JP2007059597A - 膜厚評価方法、研磨終点検出方法及びデバイス製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 膜を研磨する際に研磨中の膜厚を正確に評価する。
【解決手段】 膜の研磨中に、膜の表面に光を照射して時間差Δｔを隔てた研磨時間ｔ及び研磨時間ｔ−Δｔの反射スペクトルの差分信号を算出し、差分信号を解析することによって研磨時間ｔにおける膜の膜厚を評価する膜厚評価方法において、研磨時間ｔ及び研磨時間ｔ−Δｔの反射スペクトルの振幅強度を揃えるように補正する補正ステップと、差分信号の微小変動を抑制する抑制ステップと、差分信号の振幅の中心を揃える振幅成形ステップと、差分信号から不良成分を除去する除去ステップと、の少なくとも１つを実行する。このようにすると、評価された膜厚のばらつきが小さくなり、膜を研磨する際に研磨中の膜厚を正確に評価できる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、膜の研磨中に、膜の表面に光を照射して時間差Δｔを隔てた研磨時間ｔ及び研磨時間ｔ−Δｔの反射スペクトルの差分信号を算出し、差分信号を解析することによって研磨時間ｔにおける膜の膜厚を評価する膜厚評価方法、算出された膜厚に基づいて研磨終点を検出する研磨終点検出方法、及び、膜を研磨してデバイスを製造するデバイス製造装置に関する。

現在、デバイスの製造プロセスにおいて、ウェハに形成された酸化膜及び金属膜等を研磨するため、ＣＭＰ(Chemical Mechanical Polishing)が用いられている。このＣＭＰによる研磨において、研磨される酸化膜及び金属膜等の膜厚を正確に評価することにより、研磨を終了させる時点（「研磨終点」という）を正確に把握することが重要となっている。

回路パターンが形成されている領域（「回路領域」という）、及び、回路パターンが形成されていない領域（「非回路領域」という）を有するウェハに形成された酸化膜及び金属膜等を研磨し、この膜厚を評価する場合、酸化膜及び金属膜等の研磨中に、酸化膜及び金属膜等の表面に光を照射することによる反射スペクトルを計測し、この反射スペクトルの周期に基づいて膜厚を評価している。しかし、回路領域からの散乱成分を有する反射スペクトルがノイズとなって干渉成分だけを抽出しにくいので、膜厚を評価することは困難になっている。

ここで、酸化膜及び金属膜等の研磨中に、酸化膜及び金属膜等の表面に光を照射して時間差Δｔを隔てた研磨時間ｔ及び研磨時間ｔ−Δｔの反射スペクトルを計測し、散乱成分を除去するため、研磨時間ｔ及び研磨時間ｔ−Δｔの反射スペクトルの差分信号を算出し、この差分信号の周期に基づいて膜厚を評価する技術が提案されている（特願２００４−０５３９４７）。

しかし、従来の技術では、反射スペクトルが有する短周期のノイズ、及び、反射スペクトルの絶対値のゆらぎ等により、差分信号の波形が乱れて差分信号の周期の算出が困難になっている。この差分信号の乱れが大きい場合、評価された膜厚のばらつきが大きくなり、この差分信号の周期に基づいて膜厚を正確に評価できなくなっている。

本発明は、このような点に鑑みてなされたものであり、膜を研磨する際に研磨中の膜厚を正確に評価できる膜厚評価方法を提供することを目的とする。
また、本発明の他の目的は、膜を研磨する際に研磨中の膜厚を正確に評価して研磨終点を正確に把握できる研磨終点検出方法を提供することである。

また、本発明の他の目的は、膜を研磨する際に研磨中の膜厚を正確に評価できるデバイス製造装置を提供することである。

本発明では、上記課題を解決するために、膜の研磨中に、前記膜の表面に光を照射して時間差Δｔを隔てた研磨時間ｔ及び研磨時間ｔ−Δｔの反射スペクトルの差分信号を算出し、前記差分信号を解析することによって前記研磨時間ｔにおける前記膜の膜厚を評価する膜厚評価方法において、前記研磨時間ｔ及び前記研磨時間ｔ−Δｔの反射スペクトルの振幅強度を揃えるように補正する補正ステップと、前記差分信号の微小変動を抑制する抑制ステップと、前記差分信号の振幅の中心を揃える振幅成形ステップと、前記差分信号から不良成分を除去する除去ステップと、の少なくとも１つを有することを特徴とする膜厚評価方法が提供される。

このような膜厚評価方法によると、膜の研磨中に、振幅強度が補正された研磨時間ｔ及び研磨時間ｔ−Δｔの反射スペクトルから差分信号を算出し、この差分信号から膜厚を評価するので、評価された膜厚のばらつきが小さくなり、膜を研磨する際に研磨中の膜厚を正確に評価できる。また、微小変動が抑制された差分信号から膜厚を評価するので、評価された膜厚のばらつきが小さくなり、膜を研磨する際に研磨中の膜厚を正確に評価できる。また、振幅の中心が揃えられた差分信号から膜厚を評価するので、評価された膜厚のばらつきが小さくなり、膜を研磨する際に研磨中の膜厚を正確に評価できる。また、不良成分が除去された差分信号から膜厚を評価するので、評価された膜厚のばらつきが小さくなり、膜を研磨する際に研磨中の膜厚を正確に評価できる。

また、本発明では、上記課題を解決するために、膜の研磨中に、前記膜の表面に光を照射して時間差Δｔを隔てた研磨時間ｔ及び研磨時間ｔ−Δｔの反射スペクトルの差分信号を算出し、前記差分信号を解析することによって前記研磨時間ｔにおける前記膜の膜厚を評価し、算出された前記膜厚に基づいて研磨終点を検出する研磨終点検出方法において、前記研磨時間ｔ及び前記研磨時間ｔ−Δｔの反射スペクトルの振幅強度を揃えるように補正する補正ステップと、前記差分信号の微小変動を抑制する抑制ステップと、前記差分信号の振幅の中心を揃える振幅成形ステップと、前記差分信号から不良成分を除去する除去ステップと、の少なくとも１つを有することを特徴とする研磨終点検出方法が提供される。

このような研磨終点検出方法によると、膜の研磨中に、振幅強度が補正された研磨時間ｔ及び研磨時間ｔ−Δｔの反射スペクトルから差分信号を算出し、この差分信号から膜厚を評価するので、評価された膜厚のばらつきが小さくなり、膜を研磨する際に研磨中の膜厚を正確に評価できる。また、微小変動が抑制された差分信号から膜厚を評価するので、評価された膜厚のばらつきが小さくなり、膜を研磨する際に研磨中の膜厚を正確に評価できる。また、振幅の中心が揃えられた差分信号から膜厚を評価するので、評価された膜厚のばらつきが小さくなり、膜を研磨する際に研磨中の膜厚を正確に評価できる。また、不良成分が除去された差分信号から膜厚を評価するので、評価された膜厚のばらつきが小さくなり、膜を研磨する際に研磨中の膜厚を正確に評価できる。よって、差分信号を逐次算出して膜厚の推移を正確に把握でき、研磨終点を正確に把握できる。

また、本発明では、上記課題を解決するために、膜を研磨してデバイスを製造するデバイス製造装置において、前記膜を研磨する研磨手段と、前記膜の研磨中に、前記膜の表面に光を照射して時間差Δｔを隔てた研磨時間ｔ及び研磨時間ｔ−Δｔの反射スペクトルを計測する計測手段と、前記研磨時間ｔ及び前記研磨時間ｔ−Δｔの反射スペクトルの差分信号を算出する差分信号算出手段と、前記差分信号を解析することによって前記研磨時間ｔにおける前記膜の膜厚を評価する膜厚算出手段と、を有し、前記研磨時間ｔ及び前記研磨時間ｔ−Δｔの反射スペクトルの振幅強度を揃えるように補正する補正手段と、前記差分信号の微小変動を抑制する抑制手段と、前記差分信号の振幅の中心を揃える振幅成形手段と、前記差分信号から不良成分を除去する除去手段と、の少なくとも１つを有することを特徴とするデバイス製造装置が提供される。

このようなデバイス製造装置によると、膜の研磨中に、振幅強度が補正された研磨時間ｔ及び研磨時間ｔ−Δｔの反射スペクトルから差分信号を算出し、この差分信号から膜厚を評価するので、評価された膜厚のばらつきが小さくなり、膜を研磨する際に研磨中の膜厚を正確に評価できる。また、微小変動が抑制された差分信号から膜厚を評価するので、評価された膜厚のばらつきが小さくなり、膜を研磨する際に研磨中の膜厚を正確に評価できる。また、振幅の中心が揃えられた差分信号から膜厚を評価するので、評価された膜厚のばらつきが小さくなり、膜を研磨する際に研磨中の膜厚を正確に評価できる。また、不良成分が除去された差分信号から膜厚を評価するので、評価された膜厚のばらつきが小さくなり、膜を研磨する際に研磨中の膜厚を正確に評価できる。

本発明では、膜の研磨中に、振幅強度が補正された研磨時間ｔ及び研磨時間ｔ−Δｔの反射スペクトルから差分信号を算出し、この差分信号から膜厚を評価するので、評価された膜厚のばらつきが小さくなり、膜を研磨する際に研磨中の膜厚を正確に評価できる。また、微小変動が抑制された差分信号から膜厚を評価するので、評価された膜厚のばらつきが小さくなり、膜を研磨する際に研磨中の膜厚を正確に評価できる。また、振幅の中心が揃えられた差分信号から膜厚を評価するので、評価された膜厚のばらつきが小さくなり、膜を研磨する際に研磨中の膜厚を正確に評価できる。また、不良成分が除去された差分信号から膜厚を評価するので、評価された膜厚のばらつきが小さくなり、膜を研磨する際に研磨中の膜厚を正確に評価できる。よって、差分信号を逐次算出して膜厚の推移を正確に把握でき、研磨終点を正確に把握できる。

以下、本発明の実施の形態を、デバイスの製造プロセスでウェハに形成された酸化膜及び金属膜等を研磨する場合を例に、図面を参照して詳細に説明する。
まず、ウェハに形成された酸化膜及び金属膜等を研磨する際に、研磨中の膜厚の評価に用いる光学モデルについて説明する。

研磨時間ｔにおける膜厚をｄ、この研磨時間ｔにおける媒質中の波数ｘの光に対する反射率をＲ₁（ｘ）とする。また、研磨時間ｔから比較的短い時間差Δｔを隔てた研磨時間ｔ−Δｔにおける膜厚をｄ＋Δｄ、この研磨時間ｔ−Δｔにおける媒質中の波数ｘの光に対する反射率をＲ₀（ｘ）とする。これらのＲ₁（ｘ）及びＲ₀（ｘ）をそれぞれ次式（１）及び（２）の光学モデルで表される。ここで、Ａ及びＢは、比例定数である。

Ｒ₁（ｘ）＝Ａｃｏｓ（４πｄｘ）＋Ｂ ・・・（１）
Ｒ₀（ｘ）＝Ａｃｏｓ｛４π（ｄ＋Δｄ）ｘ｝＋Ｂ ・・・（２）
デバイスの製造プロセスでウェハに形成された酸化膜及び金属膜等を研磨する場合、比例定数Ｂは、波数ｘに対して依存性を有するが、研磨中の膜厚差Δｄに対して変化が緩慢であるため、次式（３）の光学モデルで表される差分信号Ｒ₁（ｘ）−Ｒ₀（ｘ）で除去できる。

Ｒ₁（ｘ）−Ｒ₀（ｘ）
＝Ａｃｏｓ（４πｄｘ）−Ａｃｏｓ｛４π（ｄ＋Δｄ）ｘ｝
＝２Ａｓｉｎ（２πΔｄｘ）×ｓｉｎ｛２π（２ｄ＋Δｄ）ｘ｝ ・・・（３）
ここで、式（３）の光学モデルにおいて、１／（２ｄ＋Δｄ）を１周期とする短周期のサインカーブに、１／Δｄを１周期とする長周期のサインカーブが重なっている。よって、差分信号Ｒ₁（ｘ）−Ｒ₀（ｘ）について、この短周期から２ｄ＋Δｄが算出され、これから所定のΔｄを差し引いて１／２を掛けると膜厚が算出される。

次に、本発明の実施の形態で用いる、反射率計測機能をもったＣＭＰ装置であるデバイス製造装置について説明する。図１は、デバイス製造装置を示す図である。
デバイス製造装置１は、表面側に研磨パッド２が配置された回転テーブル３、及び、研磨パッド２に対向した回転自在の研磨ヘッド４を有している。この研磨ヘッド４の研磨パッド２側に、ウェハ１０が配置されている。

研磨中は、研磨パッド２上にスラリー５を滴下しながら、ウェハ１０を研磨パッド２に押し付け、回転テーブル３及び研磨ヘッド４を共に回転させ、ウェハ１０表面を研磨する。

また、デバイス製造装置１の研磨パッド２には、研磨中にウェハ１０が配置される部分に、石英で形成された覗き窓２ａが設けられている。この覗き窓２ａに対応する回転テーブル３の部分に、貫通孔３ａが設けられている。回転テーブル３の裏面側には、覗き窓２ａに対向した光学ヘッド６が配置されている。この光学ヘッド６は分光反射率計測装置７に接続され、分光反射率計測装置７はコンピュータ８に接続されている。

研磨中は、ウェハ１０に形成された酸化膜及び金属膜等の表面に光を照射し、反射スペクトルを計測する。通常、回転テーブル３及び研磨ヘッド４を１回転させるごとに１回計測し、この計測に伴うデータ処理及びデータ保存が、コンピュータ８によって実行される。

以下、チップサイズ３．１ｍｍ×３．８ｍｍのＩＣ(Integrated Circuit)の酸化膜及び金属膜等を研磨する際に、研磨中の膜厚を評価するシーケンスについて説明する。このＩＣは、パワー用のトレンチＭＯＳ(Metal Oxide Semiconductor)等からなるアナログ回路及び制御用のデジタル回路を搭載している。また、研磨前のＩＣの酸化膜及び金属膜等の膜厚は、約２．５μｍである。研磨条件は、回転テーブル３の回転数が９０ｒｐｍ、研磨レートが７５０ｎｍ／分である。

まず、波長に関するスペクトルデータを、波数に関するスペクトルデータに変換する。この変換は、光学計算の簡素化を目的とする。
ここで、屈折率をｎとし、波長をλとし、算出される波数をｋとして式で表すと、
ｋ＝２πｎ／λ ・・・（４）
となる。なお、波数ｋの単位をｃｍ^-1としてデータ処理する。

次に、時間差Δｔを隔てた研磨時間ｔ及び研磨時間ｔ−Δｔにおける酸化膜及び金属膜等の表面に光を照射することによる反射スペクトルを計測し、研磨時間ｔの反射スペクトルと研磨時間ｔ−Δｔの反射スペクトルとの差分信号を算出する。図２は、差分信号を示す図である。図２において、横軸は波数、縦軸は差分信号を表している。

ここで、計測ｍ回目の反射スペクトルをＲ_m（ｋ）とし、計測ｍ−ｘ回目の反射スペクトルをＲ_m-x（ｋ）とし、計測ｍ回目で算出される差分信号をＤ_m（ｋ）として式で表すと、
Ｄ_m（ｋ）＝Ｒ_m（ｋ）−Ｒ_m-x（ｋ） ・・・（５）
となる。例えば、図２に例示する差分信号Ｄ_m（ｋ）は、計測１２回目以降の所定の反射スペクトルと、この所定の反射スペクトルの回から１１回遡った回の反射スペクトルとの差分信号であり、ｘは“１１”である。

次に、算出された差分信号Ｄ_m（ｋ）を補正処理する。
ここで、反射スペクトルＲ_m（ｋ）、Ｒ_m-x（ｋ）は、計測方法の問題から、約１０％以下の絶対値のゆらぎを有する。この反射スペクトルの絶対値のゆらぎの影響を抑えるため、反射スペクトルＲ_m（ｋ）及び反射スペクトルＲ_m-x（ｋ）の絶対値が揃うように補正処理する。具体的には、式（５）において、Ｒ_m-x（ｋ）の振幅強度の平均値がＲ_m（ｋ）の振幅強度の平均値に揃うように、Ｒ_m-x（ｋ）の振幅強度の平均値に補正係数を掛けて補正処理する。補正係数をＣとし、補正処理された差分信号をＤ_m’（ｋ）として式で表すと、
Ｄ_m’（ｋ）＝Ｒ_m（ｋ）−Ｒ_m-x（ｋ）×Ｃ ・・・（６）
となる。

次に、反射スペクトルが有する短周期のノイズを除去し、差分信号Ｄ_m’（ｋ）の微小変動を抑制するため、補正処理された差分信号Ｄ_m’（ｋ）をスムージングする。図３は、スムージングされた差分信号を示す図である。図３において、横軸は波数、縦軸は差分信号を表している。

ここで、差分信号Ｄ_m’（ｋ）の各データポイントの中の所定データポイントの値を、この所定データポイント、この所定データポイントの直前の３つのデータポイント、及び、この所定データポイントの直後の３つのデータポイントの平均値に置換してスムージングする。

次に、差分信号Ｄ_m’（ｋ）が有する右上がりまたは右下がりの傾斜を除去し、差分信号Ｄ_m’（ｋ）の振幅の中心を揃えるため、差分信号Ｄ_m’（ｋ）を微分処理する。図４は、微分処理された差分信号を示す図である。図４において、横軸は波数、縦軸は差分信号を表している。

ここで、差分信号Ｄ_m’（ｋ）の各データポイントの中の所定データポイントの値を、この所定データポイント、この所定データポイントの直前の３つのデータポイント、及び、この所定データポイントの直後の３つのデータポイントを直線近似し、この直線の傾きを微分値として算出して置換して微分処理する。微分処理することにより、差分信号Ｄ_m’（ｋ）の波数ｋの周期を算出しやすくなる。なお、微分処理すると、差分信号Ｄ_m’（ｋ）の振幅強度が変化し、且つ、位相が９０°ずれるが、波数ｋの周期は変化しないので、微分処理しても問題はない。

なお、説明の便宜のために図４の波形は正常波形となっているが、実際は振幅強度不良及び周期不良を有している。
次に、振幅強度不良を除去するため、差分信号Ｄ_m’（ｋ）をスクリーニングする。図５は、振幅強度不良を有する差分信号を示す図である。図５において、横軸は波数、縦軸は差分信号を表している。

ここで、例えば、計測波数領域で、差分信号Ｄ_m’（ｋ）の振幅強度の平均値が所定の範囲以内である場合、振幅強度は十分であって不良データでないとする。この所定の範囲以外である場合、振幅強度は不十分であって不良データであるとして除去する。平均値をＡとし、所定値を例えば“１”として式で表すと、
Ａ≧１ ・・・（７）
となる。スクリーニングすることで、振幅強度不良を除去して図４の正常波形を算出できるようになる。

また、周期不良を除去するため、差分信号Ｄ_m’（ｋ）をスクリーニングする。図６は、周期不良を有する差分信号を示す図である。図６において、横軸は波数、縦軸は差分信号を表している。

ここで、例えば、計測波数領域で、最も高い波数の周期と全ての平均周期との誤差が所定の範囲以内である場合、周期は安定して不良データでないとする。この所定の範囲以外である場合、周期は安定しないで不良データであるとして除去する。最も高い波数の周期をＫ１とし、全ての平均周期をＫ２とし、周期Ｋ１の所定の範囲を例えば“０．８×Ｋ２”から“１．２×Ｋ２”までとして式で表すと、
０．８＜Ｋ１／Ｋ２＜１．２ ・・・（８）
となる。スクリーニングすることで、周期不良を除去して図４の正常波形を算出できるようになる。

これらのスクリーニングの前後について、研磨回数の増加に従った膜厚の推移について説明する。図７は、スクリーニング前の膜厚の推移を示す図である。図８は、スクリーニング後の膜厚の推移を示す図である。図７及び図８において、横軸は研磨回数、縦軸は膜厚を表している。

スクリーニング前は、図７に例示するように、研磨回数の増加に従って図中丸印で示された膜厚は減少し、振幅強度不良及び周期不良によって膜厚はばらついている。スクリーニング後は、図８に例示するように、膜厚はばらつかず、膜厚の推移を把握しやすくなっている。なお、図中四角印で示された膜厚は、光学膜厚計（ナノメトリクス社製ナノスペック９１００）で計測したものであり、図中丸印で示された膜厚の推移と対応している。

次に、差分信号Ｄ_m’（ｋ）の波数ｋの周期から、研磨時間ｔの酸化膜及び金属膜等の膜厚を評価する。
ここで、事前に評価した概略の研磨レートをｒとし、算出された膜厚をｄ（ｔ）として式で表すと、
ｄ（ｔ）＝π／ｋ−ｒΔｔ／２ ・・・（９）
となる。

以上のシーケンスにより、酸化膜及び金属膜等を研磨する際に、研磨中の膜厚ｄ（ｔ）が算出される。
なお、差分信号Ｄ_m’（ｋ）の波数ｋの周期が大きくなって計測波数領域と同程度になり、波数ｋの周期を算出しにくくなる場合、算出された差分信号Ｄ_m’（ｋ）のサインカーブと、データベースに記憶されたサインカーブとを比較し、適合したデータベースのサインカーブに対応する周期及び振幅強度を、算出された差分信号Ｄ_m’（ｋ）の周期及び振幅強度として取得してもよい。このデータベースには、周期及び振幅強度をパラメータとしたサインカーブが複数記憶されている。

次に、時間差Δｔの決定方法について説明する。図９は、各位相差における膜厚の合格率である。図９において、横軸は位相差、縦軸はスクリーニングの合格率を表している。
ここで、時間差Δｔを、時間差Δｔよりも普遍性のある位相差に変換する。反射率計測の中心波長をλ_Cとし、研磨される膜の屈折率をｎとし、変換された位相差をφとして式で表すと、
φ＝４ｎπｒΔｔ／λ_C ・・・（１０）
となる。

図９に例示するように、位相が反転する位相差付近で、合格率は最大になる。具体的には、位相差φが１８０°及び５４０°付近で、合格率は最大になる。また、位相差φが９０°〜２７０°付近で、合格率は最大の合格率の約８０％になる。また、３６０°毎に周期性がある。このことから、位相差φが９０°〜２７０°の範囲で時間差Δｔを決定することが好ましい。式で表すと、
λ_C／８ｎ≦ｒΔｔ≦３λ_C／８ｎ ・・・（１１）
となる。

このようにすると、膜の研磨中に、振幅強度が補正された研磨時間ｔ及び研磨時間ｔ−Δｔの反射スペクトルから差分信号Ｄ_m’（ｋ）を算出し、この差分信号Ｄ_m’（ｋ）から膜厚を評価するので、評価された膜厚のばらつきが小さくなり、膜を研磨する際に研磨中の膜厚を正確に評価できる。また、微小変動が抑制された差分信号Ｄ_m’（ｋ）から膜厚を評価するので、評価された膜厚のばらつきが小さくなり、膜を研磨する際に研磨中の膜厚を正確に評価できる。また、振幅の中心が揃えられた差分信号Ｄ_m’（ｋ）から膜厚を評価するので、評価された膜厚のばらつきが小さくなり、膜を研磨する際に研磨中の膜厚を正確に評価できる。また、不良成分が除去された差分信号Ｄ_m’（ｋ）から膜厚を評価するので、評価された膜厚のばらつきが小さくなり、膜を研磨する際に研磨中の膜厚を正確に評価できる。よって、差分信号Ｄ_m’（ｋ）を逐次算出して膜厚の推移を正確に把握でき、研磨終点を正確に把握できる。また、デバイスの特性のばらつきが小さくなり、デバイスの歩留まりが向上する。

ここで、段差を有する酸化膜及び金属膜等を研磨する際に、前述のスクリーニングで除去されるデータ数が多くなる傾向があり、膜厚のばらつきが大きくなってしまう。図１０は、段差を有する膜を示す図である。図１１は、欠落するデータ数が多い場合の膜厚の推移を示す図である。図１１において、横軸は研磨回数、縦軸は膜厚を表している。

図１０に例示するように、シリコン基板２４上に埋め込み酸化膜２３が形成され、この埋め込み酸化膜２３上にポリシリコン２２が形成されている。このポリシリコン２２を含めたシリコン基板２４上に酸化膜２１が形成されている。

このような段差を有する酸化膜及び金属膜等を研磨すると、例えば、図１１に例示するように、研磨回数２０〜４０回付近で、欠落するデータ数が多くなっている。
欠落するデータ数を減少させるため、時間差Δｔを１つでなくて複数用意し、研磨時間ｔ及び複数の研磨時間ｔ−Δｔの反射スペクトルの複数の差分信号Ｄ_m’（ｋ）を算出する。例えば、時間差Δｔを５個用意し、５個の差分信号Ｄ_m’（ｋ）を算出する。図１２は、位相差１２８°の差分信号を示す図である。図１３は、位相差１５７°の差分信号を示す図である。図１４は、位相差１７１°の差分信号を示す図である。図１５は、位相差１８５°の差分信号を示す図である。図１６は、位相差２５７°の差分信号を示す図である。図１７は、図１２〜図１６の差分信号を重ね合わせて示す図である。図１２〜図１７において、横軸は研磨回数、縦軸は膜厚を表している。

図１２〜図１６に例示するように、１つの差分信号から膜厚を評価すると、欠落するデータ数は多くなっているが、図１７に例示するように、複数の差分信号Ｄ_m’（ｋ）から膜厚を評価すると、欠落するデータ数は少なくなっている。

このようにすると、複数の差分信号Ｄ_m’（ｋ）を算出するので、差分信号Ｄ_m’（ｋ）のデータ数が増加する。よって、増加した分スクリーニングしてもデータ数が減少せず、膜厚の推移を正確に把握でき、研磨終点を正確に把握できる。また、デバイスの特性のばらつきが小さくなり、デバイスの歩留まりが向上する。

また、複数の差分信号Ｄ_m’（ｋ）を算出するので、１つの差分信号からでなくて複数の差分信号から膜厚を評価でき、膜厚の信頼性が向上する。
なお、１０個のサンプルについて、以上説明した膜厚評価方法に用いて実際に研磨中の膜厚を評価してみたところ、時間差Δｔを１つ用意する場合、膜厚は設定値から最大で９３ｎｍ、最小で−６８ｎｍばらついていた。また、時間差Δｔを５つ用意する場合、膜厚は設定値から最大で４２ｎｍ、最小で−２４ｎｍばらついていた。設定値からのばらつきは１００ｎｍ〜−１００ｎｍであり、デバイスの製造プロセスにおいて有効であることが確認された。

また、上記の研磨中の膜厚を評価するシーケンスの説明では、補正処理、スムージング、微分処理、振幅強度不良の除去及び周期不良の除去のステップを連続的に実行するように記載したが、各ステップを単独で実行しても評価された膜厚のばらつきが小さくなり、膜を研磨する際に研磨中の膜厚を正確に評価できる。また、補正処理、スムージング、微分処理、振幅強度不良の除去及び周期不良の除去のステップの中から、任意のステップを省略しても評価された膜厚のばらつきが小さくなり、膜を研磨する際に研磨中の膜厚を正確に評価できる。

デバイス製造装置を示す図である。 差分信号を示す図である。 スムージングされた差分信号を示す図である。 微分処理された差分信号を示す図である。 振幅強度不良を有する差分信号を示す図である。 周期不良を有する差分信号を示す図である。 スクリーニング前の膜厚の推移を示す図である。 スクリーニング後の膜厚の推移を示す図である。 各位相差における膜厚の合格率である。 段差を有する膜を示す図である。 欠落するデータ数が多い場合の膜厚の推移を示す図である。 位相差１２８°の差分信号を示す図である。 位相差１５７°の差分信号を示す図である。 位相差１７１°の差分信号を示す図である。 位相差１８５°の差分信号を示す図である。 位相差２５７°の差分信号を示す図である。 図１２〜図１６の差分信号を重ね合わせて示す図である。

符号の説明

１ デバイス製造装置
２ 研磨パッド
２ａ 覗き窓
３ 回転テーブル
３ａ 貫通孔
４ 研磨ヘッド
５ スラリー
６ 光学ヘッド
７ 分光反射率計測装置
８ コンピュータ
１０ ウェハ

Claims (11)

1. 膜の研磨中に、前記膜の表面に光を照射して時間差Δｔを隔てた研磨時間ｔ及び研磨時間ｔ−Δｔの反射スペクトルの差分信号を算出し、前記差分信号を解析することによって前記研磨時間ｔにおける前記膜の膜厚を評価する膜厚評価方法において、
   前記研磨時間ｔ及び前記研磨時間ｔ−Δｔの反射スペクトルの振幅強度を揃えるように補正する補正ステップと、
   前記差分信号の微小変動を抑制する抑制ステップと、
   前記差分信号の振幅の中心を揃える振幅成形ステップと、
   前記差分信号から不良成分を除去する除去ステップと、
   の少なくとも１つを有することを特徴とする膜厚評価方法。
2. 前記補正ステップは、前記研磨時間ｔ−Δｔの反射スペクトルの振幅強度の平均値を、前記研磨時間ｔの反射スペクトルの振幅強度の平均値に揃えるように補正することを特徴とする請求項１記載の膜厚評価方法。
3. 前記抑制ステップは、前記差分信号を構成する各データポイントの中の所定データポイントの値を、前記所定データポイント、前記所定データポイントの直前の所定数のデータポイント、及び、前記所定データポイントの直後の前記所定数のデータポイントの平均値に置換して成形することを特徴とする請求項１記載の膜厚評価方法。
4. 前記振幅成形ステップは、前記差分信号を構成する各データポイントの中の所定データポイントの値を、前記所定データポイント、前記所定データポイントの直前の所定数のデータポイント、及び、前記所定データポイントの直後の前記所定数のデータポイントを直線近似し、直線近似された直線の傾きに置換して成形することを特徴とする請求項１記載の膜厚評価方法。
5. 前記除去ステップは、前記差分信号から振幅強度が所定の範囲以外となった前記不良成分を除去することを特徴とする請求項１記載の膜厚評価方法。
6. 前記除去ステップは、前記差分信号から周期が所定の範囲以外となった前記不良成分を除去することを特徴とする請求項１記載の膜厚評価方法。
7. 前記研磨時間ｔ及び複数の研磨時間ｔ−Δｔの反射スペクトルの複数の差分信号を算出することを特徴とする請求項１記載の膜厚評価方法。
8. 前記膜を研磨するレートをｒ、反射スペクトルの計測可能な波長の範囲の中心波長をλ_C、前記膜の屈折率をｎとしたときに、前記時間差Δｔを、λ_C／８ｎ≦ｒΔｔ≦３λ_C／８ｎの範囲に設定することを特徴とする請求項１記載の膜厚評価方法。
9. データベースに周期及び振幅強度をパラメータとしたサインカーブをあらかじめ複数記憶し、前記差分信号のサインカーブと前記データベースに記憶されたサインカーブとを比較することにより、前記差分信号の周期及び振幅強度を取得することを特徴とする請求項１記載の膜厚評価方法。
10. 膜の研磨中に、前記膜の表面に光を照射して時間差Δｔを隔てた研磨時間ｔ及び研磨時間ｔ−Δｔの反射スペクトルの差分信号を算出し、前記差分信号を解析することによって前記研磨時間ｔにおける前記膜の膜厚を評価し、算出された前記膜厚に基づいて研磨終点を検出する研磨終点検出方法において、
    前記研磨時間ｔ及び前記研磨時間ｔ−Δｔの反射スペクトルの振幅強度を揃えるように補正する補正ステップと、
    前記差分信号の微小変動を抑制する抑制ステップと、
    前記差分信号の振幅の中心を揃える振幅成形ステップと、
    前記差分信号から不良成分を除去する除去ステップと、
    の少なくとも１つを有することを特徴とする研磨終点検出方法。
11. 膜を研磨してデバイスを製造するデバイス製造装置において、
    前記膜を研磨する研磨手段と、
    前記膜の研磨中に、前記膜の表面に光を照射して時間差Δｔを隔てた研磨時間ｔ及び研磨時間ｔ−Δｔの反射スペクトルを計測する計測手段と、
    前記研磨時間ｔ及び前記研磨時間ｔ−Δｔの反射スペクトルの差分信号を算出する差分信号算出手段と、
    前記差分信号を解析することによって前記研磨時間ｔにおける前記膜の膜厚を評価する膜厚算出手段と、を有し、
    前記研磨時間ｔ及び前記研磨時間ｔ−Δｔの反射スペクトルの振幅強度を揃えるように補正する補正手段と、
    前記差分信号の微小変動を抑制する抑制手段と、
    前記差分信号の振幅の中心を揃える振幅成形手段と、
    前記差分信号から不良成分を除去する除去手段と、
    の少なくとも１つを有することを特徴とするデバイス製造装置。
    

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