JP2010284749A - Method and device for polishing substrate while using optical polishing-endpoint detecting device - Google Patents
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Description
本発明は、光学式研磨終点検知装置を用いた基板の研磨方法および研磨装置に関し、特に、金属膜のフォトコロージョンの原因特定に好適に用いることができる研磨方法および研磨装置に関する。 The present invention relates to a substrate polishing method and a polishing apparatus using an optical polishing end point detection device, and more particularly to a polishing method and a polishing apparatus that can be suitably used for specifying the cause of photocorrosion of a metal film.
半導体デバイスの製造工程では、シリコンウェハ上に種々の材料が膜状に繰り返し形成され、積層構造を形成する。この積層構造を形成するためには、最上層の表面を平坦にする技術が重要となっている。このような平坦化の一手段として、化学機械研磨(CMP)を行う研磨装置が用いられている。 In a semiconductor device manufacturing process, various materials are repeatedly formed in a film shape on a silicon wafer to form a laminated structure. In order to form this laminated structure, a technique for flattening the surface of the uppermost layer is important. As a means for such planarization, a polishing apparatus that performs chemical mechanical polishing (CMP) is used.
この種の研磨装置は、一般に、研磨パッドを支持する研磨テーブルと、基板(膜が形成されたウェハ)を保持するトップリングと、研磨液を研磨パッド上に供給する研磨液供給機構とを備えている。基板を研磨するときは、研磨液供給機構から研磨液を研磨パッド上に供給しながら、トップリングにより基板を研磨パッドに押し付け、さらにトップリングと研磨テーブルとを相対移動させることにより、基板を研磨して基板上の膜を平坦にする。 This type of polishing apparatus generally includes a polishing table that supports a polishing pad, a top ring that holds a substrate (a wafer on which a film is formed), and a polishing liquid supply mechanism that supplies the polishing liquid onto the polishing pad. ing. When polishing the substrate, the substrate is polished by pressing the substrate against the polishing pad with the top ring and moving the top ring and the polishing table relative to each other while supplying the polishing solution onto the polishing pad from the polishing liquid supply mechanism. Then, the film on the substrate is flattened.
図1は、シリコンウェハの上に形成された多層配線構造を示す断面図である。シリコンウェハの上にはゲート構造を有する酸化膜100が形成され、その上に複数層のSiCN膜101および酸化膜(例えば、SiO2)102が形成されている。酸化膜102は層間絶縁膜として機能し、SiCN膜101はエッチストッパおよび層間絶縁膜の拡散防止層として機能する。酸化膜102にはトレンチ103およびビアプラグ104が形成されている。これらトレンチ103およびビアプラグ104の表面および酸化膜102の上面にはバリア膜(例えば、TaNまたはTa)105が形成されている。さらに、バリア膜105の上には銅膜M2が形成されており、トレンチ103およびビアプラグ104は銅膜M2の一部によって満たされている。トレンチ103は配線パターンに従って形成されており、トレンチ103に充填された銅が金属配線を構成する。トレンチ103内の銅は、ビアプラグ104内の銅を介して下層の銅配線M1に電気的に接続されている。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a multilayer wiring structure formed on a silicon wafer. An
トレンチ103およびビアプラグ104以外に形成された銅膜M2は、配線間の短絡を引き起こす不要な銅膜である。この不要な銅膜は上述した研磨装置によって研磨される。銅膜M2の研磨は、図1に示すように、おおよそ2つのステップに分けられる。第1のステップは、表面に露出した銅膜M2を除去する工程である。この第1のステップでは、金属である銅膜M2のみが研磨されるため、渦電流センサを用いて研磨の進捗が監視される。第2のステップは、露出した銅膜M2が除去された後、酸化膜102とともにトレンチ103内の銅を研磨する工程である。トレンチ103内の銅の高さは配線の抵抗を決定するため、第2のステップの研磨終点を正確に検知することは重要である。
The copper film M2 formed other than the
図1から分かるように、第2のステップでは、主として酸化膜102が研磨される。したがって、第2のステップでは、光学式研磨終点検知装置を用いて研磨の進捗が監視される。この光学式研磨終点検知装置は、基板の表面に光を照射し、基板からの反射光に含まれる情報に基づいて研磨終点を判断する。光学式研磨終点検知装置は、投光部、受光部、および分光器を一般に備えている。分光器は、基板からの反射光を波長に従って分解し、波長ごとの反射強度を測定する。例えば、特許文献1に示す方法では、基板から戻ってくる反射光の強度(反射強度)にノイズ成分を除去するための所定の処理が施されて特性値が生成され、この特性値の時間的変化の特徴点(極大点または極小点)から研磨終点が検知される。
As can be seen from FIG. 1, in the second step, the
反射強度から生成される特性値は、図2に示すように、研磨時間とともに周期的に変化し、極大点と極小点が交互に現れる。これは、光同士の干渉による現象である。つまり、基板に照射された光は、媒質と膜との界面と、膜とこの膜の下地層との界面で反射し、これらの界面で反射した光が互いに干渉する。この光の干渉の仕方は、膜の厚さ(すなわち光路長)に応じて変化する。このため、基板から戻ってくる反射光の強度(すなわち反射強度)は、膜の厚さに従って周期的に変化する。上述した光学式研磨終点検知装置は、図2に示すように、研磨開始後に現れる特性値の変化の特徴点(極大点または極小点)の数をカウントし、特徴点の数が所定の数に達した時点に基づいて、研磨終点を決定する。 As shown in FIG. 2, the characteristic value generated from the reflection intensity periodically changes with the polishing time, and the maximum point and the minimum point appear alternately. This is a phenomenon caused by interference between lights. That is, the light irradiated to the substrate is reflected at the interface between the medium and the film and the interface between the film and the underlying layer of the film, and the lights reflected at these interfaces interfere with each other. The manner of interference of light varies depending on the thickness of the film (that is, the optical path length). For this reason, the intensity of the reflected light returning from the substrate (that is, the reflection intensity) periodically changes according to the thickness of the film. As shown in FIG. 2, the optical polishing end point detection apparatus described above counts the number of characteristic points (maximum points or minimum points) of the change in the characteristic value that appears after the start of polishing, and the number of feature points reaches a predetermined number. The polishing end point is determined based on the time point reached.
特性値は、波長ごとの反射強度を基にして得られる指数(スペクトラル・インデックス)である。具体的には、次の式(1)を用いて求められる。
特性値(Spectral Index)=ref(λ1)/(ref(λ1)+ref(λ2)+…
+ref(λk)) ・・・(1)
ここで、λは光の波長を表し、ref(λk)は、波長λkにおける反射強度を表す。なお、特性値の算出に使用される光の波長λの数は、好ましくは、2つまたは3つである(すなわち、k=2または3)。
The characteristic value is an index (spectral index) obtained based on the reflection intensity for each wavelength. Specifically, it is obtained using the following equation (1).
Characteristic value (Spectral Index) = ref (λ1) / (ref (λ1) + ref (λ2) +.
+ Ref (λk)) (1)
Here, λ represents the wavelength of light, and ref (λk) represents the reflection intensity at the wavelength λk. Note that the number of wavelengths λ of light used for calculating the characteristic value is preferably two or three (that is, k = 2 or 3).
式(1)から分かるように、反射強度を反射強度で割ることによって、反射強度に含まれるノイズ成分が除去された特性値を得ることができる。なお、特性値ではなく、反射強度そのものを監視してもよい。この場合も、図2のグラフと同様に、反射強度は研磨時間に従って周期的に変化するので、反射強度の変化から研磨終点を検出することができる。 As can be seen from Equation (1), by dividing the reflection intensity by the reflection intensity, a characteristic value from which the noise component included in the reflection intensity is removed can be obtained. The reflection intensity itself may be monitored instead of the characteristic value. Also in this case, as in the graph of FIG. 2, the reflection intensity periodically changes according to the polishing time, so that the polishing end point can be detected from the change in the reflection intensity.
このように、光学式研磨終点検知装置は、酸化膜などの光透過性を有する膜の研磨に好適に用いられるのであるが、光学式研磨終点検知装置を銅などの金属膜の研磨に用いた場合、フォトコロージョンを引き起こすおそれがある。このフォトコロージョンとは、物質に光を当てると光起電力が生じ、この光起電力によって物質内を電流が流れて該物質が腐食する現象である。このフォトコロージョンは、金属配線の抵抗を変化させ、製品としての半導体デバイスの欠陥につながる。このため、フォトコロージョンを防止することは、半導体デバイスの製造工程における重要な課題の一つとされている。 As described above, the optical polishing end point detection device is preferably used for polishing a light-transmitting film such as an oxide film, but the optical polishing end point detection device is used for polishing a metal film such as copper. In some cases, photocorrosion may occur. This photocorrosion is a phenomenon in which a photoelectromotive force is generated when light is applied to a material, and an electric current flows through the material by the photoelectromotive force to corrode the material. This photocorrosion changes the resistance of the metal wiring, leading to defects in the semiconductor device as a product. For this reason, preventing photocorrosion is one of the important issues in the manufacturing process of semiconductor devices.
フォトコロージョンは、液体の存在下で起こりやすいと考えられている。基板の研磨では、研磨液が使用されるため、基板の研磨中にフォトコロージョンの発生を防ぐことは重要である。一般に、フォトコロージョンは、光の照度(単位:ルクス)に依存して発生すると考えられている。しかしながら、フォトコロージョンが発生するときの詳細な条件については未だ不明な点が多く、結果としてフォトコロージョンを未然に防止することが困難となっている。 Photocorrosion is believed to occur easily in the presence of liquid. Since the polishing liquid is used for polishing the substrate, it is important to prevent the occurrence of photocorrosion during the polishing of the substrate. In general, photocorrosion is considered to occur depending on the illuminance (unit: lux) of light. However, there are still many unclear points regarding the detailed conditions when photocorrosion occurs, and as a result, it is difficult to prevent photocorrosion.
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたもので、フォトコロージョンの原因を特定するために好適に用いることができる研磨方法および研磨装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and an object thereof is to provide a polishing method and a polishing apparatus that can be suitably used to identify the cause of photocorrosion.
上述した目的を達成するために、本発明の一態様は、研磨パッド上に研磨液を供給し、前記研磨液の存在下で、基板と前記研磨パッドとを摺接させて該基板を研磨し、前記基板の研磨中に、前記基板の表面に光を照射し、前記基板からの反射光を受光し、前記反射光を波長に従って分解して、所定の波長範囲に亘って前記反射光の強度を測定し、少なくとも1つの所定の波長における前記反射光の強度に基づいて、前記基板の研磨の進捗を監視し、前記基板への前記光の照射時間と、前記所定の波長範囲内の各波長での前記反射光の強度と、前記所定の波長範囲とを含む研磨条件を、前記基板が研磨された日時に関連付けて記憶装置に記憶させることを特徴とする研磨方法である。 In order to achieve the above-described object, according to one embodiment of the present invention, a polishing liquid is supplied onto a polishing pad, and the substrate is polished by bringing the substrate and the polishing pad into sliding contact with each other in the presence of the polishing liquid. During the polishing of the substrate, the surface of the substrate is irradiated with light, the reflected light from the substrate is received, the reflected light is decomposed according to the wavelength, and the intensity of the reflected light over a predetermined wavelength range And monitoring the progress of the polishing of the substrate based on the intensity of the reflected light at at least one predetermined wavelength, the irradiation time of the light on the substrate, and each wavelength within the predetermined wavelength range A polishing method comprising: storing a polishing condition including the intensity of the reflected light and the predetermined wavelength range in a storage device in association with a date and time when the substrate is polished.
本発明の好ましい態様は、前記研磨条件は、前記研磨液の種類をさらに含むことを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記研磨条件は、前記研磨液の濃度をさらに含むことを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記研磨条件は、前記光の光源の種類をさらに含むことを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記研磨条件は、前記基板の温度をさらに含むことを特徴とする。
In a preferred aspect of the present invention, the polishing conditions further include a type of the polishing liquid.
In a preferred aspect of the present invention, the polishing conditions further include a concentration of the polishing liquid.
In a preferred aspect of the present invention, the polishing condition further includes a type of the light source.
In a preferred aspect of the present invention, the polishing condition further includes a temperature of the substrate.
本発明の好ましい態様は、前記少なくとも1つの所定の波長における前記反射光の強度の変化に基づいて、前記基板の研磨終点を決定することを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、所定の波長における前記反射光の強度に前記光の照射時間を掛けて積算照射量を求め、本発明の好ましい態様は、前記積算照射量が所定のしきい値に達したときに、警告を発することを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記光の照射時間が所定のしきい値に達したときに、警告を発することを特徴とする。
In a preferred aspect of the present invention, the polishing end point of the substrate is determined based on a change in the intensity of the reflected light at the at least one predetermined wavelength.
In a preferred aspect of the present invention, the integrated irradiation amount is obtained by multiplying the intensity of the reflected light at a predetermined wavelength by the irradiation time of the light, and in a preferable aspect of the present invention, the integrated irradiation amount reaches a predetermined threshold value. It is characterized by issuing a warning when
In a preferred aspect of the present invention, a warning is issued when the light irradiation time reaches a predetermined threshold value.
本発明の好ましい態様は、前記基板と前記研磨パッドとを摺接させながら、前記基板を揺動させることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、少なくとも1つの所定の波長における前記反射光の強度に基づいて、予告研磨終点を検知し、前記予告研磨終点が検知されたときに前記基板への前記光の照射を停止し、前記予告研磨終点の検知から所定の時間が経過したときに前記基板の研磨を終了させることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記所定の波長範囲は、可視光線、紫外線、および赤外線の波長範囲を含むことを特徴とする。
In a preferred aspect of the present invention, the substrate is swung while the substrate and the polishing pad are in sliding contact with each other.
According to a preferred aspect of the present invention, a notice polishing end point is detected based on the intensity of the reflected light at at least one predetermined wavelength, and the irradiation of the light to the substrate is stopped when the notice polishing end point is detected. The polishing of the substrate is terminated when a predetermined time has elapsed since the detection of the previous polishing end point.
In a preferred aspect of the present invention, the predetermined wavelength range includes visible light, ultraviolet, and infrared wavelength ranges.
本発明の他の態様は、研磨パッド上に研磨液を供給する研磨液供給ノズルと、前記研磨液の存在下で、基板と前記研磨パッドとを摺接させて該基板を研磨する相対移動機構と、前記基板の研磨中に、前記基板の表面に光を照射する投光部と、前記基板からの反射光を受光する受光部と、前記反射光を波長に従って分解して、所定の波長範囲に亘って前記反射光の強度を測定する分光器と、少なくとも1つの所定の波長における前記反射光の強度に基づいて、前記基板の研磨の進捗を監視する監視装置と、前記基板への前記光の照射時間と、前記所定の波長範囲内の各波長での前記反射光の強度と、前記所定の波長範囲とを、前記基板が研磨された日時に関連付けて記憶する記憶装置とを備えたことを特徴とする研磨装置である。 Another aspect of the present invention includes a polishing liquid supply nozzle that supplies a polishing liquid onto a polishing pad, and a relative movement mechanism that polishes the substrate by sliding the substrate and the polishing pad in the presence of the polishing liquid. And a light projecting unit for irradiating light on the surface of the substrate during polishing of the substrate, a light receiving unit for receiving reflected light from the substrate, and decomposing the reflected light according to a wavelength to obtain a predetermined wavelength range. A spectroscope that measures the intensity of the reflected light over a period of time, a monitoring device that monitors the progress of polishing of the substrate based on the intensity of the reflected light at at least one predetermined wavelength, and the light to the substrate A storage device for storing the irradiation time, the intensity of the reflected light at each wavelength within the predetermined wavelength range, and the predetermined wavelength range in association with the date and time when the substrate was polished. A polishing apparatus characterized by the following.
本発明によれば、研磨された基板に関連して記憶された光の照射時間、光の強度、光の波長などの研磨条件を、フォトコロージョンの原因の究明に使用することができる。さらに、フォトコロージョンの原因が一旦特定されれば、その原因とされる研磨条件を避けることにより、フォトコロージョンを防止することができる。 According to the present invention, polishing conditions such as light irradiation time, light intensity, and light wavelength stored in relation to a polished substrate can be used to investigate the cause of photocorrosion. Furthermore, once the cause of photocorrosion is identified, it is possible to prevent photocorrosion by avoiding the polishing conditions that cause it.
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図3(a)は、本実施形態に用いられる研磨終点検知方法を説明するための模式図であり、図3(b)は基板と研磨テーブルとの位置関係を示す平面図である。図3(a)に示すように、研磨対象となる基板Wは、下地層(例えば、シリコン層やSiN膜)と、その上に形成された膜(例えば、光透過性を有するSiO2などの絶縁膜)を有している。投光部11および受光部12は、基板Wの表面に対向して配置される。基板Wの研磨中は、図3(b)に示すように、研磨テーブル20および基板Wが回転し、研磨テーブル20上の研磨パッド(図示せず)と基板Wとの相対移動により基板Wの表面が研磨される。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 3A is a schematic diagram for explaining the polishing end point detection method used in the present embodiment, and FIG. 3B is a plan view showing the positional relationship between the substrate and the polishing table. As shown in FIG. 3A, a substrate W to be polished includes a base layer (for example, a silicon layer or a SiN film) and a film formed thereon (for example, light-transmitting SiO 2 or the like). Insulating film). The
投光部11は、基板Wの表面に対してほぼ垂直に光を照射し、受光部12は基板Wから戻ってくる光を受光する。投光部11および受光部12は、研磨テーブル20が一回転するたびに基板Wを横切って移動する。このとき、投光部11は、基板Wの中心部を含む複数の測定点に光を投光し、受光部12は反射光を受光する。受光部12には分光器13が接続されており、分光器13は、反射光の強度(すなわち反射強度)を波長ごとに測定する。より具体的には、分光器13は、反射光を波長に従って分解し、所定の波長範囲に亘って波長ごとの反射強度を表す分光波形(分光プロファイル)を生成する。分光器13には監視装置15が接続されており、監視装置15によって分光波形が監視されている。
The
この分光波形は、研磨テーブル20が一回転するたびに取得される。通常、基板Wの研磨中は研磨テーブル20の回転速度は一定であるので、分光波形は研磨テーブル20の回転速度によって決定される所定の時間間隔で取得される。なお、研磨テーブル20が所定回数(例えば、2回または3回)回転するたびに分光波形を取得するようにしてもよい。 This spectral waveform is acquired every time the polishing table 20 rotates once. Usually, during the polishing of the substrate W, the rotational speed of the polishing table 20 is constant, so that the spectral waveform is acquired at predetermined time intervals determined by the rotational speed of the polishing table 20. The spectral waveform may be acquired every time the polishing table 20 rotates a predetermined number of times (for example, twice or three times).
図3(a)において、膜の屈折率をn、膜に接触している媒質の屈折率をn’、下地層の屈折率をn”とする。膜の屈折率nが媒質の屈折率n’よりも大きく、下地層の屈折率n”が膜の屈折率nよりも大きい場合(n’<n<n”)は、媒質と膜との界面および膜と下地層との界面で反射する光の位相は、入射光に対してπだけずれる。基板からの反射光は、媒質と膜との界面で反射した光と、膜と下地層との界面で反射した光とが干渉した光であるので、反射光の強さは、2つの光の位相差によって変化する。したがって、膜の厚さの変化(すなわち光路長の変化)に応じて、反射強度は周期的に変化する。 In FIG. 3A, the refractive index of the film is n, the refractive index of the medium in contact with the film is n ′, and the refractive index of the underlayer is n ″. The refractive index n of the film is the refractive index n of the medium. If the refractive index n ″ of the underlayer is larger than the refractive index n of the film (n ′ <n <n ″), the light is reflected at the interface between the medium and the film and the interface between the film and the underlayer. The phase of the light is shifted by π with respect to the incident light, and the reflected light from the substrate is light that is reflected by the light reflected at the interface between the medium and the film and the light reflected at the interface between the film and the underlayer. As a result, the intensity of the reflected light changes depending on the phase difference between the two lights, so that the reflection intensity periodically changes according to the change in the thickness of the film (ie, the change in the optical path length).
図4は、研磨テーブルがN−1回転目のときに取得された分光波形と、研磨テーブルがN回転目のときに取得された分光波形を示すグラフである。図4に示すグラフにおいて、横軸は波長を表し、縦軸は反射強度を示す。図4から分かるように、分光波形は、反射光の波長に従った反射強度の分布である。研磨中に取得される分光波形は、膜厚の減少に従って変化する。図4に示すように、研磨テーブル20がN−1回転目のときに取得された分光波形と、研磨テーブル20がN回転目のときに取得された分光波形とは、全体として異なった形状を有している。これは、膜厚によって反射強度が変化していることを示している。 FIG. 4 is a graph showing a spectral waveform acquired when the polishing table is in the N-1th rotation and a spectral waveform acquired when the polishing table is in the Nth rotation. In the graph shown in FIG. 4, the horizontal axis represents the wavelength, and the vertical axis represents the reflection intensity. As can be seen from FIG. 4, the spectral waveform is a distribution of reflection intensity according to the wavelength of the reflected light. The spectral waveform acquired during polishing changes as the film thickness decreases. As shown in FIG. 4, the spectral waveform acquired when the polishing table 20 is in the N−1th rotation and the spectral waveform acquired when the polishing table 20 is in the Nth rotation have different shapes as a whole. Have. This indicates that the reflection intensity varies with the film thickness.
監視装置15は、反射強度が分光器13によって測定されるたびに、1つまたは複数の所定の波長での反射強度から上記式(1)を用いて特性値(スペクトラル・インデックス)を計算する。さらに、監視装置15は、この特性値の変化の特徴点(極大点または極小点)の数をカウントし、特徴点の数が所定の値に達した時点に基づいて、研磨終点を決定する。
Each time the reflection intensity is measured by the
図5は、研磨終点検知装置を組み込んだ研磨装置を模式的に示す断面図である。図5に示すように、研磨装置は、研磨パッド22を支持する研磨テーブル20と、基板Wを保持して研磨パッド22に押圧するトップリング24と、研磨パッド22に研磨液(スラリ)を供給する研磨液供給ノズル25とを備えている。研磨テーブル20は、その下方に配置されるモータ(図示せず)に連結されており、軸心周りに回転可能になっている。研磨パッド22は、研磨テーブル20の上面に固定されている。
FIG. 5 is a cross-sectional view schematically showing a polishing apparatus incorporating a polishing end point detection device. As shown in FIG. 5, the polishing apparatus supplies a polishing table 20 that supports the
研磨パッド22の上面22aは、基板Wを研磨する研磨面を構成している。トップリング24は、トップリングシャフト28を介してモータ及び昇降シリンダ(図示せず)に連結されている。これにより、トップリング24は昇降可能かつトップリングシャフト28周りに回転可能となっている。このトップリング24の下面には、基板Wが真空吸着等によって保持される。
The
トップリング24の下面に保持された基板Wはトップリング24によって回転させられつつ、回転している研磨テーブル20上の研磨パッド22にトップリング24によって押圧される。このとき、研磨液供給ノズル25から研磨パッド22の研磨面22aに研磨液が供給され、基板Wの表面と研磨パッド22との間に研磨液が存在した状態で基板Wの表面が研磨される。本実施形態においては、基板Wと研磨パッド22とを摺接させる相対移動機構は、研磨テーブル20およびトップリング24によって構成される。
The substrate W held on the lower surface of the
研磨テーブル20には、その上面で開口する孔30が形成されている。また、研磨パッド22には、この孔30に対応する位置に通孔31が形成されており、孔30と通孔31とは連通している。通孔31は、研磨面22aで開口しており、通孔31の径は約3〜6mmである。孔30は液体供給路33およびロータリージョイント32を介して液体供給源35に連結されている。研磨中は、液体供給源35からは、透明な液体として水(好ましくは純水)が孔30に供給され、基板Wの下面と通孔31とによって形成される空間を満たし、液体排出路34を通じて排出される。研磨液は水と共に排出され、これにより光の光路が確保される。液体供給路33には、研磨テーブル20の回転に連動して作動するバルブ(図示せず)が設けられている。このバルブは、通孔31の上に基板Wが位置しないときは水の流れを止める、または水の流量を少なくするように動作する。
The polishing table 20 is formed with a
研磨装置は、上述した方法に従って研磨終点を検出する研磨終点検知装置を有している。この研磨終点検知装置は、光を基板Wの被研磨面に照射する投光部11と、基板Wから戻ってくる光を受光する受光部としての光ファイバー12と、光ファイバー12によって受光された光を波長に従って分解し、所定の波長範囲に亘って波長ごとの反射強度を測定する分光器13と、分光器13によって得られた反射強度を用いて特性値(上記式(1)参照)を算出し、この特性値に基づいて研磨の進捗を監視する監視装置15とを備えている。
The polishing apparatus has a polishing end point detection device that detects the polishing end point according to the method described above. The polishing end point detection device includes a
投光部11は、光源40と、光源40に接続された光ファイバー41とを備えている。光ファイバー41は、光源40の光を基板Wの表面まで導く光伝送部である。光ファイバー41は、光源40から孔30を通って基板Wの被研磨面の近傍位置まで延びている。光ファイバー41および光ファイバー12の各先端は、トップリング24に保持された基板Wの中心に対向して配置され、研磨テーブル20が回転するたびに基板Wの中心を含む領域に光が照射されるようになっている。
The
光源40としては、発光ダイオード(LED)、ハロゲンランプ、キセノンフラッシュランプなどを用いることができる。光ファイバー41と光ファイバー12は互いに並列に配置されている。光ファイバー41および光ファイバー12の各先端は、基板Wの表面に対してほぼ垂直に配置されており、光ファイバー41は基板Wの表面にほぼ垂直に光を照射するようになっている。
As the
基板Wの研磨中は、投光部11から光が基板Wに照射され、受光部としての光ファイバー12によって基板Wからの反射光が受光される。光が照射される間、孔30には水が供給され、これにより、光ファイバー41および光ファイバー12の各先端と、基板Wの表面との間の空間は水で満たされる。分光器13は、波長ごとに反射光の強度を測定し、監視装置15は、上述したように、特性値に基づいて研磨終点を検知する。なお、特性値ではなく、所定の波長における反射光の強度そのものを監視してもよい。この場合も、図2のグラフと同様に、反射光の強度は研磨時間に従って周期的に変化するので、反射光の強度の変化から研磨終点を検出することができる。
During polishing of the substrate W, light is emitted from the
監視装置15は、基板への光の照射時間と、基板に照射される光の強度と、光の波長を記憶する記憶装置50を有している。基板に照射される光の強度は、基板からの反射光の強度を分光器13で測定することによって求められる。すなわち、記憶装置50には、分光器13によって波長ごとに求められた反射光の強度が記憶される。記憶装置50に記憶される光の波長は、分光器13が計測可能な波長範囲である。分光器13が計測可能な波長範囲は、例えば、400〜800nmである。この波長範囲内で測定された光の強度が、対応する波長に関連付けられて記憶される。
The
フォトコロージョンは、光の強さのみならず、光の波長にも関係する可能性がある。さらに、可視光線のみならず、紫外線および/または赤外線もフォトコロージョンの発生に影響する可能性がある。このような観点から、分光器13は、可視光線、紫外線、赤外線を含む広い波長範囲に亘ってエネルギーとしての光の強度を測定する。このような広い波長範囲に亘って光の強度を計測および記憶することにより、フォトコロージョンと波長との関係を調べることができる。
Photocorrosion can be related not only to the intensity of light but also to the wavelength of light. Furthermore, not only visible light but also ultraviolet rays and / or infrared rays may affect the occurrence of photocorrosion. From such a viewpoint, the
フォトコロージョンの発生は、基板の研磨中には判断することができない。最終製造工程の後、製品としてのデバイスが正常に動作しているかどうかを検査して初めてコロージョンの発生を判断することができる。記憶装置50には、光の照射時間、光の強度、光の波長などの研磨条件は、個々の基板の研磨が行われた日時に関連付けられて記憶される。したがって、ある基板にフォトコロージョンが起きた場合には、その基板が研磨された日時に記憶された光の照射時間、光の強度、および光の波長などの研磨条件を特定することができる。
The occurrence of photocorrosion cannot be determined during the polishing of the substrate. After the final manufacturing process, it is possible to determine the occurrence of corrosion only after inspecting whether the device as a product is operating normally. The
フォトコロージョンを未然に防ぐために、監視装置15は、所定の波長における反射光の強度に照射時間を掛けることによって積算照射量を算出し、この積算照射量が所定のしきい値に達したときに、警告を発することが好ましい。または、単に上記照射時間が所定のしきい値に達したときに、監視装置15から警告を発するようにしてもよい。
In order to prevent photo-corrosion, the
記憶装置50に記憶すべき研磨条件は、フォトコロージョンの原因となり得る要素である。例えば、研磨液として用いられるスラリの種類や濃度、基板の温度、研磨室内の環境光なども、フォトコロージョンの原因となり得る。したがって、上述した光の照射時間、強度、および光の波長に加えて、スラリの種類および濃度、基板の温度、および研磨室内の環境光の情報(照射時間、強度、波長)を記憶装置50に記憶することが好ましい。基板の温度は、研磨面の温度をサーモグラフィなどの温度センサを用いて測定するか、または、液体排出路34を通じて排出される水の温度を測定することによって間接的に測定することができる。
The polishing conditions to be stored in the
研磨室内の環境光の強度は、受光部12が基板に対向していないときに受光部12を介して分光器13により測定することができる。この場合、所定の波長における環境光の強度に照射時間を掛けることによって環境光の積算照射量を算出してもよい。さらに環境光の積算照射量と上述した光源40の光の積算照射量と加算し、加算された積算照射量が所定のしきい値に達したときに、警告を発するようにしてもよい。
The intensity of ambient light in the polishing chamber can be measured by the
図3(b)に示すように、光源40からの光は、研磨テーブル20が回転するたびに、基板Wの中心部に照射される。したがって、基板Wの中心部が最もフォトコロージョンが起こりやすい箇所である。そこで、基板Wの中心部への光の過度な照射を避けるために、基板Wの研磨中に、トップリング24を揺動させることが好ましい。図6は、トップリング24を揺動させる揺動機構を示す側面図である。図6に示すように、揺動機構は、トップリングシャフト28に連結される揺動アーム51と、揺動アーム51を支持する揺動軸52と、揺動軸52をその軸心周りに所定の角度だけ回転させる駆動機構53とを備えている。トップリングシャフト28は揺動アーム51の一端に連結され、揺動軸52は揺動アーム51の他端に連結されている。駆動機構53は、例えば、モータと減速ギアから構成される。この駆動機構53を駆動することで、揺動アーム51が揺動し、これによりトップリング24が揺動する。トップリング24の揺動方向は特に限定されないが、研磨テーブル20の径方向に揺動させることが好ましい。
As shown in FIG. 3B, the light from the
トップリング24の揺動に代えて、またはトップリング24の揺動に加えて、研磨テーブル20が複数回回転するごとに1回基板の中心部に光を照射するようにしてもよい。さらに、光源40として、定常光を発するハロゲンランプと、パルス光を発するキセノンフラッシュランプとの2種類の光源を備えて、ハロゲンランプまたはキセノンフラッシュランプを選択的に使用してもよい。
Instead of swinging the
フォトコロージョンは、一般に、金属膜の表面に起こる。したがって、研磨中にフォトコロージョンが起こったとしても、腐食した箇所は研磨パッドとの摺接により除去される。そこで、実際の研磨終点よりもやや早い所定の予告研磨終点を検知し、この予告研磨終点が検知されたときに、光源40からの光の照射を停止し、そして、予告研磨終点から所定の時間が経過した時点で基板の研磨を終了させることが好ましい。予告研磨終点は、図2に示すグラフにおいて、実際の研磨終点よりもやや早い時点に設定される。このように、光を基板に照射しないで基板をオーバーポリッシュすることにより、フォトコロージョンが発生した箇所を除去することができる。
Photocorrosion generally occurs on the surface of a metal film. Therefore, even if photocorrosion occurs during polishing, the corroded portion is removed by sliding contact with the polishing pad. Therefore, a predetermined notice polishing end point that is slightly earlier than the actual polishing end point is detected, and when the notice polishing end point is detected, irradiation of light from the
図7は、図5に示す研磨装置の他の変形例を示す断面図である。図7に示す例では、液体供給路、液体排出路、液体供給源は設けられていない。これに代えて、研磨パッド22には透明窓45が形成されている。投光部11の光ファイバー41は、この透明窓45を通じて研磨パッド22上の基板Wの表面に光を照射し、受光部としての光ファイバー12は、透明窓45を通じて基板Wからの反射光を受光する。その他の構成は、図5に示す研磨装置と同様である。
FIG. 7 is a cross-sectional view showing another modification of the polishing apparatus shown in FIG. In the example shown in FIG. 7, a liquid supply path, a liquid discharge path, and a liquid supply source are not provided. Instead, a
上述した実施形態は、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明を実施できることを目的として記載されたものである。上記実施形態の種々の変形例は、当業者であれば当然になしうることであり、本発明の技術的思想は他の実施形態にも適用しうることである。したがって、本発明は、記載された実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲によって定義される技術的思想に従った最も広い範囲とすべきである。 The embodiment described above is described for the purpose of enabling the person having ordinary knowledge in the technical field to which the present invention belongs to implement the present invention. Various modifications of the above embodiment can be naturally made by those skilled in the art, and the technical idea of the present invention can be applied to other embodiments. Therefore, the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be the widest scope according to the technical idea defined by the claims.
11 投光部
12 受光部
13 分光器
15 監視装置
20 研磨テーブル
22 研磨パッド
24 トップリング
25 研磨液供給ノズル
28 トップリングシャフト
30 孔
31 通孔
32 ロータリージョイント
33 液体供給路
34 液体排出路
35 液体供給源
40 光源
41 光ファイバー
45 透明窓
50 記憶装置
51 揺動アーム
52 揺動軸
53 駆動機構
DESCRIPTION OF
Claims (22)
前記研磨液の存在下で、基板と前記研磨パッドとを摺接させて該基板を研磨し、
前記基板の研磨中に、前記基板の表面に光を照射し、
前記基板からの反射光を受光し、
前記反射光を波長に従って分解して、所定の波長範囲に亘って前記反射光の強度を測定し、
少なくとも1つの所定の波長における前記反射光の強度に基づいて、前記基板の研磨の進捗を監視し、
前記基板への前記光の照射時間と、前記所定の波長範囲内の各波長での前記反射光の強度と、前記所定の波長範囲とを含む研磨条件を、前記基板が研磨された日時に関連付けて記憶装置に記憶させることを特徴とする研磨方法。 Supply the polishing liquid onto the polishing pad,
In the presence of the polishing liquid, the substrate and the polishing pad are brought into sliding contact with each other to polish the substrate,
During polishing of the substrate, the surface of the substrate is irradiated with light,
Receiving reflected light from the substrate;
Decomposing the reflected light according to wavelength, measuring the intensity of the reflected light over a predetermined wavelength range,
Monitoring the progress of polishing of the substrate based on the intensity of the reflected light at at least one predetermined wavelength;
The polishing condition including the irradiation time of the light to the substrate, the intensity of the reflected light at each wavelength within the predetermined wavelength range, and the predetermined wavelength range is associated with the date and time when the substrate is polished. A polishing method characterized by storing the data in a storage device.
前記積算照射量が所定のしきい値に達したときに、警告を発することを特徴とする請求項1に記載の研磨方法。 Multiplying the intensity of the reflected light at a predetermined wavelength by the irradiation time of the light to obtain an integrated dose,
The polishing method according to claim 1, wherein a warning is issued when the integrated irradiation amount reaches a predetermined threshold value.
前記予告研磨終点が検知されたときに前記基板への前記光の照射を停止し、
前記予告研磨終点の検知から所定の時間が経過したときに前記基板の研磨を終了させることを特徴とする請求項1に記載の研磨方法。 Detecting a noticeable polishing end point based on the intensity of the reflected light at at least one predetermined wavelength;
Stopping the irradiation of the light to the substrate when the preliminary polishing end point is detected,
The polishing method according to claim 1, wherein the polishing of the substrate is terminated when a predetermined time has elapsed since the detection of the preceding polishing end point.
前記研磨液の存在下で、基板と前記研磨パッドとを摺接させて該基板を研磨する相対移動機構と、
前記基板の研磨中に、前記基板の表面に光を照射する投光部と、
前記基板からの反射光を受光する受光部と、
前記反射光を波長に従って分解して、所定の波長範囲に亘って前記反射光の強度を測定する分光器と、
少なくとも1つの所定の波長における前記反射光の強度に基づいて、前記基板の研磨の進捗を監視する監視装置と、
前記基板への前記光の照射時間と、前記所定の波長範囲内の各波長での前記反射光の強度と、前記所定の波長範囲とを、前記基板が研磨された日時に関連付けて記憶する記憶装置とを備えたことを特徴とする研磨装置。 A polishing liquid supply nozzle for supplying a polishing liquid onto the polishing pad;
A relative movement mechanism for polishing the substrate by sliding the substrate and the polishing pad in the presence of the polishing liquid;
A light projecting unit for irradiating light on the surface of the substrate during polishing of the substrate;
A light receiving portion for receiving reflected light from the substrate;
A spectroscope that decomposes the reflected light according to a wavelength and measures the intensity of the reflected light over a predetermined wavelength range;
A monitoring device for monitoring the progress of polishing of the substrate based on the intensity of the reflected light at at least one predetermined wavelength;
A storage for storing the irradiation time of the light on the substrate, the intensity of the reflected light at each wavelength within the predetermined wavelength range, and the predetermined wavelength range in association with the date and time when the substrate is polished. And a polishing apparatus.
所定の波長における前記反射光の強度に前記光の照射時間を掛けて積算照射量を求め、
前記積算照射量が所定のしきい値に達したときに、警告を発することを特徴とする請求項12に記載の研磨装置。 The monitoring device
Multiplying the intensity of the reflected light at a predetermined wavelength by the irradiation time of the light to obtain an integrated dose,
The polishing apparatus according to claim 12, wherein a warning is issued when the integrated irradiation amount reaches a predetermined threshold value.
前記投光部は、前記予告研磨終点が検知されたときに前記基板への前記光の照射を停止し、
前記相対移動機構は、前記予告研磨終点の検知から所定の時間が経過したときに前記基板の研磨を終了することを特徴とする請求項12に記載の研磨装置。 The monitoring device detects an advance polishing end point based on the intensity of the reflected light at at least one predetermined wavelength;
The light projecting unit stops the irradiation of the light to the substrate when the notice polishing end point is detected,
The polishing apparatus according to claim 12, wherein the relative movement mechanism ends the polishing of the substrate when a predetermined time elapses after detection of the notice polishing end point.
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