JP3183259B2 - 半導体ウェハ研磨状態モニタリング装置及び研磨終了点検出方法 - Google Patents
半導体ウェハ研磨状態モニタリング装置及び研磨終了点検出方法Info
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- B24B37/005—Control means for lapping machines or devices
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- B24B37/04—Lapping machines or devices; Accessories designed for working plane surfaces
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- B24B49/00—Measuring or gauging equipment for controlling the feed movement of the grinding tool or work; Arrangements of indicating or measuring equipment, e.g. for indicating the start of the grinding operation
- B24B49/02—Measuring or gauging equipment for controlling the feed movement of the grinding tool or work; Arrangements of indicating or measuring equipment, e.g. for indicating the start of the grinding operation according to the instantaneous size and required size of the workpiece acted upon, the measuring or gauging being continuous or intermittent
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- Mechanical Engineering (AREA)
- Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)
- Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)
- Constituent Portions Of Griding Lathes, Driving, Sensing And Control (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体ウェハ研磨装
置及び研磨方法に関し、特に半導体ウェハ研磨状態モニ
タリング装置及び研磨終了点検出方法に関する。
置及び研磨方法に関し、特に半導体ウェハ研磨状態モニ
タリング装置及び研磨終了点検出方法に関する。
【０００２】半導体ウェハ上に各種デバイスの配線やビ
ア等を形成する場合、絶縁層を覆うようにウェハ全面に
金属層を膜付けした後、化学的機械的研磨により不要な
部分を除去する方法が用いられている。この研磨工程に
おいては、研磨の進行状態をモニタリングし、適切な研
磨状態にて研磨を終了させる必要がある。研磨が十分行
われていない場合には、ウェハ表面に金属層が残り配線
間の短絡が発生してしまうし、過度の研磨が行われた場
合には、形成された配線層の断面積不足が発生してしま
うからである。
ア等を形成する場合、絶縁層を覆うようにウェハ全面に
金属層を膜付けした後、化学的機械的研磨により不要な
部分を除去する方法が用いられている。この研磨工程に
おいては、研磨の進行状態をモニタリングし、適切な研
磨状態にて研磨を終了させる必要がある。研磨が十分行
われていない場合には、ウェハ表面に金属層が残り配線
間の短絡が発生してしまうし、過度の研磨が行われた場
合には、形成された配線層の断面積不足が発生してしま
うからである。
【０００３】特開平７−２３５５２０号公報には、ウェ
ハ研磨状態をモニタリングするための技術が提案されて
いる。
ハ研磨状態をモニタリングするための技術が提案されて
いる。
【０００４】図２２は、上記特開平７−２３５５２０号
公報に提案された技術を説明するための図である。図２
２を参照して、この半導体ウェハ研磨状態モニタリング
装置は、所定寸法の検出穴３８を設けた研磨定盤２と、
研磨定盤２の上にあって検出穴３８と同一位置に検出穴
３９を設けた研磨布３と、検出穴３８を通じて検出光学
系へ研磨液が流出することを防止するように検出穴３８
開口部を封止するビューウインドウ３８ａと、ビューウ
インドウ３８ａを通して研磨対象であるウェハ１の研磨
面に所定径の検査光５を照射するレーザ光源６と、ウェ
ハ１の研磨面で反射される正反射光７を受光してその光
量を測定し光量に応じた光量信号ｓを出力する第８のフ
ォトダイオード４０と、光量信号ｓを所定周期でサンプ
リングし所定の信号処理を行い、横軸を研磨時間、縦軸
を検出信号量として検出信号の時間変化を表示するモニ
タリング手段１３とを含んで構成される。
公報に提案された技術を説明するための図である。図２
２を参照して、この半導体ウェハ研磨状態モニタリング
装置は、所定寸法の検出穴３８を設けた研磨定盤２と、
研磨定盤２の上にあって検出穴３８と同一位置に検出穴
３９を設けた研磨布３と、検出穴３８を通じて検出光学
系へ研磨液が流出することを防止するように検出穴３８
開口部を封止するビューウインドウ３８ａと、ビューウ
インドウ３８ａを通して研磨対象であるウェハ１の研磨
面に所定径の検査光５を照射するレーザ光源６と、ウェ
ハ１の研磨面で反射される正反射光７を受光してその光
量を測定し光量に応じた光量信号ｓを出力する第８のフ
ォトダイオード４０と、光量信号ｓを所定周期でサンプ
リングし所定の信号処理を行い、横軸を研磨時間、縦軸
を検出信号量として検出信号の時間変化を表示するモニ
タリング手段１３とを含んで構成される。
【０００５】上記半導体ウェハ研磨状態モニタリング装
置の動作を説明する。まず、レーザ光源６から照射され
た検査光５は、ビューウインドウ３８ａを通してウェハ
１の研磨面に照射され、ウェハ１上で反射される。ウェ
ハ１上で反射された正反射光７は、フォトダイオード４
０で受光されて光量が測定された後、モニタリング手段
１３にて平均化処理され、その時間変化が表示される。
置の動作を説明する。まず、レーザ光源６から照射され
た検査光５は、ビューウインドウ３８ａを通してウェハ
１の研磨面に照射され、ウェハ１上で反射される。ウェ
ハ１上で反射された正反射光７は、フォトダイオード４
０で受光されて光量が測定された後、モニタリング手段
１３にて平均化処理され、その時間変化が表示される。
【０００６】この正反射光量信号は、研磨の初期から絶
縁層１８が露出し始めるまでの期間、検査光５の殆どが
反射率の高い金属層で正反射されるためほぼ一定の値を
示す。次に、研磨が進行し、絶縁層が露出して配線が形
成され始めると、検査光５の一部は、残存している金属
層で正反射されてフォトダイオード４０で受光される
が、この受光量は研磨の進行による金属層の面積減少に
伴って減っていく。また、検出光５の一部は絶縁層１８
を透過して反射率の低い下層の構造で正反射されフォト
ダイオード４０で受光される。検出光５の残部は、形成
され始めた配線又は前記下層で散乱・回折されるため、
正反射光７の光軸上にある第８のフォトダイオード４０
では受光されない。従って、この段階以降、正反射光量
信号は減少していくこととなる。
縁層１８が露出し始めるまでの期間、検査光５の殆どが
反射率の高い金属層で正反射されるためほぼ一定の値を
示す。次に、研磨が進行し、絶縁層が露出して配線が形
成され始めると、検査光５の一部は、残存している金属
層で正反射されてフォトダイオード４０で受光される
が、この受光量は研磨の進行による金属層の面積減少に
伴って減っていく。また、検出光５の一部は絶縁層１８
を透過して反射率の低い下層の構造で正反射されフォト
ダイオード４０で受光される。検出光５の残部は、形成
され始めた配線又は前記下層で散乱・回折されるため、
正反射光７の光軸上にある第８のフォトダイオード４０
では受光されない。従って、この段階以降、正反射光量
信号は減少していくこととなる。
【０００７】さらに研磨が進行し、研磨終了時点以降、
すなわち、絶縁層１８が全て露出し配線が完全に形成さ
れた段階以降になると、研磨がある程度進行しても金属
膜１９の面積減少は無くなり、配線の形成状態も変化し
なくなるため、正反射光量信号は一定値を示すようにな
る。この従来例によれば、以上説明した正反射光量信号
の変化に基づいて研磨進行状態のモニタリングを行って
いる。
すなわち、絶縁層１８が全て露出し配線が完全に形成さ
れた段階以降になると、研磨がある程度進行しても金属
膜１９の面積減少は無くなり、配線の形成状態も変化し
なくなるため、正反射光量信号は一定値を示すようにな
る。この従来例によれば、以上説明した正反射光量信号
の変化に基づいて研磨進行状態のモニタリングを行って
いる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記特
開平７−２３５５２０号公報に提案された技術は、以下
のような問題点を有する。この問題点は、ウェハに形成
される半導体の材質や膜厚、配線パターンの形状や粗密
等の構造によっては、研磨進行状態のモニタリングがで
きないというものである。
開平７−２３５５２０号公報に提案された技術は、以下
のような問題点を有する。この問題点は、ウェハに形成
される半導体の材質や膜厚、配線パターンの形状や粗密
等の構造によっては、研磨進行状態のモニタリングがで
きないというものである。
【０００９】上記問題点が生じる理由は以下の通りであ
る。例えば、ウェハの材質によっては金属膜の反射率と
その下層の反射率との差が小さいことがある。この場
合、研磨が進行し絶縁層が露出して配線が形成され始め
金属膜の面積が減少しても、両者の反射率の差が小さい
ためにフォトダイオードで受光する正反射光量信号の変
化も小さく、研磨状態のモニタリングができないからで
ある。
る。例えば、ウェハの材質によっては金属膜の反射率と
その下層の反射率との差が小さいことがある。この場
合、研磨が進行し絶縁層が露出して配線が形成され始め
金属膜の面積が減少しても、両者の反射率の差が小さい
ためにフォトダイオードで受光する正反射光量信号の変
化も小さく、研磨状態のモニタリングができないからで
ある。
【００１０】なお、特開平８−１７４４１１号公報に
も、上記特開平７−２３５５２０号公報と同様に、研磨
の進行に伴う正反射光量の変化に基づいて研磨進行状態
のモニタリングを行う技術が提案されている。この特開
平８−１７４４１１号公報に提案された技術も、上記特
開平７−２３５５２０号公報に提案された技術と同様の
問題点を有する。
も、上記特開平７−２３５５２０号公報と同様に、研磨
の進行に伴う正反射光量の変化に基づいて研磨進行状態
のモニタリングを行う技術が提案されている。この特開
平８−１７４４１１号公報に提案された技術も、上記特
開平７−２３５５２０号公報に提案された技術と同様の
問題点を有する。
【００１１】本発明は、半導体ウェハ上に形成される半
導体の構造や配線パターンの形状及び粗密等によらず、
正確に半導体ウェハの研磨状態をモニタリングできる半
導体ウェハ研磨状態モニタリング装置及びその方法、特
に、研磨終了点検出方法、さらに半導体ウェハ研磨状態
モニタリング装置を含む研磨装置を提供することを目的
とする。
導体の構造や配線パターンの形状及び粗密等によらず、
正確に半導体ウェハの研磨状態をモニタリングできる半
導体ウェハ研磨状態モニタリング装置及びその方法、特
に、研磨終了点検出方法、さらに半導体ウェハ研磨状態
モニタリング装置を含む研磨装置を提供することを目的
とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明は各視点において
下記の事項を有する。
下記の事項を有する。
【００１３】本発明は、第１の視点において、研磨中の
半導体ウェハに検査光を照射する手段と、前記検査光が
前記半導体ウェハによって反射された正反射光を受光し
受光量に応じた正反射光量信号を出力する正反射光受光
手段と、前記検査光が前記半導体ウェハによって散乱・
回折された散乱・回折光を受光し受光量に応じた散乱・
回折光量信号を出力する散乱・回折光受光手段と、前記
正反射光量信号と前記散乱・回折光量信号とが入力さ
れ、研磨の進行に伴う前記半導体ウェハの露出膜質の変
化による分光反射特性の変化とパターンの形成による前
記正反射光と前記散乱・回折光の比率の変化を、該正反
射光量信号と該散乱・回折光量信号がそれぞれ示す前記
正反射光の受光量と前記散乱・回折光の受光量とで捉え
て、前記半導体ウェハの研磨状態をモニタリングするモ
ニタリング手段と、を有する。
半導体ウェハに検査光を照射する手段と、前記検査光が
前記半導体ウェハによって反射された正反射光を受光し
受光量に応じた正反射光量信号を出力する正反射光受光
手段と、前記検査光が前記半導体ウェハによって散乱・
回折された散乱・回折光を受光し受光量に応じた散乱・
回折光量信号を出力する散乱・回折光受光手段と、前記
正反射光量信号と前記散乱・回折光量信号とが入力さ
れ、研磨の進行に伴う前記半導体ウェハの露出膜質の変
化による分光反射特性の変化とパターンの形成による前
記正反射光と前記散乱・回折光の比率の変化を、該正反
射光量信号と該散乱・回折光量信号がそれぞれ示す前記
正反射光の受光量と前記散乱・回折光の受光量とで捉え
て、前記半導体ウェハの研磨状態をモニタリングするモ
ニタリング手段と、を有する。
【００１４】本発明は、第２の視点において、研磨中の
半導体ウェハに互いに波長の異なる複数の検査光を照射
する手段と、前記複数の検査光が前記半導体ウェハによ
ってそれぞれ反射された複数の正反射光を受光し、前記
複数の正反射光の受光量にそれぞれ応じた複数の正反射
光量信号を出力する正反射光受光手段と、前記複数の正
反射光量信号が入力され、該複数の正反射光量信号がそ
れぞれ示す互いに波長が異なる正反射光の受光量に基づ
き、前記半導体ウェハの研磨状態をモニタリングするモ
ニタリング手段と、を有する。
半導体ウェハに互いに波長の異なる複数の検査光を照射
する手段と、前記複数の検査光が前記半導体ウェハによ
ってそれぞれ反射された複数の正反射光を受光し、前記
複数の正反射光の受光量にそれぞれ応じた複数の正反射
光量信号を出力する正反射光受光手段と、前記複数の正
反射光量信号が入力され、該複数の正反射光量信号がそ
れぞれ示す互いに波長が異なる正反射光の受光量に基づ
き、前記半導体ウェハの研磨状態をモニタリングするモ
ニタリング手段と、を有する。
【００１５】本発明は、第３の視点において、検査光を
照射する手段と、前記検査光の光軸上に、該検査光を集
光して研磨中の半導体ウェハ上での照射径を該半導体ウ
ェハに形成された所定のパターン径よりも小さくする検
査光集光手段と、前記集光された検査光が前記半導体ウ
ェハによって反射された正反射光を受光し受光量に応じ
た正反射光量信号を出力する正反射光受光手段と、前記
正反射光量信号が入力され、該正反射光量信号が示す前
記正反射光の受光量に基づき、前記半導体ウェハの研磨
状態をモニタリングするモニタリング手段と、を有す
る。
照射する手段と、前記検査光の光軸上に、該検査光を集
光して研磨中の半導体ウェハ上での照射径を該半導体ウ
ェハに形成された所定のパターン径よりも小さくする検
査光集光手段と、前記集光された検査光が前記半導体ウ
ェハによって反射された正反射光を受光し受光量に応じ
た正反射光量信号を出力する正反射光受光手段と、前記
正反射光量信号が入力され、該正反射光量信号が示す前
記正反射光の受光量に基づき、前記半導体ウェハの研磨
状態をモニタリングするモニタリング手段と、を有す
る。
【００１６】本発明は、第４の視点において、研磨中の
半導体ウェハに検査光を照射し、前記検査光の正反射光
と散乱・回折光とをそれぞれ受光し、前記正反射光の受
光量と、前記散乱・回折光の受光量と、に基づいて、研
磨の進行状態をモニタリングする。
半導体ウェハに検査光を照射し、前記検査光の正反射光
と散乱・回折光とをそれぞれ受光し、前記正反射光の受
光量と、前記散乱・回折光の受光量と、に基づいて、研
磨の進行状態をモニタリングする。
【００１７】本発明は、第５の視点において、研磨中の
半導体ウェハに互いに波長が異なる複数の検査光を照射
し、前記複数の検査光の正反射光をそれぞれ受光し、前
記複数の検査光の正反射光の受光量に基づいて、研磨の
進行状態をモニタリングする。
半導体ウェハに互いに波長が異なる複数の検査光を照射
し、前記複数の検査光の正反射光をそれぞれ受光し、前
記複数の検査光の正反射光の受光量に基づいて、研磨の
進行状態をモニタリングする。
【００１８】本発明は、第６の視点において、研磨中の
半導体ウェハに互いに波長が異なる複数の検査光を照射
し、前記複数の検査光の正反射光と散乱・回折光とをそ
れぞれ受光し、前記複数の検査光の正反射光の受光量
と、前記複数の検査光の散乱・回折光の受光量と、に基
づいて、研磨の進行状態をモニタリングする。
半導体ウェハに互いに波長が異なる複数の検査光を照射
し、前記複数の検査光の正反射光と散乱・回折光とをそ
れぞれ受光し、前記複数の検査光の正反射光の受光量
と、前記複数の検査光の散乱・回折光の受光量と、に基
づいて、研磨の進行状態をモニタリングする。
【００１９】本発明は、第７の視点において、研磨中の
半導体ウェハに検査光を集光して照射し、前記検査光の
正反射光を受光し、前記正反射光の受光量に基づいて、
研磨の進行状態をモニタリングする。
半導体ウェハに検査光を集光して照射し、前記検査光の
正反射光を受光し、前記正反射光の受光量に基づいて、
研磨の進行状態をモニタリングする。
【００２０】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を説明
する。
する。
【００２１】本発明の第１の実施形態によれば、検査光
が研磨中の半導体ウェハによって正反射された正反射光
の受光量と、散乱・回折された散乱・回折光の受光量
と、に基づき、研磨進行状態をモニタリングする。
が研磨中の半導体ウェハによって正反射された正反射光
の受光量と、散乱・回折された散乱・回折光の受光量
と、に基づき、研磨進行状態をモニタリングする。
【００２２】本発明の第２の実施形態によれば、研磨中
の半導体ウェハによってそれぞれ正反射された互いに波
長が異なる正反射光のそれぞれの受光量に基づき、研磨
進行状態をモニタリングする。
の半導体ウェハによってそれぞれ正反射された互いに波
長が異なる正反射光のそれぞれの受光量に基づき、研磨
進行状態をモニタリングする。
【００２３】本発明の第３の実施形態によれば、研磨中
の半導体ウェハによってそれぞれ正反射された互いに波
長が異なる正反射光のそれぞれの受光量と、研磨中の半
導体ウェハによって散乱・回折された散乱・回折光の受
光量と、に基づき、研磨進行状態をモニタリングする。
の半導体ウェハによってそれぞれ正反射された互いに波
長が異なる正反射光のそれぞれの受光量と、研磨中の半
導体ウェハによって散乱・回折された散乱・回折光の受
光量と、に基づき、研磨進行状態をモニタリングする。
【００２４】本発明の第４の実施形態によれば、集光さ
れて所定径以下とされた検査光を用いて、研磨中の半導
体ウェハによってそれぞれ正反射された正反射光の受光
量と、に基づき、研磨進行状態をモニタリングする。
れて所定径以下とされた検査光を用いて、研磨中の半導
体ウェハによってそれぞれ正反射された正反射光の受光
量と、に基づき、研磨進行状態をモニタリングする。
【００２５】本発明の第５の実施形態によれば、前記第
１〜第４の実施形態のいずれか２以上を組み合わせる。
１〜第４の実施形態のいずれか２以上を組み合わせる。
【００２６】また、本発明の好ましい実施の形態によれ
ば、ウェハ（図１のウェハ１）上に検査光（図１の検査
光５）を照射し、その正反射光（図１の正反射光７）を
ミラー（図１のミラー８）で反射してフォトダイオード
（図１の第１のフォトダイオード９）で受光し、散乱・
回折光（図１の散乱・回折光１０）をレンズ（図１のレ
ンズ１１）で集光してフォトダイオード（第２のフォト
ダイオード１２）で受光する。次に、正反射光を受光し
たフォトダイオードが出力する受光信号すなわち第１の
光量信号（図１の第１の光量信号ａ）と、散乱・回折光
を受光するフォトダイオードが出力する受光信号すなわ
ち第２の光量信号（図１の第２の光量信号ｂ）と、に基
づき、研磨の進行に伴うウェハ上の露出膜質の変化によ
る分光反射特性の変化とパターンの形成による正反射光
と散乱・回折光量の比率の変化を正反射光量と散乱・回
折光量の信号変化に基づき捉えて研磨の進行を把握（監
視）し、研磨の終了を判定するモニタリング手段（図１
のモニタリング手段１３）が研磨終了点の検出を行う。
ば、ウェハ（図１のウェハ１）上に検査光（図１の検査
光５）を照射し、その正反射光（図１の正反射光７）を
ミラー（図１のミラー８）で反射してフォトダイオード
（図１の第１のフォトダイオード９）で受光し、散乱・
回折光（図１の散乱・回折光１０）をレンズ（図１のレ
ンズ１１）で集光してフォトダイオード（第２のフォト
ダイオード１２）で受光する。次に、正反射光を受光し
たフォトダイオードが出力する受光信号すなわち第１の
光量信号（図１の第１の光量信号ａ）と、散乱・回折光
を受光するフォトダイオードが出力する受光信号すなわ
ち第２の光量信号（図１の第２の光量信号ｂ）と、に基
づき、研磨の進行に伴うウェハ上の露出膜質の変化によ
る分光反射特性の変化とパターンの形成による正反射光
と散乱・回折光量の比率の変化を正反射光量と散乱・回
折光量の信号変化に基づき捉えて研磨の進行を把握（監
視）し、研磨の終了を判定するモニタリング手段（図１
のモニタリング手段１３）が研磨終了点の検出を行う。
【００２７】検査光として、レーザ光だけでなくＬＥＤ
やハロゲンランプ等のインコヒーレント光も使用でき
る。検査光の照射位置は、研磨中に常に露出している箇
所であれば特に制限はないが、できるだけウェハの中心
に近くしたい場合にはポリッシャの揺動により研磨中に
光路が遮断される時間が出るため、位置センサ等を使用
してポリッシャの揺動位置・タイミングを検出し、検査
光がウェハ上に当たっているときのみ受光量信号を検出
する。
やハロゲンランプ等のインコヒーレント光も使用でき
る。検査光の照射位置は、研磨中に常に露出している箇
所であれば特に制限はないが、できるだけウェハの中心
に近くしたい場合にはポリッシャの揺動により研磨中に
光路が遮断される時間が出るため、位置センサ等を使用
してポリッシャの揺動位置・タイミングを検出し、検査
光がウェハ上に当たっているときのみ受光量信号を検出
する。
【００２８】検査光の径は、チップ内でのパターンの粗
密の影響を平均化するため、チップサイズと同等かチッ
プサイズよりも大きくする。検査光の径がチップサイズ
より小さい場合でも、ウェハが回転するためウェハ一回
転当たりの光量信号の平均値をとることでチップ内のパ
ターンの粗密の影響が小さくなるならば、検査光の径は
チップサイズより小さくしても良い。また、検査光の径
をチップサイズよりも小さくして照射位置を走査あるい
は切り替えることでパターン粗密の影響を平均化するこ
ともできる。なお、検査光のビーム形状および各受光素
子の形状は、上記条件を満たせば円形に限らず、例えば
矩形としても良い。
密の影響を平均化するため、チップサイズと同等かチッ
プサイズよりも大きくする。検査光の径がチップサイズ
より小さい場合でも、ウェハが回転するためウェハ一回
転当たりの光量信号の平均値をとることでチップ内のパ
ターンの粗密の影響が小さくなるならば、検査光の径は
チップサイズより小さくしても良い。また、検査光の径
をチップサイズよりも小さくして照射位置を走査あるい
は切り替えることでパターン粗密の影響を平均化するこ
ともできる。なお、検査光のビーム形状および各受光素
子の形状は、上記条件を満たせば円形に限らず、例えば
矩形としても良い。
【００２９】また、ウェハ上の各構造の反射分光特性を
利用し、波長の異なる複数のレーザ光を同軸照射し反射
光を、分光手段を用いて分光することなどにより、その
各波長毎の正反射光及び／又は回折・散乱光の信号変化
に基づいて、研磨状態のモニタリングを行うこともでき
る（図１７参照）。
利用し、波長の異なる複数のレーザ光を同軸照射し反射
光を、分光手段を用いて分光することなどにより、その
各波長毎の正反射光及び／又は回折・散乱光の信号変化
に基づいて、研磨状態のモニタリングを行うこともでき
る（図１７参照）。
【００３０】あるいは波長の異なる複数のレーザ光（図
７の第２，第３の検査光２８，３０）をそれぞれ異なる
複数の光軸に沿って照射し、複数の正反射光を受光位置
により分離することによって、それらの正反射光及び／
又は回折・散乱光の信号変化に基づいて、研磨状態のモ
ニタリングを行うこともできる。
７の第２，第３の検査光２８，３０）をそれぞれ異なる
複数の光軸に沿って照射し、複数の正反射光を受光位置
により分離することによって、それらの正反射光及び／
又は回折・散乱光の信号変化に基づいて、研磨状態のモ
ニタリングを行うこともできる。
【００３１】各波長毎の反射光を分離測定するには、そ
れぞれ別々の光軸を設ける他、上述のように、同軸で照
射して受光側で波長選択フィルタ、波長選択ミラー、回
折格子等の分光手段により分離することができる。この
場合、レーザ光源としては多波長を発振するマルチライ
ンレーザを使用することができる。
れぞれ別々の光軸を設ける他、上述のように、同軸で照
射して受光側で波長選択フィルタ、波長選択ミラー、回
折格子等の分光手段により分離することができる。この
場合、レーザ光源としては多波長を発振するマルチライ
ンレーザを使用することができる。
【００３２】なお、使用する波長の異なるレーザ光源
は、２波長に限る必要はなく、構成上可能な限り、波長
の異なるレーザ光源を３つ以上使用することができる。
は、２波長に限る必要はなく、構成上可能な限り、波長
の異なるレーザ光源を３つ以上使用することができる。
【００３３】レーザ光を集光、あるいは所定のパターン
寸法よりも小さく集光し、その正反射光及び散乱・回折
光の信号変化に基づいて研磨状態のモニタリングを行う
こともできる。
寸法よりも小さく集光し、その正反射光及び散乱・回折
光の信号変化に基づいて研磨状態のモニタリングを行う
こともできる。
【００３４】さらに、それぞれの検査光に対して、散乱
・回折光を同時に検出する構成とし、研磨の進行に伴う
パターンの形成による散乱・回折光量の変化から研磨状
態のモニタリングを行う手段を併用することもできる。
・回折光を同時に検出する構成とし、研磨の進行に伴う
パターンの形成による散乱・回折光量の変化から研磨状
態のモニタリングを行う手段を併用することもできる。
【００３５】正反射光は、ミラーで反射せずに直接フォ
トダイオード（図３の第９のフォトダイオード）で受光
することができ、散乱・回折光は、光軸上に配された楕
円面鏡で集光することができる。散乱・回折光の受光手
段の受光径は、正反射光の受光径より広いことが好まし
い。また、正反射光の受光ないし反射を妨害しないよう
に、正反射光の受光手段ないし反射手段の後段（下流
側）に配置することが好ましい。
トダイオード（図３の第９のフォトダイオード）で受光
することができ、散乱・回折光は、光軸上に配された楕
円面鏡で集光することができる。散乱・回折光の受光手
段の受光径は、正反射光の受光径より広いことが好まし
い。また、正反射光の受光ないし反射を妨害しないよう
に、正反射光の受光手段ないし反射手段の後段（下流
側）に配置することが好ましい。
【００３６】正反射光及び／又は散乱・回折光を受光す
る手段として、フォトダイオードだけでなく光電子増倍
管などの他の受光素子も使用できる。
る手段として、フォトダイオードだけでなく光電子増倍
管などの他の受光素子も使用できる。
【００３７】研磨液（図１の研磨液１６）を検査光の照
射領域から排除するために、好ましくは、エア（図１の
エア１４）や純水（図５の純水２４）、透明な溶液（図
６の透明溶液２６）等を所定の強度、流量でウェハ上の
照射領域中心に向けて吹き付けるか、あるいはまた、照
射領域からウェハ上の所定方向に所定距離離した位置に
向けて吹き付ける。
射領域から排除するために、好ましくは、エア（図１の
エア１４）や純水（図５の純水２４）、透明な溶液（図
６の透明溶液２６）等を所定の強度、流量でウェハ上の
照射領域中心に向けて吹き付けるか、あるいはまた、照
射領域からウェハ上の所定方向に所定距離離した位置に
向けて吹き付ける。
【００３８】研磨液を排除するためのノズルは、ウェハ
の回転速度が速く、遠心力によって研磨液の層が反射光
の検出に影響がない程度にウェハ上から排除される場合
には、設けなくてもよい。また、ノズル位置、配置角
度、エア圧力等は研磨液がモニタリングに影響ないよう
に排除できる位置及び角度であれば特に制限はないが、
ノズル位置は、ウェハ上の回転速度が速くて排除速度よ
りもスラリー流入速度の方が大きい場合には、照射領域
の上流側に設定することが好ましい。
の回転速度が速く、遠心力によって研磨液の層が反射光
の検出に影響がない程度にウェハ上から排除される場合
には、設けなくてもよい。また、ノズル位置、配置角
度、エア圧力等は研磨液がモニタリングに影響ないよう
に排除できる位置及び角度であれば特に制限はないが、
ノズル位置は、ウェハ上の回転速度が速くて排除速度よ
りもスラリー流入速度の方が大きい場合には、照射領域
の上流側に設定することが好ましい。
【００３９】また、本発明の一実施形態において、モニ
タリング手段は、下記の方法に従い研磨終了点を判定す
ることができる。
タリング手段は、下記の方法に従い研磨終了点を判定す
ることができる。
【００４０】（１） 正反射光と散乱・回折光のそれぞ
れの受光量の所定時間間隔内での平均値をしきい値と比
較し（第１、第２の比較手段）、いずれか一方あるいは
両方ともがしきい値を上回ったあるいは下回った時点
を、研磨終了点と判定する方法。
れの受光量の所定時間間隔内での平均値をしきい値と比
較し（第１、第２の比較手段）、いずれか一方あるいは
両方ともがしきい値を上回ったあるいは下回った時点
を、研磨終了点と判定する方法。
【００４１】（２） 正反射光と散乱・回折光のそれぞ
れの受光量の所定時間間隔内での平均値と、研磨開始後
所定時間経過した時点での受光量の所定時間間隔内での
平均値との差あるいは比を算出し、それをしきい値と比
較して（第３、第４の比較手段）、いずれか一方あるい
は両方ともがしきい値を上回ったあるいは下回った時点
を、研磨終了点と判定する方法。
れの受光量の所定時間間隔内での平均値と、研磨開始後
所定時間経過した時点での受光量の所定時間間隔内での
平均値との差あるいは比を算出し、それをしきい値と比
較して（第３、第４の比較手段）、いずれか一方あるい
は両方ともがしきい値を上回ったあるいは下回った時点
を、研磨終了点と判定する方法。
【００４２】（３） 正反射光と散乱・回折光のそれぞ
れの受光量の所定時間間隔内での平均値を時間微分し、
その微分値の絶対値のいずれか一方あるいは両方ともが
所定値（しきい値）以下になる時点を（第７、第８の比
較手段）、研磨終了点と判定する方法。あるいは、平均
値の変化量をしきい値と比較する（第５、第６の比較手
段）。
れの受光量の所定時間間隔内での平均値を時間微分し、
その微分値の絶対値のいずれか一方あるいは両方ともが
所定値（しきい値）以下になる時点を（第７、第８の比
較手段）、研磨終了点と判定する方法。あるいは、平均
値の変化量をしきい値と比較する（第５、第６の比較手
段）。
【００４３】（４） 正反射光と散乱・回折光のそれぞ
れの受光量の所定時間間隔内での最大値をしきい値と比
較し（第９、第１０の比較手段）、いずれか一方あるい
は両方ともがしきい値を上回ったあるいは下回った時点
を、研磨終了点と判定する方法。
れの受光量の所定時間間隔内での最大値をしきい値と比
較し（第９、第１０の比較手段）、いずれか一方あるい
は両方ともがしきい値を上回ったあるいは下回った時点
を、研磨終了点と判定する方法。
【００４４】（５） 正反射光と散乱・回折光のそれぞ
れの受光量の所定時間間隔内での最大値と最小値との差
（振幅）を算出してしきい値と比較し（第１１、第１２
の比較手段）、いずれか一方あるいは両方ともがしきい
値を上回った時点を、研磨終了点と判定する方法。
れの受光量の所定時間間隔内での最大値と最小値との差
（振幅）を算出してしきい値と比較し（第１１、第１２
の比較手段）、いずれか一方あるいは両方ともがしきい
値を上回った時点を、研磨終了点と判定する方法。
【００４５】（６） 正反射光と散乱・回折光のそれぞ
れの受光量の所定時間間隔内での分散を算出してしきい
値と比較し（第１３、第１４の比較手段）、いずれか一
方あるいは両方ともがしきい値を上回った時点を、研磨
終了点と判定する方法。
れの受光量の所定時間間隔内での分散を算出してしきい
値と比較し（第１３、第１４の比較手段）、いずれか一
方あるいは両方ともがしきい値を上回った時点を、研磨
終了点と判定する方法。
【００４６】（７） 異なる波長を有する複数の正反射
光と散乱・回折光のそれぞれの受光量の所定時間間隔内
での平均値をしきい値と比較し（第２１の比較手段）、
いずれか１つの波長の平均値があるいは所定の複数の波
長の平均値があるいは全ての波長の平均値が、しきい値
を上回ったあるいは下回った時点を、研磨終了点と判定
する方法。
光と散乱・回折光のそれぞれの受光量の所定時間間隔内
での平均値をしきい値と比較し（第２１の比較手段）、
いずれか１つの波長の平均値があるいは所定の複数の波
長の平均値があるいは全ての波長の平均値が、しきい値
を上回ったあるいは下回った時点を、研磨終了点と判定
する方法。
【００４７】（８） 異なる波長を有する２つの正反射
光のそれぞれの受光量の所定時間間隔内での平均値と、
研磨開始後所定時間経過した時点での受光量の所定時間
間隔内での平均値との差あるいは比を算出して変化量と
し、２つの変化量の差の絶対値をしきい値と比較して
（第２２の比較手段）、この変化量の差の絶対値がしき
い値を上回ったあるいは下回った時点を、研磨終了点と
判定する方法。
光のそれぞれの受光量の所定時間間隔内での平均値と、
研磨開始後所定時間経過した時点での受光量の所定時間
間隔内での平均値との差あるいは比を算出して変化量と
し、２つの変化量の差の絶対値をしきい値と比較して
（第２２の比較手段）、この変化量の差の絶対値がしき
い値を上回ったあるいは下回った時点を、研磨終了点と
判定する方法。
【００４８】（９） 正反射光の所定時間間隔内での受
光量平均値と最大値との差あるいは比を算出してしきい
値と比較し（第１５、第２３の比較手段）、この受光量
平均値と最大値との差あるいは比がしきい値を上回った
あるいは下回った時点を、研磨終了点と判定する方法
（特に検査光が所定径以下ないし所定径以下に集光され
る場合）。あるいは、加えて、散乱・回折光の所定時間
間隔内での受光量平均値と最大値との差あるいは比を算
出してしきい値と比較し（第１６の比較手段）、この比
較結果と前記比較結果とに基づいて同様に判定する方
法。
光量平均値と最大値との差あるいは比を算出してしきい
値と比較し（第１５、第２３の比較手段）、この受光量
平均値と最大値との差あるいは比がしきい値を上回った
あるいは下回った時点を、研磨終了点と判定する方法
（特に検査光が所定径以下ないし所定径以下に集光され
る場合）。あるいは、加えて、散乱・回折光の所定時間
間隔内での受光量平均値と最大値との差あるいは比を算
出してしきい値と比較し（第１６の比較手段）、この比
較結果と前記比較結果とに基づいて同様に判定する方
法。
【００４９】（１０） 正反射光の光量信号と散乱・回
折光の光量信号をそれぞれ所定時間間隔内で平均化し
て、その値のうち過去に遡った所定数の平均値の最大値
と最小値の差を変動量として算出してしきい値と比較し
（第１７、第１８の比較手段）、正反射光量信号と散乱
・回折光量信号の平均値の過去に遡った所定数の平均値
での変動量のいずれか一方あるいは両方ともがしきい値
を上回ったあるいは下回った時点を、研磨終了点と判定
する方法。
折光の光量信号をそれぞれ所定時間間隔内で平均化し
て、その値のうち過去に遡った所定数の平均値の最大値
と最小値の差を変動量として算出してしきい値と比較し
（第１７、第１８の比較手段）、正反射光量信号と散乱
・回折光量信号の平均値の過去に遡った所定数の平均値
での変動量のいずれか一方あるいは両方ともがしきい値
を上回ったあるいは下回った時点を、研磨終了点と判定
する方法。
【００５０】（１１） 上記（１）〜（１０）の各方法
において、各処理値としきい値あるいは各処理値と所定
値との比較ではなく、過去数点の各処理値の平均値とし
きい値を比較して、各処理値の過去数点の平均値がしき
い値を上回ったあるいは下回った時点を、研磨終了点と
判定する方法。
において、各処理値としきい値あるいは各処理値と所定
値との比較ではなく、過去数点の各処理値の平均値とし
きい値を比較して、各処理値の過去数点の平均値がしき
い値を上回ったあるいは下回った時点を、研磨終了点と
判定する方法。
【００５１】（１２） 上記（１）〜（１０）の各方法
において、各処理値をしきい値と比較し、所定回数連続
してしきい値を上回ったあるいは下回った時点を、研磨
終了点と判定する方法。
において、各処理値をしきい値と比較し、所定回数連続
してしきい値を上回ったあるいは下回った時点を、研磨
終了点と判定する方法。
【００５２】（１３） 上記（１）〜（１０）の各方法
において、各処理値としきい値あるいは各処理値と所定
値との比較ではなく、各処理値の変化の形態に基づいて
研磨終了点を判定する方法。
において、各処理値としきい値あるいは各処理値と所定
値との比較ではなく、各処理値の変化の形態に基づいて
研磨終了点を判定する方法。
【００５３】（１４） 上記（１）〜（１０）の各方法
において、各処理値がしきい値を上回ったあるいは下回
ってから所定時間経過した時点を、研磨終了点と判定す
る方法。
において、各処理値がしきい値を上回ったあるいは下回
ってから所定時間経過した時点を、研磨終了点と判定す
る方法。
【００５４】（１５） 上記（１）〜（１０）の各方法
において、各処理値としきい値あるいは各処理値と所定
値との比較ではなく、過去数点の各処理値の平均値とし
きい値を比較して（第１７、第１８の比較手段）、各処
理値の過去数点の平均値がしきい値を上回ったあるいは
下回ってから所定時間経過した時点を、研磨終了点と判
定する方法。
において、各処理値としきい値あるいは各処理値と所定
値との比較ではなく、過去数点の各処理値の平均値とし
きい値を比較して（第１７、第１８の比較手段）、各処
理値の過去数点の平均値がしきい値を上回ったあるいは
下回ってから所定時間経過した時点を、研磨終了点と判
定する方法。
【００５５】（１６） 上記（１）〜（１５）の各判定
方法の複数を選択し、選択した判定方法を互いに論理和
あるいは論理積として組み合わせて研磨終了点を判定す
る方法。
方法の複数を選択し、選択した判定方法を互いに論理和
あるいは論理積として組み合わせて研磨終了点を判定す
る方法。
【００５６】（１７） 上記（１）〜（１６）の各方法
において、しきい値と、しきい値と比較される値が、等
しく、あるいは上回った又は下回った際に、研磨終了点
と判定する方法。
において、しきい値と、しきい値と比較される値が、等
しく、あるいは上回った又は下回った際に、研磨終了点
と判定する方法。
【００５７】なお、本発明が適用される研磨装置は、ウ
ェハの被研磨面が上方を向いている必要はない。検査光
の照射、および正反射光と散乱・回折光の検出が可能な
光路が確保できれば、ウェハの研磨面は下方ないしその
他の方向を向いていてもよい。
ェハの被研磨面が上方を向いている必要はない。検査光
の照射、および正反射光と散乱・回折光の検出が可能な
光路が確保できれば、ウェハの研磨面は下方ないしその
他の方向を向いていてもよい。
【００５８】
【実施例】以下図面を参照して本発明の一実施例を説明
する。図１は、本発明の第１の実施例に係る半導体ウェ
ハ研磨装置を説明するための構成図である。図１を参照
して、本実施例に係る半導体ウェハ研磨装置は、表面に
ウェハ１を保持し、ウェハ１を鉛直軸を中心として回転
させる研磨定盤２と、研磨布３が貼着され、研磨布３を
所定の圧力でウェハ１に摺接させながら鉛直軸を中心と
して回転しかつ水平方向に揺動するポリッシャ４と、半
導体ウェハ研磨状態モニタリング装置と、を備える。
する。図１は、本発明の第１の実施例に係る半導体ウェ
ハ研磨装置を説明するための構成図である。図１を参照
して、本実施例に係る半導体ウェハ研磨装置は、表面に
ウェハ１を保持し、ウェハ１を鉛直軸を中心として回転
させる研磨定盤２と、研磨布３が貼着され、研磨布３を
所定の圧力でウェハ１に摺接させながら鉛直軸を中心と
して回転しかつ水平方向に揺動するポリッシャ４と、半
導体ウェハ研磨状態モニタリング装置と、を備える。
【００５９】半導体ウェハ研磨状態モニタリング装置
は、投光源としてのレーザ光源６と、ウェハ１上の研磨
動作中に露出する所定位置に向けてウェハ１上で所定径
となる検査光５を所定角度をもって照射する照射手段４
１と、ウェハ１上で反射される検査光５の正反射光７を
反射させる所定径のミラー８と、ミラー８で反射された
正反射光７を受光してその光量を測定し、第１の光量信
号ａとして出力する受光素子としての第１のフォトダイ
オード９と、正反射光７の光軸上にあってミラー８の後
段に配置され、ウェハ１上で反射される検査光５のうち
の散乱・回折光１０を集光する集光レンズ１１と、集光
レンズ１１で集光された散乱・回折光１０を受光してそ
の光量を測定し、第２の光量信号ｂとして出力する受光
素子としての第２のフォトダイオード１２と、第１の光
量信号ａと第２の光量信号ｂに基づき、研磨の進行に伴
うウェハ１上の膜質の変化による分光特性の変化とパタ
ーンの形成による正反射光量と散乱・回折光量の比率の
変化とを、正反射光量と散乱・回折光量の信号変化で捉
えて研磨の進行を把握し、研磨終了点を検出するモニタ
リング手段１３と、ウェハ１の被研磨面であって検査光
５が照射される領域に向けて所定の圧力と流量でエアー
１４を吹き付けることにより検査光５の照射領域から研
磨液１６を排除するノズル１７と、ノズル１７にエアを
供給するエア供給手段１５と、を備える。
は、投光源としてのレーザ光源６と、ウェハ１上の研磨
動作中に露出する所定位置に向けてウェハ１上で所定径
となる検査光５を所定角度をもって照射する照射手段４
１と、ウェハ１上で反射される検査光５の正反射光７を
反射させる所定径のミラー８と、ミラー８で反射された
正反射光７を受光してその光量を測定し、第１の光量信
号ａとして出力する受光素子としての第１のフォトダイ
オード９と、正反射光７の光軸上にあってミラー８の後
段に配置され、ウェハ１上で反射される検査光５のうち
の散乱・回折光１０を集光する集光レンズ１１と、集光
レンズ１１で集光された散乱・回折光１０を受光してそ
の光量を測定し、第２の光量信号ｂとして出力する受光
素子としての第２のフォトダイオード１２と、第１の光
量信号ａと第２の光量信号ｂに基づき、研磨の進行に伴
うウェハ１上の膜質の変化による分光特性の変化とパタ
ーンの形成による正反射光量と散乱・回折光量の比率の
変化とを、正反射光量と散乱・回折光量の信号変化で捉
えて研磨の進行を把握し、研磨終了点を検出するモニタ
リング手段１３と、ウェハ１の被研磨面であって検査光
５が照射される領域に向けて所定の圧力と流量でエアー
１４を吹き付けることにより検査光５の照射領域から研
磨液１６を排除するノズル１７と、ノズル１７にエアを
供給するエア供給手段１５と、を備える。
【００６０】次に、以上説明した半導体ウェハ研磨装置
の動作を説明する。図２は、研磨対象であるウェハ１の
一例を示す断面図である。図２を参照して、ウェハ１の
最上層には絶縁層１８を覆うように金属層１９が全面に
膜付けされており、この金属層１９を絶縁層１８が露出
するまで研磨することで、金属配線を形成する。
の動作を説明する。図２は、研磨対象であるウェハ１の
一例を示す断面図である。図２を参照して、ウェハ１の
最上層には絶縁層１８を覆うように金属層１９が全面に
膜付けされており、この金属層１９を絶縁層１８が露出
するまで研磨することで、金属配線を形成する。
【００６１】再度図１を参照して、ウェハ１の研磨は、
研磨定盤２によってウェハ１が回転され、研磨液１６を
供給しながらポリッシャ４により研磨布３を所定の圧力
でウェハ１の被研磨面に接触させ、ポリッシャ４がウェ
ハ１に垂直な軸を中心とした回転とウェハ１に平行に揺
動することにより行なわれる。
研磨定盤２によってウェハ１が回転され、研磨液１６を
供給しながらポリッシャ４により研磨布３を所定の圧力
でウェハ１の被研磨面に接触させ、ポリッシャ４がウェ
ハ１に垂直な軸を中心とした回転とウェハ１に平行に揺
動することにより行なわれる。
【００６２】この研磨動作においては、研磨の進行状態
を把握し、適切な研磨状態にて研磨を終了させる必要が
ある。すなわち、研磨が不十分である場合には、表面に
金属層１９が残り配線間の短絡が発生し、一方、研磨が
過度である場合には、形成された配線の断面積不足が発
生し、また絶縁層１８と金属層１９との研磨速度の違い
によって研磨表面の段差が発生するからである。
を把握し、適切な研磨状態にて研磨を終了させる必要が
ある。すなわち、研磨が不十分である場合には、表面に
金属層１９が残り配線間の短絡が発生し、一方、研磨が
過度である場合には、形成された配線の断面積不足が発
生し、また絶縁層１８と金属層１９との研磨速度の違い
によって研磨表面の段差が発生するからである。
【００６３】次に、図１及び図２を参照して、この半導
体ウェハ研磨状態モニタリング装置の動作を説明する。
体ウェハ研磨状態モニタリング装置の動作を説明する。
【００６４】まず、レーザ光源６から、ウェハ１上の研
磨動作中に露出する所定位置に向けて、全反射角度より
十分小さい角度で所定径の検査光５を照射する。このと
き、研磨液１６が検査光５のウェハ１への照射を阻害し
ないように、ノズル１７を用いてエア１４を吹き付ける
ことにより、研磨液１６を検査光５の照射領域から排除
する。照射された検査光５はウェハ１上で反射される。
磨動作中に露出する所定位置に向けて、全反射角度より
十分小さい角度で所定径の検査光５を照射する。このと
き、研磨液１６が検査光５のウェハ１への照射を阻害し
ないように、ノズル１７を用いてエア１４を吹き付ける
ことにより、研磨液１６を検査光５の照射領域から排除
する。照射された検査光５はウェハ１上で反射される。
【００６５】金属層１９がウェハ１の全面を覆っている
状態では、検査光５は平面である金属層１９で正反射さ
れるため、反射光の大部分は正反射光７である。この正
反射光７の光軸上には正反射光７をミラー８に向けて反
射するミラー８が配置されており、正反射光７はミラー
８で反射されて第１のフォトダイオード９で受光され
る。第１のフォトダイオード９は、その光量を測定し第
１の光量信号ａとして出力する。研磨が進行して絶縁層
１８が露出し配線層が形成されるにつれて、ウェハ１上
に照射された検査光５は、配線層で、ないし配線層以外
の膜が検査光５を透過する場合には下層にある配線層で
散乱・回折されることになる。或いは、金属層１９が非
常に薄く検査光５をある程度透過する場合には、散乱・
回折光１０は研磨初期から発生する。
状態では、検査光５は平面である金属層１９で正反射さ
れるため、反射光の大部分は正反射光７である。この正
反射光７の光軸上には正反射光７をミラー８に向けて反
射するミラー８が配置されており、正反射光７はミラー
８で反射されて第１のフォトダイオード９で受光され
る。第１のフォトダイオード９は、その光量を測定し第
１の光量信号ａとして出力する。研磨が進行して絶縁層
１８が露出し配線層が形成されるにつれて、ウェハ１上
に照射された検査光５は、配線層で、ないし配線層以外
の膜が検査光５を透過する場合には下層にある配線層で
散乱・回折されることになる。或いは、金属層１９が非
常に薄く検査光５をある程度透過する場合には、散乱・
回折光１０は研磨初期から発生する。
【００６６】このような散乱・回折光１０は、正反射光
７の光軸上にあってミラー８の後段に配置された集光レ
ンズ１１で集光され、その集光点に配置された第２のフ
ォトダイオード１２で受光される。第２のフォトダイオ
ード１２は、その光量を測定し第２の光量信号ｂとして
出力する。
７の光軸上にあってミラー８の後段に配置された集光レ
ンズ１１で集光され、その集光点に配置された第２のフ
ォトダイオード１２で受光される。第２のフォトダイオ
ード１２は、その光量を測定し第２の光量信号ｂとして
出力する。
【００６７】このとき、正反射光７を反射するミラー８
の直径は、ウェハ１上に若干残った研磨液１６の残膜に
より、或いはプロセスからの要求でウェハ１上から完全
に研磨液１６を除去してはならない場合にウェハ１上に
残留させる研磨液１６の残膜により生じる正反射光７の
ビーム形状の揺らぎをカバーするのに十分で、かつ、散
乱・回折光１０をできるだけ遮らないような径および外
形とする。
の直径は、ウェハ１上に若干残った研磨液１６の残膜に
より、或いはプロセスからの要求でウェハ１上から完全
に研磨液１６を除去してはならない場合にウェハ１上に
残留させる研磨液１６の残膜により生じる正反射光７の
ビーム形状の揺らぎをカバーするのに十分で、かつ、散
乱・回折光１０をできるだけ遮らないような径および外
形とする。
【００６８】従って、散乱・回折光１０はミラー８には
ほとんど入射せずに集光レンズ１１に入射するので、第
１のフォトダイオード９の出力である第１の光量信号ａ
はほぼ正反射光７のみの光量に応じた信号となり、第２
のフォトダイオード１２の出力である第２の光量信号ｂ
は散乱・回折光１０のみの光量に応じた信号となる。
ほとんど入射せずに集光レンズ１１に入射するので、第
１のフォトダイオード９の出力である第１の光量信号ａ
はほぼ正反射光７のみの光量に応じた信号となり、第２
のフォトダイオード１２の出力である第２の光量信号ｂ
は散乱・回折光１０のみの光量に応じた信号となる。
【００６９】モニタリング手段１３には、第１の光量信
号ａと第２の光量信号ｂが入力される。モニタリング手
段１３は、第１及び第２の光量信号ａ，ｂに基づき、研
磨の進行に伴うウェハ１上の露出膜質の変化による所定
波長あるいは複数の所定波長の検査光に対する分光反射
特性の変化と、パターンの形成による正反射光量と散乱
・回折光量の比率の変化とを正反射光量と散乱・回折光
量の信号変化で捉えて研磨の進行をモニタリングし、研
磨終了点を検出する。
号ａと第２の光量信号ｂが入力される。モニタリング手
段１３は、第１及び第２の光量信号ａ，ｂに基づき、研
磨の進行に伴うウェハ１上の露出膜質の変化による所定
波長あるいは複数の所定波長の検査光に対する分光反射
特性の変化と、パターンの形成による正反射光量と散乱
・回折光量の比率の変化とを正反射光量と散乱・回折光
量の信号変化で捉えて研磨の進行をモニタリングし、研
磨終了点を検出する。
【００７０】このとき、モニタリングされる研磨状態の
変化は、各層の材質や膜厚、パターン形状、パターンの
粗密等の構造により異なってくる。例えば、最上層膜と
下層構造の反射率の差が大きい場合には、研磨の進行に
伴う分光反射特性の変化により正反射光量信号が変化す
るため、これにより研磨状態をモニタリングする。最上
層膜と下層構造の反射率の差が小さい場合には、正反射
光量信号の変化が小さく、正反射光量信号に基づき研磨
状態をモニタリングすることは困難であるが、研磨の進
行に伴うパターンの形成により散乱・回折光量信号が変
化するため、これにより研磨状態のモニタリングを行
う。
変化は、各層の材質や膜厚、パターン形状、パターンの
粗密等の構造により異なってくる。例えば、最上層膜と
下層構造の反射率の差が大きい場合には、研磨の進行に
伴う分光反射特性の変化により正反射光量信号が変化す
るため、これにより研磨状態をモニタリングする。最上
層膜と下層構造の反射率の差が小さい場合には、正反射
光量信号の変化が小さく、正反射光量信号に基づき研磨
状態をモニタリングすることは困難であるが、研磨の進
行に伴うパターンの形成により散乱・回折光量信号が変
化するため、これにより研磨状態のモニタリングを行
う。
【００７１】（第２の実施例）図３は、本発明の第２の
実施例に係る半導体ウェハ研磨装置を示す構成図であ
る。図３を参照して、本実施例に係る半導体ウェハ研磨
装置において、半導体ウェハ研磨状態モニタリング装置
は、正反射光を直接受光して、その光量を測定し、測定
光量に応じた第１の光量信号ａを出力する第９のフォト
ダイオード４４を有する。第９のフォトダイオードの受
光面の径は、研磨液１６の残膜により生じる正反射光７
のビーム形状の揺らぎをカバーし、かつそれ自体の外形
は受光面径との差が最小で散乱・回折光１０をできるだ
け遮らないように設定する。
実施例に係る半導体ウェハ研磨装置を示す構成図であ
る。図３を参照して、本実施例に係る半導体ウェハ研磨
装置において、半導体ウェハ研磨状態モニタリング装置
は、正反射光を直接受光して、その光量を測定し、測定
光量に応じた第１の光量信号ａを出力する第９のフォト
ダイオード４４を有する。第９のフォトダイオードの受
光面の径は、研磨液１６の残膜により生じる正反射光７
のビーム形状の揺らぎをカバーし、かつそれ自体の外形
は受光面径との差が最小で散乱・回折光１０をできるだ
け遮らないように設定する。
【００７２】図１（第１の実施例の構成図）及び図３を
対比して、本実施例に係る研磨装置ないしモニタリング
装置は、第１の実施例のようにウェハ１上で反射される
検査光５の正反射光７をミラー８で反射させて受光する
かわりに、第９のフォトダイオードで正反射光７を直接
受光してその光量を測定する以外は、構成及び動作とも
前記第１の実施例と同様である。
対比して、本実施例に係る研磨装置ないしモニタリング
装置は、第１の実施例のようにウェハ１上で反射される
検査光５の正反射光７をミラー８で反射させて受光する
かわりに、第９のフォトダイオードで正反射光７を直接
受光してその光量を測定する以外は、構成及び動作とも
前記第１の実施例と同様である。
【００７３】（第３の実施例）図４は、本発明の第３の
実施例に係る半導体ウェハ研磨装置を示す構成図であ
る。図４を参照して、本実施例に係る半導体ウェハ研磨
装置において、半導体ウェハ研磨状態モニタリング装置
は、ウェハ１上で反射された検査光５の正反射光７の光
軸上にあって、正反射光７を受光してその光量を測定し
第３の光量信号ｃとして出力する第３のフォトダイオー
ド２０と、正反射光７の光軸上でかつ第３のフォトダイ
オード２０の後段にあって、その第２焦点位置がウェハ
１上の検査光５の照射位置に一致するように配置され、
ウェハ１上で反射される検査光５のうちの散乱・回折光
１０を集光する楕円面鏡２１と、楕円面鏡２１の第１焦
点位置にあって、楕円面鏡２１の第１焦点位置より前方
の面で反射されて集光された散乱・回折光１０を受光し
てその光量を測定し、第４の光量信号ｄとして出力する
第４のフォトダイオード２２と、楕円面鏡２１の第１焦
点位置より後方の面で反射されて集光された散乱・回折
光１０を受光してその光量を測定し、第５の光量信号ｅ
として出力する第５のフォトダイオード２３を有する。
実施例に係る半導体ウェハ研磨装置を示す構成図であ
る。図４を参照して、本実施例に係る半導体ウェハ研磨
装置において、半導体ウェハ研磨状態モニタリング装置
は、ウェハ１上で反射された検査光５の正反射光７の光
軸上にあって、正反射光７を受光してその光量を測定し
第３の光量信号ｃとして出力する第３のフォトダイオー
ド２０と、正反射光７の光軸上でかつ第３のフォトダイ
オード２０の後段にあって、その第２焦点位置がウェハ
１上の検査光５の照射位置に一致するように配置され、
ウェハ１上で反射される検査光５のうちの散乱・回折光
１０を集光する楕円面鏡２１と、楕円面鏡２１の第１焦
点位置にあって、楕円面鏡２１の第１焦点位置より前方
の面で反射されて集光された散乱・回折光１０を受光し
てその光量を測定し、第４の光量信号ｄとして出力する
第４のフォトダイオード２２と、楕円面鏡２１の第１焦
点位置より後方の面で反射されて集光された散乱・回折
光１０を受光してその光量を測定し、第５の光量信号ｅ
として出力する第５のフォトダイオード２３を有する。
【００７４】第３のフォトダイオード２０の受光面の径
は、研磨液１６の残膜により生じる正反射光７のビーム
形状の揺らぎをカバーし、かつそれ自体の外形は受光面
径との差が最小で散乱・回折光１０をできるだけ遮らな
いように設定される。
は、研磨液１６の残膜により生じる正反射光７のビーム
形状の揺らぎをカバーし、かつそれ自体の外形は受光面
径との差が最小で散乱・回折光１０をできるだけ遮らな
いように設定される。
【００７５】本実施例によれば、散乱・回折光１０の集
光をレンズではなく楕円面鏡２１で行い、散乱・回折光
１０を楕円面鏡２１の第１焦点位置よりも前方で集光さ
れるものと、後方で集光されるものとの２つに分けて受
光する。
光をレンズではなく楕円面鏡２１で行い、散乱・回折光
１０を楕円面鏡２１の第１焦点位置よりも前方で集光さ
れるものと、後方で集光されるものとの２つに分けて受
光する。
【００７６】以上説明した以外の、本実施例に係る研磨
装置ないしモニタリング装置の構成、動作は、第１、第
２の実施例と同様である。
装置ないしモニタリング装置の構成、動作は、第１、第
２の実施例と同様である。
【００７７】（第４の実施例）図５は、本発明の第４の
実施例に係る半導体ウェハ研磨装置を示す構成図であ
る。図５を参照して、本実施例に係る半導体ウェハ研磨
装置において、半導体ウェハ研磨状態モニタリング装置
は、図１に示した第１の実施例における、ノズル１７に
エア１４を供給するエア供給手段１５の代わりに、純水
２４を供給する純水供給手段２５を設けたものである。
実施例に係る半導体ウェハ研磨装置を示す構成図であ
る。図５を参照して、本実施例に係る半導体ウェハ研磨
装置において、半導体ウェハ研磨状態モニタリング装置
は、図１に示した第１の実施例における、ノズル１７に
エア１４を供給するエア供給手段１５の代わりに、純水
２４を供給する純水供給手段２５を設けたものである。
【００７８】本実施例によれば、ノズル１７に純水供給
手段２５から純水２４を供給し、ウェハ１上の検査光５
の照射領域上に透明な純水２４の平滑な液膜ができるよ
うノズル１７からウェハ１に純水２４を吹き付けること
で、研磨液１６が検査光５のウェハ１への照射を阻害し
ないように研磨液１６を検査光５の照射領域から排除す
る。
手段２５から純水２４を供給し、ウェハ１上の検査光５
の照射領域上に透明な純水２４の平滑な液膜ができるよ
うノズル１７からウェハ１に純水２４を吹き付けること
で、研磨液１６が検査光５のウェハ１への照射を阻害し
ないように研磨液１６を検査光５の照射領域から排除す
る。
【００７９】以上説明した以外の、本実施例に係る研磨
装置ないしモニタリング装置の構成、動作は、第１〜第
３の実施例と同一である。
装置ないしモニタリング装置の構成、動作は、第１〜第
３の実施例と同一である。
【００８０】（第５の実施例）図６は、本発明の第５の
実施例に係る半導体ウェハ研磨装置を示す構成図であ
る。図６を参照して、本実施例に係る半導体ウェハ研磨
装置において、半導体ウェハ研磨状態モニタリング装置
は、図１に示した第１の実施例における、ノズル１７に
エア１４を供給するエア供給手段１５の代わりに、透明
溶液２６を供給する透明溶液供給手段２７を設けたもの
である。
実施例に係る半導体ウェハ研磨装置を示す構成図であ
る。図６を参照して、本実施例に係る半導体ウェハ研磨
装置において、半導体ウェハ研磨状態モニタリング装置
は、図１に示した第１の実施例における、ノズル１７に
エア１４を供給するエア供給手段１５の代わりに、透明
溶液２６を供給する透明溶液供給手段２７を設けたもの
である。
【００８１】本実施例によれば、ノズル１７に透明溶液
供給手段２７から透明溶液２６を供給し、ウェハ１上の
検査光５の照射領域上に透明溶液２６の平滑な液膜がで
きるようノズル１７からウェハ１に透明溶液２６を吹き
付けることにより、研磨液１６が検査光５のウェハ１へ
の照射を阻害しないように研磨液１６を検査光５の照射
領域から排除する。
供給手段２７から透明溶液２６を供給し、ウェハ１上の
検査光５の照射領域上に透明溶液２６の平滑な液膜がで
きるようノズル１７からウェハ１に透明溶液２６を吹き
付けることにより、研磨液１６が検査光５のウェハ１へ
の照射を阻害しないように研磨液１６を検査光５の照射
領域から排除する。
【００８２】以上説明した以外の、本実施例に係る研磨
装置ないしモニタリング装置の構成、動作は、第１〜第
３の実施例と同一である。
装置ないしモニタリング装置の構成、動作は、第１〜第
３の実施例と同一である。
【００８３】（第６の実施例）図７は、本発明の第６の
実施例に係る半導体ウェハ研磨装置を示す構成図であ
る。図７を参照して、本実施例に係る半導体ウェハ研磨
装置において、半導体ウェハ研磨状態モニタリング装置
は、図１に示した第１の実施例が単一の検査光を使用す
るのに対し、異なる波長を有する２つの検査光を用い
る。
実施例に係る半導体ウェハ研磨装置を示す構成図であ
る。図７を参照して、本実施例に係る半導体ウェハ研磨
装置において、半導体ウェハ研磨状態モニタリング装置
は、図１に示した第１の実施例が単一の検査光を使用す
るのに対し、異なる波長を有する２つの検査光を用い
る。
【００８４】この半導体ウェハ研磨状態モニタリング装
置は、所定波長の投光源としての第２のレーザ光源２９
と、第２のレーザ光源２９から出射された第２の検査光
２８をウェハ１上に所定角度で照射する第２の照射手段
４２と、第２の検査光２８と異なる波長の投光源として
の第３のレーザ光源３１と、第３のレーザ光源３１から
出射された第３の検査光３０を第２の検査光２８の照射
角度と異なる角度をもって照射する第３の照射手段４３
と、ウェハ１上で反射された第２の検査光２８の正反射
光軸上にあって、第２の正反射光３２を受光してその光
量を測定し第６の光量信号ｆとして出力する第６のフォ
トダイオード３３と、ウェハ１上で反射された第３の検
査光３０の正反射光軸上にあって、第３の正反射光３４
を受光してその光量を測定し第７の光量信号ｇとして出
力する第７のフォトダイオード３５とを有する。
置は、所定波長の投光源としての第２のレーザ光源２９
と、第２のレーザ光源２９から出射された第２の検査光
２８をウェハ１上に所定角度で照射する第２の照射手段
４２と、第２の検査光２８と異なる波長の投光源として
の第３のレーザ光源３１と、第３のレーザ光源３１から
出射された第３の検査光３０を第２の検査光２８の照射
角度と異なる角度をもって照射する第３の照射手段４３
と、ウェハ１上で反射された第２の検査光２８の正反射
光軸上にあって、第２の正反射光３２を受光してその光
量を測定し第６の光量信号ｆとして出力する第６のフォ
トダイオード３３と、ウェハ１上で反射された第３の検
査光３０の正反射光軸上にあって、第３の正反射光３４
を受光してその光量を測定し第７の光量信号ｇとして出
力する第７のフォトダイオード３５とを有する。
【００８５】本実施例によれば、図１に示した第１の実
施例が正反射光と散乱・回折光の２つの受光量の変化に
基づき、研磨状態のモニタリングを行うのに対して、２
つの異なる波長の正反射光量の変化を基に研磨状態のモ
ニタリングを行う。
施例が正反射光と散乱・回折光の２つの受光量の変化に
基づき、研磨状態のモニタリングを行うのに対して、２
つの異なる波長の正反射光量の変化を基に研磨状態のモ
ニタリングを行う。
【００８６】本実施例の半導体ウェハ研磨状態モニタリ
ング装置の動作を説明する。まず、第２のレーザ光源２
９と第３のレーザ光源３１から出射された波長の異なる
第２の検査光２８および第３の検査光３０を、第２の照
射手段４２と第３の照射手段４３により、ウェハ１上の
研磨動作中に露出する同一位置に向けてそれぞれ異なる
角度で照射する。
ング装置の動作を説明する。まず、第２のレーザ光源２
９と第３のレーザ光源３１から出射された波長の異なる
第２の検査光２８および第３の検査光３０を、第２の照
射手段４２と第３の照射手段４３により、ウェハ１上の
研磨動作中に露出する同一位置に向けてそれぞれ異なる
角度で照射する。
【００８７】このとき、第２の検査光２８は金属膜１９
での反射率の方が下層構造の反射率よりも大きい波長と
し、第３の検査光３０は金属膜１９での反射率の方が下
層構造の反射率よりも小さい波長としておく。また、研
磨液１６が第２の検査光２８および第３の検査光３０の
ウェハ１への照射を阻害しないように、研磨液１６はノ
ズル１７からエア１４を吹き付けて排除しておく。
での反射率の方が下層構造の反射率よりも大きい波長と
し、第３の検査光３０は金属膜１９での反射率の方が下
層構造の反射率よりも小さい波長としておく。また、研
磨液１６が第２の検査光２８および第３の検査光３０の
ウェハ１への照射を阻害しないように、研磨液１６はノ
ズル１７からエア１４を吹き付けて排除しておく。
【００８８】照射された第２の検査光２８および第３の
検査光３０はウェハ１上で反射されるが、金属層１９が
ウェハ１の全面を覆っている状態では、第２の検査光２
８および第３の検査光３０は平面である金属層１９でそ
れぞれ正反射される。この第２の正反射光３２と第３の
正反射光３４の光軸上には、それぞれ第６のフォトダイ
オード３３と第７のフォトダイオード３５が配置されて
おり、それぞれ第２の正反射光３２と第３の正反射光３
４を受光してその光量を測定し、第６の光量信号ｆと第
７の光量信号ｇを出力する。
検査光３０はウェハ１上で反射されるが、金属層１９が
ウェハ１の全面を覆っている状態では、第２の検査光２
８および第３の検査光３０は平面である金属層１９でそ
れぞれ正反射される。この第２の正反射光３２と第３の
正反射光３４の光軸上には、それぞれ第６のフォトダイ
オード３３と第７のフォトダイオード３５が配置されて
おり、それぞれ第２の正反射光３２と第３の正反射光３
４を受光してその光量を測定し、第６の光量信号ｆと第
７の光量信号ｇを出力する。
【００８９】この第６の光量信号ｆと第７の光量信号ｇ
は、研磨の進行に伴って以下のように変化する。まず、
第６の光量信号ｆは、金属膜１９での反射率の方が下層
構造の反射率よりも大きい波長を有する第２の検査光２
８の正反射光量であるため、研磨が進行して反射率が低
い下層構造が露出してくると減少していく。
は、研磨の進行に伴って以下のように変化する。まず、
第６の光量信号ｆは、金属膜１９での反射率の方が下層
構造の反射率よりも大きい波長を有する第２の検査光２
８の正反射光量であるため、研磨が進行して反射率が低
い下層構造が露出してくると減少していく。
【００９０】次に、第７の光量信号ｇは、金属膜１９で
の反射率の方が下層構造の反射率よりも小さい波長を有
する第３の検査光３０の正反射光量であるため、研磨が
進行して反射率が高い下層構造が露出してくると逆に増
加していく。また、ウェハ１の研磨が終了した時点以降
は、金属膜１９と下層構造の面積比率が変化しなくなる
ため、両信号とも変化しなくなる。
の反射率の方が下層構造の反射率よりも小さい波長を有
する第３の検査光３０の正反射光量であるため、研磨が
進行して反射率が高い下層構造が露出してくると逆に増
加していく。また、ウェハ１の研磨が終了した時点以降
は、金属膜１９と下層構造の面積比率が変化しなくなる
ため、両信号とも変化しなくなる。
【００９１】そこで、モニタリング手段１３では、入力
された第６の光量信号ｆと第７の光量信号ｇを用いて、
さらに、研磨の進行に伴うウェハ１上の露出膜質の変化
による分光反射特性の変化からくる２つの異なる波長の
正反射光量信号変化の特徴に基づいて、研磨の進行をモ
ニタリングし、研磨終了点の検出を行う。
された第６の光量信号ｆと第７の光量信号ｇを用いて、
さらに、研磨の進行に伴うウェハ１上の露出膜質の変化
による分光反射特性の変化からくる２つの異なる波長の
正反射光量信号変化の特徴に基づいて、研磨の進行をモ
ニタリングし、研磨終了点の検出を行う。
【００９２】なお、使用する波長の異なるレーザ光源
は、本実施例のように２波長に限る必要はなく、構成が
可能な限り、波長の異なるレーザ光源を３つ以上使用す
ることができる。
は、本実施例のように２波長に限る必要はなく、構成が
可能な限り、波長の異なるレーザ光源を３つ以上使用す
ることができる。
【００９３】また、各波長毎の反射光を分離測定するに
は、本実施例のようにそれぞれ別々の光軸を設ける他、
同軸で照射して受光側で波長選択フィルタ、波長選択ミ
ラー、回折格子等の分光手段により分離することができ
る。この場合、レーザ光源としては多波長を発振するマ
ルチラインレーザを使用することができる。
は、本実施例のようにそれぞれ別々の光軸を設ける他、
同軸で照射して受光側で波長選択フィルタ、波長選択ミ
ラー、回折格子等の分光手段により分離することができ
る。この場合、レーザ光源としては多波長を発振するマ
ルチラインレーザを使用することができる。
【００９４】また、それぞれの検査光に対して、前記第
１〜第５の実施例のように、散乱・回折光を同時に検出
する構成とし、研磨の進行に伴うパターンの形成による
散乱・回折光量の変化から研磨状態のモニタリングを行
う手段を併用することもできる。
１〜第５の実施例のように、散乱・回折光を同時に検出
する構成とし、研磨の進行に伴うパターンの形成による
散乱・回折光量の変化から研磨状態のモニタリングを行
う手段を併用することもできる。
【００９５】（第７の実施例）図８は、本発明の第７の
実施例に係る半導体ウェハ研磨装置を示す構成図であ
る。図８を参照して、本実施例に係る半導体ウェハ研磨
装置において、半導体ウェハ研磨状態モニタリング装置
は、レーザ光源６からウェハ１上の研磨動作中に露出す
る位置に向けて所定径、所定角度で照射された検査光５
の光軸上にあって、検査光５をウェハ１上にある所定の
パターンよりも小さい径に集光する集光レンズ３６を有
する。
実施例に係る半導体ウェハ研磨装置を示す構成図であ
る。図８を参照して、本実施例に係る半導体ウェハ研磨
装置において、半導体ウェハ研磨状態モニタリング装置
は、レーザ光源６からウェハ１上の研磨動作中に露出す
る位置に向けて所定径、所定角度で照射された検査光５
の光軸上にあって、検査光５をウェハ１上にある所定の
パターンよりも小さい径に集光する集光レンズ３６を有
する。
【００９６】本実施例によれば、検査光５を集光レンズ
３６によってウェハ１上に集光させる。以上説明した以
外の、本実施例に係る研磨装置ないしモニタリング装置
の構成、動作は、前記第１の実施例と同様である。
３６によってウェハ１上に集光させる。以上説明した以
外の、本実施例に係る研磨装置ないしモニタリング装置
の構成、動作は、前記第１の実施例と同様である。
【００９７】図１に示した第１の実施例が、検査光５と
して所定径の平行光を用いてウェハ１に照射しているの
に対して、本実施例によれば、検査光５を集光レンズ３
６によってウェハ１上に集光させ、ウェハ１に照射する
径を、ウェハ１上にある電源配線パターンやバンプパタ
ーンあるいはスクライブパターン等のある程度大きい面
積を有する所定パターンより小さくすることができる。
して所定径の平行光を用いてウェハ１に照射しているの
に対して、本実施例によれば、検査光５を集光レンズ３
６によってウェハ１上に集光させ、ウェハ１に照射する
径を、ウェハ１上にある電源配線パターンやバンプパタ
ーンあるいはスクライブパターン等のある程度大きい面
積を有する所定パターンより小さくすることができる。
【００９８】この場合、研磨が進行して配線パターンが
露出してくると、検査光５が所定のパターン上に照射さ
れているときは研磨前の金属膜１９上（図２参照）での
受光量と変わらない値を示すが、他の部分に照射されて
いるときは下層構造の露出によって受光量は変化する。
従って、所定時間間隔内での受光量信号の最大値は研磨
の進行によってほとんど変化しないのに対して、最小値
は変化するため所定時間間隔内での平均値は変化する。
そこで、モニタリング手段１３では、あらかじめ設定す
る時間間隔内毎における平均値と最大値との差あるいは
比の変化により、研磨の進行状況をモニタリングし、研
磨終了点の検出を行う。
露出してくると、検査光５が所定のパターン上に照射さ
れているときは研磨前の金属膜１９上（図２参照）での
受光量と変わらない値を示すが、他の部分に照射されて
いるときは下層構造の露出によって受光量は変化する。
従って、所定時間間隔内での受光量信号の最大値は研磨
の進行によってほとんど変化しないのに対して、最小値
は変化するため所定時間間隔内での平均値は変化する。
そこで、モニタリング手段１３では、あらかじめ設定す
る時間間隔内毎における平均値と最大値との差あるいは
比の変化により、研磨の進行状況をモニタリングし、研
磨終了点の検出を行う。
【００９９】なお、正反射光及び散乱回折光を受光する
構成については、第２〜第６の実施例で説明した構成を
適用することもできる。
構成については、第２〜第６の実施例で説明した構成を
適用することもできる。
【０１００】（半導体ウェハ研磨終了点検出方法）以
下、本発明の一実施例に係る半導体ウェハ研磨終了点検
出方法を説明する。以下に説明する第８〜第１３の実施
例に係る半導体ウェハ研磨終了点検出方法は、特段の限
定がない限り、前記第１〜第７の実施例に係る半導体ウ
ェハ研磨装置ないし半導体ウェハ研磨状態モニタリング
装置を用いて好適に実施できる。
下、本発明の一実施例に係る半導体ウェハ研磨終了点検
出方法を説明する。以下に説明する第８〜第１３の実施
例に係る半導体ウェハ研磨終了点検出方法は、特段の限
定がない限り、前記第１〜第７の実施例に係る半導体ウ
ェハ研磨装置ないし半導体ウェハ研磨状態モニタリング
装置を用いて好適に実施できる。
【０１０１】（第８の実施例：第１の研磨終了点検出方
法）図９は、本発明の第８の実施例に係る第１の半導体
ウェハ研磨終了点検出方法を説明するためのフローチャ
ートである。図９を参照して、本実施例に係る半導体ウ
ェハ研磨終了点検出方法は、下記のステップを含むこと
を特徴とする。
法）図９は、本発明の第８の実施例に係る第１の半導体
ウェハ研磨終了点検出方法を説明するためのフローチャ
ートである。図９を参照して、本実施例に係る半導体ウ
ェハ研磨終了点検出方法は、下記のステップを含むこと
を特徴とする。
【０１０２】ステップ９０１：正反射光の光量信号と散
乱・回折光の光量信号をそれぞれ所定時間間隔内で平均
化する。
乱・回折光の光量信号をそれぞれ所定時間間隔内で平均
化する。
【０１０３】ステップ９０２：次に、ステップ９０１で
平均化された値をそれぞれ別々の所定しきい値と比較す
る。
平均化された値をそれぞれ別々の所定しきい値と比較す
る。
【０１０４】ステップ９０３：次に、正反射光量の平均
値と散乱・回折光量の平均値のいずれか一方あるいは両
方ともが、しきい値を上回ったあるいは下回った時点を
研磨終了点と判断する。
値と散乱・回折光量の平均値のいずれか一方あるいは両
方ともが、しきい値を上回ったあるいは下回った時点を
研磨終了点と判断する。
【０１０５】本実施例に係る半導体ウェハ研磨終了点検
出方法は、特に第１〜第５及び第７の実施例に係る半導
体ウェハ研磨装置ないし半導体ウェハ研磨状態モニタリ
ング装置を用いて好適に実施される。
出方法は、特に第１〜第５及び第７の実施例に係る半導
体ウェハ研磨装置ないし半導体ウェハ研磨状態モニタリ
ング装置を用いて好適に実施される。
【０１０６】以下、本実施例を図１に示した第１の実施
例に係る半導体ウェハ研磨装置ないし半導体ウェハ研磨
状態モニタリング装置を用いて実施した場合の動作を説
明する。
例に係る半導体ウェハ研磨装置ないし半導体ウェハ研磨
状態モニタリング装置を用いて実施した場合の動作を説
明する。
【０１０７】図１、図２及び図９を参照して、まず、ス
テップ９０１において、第１の光量信号ａと第２の光量
信号ｂを、所定時間間隔内で平均化する。研磨中、ウェ
ハ１は回転しているため、ウェハ１上に照射される検査
光５のビーム径内のパターン密度及びパターンの向きは
次々に変化する。従って、正反射光７と散乱・回折光１
０の強度もこれに伴って次々に変化することとなり、そ
のままでは研磨状態の変化がパターン密度及び向きの変
化による信号変動に埋もれてしまう。
テップ９０１において、第１の光量信号ａと第２の光量
信号ｂを、所定時間間隔内で平均化する。研磨中、ウェ
ハ１は回転しているため、ウェハ１上に照射される検査
光５のビーム径内のパターン密度及びパターンの向きは
次々に変化する。従って、正反射光７と散乱・回折光１
０の強度もこれに伴って次々に変化することとなり、そ
のままでは研磨状態の変化がパターン密度及び向きの変
化による信号変動に埋もれてしまう。
【０１０８】そこで、この反射光量の変化を所定時間間
隔内で平均化することにより、第１の光量信号ａと第２
の光量信号ｂを配線密度の変化によらない研磨状態の変
化に対応した信号にする。このとき、検査光５はウェハ
１の一周毎に同一点を通過し、ウェハ１上の配線密度の
変化はウェハ１の一回転で一周期となるため、平均化す
る時間間隔はウェハ１が一回転する時間間隔とする。ま
た、ウェハ１上には同一のチップが多数個形成されてい
るため、検査光５がチップを横切る時間間隔に応じて平
均化を行うこともできる。
隔内で平均化することにより、第１の光量信号ａと第２
の光量信号ｂを配線密度の変化によらない研磨状態の変
化に対応した信号にする。このとき、検査光５はウェハ
１の一周毎に同一点を通過し、ウェハ１上の配線密度の
変化はウェハ１の一回転で一周期となるため、平均化す
る時間間隔はウェハ１が一回転する時間間隔とする。ま
た、ウェハ１上には同一のチップが多数個形成されてい
るため、検査光５がチップを横切る時間間隔に応じて平
均化を行うこともできる。
【０１０９】これら平均化した各信号の時間変化は、レ
ーザ光源６から照射される検査光５の波長と、金属層１
９の分光反射率、上層に検査光５を透過する構造が有る
場合には下層にある構造の分光反射率、及びパターンの
形状や粗密等により異なってくる。
ーザ光源６から照射される検査光５の波長と、金属層１
９の分光反射率、上層に検査光５を透過する構造が有る
場合には下層にある構造の分光反射率、及びパターンの
形状や粗密等により異なってくる。
【０１１０】図１０（ａ）及び（ｂ）は、図９中のステ
ップ９０１で平均化された第１の光量信号ａと第２の光
量信号ｂの時間変化の一例をそれぞれ示すグラフであ
り、検査光５は、金属層１９での反射率の方が下層構造
での反射率よりも高い波長を有している。この場合の各
平均信号の変化は以下のようになる。
ップ９０１で平均化された第１の光量信号ａと第２の光
量信号ｂの時間変化の一例をそれぞれ示すグラフであ
り、検査光５は、金属層１９での反射率の方が下層構造
での反射率よりも高い波長を有している。この場合の各
平均信号の変化は以下のようになる。
【０１１１】図１、図２、及び図１０（ａ）及び（ｂ）
を参照して、まず、研磨の初期から絶縁層１８が露出し
始めるまでの間は、検査光５は金属層１９で正反射され
その反射率は高いため、正反射光７の強度に基づく第１
の光量信号ａは、図１０（ａ）に示したように、ほぼ一
定の大きな値を示す。また、金属層１９は平面のままで
あり散乱・回折光１０は殆ど発生しないため、散乱・回
折光１０の強度に基づく第２の光量信号ｂは、図１０
（ｂ）に示したように殆ど０のままとなる。
を参照して、まず、研磨の初期から絶縁層１８が露出し
始めるまでの間は、検査光５は金属層１９で正反射され
その反射率は高いため、正反射光７の強度に基づく第１
の光量信号ａは、図１０（ａ）に示したように、ほぼ一
定の大きな値を示す。また、金属層１９は平面のままで
あり散乱・回折光１０は殆ど発生しないため、散乱・回
折光１０の強度に基づく第２の光量信号ｂは、図１０
（ｂ）に示したように殆ど０のままとなる。
【０１１２】なお、金属層１９の成膜のしかたによって
は表面が鏡面ではない場合もある。この場合には、研磨
を開始し鏡面となる過程で第１の光量信号ａが増加し、
表面が鏡面になった後から絶縁層１８が露出し始めるま
での期間、第１の光量信号ａはほぼ一定値となる。
は表面が鏡面ではない場合もある。この場合には、研磨
を開始し鏡面となる過程で第１の光量信号ａが増加し、
表面が鏡面になった後から絶縁層１８が露出し始めるま
での期間、第１の光量信号ａはほぼ一定値となる。
【０１１３】次に、研磨が進行して絶縁層１８が露出し
て配線が形成され始めると、より正確にいえば、金属膜
といえども薄膜では光を透過するため、金属膜１９が検
査光５を透過し始めるほど薄くなると、検出光５は、残
存する金属膜１９で正反射される量が徐々に減少し、下
層の反射率の影響が徐々に現れてくる。残存する金属膜
１９からの正反射光量と、下層からの正反射光量との和
が、金属膜１９が厚い場合に比べて少なくなると、第１
のフォトダイオード９の受光量が減少していくことにな
る。
て配線が形成され始めると、より正確にいえば、金属膜
といえども薄膜では光を透過するため、金属膜１９が検
査光５を透過し始めるほど薄くなると、検出光５は、残
存する金属膜１９で正反射される量が徐々に減少し、下
層の反射率の影響が徐々に現れてくる。残存する金属膜
１９からの正反射光量と、下層からの正反射光量との和
が、金属膜１９が厚い場合に比べて少なくなると、第１
のフォトダイオード９の受光量が減少していくことにな
る。
【０１１４】すなわち、検査光５に対し絶縁層１８が半
透明あるいは透明である場合は、検出光５のうち一部
は、薄膜となった金属膜１９と、絶縁層１８を透過して
反射率の低い下層の構造で正反射されることにより、第
１のフォトダイオード９で受光される。
透明あるいは透明である場合は、検出光５のうち一部
は、薄膜となった金属膜１９と、絶縁層１８を透過して
反射率の低い下層の構造で正反射されることにより、第
１のフォトダイオード９で受光される。
【０１１５】検査光５の他の一部は、形成され始めた配
線と下層の構造で散乱・回折されて第２のフォトダイオ
ード１２で受光される。第２のフォトダイオード１２の
受光量は、研磨の進行による絶縁層１８の露出と配線の
形成に伴って増加する。
線と下層の構造で散乱・回折されて第２のフォトダイオ
ード１２で受光される。第２のフォトダイオード１２の
受光量は、研磨の進行による絶縁層１８の露出と配線の
形成に伴って増加する。
【０１１６】ここで、金属膜１９からの正反射光７は、
配線等のパターンとして残る部分を除き、その比率が減
少してくる。第１のフォトダイオード９で受光される正
反射光量は、薄くなった金属膜１９、金属膜１９が残る
配線等のパターン、絶縁層１８の下層からの正反射光量
の和となる。従って、この段階からは、第１の光量信号
ａは減少していき（図１０（ａ）参照）、第２の光量信
号ｂは増加していくこととなる（図１０（ｂ）参照）。
配線等のパターンとして残る部分を除き、その比率が減
少してくる。第１のフォトダイオード９で受光される正
反射光量は、薄くなった金属膜１９、金属膜１９が残る
配線等のパターン、絶縁層１８の下層からの正反射光量
の和となる。従って、この段階からは、第１の光量信号
ａは減少していき（図１０（ａ）参照）、第２の光量信
号ｂは増加していくこととなる（図１０（ｂ）参照）。
【０１１７】さらに研磨が進行し、研磨終了時点以降、
つまり、絶縁層１８が全て露出して配線が完全に形成さ
れた段階以降になると、研磨が進行しても、金属膜１９
の面積減少はなくなり、また、配線の形成状態は変化し
なくなるため、第１の光量信号ａと第２の光量信号ｂは
ほぼ一定値を示すようになる（図１０（ａ）及び（ｂ）
参照）。
つまり、絶縁層１８が全て露出して配線が完全に形成さ
れた段階以降になると、研磨が進行しても、金属膜１９
の面積減少はなくなり、また、配線の形成状態は変化し
なくなるため、第１の光量信号ａと第２の光量信号ｂは
ほぼ一定値を示すようになる（図１０（ａ）及び（ｂ）
参照）。
【０１１８】従って、図９中のステップ９０２を参照し
て、正反射光量信号（第１の光量信号ａ）がしきい値を
下回った場合、或いは、正反射光量に極大値がある場合
には、これを超えてしきい値を下回った場合と、散乱・
回折光量（第２の光量信号ａ）がしきい値を上回った場
合の、いずれか一方あるいは両方の条件が生じた時点を
研磨終了点と判定する。
て、正反射光量信号（第１の光量信号ａ）がしきい値を
下回った場合、或いは、正反射光量に極大値がある場合
には、これを超えてしきい値を下回った場合と、散乱・
回折光量（第２の光量信号ａ）がしきい値を上回った場
合の、いずれか一方あるいは両方の条件が生じた時点を
研磨終了点と判定する。
【０１１９】［金属膜の反射率よりも下層の構造での反
射率が高い場合］また、ウェハ１に使用される材質によ
っては、上記とは逆に、検査光５の波長において、金属
膜１９の反射率よりも下層の構造での反射率の方が高い
こともある。この場合の第１の光量信号ａと第２の光量
信号ｂの変化は、以下のようになる。
射率が高い場合］また、ウェハ１に使用される材質によ
っては、上記とは逆に、検査光５の波長において、金属
膜１９の反射率よりも下層の構造での反射率の方が高い
こともある。この場合の第１の光量信号ａと第２の光量
信号ｂの変化は、以下のようになる。
【０１２０】まず、研磨の初期から絶縁層１８が露出し
始めるまでの間は、検査光５は金属層１９で正反射され
るがその反射率は低いため、第１の光量信号ａはほぼ一
定の小さい値を示す。また、金属層１９は平面のままで
あり散乱・回折光１０は殆ど発生しないため、第２の光
量信号ｂは殆ど０のままとなる。
始めるまでの間は、検査光５は金属層１９で正反射され
るがその反射率は低いため、第１の光量信号ａはほぼ一
定の小さい値を示す。また、金属層１９は平面のままで
あり散乱・回折光１０は殆ど発生しないため、第２の光
量信号ｂは殆ど０のままとなる。
【０１２１】次に、研磨が進行して絶縁層１８が露出し
て配線が形成され始めると、検出光５のうち一部は、薄
膜となった金属層１９と絶縁層１８を透過して反射率の
高い下層の構造で正反射されて第１のフォトダイオード
９で受光され、他の一部は形成され始めた配線と下層の
構造で散乱・回折されて第２のフォトダイオード１２で
受光される。
て配線が形成され始めると、検出光５のうち一部は、薄
膜となった金属層１９と絶縁層１８を透過して反射率の
高い下層の構造で正反射されて第１のフォトダイオード
９で受光され、他の一部は形成され始めた配線と下層の
構造で散乱・回折されて第２のフォトダイオード１２で
受光される。
【０１２２】これらの量は、研磨の進行による絶縁層１
８の露出と配線の形成に伴って増えていく。一方、金属
膜１９からの正反射光７は、配線等のパターンとして残
る部分を除き、その比率が減少してくる。第１のフォト
ダイオード９で受光される正反射光量は、薄くなった金
属膜１９、金属膜１９が残る配線等のパターン、絶縁層
１８の下層からの正反射光量の和となる。
８の露出と配線の形成に伴って増えていく。一方、金属
膜１９からの正反射光７は、配線等のパターンとして残
る部分を除き、その比率が減少してくる。第１のフォト
ダイオード９で受光される正反射光量は、薄くなった金
属膜１９、金属膜１９が残る配線等のパターン、絶縁層
１８の下層からの正反射光量の和となる。
【０１２３】従って、この段階からは、第２の光量信号
ｂは増加していくことになるが、第１の光量信号ａの変
化は３つの場合があり得る。
ｂは増加していくことになるが、第１の光量信号ａの変
化は３つの場合があり得る。
【０１２４】まず１つには、反射率の高い下層からの正
反射光量の増加分が配線と下層の構造での散乱・回折に
よる正反射光の比率の減少分を上回る場合であり、この
場合には第１の光量信号ａは増加していく。
反射光量の増加分が配線と下層の構造での散乱・回折に
よる正反射光の比率の減少分を上回る場合であり、この
場合には第１の光量信号ａは増加していく。
【０１２５】２つめは、反射率の高い下層からの反射光
量の増加分が配線と下層の構造での散乱・回折による正
反射光の比率の減少分を下回る場合であり、この場合に
は第１の光量信号ａは減少していく。
量の増加分が配線と下層の構造での散乱・回折による正
反射光の比率の減少分を下回る場合であり、この場合に
は第１の光量信号ａは減少していく。
【０１２６】また、３つめは、反射率の高い下層からの
反射強度の増加分と配線と下層の構造での散乱・回折に
よる正反射光の比率の減少分とが同一の場合であり、こ
の場合には第１の光量信号ａは変化しない。反射率の高
い下層からの正反射光量の増加分と配線と下層の構造で
の散乱・回折による正反射光の比率の減少分とは打ち消
し合うことになり、その打ち消しの度合いで第１の光量
信号ａの変化が決まる。
反射強度の増加分と配線と下層の構造での散乱・回折に
よる正反射光の比率の減少分とが同一の場合であり、こ
の場合には第１の光量信号ａは変化しない。反射率の高
い下層からの正反射光量の増加分と配線と下層の構造で
の散乱・回折による正反射光の比率の減少分とは打ち消
し合うことになり、その打ち消しの度合いで第１の光量
信号ａの変化が決まる。
【０１２７】さらに研磨が進行し、研磨終了時点以降、
つまり、絶縁層１８が全て露出して配線が完全に形成さ
れた段階以降になると、研磨が進行しても金属膜１９の
面積減少はなくなり、また、配線の形成状態は変化しな
くなるため、第１の光量信号ａと第２の光量信号ｂはほ
ぼ一定値を示すようになる。
つまり、絶縁層１８が全て露出して配線が完全に形成さ
れた段階以降になると、研磨が進行しても金属膜１９の
面積減少はなくなり、また、配線の形成状態は変化しな
くなるため、第１の光量信号ａと第２の光量信号ｂはほ
ぼ一定値を示すようになる。
【０１２８】従って、この場合、図９中のステップ９０
２において、ウェハの種類により正反射光量信号がしき
い値を下回った場合か上回った場合かのいずれか一方の
条件と、散乱・回折光量がしきい値を上回った場合と
の、いずれか一方あるいは両方の条件が生じた時点を研
磨終了点と判定する。
２において、ウェハの種類により正反射光量信号がしき
い値を下回った場合か上回った場合かのいずれか一方の
条件と、散乱・回折光量がしきい値を上回った場合と
の、いずれか一方あるいは両方の条件が生じた時点を研
磨終了点と判定する。
【０１２９】［研磨初期段階から散乱・回折が発生する
場合］また、金属膜１９の材質とその厚さによっては、
研磨の初期段階から散乱・回折光１０が発生しているこ
ともある。この場合、正反射光量である第１の光量信号
ａは上記で説明したのと同様の変化を示すが、散乱・回
折光量である第２の光量信号ｂの変化は上記の説明とは
異なる。このとき、下層の反射率そのものが低くてウェ
ハ１の正反射と散乱・回折を含んだ反射率自体が低下し
ていき、散乱・回折光の比率の増加による散乱・回折光
量の増加がこの反射率の低下に負けてしまう場合、散乱
・回折光量は、研磨初期は大きな値を示し、研磨の進行
により正反射光量が低下していくのに伴って低下してい
く。よって、この場合、正反射光量と散乱・回折光量は
同様の変化を示す。
場合］また、金属膜１９の材質とその厚さによっては、
研磨の初期段階から散乱・回折光１０が発生しているこ
ともある。この場合、正反射光量である第１の光量信号
ａは上記で説明したのと同様の変化を示すが、散乱・回
折光量である第２の光量信号ｂの変化は上記の説明とは
異なる。このとき、下層の反射率そのものが低くてウェ
ハ１の正反射と散乱・回折を含んだ反射率自体が低下し
ていき、散乱・回折光の比率の増加による散乱・回折光
量の増加がこの反射率の低下に負けてしまう場合、散乱
・回折光量は、研磨初期は大きな値を示し、研磨の進行
により正反射光量が低下していくのに伴って低下してい
く。よって、この場合、正反射光量と散乱・回折光量は
同様の変化を示す。
【０１３０】従って、この場合は、正反射光量信号がし
きい値を下回った場合と、散乱・回折光量がしきい値を
下回った場合との、いずれか一方あるいは両方の条件が
生じた時点を研磨終了点と判定する。
きい値を下回った場合と、散乱・回折光量がしきい値を
下回った場合との、いずれか一方あるいは両方の条件が
生じた時点を研磨終了点と判定する。
【０１３１】［配線密度が低い場合］また、ウェハ１上
の配線密度が非常に低い場合には、散乱・回折光１０の
発生が少なくなるため第２の光量信号ｂの変化は小さく
なる。この場合には第１の光量信号ａの変化が研磨の進
行状態を表すこととなる。
の配線密度が非常に低い場合には、散乱・回折光１０の
発生が少なくなるため第２の光量信号ｂの変化は小さく
なる。この場合には第１の光量信号ａの変化が研磨の進
行状態を表すこととなる。
【０１３２】従って、この場合は、正反射光量のみに注
目し、正反射光量信号がしきい値を上回ったあるいは下
回った時点を、研磨終了点と判定する。
目し、正反射光量信号がしきい値を上回ったあるいは下
回った時点を、研磨終了点と判定する。
【０１３３】以上説明したように、第１のステップで所
定時間間隔内（毎に）で平均化された第１の光量信号ａ
（正反射光量）と第２の光量信号ｂ（散乱・回折光量）
は、研磨の進行に伴って増加または減少していく。ま
た、ウェハ上の構造物の分光反射率特性によっては、第
１及び第２の光量信号ａ，ｂのいずれか一方がほとんど
変化しないこともあり得る。
定時間間隔内（毎に）で平均化された第１の光量信号ａ
（正反射光量）と第２の光量信号ｂ（散乱・回折光量）
は、研磨の進行に伴って増加または減少していく。ま
た、ウェハ上の構造物の分光反射率特性によっては、第
１及び第２の光量信号ａ，ｂのいずれか一方がほとんど
変化しないこともあり得る。
【０１３４】本実施例によれば、平均化された正反射光
量と散乱・回折光量を、それぞれ別々の所定しきい値と
比較し、正反射光量平均値と散乱・回折光量平均値のい
ずれか一方あるいは両方ともが、しきい値を上回ったあ
るいは下回った時点を研磨終了点と判定する。これによ
り、正反射光量および散乱・回折光量のうちいずれか一
方のみしか変化しないようなウェハについても、研磨終
了点の検出が可能である。
量と散乱・回折光量を、それぞれ別々の所定しきい値と
比較し、正反射光量平均値と散乱・回折光量平均値のい
ずれか一方あるいは両方ともが、しきい値を上回ったあ
るいは下回った時点を研磨終了点と判定する。これによ
り、正反射光量および散乱・回折光量のうちいずれか一
方のみしか変化しないようなウェハについても、研磨終
了点の検出が可能である。
【０１３５】なお、ウェハの全面が完全に均一に研磨さ
れず、研磨のむら、特にウェハ半径方向のむらが発生す
る場合には、信号検出位置で研磨の終了が検出されても
他の部分ではまだ研磨不足の場合があり得る。これを避
けるためには、研磨終了点を検出してから適切な時間を
おいた後、研磨終了と判定する。
れず、研磨のむら、特にウェハ半径方向のむらが発生す
る場合には、信号検出位置で研磨の終了が検出されても
他の部分ではまだ研磨不足の場合があり得る。これを避
けるためには、研磨終了点を検出してから適切な時間を
おいた後、研磨終了と判定する。
【０１３６】また、本実施例において説明したように、
各光量信号の変化はウェハの構造や配線密度等により異
なるため、設定するしきい値や第１と第２のどちらの光
量信号を終了点検出に用いるかは、ウェハに形成された
チップの種類により選択する。
各光量信号の変化はウェハの構造や配線密度等により異
なるため、設定するしきい値や第１と第２のどちらの光
量信号を終了点検出に用いるかは、ウェハに形成された
チップの種類により選択する。
【０１３７】また、パターンの粗密がほとんどなくて各
光量信号の変動が小さい場合には、平均化処理（図９の
ステップ９０１）を省くこともできる。
光量信号の変動が小さい場合には、平均化処理（図９の
ステップ９０１）を省くこともできる。
【０１３８】（第９の実施例：第２の研磨終了点検出方
法）図１１は、本発明の第９の実施例に係る第２の研磨
終了点検出方法を示すフローチャートである。図１１を
参照して、本実施例に係る半導体ウェハ研磨終了点検出
方法は、下記のステップを含むことを特徴とする。
法）図１１は、本発明の第９の実施例に係る第２の研磨
終了点検出方法を示すフローチャートである。図１１を
参照して、本実施例に係る半導体ウェハ研磨終了点検出
方法は、下記のステップを含むことを特徴とする。
【０１３９】ステップ１１０１：正反射光の光量信号と
散乱・回折光の光量信号をそれぞれ所定時間間隔内で平
均化する。
散乱・回折光の光量信号をそれぞれ所定時間間隔内で平
均化する。
【０１４０】ステップ１１０２：ステップ１１０１で平
均化された値のうち、研磨開始から所定時間経過した時
点における値を基準値として、その基準値とそれ以降の
値との差をそれぞれ変化量として算出する。
均化された値のうち、研磨開始から所定時間経過した時
点における値を基準値として、その基準値とそれ以降の
値との差をそれぞれ変化量として算出する。
【０１４１】ステップ１１０３：ステップ１１０２で算
出された変化量をそれぞれ別々の所定しきい値と比較す
る。
出された変化量をそれぞれ別々の所定しきい値と比較す
る。
【０１４２】ステップ１１０４：ステップ１１０３で算
出されたそれぞれの変化量のいずれか一方あるいは両方
ともが、しきい値を上回ったあるいは下回った時点を研
磨終了点と判定する。
出されたそれぞれの変化量のいずれか一方あるいは両方
ともが、しきい値を上回ったあるいは下回った時点を研
磨終了点と判定する。
【０１４３】本実施例に係る半導体ウェハ研磨終了点検
出方法は、特に第１〜第５及び第７の実施例に係る半導
体ウェハ研磨装置ないし半導体ウェハ研磨状態モニタリ
ング装置を用いて好適に実施される。
出方法は、特に第１〜第５及び第７の実施例に係る半導
体ウェハ研磨装置ないし半導体ウェハ研磨状態モニタリ
ング装置を用いて好適に実施される。
【０１４４】本実施例に係る研磨終了点検出方法は、前
記実施例のように各光量信号の平均値を直接しきい値と
比較するのではなく、研磨開始から所定時間経過した時
点で得られる平均値を基準として、そこからの変化量を
しきい値と比較するものであり、特に、ウェハ毎に反射
光量の絶対値が異なる場合などに有効である。
記実施例のように各光量信号の平均値を直接しきい値と
比較するのではなく、研磨開始から所定時間経過した時
点で得られる平均値を基準として、そこからの変化量を
しきい値と比較するものであり、特に、ウェハ毎に反射
光量の絶対値が異なる場合などに有効である。
【０１４５】なお、研磨開始からの所定時間が０である
場合は、研磨開始直後に得られる平均値を基準値とする
こととなる。
場合は、研磨開始直後に得られる平均値を基準値とする
こととなる。
【０１４６】前記ステップ１１０２では、基準値と各平
均値との差を変化量として算出する代わりに、基準値と
各平均値との比を変化量として算出してもよい。
均値との差を変化量として算出する代わりに、基準値と
各平均値との比を変化量として算出してもよい。
【０１４７】また、研磨後に最上層表面が平滑化される
ことによる正反射光量信号の上昇が見られるウェハの場
合、研磨開始からの最初の極大値を基準値としてもよ
い。
ことによる正反射光量信号の上昇が見られるウェハの場
合、研磨開始からの最初の極大値を基準値としてもよ
い。
【０１４８】（第１０の実施例：第３の研磨終了点検出
方法）図１２は、本発明の第１０の実施例に係る第３の
研磨終了点検出方法を示すフローチャートである。図１
２を参照して、本実施例に係る半導体ウェハ研磨終了点
検出方法は、下記のステップを含むことを特徴とする。
方法）図１２は、本発明の第１０の実施例に係る第３の
研磨終了点検出方法を示すフローチャートである。図１
２を参照して、本実施例に係る半導体ウェハ研磨終了点
検出方法は、下記のステップを含むことを特徴とする。
【０１４９】ステップ１２０１：正反射光の光量信号と
散乱・回折光を集光する楕円面鏡の第１焦点位置より前
方の面で反射され受光される散乱・回折光の光量信号
と、第１焦点位置より後方の面で反射され受光される散
乱・回折光の光量信号とをそれぞれ所定時間間隔内で平
均化する。
散乱・回折光を集光する楕円面鏡の第１焦点位置より前
方の面で反射され受光される散乱・回折光の光量信号
と、第１焦点位置より後方の面で反射され受光される散
乱・回折光の光量信号とをそれぞれ所定時間間隔内で平
均化する。
【０１５０】ステップ１２０２：ステップ１２０１で平
均化されたそれぞれの散乱・回折光量値を加算し、散乱
・回折光全体の平均値として出力する。
均化されたそれぞれの散乱・回折光量値を加算し、散乱
・回折光全体の平均値として出力する。
【０１５１】ステップ１２０３：ステップ１２０１で算
出された正反射光の平均値と、ステップ１２０２で算出
された散乱・回折光の平均値を、それぞれ別々の所定し
きい値と比較する。
出された正反射光の平均値と、ステップ１２０２で算出
された散乱・回折光の平均値を、それぞれ別々の所定し
きい値と比較する。
【０１５２】ステップ１２０４：正反射光の平均値と散
乱・回折光の平均値のいずれか一方あるいは両方とも
が、しきい値を上回ったあるいは下回った時点を研磨終
了点と判断する。
乱・回折光の平均値のいずれか一方あるいは両方とも
が、しきい値を上回ったあるいは下回った時点を研磨終
了点と判断する。
【０１５３】本実施例に係る半導体ウェハ研磨終了点検
出方法は、特に第３〜第５及び第７の実施例に係る半導
体ウェハ研磨装置ないし半導体ウェハ研磨状態モニタリ
ング装置を用いて好適に実施される。
出方法は、特に第３〜第５及び第７の実施例に係る半導
体ウェハ研磨装置ないし半導体ウェハ研磨状態モニタリ
ング装置を用いて好適に実施される。
【０１５４】本実施例に係る半導体ウェハ研磨終了点検
出方法は、楕円面鏡の第１焦点位置より前方と後方とで
別々に測定された２つの散乱・回折光量の所定時間間隔
内で平均値を、ソフトウェハ上の処理で加算し、その加
算値をしきい値と比較するものである。
出方法は、楕円面鏡の第１焦点位置より前方と後方とで
別々に測定された２つの散乱・回折光量の所定時間間隔
内で平均値を、ソフトウェハ上の処理で加算し、その加
算値をしきい値と比較するものである。
【０１５５】前記ステップ１２０２における加算は、ソ
フトウェハ上の加算処理の他、ハードウェハの加算回路
を用いて実行してもよい。
フトウェハ上の加算処理の他、ハードウェハの加算回路
を用いて実行してもよい。
【０１５６】（第１１の実施例：第４の研磨終了点検出
方法）図１３は、本発明の第１１の実施例に係る第４の
研磨終了点検出方法を示すフローチャートである。図１
３を参照して、本実施例に係る半導体ウェハ研磨終了点
検出方法は、下記のステップを含むことを特徴とする。
方法）図１３は、本発明の第１１の実施例に係る第４の
研磨終了点検出方法を示すフローチャートである。図１
３を参照して、本実施例に係る半導体ウェハ研磨終了点
検出方法は、下記のステップを含むことを特徴とする。
【０１５７】ステップ１３０１：正反射光の光量信号と
散乱・回折光の光量信号をそれぞれ所定時間間隔内で平
均化する。
散乱・回折光の光量信号をそれぞれ所定時間間隔内で平
均化する。
【０１５８】ステップ１３０２：ステップ１３０１で平
均化された値をそれぞれ時間微分する。
均化された値をそれぞれ時間微分する。
【０１５９】ステップ１３０３：ステップ１３０２で算
出された２つの微分値の絶対値のいずれか一方あるいは
両方ともが所定値以下になる時点を研磨終了点と判定す
る。
出された２つの微分値の絶対値のいずれか一方あるいは
両方ともが所定値以下になる時点を研磨終了点と判定す
る。
【０１６０】なお、微分値を算出する場合、隣接の２デ
ータからだけではなく、過去に遡及して、複数のデータ
を基に最小自乗法を用いて求めた傾きを採用することも
できる。この場合、信号の低周波ノイズに強くなるが、
研磨終了点の判断が若干遅れる。
ータからだけではなく、過去に遡及して、複数のデータ
を基に最小自乗法を用いて求めた傾きを採用することも
できる。この場合、信号の低周波ノイズに強くなるが、
研磨終了点の判断が若干遅れる。
【０１６１】本実施例に係る半導体ウェハ研磨終了点検
出方法は、特に第１〜第５及び第７の実施例に係る半導
体ウェハ研磨装置ないし半導体ウェハ研磨状態モニタリ
ング装置を用いて好適に実施される。
出方法は、特に第１〜第５及び第７の実施例に係る半導
体ウェハ研磨装置ないし半導体ウェハ研磨状態モニタリ
ング装置を用いて好適に実施される。
【０１６２】本実施例による研磨終了点の検出方法は、
前記第１〜第３の検出方法のように、しきい値との比較
を行うのではなく、正反射光量信号と散乱・回折光量信
号の所定時間間隔内での平均値の信号変化に基づいて行
う。
前記第１〜第３の検出方法のように、しきい値との比較
を行うのではなく、正反射光量信号と散乱・回折光量信
号の所定時間間隔内での平均値の信号変化に基づいて行
う。
【０１６３】前記第１の研磨終了点検出方法において説
明したように、正反射光量信号と散乱・回折光量信号の
平均値は、研磨が進行して絶縁層１８（図２参照）が露
出し始めると変化していくが、研磨終了時点以降はほと
んど変化しない。
明したように、正反射光量信号と散乱・回折光量信号の
平均値は、研磨が進行して絶縁層１８（図２参照）が露
出し始めると変化していくが、研磨終了時点以降はほと
んど変化しない。
【０１６４】従って、正反射光量信号と散乱・回折光量
信号の平均値の微分値は、絶縁層１８（図２参照）が露
出し始めてから研磨終了時点までが信号変化に応じた値
で、その他の部分は０に近い値となる。そこで、本実施
例によれば、正反射光量信号と散乱・回折光量信号の平
均値の微分値の絶対値が、十分小さい値である所定値以
下になる時点を、研磨終了点と判定する。
信号の平均値の微分値は、絶縁層１８（図２参照）が露
出し始めてから研磨終了時点までが信号変化に応じた値
で、その他の部分は０に近い値となる。そこで、本実施
例によれば、正反射光量信号と散乱・回折光量信号の平
均値の微分値の絶対値が、十分小さい値である所定値以
下になる時点を、研磨終了点と判定する。
【０１６５】（第１２の実施例：第５の研磨終了点検出
方法）図１４は、本発明の第１２の実施例に係る第５の
研磨終了点検出方法を示すフローチャートである。図１
４を参照して、本実施例に係る半導体ウェハ研磨終了点
検出方法は、下記のステップを含むことを特徴とする。
方法）図１４は、本発明の第１２の実施例に係る第５の
研磨終了点検出方法を示すフローチャートである。図１
４を参照して、本実施例に係る半導体ウェハ研磨終了点
検出方法は、下記のステップを含むことを特徴とする。
【０１６６】ステップ１４０１：正反射光の光量信号と
散乱・回折光の光量信号から、所定時間間隔内での最大
値をそれぞれ検出する。
散乱・回折光の光量信号から、所定時間間隔内での最大
値をそれぞれ検出する。
【０１６７】ステップ１４０２：ステップ１４０１で検
出された最大値をそれぞれ別々の所定しきい値と比較す
る。
出された最大値をそれぞれ別々の所定しきい値と比較す
る。
【０１６８】ステップ１４０３：正反射光量の所定時間
間隔内での最大値と、散乱・回折光量の所定時間間隔内
での最大値のいずれか一方あるいは両方ともが、しきい
値を上回ったあるいは下回った時点を研磨終了点と判断
する。
間隔内での最大値と、散乱・回折光量の所定時間間隔内
での最大値のいずれか一方あるいは両方ともが、しきい
値を上回ったあるいは下回った時点を研磨終了点と判断
する。
【０１６９】本実施例に係る半導体ウェハ研磨終了点検
出方法は、特に第１〜第５及び第７の実施例に係る半導
体ウェハ研磨装置ないし半導体ウェハ研磨状態モニタリ
ング装置を用いて好適に実施される。
出方法は、特に第１〜第５及び第７の実施例に係る半導
体ウェハ研磨装置ないし半導体ウェハ研磨状態モニタリ
ング装置を用いて好適に実施される。
【０１７０】本実施例に係る研磨終了点検出方法は、前
記第１の検出方法が各光量信号の所定間隔内での平均値
をしきい値と比較するのに対して、各光量信号の所定時
間間隔内での最大値をしきい値と比較するものであり、
各光量信号の平均値の変化ではなく、最大値の変化に基
づいて研磨終了点の検出を行う。
記第１の検出方法が各光量信号の所定間隔内での平均値
をしきい値と比較するのに対して、各光量信号の所定時
間間隔内での最大値をしきい値と比較するものであり、
各光量信号の平均値の変化ではなく、最大値の変化に基
づいて研磨終了点の検出を行う。
【０１７１】（第１３の実施例：第６の研磨終了点検出
方法）図１５は、本発明の第１３の実施例に係る第６の
研磨終了点検出方法を示すフローチャートである。図１
５を参照して、本実施例に係る半導体ウェハ研磨終了点
検出方法は、下記のステップを含むことを特徴とする。
方法）図１５は、本発明の第１３の実施例に係る第６の
研磨終了点検出方法を示すフローチャートである。図１
５を参照して、本実施例に係る半導体ウェハ研磨終了点
検出方法は、下記のステップを含むことを特徴とする。
【０１７２】ステップ１５０１：正反射光の光量信号と
散乱・回折光の光量信号から、それぞれの所定時間間隔
内での最大値を検出する。
散乱・回折光の光量信号から、それぞれの所定時間間隔
内での最大値を検出する。
【０１７３】ステップ１５０２：正反射光の光量信号と
散乱・回折光の光量信号から、それぞれの所定時間間隔
内での最小値を検出する。
散乱・回折光の光量信号から、それぞれの所定時間間隔
内での最小値を検出する。
【０１７４】ステップ１５０３：ステップ１５０１とス
テップ１５０２で得られた最大値と最小値の差からそれ
ぞれの振幅を求める。
テップ１５０２で得られた最大値と最小値の差からそれ
ぞれの振幅を求める。
【０１７５】ステップ１５０４：ステップ１５０３で算
出された振幅をそれぞれ別々の所定しきい値と比較す
る。
出された振幅をそれぞれ別々の所定しきい値と比較す
る。
【０１７６】ステップ１５０５：正反射光量の振幅と散
乱・回折光量の振幅のいずれか一方あるいは両方ともが
しきい値を上回った時点を研磨終了点と判定する。
乱・回折光量の振幅のいずれか一方あるいは両方ともが
しきい値を上回った時点を研磨終了点と判定する。
【０１７７】本実施例に係る半導体ウェハ研磨終了点検
出方法は、特に第１〜第５及び第７の実施例に係る半導
体ウェハ研磨装置ないし半導体ウェハ研磨状態モニタリ
ング装置を用いて好適に実施される。
出方法は、特に第１〜第５及び第７の実施例に係る半導
体ウェハ研磨装置ないし半導体ウェハ研磨状態モニタリ
ング装置を用いて好適に実施される。
【０１７８】ウェハの研磨が進行してパターンが形成さ
れてくると、散乱・回折光が発生し、また、反射率が異
なる領域の粗密が出現する。従って、パターンの形成に
伴って正反射光量信号と散乱・回折光量信号の振幅は大
きくなっていく。そこで、本実施例に係る研磨終了点検
出方法では、正反射光量信号と散乱・回折光量信号の振
幅をそれぞれ別々の所定しきい値と比較し、正反射光量
信号の振幅と散乱・回折光量信号の振幅のいずれか一方
あるいは両方ともがしきい値を上回った時点を、研磨終
了点と判定する。
れてくると、散乱・回折光が発生し、また、反射率が異
なる領域の粗密が出現する。従って、パターンの形成に
伴って正反射光量信号と散乱・回折光量信号の振幅は大
きくなっていく。そこで、本実施例に係る研磨終了点検
出方法では、正反射光量信号と散乱・回折光量信号の振
幅をそれぞれ別々の所定しきい値と比較し、正反射光量
信号の振幅と散乱・回折光量信号の振幅のいずれか一方
あるいは両方ともがしきい値を上回った時点を、研磨終
了点と判定する。
【０１７９】（第１４の実施例：第７の研磨終了点検出
方法）図１６は、本発明の第１４の実施例に係る第７の
研磨終了点検出方法を示すフローチャートである。図１
６を参照して、本実施例に係る半導体ウェハ研磨終了点
検出方法は、下記のステップを含むことを特徴とする。
方法）図１６は、本発明の第１４の実施例に係る第７の
研磨終了点検出方法を示すフローチャートである。図１
６を参照して、本実施例に係る半導体ウェハ研磨終了点
検出方法は、下記のステップを含むことを特徴とする。
【０１８０】ステップ１６０１：正反射光の光量信号と
散乱・回折光の光量信号から、それぞれの所定時間間隔
内での分散を算出する。
散乱・回折光の光量信号から、それぞれの所定時間間隔
内での分散を算出する。
【０１８１】ステップ１６０２：ステップ１６０１で算
出されたそれぞれの分散をそれぞれ別々の所定しきい値
と比較する。
出されたそれぞれの分散をそれぞれ別々の所定しきい値
と比較する。
【０１８２】ステップ１６０３：正反射光量信号の分散
と散乱・回折光量信号の分散のいずれか一方あるいは両
方ともがしきい値を上回った時点を研磨終了点と判定す
る。
と散乱・回折光量信号の分散のいずれか一方あるいは両
方ともがしきい値を上回った時点を研磨終了点と判定す
る。
【０１８３】本実施例に係る半導体ウェハ研磨終了点検
出方法は、特に第１〜第５及び第７の実施例に係る半導
体ウェハ研磨装置ないし半導体ウェハ研磨状態モニタリ
ング装置を用いて好適に実施される。
出方法は、特に第１〜第５及び第７の実施例に係る半導
体ウェハ研磨装置ないし半導体ウェハ研磨状態モニタリ
ング装置を用いて好適に実施される。
【０１８４】前記第６の研磨終了点検出方法において説
明したように、ウェハの研磨が進行しパターンが形成さ
れるに伴って正反射光量信号と散乱・回折光量信号の振
幅は大きくなる。つまり各光量信号のばらつきが大きく
なってくるため、所定時間間隔内における分散は増加し
ていく。そこで、本実施例に係る研磨終了点検出方法に
よれば、前記第６の方法で用いた振幅の代わりに分散を
算出し、これを所定しきい値と比較して、正反射光量信
号の分散と散乱・回折光量信号の分散のいずれか一方あ
るいは両方ともがしきい値を上回った時点を、研磨終了
点と判定する。
明したように、ウェハの研磨が進行しパターンが形成さ
れるに伴って正反射光量信号と散乱・回折光量信号の振
幅は大きくなる。つまり各光量信号のばらつきが大きく
なってくるため、所定時間間隔内における分散は増加し
ていく。そこで、本実施例に係る研磨終了点検出方法に
よれば、前記第６の方法で用いた振幅の代わりに分散を
算出し、これを所定しきい値と比較して、正反射光量信
号の分散と散乱・回折光量信号の分散のいずれか一方あ
るいは両方ともがしきい値を上回った時点を、研磨終了
点と判定する。
【０１８５】（第１５の実施例：第８の研磨終了点検出
方法）図１７は、本発明の第１５の実施例に係る第８の
研磨終了点検出方法を示すフローチャートである。図１
７を参照して、本実施例に係る半導体ウェハ研磨終了点
検出方法は、下記のステップを含むことを特徴とする。
方法）図１７は、本発明の第１５の実施例に係る第８の
研磨終了点検出方法を示すフローチャートである。図１
７を参照して、本実施例に係る半導体ウェハ研磨終了点
検出方法は、下記のステップを含むことを特徴とする。
【０１８６】ステップ１７０１：異なる波長を有した複
数の正反射光の光量信号および散乱・回折光の光量信号
をそれぞれ所定時間間隔内で平均化する。
数の正反射光の光量信号および散乱・回折光の光量信号
をそれぞれ所定時間間隔内で平均化する。
【０１８７】ステップ１７０２：ステップ１７０１で平
均化された値をそれぞれ別々の所定しきい値と比較す
る。
均化された値をそれぞれ別々の所定しきい値と比較す
る。
【０１８８】ステップ１７０３：各波長における平均値
のうち、いずれか１つの波長の平均値があるいは所定の
複数の波長の平均値があるいは全ての波長の平均値が、
しきい値を上回ったあるいは下回った時点を研磨終了点
と判定する。
のうち、いずれか１つの波長の平均値があるいは所定の
複数の波長の平均値があるいは全ての波長の平均値が、
しきい値を上回ったあるいは下回った時点を研磨終了点
と判定する。
【０１８９】本実施例に係る半導体ウェハ研磨終了点検
出方法は、特に第６の実施例に係る半導体ウェハ研磨装
置ないし半導体ウェハ研磨状態モニタリング装置を用い
て好適に実施される。
出方法は、特に第６の実施例に係る半導体ウェハ研磨装
置ないし半導体ウェハ研磨状態モニタリング装置を用い
て好適に実施される。
【０１９０】前記第６の実施例において説明したよう
に、単一波長のみの検査光を用いる場合は金属膜と下層
構造の反射率の差が小さく、研磨の進行に伴う光量信号
の変化が少ない場合がある。そこで、本実施例に係る研
磨終了点検出方法によれば、異なる波長を有した複数の
正反射光の光量信号および散乱・回折光の光量信号をそ
れぞれ所定時間間隔内で平均化し、それぞれ別々の所定
しきい値と比較して、いずれか１つの波長の平均値があ
るいは所定の複数の波長の平均値があるいは全ての波長
の平均値が、しきい値を上回ったあるいは下回った時点
を、研磨終了点と判定する。
に、単一波長のみの検査光を用いる場合は金属膜と下層
構造の反射率の差が小さく、研磨の進行に伴う光量信号
の変化が少ない場合がある。そこで、本実施例に係る研
磨終了点検出方法によれば、異なる波長を有した複数の
正反射光の光量信号および散乱・回折光の光量信号をそ
れぞれ所定時間間隔内で平均化し、それぞれ別々の所定
しきい値と比較して、いずれか１つの波長の平均値があ
るいは所定の複数の波長の平均値があるいは全ての波長
の平均値が、しきい値を上回ったあるいは下回った時点
を、研磨終了点と判定する。
【０１９１】（第１６の実施例：第９の研磨終了点検出
方法）図１８は、本発明の第１６の実施例に係る第９の
研磨終了点検出方法を示すフローチャートである。図１
８を参照して、本実施例に係る半導体ウェハ研磨終了点
検出方法は、下記のステップを含むことを特徴とする。
方法）図１８は、本発明の第１６の実施例に係る第９の
研磨終了点検出方法を示すフローチャートである。図１
８を参照して、本実施例に係る半導体ウェハ研磨終了点
検出方法は、下記のステップを含むことを特徴とする。
【０１９２】ステップ１８０１：異なる波長を有した２
つの正反射光の光量信号をそれぞれ所定時間間隔内で平
均化する。
つの正反射光の光量信号をそれぞれ所定時間間隔内で平
均化する。
【０１９３】ステップ１８０２：ステップ１８０１で平
均化された値のうち、研磨開始から所定時間経過した時
点における値を基準値として、その基準値とそれ以降の
値との差を変化量としてそれぞれ算出する。
均化された値のうち、研磨開始から所定時間経過した時
点における値を基準値として、その基準値とそれ以降の
値との差を変化量としてそれぞれ算出する。
【０１９４】ステップ１８０３：ステップ１８０２で算
出されたそれぞれの変化量の差の絶対値を検出値として
算出する。
出されたそれぞれの変化量の差の絶対値を検出値として
算出する。
【０１９５】ステップ１８０４：ステップ１８０３で算
出された検出値を所定のしきい値と比較する。
出された検出値を所定のしきい値と比較する。
【０１９６】ステップ１８０５：ステップ１８０３で算
出された検出値がしきい値を上回ったあるいは下回った
時点を研磨終了点と判定する。
出された検出値がしきい値を上回ったあるいは下回った
時点を研磨終了点と判定する。
【０１９７】本実施例に係る半導体ウェハ研磨終了点検
出方法は、特に第６の実施例に係る半導体ウェハ研磨装
置ないし半導体ウェハ研磨状態モニタリング装置を用い
て好適に実施される。以下、図７及び図１８を参照し
て、この場合の研磨終了点検出方法を説明する。
出方法は、特に第６の実施例に係る半導体ウェハ研磨装
置ないし半導体ウェハ研磨状態モニタリング装置を用い
て好適に実施される。以下、図７及び図１８を参照し
て、この場合の研磨終了点検出方法を説明する。
【０１９８】まず、ステップ１８０１では、異なる波長
を有した２つの正反射光量信号をそれぞれ所定時間間隔
内で平均化し、ステップ１８０２でその変化量を算出す
る。変化量の算出は、研磨開始から所定時間経過した時
点における正反射光量平均値を基準値として、その基準
値とそれ以降の平均値との差を求めることで行う。この
変化量信号は、それぞれ異なる２つの波長での正反射光
量から算出された値になるため、それぞれ異なる２つの
波長での反射光量の変化を示すことになる。
を有した２つの正反射光量信号をそれぞれ所定時間間隔
内で平均化し、ステップ１８０２でその変化量を算出す
る。変化量の算出は、研磨開始から所定時間経過した時
点における正反射光量平均値を基準値として、その基準
値とそれ以降の平均値との差を求めることで行う。この
変化量信号は、それぞれ異なる２つの波長での正反射光
量から算出された値になるため、それぞれ異なる２つの
波長での反射光量の変化を示すことになる。
【０１９９】第２の検査光２８は金属膜１９での反射率
の方が下層構造の反射率よりも大きい波長であるため、
その変化量は絶縁膜１８が露出し始めると負の値で変化
していく。逆に、第３の検査光３０は金属膜１９での反
射率の方が下層構造の反射率よりも小さい波長であるた
め、その変化量は絶縁膜１８が露出し始めると正の値で
変化していく。
の方が下層構造の反射率よりも大きい波長であるため、
その変化量は絶縁膜１８が露出し始めると負の値で変化
していく。逆に、第３の検査光３０は金属膜１９での反
射率の方が下層構造の反射率よりも小さい波長であるた
め、その変化量は絶縁膜１８が露出し始めると正の値で
変化していく。
【０２００】そこで、ステップ１８０３で、変化量の差
の絶対値を算出して検出値とすると、この検出値は負の
値である第１の変化量信号と正の値である第２の変化量
信号との差の絶対値であるから、研磨の進行に伴う信号
変化を大きくすることができる。ステップ１８０４では
この検出値を所定しきい値と比較し、ステップ１８０５
では、検出値がしきい値を上回ったあるいは下回った時
点を研磨終了点と判定する。
の絶対値を算出して検出値とすると、この検出値は負の
値である第１の変化量信号と正の値である第２の変化量
信号との差の絶対値であるから、研磨の進行に伴う信号
変化を大きくすることができる。ステップ１８０４では
この検出値を所定しきい値と比較し、ステップ１８０５
では、検出値がしきい値を上回ったあるいは下回った時
点を研磨終了点と判定する。
【０２０１】本実施例に係る研磨終了点検出方法は、特
に、各波長において正反射光量の変化が小さい場合に有
効である。
に、各波長において正反射光量の変化が小さい場合に有
効である。
【０２０２】なお、研磨開始からの所定時間が０である
場合は、研磨開始直後に得られる平均値を基準値とする
こととなる。
場合は、研磨開始直後に得られる平均値を基準値とする
こととなる。
【０２０３】図１８に示したステップ１８０２での変化
量の算出は、差を用いる代わりに比を用いることもでき
る。
量の算出は、差を用いる代わりに比を用いることもでき
る。
【０２０４】また、研磨開始直後の最上層表面が平滑化
されることによる正反射光量信号の上昇があるウェハの
場合、研磨開始からの最初の極大値を基準値としても良
い。
されることによる正反射光量信号の上昇があるウェハの
場合、研磨開始からの最初の極大値を基準値としても良
い。
【０２０５】（第１７の実施例：第１０の研磨終了点検
出方法）図１９は、本発明の第１７の実施例に係る第１
０の研磨終了点検出方法を示すフローチャートである。
図１９を参照して、本実施例に係る半導体ウェハ研磨終
了点検出方法は、下記のステップを含むことを特徴とす
る。
出方法）図１９は、本発明の第１７の実施例に係る第１
０の研磨終了点検出方法を示すフローチャートである。
図１９を参照して、本実施例に係る半導体ウェハ研磨終
了点検出方法は、下記のステップを含むことを特徴とす
る。
【０２０６】ステップ１９０１：正反射光の光量信号を
所定時間間隔内で平均化する。
所定時間間隔内で平均化する。
【０２０７】ステップ１９０２：正反射光の光量信号の
所定時間間隔内で最大値を検出する。
所定時間間隔内で最大値を検出する。
【０２０８】ステップ１９０３：ステップ１９０１とス
テップ１９０２で得られた平均値と最大値の差を算出す
る。
テップ１９０２で得られた平均値と最大値の差を算出す
る。
【０２０９】ステップ１９０４：ステップ１９０３で算
出された値を所定しきい値と比較する。、
出された値を所定しきい値と比較する。、
【０２１０】ステップ１９０５：正反射光量の所定毎の
平均値と最大値の差がしきい値を上回ったあるいは下回
った時点を、研磨終了点と判定する。
平均値と最大値の差がしきい値を上回ったあるいは下回
った時点を、研磨終了点と判定する。
【０２１１】本実施例に係る半導体ウェハ研磨終了点検
出方法は、特に第７の実施例に係る半導体ウェハ研磨装
置ないし半導体ウェハ研磨状態モニタリング装置を用い
て好適に実施される。
出方法は、特に第７の実施例に係る半導体ウェハ研磨装
置ないし半導体ウェハ研磨状態モニタリング装置を用い
て好適に実施される。
【０２１２】前記第７の実施例において、ウェハ１の研
磨が進行しパターンが形成されてくると、検査光が所定
のパターン上に照射されているときは正反射受光量は研
磨前と変わらない値を示すが、他の部分に照射されてい
るときは下層構造の露出によって正反射光量は変化す
る。従って、正反射光量信号の所定時間間隔内での最大
値は研磨の進行によってほとんど変化しないのに対し
て、その最小値は変化し、所定時間間隔内での平均値は
変化する。
磨が進行しパターンが形成されてくると、検査光が所定
のパターン上に照射されているときは正反射受光量は研
磨前と変わらない値を示すが、他の部分に照射されてい
るときは下層構造の露出によって正反射光量は変化す
る。従って、正反射光量信号の所定時間間隔内での最大
値は研磨の進行によってほとんど変化しないのに対し
て、その最小値は変化し、所定時間間隔内での平均値は
変化する。
【０２１３】そこで、本実施例に係る研磨終了点検出方
法によれば、正反射光量の所定時間間隔内での平均値と
最大値との差を所定しきい値と比較し、平均値と最大値
との差がしきい値を上回ったあるいは下回った時点を、
研磨終了点と判定する。
法によれば、正反射光量の所定時間間隔内での平均値と
最大値との差を所定しきい値と比較し、平均値と最大値
との差がしきい値を上回ったあるいは下回った時点を、
研磨終了点と判定する。
【０２１４】なお、図１９に示したステップ１９０３で
は、平均値と最大値との差を算出する代わりに、平均値
と最大値との比を算出することもできる。
は、平均値と最大値との差を算出する代わりに、平均値
と最大値との比を算出することもできる。
【０２１５】（第１８の実施例：第１１の研磨終了点検
出方法）図２０は、本発明の第１８の実施例に係る第１
１の研磨終了点検出方法を示すフローチャートである。
図２０を参照して、本実施例に係る半導体ウェハ研磨終
了点検出方法は、下記のステップを含むことを特徴とす
る。
出方法）図２０は、本発明の第１８の実施例に係る第１
１の研磨終了点検出方法を示すフローチャートである。
図２０を参照して、本実施例に係る半導体ウェハ研磨終
了点検出方法は、下記のステップを含むことを特徴とす
る。
【０２１６】ステップ２００１：正反射光の光量信号と
散乱・回折光の光量信号をそれぞれ所定時間間隔内で平
均化する。
散乱・回折光の光量信号をそれぞれ所定時間間隔内で平
均化する。
【０２１７】ステップ２００２：ステップ２００１で平
均化された値のうち、過去に遡った所定数の平均値の最
大値と最小値の差を変動量としてそれぞれ算出する。
均化された値のうち、過去に遡った所定数の平均値の最
大値と最小値の差を変動量としてそれぞれ算出する。
【０２１８】ステップ２００３：ステップ２００２で算
出されたそれぞれの変動量をそれぞれ別々のしきい値と
比較する。
出されたそれぞれの変動量をそれぞれ別々のしきい値と
比較する。
【０２１９】ステップ２００４：正反射光量の変動量と
散乱・回折光量の変動量のいずれか一方あるいは両方と
もがしきい値を下回った時点を研磨終了点と判定する。
散乱・回折光量の変動量のいずれか一方あるいは両方と
もがしきい値を下回った時点を研磨終了点と判定する。
【０２２０】本実施例に係る研磨終了点の検出は、正反
射光量信号と散乱・回折光量信号の所定時間間隔内での
平均値の変動量に基づいて行う。前記第１の検出方法に
おいて説明したように、正反射光量信号と散乱・回折光
量信号の平均値は、研磨が進行して絶縁層１８（図２参
照）が露出し始めると変化していくが、研磨終了時点以
降はほとんど変化しない。従って、正反射光量信号と散
乱・回折光量信号の平均値の変動量は、研磨終了時点以
降は小さくなる。但し、変動量を算出する場合に隣接の
２データを使用すると、ノイズ等に弱くなり、研磨終点
の誤検出が発生するため、正反射光量信号と散乱・回折
光量信号の平均値の過去に遡った所定数の値での変動量
のいずれか一方あるいは両方ともが、所定のしきい値を
下回った時点を、研磨終了点と判定する。
射光量信号と散乱・回折光量信号の所定時間間隔内での
平均値の変動量に基づいて行う。前記第１の検出方法に
おいて説明したように、正反射光量信号と散乱・回折光
量信号の平均値は、研磨が進行して絶縁層１８（図２参
照）が露出し始めると変化していくが、研磨終了時点以
降はほとんど変化しない。従って、正反射光量信号と散
乱・回折光量信号の平均値の変動量は、研磨終了時点以
降は小さくなる。但し、変動量を算出する場合に隣接の
２データを使用すると、ノイズ等に弱くなり、研磨終点
の誤検出が発生するため、正反射光量信号と散乱・回折
光量信号の平均値の過去に遡った所定数の値での変動量
のいずれか一方あるいは両方ともが、所定のしきい値を
下回った時点を、研磨終了点と判定する。
【０２２１】（第１９の実施例：第１２の研磨終了点検
出方法）図２１は、本発明の第１９の実施例に係る第１
２の研磨終了点検出方法を示すフローチャートである。
図２１を参照して、本実施例に係る半導体ウェハ研磨終
了点検出方法は、下記のステップを含むことを特徴とす
る。
出方法）図２１は、本発明の第１９の実施例に係る第１
２の研磨終了点検出方法を示すフローチャートである。
図２１を参照して、本実施例に係る半導体ウェハ研磨終
了点検出方法は、下記のステップを含むことを特徴とす
る。
【０２２２】ステップ２１０１：正反射光の光量信号と
散乱・回折光の光量信号をそれぞれ所定時間間隔内で平
均化する。
散乱・回折光の光量信号をそれぞれ所定時間間隔内で平
均化する。
【０２２３】ステップ２１０２：ステップ２１０１で平
均化された値をそれぞれ別々の所定しきい値と比較す
る。
均化された値をそれぞれ別々の所定しきい値と比較す
る。
【０２２４】ステップ２１０３：正反射光量の平均値と
散乱・回折光量の平均値のいずれか一方あるいは両方と
もが、所定回数連続してしきい値を上回ったあるいは下
回った時点を、研磨終了点と判定する。
散乱・回折光量の平均値のいずれか一方あるいは両方と
もが、所定回数連続してしきい値を上回ったあるいは下
回った時点を、研磨終了点と判定する。
【０２２５】本実施例に係る半導体ウェハ研磨終了点検
出方法は、特に第１〜第５および第７の実施例に係る半
導体ウェハ研磨装置ないし半導体ウェハ研磨状態モニタ
リング装置を用いて好適に実施される。
出方法は、特に第１〜第５および第７の実施例に係る半
導体ウェハ研磨装置ないし半導体ウェハ研磨状態モニタ
リング装置を用いて好適に実施される。
【０２２６】本実施例に係る研磨終了点検出方法は、各
受光量信号にノイズが多くて研磨終点の誤検出が発生す
る場合に、特に有効である。
受光量信号にノイズが多くて研磨終点の誤検出が発生す
る場合に、特に有効である。
【０２２７】（第２０の実施例：第１３の研磨終了点検
出方法）本実施例に係る研磨終了点検出方法は、上記第
１〜第１２の検出方法から複数の方法を選択し、選択さ
れた２以上の方法を互いに論理和あるいは論理積として
組み合わせて、研磨終了点の検出を行うことを特徴とす
る。
出方法）本実施例に係る研磨終了点検出方法は、上記第
１〜第１２の検出方法から複数の方法を選択し、選択さ
れた２以上の方法を互いに論理和あるいは論理積として
組み合わせて、研磨終了点の検出を行うことを特徴とす
る。
【０２２８】
【発明の効果】本発明によれば、半導体ウェハによっ
て、正反射された正反射光の強度と、散乱・回折された
散乱・回折光の強度とに基づいて、ウェハ上に形成され
る半導体の構造や配線パターンの形状及び粗密等によら
ず研磨進行状態の正確なモニタリングが可能であり、研
磨終了点の検出を確実に行うことができる。
て、正反射された正反射光の強度と、散乱・回折された
散乱・回折光の強度とに基づいて、ウェハ上に形成され
る半導体の構造や配線パターンの形状及び粗密等によら
ず研磨進行状態の正確なモニタリングが可能であり、研
磨終了点の検出を確実に行うことができる。
【０２２９】また、本発明によれば、半導体ウェハによ
って、正反射された互いに波長が異なる複数の正反射光
のそれぞれの強度に基づいて、ウェハ上に形成される半
導体の構造や配線パターンの形状及び粗密等によらず研
磨進行状態の正確なモニタリングが可能であり、研磨終
了点の検出を確実に行うことができる。
って、正反射された互いに波長が異なる複数の正反射光
のそれぞれの強度に基づいて、ウェハ上に形成される半
導体の構造や配線パターンの形状及び粗密等によらず研
磨進行状態の正確なモニタリングが可能であり、研磨終
了点の検出を確実に行うことができる。
【０２３０】また、本発明によれば、半導体ウェハによ
って、正反射された互いに波長が異なる正反射光のそれ
ぞれの強度と、散乱・回折された散乱・回折光の強度
と、に基づいて、ウェハ上に形成される半導体の構造や
配線パターンの形状及び粗密等によらず研磨進行状態の
正確なモニタリングが可能であり、研磨終了点の検出を
確実に行うことができる。
って、正反射された互いに波長が異なる正反射光のそれ
ぞれの強度と、散乱・回折された散乱・回折光の強度
と、に基づいて、ウェハ上に形成される半導体の構造や
配線パターンの形状及び粗密等によらず研磨進行状態の
正確なモニタリングが可能であり、研磨終了点の検出を
確実に行うことができる。
【図１】本発明の実施例１に係る半導体ウェハ研磨装置
ないし半導体ウェハ研磨状態モニタリング装置の構成図
である。
ないし半導体ウェハ研磨状態モニタリング装置の構成図
である。
【図２】金属層と絶縁層を有する半導体ウェハの構成図
である。
である。
【図３】本発明の実施例２に係る半導体ウェハ研磨装置
ないし半導体ウェハ研磨状態モニタリング装置の構成図
である。
ないし半導体ウェハ研磨状態モニタリング装置の構成図
である。
【図４】本発明の第３の実施例に係る半導体ウェハ研磨
装置ないし半導体ウェハ研磨状態モニタリング装置の構
成図である。
装置ないし半導体ウェハ研磨状態モニタリング装置の構
成図である。
【図５】本発明の第４の実施例に係る半導体ウェハ研磨
装置ないし半導体ウェハ研磨状態モニタリング装置の構
成図である。
装置ないし半導体ウェハ研磨状態モニタリング装置の構
成図である。
【図６】本発明の第５の実施例に係る半導体ウェハ研磨
装置ないし半導体ウェハ研磨状態モニタリング装置の構
成図である。
装置ないし半導体ウェハ研磨状態モニタリング装置の構
成図である。
【図７】本発明の第６の実施例に係る半導体ウェハ研磨
装置ないし半導体ウェハ研磨状態モニタリング装置の構
成図である。
装置ないし半導体ウェハ研磨状態モニタリング装置の構
成図である。
【図８】本発明の第７の実施例に係る半導体ウェハ研磨
装置ないし半導体ウェハ研磨状態モニタリング装置の構
成図である。
装置ないし半導体ウェハ研磨状態モニタリング装置の構
成図である。
【図９】本発明の第８の実施例に係る半導体ウェハ研磨
終了点検出方法を説明するためのフローチャートであ
る。
終了点検出方法を説明するためのフローチャートであ
る。
【図１０】平均化された第１及び第２の光量信号ａ，ｂ
の時間変化の一例を示す図ある。
の時間変化の一例を示す図ある。
【図１１】本発明の第９の実施例に係る半導体ウェハ研
磨終了点検出方法を説明するためのフローチャートであ
る。
磨終了点検出方法を説明するためのフローチャートであ
る。
【図１２】本発明の第１０の実施例に係る半導体ウェハ
研磨終了点検出方法を説明するためのフローチャートで
ある。
研磨終了点検出方法を説明するためのフローチャートで
ある。
【図１３】本発明の第１１の実施例に係る半導体ウェハ
研磨終了点検出方法を説明するためのフローチャートで
ある。
研磨終了点検出方法を説明するためのフローチャートで
ある。
【図１４】本発明の第１２の実施例に係る半導体ウェハ
研磨終了点検出方法を説明するためのフローチャートで
ある。
研磨終了点検出方法を説明するためのフローチャートで
ある。
【図１５】本発明の第１３の実施例に係る半導体ウェハ
研磨終了点検出方法を説明するためのフローチャートで
ある。
研磨終了点検出方法を説明するためのフローチャートで
ある。
【図１６】本発明の第１４の実施例に係る半導体ウェハ
研磨終了点検出方法を説明するためのフローチャートで
ある。
研磨終了点検出方法を説明するためのフローチャートで
ある。
【図１７】本発明の第１５の実施例に係る半導体ウェハ
研磨終了点検出方法を説明するためのフローチャートで
ある。
研磨終了点検出方法を説明するためのフローチャートで
ある。
【図１８】本発明の第１６の実施例に係る半導体ウェハ
研磨終了点検出方法を説明するためのフローチャートで
ある。
研磨終了点検出方法を説明するためのフローチャートで
ある。
【図１９】本発明の第１７の実施例に係る半導体ウェハ
研磨終了点検出方法を説明するためのフローチャートで
ある。
研磨終了点検出方法を説明するためのフローチャートで
ある。
【図２０】本発明の第１８の実施例に係る半導体ウェハ
研磨終了点検出方法を説明するためのフローチャートで
ある。
研磨終了点検出方法を説明するためのフローチャートで
ある。
【図２１】本発明の第１９の実施例に係る半導体ウェハ
研磨終了点検出方法を説明するためのフローチャートで
ある。
研磨終了点検出方法を説明するためのフローチャートで
ある。
【図２２】従来例に係るウェハ研磨状態をモニタリング
するための技術の説明図である。
するための技術の説明図である。
１ ウェハ ２ 研磨定盤 ３ 研磨布 ４ ポリッシャ ５ 検査光 ６ レーザ光源 ７ 正反射光 ８ ミラー ９ 第１のフォトダイオード １０ 散乱・回折光 １１ 集光レンズ １２ 第２のフォトダイオード １３ モニタリング手段 １４ エア １５ エア供給手段 １６ 研磨液 １７ ノズル １８ 絶縁層 １９ 金属層 ２０ 第３のフォトダイオード ２１ 楕円面鏡 ２２ 第４のフォトダイオード ２３ 第５のフォトダイオード ２４ 純水 ２５ 純水供給手段 ２６ 透明溶液 ２７ 透明溶液供給手段 ２８ 第２の検査光 ２９ 第２のレーザ光源 ３０ 第３の検査光 ３１ 第３のレーザ光源 ３２ 第２の正反射光 ３３ 第６のフォトダイオード ３４ 第３の正反射光 ３５ 第７のフォトダイオード ３６ 集光レンズ ４１ 照射手段 ４２ 第２の照射手段 ４３ 第３の照射手段 ４４ 第９のフォトダイオード ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆ，ｇ 第１〜第７の光量信号
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 林 喜宏 東京都港区芝五丁目７番１号 日本電気 株式会社内 (72)発明者 小野寺 貴弘 東京都港区芝五丁目７番１号 日本電気 株式会社内 (56)参考文献 特開 平９−7985（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−249599（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−309559（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−174411（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−235520（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−251371（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−216016（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−119822（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/304 622 B24B 37/04 B24B 49/04 B24B 49/12
Claims (58)
- 【請求項１】研磨中の半導体ウェハに検査光を照射する
手段と、前記検査光が前記半導体ウェハによって反射さ
れた正反射光を受光し受光量に応じた正反射光量信号を
出力する正反射光受光手段と、前記検査光が前記半導体
ウェハによって散乱・回折された散乱・回折光を受光し
受光量に応じた散乱・回折光量信号を出力する散乱・回
折光受光手段と、前記正反射光量信号と前記散乱・回折
光量信号とが入力され、研磨の進行に伴う前記半導体ウ
ェハの露出膜質の変化による分光反射特性の変化とパタ
ーンの形成による前記正反射光と前記散乱・回折光の比
率の変化を、該正反射光量信号と該散乱・回折光量信号
がそれぞれ示す前記正反射光の受光量と前記散乱・回折
光の受光量とで捉えて、前記半導体ウェハの研磨状態を
モニタリングするモニタリング手段と、を有する半導体
ウェハ研磨状態モニタリング装置。 - 【請求項２】研磨中の半導体ウェハに検査光を照射する
手段と、前記検査光が前記半導体ウェハによって反射さ
れた正反射光を受光し受光量に応じた正反射光量信号を
出力する正反射光受光手段と、前記検査光が前記半導体
ウェハによって散乱・回折された散乱・回折光を受光し
受光量に応じた散乱・回折光量信号を出力する散乱・回
折光受光手段と、前記正反射光量信号と前記散乱・回折
光量信号とが入力され、研磨の進行に伴う前記半導体ウ
ェハの露出膜質の変化による分光反射特性の変化とパタ
ーンの形成による前記正反射光と前記散乱・回折光の比
率の変化を、該正反射光量信号と該散乱・回折光量信号
がそれぞれ示す前記正反射光の受光量と前記散乱・回折
光の受光量とで捉えて、前記半導体ウェハの研磨状態を
モニタリングするモニタリング手段と、を有し、 前記モニタリング手段は、前記正反射光量信号の所定時
間間隔内での平均値と第１のしきい値を比較する第１の
比較手段と、前記散乱・回折光量信号の所定時間間隔内
での平均値と第２のしきい値を比較する第２の比較手段
と、前記第１及び第２の比較手段による比較結果に基づ
き、前記半導体ウェハの研磨状態を判定する手段と、を
有することを特徴とする半導体ウェハ研磨状態モニタリ
ング装置。 - 【請求項３】研磨中の半導体ウェハに検査光を照射する
手段と、前記検査光が前記半導体ウェハによって反射さ
れた正反射光を受光し受光量に応じた正反射光量信号を
出力する正反射光受光手段と、前記検査光が前記半導体
ウェハによって散乱・回折された散乱・回折光を受光し
受光量に応じた散乱・回折光量信号を出力する散乱・回
折光受光手段と、前記正反射光量信号と前記散乱・回折
光量信号とが入力され、研磨の進行に伴う前記半導体ウ
ェハの露出膜質の変化による分光反射特性の変化とパタ
ーンの形成による前記正反射光と前記散乱・回折光の比
率の変化を、該正反射光量信号と該散乱・回折光量信号
がそれぞれ示す前記正反射光の受光量と前記散乱・回折
光の受光量とで捉えて、前記半導体ウェハの研磨状態を
モニタリングするモニタリング手段と、を有し、 前記モニタリング手段は、前記半導体ウェハの研磨開始
後、所定時間経過した時点の前記正反射光量信号と前記
散乱・回折光量信号の所定時間間隔内での平均値をそれ
ぞれ第１、第２の基準値として設定し、以降の前記正反
射光量信号の所定時間間隔内での平均値と前記第１の基
準値の差あるいは比を第１の変化量、前記散乱・回折光
量信号の所定時間間隔内での平均値と前記第２の基準値
の差あるいは比を第２の変化量としてそれぞれ出力する
手段と、前記第１の変化量と第３のしきい値を比較する
第３の比較手段と、前記第２の変化量と第４のしきい値
を比較する第４の比較手段と、前記第３及び第４の比較
手段による比較結果に基づき、前記半導体ウェハの研磨
状態を判定する手段と、を有することを特徴とする半導
体ウェハ研磨状態モニタリング装置。 - 【請求項４】研磨中の半導体ウェハに検査光を照射する
手段と、前記検査光が前記半導体ウェハによって反射さ
れた正反射光を受光し受光量に応じた正反射光量信号を
出力する正反射光受光手段と、前記検査光が前記半導体
ウェハによって散乱・回折された散乱・回折光を受光し
受光量に応じた散乱・回折光量信号を出力する散乱・回
折光受光手段と、前記正反射光量信号と前記散乱・回折
光量信号とが入力され、研磨の進行に伴う前記半導体ウ
ェハの露出膜質の変化による分光反射特性の変化とパタ
ーンの形成による前記正反射光と前記散乱・回折光の比
率の変化を、該正反射光量信号と該散乱・回折光量信号
がそれぞれ示す前記正反射光の受光量と前記散乱・回折
光の受光量とで捉えて、前記半導体ウェハの研磨状態を
モニタリングするモニタリング手段と、を有し、 前記モニタリング手段は、前記正反射光量信号の所定時
間間隔内での平均値の変化量（「第３の変化量」とい
う）と第５のしきい値を比較する第５の比較手段と、前
記散乱・回折光量信号の所定時間間隔内での平均値の変
化量（「第４の変化量」という）と第６のしきい値を比
較する第６の比較手段と、前記第５及び第６の比較手段
による比較結果に基づき、前記半導体ウェハの研磨状態
を判定する手段と、を有することを特徴とする半導体ウ
ェハ研磨状態モニタリング装置。 - 【請求項５】研磨中の半導体ウェハに検査光を照射する
手段と、前記検査光が前記半導体ウェハによって反射さ
れた正反射光を受光し受光量に応じた正反射光量信号を
出力する正反射光受光手段と、前記検査光が前記半導体
ウェハによって散乱・回折された散乱・回折光を受光し
受光量に応じた散乱・回折光量信号を出力する散乱・回
折光受光手段と、前記正反射光量信号と前記散乱・回折
光量信号とが入力され、研磨の進行に伴う前記半導体ウ
ェハの露出膜質の変化による分光反射特性の変化とパタ
ーンの形成による前記正反射光と前記散乱・回折光の比
率の変化を、該正反射光量信号と該散乱・回折光量信号
がそれぞれ示す前記正反射光の受光量と前記散乱・回折
光の受光量とで捉えて、前記半導体ウェハの研磨状態を
モニタリングするモニタリング手段と、を有し、 前記モニタリング手段は、前記正反射光量信号の所定時
間間隔内での平均値の時間微分値と第７のしきい値を比
較する第７の比較手段と、前記散乱・回折光量信号の所
定時間間隔内での平均値の微分値と第８のしきい値を比
較する第８の比較手段と、前記第７及び第８の比較手段
による比較結果に基づき、前記半導体ウェハの研磨状態
を判定する手段と、を有することを特徴とする半導体ウ
ェハ研磨状態モニタリング装置。 - 【請求項６】研磨中の半導体ウェハに検査光を照射する
手段と、前記検査光が前記半導体ウェハによって反射さ
れた正反射光を受光し受光量に応じた正反射光量信号を
出力する正反射光受光手段と、前記検査光が前記半導体
ウェハによって散乱・回折された散乱・回折光を受光し
受光量に応じた散乱・回折光量信号を出力する散乱・回
折光受光手段と、前記正反射光量信号と前記散乱・回折
光量信号とが入力され、研磨の進行に伴う前記半導体ウ
ェハの露出膜質の変化による分光反射特性の変化とパタ
ーンの形成による前記正反射光と前記散乱・回折光の比
率の変化を、該正反射光量信号と該散乱・回折光量信号
がそれぞれ示す前記正反射光の受光量と前記散乱・回折
光の受光量とで捉えて、前記半導体ウェハの研磨状態を
モニタリングするモニタリング手段と、を有し、 前記モニタリング手段は、前記正反射光量信号と前記散
乱・回折光量信号の所定時間間隔内での最大値を求める
手段と、前記正反射光量信号の所定時間間隔内での最大
値と第９のしきい値を比較する第９の比較手段と、前記
散乱・回折光量信号の所定時間間隔内での最大値と第１
０のしきい値を比較する第１０の比較手段と、前記第９
及び第１０の比較手段による比較結果に基づき、前記半
導体ウェハの研磨状態を判定する手段と、を有すること
を特徴とする半導体ウェハ研磨状態モニタリング装置。 - 【請求項７】研磨中の半導体ウェハに検査光を照射する
手段と、前記検査光が前記半導体ウェハによって反射さ
れた正反射光を受光し受光量に応じた正反射光量信号を
出力する正反射光受光手段と、前記検査光が前記半導体
ウェハによって散乱・回折された散乱・回折光を受光し
受光量に応じた散乱・回折光量信号を出力する散乱・回
折光受光手段と、前記正反射光量信号と前記散乱・回折
光量信号とが入力され、研磨の進行に伴う前記半導体ウ
ェハの露出膜質の変化による分光反射特性の変化とパタ
ーンの形成による前記正反射光と前記散乱・回折光の比
率の変化を、該正反射光量信号と該散乱・回折光量信号
がそれぞれ示す前記正反射光の受光量と前記散乱・回折
光の受光量とで捉えて、前記半導体ウェハの研磨状態を
モニタリングするモニタリング手段と、を有し、 前記モニタリング手段は、前記正反射光量信号と前記散
乱・回折光量信号の所定時間間隔内での振幅を求める手
段と、前記正反射光量信号の所定時間間隔内での振幅と
第１１のしきい値を比較する第１１の比較手段、前記散
乱・回折光量信号の所定時間間隔内での振幅と第１２の
しきい値を比較する第１２の比較手段と、前記第１１及
び第１２の比較手段による比較結果に基づき、前記半導
体ウェハの研磨状態を判定する手段と、を有することを
特徴とする半導体ウェハ研磨状態モニタリング装置。 - 【請求項８】研磨中の半導体ウェハに検査光を照射する
手段と、前記検査光が前記半導体ウェハによって反射さ
れた正反射光を受光し受光量に応じた正反射光量信号を
出力する正反射光受光手段と、前記検査光が前記半導体
ウェハによって散乱・回折された散乱・回折光を受光し
受光量に応じた散乱・回折光量信号を出力する散乱・回
折光受光手段と、前記正反射光量信号と前記散乱・回折
光量信号とが入力され、研磨の進行に伴う前記半導体ウ
ェハの露出膜質の変化による分光反射特性の変化とパタ
ーンの形成による前記正反射光と前記散乱・回折光の比
率の変化を、該正反射光量信号と該散乱・回折光量信号
がそれぞれ示す前記正反射光の受光量と前記散乱・回折
光の受光量とで捉えて、前記半導体ウェハの研磨状態を
モニタリングするモニタリング手段と、を有し、 前記モニタリング手段は、前記正反射光量信号と前記散
乱・回折光量信号の所定時間間隔内での分散を求める手
段と、前記正反射光量信号の所定時間間隔内での分散と
第１３のしきい値を比較する第１３の比較手段、前記散
乱・回折光量信号の所定時間間隔内での分散と第１４の
しきい値を比較する第１４の比較手段と、前記第１３及
び第１４の比較手段による比較結果に基づき、前記半導
体ウェハの研磨状態を判定する手段と、を有することを
特徴とする半導体ウェハ研磨状態モニタリング装置。 - 【請求項９】研磨中の半導体ウェハに検査光を照射する
手段と、前記検査光が前記半導体ウェハによって反射さ
れた正反射光を受光し受光量に応じた正反射光量信号を
出力する正反射光受光手段と、前記検査光が前記半導体
ウェハによって散乱・回折された散乱・回折光を受光し
受光量に応じた散乱・回折光量信号を出力する散乱・回
折光受光手段と、前記正反射光量信号と前記散乱・回折
光量信号とが入力され、研磨の進行に伴う前記半導体ウ
ェハの露出膜質の変化による分光反射特性の変化とパタ
ーンの形成による前記正反射光と前記散乱・回折光の比
率の変化を、該正反射光量信号と該散乱・回折光量信号
がそれぞれ示す前記正反射光の受光量と前記散乱・回折
光の受光量とで捉えて、前記半導体ウェハの研磨状態を
モニタリングするモニタリング手段と、を有し、 前記モニタリング手段は、前記正反射光量信号の所定時
間間隔内での最大値と平均値の差あるいは比と第１５の
しきい値を比較する第１５の比較手段と、前記散乱・回
折光量信号の所定時間間隔内での最大値と平均値の差あ
るいは比と第１６のしきい値を比較する第１６の比較手
段と、前記第１５及び第１６の比較手段による比較結果
に基づき、前記半導体ウェハの研磨状態を判定する手段
と、を有することを特徴とする半導体ウェハ研磨状態モ
ニタリング装置。 - 【請求項１０】研磨中の半導体ウェハに検査光を照射す
る手段と、前記検査光が前記半導体ウェハによって反射
された正反射光を受光し受光量に応じた正反射光量信号
を出力する正反射光受光手段と、前記検査光が前記半導
体ウェハによって散乱・回折された散乱・回折光を受光
し受光量に応じた散乱・回折光量信号を出力する散乱・
回折光受光手段と、前記正反射光量信号と前記散乱・回
折光量信号とが入力され、研磨の進行に伴う前記半導体
ウェハの露出膜質の変化による分光反射特性の変化とパ
ターンの形成による前記正反射光と前記散乱・回折光の
比率の変化を、該正反射光量信号と該散乱・回折光量信
号がそれぞれ示す前記正反射光の受光量と前記散乱・回
折光の受光量とで捉えて、前記半導体ウェハの研磨状態
をモニタリングするモニタリング手段と、を有し、 前記モニタリング手段は、前記正反射光量信号の所定時
間間隔内での平均値のうち過去に遡った所定数の平均値
における最大値と最小値の差と第１７のしきい値を比較
する第１７の比較手段と、前記散乱・回折光量信号の所
定時間間隔内での平均値のうち過去に遡った所定数の平
均値における最大値と最小値の差と第１８のしきい値を
比較する第１８の比較手段と、前記第１７及び第１８の
比較手段による比較結果に基づき、前記半導体ウェハの
研磨状態を判定する手段と、を有することを特徴とする
半導体ウェハ研磨状態モニタリング装置。 - 【請求項１１】研磨中の半導体ウェハに検査光を照射す
る手段と、前記検査光が前記半導体ウェハによって反射
された正反射光を受光し受光量に応じた正反射光量信号
を出力する正反射光受光手段と、前記検査光が前記半導
体ウェハによって散乱・回折された散乱・回折光を受光
し受光量に応じた散乱・回折光量信号を出力する散乱・
回折光受光手段と、前記正反射光量信号と前記散乱・回
折光量信号とが入力され、研磨の進行に伴う前記半導体
ウェハの露出膜質の変化による分光反射特性の変化とパ
ターンの形成による前記正反射光と前記散乱・回折光の
比率の変化を、該正反射光量信号と該散乱・回折光量信
号がそれぞれ示す前記正反射光の受光量と前記散乱・回
折光の受光量とで捉えて、前記半導体ウェハの研磨状態
をモニタリングするモニタリング手段と、を有し、 前記モニタリング手段は、前記正反射光量信号の所定時
間間隔内での平均値と第１９のしきい値を比較する第１
９の比較手段と、前記散乱・回折光量信号の所定時間間
隔内での平均値と第２０のしきい値を比較する第２０の
比較手段と、前記第１９及び第２０の比較手段による比
較結果に基づき、前記正反射光量信号の所定時間間隔内
での平均値が第１９のしきい値を上回った回数、及び、
前記散乱・回折光量信号の所定時間間隔内での平均値が
第２０のしきい値を上回った回数から前記半導体ウェハ
の研磨状態を判定する手段と、を有することを特徴とす
る半導体ウェハ研磨状態モニタリング装置。 - 【請求項１２】研磨中の半導体ウェハに検査光を照射す
る手段と、前記検査光が前記半導体ウェハによって反射
された正反射光を受光し受光量に応じた正反射光量信号
を出力する正反射光受光手段と、前記検査光が前記半導
体ウェハによって散乱・回折された散乱・回折光を受光
し受光量に応じた散乱・回折光量信号を出力する散乱・
回折光受光手段と、前記正反射光量信号と前記散乱・回
折光量信号とが入力され、研磨の進行に伴う前記半導体
ウェハの露出膜質の変化による分光反射特性の変化とパ
ターンの形成による前記正反射光と前記散乱・回折光の
比率の変化を、該正反射光量信号と該散乱・回折光量信
号がそれぞれ示す前記正反射光の受光量と前記散乱・回
折光の受光量とで捉えて、前記半導体ウェハの研磨状態
をモニタリングするモニタリング手段と、を有し、 前記正反射光の光軸上に該正反射光の反射手段が配置さ
れ、前記正反射光受光手段は、前記反射手段の反射光を
受光することを特徴とする半導体ウェハ研磨状態モニタ
リング装置。 - 【請求項１３】研磨中の半導体ウェハに検査光を照射す
る手段と、前記検査光が前記半導体ウェハによって反射
された正反射光を受光し受光量に応じた正反射光量信号
を出力する正反射光受光手段と、前記検査光が前記半導
体ウェハによって散乱・回折された散乱・回折光を受光
し受光量に応じた散乱・回折光量信号を出力する散乱・
回折光受光手段と、前記正反射光量信号と前記散乱・回
折光量信号とが入力され、研磨の進行に伴う前記半導体
ウェハの露出膜質の変化による分光反射特性の変化とパ
ターンの形成による前記正反射光と前記散乱・回折光の
比率の変化を、該正反射光量信号と該散乱・回折光量信
号がそれぞれ示す前記正反射光の受光量と前記散乱・回
折光の受光量とで捉えて、前記半導体ウェハの研磨状態
をモニタリングするモニタリング手段と、を有し、 前記検査光の光軸上に、該検査光を集光して前記半導体
ウェハ上での照射径を前記半導体ウェハに形成された所
定のパターン径よりも小さくする検査光集光手段を配し
たことを特徴とする半導体ウェハ研磨状態モニタリング
装置。 - 【請求項１４】研磨中の半導体ウェハに検査光を照射す
る手段と、前記検査光が前記半導体ウェハによって反射
された正反射光を受光し受光量に応じた正反射光量信号
を出力する正反射光受光手段と、前記検査光が前記半導
体ウェハによって散乱・回折された散乱・回折光を受光
し受光量に応じた散乱・回折光量信号を出力する散乱・
回折光受光手段と、前記正反射光量信号と前記散乱・回
折光量信号とが入力され、研磨の進行に伴う前記半導体
ウェハの露出膜質の変化による分光反射特性の変化とパ
ターンの形成による前記正反射光と前記散乱・回折光の
比率の変化を、該正反射光量信号と該散乱・回折光量信
号がそれぞれ示す前記正反射光の受光量と前記散乱・回
折光の受光量とで捉えて、前記半導体ウェハの研磨状態
をモニタリングするモニタリング手段と、を有し、 前記散乱・回折光受光手段及び／又は前記散乱・回折光
を集光する手段が、前記正反射光の光軸上において、前
記正反射光受光手段及び／又は前記正反射光受光手段に
正反射光を反射する手段の後段に配されたことを特徴と
する半導体ウェハ研磨状態モニタリング装置。 - 【請求項１５】さらに、前記検査光の照射位置から研磨
液を除去する手段を有し、前記研磨液の除去手段は、前
記検査光の照射位置あるいは照射位置から所定方向に所
定距離離れた位置に、気体及び液体の一種以上を噴出す
ることを特徴とする請求項１〜１４のいずれか一記載の
半導体ウェハ研磨状態モニタリング装置。 - 【請求項１６】研磨中の半導体ウェハに互いに波長の異
なる複数の検査光を照射する手段と、前記複数の検査光
が前記半導体ウェハによってそれぞれ反射された複数の
正反射光を受光し、前記複数の正反射光の受光量にそれ
ぞれ応じた複数の正反射光量信号を出力する正反射光受
光手段と、前記複数の正反射光量信号が入力され、該複
数の正反射光量信号がそれぞれ示す互いに波長が異なる
正反射光の受光量に基づき、前記半導体ウェハの研磨状
態をモニタリングするモニタリング手段と、を有する半
導体ウェハ研磨状態モニタリング装置。 - 【請求項１７】前記モニタリング手段は、前記複数の正
反射光量信号のそれぞれの所定時間間隔内での平均値と
それぞれの第２１のしきい値を比較する第２１の比較手
段と、前記第２１の比較手段による比較結果に基づき、
前記半導体ウェハの研磨状態を判定する判定手段と、を
有することを特徴とする請求項１６記載の半導体ウェハ
研磨状態モニタリング装置。 - 【請求項１８】前記モニタリング手段は、前記半導体ウ
ェハの研磨開始後、所定時間経過した時点の前記複数の
正反射光量信号の所定時間間隔内でのそれぞれの平均値
をそれぞれ基準値として設定し、以降の前記複数の正反
射光量信号の所定時間間隔内での平均値と前記それぞれ
の基準値との差を該複数の正反射光量信号のそれぞれの
変化量（「第５の変化量」という）として出力する手段
と、前記それぞれの第５の変化量とそれぞれの第２２の
しきい値をそれぞれ比較する第２２の比較手段と、前記
第２２の比較手段による比較結果に基づき、前記半導体
ウェハの研磨状態を判定する手段と、を有することを特
徴とする請求項１６記載の半導体ウェハ研磨状態モニタ
リング装置。 - 【請求項１９】前記複数の検査光を照射する手段は、互
いに異なる光軸上に配された複数の照射手段から構成さ
れ、該複数の照射手段は、互いに波長が異なる検査光を
それぞれ照射し、 前記正反射光受光手段は、互いに異なる光軸上に配され
た複数の正反射光受光手段を含み、該複数の正反射光受
光手段は、前記複数の検査光が前記半導体ウェハによっ
てそれぞれ反射された前記複数の反射光のいずれかを受
光し、受光量に応じた正反射光量信号をそれぞれ出力
し、 前記モニタリング手段は、前記複数の正反射光量信号が
入力され、該複数の正反射光量信号がそれぞれ示す互い
に波長が異なる正反射光の受光量に基づき、前記半導体
ウェハの研磨状態をモニタリングすることを特徴とする
請求項１６記載の半導体ウェハ研磨状態モニタリング装
置。 - 【請求項２０】さらに、前記複数の検査光が前記半導体
ウェハによって散乱・回折された散乱・回折光を受光し
受光量に応じた散乱・回折光量信号を出力する散乱・回
折光受光手段を有し、 前記モニタリング手段は、前記複数の前記正反射光量信
号と前記散乱・回折光量信号とが入力され、該複数の正
反射光量信号がそれぞれ示す互いに波長が異なる正反射
光の受光量と、該散乱・回折光量信号が示す前記散乱・
回折光の受光量と、に基づき、前記半導体ウェハの研磨
状態をモニタリングすることを特徴とする請求項１６又
は１９記載の半導体ウェハ研磨状態モニタリング装置。 - 【請求項２１】複数の前記正反射光の光軸上に、該正反
射光の反射手段がそれぞれ配置され、単数又は複数の前
記反射手段が反射する反射光の光軸上に、単数又は複数
の前記正反射光受光手段が配されたことを特徴とする請
求項１６又は１９記載の半導体ウェハ研磨状態モニタリ
ング装置。 - 【請求項２２】前記複数の検査光の光軸上に、該検査光
を集光して前記半導体ウェハ上での照射径を前記半導体
ウェハに形成された所定のパターン径よりも小さくする
検査光集光手段を配したことを特徴とする請求項１６又
は１９記載の半導体ウェハ研磨状態モニタリング装置。 - 【請求項２３】前記散乱・回折光受光手段及び／又は前
記散乱・回折光を集光する手段が、前記正反射光の光軸
上において、前記正反射光受光手段及び／又は前記正反
射光受光手段に正反射光を反射する手段の後段に配され
たことを特徴とする請求項２０記載の半導体ウェハ研磨
状態モニタリング装置。 - 【請求項２４】前記互いに波長が異なる複数の検査光を
前記半導体ウェハ上に同軸照射する手段と、前記検査光
が前記半導体ウェハによって反射された正反射光を分光
する分光手段と、を有し、前記正反射光受光手段は、前
記分光手段により分光された互いに波長が異なる正反射
光を受光することを特徴とする請求項１６記載の半導体
ウェハ研磨状態モニタリング装置。 - 【請求項２５】さらに、前記検査光の照射位置から研磨
液を除去する手段を有し、前記研磨液の除去手段は、前
記検査光の照射位置あるいは照射位置から所定方向に所
定距離離れた位置に、気体及び液体の一種以上を噴出す
ることを特徴とする請求項１６記載の半導体ウェハ研磨
状態モニタリング装置。 - 【請求項２６】検査光を照射する手段と、前記検査光の
光軸上に、該検査光を集光して研磨中の半導体ウェハ上
での照射径を該半導体ウェハに形成された所定のパター
ン径よりも小さくする検査光集光手段と、前記集光され
た検査光が前記半導体ウェハによって反射された正反射
光を受光し受光量に応じた正反射光量信号を出力する正
反射光受光手段と、前記正反射光量信号が入力され、該
正反射光量信号が示す前記正反射光の受光量に基づき、
前記半導体ウェハの研磨状態をモニタリングするモニタ
リング手段と、を有する半導体ウェハ研磨状態モニタリ
ング装置。 - 【請求項２７】前記モニタリング手段は、前記正反射光
量信号の所定時間間隔内での最大値と平均値の差あるい
は比と第２３のしきい値を比較する第２３の比較手段
と、前記第２３の比較手段による比較結果に基づき、前
記半導体ウェハの研磨状態を判定する手段と、を有する
ことを特徴とする請求項２６記載の半導体ウェハ研磨状
態モニタリング装置。 - 【請求項２８】請求項１〜２７に記載の半導体ウェハモ
ニタリング装置と、前記半導体ウェハの研磨手段と、を
有する半導体ウェハ研磨装置。 - 【請求項２９】研磨中の半導体ウェハに検査光を照射
し、前記検査光の正反射光と散乱・回折光とをそれぞれ
受光し、前記正反射光の受光量と、前記散乱・回折光の
受光量と、に基づいて、研磨の進行状態をモニタリング
することを特徴とする半導体ウェハ研磨状態モニタリン
グ方法。 - 【請求項３０】研磨中の半導体ウェハに検査光を照射
し、前記検査光の正反射光と散乱・回折光とをそれぞれ
受光し、前記正反射光の受光量の変化と、前記散乱・回
折光の受光量の変化と、に基づいて、研磨の進行状態を
モニタリングすることを特徴とする半導体ウェハ研磨状
態モニタリング方法。 - 【請求項３１】研磨の進行状態のモニタリングによっ
て、研摩終了を判定することを特徴とする請求項３０記
載の半導体ウェハ研磨状態モニタリング方法。 - 【請求項３２】研磨中の半導体ウェハに互いに波長が異
なる複数の検査光を照射し、前記複数の検査光の正反射
光をそれぞれ受光し、前記複数の検査光の正反射光の受
光量に基づいて、研磨の進行状態をモニタリングするこ
とを特徴とする半導体ウェハ研磨状態モニタリング方
法。 - 【請求項３３】研磨中の半導体ウェハに互いに波長が異
なる複数の検査光を照射し、前記複数の検査光の正反射
光と散乱・回折光とをそれぞれ受光し、前記複数の検査
光の正反射光の受光量と、前記複数の検査光の散乱・回
折光の受光量と、に基づいて、研磨の進行状態をモニタ
リングすることを特徴とする半導体ウェハ研磨状態モニ
タリング方法。 - 【請求項３４】研磨中の半導体ウェハに検査光を集光し
て照射し、前記検査光の正反射光を受光し、前記正反射
光の受光量に基づいて、研磨の進行状態をモニタリング
することを特徴とする半導体ウェハ研磨状態モニタリン
グ方法。 - 【請求項３５】研磨の進行状態のモニタリングによっ
て、研摩終了を判定することを特徴とする請求項３４記
載の半導体ウェハ研磨状態モニタリング方法。 - 【請求項３６】研磨中の半導体ウェハに単一波長あるい
は複数の波長の検査光を照射し、前記検査光の正反射光
と散乱・回折光とをそれぞれ受光し、前記正反射光の受
光量の変化と、前記散乱・回折光の受光量の変化と、に
基づいて、研磨の進行状態をモニタリングすることを特
徴とする半導体ウェハ研磨状態モニタリング方法。 - 【請求項３７】研磨中の半導体ウェハに検査光を集光し
て照射し、前記検査光の正反射光と散乱・回折光とをそ
れぞれ受光し、 前記正反射光と前記散乱・回折光のそれぞれの受光量の
所定時間間隔内での平均値と最大値の差あるいは比をし
きい値と比較し、該比較結果に基づいて研磨終了を含む
研磨状態を判定することを特徴とする研磨終了点検出方
法。 - 【請求項３８】研磨中の半導体ウェハに検査光を照射
し、前記検査光の正反射光と散乱・回折光とをそれぞれ
受光し、 前記正反射光と前記散乱・回折光のそれぞれの受光量の
所定時間間隔内での平均値と、研磨開始から所定時間経
過した時点での受光量の所定時間間隔内での平均値と、
の差あるいは比を算出して、それぞれしきい値と比較
し、該比較結果に基づいて研磨終了を含む研磨状態を判
定することを特徴とする研磨終了点検出方法。 - 【請求項３９】研磨中の半導体ウェハに検査光を照射
し、前記検査光の正反射光と散乱・回折光とをそれぞれ
受光し、 前記正反射光と前記散乱・回折光のそれぞれの受光量の
所定時間間隔内での平均値を時間微分し、それぞれの微
分値の絶対値をそれぞれのしきい値と比較し、該比較結
果に基づいて研磨終了を含む研磨状態を判定することを
特徴とする研磨終了点検出方法。 - 【請求項４０】研磨中の半導体ウェハに検査光を照射
し、前記検査光の正反射光と散乱・回折光とをそれぞれ
受光し、 前記正反射光と前記散乱・回折光のそれぞれの受光量の
所定時間間隔内での最大値をしきい値と比較し、該比較
結果に基づいて研磨終了を含む研磨状態を判定すること
を特徴とする研磨終了点検出方法。 - 【請求項４１】研磨中の半導体ウェハに検査光を照射
し、前記検査光の正反射光と散乱・回折光とをそれぞれ
受光し、 前記正反射光と前記散乱・回折光のそれぞれの受光量の
所定時間間隔内での最大値と最小値との差を算出してし
きい値と比較し、該比較結果に基づいて研磨終了を含む
研磨状態を判定することを特徴とする研磨終了点検出方
法。 - 【請求項４２】研磨中の半導体ウェハに検査光を照射
し、前記検査光の正反射光と散乱・回折光とをそれぞれ
受光し、 前記正反射光と前記散乱・回折光のそれぞれの受光量の
所定時間間隔内での分散を算出してしきい値と比較し、
該比較結果に基づいて研磨終了を含む研磨状態を判定す
ることを特徴とする研磨終了点検出方法。 - 【請求項４３】研磨中の半導体ウェハに互いに波長が異
なる複数の検査光を照射し、前記複数の検査光の正反射
光をそれぞれ受光し、前記互いに波長が異なる複数の正
反射光のそれぞれの受光量の所定時間間隔内での平均値
をしきい値と比較し、該比較結果に基づいて研磨終了を
含む研磨状態を判定することを特徴とする研磨終了点検
出方法。 - 【請求項４４】前記互いに波長が異なる前記複数の検査
光のそれぞれの散乱・回折光を受光し、受光した前記散
乱・回折光の受光量の所定時間間隔内での平均値を別の
しきい値と比較し、該比較結果と前記正反射光に関する
比較結果に基づいて研磨終了を含む研磨状態を判定する
ことを特徴とする請求項４３記載の研磨終了点検出方
法。 - 【請求項４５】いずれか１つの波長の前記平均値がある
いは所定の複数の波長の前記平均値があるいは全ての波
長の前記平均値が、しきい値を上回った場合を、研磨終
了と判定することを特徴とする請求項４３記載の研磨終
了点検出方法。 - 【請求項４６】いずれか１つの波長の前記平均値がある
いは所定の複数の波長の前記平均値があるいは全ての波
長の前記平均値が、しきい値を下回った場合を、研磨終
了と判定することを特徴とする請求項４３記載の研磨終
了点検出方法。 - 【請求項４７】異なる波長を有する複数の正反射光のそ
れぞれの受光量の所定時間間隔内での平均値と、研磨開
始後所定時間経過した時点での受光量の所定時間間隔内
での平均値との差あるいは比を算出して変化量とし、該
変化量の差の絶対値をしきい値とそれぞれ比較して、該
比較結果に基づいて研磨終了を含む研磨状態を判定する
ことを特徴とする研磨終了点検出方法。 - 【請求項４８】研磨中の半導体ウェハに検査光を照射
し、前記検査光の正反射光を受光し、 前記正反射光の受光量の所定時間間隔内での平均値と最
大値との差及び／又は比を算出してしきい値と比較し、
該比較結果に基づいて研磨終了を含む研磨状態を判定す
ることを特徴とする研磨終了点検出方法。 - 【請求項４９】研磨中の半導体ウェハに検査光を照射
し、前記検査光の正反射光と散乱・回折光とをそれぞれ
受光し、 所定時間間隔内での前記正反射光の光量信号と前記散乱
・回折光の光量信号を平均し、過去に遡ったそれぞれの
所定数の平均値のうち最大値と最小値の差を変動量とし
て算出してしきい値と比較し、該比較結果に基づいて研
磨終了を含む研磨状態を判定することを特徴とする研磨
終了点検出方法。 - 【請求項５０】前記しきい値と比較する値が、該しきい
値を上回ったかに基づいて、研磨終了を判定することを
特徴とする請求項３７〜４５および４７〜４９記載の研
磨終了点検出方法。 - 【請求項５１】前記しきい値と比較する値が、該しきい
値を下回ったかに基づいて、研磨終了を判定することを
特徴とする請求項３７〜４４および４６〜４９記載の研
磨終了点検出方法。 - 【請求項５２】前記しきい値と比較する値が、該しきい
値を上回った回数に基づき、研磨終了と判定することを
特徴とする請求項５０記載の研磨終了点検出方法。 - 【請求項５３】前記しきい値と比較する値が、該しきい
値を下回った回数に基づき、研磨終了と判定することを
特徴とする請求項５１記載の研磨終了点検出方法。 - 【請求項５４】前記しきい値と比較する値が、該しきい
値を上回ることが所定回数連続して生じた場合、研磨終
了と判定することを特徴とする請求項５０記載の研磨終
了点検出方法。 - 【請求項５５】前記しきい値と比較する値が、該しきい
値を下回ることが所定回数連続して生じた場合、研磨終
了と判定することを特徴とする請求項５１記載の研磨終
了点検出方法。 - 【請求項５６】請求項３７〜４４および請求項４７〜４
９の研磨終了点検出方法において、しきい値との比較に
代えて、前記しきい値と比較した値の変化に基づいて研
磨終了と判定することを特徴とする研磨終了点検出方
法。 - 【請求項５７】研磨終了と判定してから、所定時間経過
した時点を研磨終了点と判定することを特徴とする請求
項３７〜５６記載の研磨終了点検出方法。 - 【請求項５８】請求項３７〜５７に記載の研磨終了点検
出方法のいずれか２以上を選択し、選択した２以上の検
出方法を、論理和あるいは論理積として組み合わせた結
果に基づいて、研磨終了を含む研磨状態の判定を行うこ
とを特徴とする研磨終了点検出方法。
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