(ステップ168)。この場合では、最後に検出された
時間Tdetectは、基板のトータル研磨時間を表す。
start(n)以前に研磨基準が検出される場合には(ス
テップ156)、コンピュータは時限研磨モードに切り
替えて(ステップ176)、光学監視装置には頼らな
い。このモードでは、一旦タイマが、デフォルト研磨時
間Tdefaultに達したことを示したら、コンピュータは
単に研磨加工を停止させる(ステップ178及び17
4)。
が切れる場合には、即ち、Tend(n)が終点基準以前
に検出される場合には、コンピュータがこれは一連の検
出点の最後だったかどうかを判定する(ステップ17
2)。一連の最後の基準である場合には、最大研磨時間
Tmaxに達したので、研磨を停止する(ステップ17
4)。最後の基準でない場合には、コンピュータは時限
研磨モードに切り替えて(ステップ176)、光学監視
装置により停止する。
の終了時間Tend(n)に基づいて研磨加工を終了した
と仮定すると、カウンタmをゼロにリセットして、初期
設定手順100で次の基板を研磨する(ステップ18
4)。
まく研磨加工を終了したと仮定すると、デフォルト研磨
時間Tdefault及び/又は終点基準用の時間ウィンドウ
を調整する(ステップ180)。実行方法の一つでは、
デフォルト研磨時間を、最後の成功した終点検出手順か
らのトータル研磨時間と等しく設定することができる。
代替えとして、例えば、五から十の成功した終点検出手
順で終了する研磨加工の、事前設定数のトータル研磨時
間の実行平均を、コンピュータが計算することができ
る。この場合では、コンピュータがデフォルト研磨時間
を実行平均と等しく設定することができる。これによ
り、成功した終点検出手順に基づいて、パッドの摩耗及
びスラリの使用等の研磨パラメータの変動に対して、デ
フォルト研磨時間を調整することができる。そして、次
の基板を適応終点検出手順150により研磨することが
できる(ステップ182)。
調整することもできる。一つ以上の以前に成功した終点
検出手順からの検出時間Tdetectに基づいて、新規の時
間ウィンドウを計算することができる。例えば、検出時
間Tdetectに、例えば、10%のマージンをプラスする
か、あるいはマイナスして、開始時間及び終了時間を計
算することができる。このマージンを事前設定すること
ができるし、検出時間の差を用いてこのマージンを変更
することもできる。例えば、Tdetect1-Tdete ct2の差
が増加する場合には、開始時間と終了時間との間のウィ
ンドウについても増加するようにマージンを増やすこと
ができる。
手順200が図示されている。この終点検出手順は、適
応終点検出手順150と同じであるが、光学監視装置が
不良であった後でも光学監視装置を用いて終点を検索し
続けるものである。この終点検出手順は、研磨コンディ
ションが比較的安定していて、且つ、光学監視装置の主
な問題が信号を妨害するノイズである場合に適当であ
る。
ィンドウTstart(1)とTend(1)とをコンピュータ
48にロードする(ステップ152’)。デフォルト研
磨時間Tdefaultについても、コンピュータにロードす
る。基板研磨を開始し(ステップ154’)、コンピュ
ータがタイマをスタートさせて基板のトータル経過研磨
時間を測定する。研磨中に、コンピュータを設定してロ
ードした終点基準、デフォルト研磨時間Tdefaultの終
了又は終点基準用の時間ウィンドウの終了時間T
end(n)を検出する。時間ウィンドウの開始時間T
start(n)以前に終点基準が検出される場合には(ス
テップ202)、これが最後の終点基準でないなら(ス
テップ204)、次の終点基準をロードする(ステップ
166’)。これが最後の終点基準ならば、光学監視装
置が時限研磨モードに切り替えて、デフォルト研磨時間
Tdefaultを検出し(ステップ206)、デフォルト研
磨時間Tdefau ltの終了に基づいて、研磨を停止する
(ステップ174’)。開始時間Tstart(n)以前に
研磨基準が検出されないが、終点基準が検出される以前
にタイマがデフォルト研磨時間Tdefaultに達する場合
には(ステップ208)、デフォルト研磨時間T
defaultに基づいて研磨を停止する(ステップ17
4’)。終点基準が検出される前に時間ウィンドウの終
了時間Tend(n)が発生し(ステップ212)、これ
が最後の終点基準でない場合には(ステップ214)、
次の終点基準をロードする(ステップ166’)。終点
基準が検出される前に時間ウィンドウの終了時間Tend
(n)が発生して、これが最後の終点基準である場合に
は、終了時間Tend(n)に基づいて研磨を停止する
(ステップ174’)。研磨ウィンドウ内で研磨基準が
検出される場合には(ステップ218)、終点基準が検
出される検出時間Tdetectを格納し(ステップ16
8’)、研磨ウィンドウの開始時間Tstart(n)と終
了時間Tend(n)と、デフォルト研磨時間Tdefaul tと
を調整することができる(ステップ180’)。これが
最後の研磨基準である場合には(ステップ220)、研
磨を停止する。一旦研磨を停止したならば、適応終点検
出手順200又は初期設定手順100のいずれかを用い
て、新規の基板の処理を開始することができる(ステッ
プ182’及び184’)。
条件下で良好な反射率信号を用いてこの終点検出方法を
用いることにより、光学監視装置で終点を通常にトリガ
する。しかしながら、終点基準のいずれもが予測の時間
範囲内にあたらない場合には、このことは、研磨加工が
異常であるか、あるいは、例えば、信号が弱すぎるか、
あるいは、ノイズが入りすぎているかという理由で、光
学監視装置が不良であったかのいずれかを示すものであ
る。このような状況では、デフォルト研磨時間で終点を
トリガする。成功した終点検出加工の研磨時間に基づい
てデフォルト研磨時間を調整することができるので、こ
の終点検出方法により、CMP装置の研磨コンディショ
ンの経時的変化を補償することができる。実際、適応終
点検出手順150では、最後の終点基準を除くすべての
終点基準がうまく検出されるのは、基板が概ね過剰研磨
される状況だけである。この場合では、最大研磨時間T
ma xで研磨加工を停止する。
により示される論理を実行する可能なアルゴリズムは多
くある。例えば、光学監視装置が終点基準の一つを検出
しない場合には、エンド結果がデフォルト研磨時間で終
点をトリガする限り(単なる最大研磨時間以外に)、ス
テップを別の順序で実行することができる。デフォルト
時間又は時間ウィンドウの再計算を同時に発生させる必
要はないが、例えば、別の基板を研磨するまで、遅延さ
せることができる。
ス、最大強度トレース及び差分強度トレース等の各種の
終点検出アルゴリズムを実行することができる。別々の
終点基準(例えば、ローカル最小値又は最大値、スロー
プ、あるいは、閾値に基づいて)をそれぞれの形のトレ
ースに生成することができるし、各種のトレースの終点
コンディションをブール論理で結合することができる。
基板上に、複数の放射状範囲で強度トレースを生成して
もよい。複数の放射上範囲での強度トレース生成方法に
ついては、1998年11月2日出願の米国特許出願第
09/184,767号に記載されており、全体がここ
に引例として組み込まれている。
に、終点基準を用いることもできる。例えば、光学監視
装置が第二の終点基準を検出する場合には、CMP装置
がスラリ組成を変更してもよい(例えば、高選択性スラ
リから低選択性スラリへ)。この実行方法では、各終点
基準に対応していて、研磨パラメータを変更することが
できるデフォルト時間はTdefault(n)である。これ
らのデフォルト時間Tdef ault(n)は、研磨終点に対
するデフォルト時間Tdefaultと同じように機能するこ
とができる。特に、通常の加工では、対応する終点基準
を検出すると同時に、研磨パラメータの変更をトリガす
ることができる。しかしながら、光学監視装置が検出で
きない場合には、対応するデフォルト時間T
default(n)で研磨パラメータの変更をトリガするこ
とができる。上述の例を続けるには、第一の終点基準が
第一の時間ウィンドウ内で検出されないか、あるいは、
第二の時間ウィンドウ以前に第二の終点基準が検出され
るかする場合には、スラリ組成の変更をデフォルト時間
Tdefault(2)でトリガすることができる。第一の終
点基準が通常のように検出されるが第二の終点基準が検
出されない場合には、スラリ組成の変更を第二の時間ウ
ィンドウの終了時間Tend2でトリガすることができる。
しかしながら、それぞれの時間ウィンドウ内で第一の終
点基準と第二の終点基準とが両方とも検出される場合に
は、研磨パラメータの変更を、第二の終点基準を検出す
る時にトリガする。
の実行方法の一つを説明してきたが、終点検出プロセス
は、金属層研磨等の他の研磨加工、反射率測定、分光測
定及び偏光解析等の他の光学監視技術に適応可能であ
る。また、光学監視装置の観点から本発明について説明
してきたが、本発明の原理についても、キャパシタン
ス、モータ電流又は摩擦監視装置等の、他の化学機械研
磨終点監視装置にも適応可能である。
明してきた。しかしながら、本発明は、図示され説明さ
れた実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲
は前記特許請求の範囲により限定されるものである。
る。
している、処理中の基板を示す簡単な断面図である。
図である。
値を示すグラフである。
すグラフである。
示すフローチャートである。
法を示すフローチャートである。
別の実行方法を示すフローチャートである。
Claims (33)
- 【請求項1】 化学機械研磨加工用の、コンピュータに
より実施される終点検出方法であって、 第一の終点基準と、第一の終点基準用の第一の時間ウィ
ンドウと、第二の終点基準とを格納するステップと;研
磨終点検出装置から信号を受信するステップと;第一の
終点基準用の信号を監視するステップと;第一の終点基
準が第一の時間ウィンドウ内で検出されない場合には、
デフォルト研磨時間で研磨を停止するステップと;第一
の終点基準が第一のウィンドウ内で検出される場合に
は、第二の終点基準用の信号を監視し、第二の終点基準
が検出される場合に研磨を停止するステップと、 を備える方法。 - 【請求項2】 第二の終点基準用の第二の時間ウィンド
ウを格納するステップを更に備える、請求項1に記載の
方法。 - 【請求項3】 第二の時間ウィンドウ以前に第二の終点
基準が検出される場合には、デフォルト研磨時間で研磨
を停止する、請求項2に記載の方法。 - 【請求項4】 第二の終点基準が検出されない場合に
は、第二の時間ウィンドウの終了時に研磨を停止する、
請求項2に記載の方法。 - 【請求項5】 第三の終点基準と、第一の時間ウィンド
ウ以前に設置される、第三の終点基準用の第三の時間ウ
ィンドウとを格納するステップを更に備える、請求項2
に記載の方法。 - 【請求項6】 第三の終点基準が第三の時間ウィンドウ
内で検出されない場合には、デフォルト研磨時間で研磨
を停止する、請求項5に記載の方法。 - 【請求項7】 第二の終点基準が検出される検出時間を
格納するステップを更に備える、請求項2に記載の方
法。 - 【請求項8】 第二の終点基準が第二の時間ウィンドウ
内で検出される場合には、デフォルト研磨時間を変更す
るステップを更に備える、請求項7に記載の方法。 - 【請求項9】 第一の終点基準が検出される検出時間を
格納するステップを更に備える、請求項1に記載の方
法。 - 【請求項10】 第一の終点基準が第一の時間ウィンド
ウ内で検出される場合には、第一の時間ウィンドウを変
更するステップを更に備える、請求項9に記載の方法。 - 【請求項11】 終点検出装置が、基板を光学的に監視
する、請求項1に記載の方法。 - 【請求項12】 研磨加工が、基板上の金属層を研磨す
る、請求項11に記載の方法。 - 【請求項13】 研磨加工が、基板上の誘電層を研磨す
る、請求項11に記載の方法。 - 【請求項14】 複数の連続する基板にわたって、第一
の終点基準が第一の時間ウィンドウ内で検出され、第二
の終点基準が第二の時間ウィンドウ内で検出された後
に、終点検出方法を実行する、請求項1に記載の方法。 - 【請求項15】 化学機械研磨加工用の、コンピュータ
により実施される終点検出方法であって、 a)それぞれ時間ウィンドウに対応し、Nが2以上であ
る、一連のN個の終点基準を格納するステップと; b)研磨終点検出装置から信号を受信するステップと; c)一連の終点基準用の信号を監視するステップと; d)対応する時間ウィンドウ内で終点基準が検出される
かどうかを判定するステップと; e)対応する時間ウィンドウ内で終点基準が検出された
場合には、次の一連の終点基準用の信号を監視するステ
ップと; f)i)対応する時間ウィンドウ内で終点基準のうちの
一つが検出されなければ、デフォルト研磨時間で研磨を
停止するか、あるいは、 ii)対応する時間ウィンドウ内で最後の終点基準を検
出するまで、ステップd)とステップe)とを繰り返し
て、最後の終点基準の検出に基づいて研磨を停止するス
テップと、 を備える方法。 - 【請求項16】 基板を研磨面に接触させるステップ
と;基板と研磨面との間に相対運動を生じさせるステッ
プと;第一の終点基準と、第一の終点基準用の第一の時
間ウィンドウと、第二の終点基準とを格納するステップ
と;光線を向けて研磨される基板表面に衝突させる光学
監視装置からの信号を受信するステップと;第一の終点
基準用の信号を監視するステップと;第一の終点基準が
第一の時間ウィンドウ内で検出されない場合には、デフ
ォルト研磨時間で研磨を停止するステップと;第一の終
点基準が第一の時間ウィンドウ内で検出される場合に
は、第二の終点基準用の信号を監視して、第二の終点基
準が検出された時に研磨を停止するステップと、 を備える、化学機械研磨方法。 - 【請求項17】 基板を研磨面に接触させるステップ
と;基板と研磨面との間に相対運動を生じさせるステッ
プと;それぞれ時間ウィンドウの一つに対応している複
数の終点基準と、複数の時間ウィンドウと、デフォルト
研磨時間とを格納するステップと;終点基準用に終点検
出装置から信号を監視するステップと;終点基準が検出
される時間を格納するステップと;デフォルト研磨時間
のうちの一つの後に、或いは終点基準の最後を検出後
に、研磨を停止するステップと;少なくとも終点基準が
検出された時間のうちの一つに基づいて、デフォルト研
磨時間及び時間ウィンドウのうちの少なくとも一つを調
整するステップと、 を備える、化学機械研磨方法。 - 【請求項18】 それぞれ終点基準が対応する時間ウィ
ンドウ内で検出される場合に、調整ステップが発生す
る、請求項17に記載の方法。 - 【請求項19】 調整ステップが、デフォルト研磨時間
を終点基準の最後が検出される時間と等しく設定するス
テップを含む、請求項18に記載の方法。 - 【請求項20】 調整ステップが、デフォルト研磨時間
を複数の基板における終点基準の最後の検出時間の平均
と等しく設定するステップを含む、請求項18に記載の
方法。 - 【請求項21】 調整ステップが、時間ウィンドウに対
応する終点基準の検出時間に基づいて時間ウィンドウを
設定するステップを含む、請求項18に記載の方法。 - 【請求項22】 設定ステップが、検出時間とマージン
とから開始時間と終了時間とを計算するステップを含
む、請求項21に記載の方法。 - 【請求項23】 マージンは予め設定されたパーセンテ
ージである、請求項22に記載の方法。 - 【請求項24】 マージンが、二つの終点基準の検出時
間の差から判定される、請求項22に記載の方法。 - 【請求項25】 調整ステップは、複数の連続する基板
にわたり対応する時間ウィンドウ内でそれぞれ終点基準
が検出された後に実行される、請求項17に記載の方
法。 - 【請求項26】 a)研磨面と; b)基板を研磨面と接触させておくキャリアヘッドと; c)研磨面とキャリアヘッドのうちの一つに連結して、
研磨面と基板との間に相対運動を生成するモータと; d)終点監視装置と; e)i)第一の終点基準と、第一の終点基準用の第一の
時間ウィンドウと、第二の終点基準とを格納し、 ii)監視装置から信号を受信し、 iii)第一の終点基準用の信号を監視し、 iv)第一の終点基準が第一の時間ウィンドウ内で検出
されない場合には、デフォルト研磨時間で研磨を停止
し、 v)第一の終点基準が第一の時間ウィンドウ内で検出さ
れる場合には、第二の終点基準用の信号を監視して、第
二の終点基準が検出された時に研磨を停止するように構
成された、制御装置と、 を備える、化学機械研磨装置。 - 【請求項27】 終点監視装置が、研磨中に光線を向け
て基板表面に衝突させる、請求項26に記載の装置。 - 【請求項28】 制御装置が、第二の終点基準用の第二
の時間ウィンドウを格納するように構成されている、請
求項26に記載の装置。 - 【請求項29】 制御装置が、第二の時間ウィンドウ以
前に第二の終点基準が検出される場合には、デフォルト
研磨時間で研磨を停止するように構成されている、請求
項28に記載の装置。 - 【請求項30】 制御装置が、第二の終点基準が検出さ
れない場合には、第二の時間ウィンドウの終了時に研磨
を停止するように構成されている、請求項28に記載の
装置。 - 【請求項31】 化学機械研磨加工用の、コンピュータ
により実施される終点検出方法であって、 第一の基準と、第一の基準用の第一の時間ウィンドウ
と、第二の基準とを格納するステップと;研磨終点検出
装置から信号を受信するステップと;第一の基準用の信
号を監視するステップと;第一の基準が第一の時間ウィ
ンドウ内で検出されない場合には、デフォルト研磨時間
で化学機械研磨加工の研磨パラメータを変更するステッ
プと;第一の基準が第一の時間ウィンドウ内で検出され
る場合には、第二の基準用の信号を監視し、第二の基準
が検出された時に研磨パラメータを変更するステップ
と、 を備える方法。 - 【請求項32】 化学機械研磨加工用の、コンピュータ
により実施される終点検出方法であって、 終点基準と終点基準用の時間ウィンドウとを格納するス
テップと;研磨終点検出装置から信号を受信するステッ
プと;終点基準用の信号を監視するステップと;終点基
準が時間ウィンドウ以前に検出される場合には、デフォ
ルト研磨時間で研磨を停止するステップと;終点基準が
時間ウィンドウ内で検出される場合には、終点基準が検
出された時に研磨を停止するステップと、 を備える方法。 - 【請求項33】 終点基準が、時間ウィンドウが終了す
る前に検出されない場合には、時間ウィンドウの終了時
に研磨を停止するステップを更に含む、請求項32に記
載の方法。
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