JP2866602B2 - 半導体ウェハ研摩装置および方法 - Google Patents
半導体ウェハ研摩装置および方法Info
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Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B24—GRINDING; POLISHING
- B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
- B24B37/00—Lapping machines or devices; Accessories
- B24B37/005—Control means for lapping machines or devices
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
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-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
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- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
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- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
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- H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
- H01L21/3105—After-treatment
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、一般に、化学機械
的平坦化あるいは研摩ツールおよびエンドポイント測定
装置に関する。特に、本発明は、ツールに組み込まれた
一体化されたエンドポイント測定ステーションを有する
化学機械的研摩ツールに関する。
的平坦化あるいは研摩ツールおよびエンドポイント測定
装置に関する。特に、本発明は、ツールに組み込まれた
一体化されたエンドポイント測定ステーションを有する
化学機械的研摩ツールに関する。
【０００２】
【従来の技術】化学機械的平坦化は、半導体ウェハの表
面上のコーティングあるいは層を、平滑化，研摩あるい
は平坦化するために半導体産業に広く使用されている。
このプロセスは、平坦化、厚さの制御された低減、ある
いは、例えば、半導体ウェハの表面上の酸化物のような
層の完全な除去さえも達成するために使用されている。
面上のコーティングあるいは層を、平滑化，研摩あるい
は平坦化するために半導体産業に広く使用されている。
このプロセスは、平坦化、厚さの制御された低減、ある
いは、例えば、半導体ウェハの表面上の酸化物のような
層の完全な除去さえも達成するために使用されている。
【０００３】基本的には、この化学機械的研摩プロセス
は、被加工物が、コーティングされた表面をフェースダ
ウンして、研摩スラリの存在下で、回転テーブル上に支
持された研摩パッド上に保持されることが必要とされ
る。このスラリは、研摩剤が懸濁されるキャリア液から
成る。さらに、このキャリア液は、プロセスに含まれる
他の材料をかなり腐食することなく平坦化されるコーテ
ィングのためのエッチャントとなるように選択される。
代表的な化学機械的研摩プロセスは、米国特許第４，９
１０，１５５号明細書に述べられている。
は、被加工物が、コーティングされた表面をフェースダ
ウンして、研摩スラリの存在下で、回転テーブル上に支
持された研摩パッド上に保持されることが必要とされ
る。このスラリは、研摩剤が懸濁されるキャリア液から
成る。さらに、このキャリア液は、プロセスに含まれる
他の材料をかなり腐食することなく平坦化されるコーテ
ィングのためのエッチャントとなるように選択される。
代表的な化学機械的研摩プロセスは、米国特許第４，９
１０，１５５号明細書に述べられている。
【０００４】そのような化学機械的研摩プロセスのため
の装置は、良く知られており、半導体産業で使用され、
また、現在では市販されている。
の装置は、良く知られており、半導体産業で使用され、
また、現在では市販されている。
【０００５】半導体産業において、平坦化あるいは除去
されるコーティングが、下層あるいはコーティングが不
必要に、あるいは不利に影響されないように、正確に制
御された厚さを有することが多くの場合必要とされる。
したがって、エンドポイント検出として知られた方法を
用いて、下層が影響されないように、平坦化されるコー
ティングの厚さを絶えず測定することが重要である。
されるコーティングが、下層あるいはコーティングが不
必要に、あるいは不利に影響されないように、正確に制
御された厚さを有することが多くの場合必要とされる。
したがって、エンドポイント検出として知られた方法を
用いて、下層が影響されないように、平坦化されるコー
ティングの厚さを絶えず測定することが重要である。
【０００６】従来は、レーザあるいは他の光学デバイス
は、そのような厚さを測定し、所望のエンドポイントに
達したときを決定するために使用されている。１つのそ
のような装置が、米国特許第５，０８１，７９６号明細
書に示される。この特許においては、ウェハは研摩テー
ブルの縁部に部分的に張り出すようにされ、レーザ・ビ
ームがウェハ表面の１点に照射され、測定が行われる。
機械構成のために、およびウェハが部分的に研摩テーブ
ルの縁部に張り出すために、そのような測定は、１点で
のみ行われ、したがって、研摩される全表面を信頼性良
く制御するための十分な情報を供給しない。さらに、こ
の装置が、全ウェハ表面を信頼性良く制御するために必
要とされる多数の測定を行うことを可能にするのに必要
な時間は重要であり、高価である。したがって、製造ラ
インにこの装置を使用するのを妨げている。
は、そのような厚さを測定し、所望のエンドポイントに
達したときを決定するために使用されている。１つのそ
のような装置が、米国特許第５，０８１，７９６号明細
書に示される。この特許においては、ウェハは研摩テー
ブルの縁部に部分的に張り出すようにされ、レーザ・ビ
ームがウェハ表面の１点に照射され、測定が行われる。
機械構成のために、およびウェハが部分的に研摩テーブ
ルの縁部に張り出すために、そのような測定は、１点で
のみ行われ、したがって、研摩される全表面を信頼性良
く制御するための十分な情報を供給しない。さらに、こ
の装置が、全ウェハ表面を信頼性良く制御するために必
要とされる多数の測定を行うことを可能にするのに必要
な時間は重要であり、高価である。したがって、製造ラ
インにこの装置を使用するのを妨げている。
【０００７】他の技術は、内部に埋め込まれた導電性電
極を有する研摩パッドを使用して、電極と研摩されるウ
ェハの表面に設けられた金属コンタクトとの間の電流を
測定することにより、研摩プロセスの間、ウェハの導電
率をモニタすることを含んでいる。この手法は、米国特
許第４，７９３，８９５号明細書に述べられている。
極を有する研摩パッドを使用して、電極と研摩されるウ
ェハの表面に設けられた金属コンタクトとの間の電流を
測定することにより、研摩プロセスの間、ウェハの導電
率をモニタすることを含んでいる。この手法は、米国特
許第４，７９３，８９５号明細書に述べられている。
【０００８】さらに、米国特許第５，０８１，４２１号
明細書に説明されている他のエンドポイント検出方法
は、下側の研摩ホイールに電極を埋め込むことにより、
研摩されるウェハの表面上の誘電体の厚さを容量的に測
定することに基づいている。実際には、後者の方法は、
除去されるコーティング材料の量と互いに関連する信号
差測定を与えるが、所望のエンドポイントを正確に決定
するために必要とされる絶対値を与えない。この提案さ
れた方法は、その保証を達成することができない。なぜ
ならば、パッドおよびスラリの両方の物理的および導電
性の特性および条件が、プロセスの間、絶えず変化する
からである。パッドは、それが摩耗するためだけでな
く、スラリおよび研摩砕片の増加する濃度で圧縮され負
荷されるようになるために、変化する。スラリもまた、
化学的消耗および研摩砕片で増加する負荷のために変化
する。さらに、このプロセスは、研摩スラリを必要な導
電性媒体として頼ることにより、狭いＰＨ範囲のスラリ
に限定される。
明細書に説明されている他のエンドポイント検出方法
は、下側の研摩ホイールに電極を埋め込むことにより、
研摩されるウェハの表面上の誘電体の厚さを容量的に測
定することに基づいている。実際には、後者の方法は、
除去されるコーティング材料の量と互いに関連する信号
差測定を与えるが、所望のエンドポイントを正確に決定
するために必要とされる絶対値を与えない。この提案さ
れた方法は、その保証を達成することができない。なぜ
ならば、パッドおよびスラリの両方の物理的および導電
性の特性および条件が、プロセスの間、絶えず変化する
からである。パッドは、それが摩耗するためだけでな
く、スラリおよび研摩砕片の増加する濃度で圧縮され負
荷されるようになるために、変化する。スラリもまた、
化学的消耗および研摩砕片で増加する負荷のために変化
する。さらに、このプロセスは、研摩スラリを必要な導
電性媒体として頼ることにより、狭いＰＨ範囲のスラリ
に限定される。
【０００９】したがって、広範囲のウェハおよびプロセ
スに使用できる平坦化あるいは研摩方法のエンドポイン
トを検出するための、安定した信頼性のある効率的な方
法および装置の必要性が存続している。
スに使用できる平坦化あるいは研摩方法のエンドポイン
トを検出するための、安定した信頼性のある効率的な方
法および装置の必要性が存続している。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明の
目的は、平坦化プロセスの際に、半導体ウェハの表面上
のコーティングの厚さを、正確に早く効率的に信頼性よ
く検出する装置および方法を提供することにある。
目的は、平坦化プロセスの際に、半導体ウェハの表面上
のコーティングの厚さを、正確に早く効率的に信頼性よ
く検出する装置および方法を提供することにある。
【００１１】本発明の他の目的は、特別な研摩パッド、
あるいは使用されるパッドまたはスラリの導電性に頼る
ことなく、平坦化プロセスの際、半導体ウェハの表面上
のコーティングの厚さを、正確に早く効率的に信頼性よ
く測定する装置および方法を提供することにある。
あるいは使用されるパッドまたはスラリの導電性に頼る
ことなく、平坦化プロセスの際、半導体ウェハの表面上
のコーティングの厚さを、正確に早く効率的に信頼性よ
く測定する装置および方法を提供することにある。
【００１２】本発明のさらに他の目的は、広範囲のスラ
リおよび研摩条件で使用することができる方法および装
置を提供することにある。
リおよび研摩条件で使用することができる方法および装
置を提供することにある。
【００１３】本発明のさらに他の目的は、適切なプロセ
ス制御のために必要な一定のデータを与えながら、種々
の環境に適応するであろう方法を提供することにある。
ス制御のために必要な一定のデータを与えながら、種々
の環境に適応するであろう方法を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】これらのおよび他の目的
は、１回の測定工程で、半導体ウェハの全表面上のコー
ティングの所望の平坦化エンドポイントを、信頼性よく
繰り返し決定する平坦化装置および方法を提供する本発
明で実現される。これは、既知の電解液で満たされ、複
数の測定電極を有する測定ステーションと、および研摩
ヘッドからウェハを取り去ることなくウェハを移動し測
定ステーションにウェハを浸漬する手段を、平坦化装置
に設けることにより達成される。測定ステーションは、
電解液バスに浸漬された複数の測定電極を有するので、
測定されるべきウェハがステーションに導入され、測定
電極に接触すると、多数点の厚さ測定が全ウェハ表面に
わたって行われる。
は、１回の測定工程で、半導体ウェハの全表面上のコー
ティングの所望の平坦化エンドポイントを、信頼性よく
繰り返し決定する平坦化装置および方法を提供する本発
明で実現される。これは、既知の電解液で満たされ、複
数の測定電極を有する測定ステーションと、および研摩
ヘッドからウェハを取り去ることなくウェハを移動し測
定ステーションにウェハを浸漬する手段を、平坦化装置
に設けることにより達成される。測定ステーションは、
電解液バスに浸漬された複数の測定電極を有するので、
測定されるべきウェハがステーションに導入され、測定
電極に接触すると、多数点の厚さ測定が全ウェハ表面に
わたって行われる。
【００１５】本発明は、多数電極の電解液充填測定ステ
ーションをツールに組み込むことにより、パッドあるい
はスラリの状態の変化による影響を排除するだけでな
く、１回の工程で、全ウェハ表面にわたるコーティング
の状態の測定を達成する。
ーションをツールに組み込むことにより、パッドあるい
はスラリの状態の変化による影響を排除するだけでな
く、１回の工程で、全ウェハ表面にわたるコーティング
の状態の測定を達成する。
【００１６】したがって、本発明は、従来技術のエンド
ポイント・ディテクタが有する全ての困難を克服する。
ポイント・ディテクタが有する全ての困難を克服する。
【００１７】本発明のこれらおよび他の目的および特徴
は、図面と共に以下の説明からさらに明らかになるであ
ろう。
は、図面と共に以下の説明からさらに明らかになるであ
ろう。
【００１８】
【発明の実施の形態】図１および図２により、本発明を
含むウェハ研摩あるいは平坦化装置１０を説明する。こ
の装置は、モータ（図示せず）により矢印１２で示され
るように反時計回りに駆動され、研摩パッド１３で覆わ
れた回転研摩ホイールすなわちプラテン１１を有する。
米国特許第４，９１０，１５５号明細書に教示されてい
るように、研摩ホイールの周辺に、パッド１３上に配置
された、スラリの量を増加するためのダム（図示せず）
が通常設けられている。このスラリは、スラリ・ディス
ペンサ１５に接続される適切な分配アーム１４により、
パッド上に分配される。研摩あるいは平坦化されるウェ
ハ（図示せず）は、クイル・アセンブリ１６により、パ
ッド１３に対して保持される。このクイル・アセンブリ
は、点線の円１８で示したように、両方向に３６０度回
転できる可動支持アーム１７を有する。アーム１７はモ
ータ１７Ａを支持し、ウェハをピックアップし保持する
ように構成された浅い逆さカップの形状の、ウェハ・ピ
ックアップ・ヘッド１９を運ぶ。研摩される各ウェハ
は、ピックアップ・ステーション２３でピックアップさ
れ、アンローディング・ステーション２４でアンロード
される。このピックアップ・ヘッド１９を、ウェハを保
持する適切な手段で与えることができる。ウェハをピッ
クアップし保持する２つの一般の方法は、真空による
か、あるいはベルヌーイの原理の使用による。ピックア
ップ・ヘッド１９は、モータ１７Ａにより反時計方向に
回転され、また、ピックアップ・ヘッド１９とウェハと
の間に配置されたエラストマ・パッド（図示せず）を有
する。ウェハは、半導体部分２１Ａで形成され、その一
面に１つ以上の回路層（図面を明瞭にするために図示せ
ず）を典型的に有している。回路層は、酸化物層２１Ｂ
のような厚い誘電性コーティングでオーバコートされ
る。スピンするピックアップ・ヘッド１９とプラテン１
１上でスピンするスラリ付与パッド１３との間の研摩作
用により平坦化されるのは、この層２１Ｂである。
含むウェハ研摩あるいは平坦化装置１０を説明する。こ
の装置は、モータ（図示せず）により矢印１２で示され
るように反時計回りに駆動され、研摩パッド１３で覆わ
れた回転研摩ホイールすなわちプラテン１１を有する。
米国特許第４，９１０，１５５号明細書に教示されてい
るように、研摩ホイールの周辺に、パッド１３上に配置
された、スラリの量を増加するためのダム（図示せず）
が通常設けられている。このスラリは、スラリ・ディス
ペンサ１５に接続される適切な分配アーム１４により、
パッド上に分配される。研摩あるいは平坦化されるウェ
ハ（図示せず）は、クイル・アセンブリ１６により、パ
ッド１３に対して保持される。このクイル・アセンブリ
は、点線の円１８で示したように、両方向に３６０度回
転できる可動支持アーム１７を有する。アーム１７はモ
ータ１７Ａを支持し、ウェハをピックアップし保持する
ように構成された浅い逆さカップの形状の、ウェハ・ピ
ックアップ・ヘッド１９を運ぶ。研摩される各ウェハ
は、ピックアップ・ステーション２３でピックアップさ
れ、アンローディング・ステーション２４でアンロード
される。このピックアップ・ヘッド１９を、ウェハを保
持する適切な手段で与えることができる。ウェハをピッ
クアップし保持する２つの一般の方法は、真空による
か、あるいはベルヌーイの原理の使用による。ピックア
ップ・ヘッド１９は、モータ１７Ａにより反時計方向に
回転され、また、ピックアップ・ヘッド１９とウェハと
の間に配置されたエラストマ・パッド（図示せず）を有
する。ウェハは、半導体部分２１Ａで形成され、その一
面に１つ以上の回路層（図面を明瞭にするために図示せ
ず）を典型的に有している。回路層は、酸化物層２１Ｂ
のような厚い誘電性コーティングでオーバコートされ
る。スピンするピックアップ・ヘッド１９とプラテン１
１上でスピンするスラリ付与パッド１３との間の研摩作
用により平坦化されるのは、この層２１Ｂである。
【００１９】これらの研摩器は広く知られ、市販されて
おり、半導体産業に広く使用されているので、これらの
基本動作のさらなる説明は不必要である。
おり、半導体産業に広く使用されているので、これらの
基本動作のさらなる説明は不必要である。
【００２０】しかし、本発明の装置は、電子測定ステー
ション２５の付加により、市販されている装置から変更
されている。このステーションは、ＰＨ緩衝水酸化カリ
ウム（ＫＯＨ）のような適切な電解液２７で満たされ、
電極構造２８を有するタンク２６を備えている。
ション２５の付加により、市販されている装置から変更
されている。このステーションは、ＰＨ緩衝水酸化カリ
ウム（ＫＯＨ）のような適切な電解液２７で満たされ、
電極構造２８を有するタンク２６を備えている。
【００２１】図３に示すように、この電極構造２８は、
周辺フィールド電極３０およびほぼ放射状に配列された
複数の測定電極３１から成る。フィールド電極３０は、
ピックアップ・ヘッド１９の直径とほぼ等しい直径を有
し、ウェハ２０の直径よりほんのわずか大きい。フィー
ルド電極３０および測定電極３１の各々は、信号処理装
置４２と結合されている。各電極の隣接領域で、酸化物
層２１Ｂのキャパシタンスを連続的に測定することによ
り、全酸化物層２１Ｂの厚さを速やかに検出することが
できる。したがって、この信号処理装置は、全ウェハの
酸化物の厚さのマップを迅速に与える。必要ならば、こ
の信号処理装置は、当業者に良く知られたコンピュータ
技術を用いることにより、所望の形での測定値のビジュ
アル・ディスプレイをも有することができる。
周辺フィールド電極３０およびほぼ放射状に配列された
複数の測定電極３１から成る。フィールド電極３０は、
ピックアップ・ヘッド１９の直径とほぼ等しい直径を有
し、ウェハ２０の直径よりほんのわずか大きい。フィー
ルド電極３０および測定電極３１の各々は、信号処理装
置４２と結合されている。各電極の隣接領域で、酸化物
層２１Ｂのキャパシタンスを連続的に測定することによ
り、全酸化物層２１Ｂの厚さを速やかに検出することが
できる。したがって、この信号処理装置は、全ウェハの
酸化物の厚さのマップを迅速に与える。必要ならば、こ
の信号処理装置は、当業者に良く知られたコンピュータ
技術を用いることにより、所望の形での測定値のビジュ
アル・ディスプレイをも有することができる。
【００２２】さらに、図４および図５に関して、装置の
動作をさらに説明する。最初に、ウェハはクイル・アセ
ンブリ１６によりローディング・ポジション２３でピッ
クアップされる。これは、クイル・アセンブリをローデ
ィング・ステーション２３上に配置されるように回転
し、ウェハをピックアップするためにアセンブリ１６を
下げることにより行われる。ウェハ２０がピックアップ
されると、ウェハが研摩ホイール１１上に配置されるま
で、クイル・アセンブリは点線１８に沿って回転され
る。ウェハがパッド１３上に配置されると、ウェハはモ
ータ１７Ａによりスピンを開始し、スラリが分配されて
いる回転研摩パッド１３に対して層２１Ｂを押し付ける
ために下げられる。そして、研摩が始まり、所定時間続
く。選択された時間が終了すると、クイル・アセンブリ
は、ウェハをまだスピンさせながらパッド１３の表面か
ら持ち上げ、測定ステーション２５にウェハを移動し、
電極構造２８に対し位置決めする。この位置決めは、電
子的にあるいは機械的手段により制御することができ
る。ヘッドが電極構造２８と位置決めされると、ヘッド
は、電解液２７内に下げられる。ウェハがスピンしてい
る間に、クイル・アセンブリはパッド１３の表面から持
ち上げられるので、ほとんどのスラリは遠心力により酸
化物層２１Ｂの表面をスピンオフする。好適には、ウェ
ハのスピンは、それが電解液２７に達する前に停止す
る。必要ならば、すべてのスラリ残留物を除去するため
に、ウェハが持ち上げられスピンを停止する前に、回転
ブラシ（図示せず）をウェハの表面を横切って移動する
ことができる。スラリのわずかな残留物が酸化物層２１
Ｂの表面上にまだ残っているとしても、測定ステーショ
ンの電解液がそのようなわずかな残留物を除去するの
で、普通、測定に影響を及ぼさない程のささいなもので
あるだろう。しかし、もし望むならば、スピン動作を、
ウェハが電解液の表面に触れて、酸化物層２１Ｂの表面
が、電解液により追加の洗浄を受けるように続けること
ができる。層２１Ｂの表面が電解液面下の測定電極３１
の上部表面に接触するまで、回転していないウェハを、
電解液に沈める。
動作をさらに説明する。最初に、ウェハはクイル・アセ
ンブリ１６によりローディング・ポジション２３でピッ
クアップされる。これは、クイル・アセンブリをローデ
ィング・ステーション２３上に配置されるように回転
し、ウェハをピックアップするためにアセンブリ１６を
下げることにより行われる。ウェハ２０がピックアップ
されると、ウェハが研摩ホイール１１上に配置されるま
で、クイル・アセンブリは点線１８に沿って回転され
る。ウェハがパッド１３上に配置されると、ウェハはモ
ータ１７Ａによりスピンを開始し、スラリが分配されて
いる回転研摩パッド１３に対して層２１Ｂを押し付ける
ために下げられる。そして、研摩が始まり、所定時間続
く。選択された時間が終了すると、クイル・アセンブリ
は、ウェハをまだスピンさせながらパッド１３の表面か
ら持ち上げ、測定ステーション２５にウェハを移動し、
電極構造２８に対し位置決めする。この位置決めは、電
子的にあるいは機械的手段により制御することができ
る。ヘッドが電極構造２８と位置決めされると、ヘッド
は、電解液２７内に下げられる。ウェハがスピンしてい
る間に、クイル・アセンブリはパッド１３の表面から持
ち上げられるので、ほとんどのスラリは遠心力により酸
化物層２１Ｂの表面をスピンオフする。好適には、ウェ
ハのスピンは、それが電解液２７に達する前に停止す
る。必要ならば、すべてのスラリ残留物を除去するため
に、ウェハが持ち上げられスピンを停止する前に、回転
ブラシ（図示せず）をウェハの表面を横切って移動する
ことができる。スラリのわずかな残留物が酸化物層２１
Ｂの表面上にまだ残っているとしても、測定ステーショ
ンの電解液がそのようなわずかな残留物を除去するの
で、普通、測定に影響を及ぼさない程のささいなもので
あるだろう。しかし、もし望むならば、スピン動作を、
ウェハが電解液の表面に触れて、酸化物層２１Ｂの表面
が、電解液により追加の洗浄を受けるように続けること
ができる。層２１Ｂの表面が電解液面下の測定電極３１
の上部表面に接触するまで、回転していないウェハを、
電解液に沈める。
【００２３】これらの測定電極３１の各々は、内部のお
よび外部の同軸シールド壁３４および３２を有する二重
壁空洞のように配置されたゴムあるいはプラスティック
のような適切な絶縁材料で形成される。この空洞は、絶
縁性材料で形成された円形ベース３３上に支持された中
空の中心内部シールド壁３４により形成される。この内
部シールド壁３４は、一実施例においては、５．０ｍｍ
の直径を有し、外径が約６．５ｍｍである外部シールド
壁３２から離間されている。内部シールド壁３４および
外部シールド壁３２は両方とも、ベース３３上に支持さ
れ、それらの壁の間に、上部が開いた延長環状空洞を形
成する。この空洞内には、延長管状のシールド電極３５
が設けられる。電極３１の中心には、中心同軸電極３６
が配置されている。シールド電極３５および同軸電極３
６は両方ともベース３３を貫通して、ベース３３により
支持され、両方とも信号処理装置４２に接続される。
よび外部の同軸シールド壁３４および３２を有する二重
壁空洞のように配置されたゴムあるいはプラスティック
のような適切な絶縁材料で形成される。この空洞は、絶
縁性材料で形成された円形ベース３３上に支持された中
空の中心内部シールド壁３４により形成される。この内
部シールド壁３４は、一実施例においては、５．０ｍｍ
の直径を有し、外径が約６．５ｍｍである外部シールド
壁３２から離間されている。内部シールド壁３４および
外部シールド壁３２は両方とも、ベース３３上に支持さ
れ、それらの壁の間に、上部が開いた延長環状空洞を形
成する。この空洞内には、延長管状のシールド電極３５
が設けられる。電極３１の中心には、中心同軸電極３６
が配置されている。シールド電極３５および同軸電極３
６は両方ともベース３３を貫通して、ベース３３により
支持され、両方とも信号処理装置４２に接続される。
【００２４】図４に示すように、電極３１が酸化物表面
２１に対して配置されるとき、内部および外部シールド
壁は、装置の動作に重要である。これらシールド壁は、
電解液による電極３０，３５，３６の間のショートを予
防する。
２１に対して配置されるとき、内部および外部シールド
壁は、装置の動作に重要である。これらシールド壁は、
電解液による電極３０，３５，３６の間のショートを予
防する。
【００２５】電極３０，３５および３６はすべて、約１
００ｋＨｚの選択周波数で発振する、約４０ｍＶの電圧
源を有する信号処理装置に接続され、一方、ウェハ２０
の半導体部分２１Ａは導電性材料で形成されたピックア
ップ・ヘッド１９を経て接地される。
００ｋＨｚの選択周波数で発振する、約４０ｍＶの電圧
源を有する信号処理装置に接続され、一方、ウェハ２０
の半導体部分２１Ａは導電性材料で形成されたピックア
ップ・ヘッド１９を経て接地される。
【００２６】ウェハに発振電圧を供給している間の電気
的状態を、図５に示された等化回路により示すことがで
きる。この回路において、フィールド電極３０は、ウェ
ハ２０の接地部分２１Ａとフィールド電極３０との間に
存在する電解液の等化抵抗値および等化容量値を表す抵
抗４０およびキャパシタ４１を経てウェハ２０と結合さ
れる。フィールド電極３０は、また、フィールド電極３
０とシールド電極３５との間の電解液の浸透により引き
起こされる漏洩パスの抵抗値および容量値をそれぞれ表
す抵抗４２およびキャパシタ４３を経てシールド電極３
５と結合される。しかし、層２１Ｂの表面と内部および
外部壁３４，３２との間に良好なシールが設けられるた
めに、これらの電極の各々は、それら自身の電解液で満
たされたチャンバ内で本質的に分離され、これらの壁の
上部での電解液の浸透は最小であるので、無視できる。
的状態を、図５に示された等化回路により示すことがで
きる。この回路において、フィールド電極３０は、ウェ
ハ２０の接地部分２１Ａとフィールド電極３０との間に
存在する電解液の等化抵抗値および等化容量値を表す抵
抗４０およびキャパシタ４１を経てウェハ２０と結合さ
れる。フィールド電極３０は、また、フィールド電極３
０とシールド電極３５との間の電解液の浸透により引き
起こされる漏洩パスの抵抗値および容量値をそれぞれ表
す抵抗４２およびキャパシタ４３を経てシールド電極３
５と結合される。しかし、層２１Ｂの表面と内部および
外部壁３４，３２との間に良好なシールが設けられるた
めに、これらの電極の各々は、それら自身の電解液で満
たされたチャンバ内で本質的に分離され、これらの壁の
上部での電解液の浸透は最小であるので、無視できる。
【００２７】さらに、シールド電極３５は、シールド電
極３５とウェハ２０との間のキャパシタンスを表すキャ
パシタ４４によりウェハ２０に結合される。
極３５とウェハ２０との間のキャパシタンスを表すキャ
パシタ４４によりウェハ２０に結合される。
【００２８】シールド電極３５はまた、シールド電極３
５と中心電極３６との間の電解液の浸透の抵抗値および
容量値をそれぞれ表す抵抗４５およびキャパシタ４６を
経て、同軸の中心電極３６と結合される。
５と中心電極３６との間の電解液の浸透の抵抗値および
容量値をそれぞれ表す抵抗４５およびキャパシタ４６を
経て、同軸の中心電極３６と結合される。
【００２９】最後に、中心電極３６は、キャパシタ４７
により半導体部分２１Ａと結合される。図５に示すよう
に、酸化物層に埋め込まれた金属層３７があるとき、追
加の直列のキャパシタ４８および４９がキャパシタ４７
と並列に存在する。キャパシタ４８は、中心電極３６と
埋め込まれた金属層３７との間に存在するキャパシタン
スであり、一方、キャパシタ４９は、金属層３７とウェ
ハ２０との間に存在するキャパシタンスである。キャパ
シタ４７の値は、酸化物層の厚さを表しており、酸化物
層２１Ｂの厚さを検出できるキャパシタンスである。
により半導体部分２１Ａと結合される。図５に示すよう
に、酸化物層に埋め込まれた金属層３７があるとき、追
加の直列のキャパシタ４８および４９がキャパシタ４７
と並列に存在する。キャパシタ４８は、中心電極３６と
埋め込まれた金属層３７との間に存在するキャパシタン
スであり、一方、キャパシタ４９は、金属層３７とウェ
ハ２０との間に存在するキャパシタンスである。キャパ
シタ４７の値は、酸化物層の厚さを表しており、酸化物
層２１Ｂの厚さを検出できるキャパシタンスである。
【００３０】この等化回路からわかるように、デターミ
ナント（ｄｅｔｅｒｍｉｎａｎｔ）測定が、中心電極と
シールド電極との間で行われ、フィールド電極の影響は
実際には無視することができる。
ナント（ｄｅｔｅｒｍｉｎａｎｔ）測定が、中心電極と
シールド電極との間で行われ、フィールド電極の影響は
実際には無視することができる。
【００３１】この測定は、変位電流は電極３５と３６と
の間を流れるように、発振器からの交流電圧で中心電極
を駆動する信号処理回路４２により行われる。この変位
電流の振幅が測定され、基準電圧と比較される。その間
の差を用いて、発振器の振幅を制御し、差がゼロのレベ
ルで、変位電流を一定に保持する。差がゼロのとき、駆
動電圧の振幅は、酸化物層の厚さの直接の測定値であ
る。
の間を流れるように、発振器からの交流電圧で中心電極
を駆動する信号処理回路４２により行われる。この変位
電流の振幅が測定され、基準電圧と比較される。その間
の差を用いて、発振器の振幅を制御し、差がゼロのレベ
ルで、変位電流を一定に保持する。差がゼロのとき、駆
動電圧の振幅は、酸化物層の厚さの直接の測定値であ
る。
【００３２】したがって、測定電極３１の各々は、各電
極に直接隣接した層の厚さを速やかに測定できる。ウェ
ハの全表面上で多数の測定を行うことにより、ウェハの
表面上の酸化物厚さの正確で信頼できるマップが作成で
きる。酸化物の厚さの測定がなされ、その厚さが所望の
厚さあるいは平坦化にまだ達しないことが分かれば、ク
イル・アセンブリを研摩パッドに戻し、さらに選択され
た量の時間、研摩が続けられる。したがって、所望のエ
ンドポイントに達するまで、上述した一連の研摩および
測定のステップを続けることができる。エンドポイント
に達すると、クイル・アセンブリは、アンローディング
・ステーション２４に移動され、平坦化されたウェハが
ピックアップ・ヘッド１９から取り去られる。それか
ら、クイル・アセンブリはローディング・ステーション
２３に移動し、新しいウェハがロードされ、上述のプロ
セスがこの新しいウェハのために再び繰り返される。
極に直接隣接した層の厚さを速やかに測定できる。ウェ
ハの全表面上で多数の測定を行うことにより、ウェハの
表面上の酸化物厚さの正確で信頼できるマップが作成で
きる。酸化物の厚さの測定がなされ、その厚さが所望の
厚さあるいは平坦化にまだ達しないことが分かれば、ク
イル・アセンブリを研摩パッドに戻し、さらに選択され
た量の時間、研摩が続けられる。したがって、所望のエ
ンドポイントに達するまで、上述した一連の研摩および
測定のステップを続けることができる。エンドポイント
に達すると、クイル・アセンブリは、アンローディング
・ステーション２４に移動され、平坦化されたウェハが
ピックアップ・ヘッド１９から取り去られる。それか
ら、クイル・アセンブリはローディング・ステーション
２３に移動し、新しいウェハがロードされ、上述のプロ
セスがこの新しいウェハのために再び繰り返される。
【００３３】本発明は、特に好適な実施例および変形に
関して述べたが、当業者であれば、前述したことから、
本発明の精神および範囲から逸脱することなく、容易に
変更できることが理解されるであろう。
関して述べたが、当業者であれば、前述したことから、
本発明の精神および範囲から逸脱することなく、容易に
変更できることが理解されるであろう。
【図１】本発明の平坦化装置の上面図である。
【図２】上部に配置されたクイル・アセンブリを有する
図１の測定ステーションの側面図である。
図１の測定ステーションの側面図である。
【図３】図１の測定ステーション内の電極構造の上面図
である。
である。
【図４】ウェハの一部および測定ステーションの電極の
１つの部分断面図である。
１つの部分断面図である。
【図５】ウェハが測定ステーションにあるとき、図４の
ウェハおよび電極構造の電気的相互作用の特性を示す図
である。
ウェハおよび電極構造の電気的相互作用の特性を示す図
である。
１１ 回転研摩ホイール １３ 研摩パッド １４ スラリ分配アーム １５ スラリ・ディスペンサ １６ クイル・アセンブリ １７ アーム １７Ａ モータ １９ ピックアップ・ヘッド ２０ ウェハ ２１Ａ 半導体部分 ２１Ｂ 酸化物層 ２３ ピックアップ・ステーション ２４ アンローディング・ステーション ２５ 測定ステーション ２６ タンク ２７ 電解液 ２８ 電極構造 ３０ フィールド電極 ３１ 測定電極 ３２ 外部シールド壁 ３３ ベース ３４ 内部シールド壁 ３５ シールド電極 ３６ 中心電極 ３７ 金属層 ４２ 信号処理装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 エリック・エイチ・フリーマン アメリカ合衆国 バーモント州 アンダ ーヒル センター オールド ウェスト ボルトン ロード（番地なし) (72)発明者 ギルバート・エイチ・ロス アメリカ合衆国 バーモント州 バーリ ントン キラーニー ドライブ 139 (56)参考文献 特開 平１−207929（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) B24B 37/04 H01L 21/304 622
Claims (10)
- 【請求項１】半導体ウェハ上の薄い誘電体層を平坦化す
る半導体ウェハ研摩装置において、 上面に研磨スラリが供給される回転研摩プラテンを含む
研摩手段と、 前記ウェハを保持するピックアップ・ヘッドと、 前記研摩手段に隣接し、電解液，フィールド電極，およ
び前記フィールド電極内に配置された複数の測定電極を
含むタンクを有する測定ステーションと、を備えること
を特徴とする半導体ウェハ研摩装置。 - 【請求項２】前記ピックアップ・ヘッドは一定の直径を
有し、導電性材料で形成され、前記プラテンに対して前
記ウェハ上の前記誘電体層を保持し、前記プラテンにわ
たって前記ウェハを移動させる手段を有することを特徴
とする請求項１記載の半導体ウェハ研摩装置。 - 【請求項３】前記フィールド電極は前記ピックアップ・
ヘッドの直径とほぼ等しい直径を有することを特徴とす
る請求項１記載の半導体ウェハ研摩装置。 - 【請求項４】前記フィールド電極および前記測定電極は
前記電解液に浸漬されることを特徴とする請求項３記載
の半導体ウェハ研摩装置。 - 【請求項５】前記測定電極は前記フィールド電極内に放
射状に配列されることを特徴とする請求項１記載の半導
体ウェハ研摩装置。 - 【請求項６】各測定電極は、 円形ベースに設けられた同軸の内部および外部の分離さ
れたシールド壁を有する二重壁カップと、 前記円形ベースを貫通し、前記シールド壁と同軸の中心
電極と、 前記内部のシールド壁と外部のシールド壁との間に設け
られた管状のシールド電極と、を備えることを特徴とす
る請求項１記載の半導体ウェハ研摩装置。 - 【請求項７】前記円形ベースおよび前記シールド壁は絶
縁材料で形成され、前記外部のシールド壁は前記フィー
ルド電極から前記シールド電極を絶縁し、前記内部のシ
ールド壁は前記シールド電極から前記中心電極を絶縁す
ることを特徴とする請求項６記載の半導体ウェハ研摩装
置。 - 【請求項８】前記中心電極，前記シールド電極，および
前記フィールド電極はすべて、信号処理装置と結合され
ることを特徴とする請求項７記載の半導体ウェハ研摩装
置。 - 【請求項９】前記電解液は、水酸化カリウムの緩衝液を
含むことを特徴とする請求項１記載の半導体ウェハ研摩
装置。 - 【請求項１０】表面に誘電体層を有するウェハの表面を
研摩する方法において、 回転するピックアップ・ヘッドに前記ウェハを保持し、 前記ピック・アップ・ヘッド内のウェハを回転し、研摩
プラテン上に配置されたスラリ・パッドに対して前記ウ
ェハを保持し、 前記プラテンから前記ヘッド内の前記ウェハを持ち上
げ、 ウェハ表面から前記スラリを洗浄し、 前記ウェハ表面上に残る誘電体の厚さを測定するステー
ション内の複数の測定電極と接触して、前記ウェハを液
体で満たされた前記測定ステーションに配置する、こと
を特徴とする半導体ウェハ研摩方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US311807 | 1994-09-26 | ||
| US08/311,807 US5492594A (en) | 1994-09-26 | 1994-09-26 | Chemical-mechanical polishing tool with end point measurement station |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0899264A JPH0899264A (ja) | 1996-04-16 |
| JP2866602B2 true JP2866602B2 (ja) | 1999-03-08 |
Family
ID=23208575
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23637495A Expired - Fee Related JP2866602B2 (ja) | 1994-09-26 | 1995-09-14 | 半導体ウェハ研摩装置および方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5492594A (ja) |
| JP (1) | JP2866602B2 (ja) |
Families Citing this family (63)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08174411A (ja) * | 1994-12-22 | 1996-07-09 | Ebara Corp | ポリッシング装置 |
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