JP5629690B2 - 半定量的な厚さの決定 - Google Patents

Description

本発明は、一般に、基板の化学機械研磨に関する。

集積回路は、典型的には、シリコンウェハ上に導電層、半導電層、絶縁層を順次堆積させることによって基板上に形成される。ある製作ステップは、平坦でない表面上に充填層を堆積させ、この充填層を平坦化するものである。ある種の応用例の場合、パターン層の上面が露出するまで充填層を平坦化する。例えば、パターン付きの絶縁層上に導電性の充填層を堆積させることで、絶縁層内のトレンチまたは穴を充填することができる。平坦化の後に、絶縁層の一段高くなったパターンの間に残っている導電層の各部分が、バイア、プラグ、ラインを形成し、これらにより基板上の薄膜回路間に導電経路が提供される。酸化物研磨のような他の応用例では、平坦でない表面の上に所定の厚さが残るまで充填層を平坦化する。これに加えて、通常、基板表面の平坦化はフォトリソグラフィにとって望ましいものである。

化学機械研磨（ＣＭＰ）は、一般に認められた１つの平坦化方法である。この平坦化方法では、典型的には、基板をキャリアまたは研磨ヘッド上に載置する必要がある。典型的には、基板の露出面を回転研磨ディスクパッドまたはベルトパッドに接して配置する。研磨パッドは、標準的なパッドまたは固定型の研摩パッドのいずれでもよい。標準的なパッドは耐久性のある粗い表面を有し、一方、固定型の研摩パッドは閉じ込め媒体内に研摩粒子を保持している。キャリアヘッドは基板への制御可能な負荷を与えて、基板を研磨パッドに押し付ける。典型的には、研磨パッドの表面に研磨スラリが供給される。研磨スラリは、少なくとも１つの化学反応剤を含んでおり、標準的な研磨パッドと共に用いる場合には研摩粒子を含む。

ＣＭＰでの１つの問題は、研磨プロセスが完了したかどうかを判定すること、すなわち、基板層が所望の平坦度または厚さにまで平坦化されたかどうか、あるいは所望の量の材料がいつ除去されたかを判定することである。導電層または膜を過剰に研磨する（除去が多すぎる）と、回路抵抗の増加につながる。一方、導電層の研磨が不足する（除去が少なすぎる）と、電気的短絡につながる。基板層の最初の厚さ、スラリ組成、研磨パッドの状態、研磨パッドと基板の間の相対速度、および基板への負荷におけるばらつきは、材料の除去率にばらつきを生じさせる可能性がある。これらのばらつきにより、研磨終点に達するのに要する時間にばらつきが生じる。したがって、研磨終点を単純に研磨時間の関数として決定することができない。

基板が研磨されている間に、基板はまた光源からの光で照射される。基板の表面から反射した光の現在のスペクトルが測定される。

一実施形態では、第１のパラメータ値を有する選択されたピークが、現在のスペクトル内で識別される。プロセッサを用いて、第１のパラメータに関連する第２のパラメータの値が、ルックアップテーブルから決定される。第２のパラメータの値に応じて、基板の研磨が変更される。基板を研磨する前に、基板から反射した光の最初のスペクトルを測定してもよく、最初のスペクトルの選択されたピークに対応する波長を決定してもよい。

他の実施形態では、プロセッサを用いて、ルックアップテーブルから研磨終点が決定される。ここで、ルックアップテーブルが第１のパラメータおよび第２のパラメータ用の値を含み、第２のパラメータの目標値を定め、第２のパラメータの目標値に関連する第１のパラメータの値を決定することにより研磨終点が決定される。基板が研磨され、基板は第２の光線で照射される。基板が研磨されている間に基板の表面から反射した第２の光線の現在のスペクトルが測定される。現在のスペクトルで選択されたピークおよび選択されたピークに対応する波長が識別される。選択されたピークに関連する第１のパラメータの値が決定される。選択されたピークに関連する第１のパラメータの値が第２のパラメータ目標値に関連する第１のパラメータの値の所定の範囲内である場合に、研磨が中止される。

基板を研磨するステップが基板の表面からある量の平坦化物質を除去することを含んでもよく、第２のパラメータはその平坦化物質の厚さである。

第１のパラメータは、最初のスペクトルの選択されたピークに対応する波長に対する波長シフトであってもよい。更に、第１のパラメータは、最初のスペクトルの選択されたピークの幅に対するその選択されたピークの幅の変化であってもよい。

研磨に関連するプロセスはシャロートレンチ分離プロセスであってもよい。更に、研磨に関連するプロセスは層間絶縁膜プロセスであってもよい。

本発明の様々な態様は、データ処理機器によって行われるプロセスにおいて、コンピュータがそうしたプロセスを行うように指示するコンピュータプログラム命令がコード化された有形のコンピュータで読み取り可能な媒体として、またはそうしたプロセスを行うデータ処理機器として、具現化することができる。

化学機械研磨装置を示した図である。 研磨パッド窓の実施態様を示した図である。 研磨パッド窓の実施態様を示した図である。 研磨パッド窓の実施態様を示した図である。 研磨パッド窓の実施態様を示した図である。 研磨パッド窓の実施態様を示した図である。 研磨パッド窓の実施態様を示した図である。 研磨パッド窓の実施態様を示した図である。 研磨パッド窓の実施態様を示した図である。 噴射システムの実施態様を示した図である。 噴射システムの代替実施態様を示した図である。 研磨パッドの俯瞰図であり、ｉｎ−ｓｉｔｕ測定値を採取する位置を示している。 ｉｎ−ｓｉｔｕ測定値から取得されたスペクトルのグラフである。 ｉｎ−ｓｉｔｕ測定値から取得されたスペクトルのグラフである。 ｉｎ−ｓｉｔｕ測定値から取得されたスペクトルのグラフである。 ｉｎ−ｓｉｔｕ測定値から取得されたスペクトルのグラフである。 酸化物の厚さに対するスペクトルでの選択されたピークの位置のグラフである。 ルックアップテーブルを示した表である。 選択されたピークに関連する第２のパラメータの値を用いることにより基板の研磨を変更する際のルックアップテーブルの使用法を示したフローチャートである。 終点を決定する際のルックアップテーブルの使用法を示したフローチャートである。

各図において、同じ参照符号は同じ構成要素を表している。

図１は、基板１０を研磨するように動作可能な研磨装置２０を示している。この研磨装置２０は回転可能なディスク状のプラテン２４を含み、そのプラテンの上に研磨パッド３０が位置している。プラテンは軸２５周りで回転するように動作可能である。例えば、モータが駆動シャフト２２を回し、プラテン２４を回転させることができる。研磨パッド３０は、例えば接着層によってプラテン２４に取り外し可能に固定させることができる。研磨パッド３０は、摩耗したら取り外して交換することができる。研磨パッド３０は、外部研磨層３２とより柔軟なバッキング層３４とを有する２層の研磨パッドであってもよい。

研磨パッドを通る光アクセス３６が、アパーチャ（すなわち、パッドを通る穴）または固体窓を含めることによって与えられる。固体窓は研磨パッドに固定させることができるが、いくつかの実施態様では固体窓をプラテン２４上に支持し、研磨パッドのアパーチャ内に突出させることができる。通常は、プラテン２４の凹部２６内に位置している光学ヘッド５３の上にアパーチャまたは窓が重なるように、研磨パッド３０をプラテン２４の上に置く。その結果、光学ヘッド５３は、アパーチャまたは窓を介して、研磨中の基板に光アクセスすることができる。光学ヘッドについて以下で更に説明する。

窓は、例えば石英やガラスのような堅い結晶質もしくはガラス質の材料、シリコーンやポリウレタンやハロゲン化ポリマー（例えばフッ素重合体）のような柔軟なプラスチック材料、またはこれらの材料の組み合わせであってもよい。窓は白色光に対して透過性があってもよい。固体窓の上面が堅い結晶質またはガラス質の材料である場合は、引っ掻きを防ぐために上面を研磨面から十分に後退させるべきである。上面が研磨面に近接しており研磨面と接触するおそれがある場合は、窓の上面を柔軟なプラスチック材料にするべきである。いくつかの実施態様では、固体窓は研磨パッド内に固定されており、ポリウレタン製の窓であるか、または石英とポリウレタンの組み合わせを有する窓である。窓は、例えば青色光や赤色光のような特定色の単色光に対して、例えば約８０％のような高い透過率を有することができる。窓と研磨パッド３０の境界面から液体が漏出しないように、窓を研磨パッド３０に対して密封してもよい。

一実施態様では、窓は柔軟なプラスチック材料の外層で覆われた堅い結晶質またはガラス質の材料を含んでいる。柔軟な材料の上面は研磨面と同一平面上にあってもよい。堅い材料の底面は研磨パッドの底面と同一平面上にあるか、またはこの底面に対して後退していてもよい。特に、研磨パッドが２つの層を含む場合は、固体窓を研磨層と一体化させ、この固体窓にそろったアパーチャを底層が有するようにすることができる。

堅い結晶質またはガラス質の材料と柔軟なプラスチック材料との組み合わせを窓が含むと仮定すると、この２つの部分を固定するために接着剤を用いる必要はない。例えば、一実施態様では、窓のポリウレタン部分を石英部分と結合させるために接着剤を用いていない。あるいは、白色光に対して透過性のある接着剤を用いてもよく、または窓を通過する光が接着剤を通過しないように接着剤を塗布してもよい。一例として、ポリウレタン部分と石英部分の境界面の周辺だけに接着剤を塗布してもよい。屈折率ゲルを窓の底面に塗布してもよい。

必要に応じて、窓の底面に１つまたは複数の凹部を含めてもよい。凹部は、例えば、光ファイバケーブルの端部または渦電流センサの端部を収容できる形状とすることができる。この凹部により、光ファイバケーブルの端部または渦電流センサの端部を、研磨中の基板表面から窓の厚さよりも短い距離だけ離れたところに位置するようにできる。堅い結晶質の部分またはガラス質の部分を窓が含み、このような部分に機械加工によって凹部が形成されている実施態様では、機械加工によって生じた引っ掻きを除去するように凹部を研磨する。あるいは、凹部の表面に溶剤および／または液体ポリマーを塗布して、機械加工により生じた引っ掻きを除去してもよい。機械加工によって普通に生じた引っ掻きを除去することで、散乱を抑え、窓を通過する光の透過率を向上させることができる。

図２Ａ〜図２Ｈは、窓の様々な実施態様を示している。図２Ａに示すように、窓は、ポリウレタン部分２０２と石英部分２０４の２つの部分をもってもよい。これらの部分は層状になっており、石英部分２０４の上にポリウレタン部分２０２が位置している。ポリウレタン層の上面２０６が研磨パッドの研磨面２０８と同一平面上にあるように、窓が研磨パッド内に位置していてもよい。

図２Ｂに示すように、ポリウレタン部分２０２は石英部分が内部に位置している凹部をもってもよい。石英部分の底面２１０が露出している。

図２Ｃに示すように、ポリウレタン部分２０２は、石英部分２０４内へ突出する突出部、例えば突出部２１２を含んでもよい。この突出部は、基板または保持リングからの摩擦によってポリウレタン部分２０２が石英部分２０４から引き離される可能性を減らす働きをすることができる。

図２Ｄに示すように、ポリウレタン部分２０２と石英部分２０４の境界面は粗い面であってもよい。そうした面により、窓の２つの部分の結合力が強化し、また、基板または保持リングからの摩擦によってポリウレタン部分２０２が石英部分２０４から引き離される可能性を減らすことができる。

図２Ｅに示すように、ポリウレタン部分２０２の厚さは不均一であってもよい。光線の経路２１４に入る位置での厚さは、光線の経路２１４に入らない位置での厚さよりも薄くなる。一例として、厚さｔ_１は厚さｔ_２よりも薄い。あるいは、窓の縁の厚さを薄くしてもよい。

図２Ｆに示すように、接着剤２１６を用いて、ポリウレタン部分２０２を石英部分２０４に取り付けてもよい。接着剤は、光線の経路２１４に入らないように塗布してもよい。

図２Ｇに示すように、研磨パッドは研磨層とバッキング層を含んでもよい。ポリウレタン部分２０２は研磨層を通り、少なくとも一部がバッキング層内に延在している。バッキング層の穴は研磨層の穴よりも大きくてもよく、バッキング層内のポリウレタンの区間は、研磨層内のポリウレタンの区間より広くてもよい。したがって、窓に張り出してポリウレタン部分２０２を石英部分２０４から引き離す力に抵抗するように働くことができるリップ部２１８を、研磨層は提供する。ポリウレタン部分２０２は、研磨パッドの層の穴と一致する。

図２Ｈに示すように、石英部分２０４の底面２１０に屈折率ゲル２２０を塗布することで、ファイバケーブル２２２から窓へ光が進む媒体を提供するようにしてもよい。屈折率ゲル２２０はファイバケーブル２２２と石英部分２０４の間の容量を充填し、ファイバケーブル２２２の屈折率および石英部分２０４の屈折率と一致するか、またはそれらの間の屈折率を有することができる。

窓が石英部分とポリウレタン部分の両方を含む実施態様では、ポリウレタン部分は、研磨パッドの寿命期間中にポリウレタン部分が摩耗して石英部分が露出しないような厚さを有するべきである。石英を研磨パッドの底面から後退させ、ファイバケーブル２２２の一部を研磨パッド内に延在させてもよい。

上述の窓と研磨パッドは様々な技術を用いて製造することができる。研磨パッドのバッキング層３４をその外部研磨層３２に例えば接着剤で取り付けることができる。光アクセス３６を与えるアパーチャは、例えばアパーチャを含むようにパッド３０を切断または鋳造することでパッド３０に形成することができ、そのアパーチャ内に窓を挿入し、例えば接着剤によりパッド３０に固定することができる。あるいは、窓になる液体前駆体をパッド３０のアパーチャ内に分注し、硬化させて窓を形成することもできる。あるいは、固体の透明な要素、例えば上述した結晶質またはガラス質の部分を液体パッド材料内に位置決めし、その液体パッド材料を硬化させて透明な要素の周囲にパッド３０を形成してもよい。後者の２つの場合のいずれにおいても、パッド材料のブロックを形成することができ、窓が鋳造された研磨パッドの層をこのブロックから取り除くことができる。

結晶質またはガラス質の第１の部分と、柔軟なプラスチック材料で作られた第２の部分とを窓が含む実施態様では、上述した液体前駆体の技術を適用することにより、第２の部分をパッド３０のアパーチャ内に形成することができる。その後、第１の部分を挿入することができる。第２の部分の液体前駆体が硬化する前に第１の部分を挿入した場合は、硬化によって第１の部分と第２の部分が結合することができる。液体前駆体が硬化した後に第１の部分を挿入した場合は、接着剤を用いて第１の部分と第２の部分を固定することができる。

研磨装置２０は、光アクセス３６を通る光透過を向上させるための噴射システムを含んでもよい。この噴射システムには色々な実施態様がある。研磨パッド３０が固体窓の代わりにアパーチャを含む研磨装置２０の実施態様では、噴射システムは、光学ヘッド５３の上面に渡って、例えばガスや液体のような流体の層流を与えるように実施される。（この上面は、光学ヘッド５３に含まれるレンズの上面であってもよい。）光学ヘッド５３の上面に渡って流れる流体の層流は、光アクセスから不透明なスラリを一掃し、かつ／または上面上でスラリが乾燥することを防止できるため、結果的に光アクセスを通る透過が向上する。研磨パッド３０がアパーチャの代わりに固体窓を含む実施態様では、噴射システムは、窓の底面でガス流を導くように実施される。ガス流により、光アクセスを妨げるおそれのある凝縮が固体窓の底面に形成されるのを防ぐことができる。

図３は、層流噴射システムの実施態様を示している。この噴射システムは、ガス源３０２、送出ライン３０４、送出ノズル３０６、吸引ノズル３０８、真空ライン３１０、および真空源３１２を含む。ガス源３０２と真空源は、同一のまたはほぼ同じ容量のガスを導入および吸引できるように構成することができる。送出ノズル３０６は、ガスの層流が、研磨中の基板表面にではなく、ｉｎ−ｓｉｔｕ監視モジュールの透明な上面３１４に渡って導かれるように位置している。したがって、研磨中の基板表面上のスラリがガスの層流によって乾燥するという、研磨に望ましくない影響を与え得ることがなくなる。

図４は、固体窓の底面上における凝縮の形成を防止するための噴射システムの実施態様を示している。このシステムにより、研磨パッド窓の底面における凝縮の形成が減少または防止される。このシステムは、ガス源４０２、送出ライン４０４、送出ノズル４０６、吸引ノズル４０８、真空ライン４１０、および真空源４１２を含む。ガス源４０２と真空源は、同一のまたはほぼ同じ容量のガスを導入および吸引できるように構成することができる。送出ノズル４０６は、ガス流が研磨パッド３０内の窓の底面に導かれるように位置している。

図４の実施態様の代替形である一実施態様では、噴射システムは真空源または真空ラインを含んでいない。これらの構成部品の代わりに、噴射システムは、プラテンに形成された通気孔を含んでおり、これにより、固体窓の下の空間内に導入されたガスを、プラテンの側部に、あるいは研磨装置内の耐湿性を有するどこか他の場所に排出することができる。

上述したガス源と真空源を、プラテンと共に回転しないように、プラテンから離れたところに配置してもよい。この場合、供給ラインと真空ラインのそれぞれには、ガスを搬送するための回転カップラが含まれる。

図１に戻って、研磨装置２０は複合スラリ／すすぎアーム３９を含んでいる。研磨中に、アーム３９は、液体とｐＨ調整剤を含有するスラリ３８を分注するように動作可能である。あるいは、研磨装置は、研磨パッド３０上にスラリを分注するように動作可能なスラリポートを含む。

研磨装置２０は、基板１０を研磨パッド３０に押し当てるように動作可能なキャリアヘッド７０を含んでいる。キャリアヘッド７０は、例えばカルーセルのような支持構造７２からつるされており、キャリアヘッドが軸７１を中心に回転できるように、キャリア駆動シャフト７４によってキャリアヘッド回転モータ７６に接続されている。これに加えて、キャリアヘッド７０は、支持構造７２に形成された放射状のスロット内で横方向に振動することができる。動作の際に、プラテンはその中心軸２５を中心に回転し、キャリアヘッドはその中心軸７１を中心に回転し、研磨パッドの上面を横切って横方向に平行移動する。

研磨装置はまた光学監視システムを含んでおり、以下で説明するように、この光学監視システムを用いて研磨終点を決定することができる。この光学監視システムは、光源５１と光検出器５２を含んでいる。光は光源５１から研磨パッド３０内の光アクセス３６を通過して基板１０に当たり、基板１０から反射され、再び光アクセス３６を通過して光検出器５２に進む。

分岐光ケーブル５４を用いて光を光源５１から光アクセス３６に伝送し、再び光アクセス３６から光検出器５２に戻すことができる。この分岐光ケーブル５４は「トランク」５５と２つの「ブランチ」５６および５８を含んでもよい。

上述したように、プラテン２４は凹部２６を含み、凹部２６の内に光学ヘッド５３が位置している。光学ヘッド５３は分岐ファイバケーブル５４のトランク５５の一端を保持し、この分岐ファイバケーブルは、研磨中の基板表面へ、また基板表面から光を伝達するように構成されている。光学ヘッド５３は、（例えば、図３に示すように）分岐ファイバケーブル５４の端部の上に重なる１つまたは複数のレンズまたは窓を含んでもよい。あるいは、光学ヘッド５３は、トランク５５の端部を研磨パッド内の固体窓の付近に単純に保持するだけでもよい。光学ヘッド５３は、上述した噴射システムのノズルを保持することができる。更に、例えば予防または修正のメンテナンスを行うために、必要に応じて光学ヘッド５３を凹部２６から取り外すことができる。

プラテンは取り外し可能なｉｎ−ｓｉｔｕ監視モジュール５０を含んでいる。このｉｎ−ｓｉｔｕ監視モジュール５０は、光源５１、光検出器５２、および光源５１と光検出器５２の間で信号の送受信を行う回路のうちの１つまたは複数を含むことができる。例えば、検出器５２の出力は、駆動シャフト２２内の、例えばスリップリングのような回転カップラを通って光学監視システムのコントローラに到るデジタル電子信号であってもよい。同様に、コントローラから回転カップラを通ってモジュール５０に到るデジタル電子信号内の制御命令に応じて、光源をオンまたはオフすることができる。

ｉｎ−ｓｉｔｕ監視モジュールはまた、分岐光ファイバ５４のブランチ部分５６および５８のそれぞれの端部を保持してもよい。光源は光を伝送するように動作可能であり、この光はブランチ５６を通って伝達され、光学ヘッド５３内に配置されているトランク５５の端部から出て、研磨中の基板に当たる。基板から反射された光は、光学ヘッド５３内に配置されているトランク５５の端部で受光され、ブランチ５８を通って光検出器５２に伝達される。

一実施態様では、分岐ファイバケーブル５４は１束の光ファイバである。この束は、光ファイバの第１のグループと、光ファイバの第２のグループとを含む。第１のグループ内の１本の光ファイバは、光源５１から研磨中の基板表面へ光を伝達するように接続されている。第２のグループ内の１本の光ファイバは、研磨中の基板表面から反射された光を受光し、受光したこの光を光検出器に伝達するように接続されている。第２のグループ内の光ファイバが（分岐ファイバケーブル５４の断面で見たときに）分岐光ファイバ５４の縦軸上に中心を置くＸ字型を形成するように、これらの光ファイバを配置することができる。あるいは、他の配置により実施することもできる。例えば、第２のグループ内の光ファイバは、互いに鏡像となるＶ字型を形成してもよい。適切な分岐光ファイバは、テキサス州キャロルトンにあるＶｅｒｉｔｙ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ，Ｉｎｃ．より入手可能である。

通常は、研磨パッド窓と、この研磨パッド窓に近接した分岐ファイバケーブル５４のトランク５５の端部との間には最適な距離が存在する。この距離は経験的に決定することができ、例えば窓の反射率、分岐ファイバケーブルから放出される光線の形状、および監視されている基板までの距離によって影響を受ける。一実施態様では、分岐ファイバケーブルは、窓に近接した端部が、実際に窓に接触することなく窓の底部に可能な限り接近するように位置している。この実施態様では、研磨装置２０は、例えば光学ヘッド５３の一部として、分岐ファイバケーブル５４の端部と研磨パッド窓の底面との間の距離を調整するように動作可能な機構を含んでもよい。あるいは、分岐ファイバケーブルの近接した端部は、窓の中に埋め込まれている。

光源５１は白色光を放出するように動作可能である。一実施態様では、放出される白色光は、２００〜８００ナノメートルの波長を有する光を含んでいる。適切な光源はキセノンランプまたはキセノン水銀ランプである。

光検出器５２は分光計であってもよい。分光計は、基本的には電磁スペクトルの一部に渡っての光の性質、例えば強度を測定するための光学計器である。適切な分光計は格子分光計である。分光計の典型的な出力は、波長の関数としての光の強度である。

必要に応じて、ｉｎ−ｓｉｔｕ監視モジュール５０は他のセンサ要素を含んでもよい。ｉｎ−ｓｉｔｕ監視モジュール５０は、例えば渦電流センサ、レーザ、発光ダイオード、フォトディテクタを含んでもよい。ｉｎ−ｓｉｔｕ監視モジュール５０が渦電流センサを含む実施態様では、モジュール５０は、通常、研磨中の基板が渦電流センサの作業範囲内に入るように位置している。

光源５１と光検出器５２は、これらの動作を制御し、これらの信号を受信するように動作可能なコンピューティング装置に接続されている。このコンピューティング装置は、研磨装置の近くに位置しているマイクロプロセッサ、例えばパーソナルコンピュータを含んでもよい。制御については、コンピューティング装置は、例えば光源５１の起動をプラテン２４の回転と同期させてもよい。図５に示すように、コンピュータは、基板１０がｉｎ−ｓｉｔｕ監視モジュールを通過する直前に開始し、この通過の直後に終了する一連のフラッシュを光源５１に発光させてもよい。各点５０１〜５１１は、ｉｎ−ｓｉｔｕ監視モジュールからの光が基板１０に当たり、基板１０から反射した位置を表している。あるいは、コンピュータは、基板１０がｉｎ−ｓｉｔｕ監視モジュールを通過する直前に開始し、この通過の直後に終了する光を光源５１に連続的に発光させてもよい。

信号の受信については、コンピューティング装置は、例えば光検出器５２が受光した光のスペクトルを記述する情報を伝える信号を受信することができる。図６Ａは、光源の１回のフラッシュで発光され、基板で反射された光から測定されたスペクトルの例を示している。スペクトル６０２は、製品基板により反射された光から測定されている。スペクトル６０４は、ベースシリコン基板（シリコン層のみを有するウェハ）により反射された光から測定されている。スペクトル６０６は、基板が光学ヘッド５３上に位置していないときに光学ヘッド５３が受光した光からのものである。本明細書で暗い状態と呼ぶこの状態の下では、受光される光は典型的には周囲光である。

コンピューティング装置は、上述の信号またはその一部を処理して、研磨ステップの終点を決定することができる。特定の理論に限定されることなく、研磨が進行するにつれて、基板１０から反射した光のスペクトルは発展する。図６Ｂ、図６Ｃおよび図６Ｄは、色々なシャロートレンチ分離（ＳＴＩ）プロセスについて、対象となる膜の研磨が進行するときのスペクトルの発展の例を与えている。より具体的には、研磨が進行するにつれて、特別のピークの位置とその特別のピークに関連する幅の両方が変化する。

研磨が進行するときのピーク位置の結果を図７のグラフにまとめる。ここに図示されている全てのプロセスについて、反射率のピークの位置は、この場合、活性酸化物の厚さに対してほとんど線形に振る舞うことに留意されたい。特定の理論に限定されることなく、研磨中の基板上の膜の厚さは、活性酸化物の厚さの変化に比例して変化することが認められた。一般に、ピークの位置は研磨中の基板上の膜の厚さに対して線形に振る舞う必要はないが、例えば多項式または１組のベジエ関数として、比較的単純かつ既知の形で振る舞えば十分である。

そうした単純な振舞いは、同時係属の出願である米国特許出願第１１／５５５，１７１号でなされたような、現在のスペクトルのピークの振舞いを参照ライブラリ内の理論的または実験的に生成されたスペクトルのものと比較するために要求され得る大規模な取組みとはそぐわないかも知れない。むしろ、所与のプロセスでの反射率のピークに関連するパラメータの振舞いが単純なので、ピークに関連するパラメータとルックアップテーブル中の第２のパラメータとの関係をとらえることによって、この取組みの大部分を回避することができる。この第２のパラメータは、例えば研磨中の基板上の膜の厚さを表してもよい。

そうしたルックアップテーブルを図８に示す。このルックアップテーブルはパラメータ値の一覧表である。例えば、第１のパラメータは、最初のスペクトルに対するピークの位置の変化である。すると、対応する第２のパラメータは、除去された研磨膜の量とすることができる。ルックアップテーブルは以下のように用いられる。現在のスペクトルの選択されたピークが−２４７．００Åだけシフトしている場合、対応する除去された研磨膜の量は３００．００Åになる。あるいは、現在のスペクトルの選択されたピークが−２６５．００Åだけシフトしている場合、対応する除去された研磨膜の量は３２０．００Åになる。

しかしながら、もっと起こりそうなシナリオは、第１のパラメータの測定された値がルックアップテーブル中の第１のパラメータの値と正確に同じではないということである。第１のパラメータの値がルックアップテーブル中の第１のパラメータの最小値と最大値の間にあると仮定すると、第２のパラメータの対応する値は補間法によって求めることができる。補間法は、第１のパラメータに対する第２のパラメータの仮定された振舞いに依存する。例えば、その振舞いが線形であれば、線形補間を行うことになる。その際、現在のスペクトルの選択されたピークが−２５６．００Åだけシフトしている場合、線形の振舞いを仮定することにより、対応する除去された研磨膜の量は３１０．００Åが得られることになる。異なる振舞いを仮定すると異なる補間法が必要になり、その補間法によって、対応する除去された研磨膜の量の異なる値を得ることができる。

したがって、ルックアップテーブルを用いて、測定された現在の反射率のスペクトルから、除去された研磨膜の量をいつでも決定することができる。この決定を行うそうした方法９００を図９に示す。方法９００は、基板の研磨９０２を含む。この研磨は、基板を研磨するように動作可能な研磨装置で行われる。この研磨装置は、研磨パッドがその上に位置している回転可能なディスク状のプラテンを含んでいる。

基板が研磨されるとき、光源からの光９０４が生成される。光源は白色光を放出するように動作可能である。一実施態様では、放出される白色光は、２００〜８００ナノメートルの波長を有する光を含んでいる。適切な光源はキセノンランプまたはキセノン水銀ランプである。

光は普通、基板から検出器上に反射される９０６。その光は波長がある範囲にまたがっているため、反射率のスペクトルが検出器で形成される。つまり、例えば図６Ａのグラフで言及したように、光の反射率は波長に依存する。そこで、反射率のスペクトルは、検出器によって電気信号に変換することができる。

その信号が解析され、反射率のピークが選択される９０８。このとき、スペクトルから１つのピークが選択されるが、このスペクトルは波長の範囲に渡って複数のピークを含むこともある。ピークの波長および／もしくは幅の相対的な変化（例えば、ピークの下の固定距離で測定された幅、またはピークとそれに最も近い谷の中間の高さで測定された幅）の形式、ピークの絶対波長および／もしくは幅の形式、またはこれらの両方である第１のパラメータを用いて、経験式に従い研磨の終点を決定することができる。終点を決定するときに用いる最良のピーク（または複数のピーク）は、どの材料を研磨しているかということや、それらの材料のパターンに応じて変動する。

研磨プロセスの終点を決定するときに用いる、スペクトルのピークを選択する方法９０８を図９に示す。製品基板と同じパターンを有する基板の性質を測定する（ステップ９２２）。本明細書では、測定される基板のことを「設定」基板と呼ぶ。設定基板は、単に製品基板と類似の、もしくは製品基板と同じ基板であってもよく、または設定基板は、製品基板のバッチ中の１枚の基板であってもよい。測定される性質には、基板上の対象となる特定位置での、対象となる膜の研磨前の厚さがある。典型的には、多数の位置での厚さを測定する。通常、これらの位置は、各位置について同一タイプのダイ特徴が測定されるように選択される。測定は計測ステーションで行うことができる。

対象としている研磨ステップに従って設定基板を研磨し、研磨中に取得されたスペクトルを収集する（ステップ９２４）。研磨とスペクトルの収集は、上述した研磨装置で行うことができる。スペクトルは、研磨中にｉｎ−ｓｉｔｕ監視システムによって収集される。目標の厚さに達したときの基板から反射される光のスペクトルを取得できるように、基板を過剰に研磨する、すなわち、見積もった終点を超えて研磨する。

過剰に研磨した基板の性質を測定する（ステップ９２６）。この性質には、研磨前の測定に用いた１つまたは複数の特定位置での、対象となる膜の研磨後の厚さがある。

測定された厚さと収集されたスペクトルを用いて、収集されたそのスペクトルを調べることにより、研磨中に監視する特定のピークを選択する（ステップ９２８）。そのピークは研磨装置のオペレータが選択してもよく、またはピークの選択を（例えば、従来のピーク発見アルゴリズムや経験的なピーク選択のやり方に基づいて）自動化してもよい。スペクトルの特定の領域が研磨中に監視するのに望ましいピークを含むと（例えば、過去の経験や、理論に基づくピークの振舞いの計算により）予想される場合は、その領域のピークだけを考慮すればよい。典型的には、処理中に、特に目標の膜厚に達する近辺で、位置または幅が著しい変化を示すピークが選択される。例えば、典型的には、酸化物層を研磨し切って下にある窒化物層が露出されたときに、スペクトル中のピークは位置および幅が著しく変化する。

ピークが選択されると、上述のように、第１のパラメータの値とルックアップテーブルから、第２のパラメータを決定する９１０。第１のパラメータは研磨前の最初の波長からのピークの波長の変化であってもよく、第２のパラメータは除去された研磨膜の量であってもよい。

第２のパラメータの値がルックアップテーブルから決定されたことに応答して、研磨を変更してもよい９１２。例えば、研磨を減速または停止する必要がある限界の厚さがあってもよい。

ルックアップテーブルをより正確に用いて研磨中に終点を決定してもよい。そのような決定を行う方法を図１０に示す。この方法は、スペクトルのピークを選択し１００８、選択されたピークに関連する第１のパラメータの値を生成し１０４０、スペクトルの選択されたピークに関連する第１のパラメータの値が研磨終点に関連するしきい値を超えたかどうかを確認し１０６０、しきい値を超えていれば研磨を中止する１０８０ことを含む。

スペクトルのピークの選択１００８は、設定基板の性質を測定し１０２２（上述の９２２）、第２のパラメータの目標値に関連する研磨終点を決定し１０２４、設定基板からスペクトルを収集し１０２６（上述の９２４）、研磨された設定基板を測定し１０２８（上述の９２６）、監視するピークを選択する（上述の９２８）ことを含む。

研磨終点、つまり、第２のパラメータの目標値に関連する第１のパラメータの値の決定１０２４は、上述のようにルックアップテーブルを用いて行う。

選択されたピークに関連する第１のパラメータの値の生成１０４０は、基板を研磨し１０４２（上述の９０２）、光を基板に照射し１０４４（上述の９０４）、検出器で反射された光から現在のスペクトルを生成し１０４６（上述の９０６）、選択されたピークに関連する第２のパラメータの値を決定する１０４８（上述の９０８）ことを含む。

第１のパラメータの値が生成された後で、この値が研磨終点に関連するしきい値を超えているかどうかを判断する１０６０。この判断はプロセッサを用いて行うことができる。このプロセッサは、検出器を備えるコントローラの中に配置してもよい。例えば、第２のパラメータが研磨中に除去された研磨膜の量であり、最初に例えば３００．００Åの研磨膜があった場合、研磨終点は−２４７．００Åである。つまり、現在のスペクトルの選択されたピークに関連する第１のパラメータの値が−２４７．００Åを超えたときに、研磨を中止する１０８０。超えていないときは、研磨を継続し、更に現在のスペクトルを生成する１０４０。

本発明の実施形態、および本明細書で説明した全ての機能動作は、本明細書で開示した構造手段およびその構造均等物を含む、デジタル電子回路、もしくはコンピュータソフトウェア、ファームウェア、ハードウェア、またはそれらの組み合わせで実施することができる。本発明の実施形態は、１つまたは複数のコンピュータプログラム製品として、すなわち、例えばプログラム可能なプロセッサ、コンピュータ、または多数のプロセッサもしくはコンピュータのようなデータ処理装置によって実行される、またはその装置の動作を制御するための、例えばマシン読み取り可能な記憶装置または伝播信号のような情報キャリアで有形に具現化された１つまたは複数のコンピュータプログラムとして実施することができる。コンピュータプログラム（プログラム、ソフトウェア、ソフトウェアアプリケーション、またはコードとしても知られている）は、コンパイルまたは機械語に翻訳された言語を含む任意の形式のプログラム言語で書くことができ、スタンドアロンプログラムとして、またはモジュール、コンポーネント、サブルーチン、もしくはコンピューティング環境での使用に適した他のユニットを含む任意の形式で展開することができる。コンピュータプログラムは必ずしもファイルに対応するわけではない。プログラムは、他のプログラムもしくはデータを保持するファイルの一部に、そのプログラム専用の単一ファイルに、または多数の統合されたファイル（例えば、１つまたは複数のモジュール、サブプログラム、もしくはコードの各部を記憶するファイル）に記憶することができる。コンピュータプログラムは、１台のコンピュータ上に、または１つのサイトもしくは多数のサイトに分散され通信ネットワークで相互に接続された多数のコンピュータ上に展開して実行することができる。

本明細書で説明した処理および論理フローは、入力データを処理し出力を生成することによって機能する１つまたは複数のコンピュータプログラムを実行する、１つまたは複数のプログラム可能なプロセッサによって行うことができる。その処理および論理フローは、例えばＦＰＧＡ（フィールドプログラマブルゲートアレイ）やＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路）のような専用論理回路によっても行うことができ、装置もこのような専用論理回路として実施することができる。

上述した研磨装置および方法は、様々な研磨システムに適用することができる。研磨パッドもしくはキャリアヘッド、またはこれらの両方は、研磨面と基板の間の相対動作を可能にするように移動することができる。例えば、プラテンは回転ではなく軌道旋回してもよい。研磨パッドは、プラテンに固定された円形（または何か他の形状）のパッドであってもよい。終点検出システムのいくつかの態様は、例えば、研磨パッドが連続しているかまたは直線状に移動するリール間のベルトであるような線形研磨システムに適用することができる。研磨層は、標準的な（例えば、充填材を含む、または含まないポリウレタンの）研磨材料、柔軟な材料、または固定型の研摩材料であってもよい。相対位置決めの言葉を用いているが、当然のことながら、研磨表面と基板を垂直方位またはどれか他の方位に保持することができる。

本発明の特定の実施形態を説明してきた。他の実施形態も以下の特許請求の範囲内に包括される。例えば、特許請求の範囲に列挙された行為を異なる順序で実行しても、望ましい結果を達成することができる。

Claims (13)

1. 基板から反射した光の最初のスペクトルを測定するステップと、
   前記最初のスペクトル内の選択されたピークを識別し、前記最初のスペクトル内の前記選択されたピークの最初の波長又は最初の幅を決定するステップと、
   研磨パッドで前記基板を研磨するステップと、
   光源からの光を前記基板に照射するステップと、
   プロセッサを用いて、前記基板が研磨されている間に前記基板の表面から反射した前記光の現在のスペクトルを測定するステップと、
   前記プロセッサを用いて、前記現在のスペクトル内の前記選択されたピークを識別し、前記現在のスペクトル内の前記選択されたピークの現在の波長又は現在の幅を決定するステップと、
   前記最初の波長又は最初の幅と前記現在の波長又は現在の幅との差をそれぞれ決定するステップと、
   前記プロセッサを用いて、前記差に関連するパラメータの値をルックアップテーブルから決定するステップと、
   コントローラを用いて、前記パラメータの値に応じて、前記基板の前記研磨を変更するステップと
   を含む方法。
2. 基板を研磨するステップが、前記基板の前記表面上のある量の膜を除去することを含み、前記パラメータが前記膜の厚さである、請求項１に記載の方法。
3. 前記研磨に関連するプロセスが、シャロートレンチ分離プロセスまたは層間絶縁膜プロセスである、請求項１または２に記載の方法。
4. 前記最初の波長と前記現在の波長との差を決定するステップを含む、請求項１に記載の方法。
5. 前記最初の幅と前記現在の幅との差を決定するステップを含む、請求項１に記載の方法。
6. コンピュータで読み取り可能な媒体上で有形に具現化されたコンピュータプログラム製品であって、
   基板から反射した光の最初のスペクトルを測定する動作と、
   前記最初のスペクトル内の選択されたピークを識別し、前記最初のスペクトル内の前記選択されたピークの最初の波長又は最初の幅を決定する動作と、
   基板が研磨されている間に前記基板の表面から反射した、光源からの光の現在のスペクトルを測定する動作と、
   前記現在のスペクトル内の前記選択されたピークを識別し、前記現在のスペクトル内の前記選択されたピークの現在の波長又は現在の幅を決定する動作と、
   前記最初の波長又は最初の幅と前記現在の波長又は現在の幅との差をそれぞれ決定する動作と、
   前記差に関連するパラメータの値をルックアップテーブルから決定する動作と、
   前記パラメータの前記値に応じて、前記基板の前記研磨を変更する動作と
   を研磨システムに行わせる命令を含むコンピュータプログラム製品。
7. 前記パラメータが前記基板の前記表面上の膜の厚さである、請求項６に記載のコンピュータプログラム製品。
8. 前記差は、前記最初の波長と前記現在の波長との差である、請求項６に記載のコンピュータ製品。
9. 前記差は、前記最初の幅と前記現在の幅との差である、請求項６に記載のコンピュータ製品。
10. 基板を研磨するように構成された研磨パッドと、
    光を前記基板に照射するように構成された光源と、
    前記基板から反射された光からのスペクトルを取得するように構成されたｉｎ−ｓｉｔｕ光学監視システムと、
    差およびパラメータの値を含むルックアップテーブルを記憶するように構成されたコンピュータで読み取り可能な記憶媒体と、
    前記パラメータの値に基づいて、前記基板の前記研磨を変更するように構成されたコントローラと、
    基板を研磨する前に前記光学監視システムから最初のスペクトルを受け取り、前記最初のスペクトル内に選択されたピークを識別し、前記最初のスペクトル内の前記選択されたピークの最初の波長又は最初の幅を決定し、研磨中に、前記光学監視システムから現在のスペクトルを受け取り、前記現在のスペクトル内の前記選択されたピークを識別し、前記現在のスペクトル内の前記選択されたピークの現在の波長又は現在の幅を決定し、前記最初の波長又は最初の幅と前記現在の波長又は現在の幅との差をそれぞれ決定し、前記差に関連する前記パラメータの値を前記ルックアップテーブルから決定するように構成されたプロセッサと
    を備える装置。
11. 前記パラメータが前記基板の表面上の膜の厚さである、請求項１０に記載の装置。
12. 前記差は、前記最初の波長と前記現在の波長との差である、請求項１０に記載の装置。
13. 前記差は、前記最初の幅と前記現在の幅との差である、請求項１０に記載の装置。

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