JP2004048051A - ケミカルメカニカルポリシングの操作をインシチュウでモニタするための装置及び方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 基板上の層の均一性を、係る層の研磨の最中にインシチュウで測定する方法である。この方法は、:研磨中にレーザービームを層へ向けるステップと;光ビームの基板からの反射されることにより発生する干渉信号をモニタするステップと;この干渉信号から均一性の尺度を計算するステップとを備えている。
Description
以上詳細に説明してきたように、本発明の装置及び方法は、CMPプロセスの最中に、除去された材料の厚さ又はウエハ表面の平坦度をインシチュウに決定するための、干渉による技術を採用する。
Claims (42)
- ウエハに対してケミカルメカニカルポリシング(CMP)を行うための装置であって、(a)研磨スラリによってウェットとなっている研磨パッドをその上に有する、回転可能な研磨プラーテンと、(b)研磨パッドに対してウエハを保持するための、回転可能な研磨ヘッドであって、このウエハが酸化物層の下の半導体基板を備える、前記研磨ヘッドと、(c)終点検出器であって、前記終点検出器は、(c1)ウエハへ向けてレーザービームを発生させることが可能であり、且つ、ウエハから反射されてくる光を検出することが可能な、レーザー干渉計と、(c2)該プラーテンの中に形成されたホール(穴)に近接して配置されるウィンドウであって、前記ウィンドウは、ウエハが前記ウィンドウの上にある時は、周期時間の少なくとも一部の間にレーザービームをウエハへ入射させるための通路を与える、前記ウィンドウとを備える前記終点検出器と、を備える装置。
- 該ウィンドウが、該プラーテンの該ホールの内部に設置されるインサートを備え、前記インサートは該レーザービームに対して透過性を有する請求項1に記載の装置。
- 該ウィンドウが、該研磨パッドの一部であって、該レーザービームに対して少なくとも部分的に透過性を有する該研磨パッドの前記一部を備える請求項1に記載の装置。
- 該ウィンドウが、該パッドに形成されたプラグであって、該レーザービームに対して透過性を有する前記プラグを備える請求項1に記載の装置。
- 該プラーテンの中の該ホールと該ウィンドウとが、該プラーテンの回転中心と一致する中心と一致する原点からある半径を有する円弧形状である請求項1に記載の装置。
- 該終点検出器が更に、レーザー干渉計によって発生するレーザービームが妨害されずに該ウィンドウを通過して該ウエハに入射するように、ウィンドウがウエハに近接しているときを感知するための位置センサを備える請求項1に記載の装置。
- (a)該レーザー干渉計が、ウエハから反射される光が検出される毎に検出信号を発生させるための手段を備え、(b)該位置センサが、該レーザー干渉計によって発生するレーザービームが妨害されずに該ウィンドウを通過して該ウエハに入射できるように、ウィンドウがウエハに近接する毎に感知信号を出力するための手段を備え、(c)該終点検出器が更に、該位置センサから信号を検知する期間のために該レーザー干渉計からの検出信号をサンプリングするための、該レーザー干渉計と該位置センサとに接続されたデータ取得手段を備え、該データ取得手段はサンプリングされた検出信号を代表するデータ信号を出力するための手段を備える請求項6に記載の装置。
- 該データ取得手段が(a)該レーザー干渉計からサンプリングされた検出信号を所定の時間にわたって積分するための手段を備え、(b)該出力するための該手段は該検出信号の積分されたサンプルを代表するデータ信号を出力する請求項7に記載の装置。
- 該出力するための該手段によって出力されるデータ信号が、周期的であり、且つ、該終点検出器が更に、(a)データ信号によって現れるサイクルの数を計数するための手段と、(b)レーザービームの波長とウエハの酸化物層の屈折率とを用いて、データ信号の1サイクル中に除去される材料の厚さを計算するための手段と、(C)酸化物層から除去されるべき材料の所望の厚さを、該計数するための該手段によりデータ信号により現れたサイクルの数と、該計算するための該手段から1サイクル中に除去される材料の厚さとの積である、除去厚さと比較するための手段と、(d)該除去厚さが、除去されるべき材料の所望の厚さ以上になったときにCMPを終了させるための手段とを備える請求項7に記載の装置。
- 該出力するための該手段によって出力されるデータ信号が周期的であり、且つ、該終点検出器が更に、(a)データ信号により要求される時間を測定するための手段であって、(i)所定のサイクルの数又は(ii)1サイクルの所定の部分との一方のそれぞれが生じた後に完結させる、該測定するための該手段と(b)レーザービームの波長とウエハの酸化物層の屈折率とを用いて、該測定するための該手段によって測定される時間の間に除去される材料の厚さを計算するための手段と、(c)除去の速度を算出するための手段であって、該算出するための該手段は、除去される材料の厚さを該測定するための該手段から得られる測定された時間で除する、該算出するための手段と、(d)残りの除去厚さを確定するための手段であって、該確定するための該手段は、酸化物層から除去されるべき所望の材料の厚さから除去された厚さの累積を減じ、前記除去された厚さの前記累積は、(i)所定のサイクルの数又は(ii)1サイクルの所定の部分との一方のそれぞれが生じた後に、該計算するための該手段によって計算された、除去されるべき材料の厚さを総和するための手段によって与えられる、前記確定するための手段と、(e)残りのCMP時間を確立するための手段であって、前記確立するための前記手段は、残りの除去厚さを除去の速度で除する、前記確立するための手段と(f)残りのCMPの時間がなくなった後CMPを終了させるための手段とを備える請求項7に記載の装置。
- ウエハが最初は不均一な局所構造を有し、CMPの間に平坦化され、該出力するための手段によって出力されるデータ信号がウエハの表面が平坦化された後だけ周期的であり、終点検出器が更に、(a)データ信号の周期的変化を検出するための手段と、(b)該検出するための手段がデータ信号の周期的変化を検出したとき毎にCMPを終了させるための手段とを備える請求項7に記載の装置。
- 酸化物層の下に半導体基板を備えるウエハのケミカルメカニカルポリシング(CMP)のための方法であって、該方法は、(a)ウエハを、回転可能な研磨ヘッド内に、該回転可能な研磨ヘッドの下の研磨パッドに対して保持するステップであって、該パッドは研磨スラリによってウェットとなっている、該保持するステップと、(b)CMPが終了した終点を決定するップであって、該終点を決定ステップは、(b1)レーザービームをウエハに向けて発するステップであって、該レーザービームは、プラーテン内に形成されたホール(穴)に近接するように配置されたウィンドウを通過し、該ウィンドウは、ウエハが該ウィンドウの上にあるときの時間の一部の間レーザービームのための通路を与える、該発するステップと、(b2)ウエハから反射する光を検出するステップとを備える該決定するステップとを備える方法。
- 該決定する該ステップが、ウィンドウがウエハに近接してレーザービームが妨害されずにウィンドウを通過してウエハに入射するときを感知するステップを備える請求項12に記載の方法。
- (a)該検出するステップが、ウエハから反射される光が検出される毎に検出信号を発生するステップを備え、(b)該感知するステップが、該レーザー干渉計によって発生するレーザービームが妨害されずに該ウィンドウを通過して該ウエハに入射できるように、ウィンドウがウエハに近接する毎に感知信号を出力するステップを備え、(c)該決定するステップが、データ取得のステップを備え、該データ取得のステップが(c1)感知信号の期間のためにレーザー干渉計から検出信号をサンプリングするステップと、(c2)サンプリングされた検出信号を代表するデータ信号を出力するステップとを備える請求項13に記載の方法。
- 該データ取得のステップが更に、(a)所定の期間の間の時間にわたって、サンプリングされた検出信号を積分するステップを備え、(b)該出力するステップが、検出信号の積分サンプルを代表するデータ信号を出力するステップを備える請求項14に記載の方法。
- データ信号が周期的であり、且つ、該決定のステップが更に、(a)データ信号によって現れるサイクルの数を計数するステップと、(b)レーザービームの波長とウエハの酸化物層の屈折率とを用いて、データ信号の1サイクル中に除去される材料の厚さを計算するステップと、(C)酸化物層から除去されるべき材料の所望の厚さを、該計数するための該手段によりデータ信号により現れたサイクルの数と、該計算するための該手段から1サイクル中に除去される材料の厚さとの積である、除去厚さと比較するステップと、(d)該除去厚さが、除去されるべき材料の所望の厚さ以上になったときにCMPを終了させるためのステップとを備える請求項14に記載の方法。
- データ信号が周期的であり、且つ、該決定のステップが更に、(a)データ信号により要求される時間を測定するステップであって、(i)所定のサイクルの数又は(ii)1サイクルの所定の部分との一方のそれぞれが生じた後に完結させる、該測定するステップと(b)レーザービームの波長とウエハの酸化物層の屈折率とを用いて、該測定するための該手段によって測定される時間の間に除去される材料の厚さを計算するステップと、(c)除去される材料の厚さを測定された時間で除して除去の速度を算出するステップと、(d)酸化物層から除去されるべき所望の材料の厚さから除去された厚さを減じて、残りの除去厚さを確定するステップと、(e)残りの除去厚さを除去の速度で除して、残りのCMP時間を確立するステップと(f)残りのCMPの時間がなくなった後CMPを終了させるステップとを備える請求項14に記載の方法。
- ウエハが最初は不均一な局所構造を有し、CMPの間に平坦化され、該出力するための手段によって出力されるデータ信号がウエハの表面が平坦化された後だけ周期的であり、該決定するステップが更に、(a)データ信号の周期的変化をサーチするステップと、(b)データ信号に周期的変化が見つけられたとき毎にCMPを終了させるステップとを備える請求項14に記載の方法。
- ウエハが最初は不均一な局所構造を有し、CMPの間に平坦化され、該出力するための手段によって出力されるデータ信号がウエハの表面が平坦化された後だけ周期的であり、該決定するステップが更に、(a)データ信号をフィルタにかけて、所定の周波数を有している成分だけを通過させるステップと、(b)フィルタがかけられたデータ信号によって現れるサイクルの数を計数するステップと、(c)レーザービームの波長とウエハの酸化物層の屈折率とを用いて、データ信号の1サイクル中に除去される材料の厚さを計算するステップと、(d)酸化物層から除去されるべき材料の所望の厚さを、フィルタがかけられたデータ信号により現れたサイクルの数と、1サイクルの間に除去される材料の厚さとの積である、除去厚さと比較するステップと、(e)該除去厚さが、除去されるべき材料の所望の厚さ以上になったときにCMPを終了させるためのステップとを備える請求項14に記載の方法。
- ウエハが最初は不均一な局所構造を有し、CMPの間に平坦化され、該出力するための手段によって出力されるデータ信号がウエハの表面が平坦化された後だけ周期的であり、該決定するステップが更に、(a)データ信号をフィルタにかけて、所定の周波数を有している成分だけを通過させるステップと、(b)フィルタがかけられたデータ信号によって現れるサイクルの一部が生じる数を計数するステップと、(c)レーザービームの波長とウエハの酸化物層の屈折率とを用いて、データ信号のサイクルの一部の間に除去される材料の厚さを計算するステップと、(d)酸化物層から除去されるべき材料の所望の厚さを、フィルタがかけられたデータ信号により現れたサイクルの一部が生じる数と、サイクルの一部の間に除去される材料の厚さとの積である、除去厚さと比較するステップと、(e)該除去厚さが、除去されるべき材料の所望の厚さ以上になったときにCMPを終了させるためのステップとを備える請求項14に記載の方法。
- 基板上の層の均一性を、前記層の研磨の最中に測定するインシチュウの方法であって、(a)研磨の最中に前記層の方へ光ビームを向けるステップと、(b)前記基板から反射されてくる前記光ビームによって生じる干渉信号をモニタするステップと、(c)前記干渉信号から均一性の尺度を計算するステップと、を備える方法。
- 前記計算するステップが、前記干渉信号から特徴情報を抽出するステップと、前記抽出された特徴情報から均一性の前記尺度を計算するステップと、を備える請求項21に記載の方法。
- 均一性の前記尺度を参考値と比較するステップと、均一性の前記尺度が該参考値から所定の量以上広がったときに警告を発するステップとを更に備える請求項22に記載の方法。
- 前記干渉信号が低周波数成分を含み、前記抽出するステップが、前記低周波数成分の第1の特性を測定するステップと、前記第1の特性から前記抽出された情報を誘導するステップと、を備える請求項22に記載の方法。
- 前記干渉計信号が高周波成分を含み、前記抽出するステップが、前記高周波数成分の第2の特性を測定するステップと、前記第1の特性及び前記第2の特性から前記抽出された情報を誘導するステップと、を備える請求項24に記載の方法。
- 前記第1の特性が前記高周波数信号の振幅であり、前記第2の特性が前記低周波数信号の振幅であり、前記誘導するステップが、前記高周波信号の振幅と前記低周波信号の振幅との比を計算するステップを備える請求項25に記載の方法。
- 層を自身の上に有する基板を研磨するためのプロセスの特性を評価するインシチュウの方法であって、(a)研磨の最中に前記層の方へ光ビームを向けるステップと、(b)前記基板から反射されてくる前記光ビームによって発生する干渉信号をモニタするステップと、(c)前記干渉信号からシグネチャを抽出するステップと、(d)前記抽出されたシグネチャを保存されている情報と比較するステップであって、前記保存されている情報は、該研磨プロセスに対して望ましい操作のポイントを代表している、前記比較するステップと、(e)前記抽出されたシグネチャが前記保存されている情報から所定の量以上広がったとき、警告を発するステップとを備える方法。
- 干渉信号を、オペレータが見ることができるように、視覚的なディスプレイ装置上に表示するステップを更に備える請求項27に記載の方法。
- 前記抽出するステップが、前記干渉信号から研磨速度を決定するステップと、前記干渉信号から均一性の尺度を決定するステップと、を備え、前記比較するステップが、前記研磨速度及び均一性の前記尺度を前記保存されている情報と比較するステップを備える請求項27に記載の方法。
- 基板研磨システムであって、(a)処理中に研磨パッドを保持するプラーテンと、(b)処理中に基板をプラーテン上の研磨パッドに対して保持する研磨ヘッドと、(c)処理中に、研磨されるべき基板の側部に向けられ且つ入射するコリメートされた光ビームを発生させることが可能な干渉計であって、前記干渉計は干渉信号を発生する、前記干渉計と、(d)前記干渉信号から均一性の尺度を計算するようにプログラミングされたデータプロセッサとを備える研磨システム。
- 前記研磨ヘッドが、処理中に回転できるように、回転可能となっている請求項30に記載の研磨システム。
- 前記プラーテンが、処理中に回転できるように、回転可能となっている請求項31に記載の研磨システム。
- 前記干渉計が、レーザー干渉計である請求項32に記載の研磨システム。
- 前記データプロセッサが更に、前記干渉信号から特徴情報を抽出することと、前記抽出された特徴情報から均一性の前記尺度を計算することと、をプログラミングされている請求項32に記載の研磨システム。
- 前記データプロセッサが更に、均一性の前記尺度を参考値と比較することと、均一性の前記尺度が該参考値から所定の量以上広がったときに警告を発することと、をプログラミングされている請求項34に記載の研磨システム。
- 前記干渉信号が低周波数成分を含み、前記データプロセッサが、前記低周波数成分の第1の特性を測定することと、前記第1の特性から前記抽出された情報を誘導することと、により特徴情報を抽出するようにプログラミングされている請求項35に記載の研磨システム。
- 前記干渉信号が高周波数成分を含み、前記データプロセッサが、前記高周波数成分の第2の特性を測定することと、前記第2の特性から前記抽出された情報を誘導することと、により特徴情報を抽出するようにプログラミングされている請求項36に記載の研磨システム。
- 前記第1の特性が前記高周波数信号の振幅であり、前記第2の特性が前記低周波数信号の振幅であり、前記データプロセッサが、前記高周波信号の振幅と前記低周波信号の振幅との比を計算することにより特徴情報を抽出するようにプログラミングされている請求項37に記載の研磨システム。
- 基板を研磨するための装置であって、前記装置は、(a)処理中に研磨パッドを保持するプラーテンであって、前記プラーテンは内部に通路を有する、前記プラーテンと、(b)処理中に基板をプラーテン上の研磨パッドに対して保持する研磨ヘッドと、(c)コリメートされた光ビームを発生させることが可能な干渉計であって、前記干渉計は、少なくとも研磨操作の一部の間に前記光ビームを前記通路に向け前記基板上に入射するように、配置される、前記干渉計と、(d)前記ホールないし通路と調心され且つ基板へと通過する光ビームが通るウィンドウであって、前記ウィンドウは、干渉計から到達する光ビームを受容する散乱面を有する、前記ウィンドウと、を備える装置。
- 前記プラーテン上に載置される研磨パッドを更に備え、前記ウィンドウは、前記研磨パッド内に形成され前記通路と調心される請求項39に記載の装置。
- ケミカルメカニカルポリシングシステムにおいて用いるための研磨パッドであって、前記研磨パッドは、(a)研磨面と、(b)底面と、を備え、前記研磨パッドの前記底面及び前記研磨面の中にはウィンドウが形成され、前記ウィンドウは、干渉計からの光に対して透過性を有し、散乱底面を有する研磨パッド。
- 基板を研磨するための装置であって、前記装置は、(a)処理中に研磨パッドを保持するプラーテンであって、前記プラーテンはウィンドウを有する、前記プラーテンと、(b)処理中に基板をプラーテン上の研磨パッドに対して保持する研磨ヘッドと、(c)コリメートされた光ビームを発生させることが可能な干渉計であって、前記干渉計は、少なくとも研磨操作の一部の間に前記光ビームを前記通路に向け前記基板上に入射するように配置されて、研磨プロセスのインシチュウによるモニタリングを与える、前記干渉計とを備える装置。
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