JP2561812B2 - 研磨過程モニタ装置及びそのモニタ方法 - Google Patents

研磨過程モニタ装置及びそのモニタ方法

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JP2561812B2
JP2561812B2 JP31302194A JP31302194A JP2561812B2 JP 2561812 B2 JP2561812 B2 JP 2561812B2 JP 31302194 A JP31302194 A JP 31302194A JP 31302194 A JP31302194 A JP 31302194A JP 2561812 B2 JP2561812 B2 JP 2561812B2
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    • B24B37/005—Control means for lapping machines or devices
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B24D—TOOLS FOR GRINDING, BUFFING OR SHARPENING
    • B24D7/00—Bonded abrasive wheels, or wheels with inserted abrasive blocks, designed for acting otherwise than only by their periphery, e.g. by the front face; Bushings or mountings therefor
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    • G01—MEASURING; TESTING
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    • G01B11/02—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness
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    • G01B11/0683—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness ; e.g. of sheet material of coating measurement during deposition or removal of the layer

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体ウエハの機械化
学研磨過程における平坦化終了点（planarization endp
oint）を判定する方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＶＬＳＩ配線技術では、デバイス回路を
含む基板上に接続用金属線が形成される。これらの金属
線は個々のデバイスを電気的に相互接続するためのもの
である。接続用金属線は更に、例えば酸化物のＣＶＤに
よって形成される絶縁物質の薄膜により次の相互接続レ
ベルから絶縁される。相互接続レベルが異なる金属線を
相互接続するために、絶縁層に孔が設けられて絶縁層間
の電気的アクセスを可能にする。このような配線過程で
は、層の表面形状を滑らかにすることが望ましい。表面
が粗い場合には接続上問題が生じるからである。具体的
には、粗い表面に層を画成しパターン化するのは難し
く、この困難さは層数の増加につれて大きくなる。
【０００３】現在、半導体ウエハを薄くするための研磨
機は各種ある。一般に、研磨機（ラップ盤）は、上下に
研磨板を備え、その間にウエハが置かれる。２枚の研磨
板は相互に滑動し、研磨液（エッチング試薬を含むこと
もある）からなるスラリが研磨板の間に供給されて研削
され、研削されたウエハ粒子は洗い流される。通常、研
磨の際にはウエハ表面からある分量の物質がまとめて
（バルクで）除去されるものだが、機械化学研磨（ＣＭ
Ｐ）は、未加工のウエハそのものではなく薄膜の研磨を
いう。機械化学研磨の場合、スラリが研磨板の間に供給
されて、不要な物質膜が取り除かれ洗い流される。機械
化学研磨機は、１つの回転研磨板と、ウエハ（単数また
は複数）が装着される小径の回転ウエハ・キャリア（場
合によっては複数）等を含む。ウエハ・キャリアは研磨
板の上の静止固定位置に置かれるか、または所定経路を
前後に揺動し、その間、研磨板とウエハの両方が各々の
中心軸回りを回転する。スラリは、前記の通り、ウエハ
の研磨中に研磨板に供給される。このような過程では、
スムーズな面を得るために充分な量の物質が、下の物質
を余分に除去することなく、取り除かれることが大切で
ある。従ってエッチングの終了点（エンドポイント）を
正確に検出する技術が必要とされる。
【０００４】また、金属／絶縁物の多層薄膜構造を製造
する際に金属と絶縁物の研磨過程がますます重要にな
り、これに伴い、不要な金属や絶縁物の単層が消失すな
わち除去されたところで研磨過程を停止することが特に
重要になる。多層微細線構造すなわち、線寸法が１μｍ
以下のオーダの構造を形成する際には、極めて高い研磨
選択性すなわち金属と絶縁物の研磨速度比が必要である
が、このように高い研磨選択性は容易に得られるもので
はない。その結果、例えばトレンチ間の最後の不要な金
属の単層がいつ除去されたかを指示するために、エンド
ポイント検出が必要であり、且つ強く求められている。
研磨が過剰に行なわれると、トレンチ内の金属線が薄く
なりすぎ、薄すぎて所定の電流を供給できない「ワイ
ヤ」が形成される可能性もある。一方、金属層の研磨が
不充分であれば、電気的に分離すべき「ワイヤ」間が短
絡する可能性もある。研磨過程のエンドポイントを正確
に決定することが、プロセスの品質とスループットにと
って重要である。
【０００５】図１は、高性能ＶＬＳＩ回路１４におい
て、第１のメタライズ層１２と第２のメタライズ層（図
示なし）との間に金属のコンタクト・バイア１０（図
２）を形成する例を示す。金属のコンタクト・バイア１
０はまた、あるメタライズ層では相互接続ワイヤも表わ
す。反応性イオン・エッチングによって層間誘電層１６
にバイアが形成されると（またはワイヤ・パターンが形
成されると）メタライズ層１８が全面に付着される（図
１）。メタライズ層１８は次に、図２に示すような平坦
な金属スタッド１０（またはワイヤ）が形成されるよう
に研削される。メタライズ層１８の平坦化は、ＣＭＰに
よる研磨を行うことで成されるが、これまでこの過程に
伴ってきた困難さは、メタライズ層１８の平坦化の間
に、いつエンドポイントに達したかを正確に判定できな
いことである。
【０００６】ＣＭＰのエンドポイントを判定する１つの
方法及び装置がMicron Technology社による米国特許第
５０８１７９６号（１９９２年１月２１日発行）に示さ
れている。この特許によるエンドポイント判定は、ウエ
ハが研磨盤の端から突き出るように置かれている時の、
ウォーター・ジェットを通しての研磨盤の外側の干渉測
定にもとづくものである。この装置の欠点は、ウエハの
うちモニタされる部分を測定時には研磨盤から離してお
かなければならないことである。つまり測定のためにウ
エハの通常の軌道からはずれる必要がある。この逸脱の
ために研磨が不均一になる可能性が大きくなる。もう１
つの欠点は、精査対象のウエハ面が、測定のために研磨
盤から離されるウエハの面積よりもかなり小さいことで
ある。これは特にウエハ中央を精査する際に顕著であ
る。これは研磨機の使用率を甚だしく低下させるもの
で、有効な研磨速度も低下し、結果的にプロセス・コス
トが増加する。この装置は、キャリアと研磨盤の速度に
依存する悪影響を受け、またプロセスの連続モニタリン
グすなわち、中央から端部までの研磨偏差等の空間選択
的な測定に容易には対応しない。
【０００７】上述のＣＭＰの特性に加えて、ウエハの研
磨時には、パッドとウエハのキャリアの状態変化の結
果、研磨除去の均一性も変化し得る。従って研磨除去の
均一性の異常やその異常を招く変化を検出することが、
すなわち研磨除去の不均一性をその場で検出しモニタす
る方法及び装置が強く求められる。
【０００８】このように、半導体製造技術では、機械化
学平坦化過程の研磨特性を正確かつ効率的に検出し、モ
ニタする方法及び装置に対する需要が未だに解決されず
残されており、その場で、リアルタイムで測定する方法
及び装置が強く求められている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、ＣＭ
Ｐ研磨過程をその場でリアルタイムにモニタし、エンド
ポイントを検出する方法及び装置を提供することであ
る。
【００１０】本発明の他の目的は、研磨盤の広範囲な速
度に対応できる、ＣＭＰ研磨過程をモニタし、エンドポ
イントを検出する方法及び装置を提供することである。
【００１１】本発明の他の目的は、研磨除去の不均一性
をその場で検出する方法及び装置を提供することであ
る。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、研磨機
によるワークピースの研磨時に、その機械化学研磨過程
をその場でモニタする装置は、回転可能な研磨盤に研磨
スラリが供給され、研磨盤内に組込まれたウィンドウを
備えるもので、研磨時にウィンドウがビューイング・パ
スを横切り、また研磨時にビューイング・パスに沿った
検出領域を横切った際に、研磨盤の下側からワークピー
スの研磨面をその場で検査することができる。研磨盤の
下側のウィンドウには反射測定手段が接続されて反射が
測定され、反射測定手段は、その場の反射率を表わす反
射信号を出力する。その場の反射率の所定の変化は、研
磨過程の所定の条件に対応するものである。
【００１３】
【実施例】本発明は、機械化学研磨装置またはラップ盤
に関して開示する。機械化学研磨装置については周知の
通りなので、以下の説明は特に、本発明の一部をなす
か、本発明に直接的に関わる機械化学研磨装置の要素に
向ける。ただし、具体的に図示或いは説明していない他
の要素は、当業者には知られているように、様々な形式
を取り得ることを理解されたい。
【００１４】図３は、後に金属線、コンタクト／バイア
・スタッド、パッド等を形成するために、パターン化さ
れた誘電層５４を有する半導体ウエハすなわちワークピ
ース５２の機械化学研磨を行なう装置５０である。アル
ミニウム等からなるコンフォーマル金属層５６は半導体
ウエハ５２のパターン化された誘電層５４を覆ってい
る。半導体ウエハ５２は予め処理されたものでもよく、
従ってインタリーブされた回路の層を含んでいてもよ
い。簡単のためこうした他の構造（feature）は図３に
は示していない。
【００１５】装置５０は、R．Howard Strasbaugh社（カ
リフォルニア州ハンティントン・ビーチ）の単一ウエハ
研磨機、Strasbaugh 6CA等、一般に入手できる機械化学
研磨装置から構成することができる。装置５０は、ウエ
ハ５２を固定するための手段を備えたウエハ・ホルダ
（またはキャリア）６０を含む。図に示す通り、ウエハ
５２は、ウエハ・ホルダ６０と研磨盤６２の間に置かれ
る。ウエハ・ホルダ６０は適当な手段により、研磨盤６
２の上に装着されて、矢印１０４の方向に軸Ａ1を中心
に回転する。ウエハ・ホルダ６０は更に適当な制御手段
（図示なし）により、起動／停止信号に従って研磨位置
と非研磨位置の間に適宜に位置付けることができる。研
磨位置では、ウエハ・ホルダ６０は研磨面５８が研磨パ
ッド６６と研磨接触するように、またウエハ・ホルダ６
０が研磨パッド６６に対して適当な圧力Ｐを加えるよう
に位置付けられる。非研磨位置では、ウエハ・ホルダ６
０は、研磨面５８が研磨パッド６６から引き離されるこ
とによって、研磨面５８の研磨が実質的に終了するよう
に位置付けられる。
【００１６】研磨盤６２はプラテン６４と研磨パッド６
６を含む。研磨パッド６６にはせん孔（perforations）
６８を形成できる。研磨パッド６６は、詳しくは後述す
るがRodel社（デラウェア州ニューアード）のもの等、
一般に入手でき、厚みが５０ミル（１．２７ｍｍ）のオ
ーダの研磨パッドから形成することができる。研磨盤６
２は、スピンドル６３と、対応する電気制御モータ（図
示なし）を介して、矢印１０６の方向に軸Ａ2を中心に
回転する。研磨スラリ６１は適当な供給手段（図示な
し）によって供給される。
【００１７】図３は、本発明に従って、研磨装置５０の
ワークピース５２を研磨する際に、研磨過程をその場で
リアルタイムにモニタするための装置７０を示してい
る。装置７０は、研磨盤６２内の所定位置に取り付けら
れたビュー・ウィンドウ７２を含む。ビュー・ウィンド
ウ７２は研磨動作時すなわち研磨盤６２の回転時にビュ
ーイング・パスを横切り、また半導体ウエハ５２の研磨
面５８をその研磨時にその場で確認できるようにする。
ビュー・ウィンドウ７２により、研磨動作時にビュー・
ウィンドウ７２が半導体ウエハ５２の下を通過した時に
研磨面５８を研磨盤６２の下側６９から確認することが
できる。具体的には、ビュー・ウィンドウ７２により、
ビューイング・パスに沿った検出領域をビュー・ウィン
ドウ７２が通過する間に、研磨面５８をその場で確認す
ることができる（詳しくは後述）。図には１つのビュー
・ウィンドウ７２しか示していないが、複数のウィンド
ウを使用することもできる。
【００１８】再び図３を参照する。研磨過程をその場で
リアルタイムにモニタする本発明の装置７０は更に反射
測定手段７４を備える。反射測定手段７４は研磨盤６２
の下側に接続される。具体的には、ウィンドウ７２が検
出領域を通過する際に、ウエハ５２の研磨面５８の反射
を測定するように、反射測定手段７４はウィンドウ７２
に光学的に接続される（詳しくは後述）。反射測定手段
７４は更に、その場の反射率を表わす反射信号Ｒを供給
する。その場の反射率の所定の変化は、例えば研磨エン
ドポイント等の、研磨過程の所定の条件に対応するもの
である。
【００１９】これに関して、ビュー・ウィンドウ７２は
研磨盤６２内に取り付けられ、特に、ビュー・ウィンド
ウ７２の上面が研磨盤６２のプラテン６４の上面とほぼ
同一平面になるように取り付けられる。または、ビュー
・ウィンドウ７２は、研磨盤６２の上面の下にわずかに
埋込んでもよい。ウィンドウの回り及びその下側へのス
ラリの漏れを防ぎ、構成要素の汚染を回避するためにＯ
リング・ガスケット等の適当なシールを使用してもよい
（後述）。ビュー・ウィンドウ７２は、クォーツ、溶融
シリカ、サファイア（酸化アルミニウム）、ダイヤモン
ド等の透明な物質からなり、更に下面や上面に反射防止
（ＡＲ）膜を有する。ビュー・ウィンドウ７２の外形寸
法は、５ｍｍ乃至１０ｍｍのオーダで、研磨時に機械的
な悪影響に耐えるのに充分な硬度と厚みを有する。ウィ
ンドウ構成として考えられるのは、１）下面にフッ化マ
グネシウム（ＭｇＦ2）のＡＲコーティングを施した溶
融シリカのウィンドウ、２）上面にダイヤモンド状炭素
（ＤＬＣ）を（ウィンドウとスラリの界面で耐研磨ＡＲ
膜になる）、下面（ウィンドウと空気の界面）に二酸化
シリコン（ＳｉＯ2）のＡＲコーティングをそれぞれ施
したダイヤモンドのウィンドウ等がある。
【００２０】研磨パッド６６には、ビュー・ウィンドウ
７２の位置に対応した位置にビューイング・アパーチャ
７３が設けられる。アパーチャの特徴は、図３に示すよ
うに、テーパー付き側壁にあり、アパーチャの上表面の
直径はパッドとウィンドウの界面に近接したアパーチャ
の下表面より大きくなっている。研磨パッド６６にビュ
ーイング・アパーチャ７３を形成する方法は、鋭いナイ
フ等の適当な器具で、或いは研磨パッド６６の形成時
に、パッドを精密に切削する等がある。アパーチャの下
表面の周囲寸法は、対応するウィンドウ寸法より大きい
か、同程度のオーダである。このようなテーパー付き側
壁は、ビュー・ウィンドウ７２の周囲にデブリ（debri
s）が集まる可能性を最小限にする。デブリは、ウエハ
５２の表面５８の研磨時に除去された物質膜によって生
じる。
【００２１】反射測定手段７４は光源７６を含み、好適
な実施例では、光源７６は入射光ビーム７７を所定の入
射角で、入射光ビーム・パスに沿ってビュー・ウィンド
ウ７２の下側に送り、ビュー・ウィンドウ７２を通過さ
せる。入射光ビーム検出器７８は、光源７６から送られ
る入射光の量を検出し、光源７６から送られた入射光の
量を表わす第１光信号を与える。反射光ビーム検出器８
０は、ビュー・ウィンドウ７２を通して反射した光８１
の量を、例えば検出領域内にあるビュー・ウィンドウ７
２上の半導体ウエハ５２の表面５８から反射した時に検
出する。反射光ビーム検出器８０は更に、ビュー・ウィ
ンドウ７２を通して反射した光の量を表わす第２光信号
を与える。図には非垂直な入射角を示しているが、必要
に応じて入射光ビームと反射光ビームを方向づける適当
なビーム・スプリッタ（図示なし）で垂直な入射角を用
いることも可能である。
【００２２】制御手段８２は、必要に応じて入射光ビー
ム７７を供給するために、信号線８４を介して付勢信号
を光源７６に送る。制御手段８２は、例えば周知のプロ
グラマブル・コンピュータやコントローラ及び適当なイ
ンタフェース回路からなり、上記のような所望の機能
（詳しくは後述）を提供する。制御手段８２と光源７６
の電気接続は、例えば適当なスリップ・リング８５等を
含む適当な電源ケーブルや接続を通して得られ、研磨盤
６２の回転シャフト・スピンドル６３を通しての電気接
続の配線が可能である。
【００２３】制御手段８２は更に、入射光ビーム検出器
７８と反射光ビーム検出器８０によって得られる第１及
び第２の光信号に応答して、それらから反射測定値を与
える。すなわち、制御手段８２は、適当なアナログ／デ
ジタル・コンバータ回路を備えており、第１及び第２の
光信号をデジタル信号に変換する。制御手段８２は更
に、適当なプログラミングにより、デジタル信号を利用
して反射光強度（Ｉ）を入射光強度（Ｉo）で除して反
射測定値Ｒ（すなわちＲ＝Ｉ／Ｉo）を得る。第１及び
第２の光信号は、それぞれ信号線８６、８８を通して制
御手段８２に送られる。信号線８６、８８は、例えば、
それぞれ適当なスリップ・リング８７、８９等を含む適
当な信号ケーブルと接続からなり、研磨盤６２の回転シ
ャフト・スピンドル６３を通しての電気接続の配線が可
能である。
【００２４】光源７６は、白色光または多色の光源、レ
ーザ、ＨｅＮｅレーザ、平行ダイオード・レーザ等、適
当な光源からなる。光源７６は対応する入射光ビーム・
パスに沿って充分に平行化された入射光ビーム７７を供
給する。通常、ウエハ表面のビームは、直径が１ｍｍの
オーダのビームであるが、所望の空間解像度に応じてこ
れより大きい或いは小さいビームも使用できる。大きい
ビームを使用すれば、チップのパターン・ファクタ変化
による変動が小さくなる。特定のビーム・サイズは周知
の方法により得られる。色合いが強いスラリの場合に
は、スラリによる吸収が最小になるように光源の波長を
選択する必要がある。例えば６３３ｎｍのＨｅＮｅレー
ザ・ビームは、１ｍｍ厚のシリカ・ベースのスラリ層を
往復すると約４０％減衰することがわかっている。研磨
時の実際のスラリ厚は、研磨されるウエハとビュー・ウ
ィンドウ７２との間で、１ｍｍよりかなり小さい。
【００２５】入射光ビーム検出器７８はビーム・スプリ
ッタ９０と光検出器９２から構成することができる。ビ
ーム・スプリッタ９０は、入射光ビーム７７のパス内に
配置されて、入射光ビームを一部は反射し、一部は透過
させる。ビーム・スプリッタ９０は、具体的には入射光
ビームのごく一部（例えば１０％のオーダ）を光検出器
（光ダイオード）９２に向けて反射し、入射光パスに沿
って入射光ビームの大半（例えば９０％のオーダ）をビ
ュー・ウィンドウ７２の下側に透過させる適当なビーム
・スプリッタからなる。光検出器９２に向けて一部反射
した光の部分は第１信号に変換される。第１信号は入射
光の量に比例する。光検出器９２は、光源７６から供給
される光を検出するための、光ダイオード等の適当な検
出器であればよい。
【００２６】図３に示すように、光源７６、入射光ビー
ム検出器７８、及び反射光ビーム検出器８０は物理的
に、研磨盤６２の下側の適当な保護カバー９３内に設置
される。保護カバー９３は、光源と光検出器の不要な汚
染を防ぐ。保護カバー９３の内表面は、光沢のない黒の
塗料等、非反射コーティングで被覆することでカバー内
の光散乱の影響を小さくすることができる。
【００２７】制御手段８２のトリガ入力９４TRIGは位置
検出器９６に電気的に接続される。位置検出器９６は、
ウエハ・ホルダ６０、従って研磨される半導体ウエハ５
２とビュー・ウィンドウ７２の既定の位置関係を示す信
号を供給するための適当な手段を有する（詳しくは検出
領域に関して後述）。トリガ入力９４TRIGによって受信
されたトリガ信号は、制御手段８２に反射率信号Ｒを生
成するように、それぞれ信号線８６、８８の第１及び第
２の光信号に応答して所定の動作を行なうよう指示す
る。このようにして生成された反射信号は信号線９８に
出力される。上記のトリガ入力９４TRIGは一例にすぎ
ず、他のトリガ手段の使用を妨げるものではない。例え
ば制御手段８２は、ウエハとウィンドウのオーバラップ
がウィンドウだけの場合よりも大きい突発的な反射の変
化によって検出されることにより、自己トリガ型とする
こともできる。
【００２８】制御手段８２は上記の通り入射光信号と反
射光信号を受取り、図５に示したようなリアルタイム・
グラフのように認識可能な形式に変換され、これがＣＭ
Ｐ装置のオペレータによって、或いは自動制御のために
用いられる（後述）。例えば制御手段８２には、ＣＭＰ
装置５０によるウエハ５２の研磨中に研磨エンドポイン
ト等の所望の研磨過程の条件のデータをリアルタイムに
表示する手段を加えることができる。エンドポイントの
データは、好適には、特定のウエハについて、研磨時の
反射率の、研磨動作の始まりの反射に対応する初期反射
率に対する所定の変化によって判定される。所定の反射
率変化は、研磨されている物質のタイプ及び対応する下
のパターン化された物質に応じた反射率変化に対応す
る。
【００２９】図４は、上記の検出領域１００を示す平面
図である。検出領域１００は、図３のウエハ・ホルダ
（またはキャリア）６０と図３のビュー・ウィンドウ７
２の位置関係によって決められる領域である。つまり、
それは、ビュー・ウィンドウ７２が、１０７B、１０７C
に示すように研磨時にウエハ・ホルダ６０の下に位置す
るところである。位置検出器９６は、ビュー・ウィンド
ウ７２が研磨盤６２の回転時に所定のビューイング・パ
ス１０５を横切る際にビュー・ウィンドウ７２がいつ検
出領域１００内、すなわち１０７Bから１０７Cの間にあ
るかを検出し指示するために用いられる。また位置検出
器９６は、検出領域１００の例えば所望の部分（ウィン
ドウ）１０２を検出することができる。位置検出器９６
は、好適には所望の位置情報を検知するのに適したデバ
イスからなる。例えば位置情報には、研磨盤６２の外端
部についてコード化された情報等がある。言い換える
と、位置検出器９６は、研磨盤６２についてコード化さ
れている位置情報により、ビュー・ウィンドウ７２が検
出領域１００内、或いは部分（ウィンドウ）１０２等の
ように検出領域１００内の所望の位置（複数でもよい）
にある時にトリガ信号を出力することができる。位置の
コード化については周知の通りであり、ここでは詳述し
ない。また位置検出器９６は、位置検知スイッチ及び時
間遅延により構成することができる。前者の場合は、ビ
ュー・ウィンドウ７２が所定ビューイング・パス１０５
すなわちその通過経路に沿った所定位置に達した時に、
出力信号が所定時間の間、生成される。後者の場合、所
定時間は、研磨盤６２の回転速度の関数としてのビュー
・ウィンドウ７２のそのビューイング・パスすなわち通
過経路に沿った通過量に対応することになる。
【００３０】ここで、研磨過程をその場でリアルタイム
にモニタする本発明の装置７０（図３）の動作について
以下の例をもとに説明する。
【００３１】フィーチャ・サイズが１μｍのオーダの金
属線、コンタクト／バイア・スタッド、またはパッド等
を形成するためにパターン化された誘電層５４と、上部
に５０００ 厚のコンフォーマル・アルミニウム層を持
つ５インチのシリコン・ウエハからなる半導体ウエハ５
２が、ウエハ・ホルダ６０に装着され、次に研磨盤６２
の上に置かれる。次に適当なスラリからなる研磨スラリ
６１が供給される。
【００３２】次に、ウエハ・ホルダ６０と研磨盤６２が
矢印１０４、１０６の方向にそれぞれ回転する。ウエハ
・ホルダ６０はそこで研磨位置に位置し、これにより研
磨面５８が研磨パッド６６と研磨接触する。ウエハ・ホ
ルダ６０と研磨盤６２の通常の速度は毎分５０回転（ｒ
ｐｍ）のオーダである。
【００３３】研磨盤６２が回転する時、ビュー・ウィン
ドウ７２は図４に示すように円形のパス１０５を横切
る。ビュー・ウィンドウ７２がパス１０５に沿って移動
する際のビュー・ウィンドウ７２の３つの位置を、図４
に１０７A、１０７B、１０７Cとして示してある。ビュ
ー・ウィンドウ７２は位置１０７B、１０７Cでそれぞれ
検出領域１００に入り領域１００を抜ける。検出領域内
にある間は、研磨面５８をその場で確認でき、研磨面５
８の反射を制御手段８２によってその場で測定すること
ができる。測定値はパルスの形式であり、パルス幅はビ
ュー・ウィンドウ７２上を半導体ウエハ５２が回転する
のにかかる時間に依存する。すなわち検出領域１００を
時間によって確認することができる。５インチ・ウエハ
が軸Ａ2から半径６．５インチ（約１６．５ｃｍ）の位
置にあり、研磨盤の回転速度が６０ｒｐｍである場合、
この時間は約１００ミリ秒（ｍｓｅｃ）に相当する。こ
の時間は、ウエハ・サイズが大きくなり、研磨盤の速度
が低下すれば長くなる。パルス振幅は、どの時点におい
ても反射率に対応する。すなわち、その時点で照射され
ているウエハ面からの反射の強度を、その時点の入力強
度で除した値である。このその場の反射測定値パルス
は、信号線８６、８８でそれぞれ入射光信号と反射光信
号がリアルタイムに取り込まれることに応じて、制御手
段８２によってリアルタイムに生成される。制御手段８
２は、トリガ入力９８TRIGでのトリガ信号の受信の間に
出力信号線９８に反射測定値Ｒを送る。上記のように、
位置検出器９６は半導体ウエハ５２が検出領域１００に
ある時にトリガ信号を与える。位置検出器９６は、検出
領域１００全体または検出領域１００の部分（ウィンド
ウ）１０２についてトリガ信号を与えるように制御する
ことができる。
【００３４】トリガの位置及び時間のウィンドウ１０２
は、ビュー・ウィンドウ７２が検出領域１００に入りそ
の領域から出る際に、研磨盤が回転する毎に所望の時間
の間の反射測定値が得られるように選択することができ
る。反射測定値信号は更に、モニタ及び処理のために制
御手段８２によって分析される。この際、半導体ウエハ
５２が研磨されている時に、コンフォーマル金属層５６
の不要なバルク部分の有無に対応した反射率データが収
集される。制御手段２８は更に、図３に示すように、研
磨過程制御信号ＣＮＴＬを必要に応じて信号線９９に送
る。コンフォーマル金属層５６のバルク部の最後の単層
を除去することができた時、手動か、制御手段２８によ
って送られる制御出力信号ＣＮＴＬによってＣＭＰ装置
の電源が切られ、研磨が停止する。すなわちウエハ・ホ
ルダ６０は、研磨面５８が研磨パッド６６との研磨接触
から離れるように非研磨位置に位置づけられる。
【００３５】図５は、累積反射信号出力と、研磨エンド
ポイントに対応する時間の図である。このようなグラフ
は、Microsoft社（ワシントン州レドモンド）のＱＢＡ
ＳＩＣ等、一般に入手できるソフトウェアを使った制御
手段８２の適当な周知のプログラミングを用いて、制御
手段８２によって作成することができる。図５は、２つ
のウエハ位置について、時間の関数としての反射率のシ
ミュレーションを示している。最初の位置（破線）で
は、パターン化されていない未加工シリコン上にＡｌが
被着される、第２位置（実線）では、線幅と間隔とが等
しいシリコン・トレンチの列にＡｌ膜が被着される。両
位置の初期反射率は約９０％で、これは全面被覆Ａｌ面
に対応する。研磨エンドポイントの反射率は、位置１で
約３５％（未加工シリコンの反射率）であり、位置２で
約６５％（ＡｌとＳｉの反射率の面積加重平均に近い）
である。スラリやウエハに他の誘電層があれば、ウエハ
と空気の界面について計算されたこれらの値はいくらか
異なったものになる。図５のデータ点のプロットは、３
回転について平均をとった（すなわち移動平均）データ
点であり、それによって信号対ノイズ比が向上してい
る。制御手段８２によって行なわれるこの平均化の処理
によって、データのノイズ成分がかなりの程度まで合理
的に平滑化される。
【００３６】図６及び図７に、デジタル・オシロスコー
プ等でモニタした時の反射率対時間がシミュレートされ
た出力信号を示す。図６はコンフォーマル金属層５６が
均一に除去されていることを表わしている。図７は、コ
ンフォーマル金属層５６が不均一に除去されていること
を表わしている。すなわちこれは、コンフォーマル金属
層５６がウエハの中央部分から取り除かれる前にウエハ
の端部から取り除かれた場合に相当する。研磨エンドポ
イントや研磨の不均一性の条件等、装置７０によって研
磨過程の条件を判定するために用いられるパラメータ
は、研磨のどのレベルについても校正でき、或いは研磨
される物質のタイプと下層のパターン・ファクタに対応
する既定値を使用することもできる。この校正が行なわ
れると所定の反射率変化は、所定のＶＬＳＩ構造につい
ての研磨エンドポイントまたは研磨の不均一性の条件に
対応することになる。
【００３７】再び図６、図７を参照して、研磨除去をそ
の場でモニタする本発明の態様について更に説明する。
図は、それぞれパルス１２０、１２２を含む典型的な反
射率出力信号を示している。反射率パルス１２０、１２
２は、半導体ウエハ５２の下のビュー・ウィンドウ７２
の数回の通過について、制御手段８２によって取り込ま
れ、また生成された反射率信号パルスである。反射率パ
ルス１２０、１２２はそれぞれ、研磨盤６２の回転周期
に対応したパルス間の時間距離Ｔだけ分離している。各
パルスは５つの異なる領域について分析することができ
る。領域Ａは測定前信号領域、領域Ｂは立ち上がり信号
領域、領域Ｃは定常状態信号領域、領域Ｄは立ち下がり
領域、そして領域Ｅは測定後信号領域である。
【００３８】領域Ａ、Ｅにそれぞれ含まれる測定前後の
信号の大きさは時間に依存せず、従って研磨されている
ウエハの膜についての情報を含まない。ビュー・ウィン
ドウ７２がビューイング・パス１０５に沿って移動して
ウエハ・ホルダ６０の真下に来た時には、ウエハとウィ
ンドウの間にあるのはスラリの非常に薄い層だけであ
る。図６、図７に示すように、領域Ｂ、Ｄは、それぞれ
図４の領域１０７B、１０７Cにあるウィンドウに対応す
る。領域Ｃはビューイング・パス１０５に沿った半導体
ウエハ５２の中央領域の下にあるビュー・ウィンドウ７
２に対応する。
【００３９】先端、中央及び後端の反射測定値は、制御
手段８２によって所定の方法で分析することで、研磨さ
れた面５８の先端、中央及び後端の部分の研磨をリアル
タイムにモニタすることができる。研磨の均一性の指標
は容易に検出できる。例えばウエハの先端と中央の反射
率を連続的に測定した結果の偏差から知ることができ
る。また他の反射測定値の比較も同様に行なえる。
【００４０】図７の領域Ｂ、Ｃ、Ｄに関して、その異な
る部分は、半導体ウエハ５２上の異なる位置からの反射
率データに対応する。すなわち反射率信号の大きさは、
半導体ウエハ５２上のコンフォーマル金属層５６の不要
なバルク部の有無を示す。従ってパルス１２０または他
の任意の後続するパルスを検査することによって、研磨
除去の均一性についての情報をその場で得ることができ
る。特に、領域Ｂ、Ｃ、Ｄにわたるパルスの反射振幅
は、制御手段８２によって分析することで、ある特定の
パルスについての所定量を超える重要な信号の変化率が
検出される。すなわち大きさの変化率が、研磨物質から
の物質の除去の不均一性に対応する所定量を超える場合
には、制御手段８２がその後、信号線９９の制御信号Ｃ
ＮＴＲＬ等を通して、このような研磨除去の不均一性の
指標を出力することができ、これに応じて研磨過程を調
整することができる。研磨ツールのパラメータは、手動
自動いずれでも、検出された不均一性を補償するように
調整することができる。図７に示す通り、信号出力は、
不要な金属がＣに対応する領域ではウエハ上に残ってお
り、Ｂ、Ｄに対応するウエハの領域から研磨除去された
不均一な研磨の条件を表わす。これは、ウエハ端部での
除去率がウエハ中央での除去率より高い場合の一例であ
る。その場での不均一性の許容点すなわち、過大に不均
一な研磨により研磨条件が調整されるか終了する点につ
いて、ある研磨条件に適した基準を適宜に設定すること
ができる。
【００４１】別の実施例では、図８に示す通り、研磨過
程をその場でモニタする装置１７０は、好適な実施例と
ほぼ同じであるが、次のような違いがある。光ファイバ
及び関連する光学的接続手段からなる光ガイド１７２
が、光源７６からの入射光７７を導くために用いられ
る。装置１７０の動作は好適な実施例とほぼ同じであ
る。
【００４２】本発明について特に好適な実施例をもとに
説明したが、当業者には明らかなように、形式や詳細に
ついては、本発明の主旨と範囲から逸脱することなく様
々な変更を加えることができる。例えば、光源から一定
強度の校正された光が伝達される場合には、入射光検出
器はそのまま、光源によって出力される入射光の量を表
わす信号に置き換えることもできる。
【００４３】まとめとして、本発明の構成に関して以下
の事項を開示する。
【００４４】（１）研磨スラリが供給された回転可能な
研磨盤を有する研磨機でワークピースを研磨する際に、
その機械化学研磨過程をその場でモニタする装置であっ
て、 ａ）上記研磨盤内に組込まれ、研磨時にビューイング・
パスを横切り、且つ上記ビューイング・パスに沿った検
出領域を横切る際に、上記研磨盤の下側から上記ワーク
ピースの研磨面を研磨時にその場で確認することのでき
るウィンドウと、 ｂ）上記研磨盤の下側の上記ウィンドウに結合され、反
射率を測定し、その場の反射率を表わす反射率信号を供
給する手段と、を含み、上記その場の反射率の所定の変
化が、上記研磨過程の所定の条件に対応する、研磨過程
モニタ装置。 （２）ｃ）反射率信号に応答して、上記その場の反射率
の所定の変化をリアルタイムに検出し、上記その場の反
射率の所定の変化の検出を示す出力信号を供給する検出
手段、を更に含む、上記（１）記載の研磨過程モニタ装
置。 （３）上記検出手段が、上記出力信号に応答して上記研
磨過程を制御する手段を更に含む、上記（２）記載の研
磨過程モニタ装置。 （４）上記ウィンドウが、上記ウィンドウの上面が上記
研磨盤の上面とほぼ同一平面であるように、上記研磨盤
内に組込まれることを特徴とする、上記（１）乃至
（３）のいずれか１つに記載の研磨過程モニタ装置。 （５）上記反射率測定手段が、ｉ）上記ウィンドウの下
側から入射して上記ウィンドウ内を所定の入射角で通過
する入射光ビームを供給する光源と、ｉｉ）上記光源に
よって供給された入射光の量を検出し、入射光の量を表
わす第１信号を供給する第１検出器と、ｉｉｉ）上記ウ
ィンドウを通って反射してきた光の量を検出し、反射光
の量を表わす第２信号を供給する第２検出器と、及びｉ
ｖ）上記第１及び第２の信号にそれぞれ応答して、反射
光と入射光の比に対応する反射率信号を供給する手段
と、を含む、上記（１）乃至（３）のいずれか１つに記
載の研磨過程モニタ装置。 （６）ｉ）上記光源が、入射光ビーム・パスに沿って上
記ウィンドウの下側に入射する、充分に平行化された入
射光ビームを供給するレーザを含み、 ｉｉ）上記第１検出器が、ビーム・スプリッタと光ダイ
オードを含み、上記ビーム・スプリッタは入射光ビーム
のパス内に配置されて、光ビームの一部を上記光ダイオ
ードの方向に反射させ、上記光ビームの他の部分を上記
入射光ビーム・パスに沿って上記ウィンドウの下側に透
過させ、 ｉｉｉ）上記第２検出器が光ダイオードを含むことを特
徴とする、上記（５）記載の研磨過程モニタ装置。 （７）上記レーザが、回転する上記研磨盤から離隔して
配置され、上記光源が更に上記入射光ビーム・パスに沿
って上記ウィンドウの下側から入射するよう上記入射光
ビームを案内して方向づける光学手段、を含む、上記
（６）記載の研磨過程モニタ装置。 （８）上記検出手段が、上記その場の反射率の所定の変
化に対応する研磨エンドポイントを検出し、更に上記検
出手段が、上記研磨エンドポイントの検出に応答して上
記研磨過程を制御し、上記ワークピースの研磨を終了さ
せることを特徴とする、上記（３）記載の研磨過程モニ
タ装置。 （９）上記検出手段が、上記その場の反射率の所定の変
化に対応する研磨の不均一性を検出し、更に上記検出手
段が、上記研磨の不均一性の検出に応答して上記研磨過
程を制御し、上記ワークピースの研磨を補償し、或いは
終了させることを特徴とする、上記（３）記載の研磨過
程モニタ装置。 （１０）研磨スラリが供給された回転可能な研磨盤を有
する研磨機でワークピースを研磨する際に、その機械化
学研磨過程をその場でモニタする方法であって、 ａ）上記研磨盤内に組込まれたウィンドウが、研磨時に
ビューイング・パスを横切り、且つ上記ビューイング・
パスに沿った検出領域を横切る際に、上記研磨盤の下側
から上記加工物の研磨面を研磨時にその場で確認するス
テップと、 ｂ）上記研磨盤の下側の上記ウィンドウに結合された反
射率測定手段によって、反射率を測定し、その場の反射
率を表わす反射率信号を供給するステップと、を含み、
上記その場の反射率の所定の変化が、上記研磨過程の所
定の条件に対応する、モニタ方法。 （１１）ｃ）検出手段が反射率信号に応答して、上記そ
の場の反射率の所定の変化をリアルタイムに検出し、上
記その場の反射率の所定の変化の検出を示す出力信号を
供給するステップを更に含む、上記（１０）記載のモニ
タ方法。 （１２）上記検出手段が、更に上記出力信号に応答して
上記研磨過程を制御することを特徴とする、上記（１
１）記載のモニタ方法。 （１３）上記ウィンドウが、上記ウィンドウの上面が上
記研磨盤の上面とほぼ同一平面であるように上記研磨盤
内に組込まれていることを特徴とする、上記（１０）乃
至（１２）のいずれか１つに記載のモニタ方法。 （１４）上記ステップｂ）が、ｉ）光源から供給される
入射光ビームを上記ウィンドウの下側から入射させ、所
定の入射角で上記ウィンドウを通過させるステップと、
ｉｉ）第１検出器によって、上記光源から供給された入
射光の量を検出し、入射光の量を表わす第１信号を供給
するステップと、ｉｉｉ）第２検出器によって、上記ウ
ィンドウを通して反射した光の量を検出し、反射光の量
を表わす第２信号を供給するステップと、及びｉｖ）上
記第１及び第２の信号にそれぞれ応答して、上記反射光
と入射光の比を表わす反射率信号を供給するステップ
と、を含む、上記（１０）乃至（１２）のいずれか１つ
に記載のモニタ方法。 （１５）ｉ）上記光源が、入射光ビーム・パスに沿って
上記ウィンドウの下側に入射する、充分に平行化された
入射光ビームを供給するレーザであり、 ｉｉ）上記第１検出器が、ビーム・スプリッタと光ダイ
オードを含み、上記ビーム・スプリッタが上記入射光ビ
ーム・パス内に配置されて、上記入射光ビームの一部を
上記光ダイオードの方向に反射し、上記入射光ビームの
他の部分を上記入射光ビーム・パスに沿って上記ウィン
ドウの下側に透過させ、 ｉｉｉ）上記第２検出器が光ダイオードである、ことを
特徴とする、上記（１４）記載のモニタ方法。 （１６）上記レーザが、回転する上記研磨盤から離隔し
て配置され、更に、上記入射光ビームが上記入射光ビー
ム・パスに沿って上記ウィンドウの下側から入射するよ
うに、光学手段によって案内され方向づけられることを
特徴とする、上記（１５）記載のモニタ方法。 （１７）上記検出手段が、上記その場の反射率の所定の
変化に対応する研磨エンドポイントを検出し、更に上記
検出手段が、上記研磨エンドポイントの検出に応答して
上記研磨過程を制御し、上記ワークピースの研磨を終了
させることを特徴とする、上記（１２）記載のモニタ方
法。 （１８）上記検出手段が、上記その場の反射率の所定の
変化に対応する研磨の不均一性を検出し、更に上記検出
手段が、上記研磨の不均一性の検出に応答して上記研磨
過程を制御し、上記ワークピースの研磨を補償し、或い
は終了させることを特徴とする、上記（１２）記載のモ
ニタ方法。 （１９）研磨スラリが供給された回転可能な研磨盤を有
する、ワークピースを研磨する際に、研磨過程をその場
でモニタ制御する研磨機であって、 ａ）上記研磨盤内に組込まれ、研磨時にビューイング・
パスを横切り、且つ上記ビューイング・パスに沿った検
出領域を横切る際に、上記研磨盤の下側から上記ワーク
ピースの研磨面を研磨時にその場で確認できるウィンド
ウと、 ｂ）上記研磨盤の下側の上記ウィンドウに結合され、反
射率を測定し、その場の反射率を表わす反射率信号を供
給する手段と、を含み、上記その場の反射率の所定の変
化が、上記研磨過程の所定の条件に対応する、研磨機。 （２０）ｃ）反射率信号に応答して、上記その場の反射
率の所定の変化をリアルタイムに検出し、上記その場の
反射率の所定の変化の検出を示す出力信号を供給する検
出手段、を更に含む、上記（１９）記載の研磨機。 （２１）上記検出手段が、上記出力信号に応答して上記
研磨過程を制御する手段を更に含む、上記（２０）記載
の研磨機。 （２２）上記ウィンドウが、上記ウィンドウの上面が上
記研磨盤の上面とほぼ同一平面であるように上記研磨盤
内に組込まれることを特徴とする、上記（１９）乃至
（２１）のいずれか１つに記載の研磨機。 （２３）上記反射率測定手段が、ｉ）上記ウィンドウの
下側から入射して、所定の入射角で上記ウィンドウを通
過して伝達される入射光ビームを供給する光源と、ｉ
ｉ）上記光源によって供給された入射光の量を検出し、
入射光の量を表わす第１信号を供給する第１検出器と、
ｉｉｉ）上記ウィンドウを通って反射してきた光の量を
検出し、反射光の量を表わす第２信号を供給する第２検
出器と、及びｉｖ）上記第１及び第２の信号にそれぞれ
応答して、上記反射光と入射光の比を表わす反射率信号
を供給する手段と、を含む、上記（１９）乃至（２１）
のいずれか１つに記載の研磨機。 （２４）ｉ）上記光源が、入射光ビーム・パスに沿って
上記ウィンドウの下側に入射する、充分に平行化された
入射光ビームを供給するレーザを含み、 ｉｉ）上記第１検出器が、ビーム・スプリッタと光ダイ
オードを含み、上記ビーム・スプリッタは入射光ビーム
のパス内に配置されて、光ビームの一部を上記光ダイオ
ードの方向に反射させ、上記光ビームの他の部分を上記
入射光ビーム・パスに沿って上記ウィンドウの下側に透
過させ、 ｉｉｉ）上記第２検出器が光ダイオードを含むことを特
徴とする、上記（２３）記載の研磨機。 （２５）上記レーザが、回転する上記研磨盤から離隔し
て配置され、上記光源が更に、上記入射光ビーム・パス
に沿って上記ウィンドウの下側から入射するよう上記入
射光ビームを案内して方向づける光学手段、を含む、上
記（２４）記載の研磨機。 （２６）上記検出手段が、上記その場の反射率の所定の
変化に対応する研磨エンドポイントを検出し、更に上記
検出手段が、上記研磨エンドポイントの検出に応答して
上記研磨過程を制御し、上記ワークピースの研磨を終了
させることを特徴とする、上記（２１）記載の研磨機。 （２７）上記検出手段が、上記その場の反射率の所定の
変化に対応する研磨の不均一性を検出し、更に上記検出
手段が、上記研磨の不均一性の検出に応答して上記研磨
過程を制御し、上記ワークピースの研磨を補償し、或い
は終了させることを特徴とする、上記（２１）記載の研
磨機。
【００４５】
【発明の効果】上記のように、ＣＭＰのエンドポイント
をその場で検出する方法及び装置が提供され、応答が素
早いリアルタイム動作が得られた。またＣＭＰの研磨除
去の不均一性をその場でモニタし検出することも可能に
なった。更に本発明に従ってＣＭＰエンドポイント／不
均一性をモニタし検出する装置は、広範囲の研磨盤速度
に対応することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＶＬＳＩ配線製造過程を示し、誘電層上に金属
積層を含む付着したＶＬＳＩ回路板の断面概略図であ
る。
【図２】ＶＬＳＩ配線製造過程を示し、誘電層上の金属
積層を研磨し、平坦化したＶＬＳＩ回路板の断面概略図
である。
【図３】本発明に従って研磨過程をその場でリアルタイ
ムにモニタする装置の（一部断面）概略図である。
【図４】研磨盤の回転毎にその場で反射率を測定するた
めの検出領域を示す平面図である。
【図５】本発明に従った反射率信号対時間のグラフであ
る。
【図６】本発明に従った、均一な研磨除去が行われた場
合の、その場の反射率対時間のグラフである。
【図７】本発明に従った、不均一な研磨除去が行われた
場合の、その場の反射率対時間のグラフである。
【図８】本発明に従った別の実施例の（一部断面）概略
図である。
【符号の説明】
１０ コンタクト・バイア １２ メタライゼーション １４ 高性能ＶＬＳＩ回路 １６、５４ 誘電層 １８ メタライゼーション層 ５０ 研磨装置 ５２ 半導体ウエハ（加工物） ５６ コンフォーマル金属層 ５８ 研磨面 ６０ ウエハ・ホルダ（キャリア） ６１ 研磨スラリ ６２ 研磨盤 ６３ 回転シャフト・スピンドル ６４ プラテン ６６ 研磨パッド ６８ パフォレーション ６９ 下側 ７０ 装置 ７２ ビュー・ウィンドウ ７３ ビューイング・アパーチャ ７４ 反射測定手段 ７６ 光源 ７８ 入射光ビーム検出器 ８０ 反射光ビーム検出器 ８１ 光 ８２ 制御手段 ８４、８６、８８、９８、９９ 信号線 ８５、８７、８９ スリップ・リング ９０ ビーム・スプリッタ ９２ 光検出器 ９３ 保護カバー ９４ トリガ出力 ９６ 位置検出器 １００ 検出領域 １０２ ビューイング・パス １０５ 円形のパス １２０、１２２ 反射率パルス １７０ モニタ １７２ 光ガイド
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 キャサリン・リン・シンガー アメリカ合衆国10562、ニューヨーク州 オシニング、アンダーヒル・ロード 115 (72)発明者 ホ−ミング・トン アメリカ合衆国10598、ニューヨーク州 ヨークタウン・ハイツ、バリー・コート 2569

Claims (27)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】研磨スラリが供給された回転可能な研磨盤
    を有する研磨機でワークピースを研磨する際に、その機
    械化学研磨過程をその場でモニタする装置であって、 ａ）上記研磨盤内に組込まれ、研磨時にビューイング・
    パスを横切り、且つ上記ビューイング・パスに沿った検
    出領域を横切る際に、上記研磨盤の下側から上記ワーク
    ピースの研磨面を研磨時にその場で確認することのでき
    るウィンドウと、 ｂ）上記研磨盤の下側の上記ウィンドウに結合され、反
    射率を測定し、その場の反射率を表わす反射率信号を供
    給する手段と、 を含み、 上記その場の反射率の所定の変化が、上記研磨過程の所
    定の条件に対応する、 研磨過程モニタ装置。
  2. 【請求項２】ｃ）反射率信号に応答して、上記その場の
    反射率の所定の変化をリアルタイムに検出し、上記その
    場の反射率の所定の変化の検出を示す出力信号を供給す
    る検出手段、 を更に含む、請求項１記載の研磨過程モニタ装置。
  3. 【請求項３】上記検出手段が、上記出力信号に応答して
    上記研磨過程を制御する手段を更に含む、請求項２記載
    の研磨過程モニタ装置。
  4. 【請求項４】上記ウィンドウが、上記ウィンドウの上面
    が上記研磨盤の上面とほぼ同一平面であるように、上記
    研磨盤内に組込まれることを特徴とする、請求項１乃至
    ３のいずれか１つに記載の研磨過程モニタ装置。
  5. 【請求項５】上記反射率測定手段が、ｉ）上記ウィンド
    ウの下側から入射して上記ウィンドウ内を所定の入射角
    で通過する入射光ビームを供給する光源と、ｉｉ）上記
    光源によって供給された入射光の量を検出し、入射光の
    量を表わす第１信号を供給する第１検出器と、ｉｉｉ）
    上記ウィンドウを通って反射してきた光の量を検出し、
    反射光の量を表わす第２信号を供給する第２検出器と、
    及びｉｖ）上記第１及び第２の信号にそれぞれ応答し
    て、反射光と入射光の比に対応する反射率信号を供給す
    る手段と、 を含む、請求項１乃至３のいずれか１つに記載の研磨過
    程モニタ装置。
  6. 【請求項６】ｉ）上記光源が、入射光ビーム・パスに沿
    って上記ウィンドウの下側に入射する、充分に平行化さ
    れた入射光ビームを供給するレーザを含み、 ｉｉ）上記第１検出器が、ビーム・スプリッタと光ダイ
    オードを含み、上記ビーム・スプリッタは入射光ビーム
    のパス内に配置されて、光ビームの一部を上記光ダイオ
    ードの方向に反射させ、上記光ビームの他の部分を上記
    入射光ビーム・パスに沿って上記ウィンドウの下側に透
    過させ、 ｉｉｉ）上記第２検出器が光ダイオードを含むことを特
    徴とする、請求項５記載の研磨過程モニタ装置。
  7. 【請求項７】上記レーザが、回転する上記研磨盤から離
    隔して配置され、上記光源が更に上記入射光ビーム・パ
    スに沿って上記ウィンドウの下側から入射するよう上記
    入射光ビームを案内して方向づける光学手段、 を含む、請求項６記載の研磨過程モニタ装置。
  8. 【請求項８】上記検出手段が、上記その場の反射率の所
    定の変化に対応する研磨エンドポイントを検出し、更に
    上記検出手段が、上記研磨エンドポイントの検出に応答
    して上記研磨過程を制御し、上記ワークピースの研磨を
    終了させることを特徴とする、請求項３記載の研磨過程
    モニタ装置。
  9. 【請求項９】上記検出手段が、上記その場の反射率の所
    定の変化に対応する研磨の不均一性を検出し、更に上記
    検出手段が、上記研磨の不均一性の検出に応答して上記
    研磨過程を制御し、上記ワークピースの研磨を補償し、
    或いは終了させることを特徴とする、請求項３記載の研
    磨過程モニタ装置。
  10. 【請求項１０】研磨スラリが供給された回転可能な研磨
    盤を有する研磨機でワークピースを研磨する際に、その
    機械化学研磨過程をその場でモニタする方法であって、 ａ）上記研磨盤内に組込まれたウィンドウが、研磨時に
    ビューイング・パスを横切り、且つ上記ビューイング・
    パスに沿った検出領域を横切る際に、上記研磨盤の下側
    から上記加工物の研磨面を研磨時にその場で確認するス
    テップと、 ｂ）上記研磨盤の下側の上記ウィンドウに結合された反
    射率測定手段によって、反射率を測定し、その場の反射
    率を表わす反射率信号を供給するステップと、 を含み、 上記その場の反射率の所定の変化が、上記研磨過程の所
    定の条件に対応する、 モニタ方法。
  11. 【請求項１１】ｃ）検出手段が反射率信号に応答して、
    上記その場の反射率の所定の変化をリアルタイムに検出
    し、上記その場の反射率の所定の変化の検出を示す出力
    信号を供給するステップを更に含む、請求項１０記載の
    モニタ方法。
  12. 【請求項１２】上記検出手段が、更に上記出力信号に応
    答して上記研磨過程を制御することを特徴とする、請求
    項１１記載のモニタ方法。
  13. 【請求項１３】上記ウィンドウが、上記ウィンドウの上
    面が上記研磨盤の上面とほぼ同一平面であるように上記
    研磨盤内に組込まれていることを特徴とする、請求項１
    ０乃至１２のいずれか１つに記載のモニタ方法。
  14. 【請求項１４】上記ステップｂ）が、ｉ）光源から供給
    される入射光ビームを上記ウィンドウの下側から入射さ
    せ、所定の入射角で上記ウィンドウを通過させるステッ
    プと、ｉｉ）第１検出器によって、上記光源から供給さ
    れた入射光の量を検出し、入射光の量を表わす第１信号
    を供給するステップと、ｉｉｉ）第２検出器によって、
    上記ウィンドウを通して反射した光の量を検出し、反射
    光の量を表わす第２信号を供給するステップと、及びｉ
    ｖ）上記第１及び第２の信号にそれぞれ応答して、上記
    反射光と入射光の比を表わす反射率信号を供給するステ
    ップと、 を含む、請求項１０乃至１２のいずれか１つに記載のモ
    ニタ方法。
  15. 【請求項１５】ｉ）上記光源が、入射光ビーム・パスに
    沿って上記ウィンドウの下側に入射する、充分に平行化
    された入射光ビームを供給するレーザであり、 ｉｉ）上記第１検出器が、ビーム・スプリッタと光ダイ
    オードを含み、上記ビーム・スプリッタが上記入射光ビ
    ーム・パス内に配置されて、上記入射光ビームの一部を
    上記光ダイオードの方向に反射し、上記入射光ビームの
    他の部分を上記入射光ビーム・パスに沿って上記ウィン
    ドウの下側に透過させ、 ｉｉｉ）上記第２検出器が光ダイオードである、 ことを特徴とする、請求項１４記載のモニタ方法。
  16. 【請求項１６】上記レーザが、回転する上記研磨盤から
    離隔して配置され、更に、上記入射光ビームが上記入射
    光ビーム・パスに沿って上記ウィンドウの下側から入射
    するように、光学手段によって案内され方向づけられる
    ことを特徴とする、請求項１５記載のモニタ方法。
  17. 【請求項１７】上記検出手段が、上記その場の反射率の
    所定の変化に対応する研磨エンドポイントを検出し、更
    に上記検出手段が、上記研磨エンドポイントの検出に応
    答して上記研磨過程を制御し、上記ワークピースの研磨
    を終了させることを特徴とする、請求項１２記載のモニ
    タ方法。
  18. 【請求項１８】上記検出手段が、上記その場の反射率の
    所定の変化に対応する研磨の不均一性を検出し、更に上
    記検出手段が、上記研磨の不均一性の検出に応答して上
    記研磨過程を制御し、上記ワークピースの研磨を補償
    し、或いは終了させることを特徴とする、 請求項１２記載のモニタ方法。
  19. 【請求項１９】研磨スラリが供給された回転可能な研磨
    盤を有する、ワークピースを研磨する際に、研磨過程を
    その場でモニタ制御する研磨機であって、 ａ）上記研磨盤内に組込まれ、研磨時にビューイング・
    パスを横切り、且つ上記ビューイング・パスに沿った検
    出領域を横切る際に、上記研磨盤の下側から上記ワーク
    ピースの研磨面を研磨時にその場で確認できるウィンド
    ウと、 ｂ）上記研磨盤の下側の上記ウィンドウに結合され、反
    射率を測定し、その場の反射率を表わす反射率信号を供
    給する手段と、 を含み、 上記その場の反射率の所定の変化が、上記研磨過程の所
    定の条件に対応する、 研磨機。
  20. 【請求項２０】ｃ）反射率信号に応答して、上記その場
    の反射率の所定の変化をリアルタイムに検出し、上記そ
    の場の反射率の所定の変化の検出を示す出力信号を供給
    する検出手段、 を更に含む、請求項１９記載の研磨機。
  21. 【請求項２１】上記検出手段が、上記出力信号に応答し
    て上記研磨過程を制御する手段を更に含む、請求項２０
    記載の研磨機。
  22. 【請求項２２】上記ウィンドウが、上記ウィンドウの上
    面が上記研磨盤の上面とほぼ同一平面であるように上記
    研磨盤内に組込まれることを特徴とする、請求項１９乃
    至２１のいずれか１つに記載の研磨機。
  23. 【請求項２３】上記反射率測定手段が、ｉ）上記ウィン
    ドウの下側から入射して、所定の入射角で上記ウィンド
    ウを通過して伝達される入射光ビームを供給する光源
    と、ｉｉ）上記光源によって供給された入射光の量を検
    出し、入射光の量を表わす第１信号を供給する第１検出
    器と、ｉｉｉ）上記ウィンドウを通って反射してきた光
    の量を検出し、反射光の量を表わす第２信号を供給する
    第２検出器と、及びｉｖ）上記第１及び第２の信号にそ
    れぞれ応答して、上記反射光と入射光の比を表わす反射
    率信号を供給する手段と、 を含む、請求項１９乃至２１のいずれか１つに記載の研
    磨機。
  24. 【請求項２４】ｉ）上記光源が、入射光ビーム・パスに
    沿って上記ウィンドウの下側に入射する、充分に平行化
    された入射光ビームを供給するレーザを含み、 ｉｉ）上記第１検出器が、ビーム・スプリッタと光ダイ
    オードを含み、上記ビーム・スプリッタは入射光ビーム
    のパス内に配置されて、光ビームの一部を上記光ダイオ
    ードの方向に反射させ、上記光ビームの他の部分を上記
    入射光ビーム・パスに沿って上記ウィンドウの下側に透
    過させ、 ｉｉｉ）上記第２検出器が光ダイオードを含むことを特
    徴とする、請求項２３記載の研磨機。
  25. 【請求項２５】上記レーザが、回転する上記研磨盤から
    離隔して配置され、上記光源が更に、上記入射光ビーム
    ・パスに沿って上記ウィンドウの下側から入射するよう
    上記入射光ビームを案内して方向づける光学手段、 を含む、請求項２４記載の研磨機。
  26. 【請求項２６】上記検出手段が、上記その場の反射率の
    所定の変化に対応する研磨エンドポイントを検出し、更
    に上記検出手段が、上記研磨エンドポイントの検出に応
    答して上記研磨過程を制御し、上記ワークピースの研磨
    を終了させることを特徴とする、請求項２１記載の研磨
    機。
  27. 【請求項２７】上記検出手段が、上記その場の反射率の
    所定の変化に対応する研磨の不均一性を検出し、更に上
    記検出手段が、上記研磨の不均一性の検出に応答して上
    記研磨過程を制御し、上記ワークピースの研磨を補償
    し、或いは終了させることを特徴とする、請求項２１記
    載の研磨機。
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