KR101361875B1 - Ｃｍｐ 연마 장치에서의 연마 종료점 검출 방법, ｃｍｐ연마 장치, 및 반도체 디바이스의 제조 방법 - Google Patents

Ｃｍｐ 연마 장치에서의 연마 종료점 검출 방법, ｃｍｐ연마 장치, 및 반도체 디바이스의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따르면, 연마 종료점에 도달한 연마 대상물의 분광 반사 스펙트럼을 미리 구해 놓고, 연마 중에 연마 대상물의 분광 반사 스펙트럼을 구하여, 이들의 상관 계수를 파라미터 1로 한다. 한편, 이들의 1차 미분값의 차의 절대값을 가산한 것을 파라미터 2로 한다. 그리고, 파라미터 1이 소정값을 넘은 범위에서, 파라미터 2가 극소값을 취했을 때, 연마 종료점이라고 판단한다. 이에 따라, 신뢰성이 높은 CMP 연마 장치에 있어서의 연마 종료점 검출 방법을 제공할 수 있다.

Description

ＣＭＰ 연마 장치에서의 연마 종료점 검출 방법, ＣＭＰ 연마 장치, 및 반도체 디바이스의 제조 방법{METHOD FOR DETECTING POLISHING END IN CMP POLISHING DEVICE, CMP POLISHING DEVICE, AND SEMICONDUCTOR DEVICE MANUFACTURING METHOD}
본 발명은 CMP 연마 장치에 있어서의 연마 종료점 검출 방법, CMP 연마 장치, 및 반도체 디바이스의 제조 방법에 관한 것이다.
반도체 디바이스의 고밀도화는 한계를 보이지 않고 진전을 계속하고 있으며, 고밀도화됨에 따라서, 다층 배선과, 그에 따르는 층간 절연막 형성이나, 플러그, 다마신 등의 전극 형성의 기술의 중요도는 크게 증가하고 있다. 당연히 이러한 층간 절연막이나 금속막의 두께나 형상(올바로 매립되어 있는지 여부 등)의 모니터는 큰 과제가 된다. 물론, 막두께의 모니터는 박막 형성이나 에칭과 같은 공정에서도 필요로 되지만, 최근 특히 문제시되고 있는 것은, 평탄화 프로세스에 있어서의 연마 종료점의 검지이다.
이러한 연마 종료점의 검출에는 광학적인 수법이 사용된다. 즉, 연마 종료점에 있어서의 웨이퍼 등의 연마 대상물의 분광 반사 스펙트럼을 미리 구해 놓고, 연마 중에 관측되는 연마체 대상물의 분광 반사 스펙트럼이 미리 구해 놓은 분광 반사 스펙트럼에 가까워졌을 때, 연마 종료점이라고 판정하는 것이다. 이러한 방법은, 예컨대, 일본 특허 제 3360610 호 공보(특허 문헌 1)에 기재되어 있다.
특허 문헌 1 : 일본 특허 제3360610 호 공보
특허 문헌 1에 기재된 것과 같은 방법은, 연마 종료점 검출 방법으로서 신뢰성이 높은 방법이지만, 연마 대상물의 종류에 따라서는, 연마 도중에 있어서 관측되는 연마체 대상물의 분광 반사 스펙트럼이 미리 구해 놓은 분광 반사 스펙트럼에 가까워졌거나, 반대로 노이즈 등의 영향 때문에, 연마 종료점에 도달하더라도, 관측되는 연마체 대상물의 분광 반사 스펙트럼이 미리 구해 놓은 분광 반사 스펙트럼에 가깝게 되지 않는 경우도 있다.
본 발명은 이러한 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 종래 고려되고 있던 방법과는 별도의 방법에 의해, 신뢰성이 높은 CMP 연마 장치에 있어서의 연마 종료점 검출 방법, 이 방법을 이용한 CMP 연마 장치, 또한, 이 CMP 연마 장치를 이용한 반도체 디바이스의 제조 방법을 제공하는 것을 과제로 한다.
상기 과제를 해결하기 위한 제 1 수단은, 이하의 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 CMP 연마 장치에 있어서의 연마 종료점 검출 방법이다.
(a) CMP 연마 중에 있어서, 연마 종료점에 도달한 연마 대상물의 분광 반사 스펙트럼을 미리 구해 놓는 공정
(b) CMP 연마 중인 시간대에 있어서, 연마 대상물의 분광 반사 스펙트럼을 구하여, (a)의 공정에 있어서 구해진 상기 연마 종료점에 도달한 연마 대상물의 분광 반사 스펙트럼과의 상관 계수를 구하는 공정
(c) CMP 연마 중인 시간대에 있어서, (a)의 공정에서 구해진 분광 반사 스펙트럼의 파장에 대한 1차 미분값과, (b)의 공정에 있어서 구해진 분광 반사 스펙트럼의 파장에 대한 1차 미분값의, 파장마다의 차의 절대값의 합, 또는 파장마다의 차의 2승의 합을 구하는 공정
(d) (b)의 공정에 있어서 구해진 상관 계수가 소정의 임계값 이상으로 된 범위에서, (c)의 공정에 있어서 구해진 파장마다의 차의 절대값의 합, 또는 파장마다의 차의 2승이 합이 극소값을 취했을 때를, 연마 종료점으로 하는 공정
(a)의 공정에서는, 미리 실험에 의해, CMP 연마 중에 있어서, 연마 종료점에 도달한 연마 대상물의 분광 반사 스펙트럼을 구해 놓는다. 연마 대상물의 분광 반사 스펙트럼은, 광원의 파장 분포나, 연마액 등의 영향을 받기 때문에, 이 스펙트럼을 구할 때에는, 연마 작업 중에 구한다. 예컨대, 연마 작업 중에 연마 대상물의 분광 반사 스펙트럼을 구하는 작업을 속행시켜 두고, 다른 수단에 의해 연마 종료점에 도달한 것을 구하여, 그 때의 연마 대상물의 분광 반사 스펙트럼을 기억해 두고, 연마 대상물을 꺼내어, 정말로 연마 종료점에 도달해 있었으면 그 분광 반사 스펙트럼을 채용한다고 하는 작업을, 트라이얼 앤드 에러(trial and error)적으로 반복하여 구할 수 있다. 또, 분광 반사 스펙트럼은 이산적인 파장에 대하여 구한다. 이하의 설명을 위해 구해진 분광 반사 스펙트럼을 f(λ)로 한다. f(λ)는 파장이 λ일 때의 스펙트럼 강도이다.
(b)의 공정에 있어서는, 연마 공정 중에 피연마 대상물의 분광 반사 스펙트럼을 측정한다. 이 분광 반사 스펙트럼은, 광원의 파장 분포나 연마액 등의 영향을 받는다. 측정된 분광 반사 스펙트럼을, 이하의 설명을 위해 g(λ)로 한다. g(λ)는, 파장이 λ일 때의 스펙트럼 강도이다. 그리고, f(λ)와 g(λ)와의 상관 계수를 구한다. 상호 상관 계수는, g(λ)를 f(λ)로 회귀시켰을 때의 상관 계수 이며,
g(λ)＝a·f(λ)＋b
에 의해 일차 회귀를 한 경우의 회귀 계수 a이다. 연마의 진행과 함께, 회귀 계수는 상하 변동하면서 점차 1에 근접해 간다. f(λ)와 g(λ)가 완전히 일치하면 1로 된다. 물론, fm(λ)를 gn(λ)로 회귀하도록 하여도 좋다.
(c)의 공정에 있어서는, 연마 공정 중에 수학식 1을 구한다.
Figure 112007092674649-pct00001
또는,
Figure 112007092674649-pct00002
또, α, β는, 계산에 사용하는 파장의 하한값과 상한값이며, 예컨대, α는 파장 λ 중 작은 것, β는 파장 λ 중 큰 것을 채용할 수 있다. 실제로는, 채취되 는 데이터가 이산적이기 때문에, 이들 데이터를, 매끄러운 함수 형태인 함수 f(λ), g(λ)에 각각 적용시켜, 이것을 1차 미분하는 것이 바람직하다. 함수에 적용하지 않는 경우에는, 이들의 1차 미분은 수치 계산에 의한 차분으로서 구해지고, 상기의 적분은 적산값으로서 구해진다. 이들의 값은, 연마의 초기 단계에서는 불안정하지만, 연마의 진행과 함께 단조 감소하게 되어, 연마 종료점에서 극소값을 취하고, 그 후 상승으로 전환된다. 또, 분광 반사 스펙트럼의 1차 미분의 차를 취하고 있는 것은, 분광 반사 스펙트럼끼리의 차를 취한 경우, 연마액의 상황 등에 따라 분광 반사 스펙트럼에 오프셋이 발생하여, 이것이 오차로 되는 경우가 있지만, 1차 미분을 취하는 것에 의해, 이 오프셋을 소거할 수 있기 때문이다.
(d)의 공정에서는, (b)의 공정에 있어서 구해진 상관 계수가 소정의 임계값 이상으로 된 범위에서, (c)의 공정에 있어서 구해진 파장마다의 차의 절대값의 합, 또는 파장마다의 차의 2승의 합이 극소값을 취했을 때를, 연마 종료점이라고 판단한다. 전술한 바와 같이, (b)의 공정에 있어서 구해진 상관 계수는 연마의 진행과 함께 상승하여 1에 근접하는 경향이 있지만, 연마 종료점 전에서도 극대값을 취하는 경우가 있어, 연마 종료점의 판단에 직접 사용하기에는 부적당한 경우가 있다. 따라서, 이것이 소정의 임계값을 초과했을 때에 연마 종료점이 근접했다고 하는 판단에 사용하는 것으로 하고 있다.
이에 반해, (c)의 공정에 있어서 구해진 파장마다의 차의 절대값의 파장마다의 합, 또는 파장마다의 차의 2승의 파장마다의 합은, 연마의 초기에 있어서는 불안정하지만, 연마가 어느 정도 진행되면 단조 감소로 되고, 연마 종료점에서 극소 값을 취한다. 따라서, 전술한 바와 같이, 상관 계수가 임계값을 초과하는 것에 의해, (c)의 공정에 있어서 구해진 파장마다의 차의 절대값의 합, 또는 파장마다의 차의 2승의 합이 단조 감소로 되는 영역(연마 종료점 근방)에 들어 간 것을 알아, 그 범위에서 이들 값이 극소값으로 된 점을 구하면, 연마 종료점을 정확히 판단할 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 제 2 수단은, 상기 제 1 수단으로서, (c)의 공정에 있어서, 1차 미분값을 구한 후에 스무딩을 하여, 스무딩된 값을, 파장마다의 차의 절대값의 합, 또는 파장마다의 차의 2승의 합의 계산에 사용하는 것을 특징으로 하는 것이다.
1차 미분을 취할 때에, 미소한 노이즈에 의해 1차 미분값이 크게 변화하는 경우가 있다. 이러한 경우에는, 구해진 1차 미분값을 평활화하여 사용하는 것이 바람직하다. 평활화 수단으로는, 이동 평균법, 지수 평활법 등의 주지의 것을 사용할 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 제 3 수단은, 이하의 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 CMP 연마 장치에 있어서의 연마 종료점 검출 방법이다.
(a) CMP 연마 중에 있어서, 연마 종료점에 도달한 연마 대상물의 분광 반사 스펙트럼과 함께, 연마 도중의 연마 대상물의 분광 반사 스펙트럼을 복수, 미리 구해 놓는 공정
(b) CMP 연마 중인 시간대에 있어서, 연마 대상물의 분광 반사 스펙트럼을 구하여, (a)의 공정에 있어서 구해진 상기 연마 종료점에 도달한 연마 대상물의 분 광 반사 스펙트럼 및 연마 공정 중의 연마 대상물의 분광 반사 스펙트럼과의 상관 계수를 구하는 공정
(c) (b)의 공정에 있어서 구해진 상관 계수 중, 미리 구해진 상기 연마 종료점에 도달한 연마 대상물의 분광 반사 스펙트럼과의 상관 계수가, 다른 연마 도중의 연마 대상물의 분광 반사 스펙트럼과의 상관 계수에 비해 높아졌을 때를, 연마 종료점으로 하는 공정
본 수단에 있어서는, (a)의 공정에 있어서 CMP 연마 중에 있어서, 연마 종료점에 도달한 연마 대상물의 분광 반사 스펙트럼과 함께, 연마 도중의 연마 대상물의 분광 반사 스펙트럼을 복수, 미리 구해 놓는다. 예컨대, 구해진 연마 대상물의 분광 반사 스펙트럼을, 연마의 진행 순서대로, f1(λ), f2(λ), …, fk(λ)로 하고, fk(λ)가 연마 대상물의 연마 종료 시점의 분광 반사 스펙트럼인 것으로 한다.
(b)의 공정에 있어서는, 상기 제 1 수단과 동일하게, 연마 대상물의 분광 반사 스펙트럼을 구한다. 이것을 g(λ)로 한다. 그리고, 이 g(λ)와, f1(λ), f2(λ), …, fk(λ) 각각과의 상관 계수를, 상기 제 1 수단과 동일하게 하여 구한다.
(c)의 공정에서는, (b)의 공정에서 구해진 각 상관 계수 중, g(λ)와 fk(λ)의 상관 계수가 가장 커졌을 때에 연마 종료점에 도달했다고 판단한다. 즉, f1(λ), f2(λ), …, fk - 1(λ)는, 연마 미완료 시점의 분광 스펙트럼이다. g(λ)와 이들 연마 미완료시의 분광 반사 스펙트럼을 비교하는 것에 의해, 연마 종료점 검지의 오동작을 저감할 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 제 4 수단은, 이하의 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 CMP 연마 장치에 있어서의 연마 종료점 검출 방법이다.
(a) CMP 연마 중에 있어서, 연마 종료점에 도달한 연마 대상물의 분광 반사 스펙트럼과 함께, 연마 도중의 연마 대상물의 분광 반사 스펙트럼을 복수, 미리 구해 놓는 공정
(b) CMP 연마 중인 시간대에 있어서, 연마 대상물의 분광 반사 스펙트럼을 구하여, (a)의 공정에 있어서 구해진 상기 연마 종료점에 도달한 연마 대상물의 분광 반사 스펙트럼 및 연마 공정 중의 연마 대상물의 분광 반사 스펙트럼과의 상관 계수를 구하는 공정
(c) CMP 연마 중인 시간대에 있어서, (a)의 공정에 있어서 구해진 연마 종료점에 도달한 연마 대상물의 분광 반사 스펙트럼의 파장에 대한 1차 미분값과, (b)의 공정에 있어서 구해진 분광 반사 스펙트럼의 파장에 대한 1차 미분값과의, 파장마다의 차의 절대값의 합, 또는 파장마다의 차의 2승의 합을 구하는 공정
(d) (b)의 공정에 있어서 구해진 상관 계수 중, 미리 구해진 상기 연마 종료점에 도달한 연마 대상물의 분광 반사 스펙트럼과의 상관 계수가 가장 높아지고, 또한 (c)의 공정에 있어서 구해진 파장마다의 차의 절대값의 합, 또는 파장마다의 차의 2승의 합이 극소값을 취했을 때를, 연마 종료점으로 하는 공정
본 수단에 있어서는, (a)의 공정과 (b)의 공정은, 상기 제 3 수단과 동일하 다. 또, (c)의 공정은 상기 제 1 수단과 동일하다. (d)의 공정에 있어서는, (b)의 공정에서 구해진 상관 계수 중, 미리 구해진 상기 연마 종료점에 도달한 연마 대상물의 분광 반사 스펙트럼과의 상관 계수가 가장 높아지고, 또한, (c)의 공정에 있어서 구해진 파장마다의 차의 절대값의 합, 또는 파장마다의 차의 2승의 합이 극소값을 취했을 때를 연마 종료점이라고 판단하고 있다.
즉, 연마 종료점 판단의 기본적인 수법은 상기 제 1 수단과 동일하지만, (c)의 공정에 있어서 구해진 파장마다의 차의 절대값의 합, 또는 파장마다의 차의 2승의 합이，단조 감소를 하는 단계에 들어갔는지 여부를 판단하는 데에, 상기 제 3 수단에서 이용한 방법을 사용하고 있다. 이러한 방법에 있어서도, 연마 종료점을 정확하게 구할 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 제 5 수단은, 상기 제 4 수단으로서, (c)의 공정에 있어서, 1차 미분값을 구한 후에 스무딩을 하여, 스무딩된 값을, 파장마다의 차의 절대값의 파장마다의 합, 또는 파장마다의 차의 2승의 파장마다의 합의 계산에 사용하는 것을 특징으로 하는 것이다.
본 수단에 있어서, 1차 미분값의 스무딩을 하는 기술적 의미와 효과는, 상기 제 2 수단과 동일하다.
상기 과제를 해결하기 위한 제 6 수단은, 상기 제 1 수단 내지 제 5 수단 중 어느 하나로서, 분광 반사 스펙트럼을 측정하기 위한 광원으로서 백색 LED를 사용하고, 상기 백색 LED에 인가하는 전류를 일정하게 제어하여, 상기 연마 대상물로부터의 반사광량이 소정 범위에 들어가도록, 가변 ND 필터를 이용하여 조사광량을 제 어하는 것을 특징으로 하는 CMP 연마 장치에 있어서의 연마 종료점 검출 방법이다.
백색 LED는 광원의 스첵트럼 분포가 안정되어 있기 때문에, 분광 측정에 유리한 광원이다. 그러나, 광량을 변화시키기 위해 인가하는 전류를 바꾸면 스펙트럼 분포가 변화하기 때문에, 본 방식과 같이 분광 반사 스펙트럼의 시계열적 거동을 파라미터로 하는 방식에는 부적당하다. 그래서, 본 수단에 있어서는, 일정 전류로 사용하고 있다. 한편, CMP 연마 장치에 있어서, 연마 중에 연마 대상물의 분광 반사 스펙트럼을 측정하는 경우에는, 슬러리의 두께 등의 영향으로 반사광량이 변화한다. 특히 반사광량이 적어지면 S／N비가 나빠지기 때문에, 수광량은, 소정의 범위로 되도록 제어하는 것이 바람직하다. 따라서, 본 수단에 있어서는, 백색 LED로부터 강한 광을 출사해 두고, 그것을 가변 ND 필터에 의해 감광시켜 측정용 광원으로서 사용하고 있다. 그리고, 연마 대상물로부터 반사되는 수광량을 모니터하여, 그것이 소정 범위에 들어가도록 가변 ND 필터의 투과율을 조정하고 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 제 7 수단은, 상기 제 1 수단 내지 제 5 수단 중 어느 하나로서, 분광 반사 스펙트럼을 측정하기 위한 광원으로서 백색 LED를 사용하고, 상기 연마 대상물로부터의 반사광량이 소정 범위에 들어가도록, 상기 백색 LED에 인가하는 전류를 제어하여, 상기 백색 LED에 인가하는 전류가 변화함에 따른 상기 백색 LED의 발광 스펙트럼의 변화에 기인하는 상기 연마 대상물의 분광 반사 스펙트럼을, 미리 구해 놓은 상기 백색 LED의 발광 스펙트럼과 인가 전류와의 관계에 근거하여 보정하는 것을 특징으로 하는 것이다.
연마 대상물로부터 반사되는 수광량을 모니터하여, 그것이 소정 범위에 들어 가도록 하기 위해서는, 백색 LED에 인가하는 전류를 변화시켜도 좋지만, 전술한 바와 같이 발광 스펙트럼 분포가 변화한다고 하는 문제점이 있다. 본 수단에 있어서는, 백색 LED의 발광 스펙트럼과 인가 전류와의 관계를 미리 구해 놓고, 실제로 연마 대상물의 반사광으로부터 얻어진 분광 반사 스펙트럼을, 이 관계에 근거하여 보정하여, 정규화해서 사용하고 있다. 따라서, 백색 LED에 인가하는 전류를 변화시키더라도, 정확한 연마 종료점의 검출이 가능하게 된다.
상기 과제를 해결하기 위한 제 8 수단은, 상기 제 1 수단 내지 제 7 수단 중 어느 하나로서, 상기 분광 반사 스펙트럼은, CMP 연마 중인 연마 대상물이 1회전하는 동안의 평균값 또는 적분값인 것을 특징으로 하는 것이다.
본 수단에 있어서는, 연마 대상물의 연마 불균일이 있는 경우에도, 그것을 평균화하여, 연마 종료점을 검출할 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 제 9 수단은, 상기 제 1 수단 내지 제 8 수단 중 어느 하나로서, 연마 종료점에 도달한 연마 대상물의 분광 반사 스펙트럼 대신에, 연마 종료점에 도달하기 소정 시간 전의 연마 대상물의 분광 반사 스펙트럼을 이용하는 것을 특징으로 하는 것이다.
특히, 상기 제 1 수단, 제 4 수단을 기본으로 하여 연마 종료점을 판정하고자 하는 경우, 극소점의 판별이 필요하게 된다. 극소점인지 여부를 판별하기 위해서는, 극소점을 지나서도 데이터를 계속해서 취할 필요가 있기 때문에, 실제로 연마 종료점의 판단을 할 수 있는 것은, 연마 종료점을 지나치고나서이다. 이러한 것이 문제가 되는 경우에는, 본 수단이 유효하다. 또한, 동시에, 평균화에 따른 판정 지연도 수정할 수 있다.
본 수단에 있어서는, 연마 종료점에 도달했을 때의 연마 대상물의 분광 반사 스펙트럼이 아니라, 연마 종료점에 도달하기 소정 시간 전의 연마 대상물의 분광 반사 스펙트럼을 기준 스펙트럼으로서 채용하고 있다. 이 소정 시간은, 상기 극소값이 나타나고 나서, 그것이 극소값이라고 판단할 수 있기까지의 경과 시간에 가까운 값을 채용하는 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 극소값이라고 판단된 시점에서, 실제로 연마 종료점으로 되어 있게 되어, 정확히 연마 종료점에서 연마를 종료시킬 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 제 10 수단은, 이하의 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 CMP 연마 장치에 있어서의 연마 종료점 검출 방법이다.
(a) CMP 연마 중에 있어서, 연마 종료점에 도달한 후에 과잉 연마를 실시하여, 과잉 연마 중인 1 점 또는 복수 점에 있어서의 연마 대상물의 분광 반사 스펙트럼을, 미리 구해 놓는 공정
(b) CMP 연마 중에 있어서, 연마 대상물의 분광 반사 스펙트럼을 구하여, (a)의 공정에 있어서 구해진 과잉 연마 중인 연마 대상물의 분광 반사 스펙트럼 중 어느 하나와의 상관 계수를 구하는 공정
(c) (b)의 공정에 있어서 구해진 상관 계수가 소정의 임계값 이상으로 되었을 때를, 연마 종료점으로 하는 공정
상기 과제를 해결하기 위한 제 11 수단은, 상기 제 1 수단 내지 제 5 수단 중 어느 하나로서, 이하의 공정을 갖는 연마 종료점 검출 방법을 아울러 갖고, 어 느 하나의 연마 종료점 검출 방법에 있어서, 최초에 연마 종료점이 검출되었을 때를 연마 종료점으로 하는 것을 특징으로 하는 CMP 연마 장치에 있어서의 연마 종료점 검출 방법이다.
(a) CMP 연마 중에 있어서, 연마 종료점에 도달한 후에 과잉 연마를 실시하여, 과잉 연마 중인 1 점 또는 복수 점에 있어서의 연마 대상물의 분광 반사 스펙트럼을, 미리 구해 놓는 공정
(b) CMP 연마 중에 있어서, 연마 대상물의 분광 반사 스펙트럼을 구하여, (a)의 공정에 있어서 구해진 과잉 연마 중인 연마 대상물의 분광 반사 스펙트럼 중 어느 하나와의 상관 계수를 구하는 공정
(c) (b)의 공정에 있어서 구해진 상관 계수가 소정의 임계값 이상으로 되었을 때를, 연마 종료점으로 하는 공정
상기 과제를 해결하기 위한 제 12 수단은, 이하의 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 CMP 연마 장치에 있어서의 연마 종료점 검출 방법이다.
(a) CMP 연마 중에 있어서, 연마 종료점에 도달한 연마 대상물의 분광 반사 스펙트럼을, 미리 구해 놓는 공정
(b) CMP 연마 중에 있어서, 연마 대상물의 분광 반사 스펙트럼을 구하는 공정
(c) CMP 연마 중인 시간대에 있어서, (a)의 공정에 있어서 구해진 분광 반사 스펙트럼의 파장에 대한 1차 미분값과, (b)의 공정에 있어서 구해진 분광 반사 스펙트럼의 파장에 대한 1차 미분값과의, 파장마다의 차의 절대값의 합, 또는 파장마 다의 차의 2승의 합을 구하는 공정
(d) (c)의 공정에 있어서 구해진 파장마다의 차의 합, 또는 파장마다의 차의 2승의 합의 극소값을 취했을 때를, 연마 종료점으로 하는 공정
상기 과제를 해결하기 위한 제 13 수단은, 상기 제 12 수단으로서, 추정된 연마 종료점에 가까워질 때까지의 시간이 경과한 후에, (b), (c), (d)의 공정을 개시하는 것을 특징으로 하는 CMP 연마 장치에 있어서의 연마 종료점 검출 방법이다.
상기 과제를 해결하기 위한 제 14 수단은, 이하의 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 CMP 연마 장치에 있어서의 연마 종료점 검출 방법이다.
(a) CMP 연마 중에 있어서, 연마 종료점에 도달한 연마 대상물의 분광 반사 스펙트럼을, 미리 구해 놓는 공정
(b) CMP 연마 중에 있어서, 연마 대상물의 분광 반사 스펙트럼을 구하고, 이 분광 반사 스펙트럼과 (a)의 공정에 있어서 구해진 상기 연마 종료점에 도달한 연마 대상물의 분광 반사 스펙트럼으로부터 얻어지는, 연마 종료점을 향해 정규화된 값(예컨대, 1 등)에 근접해 가는 제 1 파라미터를 구하는 공정
(c) CMP 연마 중인 시간대에 있어서, (a)의 공정에 있어서 구해진 분광 반사 스펙트럼과 (b)의 공정에 있어서 구해진 분광 반사 스펙트럼으로부터 얻어지는, 연마 종료점에 있어서 극소값을 취하는 제 2 파라미터를 구하는 공정
(d) (b)의 공정에 있어서 구해진 제 1 파라미터가 소정의 임계값 이상으로 된 범위에서, (c)의 공정에 있어서 구해진 제 2 파라미터가 극소값을 취했을 때를, 연마 종료점으로 하는 공정
상기 과제를 해결하기 위한 제 15 수단은, 이하의 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 CMP 연마 장치에 있어서의 연마 종료점 검출 방법이다.
(a) CMP 연마 중에 있어서, 연마 종료점에 도달한 연마 대상물의 분광 반사 스펙트럼을, 미리 구해 놓는 공정
(b) CMP 연마 중에 있어서, 연마 대상물의 분광 반사 스펙트럼을 구하여, (a)의 공정에 있어서 구해진 상기 연마 종료점에 도달한 연마 대상물의 분광 반사 스펙트럼과의 상관 계수를 구하는 공정
(c) CMP 연마 중인 시간대에 있어서, (b)의 공정에 있어서 구해진 상관 계수가 소정의 임계값 이상으로 된 범위에서, (a)의 공정에 있어서 구해진 분광 반사 스펙트럼의 파장에 대한 1차 미분값과, (b)의 공정에 있어서 구해진 분광 반사 스펙트럼의 파장에 대한 1차 미분값과의, 파장마다의 차의 절대값의 합, 또는 파장마다의 차의 2승의 합을 구하는 공정
(d) (c)의 공정에 있어서 구해진 파장마다의 차의 합, 또는 파장마다의 차의 2승의 합의 극소값을 취했을 때를, 연마 종료점으로 하는 공정
상기 과제를 해결하기 위한 제 16 수단은, 연마 대상물의 연마 종료점을, 상기 연마 대상물의 분광 반사 스펙트럼으로부터 구하는 연마 종료 판정 장치를 갖는 CMP 연마 장치로서, 상기 연마 종료 판정 장치는, 상기 제 1 수단 내지 제 15 수단 중 어느 하나의 CMP 연마 장치에 있어서의 연마 종료점 검출 방법을 이용하여 연마 대상물의 연마 종료점을 구하는 것을 특징으로 하는 CMP 연마 장치이다.
본 수단에 있어서는, 연마 대상물의 연마 종료점을 정확히 파악할 수 있기 때문에, 정확한 연마를 할 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 제 17 수단은, 상기 제 16 수단인 CMP 연마 장치를 이용하여, 웨이퍼를 연마하는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 디바이스의 제조 방법이다.
본 수단에 있어서는, 정확한 CMP 연마가 가능하기 때문에, 미세한 구조를 갖는 반도체 디바이스를 양품률 좋게 제조할 수 있다.
본 발명에 따르면, 신뢰성이 높은 CMP 연마 장치에 있어서의 연마 종료점 검출 방법, 이 방법을 이용한 CMP 연마 장치, 또한, 이 CMP 연마 장치를 이용한 반도체 디바이스의 제조 방법을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예인 CMP 연마 장치에 있어서의 연마 종료점 검출 방법을 사용한 CMP 연마 종료점 검출 장치의 광학계의 예를 나타내는 도면,
도 2는 도 1에 도시하는 바와 같은 광학계를 갖는 연마 종료점 검출 장치와, 실제의 CMP 연마 장치와의 관계를 나타내는 도면,
도 3은 본 발명의 실시예인 반도체 디바이스의 제조 방법을 나타내는 도면,
도 4는 본 발명의 실시예에서 연마를 실시한 웨이퍼의 구조를 나타내는 도면,
도 5는 본 발명의 제 1 실시예에서 얻어진 타겟(기준) 분광 반사 스펙트럼을 나타내는 도면,
도 6은 본 발명의 제 1 실시예에 있어서의 파라미터 1과 파라미터 2의 추이를 나타내는 도면,
도 7은 본 발명의 제 1 실시예에 있어서의 타겟 분광 반사 스펙트럼과 공정 종료점시의 분광 반사 스펙트럼을 나타내는 도면,
도 8은 본 발명의 제 2 실시예에 있어서의 연마 종료점에서의 분광 반사 스펙트럼(타겟 분광 반사 스펙트럼)을 나타내는 도면,
도 9는 백색 LED에 인가하는 전류를 변화시킨 경우의 발광 스펙트럼 분포의 변화를 나타내는 도면,
도 10은 본 발명의 제 2 실시예에 있어서의 파라미터 1과 파라미터 2의 변화의 모양을 나타내는 도면,
도 11은 본 발명의 제 2 실시예에 있어서 기준으로 한 분광 반사 스펙트럼(타겟 스펙트럼)과 실제의 연마 공정 종료시의 분광 반사 스펙트럼을 나타내는 도면.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
1 : 백색 LED
2 : 렌즈
3 : 가변 ND 필터
4 : 조명 에리어 제어 슬릿
5 : 렌즈
6 : 빔 스플리터
7 : 렌즈
8 : 피측정 웨이퍼
9 : 렌즈
10 : 미러
11 : 렌즈
12 : 슬릿
13 : 렌즈
14 : 회절 격자
15 : 리니어 센서
21 : 홀더
22 : 연마판
23 : 연마체
24 : 연마액 공급부
25 : 연마액
26 : 연마 종료점 검출 장치
27 : 광 검출기
28 : 커버
31 : 실리콘 기판
32 : 산화막
33 : low-k막
34 : CAP층
35 : Ta／TaN층
36 : 동(銅)
37 : 트렌치부
이하, 본 발명의 실시예의 예를, 도면을 이용하여 설명한다. 도 1은, 본 발명의 실시예인 CMP 연마 장치에 있어서의 연마 종료점 검출 방법을 사용한 CMP 연마 종료점 검출 장치의 광학계의 예를 나타내는 도면이다.
광원인 백색 LED(1)로부터의 광은, 렌즈(2)에 의해 평행 광속으로 변환되고, 가변 ND 필터(3), 조명 에리어 제어 슬릿(4)을 통과한 후, 렌즈(5)에 의해 빔 스플리터(6)에 집광된다. 빔 스플리터(6)를 통과한 광은, 렌즈(7)에 의해 다시 평행 광속으로 되어, 연마 대상물인 피측정 웨이퍼(8)의 표면에 조사된다.
피측정 웨이퍼(8)로부터의 반사광은, 다시 렌즈(7)를 통해 빔 스플리터(6)에 집광된다. 빔 스플리터(6)에 있어서, 반사광은 90° 방향이 바뀌어, 렌즈(9)에 의해 평행 광속으로 된다. 그리고, 미러(10)에서 반사되어, 렌즈(11)에 의해, 0차 광만을 선별하는 개구를 갖는 차광 수단인 슬릿(12) 상에 집광된다. 그리고, 산란광, 회절광 등의 노이즈 성분이 제거되고, 렌즈(13)를 거쳐서 분광 수단인 회절 격자(14)에 투사되어, 분광된다. 분광된 광은, 광전 변환 소자인 리니어 센서(15)에 입사되어, 분광 강도가 측정된다.
이 광학계에 있어서, 백색 LED(1)의 상(像)은 빔 스플리터(6)에 결상되고, 그 결상 위치가 렌즈(7)의 전방 초점에 위치하고 있다. 따라서, 피측정 웨이퍼(8)면은 한결같이, 또한 거의 수직인 평행광에 의해 조명된다. 또한, 슬릿(12)은, 피측정 웨이퍼(8)로부터의 수직 반사광의 집광 위치에 마련되어 있다. 따라서, 그 개구의 직경을 조정함으로써, 반사광의 NA, 즉 그 개구를 통과하는 광의 반사 각도를 조정할 수 있다. 또, 빔 스플리터(6)가 편광 빔 스플리터인 경우에는, 렌즈(7)와 피측정 웨이퍼(8) 사이에 λ／4판이 삽입된다.
이러한 광학계를 갖는 연마 종료점 검출 장치와, 실제의 CMP 연마 장치와의 관계를 도 2에 나타낸다. 도 2에 있어서, 도 1에 도시된 구성 요소와 동일한 구성 요소에는, 동일 부호를 부여하여 그 설명을 생략한다. 참조 부호 "21"은 연마 대상물 유지부(이하, "홀더"라고 함), "22"는 연마판, "23"은 연마체, "24"는 연마액 공급부, "25"는 연마액(슬러리), "26"은 연마 종료점 검출 장치, "27"은 광 검출기, "28"은 커버이다. 광 검출기(27)는, 도 1에 있어서의, 빔 스플리터(6)에서 반사된 후에 광이 통과하는 광학계를 정리하여 도시하고 있다.
연마 장치 본체는 홀더(21), 연마판(22), 연마판(22)에 부착되어 있는 연마체(23), 및 연마액 공급부(24)로 구성되어 있다. 그리고, 홀더(21)에는 연마 대상물인 피측정 웨이퍼(8)가 장착되고, 연마액 공급부(24)는 연마액(25)을 공급한다.
연마체(23)로서는, 발포 폴리우레탄으로 이루어지는 시트 형상의 연마 패드, 혹은 표면에 홈 구조를 갖는 무발포 수지의 연마 패드가 사용되고 있다. 홀더(21) 는 적당한 수단에 의해 축 A를 중심으로 화살표 a의 방향으로 회전되고, 연마판(22)은 적당한 수단에 의해 축 B를 중심으로 화살표 b의 방향으로 회전된다. 또한 축 B는, 화살표 c와 같이, 축 A에 직선적으로 근접하거나 멀어지거나 하는 요동(搖動)을 한다. 이들의 과정에서, 연마액(25)과 연마체(23)의 작용에 의해, 피측정 웨이퍼(8)의 연마면(연마체(23)와 접촉하고 있는 면)이 연마된다.
연마 종료점 검출 장치(26)는, 피측정 웨이퍼(8)의 상부에 설치되어 있다. 연마 종료점 검출 장치(26)에의 연마액의 비산을 방지하기 위하여, 연마 종료점 검출 장치(26)는 커버(28)로 거의 덮여져 있다.
연마 종료점 검출 장치(26)의 구성 요소로서, 도면에 있어서는 백색 LED 광원(1), 빔 스플리터(6), 광 검출기(27)만을 도시하고, 세부에 대해서는 도시를 생략하고 있지만, 연마 종료점 검출 장치(26)의 실제의 광학계는, 도 1에 도시된 것이 이용되고 있다.
이하, 이러한 구성의 연마 종료점 판정 장치를 이용한, 연마 종료점의 판별 방법의 실시예를 설명한다. 이 방법은, 실제로는, 연마 종료점 검출 장치(26) 중에 내장된 컴퓨터를 중심으로 하여 행해진다.
제 1 실시예에 있어서는, 우선, 연마 종료점 판별의 기준이 되는 피측정 웨이퍼의 분광 반사 스펙트럼을 취득해 놓는다. 비교되는 분광 반사 스펙트럼은 연마 공정 중에 측정되기 때문에, 기준이 되는 분광 반사 스펙트럼도 연마 공정 중에 취득할 필요가 있다. 그 방법으로서는, 다른 어떠한 방법(예컨대, 연마 경과 시간) 등에 의해, 연마 종료점 근방으로 된 것을 판정하여, 그 때의 피측정 웨이퍼의 분광 반사 스펙트럼을 취득하는 동시에 연마를 종료한다. 이것을, 복수 매의 피측정 웨이퍼에 대하여(예컨대, 연마 경과 시간을 조금씩 바꿔서) 실행하고, 얻어진 것 중에서, 가장 종점 연마 상태에 가까웠던 것을 선출하여, 그것에 대응하는 분광 반사 스펙트럼을 기준으로서 채용하면 된다.
또, 본 명세서에서 「분광 반사 스펙트럼」이라고 하는 것은, 상기 설명으로부터도 알 수 있는 바와 같이, 연마 상태에서의 분광 반사 스펙트럼이기 때문에, 슬러리 등의 분광 투과율의 영향을 받은 것이다. 또, 물리학적인 분광 반사 스펙트럼, 즉, 완전 백색광으로 조명을 했을 때의 분광 반사 스펙트럼이어도 좋고, 소정의 스펙트럼 분포를 갖는 광원으로 조명했을 때의 분광 반사 스펙트럼(즉, 광원의 영향을 받는) 것이어도 좋다. 후자의 경우에는, 얻어진 스펙트럼 분포를 그대로 이용할 수 있다. 전자의 경우에는, 얻어진 스펙트럼 분포를, 광원의 스펙트럼 분포로 정규화해 둘 필요가 있다. 얻어진 분광 반사 스펙트럼 분포를 f(λ)로 한다. λ는 파장으로, 이산적인 값이다.
이러한 준비를 한 후, 실제로 웨이퍼를 연마할 때에, 그 웨이퍼의 분광 반사 스펙트럼을 측정한다. 얻어진 분광 반사 스펙트럼 분포를 g(λ)로 한다. λ는 파장으로, 이산적인 값이다. 통상, f(λ)를 측정할 때의 λ와 g(λ)를 측정할 때의 λ는, 모두 동일 파장으로 해 두는 것이 바람직하다.
분광 반사 스펙트럼 분포 g(λ)가 얻어진 경우, 이것과 기준인 분광 반사 스펙트럼 f(λ)와의 상관 계수를 구한다. 상관 계수는, 통계학적으로 다용(多用)되고 있는 것으로,
g(λ)＝a·f(λ)＋b
로 하여, 일차 회귀를 한 경우의 회귀 계수 a이다. 연마의 진행과 함께, 회귀 계수는 상하 변동하면서 점차 1에 근접해 간다. f(λ)와 g(λ)가 완전히 일치하면 1로 된다.
이와 동시에, 얻어진 분광 반사 스펙트럼 g(λ)의 λ에 대한 1차 미분과 기준인 분광 반사 스펙트럼 f(λ)의 λ에 대한 1차 미분과의 차의 절대값을, 측정 범위의 파장역에서 적분한 것, 또는, 얻어진 분광 반사 스펙트럼 g(λ)의 λ에 대한 1차 미분과 기준인 분광 반사 스펙트럼 f(λ)의 λ에 대한 1차 미분과의 차의 절대값의 2승을, 측정 범위의 파장역에서 적분한 것을 구한다. 1차 미분을 구하는 방법으로는, f(λ)와 g(λ)를 각각 매끄러운 함수형 f(λ), g(λ)에 적용시켜, 그 1차 미분을 구하는 방법, 수치 계산에 의한 차분에 의해 1차 미분을 구하는 방법이 있지만, 후자의 경우, 미소한 노이즈에 의해 핸칭이 발생하는 경우가 있으므로, 전자 쪽이 바람직하다. 후자 쪽을 채용하는 경우에는, 얻어진 1차 미분값을, λ에 대한 이동 평균, 지수 평활 등을 사용하여 평활화시켜 이용하는 것이 바람직하다. 이렇게 하여 구한 값을 c로 한다.
이렇게 하여 구한 상관 계수(회귀 계수) a가 소정값 이상이고, c의 값이 극소값을 취했을 때, 연마의 종점에 도달했다고 판단한다. 이에 따라, 정확히 연마의 종점을 검출할 수 있다. 또, 상기한 바와 같은 연마 중인 웨이퍼의 분광 반사 스펙트럼의 측정이나, 그에 수반하는 판정 처리는, 전체 연마 공정 중에 실행할 필요는 없는, 연마 종료점까지의 연마 시간의 추정이 어느 정도 가능한 경우에는, 연 마 종료점에 근접할 때까지의 시간이 경과한 후에 개시하여도 좋다.
제 2 실시예에 있어서도, 우선, 제 1 실시예와 동일하게, 연마 종료점 판별의 기준이 되는 피측정 웨이퍼의 분광 반사 스펙트럼을 취득해 놓는데, 그와 더불어, 연마 도중에 있어서의 적당한 간격(일정 간격일 필요는 없음)에 있어서, 피측정 웨이퍼의 분광 반사 스펙트럼을 복수 측정해 놓는다. 구해진 연마 대상물의 분광 반사 스펙트럼을, 연마의 진행 순서대로, f1(λ), f2(λ), …, fk(λ)로 하고, fk(λ)가 연마 대상물의 연마 종료 시점의 분광 반사 스펙트럼인 것으로 한다.
실제의 웨이퍼의 연마 중에는, 상기 제 1 실시예와 동일하게, 연마 대상물의 분광 반사 스펙트럼을 구한다. 이것을 g(λ)로 한다. 그리고, 이 g(λ)와, f1(λ), f2(λ), …, fk(λ) 각각과의 상관 계수를, 상기 제 1 실시예와 동일하게 하여 구한다. 그리고, 구해진 각 상관 계수 중, g(λ)와 fk(λ)의 상관 계수가 가장 커졌을 때에 연마 종료점에 도달했다고 판단한다. 가령, g(λ)와 fi(λ)(i≠k)와의 상관 계수가 커지더라도, fi(λ)는 진짜 연마 종료시의 스펙트럼은 아니므로, 종점 판정은 이루어지지 않는다.
제 3 실시예에 있어서는, 우선, 제 1 실시예와 동일하게, 연마 종료점 판별의 기준이 되는 피측정 웨이퍼의 분광 반사 스펙트럼을 취득해 놓는데, 그와 더불어, 연마 도중에 있어서의 적당한 간격(일정 간격일 필요는 없음)에 있어서, 피측정 웨이퍼의 분광 반사 스펙트럼을 복수 측정해 놓는다. 구해진 연마 대상물의 분 광 반사 스펙트럼을, 연마의 진행 순서대로, f1(λ), f2(λ), …, fk(λ)로 하고, fk(λ)가 연마 대상물의 연마 종료 시점의 분광 반사 스펙트럼인 것으로 한다.
실제의 웨이퍼의 연마 중에는, 상기 제 1 실시예와 동일하게, 연마 대상물의 분광 반사 스펙트럼을 구한다. 이것을 g(λ)로 한다. 그리고, 이 g(λ)와, f1(λ), f2(λ), …, fk(λ) 각각과의 상관 계수를, 상기 제 1 실시예와 동일하게 하여 구한다. 이상의 공정은, 상기 제 2 실시예와 동일하다.
그리고 동시에, 상기 제 1 실시예와 동일하게 하여, 얻어진 분광 반사 스펙트럼 g(λ)의 λ에 대한 1차 미분과 기준인 분광 반사 스펙트럼 f(λ)의 λ에 대한 1차 미분과의 차의 절대값을, 측정 범위의 파장역에서 적분한 것, 또는, 얻어진 분광 반사 스펙트럼 g(λ)의 λ에 대한 1차 미분과 기준인 분광 반사 스펙트럼 f(λ)의 λ에 대한 1차 미분과의 차의 절대값의 2승을, 측정 범위의 파장역에서 적분한 것을 구한다. 이 값을 c로 한다.
그리고, g(λ)와 f1(λ), f2(λ), …, fk(λ) 각각과의 상관 계수 중, g(λ)와 fk(λ)의 상관 계수가 최대로 되어 있고, 또한 c의 값이 극소값을 취했을 때에, 연마 종료점에 도달했다고 판단한다.
이상의 실시예 중, 특히 제 1 실시예와 제 3 실시예에 있어서는, 극소값의 판단을 하고 있다. 극소값의 판단은, 판단되는 값이 다시 증가할 때까지 실행할 수 없으며, 게다가, 노이즈의 영향을 피하고자 하면, 소정값 이상의 증가가 확인될 때까지 판단을 기다리지 않을 수 없다. 따라서, 극소로 된 것을 판단하는 시점은, 극소로 된 시점에서 소정 시간 이후가 된다. 통상은 이 지연 시간은 문제가 되지 않지만, 만일 문제가 되는 경우에는, 기준으로 하는 분광 반사 스펙트럼을, 연마 종료시에 있어서의 분광 반사 스펙트럼으로 하지 않고, 그것보다 상기 지연 시간만큼 앞의 분광 반사 스펙트럼으로 하도록 하면 된다. 이와 같이 하면, 극소로 되었다고 하는 판단이 이루어진 시점에서, 때마침 연마의 종료점에 도달하도록 할 수 있다. 제 2 실시예에 있어서도, 동일한 사고를 하는 것도 가능하다.
이상의 실시예에 있어서, 분광 반사 스펙트럼을 S／N이 양호한 상태에서 측정하기 위해서는, 피측정 웨이퍼(8)로부터의 반사광의 강도가 어느 정도 강하지 않으면 안된다. 수광 광학계로 관측되는 강도는, 연마액(25)의 두께 등에 따라 변화하여, 경우에 따라서는 충분한 광량을 얻을 수 없는 경우가 있다. 이것을 방지하기 위해, 백색 LED(1)의 발광 강도를 크게 하여, 인가 전류를 일정하게 유지하고, 통상의 상태에서는, 가변 ND 필터(3)에 의해 광을 약하게 하여 피측정 웨이퍼(8)에 조사하도록 해 놓는다. 그리고, 예컨대, 렌즈(9)를 투과한 광을 하프 미러 등으로 2분할하여 한쪽을 수광 소자에 도입하고, 이 수광 소자의 출력이 소정 범위(또는 일정)로 되도록, 가변 ND 필터(3)의 투과율을 조정하도록 한다. 이와 같이 하면, 백색 LED(1)에 인가하는 전류를 변화시키는 일 없이, 수광 광학계로 수광되는 반사광을 소정 범위(또는 일정)로 유지할 수 있다.
수광 광학계로 수광되는 반사광을 소정 범위(또는 일정)로 유지하기 위해서는, 백색 LED(1)에 인가하는 전류를 조정하여 발광 강도를 변화시키는 것도 고려할 수 있지만, 그렇게 하면, 백색 LED(1)의 발광 스펙트럼이 변화하므로 바람직하지 못하다. 따라서, 이러한 방법을 채용하는 경우에는, 미리 인가 전류와 발광 스펙트럼의 관계를 조사해 두고, 인가 전류에 따른 발광 스펙트럼으로, 검출된 피측정 웨이퍼(8)의 분광 반사 스펙트럼을 정규화하여 사용할 필요가 있다.
제 4 실시예에 있어서는, 미리 분광 반사 스펙트럼을 취득할 때에, 연마 종료점을 지나더라도 과잉 연마를 하여, 연마 종료점을 지난 후의 분광 반사 스펙트럼을 미리 취득해 놓는다. 그리고, 연마 종료점을 판정하는 데에 있어서는, 실제 연마 중에 측정한 분광 반사 스펙트럼과, 미리 취득한 연마 종료점보다 이후의 분광 반사 스펙트럼과의 상관 계수를 구하여, 이 상관 계수가 소정값(미리 설정한 임계값)으로 되면, 연마 종료점이라고 판단하여 즉시 연마를 정지한다. 연마 종료점의 판정에 이용한, 미리 취득한 연마 종료점보다 이후의 분광 반사 스펙트럼은, 1개이어도 좋고, 2개 이상이어도 좋다.
제 4 실시예는, 전술한 제 1 실시예 내지 제 3 실시예 중 어느 하나와 조합하여 이용하면 효과적이다. 즉, 연마 속도가 극단적으로 빠른 경우에는, 제 1 실시예 내지 제 3 실시예 어느 것에 있어서도, 연마 종료점의 판정이 잘 이루어지지 않아, 연마가 정지하지 않고 과잉 연마로 되어 버릴 우려가 있다. 그러나, 이들 실시예에 제 4 실시예를 조합시키는 것에 의해, 제 1 실시예 내지 제 3 실시예에서는, 연마 종료점의 판정이 잘 이루어질 수 없었던 경우에도, 제 4 실시예에 있어서 연마 종료점을 판정할 수 있기 때문에, 과잉 연마를 방지할 수 있다.
도 2에 나타내는 CMP 연마 장치에 있어서는, 피측정 웨이퍼(8)의 직경보다도 연마체(23)의 직경 쪽이 작고, 또한 피측정 웨이퍼의 표면이 위를 향하고 있다. 따라서, 연마 종료점 검출 장치(26)를 일정한 위치에 놓은 경우에는, 동일 반경 상의 일주(一周)분의 분광 반사 스펙트럼을 측정하는 것이 가능하다. 따라서, 이들 일주분의 분광 반사 스펙트럼을 평균화 또는 적분하여 사용하면, 장소에 따른 연마 불균일의 영향 및 패턴에 따른 회절의 영향을 이론 상 완전히 소실시킬 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예인 반도체 디바이스의 제조 방법을 나타내는 도면이다. 반도체 제조 프로세스를 개시하면, 우선 단계 S200에서 다음에 예로 드는 단계 S201∼S204 중에서 적절한 처리 공정을 선택하여, 어느 한 단계로 진행한다.
여기서, 단계 S201은 웨이퍼의 표면을 산화시키는 산화 공정이다. 단계 S202는 CVD 등에 의해 웨이퍼 표면에 절연막이나 유전체막을 형성하는 CVD 공정이다. 단계 S203은 웨이퍼에 전극을 증착 등에 의해 형성하는 전극 형성 공정이다. 단계 S204는 웨이퍼에 이온을 주입하는 이온 주입 공정이다.
CVD 공정(S202) 또는 전극 형성 공정(S203) 후에, 단계 S205로 진행한다. 단계 S205는 CMP 공정이다. CMP 공정에서는 본 발명에 따른 연마 장치에 의해, 층간 절연막의 평탄화나 반도체 디바이스 표면의 금속막의 연마, 유전체막의 연마에 의한 다마신(damascene)의 형성 등이 행해진다.
CMP 공정(S205) 또는 산화 공정(S201) 후에 단계 S206으로 진행한다. 단계 S206은 포토리소그래피 공정이다. 이 공정에서는 웨이퍼에의 레지스트의 도포, 노광 장치를 이용한 노광에 의한 웨이퍼에의 회로 패턴의 프린팅, 노광한 웨이퍼의 현상이 행해진다. 또한, 다음 단계 S207은 현상한 레지스트상 이외의 부분을 에칭 에 의해 깎아내고, 그 후 레지스트 박리가 행해져서, 에칭이 끝나 불필요하게 된 레지스트를 제거하는 에칭 공정이다.
다음에, 단계 S208에서 필요한 전체 공정이 완료되었는지를 판단하여, 완료되어 있지 않으면 단계 S200으로 되돌아가서, 앞의 단계를 반복하여 웨이퍼 상에 회로 패턴이 형성된다. 단계 S208에서 전체 공정이 완료되었다고 판단되면, 종료(end)로 된다.
본 발명에 따른 반도체 디바이스 제조 방법에서는, CMP 공정에 있어서 본 발명에 따른 CMP 연마 장치를 이용하고 있기 때문에, 세밀한 패턴을 갖는 웨이퍼를 정밀도 좋게 연마할 수 있어, 보다 성능이 좋은 반도체 디바이스를 제조할 수 있다.
실시예
(실시예 1)
도 4에 나타내는 것과 같은 구조의 웨이퍼의 연마를 하여, 본 발명의 제 1 실시예의 방법에 의해, 연마 종료점의 검출을 하였다. 도 4에 나타내는 웨이퍼는, 실리콘 기판(31) 상에 산화막(32), low-k막(33), CAP층(34), Ta／TaN층(35), 동(銅)(36)의 순으로 적층된 것으로, low-k막(33), CAP층(34), Ta／TaN층(35)에는 트렌치부(37)가 형성되고, 거기에 동(銅)(36)이 매립되어 있다.
CMP 연마 장치는 NPS3301(니콘 제품:NPS는 등록 상표)을 사용하였다. NPS3301은, 도 2에 도시하는 바와 같이 가공면을 항상 육안으로 관측할 수 있으며, 공정 종료점을 검지하는 계측기가 가공면 상부에 구비되어 있다. 계측기는 가공 중에 웨이퍼의 에지로부터 10㎜의 원주 상을 항상 모니터하도록 하였다.
타겟(기준) 분광 반사 스펙트럼의 결정을 위해, 도 4의 구조를 갖는 패턴 웨이퍼를 1장 연마하였다. Ta／TaN(35)의 종점 판정 후, 추가 연마를 하여, CAP층 잔막을 50㎚으로 하고, 이 점을 연마 종료점으로 하였다. 이 때의 분광 반사 스펙트럼(타겟 분광 반사 스펙트럼)의 상대값을 도 5에 나타낸다. 새로이 도 4의 구조를 갖는 웨이퍼를 준비하여, 제 1 실시예에 나타낸 방법으로 연마 종료점 검출을 하였다. 그 결과를 도 6에 나타낸다. 도 6 중의 파선(파라미터 1)은 타겟과 공정 중에 관측되는 반사율 스펙트럼의 상관 계수(상대값)를 나타낸다. 또한, 실선(파라미터 2)은 타겟 분광 반사 스펙트럼의 1차 미분과 연마 공정 중에 관측된 분광 반사 스펙트럼의 1차 미분을 계산하고, 양자의 차의 절대값을, 각 파장마다 구하여, 그 합을 계산한 것(상대값)이다. 파선으로 표시되는 값이 0.8을 넘은 범위에서, 실선으로 표시되는 값이 극소값을 취할 때에 연마 종료점이라고 판단하는 것으로 하여, CMP 연마를 자동 정지시켰다. 그 때의 잔막은 CAP층 약 50㎚로 되어 있으며, 타겟 분광 반사 스펙트럼과 거의 동일한 막두께 상태로 공정 종료점을 확인할 수 있었다. 타겟 분광 반사 스펙트럼과 공정 종료점시의 분광 반사 스펙트럼을 도 7에 나타낸다. 도 7로부터 명백한 바와 같이, 양자의 반사율의 형상은 거의 일치하고 있다. 이 결과로부터 웨이퍼의 임의의 잔막으로 재현성있는 공정 종료점을 검지할 수 있는 것이 확인되었다.
(실시예 2)
실시예 1과 동일한 구조의 웨이퍼의 연마를 하여, 그 종점 검출을 하였다. 단, 사용한 웨이퍼의 각 층의 막두께는, 실시예 1의 것과는 다르다. 연마 종료점에서의 분광 반사 스펙트럼(타겟 반사율)은 연마압(압력) 1.5psi의 연마 조건일 때에 취득하였다. 이 때의 홀더 회전수는 61rpm이고, 백색 LED의 인가 전류치는 10(상대값)이었다. 백색 LED의 인가 전류치는 웨이퍼로부터의 반사광이 최적의 상태로 되도록 자동적으로 제어되도록 하였다.
이 조건하에서 취득한 연마 종료점에서의 분광 반사 스펙트럼(타겟 분광 반사 스펙트럼)을 도 8에 나타낸다. 다음에 연마 압력을 0.05psi로 변경하여 연마를 하였다. 연마 압력의 변경에 수반하여, 연마 조건(홀더 회전수)이 변경되었다. 그 결과, 홀더 회전수의 변경을 위해, 웨이퍼 전체 둘레 계측하는 조건이 달라져 버렸다. 또한 슬러리에 의한 외란 상태도 변화되어, 백색 LED에 인가되는 전류치는 20(상대값)으로 되었다. 그 결과 백색 LED의 발광 특성이 도 9에 도시하는 바와 같이 변화하여, 동일한 구조를 갖는 웨이퍼를 연마하더라도, 검출기에서 검출되는 분광 반사 스펙트럼이 달라, 정확한 연마 종료 검출을 할 수 없는 것을 알 수 있었다. 그래서, 백색 LED에의 인가 전류량을 일정하게 하고, 가변 ND 필터를 삽입함으로써 광량 조절을 하였다.
백색 LED에의 인가 전류량을 일정하게 하고, 가변 ND 필터를 삽입함으로써 광량 조절을 하여, 제 1 실시예에 의해 연마 종료 검출을 했을 때의, 파라미터 1과 파라미터 2(각각, 도 6에 나타낸 것과 동일한 의미를 가짐)의 변화의 모양을 도 10에 나타낸다. 또, 기준으로 한 분광 반사 스펙트럼(타겟 스펙트럼)과 실제의 연마 공정 종료시의 분광 반사 스펙트럼을 도 11에 나타낸다. 연마 압력이 변경되더라도 동일 형상의 분광 반사 스펙트럼을 검지하고, 또한 가공 후의 웨이퍼 잔막은 동일한 결과를 나타내었다.

Claims (17)

  1. CMP 연마 장치에서의 연마 종료점 검출 방법에 있어서,
    (a) CMP 연마 중에, 연마 종료점에 도달한 연마 대상물의 분광 반사 스펙트럼을 미리 구해 놓는 공정과,
    (b) CMP 연마 중에, 연마 대상물의 분광 반사 스펙트럼을 구하여, (a)의 공정에서 구해진 상기 연마 종료점에 도달한 연마 대상물의 분광 반사 스펙트럼과의 상관 계수를 구하는 공정과,
    (c) CMP 연마 중인 시간대에서, (a)의 공정에서 구해진 분광 반사 스펙트럼의 파장에 대한 1차 미분값과, (b)의 공정에서 구해진 분광 반사 스펙트럼의 파장에 대한 1차 미분값과의, 파장마다의 차의 절대값의 합 또는 파장마다의 차의 2승의 합을 구하는 공정과,
    (d) (b)의 공정에서 구해진 상관 계수가 소정의 임계값 이상으로 된 범위에서, (c)의 공정에서 구해진 파장마다의 차의 합, 또는 파장마다의 차의 2승의 합의 극소값을 취했을 때를 연마 종료점으로 하는 공정
    을 갖는 것을 특징으로 하는 CMP 연마 장치에서의 연마 종료점 검출 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    (c)의 공정에서, 1차 미분값을 구한 후에 스무딩을 행하여, 스무딩된 값을, 파장마다의 차의 절대값의 합, 또는 파장마다의 차의 2승의 합의 계산에 사용하는 것을 특징으로 하는 CMP 연마 장치에서의 연마 종료점 검출 방법.
  3. CMP 연마 장치에서의 연마 종료점 검출 방법에 있어서,
    (a) CMP 연마 중에, 연마 종료점에 도달한 연마 대상물의 분광 반사 스펙트럼과 함께, 연마 도중의 연마 대상물의 분광 반사 스펙트럼을 복수, 미리 구해 놓는 공정과,
    (b) CMP 연마 중인 시간대에서, 연마 대상물의 분광 반사 스펙트럼을 구하여, (a)의 공정에서 구해진 상기 연마 종료점에 도달한 연마 대상물의 분광 반사 스펙트럼 및 연마 공정 중의 연마 대상물의 분광 반사 스펙트럼과의 상관 계수를 구하는 공정과,
    (c) (b)의 공정에서 구해진 상관 계수 중, 미리 구해진 상기 연마 종료점에 도달한 연마 대상물의 분광 반사 스펙트럼과의 상관 계수가, 다른 연마 도중의 연마 대상물의 분광 반사 스펙트럼과의 상관 계수에 비해 높아졌을 때를 연마 종료점으로 하는 공정
    을 갖고,
    분광 반사 스펙트럼을 측정하기 위한 광원으로서 백색 LED를 사용하고, 상기 연마 대상물로부터의 반사광량이 소정 범위에 들어가도록, 상기 백색 LED에 인가하는 전류를 제어하여, 상기 백색 LED에 인가하는 전류가 변화하는 것에 따른 상기 백색 LED의 발광 스펙트럼의 변화에 기인하는 상기 연마 대상물의 분광 반사 스펙트럼을, 미리 구해 놓은 상기 백색 LED의 발광 스펙트럼과 인가 전류와의 관계에 근거해서 보정하는
    것을 특징으로 하는 CMP 연마 장치에서의 연마 종료점 검출 방법.
  4. CMP 연마 장치에서의 연마 종료점 검출 방법에 있어서,
    (a) CMP 연마 중에, 연마 종료점에 도달한 연마 대상물의 분광 반사 스펙트럼과 함께, 연마 도중의 연마 대상물의 분광 반사 스펙트럼을 복수, 미리 구해 놓는 공정과,
    (b) CMP 연마 중인 시간대에서, 연마 대상물의 분광 반사 스펙트럼을 구하여, (a)의 공정에서 구해진 상기 연마 종료점에 도달한 연마 대상물의 분광 반사 스펙트럼 및 연마 공정 중의 연마 대상물의 분광 반사 스펙트럼과의 상관 계수를 구하는 공정과,
    (c) CMP 연마 중인 시간대에서, (a)의 공정에서 구해진 연마 종료점에 도달한 연마 대상물의 분광 반사 스펙트럼의 파장에 대한 1차 미분값과, (b)의 공정에서 구해진 분광 반사 스펙트럼의 파장에 대한 1차 미분값과의, 파장마다의 차의 절대값의 합, 또는 파장마다의 차의 2승의 합을 구하는 공정과,
    (d) (b)의 공정에서 구해진 상관 계수 중, 미리 구해진 상기 연마 종료점에 도달한 연마 대상물의 분광 반사 스펙트럼과의 상관 계수가 가장 높아지고, 또한 (c)의 공정에서 구해진 파장마다의 차의 절대값의 파장마다의 합, 또는 파장마다의 차의 2승의 파장마다의 합이 극소값을 취했을 때를 연마 종료점으로 하는 공정
    을 갖는 것을 특징으로 하는 CMP 연마 장치에서의 연마 종료점 검출 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    (c)의 공정에서, 1차 미분값을 구한 후에 스무딩을 행하여, 스무딩된 값을, 파장마다의 차의 절대값의 합, 또는 파장마다의 차의 2승의 합의 계산에 사용하는 것을 특징으로 하는 CMP 연마 장치에서의 연마 종료점 검출 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    분광 반사 스펙트럼을 측정하기 위한 광원으로서 백색 LED를 사용하고, 상기 백색 LED에 인가하는 전류를 일정하게 제어하여, 상기 연마 대상물로부터의 반사광량이 소정 범위에 들어가도록, 가변 ND 필터를 이용해서 조사광량을 제어하는 것을 특징으로 하는 CMP 연마 장치에서의 연마 종료점 검출 방법.
  7. 삭제
  8. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 분광 반사 스펙트럼은 CMP 연마 중인 연마 대상물이 1회전하는 동안의 평균값 또는 적분값인 것을 특징으로 하는 CMP 연마 장치에서의 연마 종료점 검출 방법.
  9. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    연마 종료점에 도달한 연마 대상물의 분광 반사 스펙트럼 대신에, 연마 종료점에 도달하기 소정 시간 전의 연마 대상물의 분광 반사 스펙트럼을 이용하는 것을 특징으로 하는 CMP 연마 장치에서의 연마 종료점 검출 방법.
  10. CMP 연마 장치에서의 연마 종료점 검출 방법에 있어서,
    (a) CMP 연마 중에, 연마 종료점에 도달한 후에 과잉 연마를 행하여, 과잉 연마 중인 1 점 또는 복수 점에서의 연마 대상물의 분광 반사 스펙트럼을, 미리 구해 놓는 공정과,
    (b) CMP 연마 중에, 연마 대상물의 분광 반사 스펙트럼을 구하여, (a)의 공정에서 구해진 과잉 연마 중인 연마 대상물의 분광 반사 스펙트럼 중 어느 하나와의 상관 계수를 구하는 공정과,
    (c) (b)의 공정에서 구해진 상관 계수가 소정의 임계값 이상으로 되었을 때를 연마 종료점으로 하는 공정
    을 갖는 것을 특징으로 하는 CMP 연마 장치에서의 연마 종료점 검출 방법.
  11. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    (a) CMP 연마 중에, 연마 종료점에 도달한 후에 과잉 연마를 행하여, 과잉 연마 중인 1점 또는 복수 점에서의 연마 대상물의 분광 반사 스펙트럼을, 미리 구해 놓는 공정과,
    (b) CMP 연마 중에, 연마 대상물의 분광 반사 스펙트럼을 구하여, (a)의 공 정에서 구해진 과잉 연마 중인 연마 대상물의 분광 반사 스펙트럼 중 어느 하나와의 상관 계수를 구하는 공정과,
    (c) (b)의 공정에서 구해진 상관 계수가 소정의 임계값 이상으로 되었을 때를 연마 종료점으로 하는 공정
    을 갖는 연마 종료점 검출 방법을 아울러 갖고,
    어느 하나의 연마 종료점 검출 방법에서, 최초에 연마 종료점이 검출되었을 때를 연마 종료점으로 하는 것
    을 특징으로 하는 CMP 연마 장치에서의 연마 종료점 검출 방법.
  12. CMP 연마 장치에서의 연마 종료점 검출 방법에 있어서,
    (a) CMP 연마 중에, 연마 종료점에 도달한 연마 대상물의 분광 반사 스펙트럼을, 미리 구해 놓는 공정과,
    (b) CMP 연마 중에, 연마 대상물의 분광 반사 스펙트럼을 구하는 공정과,
    (c) CMP 연마 중인 시간대에서, (a)의 공정에서 구해진 분광 반사 스펙트럼의 파장에 대한 1차 미분값과, (b)의 공정에서 구해진 분광 반사 스펙트럼의 파장에 대한 1차 미분값과의, 파장마다의 차의 절대값의 합, 또는 파장마다의 차의 2승의 합을 구하는 공정과,
    (d) (c)의 공정에서 구해진 파장마다의 차의 합, 또는 파장마다의 차의 2승의 합의 극소값을 취했을 때를 연마 종료점으로 하는 공정
    을 갖는 것을 특징으로 하는 CMP 연마 장치에서의 연마 종료점 검출 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    추정된 연마 종료점에 가까워질 때까지의 시간이 경과한 후에, (b), (c), (d)의 공정을 개시하는 것을 특징으로 하는 CMP 연마 장치에서의 연마 종료점 검출 방법.
  14. CMP 연마 장치에서의 연마 종료점 검출 방법에 있어서,
    (a) CMP 연마 중에, 연마 종료점에 도달한 연마 대상물의 분광 반사 스펙트럼을, 미리 구해 놓는 공정과,
    (b) CMP 연마 중에, 연마 대상물의 분광 반사 스펙트럼을 구하여, 이 분광 반사 스펙트럼과 (a)의 공정에서 구해진 상기 연마 종료점에 도달한 연마 대상물의 분광 반사 스펙트럼으로부터 얻어지는, 연마 종료점을 향해 정규화된 값(예컨대, 1 등)에 가까이 가는 제 1 파라미터를 구하는 공정과,
    (c) CMP 연마 중인 시간대에서, (a)의 공정에서 구해진 분광 반사 스펙트럼과 (b)의 공정에서 구해진 분광 반사 스펙트럼으로부터 얻어지는, 연마 종료점에서 극소값을 취하는 제 2 파라미터를 구하는 공정과,
    (d) (b)의 공정에서 구해진 제 1 파라미터가 소정의 임계값 이상으로 된 범위에서, (c)의 공정에서 구해진 제 2 파라미터가 극소값을 취했을 때를, 연마 종료점으로 하는 공정
    을 갖는 것을 특징으로 하는 CMP 연마 장치에서의 연마 종료점 검출 방법.
  15. CMP 연마 장치에서의 연마 종료점 검출 방법에 있어서,
    (a) CMP 연마 중에, 연마 종료점에 도달한 연마 대상물의 분광 반사 스펙트럼을, 미리 구해 놓는 공정과,
    (b) CMP 연마 중에, 연마 대상물의 분광 반사 스펙트럼을 구하여, (a)의 공정에서 구해진 상기 연마 종료점에 도달한 연마 대상물의 분광 반사 스펙트럼과의 상관 계수를 구하는 공정과,
    (c) CMP 연마 중인 시간대에서, (b)의 공정에서 구해진 상관 계수가 소정의 임계값 이상으로 된 범위에서, (a)의 공정에서 구해진 분광 반사 스펙트럼의 파장에 대한 1차 미분값과, (b)의 공정에서 구해진 분광 반사 스펙트럼의 파장에 대한 1차 미분값과의, 파장마다의 차의 절대값의 합, 또는 파장마다의 차의 2승의 합을 구하는 공정과,
    (d) (c)의 공정에서 구해진 파장마다의 차의 합, 또는 파장마다의 차의 2승의 합의 극소값을 취했을 때를, 연마 종료점으로 하는 공정
    을 갖는 것을 특징으로 하는 CMP 연마 장치에서의 연마 종료점 검출 방법.
  16. 연마 대상물이 장착되는 홀더와, 연마액을 공급하는 연마액 공급부와, 사전 설정된 방향으로 회전하는 연마판과, 상기 연마판에 부착되며, 상기 연마액과 작용하여 상기 연마 대상물을 연마하는 연마체와, 상기 연마 대상물의 연마 종료점을, 상기 연마 대상물의 분광 반사 스펙트럼으로부터 구하는 연마 종료 판정 장치를 갖는 CMP 연마 장치로서,
    상기 연마 종료 판정 장치는, 청구항 1, 2, 3, 4, 5, 12, 14, 15 중 어느 한 항에 기재된 CMP 연마 장치에서의 연마 종료점 검출 방법을 이용하여 연마 대상물의 연마 종료점을 구하는 것을 특징으로 하는 CMP 연마 장치.
  17. 청구항 16에 기재된 CMP 연마 장치를 이용하여, 웨이퍼를 연마하는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 디바이스의 제조 방법.
KR1020077030155A 2005-05-26 2006-05-16 Ｃｍｐ 연마 장치에서의 연마 종료점 검출 방법, ｃｍｐ연마 장치, 및 반도체 디바이스의 제조 방법 KR101361875B1 (ko)

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Families Citing this family (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7998358B2 (en) * 2006-10-31 2011-08-16 Applied Materials, Inc. Peak-based endpointing for chemical mechanical polishing
JP2008186873A (ja) * 2007-01-26 2008-08-14 Tokyo Seimitsu Co Ltd Ｃｍｐ装置の段差解消終点検知装置及び段差解消終点検知方法
JP2008227393A (ja) * 2007-03-15 2008-09-25 Fujikoshi Mach Corp ウェーハの両面研磨装置
JP5274105B2 (ja) * 2008-05-26 2013-08-28 株式会社東京精密 研磨終点検出方法
JP5774482B2 (ja) * 2008-10-27 2015-09-09 アプライド マテリアルズ インコーポレイテッドＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ 処理中の基板の分光モニタリングにおける適合度
JP5583946B2 (ja) 2009-10-06 2014-09-03 株式会社荏原製作所 研磨終点検知方法および研磨終点検知装置
KR101861834B1 (ko) 2009-11-03 2018-05-28 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드 시간에 대한 스펙트럼들 등고선 플롯들의 피크 위치를 이용한 종료점 방법
JP5728239B2 (ja) * 2010-03-02 2015-06-03 株式会社荏原製作所 研磨監視方法、研磨方法、研磨監視装置、および研磨装置
US8834229B2 (en) 2010-05-05 2014-09-16 Applied Materials, Inc. Dynamically tracking spectrum features for endpoint detection
KR101774031B1 (ko) * 2010-05-05 2017-09-01 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드 종료점 검출을 위한 스펙트럼 피쳐들의 동적 또는 적응 트랙킹
US8190285B2 (en) * 2010-05-17 2012-05-29 Applied Materials, Inc. Feedback for polishing rate correction in chemical mechanical polishing
US9168630B2 (en) * 2012-04-23 2015-10-27 Applied Materials, Inc. User-input functions for data sequences in polishing endpoint detection
US9248544B2 (en) * 2012-07-18 2016-02-02 Applied Materials, Inc. Endpoint detection during polishing using integrated differential intensity
JP2017148931A (ja) * 2016-02-19 2017-08-31 株式会社荏原製作所 研磨装置および研磨方法
CN109791881B (zh) * 2016-09-21 2021-02-19 应用材料公司 具有补偿滤波的端点检测
CN112461782B (zh) * 2019-10-17 2022-11-01 山东金璋隆祥智能科技有限责任公司 一种基于gsa近红外光谱仪的光谱校正技术
CN111872783B (zh) * 2020-07-30 2021-07-27 安捷睿（厦门）机器人有限公司 一种镜片对焦加工装置及镜片对焦加工方法
JP2023023992A (ja) * 2021-08-06 2023-02-16 株式会社荏原製作所 研磨装置および研磨装置における研磨終点検出方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001287159A (ja) * 2000-04-05 2001-10-16 Nikon Corp 表面状態測定方法及び測定装置及び研磨装置及び半導体デバイス製造方法
JP2004514273A (ja) 2000-07-31 2004-05-13 エイエスエムエル　ユーエス　インコーポレイテッド 化学機械研磨における終点検出のための原位置方法及び装置
KR20040086456A (ko) * 2002-02-26 2004-10-08 어드밴스드 마이크로 디바이시즈, 인코포레이티드 최종 연마 단계의 연마 시간 그리고/또는 과연마 시간을계산함으로써 기판들의 화학 기계적인 연마를 제어하는방법 및 시스템

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6411377B1 (en) * 1991-04-02 2002-06-25 Hitachi, Ltd. Optical apparatus for defect and particle size inspection
JP3360610B2 (ja) 1998-05-21 2002-12-24 株式会社ニコン 検出方法及び検出装置及び研磨装置
US6491569B2 (en) * 2001-04-19 2002-12-10 Speedfam-Ipec Corporation Method and apparatus for using optical reflection data to obtain a continuous predictive signal during CMP
US6852823B2 (en) * 2002-08-09 2005-02-08 E. I. Du Pont De Nemours And Company Polyurethane and polyurethane-urea elastomers from polytrimethylene ether glycol
US6932671B1 (en) * 2004-05-05 2005-08-23 Novellus Systems, Inc. Method for controlling a chemical mechanical polishing (CMP) operation

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001287159A (ja) * 2000-04-05 2001-10-16 Nikon Corp 表面状態測定方法及び測定装置及び研磨装置及び半導体デバイス製造方法
JP2004514273A (ja) 2000-07-31 2004-05-13 エイエスエムエル　ユーエス　インコーポレイテッド 化学機械研磨における終点検出のための原位置方法及び装置
KR20040086456A (ko) * 2002-02-26 2004-10-08 어드밴스드 마이크로 디바이시즈, 인코포레이티드 최종 연마 단계의 연마 시간 그리고/또는 과연마 시간을계산함으로써 기판들의 화학 기계적인 연마를 제어하는방법 및 시스템

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