JP3804064B2 - ウェーハ研磨装置の研磨終点検出方法及び装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、研磨終点検出方法及び装置に係り、特に化学的機械研磨法（ＣＭＰ：Chemical Mechanical Polishing ）によってウェーハを研磨するウェーハ研磨装置の研磨終点検出方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体デバイスの高集積化が進むにつれて回路の配線が微細化し、配線間距離もより狭い状況になってきている。特に０．５μｍ以下の光リソグラフィの場合、焦点深度が浅くなるため、ステッパの結像面の平坦度が必要となる。このため、半導体ウェーハ表面の平坦化が必要となるが、この平坦化の一手段としてＣＭＰによるウェーハ表面の研磨が行われている。
【０００３】
一般にＣＭＰ装置は、表面に研磨パッドが貼付された研磨定盤と、ウェーハを保持する研磨ヘッドとで構成されており、研磨ヘッドで保持したウェーハを研磨パッドに押し付けて、そのウェーハと研磨定盤との間に研磨材（スラリ）を供給しながら、両者を回転させることによりウェーハを研磨する。
【０００４】
ところで、このＣＭＰ装置は、ウェーハの表面に形成された酸化膜やメタル膜を研磨する装置であるため、微妙な研磨量のコントロールが要求され、正確に研磨終点を検出することが必要とされている。
【０００５】
従来、このような加工における終点を検出するため、加工中のウェーハに単一波長の光を照射し、その反射光の強度変化から研磨終点を検出する方法が知られている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、単一波長の光を用いて終点を検出する方法では、単一の情報に基づいて終点を検出するため、誤判定が生じやすいという欠点があった。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、正確に研磨終点を検出することができるウェーハ研磨装置の研磨終点検出方法及び装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記目的を達成するために、研磨パッドにウェーハを押し付け、スラリを供給しながら相対摺動させることにより前記ウェーハを研磨するウェーハ研磨装置の研磨終点検出方法であって、前記研磨パッドに形成された窓材を通して光源からの白色光を研磨中の前記ウェーハに照射し、その反射光の光強度スペクトルを測定して、あらかじめ取得したリファレンス試料の光強度スペクトルとの比を測定反射率として求め、該測定反射率に基づいて前記ウェーハの研磨終点を検出するウェーハ研磨装置の研磨終点検出方法において、ウェーハの研磨終了後、前回研磨されたウェーハの光強度スペクトルと今回研磨されたウェーハの光強度スペクトルとから反射光の光量変化を求める工程と、前記光量変化がなくなるような前記光源の輝度を求め、前記光源の新たな輝度に設定する工程と、次のウェーハの研磨開始前に前記光源の輝度が新たに設定された輝度となるように修正する工程と、次のウェーハの研磨開始前に新たに設定された前記光源の輝度に基づいて前記リファレンス試料の光強度スペクトルを修正する工程と、を含むことを特徴とするウェーハ研磨装置の研磨終点検出方法を提供する。
【０００９】
本発明によれば、白色光を研磨中のウェーハに照射し、その反射光を分光測定解析してウェーハの研磨終点を検出するので、単一波長の光で終点検出する場合に比べ終点検出に利用できる情報量が増え、精度よく研磨終点を検出することができる。
【００１３】
本発明によれば、窓材の表面状態が変化して、窓材の透過率が変化することによる反射光の光量変化を是正し、これを常に一定に保つことにより、常に正確な終点検出を行うことができる。
【００１６】
また、本発明は前記目的を達成するために、前記光源の輝度修正は、前記光源に供給する電力量を可変することにより行うことを特徴とする請求項１に記載のウェーハ研磨装置の研磨終点検出方法を提供する。
【００１７】
本発明によれば、光源の輝度修正を 光源に供給する電力量を可変することにより行う。
【００１８】
また、本発明は前記目的を達成するために、前記光源の輝度修正は、輝度の異なる光源を複数用意し、該光源の１つを選択することにより行うことを特徴とする請求項１に記載のウェーハ研磨装置の研磨終点検出方法を提供する。
【００１９】
本発明によれば、輝度の異なる光源を複数用意し、この光源のなかから１つを選択することにより、光源の輝度修正を行う。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に従って本発明に係るウェーハ研磨装置の研磨終点検出方法及び装置の好ましい実施の形態について詳説する。
【００２１】
図１は、本発明に係るウェーハ研磨装置と研磨終点検出装置の構成を示すブロック図である。
【００２２】
ウェーハ研磨装置１０は、図示しないモータに駆動されて水平に回転するプラテン１４と、このプラテン１４の表面に貼着された研磨パッド１６と、ウェーハＷを保持して研磨パッド１６に所定の圧力で押し付けるウェーハ保持ヘッド１８と、研磨パッド１６の表面に研磨液を供給する研磨液供給ノズル２０と、装置全体の駆動を制御する制御部２２とで構成されている。
【００２３】
プラテン１４は、円盤状に形成されており、所定の位置に観測孔２４が形成されている。観測孔２４は、プラテン１４を貫通して形成されており、その上端開口部には透明な観測窓２６が嵌め込まれている。
【００２４】
ウェーハ保持ヘッド１８は、プラテン１４の回転中心から偏心した位置でウェーハＷを研磨パッド１６に押圧するとともに、図示しないモータに駆動されて水平に回転する。また、このウェーハ保持ヘッド１８は、図示しない昇降手段に駆動されることにより、研磨パッド１６に対して垂直に昇降する。
【００２５】
ウェーハＷの研磨は、ウェーハ保持ヘッド１８で保持したウェーハＷを研磨パッド１６に所定の圧力で押し付け、その研磨パッド１６とウェーハＷとを回転させながら、研磨液供給ノズル２０から研磨パッド１６に研磨液を供給して研磨する。
【００２６】
研磨終点検出装置１２は、主として照射・受光光学系２８、２分岐ライトガイド３０、光源ユニット３２、分光器３４及びコンピュータ３６で構成されている。
【００２７】
照射・受光光学系２８は、レンズ鏡筒内に図示しない集光レンズを内蔵しており、図示しないブラケットに支持されて観測孔２４の下方位置に設置されている。
【００２８】
２分岐ライトガイド３０は、多数の光ファイバーを結束して構成したもので、一方側の端部が二手に分岐されている。分岐された一方のライトガイド３０Ａは照射側ライトガイド３０Ａとして光源ユニット３２に接続され、他方のライトガイド３０Ｂは受光側ライトガイド３０Ｂとして分光器３４に接続される。また、結合された一端は照射・受光光学系２８に接続される。
【００２９】
光源ユニット３２は、光源ランプ（たとえば、ハロゲンランプ）３２Ａを内蔵しており、この光源ランプ３２Ａから出射した白色光が、２分岐ライトガイド３０の照射側ライトガイド３０Ａによって照射・受光光学系２８へと導かれる。そして、その２分岐ライトガイド３０から出た白色光が照射・受光光学系２８で集光されたのち、プラテン１４に形成された観測窓２６を通して研磨パッド１６上のウェーハＷの研磨面に照射される。ウェーハＷの研磨面に照射された白色光はウェーハＷの研磨面で反射し、その反射光が照射・受光光学系２８で集光されて２分岐ライトガイド３０へと導かれ、受光側ライトガイド３０Ｂを介して分光器３４へと導かれる。
【００３０】
また、この光源ユニット３２には、光源ランプ３２Ａの輝度を調整する輝度調整機構３２Ｂが内蔵されており、輝度調整機構３２Ｂはコンピュータ３６から出力される制御信号に基づいて光源ランプ３２Ａの輝度を調整する。この輝度調整機構３２Ｂは、たとえば光源ランプ３２Ａに供給する電力量を調整することにより、光源ランプ３２Ａの輝度を調整する。
【００３１】
分光器３４は、受光側ライトガイド３０Ｂによって導かれた反射光を各波長ごとの光に分光する。そして、その分光した光を各波長ごとに光強度に応じた電気信号に変換し、各波長ごとの光強度信号としてコンピュータ３６に出力する。
【００３２】
コンピュータ３６は、所定の終点検出アルゴリズムに従って分光器３４からの光強度信号を演算処理し、特定の膜の研磨終点を検出する。そして、研磨終点を検出した時点でウェーハ研磨装置１０の制御部２２に研磨終点信号を出力し、研磨工程を終了させる。
【００３３】
前記のごとく構成された本実施の形態の研磨終点検出装置１２の作用は次のとおりである。
【００３４】
本実施の形態の研磨終点検出装置１２では、ウェーハＷの研磨面に光を照射し、その反射光の光強度スペクトルを測定して研磨終点を検出する。まず、この光強度スペクトルの測定方法について説明する。
【００３５】
光源ユニット３２の光源ランプ３２Ａを点灯すると、その光源ランプ３２Ａの白色光が２分岐ライトガイド３０の照射側ライトガイド３０Ａに入射され、照射・受光光学系２８に導かれる。そして、その照射・受光光学系２８で集光されたのち、ウェーハ研磨装置１０のプラテン１４に形成された観測窓２６を通して研磨中のウェーハＷの研磨面に照射される。
【００３６】
ウェーハＷの研磨面で反射した光は、観測窓２６を通って照射・受光光学系２８で集光されたのち、２分岐ライトガイド３０に導入される。そして、分岐された受光側ライトガイド３０Ｂによって分光器３４へと導かれる。
【００３７】
分光器３４に導かれた反射光は、その分光器３４で各波長ごとの光に分光され、その各波長ごとに光強度に応じた電気信号に変換されて各波長ごとの光強度信号（光強度スペクトル）としてコンピュータ３６に出力される。
【００３８】
コンピュータ３６は、この反射光の各波長ごとの光強度信号（光強度スペクトル）を所定の終点検出アルゴリズムに従って演算処理することにより、特定の膜の研磨終点を検出する。より詳しくは、分光器３４から取得したウェーハＷの光強度スペクトルと、メモリに記憶されたリファレンス試料からの反射光の光強度スペクトルとの比を演算し、この比を測定反射率とし、この測定反射率のデータに基づいて研磨終点を検出する。たとえば、この測定反射率のデータに基づいて色座標の変化から研磨終点を検出する。
【００３９】
ここで、リファレンス試料（たとえば、アルミ製の板）の光強度スペクトルは、研磨パッド１６の交換後、新たに研磨を開始する前にあらかじめ測定しておき、これをコンピュータ３６に内蔵されたメモリに記憶させておく。このリファレンス試料からの反射光の光強度スペクトルの測定は、研磨パッド１６の観測窓２６の上にリファレンス試料を載置して測定する。
【００４０】
また、ウェーハＷの研磨面に照射する光は、観測窓２６を介して照射されることから、分光器３４で測定されるウェーハＷの光強度スペクトルは、この観測窓２６や光学系自体の影響を受ける。このような観測窓２６や光学系自体の影響はダークネス成分（いわゆるノイズ成分）として、終点検出に悪影響を及ぼす。
【００４１】
このため、コンピュータ３６は、分光器３４で測定されたウェーハＷの光強度スペクトルに対してダークネス成分を取り除いて終点検出を行う。すなわち、検出されたウェーハの光強度スペクトルからダークネスを引いたものを真の光強度スペクトルとし、これを用いて終点検出を行う。このダークネス成分は、リファレンス試料の光強度スペクトルにも含まれていることから、同様にダークネス成分を取り除いて終点検出を行う。すなわち、測定したリファレンス試料の光強度スペクトルからダークネスを引いたものを真の光強度スペクトルとし、これを用いて終点検出を行う。
【００４２】
ここで、このダークネス成分の測定は、研磨パッド１６の観測窓２６上に何も置かない状態で観測窓２６に光を入射し、その反射光の光強度スペクトルを測定することにより行う。測定されたダークネスは、コンピュータ３６に内蔵されたメモリに記憶される。
【００４３】
以上のように、本実施の形態の研磨終点検出装置１２では、ウェーハの研磨面に光を照射し、その反射光の光強度スペクトルを測定し、リファレンス試料の光強度スペクトルとの比（測定反射率）に基づいて研磨終点を検出する。
【００４４】
ところで、上記のように本実施の形態の研磨終点検出装置１２は、観測窓２６を介してウェーハＷの研磨面に光を照射するようにしているが、この観測窓２６は、ウェーハＷの処理条件や環境が変わると透過率が変化する。そして、この透過率が変化すると、分光器３４に入射する反射光の光量が変化し、正確な終点検出ができなくなるという問題がある。
【００４５】
そこで、本実施の形態の研磨終点検出装置１２では、観測窓２６の状態が変化しても分光器３４に入射する反射光の光量が常に一定に保たれるように、光源の輝度を自動調整する。また、この光源の輝度が変わることによるリファレンス試料の光強度スペクトルの変更で自動修正する。
【００４６】
以下、この光源の輝度の調整方法と併せてウェーハＷの処理方法について説明する（図２参照）。
【００４７】
まず、研磨パッド１６を交換すると（ステップＳ１）、その新規な研磨パッド１６の下で光源の輝度設定が行われる（ステップＳ２）。このときの光源の輝度をＬ1 とする。
【００４８】
光源の輝度設定が終了すると、コンピュータ３６は、その設定された輝度Ｌ1 の下でリファレンス試料の光強度スペクトルを測定する。そして、求めた光強度スペクトルを基準の光強度スペクトルＲ1 に設定し、メモリに記憶する（ステップＳ３）。
【００４９】
以上により、初期設定が完了し、この後、ウェーハの連続加工が開始される（ステップＳ４）。
【００５０】
加工が開始すると、まず、ダークネスが測定される（ステップＳ５）。上述したようにダークネスの測定は、研磨パッド１６の観測窓２６上に何も置かない状態で観測窓２６に白色光を入射し、その反射光の光強度スペクトルを測定することにより行う。測定されたダークネスＤ1 は、コンピュータ３６に内蔵されたメモリに記憶される。
【００５１】
次に、１枚目のウェーハＷ1 が研磨パッド１６上にセットされ、その１枚目のウェーハＷ1 の加工が開始される（ステップＳ６）。そして、この加工と同時に１枚目のウェーハＷ1 の光強度スペクトルＴ1 が測定される。
【００５２】
コンピュータ３６は、測定された光強度スペクトルＴ1 とメモリに記憶されたリファレンス試料の光強度スペクトルＲ1 及びダークネスＤ1 に基づいて終点検出を行う（ステップＳ７）。すなわち、まず、ダークネス成分を取り除くために、測定された光強度スペクトルＴ1 とリファレンス試料の光強度スペクトルＲ1 とからダークネスＤ1 を引き、そのダークネス成分を取り除いたあとのウェーハＷ1 の光強度スペクトルＴ1 とリファレンス試料の光強度スペクトルＲ1 とから測定反射率Ｖ1 を求めて、その測定反射率Ｖ1 に基づいて終点検出を行う。そして、終点検出後、制御部２２に研磨終点信号を出力し、研磨を終了させる。
【００５３】
なお、ウェーハＷ1 の光強度スペクトルＴ1 は、研磨パッド１６が１回転するごとに測定され、測定された光強度スペクトルは測定データとしてコンピュータ３６のメモリに記憶される。
【００５４】
研磨が終了すると、１枚目のウェーハＷ1 が研磨パッド１６から回収され、その回収後、再びダークネスＤ2 が測定される（ステップＳ９）。ダークネスＤ2 が測定されると、２枚目のウェーハＷ2 が研磨パッド１６上にセットされ、研磨が開始される（ステップＳ１０）。そして、この研磨開始と同時に終点検出が行われる（ステップＳ１１）。
【００５５】
ここで、この２枚目のウェーハＷ2 の終点検出は、光源の輝度を変えずに行い（Ｌ2 ＝Ｌ1 ）、また、１枚目のウェーハＷ1 と同じリファレンス試料の光強度スペクトルを用いて行う（Ｒ2 ＝Ｒ1 ）。また、ダークネスには２枚目のウェーハＷ2 の加工開始前に測定したダークネスＤ2 を使用する。
【００５６】
２枚目のウェーハＷ2 の研磨終点が検出されて研磨が完了すると、研磨パッド１６上から２枚目のウェーハＷ2 が回収される（ステップＳ１２）。
【００５７】
この２枚目のウェーハＷ2 の加工終了後、コンピュータ３６は、図３に示すフローに従って光源の輝度修正を行う（ステップＳ１３）。
【００５８】
まず、コンピュータ３６は、１枚目のウェーハＷ1 の研磨時に測定された光強度スペクトルＴ1 と２枚目のウェーハＷ2 の研磨時に測定された光強度スペクトルＴ2 とから反射光、すなわち分光器３４に入射する光の光量変化Ｘを求める（ステップＳ１３−１）。
【００５９】
ここで、この１枚目のウェーハＷ1 の研磨時に測定された光強度スペクトルＴ1 と２枚目のウェーハＷ2 の研磨時に測定された光強度スペクトルＴ2 は、上記のようにメモリに測定データとして記憶されているので、この測定データを利用して反射光の光量変化Ｘを求める。
【００６０】
この際、光強度スペクトルは、加工開始から終点検出まで複数回測定されているので、複数回測定された光強度スペクトルのうち、あらかじめ指定された測定回数範囲の光強度スペクトルを用いて反射光の光量変化Ｘを求める。
【００６１】
次に、求めた反射光の光量変化Ｘから、その光量の変化をなくすような新たな光源の輝度Ｌ3 を推定する（ステップＳ１３−２）。そして、推定した光源の輝度Ｌ3 を新たな光源の輝度に設定する（ステップＳ１３−３）。
【００６２】
ここで、コンピュータ３６のメモリには、光量変化Ｘに基づく光源の輝度Ｌの補正量がデータとして記憶されており、この光量変化Ｘと光源の輝度Ｌとの関係データに基づいて新たな光源の輝度Ｌ3 が求められる。
【００６３】
新たな光源の輝度Ｌ3 が設定されると、コンピュータ３６は光源ユニット３２の輝度調整機構３２Ｂに制御信号を出力し、光源ランプ３２Ａの輝度が設定された新たな輝度Ｌ3 になるように輝度調整を行う。
【００６４】
一方、光源の輝度が変わることにより、リファレンス試料の光強度スペクトルも変わるので、設定した新たな光源の輝度Ｌ3 に基づいて２枚目研磨時のリファレンス試料の光強度スペクトルＲ2 （＝１枚目研磨時のリファレンス試料の光強度スペクトルＲ1 ）を修正する（ステップＳ１３−４）。
【００６５】
ここで、コンピュータ３６のメモリには、光源の輝度変化に基づくリファレンス試料の光強度スペクトルＲの修正量がデータとして記憶されており、この輝度変化Ｘと修正量との関係データに基づいて２枚目研磨時のリファレンス試料の光強度スペクトルＲ2 （＝１枚目研磨時のリファレンス試料の光強度スペクトルＲ1 ）を修正する。そして、その修正した新たなリファレンス試料の光強度スペクトルＲ3 を３枚目研磨時のリファレンス試料の光強度スペクトルに設定する（ステップＳ１３−５、ステップＳ１４）。
【００６６】
以上により、光源の輝度修正とリファレンス試料の光強度スペクトルの修正が完了する。この光源の輝度修正とリファレンス試料の光強度スペクトルの修正が完了すると、ダークネスＤ3 が測定され（ステップＳ１５）、そのダークネスＤ3 の測定後、３枚目のウェーハＷ3 が研磨パッド１６上にセットされ、研磨が開始される（ステップＳ１６）。そして、この研磨開始と同時に終点検出が行われる（ステップＳ１７）。
【００６７】
ここで、この３枚目のウェーハＷ3 の終点検出は、新たに設定した輝度Ｌ3 の下で新たに設定したリファレンス試料の光強度スペクトルＲ3 と３枚目のウェーハＷ3 の加工開始前に測定したダークネスＤ3 を使用する。
【００６８】
３枚目のウェーハＷ3 の研磨終点が検出されて研磨が完了すると、研磨パッド１６上から３枚目のウェーハＷ3 が回収される（ステップＳ１８）。そして、この３枚目のウェーハＷ3 の加工終了後、コンピュータ３６は、再び光源の輝度修正を行う。修正方法は、上述した方法と同じである。
【００６９】
すなわち、まず、２枚目のウェーハＷ2 の研磨時に測定された光強度スペクトルＴ2 と３枚目のウェーハＷ3 の研磨時に測定された光強度スペクトルＴ3 とから反射光の光量変化Ｘを求める。次に、その求めた光量変化Ｘをなくすような新たな光源の設定輝度Ｌ4 を求める。
【００７０】
新たな光源の設定輝度Ｌ4 が求められると、コンピュータ３６は光源ユニット３２の輝度調整機構３２Ｂに制御信号を出力し、光源ランプ３２Ａの輝度が求めた輝度Ｌ4 になるように輝度調整を行う。
【００７１】
一方、光源の輝度が変わることにより、リファレンス試料の光強度スペクトルも変わるので、設定した新たな光源の輝度Ｌ4 に基づいて３枚目研磨時のリファレンス試料の光強度スペクトルＲ3 を修正する。そして、その修正した新たなリファレンス試料の光強度スペクトルを４枚目研磨時のリファレンス試料の光強度スペクトルＲ4 に設定する。
【００７２】
以後同様の方法でウェーハを１枚処理するたびに光源の輝度とリファレンス試料の光強度スペクトルを修正し、ウェーハを連続的に処理してゆく。
【００７３】
すなわち、コンピュータ３６は、ウェーハＷn の加工が終了すると、前回研磨されたウェーハＷn-1 の光強度スペクトルＴn-1 と今回研磨されたウェーハＷn の光強度スペクトルＴn とから反射光の光量変化Ｘを求め、その光量変化Ｘがなくなるような光源の輝度Ｌを求め、これを新たな光源の輝度Ｌに設定する。
【００７４】
一方、光源の輝度が変わることにより、リファレンス試料の光強度スペクトルも変わるので、設定した新たな光源の輝度に基づいて研磨時のリファレンス試料の光強度スペクトルＲn を修正し、その修正した新たなリファレンス試料の光強度スペクトルを次のウェーハＷn+1 の研磨時のリファレンス試料の光強度スペクトルＲn+1 に設定する。
【００７５】
このように、本実施の形態の終点検出方法では、ウェーハを１枚処理するたびに光源の輝度とリファレンス試料の光強度スペクトルを修正する。これにより、観測窓２６の状態が変化した場合であっても、分光器３４に入射する光（反射光）の光量が一定に保たれるので、常に正確な終点検出を行うことができる。
【００７６】
なお、本実施の形態では、光源ランプ３２Ａに供給する電力量を調整することにより、光源ランプ３２Ａの輝度を調整するようにしているが、光源の輝度調整方法は、これに限定されるものではない。
【００７７】
たとえば、図４に示すように、輝度の異なる光源ランプ５８Ａ〜５８Ｇを複数揃え、このうちの１つをスイッチ６０で選択して点灯させることにより、光源の輝度を調整するようにしてもよい。
【００７８】
また、図５に示すように、ガイドレール６４上をスライドするスライドブロック６６上に光源ランプ６２を設置し、光源ランプ６２を照射側ライトガイド３０Ａに対して前後移動させることにより、光源ランプ６２から観測窓２６までの光路長を可変して、光源の輝度を調整するようにしてもよい。
【００７９】
さらに、図６に示すように、光源ランプ６８の前段に絞り装置７０を設置し、この絞り装置７０の開口量Ｕを可変することにより、光源の輝度を調整するようにしてもよい。
【００８０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、白色光を研磨中のウェーハに照射し、その反射光を分光測定解析してウェーハの研磨終点を検出するので、単一波長の光で終点検出する場合に比べ終点検出に利用できる情報量が増え、精度よく研磨終点を検出することができる。
【００８１】
また、本発明によれば、窓材の表面状態が変化して、窓材の透過率が変化することによる反射光の光量変化を是正し、これを常に一定に保つことにより、常に正確な終点検出を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ウェーハ研磨装置及び研磨終点検出装置の構成を示すブロック図
【図２】本発明に係る研磨終点検出方法を用いたウェーハの処理手順を示すフローチャート
【図３】光源の輝度修正方法の手順を示すフローチャート
【図４】輝度調整機構の他の実施の形態の構成図
【図５】輝度調整機構の他の実施の形態の構成図
【図６】輝度調整機構の他の実施の形態の構成図
【符号の説明】
１０…ウェーハ研磨装置、１２…研磨終点検出装置、１４…プラテン、１６…研磨パッド、１８…ウェーハ保持ヘッド、２０…研磨液供給ノズル、２２…制御部、２４…観測孔、２６…観測窓、２８…照射・受光光学系、３０…２分岐ライトガイド、３０Ａ…照射側ライトガイド、３０Ｂ…受光側ライトガイド、３２…光源ユニット、３２Ａ…光源ランプ、３２Ｂ…輝度調整機構、３４…分光器、３６…コンピュータ、５８Ａ〜５８Ｇ…光源ランプ、６０…スイッチ、６２…光源ランプ、６４…ガイドレール、６６…スライドブロック、６８…光源ランプ、７０…絞り装置
【発明の属する技術分野】
本発明は、研磨終点検出方法及び装置に係り、特に化学的機械研磨法（ＣＭＰ：Chemical Mechanical Polishing ）によってウェーハを研磨するウェーハ研磨装置の研磨終点検出方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体デバイスの高集積化が進むにつれて回路の配線が微細化し、配線間距離もより狭い状況になってきている。特に０．５μｍ以下の光リソグラフィの場合、焦点深度が浅くなるため、ステッパの結像面の平坦度が必要となる。このため、半導体ウェーハ表面の平坦化が必要となるが、この平坦化の一手段としてＣＭＰによるウェーハ表面の研磨が行われている。
【０００３】
一般にＣＭＰ装置は、表面に研磨パッドが貼付された研磨定盤と、ウェーハを保持する研磨ヘッドとで構成されており、研磨ヘッドで保持したウェーハを研磨パッドに押し付けて、そのウェーハと研磨定盤との間に研磨材（スラリ）を供給しながら、両者を回転させることによりウェーハを研磨する。
【０００４】
ところで、このＣＭＰ装置は、ウェーハの表面に形成された酸化膜やメタル膜を研磨する装置であるため、微妙な研磨量のコントロールが要求され、正確に研磨終点を検出することが必要とされている。
【０００５】
従来、このような加工における終点を検出するため、加工中のウェーハに単一波長の光を照射し、その反射光の強度変化から研磨終点を検出する方法が知られている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、単一波長の光を用いて終点を検出する方法では、単一の情報に基づいて終点を検出するため、誤判定が生じやすいという欠点があった。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、正確に研磨終点を検出することができるウェーハ研磨装置の研磨終点検出方法及び装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記目的を達成するために、研磨パッドにウェーハを押し付け、スラリを供給しながら相対摺動させることにより前記ウェーハを研磨するウェーハ研磨装置の研磨終点検出方法であって、前記研磨パッドに形成された窓材を通して光源からの白色光を研磨中の前記ウェーハに照射し、その反射光の光強度スペクトルを測定して、あらかじめ取得したリファレンス試料の光強度スペクトルとの比を測定反射率として求め、該測定反射率に基づいて前記ウェーハの研磨終点を検出するウェーハ研磨装置の研磨終点検出方法において、ウェーハの研磨終了後、前回研磨されたウェーハの光強度スペクトルと今回研磨されたウェーハの光強度スペクトルとから反射光の光量変化を求める工程と、前記光量変化がなくなるような前記光源の輝度を求め、前記光源の新たな輝度に設定する工程と、次のウェーハの研磨開始前に前記光源の輝度が新たに設定された輝度となるように修正する工程と、次のウェーハの研磨開始前に新たに設定された前記光源の輝度に基づいて前記リファレンス試料の光強度スペクトルを修正する工程と、を含むことを特徴とするウェーハ研磨装置の研磨終点検出方法を提供する。
【０００９】
本発明によれば、白色光を研磨中のウェーハに照射し、その反射光を分光測定解析してウェーハの研磨終点を検出するので、単一波長の光で終点検出する場合に比べ終点検出に利用できる情報量が増え、精度よく研磨終点を検出することができる。
【００１３】
本発明によれば、窓材の表面状態が変化して、窓材の透過率が変化することによる反射光の光量変化を是正し、これを常に一定に保つことにより、常に正確な終点検出を行うことができる。
【００１６】
また、本発明は前記目的を達成するために、前記光源の輝度修正は、前記光源に供給する電力量を可変することにより行うことを特徴とする請求項１に記載のウェーハ研磨装置の研磨終点検出方法を提供する。
【００１７】
本発明によれば、光源の輝度修正を 光源に供給する電力量を可変することにより行う。
【００１８】
また、本発明は前記目的を達成するために、前記光源の輝度修正は、輝度の異なる光源を複数用意し、該光源の１つを選択することにより行うことを特徴とする請求項１に記載のウェーハ研磨装置の研磨終点検出方法を提供する。
【００１９】
本発明によれば、輝度の異なる光源を複数用意し、この光源のなかから１つを選択することにより、光源の輝度修正を行う。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に従って本発明に係るウェーハ研磨装置の研磨終点検出方法及び装置の好ましい実施の形態について詳説する。
【００２１】
図１は、本発明に係るウェーハ研磨装置と研磨終点検出装置の構成を示すブロック図である。
【００２２】
ウェーハ研磨装置１０は、図示しないモータに駆動されて水平に回転するプラテン１４と、このプラテン１４の表面に貼着された研磨パッド１６と、ウェーハＷを保持して研磨パッド１６に所定の圧力で押し付けるウェーハ保持ヘッド１８と、研磨パッド１６の表面に研磨液を供給する研磨液供給ノズル２０と、装置全体の駆動を制御する制御部２２とで構成されている。
【００２３】
プラテン１４は、円盤状に形成されており、所定の位置に観測孔２４が形成されている。観測孔２４は、プラテン１４を貫通して形成されており、その上端開口部には透明な観測窓２６が嵌め込まれている。
【００２４】
ウェーハ保持ヘッド１８は、プラテン１４の回転中心から偏心した位置でウェーハＷを研磨パッド１６に押圧するとともに、図示しないモータに駆動されて水平に回転する。また、このウェーハ保持ヘッド１８は、図示しない昇降手段に駆動されることにより、研磨パッド１６に対して垂直に昇降する。
【００２５】
ウェーハＷの研磨は、ウェーハ保持ヘッド１８で保持したウェーハＷを研磨パッド１６に所定の圧力で押し付け、その研磨パッド１６とウェーハＷとを回転させながら、研磨液供給ノズル２０から研磨パッド１６に研磨液を供給して研磨する。
【００２６】
研磨終点検出装置１２は、主として照射・受光光学系２８、２分岐ライトガイド３０、光源ユニット３２、分光器３４及びコンピュータ３６で構成されている。
【００２７】
照射・受光光学系２８は、レンズ鏡筒内に図示しない集光レンズを内蔵しており、図示しないブラケットに支持されて観測孔２４の下方位置に設置されている。
【００２８】
２分岐ライトガイド３０は、多数の光ファイバーを結束して構成したもので、一方側の端部が二手に分岐されている。分岐された一方のライトガイド３０Ａは照射側ライトガイド３０Ａとして光源ユニット３２に接続され、他方のライトガイド３０Ｂは受光側ライトガイド３０Ｂとして分光器３４に接続される。また、結合された一端は照射・受光光学系２８に接続される。
【００２９】
光源ユニット３２は、光源ランプ（たとえば、ハロゲンランプ）３２Ａを内蔵しており、この光源ランプ３２Ａから出射した白色光が、２分岐ライトガイド３０の照射側ライトガイド３０Ａによって照射・受光光学系２８へと導かれる。そして、その２分岐ライトガイド３０から出た白色光が照射・受光光学系２８で集光されたのち、プラテン１４に形成された観測窓２６を通して研磨パッド１６上のウェーハＷの研磨面に照射される。ウェーハＷの研磨面に照射された白色光はウェーハＷの研磨面で反射し、その反射光が照射・受光光学系２８で集光されて２分岐ライトガイド３０へと導かれ、受光側ライトガイド３０Ｂを介して分光器３４へと導かれる。
【００３０】
また、この光源ユニット３２には、光源ランプ３２Ａの輝度を調整する輝度調整機構３２Ｂが内蔵されており、輝度調整機構３２Ｂはコンピュータ３６から出力される制御信号に基づいて光源ランプ３２Ａの輝度を調整する。この輝度調整機構３２Ｂは、たとえば光源ランプ３２Ａに供給する電力量を調整することにより、光源ランプ３２Ａの輝度を調整する。
【００３１】
分光器３４は、受光側ライトガイド３０Ｂによって導かれた反射光を各波長ごとの光に分光する。そして、その分光した光を各波長ごとに光強度に応じた電気信号に変換し、各波長ごとの光強度信号としてコンピュータ３６に出力する。
【００３２】
コンピュータ３６は、所定の終点検出アルゴリズムに従って分光器３４からの光強度信号を演算処理し、特定の膜の研磨終点を検出する。そして、研磨終点を検出した時点でウェーハ研磨装置１０の制御部２２に研磨終点信号を出力し、研磨工程を終了させる。
【００３３】
前記のごとく構成された本実施の形態の研磨終点検出装置１２の作用は次のとおりである。
【００３４】
本実施の形態の研磨終点検出装置１２では、ウェーハＷの研磨面に光を照射し、その反射光の光強度スペクトルを測定して研磨終点を検出する。まず、この光強度スペクトルの測定方法について説明する。
【００３５】
光源ユニット３２の光源ランプ３２Ａを点灯すると、その光源ランプ３２Ａの白色光が２分岐ライトガイド３０の照射側ライトガイド３０Ａに入射され、照射・受光光学系２８に導かれる。そして、その照射・受光光学系２８で集光されたのち、ウェーハ研磨装置１０のプラテン１４に形成された観測窓２６を通して研磨中のウェーハＷの研磨面に照射される。
【００３６】
ウェーハＷの研磨面で反射した光は、観測窓２６を通って照射・受光光学系２８で集光されたのち、２分岐ライトガイド３０に導入される。そして、分岐された受光側ライトガイド３０Ｂによって分光器３４へと導かれる。
【００３７】
分光器３４に導かれた反射光は、その分光器３４で各波長ごとの光に分光され、その各波長ごとに光強度に応じた電気信号に変換されて各波長ごとの光強度信号（光強度スペクトル）としてコンピュータ３６に出力される。
【００３８】
コンピュータ３６は、この反射光の各波長ごとの光強度信号（光強度スペクトル）を所定の終点検出アルゴリズムに従って演算処理することにより、特定の膜の研磨終点を検出する。より詳しくは、分光器３４から取得したウェーハＷの光強度スペクトルと、メモリに記憶されたリファレンス試料からの反射光の光強度スペクトルとの比を演算し、この比を測定反射率とし、この測定反射率のデータに基づいて研磨終点を検出する。たとえば、この測定反射率のデータに基づいて色座標の変化から研磨終点を検出する。
【００３９】
ここで、リファレンス試料（たとえば、アルミ製の板）の光強度スペクトルは、研磨パッド１６の交換後、新たに研磨を開始する前にあらかじめ測定しておき、これをコンピュータ３６に内蔵されたメモリに記憶させておく。このリファレンス試料からの反射光の光強度スペクトルの測定は、研磨パッド１６の観測窓２６の上にリファレンス試料を載置して測定する。
【００４０】
また、ウェーハＷの研磨面に照射する光は、観測窓２６を介して照射されることから、分光器３４で測定されるウェーハＷの光強度スペクトルは、この観測窓２６や光学系自体の影響を受ける。このような観測窓２６や光学系自体の影響はダークネス成分（いわゆるノイズ成分）として、終点検出に悪影響を及ぼす。
【００４１】
このため、コンピュータ３６は、分光器３４で測定されたウェーハＷの光強度スペクトルに対してダークネス成分を取り除いて終点検出を行う。すなわち、検出されたウェーハの光強度スペクトルからダークネスを引いたものを真の光強度スペクトルとし、これを用いて終点検出を行う。このダークネス成分は、リファレンス試料の光強度スペクトルにも含まれていることから、同様にダークネス成分を取り除いて終点検出を行う。すなわち、測定したリファレンス試料の光強度スペクトルからダークネスを引いたものを真の光強度スペクトルとし、これを用いて終点検出を行う。
【００４２】
ここで、このダークネス成分の測定は、研磨パッド１６の観測窓２６上に何も置かない状態で観測窓２６に光を入射し、その反射光の光強度スペクトルを測定することにより行う。測定されたダークネスは、コンピュータ３６に内蔵されたメモリに記憶される。
【００４３】
以上のように、本実施の形態の研磨終点検出装置１２では、ウェーハの研磨面に光を照射し、その反射光の光強度スペクトルを測定し、リファレンス試料の光強度スペクトルとの比（測定反射率）に基づいて研磨終点を検出する。
【００４４】
ところで、上記のように本実施の形態の研磨終点検出装置１２は、観測窓２６を介してウェーハＷの研磨面に光を照射するようにしているが、この観測窓２６は、ウェーハＷの処理条件や環境が変わると透過率が変化する。そして、この透過率が変化すると、分光器３４に入射する反射光の光量が変化し、正確な終点検出ができなくなるという問題がある。
【００４５】
そこで、本実施の形態の研磨終点検出装置１２では、観測窓２６の状態が変化しても分光器３４に入射する反射光の光量が常に一定に保たれるように、光源の輝度を自動調整する。また、この光源の輝度が変わることによるリファレンス試料の光強度スペクトルの変更で自動修正する。
【００４６】
以下、この光源の輝度の調整方法と併せてウェーハＷの処理方法について説明する（図２参照）。
【００４７】
まず、研磨パッド１６を交換すると（ステップＳ１）、その新規な研磨パッド１６の下で光源の輝度設定が行われる（ステップＳ２）。このときの光源の輝度をＬ1 とする。
【００４８】
光源の輝度設定が終了すると、コンピュータ３６は、その設定された輝度Ｌ1 の下でリファレンス試料の光強度スペクトルを測定する。そして、求めた光強度スペクトルを基準の光強度スペクトルＲ1 に設定し、メモリに記憶する（ステップＳ３）。
【００４９】
以上により、初期設定が完了し、この後、ウェーハの連続加工が開始される（ステップＳ４）。
【００５０】
加工が開始すると、まず、ダークネスが測定される（ステップＳ５）。上述したようにダークネスの測定は、研磨パッド１６の観測窓２６上に何も置かない状態で観測窓２６に白色光を入射し、その反射光の光強度スペクトルを測定することにより行う。測定されたダークネスＤ1 は、コンピュータ３６に内蔵されたメモリに記憶される。
【００５１】
次に、１枚目のウェーハＷ1 が研磨パッド１６上にセットされ、その１枚目のウェーハＷ1 の加工が開始される（ステップＳ６）。そして、この加工と同時に１枚目のウェーハＷ1 の光強度スペクトルＴ1 が測定される。
【００５２】
コンピュータ３６は、測定された光強度スペクトルＴ1 とメモリに記憶されたリファレンス試料の光強度スペクトルＲ1 及びダークネスＤ1 に基づいて終点検出を行う（ステップＳ７）。すなわち、まず、ダークネス成分を取り除くために、測定された光強度スペクトルＴ1 とリファレンス試料の光強度スペクトルＲ1 とからダークネスＤ1 を引き、そのダークネス成分を取り除いたあとのウェーハＷ1 の光強度スペクトルＴ1 とリファレンス試料の光強度スペクトルＲ1 とから測定反射率Ｖ1 を求めて、その測定反射率Ｖ1 に基づいて終点検出を行う。そして、終点検出後、制御部２２に研磨終点信号を出力し、研磨を終了させる。
【００５３】
なお、ウェーハＷ1 の光強度スペクトルＴ1 は、研磨パッド１６が１回転するごとに測定され、測定された光強度スペクトルは測定データとしてコンピュータ３６のメモリに記憶される。
【００５４】
研磨が終了すると、１枚目のウェーハＷ1 が研磨パッド１６から回収され、その回収後、再びダークネスＤ2 が測定される（ステップＳ９）。ダークネスＤ2 が測定されると、２枚目のウェーハＷ2 が研磨パッド１６上にセットされ、研磨が開始される（ステップＳ１０）。そして、この研磨開始と同時に終点検出が行われる（ステップＳ１１）。
【００５５】
ここで、この２枚目のウェーハＷ2 の終点検出は、光源の輝度を変えずに行い（Ｌ2 ＝Ｌ1 ）、また、１枚目のウェーハＷ1 と同じリファレンス試料の光強度スペクトルを用いて行う（Ｒ2 ＝Ｒ1 ）。また、ダークネスには２枚目のウェーハＷ2 の加工開始前に測定したダークネスＤ2 を使用する。
【００５６】
２枚目のウェーハＷ2 の研磨終点が検出されて研磨が完了すると、研磨パッド１６上から２枚目のウェーハＷ2 が回収される（ステップＳ１２）。
【００５７】
この２枚目のウェーハＷ2 の加工終了後、コンピュータ３６は、図３に示すフローに従って光源の輝度修正を行う（ステップＳ１３）。
【００５８】
まず、コンピュータ３６は、１枚目のウェーハＷ1 の研磨時に測定された光強度スペクトルＴ1 と２枚目のウェーハＷ2 の研磨時に測定された光強度スペクトルＴ2 とから反射光、すなわち分光器３４に入射する光の光量変化Ｘを求める（ステップＳ１３−１）。
【００５９】
ここで、この１枚目のウェーハＷ1 の研磨時に測定された光強度スペクトルＴ1 と２枚目のウェーハＷ2 の研磨時に測定された光強度スペクトルＴ2 は、上記のようにメモリに測定データとして記憶されているので、この測定データを利用して反射光の光量変化Ｘを求める。
【００６０】
この際、光強度スペクトルは、加工開始から終点検出まで複数回測定されているので、複数回測定された光強度スペクトルのうち、あらかじめ指定された測定回数範囲の光強度スペクトルを用いて反射光の光量変化Ｘを求める。
【００６１】
次に、求めた反射光の光量変化Ｘから、その光量の変化をなくすような新たな光源の輝度Ｌ3 を推定する（ステップＳ１３−２）。そして、推定した光源の輝度Ｌ3 を新たな光源の輝度に設定する（ステップＳ１３−３）。
【００６２】
ここで、コンピュータ３６のメモリには、光量変化Ｘに基づく光源の輝度Ｌの補正量がデータとして記憶されており、この光量変化Ｘと光源の輝度Ｌとの関係データに基づいて新たな光源の輝度Ｌ3 が求められる。
【００６３】
新たな光源の輝度Ｌ3 が設定されると、コンピュータ３６は光源ユニット３２の輝度調整機構３２Ｂに制御信号を出力し、光源ランプ３２Ａの輝度が設定された新たな輝度Ｌ3 になるように輝度調整を行う。
【００６４】
一方、光源の輝度が変わることにより、リファレンス試料の光強度スペクトルも変わるので、設定した新たな光源の輝度Ｌ3 に基づいて２枚目研磨時のリファレンス試料の光強度スペクトルＲ2 （＝１枚目研磨時のリファレンス試料の光強度スペクトルＲ1 ）を修正する（ステップＳ１３−４）。
【００６５】
ここで、コンピュータ３６のメモリには、光源の輝度変化に基づくリファレンス試料の光強度スペクトルＲの修正量がデータとして記憶されており、この輝度変化Ｘと修正量との関係データに基づいて２枚目研磨時のリファレンス試料の光強度スペクトルＲ2 （＝１枚目研磨時のリファレンス試料の光強度スペクトルＲ1 ）を修正する。そして、その修正した新たなリファレンス試料の光強度スペクトルＲ3 を３枚目研磨時のリファレンス試料の光強度スペクトルに設定する（ステップＳ１３−５、ステップＳ１４）。
【００６６】
以上により、光源の輝度修正とリファレンス試料の光強度スペクトルの修正が完了する。この光源の輝度修正とリファレンス試料の光強度スペクトルの修正が完了すると、ダークネスＤ3 が測定され（ステップＳ１５）、そのダークネスＤ3 の測定後、３枚目のウェーハＷ3 が研磨パッド１６上にセットされ、研磨が開始される（ステップＳ１６）。そして、この研磨開始と同時に終点検出が行われる（ステップＳ１７）。
【００６７】
ここで、この３枚目のウェーハＷ3 の終点検出は、新たに設定した輝度Ｌ3 の下で新たに設定したリファレンス試料の光強度スペクトルＲ3 と３枚目のウェーハＷ3 の加工開始前に測定したダークネスＤ3 を使用する。
【００６８】
３枚目のウェーハＷ3 の研磨終点が検出されて研磨が完了すると、研磨パッド１６上から３枚目のウェーハＷ3 が回収される（ステップＳ１８）。そして、この３枚目のウェーハＷ3 の加工終了後、コンピュータ３６は、再び光源の輝度修正を行う。修正方法は、上述した方法と同じである。
【００６９】
すなわち、まず、２枚目のウェーハＷ2 の研磨時に測定された光強度スペクトルＴ2 と３枚目のウェーハＷ3 の研磨時に測定された光強度スペクトルＴ3 とから反射光の光量変化Ｘを求める。次に、その求めた光量変化Ｘをなくすような新たな光源の設定輝度Ｌ4 を求める。
【００７０】
新たな光源の設定輝度Ｌ4 が求められると、コンピュータ３６は光源ユニット３２の輝度調整機構３２Ｂに制御信号を出力し、光源ランプ３２Ａの輝度が求めた輝度Ｌ4 になるように輝度調整を行う。
【００７１】
一方、光源の輝度が変わることにより、リファレンス試料の光強度スペクトルも変わるので、設定した新たな光源の輝度Ｌ4 に基づいて３枚目研磨時のリファレンス試料の光強度スペクトルＲ3 を修正する。そして、その修正した新たなリファレンス試料の光強度スペクトルを４枚目研磨時のリファレンス試料の光強度スペクトルＲ4 に設定する。
【００７２】
以後同様の方法でウェーハを１枚処理するたびに光源の輝度とリファレンス試料の光強度スペクトルを修正し、ウェーハを連続的に処理してゆく。
【００７３】
すなわち、コンピュータ３６は、ウェーハＷn の加工が終了すると、前回研磨されたウェーハＷn-1 の光強度スペクトルＴn-1 と今回研磨されたウェーハＷn の光強度スペクトルＴn とから反射光の光量変化Ｘを求め、その光量変化Ｘがなくなるような光源の輝度Ｌを求め、これを新たな光源の輝度Ｌに設定する。
【００７４】
一方、光源の輝度が変わることにより、リファレンス試料の光強度スペクトルも変わるので、設定した新たな光源の輝度に基づいて研磨時のリファレンス試料の光強度スペクトルＲn を修正し、その修正した新たなリファレンス試料の光強度スペクトルを次のウェーハＷn+1 の研磨時のリファレンス試料の光強度スペクトルＲn+1 に設定する。
【００７５】
このように、本実施の形態の終点検出方法では、ウェーハを１枚処理するたびに光源の輝度とリファレンス試料の光強度スペクトルを修正する。これにより、観測窓２６の状態が変化した場合であっても、分光器３４に入射する光（反射光）の光量が一定に保たれるので、常に正確な終点検出を行うことができる。
【００７６】
なお、本実施の形態では、光源ランプ３２Ａに供給する電力量を調整することにより、光源ランプ３２Ａの輝度を調整するようにしているが、光源の輝度調整方法は、これに限定されるものではない。
【００７７】
たとえば、図４に示すように、輝度の異なる光源ランプ５８Ａ〜５８Ｇを複数揃え、このうちの１つをスイッチ６０で選択して点灯させることにより、光源の輝度を調整するようにしてもよい。
【００７８】
また、図５に示すように、ガイドレール６４上をスライドするスライドブロック６６上に光源ランプ６２を設置し、光源ランプ６２を照射側ライトガイド３０Ａに対して前後移動させることにより、光源ランプ６２から観測窓２６までの光路長を可変して、光源の輝度を調整するようにしてもよい。
【００７９】
さらに、図６に示すように、光源ランプ６８の前段に絞り装置７０を設置し、この絞り装置７０の開口量Ｕを可変することにより、光源の輝度を調整するようにしてもよい。
【００８０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、白色光を研磨中のウェーハに照射し、その反射光を分光測定解析してウェーハの研磨終点を検出するので、単一波長の光で終点検出する場合に比べ終点検出に利用できる情報量が増え、精度よく研磨終点を検出することができる。
【００８１】
また、本発明によれば、窓材の表面状態が変化して、窓材の透過率が変化することによる反射光の光量変化を是正し、これを常に一定に保つことにより、常に正確な終点検出を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ウェーハ研磨装置及び研磨終点検出装置の構成を示すブロック図
【図２】本発明に係る研磨終点検出方法を用いたウェーハの処理手順を示すフローチャート
【図３】光源の輝度修正方法の手順を示すフローチャート
【図４】輝度調整機構の他の実施の形態の構成図
【図５】輝度調整機構の他の実施の形態の構成図
【図６】輝度調整機構の他の実施の形態の構成図
【符号の説明】
１０…ウェーハ研磨装置、１２…研磨終点検出装置、１４…プラテン、１６…研磨パッド、１８…ウェーハ保持ヘッド、２０…研磨液供給ノズル、２２…制御部、２４…観測孔、２６…観測窓、２８…照射・受光光学系、３０…２分岐ライトガイド、３０Ａ…照射側ライトガイド、３０Ｂ…受光側ライトガイド、３２…光源ユニット、３２Ａ…光源ランプ、３２Ｂ…輝度調整機構、３４…分光器、３６…コンピュータ、５８Ａ〜５８Ｇ…光源ランプ、６０…スイッチ、６２…光源ランプ、６４…ガイドレール、６６…スライドブロック、６８…光源ランプ、７０…絞り装置
Claims (8)
- 研磨パッドにウェーハを押し付け、スラリを供給しながら相対摺動させることにより前記ウェーハを研磨するウェーハ研磨装置の研磨終点検出方法であって、前記研磨パッドに形成された窓材を通して光源からの白色光を研磨中の前記ウェーハに照射し、その反射光の光強度スペクトルを測定して、あらかじめ取得したリファレンス試料の光強度スペクトルとの比を測定反射率として求め、該測定反射率に基づいて前記ウェーハの研磨終点を検出するウェーハ研磨装置の研磨終点検出方法において、
ウェーハの研磨終了後、前回研磨されたウェーハの光強度スペクトルと今回研磨されたウェーハの光強度スペクトルとから反射光の光量変化を求める工程と、
前記光量変化がなくなるような前記光源の輝度を求め、前記光源の新たな輝度に設定する工程と、
次のウェーハの研磨開始前に前記光源の輝度が新たに設定された輝度となるように修正する工程と、
次のウェーハの研磨開始前に新たに設定された前記光源の輝度に基づいて前記リファレンス試料の光強度スペクトルを修正する工程と、
を含むことを特徴とするウェーハ研磨装置の研磨終点検出方法。 - 前記リファレンス試料の光強度スペクトルは、前記研磨パッドの交換後、新たに研磨を開始する前に前記研磨パッドの上に前記リファレンス試料を載置し、前記研磨パッドに形成された窓材を通して光源からの白色光を前記リファレンス試料に照射し、その反射光の光強度スペクトルを測定して取得することを特徴とする請求項１に記載のウェーハ研磨装置の研磨終点検出方法。
- 前記ウェーハの研磨開始前、前記研磨パッドの窓材の上に何も置かない状態で前記窓材に光源からの白色光を入射し、その反射光の光強度スペクトルを測定してダークネス成分を取得し、前記ウェーハの研磨中に測定されるウェーハの光強度スペクトルとリファレンス試料の光強度スペクトルとから前記ダークネス成分を取り除き、該ダークネス成分を取り除いた後のウェーハの光強度スペクトルとリファレンス試料の光強度スペクトルとから前記測定反射率を求めることを特徴とする請求項１又は２に記載のウェーハ研磨装置の研磨終点検出方法。
- 研磨パッドにウェーハを押し付け、スラリを供給しながら相対摺動させることにより前記ウェーハを研磨するウェーハ研磨装置の研磨終点検出装置であって、前記研磨パッドに形成された窓材を通して光源からの白色光を研磨中の前記ウェーハに照射し、その反射光の光強度スペクトルを測定して、あらかじめ取得したリファレンス試料の光強度スペクトルとの比を測定反射率として求め、該測定反射率に基づいて前記ウェーハの研磨終点を検出するウェーハ研磨装置の研磨終点検出装置において、
前記光源の輝度を調整する輝度調整手段と、
次のウェーハの研磨開始前、前回研磨されたウェーハの光強度スペクトルと今回研磨されたウェーハの光強度スペクトルとから反射光の光量変化を求めるとともに、該光量変化がなくなるような前記光源の輝度を求め、前記光源の新たな輝度に設定する設定手段と、
次のウェーハの研磨開始前、前記光源の輝度が、前記設定手段で新たに設定された輝度となるように前記輝度調整手段を制御する制御手段と、
次のウェーハの研磨開始前、前記設定手段で新たに設定された前記光源の輝度に基づいて前記リファレンス試料の光強度スペクトルを修正する修正手段と、
を備えたことを特徴とするウェーハ研磨装置の研磨終点検出装置。 - 前記輝度調整手段は、前記光源へ供給する電力量を可変して調整することを特徴とする請求項４に記載のウェーハ研磨装置の研磨終点検出装置。
- 前記輝度調整手段は、輝度の異なる複数の光源を備え、該光源の１つを選択して調整することを特徴とする請求項４に記載のウェーハ研磨装置の研磨終点検出装置。
- 前記輝度調整手段は、前記光源から前記窓材までの光路長を可変して調整することを特徴とする請求項４に記載のウェーハ研磨装置の研磨終点検出装置。
- 前記輝度調整手段は、前記光源から出射した白色光を絞りに通し、該絞りの開口量を可変して調整することを特徴とする請求項４に記載のウェーハ研磨装置の研磨終点検出装置。
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