JP2004055995A - Ｃｍｐ装置、ｃｍｐ研磨方法、半導体装置及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】レーザー窓の透明膜の透明度が低下しても研磨終点を正確に検出できるＣＭＰ装置、ＣＭＰ研磨方法、半導体装置及びその製造方法を提供する。
【解決手段】ＣＭＰ研磨方法であって、発光素子３２によって発せられたレーザー光３４を、レーザー窓３０の透明膜を通して基準器の表面に照射し、その表面で反射した光を、レーザー窓３０の透明膜を通して受光素子により受光し、その受光した光の強度と、あらかじめレーザー窓の透明膜の透明度が低下する前に測定しておいた基準器の反射光の初期強度とを比較し、その初期強度に対して前記受光した光の強度が低下している場合は、その低下した比率だけ発光素子３２から発するレーザー光３４の強度を高く設定し、その設定において発光素子３２によってレーザー光３４を発することにより、被研磨基板１４の研磨終点を検出し、この研磨終点時に被研磨基板１４の研磨を終了させる。
【選択図】 図１
【解決手段】ＣＭＰ研磨方法であって、発光素子３２によって発せられたレーザー光３４を、レーザー窓３０の透明膜を通して基準器の表面に照射し、その表面で反射した光を、レーザー窓３０の透明膜を通して受光素子により受光し、その受光した光の強度と、あらかじめレーザー窓の透明膜の透明度が低下する前に測定しておいた基準器の反射光の初期強度とを比較し、その初期強度に対して前記受光した光の強度が低下している場合は、その低下した比率だけ発光素子３２から発するレーザー光３４の強度を高く設定し、その設定において発光素子３２によってレーザー光３４を発することにより、被研磨基板１４の研磨終点を検出し、この研磨終点時に被研磨基板１４の研磨を終了させる。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＣＭＰ装置、ＣＭＰ研磨方法、半導体装置及びその製造方法関する。特には、レーザー窓の透明膜の透明度が低下しても研磨終点を正確に検出できるＣＭＰ装置、ＣＭＰ研磨方法、半導体装置及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図３（ａ）は、従来の研磨終点検出装置を備えたＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）装置の概略を示す平面図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）に示す３ｂ−３ｂ線に沿った断面図である。
【０００３】
ＣＭＰ装置は円盤形状のターンテーブル１１１を有しており、このターンテーブル１１１の下面には回転軸（図示せず）を介して回転モータ（図示せず）が配置されている。ターンテーブル１１１の上面上には研磨クロス１１３が載置されている。ターンテーブル１１１の下方には発光素子１２３及び受光素子（図示せず）が配置されている。ターンテーブル１１１及び研磨クロス１１３にはレーザー窓（穴）１２０が設けられており、このレーザー窓１２０には樹脂製の透明膜（図示せず）が設置されている。
【０００４】
ターンテーブル１１１が矢印のように回転して発光素子１２３の上方にレーザー窓１２０が位置した時、発光素子１２３により発せられたレーザー光がレーザー窓１２０及び透明膜を通してターンテーブル１１１の上方に送られるようになっている。発光素子１２３、受光素子及びレーザー窓１２０等により研磨終点検出装置を構成している。
【０００５】
ターンテーブル１１１の上方にはウエハ保持手段としてのウエハ吸着ヘッド１１７が配置されており、このウエハ吸着ヘッド１１７の上部には回転軸１１８を介して回転モータ（図示せず）が配置されている。研磨時にはウエハ吸着ヘッド１１７が発光素子１２３の上方に位置するようになっている。また、ターンテーブル１１１の上方にはスラリー（図示せず）を吐出するノズル（図示せず）が配置されている。
【０００６】
ターンテーブル１１１の上方にはコンディショナ１２４が設けられており、このコンディショナ１２４はアーム１２５によって支持されている。また、コンディショナ１２４は、複数枚のウエハを研磨した後又はウエハを研磨しながら、研磨クロス１１３の表面を調整するものである。
【０００７】
上記ＣＭＰ装置において被研磨基板としてのウエハを研磨する場合、まず、ウエハ保持手段１１７の下部にウエハ１１５の裏面を真空吸着する。そして、回転モータによってターンテーブル１１１を図３（ａ）に示す矢印の方向に回転させ、ノズルからスラリーを吐出し、そのスラリーを研磨クロス１１３の中央付近に滴下する。次に、回転モータによってウエハ保持手段１１７を矢印の方向に回転させ、ウエハ１１５の表面（研磨面）を研磨クロス１１３に押圧する。このようにしてウエハ１１５を研磨しながら発光素子１２３によって発せられたレーザー光を、レーザー窓１２０を通してウエハ１１５の研磨面に照射し、その研磨面で反射した光を、レーザー窓１２０を通して受光素子により受光する。この受光した光の反射率（反射光の強弱）を検知し、ウエハ１１５の研磨終点を検出する。この研磨終点時にウエハの研磨を終了させる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記従来のＣＭＰ装置では、研磨終点を検出する際にレーザー光がレーザー窓１２０を通るため、そのレーザー窓に設置された樹脂製の透明膜の状態（即ち透明膜の透明度）によって反射光の強弱が影響を受けてウエハ表面の反射率がばらついてしまう。つまり、透明膜の透明度が低下すると、レーザー窓１２０を通してウエハ１１５の研磨面に照射する光の強度と、その研磨面で反射した光を、レーザー窓１２０を通して受光素子により受光する光の強度が低い透明度の透明膜によって弱められるので、この受光した光の反射率を正確に検知することができなくなる。それにより、ウエハ１１５の研磨終点を正確に検出することができないことがある。
【０００９】
本発明は上記のような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、レーザー窓の透明膜の透明度が低下しても研磨終点を正確に検出できるＣＭＰ装置、ＣＭＰ研磨方法、半導体装置及びその製造方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明に係るＣＭＰ装置は、被研磨基板の研磨終点を検出する研磨終点検出機構を備えたＣＭＰ装置であって、
研磨クロスを載置するターンテーブルと、
このターンテーブルの上方に配置され、被研磨基板を保持する基板保持手段と、
ターンテーブル及び研磨クロスに設けられたレーザー窓と、
このレーザー窓に配置された透明膜と、
レーザー窓の下方に配置され、被研磨基板の研磨面に終点検出用のレーザー光を照射する発光素子と、
上記レーザー窓の下方に配置され、上記発光素子により上記研磨面に照射された光の反射光を受光する受光素子と、
ターンテーブルの上方に研磨クロスと非接触で配置され、レーザー光の反射率の基準となる基準器と、
を具備し、
上記発光素子によって発せられたレーザー光を、レーザー窓の透明膜を通して基準器の表面に照射し、その表面で反射した光を、レーザー窓の透明膜を通して受光素子により受光し、その受光した光の強度と、あらかじめレーザー窓の透明膜の透明度が低下する前に測定しておいた基準器の反射光の初期強度とを比較し、その初期強度に対して前記受光した光の強度が低下している場合は、その低下した比率だけ発光素子から発するレーザー光の強度を高く設定することを特徴とする。
【００１１】
上記ＣＭＰ装置によれば、複数枚の被研磨基板を研磨していくにつれてレーザー窓の透明膜の透明度が低下しても、その透明度の低下を補正することができる。つまり、基準器の表面で反射した光が透明膜を通って受光素子により受光した光の強度を測定し、その光の強度とあらかじめ測定しておいた初期強度とを比較し、初期強度より低下した比率だけ発光素子から発するレーザー光の強度を高く設定する。これにより、透明膜の透明度の低下を補正することができる。従って、レーザー窓に設置された透明膜の状態（即ち透明膜の透明度）が変化しても正確に研磨終点を検出することが可能となる。
【００１２】
また、本発明に係るＣＭＰ装置においては、上記発光素子及び受光素子を基準器及び基板保持手段それぞれの下方に移動させる駆動機構をさらに含むことも可能である。
【００１３】
本発明に係る半導体装置は、請求項１又は２に記載のＣＭＰ装置を用いて研磨する工程を経て製造されたことを特徴とする。
【００１４】
本発明に係る半導体装置の製造方法は、請求項１又は２に記載のＣＭＰ装置を用いて研磨する工程を経て半導体装置を製造することを特徴とする。
【００１５】
本発明に係るＣＭＰ研磨方法は、被研磨基板の研磨終点を検出する研磨終点検出機構を備えたＣＭＰ装置を用いて研磨するＣＭＰ研磨方法であって、
発光素子によって発せられたレーザー光を、レーザー窓の透明膜を通して基準器の表面に照射し、その表面で反射した光を、レーザー窓の透明膜を通して受光素子により受光し、その受光した光の強度と、あらかじめレーザー窓の透明膜の透明度が低下する前に測定しておいた基準器の反射光の初期強度とを比較し、
その初期強度に対して前記受光した光の強度が低下している場合は、その低下した比率だけ発光素子から発するレーザー光の強度を高く設定し、
その設定において発光素子によってレーザー光を発し、その発せられたレーザー光を、レーザー窓の透明膜を通して被研磨基板の研磨面に照射し、その研磨面で反射した光を、レーザー窓の透明膜を通して受光素子により受光し、その受光した光を検知して被研磨基板の研磨終点を検出し、この研磨終点時に被研磨基板の研磨を終了させることを特徴とする。
【００１６】
本発明に係るＣＭＰ研磨方法は、請求項１に記載のＣＭＰ装置を用いて研磨するＣＭＰ研磨方法であって、
基板保持手段によって被研磨基板を保持し、
ターンテーブルを回転させ、
スラリーを研磨クロスの中央付近に滴下させ、
基板保持手段で保持された被研磨基板を研磨クロスに押圧して研磨を開始し、発光素子によって発せられたレーザー光を、レーザー窓の透明膜を通して基準器の表面に照射し、その表面で反射した光を、レーザー窓の透明膜を通して受光素子により受光し、その受光した光の強度と、あらかじめレーザー窓の透明膜の透明度が低下する前に測定しておいた基準器の反射光の初期強度とを比較し、
その初期強度に対して前記受光した光の強度が低下している場合は、その低下した比率だけ発光素子から発するレーザー光の強度を高く設定し、
その設定において発光素子によってレーザー光を発し、その発せられたレーザー光を、レーザー窓の透明膜を通して被研磨基板の研磨面に照射し、その研磨面で反射した光を、レーザー窓の透明膜を通して受光素子により受光し、その受光した光を検知して被研磨基板の研磨終点を検出し、この研磨終点時に被研磨基板の研磨を終了させることを特徴とする。
【００１７】
本発明に係るＣＭＰ研磨方法は、請求項２に記載のＣＭＰ装置を用いて研磨するＣＭＰ研磨方法であって、
基板保持手段によって被研磨基板を保持し、
ターンテーブルを回転させ、
スラリーを研磨クロスの中央付近に滴下させ、
基板保持手段で保持された被研磨基板を研磨クロスに押圧して研磨を開始し、
発光素子及び受光素子を駆動機構により基準器の下方に移動させ、
発光素子によって発せられたレーザー光を、レーザー窓の透明膜を通して基準器の表面に照射し、その表面で反射した光を、レーザー窓の透明膜を通して受光素子により受光し、その受光した光の強度と、あらかじめレーザー窓の透明膜の透明度が低下する前に測定しておいた基準器の反射光の初期強度とを比較し、
その初期強度に対して前記受光した光の強度が低下している場合は、その低下した比率だけ発光素子から発するレーザー光の強度を高く設定し、
発光素子及び受光素子を駆動機構により被研磨基板の下方に移動させ、
上記設定において発光素子によってレーザー光を発し、その発せられたレーザー光を、レーザー窓の透明膜を通して被研磨基板の研磨面に照射し、その研磨面で反射した光を、レーザー窓の透明膜を通して受光素子により受光し、その受光した光を検知して被研磨基板の研磨終点を検出し、この研磨終点時に被研磨基板の研磨を終了させることを特徴とする。
【００１８】
本発明に係る半導体装置は、請求項５〜７のうちいずれか１項記載のＣＭＰ研磨方法により研磨する工程を経て製造されたことを特徴とする。
【００１９】
本発明に係る半導体装置の製造方法は、請求項５〜７のうちいずれか１項記載のＣＭＰ研磨方法により研磨する工程を経て半導体装置を製造することを特徴とする。
【００２０】
【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１は、本発明の実施の形態によるＣＭＰ装置の一部の構成を示す断面図である。図２は、図１に示すＣＭＰ装置の概略構成を示す平面図である。
【００２１】
図１に示すように、ＣＭＰ装置１０は円盤形状のターンテーブル１１を有しており、このターンテーブル１１の下面にはターンテーブル中心軸２４に沿って回転軸（図示せず）が設けられており、この回転軸を介して回転モータ（図示せず）が配置されている。ターンテーブル１１の上面上には研磨クロス１３が載置されている。この研磨クロス１３は、裏張り層２０と、その上に形成されたカバー層２２と、から構成されている。
【００２２】
ターンテーブル１１の上方にはウエハ保持手段としてのウエハ吸着ヘッド１７が配置されている。このウエハ吸着ヘッド１７の上部には吸着ヘッド中心軸２６に沿った回転軸１８が配置されており、この回転軸１８には回転モータ（図示せず）が配置されている。ウエハ吸着ヘッド１７は、平行移動アーム２８を備えた移動手段により矢印の方向に移動可能に構成されている。また、ターンテーブル１１の上方にはスラリー（図示せず）を吐出するノズル（図示せず）が配置されている。
【００２３】
ターンテーブル１１及び研磨クロス１８にはレーザー窓（穴）３０が設けられており、このレーザー窓３０には樹脂製の透明膜（図示せず）が設置されている。レーザー窓３０は、ウエハ吸着ヘッド１７の平行移動的な動きに関係なく、ターンテーブル１１が回転している時間の一部の間、ウエハ吸着ヘッド１７によって保持されるウエハ１４から見えるように位置している。
【００２４】
ターンテーブル１１の下方には発光素子３２及び受光素子（図示せず）が配置されている。ターンテーブル１１が矢印のように回転して発光素子３２の上方にレーザー窓３０が位置した時、発光素子３２により発せられたレーザー光がレーザー窓３０及び透明膜を通してターンテーブル１１の上方に送られるようになっている。発光素子３２、受光素子及びレーザー窓３０等により研磨終点検出装置を構成している。
【００２５】
発光素子３２としては、種々のものを用いることが可能であり、受光素子としては、ウエハ研磨面から反射した光を受け、その光の波長、強度などを観測できるものであれば種々のものを用いることが可能である。例えば、発光素子３２及び受光素子としては、光学式膜厚検出アレイを用いることが好ましいが、それ以外の素子を用いても良く、ダイオードを複数並べたような光学式検出器を用いることも可能である。
【００２６】
光学式膜厚検出アレイの具体的な構造は、ウエハの直径方向へ並べた白色光源（単波長でも可）と、おなじように並べたＣＣＤアレイを有し、光源からウエハ表面へ光を照射し、そこから反射した光をＣＣＤアレイで検出する構成になっている。また、ダイオードからなる光学式検出器の具体的な構成は、ウエハの直径方向へ並べた発光ダイオードと、おなじように並べた反射光を検知するフォトトランジスタを有し、光源からウエハ表面へ光を照射し、そこから反射した光をＣＣＤアレイで検出する構成からなる。
【００２７】
研磨クロス１３の上方には基準器４１が設置されている。この基準器４１はウエハ吸着ヘッド１７と逆側に配置されており、図２に示すように、基準器４１とウエハ吸着ヘッド１７は研磨クロス１３の中心に対して互いに対象の位置に配置されている。また、基準器４１とは、反射率の基準とするものである。基準器４１は研磨クロスとは非接触の状態で設置されており、基準器４１の表面は研磨されないため、基準器の表面の反射率は変化しないようになっている。
【００２８】
前記発光素子３２及び受光素子は、図１に示すようにターンテーブル１１の下方を図示せぬ駆動手段によって矢印のように移動可能に構成されている。それにより、発光素子３２及び受光素子は基準器４１の下方に移動することができる。また、レーザー窓３０は基準器４１の下方を通るようになっている。従って、発光素子３２を基準器４１の下方に位置させ、ターンテーブル１１が矢印のように回転して発光素子３２の上方に基準器４１が位置した時、発光素子３２により発せられたレーザー光がレーザー窓３０及び透明膜を通してターンテーブル１１の上方に送られ、そのレーザー光が基準器４１に照射されるようになっている。そして、基準器４１によってレーザー光が反射され、その反射光がレーザー窓３０を通って受光素子で受光され、基準器の表面の反射率を基準とするようになっている。
【００２９】
ＣＭＰ装置１０には制御部（図示せず）が設けられており、この制御部によってウエハ吸着ヘッド１７、発光素子３２、受光素子及びターンテーブル１１の回転速度などの後述するような動きを制御するようになっている。
【００３０】
上記ＣＭＰ装置において被研磨基板としてのウエハ１４を研磨する場合、まず、ウエハ吸着ヘッド１７の下部にウエハ１４の裏面を真空吸着する。そして、回転モータによってターンテーブル１１を図１に示す矢印の方向に回転させ、ノズルからスラリーを吐出し、そのスラリーを研磨クロス１３の中央付近に滴下する。次に、回転モータによってウエハ吸着ヘッド１７を矢印の方向に回転させ、ウエハ１４の表面（研磨面）を研磨クロス１３に押圧し、さらにウエハ吸着ヘッド１７によってウエハ１４の裏面からエアーにて所定荷重（例えば２．０〜５．０ＰＳＩ）をかけて押圧する。このようにしてウエハ１４の研磨を開始する。
【００３１】
次いで、発光素子３２及び受光素子を基準器４１の下方に移動させ、発光素子３２によって発せられたレーザー光を、レーザー窓３０を通して基準器４１の表面に照射し、その表面で反射した光を、レーザー窓３０を通して受光素子により受光する。この受光した光の強度と、あらかじめレーザー窓の透明膜の透明度が低下する前に測定しておいた基準器４１の反射光の強度（初期強度）とを比較する。
【００３２】
次いで、その初期強度に対して受光した光の強度が低下している場合は、その低下した比率だけ発光素子３２から発するレーザー光の強度を高く設定する。そして、発光素子３２及び受光素子をウエハ１４の下方に移動させ、発光素子３２によって発せられたレーザー光３４を、レーザー窓３０を通してウエハ１４の研磨面に照射し、その研磨面で反射した光を、レーザー窓３０を通して受光素子により受光する。この受光した光の反射率を検知してウエハ１４の研磨終点を検出する。この研磨終点時にウエハの研磨を終了させる。
【００３３】
上記実施の形態によれば、複数枚のウエハを研磨していくにつれてレーザー窓３０の透明膜の透明度が低下しても、その透明度の低下を補正することができる。つまり、基準器４１の表面で反射した光が透明膜を通って受光素子により受光した光の強度を測定し、その光の強度とあらかじめ測定しておいた初期強度とを比較し、初期強度より低下した比率だけ発光素子から発するレーザー光の強度を高く設定する。これにより、透明膜の透明度の低下を補正することができる。従って、レーザー窓に設置された樹脂製の透明膜の状態（即ち透明膜の透明度）が変化しても正確に研磨終点を検出することが可能となる。
【００３４】
また、本実施の形態では、透明膜の透明度が低下した場合だけではなく、発光素子３２が劣化してレーザー光３４の出力が低下した場合でも、その出力低下を補正することができ、結果的に、正確に研磨終点を検出することが可能となる。
【００３５】
尚、本発明は上記実施の形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である。例えば、上記実施の形態における基準器４１の材質は、特に限定されるものではなく、レーザー光の反射率の基準となるものであれば、種々の材質を用いることも可能である。
【００３６】
また、上記実施の形態では、ＣＭＰ装置、ＣＭＰ研磨方法について説明しているが、本発明はこれらに限定されるものではなく、前記ＣＭＰ研磨方法により研磨する工程を経て製造された半導体装置として実施することも可能であり、更に、前記ＣＭＰ研磨方法により研磨する工程を経て半導体装置を製造する半導体装置の製造方法として実施することも可能である。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、レーザー窓の透明膜の透明度が低下しても研磨終点を正確に検出できるＣＭＰ装置、ＣＭＰ研磨方法、半導体装置及びその製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態によるＣＭＰ装置の一部の構成を示す断面図である。
【図２】図１に示すＣＭＰ装置の概略構成を示す平面図である。
【図３】（ａ）は、従来の研磨終点検出装置を備えたＣＭＰ装置の概略を示す平面図であり、（ｂ）は、（ａ）に示す３ｂ−３ｂ線に沿った断面図である。
【符号の説明】
１０…ＣＭＰ装置 １１，１１１…ターンテーブル
１３，１１３…研磨クロス １４，１１５…ウエハ
１７，１１７…ウエハ吸着ヘッド １８，１１８…回転軸
２０…裏張り層 ２２…カバー層
２４…ターンテーブル中心軸 ２６…吸着ヘッド中心軸
２８…平行移動アーム ３０，１２０…レーザー窓
３２，１２３…発光素子 ３４…レーザー光
４１…基準器 １２４…コンディショナ
１２５…アーム
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＣＭＰ装置、ＣＭＰ研磨方法、半導体装置及びその製造方法関する。特には、レーザー窓の透明膜の透明度が低下しても研磨終点を正確に検出できるＣＭＰ装置、ＣＭＰ研磨方法、半導体装置及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図３（ａ）は、従来の研磨終点検出装置を備えたＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）装置の概略を示す平面図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）に示す３ｂ−３ｂ線に沿った断面図である。
【０００３】
ＣＭＰ装置は円盤形状のターンテーブル１１１を有しており、このターンテーブル１１１の下面には回転軸（図示せず）を介して回転モータ（図示せず）が配置されている。ターンテーブル１１１の上面上には研磨クロス１１３が載置されている。ターンテーブル１１１の下方には発光素子１２３及び受光素子（図示せず）が配置されている。ターンテーブル１１１及び研磨クロス１１３にはレーザー窓（穴）１２０が設けられており、このレーザー窓１２０には樹脂製の透明膜（図示せず）が設置されている。
【０００４】
ターンテーブル１１１が矢印のように回転して発光素子１２３の上方にレーザー窓１２０が位置した時、発光素子１２３により発せられたレーザー光がレーザー窓１２０及び透明膜を通してターンテーブル１１１の上方に送られるようになっている。発光素子１２３、受光素子及びレーザー窓１２０等により研磨終点検出装置を構成している。
【０００５】
ターンテーブル１１１の上方にはウエハ保持手段としてのウエハ吸着ヘッド１１７が配置されており、このウエハ吸着ヘッド１１７の上部には回転軸１１８を介して回転モータ（図示せず）が配置されている。研磨時にはウエハ吸着ヘッド１１７が発光素子１２３の上方に位置するようになっている。また、ターンテーブル１１１の上方にはスラリー（図示せず）を吐出するノズル（図示せず）が配置されている。
【０００６】
ターンテーブル１１１の上方にはコンディショナ１２４が設けられており、このコンディショナ１２４はアーム１２５によって支持されている。また、コンディショナ１２４は、複数枚のウエハを研磨した後又はウエハを研磨しながら、研磨クロス１１３の表面を調整するものである。
【０００７】
上記ＣＭＰ装置において被研磨基板としてのウエハを研磨する場合、まず、ウエハ保持手段１１７の下部にウエハ１１５の裏面を真空吸着する。そして、回転モータによってターンテーブル１１１を図３（ａ）に示す矢印の方向に回転させ、ノズルからスラリーを吐出し、そのスラリーを研磨クロス１１３の中央付近に滴下する。次に、回転モータによってウエハ保持手段１１７を矢印の方向に回転させ、ウエハ１１５の表面（研磨面）を研磨クロス１１３に押圧する。このようにしてウエハ１１５を研磨しながら発光素子１２３によって発せられたレーザー光を、レーザー窓１２０を通してウエハ１１５の研磨面に照射し、その研磨面で反射した光を、レーザー窓１２０を通して受光素子により受光する。この受光した光の反射率（反射光の強弱）を検知し、ウエハ１１５の研磨終点を検出する。この研磨終点時にウエハの研磨を終了させる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記従来のＣＭＰ装置では、研磨終点を検出する際にレーザー光がレーザー窓１２０を通るため、そのレーザー窓に設置された樹脂製の透明膜の状態（即ち透明膜の透明度）によって反射光の強弱が影響を受けてウエハ表面の反射率がばらついてしまう。つまり、透明膜の透明度が低下すると、レーザー窓１２０を通してウエハ１１５の研磨面に照射する光の強度と、その研磨面で反射した光を、レーザー窓１２０を通して受光素子により受光する光の強度が低い透明度の透明膜によって弱められるので、この受光した光の反射率を正確に検知することができなくなる。それにより、ウエハ１１５の研磨終点を正確に検出することができないことがある。
【０００９】
本発明は上記のような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、レーザー窓の透明膜の透明度が低下しても研磨終点を正確に検出できるＣＭＰ装置、ＣＭＰ研磨方法、半導体装置及びその製造方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明に係るＣＭＰ装置は、被研磨基板の研磨終点を検出する研磨終点検出機構を備えたＣＭＰ装置であって、
研磨クロスを載置するターンテーブルと、
このターンテーブルの上方に配置され、被研磨基板を保持する基板保持手段と、
ターンテーブル及び研磨クロスに設けられたレーザー窓と、
このレーザー窓に配置された透明膜と、
レーザー窓の下方に配置され、被研磨基板の研磨面に終点検出用のレーザー光を照射する発光素子と、
上記レーザー窓の下方に配置され、上記発光素子により上記研磨面に照射された光の反射光を受光する受光素子と、
ターンテーブルの上方に研磨クロスと非接触で配置され、レーザー光の反射率の基準となる基準器と、
を具備し、
上記発光素子によって発せられたレーザー光を、レーザー窓の透明膜を通して基準器の表面に照射し、その表面で反射した光を、レーザー窓の透明膜を通して受光素子により受光し、その受光した光の強度と、あらかじめレーザー窓の透明膜の透明度が低下する前に測定しておいた基準器の反射光の初期強度とを比較し、その初期強度に対して前記受光した光の強度が低下している場合は、その低下した比率だけ発光素子から発するレーザー光の強度を高く設定することを特徴とする。
【００１１】
上記ＣＭＰ装置によれば、複数枚の被研磨基板を研磨していくにつれてレーザー窓の透明膜の透明度が低下しても、その透明度の低下を補正することができる。つまり、基準器の表面で反射した光が透明膜を通って受光素子により受光した光の強度を測定し、その光の強度とあらかじめ測定しておいた初期強度とを比較し、初期強度より低下した比率だけ発光素子から発するレーザー光の強度を高く設定する。これにより、透明膜の透明度の低下を補正することができる。従って、レーザー窓に設置された透明膜の状態（即ち透明膜の透明度）が変化しても正確に研磨終点を検出することが可能となる。
【００１２】
また、本発明に係るＣＭＰ装置においては、上記発光素子及び受光素子を基準器及び基板保持手段それぞれの下方に移動させる駆動機構をさらに含むことも可能である。
【００１３】
本発明に係る半導体装置は、請求項１又は２に記載のＣＭＰ装置を用いて研磨する工程を経て製造されたことを特徴とする。
【００１４】
本発明に係る半導体装置の製造方法は、請求項１又は２に記載のＣＭＰ装置を用いて研磨する工程を経て半導体装置を製造することを特徴とする。
【００１５】
本発明に係るＣＭＰ研磨方法は、被研磨基板の研磨終点を検出する研磨終点検出機構を備えたＣＭＰ装置を用いて研磨するＣＭＰ研磨方法であって、
発光素子によって発せられたレーザー光を、レーザー窓の透明膜を通して基準器の表面に照射し、その表面で反射した光を、レーザー窓の透明膜を通して受光素子により受光し、その受光した光の強度と、あらかじめレーザー窓の透明膜の透明度が低下する前に測定しておいた基準器の反射光の初期強度とを比較し、
その初期強度に対して前記受光した光の強度が低下している場合は、その低下した比率だけ発光素子から発するレーザー光の強度を高く設定し、
その設定において発光素子によってレーザー光を発し、その発せられたレーザー光を、レーザー窓の透明膜を通して被研磨基板の研磨面に照射し、その研磨面で反射した光を、レーザー窓の透明膜を通して受光素子により受光し、その受光した光を検知して被研磨基板の研磨終点を検出し、この研磨終点時に被研磨基板の研磨を終了させることを特徴とする。
【００１６】
本発明に係るＣＭＰ研磨方法は、請求項１に記載のＣＭＰ装置を用いて研磨するＣＭＰ研磨方法であって、
基板保持手段によって被研磨基板を保持し、
ターンテーブルを回転させ、
スラリーを研磨クロスの中央付近に滴下させ、
基板保持手段で保持された被研磨基板を研磨クロスに押圧して研磨を開始し、発光素子によって発せられたレーザー光を、レーザー窓の透明膜を通して基準器の表面に照射し、その表面で反射した光を、レーザー窓の透明膜を通して受光素子により受光し、その受光した光の強度と、あらかじめレーザー窓の透明膜の透明度が低下する前に測定しておいた基準器の反射光の初期強度とを比較し、
その初期強度に対して前記受光した光の強度が低下している場合は、その低下した比率だけ発光素子から発するレーザー光の強度を高く設定し、
その設定において発光素子によってレーザー光を発し、その発せられたレーザー光を、レーザー窓の透明膜を通して被研磨基板の研磨面に照射し、その研磨面で反射した光を、レーザー窓の透明膜を通して受光素子により受光し、その受光した光を検知して被研磨基板の研磨終点を検出し、この研磨終点時に被研磨基板の研磨を終了させることを特徴とする。
【００１７】
本発明に係るＣＭＰ研磨方法は、請求項２に記載のＣＭＰ装置を用いて研磨するＣＭＰ研磨方法であって、
基板保持手段によって被研磨基板を保持し、
ターンテーブルを回転させ、
スラリーを研磨クロスの中央付近に滴下させ、
基板保持手段で保持された被研磨基板を研磨クロスに押圧して研磨を開始し、
発光素子及び受光素子を駆動機構により基準器の下方に移動させ、
発光素子によって発せられたレーザー光を、レーザー窓の透明膜を通して基準器の表面に照射し、その表面で反射した光を、レーザー窓の透明膜を通して受光素子により受光し、その受光した光の強度と、あらかじめレーザー窓の透明膜の透明度が低下する前に測定しておいた基準器の反射光の初期強度とを比較し、
その初期強度に対して前記受光した光の強度が低下している場合は、その低下した比率だけ発光素子から発するレーザー光の強度を高く設定し、
発光素子及び受光素子を駆動機構により被研磨基板の下方に移動させ、
上記設定において発光素子によってレーザー光を発し、その発せられたレーザー光を、レーザー窓の透明膜を通して被研磨基板の研磨面に照射し、その研磨面で反射した光を、レーザー窓の透明膜を通して受光素子により受光し、その受光した光を検知して被研磨基板の研磨終点を検出し、この研磨終点時に被研磨基板の研磨を終了させることを特徴とする。
【００１８】
本発明に係る半導体装置は、請求項５〜７のうちいずれか１項記載のＣＭＰ研磨方法により研磨する工程を経て製造されたことを特徴とする。
【００１９】
本発明に係る半導体装置の製造方法は、請求項５〜７のうちいずれか１項記載のＣＭＰ研磨方法により研磨する工程を経て半導体装置を製造することを特徴とする。
【００２０】
【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１は、本発明の実施の形態によるＣＭＰ装置の一部の構成を示す断面図である。図２は、図１に示すＣＭＰ装置の概略構成を示す平面図である。
【００２１】
図１に示すように、ＣＭＰ装置１０は円盤形状のターンテーブル１１を有しており、このターンテーブル１１の下面にはターンテーブル中心軸２４に沿って回転軸（図示せず）が設けられており、この回転軸を介して回転モータ（図示せず）が配置されている。ターンテーブル１１の上面上には研磨クロス１３が載置されている。この研磨クロス１３は、裏張り層２０と、その上に形成されたカバー層２２と、から構成されている。
【００２２】
ターンテーブル１１の上方にはウエハ保持手段としてのウエハ吸着ヘッド１７が配置されている。このウエハ吸着ヘッド１７の上部には吸着ヘッド中心軸２６に沿った回転軸１８が配置されており、この回転軸１８には回転モータ（図示せず）が配置されている。ウエハ吸着ヘッド１７は、平行移動アーム２８を備えた移動手段により矢印の方向に移動可能に構成されている。また、ターンテーブル１１の上方にはスラリー（図示せず）を吐出するノズル（図示せず）が配置されている。
【００２３】
ターンテーブル１１及び研磨クロス１８にはレーザー窓（穴）３０が設けられており、このレーザー窓３０には樹脂製の透明膜（図示せず）が設置されている。レーザー窓３０は、ウエハ吸着ヘッド１７の平行移動的な動きに関係なく、ターンテーブル１１が回転している時間の一部の間、ウエハ吸着ヘッド１７によって保持されるウエハ１４から見えるように位置している。
【００２４】
ターンテーブル１１の下方には発光素子３２及び受光素子（図示せず）が配置されている。ターンテーブル１１が矢印のように回転して発光素子３２の上方にレーザー窓３０が位置した時、発光素子３２により発せられたレーザー光がレーザー窓３０及び透明膜を通してターンテーブル１１の上方に送られるようになっている。発光素子３２、受光素子及びレーザー窓３０等により研磨終点検出装置を構成している。
【００２５】
発光素子３２としては、種々のものを用いることが可能であり、受光素子としては、ウエハ研磨面から反射した光を受け、その光の波長、強度などを観測できるものであれば種々のものを用いることが可能である。例えば、発光素子３２及び受光素子としては、光学式膜厚検出アレイを用いることが好ましいが、それ以外の素子を用いても良く、ダイオードを複数並べたような光学式検出器を用いることも可能である。
【００２６】
光学式膜厚検出アレイの具体的な構造は、ウエハの直径方向へ並べた白色光源（単波長でも可）と、おなじように並べたＣＣＤアレイを有し、光源からウエハ表面へ光を照射し、そこから反射した光をＣＣＤアレイで検出する構成になっている。また、ダイオードからなる光学式検出器の具体的な構成は、ウエハの直径方向へ並べた発光ダイオードと、おなじように並べた反射光を検知するフォトトランジスタを有し、光源からウエハ表面へ光を照射し、そこから反射した光をＣＣＤアレイで検出する構成からなる。
【００２７】
研磨クロス１３の上方には基準器４１が設置されている。この基準器４１はウエハ吸着ヘッド１７と逆側に配置されており、図２に示すように、基準器４１とウエハ吸着ヘッド１７は研磨クロス１３の中心に対して互いに対象の位置に配置されている。また、基準器４１とは、反射率の基準とするものである。基準器４１は研磨クロスとは非接触の状態で設置されており、基準器４１の表面は研磨されないため、基準器の表面の反射率は変化しないようになっている。
【００２８】
前記発光素子３２及び受光素子は、図１に示すようにターンテーブル１１の下方を図示せぬ駆動手段によって矢印のように移動可能に構成されている。それにより、発光素子３２及び受光素子は基準器４１の下方に移動することができる。また、レーザー窓３０は基準器４１の下方を通るようになっている。従って、発光素子３２を基準器４１の下方に位置させ、ターンテーブル１１が矢印のように回転して発光素子３２の上方に基準器４１が位置した時、発光素子３２により発せられたレーザー光がレーザー窓３０及び透明膜を通してターンテーブル１１の上方に送られ、そのレーザー光が基準器４１に照射されるようになっている。そして、基準器４１によってレーザー光が反射され、その反射光がレーザー窓３０を通って受光素子で受光され、基準器の表面の反射率を基準とするようになっている。
【００２９】
ＣＭＰ装置１０には制御部（図示せず）が設けられており、この制御部によってウエハ吸着ヘッド１７、発光素子３２、受光素子及びターンテーブル１１の回転速度などの後述するような動きを制御するようになっている。
【００３０】
上記ＣＭＰ装置において被研磨基板としてのウエハ１４を研磨する場合、まず、ウエハ吸着ヘッド１７の下部にウエハ１４の裏面を真空吸着する。そして、回転モータによってターンテーブル１１を図１に示す矢印の方向に回転させ、ノズルからスラリーを吐出し、そのスラリーを研磨クロス１３の中央付近に滴下する。次に、回転モータによってウエハ吸着ヘッド１７を矢印の方向に回転させ、ウエハ１４の表面（研磨面）を研磨クロス１３に押圧し、さらにウエハ吸着ヘッド１７によってウエハ１４の裏面からエアーにて所定荷重（例えば２．０〜５．０ＰＳＩ）をかけて押圧する。このようにしてウエハ１４の研磨を開始する。
【００３１】
次いで、発光素子３２及び受光素子を基準器４１の下方に移動させ、発光素子３２によって発せられたレーザー光を、レーザー窓３０を通して基準器４１の表面に照射し、その表面で反射した光を、レーザー窓３０を通して受光素子により受光する。この受光した光の強度と、あらかじめレーザー窓の透明膜の透明度が低下する前に測定しておいた基準器４１の反射光の強度（初期強度）とを比較する。
【００３２】
次いで、その初期強度に対して受光した光の強度が低下している場合は、その低下した比率だけ発光素子３２から発するレーザー光の強度を高く設定する。そして、発光素子３２及び受光素子をウエハ１４の下方に移動させ、発光素子３２によって発せられたレーザー光３４を、レーザー窓３０を通してウエハ１４の研磨面に照射し、その研磨面で反射した光を、レーザー窓３０を通して受光素子により受光する。この受光した光の反射率を検知してウエハ１４の研磨終点を検出する。この研磨終点時にウエハの研磨を終了させる。
【００３３】
上記実施の形態によれば、複数枚のウエハを研磨していくにつれてレーザー窓３０の透明膜の透明度が低下しても、その透明度の低下を補正することができる。つまり、基準器４１の表面で反射した光が透明膜を通って受光素子により受光した光の強度を測定し、その光の強度とあらかじめ測定しておいた初期強度とを比較し、初期強度より低下した比率だけ発光素子から発するレーザー光の強度を高く設定する。これにより、透明膜の透明度の低下を補正することができる。従って、レーザー窓に設置された樹脂製の透明膜の状態（即ち透明膜の透明度）が変化しても正確に研磨終点を検出することが可能となる。
【００３４】
また、本実施の形態では、透明膜の透明度が低下した場合だけではなく、発光素子３２が劣化してレーザー光３４の出力が低下した場合でも、その出力低下を補正することができ、結果的に、正確に研磨終点を検出することが可能となる。
【００３５】
尚、本発明は上記実施の形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である。例えば、上記実施の形態における基準器４１の材質は、特に限定されるものではなく、レーザー光の反射率の基準となるものであれば、種々の材質を用いることも可能である。
【００３６】
また、上記実施の形態では、ＣＭＰ装置、ＣＭＰ研磨方法について説明しているが、本発明はこれらに限定されるものではなく、前記ＣＭＰ研磨方法により研磨する工程を経て製造された半導体装置として実施することも可能であり、更に、前記ＣＭＰ研磨方法により研磨する工程を経て半導体装置を製造する半導体装置の製造方法として実施することも可能である。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、レーザー窓の透明膜の透明度が低下しても研磨終点を正確に検出できるＣＭＰ装置、ＣＭＰ研磨方法、半導体装置及びその製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態によるＣＭＰ装置の一部の構成を示す断面図である。
【図２】図１に示すＣＭＰ装置の概略構成を示す平面図である。
【図３】（ａ）は、従来の研磨終点検出装置を備えたＣＭＰ装置の概略を示す平面図であり、（ｂ）は、（ａ）に示す３ｂ−３ｂ線に沿った断面図である。
【符号の説明】
１０…ＣＭＰ装置 １１，１１１…ターンテーブル
１３，１１３…研磨クロス １４，１１５…ウエハ
１７，１１７…ウエハ吸着ヘッド １８，１１８…回転軸
２０…裏張り層 ２２…カバー層
２４…ターンテーブル中心軸 ２６…吸着ヘッド中心軸
２８…平行移動アーム ３０，１２０…レーザー窓
３２，１２３…発光素子 ３４…レーザー光
４１…基準器 １２４…コンディショナ
１２５…アーム
Claims (9)
- 被研磨基板の研磨終点を検出する研磨終点検出機構を備えたＣＭＰ装置であって、
研磨クロスを載置するターンテーブルと、
このターンテーブルの上方に配置され、被研磨基板を保持する基板保持手段と、
ターンテーブル及び研磨クロスに設けられたレーザー窓と、
このレーザー窓に配置された透明膜と、
レーザー窓の下方に配置され、被研磨基板の研磨面に終点検出用のレーザー光を照射する発光素子と、
上記レーザー窓の下方に配置され、上記発光素子により上記研磨面に照射された光の反射光を受光する受光素子と、
ターンテーブルの上方に研磨クロスと非接触で配置され、レーザー光の反射率の基準となる基準器と、
を具備し、
上記発光素子によって発せられたレーザー光を、レーザー窓の透明膜を通して基準器の表面に照射し、その表面で反射した光を、レーザー窓の透明膜を通して受光素子により受光し、その受光した光の強度と、あらかじめレーザー窓の透明膜の透明度が低下する前に測定しておいた基準器の反射光の初期強度とを比較し、その初期強度に対して前記受光した光の強度が低下している場合は、その低下した比率だけ発光素子から発するレーザー光の強度を高く設定することを特徴とするＣＭＰ装置。 - 上記発光素子及び受光素子を基準器及び基板保持手段それぞれの下方に移動させる駆動機構をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のＣＭＰ装置。
- 請求項１又は２に記載のＣＭＰ装置を用いて研磨する工程を経て製造されたことを特徴とする半導体装置。
- 請求項１又は２に記載のＣＭＰ装置を用いて研磨する工程を経て半導体装置を製造することを特徴とする半導体装置の製造方法。
- 被研磨基板の研磨終点を検出する研磨終点検出機構を備えたＣＭＰ装置を用いて研磨するＣＭＰ研磨方法であって、
発光素子によって発せられたレーザー光を、レーザー窓の透明膜を通して基準器の表面に照射し、その表面で反射した光を、レーザー窓の透明膜を通して受光素子により受光し、その受光した光の強度と、あらかじめレーザー窓の透明膜の透明度が低下する前に測定しておいた基準器の反射光の初期強度とを比較し、
その初期強度に対して前記受光した光の強度が低下している場合は、その低下した比率だけ発光素子から発するレーザー光の強度を高く設定し、
その設定において発光素子によってレーザー光を発し、その発せられたレーザー光を、レーザー窓の透明膜を通して被研磨基板の研磨面に照射し、その研磨面で反射した光を、レーザー窓の透明膜を通して受光素子により受光し、その受光した光を検知して被研磨基板の研磨終点を検出し、この研磨終点時に被研磨基板の研磨を終了させることを特徴とするＣＭＰ研磨方法。 - 請求項１に記載のＣＭＰ装置を用いて研磨するＣＭＰ研磨方法であって、
基板保持手段によって被研磨基板を保持し、
ターンテーブルを回転させ、
スラリーを研磨クロスの中央付近に滴下させ、
基板保持手段で保持された被研磨基板を研磨クロスに押圧して研磨を開始し、発光素子によって発せられたレーザー光を、レーザー窓の透明膜を通して基準器の表面に照射し、その表面で反射した光を、レーザー窓の透明膜を通して受光素子により受光し、その受光した光の強度と、あらかじめレーザー窓の透明膜の透明度が低下する前に測定しておいた基準器の反射光の初期強度とを比較し、
その初期強度に対して前記受光した光の強度が低下している場合は、その低下した比率だけ発光素子から発するレーザー光の強度を高く設定し、
その設定において発光素子によってレーザー光を発し、その発せられたレーザー光を、レーザー窓の透明膜を通して被研磨基板の研磨面に照射し、その研磨面で反射した光を、レーザー窓の透明膜を通して受光素子により受光し、その受光した光を検知して被研磨基板の研磨終点を検出し、この研磨終点時に被研磨基板の研磨を終了させることを特徴とするＣＭＰ研磨方法。 - 請求項２に記載のＣＭＰ装置を用いて研磨するＣＭＰ研磨方法であって、
基板保持手段によって被研磨基板を保持し、
ターンテーブルを回転させ、
スラリーを研磨クロスの中央付近に滴下させ、
基板保持手段で保持された被研磨基板を研磨クロスに押圧して研磨を開始し、
発光素子及び受光素子を駆動機構により基準器の下方に移動させ、
発光素子によって発せられたレーザー光を、レーザー窓の透明膜を通して基準器の表面に照射し、その表面で反射した光を、レーザー窓の透明膜を通して受光素子により受光し、その受光した光の強度と、あらかじめレーザー窓の透明膜の透明度が低下する前に測定しておいた基準器の反射光の初期強度とを比較し、
その初期強度に対して前記受光した光の強度が低下している場合は、その低下した比率だけ発光素子から発するレーザー光の強度を高く設定し、
発光素子及び受光素子を駆動機構により被研磨基板の下方に移動させ、
上記設定において発光素子によってレーザー光を発し、その発せられたレーザー光を、レーザー窓の透明膜を通して被研磨基板の研磨面に照射し、その研磨面で反射した光を、レーザー窓の透明膜を通して受光素子により受光し、その受光した光を検知して被研磨基板の研磨終点を検出し、この研磨終点時に被研磨基板の研磨を終了させることを特徴とするＣＭＰ研磨方法。 - 請求項５〜７のうちいずれか１項記載のＣＭＰ研磨方法により研磨する工程を経て製造されたことを特徴とする半導体装置。
- 請求項５〜７のうちいずれか１項記載のＣＭＰ研磨方法により研磨する工程を経て半導体装置を製造することを特徴とする半導体装置の製造方法。
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