JP2007220710A

JP2007220710A - Ｃｍｐ装置における研磨終了点検出方法

Info

Publication number: JP2007220710A
Application number: JP2006036196A
Authority: JP
Inventors: Norio Nakahira; 法生中平; Takehiko Ueda; 武彦上田
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2006-02-14
Filing date: 2006-02-14
Publication date: 2007-08-30

Abstract

【課題】適正な光量で研磨終了点の検出を行うことが可能なＣＭＰ装置における研磨終了点検出方法を提供する。
【解決手段】回転する被研磨体保持装置２１上に被研磨体８を保持し、その上に研磨液２５を供給しながら、前記被研磨体８の上方から研磨体２３を前記被研磨体８に接触させ、前記研磨体２３を回転、かつ揺動しながら前記被研磨体８の研磨を行うＣＭＰ装置において、前記被研磨体８表面に光源１から照射光を照射し、光検出器２７で検出された反射光の特性から研磨終了点を検出する方法であって、研磨終了点検出工程の初めに、前記研磨体２３のｎ（ｎは１以上の整数）揺動周期分の前記反射光の強度の測定値の平均を算出し、当該平均値が所定値になるように、前記照射光の強度を調整する工程を有することを特徴とするＣＭＰ装置における研磨終了点検出方法。
【選択図】図２

Description

本発明は、ＣＭＰ装置における研磨終了点検出方法に関するものである。

半導体デバイスの高密度化は限界を見せず進展を続けており、高密度化するにつれ、多層配線と、それに伴う層間絶縁膜形成や、プラグ、ダマシンなどの電極形成の技術の重要度は大きく増加している。当然こうした層間絶縁膜や金属膜の厚みや形状（正しく埋め込まれているかどうかなど）のモニタは大きな課題となる。勿論、膜厚のモニタは薄膜形成やエッチングといった工程でも必要とされるが、最近特に問題視されているのは、平坦化プロセスにおける研磨終了点の検知である。

このような研磨終了点の検出には、光学的な手法が使用される。すなわち、研磨終了点におけるウエハ等の研磨対象物の分光反射スペクトルを予め求めておき、研磨中に観測される研磨体対象物の分光反射スペクトルが予め求めておいた分光反射スペクトルに近くなったとき、研磨終了点と判定するものである。このような方法は、例えば、特許第３３６０６１０号公報（特許文献１）に記載されている。
特許第３３６０６１０号公報

このような研磨終了点の検出においては、検出の開始時点において、反射光の強さを測定し、その強さが所定値となるように照射光の強さを設定することが行われている。一方、ＣＭＰ装置には、回転する被研磨体保持装置上に被研磨体を保持し、その上に研磨液を供給しながら、前記被研磨体の上方から研磨体を前記被研磨体に接触させ、前記研磨体を回転、かつ揺動しながら前記被研磨体の研磨を行うものがある。このようなＣＭＰ装置においては、研磨体と機械的に干渉しない位置に投受光器を設け、非研磨体の上方から照射光を照射して、その反射光を検出する方法が採用されている。

しかしながら、このようなＣＭＰ装置においては、研磨液の厚さが、研磨体の揺動位置に応じて変化し、その結果、検出される反射光の大きさが周期的に変化する。よって、研磨開始時において反射光量を測定するタイミングが、研磨液の厚い状態である場合は、検出される反射光量が少なくなるため、それを基準にして照射光の強さを調整すると、照射光量が多くなりすぎ、研磨液の厚さが薄くなったときに、検出される反射光が、測定器の測定レンジを超えてしまうことがある。逆に、研磨開始時において反射光量を測定するタイミングが、研磨液の薄い状態である場合は、検出される反射光量が多くなるため、それを基準にして照射光の強さを調整すると、照射光量が少なくなりすぎ、研磨液の厚さが厚くなったときに、検出される反射光が小さくなり、Ｓ／Ｎ比が低下してしまうことがある。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、回転する被研磨体保持装置上に被研磨体を保持し、その上に研磨液を供給しながら、前記被研磨体の上方から研磨体を前記被研磨体に接触させ、前記研磨体を回転、かつ揺動しながら前記被研磨体の研磨を行う方式のＣＭＰ装置においても、適正な光量で研磨終了点の検出を行うことが可能なＣＭＰ装置における研磨終了点検出方法を提供することを課題とする。

前記課題を解決するための第１の手段は、回転する被研磨体保持装置上に被研磨体を保持し、その上に研磨液を供給しながら、前記被研磨体の上方から研磨体を前記被研磨体に接触させ、前記研磨体を回転、かつ揺動しながら前記被研磨体の研磨を行うＣＭＰ装置において、前記被研磨体表面に照射光を照射し、反射光の特性から研磨終了点を検出する方法であって、研磨終了点検出工程の初めに、前記研磨体のｎ（ｎは１以上の整数）揺動周期分の前記反射光の強度の測定値の平均を算出し、当該平均値が所定値になるように、前記照射光の強度を調整する工程を有することを特徴とするＣＭＰ装置における研磨終了点検出方法である。

本手段においては、研磨終了点検出工程の初めに、前記研磨体のｎ（ｎは１以上の整数）揺動周期分の前記反射光の強度の測定値の平均を算出し、平均値が所定値になるように、前記照射光の強度を調整する工程を有しているので、研磨体の揺動に伴う研磨液の厚さの変動があっても、その１周期分の平均的な反射光の強度を基準にして照射光の強度を決定することができ、その結果、研磨終了判定時における測定値のオーバフローによる測定誤差の発生や、測定値が小さいことによる測定精度の悪化を少なくすることができる。

前記課題を解決するための第２の手段は、回転する被研磨体保持装置上に被研磨体を保持し、その上に研磨液を供給しながら、前記被研磨体の上方から研磨体を前記被研磨体に接触させ、前記研磨体を回転、かつ揺動しながら前記被研磨体の研磨を行うＣＭＰ装置において、前記被研磨体表面に照射光を照射し、反射光の分光特性から研磨終了点を検出する方法であって、研磨終了点検出工程の初めに、前記研磨体のｎ（ｎは１以上の整数）揺動周期分の前記反射光の測定値の分光強度の最大値の平均を算出し、当該平均値が所定値になるように、前記照射光の強度を調整する工程を有することを特徴とするＣＭＰ装置における研磨終了点検出方法である。

本手段は、前記第１の手段と同様の作用効果を奏する。

前記課題を解決するための第３の手段は、前記第２の手段であって、前記反射光の測定値の分光強度を所定波長間隔で測定し、測定された値で所定値を超えたものがある場合には、その個数に応じて、前記反射光の測定値の分光強度の最大値を決定することを特徴とするものである。

場合によっては、反射光の測定値の分光強度の最大値を算出しようとしたとき、その最大値が、測定器の有効測定範囲をオーバして、有効な測定ができないことがある。本手段においては、そのようなとき、反射光の測定値の分光強度を所定波長間隔で測定し、測定された値で所定値を超えたものがある場合には、その個数に応じて、反射光の測定値の分光強度の最大値を決定するようにしている。よって、最大値が、測定器の有効測定範囲をオーバしている場合でも、仮の最大値を得ることができ、この値を平均値の算出に使用することができる。「所定値」は、適当に決めることができるが、有効測定範囲の限界の値、又はその近傍で、有効測定範囲の限界を超えない値とすることが好ましい。

本発明によれば、回転する被研磨体保持装置上に被研磨体を保持し、その上に研磨液を供給しながら、前記被研磨体の上方から研磨体を前記被研磨体に接触させ、前記研磨体を回転、かつ揺動しながら前記被研磨体の研磨を行う方式のＣＭＰ装置においても、適正な光量で研磨終了点の検出を行うことが可能なＣＭＰ装置における研磨終了点検出方法を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態の例を、図を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態であるＣＭＰ装置における研磨終了点検出方法を使用したＣＭＰ研磨終了点検出装置の光学系の例を示す図である。

光源である白色ＬＥＤ１からの光は、レンズ２により平行光束に変換され、可変ＮＤフィルタ３、照明エリア制御スリット４を通った後、レンズ５によりビームスプリッタ６に集光される。ビームスプリッタ６を通過した光は、レンズ７により再び平行光束とされ、研磨対象物である被測定ウエハ８の表面に照射される。

被測定ウエハ８よりの反射光は、再びレンズ７を通してビームスプリッタ６に集光される。ビームスプリッタ６において、反射光は９０°方向を変えられ、レンズ９により平行光束とされる。そして、ミラー１０で反射され、レンズ１１で、０次光のみを選別する開口を有する遮光手段であるスリット１２上に集光される。そして、散乱光、回折光等のノイズ成分を除去され、レンズ１３を介して分光手段である回折格子１４に投射され、分光される。分光された光は、光電変換素子であるリニアセンサ１５に入射し、分光強度が測定される。

この光学系において、白色ＬＥＤ１の像はビームスプリッタ６に結像し、その結像位置がレンズ７の前方焦点に位置している。よって、被測定ウエハ８面は一様に、かつほぼ垂直な平行光により照明される。また、スリット１２は、被測定ウエハ８からの垂直反射光の集光位置に設けられている。よって、その開口の径を調整することにより、反射光のＮＡ、すなわちその開口を通過する光の反射角度を調整することができる。なお、ビームスプリッタ６が偏光ビームスプリッタである場合には、レンズ７と被測定ウエハ８の間にλ／４板が挿入される。

このような光学系を有する研磨終了点検出装置と、実際のＣＭＰ装置との関係を図２に示す。図２において、図１に示された構成要素と同じ構成要素には、同じ符号を付してその説明を省略する。２１は研磨対象物保持部(以下、ホルダという)、２２は研磨板、２３は研磨体、２４は研磨液供給部、２５は研磨液（スラリー）、２６は研磨終了点検出装置、２７は光検出器、２８はカバーである。光検出器２７は、図１における、ビームスプリッタ６で反射された後に光が通過する光学系をまとめて図示している。

研磨装置本体はホルダ２１、研磨板２２、研磨板２２に貼り付けられている研磨体２３、及び研磨液供給部２４から構成されている。そして、ホルダ２１には研磨対象物である被測定ウエハ８が取り付けられ、研磨液供給部２４は研磨液２５を供給する。

研磨体２３としては、発泡ポリウレタンよりなるシート状の研磨パッド、あるいは表面に溝構造を有した無発泡樹脂の研磨パッドが使用されている。ホルダ２１は適当な手段により軸Ａを中心に矢印ａの方向に回転され、研磨板２２は適当な手段により軸Ｂを中心に矢印ｂの方向に回転される。更に軸Ｂは、矢印ｃのように、軸Ａに直線的に近づいたり離れたりする揺動を行う。これらの過程で、研磨液２５と研磨体２３との作用により、被測定ウエハ８の研磨面(研磨体２３と接触している面)が研磨される。

研磨終了点検出装置２６は、被測定ウエハ８の上部に設置されている。研磨終了点検出装置２６への研磨液の飛散を防止するために、研磨終了点検出装置２６はカバー２８でほぼ覆われている。

研磨終了点検出装置２６の構成要素として、図においては白色ＬＥＤ光源１、ビームスプリッタ６、光検出器２７のみを示し、細部は図示を省略しているが、研磨終了点検出装置２６の実際の光学系は、図１に示されたものが用いられている。

本発明の第１の実施の形態においては、研磨終了点検出開始の最初の研磨体２３の揺動の１周期において、所定揺動間隔毎に被測定ウエハ８よりの反射光を測定し、その分光反射特性を求める。例えば、この所定間隔は、リニアセンサ１５の蓄積時間をａ[s]とし、研磨体２３の平均揺動速度をｖ[mm/s]とするとき、ａ×ｖ[mm]とし、往復のサンプリング点数は、研磨体２３の揺動ストロークをｄ[mm]とするとき、２ｄ／（ａ×ｖ）個とする。

そして、各サンプリング点で求まった分光反射特性のうち、スペクトルの最大値を抽出し、各サンプリング点毎のスペクトルの最大値を、研磨体２３の揺動ストローク１周期分について平均する。この平均値をＳとし、そのときの照射光の強さをＢ、前記平均値の目標値をＳ_Ｏとすると、照射光の強さが、
Ｂ×Ｓ_Ｏ／Ｓ
となるように調整する。これにより、研磨終了点検出時における、分光反射スペクトルが測定可能範囲をオーバフローしたり、小さすぎてＳ／Ｎ比が低下することを防止することができる。

以上のような方法において、照射光の強さを決定するために分光反射スペクトルをとったとき、その測定値において、スペクトルの最大値が測定有効範囲をオーバしてしまい、正確な値が求まらないことがある。本実施の形態においては、このようなとき、分光反射スペクトルを所定波長ピッチで測定し、これらの測定値のうち測定有効範囲をオーバしたものの個数と、スペクトルの最大値との関係を示すテーブルを予め作っておき、測定有効範囲をオーバしたものの個数とこのテーブルから、仮のスペクトルの最大値を求め、それを前述の平均値の算出に使用するようにしている。

このテーブルの作成方法は、例えば以下のようなものである。まず、研磨中でなく、研磨液が安定した状態で、照射光の強さを調整して、分光反射スペクトルの最大値が測定有効範囲をオーバしないようにする。そのときの、照射光の強度をＣ、スペクトルの最大値の値をＤとする。

そして、照射光の強さを強め、分光スペクトルが１つの波長で測定有効範囲をオーバフローするようにする。そのときの照射光の強さをＣ_１とすると、オーバフローの個数が１のときのテーブルの値を、Ｄ×Ｃ_１／Ｃとする。続いて、照射光の強さをさらに強め、分光スペクトルが２つの波長で測定有効範囲をオーバフローするようにする。そのときの照射光の強さをＣ_２とすると、オーバフローの個数が２のときのテーブルの値を、Ｄ×Ｃ_２／Ｃとする。このようにして、オーバフローの個数を３、４、…と増やしていき、適当なところで打ち切って表を完成させる。

以上説明した実施の形態は、研磨終了点の検出に分光反射スペクトルを使用しているものであったが、本発明は、単に反射光の強さから研磨終了点を判定しているものにも使用できる。このときは、前記第１の手段で説明したように、単に、研磨終了点検出工程の初めに、前記研磨体のｎ（ｎは１以上の整数）揺動周期分の反射光の強度の測定値の平均を算出し、平均値が所定値になるように、照射光の強度を調整するようにすればよい。

なお、実際にＣＭＰ装置における研磨終了点検出を行う方法については、例えば特許文献１に記載されているような公知の方法を適宜使用すればよいので、その説明を省略する。

本発明の実施の形態であるＣＭＰ装置における研磨終了点検出方法を使用したＣＭＰ研磨終了点検出装置の光学系の例を示す図である。図１に示すような光学系を有する研磨終了点検出装置と、実際のＣＭＰ装置との関係を示す図である。

符号の説明

１…白色ＬＥＤ、２…レンズ、３…可変ＮＤフィルタ、４…照明エリア制御スリット、５…レンズ、６…ビームスプリッタ、７…レンズ、８…被測定ウエハ、９…レンズ、１０…ミラー、１１…レンズ、１２…スリット、１３…レンズ、１４…回折格子、１５…リニアセンサ、２１…ホルダ、２２…研磨板、２３…研磨体、２４…研磨液供給部、２５…研磨液、２６…研磨終了点検出装置、２７…光検出器、２８…カバー

Claims

回転する被研磨体保持装置上に被研磨体を保持し、その上に研磨液を供給しながら、前記被研磨体の上方から研磨体を前記被研磨体に接触させ、前記研磨体を回転、かつ揺動しながら前記被研磨体の研磨を行うＣＭＰ装置において、前記被研磨体表面に照射光を照射し、反射光の特性から研磨終了点を検出する方法であって、研磨終了点検出工程の初めに、前記研磨体のｎ（ｎは１以上の整数）揺動周期分の前記反射光の強度の測定値の平均を算出し、当該平均値が所定値になるように、前記照射光の強度を調整する工程を有することを特徴とするＣＭＰ装置における研磨終了点検出方法。
回転する被研磨体保持装置上に被研磨体を保持し、その上に研磨液を供給しながら、前記被研磨体の上方から研磨体を前記被研磨体に接触させ、前記研磨体を回転、かつ揺動しながら前記被研磨体の研磨を行うＣＭＰ装置において、前記被研磨体表面に照射光を照射し、反射光の分光特性から研磨終了点を検出する方法であって、研磨終了点検出工程の初めに、前記研磨体のｎ（ｎは１以上の整数）揺動周期分の前記反射光の測定値の分光強度の最大値の平均を算出し、当該平均値が所定値になるように、前記照射光の強度を調整する工程を有することを特徴とするＣＭＰ装置における研磨終了点検出方法。
請求項２に記載のＣＭＰ装置における研磨終了点検出方法であって、前記反射光の測定値の分光強度を所定波長間隔で測定し、測定された値で所定値を超えたものがある場合には、その個数に応じて、前記反射光の測定値の分光強度の最大値を決定することを特徴とするＣＭＰ装置における研磨終了点検出方法。