JP2001284300A - 光学監視を用いた研磨終点検出方法および装置 - Google Patents
光学監視を用いた研磨終点検出方法および装置Info
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Classifications
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- B24B37/00—Lapping machines or devices; Accessories
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
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- B24—GRINDING; POLISHING
- B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
- B24B49/00—Measuring or gauging equipment for controlling the feed movement of the grinding tool or work; Arrangements of indicating or measuring equipment, e.g. for indicating the start of the grinding operation
- B24B49/02—Measuring or gauging equipment for controlling the feed movement of the grinding tool or work; Arrangements of indicating or measuring equipment, e.g. for indicating the start of the grinding operation according to the instantaneous size and required size of the workpiece acted upon, the measuring or gauging being continuous or intermittent
- B24B49/04—Measuring or gauging equipment for controlling the feed movement of the grinding tool or work; Arrangements of indicating or measuring equipment, e.g. for indicating the start of the grinding operation according to the instantaneous size and required size of the workpiece acted upon, the measuring or gauging being continuous or intermittent involving measurement of the workpiece at the place of grinding during grinding operation
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- B24—GRINDING; POLISHING
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- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
- H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
- H01L21/3205—Deposition of non-insulating-, e.g. conductive- or resistive-, layers on insulating layers; After-treatment of these layers
- H01L21/321—After treatment
- H01L21/32115—Planarisation
- H01L21/3212—Planarisation by chemical mechanical polishing [CMP]
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- Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 適切な終点を判定する方法及び装置を提供す
る。 【解決手段】 装置並びに方法は、基板表面を窓部を有
する研磨パッドに接触させ、基板と研磨パッドとの間に
相対運動を生じさせ、基板に対する研磨パッドの運動が
光線に基板を横切る径路内を移動させる様に、窓部を介
して光線を向ける。光線が基板を横切って移動する際に
生成する複数の発光強度測定値から、極限発光強度測定
値を導出する。光線は、複数回数、基板を横切って掃引
して、複数の極限発光強度測定値を生成し、複数の極限
発光強度測定値に基づいて、研磨終点が検出される。
る。 【解決手段】 装置並びに方法は、基板表面を窓部を有
する研磨パッドに接触させ、基板と研磨パッドとの間に
相対運動を生じさせ、基板に対する研磨パッドの運動が
光線に基板を横切る径路内を移動させる様に、窓部を介
して光線を向ける。光線が基板を横切って移動する際に
生成する複数の発光強度測定値から、極限発光強度測定
値を導出する。光線は、複数回数、基板を横切って掃引
して、複数の極限発光強度測定値を生成し、複数の極限
発光強度測定値に基づいて、研磨終点が検出される。
Description
【０００１】
【発明の背景】本発明は基板の化学機械研磨に関し、特
に、化学機械研磨作業中に終点を検出する方法および装
置に関する。
に、化学機械研磨作業中に終点を検出する方法および装
置に関する。
【０００２】集積回路は、典型的には、シリコンウェハ
上に導電性、半導性又は絶縁性の層を順次形成すること
により、基板上に形成される。ある製造ステップでは、
パターン付けされたストップ層上に充填層を形成して、
ストップ層が露出するまで充填層を平坦化することが必
要となる。例えば、導電性充填層をパターン付けされた
絶縁性ストップ層上に形成して、ストップ層内のトレン
チ又は孔を充填する。平坦化の後、高くなった絶縁層の
パターンの間に残っている導電層の部分が、バイア、プ
ラグ及び基板上の薄膜回路の間の導電性経路になるライ
ンを形成する。
上に導電性、半導性又は絶縁性の層を順次形成すること
により、基板上に形成される。ある製造ステップでは、
パターン付けされたストップ層上に充填層を形成して、
ストップ層が露出するまで充填層を平坦化することが必
要となる。例えば、導電性充填層をパターン付けされた
絶縁性ストップ層上に形成して、ストップ層内のトレン
チ又は孔を充填する。平坦化の後、高くなった絶縁層の
パターンの間に残っている導電層の部分が、バイア、プ
ラグ及び基板上の薄膜回路の間の導電性経路になるライ
ンを形成する。
【０００３】化学機械研磨（ＣＭＰ）は、一般に容認さ
れた平坦化方法の一つである。この平坦化方法は、典型
的には、基板をキャリア又は研磨ヘッドに取り付けるこ
とを必要とする。基板の露出表面を、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」パッド又は固定研磨パッドのいずれかとするこ
とができる。標準パッドは、耐久性のある粗い表面を有
し、一方、固定研磨パッドは、格納媒体に保持された研
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、圧力を基板に与えて、研磨パッドに対して基
板を押し付ける。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と研磨粒子とを含む研磨スラリを
研磨パッドの表面に供給する。
れた平坦化方法の一つである。この平坦化方法は、典型
的には、基板をキャリア又は研磨ヘッドに取り付けるこ
とを必要とする。基板の露出表面を、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」パッド又は固定研磨パッドのいずれかとするこ
とができる。標準パッドは、耐久性のある粗い表面を有
し、一方、固定研磨パッドは、格納媒体に保持された研
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、圧力を基板に与えて、研磨パッドに対して基
板を押し付ける。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と研磨粒子とを含む研磨スラリを
研磨パッドの表面に供給する。
【０００４】ＣＭＰにおける問題の一つは、研磨工程が
完結しているかどうかを判断すること、即ち、基板の層
が所望の平坦さ又は厚さまで平坦化されたかどうかを判
断することである。基板層の初めの厚さ、スラリの組
成、研磨パッドの状態、研磨パッドと基板との間の相対
速度及び基板に加えられる負荷における変動が、材料除
去率の変動の原因となる。これらの変動が、研磨終点に
達するのに必要な時間変動の原因となる。従って、単に
研磨時間の関数として研磨終点を判定することはできな
い。
完結しているかどうかを判断すること、即ち、基板の層
が所望の平坦さ又は厚さまで平坦化されたかどうかを判
断することである。基板層の初めの厚さ、スラリの組
成、研磨パッドの状態、研磨パッドと基板との間の相対
速度及び基板に加えられる負荷における変動が、材料除
去率の変動の原因となる。これらの変動が、研磨終点に
達するのに必要な時間変動の原因となる。従って、単に
研磨時間の関数として研磨終点を判定することはできな
い。
【０００５】研磨終点を判定する方法の一つは、研磨表
面から基板を除去してそれを調べることである。例え
ば、基板を計測ステーションに送り、例えば、プロファ
イロメーター又は抵抗率測定値で基板の層の厚さを測定
する。所望の仕様を満たさない場合には、基板をＣＭＰ
装置に再ロードしてさらに処理する。これは、時間のか
かる手順で、ＣＭＰ装置のスループットを低下させる。
また、検査により、材料が過剰に除去されたことがわか
ると、基板は使用できなくなることがある。
面から基板を除去してそれを調べることである。例え
ば、基板を計測ステーションに送り、例えば、プロファ
イロメーター又は抵抗率測定値で基板の層の厚さを測定
する。所望の仕様を満たさない場合には、基板をＣＭＰ
装置に再ロードしてさらに処理する。これは、時間のか
かる手順で、ＣＭＰ装置のスループットを低下させる。
また、検査により、材料が過剰に除去されたことがわか
ると、基板は使用できなくなることがある。
【０００６】より最近になって、研磨終点を検出するた
めに、例えば、干渉計又は反射率計を用いて、基板のイ
ンサイチュー（in-situ）光学監視が行われるようにな
ってきた。例えば、金属層を研磨して、下層にある絶縁
層又は誘電体層を露出する場合に、金属層が除去される
と基板の反射率が突然下がる。この低下を検出して、研
磨終点を知らせることができる。残念ながら、反射率に
急激な変化がある場合でも、適切な終点を判定すること
は困難である。
めに、例えば、干渉計又は反射率計を用いて、基板のイ
ンサイチュー（in-situ）光学監視が行われるようにな
ってきた。例えば、金属層を研磨して、下層にある絶縁
層又は誘電体層を露出する場合に、金属層が除去される
と基板の反射率が突然下がる。この低下を検出して、研
磨終点を知らせることができる。残念ながら、反射率に
急激な変化がある場合でも、適切な終点を判定すること
は困難である。
【０００７】
【発明の概要】一態様において本発明は、化学機械研磨
用の終点検出方法に向けられている。この方法において
は、基板表面を研磨パッドと接触させて、基板と研磨パ
ッドとの間に相対運動を生成する。光線を向けて基板表
面に当て、光線を基板表面を横切る経路で移動させる。
基板から反射した光線により生成された発光強度信号を
監視して、光線が基板を横切って移動する時の複数の発
光強度測定値を発光強度信号から抽出する。第一の極限
発光強度測定値を、複数の発光強度測定値から導出す
る。基板を横切る複数の掃引光線を繰り返して、第一の
複数の極限発光強度測定値を生成して、第一の複数の極
限発光強度測定値に基づいて研磨終点を検出する。
用の終点検出方法に向けられている。この方法において
は、基板表面を研磨パッドと接触させて、基板と研磨パ
ッドとの間に相対運動を生成する。光線を向けて基板表
面に当て、光線を基板表面を横切る経路で移動させる。
基板から反射した光線により生成された発光強度信号を
監視して、光線が基板を横切って移動する時の複数の発
光強度測定値を発光強度信号から抽出する。第一の極限
発光強度測定値を、複数の発光強度測定値から導出す
る。基板を横切る複数の掃引光線を繰り返して、第一の
複数の極限発光強度測定値を生成して、第一の複数の極
限発光強度測定値に基づいて研磨終点を検出する。
【０００８】本発明の実施形態は、次の特徴を含む。第
一の極限発光強度測定値は、複数の発光強度測定値から
の最大及び最小発光強度測定値である。第二の極限発光
強度測定値を、複数の発光強度測定値から選択すること
もできる。各繰り返しの最小発光強度測定値を、その繰
り返しからの最大発光強度測定値から減じて、複数の差
分発光強度測定値を生成する。研磨終点を検出すること
には、第一又は第二の複数の極限発光強度測定値のいず
れかに伴う基準を満たすかどうかを判定することが含ま
れる。また、研磨終点を検出することには、第一及び第
二の複数の極限発光強度測定値の両方に伴う基準を満た
すかどうかを判定することが含まれる。基板は、誘電体
層等のストップ層の上に形成される、金属層等の充填層
を含み、充填層が研磨パッドと接している。研磨終点が
示すことは、ストップ層が少なくとも部分的に露出して
いるか、もしくは、ストップ層が実質的に露出している
かについてである。各繰り返しの複数の発光強度測定値
から平均発光強度を計算するので、研磨終点は平均発光
強度測定値に基づいている。研磨パッドは窓部を含み、
この窓部を介して光線を向けて、基板に対する研磨パッ
ドの運動が、光線を基板表面を横切って移動させる。各
発光強度測定値の放射状の位置を判定する。発光強度測
定値を、半径方向位置に基づく複数の半径方向範囲に分
割する。極限発光強度測定値を、複数の半径方向範囲の
各々における発光強度測定値から選択する。研磨を研磨
終点で停止するか、もしくは、例えば、スラリ等の研磨
消耗品等の研磨パラメータを研磨終点で変更する。
一の極限発光強度測定値は、複数の発光強度測定値から
の最大及び最小発光強度測定値である。第二の極限発光
強度測定値を、複数の発光強度測定値から選択すること
もできる。各繰り返しの最小発光強度測定値を、その繰
り返しからの最大発光強度測定値から減じて、複数の差
分発光強度測定値を生成する。研磨終点を検出すること
には、第一又は第二の複数の極限発光強度測定値のいず
れかに伴う基準を満たすかどうかを判定することが含ま
れる。また、研磨終点を検出することには、第一及び第
二の複数の極限発光強度測定値の両方に伴う基準を満た
すかどうかを判定することが含まれる。基板は、誘電体
層等のストップ層の上に形成される、金属層等の充填層
を含み、充填層が研磨パッドと接している。研磨終点が
示すことは、ストップ層が少なくとも部分的に露出して
いるか、もしくは、ストップ層が実質的に露出している
かについてである。各繰り返しの複数の発光強度測定値
から平均発光強度を計算するので、研磨終点は平均発光
強度測定値に基づいている。研磨パッドは窓部を含み、
この窓部を介して光線を向けて、基板に対する研磨パッ
ドの運動が、光線を基板表面を横切って移動させる。各
発光強度測定値の放射状の位置を判定する。発光強度測
定値を、半径方向位置に基づく複数の半径方向範囲に分
割する。極限発光強度測定値を、複数の半径方向範囲の
各々における発光強度測定値から選択する。研磨を研磨
終点で停止するか、もしくは、例えば、スラリ等の研磨
消耗品等の研磨パラメータを研磨終点で変更する。
【０００９】本発明の利点には、一以上の次の点が含ま
れる。より広い範囲の終点検出アルゴリズムが利用で
き、より広い範囲の研磨手順で光学監視システムを有効
にする。終点検出手順は、より頑強で、しかも失敗する
可能性がより少ない。金属研磨中の終点検出を向上させ
る。下層の酸化層を最初に露出する場合には、研磨手
順、研磨速度、化学的性質及びスラリ組成を変更するこ
ともできるし、酸化層及び障壁層全体を除去した時に、
研磨をより正確に停止することもできる。
れる。より広い範囲の終点検出アルゴリズムが利用で
き、より広い範囲の研磨手順で光学監視システムを有効
にする。終点検出手順は、より頑強で、しかも失敗する
可能性がより少ない。金属研磨中の終点検出を向上させ
る。下層の酸化層を最初に露出する場合には、研磨手
順、研磨速度、化学的性質及びスラリ組成を変更するこ
ともできるし、酸化層及び障壁層全体を除去した時に、
研磨をより正確に停止することもできる。
【００１０】本発明の他の特徴及び利点について、図面
及び特許請求の範囲を含む以下の図面により明らかにな
るであろう。
及び特許請求の範囲を含む以下の図面により明らかにな
るであろう。
【００１１】
【発明の詳細な記載】図１及び図２を参照すると、ＣＭ
Ｐ装置２０により一枚以上の基板１０を研磨してもよ
い。同様の研磨装置２０については、米国特許第５，７
３８，５７４号に記載されており、装置全体の開示につ
いては、ここに引用して組み入れる。研磨装置２０は、
一連の研磨ステーション２２と移載ステーション２３と
を含む。移載ステーション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移送する。
Ｐ装置２０により一枚以上の基板１０を研磨してもよ
い。同様の研磨装置２０については、米国特許第５，７
３８，５７４号に記載されており、装置全体の開示につ
いては、ここに引用して組み入れる。研磨装置２０は、
一連の研磨ステーション２２と移載ステーション２３と
を含む。移載ステーション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移送する。
【００１２】各研磨ステーションは、研磨パッド３０を
載置している回転プラテン２４を含む。第一及び第二の
ステーションは、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を包埋した固定研磨パッド
を含む。最終研磨ステーションは、比較的柔軟なパッド
を含んでもよい。また、各研磨ステーションはパッド修
正装置２８を含んでもよく、基板を効果的に研磨するよ
うに研磨パッドの状態を維持する。
載置している回転プラテン２４を含む。第一及び第二の
ステーションは、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を包埋した固定研磨パッド
を含む。最終研磨ステーションは、比較的柔軟なパッド
を含んでもよい。また、各研磨ステーションはパッド修
正装置２８を含んでもよく、基板を効果的に研磨するよ
うに研磨パッドの状態を維持する。
【００１３】二層研磨パッド３０は、典型的には、プラ
テン２４の表面と接するバッキング層３２と、基板１０
を研磨するために用いられる被覆層３４とを含む。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、パッドのいくつかは被覆層のみを有し、
バッキング層は全く持たない。被覆層３４は、ポリウレ
タン製の開放セル発泡体又は溝が施された表面を有する
ポリウレタン製のシートから成る。バッキング層３２
は、ウレタンに浸出した圧縮フェルト繊維から成る。Ｉ
Ｃ-１０００から成る被覆層とＳＵＢＡ-４から成るバッ
キング層を有する二層研磨パッドは、デラウェア州ニュ
ーアーク市ローデル・インコーポレーテッド社から市販
されている（ＩＣ-１０００及びＳＵＢＡ-４は、ローデ
ル・インコーポレーテッド社の製品名である）。
テン２４の表面と接するバッキング層３２と、基板１０
を研磨するために用いられる被覆層３４とを含む。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、パッドのいくつかは被覆層のみを有し、
バッキング層は全く持たない。被覆層３４は、ポリウレ
タン製の開放セル発泡体又は溝が施された表面を有する
ポリウレタン製のシートから成る。バッキング層３２
は、ウレタンに浸出した圧縮フェルト繊維から成る。Ｉ
Ｃ-１０００から成る被覆層とＳＵＢＡ-４から成るバッ
キング層を有する二層研磨パッドは、デラウェア州ニュ
ーアーク市ローデル・インコーポレーテッド社から市販
されている（ＩＣ-１０００及びＳＵＢＡ-４は、ローデ
ル・インコーポレーテッド社の製品名である）。
【００１４】回転マルチヘッドカルーセル６０は、中央
ポスト６２により支持され、カルーセルモータ組立体
（図示せず）により、組立体上でカルーセル軸線６４の
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。カルーセル６０
は、四つのキャリアヘッドシステム７０を含む。中央ポ
スト６２は、カルーセルモータに回転カルーセル支持プ
レート６６を回転させて、キャリアヘッドシステムとそ
れに取り付けられている基板とをカルーセル軸線６４の
周囲で軌道を描いて回転させる。キャリアヘッドシステ
ムのうちの三つは、基板を受け取って保持し、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、キャリアヘッドシステムのうちの一つは、ステー
ション２３から基板を受け取り、そして、基板を送って
ステーション２３に移送する。
ポスト６２により支持され、カルーセルモータ組立体
（図示せず）により、組立体上でカルーセル軸線６４の
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。カルーセル６０
は、四つのキャリアヘッドシステム７０を含む。中央ポ
スト６２は、カルーセルモータに回転カルーセル支持プ
レート６６を回転させて、キャリアヘッドシステムとそ
れに取り付けられている基板とをカルーセル軸線６４の
周囲で軌道を描いて回転させる。キャリアヘッドシステ
ムのうちの三つは、基板を受け取って保持し、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、キャリアヘッドシステムのうちの一つは、ステー
ション２３から基板を受け取り、そして、基板を送って
ステーション２３に移送する。
【００１５】各キャリアヘッドシステムは、キャリア又
はキャリアヘッド８０を一つ含む。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
の一を取り除くことにより図示されている）を各キャリ
アヘッド８０に接続するので、各キャリアヘッドは、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内に形成されている放射状スロット７２
内を独立して横方向に往復する。
はキャリアヘッド８０を一つ含む。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
の一を取り除くことにより図示されている）を各キャリ
アヘッド８０に接続するので、各キャリアヘッドは、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内に形成されている放射状スロット７２
内を独立して横方向に往復する。
【００１６】キャリアヘッド８０は、機械的機能をいく
つか実行する。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、基板の裏側表面全体に下向きの
圧力をかけて、駆動軸から基板へトルクを伝送し、研磨
作業中に基板がキャリアヘッドの下から滑って外れない
ようにする。
つか実行する。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、基板の裏側表面全体に下向きの
圧力をかけて、駆動軸から基板へトルクを伝送し、研磨
作業中に基板がキャリアヘッドの下から滑って外れない
ようにする。
【００１７】キャリアヘッド８０は、基板１０の取り付
け表面になる可撓膜８２と、取り付け表面下の基板を保
持する保持リング８４とを含む。可撓膜８２により形成
される処理室８６の加圧が、研磨パッドに基板を強制的
に押し付ける。保持リング８４を、非常に反射性のある
材料で形成することもできるし、もしくは、反射層で被
覆して反射下部表面８８とすることもできる。類似のキ
ャリアヘッド８０については、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
ており、その開示はすべてここに引用して組み入れる。
け表面になる可撓膜８２と、取り付け表面下の基板を保
持する保持リング８４とを含む。可撓膜８２により形成
される処理室８６の加圧が、研磨パッドに基板を強制的
に押し付ける。保持リング８４を、非常に反射性のある
材料で形成することもできるし、もしくは、反射層で被
覆して反射下部表面８８とすることもできる。類似のキ
ャリアヘッド８０については、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
ており、その開示はすべてここに引用して組み入れる。
【００１８】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、反応剤（例え
ば、酸化研磨用脱イオン水）と化学反応触媒（例えば、
酸化研磨用水酸化カリウム）とを含むスラリ３８を供給
することもできる。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、酸化研磨用二酸
化ケイ素）を含めることもできる。
ム３９により、研磨パッド３０の表面に、反応剤（例え
ば、酸化研磨用脱イオン水）と化学反応触媒（例えば、
酸化研磨用水酸化カリウム）とを含むスラリ３８を供給
することもできる。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、酸化研磨用二酸
化ケイ素）を含めることもできる。
【００１９】操作においては、プラテンをその中心軸線
２５周囲で回転させて、キャリアヘッドをヘッドの中心
軸線８１周囲で回転させて、研磨パッド表面の端から端
まで横方向に水平移動させる。
２５周囲で回転させて、キャリアヘッドをヘッドの中心
軸線８１周囲で回転させて、研磨パッド表面の端から端
まで横方向に水平移動させる。
【００２０】孔２６をプラテン２４内に形成して、孔の
上を覆う研磨パッド３０の一部分に透明窓部３６を形成
する。透明窓部３６は、１９９６年８月２６日出願の米
国特許出願第０８／６８９，９３０号に記載されている
ように構成することもでき、開示の全体についてはここ
に引用して組み入れる。孔２６及び透明窓部３６は、キ
ャリアヘッドの並進位置にかかわらず、プラテンの部分
が回転する間、基板１０が見えるように配置されてい
る。
上を覆う研磨パッド３０の一部分に透明窓部３６を形成
する。透明窓部３６は、１９９６年８月２６日出願の米
国特許出願第０８／６８９，９３０号に記載されている
ように構成することもでき、開示の全体についてはここ
に引用して組み入れる。孔２６及び透明窓部３６は、キ
ャリアヘッドの並進位置にかかわらず、プラテンの部分
が回転する間、基板１０が見えるように配置されてい
る。
【００２１】反射率計又は干渉計として機能することが
できる光学監視システム４０は、概して、孔２６の下に
配置されているプラテン２４にしっかり取り付けられ
て、プラテンとともに回転する。光学監視システムは、
光源４４と検出器４６とを含む。光源は光線４２を生成
し、光線は、透明窓部３６とスラリ３８とを通過して伝
搬し（図３を参照のこと）、基板１０の露出している表
面に衝突する。例えば、光源４４は、レーザであっても
よく、光線４２は、コリメートレーザビームであっても
よい。光レーザビーム４２を、基板１０の表面に垂直な
軸線からαの角度でレーザ４４から投影することができ
る。即ち、軸線２５及び８１からαの角度である。ま
た、孔２６及び窓部３６とが延長している場合には、ビ
ーム拡大器（図示せず）を光線の経路内に配置して、窓
部の延長軸線に沿って光線を拡大することもできる。レ
ーザ４４は、連続して動作することもできる。また、レ
ーザを作動して、孔２６が概ね基板１０に隣接している
間、レーザビーム４２を生成することもできる。
できる光学監視システム４０は、概して、孔２６の下に
配置されているプラテン２４にしっかり取り付けられ
て、プラテンとともに回転する。光学監視システムは、
光源４４と検出器４６とを含む。光源は光線４２を生成
し、光線は、透明窓部３６とスラリ３８とを通過して伝
搬し（図３を参照のこと）、基板１０の露出している表
面に衝突する。例えば、光源４４は、レーザであっても
よく、光線４２は、コリメートレーザビームであっても
よい。光レーザビーム４２を、基板１０の表面に垂直な
軸線からαの角度でレーザ４４から投影することができ
る。即ち、軸線２５及び８１からαの角度である。ま
た、孔２６及び窓部３６とが延長している場合には、ビ
ーム拡大器（図示せず）を光線の経路内に配置して、窓
部の延長軸線に沿って光線を拡大することもできる。レ
ーザ４４は、連続して動作することもできる。また、レ
ーザを作動して、孔２６が概ね基板１０に隣接している
間、レーザビーム４２を生成することもできる。
【００２２】ＣＭＰ装置２０は、窓部３６が基板の近傍
にある場合に感知する、光学断続器等の位置センサ１６
０を含んでもよい。例えば、光学断続器を、キャリアヘ
ッド８０の反対の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、フラグがセンサ１６０の
光学信号に割り込む様に、取り付け点及びフラグ１６２
の長さを選択する。
にある場合に感知する、光学断続器等の位置センサ１６
０を含んでもよい。例えば、光学断続器を、キャリアヘ
ッド８０の反対の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、フラグがセンサ１６０の
光学信号に割り込む様に、取り付け点及びフラグ１６２
の長さを選択する。
【００２３】操作において、ＣＭＰ装置２０は、光学監
視システム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、もしくは、いつ表面が平坦になった
かを判定したりする。汎用のプログラム可能なデジタル
コンピュータ４８を、レーザ４４、検出器４６及びセン
サ１６０に接続することもできる。コンピュータ４８を
プログラムして、基板が概ね窓部の上に重なる時にレー
ザを作動させて、検出器からの発光強度測定値を保存し
て、発光強度測定値を出力装置４９に表示して、発光強
度測定値を保存し、発光強度測定値を半径方向範囲に分
類して、終点検出論理を測定した信号に当てはめて研磨
終点を検出してもよい。
視システム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、もしくは、いつ表面が平坦になった
かを判定したりする。汎用のプログラム可能なデジタル
コンピュータ４８を、レーザ４４、検出器４６及びセン
サ１６０に接続することもできる。コンピュータ４８を
プログラムして、基板が概ね窓部の上に重なる時にレー
ザを作動させて、検出器からの発光強度測定値を保存し
て、発光強度測定値を出力装置４９に表示して、発光強
度測定値を保存し、発光強度測定値を半径方向範囲に分
類して、終点検出論理を測定した信号に当てはめて研磨
終点を検出してもよい。
【００２４】図３を参照すると、基板１０は、シリコン
ウェハ１２と、酸化又は窒化層１４の上に形成された、
上に重なる金属層１６とを含む。金属は、銅、タングス
テン、アルミニウム、その他の金属とすることができ
る。異なる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で変化する。特
に、金属層１６が研磨されて酸化又は窒化層１４を露出
する時に、基板の反射率が下る。検出器４６の時間可変
出力について、インサイチュー反射率測定値トレース
（あるいはもっと簡単に、反射率トレース）と呼ぶこと
にする。以下で説明されるように、この反射率トレース
を用いて、金属層研磨作業の終点を判定してもよい。
ウェハ１２と、酸化又は窒化層１４の上に形成された、
上に重なる金属層１６とを含む。金属は、銅、タングス
テン、アルミニウム、その他の金属とすることができ
る。異なる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で変化する。特
に、金属層１６が研磨されて酸化又は窒化層１４を露出
する時に、基板の反射率が下る。検出器４６の時間可変
出力について、インサイチュー反射率測定値トレース
（あるいはもっと簡単に、反射率トレース）と呼ぶこと
にする。以下で説明されるように、この反射率トレース
を用いて、金属層研磨作業の終点を判定してもよい。
【００２５】基板上の異なる半径方向位置を研磨する間
に、概して、反射した発光強度はさまざまな変化を受け
る。これは、基板のさまざまな位置で、異なる速度で金
属層が除去されるからである。例えば、基板中央付近の
金属層が最後に除去されて、一方、基板の周辺又は端縁
が初めに除去されたり、もしくはこの逆の場合がある。
しかしながら、光学監視システムでは、ウェハ全体から
の反射データを、ミリセカンドといった比較的細かい時
間スケールで捕らえるので、研磨終点の判定に有用であ
る。
に、概して、反射した発光強度はさまざまな変化を受け
る。これは、基板のさまざまな位置で、異なる速度で金
属層が除去されるからである。例えば、基板中央付近の
金属層が最後に除去されて、一方、基板の周辺又は端縁
が初めに除去されたり、もしくはこの逆の場合がある。
しかしながら、光学監視システムでは、ウェハ全体から
の反射データを、ミリセカンドといった比較的細かい時
間スケールで捕らえるので、研磨終点の判定に有用であ
る。
【００２６】図４を参照すると、プラテンの複合回転と
キャリアヘッドの直線的な掃引とにより、窓部３６（及
びレーザビーム４２）に掃引経路１２０内のキャリアヘ
ッド８０の底部表面と基板１０とを横切って掃引させ
る。図５を参照すると、レーザビームが基板を横切って
掃引する際に、光学監視システム４０は、一連の発光強
度測定値Ｉ1、Ｉ2、Ｉ3、．．．、ＩN（数字Ｎは、掃引
ごとに異なることが可能である）を生成する。光学監視
システム４０のサンプル速度Ｆ（発光強度測定値を生成
する速度）は、約５００乃至２０００ヘルツ（Ｈｚ）
か、さらに大きく、約０．５乃至２ミリ秒の間のサンプ
リング時間に対応する。 各時間ごとに窓部は基板の下
を掃引し、コンピュータ４８が一連の発光強度測定値Ｉ
1、Ｉ2、Ｉ3、．．．、ＩNから値を抽出する。例えば、
一連の発光強度測定値を平均して、平均発光強度ＩMEAN
を生成することができる。また、コンピュータが、一連
の測定値から最小発光強度ＩMIN又は最大発光強度ＩMAX
を抽出することができる。また、コンピュータが、最大
及び最小発光強度の間の差、即ち、ＩMAX-ＩMINに等し
い発光強度差分ＩDIFを生成することができる。
キャリアヘッドの直線的な掃引とにより、窓部３６（及
びレーザビーム４２）に掃引経路１２０内のキャリアヘ
ッド８０の底部表面と基板１０とを横切って掃引させ
る。図５を参照すると、レーザビームが基板を横切って
掃引する際に、光学監視システム４０は、一連の発光強
度測定値Ｉ1、Ｉ2、Ｉ3、．．．、ＩN（数字Ｎは、掃引
ごとに異なることが可能である）を生成する。光学監視
システム４０のサンプル速度Ｆ（発光強度測定値を生成
する速度）は、約５００乃至２０００ヘルツ（Ｈｚ）
か、さらに大きく、約０．５乃至２ミリ秒の間のサンプ
リング時間に対応する。 各時間ごとに窓部は基板の下
を掃引し、コンピュータ４８が一連の発光強度測定値Ｉ
1、Ｉ2、Ｉ3、．．．、ＩNから値を抽出する。例えば、
一連の発光強度測定値を平均して、平均発光強度ＩMEAN
を生成することができる。また、コンピュータが、一連
の測定値から最小発光強度ＩMIN又は最大発光強度ＩMAX
を抽出することができる。また、コンピュータが、最大
及び最小発光強度の間の差、即ち、ＩMAX-ＩMINに等し
い発光強度差分ＩDIFを生成することができる。
【００２７】コンピュータ４８により抽出された、一連
の掃引に対する一連の値を、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６Ａ乃至図６Ｄを参照す
ると、この一連の抽出された値（掃引一つ当たり一つの
抽出値）を集めて測定時間関数として表示し、基板の反
射率の時間可変トレースを提供する。この時間可変トレ
ースはまた、フィルタをかけてノイズを除去されてもよ
い。図６Ａは、各掃引の平均発光強度ＩMEANから生成さ
れた反射率トレースを示し、図６Ｂは、各掃引の最大発
光強度ＩMAXから生成された反射率トレースを示してい
る。図６Ｃは、各掃引の最小発光強度ＩMINから生成さ
れた反射率トレースを示し、 図６Ｄは、各掃引の発光
強度差分ＩDIFから生成された反射率トレースを示して
いる。
の掃引に対する一連の値を、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６Ａ乃至図６Ｄを参照す
ると、この一連の抽出された値（掃引一つ当たり一つの
抽出値）を集めて測定時間関数として表示し、基板の反
射率の時間可変トレースを提供する。この時間可変トレ
ースはまた、フィルタをかけてノイズを除去されてもよ
い。図６Ａは、各掃引の平均発光強度ＩMEANから生成さ
れた反射率トレースを示し、図６Ｂは、各掃引の最大発
光強度ＩMAXから生成された反射率トレースを示してい
る。図６Ｃは、各掃引の最小発光強度ＩMINから生成さ
れた反射率トレースを示し、 図６Ｄは、各掃引の発光
強度差分ＩDIFから生成された反射率トレースを示して
いる。
【００２８】最小、最大及び平均発光強度トレースの全
体的な形について、以下に説明する。まず、下層のパタ
ーン層１４の位相により、金属層１６は、初めから位相
をいくつか有している。この位相のため、光線が金属層
に当たる際に光線が分散する。研磨作業が進行するにつ
れて、金属層はより平坦になり、研磨された金属層の反
射率は増加する。金属層の大半が除去されると、発光強
度は比較的安定する。一旦、酸化層が露出し始めると、
研磨作業が完了するまで、全体的な信号発光強度は低下
する。最小、最大及び平均発光強度トレースの全体的な
形は類似しているが、異なるトレースが異なる形を有し
ているのは、異なる手順を用いて基礎となる発光強度測
定値からトレースのデータ点を抽出していたからであ
る。
体的な形について、以下に説明する。まず、下層のパタ
ーン層１４の位相により、金属層１６は、初めから位相
をいくつか有している。この位相のため、光線が金属層
に当たる際に光線が分散する。研磨作業が進行するにつ
れて、金属層はより平坦になり、研磨された金属層の反
射率は増加する。金属層の大半が除去されると、発光強
度は比較的安定する。一旦、酸化層が露出し始めると、
研磨作業が完了するまで、全体的な信号発光強度は低下
する。最小、最大及び平均発光強度トレースの全体的な
形は類似しているが、異なるトレースが異なる形を有し
ているのは、異なる手順を用いて基礎となる発光強度測
定値からトレースのデータ点を抽出していたからであ
る。
【００２９】最大発光強度トレース、最小発光強度トレ
ース及び差分発光強度トレースは、金属研磨中の終点分
析に、特に有用である。特に、最小発光強度トレース
は、酸化層が露出し始めるやいなや、低下し始める傾向
がある。対照的に、最大発光強度トレースは、金属層が
ほとんど完全に除去されて、酸化層が完全に露出される
と、即ち、最小発光強度トレースが低下し始めると、す
ぐに低下し始める傾向がある。従って、最小発光強度ト
レースを、酸化層上のスポットが最初に除去されたかど
うか検出することに用いることができ、最大発光強度ト
レースを、金属層が完全に除去されたかどうか検出する
ことに用いることができる。平均発光強度トレースは、
最小及び最大発光強度トレースの間のいずれかになる。
差分発光強度トレースは、金属層が除去されて下層の酸
化層が完全ではないがある程度露出された時に最大にな
るので、差分発光強度トレースは基板の不均一性のある
尺度になる。
ース及び差分発光強度トレースは、金属研磨中の終点分
析に、特に有用である。特に、最小発光強度トレース
は、酸化層が露出し始めるやいなや、低下し始める傾向
がある。対照的に、最大発光強度トレースは、金属層が
ほとんど完全に除去されて、酸化層が完全に露出される
と、即ち、最小発光強度トレースが低下し始めると、す
ぐに低下し始める傾向がある。従って、最小発光強度ト
レースを、酸化層上のスポットが最初に除去されたかど
うか検出することに用いることができ、最大発光強度ト
レースを、金属層が完全に除去されたかどうか検出する
ことに用いることができる。平均発光強度トレースは、
最小及び最大発光強度トレースの間のいずれかになる。
差分発光強度トレースは、金属層が除去されて下層の酸
化層が完全ではないがある程度露出された時に最大にな
るので、差分発光強度トレースは基板の不均一性のある
尺度になる。
【００３０】四つの発光強度トレースがあれば、いろい
ろな種類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、局所的最小値又は最大
値、スロープあるいは閾値に基づいて）を、各形式のト
レース用に生成することができる。次に、各種トレース
用の終点検出条件を、ブール論理と結合させることがで
きる。例えば、最大発光強度トレース用の終点条件ある
いは、差分発光強度トレース用の終点条件のいずれかを
満足させる場合に研磨を停止することもできる。もう一
つの例では、最小発光強度トレース用の終点条件及び平
均発光強度トレース用の終点条件の両方を満足させる場
合のみに研磨を停止させることもできる。重要なこと
は、二つ以上のトレースの終点基準の組み合わせは、い
ずれの組み合わせも可能である。
ろな種類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、局所的最小値又は最大
値、スロープあるいは閾値に基づいて）を、各形式のト
レース用に生成することができる。次に、各種トレース
用の終点検出条件を、ブール論理と結合させることがで
きる。例えば、最大発光強度トレース用の終点条件ある
いは、差分発光強度トレース用の終点条件のいずれかを
満足させる場合に研磨を停止することもできる。もう一
つの例では、最小発光強度トレース用の終点条件及び平
均発光強度トレース用の終点条件の両方を満足させる場
合のみに研磨を停止させることもできる。重要なこと
は、二つ以上のトレースの終点基準の組み合わせは、い
ずれの組み合わせも可能である。
【００３１】また、異なる終点トレースを用いて、異な
る研磨イベントをトリガすることもできる。最小発光強
度トレースを用いて、研磨パラメータの変更をトリガさ
せることもできる。例えば、下層の酸化層を最初に露出
する際に、研磨圧力、研磨速度、化学的性質及びスラリ
組成を変更することもできる。特に、ディッシングを避
けるために、高い選択性から低い選択性へとシステムを
変更することもできる。最大発光強度信号は、金属層が
完全に除去された時にただ一度だけ発生するので、最大
発光強度信号での終点検出に基づいて、研磨を停止する
こともできる。
る研磨イベントをトリガすることもできる。最小発光強
度トレースを用いて、研磨パラメータの変更をトリガさ
せることもできる。例えば、下層の酸化層を最初に露出
する際に、研磨圧力、研磨速度、化学的性質及びスラリ
組成を変更することもできる。特に、ディッシングを避
けるために、高い選択性から低い選択性へとシステムを
変更することもできる。最大発光強度信号は、金属層が
完全に除去された時にただ一度だけ発生するので、最大
発光強度信号での終点検出に基づいて、研磨を停止する
こともできる。
【００３２】また、平均、最小、最大及び差分発光強度
トレースを、基板上の複数の半径方向範囲用に生成する
こともできる。複数の半径方向範囲の発光強度トレース
の生成については、１９９８年１１月２日出願の米国特
許出願第０９，１８４，７６７号に開示されており、全
体を引用して組み入れる。前に述べているが、プラテン
の複合回転及びキャリアヘッドの直線的な掃引が、窓部
３６（及びレーザビーム４２）に掃引経路１２０内のキ
ャリアヘッド８０の底部表面及び基板１０の端から端ま
で掃引させる。図７に移ると、対応する発光強度測定値
Ｉ1、Ｉ2、．．．、ＩNの半径方向位置Ｒ1、
Ｒ2、．．．、ＲNを判定することができる。ある発光強
度測定値の半径方向位置を判定する方法の一つは、測定
時間、プラテン回転速度及びキャリアヘッド掃引プロフ
ァイルに基づいて、基板下のレーザの位置を算出するこ
とである。残念なことに、実際のプラテン回転速度及び
キャリアヘッド掃引プロファイルは、研磨パラメータと
正確に一致しないことがある。従って、発光強度測定値
の半径方向位置を判定する好適な方法１３０について、
図８Ａに図示する。まず、基板の中線１２４（図５Ｃを
参照のこと）の下を通過するレーザビーム４２の時間Ｔ
symを判定する（ステップ１３２）。次に、測定時間Ｔm
easure及び対称時間Ｔsymの間の時間差から、発光強度
測定値の半径方向位置を判定する（ステップ１３４）。
トレースを、基板上の複数の半径方向範囲用に生成する
こともできる。複数の半径方向範囲の発光強度トレース
の生成については、１９９８年１１月２日出願の米国特
許出願第０９，１８４，７６７号に開示されており、全
体を引用して組み入れる。前に述べているが、プラテン
の複合回転及びキャリアヘッドの直線的な掃引が、窓部
３６（及びレーザビーム４２）に掃引経路１２０内のキ
ャリアヘッド８０の底部表面及び基板１０の端から端ま
で掃引させる。図７に移ると、対応する発光強度測定値
Ｉ1、Ｉ2、．．．、ＩNの半径方向位置Ｒ1、
Ｒ2、．．．、ＲNを判定することができる。ある発光強
度測定値の半径方向位置を判定する方法の一つは、測定
時間、プラテン回転速度及びキャリアヘッド掃引プロフ
ァイルに基づいて、基板下のレーザの位置を算出するこ
とである。残念なことに、実際のプラテン回転速度及び
キャリアヘッド掃引プロファイルは、研磨パラメータと
正確に一致しないことがある。従って、発光強度測定値
の半径方向位置を判定する好適な方法１３０について、
図８Ａに図示する。まず、基板の中線１２４（図５Ｃを
参照のこと）の下を通過するレーザビーム４２の時間Ｔ
symを判定する（ステップ１３２）。次に、測定時間Ｔm
easure及び対称時間Ｔsymの間の時間差から、発光強度
測定値の半径方向位置を判定する（ステップ１３４）。
【００３３】対称時間Ｔsymを判定する方法の一つは、
これらの発光強度測定値が基板端縁に対応する場合に、
各掃引から最初及び最後の大きい発光強度測定値の時間
を平均することである。しかしながら、これが、Ｔsym
にある不確定性をもたらすことになるというのは、基板
上の発光強度測定値の位置がわかっていないからであ
る。
これらの発光強度測定値が基板端縁に対応する場合に、
各掃引から最初及び最後の大きい発光強度測定値の時間
を平均することである。しかしながら、これが、Ｔsym
にある不確定性をもたらすことになるというのは、基板
上の発光強度測定値の位置がわかっていないからであ
る。
【００３４】図８Ｂを参照すると、ステップ１３２で対
称時間Ｔsymを演算するために、コンピュータ４８が、
掃引経路１２０から最初及び最後の大きい発光強度測定
値を判定し、対応する測定時間Ｔlead及びＴtrailを保
存する。これらのリード時間Ｔlead及びトレイル時間Ｔ
trailを各掃引ごとに蓄積して、一連のリード時間Ｔl
ead1、Ｔlead2、．．．、ＴleadN及びトレイル時間Ｔ
trail1、Ｔtrail2、．．．、ＴtrailNを生成する。コン
ピュータ４８は、リード時間Ｔlead1、
Ｔlead2、．．．、ＴleadN及び各リーディング発光強度
測定値９６の対応するプラテン回転数１、２、．．．、
Ｎを保存する。同様に、コンピュータ４８は、トレイル
時間Ｔtrail1、Ｔtrail2、．．．、ＴtrailN及び各トレ
イリング測定値の対応する回転数１、２、．．．、Ｎを
保存する。プラテン２４が実質的に一定の速度で回転す
ると仮定すると、リード時間Ｔlead1、
Ｔlead2、．．．、ＴleadNは、実質的に直線的に増加す
る関数（実線１３６として図示）を形成する。同様に、
トレイル時間Ｔtrail1、Ｔtrail2、．．．、ＴtrailNは
また、実質的に直線的に増加する関数（実線１３７とし
て図示）を形成する。コンピュータ４８は、二つの最小
平方フィットを実行して、二つの直線関数Ｔlead（ｎ）
とＴtrail（ｎ）とを次のように生成する。
称時間Ｔsymを演算するために、コンピュータ４８が、
掃引経路１２０から最初及び最後の大きい発光強度測定
値を判定し、対応する測定時間Ｔlead及びＴtrailを保
存する。これらのリード時間Ｔlead及びトレイル時間Ｔ
trailを各掃引ごとに蓄積して、一連のリード時間Ｔl
ead1、Ｔlead2、．．．、ＴleadN及びトレイル時間Ｔ
trail1、Ｔtrail2、．．．、ＴtrailNを生成する。コン
ピュータ４８は、リード時間Ｔlead1、
Ｔlead2、．．．、ＴleadN及び各リーディング発光強度
測定値９６の対応するプラテン回転数１、２、．．．、
Ｎを保存する。同様に、コンピュータ４８は、トレイル
時間Ｔtrail1、Ｔtrail2、．．．、ＴtrailN及び各トレ
イリング測定値の対応する回転数１、２、．．．、Ｎを
保存する。プラテン２４が実質的に一定の速度で回転す
ると仮定すると、リード時間Ｔlead1、
Ｔlead2、．．．、ＴleadNは、実質的に直線的に増加す
る関数（実線１３６として図示）を形成する。同様に、
トレイル時間Ｔtrail1、Ｔtrail2、．．．、ＴtrailNは
また、実質的に直線的に増加する関数（実線１３７とし
て図示）を形成する。コンピュータ４８は、二つの最小
平方フィットを実行して、二つの直線関数Ｔlead（ｎ）
とＴtrail（ｎ）とを次のように生成する。
【００３５】Ｔlead（ｎ）＝ａ１＋（ａ２＊ｎ） Ｔtrail（ｎ）＝ａ３＋（ａ４＊ｎ） ここでｎは、プラテンの回転数で、ａ１、ａ２、ａ３及
びａ４は、最小平方フィットの間に計算されたフィッテ
ィング関数である。一旦、フィッティング関数が計算さ
れると、レーザビーム４２が中線１２４（点線１３８と
して図示）を横切る対称時間Ｔsymを次のように計算す
る。
びａ４は、最小平方フィットの間に計算されたフィッテ
ィング関数である。一旦、フィッティング関数が計算さ
れると、レーザビーム４２が中線１２４（点線１３８と
して図示）を横切る対称時間Ｔsymを次のように計算す
る。
【００３６】
【式１】 いくつかのプラテンの回転に対する最小平方フィットを
用いて対称時間Ｔsymを計算することにより、回転リン
グの下のサンプリング域の相対位置における差により生
じる不確定性を実質的に低減して、これにより、対称時
間Ｔsymの不確定性を著しく低減する。
用いて対称時間Ｔsymを計算することにより、回転リン
グの下のサンプリング域の相対位置における差により生
じる不確定性を実質的に低減して、これにより、対称時
間Ｔsymの不確定性を著しく低減する。
【００３７】一旦、レーザビームが中線１２４を横切る
対称時間Ｔsym４８を計算したならば、基板の中央１２
６からの各発光強度測定値の半径方向位置Ｒ1、
Ｒ2、．．．、Ｒ をステップ１３２で計算する。図１０
を参照すると、半径方向位置を次のように計算する。
対称時間Ｔsym４８を計算したならば、基板の中央１２
６からの各発光強度測定値の半径方向位置Ｒ1、
Ｒ2、．．．、Ｒ をステップ１３２で計算する。図１０
を参照すると、半径方向位置を次のように計算する。
【００３８】
【式２】 ここでｄは、研磨パッドの中心と窓部３６の中心との間
の距離で、Ｌは、研磨パッドの中心から基板１０の中心
までの距離で、θは、窓部の角度位置である。窓部の角
度位置θを、次のように計算する。
の距離で、Ｌは、研磨パッドの中心から基板１０の中心
までの距離で、θは、窓部の角度位置である。窓部の角
度位置θを、次のように計算する。
【００３９】
【式３】 ここでｆplatenは、プラテンの回転速度（毎分回転数）
である。キャリアヘッドが正弦波パターンで移動すると
仮定すると、キャリアヘッドの直線位置Ｌを、次のよう
に計算する。
である。キャリアヘッドが正弦波パターンで移動すると
仮定すると、キャリアヘッドの直線位置Ｌを、次のよう
に計算する。
【００４０】
【式４】 ここでωは、掃引周波数で、Ａは掃引の大きさ、Ｌ0は
キャリアヘッド掃引の中心位置である。
キャリアヘッド掃引の中心位置である。
【００４１】もう一つの実施形態においては、位置セン
サ１６０を用いて、窓部が中線１２４を横切るときの時
間Ｔsymを計算することもできる。センサ１６０がキャ
リアヘッド８０の反対に位置すると仮定すると、フラグ
１６２は、透明窓部３６を越えて対称的に位置すること
になる。コンピュータ４８は、フラグがセンサの光学ビ
ームを遮るトリガ時間Ｔstartと、フラグが光学ビーム
をクリアするトリガ時間Ｔendとを共に保存する。時間
Ｔsymを、Ｔstart及びＴendの平均として計算する。さ
らに別の実施形態においては、プラテン駆動モータと放
射駆動モータ各々に接続された光学エンコーダから、各
測定時間でプラテン及びキャリアヘッドの位置を判定す
ることもできる。
サ１６０を用いて、窓部が中線１２４を横切るときの時
間Ｔsymを計算することもできる。センサ１６０がキャ
リアヘッド８０の反対に位置すると仮定すると、フラグ
１６２は、透明窓部３６を越えて対称的に位置すること
になる。コンピュータ４８は、フラグがセンサの光学ビ
ームを遮るトリガ時間Ｔstartと、フラグが光学ビーム
をクリアするトリガ時間Ｔendとを共に保存する。時間
Ｔsymを、Ｔstart及びＴendの平均として計算する。さ
らに別の実施形態においては、プラテン駆動モータと放
射駆動モータ各々に接続された光学エンコーダから、各
測定時間でプラテン及びキャリアヘッドの位置を判定す
ることもできる。
【００４２】一旦、発光強度測定値の半径方向位置
Ｒ1、Ｒ2、．．．、ＲNを計算したならば、発光強度測
定値のいくつかは無視することもできる。ある発光強度
測定値の半径方向位置Ｒが、基板の半径よりも大きい場
合には、その発光強度測定値は、保持リングにより反射
された放射、もしくは、窓部又はスラリからのバックグ
ラウンド反射を含む。保持リングの下の発光強度測定値
を、無視することができる。これにより、発光強度を反
射した薄膜の計算に、スプリアス発光強度測定値を用い
ずにすむ。
Ｒ1、Ｒ2、．．．、ＲNを計算したならば、発光強度測
定値のいくつかは無視することもできる。ある発光強度
測定値の半径方向位置Ｒが、基板の半径よりも大きい場
合には、その発光強度測定値は、保持リングにより反射
された放射、もしくは、窓部又はスラリからのバックグ
ラウンド反射を含む。保持リングの下の発光強度測定値
を、無視することができる。これにより、発光強度を反
射した薄膜の計算に、スプリアス発光強度測定値を用い
ずにすむ。
【００４３】基板の下のレーザビーム掃引をいくつか行
った後に、コンピュータ４８は、各々が測定時間Ｔ1、
Ｔ2、．．．、ＴN及び半径方向位置Ｒ1、Ｒ2、．．．、
ＲNに対応する一組の発光強度測定値Ｉ1、
Ｉ2、．．．、ＩNを蓄積する。図１０を参照すると、発
光強度、時間及び半径方向位置測定値を蓄積する際に、
時間及び発光強度測定値を、データ構造１４０内のビン
に保存する。各ビンは、基板上の半径方向範囲に対応し
ている。例えば、基板の中心から２０ｍｍまでの発光強
度測定値を最初のビン１４２に配置して、基板の中心か
ら２０ｍｍ及び３０ｍｍの間の発光強度測定値を第二の
ビン１４４に配置して、基板の中心から３０ｍｍ及び４
０ｍｍの間の発光強度測定値を第三のビン１４６に配置
して、以下同様に配置する。ビンの正確な数とビンの半
径方向範囲は、ユーザが抽出したい情報に基づく。概し
て、十分な数の発光強度測定値をビン内に蓄積して、視
覚的に意味のある情報を提供するように、各ビンの半径
方向範囲を選択することもできる。
った後に、コンピュータ４８は、各々が測定時間Ｔ1、
Ｔ2、．．．、ＴN及び半径方向位置Ｒ1、Ｒ2、．．．、
ＲNに対応する一組の発光強度測定値Ｉ1、
Ｉ2、．．．、ＩNを蓄積する。図１０を参照すると、発
光強度、時間及び半径方向位置測定値を蓄積する際に、
時間及び発光強度測定値を、データ構造１４０内のビン
に保存する。各ビンは、基板上の半径方向範囲に対応し
ている。例えば、基板の中心から２０ｍｍまでの発光強
度測定値を最初のビン１４２に配置して、基板の中心か
ら２０ｍｍ及び３０ｍｍの間の発光強度測定値を第二の
ビン１４４に配置して、基板の中心から３０ｍｍ及び４
０ｍｍの間の発光強度測定値を第三のビン１４６に配置
して、以下同様に配置する。ビンの正確な数とビンの半
径方向範囲は、ユーザが抽出したい情報に基づく。概し
て、十分な数の発光強度測定値をビン内に蓄積して、視
覚的に意味のある情報を提供するように、各ビンの半径
方向範囲を選択することもできる。
【００４４】一旦、発光強度測定値が半径方向範囲内に
保存されたならば、発光強度の平均、最小、最大又は差
分を判定する上述の計算を各ビンに対して実行し、これ
により、基板表面を横切る各半径方向範囲の四つの形式
の発光強度トレースを提供する。別々の終点基準（例え
ば、局所的最小値、最大値、スロープ又は閾値に基づ
く）を、各半径方向範囲内の各形式の発光強度トレース
用に生成することができる。各種のトレース及び半径方
向範囲の終点条件を、ブール論理と組み合わせることが
できる。例えば、いずれかの半径方向範囲の条件が満た
される場合にある終点をトリガすることもできるし、も
しくは、複数の半径方向範囲の条件が満たされる場合の
みに終点がトリガすることもできる。従って、さまざま
な種類の終点検出アルゴリズムを実行することができ
る。
保存されたならば、発光強度の平均、最小、最大又は差
分を判定する上述の計算を各ビンに対して実行し、これ
により、基板表面を横切る各半径方向範囲の四つの形式
の発光強度トレースを提供する。別々の終点基準（例え
ば、局所的最小値、最大値、スロープ又は閾値に基づ
く）を、各半径方向範囲内の各形式の発光強度トレース
用に生成することができる。各種のトレース及び半径方
向範囲の終点条件を、ブール論理と組み合わせることが
できる。例えば、いずれかの半径方向範囲の条件が満た
される場合にある終点をトリガすることもできるし、も
しくは、複数の半径方向範囲の条件が満たされる場合の
みに終点がトリガすることもできる。従って、さまざま
な種類の終点検出アルゴリズムを実行することができ
る。
【００４５】以上、本発明について、好適な実施形態に
基づき説明してきた。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い。本発明
の範囲は前記特許請求の範囲により画定される。
基づき説明してきた。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い。本発明
の範囲は前記特許請求の範囲により画定される。
【図１】化学機械研磨装置を示す分解組み立て図であ
る。
る。
【図２】光学反射率計を含む化学機械研磨装置を示す側
面図である。
面図である。
【図３】基板に衝突・反射するレーザビームを概略で示
している基板処理の簡単な断面図である。
している基板処理の簡単な断面図である。
【図４】キャリアヘッド下のレーザ経路を示す概略図で
ある。
ある。
【図５】任意の発光強度単位における光学監視システム
からの発光強度測定値を示す線図である。
からの発光強度測定値を示す線図である。
【図６Ａ】平均、最小、最大及び差分発光強度測定値を
用いた距離関数としての金属層の反射発光強度トレース
を示す線図である。
用いた距離関数としての金属層の反射発光強度トレース
を示す線図である。
【図６Ｂ】平均、最小、最大及び差分発光強度測定値を
用いた距離関数としての金属層の反射発光強度トレース
を示す線図である。
用いた距離関数としての金属層の反射発光強度トレース
を示す線図である。
【図６Ｃ】平均、最小、最大及び差分発光強度測定値を
用いた距離関数としての金属層の反射発光強度トレース
を示す線図である。
用いた距離関数としての金属層の反射発光強度トレース
を示す線図である。
【図６Ｄ】平均、最小、最大及び差分発光強度測定値を
用いた距離関数としての金属層の反射発光強度トレース
を示す線図である。
用いた距離関数としての金属層の反射発光強度トレース
を示す線図である。
【図７】基板上の発光強度測定値の半径方向位置を示す
概略図である。
概略図である。
【図８Ａ】サンプリング領域の半径方向位置を判定する
方法を示すフローチャートである。
方法を示すフローチャートである。
【図８Ｂ】プラテンの回転数関数として、立上がり及び
立下がりの下部を通過するレーザビームの時間を示す線
図である。
立下がりの下部を通過するレーザビームの時間を示す線
図である。
【図９】発光強度測定値の半径方向位置の計算を示す概
略図である。
略図である。
【図１０】発光強度測定値を保存するデータ構成を示す
概略図である。
概略図である。
１０…基板、２０…研磨装置、２２…研磨ステーショ
ン、２３…移載ステーション、２４…プラテン、３０…
研磨パッド、３２…パッキング層、３４…被覆層、６０
…マルチヘッドカルーセル、８０…キャリアヘッド。
ン、２３…移載ステーション、２４…プラテン、３０…
研磨パッド、３２…パッキング層、３４…被覆層、６０
…マルチヘッドカルーセル、８０…キャリアヘッド。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｂ２４Ｂ 37/04 Ｂ２４Ｂ 37/04 Ｋ 49/12 49/12 57/02 57/02 (72)発明者 マヌーチャ ビラング アメリカ合衆国， カリフォルニア州， ロス ガトス， ファーヴル リッジ ロ ード 18836 (72)発明者 ボグスロー スウィデック アメリカ合衆国， カリフォルニア州， サン ノゼ， ウィロー レイク レーン 1649 (72)発明者 ニルス ヨハンソン アメリカ合衆国， カリフォルニア州， ロス ガトス， ケネディ ロード 16450
Claims (27)
- 【請求項１】 化学機械研磨の終点検出方法であって、 ａ）基板表面を研磨パッドに接触させるステップと、 ｂ）基板と研磨パッドとの間に相対運動を生じさせるス
テップと、 ｃ）基板表面に接触させるよう光線を向けるステップ
と、 ｄ）基板表面を横切る経路内で光線を移動させるステッ
プと、 ｅ）基板から反射する光線により生成された発光強度信
号を監視するステップと、 ｆ）光線が基板を横切って移動する際に発光強度信号か
ら複数の発光強度測定値を抽出するステップと、 ｇ）複数の発光強度測定値から第一の極限発光強度測定
値を選択するステップと、 ｈ）基板を横切る光線の複数の掃引に対してステップ
ｃ）乃至ステップｇ）を繰り返して、第一の複数の極限
発光強度測定値を生成するステップと、 ｉ）第一の複数の極限発光強度測定値に基づいて、研磨
終点を検出するステップとを含む方法。 - 【請求項２】 第一の極限発光強度測定値が、複数の発
光強度測定値からの最大発光強度測定値である請求項１
に記載の方法。 - 【請求項３】 第一の極限発光強度測定値が、複数の発
光強度測定値からの最小発光強度測定値である請求項１
に記載の方法。 - 【請求項４】 更に、複数の発光強度測定値から第二の
極限発光強度測定値を選択するステップを含む請求項１
に記載の方法。 - 【請求項５】 第一の極限発光強度測定値が最大発光強
度測定値で、第二の極限発光強度測定値が複数の発光強
度測定値からの最小発光強度測定値である請求項４に記
載の方法。 - 【請求項６】 研磨終点の検出が、繰り返し毎の最小発
光強度測定値をその繰り返しからの最大発光強度測定値
から減じて、複数の差分発光強度測定値を生成するステ
ップを含む請求項５に記載の方法。 - 【請求項７】 研磨終点の検出が、第一又は第二の複数
の極限発光強度測定値のいずれかに係る基準を満足させ
るかどうかを判定するステップを含む請求項４に記載の
方法。 - 【請求項８】 研磨終点の検出が、第一及び第二の複数
の極限発光強度測定値の双方に係る基準を満足させるか
どうかを判定するステップを含む請求項４に記載の方
法。 - 【請求項９】 基板が、ストップ層の上に形成されて研
磨パッドに当接する充填層を含む請求項１に記載の方
法。 - 【請求項１０】 研磨終点が、ストップ層が少なくとも
部分的に露出されていることを示す請求項９に記載の方
法。 - 【請求項１１】 充填層が金属層で、ストップ層が誘電
体層である請求項１０に記載の方法。 - 【請求項１２】 第一の極限発光強度測定値が、複数の
発光強度測定値からの最小発光強度測定値である請求項
１１に記載の方法。 - 【請求項１３】 研磨終点が、ストップ層が実質的に露
出していることを示す請求項９に記載の方法。 - 【請求項１４】 充填層が金属層で、ストップ層が誘電
体層である請求項１３に記載の方法。 - 【請求項１５】 第一の極限発光強度測定値が、複数の
発光強度測定値からの最大発光強度測定値である請求項
１４に記載の方法。 - 【請求項１６】 更に、繰り返し毎に複数の発光強度測
定値から平均発光強度を計算するステップを含む請求項
１４に記載の方法。 - 【請求項１７】 研磨終点が、平均発光強度測定値に基
づく請求項１６に記載の方法。 - 【請求項１８】 研磨パッドが窓部を含み、光線が窓部
を介して方向付けされ、基板に対する研磨パッドの運動
が光線を基板表面を横切って移動させる請求項１に記載
の方法。 - 【請求項１９】 研磨パッドが回転して、基板と研磨パ
ッドとの間に相対運動を生成する請求項１８に記載の方
法。 - 【請求項２０】 更に、 各発光強度測定値の半径方向位置を判定するステップ
と、 半径方向位置に基づいて、発光強度測定値を複数の半径
方向範囲に分割するステップと、 複数の半径方向範囲の各々における発光強度測定値から
極限発光強度測定値を選択するステップとを含む請求項
１に記載の方法。 - 【請求項２１】 更に、研磨終点で研磨を停止するステ
ップを含む請求項１に記載の方法。 - 【請求項２２】 更に、研磨終点で研磨パラメータを変
更するステップを含む請求項１に記載の方法。 - 【請求項２３】 研磨パラメータが、研磨消耗品である
請求項２２に記載の方法。 - 【請求項２４】 研磨消耗品が、スラリである請求項２
３に記載の方法。 - 【請求項２５】 スラリが、高選択性スラリから低選択
性スラリへ変更される請求項２４に記載の方法。 - 【請求項２６】 化学機械研磨の研磨制御方法であっ
て、 ａ）基板表面を研磨パッドに接触させるステップと、 ｂ）基板と研磨パッドとの間に相対運動を生じさせるス
テップと、 ｃ）基板表面に接触させるよう光線を向けるステップ
と、 ｄ）基板表面を横切る経路内で光線を移動させるステッ
プと、 ｅ）基板から反射する光線により生成された発光強度信
号を監視するステップと、 ｆ）光線が基板を横切って移動する際に発光強度信号か
ら複数の発光強度測定値を抽出するステップと、 ｇ）複数の発光強度測定値から最小発光強度測定値を選
択するステップと、 ｈ）複数の発光強度測定値から最大発光強度測定値を選
択するステップと、 ｉ）基板を横切る光線の複数の掃引に対してステップ
ｃ）乃至ステップｈ）を繰り返し、複数の最小発光強度
測定値と複数の最大発光強度測定値とを生成するステッ
プと、 ｊ）複数の最小発光強度測定値に基づいて、第一の研磨
終点を検出するステップと、 ｋ）複数の最大発光強度測定値に基づいて、第二の研磨
終点を検出するステップとを含む方法。 - 【請求項２７】 化学機械研磨の終点検出方法であっ
て、 ａ）基板表面を研磨パッドに接触させるステップと、 ｂ）基板と研磨パッドとの間に相対運動を生じさせるス
テップと、 ｃ）基板表面に接触させるよう光線を向けるステップ
と、 ｄ）基板表面を横切る経路内で光線を移動させるステッ
プと、 ｅ）基板から反射する光線により生成された発光強度信
号を監視するステップと、 ｆ）光線が基板を横切って移動する際に発光強度信号か
ら複数の発光強度測定値を抽出するステップと、 ｇ）発光強度測定値毎に半径方向位置を判定するステッ
プと、 ｈ）半径方向位置に基づいて、発光強度測定値を複数の
半径方向範囲に分割するステップと、 ｉ）複数の半径方向範囲の各々における発光強度測定値
から極限発光強度測定値を選択するステップと、 ｊ）基板を横切る光線の複数の掃引に対してステップ
ｃ）乃至ステップｉ）を繰り返して、複数の半径方向範
囲の各々における複数の極限発光強度測定値を生成する
ステップと、 ｋ）複数の半径方向範囲の複数の極限発光強度測定値に
基づいて、研磨終点を検出するステップとを含む方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US09/460529 | 1999-12-13 | ||
| US09/460,529 US6399501B2 (en) | 1999-12-13 | 1999-12-13 | Method and apparatus for detecting polishing endpoint with optical monitoring |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001284300A true JP2001284300A (ja) | 2001-10-12 |
| JP5025848B2 JP5025848B2 (ja) | 2012-09-12 |
Family
ID=23829083
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000379019A Expired - Lifetime JP5025848B2 (ja) | 1999-12-13 | 2000-12-13 | 光学監視を用いた研磨終点検出方法および装置 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6399501B2 (ja) |
| EP (1) | EP1118431A3 (ja) |
| JP (1) | JP5025848B2 (ja) |
| KR (1) | KR20010062378A (ja) |
| TW (1) | TW562718B (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005025804A1 (en) * | 2003-09-10 | 2005-03-24 | Ebara Corporation | Polished state monitoring apparatus and polishing apparatus using the same |
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