JPH10253326A - 薄層の厚さと薄層の厚さの変化を測定する方法及び装置 - Google Patents
薄層の厚さと薄層の厚さの変化を測定する方法及び装置Info
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- JPH10253326A JPH10253326A JP10060012A JP6001298A JPH10253326A JP H10253326 A JPH10253326 A JP H10253326A JP 10060012 A JP10060012 A JP 10060012A JP 6001298 A JP6001298 A JP 6001298A JP H10253326 A JPH10253326 A JP H10253326A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 化学的・機械的研磨プロセス（ＣＭＰ）に適
用され、薄層厚の変化を、一方では研磨しながら、リア
ルタイムで測定し、全体的な加工能率を向上させること
ができる、方法及び装置を提供する。 【解決手段】 本発明のＣＭＰ用光学プロセスを監視す
る装置は、研磨中の薄層の厚さをその位置で測定するこ
とができる。研磨中のウエハ（２８）上で入射光の入射
角度（α）が変化するので、薄層からの光がウエハ（２
８）で反射する強度は、局所の最大点（ａ、ａ’）なら
びに最少点（ｂ、ｂ’）で変化を受ける。光強度が最大
もしくは最少である角度は薄層干渉式によって定められ
るので、それによって薄層の厚さ及び／又はその厚さの
変化を測定することができる。
用され、薄層厚の変化を、一方では研磨しながら、リア
ルタイムで測定し、全体的な加工能率を向上させること
ができる、方法及び装置を提供する。 【解決手段】 本発明のＣＭＰ用光学プロセスを監視す
る装置は、研磨中の薄層の厚さをその位置で測定するこ
とができる。研磨中のウエハ（２８）上で入射光の入射
角度（α）が変化するので、薄層からの光がウエハ（２
８）で反射する強度は、局所の最大点（ａ、ａ’）なら
びに最少点（ｂ、ｂ’）で変化を受ける。光強度が最大
もしくは最少である角度は薄層干渉式によって定められ
るので、それによって薄層の厚さ及び／又はその厚さの
変化を測定することができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ＣＭＰ（化学的−
機械的研磨）中におけるセミコンダクタウエハ又はその
他の基板上に形成された薄層の厚さ及びその厚さの変化
を測定することに関するものである。更に詳細には、本
発明は、このような薄層の厚さの光学的測定に関するも
のである。
機械的研磨）中におけるセミコンダクタウエハ又はその
他の基板上に形成された薄層の厚さ及びその厚さの変化
を測定することに関するものである。更に詳細には、本
発明は、このような薄層の厚さの光学的測定に関するも
のである。
【０００２】
【従来の技術】化学的−機械的研磨（ＣＭＰ）は、セミ
コンダクタの加工において使用される周知の方法であ
る。ＣＭＰは、例えば、シリコンウエハ上に形成された
シリコンダイオキサイド（以下「オキサイド」という）
薄層表面等の表面を、平滑にするために使用されている
代表的な方法である。ＣＭＰプロセスは、例えば、平滑
領域上のオキサイドを有意差があるようには薄くするこ
となしに小さな隆起外面を除去する。ＣＭＰ法にとっ
て、セミコンダクタウエハ上の平面化終点を決定するこ
とはよく知られた課題である（ラスチングのアメリカ特
許第５４３３６５１号参照）。ＣＭＰにおいては、スラ
リーは、通常、望ましくない薄層物質を除去し、洗い流
すために、重ね合わせた（研磨）プレ−トの間に供給さ
れる。
コンダクタの加工において使用される周知の方法であ
る。ＣＭＰは、例えば、シリコンウエハ上に形成された
シリコンダイオキサイド（以下「オキサイド」という）
薄層表面等の表面を、平滑にするために使用されている
代表的な方法である。ＣＭＰプロセスは、例えば、平滑
領域上のオキサイドを有意差があるようには薄くするこ
となしに小さな隆起外面を除去する。ＣＭＰ法にとっ
て、セミコンダクタウエハ上の平面化終点を決定するこ
とはよく知られた課題である（ラスチングのアメリカ特
許第５４３３６５１号参照）。ＣＭＰにおいては、スラ
リーは、通常、望ましくない薄層物質を除去し、洗い流
すために、重ね合わせた（研磨）プレ−トの間に供給さ
れる。
【０００３】市販されているＣＭＰ機器は、単一の回転
研磨プレ−トと、ウエハが取り付けられている直径がよ
り小さい回転ウエハキャリアとを有する。このウエハキ
ャリアは、静止した固定位置に保持されるか、又は、所
定の通路を前後に揺動するかのいずれかによって、研磨
プレ−トの上部に保持されている。更に、セミコンダク
タを加工するためのオキサイドを平滑な表面にするため
に十分な量の物質を、下層の物質を過剰に除去しないよ
うにしつつ、研磨プレ−トによって除去する。つまり、
これがＣＭＰ終点を正確に検出しなければならないとい
う、よく知られた課題である。
研磨プレ−トと、ウエハが取り付けられている直径がよ
り小さい回転ウエハキャリアとを有する。このウエハキ
ャリアは、静止した固定位置に保持されるか、又は、所
定の通路を前後に揺動するかのいずれかによって、研磨
プレ−トの上部に保持されている。更に、セミコンダク
タを加工するためのオキサイドを平滑な表面にするため
に十分な量の物質を、下層の物質を過剰に除去しないよ
うにしつつ、研磨プレ−トによって除去する。つまり、
これがＣＭＰ終点を正確に検出しなければならないとい
う、よく知られた課題である。
【０００４】ＣＭＰ終点測定は多層金属／絶縁体薄層構
造の加工においても適用される。この加工においては、
金属もしくは絶縁体の最後の望ましくない層を除去する
際に、ＣＭＰプロセスを停止させることが重要である。
造の加工においても適用される。この加工においては、
金属もしくは絶縁体の最後の望ましくない層を除去する
際に、ＣＭＰプロセスを停止させることが重要である。
【０００５】“ex situ”での測定手法を用いてＣＭＰ
加工の終点を測定することは周知である。もちろん、こ
れには、まず、ウエハをＣＭＰ機器から取り除いて、そ
の厚さを測定した後に、再度ＣＭＰ機器に配置しなけれ
ばならないという欠点がある。これは生産性を実質的に
低下させ、従って原価を高くする。
加工の終点を測定することは周知である。もちろん、こ
れには、まず、ウエハをＣＭＰ機器から取り除いて、そ
の厚さを測定した後に、再度ＣＭＰ機器に配置しなけれ
ばならないという欠点がある。これは生産性を実質的に
低下させ、従って原価を高くする。
【０００６】また、“in situ”での測定をするための
方法は、数多く知られている。つまり、原位置での測定
は、ウエハをＣＭＰ機器に取り付けたまま測定する。こ
の方法は、例えば、（１）オ−デイオ検出、（２）研磨
困難性の測定、（３）電流測定法などを利用している。
方法は、数多く知られている。つまり、原位置での測定
は、ウエハをＣＭＰ機器に取り付けたまま測定する。こ
の方法は、例えば、（１）オ−デイオ検出、（２）研磨
困難性の測定、（３）電流測定法などを利用している。
【０００７】ラスチングのアメリカ特許には、このよう
な現に加工されている位置での測定手法が記載されてお
り、この手法は、研磨用テ−ブル（研磨用プレ−ト）内
に埋設したウインドウを使用し、このウインドウが研磨
中に観察用通路を横切るようにして測定するようになっ
ている。この方法は、ウインドウが観察用通路に沿って
検出領域を横切るので、研磨中に研磨用テ−ブルの下側
からワ−クピ−ス（ウエハ）の表面を現に加工されてい
る位置で観察することを可能にする。反射率測定機器
は、研磨用テ−ブルの下側のウインドウを通過した光の
反射率を測定する。反射率測定機器は、測定される薄層
を現に加工されている位置での反射率を表す反射率信号
を提供する。現に加工されている位置での反射率信号の
変化は、研磨プロセスの条件の変化に対応している。
な現に加工されている位置での測定手法が記載されてお
り、この手法は、研磨用テ−ブル（研磨用プレ−ト）内
に埋設したウインドウを使用し、このウインドウが研磨
中に観察用通路を横切るようにして測定するようになっ
ている。この方法は、ウインドウが観察用通路に沿って
検出領域を横切るので、研磨中に研磨用テ−ブルの下側
からワ−クピ−ス（ウエハ）の表面を現に加工されてい
る位置で観察することを可能にする。反射率測定機器
は、研磨用テ−ブルの下側のウインドウを通過した光の
反射率を測定する。反射率測定機器は、測定される薄層
を現に加工されている位置での反射率を表す反射率信号
を提供する。現に加工されている位置での反射率信号の
変化は、研磨プロセスの条件の変化に対応している。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】本発明の発明者は、ラ
スチングのアプロ−チの欠点は観察用ウインドウの位置
のまわりには研磨用物質がおそらくないので、研磨用パ
ッド内のウインドウがＣＭＰプロセスの効率に影響を及
ぼすことがあると結論した。また、裏面からの照明を用
いた、つまり、研磨用パッドを通すことなくウエハの反
対側の表面からの照明を用いた、現に加工されている位
置用のセンサが公知である（リトヴァック等のアメリカ
特許第５４９９７３３号）。しかしながら、この方法
は、測定に対して単一のデ−タポイントを提供するだけ
であって、ある薄層厚では検出精度が悪いものと考えら
れる。したがって、ＣＭＰ中において薄層の厚さを現に
加工している位置で感知するための精度を改善して、広
い範囲に亘って薄層厚の検出精度を増進させる必要性が
ある。
スチングのアプロ−チの欠点は観察用ウインドウの位置
のまわりには研磨用物質がおそらくないので、研磨用パ
ッド内のウインドウがＣＭＰプロセスの効率に影響を及
ぼすことがあると結論した。また、裏面からの照明を用
いた、つまり、研磨用パッドを通すことなくウエハの反
対側の表面からの照明を用いた、現に加工されている位
置用のセンサが公知である（リトヴァック等のアメリカ
特許第５４９９７３３号）。しかしながら、この方法
は、測定に対して単一のデ−タポイントを提供するだけ
であって、ある薄層厚では検出精度が悪いものと考えら
れる。したがって、ＣＭＰ中において薄層の厚さを現に
加工している位置で感知するための精度を改善して、広
い範囲に亘って薄層厚の検出精度を増進させる必要性が
ある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、例え
ば、シリコンウエハなどのウエハの表面上に形成した薄
層の厚さ、もしくは、薄層の厚さの変化は、ウエハを表
面を下にして研磨用パッド上に配置して測定される。１
つの実施態様においては、照明はウエハの裏面から、つ
まり、研磨用パッドと対向する面から離れた表面から行
われる。別の方法では、照明はウエハの前面から行われ
る。裏面照明では、照明光はウエハを通り、薄層を通っ
て、ウエハ表面から離れた位置にあり、かつ、研磨用パ
ッドの上にある、薄層の表面で反射され、薄層を通り、
ウエハを通って光学検出器に戻る。次いで、検出された
光学信号は電気信号に変換される。
ば、シリコンウエハなどのウエハの表面上に形成した薄
層の厚さ、もしくは、薄層の厚さの変化は、ウエハを表
面を下にして研磨用パッド上に配置して測定される。１
つの実施態様においては、照明はウエハの裏面から、つ
まり、研磨用パッドと対向する面から離れた表面から行
われる。別の方法では、照明はウエハの前面から行われ
る。裏面照明では、照明光はウエハを通り、薄層を通っ
て、ウエハ表面から離れた位置にあり、かつ、研磨用パ
ッドの上にある、薄層の表面で反射され、薄層を通り、
ウエハを通って光学検出器に戻る。次いで、検出された
光学信号は電気信号に変換される。
【００１０】本発明では、入射照明光の入射角は変化す
る。典型的には、照明光は、例えば、波長が１．１ミク
ロン又はそれ以上の赤外領域にある。入射角度は測定プ
ロセスの間に変化するので、光の反射強度は変化を受け
る。反射した強度が最低である角度は、原理的にもしく
は実験的に前もって決定される。薄層の厚さは変化する
ので、最小強度の位置変化も又、原理的にもしくは実験
的に決定することができる。したがって、これにより、
試験によって、広い範囲の薄層厚に亘って、薄層の厚さ
（またはその厚さの変化）を監視することができる。こ
れは、ＣＭＰプロセス中において、絶対厚よりもむしろ
厚さ変化を測定するために行うことができる。したがっ
て、それぞれの、そして、あらゆる薄層厚の測定をする
ために取り出される数多くのデ−タポイントがあるの
で、得られるポイントは、例えば、薄層反射曲線のサイ
クルの半分を表す。本発明の発明者は、反射曲線の異な
る部分は、ある薄層厚において検出精度が劣るという問
題を克服するために、本発明を使用することができるこ
とを認識した。
る。典型的には、照明光は、例えば、波長が１．１ミク
ロン又はそれ以上の赤外領域にある。入射角度は測定プ
ロセスの間に変化するので、光の反射強度は変化を受け
る。反射した強度が最低である角度は、原理的にもしく
は実験的に前もって決定される。薄層の厚さは変化する
ので、最小強度の位置変化も又、原理的にもしくは実験
的に決定することができる。したがって、これにより、
試験によって、広い範囲の薄層厚に亘って、薄層の厚さ
（またはその厚さの変化）を監視することができる。こ
れは、ＣＭＰプロセス中において、絶対厚よりもむしろ
厚さ変化を測定するために行うことができる。したがっ
て、それぞれの、そして、あらゆる薄層厚の測定をする
ために取り出される数多くのデ−タポイントがあるの
で、得られるポイントは、例えば、薄層反射曲線のサイ
クルの半分を表す。本発明の発明者は、反射曲線の異な
る部分は、ある薄層厚において検出精度が劣るという問
題を克服するために、本発明を使用することができるこ
とを認識した。
【００１１】
【発明の実施の形態】ＣＭＰ中における薄層の厚さまた
はその厚さの変化を検出するための本発明に係る方法な
らびに装置は、入射光の入射角度の変化によって生じる
薄層反射率の変化を利用している。薄層がシリコンウエ
ハ上に形成されている一実施態様においては、ウエハは
裏面、つまり、薄層が形成されおらず、かつ、研磨用パ
ッド表面から離れた側から、１．１ミクロンもしくはそ
れ以上の波長での赤外線源を用いて照明される。もちろ
ん、本明細書に記載したこの特定の波長ならびにその他
の具体的な波長や、パラメ−タならびに寸法は、いずれ
も限定的なものではなく、単に本発明の一つ実施態様を
例示するだけである。つまり、本発明は、透明な基板上
に形成された薄層の厚さを測定するために一般的に適用
することができ、実施態様として記載したセミコンダク
タのＣＭＰへの適用に限定されるものではない。
はその厚さの変化を検出するための本発明に係る方法な
らびに装置は、入射光の入射角度の変化によって生じる
薄層反射率の変化を利用している。薄層がシリコンウエ
ハ上に形成されている一実施態様においては、ウエハは
裏面、つまり、薄層が形成されおらず、かつ、研磨用パ
ッド表面から離れた側から、１．１ミクロンもしくはそ
れ以上の波長での赤外線源を用いて照明される。もちろ
ん、本明細書に記載したこの特定の波長ならびにその他
の具体的な波長や、パラメ−タならびに寸法は、いずれ
も限定的なものではなく、単に本発明の一つ実施態様を
例示するだけである。つまり、本発明は、透明な基板上
に形成された薄層の厚さを測定するために一般的に適用
することができ、実施態様として記載したセミコンダク
タのＣＭＰへの適用に限定されるものではない。
【００１２】入射光すなわち照明光の角度が変化したと
きには、光の反射率、すなわち、ウエハと薄層を通過
し、薄層の上側及び裏側表面で反射した後、薄層とウエ
ハを通って戻る光の反射率は、更に、以下に記載するよ
うな変化を受ける。反射強度が最小又は最大になる角度
は、下記の薄層干渉光式によって定められる。薄層の厚
さが変化するにつれて、角度空間中における最小又は最
大の反射強度の位置もまた変化し、それによって実際の
薄層の厚さを決定することができる。
きには、光の反射率、すなわち、ウエハと薄層を通過
し、薄層の上側及び裏側表面で反射した後、薄層とウエ
ハを通って戻る光の反射率は、更に、以下に記載するよ
うな変化を受ける。反射強度が最小又は最大になる角度
は、下記の薄層干渉光式によって定められる。薄層の厚
さが変化するにつれて、角度空間中における最小又は最
大の反射強度の位置もまた変化し、それによって実際の
薄層の厚さを決定することができる。
【００１３】本発明に従って断面図で表された図１及び
図４を参照すると、研磨用パッド２０は、ＣＭＰ機器の
プラテン４４によって支持されている。図示したワ−ク
ピ−スは、ウエハ２８の表面に薄いシリコンダイオキサ
イド薄層を形成したシリコンウエハ２８である。なお、
本図は尺度を表すものではない。図示したシリコンダイ
オキサイド（「オキサイド」）薄層２４の下部の粗面は
研磨用パッド２０上に静置され、研磨用パッド２０によ
って研磨されている。例えば、スラリ−などの従来のＣ
ＭＰプロセスの要素は図示されていないことは、当業者
には容易に理解できるであろう。ウエハ２８の裏側表面
（図中ではウエハ２８の上部表面）は、ウエハキャリア
４０に保持されている。ウエハキャリア４０は入射光と
反射光との通路を画成する。この通路は、例えば、空
隙、透明なウインドウもしくは光ファイバ等である。
図４を参照すると、研磨用パッド２０は、ＣＭＰ機器の
プラテン４４によって支持されている。図示したワ−ク
ピ−スは、ウエハ２８の表面に薄いシリコンダイオキサ
イド薄層を形成したシリコンウエハ２８である。なお、
本図は尺度を表すものではない。図示したシリコンダイ
オキサイド（「オキサイド」）薄層２４の下部の粗面は
研磨用パッド２０上に静置され、研磨用パッド２０によ
って研磨されている。例えば、スラリ−などの従来のＣ
ＭＰプロセスの要素は図示されていないことは、当業者
には容易に理解できるであろう。ウエハ２８の裏側表面
（図中ではウエハ２８の上部表面）は、ウエハキャリア
４０に保持されている。ウエハキャリア４０は入射光と
反射光との通路を画成する。この通路は、例えば、空
隙、透明なウインドウもしくは光ファイバ等である。
【００１４】ここに例示した実施態様においては、ウエ
ハ２８は、１．１ミクロン又はそれ以上の波長を有する
照明用赤外線源によって、その裏側から照明される。
（これとは別に、ウエハをその表側から照明する場合に
は、例えば、可視光スペクトル内の異なる波長を用い
る）。入射光は垂直から角度θで入射される。図示のよ
うに、この入射光はウエハ２８を通過し、その一部はウ
エハ−オキサイドインタフェ−スで反射され、また、残
りはオキサイド２４を通過し、オキサイド２４の粗面か
ら反射されて、ウエハ２８を通って戻ってくる。
ハ２８は、１．１ミクロン又はそれ以上の波長を有する
照明用赤外線源によって、その裏側から照明される。
（これとは別に、ウエハをその表側から照明する場合に
は、例えば、可視光スペクトル内の異なる波長を用い
る）。入射光は垂直から角度θで入射される。図示のよ
うに、この入射光はウエハ２８を通過し、その一部はウ
エハ−オキサイドインタフェ−スで反射され、また、残
りはオキサイド２４を通過し、オキサイド２４の粗面か
ら反射されて、ウエハ２８を通って戻ってくる。
【００１５】ウエハ２８を透過した後、ウエハ−オキサ
イドインタフェ−スとオキサイド２４の粗面とで反射さ
れた光の合計の強度をIrと表示する。この場合、オキサ
イド層の厚さをｄとし、オキサイドの反射係数をｎfと
し、ウエハ２８の反射係数をｎsとし、反射光信号のＤ
Ｃ部分をＩdcとし、ビジビリティーをＶとすると、反射
光の合計強度は次の式で表される。
イドインタフェ−スとオキサイド２４の粗面とで反射さ
れた光の合計の強度をIrと表示する。この場合、オキサ
イド層の厚さをｄとし、オキサイドの反射係数をｎfと
し、ウエハ２８の反射係数をｎsとし、反射光信号のＤ
Ｃ部分をＩdcとし、ビジビリティーをＶとすると、反射
光の合計強度は次の式で表される。
【００１６】 この式中において、ＩdcとＶとは次の式で表される。
【００１７】 また、αは、ウエハ内部の屈折角度を表す。これはウエ
ハ−オキサイドインタフェ−スでの入射角度と同じであ
る。照明がウエハの表側表面からなされる場合には、反
射光の合計強度は次の式で表される。
ハ−オキサイドインタフェ−スでの入射角度と同じであ
る。照明がウエハの表側表面からなされる場合には、反
射光の合計強度は次の式で表される。
【００１８】 この式において、nairは空気の反射係数を、また、θ
airは空気中の光の反射角度をそれぞれ表す。
airは空気中の光の反射角度をそれぞれ表す。
【００１９】光学レンズからよく分かるように、入射角
度α（又はθair）が変化すると、反射強度Ｉr又はＩ’
rもまた変動する。このことはオキサイド薄層２４の厚
さの測定に利用される。入射照明光の角度α（横軸）に
対して反射強度Ir（縦軸）をプロットした結果を図２Ａ
と図２Ｂに示す。図２Ａにおけるオキサイドの厚さｄは
０．８ミクロンであり、図２Ｂにおけるオキサイドの厚
さｄは０．７ミクロンである。これは薄層厚さの僅かな
差であっても反射強度Ｉr対入射角度α（度数）には明
白に異なる変化があることを示している。ここで使用さ
れるキ−となる測定は、反射強度がゼロ、つまり、反射
強度が最小になるところのデ−タポイントｂ、ｂ’で行
われた。別の方法として、もし観察されるのであれば、
反射強度が最大になるデ−タポイントａ、ａ’も使用す
ることができる。最大点ならびに最小点はもちろん、前
述した薄層干渉式によって決められる。したがって、オ
キサイド層の厚さが僅かでも変化すれば、反射強度の最
小点ｂ、ｂ’の入射角度αに関する位置が鋭く変化す
る。このことは薄層の厚さの変化を十分に規定した測定
を可能にしている。前面から照明する実施態様において
も同様の結果が得られる。
度α（又はθair）が変化すると、反射強度Ｉr又はＩ’
rもまた変動する。このことはオキサイド薄層２４の厚
さの測定に利用される。入射照明光の角度α（横軸）に
対して反射強度Ir（縦軸）をプロットした結果を図２Ａ
と図２Ｂに示す。図２Ａにおけるオキサイドの厚さｄは
０．８ミクロンであり、図２Ｂにおけるオキサイドの厚
さｄは０．７ミクロンである。これは薄層厚さの僅かな
差であっても反射強度Ｉr対入射角度α（度数）には明
白に異なる変化があることを示している。ここで使用さ
れるキ−となる測定は、反射強度がゼロ、つまり、反射
強度が最小になるところのデ−タポイントｂ、ｂ’で行
われた。別の方法として、もし観察されるのであれば、
反射強度が最大になるデ−タポイントａ、ａ’も使用す
ることができる。最大点ならびに最小点はもちろん、前
述した薄層干渉式によって決められる。したがって、オ
キサイド層の厚さが僅かでも変化すれば、反射強度の最
小点ｂ、ｂ’の入射角度αに関する位置が鋭く変化す
る。このことは薄層の厚さの変化を十分に規定した測定
を可能にしている。前面から照明する実施態様において
も同様の結果が得られる。
【００２０】裏面から照明する実施態様のための本発明
に係る装置が図３に例示しされており、図中、図１の要
素と類似する要素には同一の符号を付している。実際の
ＣＭＰ機器は研磨用パッド以外は図示してなく、機器の
残りの部分は、下記するような入射ならびに反射光のた
めのウエハキャリヤ内の適切な通路以外は通常のもので
ある。本発明の１つの実施態様は、従来の機器に追加さ
れた特性であり、その他の点では従来の機器と変わるも
のではないことを理解するべきである。したがって、本
発明はかかる“in situ”での適用に限定されるもので
はない。
に係る装置が図３に例示しされており、図中、図１の要
素と類似する要素には同一の符号を付している。実際の
ＣＭＰ機器は研磨用パッド以外は図示してなく、機器の
残りの部分は、下記するような入射ならびに反射光のた
めのウエハキャリヤ内の適切な通路以外は通常のもので
ある。本発明の１つの実施態様は、従来の機器に追加さ
れた特性であり、その他の点では従来の機器と変わるも
のではないことを理解するべきである。したがって、本
発明はかかる“in situ”での適用に限定されるもので
はない。
【００２１】この機器においては、照明光源は例えばレ
ーザダイオード（図示せず）であり、その照明光は、空
間をおいた離れた場所に位置した数個の照明用光ファイ
バ３２ａ、３２ｂ内を通過する。ある範囲の角度に亘っ
て反射光強度を検出するために、数多くの照明用光ファ
イバ３２ａ、３２ｂならびに検出用ファイバ３８が角度
を持って空間をおいた離れた場所に配置されているが、
ここでは１セットしか図示していない。ファイバ３２ａ
ならびに３２ｂからの入射照明光は適切なレンズ３６を
通過した後、ウエハ２８を通過して、薄層２４の両側表
面から反射され、そして、レンズ３６を通って反射され
て、空間をおいた離れた種々の場所に位置した光ファイ
バ（または他の検出器）から構成されていてもよい検出
用光ファイバ３８に戻ってくるようになっている。次い
で、この検出された光は例えばフォトセルもしくは光電
子倍増管によって電気信号に変換された後、図２Ａなら
びに図２Ｂに示すように、局部最小点ｂ、ｂ’（もしく
は最大点ａ、ａ’）を見出すために加工される。
ーザダイオード（図示せず）であり、その照明光は、空
間をおいた離れた場所に位置した数個の照明用光ファイ
バ３２ａ、３２ｂ内を通過する。ある範囲の角度に亘っ
て反射光強度を検出するために、数多くの照明用光ファ
イバ３２ａ、３２ｂならびに検出用ファイバ３８が角度
を持って空間をおいた離れた場所に配置されているが、
ここでは１セットしか図示していない。ファイバ３２ａ
ならびに３２ｂからの入射照明光は適切なレンズ３６を
通過した後、ウエハ２８を通過して、薄層２４の両側表
面から反射され、そして、レンズ３６を通って反射され
て、空間をおいた離れた種々の場所に位置した光ファイ
バ（または他の検出器）から構成されていてもよい検出
用光ファイバ３８に戻ってくるようになっている。次い
で、この検出された光は例えばフォトセルもしくは光電
子倍増管によって電気信号に変換された後、図２Ａなら
びに図２Ｂに示すように、局部最小点ｂ、ｂ’（もしく
は最大点ａ、ａ’）を見出すために加工される。
【００２２】断面で示した図４は、本発明に係るセンサ
装置のより詳細な実施態様を示しており、図４において
図３と同じ要素は図３と同じ符号を付している。図４
は、研磨のために（矢印方向に）回転し、かつ、研磨用
パッド２０が取り付けられているプラテン４４と、ウエ
ハキャリヤ４０内に取り付けられた（矢印方向に）回転
するウエハキャリヤインサート４８とを含む、ＣＭＰ機
器の付加部分を示している。下方向の力が研磨中に矢印
４６の方向に及ぼされる。ファイバ３２aと３８はウエ
ハキャリヤ４０とウエハキャリヤインサート４８内の適
切な通路内に延伸して設けられていて、レンズ３６
（「センサヘッド」）はまたウエハキャリヤインサート
４８内に取り付けられている。（他の照明用ファイバ、
例えば３２ｂなどは図を簡略にするために図示していな
い）。
装置のより詳細な実施態様を示しており、図４において
図３と同じ要素は図３と同じ符号を付している。図４
は、研磨のために（矢印方向に）回転し、かつ、研磨用
パッド２０が取り付けられているプラテン４４と、ウエ
ハキャリヤ４０内に取り付けられた（矢印方向に）回転
するウエハキャリヤインサート４８とを含む、ＣＭＰ機
器の付加部分を示している。下方向の力が研磨中に矢印
４６の方向に及ぼされる。ファイバ３２aと３８はウエ
ハキャリヤ４０とウエハキャリヤインサート４８内の適
切な通路内に延伸して設けられていて、レンズ３６
（「センサヘッド」）はまたウエハキャリヤインサート
４８内に取り付けられている。（他の照明用ファイバ、
例えば３２ｂなどは図を簡略にするために図示していな
い）。
【００２３】図示した装置を前面からの照明のために適
応させるための変更は当業者にとっては明らかである。
応させるための変更は当業者にとっては明らかである。
【００２４】実際のデータ取得システムは、図３にも図
４にも図示されていないが、１つの実施態様において
は、そのシステムは以下の式に従って操作される。１つ
の実施態様においては、このデータ取得は適切にプログ
ラムされたコンピュータによって実行される。以下の記
載に照らしてかかるコンピュータにプログラムをコード
化することは当業者にとっては熟知されている。このデ
ータ取得システム（１つの実施態様においてはコンピュ
ータ）によって実行されるデータ処理は次の通りであ
る。
４にも図示されていないが、１つの実施態様において
は、そのシステムは以下の式に従って操作される。１つ
の実施態様においては、このデータ取得は適切にプログ
ラムされたコンピュータによって実行される。以下の記
載に照らしてかかるコンピュータにプログラムをコード
化することは当業者にとっては熟知されている。このデ
ータ取得システム（１つの実施態様においてはコンピュ
ータ）によって実行されるデータ処理は次の通りであ
る。
【００２５】薄層２４の初期厚がd1である場合には、下
記式が成立する。
記式が成立する。
【００２６】 式中、ｎfとｎsとは、それぞれ、λ（光波長）での薄層
２４の反射係数と、ウエハ２８の反射係数とを意味し、
ｍ1は干渉縞順位を意味し、α0は、図２におけるような
強度最大点ａ’が観察された入射角度を意味する。（図
２Ａおよび図２Ｂの局部最大点と最小点とは干渉作用に
よって生起されているものと理解されるべきである）。
もし、α1が隣接する強度最小点ｂ’が生じた入射角度
であるならば、ｄ1はまた次のように表される。
２４の反射係数と、ウエハ２８の反射係数とを意味し、
ｍ1は干渉縞順位を意味し、α0は、図２におけるような
強度最大点ａ’が観察された入射角度を意味する。（図
２Ａおよび図２Ｂの局部最大点と最小点とは干渉作用に
よって生起されているものと理解されるべきである）。
もし、α1が隣接する強度最小点ｂ’が生じた入射角度
であるならば、ｄ1はまた次のように表される。
【００２７】 ｍ1の値は、式（１）ならびに（２）から誘導した下記
二次方程式から得ることができる。
二次方程式から得ることができる。
【００２８】 ｍ1が一旦分かると、薄層２４の初期厚ｄ1（研磨前）
は、式（１）もしくは式（２）のいずれかから決定する
ことができる。
は、式（１）もしくは式（２）のいずれかから決定する
ことができる。
【００２９】ここで研磨後の薄層２４の厚さをｄ2とす
る。反射最小が入射角α2で起こるならば、その薄層２
４の新しい厚さは下記の通りとなる。
る。反射最小が入射角α2で起こるならば、その薄層２
４の新しい厚さは下記の通りとなる。
【００３０】 式中、ｍ2は薄層２４の厚さd2に対応する干渉縞順位を
意味し、上述した同じ手順で決定される。
意味し、上述した同じ手順で決定される。
【００３１】式（２）ならびに式（４）から、厚さｄ2
は次のように決定される。
は次のように決定される。
【００３２】 薄層２４が単層である場合には、ｄ2は研磨後の薄層２
４の厚さを示している。薄層２４が多層である場合に
は、(ｄ1−ｄ2)が薄層層の積み重なった（スタック）厚
さの変化を示していて、したがって研磨されている薄層
の厚さの変化を示している。
４の厚さを示している。薄層２４が多層である場合に
は、(ｄ1−ｄ2)が薄層層の積み重なった（スタック）厚
さの変化を示していて、したがって研磨されている薄層
の厚さの変化を示している。
【００３３】縞の順位に変化がない場合の厚さ変化を取
り扱う場合には、式（５）は次のように書き換えること
ができる。
り扱う場合には、式（５）は次のように書き換えること
ができる。
【００３４】 したがって、本発明に係る薄層厚さセンサならびに方法
を用いて、薄層厚の変化を、（一方では研磨しながら）
リアルタイムで測定することができるので、全体的なＣ
ＭＰプロセスの能率を増進し、それによって加工原価を
下げることができる。
を用いて、薄層厚の変化を、（一方では研磨しながら）
リアルタイムで測定することができるので、全体的なＣ
ＭＰプロセスの能率を増進し、それによって加工原価を
下げることができる。
【００３５】この明細書中の記述は例示的なものであっ
て、限定的なものではなく、更に改良も当業者にとって
は明白であり、かかる改良も請求の範囲に含まれるもの
と理解されるべきである。
て、限定的なものではなく、更に改良も当業者にとって
は明白であり、かかる改良も請求の範囲に含まれるもの
と理解されるべきである。
【図１】 ウエハの裏面から、ウエハ上に形成した薄層
の厚さならびに厚さの変化を測定するための本発明に係
る方法を示す。
の厚さならびに厚さの変化を測定するための本発明に係
る方法を示す。
【図２】 図２において、図２Ａおよび図２Ｂはそれぞ
れ２つの異なる薄層の厚さの入射角に対する薄層の反射
率の変化を示す。
れ２つの異なる薄層の厚さの入射角に対する薄層の反射
率の変化を示す。
【図３】 本発明に係るセンサ装置を示す。
【図４】 センサ装置の第２の実施態様を示す。
２０ 研磨用パッド ２４ シリコンダイオキサイド薄層 ２８ ウエハ ３２ａ、３２ｂ 照明用光ファイバ ３６ レンズ ４０ ウエハキャリア ４４ ＣＭＰ機器のプラテン ４８ ウエハキャリアインサート ａ、ａ’ 反射強度が最大になる点 ｂ、ｂ’ 反射強度が最小になる点 ｄ オキサイドの厚さ α 照明光の入射角度
フロントページの続き (72)発明者 ヘンリー・ケイ・チョー アメリカ合衆国カリフォルニア州94112, サンフランシスコ，ナイアグラ・アベニュ ー 90
Claims (4)
- 【請求項１】基板の主表面上に形成される薄層の厚さ又
は薄層の厚さ変化を測定する方法において、 前記基板と前記薄層とを照明する工程と、 前記基板と前記薄層とから反射した照明光の強度を検出
する工程と、複数の入射角度における反射照明光強度を
測定する工程と、 を有することを特徴とする、前記方法。 - 【請求項２】請求項１に記載した、前記薄層の厚さ変化
を測定するための方法において、 前記薄層の相対的な厚さを測定する工程と、 前記薄層の厚さを減少させる工程と、 前記厚さを減少させる工程の後、前記薄層の前記相対的
な厚さを測定する工程と、 を有する、前記薄層の厚さ変化を測定するための方法。 - 【請求項３】請求項２に記載の方法において、前記薄層
の厚さを減少させる工程が、化学的機械的研磨を含む、
前記方法。 - 【請求項４】透明な基板の主表面上に形成される薄層の
厚さ又は薄層の厚さの変化を測定するための装置におい
て、 前記基板を支持するための研磨用パッドと、前記研磨用
パッド上に載置された前記薄層と、 前記基板と前記薄層とを照明するために配置された照明
光源と、前記薄層と前記基板とで反射された照明光の強
度を、複数の反射角度で検出するための検出器と、 を有する、前記装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US814821 | 1997-03-11 | ||
| US08/814,821 US5838448A (en) | 1997-03-11 | 1997-03-11 | CMP variable angle in situ sensor |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10253326A true JPH10253326A (ja) | 1998-09-25 |
| JP3864540B2 JP3864540B2 (ja) | 2007-01-10 |
Family
ID=25216085
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP06001298A Expired - Lifetime JP3864540B2 (ja) | 1997-03-11 | 1998-03-11 | 薄層の厚さと薄層の厚さの変化を測定する方法及び装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5838448A (ja) |
| JP (1) | JP3864540B2 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JP2000326220A (ja) * | 1999-01-25 | 2000-11-28 | Applied Materials Inc | 異なる波長の光線を用いた終点検出 |
| JP2003522937A (ja) * | 1999-12-23 | 2003-07-29 | ケーエルエー−テンカー テクノロジィース コーポレイション | 渦電流測定あるいは光学測定を利用して、メタライゼーション処理を実状態で監視する方法 |
| KR102093286B1 (ko) * | 2019-07-05 | 2020-05-29 | (주)제이씨글로벌 | 광학적 웨이퍼 엔드포인트 이중검사장치 |
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| US6247998B1 (en) | 1999-01-25 | 2001-06-19 | Applied Materials, Inc. | Method and apparatus for determining substrate layer thickness during chemical mechanical polishing |
| WO2000071971A1 (en) | 1999-05-24 | 2000-11-30 | Luxtron Corporation | Optical techniques for measuring layer thicknesses |
| US6570662B1 (en) | 1999-05-24 | 2003-05-27 | Luxtron Corporation | Optical techniques for measuring layer thicknesses and other surface characteristics of objects such as semiconductor wafers |
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