JP5110754B2 - 研磨レート変更による終点監視 - Google Patents
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Description
【０００１】
関連技術の背景
本発明は、一般には基板の化学的機械研磨に関し、詳細には、化学的機械研磨操作中に研磨終点を検知するための方法と装置に関する。
【０００２】
集積回路は、シリコンウェーハ上へ導体、半導体または絶縁体の各層を順次堆積することにより基板上に形成されるのが普通である。各層を堆積した後、その層をエッチングして回路フィーチャを創出する。一連の層が順次、堆積されエッチングされるとともに、基板の外側面、つまり最上面、すなわち基板の露出面はますます非平坦となる。この非平坦面は、集積回路製造プロセスのフォトリソグラフィステップで問題を生ずる。従って、基板表面を周期的に平坦化する必要がある。
【０００３】
化学的機械研磨（ＣＭＰ）は、容認されている平坦化方法の１つである。この平坦化方法で一般的に必要なことは、基板がキャリアまたは研磨ヘッド上に搭載されるという点である。基板の露出面は、ディスク状の回転研磨パッドまたはベルトパッドを背にして載置される。研磨パッドは、「標準」パッドまたは固定砥粒パッドのいずれであってもよい。標準パッドは耐久性のある粗面を有する一方、固定砥粒パッドは保持媒体に保持された砥粒を有する。キャリアヘッドは、研磨パッドへ基板を押し付けるために基板に加える制御可能な負荷、すなわち圧力を提供する。少なくとも一種類の化学反応性薬剤と、標準パッドを用いるのであれば砥粒とを含む研磨スラリが研磨パッドの表面に供給される。
【０００４】
ＣＭＰにおける問題の１つは、研磨プロセスが完了しているのかどうか、すなわち基板層が所望の平坦度または厚さまで平坦化されたのかどうかを判定することである。基板層の初期厚さの変動、スラリ配合、研磨パッド条件、研磨パッドと基板間の相対速度、および基板にかかる負荷は材料除去レートの変動を引き起こす。これらの変動は、研磨終点へ達するのに必要な時間の変動を引き起こす。従って、研磨終点は、単に研磨時間の関数として決定することはできない。
【０００５】
研磨終点を判定する１つの方法は、研磨面から基板を取外してそれを調べることである。例えば、プロフィルメータまたは抵抗率測定等で基板層の厚さを測定する計測ステーションへ基板を搬送してもよい。所望の仕様が満たされない場合には、基板を更に処理するためにＣＭＰ装置に再装填する。これは時間がかかる手順であり、ＣＭＰ装置のスループットを低下させる。場合によっては、調べた結果、過大な材料が除去されてしまったことが明らかになるかもしれず、基板を使用不可能にしてしまう。
【０００６】
ごく最近になって、研磨終点を検知するために、例えば干渉計や反射計による基板のインシトゥの光学監視が実施されてきている。例えば、下地の絶縁体または誘電体の層を露出させるために金属層を研磨する場合、基板の反射率は金属層が除去されると急速に低下する。しかし、基板が研磨されるとともに、パッド―基板界面での研磨パッド条件とスラリ配合が変化することがある。かかる変化は下地層の露出部をマスクするかもしれないし、あるいはそれらが終点条件を装うかもしれない。従って、反射率に鋭い変化がある場合であっても、適切な研磨終点を判定することは困難である。その上、終点検知は、酸化物または窒化物の研磨を行わねばならない場合、平坦化だけを行う場合、下地層をオーバー研磨しなければならない場合、あるいは下地層とその上層が類似の物理的性質を持つ場合には更に困難になる。
【０００７】
ＣＭＰで再三発生するもう１つの問題は、基板面の、いわゆる「ディッシング(dishing)」である。特に、下地層を露出させるＣＭＰ中に、下地層が露出すると、パターン化された下地層の盛り上がった領域間の充填層の部分が過剰研磨されて、基板面に凹状の窪みができる。ディッシングは、集積回路製造にとって基盤を使用不能にしてしまい、プロセス歩留りを低下させる。
【０００８】
発明の概要
一局面で、本発明は、化学的機械研磨操作のためのコンピュータ実装終点検知法に向けられている。本方法では、化学的機械研磨装置により研磨される基板の研磨時間が測定される。研磨終点検知装置から信号が受信され、その信号は、終点基準のために監視される。化学的機械研磨操作の研磨パラメータは、研磨時間が、想定研磨終了時間に近づき、かつ終点基準が検知される前に、研磨中の基板の研磨レートを低下させるために修正される。研磨は、終点基準が一旦検知されると停止する。
【０００９】
本発明の実施は以下の特徴を含んでもよい。終点検知装置は基板を光学的に監視してもよい。研磨操作は、金属層または誘電体層を研磨してもよい。研磨パラメータを修正する時間は、終点監視装置から受信した信号から算出されたデフォルト時間として格納されてもよい。研磨パラメータの修正は、基板にかかる圧力を低下させること、あるいは基板と研磨面との間の相対速度を低下させることを含んでもよい。基板は、例えば酸化シリコンの第２層を覆って配置された、例えば銅の第１層を含んでもよく、研磨レートは、第２層が露出する前に低下させてもよい。
【００１０】
別の局面で、本発明は化学的機械研磨の方法に向けられていて、そこでは、基板が研磨面と接し、基板と研磨面との間で相対運動が生じている。基板の研磨時間が測定され、信号が研磨終点検知装置で生成され、その信号が終点基準のために監視される。基板の研磨レートは、研磨時間が、想定される研磨終了時間に近づき、かつ終点基準が検知される前に、低下される。研磨は、終点基準が一旦検知されると停止される。
【００１１】
本発明の実施は、以下の特徴を含んでもよい。終点検知装置は、基板を光学的に監視してもよい。研磨パラメータの変更は、基板にかかる圧力を低下させること、あるいは基板と研磨面との間の相対速度を低下させることを含んでもよい。
【００１２】
別の局面で、本発明は、第２層上に配置される第１層を有する基板を化学的機械研磨する方法に向けられている。本方法では、基板の第１層が研磨面と接触させられ、基板と研磨面との間の相対運動が創出されて基板の第１層を研磨する。基板の研磨レートは、第２層が露出する前に低下されて、研磨は下地層が露出した後に停止される。
【００１３】
本発明の実施は、以下の特徴を含んでもよい。研磨レートの低下は、基板の研磨時間をコンピュータで測定すること、パラメータ変更時間をコンピュータに格納すること、および研磨時間がパラメータ変更時間に達した時に研磨パラメータを修正することを含んでもよい。研磨停止は、研磨終点検知装置で信号を生成すること、終点基準のために信号を監視すること、および終点基準が一旦検知されると研磨を停止することを含んでもよい。
【００１４】
別の局面では、本発明は化学的機械研磨装置に向けられていて、この装置は、研磨面、研磨面に接触する基板を保持するキャリアヘッド、研磨面とキャリアヘッドの少なくとも一方と結合して、両者間に相対運動を創出するモータ、研磨終点検知装置、および終点検知装置から信号を受信するコントローラを有する。コントローラが構成されて、研磨操作中に基板の研磨時間を測定し、終点基準のために信号を監視し、研磨時間が、想定される研磨終了時間に近づき、かつ終点基準が検知される前に、基板の研磨レートを低下させるために研磨パラメータを修正する。そして、終点基準が一旦検知されると基板の研磨が停止する。
【００１５】
本発明の実施の潜在的な利点は、以下を含まないか、あるいは１つ以上を含むことができる。研磨終点はより高精度に判定できる。更に、研磨装置が研磨パラメータのスイッチを変更すべき時点が、より精確に判定される。
【００１６】
本発明の他の特長と利点は、以下の、図面および請求項を含む説明により明らかとなろう。
【００１７】
発明の詳細な説明
図１と２を参照すると、一枚以上の基板１０がＣＭＰ装置２０により研磨される。類似の研磨装置２０の説明は、すべての開示が本明細書に引用されて組み込まれた米国特許第５，７３８，５７４号に見られる。研磨装置２０は、一連の研磨ステーション２２と搬送ステーション２３を含む。搬送ステーション２３は複数の機能を提供し、その機能は、ローディング装置（図示せず）から個々の基板１０を受け取ること、基板を洗浄すること、キャリアヘッドに基板をローディングすること、キャリアヘッドから基板を受け取ること、再度基板を洗浄すること、そして最後に、ローディング装置に基板を搬送して戻すことを含む。
【００１８】
各研磨ステーションは、回転プラテン２４を含み、その上に研磨パッド３０が配置される。第１と第２のステーションは、硬い耐久力のある外面、または砥粒が組み込まれた固定研磨パッドを有する２層研磨パッドを含んでもよい。一方、最終研磨ステーションは比較的柔らかいパッドを含んでもよい。２層研磨パッド３０は、プラテン２４の表面と当接する裏打層３２と、基板１０を研磨するために用いられる被覆層３４とを持つのが普通である。被覆層３４は裏打層３２より硬いのが普通である。
【００１９】
回転可能な複数ヘッドのカルーセル６０は、センターポスト６２により支持され、カルーセルモータセンブリ（図示せず）によりカルーセル軸６４の回りを回転する。センターポスト６２は、カルーセル支持プレート６６とカバー６８とを支持している。カルーセル６０は４つのキャリアヘッド装置７０を含む。センターポスト６２は、カルーセルモータが、カルーセル支持プレート６６とを回転させ、キャリアヘッド装置とそれへ取り付けられる基板をカルーセル軸６４回りに周回させるようにしている。キャリアヘッド装置のうちの３つは、基板を受け取って保持し、研磨パッドに基板を押し付けることによって基板を研磨する。それに対して、キャリアヘッド装置のうちの１つは、搬送ステーション２３から基板を受け取り、搬送ステーションへ基板を運ぶ。
【００２０】
各キャリアヘッド装置は、キャリアまたはキャリアヘッド８０を含んでいる。キャリア駆動軸７４は、キャリアヘッド回動モータ７６（カバー６８の４分の１を切り取って図示する）を各キャリアヘッド８０に接続するので、各キャリアヘッドは自身の軸の周りを独立して回転できる。各ヘッドにつき一組のキャリア駆動軸とモータがある。更に、各キャリアヘッド８０は、カルーセル支持プレート６６に形成される半径方向スロット７２内を横方向に独立して振動する。各キャリアヘッド８０は、例えば、キャリアヘッド内のチャンバ８４内の圧力を制御する圧力源８２、またはキャリアヘッドの縦位置を変更する空気圧アクチュエータ等の圧力機構と関連している。圧力機構は、研磨パッドに対する基板の圧力を制御する。
【００２１】
キャリアヘッド８０は機械的な機能を幾つか実行する。キャリアヘッドは概略として、研磨パッドに対して基板を保持し、基板の裏面全体に下向きの圧力を均等に配分し、駆動軸から基板にトルクを伝達し、そして基板が研磨操作中にキャリアヘッド下から確実に滑り出さないようにする。操作中は、プラテンはその中央軸２５の周りを回転し、キャリアヘッドは、その中央軸８１の回りを回転し、そして研磨パッドの表面を横切って横方向に動かされる。
【００２２】
反応性薬品（例えば、酸化研磨用脱イオン水）、および化学反応性触媒（例えば、酸化研磨用水酸化カリウム）を含む一種類以上のスラリ５０は、スラリ供給装置５２により研磨パッド３０の表面に供給されてもよい。研磨パッド３０が標準パッドの場合、スラリ５０はまた、砥粒（例えば、酸化研磨用二酸化シリコン）を含んでもよい。各ステーションにおいて、スラリ供給装置５２は、制御弁５８により流動的にスラリ供給ポートまたはスラリ／リンス併用アーム５６に接続される複数のスラリ源５４を含んでいてもよい。制御弁５８を制御することにより、異なるスラリ配合を研磨パッド面に向けてもよい。
【００２３】
孔２６がプラテン２４に形成され、透明窓３６が孔に被さるように研磨パッド３０の一部に形成される。孔２６と透明窓３６は、キャリアヘッドの移動位置にかかわらず、プラテンの回転途中で、基板１０が見えるように位置決め配置されている。
【００２４】
反射計または干渉計として機能する光学監視装置４０は、孔２６の略下でプラテン２４に固定され、プラテンとともに回転する。光学監視装置は光源４４と検知器４６を含んでいる。光源は、光ビーム４２を生成し、光ビームは透明窓３６とスラリ５０（図３参照）を通って伝播して、基板１０の露出面に入射する。例えば、光源４４はレーザであってもよく、光ビーム４２は平行レーザビームであってもよい。光レーザビーム４２は、レーザ４４から、基板１０の表面に垂直な軸からの角度α、すなわち軸２５と８１からの角度αで出射される。更に、孔２６と窓３６が細長い場合、ビーム拡張器（図示せず）は、窓の長手の軸に沿って光ビームを拡張するよう光の経路に配置されてもよい。レーザ４４は連続的に動作してもよい。代替として、レーザは、孔２６が基板１０と略隣接する時間の間だけ、レーザビーム４２を生成するよう活性化されてもよい。
【００２５】
ＣＭＰ装置２０は、光学遮断器等の位置センサ９０を含んで、窓３６が基板の近傍にある時を検出してもよい。例えば、光学遮断器は、キャリアヘッド８０の反対側の固定点に装着できるであろう。フラグ９２はプラテンの外周に取り付けられる。取り付け点、およびフラグ９２の長さは、少なくとも窓３６が基板１０の下をスイープする間、それがセンサ９０の光信号を遮断するように選択される。
【００２６】
操作中は、ＣＭＰ装置２０は、光学監視装置４０を用いて研磨停止時を決定する。汎用のプログラム可能デジタルコンピュータ４８を、レーザ４４、検知器４６、およびセンサ９０に接続してもよい。コンピュータ４８は、基板が窓に略被さった時にレーザを活性化し、検知器からの強度測定値を保存し、出力装置４９に強度測定値を表示し、強度測定値を半径方向範囲にソートし、そして研磨終点を検知するようプログラムされていてもよい。コンピュータ４８はまた、圧力機構８２にも接続されて、キャリアヘッド８０により加えられる圧力を制御し、キャリアヘッド回転モータ７６に接続されて、キャリアヘッド回転レートを制御し、プラテン回転モータ（図示せず）に接続されて、プラテン回転レートを制御し、またはスラリ分配装置５２に接続されて、研磨パッドに供給するスラリ配合を制御する。
【００２７】
金属研磨について図３を参照すると、基板１０は、シリコンウェーハ１２と、酸化物層または窒化物層１４の上に配置された金属層１６とを含み、酸化物層または窒化物層もそれ自身パターン化されるか、または別のパターン層の上に配置される。金属は、とりわけ、銅、タングステン、またはアルミニウムであってもよい。異なる反射率を持つ基板の異なる部分が研磨される場合は、検知器４６からの信号出力は時間とともに変化する。検知器４６の時間変化出力は、インシトゥ反射率測定トレースと呼ばれる（または、より簡単に、反射率トレースと呼ばれる）。以下に説明するように、この反射率トレースを用いて金属層研磨操作の終点を決定できる。
【００２８】
図４を参照すると、プラテンの回転とキャリアヘッドの直線スイープとの組合せにより、窓３６（およびその結果、レーザビーム４２）が、キャリアヘッド８０と基板１０の底面を横切るスイープパス１２０をスイープする。図５を参照すると、レーザビームが基板を横切る各時間に、光学監視装置４０は、一連の強度測定値Ｉ1、Ｉ2、Ｉ3、．．．、ＩN（番号Ｎはスイープからスイープまでと異なってもよい）を生成する。光学監視装置４０のサンプルレートＦ（強度測定が生成されるレート）は、およそ５００から２０００Ｈｚ、またはより高くてもよく、これは、０．５〜２ｍｓｅｃの間のサンプリング周期と一致する。
【００２９】
コンピュータ４８が光学監視装置からの信号を処理する場合、１つ以上の値が各一連の強度測定値Ｉ1、Ｉ2、Ｉ3、．．．、ＩNから抽出される。例えば、単一スイープからの一連の強度測定値は、平均化されて平均強度ＩMEANを生成することができる。代替として、コンピュータは、この級数から最小強度ＩMIN、または最大強度IMAXを抽出できる。更に、コンピュータは、最大強度と最小強度の差、すなわち、IMAX−ＩMINに等しい強度差ＩDIFを生成できる。
【００３０】
一連のスイープに対してコンピュータ４８により抽出される一連の値は、メモリまたは不揮発性記憶装置に保存される。図６を参照すると、この一連の抽出値は（１スイープ当たり１抽出値で）、測定時間の関数として組み合わされ表示されて、基板の反射率の時間変化トレース１００を提供する。この時間変化トレースはフィルタリングされてノイズを除去してもよい。
【００３１】
強度トレース１００の全体の形は以下のように説明される。最初に、金属層１６は、下地パターン層１４のトポロジーのために、ある量の初期トポグラフィーを有する。このトポグラフィーのために、光ビームは金属層に入射した時に散乱する。研磨操作がトレース区間１０２に進むと、金属層はより平坦になり、研磨された金属層の反射率は増大する。大部分の金属層がトレース区間１０４で除去されると、強度は比較的安定に保たれる。一旦、酸化層がトレースにおいて露出し始めると、全体の信号強度は、トレース区間１０６で急速に低下する。一旦、酸化層がトレースで全体に露出すると、強度は、酸化層が除去されるので干渉効果により小さな振動を受けるが、再びトレース区間１０８で安定する。
【００３２】
強度データが収集され、時間変化強度トレースが生成されるにつれ、コンピュータ４８はパターン認識プロセスを実行して、時間変化トレース１００内の、研磨終点の誘因となる一連の終点基準１１０、１１２、および１１４を探す。一連の３個の終点基準を示しているが、一個か二個の終点基準だけでも、あるいは４個以上の終点基準でもよい。各終点基準は１つ以上の終点条件を含むことができる。可能性のある終点条件は、局部的な最小値または最大値、傾斜の変化、または強度や傾斜のしきい値、あるいはそれらの組合せを含んでいる。終点基準は、研磨装置のオペレータにより、経験、テストウェーハからの終点トレース解析、および光学的なシミュレーションを基に設定されるのが普通である。例えば、金属研磨中の反射率トレースを監視する場合、オペレータは、コンピュータ４８が、レベルアウト１１０、急減１１２、および別のレベルアウト１１４を検知すると、研磨装置に研磨を停止するよう命令できる。図６に示す終点基準は、強度トレースの傾斜の変化と関連しているが、別の終点基準を用いることもできる。一般に、一旦、最後の終点基準が検知されると、研磨操作は停止される。代替として、研磨は最後の終点基準の検知後のプリセット時間の間、継続し、次いで停止する。
【００３３】
残念ながら、ある状況の下では、光学検知器からの信号が、コンピュータ４８にとって終点基準を検知するには余りにも小さいか、または雑音を含むことがある。加えて、強度トレース１００の急激な傾斜変化のために、研磨終点が精確に計算できないこともある。
【００３４】
ここで図７を参照すると、修正された終点決定プロセスが示されている。第１に、終点決定中に用いられる研磨パラメータが幾つかコンピュータ４８のメモリ内に保存されている（ステップ１２０）。関連する研磨パラメータは、キャリアヘッド圧力、キャリアヘッド回転レートとプラテン回転レート、予定研磨終了時間、および研磨パラメータ修正のための既定時間を含んでいる。
【００３５】
基板１２の表面上の層は、基板の表面を研磨パッド３０と接することによって研磨される（ステップ１２２）（図２）。研磨パッド３０は回転し、基板と研磨パッドとの間の相対運動を生じる。
【００３６】
窓が基板の真下を通過する度に、基板からの反射強度は測定される（ステップ１２４）。その強度は収集されて、時間変化強度トレースが生成される。コンピュータは、強度トレースに対するパターン認識プログラムを実行して、終点基準を検知する（ステップ１２６）。
【００３７】
基板が、予定研磨終点で、研磨の完了に近づくにつれ、コンピュータ４８は研磨パラメータを修正して、研磨レートを低下させる（ステップ１２８）。特に、下地パターン層が露出するまで被覆層が研磨される場合の研磨操作（例えば、金属、ポリシリコン、または浅い絶縁溝等）中では、下地層が最初に露出される前に、研磨レートを低下させることができる。研磨レートは、およそ係数２ないし４まで、すなわち、約５０％ないし７５％まで、低下させられる。研磨レートを低下させるため、キャリアヘッド圧力を低下させることができ、スラリ配合を変更してキャリアヘッド回転を低下させることができ、スラリ配合を変更して研磨速度の遅い研磨スラリを導入することができ、および／またはプラテン回転レートを低下させることができる。例えば、キャリアヘッドからの基板上の圧力は、約３３％ないし５０％まで低下させることができ、プラテン回転レートとキャリアヘッド回転レートは、ともに約５０％まで低下させることができる。
【００３８】
下地誘電層が露出する前に研磨レートを低下させることにより、ディッシングと侵食効果は減少する。加えて、研磨装置の相対的な反応時間が改善され、研磨装置が、最終的な終点基準が検知された後に除去される材料が少なくなるよう研磨を停止できる。更に、予定研磨終了時間近くでは、より多くの強度測定を収集して、それにより研磨終点計算の精度を潜在的に改善することができる。しかし、大部分の研磨操作を通じて高い研磨レートを維持することによって、高いスループットが達成できる。金属層バルク研磨の少なくとも７５％、例えば、８０〜９０％が、キャリアヘッド圧力を低下させる前に、または他の研磨パラメータが変更される前に、完了されることが好ましい。
【００３９】
コンピュータ４８が研磨レートを低下させる場合の時間は、研磨装置のオペレータにより経験的に、そしてテストウェーハからの終点トレースの解析により選択される既定時間Ｔdefaultによって設定できる。代替として、研磨パラメータを変更して研磨レートを低下させる時間は、基板の研磨中に検知される終点基準から計算できる。例えば、その時間は、第１の終点基準が検知される時間Ｔdetect1に続く複数のまたは１つのプリセットマージンであってもよい。
【００４０】
一旦コンピュータが最終終点基準を検知すると、直ちに、またはプリセット時間が経過した後、研磨が停止される（ステップ１３０）。最終的な終点基準に対する精確な値を選択する際に、研磨装置のオペレータは、予定研磨終点の近傍で、低下した研磨レートを考慮することができる、ということに注意されたい。
【００４１】
平均、最小、最大、および強度トレース差を考えると、幅広く多様な終点検知アルゴリズムが実装できる。別々の終点基準（例えば、局部的な複数の最小値か複数の最大値、傾斜、またはしきい値に基づく）が各種のトレースに対して作成でき、そして各種トレースに対する終点条件をブール論理式と組み合わせることができる。強度トレースもまた、基板上の半径方向の複数の範囲について作成できる。複数の半径方向範囲についての強度トレースの生成は、１９９８年１１月２日出願の米国特許出願第０９，１８４，７６７号において説明されており、この開示のすべてを引用して本明細書に組み込む。
【００４２】
終点基準は、研磨パラメータの変更を引き起こすために使用できる。例えば、光学監視装置が第２の終点基準を検知した場合、ＣＭＰ装置はスラリ配合を変更してもよい（例えば、高い精選度のスラリから低い精選度のスラリへ）。
【００４３】
金属研磨操作からの反射率信号について１つの実施例を説明したが、終点検知プロセスは、誘電体研磨等の他の研磨操作にも適用可能であり、また、干渉計、スペクトロメータ、および偏光解析等の、他の光学監視技法にも適用可能である。更に、本発明は光学監視装置の観点から説明したが、本発明の原理は、例えば、キャパシタンス、モータ電流、または摩擦監視装置等の、他の化学的機械研磨終点監視装置にも適用可能である。
【００４４】
本発明は好ましい実施の形態の観点から説明した。しかし、本発明は、図示され、説明された実施の形態に限定されるものではない。むしろ、本発明の範囲は、付帯する請求項により定義される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 化学的機械研磨装置の分解斜視図。
【図２】 光学監視装置を含む化学的機械研磨装置の側面図。
【図３】 処理中の基板の断面略図であって、基板に入射して、基板から反射するレーザビームを略図で示す。
【図４】 キャリアヘッド直下のレーザの経路を示す略図。
【図５】 光学監視装置からの仮想強度測定値を示すグラフ。
【図６】 キャリアヘッド直下の窓の複数回スイープから生成された仮想強度軌跡を示すグラフ。
【図７】 研磨終点を判定する方法のフローチャート。
【符号の説明】
１０ 基板
１２ シリコンウェーハ
１４ 酸化物層または窒化物層
１６ 金属層
２０ ＣＭＰ装置
２２ 研磨ステーション
２３ 搬送ステーション
２４ 回転プラテン
２５ 中央軸
２６ 孔
３０ 研磨パッド
３２ 裏打層
３４ 被覆層
３６ 透明窓
４０ 光学監視装置
４２ 光ビーム
４４ 光源（レーザー）
４６ 検知器
４８ コンピュータ
４９ 出力装置
５０ スラリ
５２ スラリ供給装置
５４ スラリ源
５６ スラリ／リンス併用アーム
５８ 制御弁
６０ カルーセル
６２ センターポスト
６４ カルーセル軸
６６ 支持プレート
６８ カバー
７０ キャリアヘッド装置
７２ 半径方向スロット
７４ キャリア駆動軸
７６ キャリアヘッド回動モータ
８０ キャリアヘッド
８１ 中央軸
８２ 圧力源(圧力機構)
８４ チャンバ
９０ 位置センサ
９２ フラグ
１００ 強度軌跡
１０２,１０４,１０６,１０８ 区間
１１０ 終点基準：レベルアウト
１１２ 終点基準：急減
１１４ 終点基準：レベルアウト
Ｆ サンプルレート
Ｉ1,Ｉ2,Ｉ3,．．．,ＩN 強度測定値
ＩMAX 最大強度
ＩMIN 最小強度
ＩDIF 最大強度と最小強度の差
ＴDETECT1,ＴDETECT2, ＴDETECT3 検知時間
関連技術の背景
本発明は、一般には基板の化学的機械研磨に関し、詳細には、化学的機械研磨操作中に研磨終点を検知するための方法と装置に関する。
【０００２】
集積回路は、シリコンウェーハ上へ導体、半導体または絶縁体の各層を順次堆積することにより基板上に形成されるのが普通である。各層を堆積した後、その層をエッチングして回路フィーチャを創出する。一連の層が順次、堆積されエッチングされるとともに、基板の外側面、つまり最上面、すなわち基板の露出面はますます非平坦となる。この非平坦面は、集積回路製造プロセスのフォトリソグラフィステップで問題を生ずる。従って、基板表面を周期的に平坦化する必要がある。
【０００３】
化学的機械研磨（ＣＭＰ）は、容認されている平坦化方法の１つである。この平坦化方法で一般的に必要なことは、基板がキャリアまたは研磨ヘッド上に搭載されるという点である。基板の露出面は、ディスク状の回転研磨パッドまたはベルトパッドを背にして載置される。研磨パッドは、「標準」パッドまたは固定砥粒パッドのいずれであってもよい。標準パッドは耐久性のある粗面を有する一方、固定砥粒パッドは保持媒体に保持された砥粒を有する。キャリアヘッドは、研磨パッドへ基板を押し付けるために基板に加える制御可能な負荷、すなわち圧力を提供する。少なくとも一種類の化学反応性薬剤と、標準パッドを用いるのであれば砥粒とを含む研磨スラリが研磨パッドの表面に供給される。
【０００４】
ＣＭＰにおける問題の１つは、研磨プロセスが完了しているのかどうか、すなわち基板層が所望の平坦度または厚さまで平坦化されたのかどうかを判定することである。基板層の初期厚さの変動、スラリ配合、研磨パッド条件、研磨パッドと基板間の相対速度、および基板にかかる負荷は材料除去レートの変動を引き起こす。これらの変動は、研磨終点へ達するのに必要な時間の変動を引き起こす。従って、研磨終点は、単に研磨時間の関数として決定することはできない。
【０００５】
研磨終点を判定する１つの方法は、研磨面から基板を取外してそれを調べることである。例えば、プロフィルメータまたは抵抗率測定等で基板層の厚さを測定する計測ステーションへ基板を搬送してもよい。所望の仕様が満たされない場合には、基板を更に処理するためにＣＭＰ装置に再装填する。これは時間がかかる手順であり、ＣＭＰ装置のスループットを低下させる。場合によっては、調べた結果、過大な材料が除去されてしまったことが明らかになるかもしれず、基板を使用不可能にしてしまう。
【０００６】
ごく最近になって、研磨終点を検知するために、例えば干渉計や反射計による基板のインシトゥの光学監視が実施されてきている。例えば、下地の絶縁体または誘電体の層を露出させるために金属層を研磨する場合、基板の反射率は金属層が除去されると急速に低下する。しかし、基板が研磨されるとともに、パッド―基板界面での研磨パッド条件とスラリ配合が変化することがある。かかる変化は下地層の露出部をマスクするかもしれないし、あるいはそれらが終点条件を装うかもしれない。従って、反射率に鋭い変化がある場合であっても、適切な研磨終点を判定することは困難である。その上、終点検知は、酸化物または窒化物の研磨を行わねばならない場合、平坦化だけを行う場合、下地層をオーバー研磨しなければならない場合、あるいは下地層とその上層が類似の物理的性質を持つ場合には更に困難になる。
【０００７】
ＣＭＰで再三発生するもう１つの問題は、基板面の、いわゆる「ディッシング(dishing)」である。特に、下地層を露出させるＣＭＰ中に、下地層が露出すると、パターン化された下地層の盛り上がった領域間の充填層の部分が過剰研磨されて、基板面に凹状の窪みができる。ディッシングは、集積回路製造にとって基盤を使用不能にしてしまい、プロセス歩留りを低下させる。
【０００８】
発明の概要
一局面で、本発明は、化学的機械研磨操作のためのコンピュータ実装終点検知法に向けられている。本方法では、化学的機械研磨装置により研磨される基板の研磨時間が測定される。研磨終点検知装置から信号が受信され、その信号は、終点基準のために監視される。化学的機械研磨操作の研磨パラメータは、研磨時間が、想定研磨終了時間に近づき、かつ終点基準が検知される前に、研磨中の基板の研磨レートを低下させるために修正される。研磨は、終点基準が一旦検知されると停止する。
【０００９】
本発明の実施は以下の特徴を含んでもよい。終点検知装置は基板を光学的に監視してもよい。研磨操作は、金属層または誘電体層を研磨してもよい。研磨パラメータを修正する時間は、終点監視装置から受信した信号から算出されたデフォルト時間として格納されてもよい。研磨パラメータの修正は、基板にかかる圧力を低下させること、あるいは基板と研磨面との間の相対速度を低下させることを含んでもよい。基板は、例えば酸化シリコンの第２層を覆って配置された、例えば銅の第１層を含んでもよく、研磨レートは、第２層が露出する前に低下させてもよい。
【００１０】
別の局面で、本発明は化学的機械研磨の方法に向けられていて、そこでは、基板が研磨面と接し、基板と研磨面との間で相対運動が生じている。基板の研磨時間が測定され、信号が研磨終点検知装置で生成され、その信号が終点基準のために監視される。基板の研磨レートは、研磨時間が、想定される研磨終了時間に近づき、かつ終点基準が検知される前に、低下される。研磨は、終点基準が一旦検知されると停止される。
【００１１】
本発明の実施は、以下の特徴を含んでもよい。終点検知装置は、基板を光学的に監視してもよい。研磨パラメータの変更は、基板にかかる圧力を低下させること、あるいは基板と研磨面との間の相対速度を低下させることを含んでもよい。
【００１２】
別の局面で、本発明は、第２層上に配置される第１層を有する基板を化学的機械研磨する方法に向けられている。本方法では、基板の第１層が研磨面と接触させられ、基板と研磨面との間の相対運動が創出されて基板の第１層を研磨する。基板の研磨レートは、第２層が露出する前に低下されて、研磨は下地層が露出した後に停止される。
【００１３】
本発明の実施は、以下の特徴を含んでもよい。研磨レートの低下は、基板の研磨時間をコンピュータで測定すること、パラメータ変更時間をコンピュータに格納すること、および研磨時間がパラメータ変更時間に達した時に研磨パラメータを修正することを含んでもよい。研磨停止は、研磨終点検知装置で信号を生成すること、終点基準のために信号を監視すること、および終点基準が一旦検知されると研磨を停止することを含んでもよい。
【００１４】
別の局面では、本発明は化学的機械研磨装置に向けられていて、この装置は、研磨面、研磨面に接触する基板を保持するキャリアヘッド、研磨面とキャリアヘッドの少なくとも一方と結合して、両者間に相対運動を創出するモータ、研磨終点検知装置、および終点検知装置から信号を受信するコントローラを有する。コントローラが構成されて、研磨操作中に基板の研磨時間を測定し、終点基準のために信号を監視し、研磨時間が、想定される研磨終了時間に近づき、かつ終点基準が検知される前に、基板の研磨レートを低下させるために研磨パラメータを修正する。そして、終点基準が一旦検知されると基板の研磨が停止する。
【００１５】
本発明の実施の潜在的な利点は、以下を含まないか、あるいは１つ以上を含むことができる。研磨終点はより高精度に判定できる。更に、研磨装置が研磨パラメータのスイッチを変更すべき時点が、より精確に判定される。
【００１６】
本発明の他の特長と利点は、以下の、図面および請求項を含む説明により明らかとなろう。
【００１７】
発明の詳細な説明
図１と２を参照すると、一枚以上の基板１０がＣＭＰ装置２０により研磨される。類似の研磨装置２０の説明は、すべての開示が本明細書に引用されて組み込まれた米国特許第５，７３８，５７４号に見られる。研磨装置２０は、一連の研磨ステーション２２と搬送ステーション２３を含む。搬送ステーション２３は複数の機能を提供し、その機能は、ローディング装置（図示せず）から個々の基板１０を受け取ること、基板を洗浄すること、キャリアヘッドに基板をローディングすること、キャリアヘッドから基板を受け取ること、再度基板を洗浄すること、そして最後に、ローディング装置に基板を搬送して戻すことを含む。
【００１８】
各研磨ステーションは、回転プラテン２４を含み、その上に研磨パッド３０が配置される。第１と第２のステーションは、硬い耐久力のある外面、または砥粒が組み込まれた固定研磨パッドを有する２層研磨パッドを含んでもよい。一方、最終研磨ステーションは比較的柔らかいパッドを含んでもよい。２層研磨パッド３０は、プラテン２４の表面と当接する裏打層３２と、基板１０を研磨するために用いられる被覆層３４とを持つのが普通である。被覆層３４は裏打層３２より硬いのが普通である。
【００１９】
回転可能な複数ヘッドのカルーセル６０は、センターポスト６２により支持され、カルーセルモータセンブリ（図示せず）によりカルーセル軸６４の回りを回転する。センターポスト６２は、カルーセル支持プレート６６とカバー６８とを支持している。カルーセル６０は４つのキャリアヘッド装置７０を含む。センターポスト６２は、カルーセルモータが、カルーセル支持プレート６６とを回転させ、キャリアヘッド装置とそれへ取り付けられる基板をカルーセル軸６４回りに周回させるようにしている。キャリアヘッド装置のうちの３つは、基板を受け取って保持し、研磨パッドに基板を押し付けることによって基板を研磨する。それに対して、キャリアヘッド装置のうちの１つは、搬送ステーション２３から基板を受け取り、搬送ステーションへ基板を運ぶ。
【００２０】
各キャリアヘッド装置は、キャリアまたはキャリアヘッド８０を含んでいる。キャリア駆動軸７４は、キャリアヘッド回動モータ７６（カバー６８の４分の１を切り取って図示する）を各キャリアヘッド８０に接続するので、各キャリアヘッドは自身の軸の周りを独立して回転できる。各ヘッドにつき一組のキャリア駆動軸とモータがある。更に、各キャリアヘッド８０は、カルーセル支持プレート６６に形成される半径方向スロット７２内を横方向に独立して振動する。各キャリアヘッド８０は、例えば、キャリアヘッド内のチャンバ８４内の圧力を制御する圧力源８２、またはキャリアヘッドの縦位置を変更する空気圧アクチュエータ等の圧力機構と関連している。圧力機構は、研磨パッドに対する基板の圧力を制御する。
【００２１】
キャリアヘッド８０は機械的な機能を幾つか実行する。キャリアヘッドは概略として、研磨パッドに対して基板を保持し、基板の裏面全体に下向きの圧力を均等に配分し、駆動軸から基板にトルクを伝達し、そして基板が研磨操作中にキャリアヘッド下から確実に滑り出さないようにする。操作中は、プラテンはその中央軸２５の周りを回転し、キャリアヘッドは、その中央軸８１の回りを回転し、そして研磨パッドの表面を横切って横方向に動かされる。
【００２２】
反応性薬品（例えば、酸化研磨用脱イオン水）、および化学反応性触媒（例えば、酸化研磨用水酸化カリウム）を含む一種類以上のスラリ５０は、スラリ供給装置５２により研磨パッド３０の表面に供給されてもよい。研磨パッド３０が標準パッドの場合、スラリ５０はまた、砥粒（例えば、酸化研磨用二酸化シリコン）を含んでもよい。各ステーションにおいて、スラリ供給装置５２は、制御弁５８により流動的にスラリ供給ポートまたはスラリ／リンス併用アーム５６に接続される複数のスラリ源５４を含んでいてもよい。制御弁５８を制御することにより、異なるスラリ配合を研磨パッド面に向けてもよい。
【００２３】
孔２６がプラテン２４に形成され、透明窓３６が孔に被さるように研磨パッド３０の一部に形成される。孔２６と透明窓３６は、キャリアヘッドの移動位置にかかわらず、プラテンの回転途中で、基板１０が見えるように位置決め配置されている。
【００２４】
反射計または干渉計として機能する光学監視装置４０は、孔２６の略下でプラテン２４に固定され、プラテンとともに回転する。光学監視装置は光源４４と検知器４６を含んでいる。光源は、光ビーム４２を生成し、光ビームは透明窓３６とスラリ５０（図３参照）を通って伝播して、基板１０の露出面に入射する。例えば、光源４４はレーザであってもよく、光ビーム４２は平行レーザビームであってもよい。光レーザビーム４２は、レーザ４４から、基板１０の表面に垂直な軸からの角度α、すなわち軸２５と８１からの角度αで出射される。更に、孔２６と窓３６が細長い場合、ビーム拡張器（図示せず）は、窓の長手の軸に沿って光ビームを拡張するよう光の経路に配置されてもよい。レーザ４４は連続的に動作してもよい。代替として、レーザは、孔２６が基板１０と略隣接する時間の間だけ、レーザビーム４２を生成するよう活性化されてもよい。
【００２５】
ＣＭＰ装置２０は、光学遮断器等の位置センサ９０を含んで、窓３６が基板の近傍にある時を検出してもよい。例えば、光学遮断器は、キャリアヘッド８０の反対側の固定点に装着できるであろう。フラグ９２はプラテンの外周に取り付けられる。取り付け点、およびフラグ９２の長さは、少なくとも窓３６が基板１０の下をスイープする間、それがセンサ９０の光信号を遮断するように選択される。
【００２６】
操作中は、ＣＭＰ装置２０は、光学監視装置４０を用いて研磨停止時を決定する。汎用のプログラム可能デジタルコンピュータ４８を、レーザ４４、検知器４６、およびセンサ９０に接続してもよい。コンピュータ４８は、基板が窓に略被さった時にレーザを活性化し、検知器からの強度測定値を保存し、出力装置４９に強度測定値を表示し、強度測定値を半径方向範囲にソートし、そして研磨終点を検知するようプログラムされていてもよい。コンピュータ４８はまた、圧力機構８２にも接続されて、キャリアヘッド８０により加えられる圧力を制御し、キャリアヘッド回転モータ７６に接続されて、キャリアヘッド回転レートを制御し、プラテン回転モータ（図示せず）に接続されて、プラテン回転レートを制御し、またはスラリ分配装置５２に接続されて、研磨パッドに供給するスラリ配合を制御する。
【００２７】
金属研磨について図３を参照すると、基板１０は、シリコンウェーハ１２と、酸化物層または窒化物層１４の上に配置された金属層１６とを含み、酸化物層または窒化物層もそれ自身パターン化されるか、または別のパターン層の上に配置される。金属は、とりわけ、銅、タングステン、またはアルミニウムであってもよい。異なる反射率を持つ基板の異なる部分が研磨される場合は、検知器４６からの信号出力は時間とともに変化する。検知器４６の時間変化出力は、インシトゥ反射率測定トレースと呼ばれる（または、より簡単に、反射率トレースと呼ばれる）。以下に説明するように、この反射率トレースを用いて金属層研磨操作の終点を決定できる。
【００２８】
図４を参照すると、プラテンの回転とキャリアヘッドの直線スイープとの組合せにより、窓３６（およびその結果、レーザビーム４２）が、キャリアヘッド８０と基板１０の底面を横切るスイープパス１２０をスイープする。図５を参照すると、レーザビームが基板を横切る各時間に、光学監視装置４０は、一連の強度測定値Ｉ1、Ｉ2、Ｉ3、．．．、ＩN（番号Ｎはスイープからスイープまでと異なってもよい）を生成する。光学監視装置４０のサンプルレートＦ（強度測定が生成されるレート）は、およそ５００から２０００Ｈｚ、またはより高くてもよく、これは、０．５〜２ｍｓｅｃの間のサンプリング周期と一致する。
【００２９】
コンピュータ４８が光学監視装置からの信号を処理する場合、１つ以上の値が各一連の強度測定値Ｉ1、Ｉ2、Ｉ3、．．．、ＩNから抽出される。例えば、単一スイープからの一連の強度測定値は、平均化されて平均強度ＩMEANを生成することができる。代替として、コンピュータは、この級数から最小強度ＩMIN、または最大強度IMAXを抽出できる。更に、コンピュータは、最大強度と最小強度の差、すなわち、IMAX−ＩMINに等しい強度差ＩDIFを生成できる。
【００３０】
一連のスイープに対してコンピュータ４８により抽出される一連の値は、メモリまたは不揮発性記憶装置に保存される。図６を参照すると、この一連の抽出値は（１スイープ当たり１抽出値で）、測定時間の関数として組み合わされ表示されて、基板の反射率の時間変化トレース１００を提供する。この時間変化トレースはフィルタリングされてノイズを除去してもよい。
【００３１】
強度トレース１００の全体の形は以下のように説明される。最初に、金属層１６は、下地パターン層１４のトポロジーのために、ある量の初期トポグラフィーを有する。このトポグラフィーのために、光ビームは金属層に入射した時に散乱する。研磨操作がトレース区間１０２に進むと、金属層はより平坦になり、研磨された金属層の反射率は増大する。大部分の金属層がトレース区間１０４で除去されると、強度は比較的安定に保たれる。一旦、酸化層がトレースにおいて露出し始めると、全体の信号強度は、トレース区間１０６で急速に低下する。一旦、酸化層がトレースで全体に露出すると、強度は、酸化層が除去されるので干渉効果により小さな振動を受けるが、再びトレース区間１０８で安定する。
【００３２】
強度データが収集され、時間変化強度トレースが生成されるにつれ、コンピュータ４８はパターン認識プロセスを実行して、時間変化トレース１００内の、研磨終点の誘因となる一連の終点基準１１０、１１２、および１１４を探す。一連の３個の終点基準を示しているが、一個か二個の終点基準だけでも、あるいは４個以上の終点基準でもよい。各終点基準は１つ以上の終点条件を含むことができる。可能性のある終点条件は、局部的な最小値または最大値、傾斜の変化、または強度や傾斜のしきい値、あるいはそれらの組合せを含んでいる。終点基準は、研磨装置のオペレータにより、経験、テストウェーハからの終点トレース解析、および光学的なシミュレーションを基に設定されるのが普通である。例えば、金属研磨中の反射率トレースを監視する場合、オペレータは、コンピュータ４８が、レベルアウト１１０、急減１１２、および別のレベルアウト１１４を検知すると、研磨装置に研磨を停止するよう命令できる。図６に示す終点基準は、強度トレースの傾斜の変化と関連しているが、別の終点基準を用いることもできる。一般に、一旦、最後の終点基準が検知されると、研磨操作は停止される。代替として、研磨は最後の終点基準の検知後のプリセット時間の間、継続し、次いで停止する。
【００３３】
残念ながら、ある状況の下では、光学検知器からの信号が、コンピュータ４８にとって終点基準を検知するには余りにも小さいか、または雑音を含むことがある。加えて、強度トレース１００の急激な傾斜変化のために、研磨終点が精確に計算できないこともある。
【００３４】
ここで図７を参照すると、修正された終点決定プロセスが示されている。第１に、終点決定中に用いられる研磨パラメータが幾つかコンピュータ４８のメモリ内に保存されている（ステップ１２０）。関連する研磨パラメータは、キャリアヘッド圧力、キャリアヘッド回転レートとプラテン回転レート、予定研磨終了時間、および研磨パラメータ修正のための既定時間を含んでいる。
【００３５】
基板１２の表面上の層は、基板の表面を研磨パッド３０と接することによって研磨される（ステップ１２２）（図２）。研磨パッド３０は回転し、基板と研磨パッドとの間の相対運動を生じる。
【００３６】
窓が基板の真下を通過する度に、基板からの反射強度は測定される（ステップ１２４）。その強度は収集されて、時間変化強度トレースが生成される。コンピュータは、強度トレースに対するパターン認識プログラムを実行して、終点基準を検知する（ステップ１２６）。
【００３７】
基板が、予定研磨終点で、研磨の完了に近づくにつれ、コンピュータ４８は研磨パラメータを修正して、研磨レートを低下させる（ステップ１２８）。特に、下地パターン層が露出するまで被覆層が研磨される場合の研磨操作（例えば、金属、ポリシリコン、または浅い絶縁溝等）中では、下地層が最初に露出される前に、研磨レートを低下させることができる。研磨レートは、およそ係数２ないし４まで、すなわち、約５０％ないし７５％まで、低下させられる。研磨レートを低下させるため、キャリアヘッド圧力を低下させることができ、スラリ配合を変更してキャリアヘッド回転を低下させることができ、スラリ配合を変更して研磨速度の遅い研磨スラリを導入することができ、および／またはプラテン回転レートを低下させることができる。例えば、キャリアヘッドからの基板上の圧力は、約３３％ないし５０％まで低下させることができ、プラテン回転レートとキャリアヘッド回転レートは、ともに約５０％まで低下させることができる。
【００３８】
下地誘電層が露出する前に研磨レートを低下させることにより、ディッシングと侵食効果は減少する。加えて、研磨装置の相対的な反応時間が改善され、研磨装置が、最終的な終点基準が検知された後に除去される材料が少なくなるよう研磨を停止できる。更に、予定研磨終了時間近くでは、より多くの強度測定を収集して、それにより研磨終点計算の精度を潜在的に改善することができる。しかし、大部分の研磨操作を通じて高い研磨レートを維持することによって、高いスループットが達成できる。金属層バルク研磨の少なくとも７５％、例えば、８０〜９０％が、キャリアヘッド圧力を低下させる前に、または他の研磨パラメータが変更される前に、完了されることが好ましい。
【００３９】
コンピュータ４８が研磨レートを低下させる場合の時間は、研磨装置のオペレータにより経験的に、そしてテストウェーハからの終点トレースの解析により選択される既定時間Ｔdefaultによって設定できる。代替として、研磨パラメータを変更して研磨レートを低下させる時間は、基板の研磨中に検知される終点基準から計算できる。例えば、その時間は、第１の終点基準が検知される時間Ｔdetect1に続く複数のまたは１つのプリセットマージンであってもよい。
【００４０】
一旦コンピュータが最終終点基準を検知すると、直ちに、またはプリセット時間が経過した後、研磨が停止される（ステップ１３０）。最終的な終点基準に対する精確な値を選択する際に、研磨装置のオペレータは、予定研磨終点の近傍で、低下した研磨レートを考慮することができる、ということに注意されたい。
【００４１】
平均、最小、最大、および強度トレース差を考えると、幅広く多様な終点検知アルゴリズムが実装できる。別々の終点基準（例えば、局部的な複数の最小値か複数の最大値、傾斜、またはしきい値に基づく）が各種のトレースに対して作成でき、そして各種トレースに対する終点条件をブール論理式と組み合わせることができる。強度トレースもまた、基板上の半径方向の複数の範囲について作成できる。複数の半径方向範囲についての強度トレースの生成は、１９９８年１１月２日出願の米国特許出願第０９，１８４，７６７号において説明されており、この開示のすべてを引用して本明細書に組み込む。
【００４２】
終点基準は、研磨パラメータの変更を引き起こすために使用できる。例えば、光学監視装置が第２の終点基準を検知した場合、ＣＭＰ装置はスラリ配合を変更してもよい（例えば、高い精選度のスラリから低い精選度のスラリへ）。
【００４３】
金属研磨操作からの反射率信号について１つの実施例を説明したが、終点検知プロセスは、誘電体研磨等の他の研磨操作にも適用可能であり、また、干渉計、スペクトロメータ、および偏光解析等の、他の光学監視技法にも適用可能である。更に、本発明は光学監視装置の観点から説明したが、本発明の原理は、例えば、キャパシタンス、モータ電流、または摩擦監視装置等の、他の化学的機械研磨終点監視装置にも適用可能である。
【００４４】
本発明は好ましい実施の形態の観点から説明した。しかし、本発明は、図示され、説明された実施の形態に限定されるものではない。むしろ、本発明の範囲は、付帯する請求項により定義される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 化学的機械研磨装置の分解斜視図。
【図２】 光学監視装置を含む化学的機械研磨装置の側面図。
【図３】 処理中の基板の断面略図であって、基板に入射して、基板から反射するレーザビームを略図で示す。
【図４】 キャリアヘッド直下のレーザの経路を示す略図。
【図５】 光学監視装置からの仮想強度測定値を示すグラフ。
【図６】 キャリアヘッド直下の窓の複数回スイープから生成された仮想強度軌跡を示すグラフ。
【図７】 研磨終点を判定する方法のフローチャート。
【符号の説明】
１０ 基板
１２ シリコンウェーハ
１４ 酸化物層または窒化物層
１６ 金属層
２０ ＣＭＰ装置
２２ 研磨ステーション
２３ 搬送ステーション
２４ 回転プラテン
２５ 中央軸
２６ 孔
３０ 研磨パッド
３２ 裏打層
３４ 被覆層
３６ 透明窓
４０ 光学監視装置
４２ 光ビーム
４４ 光源（レーザー）
４６ 検知器
４８ コンピュータ
４９ 出力装置
５０ スラリ
５２ スラリ供給装置
５４ スラリ源
５６ スラリ／リンス併用アーム
５８ 制御弁
６０ カルーセル
６２ センターポスト
６４ カルーセル軸
６６ 支持プレート
６８ カバー
７０ キャリアヘッド装置
７２ 半径方向スロット
７４ キャリア駆動軸
７６ キャリアヘッド回動モータ
８０ キャリアヘッド
８１ 中央軸
８２ 圧力源(圧力機構)
８４ チャンバ
９０ 位置センサ
９２ フラグ
１００ 強度軌跡
１０２,１０４,１０６,１０８ 区間
１１０ 終点基準：レベルアウト
１１２ 終点基準：急減
１１４ 終点基準：レベルアウト
Ｆ サンプルレート
Ｉ1,Ｉ2,Ｉ3,．．．,ＩN 強度測定値
ＩMAX 最大強度
ＩMIN 最小強度
ＩDIF 最大強度と最小強度の差
ＴDETECT1,ＴDETECT2, ＴDETECT3 検知時間
Claims (12)
- 化学的機械研磨操作のためのコンピュータに実装される終点検知方法であって、
化学的機械研磨装置により基板を研磨するステップと、
前記化学的機械研磨装置により研磨中の基板の研磨時間を測定するステップと、
当該研磨されている基板の反射率の変化に依存する、時間変動する信号を出力する研磨終点検知装置により、研磨中に光学的に基板を監視するステップと、
研磨終点を示す終点基準を検知するために前記信号を監視するステップと、
前記終点基準が検知される前に、研磨レートが低下するように、化学的機械研磨操作の研磨パラメータが修正されるべき時間であるパラメータ変化時間を格納するステップと、
前記研磨時間が、想定される研磨終了時間に近づいているが、前記終点基準が検知される前に、研磨レートが低下するように、前記研磨時間が、前記パラメータ変化時間に達したときに、研磨中の基板の研磨レートが低下するように、前記化学的機械研磨操作の研磨パラメータを修正するステップと、
前記終点基準が一旦検知されると研磨を停止するステップと、を含む方法。 - 前記基板を研磨するステップは、前記基板上の金属層を研磨するステップを含む、請求項１記載の方法。
- 前記基板を研磨するステップは、前記基板上の誘電体層を研磨するステップを含む、請求項１記載の方法。
- 前記パラメータ変化時間を格納するステップは、前記研磨パラメータが修正されるべき時間であるデフォルト時間を格納するステップを含む、請求項１記載の方法。
- 前記研磨終点検知装置から受信される前記信号から、前記研磨パラメータが修正されるべき時間である前記パラメータ変化時間を計算することを更に含む、請求項１記載の方法。
- 前記研磨パラメータの修正が、前記基板にかかる圧力を低下させることを含む、請求項１記載の方法。
- 前記研磨パラメータの修正が、前記基板と研磨面との間の相対速度を低下させることを含む、請求項１記載の方法。
- 前記基板は、第２層を覆って配置される第１層を含み、前記研磨レートは前記第２層が露出する前に低下させられる、請求項１記載の方法。
- 前記第１層が銅であり、前記第２層は酸化シリコンである、請求項８記載の方法。
- 前記研磨パラメータは、研磨レートが５０％ないし７５％まで低下させられるように修正される、請求項１記載の方法。
- 前記パラメータ変化時間は、前記基板の研磨中の層のバルク研磨の８０〜９０％が完了した後の時間である、請求項１記載の方法。
- 化学的機械研磨装置であって、
研磨面、
前記研磨面と接触する基板を保持するキャリアヘッド、
相対運動を創出するために前記研磨面と前記キャリアヘッドの少なくとも一方に結合されるモータ、
研磨中に光学的に基板を監視する研磨終点検知装置であって、当該研磨されている基板の反射率の変化に依存する、時間変動する信号を出力する研磨終点検知装置、および、
前記研磨終点検知装置からの信号を受信するためのコントローラを備え、
前記コントローラは、
研磨操作中に基板の研磨時間を測定し、
前記終点基準が検知される前に、研磨レートが低下するように、化学的機械研磨操作の研磨パラメータが修正されるべき時間であるパラメータ変化時間を格納し、
研磨終点を示す終点基準を検知するために前記信号を監視し、
前記研磨時間が、想定される研磨終了時間に近づいているが、前記終点基準が検知される前に、研磨レートが低下するように、前記研磨時間が、前記パラメータ変化時間に達したときに、研磨中の基板の研磨レートが低下するように、前記化学的機械研磨操作の研磨パラメータを修正し、
そして、前記終点基準が一旦検知されると、前記基板の研磨を停止するように構成される装置。
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