JP2001353659A - 研磨ウエハの研磨合否判定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 研磨ウエハの研磨状態合否判定方
法、およびダマシン工程におけるウエハの化学機械研磨
終点検出方法の提供。 【解決手段】 赤、青および緑の３つのＬＥＤ光
源から光を照射し、反射して光ファイバ−に集光した光
の色成分を認識するデジタルカラ−識別センサを使用し
て、研磨されたウエハの研磨合否を判定する方法であっ
て、回転台１２ｃ上に載置された研磨ウエハの中心点を
通過し、かつ、研磨ウエハの表面に平行な直線に平行な
ボ−ル螺子２０に備えられたカラ−識別センサの前記集
光する光の検出体３２３を移動させて回転している研磨
ウエハ上の物質の色成分をデジタルカラ−識別センサに
認識させ、この認識された光成分のカラ−デジタル値の
分布パタ−ンＰ_iが、予め試験により求めた合格品の研
磨ウエハのカラ−デジタル値の分布パタ−ンＰ₀に一致
したときは合格、一致しないときは不合格とすることを
特徴とする、研磨ウエハの研磨合否判定方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、プラグあるいはプ
ラグ、配線等のパタ−ンを形成するダマシン加工、ダブ
ルダマシン加工等の化学機械研磨されたウエハの研磨状
態の合否を判定する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ウエハをチャックに取り付け、研磨布を
貼りつけたプラテンに押圧し、プラテンに研磨剤スラリ
−を供給しつつ、プラテンとウエハを回転させて絶縁層
を研磨してパ−マロイ層あるいはフォトレジスト層が露
出するまで化学的機械研磨（ＣＭＰ）すること、あるい
は、チャックテ−ブルにウエハをバキュ−ム吸着させ、
該ウエハの上面側より研磨布を貼りつけたプラテンを押
圧し、プラテンに研磨剤スラリ−を供給またはウエハ上
面に研磨剤スラリ−を供給しつつ、プラテンとウエハを
回転させて絶縁層を研磨してパ−マロイ層またはフォト
レジスト層が露出するまで化学的機械研磨（ＣＭＰ）す
ることが実施されている。

【０００３】このＣＭＰ研磨において、パ−マロイ層ま
たはフォトレジスト層の表面に銅、アルミニウム、銀、
銅、あるいは金等が全面に施され、ついで余分のこれら
金属を化学機械研磨してデバイスにこれら金属の配線が
施されたデバイスウエハを得たリ、パ−マロイ層または
フォトレジスト層の表面に酸化珪素、酸化アルミニウ
ム、酸化チタン等の絶縁層が全面に施され、ついで余分
の絶縁層を化学機械研磨してデバイスにこれら絶縁層が
混在した表面平坦なウエハを得ることが行われている。

【０００４】図１０は、ＭＯＳＦＥＴが形成されたシリ
コンウエハ１上の多層配線構造を示すもの（特開平１０
−３０３１５２号参照）で、多層配線は研磨されたシリ
コン基板１０１の酸化珪素絶縁層１０１ａの表面に
（１）ＭＯＳＦＥＴと上層配線を接続するためのタング
ステン（Ｗ）コンタクトプラグ部１０２、（２）ＣＭＯ
Ｓ回路ブロック内を接続するアルミニウムロ−カル配線
部１０３、（３）低誘電率有機膜に銅を埋め込んだ銅グ
ロ−バル配線部１０４から構成される。

【０００５】このデバイスウエハでは、まずＭＯＳＦＥ
Ｔ間の素子分離には、ＣＭＰ帆ウを用いてシリコン基板
１０１に形成された溝にシリコン酸化膜を埋め込んだ平
坦化素子分離構造を採用し、さらにＭＯＳＦＥＴ上には
ＢＰＳＧ膜１０５を成長させ、このＢＰＳＧ膜をＣＭＰ
法で平坦化し、この平坦化したＢＰＳＧ膜１０５にＭＯ
ＳＦＥＴの拡散層およびゲ−ト電極に至るコンタクトホ
−ルが形成されており、コロイダルシリカを酸化剤水溶
液に分散させた研磨剤スラリ−を用いてＣＭＰ法により
Ｗ・コンタクトホ−ルプラグが形成され、このＷ・コン
タクトホ−ルプラグ上には、第一シリコン酸化膜１０６
に形成された第一配線にアルミニウムの埋め込まれた第
一埋め込みアルミニウム配線が形成され、さらにその上
層の第二シリコン酸化膜１０７に形成された第一スル−
ホ−ルと第二配線溝に一括してアルミニウムの埋め込ま
れた第二埋め込みアルミニウム配線が形成されている。

【０００６】これら埋め込みアルミニウム配線は、配線
溝あるいは配線溝とスル−ホ−ルとに高温スパッタ法で
アルミニウムの埋め込み膜を形成させ、研磨剤スラリ−
を用いてＡｌ−ＣＭＰ法で埋め込み平坦化を行う。さら
に、第二シリコン酸化膜１０７上の低誘電率有機膜１０
８に形成された第二スル−ホ−ルと第三配線溝に銅の埋
め込まれた第三埋め込み銅配線と、第三スル−ホ−ルと
第四配線溝に銅の埋め込まれた第四埋め込み銅配線が形
成されている。これら埋め込み銅配線は、配線溝あるい
は配線溝とスル−ホ−ルとにＭＯＣＶＤ法で銅の埋め込
み成膜を行い、研磨剤スラリ−を用いてＣＭＰ研磨加工
して平坦化が行われて得られるものである。

【０００７】このようにＭＯＳＦＥＴの形成されたデバ
イスウエハの製造には、金属ＣＭＰ法を用いたＷ，Ａ
Ｌ，Ｃｕ，Ｔｉ，ＴｉＮ、ＷＳｉ_x，ＴｉＳｉ_x等の金属
埋め込み平坦化が多用されており、また、平坦化素子分
離形成やＢＰＳＧ膜表面の平坦化にも、酸化膜ＣＭＰ法
が適用されている。

【０００８】これら化学機械研磨加工において、自動化
ＣＭＰ装置が要求され、ウエハの研磨終点検出機構を付
属させたＣＭＰ装置が種々提案され、なかでも、研磨途
中のウエハにレ−ザ−光を当て、その反射光量の変化か
ら研磨終点を決定する方法がウエハ表面の状態を直接、
観察しているゆえに信頼性があるとされ、実用化検討が
行われている（特開平９−７９８５号，同１０−１６０
４２０号、同１１−３４５７９１号、ＵＳＰ５６５９４
９２号、ＵＳＰ５８７２６３３号等）。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、レ−ザ
−光を利用する研磨終点検出方法では、研磨剤スラリ−
の液がウエハ表面に存在すると乱反射を生じ、誤差の原
因となるので、研磨終点検出に先立ってウエハ表面の水
分を除去する工程が必要とされる。また、検出方法も絶
縁層が除かれて金属層が呈現したときの反射波長の変化
を読み取るか、あるいはその逆の金属層が除かれて絶縁
層が呈現したときの反射波長の変化を読み取る方法であ
り、ＣＭＰ研磨により除かれる層の厚みを想定して行わ
れるものであり、それ故、ウエハのパタ−ンの一点に週
中して行われるもので、ウエハ全面のパタ−ンの研磨状
態を考慮して行われるものではなかった。

【００１０】本発明は、研磨終点検出時にウエハ表面の
水分を除去する工程が不用であり、かつ、ウエハ全面の
パタ−ンの研磨状態を考慮して行う研磨終点方法の提供
および、研磨されたウエハの研磨合否の判定方法を提供
するものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１は、
赤、青および緑の３つのＬＥＤ光源から光を照射し、反
射して光ファイバ−に集光した光の色成分を認識するデ
ジタルカラ−識別センサを使用して、研磨されたウエハ
の研磨合否を判定する方法であって、回転台上に載置さ
れた研磨ウエハの中心点を通過し、かつ、研磨ウエハの
表面に平行な直線に平行なボ−ル螺子に備えられたカラ
−識別センサの前記集光する光の検出体を移動させて回
転している研磨ウエハ上の物質の色成分をデジタルカラ
−識別センサに認識させ、この認識された光成分のカラ
−デジタル値の分布パタ−ンＰ_iが、予め試験により求
めた合格品の研磨ウエハのカラ−デジタル値の分布パタ
−ンＰ₀に一致したときは合格、一致しないときは不合
格とすることを特徴とする、研磨ウエハの研磨合否判定
方法を提供するものである。

【００１２】デジタルデジタルカラ−識別センサを使用
することにより、ウエハ表面の水分の影響はないので、
研磨終点検出時にウエハ表面の水分を除去する工程が不
用となる。また、回転している研磨ウエハの頭上をデジ
タルデジタルカラ−識別センサの検出体が直線上に移動
しつつウエハの研磨状態を観察するので、研磨ウエハ表
面のパタ−ン全てについて観察が行われ、合否の判定の
信頼性が従来方法よりも各段と高くなった。

【００１３】本発明の請求項２は、前記研磨ウエハの研
磨合否の判定において、デジタルデジタルカラ−識別セ
ンサにより観察される研磨ウエハを載せる回転台が研磨
装置のウエハチャック機構を利用することを特徴とす
る。

【００１４】研磨ウエハを載せる回転台として、ＣＭＰ
装置のウエハチャック機構を利用することにより、ウエ
ハを化学機械研磨しながらウエハの研磨終点時期を検出
できる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明を更に
詳細に説明する。図１は、本発明を実施するに用いる化
学機械研磨装置の斜視図、図２は該化学機械研磨装置の
インデックステ−ブル部分の平面図、図３はインデック
ステ−ブルと研磨ヘッドの位置関係を示す部分断面図、
図４はカラ−識別センサの検出体の移動機構を示す部分
斜視図、図５はカラ−識別センサの斜視図、図６はカラ
−識別センサの制御部回路図、図７はカラ−識別センサ
の制御部回路図、図８は銅張ウエハが化学機械研磨（ダ
マシン工程）されてその表面が変化して行く状態を示す
平面図、図９はダブルダマシン工程を示すフロ−図を示
す。

【００１６】化学機械研磨装置：化学機械研磨装置とし
ては、スピンドル軸に軸対称に軸承された研磨パッドを
用い、該研磨パッドの中央より研磨剤スラリ−を供給し
ながらチャックに保持された基板を圧接し、パッドと基
板を同一方向または逆方向に回転摺動させつつ、かつ、
スピンドル軸に軸承された研磨パッドを基板上で直線的
に往復移動させて基板を化学機械研磨（ＣＭＰ研磨す
る）が挙げられる（特開平８−２７７１６０号、特開平
１１−１５６７１１号、特許第２９６８７８４号、ＵＳ
Ｐ５９３１７２２号、ＵＳＰ５９３４９７９号、ＵＳＰ
５９４４５８２号公報）。また、後述する研磨パッドを
基板上で振り子状に往復揺動させて基板を化学機械研磨
する図１に示すＣＭＰ装置が挙げられる。

【００１７】図１、図２および図３に、一例としてイン
デックス型化学機械研磨装置１を示す。図において、２
は研磨ヘッド、２ａは粗研磨用研磨ヘッド、２ｂは仕上
研磨用ヘッド、３，３はスピンドル軸、３ａはモ−タ
−、３ｂは歯車、３ｃはプ−リ−、３ｄは歯車、４は研
磨パッド、５，５はパッドコンディショニング機構、５
ａはドレッシングディスク，５ｂは保護カバ−、５ｃは
洗浄ブラシ、６，６は研磨ヘッドの振り子回転駆動機
構、６ａはロ−タリ−テ−ブル、６ｂはア−ム、６ｃは
回転軸、７は研磨ヘッド保護ハウジング、８はヘッドの
昇降機構であるエア−シリンダ−、９はウエハ収納カセ
ット、１０はロ−ディング搬送用ロボット、１１はウエ
ハ仮置台、１２は軸１２ｅを軸芯として同一円周ｃ１上
に９０度ずつ等間隔に設けられた回転可能な４基のウエ
ハチャック機構１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄを備え
るインデックステ−ブルで、インデックステ−ブル１２
は図２に示すようにｓ１のウエハロ−ディングゾ−ン、
ｓ２の粗研磨ゾ−ン、ｓ３のウエハ仕上研磨ゾ−ン、ｓ
４のウエハアンロ−ディングゾ−ンに区分分けされてい
る。

【００１８】１３はアンロ−ディング用搬送ロボット、
１４ａはチャックドレサ−、１４ｂはチャック洗浄機
構、１５はウエハ仮置台、１６はベルトコンベア、１７
はウエハ洗浄機構である。インデックステ−ブル１２の
回転軸１２ｅには、図３に示すようにテ−ブル下部に設
置されたモ−タ１２ｆの駆動軸が連結しており、このモ
−タ１２ｆを駆動させて回転軸１２ｅを中心にインデッ
クステ−ブル１２を各バキュ−ムチャックテ−ブル１２
ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄと一体に正逆方向に９０度
ずつ回動するようになっており、インデックステ−ブル
が回動するするとき、各チャックテ−ブルは図２に示す
円ｃ１に沿って回動する。

【００１９】各バキュ−ムチャックテ−ブルは、インデ
ックステ−ブル内に中空の回転軸１２ｇを配設し、その
上端部にウエハｗを保持する吸着板１２ｈを一体に固着
し、回転軸１２ｇの下端部を、インデックステ−ブル１
２下部に設置されたモ−タ１２ｌの駆動軸に連結して回
転自在に設けられている。吸着板１２ｈは、その上面に
多数の小孔１２ｉを穿設して形成、またはポ−ラスセラ
ミック板で形成されており、また、回転軸１２ｇの中空
内部には吸着板１２ｈの小孔１２ｉと連通する２本の用
役管１２ｊ，１２ｋが挿通されており、これら用役管を
ロ−タリ−ジョイント１２ｍ，１２ｎを介して真空ポン
プ、純水または戦場駅供給ポンプ(図示せず)などと接続
されている。

【００２０】各バキュ−ムチャクテ−ブル１２ａ，１２
ｂ，１２ｃ，１２ｄの上面には、環状のガイド板１８，
１８，１８，１８が設けられる。この環状ガイド板は吸
着板に保持された基板の周縁を囲むもので、該環状ガイ
ド板の厚みはチャックされる基板の厚みとほぼ同一で基
板がチャックされた状態で両者表面が面一となる高さで
あり、環状ガイド板は吸着板の回転と同一回転数、同一
方向に回転するようにバキュ−ムチャックテ−ブルに設
けられる。基板の表面と面一となる該環状ガイド板１８
の表面には内縁から外縁に通じる複数の溝１９が設けら
れている。

【００２１】溝１９の形状は、吸着板の中心軸１２ｅか
らガイド板１９の外周に向って放射状に設けた幅０．５
〜３ｍｍの溝（図２参照）であってもよいし、半球状の
紋様をエンボス加工したもの、あるいは格子状溝であっ
てもよい。ガイド板素材としては、アルミニウム板、ポ
リふっ化ビニリデン板、超高分子量ポリエチレン板、エ
ポキシ樹脂板、ポリテトラフルオロエチレン板が挙げら
れる。該環状ガイド板の厚みは、基板の表面と略面一と
なる厚みで、通常は研磨される量の厚みの分だけ基板の
表面と面一となるガイド板の厚みより引いた厚みが好ま
しい。

【００２２】図４はカラ−識別センサの検出体３２３の
移動機構を示すものである。インデックステ−ブル１２
の仕上研磨ゾ−ンｓ３のチャックテ−ブル１２ｃ，１２
ｄ上に跨って基台より橋架２１されたボ−ル螺子２０を
横設し、このボ−ル螺子２０にレ−ル２３上を移動する
移動体２２を螺合し、これにデジタルカラ−識別センサ
３００の検出体３２３を支持し、歯車２４，２５を介し
てモ−タ−Ｍでボ−ル螺子を生逆方向に回転させること
により、検出体３２３を支持する移動体２２は水平に移
動する。この検出体３２３は、チャックテ−ブル１２ｃ
上に載置された研磨ウエハの中心点を通過し、かつ、研
磨ウエハの表面に平行な直線に平行な離れた面上をボ−
ル螺子２０に沿って直線方向に往復移動可能となってい
る。検出体３２３のウエハ端よりウエハ中心部に向って
の直線移動は、研磨ヘッド２がドレッサ５上に回動した
ときに行われ、ウエハ中心からウエハ端への直線移動
は、研磨ヘッド２がドレッサ上よりウエハ中心点に向っ
て回動するときに行われる。検出体３２３の移動速度は
１〜３ｍ／分が好ましい。

【００２３】デジタルカラ−識別センサ：デジタルカラ
−識別センサ３００は、赤、緑、青の３色光を検体に照
射（投光）し、反射した光を光ファイバ−に集光して光
の色成分を検出するもので、登録した基準色にどれだけ
近いかを一致度として０〜９９９で表示するデジタル表
示型カラ−識別センサであって、かつ、予め実験により
求められたＣＭＰ研磨されたウエハのデジタル値をＲＯ
Ｍに記憶させ、これを一連のデジタルグラフＰ_oとして
合成し、ＲＯＭに記憶させる。ついで、研磨合否検査対
象の研磨ウエハのパタ−ンの色成分をカラ−識別センサ
で読み取ったデジタル値（Ｉ_い）をカラ−識別センサに
認識させ、これを一連のデジタルグラフ（Ｐ_i）として
合成し、制御装置の比較器でこれらデジタルグラフが一
致するか否か判定する。グラフ化の代わりに、連続して
送り出されてくるデジタル値を記憶されているデジタル
値と比較し、それらのデジタル値の配列の値が一致した
ら研磨合格と判定してもよい。

【００２４】なお、カラ−識別センサは、検出希望の金
属の色成分が認識されるときはＯｎの状態にＬＥＤ
（赤）表示し、この色成分が認識されないときはｏｆｆ
の状態にＬＥＤ（緑）表示できるものである。また、Ｓ
ＥＴボタンで感度設定後、薄膜の色むらや汚れを許容し
たいときもデジタル値を見ながら調整できるものであ
る。

【００２５】かかるデジタル表示型カラ−識別センサ３
００としては、キ−エンス（株）よりデジタルカラ−判
別センサＣＺ−４１、ＣＺ−４０（特開平６−２４１９
０４号）、およびアンプ３０１としてＣＺ−Ｖ１が販売
されている。これに更に赤、青、緑の受光量を各々１２
ｂｉｔでデ−タ化するＡ／Ｄコンバ−タＦＳ０１（商品
名）を内蔵させれば色成分の感度ばかりでなく、光量を
も合わせてデジタル表示可能となる。このセンサの応答
時間は３００μｓ／１ｍｓで、出力切替は記録（登録）
色と同色成分時は出力Ｏｎ、登録色と異色時は出力Ｏｆ
ｆのモ−ド、または登録色と同色時は出力Ｏｆｆ、登録
色と異色時は出力Ｏｎのモ−ドに切り替えることができ
る。

【００２６】図５にデジタルカラ−識別センサ３００の
一例を示す。カラ−識別センサは認識部であるアンプ３
０１と光を研磨ウエハｗ面に投光し、この反射光を集光
する光ファイバユニッド３１３と色成分を記録する記録
部と、基準色の色成分のデ−タを記録するＯＫデ−タ記
録部、演算部、および制御部を備える。アンプ３０１は
ＳＥＴボタン３０２、ＬＥＤデジタル数値表示モニタ３
０３、出力表示灯３０４、ＭＯＤＥ切換スイッチ３０
５、出力切換スイッチ３０６、設定値調整キ−３０７、
光ファイバ−３０８、レンズ３０９緑センサ３１０、青
センサ３１１、赤センサ３１２、光ファイバ３１３ａ，
３１３ｂが接続されるコネクタ３１４ａ，３１４ｂ、シ
−ケンス等の外部機器が接続されるケ−ブル３１５を備
える。

【００２７】また、アンプ本体は、図６、図７に示す制
御部３１６を有している。制御部（ＣＰＵ）は、ＯＫデ
−タ（Ｉｏ）記憶部のＲＯＭ、デ−タ書き換えのラッチ
回路部のＲＡＭから構成されるマイクロコンピュ−タで
ある。アンプにはＩ／Ｏポ−ト３１７を介してケ−ブル
３１５が接続されている。ケ−ブルにはシ−ケンサ等の
外部機器３１８が接続される。さらに制御部３１６には
Ａ／Ｄコンバ−タ３１９および増幅器（ＡＭＰ）３２０
を介して赤色検出用のＲセンサ３１２、緑色検出用のＧ
センサ３１１、青色検出用のＢセンサ３１０とが接続さ
れ、これらは図３に示すように一列に並置され、コネク
タ３１４ａに配置されている。コネクタ３１４ｂの延長
部にはハロゲンランプ３２１が設けられ、ドライバ３２
２により点灯駆動される。

【００２８】前記アンプ３０１に接続される光ファイバ
−ユニット３１３は、被検出物であるダマシンウエハｗ
に光を照射し、その反射光を取り込むための検出端部３
２３を有しており、光ファイバ３１３ａ，３１３ｂに接
続されている。光ファイバ３１３ｂは投光用であり、コ
ネクタ３１４ｂ内に配置されたハロゲンランプ３２１か
らの光が導かれる。光ファイバ３１３ａは入光用であ
る。

【００２９】図５に示すように、検出端部３２３を介し
てカラ−識別センサ３００から検体流に投光すると、検
体流から反射した光は検出端部３２３からコネクタを介
してセンサ３１０，３１１，３１２に入光し、色が０〜
９９９の間の値にデジタル表示される。ウエハパタ−ン
の認識される色成分が２色（例えば銅と酸化珪素）のと
きは、デジタル値が高い色成分（銅）のデジタル値を９
９９に設定し、デジタル値が低い色成分（ＳｉＯ₂）の
デジタル値をｏｆｆ（デジタル値＝０）としてグラフ化
してもよい。

【００３０】ウエハパタ−ンの認識される色成分が３色
以上のときは、デジタル値が一番高い色成分のデジタル
値を９９９に設定し、残りの色成分はそれと比較したデ
ジタル値として認識される。例えば、色成分が銅、タン
グステン、酸化珪素のときは、銅 ９９９、タングステ
ン ６２０、ＳｉＯ₂ ５４３となる。

【００３１】予備試験時の研磨ウエハの回転台上の位置
と、研磨終点検出時の研磨ウエハの回転台上の位置はア
ライメントにより同一位置となるようにするのが最善で
ある。かかるアライメント作業を省略するときは、試験
で求められたデジタルグラフを検出されたデジタルグラ
フ上に移動する作業をして重なる部分がある（合格）か
無いか（不合格）調べる。ＣＭＰ研磨中におけるウエハ
の研磨終点時を検出する作業は、後者となることが多
い。

【００３２】図１に示す化学機械研磨装置１を用いて絶
縁層の上に金属膜を有するウエハ（ダマシン基板）を研
磨する工程は、次のように行われる。 １）ウエハｗ１は、搬送ロボット１０のア−ムによりカ
セット９より取り出され仮置台１１上に金属膜面を上向
きにして載せられ、ここで裏面を洗浄され、ついで搬送
ロボットによりインデックステ−ブル１２のウエハロ−
ディングゾ−ンｓ１に移送され、チャック機構１２ａに
より吸着される。

【００３３】２）インデックステ−ブル１２を９０度時
計回り方向に回動させてウエハｗ１を第１研磨ゾ−ンｓ
２に導き、スピンドル軸３を下降させてヘッド２ａに取
り付けられた研磨パッド４をウエハｗ１に押圧し、スピ
ンドル軸３とチャック機構の軸を回転させることにより
ウエハの化学機械研磨を行う。この間、新たなウエハｗ
２が仮置台の上に載せられ、ウエハロ−ディングゾ−ン
ｓ１に移送され、チャック機構１２ｂにより吸着され
る。ウエハのＣＭＰ加工時、スピンドル軸３の中空部に
設けた供給管より研磨パッド４裏面に研磨剤液が１０〜
１００ｍｌ／分の割合で供給される。チャックテ−ブル
に吸着されたウエハの回転数は、２００〜８００ｒｐ
ｍ、好ましくは２００〜６００ｒｐｍ、研磨パッドの回
転数は４００〜３０００ｒｐｍ、好ましくは４００〜１
０００ｒｐｍ、基板にかかる圧力は１．２〜３ｐｓｉで
ある。

【００３４】ＣＭＰ加工中、研磨パッド４を振り子回動
機構６で軸６ｃを回転させることにより軸６ｃに固定さ
れたア−ム６ｂが振り子往復移動する。研磨パッド４の
往復揺動軌跡は基板の中心を通過し、基板の外周を越え
る円弧状である。

【００３５】第一研磨ゾ−ンｓ２での化学機械研磨が所
望時間行なわれると、スピンドル軸３を上昇させ、ア−
ムを回動させてパッドをコンディショニング洗浄機構５
上に導き、ここで高圧ジェット水をノズル（図示せず）
より吹き付けながら回転ブラシ５ｃで表パッド面に付着
した砥粒、金属研磨屑を取り除き、ついで研磨パッドを
下降させてディスク５ｂに当接させ、研磨パッドをコン
ディショニングし、研磨パッドを上昇させ、再び軸６ｃ
を回動して研磨パッドを移送し、研磨ゾ−ンｓ２上に待
機させる。

【００３６】３）インデックステ−ブルを時計回り方向
に９０度回動させ、研磨されたウエハｗ１を第二研磨ゾ
−ンｓ３に導き、スピンドル軸３を下降させてヘッド２
ｂに取り付けられた研磨パッド４を粗研磨されたウエハ
ｗ１に押圧し、スピンドル軸３とチャック機構の軸を回
転させることによりウエハの化学機械仕上研磨を行う。
ゾ−ンｓ３では、デジタルカラ−識別センサ３００の検
出体３２３をウエハの外周縁と中心点間で直線往復移動
させ、研磨されているウエハの研磨状態を観察し、情報
をＣＰＵに送信する。仕上げ研磨終了後は、スピンドル
軸３を上昇、右方向に後退させ、ヘッド２ｂに取り付け
られた研磨パッドをコンディショニング５で洗浄し、再
び回動して研磨パッドを移送し、第二研磨ゾ−ンｓ３上
に待機させる。この間、新たなウエハｗ３が仮置台の上
に載せられ、ウエハロ−ディングゾ−ンｓ１に移送さ
れ、チャック機構１２ｃにより吸着される。また、第一
研磨ゾ−ンｓ２ではウエハｗ２の化学機械粗研磨が実施
される。

【００３７】４）インデックステ−ブル１２を時計回り
方向に９０度回動させ、研磨されたウエハｗ１をアンロ
−ディングゾ−ンｓ４に導く。ついで、アンロ−ディン
グ搬送ロボット１３で仕上研磨されたウエハを仮置台１
５へ搬送し、裏面を洗浄した後、更に搬送ロボット１３
でベルトコンベアを利用した移送機構へと導き、研磨さ
れたウエハのパタ−ン面に洗浄液をノズル１７より吹き
付け洗浄し、さらにウエハを次工程へと導く。この間、
新たなウエハｗ４が仮置台の上に載せられ、ウエハロ−
ディングゾ−ンｓ１に移送され、チャック機構１２ｄに
より吸着される。また、第一研磨ゾ−ンｓ２ではウエハ
ｗ３の化学機械粗研磨が、第二研磨ゾ−ンｓ３ではウエ
ハｗ２の化学機械仕上研磨が実施される。

【００３８】５）インデックステ−ブル１２を時計方向
に９０度回転させ、以下前記２）から４）の工程と同様
の操作を繰り返し、ウエハの化学機械研磨を行う。

【００３９】上記例において、化学機械研磨加工を第一
粗研磨と第二仕上研磨の二段に分けたのは、スル−プッ
ト時間を短縮するためであるが、ＣＭＰ加工を一段で行
うこともあるし、粗研磨、中仕上研磨、仕上研磨と三段
階に分け、よりスル−プット時間を短縮することも行わ
れる。三段階のＣＭＰ加工工程をとるときは、ｓ１をウ
エハロ−ディングとウエハアンロ−ディングの兼用ゾ−
ンとし、ｓ２を第一研磨ゾ−ン、ｓ３を第二研磨ゾ−
ン、ｓ４を第三研磨ゾ−ンとする。

【００４０】また、研磨パッド素材は、第一研磨パッド
と第二研磨パッドの素材を変えてもよい。研磨剤スラリ
−も変えることもある。

【００４１】さらに、ｓ３ゾ−ンでの研磨終点検出をヘ
ッドのトルグ電圧変化（特開平９−７０７５３号、同１
０−１７７９７６号）や２点式インプロセスゲ−ジを用
いて研磨途中のウエハの厚み変化（特開平９−１９３０
０３号、同１０−１０６９８４号）で行い、研磨終了
後、本発明のデジタルカラ−識別センサを用いる方法で
研磨ウエハの合否を判定するようにしてもよい。

【００４２】研磨パッド素材としては、硬質発泡ウレタ
ンシ−ト、ポリ弗化エチレンシ−ト、ポリエステル繊維
不織布、フェルト、ポリビニ−ルアルコ−ル繊維不織
布、ナイロン繊維不織布、これら不織布上に発泡性ウレ
タン樹脂溶液を流延させ、ついで発泡・硬化させたもの
等が使用されている。パッド形状としては、円板状、ド
−ナッツ状、楕円状のものが用いられ、厚み３〜７ｍｍ
のものがアルミニウム板やステンレス板などの取付板に
貼付されて使用される。研磨パッド外径は、基板の直径
の１／２から３／４が好ましい。研磨パッドの振り子往
復移動速さは０．５〜３ｍ／分が好ましい。

【００４３】研磨剤液は、基板の種類により異なるが、
金属層と絶縁層を有するデバイス基板のときは（ａ）コ
ロイダルアルミナ、フ−ムドシリカ、酸化セリウム、チ
タニア等の固型砥粒を０．０１〜２０重量％、（ｂ）硝
酸銅、クエン酸鉄、過酸化マンガン、エチレンジアミン
テトラ酢酸、ヘキサシアノ鉄、フッ化水素酸、フルオロ
チタン酸、ジペルサルフェ−ト、フッ化アンモニウム、
二フッ化水素アンモニウム、過硫酸アンモニウム、過酸
化水素、等の酸化剤１〜１５重量％、（ｃ）界面活性剤
０．３〜３重量％、（ｄ）ｐＨ調整剤、（ｅ）防腐剤、
などを含有するスラリ−が使用される（特開平６−３１
３１６４号、特開平８−１９７４１４号、特表平８−５
１０４３７号、特開平１０−６７９８６号、特開平１０
−２２６７８４号等）。

【００４４】銅、銅−チタン、銅−タングステン、チタ
ン−アルミニウム等の金属研磨に適した研磨剤スラリ−
は、株式会社フジミインコ−ポレ−テッド、ロデ−ル・
ニッタ株式会社、米国のキャボット社、米国ロデ−ル
社、米国オ−リン ア−チ（Ｏｌｉｎ Ａｒｃｈ）社等
より入手できる。

【００４５】

【実施例】実施例１ 基板として２００ｍｍ径の酸化珪素絶縁膜上に銅膜を設
けたシリコン基板を、研磨剤としてフジミインコ−ポレ
−テッド社の第１ステップ用銅膜研磨用スラリ−（試作
品）を７５ｍｌ／分の量、研磨パッドとして米国ロデ−
ル社のポリウレタン樹脂を素材（商品名ＩＣ１０００）
とした外径１１０ｍｍの円板状パッドを、研磨装置とし
て図１に示すインデックステ−ブル、バキュ−ムチャッ
ク、表面に幅２ｍｍの放射状溝（５度の間隔毎に１本の
溝）７２本を有する環状ガイド板（外径２２０ｍｍ、内
径２０１ｍｍ）、および２ヘッドの研磨パッドを備える
自動化学機械研磨装置を用い、基板チャックテ−ブルの
回転数を逆時計方向２００ｒｐｍ、研磨パッドの回転数
を時計方向４００ｒｐｍ、基板にかかる研磨パッドの圧
力を２．８ｐｓｉ（２００ｇ／ｃｍ²）とし、振り子往
復速度を１ｍ／分とし、振り子移動幅をパッドが基板外
周より１５ｍｍ外側へはみ出る円弧状として化学機械研
磨を行なった（第一研磨ヘッドによる研磨稼動より５０
秒遅れて第二研磨ヘッドの稼動を開始した）。予め試験
により求めたデジタルカラ−識別センサにより研磨され
たウエハのデジタルグラフ（銅のデジタル値 ９９９、
絶縁層 ｏｆｆのデジタル値 ０とし、ウエハ端より中
心点までの半周期）と比較しながら研磨されているウエ
ハのデジタルグラフのウエハ端より中心点までの半周期
分のデジタル値の順列が一致したときをウエハ研磨終点
時期として設定した第二研磨ヘッドによる研磨時間は７
０秒間であった。研磨ウエハの不均一性は２．９％であ
った。

【００４６】

【発明の効果】本発明の研磨ウエハの合否判断は、検査
されるウエハの表面部分のパタ−ン全体に亘ってデジタ
ルカラ−識別センサにより観察され、合否が判定される
ので信頼性が高い。また、この合否判定方法をウエハの
研磨終点検出方法に応用できるので、自動ＣＭＰ装置を
提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 化学機械研磨装置の斜視図である。

【図２】 図１に示す化学機械研磨装置のインデックス
テ−ブル部を示す平面図である。

【図３】 図１に示す化学機械研磨装置のインデックス
テ−ブルと研磨ヘッドの位置関係を示す正面図である。

【図４】 デジタルカラ−識別センサの検出体の移動機
構を示す部分斜視図である。

【図５】 デジタルカラ−識別センサの斜視図である。

【図６】 デジタルカラ−識別センサのアンプ制御部の
平面図である。

【図７】 アンプの制御部の回路を示す図である。

【図８】 銅張ウエハが化学機械研磨（ダマシン工程）
されてその表面が変化して行く状態を示す平面図であ
る。

【図９】 ウエハのダマシン工程のフロ−図である。

【図１０】 多層配線構造を有するＭＯＳＦＥＴ基板の
断面図である。

【符号の説明】

ｗ 基板 １ 化学機械研磨装置 ２ 研磨ヘッド ４ 研磨パッド １２ インデックステ−ブル １２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ チャックテ
−ブル ２０ ボ−ル螺子 ３００ デジタルカラ−識別センサ ３２３ 検出体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2G020 AA04 AA08 DA05 DA14 DA42 2G051 AA51 AB20 BA20 BB17 BC05 CA03 CB01 CB05 EA12 EA17 3C058 AA18 AB03 AB04 AC02 BA01 BA09 BB08 BB09 BC03 CB03 DA17

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 赤、青および緑の３つのＬＥＤ光源から
   光を照射し、反射して光ファイバ−に集光した光の色成
   分を認識するデジタルカラ−識別センサを使用して、研
   磨されたウエハの研磨合否を判定する方法であって、 回転台上に載置された研磨ウエハの中心点を通過し、か
   つ、研磨ウエハの表面に平行な直線に平行なボ−ル螺子
   に備えられたカラ−識別センサの前記集光する光の検出
   体を移動させて回転している研磨ウエハ上の物質の色成
   分をデジタルカラ−識別センサに認識させ、この認識さ
   れた光成分のカラ−デジタル値の分布パタ−ンＰ_iが、
   予め試験により求めた合格品の研磨ウエハのカラ−デジ
   タル値の分布パタ−ンＰ₀に一致したときは合格、一致
   しないときは不合格とすることを特徴とする、研磨ウエ
   ハの研磨合否判定方法。
2. 【請求項２】 研磨ウエハを載せる回転台が研磨装置の
   ウエハチャック機構であることを特徴とする、請求項１
   に記載の研磨ウエハの研磨合否判定方法。