JP2001284298A - Monitoring method for polishing state, polishing device and manufacturing method of semiconductor device - Google Patents

Monitoring method for polishing state, polishing device and manufacturing method of semiconductor device

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JP2001284298A
JP2001284298A JP2000092576A JP2000092576A JP2001284298A JP 2001284298 A JP2001284298 A JP 2001284298A JP 2000092576 A JP2000092576 A JP 2000092576A JP 2000092576 A JP2000092576 A JP 2000092576A JP 2001284298 A JP2001284298 A JP 2001284298A
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light
polished
measuring
wafer
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Kajiro Ushio
嘉次郎 潮
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a monitoring method for polishing state which enables measurement at a short time interval, and a polishing device wherein it is used. SOLUTION: Three observation windows 5a to 5c are provided on a turn table 3 and a polishing pad 4. Light cast from an optical characteristic measurement device 6 is projected to the surface of a wafer 1 through the observation windows 5a to 5c. Reflection light from the wafer 1 is subjected to spectrum treatment with an optical system provided inside the optical characteristic measurement device 6 and data processing with a personal computer 7, and a polishing amount or a polishing end point is detected. Three observation windows 5a to 5c are provided and disposed with an equal interval on a concentric circle to a rotation center of a polishing plate without making them proximate. As a result, a measurement interval is reduced and highly precise control is possible.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、たとえば半導体の
製造プロセスにおいて、ウェハを研磨装置により研磨す
るとき等に、その研摩工程の進行状況を光学的に測定す
る技術、それを有する研磨装置、及びそれらを使用した
半導体デバイスの製造方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a technique for optically measuring the progress of a polishing step when a wafer is polished by a polishing apparatus in, for example, a semiconductor manufacturing process, a polishing apparatus having the same, and The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device using them.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体デバイスの高密度化は限界を見せ
ず進展を続けており、高密度実現のため、種々な技術、
方法の開発が進められている。その一つが多層配線であ
り、これに伴う技術的課題に、グローバルな(比較的大
きなエリアでの)デバイス面の平坦化および、上下層間
の配線がある。リソグラフィの短波長化に伴う露光時の
焦点深度短縮を考慮すると、少なくとも露光エリア程度
の範囲での層間層の平坦化の精度要求は大きい。
2. Description of the Related Art High density semiconductor devices have continued to evolve without showing any limitations.
Methods are being developed. One of them is a multilayer wiring, and the technical problems associated with this include flattening a global (relatively large area) device surface and wiring between upper and lower layers. In view of the reduction in the depth of focus during exposure due to the shortening of the wavelength of lithography, there is a great demand for the accuracy of flattening the interlayer at least in the range of the exposure area.

【0003】また、金属電極層の埋め込みであるいわゆ
る象嵌(プラグ、ダマシン)の要求も多層配線実現にと
っては大きく、この場合、積層後の余分な金属層の除去
及び平坦化を行わなければならない。
In addition, the demand for so-called inlays (plugs, damascenes) for embedding metal electrode layers is great for realizing a multilayer wiring. In this case, it is necessary to remove and flatten an extra metal layer after lamination.

【0004】これらの、大きなエリアでの効率的な平坦
化技術として注目を集めているのが、CMPと呼ばれる
研磨工程である。CMP(Chemical Mechanical Polish
ingまたはPlanarization)は、物理的研磨に、化学的な
作用(研磨材、溶液による溶かしだし)とを併用して、
ウェハの表面層を除いていく工程で、グローバル平坦化
および、電極形成技術の最有力な候補となっている。具
体的には、酸、アルカリなどの研磨物の可溶性溶媒中
に、研磨粒(シリカ、アルミナ、酸化セリウムなどが一
般的)を分散させたスラリーと呼ばれる研磨剤を用い、
適当な研磨布で、ウェハ表面を加圧し、相対運動により
摩擦することにより研磨を進行させる。ウェハ全面にお
いて、加圧と相対運動速度を一様とすることで面内に一
様な研磨が可能になる。
A polishing process called CMP is drawing attention as an efficient planarization technique for these large areas. CMP (Chemical Mechanical Polish)
ing or Planarization) is a combination of physical polishing and chemical action (abrasives, melting with a solution)
The process of removing the surface layer of the wafer is a leading candidate for global planarization and electrode forming technology. Specifically, using an abrasive called a slurry in which abrasive grains (typically silica, alumina, cerium oxide, etc.) are dispersed in a soluble solvent of the abrasive, such as an acid and an alkali,
Polishing is advanced by pressing the wafer surface with a suitable polishing cloth and rubbing by relative motion. By making the pressure and the relative movement speed uniform over the entire surface of the wafer, uniform polishing within the surface becomes possible.

【0005】この工程は、従来の半導体プロセスとのマ
ッチングの点などでも未だに多くの課題を残している
が、一般的な要求課題の大きなものとして、研磨工程の
終了点の検出がある。ことに、研磨工程を行いながらの
(in-situの)研磨終了点の検出は、工程効率化のため
にも要請が大きい。
[0005] Although this process still has many problems in terms of matching with the conventional semiconductor process, etc., one of the general requirements is to detect the end point of the polishing process. In particular, the detection of the polishing end point (in-situ) while performing the polishing step is greatly demanded for improving the process efficiency.

【0006】検出方法のひとつとして、目的研磨層と異
なった層へ研磨が進んだ場合の摩擦変動を、ウェハ回転
やパッドの回転のモータートルクの変化によって検出す
る方法が用いられている。この方式は、異なる層の研磨
開始を検知する金属研磨時等に有効な場合もあるが、あ
る種の電極金属(バリアメタル層をもったCuなど)に
たいし有効でないことが指摘され、しかも精度の上で不
十分である。(研磨パッドの経時変化によって検出が困
難になることも報告されている。)
As one of the detection methods, a method has been used in which a change in friction when polishing is performed on a layer different from the target polishing layer is detected by a change in motor torque for wafer rotation or pad rotation. This method may be effective at the time of metal polishing for detecting the start of polishing of a different layer, but it is pointed out that it is not effective for a certain kind of electrode metal (such as Cu having a barrier metal layer). Insufficient accuracy. (It has also been reported that detection with the aging of the polishing pad makes detection difficult.)

【0007】このような問題に対処するために、本発明
者らは、ウェハに光を照射したときの反射光、透過光
を、参照特性として求めておき、研磨中にウェハに光ス
ポットを当てて、ウェハからの反射光、透過光の分光特
性の実測値と、前記参照特性とのフィッティング計算を
行ない、最も良く一致が取れる膜厚を測定値とする方法
を発明し、この発明は特開平11−33901号公報に
開示されている。
In order to cope with such a problem, the present inventors have determined, as reference characteristics, reflected light and transmitted light when irradiating the wafer with light, and applied a light spot to the wafer during polishing. Then, a method of performing a fitting calculation between the measured values of the spectral characteristics of the reflected light and transmitted light from the wafer and the above-mentioned reference characteristics, and inventing a method of setting the film thickness that gives the best match as the measured value was invented. It is disclosed in JP-A-11-33901.

【0008】この発明により、微細構造を有する部分の
膜厚を、微細構造より大きな光スポットを使用すること
により、膜厚や研摩終了点を正確に測定することができ
るようになり、直接的な方法で、in-situ状態での非破
壊計測が可能となった。
According to the present invention, the thickness of a portion having a fine structure can be accurately measured by using a light spot larger than that of the fine structure. The method enables non-destructive measurement in the in-situ state.

【0009】図4は、このような膜厚測定装置の例を示
す図である。図4において、研磨されるウェハ21はウ
ェハキャリア22に保持されている。研磨定盤23の表
面には研磨パッド24が設けられており、研磨定盤23
は、その中心軸の周りに回転している。ウェハキャリア
22は、ウェハ21を研磨パッド24の上に押圧しなが
ら回転すると共に往復運動を行い、研磨パッド24によ
りウェハ21を研磨する。研磨定盤23及び研磨パッド
24には、石英透光窓25が設けられている。照射光源
26から照射された光は、この石英透光窓25を通して
ウェハ21表面に投射される。ウェハ21からの反射光
は、図5に示されるような光学系により分光処理され、
図4のパーソナルコンピュータ27によりデータ処理さ
れて、研磨量又は研磨終了点が検知される。
FIG. 4 is a diagram showing an example of such a film thickness measuring device. In FIG. 4, a wafer 21 to be polished is held by a wafer carrier 22. A polishing pad 24 is provided on the surface of the polishing platen 23.
Is rotating around its central axis. The wafer carrier 22 rotates while reciprocating while pressing the wafer 21 onto the polishing pad 24, and polishes the wafer 21 with the polishing pad 24. The polishing platen 23 and the polishing pad 24 are provided with a quartz light transmitting window 25. Light emitted from the irradiation light source 26 is projected onto the surface of the wafer 21 through the quartz light transmitting window 25. The reflected light from the wafer 21 is spectrally processed by an optical system as shown in FIG.
Data is processed by the personal computer 27 in FIG. 4 to detect the polishing amount or the polishing end point.

【0010】図5は、図4に示す膜厚測定装置において
使用される光学系の一例の詳細を示す図である。図5に
おいて、照射光源であるキセノンランプ28からの光
は、レンズ29により平行光束に変換され、スリット3
0を通った後、レンズ31によりビームスプリッタ32
に集光される。ビームスプリッタ32を通過した光は、
レンズ33により再び平行光束とされ、図4における石
英透光窓25を通してウェハ21の表面に投射される。
FIG. 5 is a diagram showing details of an example of an optical system used in the film thickness measuring device shown in FIG. In FIG. 5, light from a xenon lamp 28 as an irradiation light source is converted into a parallel light beam by a lens
After passing through the beam splitter 32,
Is collected. The light that has passed through the beam splitter 32 is
The beam is again converted into a parallel light beam by the lens 33 and is projected on the surface of the wafer 21 through the quartz light transmitting window 25 in FIG.

【0011】その反射光は、再び石英透光窓25、レン
ズ33を通してビームスプリッタ32に集光される。ビ
ームスプリッタ32において、反射光は90°方向を変
えられ、レンズ34により平行光束とされる。そして、
反射鏡35で反射され、レンズ36でピンホール37上
に集光される。そして、散乱光、回折光等のノイズ成分
を除去され、レンズ38を介して回折格子39に投射さ
れ、分光される。分光された光は、リニアセンサ40に
入射し、分光強度が測定される。
The reflected light is again condensed on the beam splitter 32 through the quartz light transmitting window 25 and the lens 33. In the beam splitter 32, the reflected light is changed in direction by 90 ° and is converted into a parallel light by the lens 34. And
The light is reflected by the reflecting mirror 35 and is focused on the pinhole 37 by the lens 36. Then, noise components such as scattered light and diffracted light are removed, and the light is projected on a diffraction grating 39 via a lens 38 to be separated. The split light enters the linear sensor 40, and the spectral intensity is measured.

【0012】図4のパーソナルコンピュータ27は、分
光強度の分布の変化を検知し、予め定められたアルゴリ
ズムに基づいて、研磨している層(最上層)の膜厚や、
研磨終了点を検出する。また、ウェハの初期厚さと、研
磨している層(最上層)の膜厚から、研磨量を求める。
The personal computer 27 shown in FIG. 4 detects a change in the distribution of the spectral intensity and, based on a predetermined algorithm, determines the thickness of the layer to be polished (the uppermost layer),
The polishing end point is detected. The polishing amount is determined from the initial thickness of the wafer and the thickness of the layer being polished (the uppermost layer).

【0013】すなわち、ウェハの分光反射率は、研磨の
初期においてはたとえば図6のaに示すような特性を示
すが、研磨の終了点においては、図6のbに示すような
特性となる。よって、測定される分光反射率と図6のb
に示すような分光反射率との一致度を最小2乗法や相互
相関法により計算し、所定の一致度が得られた場合に研
磨を終了する。この方式によれば、装置を変更すること
なく、層間絶縁膜研磨時と金属電極膜研磨時の双方にお
いて、研磨量又は研磨終了点を計測することが可能とな
る。
That is, the spectral reflectance of the wafer exhibits characteristics as shown in FIG. 6A at the beginning of polishing, but at the end of polishing, characteristics as shown in FIG. 6B. Therefore, the measured spectral reflectance and b in FIG.
Is calculated by the least squares method or the cross-correlation method, and polishing is terminated when a predetermined degree of matching is obtained. According to this method, it is possible to measure the polishing amount or the polishing end point in both the polishing of the interlayer insulating film and the polishing of the metal electrode film without changing the apparatus.

【0014】[0014]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図4に
示すような方法においては、研磨定盤23の回転により
石英透光窓25が照射光源26の上に来たときしか測定
ができず、どうしてもデータが取得できる時間が間欠的
にならざるをえない。この信号取得間隔が大きくなるこ
とは、高精度の制御を光学的計測により行う場合に短所
となる。望ましい工程変更点が、信号取得するタイミン
グにあわない(一つ前の信号判断で止めると早すぎ、一
つ後の信号判断で止めると遅すぎるということが起こ
る)ことがあり得るからである。また、工程変更点の評
価などは、複数回数の測定結果に基づいて判断すること
により確実性を増加させるのが普通であるが、計測間隔
がある程度以上になると、その間に研磨が進行してしま
い、望ましい工程変更点を過ぎてしまうこともある。
However, in the method as shown in FIG. 4, the measurement can be performed only when the quartz light transmitting window 25 comes above the irradiation light source 26 due to the rotation of the polishing platen 23. The time during which data can be acquired must be intermittent. An increase in the signal acquisition interval is disadvantageous when high-precision control is performed by optical measurement. This is because a desirable process change point may not coincide with the signal acquisition timing (it may be too early if stopped at the previous signal judgment, or too late if stopped at the next signal judgment). In addition, it is usual to increase the certainty by evaluating the process change point based on the measurement results of a plurality of times, but if the measurement interval becomes longer than a certain level, polishing proceeds during that time. In some cases, a desired process change point may be passed.

【0015】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
もので、短い時間間隔で測定を行うことができる研磨状
態のモニタリング方法、及びそれを使用した研磨装置を
提供することを主要な課題とし、さらにこれらを使用し
た半導体デバイスの製造方法を提供することを課題とす
る。
The present invention has been made in view of such circumstances, and has as its main objects to provide a polishing state monitoring method capable of performing measurement at short time intervals and a polishing apparatus using the same. Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing a semiconductor device using the same.

【0016】[0016]

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
の第1の手段は、研磨装置において、被研磨体の研磨状
態を研磨中にモニタリングする方法であって、回転する
研磨パッド及び研磨定盤に光が通過する場所を複数箇所
設け、当該光が通過する場所を通して被研磨体に光を照
射し、その反射光又は透過光の光学特性を測定すること
により、1個以上の被研磨体の研磨状態のモニタリング
を行うことを特徴とする研磨状態のモニタリング方法
(請求項1)である。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a method for monitoring a polishing state of an object to be polished in a polishing apparatus during polishing. By providing a plurality of places where light passes through the board, irradiating the object to be polished with light through the places where the light passes, and measuring the optical characteristics of the reflected light or transmitted light, thereby obtaining one or more objects to be polished. The present invention provides a method for monitoring a polishing state (claim 1), wherein the polishing state is monitored.

【0017】本発明においては、従来方法と異なり、研
磨パッドが1回転する間に複数回の測定を実施すること
ができるので、測定間隔を短くすることができ、工程変
更点や研磨終了点を正確に決定することができる。な
お、本明細書において「光学特性」とは、分光反射率
や、分光透過率のような、光の状態を示す量をいう。
In the present invention, unlike the conventional method, a plurality of measurements can be performed during one rotation of the polishing pad, so that the measurement interval can be shortened, and the process change point and the polishing end point can be reduced. Can be determined accurately. In the present specification, the “optical characteristic” refers to an amount indicating a state of light, such as a spectral reflectance and a spectral transmittance.

【0018】前記課題を解決するための第2の手段は、
前記第1の手段であって、複数の光計測光学系により、
反射光又は透過光の測定を行うことを特徴とするもの
(請求項2)である。
A second means for solving the above-mentioned problem is as follows.
In the first means, a plurality of optical measurement optical systems,
The present invention is characterized in that reflected light or transmitted light is measured (claim 2).

【0019】本手段においては、回転する研磨パッド及
び研磨定盤に光が通過する場所を複数箇所設けると共
に、測定器も複数設けている。研磨装置の中には、複数
の被研磨体を同時に研磨するものがあり、このような場
合には、研磨パッド及び研磨定盤に光が通過する場所を
複数箇所設けても、一つの被研磨体の研磨状況しか測定
できない場合がある。本手段においては、このような場
合でも、各々の被研磨体の研磨状態を独立にモニタリン
グすることができる。
In this means, a plurality of places where light passes through the rotating polishing pad and the polishing platen are provided, and a plurality of measuring instruments are provided. Some polishing apparatuses simultaneously polish a plurality of objects to be polished. In such a case, even if a plurality of places where light passes through the polishing pad and the polishing platen are provided, one polishing object can be obtained. In some cases, only the polishing state of the body can be measured. In this case, even in such a case, the polishing state of each object to be polished can be independently monitored.

【0020】前記課題を解決するための第3の手段は、
研磨ヘッドに保持した被研磨体を、研磨定盤に取り付け
られた研磨パッドに押し付け、研磨剤を供給し、少なく
とも研磨定盤を回転させながら研磨を行う研磨装置であ
って、研磨パッド及び研磨定盤に光が通過する場所が複
数箇所設けられると共に、光が通過する場所を通して被
研磨体にプローブ光を照射する装置と、被研磨体からの
反射光又は透過光を測定する装置と、測定された反射光
又は透過光の光学特性に基づいて、被研磨体の研磨状態
をモニタリングする装置とを有してなることを特徴とす
る研磨装置(請求項3)である。
A third means for solving the above-mentioned problem is as follows.
A polishing apparatus for pressing an object to be polished held by a polishing head against a polishing pad attached to a polishing surface plate, supplying an abrasive, and performing polishing while rotating at least the polishing surface plate, comprising a polishing pad and a polishing surface. A board is provided with a plurality of places through which light passes, and an apparatus for irradiating the object to be polished with probe light through a place through which light passes, and an apparatus for measuring light reflected or transmitted from the object to be polished, A polishing apparatus for monitoring the polishing state of the object to be polished based on the optical characteristics of the reflected light or transmitted light.

【0021】本手段においては、研磨パッド及び研磨定
盤に設けられた光が通過する場所がプローブ光を照射す
る装置の上を通過するごとに、被研磨体がその上にあれ
ば、反射光又は透過光を測定することができる。よっ
て、従来の研磨装置に比して、被研磨体の研磨状況を短
い間隔で測定できるので、研磨終了点や工程変更点を正
確に測定することができる。なお、被研磨体と研磨定盤
の中心間の距離を変動させる運動を研磨動作に付け加え
たもの、被研磨体の回転を伴うもの等が本発明の範囲に
入ることは言うまでも無い。
In this means, the light provided on the polishing pad and the polishing platen passes through the apparatus for irradiating the probe light each time the light passes therethrough. Alternatively, transmitted light can be measured. Therefore, the polishing state of the object to be polished can be measured at shorter intervals as compared with the conventional polishing apparatus, so that the polishing end point and the process change point can be accurately measured. It is needless to say that a polishing operation in which the distance between the object to be polished and the center of the polishing platen is changed is added to the polishing operation, and an operation involving rotation of the object to be polished falls within the scope of the present invention.

【0022】なお、「被研磨体からの反射光又は透過光
を測定する装置」とは、反射光、又は透過光を受光し
て、これらを分光特性その他の前記「光学特性」に変換
する装置をいう。また、「研磨状態をモニタリングする
装置」とは、これらの光学特性に基づいて、研磨膜厚を
測定したり、研磨操作の変更点に達したかどうかを判定
したりするような装置である。
The "apparatus for measuring the reflected light or transmitted light from the object to be polished" is an apparatus which receives reflected light or transmitted light and converts them into spectral characteristics and other "optical characteristics". Say. The “device for monitoring the polishing state” is a device that measures the thickness of a polished film or determines whether a change in the polishing operation has been reached based on these optical characteristics.

【0023】前記課題を解決するための第4の手段は、
前記第3の手段であって、被研磨体からの反射光又は透
過光を測定する装置が複数設けられていることを特徴と
するもの(請求項4)である。
A fourth means for solving the above-mentioned problem is:
The third means is characterized in that a plurality of devices for measuring reflected light or transmitted light from the object to be polished are provided (claim 4).

【0024】前記のように、研磨装置の中には、複数の
被研磨体を同時に研磨するものがあり、このような場合
には、研磨パッド及び研磨定盤に光が通過する場所を複
数箇所設けても、一つの被研磨体の研磨状況しか測定で
きない場合がある。本手段においては、このような場合
でも、各々の被研磨体の研磨状態を独立にモニタリング
することができる。
As described above, some polishing apparatuses simultaneously polish a plurality of objects to be polished. In such a case, a plurality of places where light passes through the polishing pad and the polishing platen are provided. Even if it is provided, there is a case where the polishing state of only one polishing object can be measured. In this case, even in such a case, the polishing state of each object to be polished can be independently monitored.

【0025】前記課題を解決するための第5の手段は、
前記第4の手段であって、前記複数の反射光又は透過光
を測定する装置は、少なくとも2つの装置間においてそ
の一部の構成を共有としていることを特徴とするもの
(請求項5)である。
A fifth means for solving the above problem is as follows.
The fourth means, wherein at least two devices for measuring the plurality of reflected light or transmitted light share a part of the configuration between at least two devices (claim 5). is there.

【0026】本手段においては、例えば光を直接受光す
る受光部を別々とし、受光部が受光した光信号から光学
特性を求めるような高価な部分(例えば分光器)を共通
化することにより、装置の価格を安価にすることができ
る。
In this means, for example, a separate light receiving section for directly receiving light is provided, and an expensive portion (for example, a spectroscope) for obtaining optical characteristics from an optical signal received by the light receiving section is used in common. Can be made cheaper.

【0027】前記課題を解決するための第6の手段は、
前記第5の手段であって、前記一部の構成を共有する、
前記複数の反射光又は透過光を測定する装置は、受光さ
れた信号光を切り替えて、その後に接続される共有の部
分に送る切替え装置を有することを特徴とするもの(請
求項6)である。
A sixth means for solving the above-mentioned problem is:
The fifth means, wherein the partial configuration is shared.
The apparatus for measuring a plurality of reflected light or transmitted light includes a switching device for switching received signal light and transmitting the signal light to a shared portion connected thereafter (Claim 6). .

【0028】本手段においては、受光された信号光を切
替装置により切り替えて、その後に接続される共有の部
分に送るようにしている。例えば、光切替え装置によ
り、受光された光を切替え、高価な分光器等の共有部分
に送る。よって、高価な部分を共有化することができ、
全体を安価なものにすることができる。
In this means, the received signal light is switched by the switching device and sent to a shared portion connected thereafter. For example, the received light is switched by a light switching device and sent to a common part such as an expensive spectroscope. Therefore, expensive parts can be shared,
The whole can be inexpensive.

【0029】前記課題を解決するための第7の手段は、
前記第5の手段又は第6の手段であって、複数の反射光
又は透過光を測定する装置が、光の光学特性を検出する
本体部と、光を受光して本体部に導く受光部に分かれて
おり、本体部が共通化されていて、受光部には光ファイ
バが用いられていることを特徴とするもの(請求項7)
である。
[0029] A seventh means for solving the above problem is as follows.
The fifth means or the sixth means, wherein the device for measuring a plurality of reflected light or transmitted light includes a main body for detecting optical characteristics of light, and a light receiving unit for receiving light and guiding the light to the main body. Wherein the main body is shared and an optical fiber is used for the light receiving portion.
It is.

【0030】本手段においては、受光した光から光の光
学特性を検出する本体部と、光を受光して本体部に導く
受光部に分かれており、光を直接受光する部分は光ファ
イバからなるか、あるいは光学系からなり、いずれの場
合も受光した光を光ファイバを使用して本体部に導いて
いる。
This means is divided into a main body for detecting the optical characteristics of the light from the received light, and a light receiving section for receiving the light and guiding the light to the main body, and a portion for directly receiving the light is composed of an optical fiber. Or an optical system, and in each case, the received light is guided to the main body using an optical fiber.

【0031】どの部分を受光部とし、どの部分を本体部
とするかは設計によって異なるが、光信号を光信号切替
器により切り替え、共通の光センサで受ける場合は、光
信号切替器以後を本体部と考えることができる。本手段
においては、受光部における光の伝達に光ファイバを用
いているので、研磨装置において光受光器周りの機械的
な設計の自由度を大きくすることができる。
Which part is the light receiving part and which part is the main body part depends on the design. However, when the optical signal is switched by an optical signal switch and received by a common optical sensor, the parts after the optical signal switch are used. Can be considered a department. In this means, since the optical fiber is used for transmitting the light in the light receiving section, the degree of freedom of mechanical design around the light receiver in the polishing apparatus can be increased.

【0032】前記課題を解決するための第8の手段は、
前記第3の手段から第7の手段のいずれかであって、前
記被研磨体からの反射光又は透過光を測定する装置の一
部が研磨定盤と共に回転するものであり、受光した光を
ロータリージョイントを用いて、固定部に導く機能を有
していることを特徴とするもの(請求項8)である。
Eighth means for solving the above-mentioned problem is:
In any one of the third means to the seventh means, a part of a device for measuring reflected light or transmitted light from the object to be polished rotates with a polishing platen, and receives the received light. The rotary joint has a function of guiding to a fixed portion (claim 8).

【0033】本手段においては、前記被研磨体からの反
射光又は透過光を測定する装置の一部が研磨定盤と共に
回転する。その際、これらの測定装置からの照射光が、
常に前記回転する研磨パッド及び研磨定盤に設けられた
光が通過する場所を通過するような位置に、これらの測
定装置の一部を設けることは言うまでも無い。これによ
り、測定装置の光が被研磨体に照射されている時間を長
くすることができ、正確な測定を行うことが可能とな
る。
In this means, a part of the device for measuring the light reflected or transmitted from the object to be polished rotates together with the polishing platen. At that time, the irradiation light from these measuring devices
It goes without saying that a part of these measuring devices is provided at a position such that the light always passes through the place provided on the rotating polishing pad and the polishing platen. Thus, the time during which the object to be polished is irradiated with the light from the measuring device can be lengthened, and accurate measurement can be performed.

【0034】前記課題を解決するための第9の手段は、
ウェハを研磨するに際し、前記第1の手段又は第2の手
段、又は第3の手段から第8の手段の少なくとも一つを
用いて研磨を行う工程を有してなることを特徴とする半
導体デバイスの製造方法(請求項9)である。
A ninth means for solving the above-mentioned problem is:
A semiconductor device, comprising the step of polishing at least one of the first means, the second means, or the third means to the eighth means when polishing a wafer. (Claim 9).

【0035】本手段においては、研磨工程の変更点、研
磨終了点を正確に把握することができるため、正確なウ
ェハの研磨ができ、それにより半導体デバイスの製造を
歩留良く行うことができる。
In this means, since the change point of the polishing step and the polishing end point can be accurately grasped, the wafer can be accurately polished, and the semiconductor device can be manufactured with a high yield.

【0036】[0036]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態の例を
図を用いて説明する。以下に説明する実施の形態におい
ては、研磨終了点の判定を行ったり研磨量を測定したり
するが、その原理的な方法は、図4〜図6に示したもの
と同じである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the embodiment described below, a polishing end point is determined and a polishing amount is measured. The principle method is the same as that shown in FIGS.

【0037】すなわち、パターン存在のウェハの光学計
測を、より精度を上げて適切に行えるような方式とし
て、多成分の波長の光を用いる分光計測を適用してい
る。具体的には、白色光(あるいはそれを分光した成
分)を照射する。勿論ウェハ裏面からの照射でもよい
が、その場合は赤外域での多成分波長光源が必要にな
る。いずれも、照射光の反射光(あるいは赤外光の場合
は透過光も考えうる。)の波長依存即ち分光特性をみる
ことにより、研磨の状態を知ろうとするものである。
That is, spectrometry using light of multiple component wavelengths is applied as a method capable of appropriately and more accurately performing optical measurement of a wafer having a pattern. Specifically, white light (or a component obtained by dividing the light) is applied. Of course, irradiation from the back surface of the wafer may be performed, but in that case, a multi-component wavelength light source in the infrared region is required. In each case, the state of polishing is to be known by looking at the wavelength dependence of reflected light (or transmitted light in the case of infrared light), that is, spectral characteristics.

【0038】本例の検出系では、パターンの最小単位よ
り大きなスポット径で光を照射する。こうした場合、ブ
ランクではないパターン構造部分からの反射光(または
透過光)は、デバイスを構成する積層薄膜の各層の境界
からの光線および、パターン各部分からの反射光波の重
ね合わせで生じた波長依存(分光特性)を見せる。この
波形を研磨進行中にモニタして、研磨量を知ったり、研
磨終了点を判定することが可能になる。例えばダマシン
工程での金属層研磨においては、研磨終了点付近で、下
地のパターンが露出することにより大きな波形の変化が
現れるため、高精度の検出ができる。
In the detection system of this embodiment, light is emitted with a spot diameter larger than the minimum unit of the pattern. In such a case, the reflected light (or transmitted light) from the pattern structure portion which is not a blank depends on the wavelength from the superposition of the light beam from the boundary of each layer of the laminated thin film constituting the device and the reflected light wave from each pattern portion. (Spectral characteristics). By monitoring this waveform while polishing is in progress, it is possible to know the polishing amount or determine the polishing end point. For example, in the polishing of a metal layer in a damascene process, a large change in waveform appears due to the exposure of the underlying pattern near the polishing end point, so that highly accurate detection can be performed.

【0039】このような光学的方法において、研磨中、
いわゆるin-situに計測を行うため、パッドおよび定盤
に透光窓を設けることを行う。透光窓は、透明なパッド
部材を用いてもよいし、くり抜き部分に透明流体(空気
や水)を満たすような方式でもよい。
In such an optical method, during polishing,
In order to perform so-called in-situ measurement, a pad and a surface plate are provided with a light-transmitting window. The translucent window may use a transparent pad member or a method in which a hollow portion is filled with a transparent fluid (air or water).

【0040】ウェハの回転数と研磨定盤の回転数の両方
を、60rpm程度として計測した場合、信号取得の間
隔としては、ほぼ1秒になる。Cu研磨の条件におい
て、1秒での研磨進行が、10nm程度になることもあ
り、これは、制御したい精度にとって無視できない値に
なる。従って、1回転で1個のデータ数では安全を見込
んだ(ノイズ影響で、データ取得がうまく行かない場合
のあることも考えると)モニタリングが困難になる。
When both the number of rotations of the wafer and the number of rotations of the polishing platen are measured at about 60 rpm, the signal acquisition interval is approximately one second. Under the conditions of Cu polishing, the polishing progress in one second may be about 10 nm, which is a value that cannot be ignored for the precision to be controlled. Therefore, it is difficult to monitor with one data number per rotation in view of safety (considering that data acquisition may not be performed properly due to noise).

【0041】これに対し、本発明においては、実施の形
態として、例えば図1に示すような構成の研磨装置を使
用する。図1において、1はウェハ、2は研磨ヘッド、
3は研磨定盤、4は研磨パッド、5a〜5cは観測窓、
6は光学特性測定装置、7パーソナルコンピュータであ
る。なお、光学特性測定装置6は、特許請求の範囲でい
う「被研磨体からの反射光又は透過光を測定する装置」
に対応し、パーソナルコンピュータ7が特許請求の範囲
でいう「被研磨体の研磨状態をモニタリングする装置」
に対応する。
On the other hand, in the present invention, as an embodiment, for example, a polishing apparatus having a configuration as shown in FIG. 1 is used. In FIG. 1, 1 is a wafer, 2 is a polishing head,
3 is a polishing table, 4 is a polishing pad, 5a to 5c are observation windows,
Reference numeral 6 denotes an optical characteristic measuring device and 7 a personal computer. Note that the optical property measuring device 6 is a device for measuring reflected light or transmitted light from the object to be polished in the claims.
And a personal computer 7 for monitoring the polishing state of the object to be polished.
Corresponding to

【0042】研磨されるウェハ1は研磨ヘッド2に保持
されている。研磨定盤3の表面には研磨パッド4が設け
られており、研磨定盤3は、その中心軸の周りに回転し
ている。研磨ヘッド2は、ウェハ1を研磨パッド4の上
に押圧しながら回転すると共に往復運動を行い、研磨パ
ッド4によりウェハ1を研磨する。研磨定盤3及び研磨
パッド4には、3つの観測窓5a〜5cが設けられてい
る。光学特性測定装置6から照射された光は、この観測
窓5a〜5cを通してウェハ1表面に投射される。ウェ
ハ1からの反射光は、光学特性測定装置6内に設けられ
た、図5に示されるような光学系により分光処理され、
パーソナルコンピュータ7によりデータ処理されて、研
磨量又は研磨終了点が検知される。
The wafer 1 to be polished is held by a polishing head 2. A polishing pad 4 is provided on the surface of the polishing platen 3, and the polishing platen 3 is rotated around its central axis. The polishing head 2 rotates and reciprocates while pressing the wafer 1 on the polishing pad 4, and polishes the wafer 1 with the polishing pad 4. The polishing platen 3 and the polishing pad 4 are provided with three observation windows 5a to 5c. Light emitted from the optical property measuring device 6 is projected on the surface of the wafer 1 through the observation windows 5a to 5c. The reflected light from the wafer 1 is spectrally processed by an optical system as shown in FIG.
The data is processed by the personal computer 7 to detect the polishing amount or the polishing end point.

【0043】本実施の形態では、観測窓5a〜5cを3
個設け、しかもそれを近接させず、研磨定盤の回転中心
に対し、同心円上に等間隔に配置することにより、測定
間隔を短縮し、高精度の制御を可能にする。すなわち、
観測窓が1つの場合に比して計測間隔が1/3となり、研
磨量1/3での制御が可能になる。観測窓の数を増せば、
それだけ計測間隔は短くなり、小さな研磨量の変化を検
出することができる。
In this embodiment, three observation windows 5a to 5c are set.
The measurement intervals are shortened and high-precision control is possible by disposing them at equal intervals on the concentric circle with respect to the center of rotation of the polishing table without providing them close to each other. That is,
The measurement interval becomes 1/3 as compared with the case where the number of observation windows is one, and control with the polishing amount of 1/3 becomes possible. If you increase the number of observation windows,
As a result, the measurement interval becomes shorter, and a small change in the polishing amount can be detected.

【0044】図2に、本発明の他の実施の形態である研
磨装置の例を示す。図2において、図1に示された構成
要素と同じ構成要素には同じ符号を付してその説明を省
略する。図2において、1a、1bはウェハ、2a、2
bは研磨ヘッド、8a、8bは光受光端、9a、9bは
光ファイバ、10はファイバ切替え装置、11は光ファ
イバである。なお、本実施の形態においては、特許請求
の範囲でいう「被研磨体からの反射光又は透過光を測定
する装置」に対応しするものは、光学特性測定装置6の
みならず、光受光端8a、8b、光ファイバ9a、9
b、ファイバ切替え装置10、光ファイバ11を含む。
FIG. 2 shows an example of a polishing apparatus according to another embodiment of the present invention. 2, the same components as those shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted. In FIG. 2, reference numerals 1a and 1b denote wafers, 2a and 2a,
b is a polishing head, 8a and 8b are light receiving ends, 9a and 9b are optical fibers, 10 is a fiber switching device, and 11 is an optical fiber. In the present embodiment, what corresponds to the “device for measuring reflected light or transmitted light from the object to be polished” referred to in the claims is not only the optical property measuring device 6 but also the light receiving end. 8a, 8b, optical fibers 9a, 9
b, a fiber switching device 10 and an optical fiber 11 are included.

【0045】本実施の形態においては、研磨ヘッドが2
a、2bの2個設けられ、それぞれウェハ1a、1bを
保持して、2枚のウェハを同時に研磨できるようになっ
ている。このような研磨装置においては、観測窓を複数
設けても、測定間隔を短くすることはできるが、片方の
ウェハの研磨状態しか検出できない。よって、本実施の
形態においては、特許請求の範囲に記載される「反射光
又は透過光を測定する装置」を2つ設けるようにしてい
る。検出器をウェハの数に合わせて2つ設けるようにし
ている。ただし、分光器等を有する高価な主要部分は共
通化し、受光端に当たる部分のみを2つ設けている(請
求項5に対応)。
In this embodiment, the polishing head is 2
a and 2b are provided, and two wafers 1a and 1b are respectively held and two wafers can be polished simultaneously. In such a polishing apparatus, even if a plurality of observation windows are provided, the measurement interval can be shortened, but only the polishing state of one wafer can be detected. Therefore, in the present embodiment, two “devices for measuring reflected light or transmitted light” described in the claims are provided. Two detectors are provided according to the number of wafers. However, an expensive main part having a spectroscope or the like is shared, and only two parts corresponding to the light receiving end are provided (corresponding to claim 5).

【0046】すなわち、各ウェハ1a、1bの位置に合
わせて、光受光端8a、8bを設けている。光受光端8
a、8bは、例えば光ファイバの先端に集光レンズを取
り付けたようなものであり、ウェハ1a、1bよりの反
射光を集光するものである。光受光端8a、8bで受光
された光は、それぞれ光ファイバ9a、9bを通してフ
ァイバ切替機構10に導かれる。光を導くのに光ファイ
バを使用しているので、光の通過経路にフレキシビリテ
ィを持たせることができ、研磨定盤3の下部周りの機械
品の配置の自由度を上げることができる。
That is, the light receiving ends 8a and 8b are provided in accordance with the positions of the wafers 1a and 1b. Light receiving end 8
Reference numerals a and 8b denote, for example, those in which a condenser lens is attached to the tip of an optical fiber, and condense reflected light from the wafers 1a and 1b. The light received at the light receiving ends 8a and 8b is guided to the fiber switching mechanism 10 through the optical fibers 9a and 9b, respectively. Since an optical fiber is used to guide the light, flexibility can be given to the light passage path, and the degree of freedom in the arrangement of mechanical parts around the lower part of the polishing platen 3 can be increased.

【0047】ファイバ切替機構10は、光ファイバ9
a、9bからの光を選択して光ファイバ11に伝達する
もので、周知のものであるのでその説明を省略する。フ
ァイバ切替機構10により、光ファイバ9a、9bから
の光を周期的に切り替えて光ファイバ11を介して光学
特性測定装置6に送ることにより、両方のウェハ1a、
1bの研磨状態を観測することができる(請求項6に対
応)。
The fiber switching mechanism 10 includes an optical fiber 9
Since the light from a and 9b is selected and transmitted to the optical fiber 11, it is a well-known one and the description thereof is omitted. By periodically switching the light from the optical fibers 9a and 9b by the fiber switching mechanism 10 and sending the light to the optical characteristic measuring device 6 via the optical fiber 11, both wafers 1a,
The polishing state 1b can be observed (corresponding to claim 6).

【0048】なお、ファイバ切替機構10の前にロータ
リージョイントを設置し、光受光端8a、8bと光ファ
イバ9a、9bが、研磨定盤3と共に回転するようにし
て、光ファイバ9a、9bからの信号光をロータリージ
ョイントを介して、回転しないファイバ切替機構10に
導くようにしてもよい。このようにすると、照射光、反
射光は、常に観測窓5a、5bを通ることになるので、
ウェハ1a、1bに照射光が当たっている時間が長くな
り、測定時間短くすることができると共に、研磨定盤3
下部の構造をコンパクトにすることができる。
A rotary joint is installed in front of the fiber switching mechanism 10 so that the light receiving ends 8a, 8b and the optical fibers 9a, 9b rotate together with the polishing platen 3 so that the optical fibers 9a, 9b The signal light may be guided to the non-rotating fiber switching mechanism 10 via the rotary joint. In this case, the irradiation light and the reflected light always pass through the observation windows 5a and 5b.
The time during which the wafers 1a and 1b are irradiated with the irradiation light is lengthened, so that the measurement time can be shortened.
The lower structure can be made compact.

【0049】図3は半導体デバイス製造プロセスを示す
フローチャートである。半導体デバイス製造プロセスを
スタートして、まずステップS200で、次に挙げるステッ
プS201〜S204の中から適切な処理工程を選択する。選択
に従って、ステップS201〜S204のいずれかに進む。
FIG. 3 is a flowchart showing a semiconductor device manufacturing process. When the semiconductor device manufacturing process is started, first, in step S200, an appropriate processing step is selected from the following steps S201 to S204. According to the selection, the process proceeds to any of steps S201 to S204.

【0050】ステップS201はシリコンウエハの表面を酸
化させる酸化工程である。ステップS202はCVD等により
シリコンウエハ表面に絶縁膜を形成するCVD工程であ
る。ステップS203はシリコンウエハ上に電極を蒸着等の
工程で形成する電極形成工程である。ステップS204はシ
リコンウエハにイオンを打ち込むイオン打ち込み工程で
ある。
Step S201 is an oxidation step for oxidizing the surface of the silicon wafer. Step S202 is a CVD step of forming an insulating film on the surface of the silicon wafer by CVD or the like. Step S203 is an electrode forming step of forming electrodes on the silicon wafer by steps such as vapor deposition. Step S204 is an ion implantation step of implanting ions into the silicon wafer.

【0051】CVD工程もしくは電極形成工程の後で、ス
テップS205に進む。ステップS205でCMP工程を実施する
かどうか判断し、実施する場合はS206のCMP工程に進
む。CMP工程を行なわない場合は、S206をバイパスす
る。CMP工程では本発明に係る研磨装置により、層間絶
縁膜の平坦化や、半導体デバイスの表面の金属膜の研磨
によるダマシン(damascene)の形成等が行われる。
After the CVD step or the electrode forming step, the process proceeds to step S205. In step S205, it is determined whether or not to perform the CMP process, and if so, the process proceeds to the CMP process in S206. If the CMP step is not performed, S206 is bypassed. In the CMP step, the polishing apparatus according to the present invention performs planarization of an interlayer insulating film, formation of a damascene by polishing a metal film on the surface of a semiconductor device, and the like.

【0052】CMP工程もしくは酸化工程の後でステップS
207に進む。ステップS207はフォトリソ工程である。フ
ォトリソ工程では、シリコンウエハへのレジストの塗
布、露光装置を用いた露光によるシリコンウエハへの回
路パターンの焼き付け、露光したシリコンウエハの現像
が行われる。さらに次のステップS208は現像したレジス
ト像以外の部分をエッチングにより削り、その後レジス
ト剥離が行われ、エッチングが済んで不要となったレジ
ストを取り除くエッチング工程である。
After the CMP step or the oxidation step, step S
Proceed to 207. Step S207 is a photolithography step. In the photolithography process, a resist is applied to a silicon wafer, a circuit pattern is printed on the silicon wafer by exposure using an exposure apparatus, and the exposed silicon wafer is developed. Further, the next step S208 is an etching step of removing portions other than the developed resist image by etching, and thereafter stripping the resist to remove unnecessary resist after etching.

【0053】次にステップS209で必要な全工程が完了し
たかを判断し、完了していなければステップS200に戻
り、先のステップを繰り返して、シリコンウエハ上に回
路パターンが形成される。ステップS209で全工程が完了
したと判断されればエンドとなる。
Next, in step S209, it is determined whether or not all necessary steps have been completed. If not, the process returns to step S200, and the previous steps are repeated to form a circuit pattern on the silicon wafer. If it is determined in step S209 that all steps have been completed, the process ends.

【0054】[0054]

【実施例1】実際に図1に示す研磨装置において、6イ
ンチウェハ上の金属電極膜であるCu(バリアメタルと
してTaNが40nm程度下層にある。)を研磨し、そ
の研磨終了点検出を試みた。研磨は、ウェハをバッキン
グフィルムで保持した研磨ヘッドを、600mm径の発
泡性の研磨パッドの上で回転および揺動することにより
行った。研磨剤(スラリー)は、シリカ粒をアルカリ溶
媒に分散させたものを用い、200g/cm2程度の研
磨圧、回転数60rpmで行った。
EXAMPLE 1 In the polishing apparatus shown in FIG. 1, Cu which is a metal electrode film on a 6-inch wafer (TaN as a barrier metal having a lower layer of about 40 nm) was actually polished, and the end point of the polishing was detected. Was. Polishing was performed by rotating and rocking a polishing head holding a wafer with a backing film on a foaming polishing pad having a diameter of 600 mm. The abrasive (slurry) was prepared by dispersing silica particles in an alkaline solvent, and the polishing was performed at a polishing pressure of about 200 g / cm 2 and a rotation speed of 60 rpm.

【0055】本例では、パッド表面に約20mm径の円
形切り込みを3ヵ所(それぞれ120°の角度をもって
配置)設け、そこに、透明樹脂を研磨パッド面よりわず
かに下げて配置することにより研磨モニタの為の透光窓
を形成した。検出用の計測ユニット(固定)からウェハ
表面へ、この透光窓を通してプローブ光を照射し、その
反射光の分光特性を図5に示したような光学系で検出す
ることにより、研磨終了を判断した。
In this example, three circular cuts having a diameter of about 20 mm are provided on the pad surface (each disposed at an angle of 120 °), and a transparent resin is disposed slightly below the polishing pad surface to thereby provide a polishing monitor. A light-transmitting window was formed. By irradiating probe light from the measurement unit for detection (fixed) to the wafer surface through the light-transmitting window, and detecting the spectral characteristics of the reflected light with an optical system as shown in FIG. did.

【0056】窓部分が3カ所設けてあるため、1データ
取得間隔は1/3回転(約333msec)となり、その間の
微小な変化も検出することが可能になった。これにより
Cu膜がなくなる直前の厚み変化として、10nm以下
の制御が可能になった。
Since three windows are provided, the data acquisition interval is 1/3 rotation (approximately 333 msec), and it is possible to detect minute changes during that period. As a result, a thickness change immediately before the Cu film disappears can be controlled to 10 nm or less.

【0057】[0057]

【実施例2】図2に示すような研磨装置を用いて、実施
例1と同様にCu研磨を行い、2枚のウェハそれぞれに
ついての終点判定を行った。具体的には、実施例1と同
じ構成の20mm径の観察窓を2カ所、それぞれの窓が
光受光端8a、8bの位置を通過する時間が少しずれる
ように設けた。こうすることで、ウェハ1からの光学系
1の信号と、ウェハ2からの光学系2の信号をファイバ
切替機10を用いて、交互に取得することができる。フ
ァイバ切替のタイミングは、研磨定盤3の回転と同期し
て行った。
Embodiment 2 Cu polishing was performed using a polishing apparatus as shown in FIG. 2 in the same manner as in Embodiment 1, and the end points of each of the two wafers were determined. Specifically, two observation windows having the same configuration as in Example 1 and having a diameter of 20 mm were provided so that the time when each window passed the position of the light receiving ends 8a and 8b was slightly shifted. By doing so, the signal of the optical system 1 from the wafer 1 and the signal of the optical system 2 from the wafer 2 can be obtained alternately using the fiber switching device 10. The fiber switching timing was synchronized with the rotation of the polishing table 3.

【0058】この機構により1つのメインの光学系、信
号処理系(光学特性測定装置6、パーソナルコンピュー
タ7)で、複数のウェハのin-situ モニタリングが実現
でき、複数ウェハの精度のよい工程管理が可能になっ
た。
With this mechanism, in-situ monitoring of a plurality of wafers can be realized by one main optical system and signal processing system (optical characteristic measuring device 6, personal computer 7), and accurate process management of a plurality of wafers can be achieved. It is now possible.

【0059】[0059]

【発明の効果】以上説明したように、本発明のうち請求
項1に係る発明においては、研磨パッドが1回転する間
に複数回の測定を実施することができるので、測定間隔
を短くすることができ、工程変更点や研磨終了点を正確
に決定することができる。
As described above, according to the first aspect of the present invention, since the measurement can be performed a plurality of times during one rotation of the polishing pad, the measurement interval can be shortened. Thus, the process change point and the polishing end point can be accurately determined.

【0060】請求項2に係る発明においては、複数の被
研磨体を同時に研磨する場合でも、各々の被研磨体の研
磨状態を独立にモニタリングすることができる。請求項
3に係る発明においては、従来の研磨装置に比して、被
研磨体の研磨状況を短い間隔で測定できるので、研磨終
了点や工程変更点を正確に測定することができる。
In the invention according to the second aspect, even when a plurality of polished objects are polished simultaneously, the polishing state of each polished object can be monitored independently. In the invention according to the third aspect, the polishing state of the object to be polished can be measured at shorter intervals than in the conventional polishing apparatus, so that the polishing end point and the process change point can be accurately measured.

【0061】請求項4に係る発明においては、複数の被
研磨体を同時に研磨する場合でも、各々の被研磨体の研
磨状態を独立にモニタリングすることができる。請求項
5に係る発明においては、例えば光を直接受光する受光
部を別々とし、検出した信号から分光特性を求めるよう
な高価な部分を共通化することにより、装置の価格を安
価にすることができる。
In the invention according to the fourth aspect, even when a plurality of polished objects are polished simultaneously, the polishing state of each polished object can be monitored independently. In the invention according to claim 5, it is possible to reduce the price of the apparatus by, for example, separately providing a light receiving unit for directly receiving light and sharing an expensive portion for obtaining a spectral characteristic from a detected signal. it can.

【0062】請求項6に係る発明においては、高価な信
号処理部を共通化することができ、全体を安価なものに
することができる。請求項7に係る発明においては、受
光部における光の伝達に光ファイバを用いているので、
研磨装置において光受光器周りの機械的な設計の自由度
を大きくすることができる。
In the invention according to claim 6, an expensive signal processing section can be shared, and the whole can be made inexpensive. In the invention according to claim 7, since the optical fiber is used for transmitting light in the light receiving unit,
The degree of freedom of mechanical design around the optical receiver in the polishing apparatus can be increased.

【0063】請求項8に係る発明においては、測定装置
の光が被研磨体に照射されている時間を長くすることが
でき、正確な測定を行うことが可能となる。請求項9に
係る発明においては、研磨工程の変更点、研磨終了点を
正確に把握することができるため、正確なウェハの研磨
ができ、それにより半導体デバイスの製造を歩留良く行
うことができる。
In the invention according to claim 8, the time during which the object to be polished is irradiated with the light from the measuring device can be lengthened, and accurate measurement can be performed. According to the ninth aspect of the present invention, since the change point of the polishing process and the polishing end point can be accurately grasped, the wafer can be accurately polished, and the semiconductor device can be manufactured with high yield. .

【0064】[0064]

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施の形態の1例である研磨装置の概
要を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing an outline of a polishing apparatus as an example of an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の実施の形態の他の例である研磨装置の
概要を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing an outline of a polishing apparatus as another example of the embodiment of the present invention.

【図3】本発明の実施の形態の1例である半導体デバイ
スの製造方法の概要を示す図である。
FIG. 3 is a diagram illustrating an outline of a method for manufacturing a semiconductor device as an example of an embodiment of the present invention;

【図4】従来の研磨装置の例を示す概要図である。FIG. 4 is a schematic view showing an example of a conventional polishing apparatus.

【図5】分光装置の例を示す概要図である。FIG. 5 is a schematic diagram illustrating an example of a spectroscopic device.

【図6】研摩開始時と研摩終了時におけるウェハの分光
反射率の例を示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing an example of the spectral reflectance of a wafer at the start of polishing and at the end of polishing.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1、1a、1b…ウェハ 2、2a、2b…研磨ヘッド 3…研磨定盤 4…研磨パッド 5a〜5c…観測窓 6…光学特性測定装置 7…パーソナルコンピュータ 8a、8b…光受光端 9a、9b…光ファイバ 10…ファイバ切替え装置 11…光ファイバ 1, 1a, 1b: Wafer 2, 2a, 2b: Polishing head 3: Polishing platen 4: Polishing pad 5a-5c: Observation window 6: Optical property measuring device 7: Personal computer 8a, 8b: Light receiving end 9a, 9b ... Optical fiber 10 ... Fiber switching device 11 ... Optical fiber

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 研磨装置において、被研磨体の研磨状態
を研磨中にモニタリングする方法であって、回転する研
磨パッド及び研磨定盤に光が通過する場所を複数箇所設
け、当該光が通過する場所を通して被研磨体に光を照射
し、その反射光又は透過光の光学特性を測定することに
より、1個以上の被研磨体の研磨状態のモニタリングを
行うことを特徴とする研磨状態のモニタリング方法。
1. A method for monitoring a polishing state of an object to be polished in a polishing apparatus during polishing, wherein a plurality of places where light passes through a rotating polishing pad and a polishing platen are provided, and the light passes therethrough. Monitoring a polishing state of one or more polishing objects by irradiating the polishing object with light through a place and measuring an optical property of reflected light or transmitted light thereof; .
【請求項2】 請求項1に記載の研磨状態のモニタリン
グ方法であって、複数の光計測光学系により、反射光又
は透過光の測定を行うことを特徴とする研磨状態のモニ
タリング方法。
2. The method for monitoring a polishing state according to claim 1, wherein a plurality of optical measurement optical systems measure reflected light or transmitted light.
【請求項3】 研磨ヘッドに保持した被研磨体を、研磨
定盤に取り付けられた研磨パッドに押し付け、研磨剤を
供給し、少なくとも研磨定盤を回転させながら研磨を行
う研磨装置であって、研磨パッド及び研磨定盤に光が通
過する場所が複数箇所設けられると共に、光が通過する
場所を通して被研磨体にプローブ光を照射する装置と、
被研磨体からの反射光又は透過光を測定する装置と、測
定された反射光又は透過光の光学特性に基づいて、被研
磨体の研磨状態をモニタリングする装置とを有してなる
ことを特徴とする研磨装置。
3. A polishing apparatus for pressing an object to be polished held by a polishing head against a polishing pad attached to a polishing platen, supplying an abrasive, and polishing at least while rotating the polishing platen, A plurality of places where light passes through the polishing pad and the polishing platen are provided, and an apparatus for irradiating the object to be polished with probe light through the place where the light passes,
It has a device for measuring a reflected light or a transmitted light from an object to be polished, and a device for monitoring a polishing state of the object to be polished based on the measured optical characteristics of the reflected or transmitted light. Polishing equipment.
【請求項4】 請求項3に記載の研磨装置であって、被
研磨体からの反射光又は透過光を測定する装置が複数設
けられていることを特徴とする研磨装置。
4. The polishing apparatus according to claim 3, wherein a plurality of devices for measuring reflected light or transmitted light from the object to be polished are provided.
【請求項5】 請求項4に記載の研磨装置であって、前
記複数の反射光又は透過光を測定する装置は、少なくと
も2つの装置間においてその一部の構成を共有としてい
ることを特徴とする研磨装置。
5. The polishing apparatus according to claim 4, wherein said plurality of devices for measuring reflected light or transmitted light share at least two devices in common. Polishing equipment.
【請求項6】 請求項5に記載の研磨装置であって、前
記一部の構成を共有する、前記複数の反射光又は透過光
を測定する装置は、受光された信号光を切り替えて、そ
の後に接続される共有の部分に送る切替え装置を有する
ことを特徴とする研磨装置。
6. The polishing apparatus according to claim 5, wherein the apparatus for measuring the plurality of reflected lights or transmitted lights, which shares the partial configuration, switches the received signal light, and thereafter, A polishing apparatus, comprising: a switching device that sends a signal to a common part connected to the polishing apparatus.
【請求項7】 請求項5又は請求項6に記載の研磨装置
であって、複数の反射光又は透過光を測定する装置が、
光の光学特性を検出する本体部と、光を受光して本体部
に導く受光部に分かれており、本体部が共通化されてい
て、受光部には光ファイバが用いられていることを特徴
とする研磨装置。
7. The polishing apparatus according to claim 5, wherein the apparatus for measuring a plurality of reflected lights or transmitted lights includes:
It is divided into a main unit that detects the optical characteristics of light and a light receiving unit that receives light and guides it to the main unit.The main unit is shared, and an optical fiber is used for the light receiving unit. Polishing equipment.
【請求項8】 請求項3から請求項7のうちいずれか1
項に記載の研磨装置であって、前記被研磨体からの反射
光又は透過光を測定する装置の一部が研磨定盤と共に回
転するものであり、受光した光をロータリージョイント
を用いて、固定部に導く機能を有していることを特徴と
する研磨装置。
8. One of claims 3 to 7
The polishing apparatus according to the above, wherein a part of the apparatus for measuring the reflected light or transmitted light from the object to be polished rotates with the polishing platen, the received light using a rotary joint, fixed A polishing apparatus characterized in that it has a function of leading to a part.
【請求項9】 ウェハを研磨するに際し、請求項1若し
くは請求項2に記載の研磨状態のモニタリング方法、又
は請求項3から請求項8のうちいずれか1項に記載の研
磨装置を用いて研磨を行う工程を有してなることを特徴
とする半導体デバイスの製造方法。
9. A polishing method for monitoring a polishing state according to claim 1 or 2, or polishing using a polishing apparatus according to claim 3 when polishing a wafer. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising the step of:
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