JP2003264163A - 研磨装置、研磨方法および研磨残りの検出方法 - Google Patents
研磨装置、研磨方法および研磨残りの検出方法Info
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- JP2003264163A JP2003264163A JP2002064799A JP2002064799A JP2003264163A JP 2003264163 A JP2003264163 A JP 2003264163A JP 2002064799 A JP2002064799 A JP 2002064799A JP 2002064799 A JP2002064799 A JP 2002064799A JP 2003264163 A JP2003264163 A JP 2003264163A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 測定した研磨残り量に基づいて追加研磨を精
度良く行い、研磨残りの酸化を防止して、追加研磨を容
易に行う。 【解決手段】 下層金属配線上に絶縁膜を介して形成さ
れた金属膜を研磨する際の研磨残りの検出方法であっ
て、絶縁膜にマルチ波長を照射し、絶縁膜の膜厚近傍の
波長を有する反射光の反射率の波長依存性を測定するこ
とにより、金属膜の研磨残り量を測定する。
度良く行い、研磨残りの酸化を防止して、追加研磨を容
易に行う。 【解決手段】 下層金属配線上に絶縁膜を介して形成さ
れた金属膜を研磨する際の研磨残りの検出方法であっ
て、絶縁膜にマルチ波長を照射し、絶縁膜の膜厚近傍の
波長を有する反射光の反射率の波長依存性を測定するこ
とにより、金属膜の研磨残り量を測定する。
Description
【０００１】
【発明が属する技術分野】本発明は、半導体装置の製造
方法に係り、特にＣｕダマシン配線形成時の金属膜の研
磨残りの検出および追加研磨に関する。
方法に係り、特にＣｕダマシン配線形成時の金属膜の研
磨残りの検出および追加研磨に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体製造工程において、素子の高速化
を図るために、Ｃｕダマシン配線についての検討がされ
ている。これは、従来の配線では、配線抵抗が大きい
為、配線のＲＣ遅延を招いていたこと、またこの配線抵
抗がトランジスタの動作速度に大きな影響を与えること
による。
を図るために、Ｃｕダマシン配線についての検討がされ
ている。これは、従来の配線では、配線抵抗が大きい
為、配線のＲＣ遅延を招いていたこと、またこの配線抵
抗がトランジスタの動作速度に大きな影響を与えること
による。
【０００３】以下、従来の半導体装置の製造方法、詳細
には従来のＣｕダマシン配線の形成方法について説明す
る。図６は、従来の半導体装置の製造方法を説明するた
めの断面図である。先ず、図６（ａ）に示すように、基
板３１上に第１絶縁膜３２を形成し、この第１絶縁膜３
２内に配線溝を形成する。次に、基板３１全面にＣｕの
拡散を防止するための例えばＴａからなるバリアメタル
膜（以下、「Ｔａバリアメタル膜」という。）３３を形
成し、このＴａバリアメタル膜３３上にＣｕ膜３４を形
成する。
には従来のＣｕダマシン配線の形成方法について説明す
る。図６は、従来の半導体装置の製造方法を説明するた
めの断面図である。先ず、図６（ａ）に示すように、基
板３１上に第１絶縁膜３２を形成し、この第１絶縁膜３
２内に配線溝を形成する。次に、基板３１全面にＣｕの
拡散を防止するための例えばＴａからなるバリアメタル
膜（以下、「Ｔａバリアメタル膜」という。）３３を形
成し、このＴａバリアメタル膜３３上にＣｕ膜３４を形
成する。
【０００４】次に、図６（ｂ）に示すように、研磨装置
において化学機械研磨（ＣＭＰ：Chemical Mechanical
Polishing）法を用いて、不要なＣｕ膜３４及び不要な
Ｔａバリアメタル膜３３を除去する。ここで、Ｃｕ膜３
４は第１絶縁膜３２よりもやわらかいため、配線幅が広
いＣｕダマシン配線３５の表面が過剰に研磨され、ディ
ッシング３５ａと呼ばれる凹部が形成される場合がある
（図６（ｂ）参照）。
において化学機械研磨（ＣＭＰ：Chemical Mechanical
Polishing）法を用いて、不要なＣｕ膜３４及び不要な
Ｔａバリアメタル膜３３を除去する。ここで、Ｃｕ膜３
４は第１絶縁膜３２よりもやわらかいため、配線幅が広
いＣｕダマシン配線３５の表面が過剰に研磨され、ディ
ッシング３５ａと呼ばれる凹部が形成される場合がある
（図６（ｂ）参照）。
【０００５】そして、図６（ｃ）に示すように、基板全
面に、第２絶縁膜３６を形成する。ここで、第２絶縁膜
３６の表面には、下層のＣｕダマシン配線３５表面に形
成されたディッシング３５ａに対応する凹部３６ａが形
成される。
面に、第２絶縁膜３６を形成する。ここで、第２絶縁膜
３６の表面には、下層のＣｕダマシン配線３５表面に形
成されたディッシング３５ａに対応する凹部３６ａが形
成される。
【０００６】次に、図６（ｄ）に示すように、第２絶縁
膜３６内に配線溝３７を形成する。そして、図６（ｅ）
に示すように、基板全面に、Ｔａバリアメタル膜３８を
形成し、このＴａバリアメタル膜３８上にＣｕ膜３９を
形成する。次に、図６（ｆ）に示すように、研磨装置に
おいてＣＭＰ法を用いて、不要なＣｕ膜３９及びＴａバ
リアメタル膜３８を除去する。
膜３６内に配線溝３７を形成する。そして、図６（ｅ）
に示すように、基板全面に、Ｔａバリアメタル膜３８を
形成し、このＴａバリアメタル膜３８上にＣｕ膜３９を
形成する。次に、図６（ｆ）に示すように、研磨装置に
おいてＣＭＰ法を用いて、不要なＣｕ膜３９及びＴａバ
リアメタル膜３８を除去する。
【０００７】その後、上記図６（ｃ）から図６（ｆ）に
示す工程を繰り返し行い、Ｖｉａホール（図示省略）と
ダマシン配線層を形成する。これにより、基板上に多層
配線構造を有する半導体装置が製造される。
示す工程を繰り返し行い、Ｖｉａホール（図示省略）と
ダマシン配線層を形成する。これにより、基板上に多層
配線構造を有する半導体装置が製造される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】上記従来の製造工程に
おいて、Ｃｕ膜３９およびＴａバリアメタル膜３８を研
磨する際に、Ｔａバリアメタル膜３８の研磨残りが生じ
やすいという問題があった。特に、Ｃｕダマシン配線３
５の表面にディッシング３５ａが発生した場合（図６
（ｂ）参照）、その上層の絶縁膜３６にも凹部３６ａが
形成されてしまい（図６（ｃ）参照）、絶縁膜３６を研
磨しなければ、凹部３６ａにＴａバリアメタル膜３８の
研磨残り（以下、「研磨残り」という。）４０が発生し
てしまう。かかる研磨残り４０は、ディッシング３５ａ
がないところであっても、例えばスクラッチ（引っかき
傷）があるところ等に発生する可能性がある。また、こ
の研磨残り４０を放置すると、配線間のショートの原因
となってしまうので、追加研磨により除去する必要があ
る。
おいて、Ｃｕ膜３９およびＴａバリアメタル膜３８を研
磨する際に、Ｔａバリアメタル膜３８の研磨残りが生じ
やすいという問題があった。特に、Ｃｕダマシン配線３
５の表面にディッシング３５ａが発生した場合（図６
（ｂ）参照）、その上層の絶縁膜３６にも凹部３６ａが
形成されてしまい（図６（ｃ）参照）、絶縁膜３６を研
磨しなければ、凹部３６ａにＴａバリアメタル膜３８の
研磨残り（以下、「研磨残り」という。）４０が発生し
てしまう。かかる研磨残り４０は、ディッシング３５ａ
がないところであっても、例えばスクラッチ（引っかき
傷）があるところ等に発生する可能性がある。また、こ
の研磨残り４０を放置すると、配線間のショートの原因
となってしまうので、追加研磨により除去する必要があ
る。
【０００９】この対策として、研磨装置における研磨処
理を終了した後、研磨残り４０の有無を検査している。
そして、研磨残り４０がある場合には、研磨装置におい
て追加研磨を行う。しかしながら、上記検査は、研磨装
置とは別の検査装置で行われるため、基板をキャリアに
収納して装置間を搬送しなければならず、この搬送中に
基板表面にパーティクルが付着してしまう可能性があっ
た。
理を終了した後、研磨残り４０の有無を検査している。
そして、研磨残り４０がある場合には、研磨装置におい
て追加研磨を行う。しかしながら、上記検査は、研磨装
置とは別の検査装置で行われるため、基板をキャリアに
収納して装置間を搬送しなければならず、この搬送中に
基板表面にパーティクルが付着してしまう可能性があっ
た。
【００１０】また、キャリア搬送中に、研磨残り４０が
酸化してしまい、追加研磨をしても除去し難くなるとい
う問題があった。
酸化してしまい、追加研磨をしても除去し難くなるとい
う問題があった。
【００１１】また、検査装置は光学顕微鏡を用いてお
り、研磨残り４０の有無を目視検査により判断している
だけであった。このため、研磨残り４０の多少を判定す
ることができず、過剰な追加研磨が行われやすかった。
従って、追加研磨を精度良く行うことができないという
問題があった。さらに、研磨残り４０が少量の場合に
も、一定時間の追加研磨を行うことにより、スループッ
トが悪くなってしまうという問題があった。
り、研磨残り４０の有無を目視検査により判断している
だけであった。このため、研磨残り４０の多少を判定す
ることができず、過剰な追加研磨が行われやすかった。
従って、追加研磨を精度良く行うことができないという
問題があった。さらに、研磨残り４０が少量の場合に
も、一定時間の追加研磨を行うことにより、スループッ
トが悪くなってしまうという問題があった。
【００１２】本発明は、上記従来の課題を解決するため
になされたもので、本発明は、測定した研磨残り量に基
づいて追加研磨を精度良く行い、研磨残りの酸化を防止
して、追加研磨を容易に行うことを目的とする。
になされたもので、本発明は、測定した研磨残り量に基
づいて追加研磨を精度良く行い、研磨残りの酸化を防止
して、追加研磨を容易に行うことを目的とする。
【００１３】
【課題を解決する為の手段】請求項１の発明に係る研磨
装置は、基板を保持する保持機構と、前記保持機構によ
り保持された前記基板上の金属膜を研磨する研磨機構
と、前記研磨機構により研磨された前記金属膜の研磨残
りを検出する検出機構と、を備え、前記研磨機構は、前
記金属膜の研磨残りが検出された場合に、当該研磨残り
を追加研磨することを特徴とするものである。
装置は、基板を保持する保持機構と、前記保持機構によ
り保持された前記基板上の金属膜を研磨する研磨機構
と、前記研磨機構により研磨された前記金属膜の研磨残
りを検出する検出機構と、を備え、前記研磨機構は、前
記金属膜の研磨残りが検出された場合に、当該研磨残り
を追加研磨することを特徴とするものである。
【００１４】請求項２の発明に係る研磨装置は、請求項
１に記載の研磨装置において、前記研磨機構は、研磨残
り量に応じた時間だけ追加研磨することを特徴とするも
のである。
１に記載の研磨装置において、前記研磨機構は、研磨残
り量に応じた時間だけ追加研磨することを特徴とするも
のである。
【００１５】請求項３の発明に係る研磨装置は、請求項
１又は２に記載の研磨装置において、前記検出機構は、
下方に絶縁膜とその下方に金属配線を有する特定パター
ンを探索する探索部と、前記絶縁膜にマルチ波長光を照
射する照射部、反射光の反射率の波長依存性を測定する
測定部と、を有することを特徴とするものである。
１又は２に記載の研磨装置において、前記検出機構は、
下方に絶縁膜とその下方に金属配線を有する特定パター
ンを探索する探索部と、前記絶縁膜にマルチ波長光を照
射する照射部、反射光の反射率の波長依存性を測定する
測定部と、を有することを特徴とするものである。
【００１６】請求項４の発明に係る研磨装置は、請求項
３に記載の研磨装置において、前記検出機構が、顕微鏡
を有する分光干渉反射率測定ユニットであることを特徴
とするものである。
３に記載の研磨装置において、前記検出機構が、顕微鏡
を有する分光干渉反射率測定ユニットであることを特徴
とするものである。
【００１７】請求項５の発明に係る研磨方法は、研磨装
置において、下層金属配線上に絶縁膜を介して形成され
た金属膜を研磨する方法であって、前記金属膜を研磨す
る研磨工程と、前記金属膜の研磨残りを検出する検出工
程と、前記研磨残りが検出された場合に、前記研磨残り
を追加研磨する追加研磨工程と、を含むことを特徴とす
るものである。
置において、下層金属配線上に絶縁膜を介して形成され
た金属膜を研磨する方法であって、前記金属膜を研磨す
る研磨工程と、前記金属膜の研磨残りを検出する検出工
程と、前記研磨残りが検出された場合に、前記研磨残り
を追加研磨する追加研磨工程と、を含むことを特徴とす
るものである。
【００１８】請求項６の発明に係る研磨方法は、請求項
５に記載の研磨方法において、前記追加研磨工程は、研
磨残りの量に応じた時間だけ追加研磨することを特徴と
するものである。
５に記載の研磨方法において、前記追加研磨工程は、研
磨残りの量に応じた時間だけ追加研磨することを特徴と
するものである。
【００１９】請求項７の発明に係る研磨方法は、請求項
６に記載の研磨方法において、前記検出工程は、前記下
層金属配線の直上の前記絶縁膜にマルチ波長光を照射し
て、反射光の反射率の波長依存性を測定することによ
り、前記研磨残りの量を検出することを特徴とするもの
である。
６に記載の研磨方法において、前記検出工程は、前記下
層金属配線の直上の前記絶縁膜にマルチ波長光を照射し
て、反射光の反射率の波長依存性を測定することによ
り、前記研磨残りの量を検出することを特徴とするもの
である。
【００２０】請求項８の発明に係る研磨方法は、請求項
７に記載の研磨方法において、前記検出工程は、検査す
る部分の前記下層金属配線直上の前記絶縁膜の膜厚近傍
の波長を有する前記反射光の反射率を測定することを特
徴とするものである。
７に記載の研磨方法において、前記検出工程は、検査す
る部分の前記下層金属配線直上の前記絶縁膜の膜厚近傍
の波長を有する前記反射光の反射率を測定することを特
徴とするものである。
【００２１】請求項９の発明に係る研磨残りの検出方法
は、下層金属配線上に絶縁膜を介して形成された金属膜
を研磨する際の研磨残りの検出方法であって、前記下層
金属配線の直上の前記絶縁膜にマルチ波長光を照射し
て、反射光の反射率の波長依存性を測定することによ
り、前記研磨残りの量を検出する工程を含むことを特徴
とするものである。
は、下層金属配線上に絶縁膜を介して形成された金属膜
を研磨する際の研磨残りの検出方法であって、前記下層
金属配線の直上の前記絶縁膜にマルチ波長光を照射し
て、反射光の反射率の波長依存性を測定することによ
り、前記研磨残りの量を検出する工程を含むことを特徴
とするものである。
【００２２】請求項１０の発明に係る研磨残りの検出方
法は、請求項９に記載の研磨残りの検出方法において、
前記検出工程は、検査する部分の前記下層金属配線直上
の前記絶縁膜の膜厚近傍の波長を有する前記反射光の反
射率を測定することを特徴とするものである。
法は、請求項９に記載の研磨残りの検出方法において、
前記検出工程は、検査する部分の前記下層金属配線直上
の前記絶縁膜の膜厚近傍の波長を有する前記反射光の反
射率を測定することを特徴とするものである。
【００２３】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態について説明する。図中、同一または相当する
部分には同一の符号を付してその説明を簡略化ないし省
略することがある。
施の形態について説明する。図中、同一または相当する
部分には同一の符号を付してその説明を簡略化ないし省
略することがある。
【００２４】実施の形態１．図１は、本発明の実施の形
態１による研磨装置を説明するための図である。図１に
おいて、参照符号１はウェハのロード／アンロードを行
うローダー、２は研磨された金属膜の研磨残りの有無お
よび研磨残り量を検出する検出機構である例えば分光干
渉反射率測定ユニット（後述）、３は研磨装置における
ウェハの搬送を行う搬送アーム、４はウェハを保持する
保持機構としてのヘッド、５は表面上に研磨パッドが形
成された研磨機構としてのプラテン、６は研磨後のウェ
ハを洗浄するための洗浄槽、７は洗浄後のウェハをリン
ス（水洗）・乾燥（例えば、２０００ｒｐｍ程度の回転
数のスピン乾燥）するための乾燥部を示している。な
お、保持機構４および研磨機構５の詳細については、説
明を省略する。ここで、上記金属膜は、Ｔａ膜、Ｔｉ
膜、ＴａＮ膜、ＴｉＮ膜の少なくとも何れか１つを含ん
でいる。また、検出機構２は、絶縁膜の下層に形成され
た下層金属配線としてのＣｕダマシン配線を探すための
光学顕微鏡を備えている。また、研磨機構５は、検出機
構２により金属膜の研磨残りがあると検出された場合
に、その研磨残りの追加研磨を行う。なお、研磨機構５
は、検出機構２により検出された研磨残り量に応じた時
間だけ、追加研磨を行う。
態１による研磨装置を説明するための図である。図１に
おいて、参照符号１はウェハのロード／アンロードを行
うローダー、２は研磨された金属膜の研磨残りの有無お
よび研磨残り量を検出する検出機構である例えば分光干
渉反射率測定ユニット（後述）、３は研磨装置における
ウェハの搬送を行う搬送アーム、４はウェハを保持する
保持機構としてのヘッド、５は表面上に研磨パッドが形
成された研磨機構としてのプラテン、６は研磨後のウェ
ハを洗浄するための洗浄槽、７は洗浄後のウェハをリン
ス（水洗）・乾燥（例えば、２０００ｒｐｍ程度の回転
数のスピン乾燥）するための乾燥部を示している。な
お、保持機構４および研磨機構５の詳細については、説
明を省略する。ここで、上記金属膜は、Ｔａ膜、Ｔｉ
膜、ＴａＮ膜、ＴｉＮ膜の少なくとも何れか１つを含ん
でいる。また、検出機構２は、絶縁膜の下層に形成され
た下層金属配線としてのＣｕダマシン配線を探すための
光学顕微鏡を備えている。また、研磨機構５は、検出機
構２により金属膜の研磨残りがあると検出された場合
に、その研磨残りの追加研磨を行う。なお、研磨機構５
は、検出機構２により検出された研磨残り量に応じた時
間だけ、追加研磨を行う。
【００２５】図２は、上記検出機構としての分光干渉反
射率測定ユニットを説明するための概念図である。図２
において、参照符号１１は光源、１２はビームスプリッ
ター、１３は集光光学系、１４はサンプル（試料）とし
てのウェハ、１５は所定の波長の光を分光するための分
光器、１６はディテクターを示している。分光干渉反射
率測定ユニットは、光源１１から発せられたマルチ波長
光をウェハ１４に入射させ、その反射光を集光光学系１
３で集光し、分光器１５及びディテクター１６を用いて
反射率のスペクトルを測定する装置である。すなわち、
この分光干渉反射率測定ユニットは、反射率の波長依存
性を求め、これにより膜厚を求めるものである。また、
分光干渉反射率測定ユニットは、従来より絶縁膜の膜厚
測定に用いられている。
射率測定ユニットを説明するための概念図である。図２
において、参照符号１１は光源、１２はビームスプリッ
ター、１３は集光光学系、１４はサンプル（試料）とし
てのウェハ、１５は所定の波長の光を分光するための分
光器、１６はディテクターを示している。分光干渉反射
率測定ユニットは、光源１１から発せられたマルチ波長
光をウェハ１４に入射させ、その反射光を集光光学系１
３で集光し、分光器１５及びディテクター１６を用いて
反射率のスペクトルを測定する装置である。すなわち、
この分光干渉反射率測定ユニットは、反射率の波長依存
性を求め、これにより膜厚を求めるものである。また、
分光干渉反射率測定ユニットは、従来より絶縁膜の膜厚
測定に用いられている。
【００２６】また、研磨残りの検出に、上記分光干渉反
射率測定ユニットのほかに、下記エリプソメータを用い
ることも考えられる。図３は、エリプソメータを説明す
るための概念図である。図３において、２１は光源、２
２は偏光子、２３は補償板、２４はサンプル（試料）と
してのウェハ、２５は検証光子、２６はディテクターを
示している。エリプソメータは、光源２１から発せられ
た光を偏光子２２で偏光し、この偏光したＰ偏光とＳ偏
光を補償版２３を通してウェハ２４に入射させ、検証光
子２５及びディテクター２６を用いてその反射光の反射
率（後述するＲｐ，Ｒｓ）を測定して、ΨとΔ（デル
タ）の波長依存性を求め、これにより絶縁膜の膜厚を求
めるものである。詳細には、Ｐ偏光とＳ偏光の反射率を
それぞれＲｐ，Ｒｓとすると、下記式（１）の関係が得
られる。 Ｒｐ／Ｒｓ＝ｔａｎ（Ψ）ｅｘｐ（ｉΔ） …（１） そして、この式（１）によりΨとΔの波長依存性を求
め、さらに膜厚を求める。
射率測定ユニットのほかに、下記エリプソメータを用い
ることも考えられる。図３は、エリプソメータを説明す
るための概念図である。図３において、２１は光源、２
２は偏光子、２３は補償板、２４はサンプル（試料）と
してのウェハ、２５は検証光子、２６はディテクターを
示している。エリプソメータは、光源２１から発せられ
た光を偏光子２２で偏光し、この偏光したＰ偏光とＳ偏
光を補償版２３を通してウェハ２４に入射させ、検証光
子２５及びディテクター２６を用いてその反射光の反射
率（後述するＲｐ，Ｒｓ）を測定して、ΨとΔ（デル
タ）の波長依存性を求め、これにより絶縁膜の膜厚を求
めるものである。詳細には、Ｐ偏光とＳ偏光の反射率を
それぞれＲｐ，Ｒｓとすると、下記式（１）の関係が得
られる。 Ｒｐ／Ｒｓ＝ｔａｎ（Ψ）ｅｘｐ（ｉΔ） …（１） そして、この式（１）によりΨとΔの波長依存性を求
め、さらに膜厚を求める。
【００２７】次に、上記研磨装置における研磨方法につ
いて説明する。先ず、ウェハを収納したキャリアをロー
ダー１に載置する。次に、搬送アーム３によりウェハを
ヘッド４まで搬送する。そして、ヘッド４によりウェハ
を保持する。
いて説明する。先ず、ウェハを収納したキャリアをロー
ダー１に載置する。次に、搬送アーム３によりウェハを
ヘッド４まで搬送する。そして、ヘッド４によりウェハ
を保持する。
【００２８】次に、プラテン５上でウェハを研磨する。
例えば、図６（ｅ）に示すように、ウェハ上に形成され
た金属膜３８，３９を研磨する。その後、図６（ｆ）に
示すように、絶縁膜３７の表面に、下層の金属配線（Ｃ
ｕダマシン配線）３５の表面に形成されたディッシング
３５ａに起因する研磨残り４０が発生する。次に、研磨
後のウェハを洗浄槽６において洗浄した後、乾燥部７に
おいてウェハをリンス・乾燥する。
例えば、図６（ｅ）に示すように、ウェハ上に形成され
た金属膜３８，３９を研磨する。その後、図６（ｆ）に
示すように、絶縁膜３７の表面に、下層の金属配線（Ｃ
ｕダマシン配線）３５の表面に形成されたディッシング
３５ａに起因する研磨残り４０が発生する。次に、研磨
後のウェハを洗浄槽６において洗浄した後、乾燥部７に
おいてウェハをリンス・乾燥する。
【００２９】次に、検出機構２によりウェハ上に金属膜
の研磨残り４０があるか否か、および研磨残り４０の量
がいくらかを、以下の方法によって検出する。ここで、
絶縁膜の下層に金属配線層があるTa膜/SiO2膜:700nm/Cu
膜:1000nm/Si基板からなる構造と、金属配線層がないTa
膜/SiO2膜:1700nm/Si基板からなる構造とを用意した。
そして、かかる構造においてＴａ膜の膜厚を変化させ
て、比較的安価に入手できるXenonランプ等で得られる
波長２００ｎｍ〜８００ｎｍのマルチ波長光の反射率、
ΨおよびΔの波長依存性をシミュレーションし、そのシ
ミュレーション結果をそれぞれ図４および図５に示す。
の研磨残り４０があるか否か、および研磨残り４０の量
がいくらかを、以下の方法によって検出する。ここで、
絶縁膜の下層に金属配線層があるTa膜/SiO2膜:700nm/Cu
膜:1000nm/Si基板からなる構造と、金属配線層がないTa
膜/SiO2膜:1700nm/Si基板からなる構造とを用意した。
そして、かかる構造においてＴａ膜の膜厚を変化させ
て、比較的安価に入手できるXenonランプ等で得られる
波長２００ｎｍ〜８００ｎｍのマルチ波長光の反射率、
ΨおよびΔの波長依存性をシミュレーションし、そのシ
ミュレーション結果をそれぞれ図４および図５に示す。
【００３０】図４は、Ta膜/SiO2膜:700nm/Cu膜:1000nm/
Si基板からなる構造におけるＴａ膜の研磨残り量の変化
に対して、反射率、ΨおよびΔの波長依存性の変化を示
す図である。詳細には、図４（ａ）は分光干渉反射率測
定ユニット（図２参照）により測定された反射率の波長
依存性の変化を示す図であり、図４（ｂ），（ｃ）はそ
れぞれエリプソメータ（図３参照）により測定された
Ψ、Δの波長依存性の変化を示す図である。
Si基板からなる構造におけるＴａ膜の研磨残り量の変化
に対して、反射率、ΨおよびΔの波長依存性の変化を示
す図である。詳細には、図４（ａ）は分光干渉反射率測
定ユニット（図２参照）により測定された反射率の波長
依存性の変化を示す図であり、図４（ｂ），（ｃ）はそ
れぞれエリプソメータ（図３参照）により測定された
Ψ、Δの波長依存性の変化を示す図である。
【００３１】また、図５は、Ta膜/SiO2膜:1700nm/Si基
板からなる構造におけるＴａ膜の研磨残り量の変化に対
して、反射率、ΨおよびΔの波長依存性の変化を示す図
である。詳細には、図５（ａ）は分光干渉反射率測定ユ
ニットにより測定された反射率の波長依存性の変化を示
す図であり、図５（ｂ），（ｃ）はそれぞれエリプソメ
ータにより測定されたΨ、Δの波長依存性の変化を示す
図である。
板からなる構造におけるＴａ膜の研磨残り量の変化に対
して、反射率、ΨおよびΔの波長依存性の変化を示す図
である。詳細には、図５（ａ）は分光干渉反射率測定ユ
ニットにより測定された反射率の波長依存性の変化を示
す図であり、図５（ｂ），（ｃ）はそれぞれエリプソメ
ータにより測定されたΨ、Δの波長依存性の変化を示す
図である。
【００３２】研磨後に残ったバリアメタル膜が十分薄
く、その膜厚が１０ｎｍ以下であるとすると、金属膜で
も光を透過する領域になるので、上記２つの装置によっ
て絶縁膜上の薄い研磨残りを検出することが可能であ
る。図４と図５とを比べると、図４（ａ）に示す結果
が、最もＴａ膜の膜厚変化に対してスペクトル変化が大
きいことが分かる。従って、金属膜の研磨残りの量を精
度良く検出するには、下層に金属配線層がある場所で、
反射率の波長依存性を測定することが最もよいことが分
かる。また、絶縁膜の膜厚７００ｎｍの近傍±５０ｎｍ
の周波数において、スペクトル変化が測定できることが
分かる。
く、その膜厚が１０ｎｍ以下であるとすると、金属膜で
も光を透過する領域になるので、上記２つの装置によっ
て絶縁膜上の薄い研磨残りを検出することが可能であ
る。図４と図５とを比べると、図４（ａ）に示す結果
が、最もＴａ膜の膜厚変化に対してスペクトル変化が大
きいことが分かる。従って、金属膜の研磨残りの量を精
度良く検出するには、下層に金属配線層がある場所で、
反射率の波長依存性を測定することが最もよいことが分
かる。また、絶縁膜の膜厚７００ｎｍの近傍±５０ｎｍ
の周波数において、スペクトル変化が測定できることが
分かる。
【００３３】詳細には、図４（ａ）に示すように、波長
６５０ｎｍ〜８００ｎｍにおいて、Ｔａ膜の膜厚が０ｎ
ｍの場合すなわち研磨残りがない場合には、反射率が非
常にフラットになっている。しかし、Ｔａ膜の膜厚が１
０ｎｍの場合には、７００ｎｍあたりに反射率のピーク
があり、Ｔａ膜の膜厚が薄くなるすなわち研磨残り量が
少なくなるにつれて、このピークが広がっていく。な
お、７００ｎｍは、絶縁膜の膜厚値である。従って、Ｔ
ａバリアメタル膜の研磨残りを感度良く検知するには、
下層金属配線とバリアメタル残りとの間に形成された絶
縁膜の膜厚とほぼ等しい波長±５０ｎｍでの反射率の波
長依存性を測定し、そこでの反射率ピークの広がりを調
べればよいことが分かる。例えば、本実施の形態１で
は、波長６５０ｎｍ〜７５０ｎｍの波長１００ｎｍ分だ
けフラットなピークすなわち０．９以上の反射率になっ
ていれば、研磨残りがないと判断する。今後の多層配線
では、形成される絶縁膜の膜厚は２００ｎｍ〜８００ｎ
ｍ程度であると考えられるので、絶縁膜の下方に下層金
属配線がある場合に、１５０ｎｍ〜８５０ｎｍの波長で
の反射率スペクトルをシミュレーションし、実際のスペ
クトルと比較することが、金属膜の研磨残りを検出する
のに有効である。この方法により、研磨残りの膜厚が０
ｎｍ、２ｎｍ、１０ｎｍの何れかであるかを精度良く判
別することができる。
６５０ｎｍ〜８００ｎｍにおいて、Ｔａ膜の膜厚が０ｎ
ｍの場合すなわち研磨残りがない場合には、反射率が非
常にフラットになっている。しかし、Ｔａ膜の膜厚が１
０ｎｍの場合には、７００ｎｍあたりに反射率のピーク
があり、Ｔａ膜の膜厚が薄くなるすなわち研磨残り量が
少なくなるにつれて、このピークが広がっていく。な
お、７００ｎｍは、絶縁膜の膜厚値である。従って、Ｔ
ａバリアメタル膜の研磨残りを感度良く検知するには、
下層金属配線とバリアメタル残りとの間に形成された絶
縁膜の膜厚とほぼ等しい波長±５０ｎｍでの反射率の波
長依存性を測定し、そこでの反射率ピークの広がりを調
べればよいことが分かる。例えば、本実施の形態１で
は、波長６５０ｎｍ〜７５０ｎｍの波長１００ｎｍ分だ
けフラットなピークすなわち０．９以上の反射率になっ
ていれば、研磨残りがないと判断する。今後の多層配線
では、形成される絶縁膜の膜厚は２００ｎｍ〜８００ｎ
ｍ程度であると考えられるので、絶縁膜の下方に下層金
属配線がある場合に、１５０ｎｍ〜８５０ｎｍの波長で
の反射率スペクトルをシミュレーションし、実際のスペ
クトルと比較することが、金属膜の研磨残りを検出する
のに有効である。この方法により、研磨残りの膜厚が０
ｎｍ、２ｎｍ、１０ｎｍの何れかであるかを精度良く判
別することができる。
【００３４】上述したように、検出機構２は、下層金属
配線上の絶縁膜に対して反射率測定を行うため、下層金
属配線を探すための光学顕微鏡を備えている。よって、
検出機構２としての分光干渉反射率測定ユニットは、光
学顕微鏡を用いて絶縁膜の下方に下層金属配線を有する
特定パターンを探し、その特定パターンの絶縁膜に対し
て、上記方法により反射率スペクトルを測定する。
配線上の絶縁膜に対して反射率測定を行うため、下層金
属配線を探すための光学顕微鏡を備えている。よって、
検出機構２としての分光干渉反射率測定ユニットは、光
学顕微鏡を用いて絶縁膜の下方に下層金属配線を有する
特定パターンを探し、その特定パターンの絶縁膜に対し
て、上記方法により反射率スペクトルを測定する。
【００３５】以上のようにして、検出機構２により金属
膜の研磨残りが検出されなかった場合には、ローダー１
によりウェハをキャリア内に格納する。一方、研磨残り
が検出された場合には、ウェハを研磨機構５により追加
研磨する。ここで、検出機構２により研磨残り量が検出
されているので、ウェハは、その検出された研磨残り量
に応じた時間だけ、研磨機構５により追加研磨される。
その後、ウェハは洗浄部６および乾燥部７による処理を
経て、キャリア内に格納される。
膜の研磨残りが検出されなかった場合には、ローダー１
によりウェハをキャリア内に格納する。一方、研磨残り
が検出された場合には、ウェハを研磨機構５により追加
研磨する。ここで、検出機構２により研磨残り量が検出
されているので、ウェハは、その検出された研磨残り量
に応じた時間だけ、研磨機構５により追加研磨される。
その後、ウェハは洗浄部６および乾燥部７による処理を
経て、キャリア内に格納される。
【００３６】以上説明したように、本実施の形態１で
は、研磨装置に、金属膜の研磨残りを検出するための顕
微鏡機能付き分光干渉反射率測定ユニット２を設けた。
これにより、金属膜の研磨残りを探すために、ウェハを
アンロードして、研磨装置とは別の検査装置に搬送する
必要がない。従って、ウェハキャリアへのウェハの出し
入れ回数を減らすことができるため、パーティクルが付
着する機会を低減することができる。また、研磨装置と
検査装置との間の搬送の際に、金属膜の研磨残り４０の
酸化を防止することができる。このため、研磨残り４０
を追加研磨により簡単に除去することができる。また、
図４（ａ）に示すシミュレーション結果を用いて研磨残
り４０の量を予測し、追加研磨を行う時間を設定するこ
とができる。すなわち、研磨残り量を、研磨残りの追加
研磨にフィードバックすることができる。従って、研磨
残りの追加研磨を精度良く行うことができる。このた
め、過剰な追加研磨を避けることができ、スループット
が向上する。
は、研磨装置に、金属膜の研磨残りを検出するための顕
微鏡機能付き分光干渉反射率測定ユニット２を設けた。
これにより、金属膜の研磨残りを探すために、ウェハを
アンロードして、研磨装置とは別の検査装置に搬送する
必要がない。従って、ウェハキャリアへのウェハの出し
入れ回数を減らすことができるため、パーティクルが付
着する機会を低減することができる。また、研磨装置と
検査装置との間の搬送の際に、金属膜の研磨残り４０の
酸化を防止することができる。このため、研磨残り４０
を追加研磨により簡単に除去することができる。また、
図４（ａ）に示すシミュレーション結果を用いて研磨残
り４０の量を予測し、追加研磨を行う時間を設定するこ
とができる。すなわち、研磨残り量を、研磨残りの追加
研磨にフィードバックすることができる。従って、研磨
残りの追加研磨を精度良く行うことができる。このた
め、過剰な追加研磨を避けることができ、スループット
が向上する。
【００３７】
【発明の効果】本発明によれば、測定した研磨残り量に
基づいて、追加研磨を精度良く行い、研磨残りの酸化を
防止して、追加研磨を容易に行うことができる。
基づいて、追加研磨を精度良く行い、研磨残りの酸化を
防止して、追加研磨を容易に行うことができる。
【図１】 本発明の実施の形態１による研磨装置を説明
するための概念図である。
するための概念図である。
【図２】 本発明の実施の形態１による研磨装置におい
て、分光干渉反射率測定ユニットを説明するための概念
図である。
て、分光干渉反射率測定ユニットを説明するための概念
図である。
【図３】 本発明の実施の形態１による研磨装置におい
て、エリプソメータを説明するための概念図である。
て、エリプソメータを説明するための概念図である。
【図４】 Ta膜/SiO2膜/Cu膜/Si基板からなる構造にお
けるＴａ膜の研磨残り量の変化に対して、反射率、Ψお
よびΔの波長依存性の変化を示す図である。
けるＴａ膜の研磨残り量の変化に対して、反射率、Ψお
よびΔの波長依存性の変化を示す図である。
【図５】 Ta膜/SiO2膜/Si基板からなる構造におけるＴ
ａ膜の研磨残り量の変化に対して、反射率、ΨおよびΔ
の波長依存性の変化を示す図である。
ａ膜の研磨残り量の変化に対して、反射率、ΨおよびΔ
の波長依存性の変化を示す図である。
【図６】 従来の半導体装置の製造方法を説明するため
の断面図である。
の断面図である。
１ ウェハローダー
２ 検出機構（分光干渉反射率測定ユニット）
３ 搬送アーム
４ 保持機構（ヘッド）
５ 研磨機構（プラテン）
６ 洗浄槽
７ 乾燥部
１１ 光源
１２ ビームスプリッター
１３ 集光光学系
１４ サンプル
１５ 分光器
１６ ディテクター
２１ 光源
２２ 偏光子
２３ 補償板
２４ サンプル
２５ 検証光子
２６ ディテクター
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
Ｆターム(参考） 2F065 AA30 BB01 CC19 CC31 FF51
GG03 GG24 LL33
3C058 AA07 AA13 AC02 BA01 BA07
BA14 BB02 BC02 CB01 CB03
DA17
5F033 HH11 HH18 HH21 HH32 HH33
MM01 QQ48 RR04 XX01
Claims (10)
- 【請求項１】 基板を保持する保持機構と、 前記保持機構により保持された前記基板上の金属膜を研
磨する研磨機構と、 前記研磨機構により研磨された前記金属膜の研磨残りを
検出する検出機構と、を備え、 前記研磨機構は、前記金属膜の研磨残りが検出された場
合に、当該研磨残りを追加研磨することを特徴とする研
磨装置。 - 【請求項２】 請求項１に記載の研磨装置において、 前記研磨機構は、研磨残り量に応じた時間だけ追加研磨
することを特徴とする研磨装置。 - 【請求項３】 請求項１又は２に記載の研磨装置におい
て、 前記検出機構は、 下方に絶縁膜とその下方に金属配線を有する特定パター
ンを探索する探索部と、 前記絶縁膜にマルチ波長光を照射する照射部、 反射光の反射率の波長依存性を測定する測定部と、 を有することを特徴とする研磨装置。 - 【請求項４】 請求項３に記載の研磨装置において、 前記検出機構が、顕微鏡を有する分光干渉反射率測定ユ
ニットであることを特徴とする研磨装置。 - 【請求項５】 研磨装置において、下層金属配線上に絶
縁膜を介して形成された金属膜を研磨する方法であっ
て、 前記金属膜を研磨する研磨工程と、 前記金属膜の研磨残りを検出する検出工程と、 前記研磨残りが検出された場合に、前記研磨残りを追加
研磨する追加研磨工程と、 を含むことを特徴とする研磨方法。 - 【請求項６】 請求項５に記載の研磨方法において、 前記追加研磨工程は、研磨残りの量に応じた時間だけ追
加研磨することを特徴とする研磨方法。 - 【請求項７】 請求項６に記載の研磨方法において、 前記検出工程は、前記下層金属配線の直上の前記絶縁膜
にマルチ波長光を照射して、反射光の反射率の波長依存
性を測定することにより、前記研磨残りの量を検出する
ことを特徴とする研磨方法。 - 【請求項８】 請求項７に記載の研磨方法において、 前記検出工程は、検査する部分の前記下層金属配線直上
の前記絶縁膜の膜厚近傍の波長を有する前記反射光の反
射率を測定することを特徴とする研磨方法。 - 【請求項９】 下層金属配線上に絶縁膜を介して形成さ
れた金属膜を研磨する際の研磨残りの検出方法であっ
て、 前記下層金属配線の直上の前記絶縁膜にマルチ波長光を
照射して、反射光の反射率の波長依存性を測定すること
により、前記研磨残りの量を検出する工程を含むことを
特徴とする研磨残りの検出方法。 - 【請求項１０】 請求項９に記載の研磨残りの検出方法
において、 前記検出工程は、検査する部分の前記下層金属配線直上
の前記絶縁膜の膜厚近傍の波長を有する前記反射光の反
射率を測定することを特徴とする研磨残りの検出方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002064799A JP3645226B2 (ja) | 2002-03-11 | 2002-03-11 | 研磨方法および研磨残りの検出方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002064799A JP3645226B2 (ja) | 2002-03-11 | 2002-03-11 | 研磨方法および研磨残りの検出方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003264163A true JP2003264163A (ja) | 2003-09-19 |
| JP3645226B2 JP3645226B2 (ja) | 2005-05-11 |
Family
ID=29197404
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002064799A Expired - Fee Related JP3645226B2 (ja) | 2002-03-11 | 2002-03-11 | 研磨方法および研磨残りの検出方法 |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3645226B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005203729A (ja) * | 2003-12-19 | 2005-07-28 | Ebara Corp | 基板研磨装置 |
| JP2005327938A (ja) * | 2004-05-14 | 2005-11-24 | Ebara Corp | 基板上に形成された薄膜の研磨方法 |
| WO2008070736A1 (en) * | 2006-12-05 | 2008-06-12 | Applied Materials, Inc. | Determining copper concentration in spectra |
| JP2011023579A (ja) * | 2009-07-16 | 2011-02-03 | Ebara Corp | 研磨方法および装置 |
-
2002
- 2002-03-11 JP JP2002064799A patent/JP3645226B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005203729A (ja) * | 2003-12-19 | 2005-07-28 | Ebara Corp | 基板研磨装置 |
| JP2005327938A (ja) * | 2004-05-14 | 2005-11-24 | Ebara Corp | 基板上に形成された薄膜の研磨方法 |
| JP4714427B2 (ja) * | 2004-05-14 | 2011-06-29 | 株式会社荏原製作所 | 基板上に形成された薄膜の研磨方法 |
| WO2008070736A1 (en) * | 2006-12-05 | 2008-06-12 | Applied Materials, Inc. | Determining copper concentration in spectra |
| US7768659B2 (en) | 2006-12-05 | 2010-08-03 | Applied Materials, Inc. | Determining copper concentration in spectra |
| TWI382484B (zh) * | 2006-12-05 | 2013-01-11 | Applied Materials Inc | 決定光譜中銅濃度之方法 |
| JP2011023579A (ja) * | 2009-07-16 | 2011-02-03 | Ebara Corp | 研磨方法および装置 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3645226B2 (ja) | 2005-05-11 |
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