KR20010102277A - 연마상황 모니터링 방법, 연마상황 모니터링 장치,연마장치, 프로세스 웨이퍼, 반도체 디바이스 제조방법 및반도체 디바이스 - Google Patents

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Abstract

웨이퍼 (4) 의 연마에 앞서, 웨이퍼 (4) 와 동일한 형상·치수를 갖는 반도체를 웨이퍼 (4) 대신에 연마헤드 (2) 에 유지시킨다. 연마헤드 (13) 의 창 (15) 과 반사체 사이에 연마제 (5) 를 개재시켜, 웨이퍼 (4) 의 연마시와 동일한 압력으로 반사체를 연마체 패드 (13) 에 누른다. 이 상태에서, 광원 (31) 으로부터 발사한 프로브광을 창 (15) 을 통하여 반사체에 조사하고, 그 반사광의 분광강도를 기준 스펙트럼으로서 센서 (43) 로부터 얻는다. 웨이퍼 (4) 의 연마중에는 센서 (43) 로부터 웨이퍼 (4) 의 반사광의 분광강도를 계측 스펙트럼으로서 순서대로 얻어, 해당 계측 스펙트럼의 상기 기준 스펙트럼에 대한 강도비를 구하고, 이에 기초하여 웨이퍼 (4) 의 연마상황을 모니터링한다.

Description

연마상황 모니터링 방법, 연마상황 모니터링 장치, 연마장치, 프로세스 웨이퍼, 반도체 디바이스 제조방법 및 반도체 디바이스{METHOD AND APPARATUS FOR MONITORING POLISHING STATE, POLISHING DEVICE, PROCESS WAFER, SEMICONDUCTOR DEVICE, AND METHOD OF MANUFACTURING SEMICONDUCTOR DEVICE}
반도체 집적회로의 고집적화, 미세화에 수반하여 반도체 제조 프로세스의 공정은 증가하여 복잡해지고 있다. 이에 수반하여, 반도체 디바이스의 표면은 반드시 평탄하지는 않다. 반도체 디바이스의 표면에 있어서의 단차의 존재는 배선의 단절(段切), 국소적인 저항의 증대 등을 초래하여, 단선이나 전기용량의 저하를 유발한다. 또한, 절연막에서는 내전압 열화나 리크의 발생으로도 이어진다.
한편, 반도체 집접회로의 고집적화, 미세화에 수반하여 광리소그래피에 이용되는 반도체 노광장치의 광원파장은 짧아지고, 반도체 노광장치의 투영렌즈의 개구수, 소위 NA 는 커지고 있다. 이로 인하여, 반도체 노광장치의 투영렌즈의 초점심도는 실질적으로 얕아지고 있다. 초점심도가 얕아지는 것에 대응하기 위해서는 지금까지 이상으로 반도체 디바이스의 표면의 평탄화가 요구되고 있다.
구체적으로 나타내면, 반도체 프로세스에 있어서는 도 11a, 11b 에 나타내는 바와 같은 평탄화 기술이 필수가 되고 있다. 실리콘 웨이퍼 (21) 상에 반도체 디바이스 (24), SiO2로 이루어지는 층간절연막 (22), Al 로 이루어지는 금속막 (23) 이 형성되어 있다. 도 11a 는 반도체 디바이스의 표면의 층간절연막 (22) 을 평탄화하는 예이다. 도 11b 는 반도체 디바이스의 표면의 금속막 (23) 을 연마하여, 소위 다마신 (damascene) 을 형성하는 예이다. 이와 같은 반도체 디바이스 표면을 평탄화하는 방법으로는, 화학적 기계적 연마 (Chemical Mechanical Polishing 또는 Chemical Mechanical Planarization, 이하 CMP 라 함) 기술이 주목되고 있다.
CMP 는 물리적 연마에 화학적인 작용 (연마제, 용액에 의한 녹여내기) 을 병용하여 웨이퍼의 표면요철을 제거해 가는 공정으로, 글로벌 평탄화 기술의 가장 유력한 후보가 되어 있다. 구체적으로는 산, 알칼리 등의 연마물의 가용성 용매중에 연마입자 (실리카, 알루미나, 산화세륨 등이 일반적) 를 분산시킨 슬러리라 불리는 연마제를 이용하여, 적당한 연마포로 웨이퍼 표면을 가압하여 상대운동에 의하여 마찰함으로써 연마를 진행시킨다. 웨이퍼 전체면에 있어서, 가압과 상대운동속도를 균일하게 함으로써 면내를 균일하게 연마하는 것이 가능하게 된다.
이 공정은 종래의 반도체 프로세스와의 매칭점 등에서도 아직 많은 과제를남기고 있는데, 일반적인 요구과제중 큰 것으로서, 연마공정을 행하면서의 (in-situ 의) 연마상황의 모니터링 (연마량 또는 연마종료점의 검출 등) 이 있다. 이것은 공정효율화를 위해서도 요청이 크다.
CMP 에 있어서는 연마패드 표면의 온도분포나 슬러리의 공급상태의 장소에 따른 차이, 압력분포에 따라 연마속도에 편차가 생기거나, 드레싱에 의한 패드의 표면상태의 변화나, 처리매수 (사용열화) 에 따른 연마속도의 저하, 패드 개체차에 의한 연마속도의 차이 등의 문제로 인하여, 연마시간관리로 소정량의 연마의 종점을 결정하기는 어렵다.
이로 인하여, 시간관리에 의한 종점판정 대신에 모터토크, 진동 등을 현장계측 (in-situ 계측) 하면서 종점을 판정하는 방법이 제안되고 있다. 이들 방법은 연마의 대상이 되는 재료가 변화하는 CMP (예를 들면, 배선재료의 CMP, 스토퍼층이 있는 CMP) 에서는 어느 정도 효과적이다. 그러나 복잡한 패턴을 갖는 실리콘 웨이퍼의 경우에는 연마대상의 재료의 변화가 작으므로, 종점을 판정하기 어려운 경우가 있다. 또한 층간절연막의 CMP 인 경우, 배선간 용량을 제어할 필요가 있으므로, 연마종점이 아니라 나머지 막두께의 관리가 요구되고 있다. 모터토크, 진동 등을 현장계측 (in-situ 계측) 하여 종점을 판정하는 방법으로 막두께를 측정하기는 어렵다.
이와 같은 이유에서 최근에는, 예를 들면 일본공개특허공보 평11-33901 호에 기재되는 바와 같이, 광학측정, 특히 분광반사측정에 의한 연마상황의 모니터링 (in-situ 종점판정 및 in-situ 막두께 계측 등) 이 효과적이다. 이 분광반사측정에 의한 연마상황 모니터링에서는 CMP 에 있어서 연마대상물인 웨이퍼에 프로브광을 조사하여, 웨이퍼에서 반사된 반사광의 분광반사율의 변화에 의하여 연마량 또는 연마종료점을 연마중에 검지한다.
반도체 소자가 형성된 웨이퍼 연마면으로부터의 반사광은 디바이스 (적층박막) 의 각 층, 각 부분으로부터의 광파의 중합으로 볼 수 있으며, 분광반사율의 파형은 연마하고 있는 층 (최상층) 의 막두께에 따라 변화한다. 이 변화는 안정적이며 (재현성이 있으며), 또한 개재 슬러리나 막두께의 불균일, 표면·계면의 요철 등의 영향을 받기 어렵다. 따라서, 상기 분광반사측정에 의한 연마상황의 모니터링을 행하면, 이들 노이즈 요인에 상관없이 웨이퍼 두께, 연마량 또는 연마종료점을 정확하게 검지할 수 있다. 또한, 연마량은 웨이퍼의 초기두께와 측정된 웨이퍼 두께로부터 간접적으로 측정된다.
상기 종래의 분광반사측정에 의한 연마상황 모니터링에서는 웨이퍼에서 반사된 반사광의 스펙트럼 (각 파장에 있어서의 강도) 인 계측 스펙트럼이 분광반사율을 반영하고 있으므로, 계측 스펙트럼으로부터 직접 막두께 등을 구하는 것이 고려된다.
그러나 이 경우에는 다음과 같은 단점이 발생한다.
즉, 계측 스펙트럼에는 웨이퍼의 연마되고 있는 층 (최상층) 의 막두께가 반영될 뿐만 아니라, 웨이퍼에 조사하는 프로브광을 발사하는 광원의 분광특성도 반영된다. 이로 인하여, 광원의 분광특성에 따라 계측 스펙트럼의 파형이 흐트러져 반드시 충분한 정밀도로 막두께 등을 구할 수는 없어, 연마상황을 정밀도 높게모니터링할 수 없다. 이것 뿐만 아니라, 광원의 분광특성은 경과시간과 더불어 변화하므로, 경과시간과 더불어 연마상황의 모니터링 정밀도가 저하되어 버린다.
또한 계측 스펙트럼에는 반사광을 수광하는 수광센서의 분광감도 특성도 반영되므로, 그 분광감도 특성에 따라서도 계측 스펙트럼의 파형이 흐트러져, 이 점에서도 연마상황의 모니터링 정밀도가 저하된다. 또한 수광센서의 분광감도 특성도 경과시간과 더불어 변화하므로, 이 점에서도 연마상황의 모니터링 정밀도가 저하되어 버린다.
또한 개재 슬러리의 영향을 받기 어렵다고는 하나, 연마상황의 모니터링 정밀도를 더 높이기 위해서는 개재 슬러리의 영향을 한층 더 저감시키는 것이 바람직하다.
본 발명은 예를 들면 ULSI 등의 반도체 디바이스를 제조하는 과정에 있어서, 반도체 디바이스의 평탄화 연마에 이용하는데 적합한 연마상황 모니터링 방법, 연마상황 모니터링 장치 및 연마장치, 및 이들 연마장치에 이용되는 프로세스 웨이퍼, 이들 연마장치를 이용한 반도체 디바이스 제조방법, 이 방법에 의하여 제조되는 반도체 디바이스에 관한 것이다.
도 1 은 본 발명의 한 실시형태에 의한 연마장치를 모식적으로 나타내는 개략구성도이다.
도 2 는 도 1 에 나타내는 연마장치의 일부 확대단면 및 측정광학계를 모식적으로 나타내는 도이다.
도 3 은 본 발명의 다른 실시형태에 의한 프로세스 웨이퍼를 모식적으로 나타내는 평면도이다.
도 4 는 본 발명의 또 다른 실시형태에 의한 연마장치의 요부를 나타내는 도이다.
도 5 는 본 발명의 또 다른 실시형태에 의한 연마장치를 모식적으로 나타내는 개략구성도이다.
도 6 은 본 발명의 또 다른 실시형태에 의한 반도체 디바이스 제조 프로세스를 나타내는 플로우차트이다.
도 7 은 실시예 1 에서 얻어진 계측 스펙트럼의 기준 스펙트럼에 대한 강도비를 나타내는 도이다.
도 8 은 실시예 1 에서 얻어진 나머지 막두께를 나타내는 도이다.
도 9 는 비교예에 있어서 이용한 연마장치를 모식적으로 나타내는 개략구성도이다.
도 10 은 비교예에서 얻어진 계측 스펙트럼의 기준 스펙트럼에 대한 강도비를 나타내는 도이다.
도 11 은 반도체 제조 프로세스에 있어서의 평탄화 기술의 개념도이며, 반도체 디바이스의 단면도이다.
발명의 개시
본 발명은 이와 같은 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 연마상황의 모니터링 정밀도를 향상시킬 수 있는 연마상황 모니터링 방법 및 연마상황 모니터링 장치, 및 이들을 이용한 연마장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명은 이와 같은 연마상황 모니터링 방법을 실현하기에 적합한 프로세스 웨이퍼를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명은 연마상황을 정밀도 높게 모니터링함으로써 공정효율화를 도모하고, 그로 인하여 종래의 반도체 디바이스 제조방법에 비하여 저원가로 반도체 디바이스를 제조할 수 있는 반도체 디바이스 제조방법 및 저원가의 반도체 디바이스를 제공하는 것을 목적으로 한다.
이하, 본 발명의 내용을 설명한다.
(청구의 범위 제 1 항에 기재된 발명)
청구의 범위 제 1 항에 기재된 발명은 연마체와 연마대상물 사이에 연마제를 개재시킨 상태에서, 상기 연마체와 상기 연마대상물 사이에 하중을 더하고 상대이동시킴으로써 상기 연마대상물을 연마하는 연마상황을 그 연마중에 모니터링하는 연마상황 모니터링 방법으로, 소정의 광원으로부터 발사한 프로브광을 상기 연마대상물에 조사하여 상기 연마대상물에서 반사된 반사광의 스펙트럼인 계측 스펙트럼을 연마중에 취득하고, 이 계측 스펙트럼에 기초하여 상기 연마상황을 연마중에 모니터링하는 것이다.
그리고, 이 모니터링에 있어서 상기 연마대상물의 연마에 앞서, 또는 상기 연마대상물의 연마중에 상기 광원으로부터 발사한 광 (예를 들면, 프로브광과 동일해도 되며, 광원으로부터 발사하여 프로브광과는 별도로 분할된 광이어도 된다.) 을 소정의 반사체에 조사하여 이 반사체에서 반사된 반사광의 스펙트럼인 기준 스펙트럼을 취득하고, 상기 계측 스펙트럼의 상기 기준 스펙트럼에 대한 관계에 기초하여, 상기 연마상황을 상기 연마대상물의 연마중에 모니터링한다. 또한, 상기 프로브광 및 상기 반사체에 조사하는 광으로는, 백색광 등의 다성분의 파장의 광을 이용한다.
상기 반사체는 평평한(flat) 분광특성을 가지고 있는 것이 바람직하나, 소정의 분광특성을 가지고 있어도 된다. 취득하는 계측 스펙트럼의 S/N 을 높이기위해서는 상기 반사체의 반사율은 20 % 이상인 것이 바람직하며, 30 % 이상인 것이 더욱 바람직하고, 50 % 이상인 것이 더욱 바람직하며, 70 % 이상인 것이 더욱 바람직하며, 90 % 이상인 것이 더 한층 바람직하다.
상기 관계는 기준 스펙트럼을 기준으로 하여 계측 스펙트럼을 상대적인 것으로 치환한 것이다. 상기 관계로는 예를 들면 계측 스펙트럼의 기준 스펙트럼에 대한 강도비 (각 파장에 대한 계측 스펙트럼 강도의 기준 스펙트럼 강도에 대한 비) 를 들 수 있는데, 이에 한정되는 것은 아니다.
이 발명에 의하면, 계측 스펙트럼을 연마중에 취득하여 계측 스펙트럼에 기초하여 연마상황을 연마중에 (in-situ 로) 모니터링하므로, 기본적으로 분광반사측정에 의한 연마상황 모니터링이 실현된다.
그리고 이 발명에 의하면, 계측 스펙트럼을 그대로 이용하는 것이 아니라 연마전 또는 연마중에 프로브광의 광원으로부터 발사한 광을 소정의 반사체에 조사하여 이 반사체에서 반사된 반사광의 스펙트럼 (기준 스펙트럼) 을 취득하고, 계측 스펙트럼의 기준 스펙트럼에 대한 관계에 기초하여 연마상황을 연마중에 모니터링하고 있다.
따라서, 계측 스펙트럼 자체의 파형은 광원의 분광특성이나 그 경시변화에 의하여 흐트러지거나 변화하지만, 기준 스펙트럼 및 계측 스펙트럼에는 광원의 분광특성이 동일하게 반영되므로, 상기 관계에 있어서는 광원의 분광특성의 영향이 거의 제거된다. 또한 계측 스펙트럼 및 기준 스펙트럼의 취득시에 각 반사광을 동일 수광센서로 수광하면, 기준 스펙트럼 및 계측 스펙트럼에는 수광센서의 분광감도 특성이 동일하게 반영되므로, 상기 관계에 있어서는 수광센서의 분광감도 특성의 영향이 거의 제거된다. 이로 인하여, 본 발명에 의하면 상기 관계에 기초하여 연마상황을 모니터링하고 있으므로 연마상황의 모니터링 정밀도가 높아진다.
또한 기준 스펙트럼의 취득을 연마전에 행하는 경우에는 경시변화의 영향을 가능한 한 제거하기 위하여, 연마직전 또는 연마개시시점에 가까운 시점에서 행하는 것이 바람직하다. 단, 광원의 분광특성이나 수광센서의 경시변화는 단시간에 나타나는 것이 아니므로, 기준 스펙트럼의 취득시로부터 연마개시시점까지의 기간은 해당 경시변화의 영향이 현저히 나타나지 않을 정도의 기간이 되도록 하면 된다.
또한 연마상황으로는 나머지 막두께나 연마량이나 연마종료점의 검지 (또는 판정) 등을 들 수 있다.
(청구의 범위 제 2 항에 기재된 발명)
청구의 범위 제 2 항에 기재된 발명은 청구의 범위 제 1 항에 기재된 발명에 있어서, 상기 프로브광 및 상기 반사체에 조사되는 광이 상기 연마체에 설치된 하나 이상의 창을 통하여 상기 연마대상물 또는 상기 반사체에 조사되거나, 또는 상기 프로브광 및 상기 반사체에 조사되는 광이 상기 연마대상물 또는 상기 반사체에 있어서의 상기 연마체로부터 노출된 부분에 조사되는 것이다.
청구의 범위 제 1 항에 기재된 발명에서는 이 청구의 범위 제 2 항에 기재된 발명과 같이, 연마체의 창의 유무는 어느 쪽이라도 상관없다.
(청구의 범위 제 3 항에 기재된 발명)
청구의 범위 제 3 항에 기재된 발명은 청구의 범위 제 1 항에 기재된 발명 또는 청구의 범위 제 2 항에 기재된 발명에 있어서, 상기 반사체로 조사하는 상기 광 및 해당 광에 의한 상기 반사체로부터의 반사광의 광로중에 상기 연마제를 개재시킨 상태에서, 상기 기준 스펙트럼을 취득하는 것이다.
청구의 범위 제 1 항에 기재된 발명 및 청구의 범위 제 2 항에 기재된 발명에서는 연마제를 개재시키지 않고 기준 스펙트럼을 취득해도 된다. 그러나 본 발명과 같이 연마제를 개재시키면 계측 스펙트럼의 취득시의 상태에 가까운 상태에서 연마제의 영향을 반영한 기준 스펙트럼이 취득되므로, 상기 관계에 있어서 연마제의 영향 (예를 들면, 연마제에 의한 산란이나 흡수의 영향) 이 저감되어 연마상황의 모니터링 정밀도가 한층 높아진다.
(청구의 범위 제 4 항에 기재된 발명)
청구의 범위 제 4 항에 기재된 발명은 청구의 범위 제 1 항에 기재된 발명 또는 청구의 범위 제 2 항에 기재된 발명에 있어서, 상기 반사체로 조사하는 상기 광 및 해당 광에 의한 상기 반사체로부터의 반사광의 광로중에 상기 연마제를 개재시키고, 또한 상기 연마체와 상기 반사체 사이에 상기 연마대상물의 연마시의 하중과 실질적으로 동일한 하중을 더한 상태에서, 상기 기준 스펙트럼을 취득하는 것이다.
청구의 범위 제 3 항에 기재된 발명에서는 기준 스펙트럼의 취득시에 연마체와 반사체 사이에 하중을 더하지 않아도 된다. 그러나 본 발명과 같이, 연마체와 반사체 사이에 연마대상물의 연마시의 하중과 실질적으로 동일한 하중을 더하여기준 스펙트럼을 취득하면, 개재하는 연마제의 층의 두께도 계측 스펙트럼의 취득시의 연마제의 층의 두께와 동일해진다. 이로 인하여, 본 발명에 의하면 청구의 범위 제 3 항에 기재된 발명에 비하여, 계측 스펙트럼의 취득시의 상태에 한층 가까운 상태에서 연마제의 영향을 반영한 기준 스펙트럼이 취득되므로, 상기 관계에 있어서 연마제의 영향이 한층 저감되어 연마상황의 모니터링 정밀도가 더 높아진다.
(청구의 범위 제 5 항에 기재된 발명)
청구의 범위 제 5 항에 기재된 발명은 청구의 범위 제 1 항에 기재된 발명 또는 청구의 범위 제 2 항에 기재된 발명에 있어서, 상기 반사체로 조사하는 상기 광 및 해당 광에 의한 상기 반사체로부터의 반사광의 광로중에 상기 연마제를 개재시키고, 또한 상기 연마대상물의 연마시의 연마조건과 실질적으로 동일한 조건으로 상기 반사체를 연마하면서 상기 기준 스펙트럼을 취득하는 것이다.
청구의 범위 제 4 항에 기재된 발명에서는 기준 스펙트럼의 취득시에 반사체를 연마하지 않아도 된다. 그러나 본 발명과 같이, 연마대상물의 연마시의 연마조건과 실질적으로 동일한 조건으로 반사체를 연마하면서 기준 스펙트럼을 취득하면, 연마조건에 의한 연마제의 층의 두께의 변화나, 연마대상물과 연마체와의 상대운동시에 혼입하는 거품 등의 영향도 기준 스펙트럼에 반영되게 된다. 이로 인하여, 본 발명에 의하면 청구의 범위 제 4 항에 기재된 발명에 비하여, 계측 스펙트럼의 취득시의 상태에 한층 가까운 상태에서 연마제의 영향을 반영한 기준 스펙트럼이 취득되므로, 상기 관계에 있어서 연마제의 영향이 한층 저감되어 연마상황의 모니터링 정밀도가 더욱 높아진다.
(청구의 범위 제 6 항에 기재된 발명)
청구의 범위 제 6 항에 기재된 발명은 청구의 범위 제 1 항에 기재된 발명 내지 청구의 범위 제 5 항에 기재된 발명중 어느 하나에 있어서, 상기 반사체 또는 상기 반사체를 갖는 부재가 상기 연마대상물과 실질적으로 동일한 형상 및 치수를 갖는 것이다.
청구의 범위 제 1 항에 기재된 발명 내지 청구의 범위 제 5 항에 기재된 발명에서는, 반사체 또는 반사체를 갖는 부재의 형상이나 치수는 특별히 한정되는 것은 아니나, 본 발명에 있어서는 연마대상물과 마찬가지로 반사체 또는 반사체를 갖는 부재를 취급하는 것이 가능하게 되어 바람직하다.
또한 청구의 범위 제 1 항에 기재된 발명 내지 청구의 범위 제 5 항에 기재된 발명에서는, 반사체는 특별히 한정되는 것은 아니나, 예를 들면 전술한 반사율을 갖는 금속막을 성막하여 아루어지는 미러(mirror)나, 전술한 반사율을 갖는 경면 가공된 플레이트 (예를 들면, 금속 플레이트, 경면 처리된 실리콘 웨이퍼 등) 등이어도 된다. 이들은 본 발명에서 이용하는 반사체로서도 적합하다.
(청구의 범위 제 7 항에 기재된 발명)
청구의 범위 제 7 항에 기재된 발명은 청구의 범위 제 6 항에 기재된 발명에 있어서, 상기 연마대상물이 프로세스 웨이퍼이며, 이 프로세스 웨이퍼를 대기시에 수용하는 용기에 상기 반사체 또는 상기 부재도 미리 유지하고, 상기 프로세스 웨이퍼를 상기 용기로부터 소정의 연마위치에 세팅하는 장치를 이용하여, 상기 기준스펙트럼의 취득시에 상기 반사체 또는 상기 부재를 상기 소정의 연마위치에 세팅하는 것이다.
본 발명에 의하면 반사체 또는 반사체를 갖는 부재를 프로세스 웨이퍼와 마찬가지로 취급할 수 있으므로, 기준 스펙트럼의 취득이 간단해져 바람직하다.
(청구의 범위 제 8 항에 기재된 발명)
청구의 범위 제 8 항에 기재된 발명은 청구의 범위 제 1 항에 기재된 발명 내지 청구의 범위 제 5 항에 기재된 발명중 어느 하나에 있어서, 상기 반사체가 상기 연마대상물을 연마중에 유지하는 유지부에 배치된 것이다.
본 발명과 같이, 반사체를 연마대상물의 유지부에 배치해 두면, 기준 스펙트럼의 취득시에 반사체를 청구의 범위 제 7 항에 기재된 발명과 같이 연마위치에 세팅하는 단계를 필요로 하지 않게 됨과 동시에, 연마중에 기준 스펙트럼을 취득하는 것도 가능하게 된다.
(청구의 범위 제 9 항에 기재된 발명)
청구의 범위 제 9 항에 기재된 발명은 청구의 범위 제 1 항에 기재된 발명 내지 청구의 범위 제 5 항에 기재된 발명중 어느 하나에 있어서, 상기 연마대상물이 프로세스 웨이퍼이며, 상기 반사체가 상기 프로세스 웨이퍼에 있어서의 디바이스 영역 이외의 영역 (소위, 더미영역) 에 형성된 것이다.
이 경우, 반사체는 예를 들면 전술한 반사율을 갖는 금속이 성막된 소위 더미셀로 할 수 있다. 반사체를 형성하는 영역은 1 칩에 상당하는 크기의 영역이어도 되며, 그보다 작은 영역이어도 된다.
본 발명과 같이 반사체를 연마대상물인 프로세스 웨이퍼 자체에 형성해 두면 별개로 반사체를 준비할 필요가 없게 된다.
(청구의 범위 제 10 항에 기재된 발명)
청구의 범위 제 10 항에 기재된 발명은, 디바이스 영역 이외의 영역에 있어서 연마면측에 반사체가 형성되어, 상기 반사체의 형성영역의 크기가 상기 반사체에서 반사된 반사광의 스펙트럼인 기준 스펙트럼을 취득하기 위하여 상기 반사체를 향하여 조사되는 광의 스폿보다 큰 프로세스 웨이퍼이다. 청구의 범위 제 10 항에 기재된 발명은 청구의 범위 제 9 항에 기재된 발명에서 이용할 수 있는 프로세스 웨이퍼이다.
(청구의 범위 제 11 항에 기재된 발명)
청구의 범위 제 11 항에 기재된 발명은 청구의 범위 제 1 항에 기재된 발명 내지 청구의 범위 제 9 항에 기재된 발명중 어느 한 연마상황 모니터링 방법을 이용하여, 상기 연마대상물의 연마상황을 모니터링하는 연마상황 모니터링 장치이다. 본 발명에 의하면, 청구의 범위 제 1 항에 기재된 발명 내지 청구의 범위 제 9 항에 기재된 발명과 마찬가지로, 연마상황을 정밀도 높게 모니터링할 수 있다.
(청구의 범위 제 12 항에 기재된 발명)
청구의 범위 제 12 항에 기재된 발명은 연마체와, 연마대상물을 연마중에 유지하는 유지부를 구비하며, 상기 연마체와 상기 연마대상물 사이에 연마제를 개재시킨 상태에서, 상기 연마체와 상기 연마대상물 사이에 하중을 가하고 상대이동시킴으로써 상기 연마대상물을 연마하는 연마장치로서, 청구의 범위 제 11 항에 기재된 발명인 연마상황 모니터링 장치를 구비한 것이다. 본 발명에 있어서는, 청구의 범위 제 11 항에 기재된 발명인 연마상황 모니터링 장치를 구비하고 있으므로 연마상황을 정밀도 높게 모니터링할 수 있으며, 그로 인하여 연마공정의 공정효율화를 도모할 수 있다.
(청구의 범위 제 13 항에 기재된 발명)
청구의 범위 제 13 항에 기재된 발명은 연마체와, 연마대상물을 연마중에 유지하는 유지부를 구비하며, 상기 연마체와 상기 연마대상물 사이에 연마제를 개재시킨 상태에서 상기 연마체와 상기 연마대상물 사이에 하중을 가하고 상대이동시킴으로써 상기 연마대상물을 연마하는 연마장치로서, 상기 유지부에 상기 연마대상물이 유지되는 측과 동일한 측을 향하도록 반사체가 배치된 것이다.
본 발명에 의하면, 유지부에 반사체가 배치되어 있으므로 청구의 범위 제 8 항에 기재된 발명인 연마상황 모니터링 방법을 실현하기에 적합한 연마상황 모니터링 장치를 제공할 수 있다.
(청구의 범위 제 14 항에 기재된 발명)
청구의 범위 제 14 항에 기재된 발명은 청구의 범위 제 12 항에 기재된 발명 또는 청구의 범위 제 13 항에 기재된 발명인 연마장치를 이용하여 반도체 웨이퍼의 표면을 평탄화하는 공정을 갖는 반도체 디바이스 제조방법이다.
본 발명에 의하면, 연마상황을 정밀도 높게 모니터링함으로써 공정효율화를 도모하고, 그로 인하여 종래의 반도체 디바이스 제조방법에 비하여 저원가로 반도체 디바이스를 제조할 수 있다.
(청구의 범위 제 15 항에 기재된 발명)
청구의 범위 제 15 항에 기재된 발명은 청구의 범위 제 14 항에 기재된 발명인 반도체 디바이스 제조방법에 의하여 제조되는 반도체 디바이스이다. 본 발명에 의하면, 저원가의 반도체 디바이스를 제공할 수 있다.
이상에 서술한 각 발명에 있어서, 상기 반사체로서 금속을 이용하는 경우에는 해당 금속의 예로서, Al, W, Cu, Pt, Si, Ag, Cr, Ni, 스테인리스 등을 들 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면 연마상황의 모니터링 정밀도를 향상시킬 수 있는 연마상황 모니터링 방법 및 그 장치, 및 이를 이용한 연마장치를 제공할 수 있다.
또한 본 발명에 의하면, 이와 같은 연마상황 모니터링 방법을 실현하기에 적합한 프로세스 웨이퍼를 제공할 수 있다.
또한 본 발명에 의하면, 연마상황을 정밀도 높게 모니터링함으로써 공정효율화를 도모하고, 그로 인하여 종래의 반도체 디바이스 제조방법에 비하여 저원가로 반도체 디바이스를 제조할 수 있는 반도체 디바이스 제조방법, 및 저원가의 반도체 디바이스를 제공할 수 있다.
이하, 본 발명을 보다 상세히 설명하기 위하여 첨부의 도면에 따라 본 발명의 실시형태에 관하여 최량이라 여겨지는 것을 설명하는데, 그 내용은 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아님은 당연하다.
[제 1 실시형태]
도 1 은 본 발명의 제 1 실시형태에 의한 연마장치 (또는 평탄화장치) 를 모식적으로 나타내는 개략구성도이다. 도 2 는 이 연마장치의 일부 확대단면 및 측정광학계 (16) 를 모식적으로 나타내는 도이다.
이 연마장치는 연마부재 (1) 와 복수의 연마대상물 유지부 (2 ; 이하, 연마헤드라 함) 와, 연마제 (슬러리 ; 5) 를 공급하는 연마제 공급부 (3) 를 구비하고 있다.
도 1 및 도 2 에 나타내는 상태에서는, 연마부재 (1) 와 대향한 위치에 배치된 도중 좌측의 연마헤드 (2) 에는 진공흡착에 의하여 연마대상물인 프로세스 웨이퍼로서의 실리콘 웨이퍼 (4) 가 유지되어 있다. 후술하는 바와 같이, 웨이퍼 (4) 의 연마에 앞서 웨이퍼 (4) 대신에 반사체 (19) 가 연마헤드 (2) 에 유지된다. 본 실시형태에서는, 반사체 (19) 는 웨이퍼 (4) 와 실질적으로 동일한 형상 및 치수를 가지고 있으며, 예를 들면 금속막을 성막하여 이루어지는 미러나, 경면가공된 플레이트 (예를 들면, 금속 플레이트, 경면처리된 실리콘 웨이퍼 등) 등을 이용할 수 있다. 또한 반사체 (19) 대신에 웨이퍼 (4) 와 실질적으로 동일한 형상 및 치수를 갖는 부재로서, 그 일부 영역 (후술하는 창 (15) 에 대응하는 영역을 포함하는 영역) 에 반사체를 갖는 부재를 이용해도 된다. 이와 같은 부재로는, 예를 들면 유리판상의 일부 영역에 금속막을 형성한 것 등을 들 수 있다.
각 연마헤드 (2) 는 각각, 각 기구 (6) 를 통하여 지지체 (7) 에 의하여 지지되며, 각 기구 (6) 에 의하여 도 1 중의 화살표로 표시하는 바와 같이 지지체 (7) 에 대하여 회전, 상하이동 및 좌우로 요동 (왕복이동) 가능하게 되어 있다. 또한 지지체 (7) 가 도 1 중의 화살표로 나타내는 바와 같이 회전함으로써, 각 연마헤드 (2) 를 각각 연마부재 (1) 와 대향하는 위치 (연마위치), 스탠바이 스테이지 (8) 와 대향하는 위치 (대기위치), 및 도시하지 않은 언로딩 스테이지와 대향하는 위치 (꺼냄위치) 에 위치시킬 수 있게 되어 있다.
그리고, 연마해야할 웨이퍼 (4) 를 대기시에 수용하는 용기로서의 카세트 (9) 내에는 복수의 웨이퍼 (4) 및 반사체 (19) 가 유지되어 있다. 카세트 (9) 내의 반사체 (19) 및 복수의 웨이퍼 (4) 는 반사체 (19) 로부터 순서대로 반송로봇 (10) 에 의하여 스탠바이 스테이지 (8) 상으로 반송되고, 스탠바이 스테이지 (8) 상으로 반송된 반사체 (19) 또는 웨이퍼 (4) 가 대기위치의 연마헤드 (2) 에 의하여 진공흡착 등에 의하여 유지된다.
이와 동시에, 연마위치의 연마헤드 (2) 에 유지된 반사체 (19) 또는 웨이퍼 (4) 에 대해서는, 후술하는 바와 같이 하여 기준 스펙트럼 취득처리 또는 연마가 행해진다. 이에 앞서, 기준 스펙트럼 취득처리 또는 연마종료후의 반사체 (19) 또는 웨이퍼 (4) 가 연마헤드 (2) 의 꺼냄위치로부터 언로딩 스테이지상으로 떼어져, 도시하지 않은 반송로봇에 의하여 다른 카세트 (도시하지 않음) 내로 반송된다.
각 위치의 처리가 종료되면, 다음 스텝의 위치로 각 연마헤드 (2) 를 위치시키도록 지지체 (7) 가 회전된다. 각 연마헤드 (2) 는 도 2 에 나타내는 바와 같이, 웨이퍼 튀어나옴 방지용 리테이너링 (11 ; 도 1 에서는 생략) 을 가지고 있다. 이 링 (11) 은 반드시 필요한 것은 아니다.
연마부재 (1) 는 도 1 및 도 2 에 나타내는 바와 같이, 개구부 (14) 를 갖는 정반 (플래튼(platen) ; 12) 상에 연마체 (연마패드 ; 13) 를 설치한 것으로, 연마체 (13) 는 양면테이프 또는 접착제에 의하여 정반 (12) 에 부착되어 있다. 연마부재 (1) 는 도 1 중의 화살표로 나타내는 바와 같이 회전가능하게 되어 있다. 개구부 (14) 의 중심은 연마위치의 연마헤드 (2) 가 요동중심에 위치할 때에 연마헤드 (2) 의 회전중심과 일치하도록 되어 있다.
연마체 (13) 는 도 2 에 나타내는 바와 같이, 발포 폴리우레탄 등으로 이루어지는 시트형상의 2 장의 연마패드 (13a, 13b) 를 부착시킨 2 층 패드로 되어 있다. 상측의 연마패드 (13a) 에는 약간 큰 개구부가 형성되고, 하측의 연마패드 (13b) 에는 약간 작은 개구부가 형성되고, 이들 개구부의 중심이 연마헤드 (2) 의 회전중심과 일치하고 있다. 상측의 연마패드 (13a) 의 개구부에 투명 아크릴창 (15) 이 끼워져 고정되어 있다. 웨이퍼 (4) 가 접촉하는 연마체 (13) 의 연마패드 (13a) 의 표면에 대하여 창 (15) 의 연마대상물측의 표면이 약간 오목해져 있으며, 이로 인하여 웨이퍼 (4) 와 창 (15) 이 접촉하지 않게 되므로 웨이퍼 (4) 나 창 (15) 의 표면에 흠이 생기지 않게 된다. 이 오목부에는 연마제 공급부 (3) 로부터 공급된 연마제 (5) 가 들어가게 된다. 도 2 는 이 오목부에 연마제 (5) 가 들어간 상태를 나타내고 있다.
여기서, 연마위치의 연마헤드 (2) 에 의하여 유지된 웨이퍼 (4) 의 연마에 관하여 설명한다. 이 웨이퍼 (4) 는 해당 연마헤드 (2) 에 의하여 회전하면서 요동하여, 연마부재 (1) 의 연마체 (13) 에 소정 압력으로 눌려진다. 연마부재 (1) 도 회전시켜 웨이퍼 (4) 와의 사이에서 상대운동을 행하게 한다. 이 상태에서, 연마제 (5) 가 연마제 공급부 (3) 로부터 연마체 (13) 상에 공급되어, 연마제 (5) 는 연마체 (13) 상에서 확산하고, 연마부재 (1) 와 웨이퍼 (4) 의 상대운동에 수반하여 연마체 (13) 와 웨이퍼 (4) 사이에 들어가, 웨이퍼 (4) 의 연마면을 연마한다. 즉, 연마부재 (1) 와 웨이퍼 (4) 의 상대운동에 의한 기계적 연마와 연마제 (5) 의 화학적 작용이 상승적으로 작용하여 양호한 연마가 행해진다.
또한 이 연마장치는 도 1 에 나타내는 바와 같이, 연마상황 모니터링 장치를 구성하는 측정광학계 (16), 퍼스널 컴퓨터 등으로 이루어지는 신호처리부 (17) 및 모니터링 결과를 표시하는 CRT 등의 표시부 (18) 도 구비하고 있다.
측정광학계 (16) 는 연마위치의 연마헤드 (2) 에 유지되어 있는 웨이퍼 (4) 의 연마면 또는 반사체 (19) 에 창 (15) 을 통하여 프로브광을 조사하고, 웨이퍼 (4) 의 연마면 또는 반사체 (19) 에서 반사된 반사광은 분광되어 수광센서에 의하여 각 파장마다의 강도가 검출된다. 이 검출신호가 계측 스펙트럼 또는 기준 스펙트럼으로서 신호처리부 (17) 에 입력되어 후술과 같이 처리된다.
측정광학계 (16) 의 구체적인 한 예에 관하여, 도 2 를 참조하여 설명한다. 도 2 에 있어서, 조사광원인 크세논램프 (31) 로부터의 광은 렌즈 (32) 에 의하여 평행광속으로 변환되어 슬릿 (33) 을 통과한 후, 렌즈 (34) 에 의하여 빔스플릿터(35) 로 집광된다. 빔스플릿터 (35) 를 통과한 광은 렌즈 (36) 에 의하여 다시 평행광속이 되어, 창 (15) 을 통과하여 웨이퍼 (4) 의 연마면 또는 반사체 (19) 에 조사된다.
그 반사광은 다시 창 (15), 렌즈 (36) 를 통과하여 빔스플릿터 (35) 에 집광된다. 빔스플릿터 (35) 에 있어서, 반사광은 90°방향이 바뀌어 렌즈 (37) 에 의하여 평행광속이 된다. 그리고, 반사경 (38) 에서 반사되어 렌즈 (39) 로 핀홀 (40) 상에 집광된다. 그리고, 산란광, 회절광 등의 노이즈성분이 제거되고, 렌즈 (41) 를 통하여 회절격자 (42) 에 투사되어 분광된다. 분광된 광은 수광센서로서의 리니어센서 (43) 로 입사하여 분광강도 (파장마다의 강도, 즉 스펙트럼) 가 측정된다.
본 실시형태에서는 프로브광의 웨이퍼 (4) 또는 반사체 (19) 로 조사되는 스폿의 크기 (본 예에서는 지름 ; d) 는 웨이퍼 (4) 의 디바이스의 최소구조보다 충분히 크게 되도록 설정되어 있다. 연마대상물인 웨이퍼 (4) 에는 작은 개별소자의 집합체인 다수의 주기구조가 존재하여, 웨이퍼 (4) 는 미세하게 보면 균일하지 않다. 따라서, 조사되는 프로브광의 스폿지름 (d) 이 작을 때는 반사광은 이 미세구조의 영향을 받아 조사위치에 따라 변화하여, 이것이 노이즈가 될 가능성이 있다. 그러나 조사하는 프로브광의 스폿지름 (d) 을 웨이퍼의 디바이스의 최소구조보다 충분히 큰 것으로 함으로써, 반사광은 프로브광의 조사위치에 관계없이 일정해져 안정된 신호가 얻어진다.
여기서 본 실시형태에 있어서의 웨이퍼 (4) 의 연마에 앞서 행해지는 기준스펙트럼 취득처리에 관하여 설명한다.
그 제 1 예에서는, 반사체 (19) 가 연마위치의 연마헤드 (2) 에 유지되어 연마부재 (1) 가 회전하지 않고, 해당 연마헤드 (2) 가 회전도 요동도 하지 않으며, 반사체 (19) 가 연마체 (13) 로부터 간격을 두고 있거나 간격이 없이 누름압력 (하중) 이 거의 제로이며, 반사체 (19) 와 창 (15) 사이에 연마제 (5) 가 개재하지 않은 상태에 있어서, 측정광학계 (16) 에 의하여 측정된 스펙트럼을 기준 스펙트럼으로 하여 신호처리부 (17) 내의 메모리 (도시하지 않음) 에 기억한다.
제 2 예에서는, 반사체 (19) 가 연마위치의 연마헤드 (2) 에 유지되어 연마부재 (1) 가 회전하지 않고, 해당 연마헤드 (2) 가 회전도 요동도 하지 않으며, 반사체 (19) 가 연마체 (13) 로부터 간격을 두고 있거나 간격이 없이 누름압력 (하중) 이 거의 제로이며, 반사체 (19) 와 창 (15) 사이에 연마제 (5) 가 개재한 상태에 있어서, 측정광학계 (16) 에 의하여 측정된 스펙트럼을 기준 스펙트럼으로 하여 신호처리부 (17) 내의 메모리 (도시하지 않음) 에 기억한다. 또한 미리 연마제 공급부 (3) 로부터 연마제 (5) 를 공급하면서 연마부재 (1) 를 회전시키는 등에 의하여, 반사체 (19) 와 창 (15) 사이에 연마제 (5) 를 개재시켜 둘 수 있다.
제 3 예에서는, 반사체 (19) 가 연마위치의 연마헤드 (2) 에 유지되어 연마부재 (1) 가 회전하지 않고, 해당 연마헤드 (2) 가 회전도 요동도 하지 않고, 반사체 (19) 가 연마체 (13) 에 웨이퍼 (4) 의 연마시의 누름압력 (하중) 과 거의 동일한 압력으로 눌려져, 반사체 (19) 와 창 (15) 사이에 연마제 (5) 가 개재한 상태에 있어서, 측정광학계 (16) 에 의하여 측정된 스펙트럼을 기준 스펙트럼으로 하여 신호처리부 (17) 내의 메모리 (도시하지 않음) 에 기억한다.
제 4 예에서는, 반사체 (19) 가 연마위치의 연마헤드 (2) 에 유지되고 반사체 (19) 와 창 (15) 사이에 연마제 (5) 가 개재되어, 웨이퍼 (4) 의 연마시의 연마조건과 거의 동일한 조건으로 반사체 (19) 를 연마하고 있는 상태에 있어서, 측정광학계 (16) 에 의하여 측정된 스펙트럼을 기준 스펙트럼으로 하여 신호처리부 (17) 내의 메모리 (도시하지 않음) 에 기억한다.
또한 본 실시형태에서는, 웨이퍼 (4) 의 연마중에 있어서 측정광학계 (16) 에 의하여 순서대로 측정된 스펙트럼을 각각 해당 시점의 계측 스펙트럼으로 하여 신호처리부 (17) 내의 메모리 (도시하지 않음) 에 기억한다.
그리고 신호처리부 (17) 는 웨이퍼 (4) 의 연마중에 있어서, 각 시점의 계측 스펙트럼이 얻어질 때마다 해당 계측 스펙트럼의 상기 기준 스펙트럼에 대한 관계로서, 예를 들면 해당 계측 스펙트럼의 상기 기준 스펙트럼에 대한 강도비 (각 파장에 관한 계측 스펙트럼 강도의 기준 스펙트럼 강도에 대한 비) 를 연산한다. 그리고 신호처리부 (17) 는 이렇게 하여 연산한 파장에 대한 강도비에 기초하여, 웨이퍼 (4) 의 연마상황의 모니터링 결과를 연산하여 그 결과를 표시부에 표시하거나, 연마종료점의 판정을 행하여 연마종료점을 검지하였을 때에 연마동작을 종료시키는 지령을 해당 연마장치의 제어부에 발하거나 한다.
예를 들면, 계측 스펙트럼의 기준 스펙트럼에 대한 강도비의 파형의 극대 및 극소의 위치 (파장) 로부터 연마하고 있는 층 (최상층) 의 막두께를 연산하여, 해당 막두께를 모니터링 결과로서 표시부 (18) 에 표시하고, 해당 막두께가 소기의막두께에 달하였는지 아닌지에 따라 연마종료점을 검출한다. 또한 예를 들면, 웨이퍼의 초기두께와 연마되고 있는 층 (최상층) 의 막두께로부터 연마량을 구하여, 이것을 모니터링 결과로서 표시부 (18) 에 표시한다.
단, 본 실시형태에서는 기준 스펙트럼을 기준으로 한 계측 스펙트럼의 파장에 대한 강도비로부터 모니터링 결과를 구하는 연산수법이나 연마종료점을 검지하는 수법은 전술한 예에 한정되는 것은 아니다.
본 실시형태에 의하면, 이상의 설명에서 알 수 있듯이, 계측 스펙트럼을 그대로 이용하는 것이 아니라, 연마전에 계측 스펙트럼을 취득하기 위한 프로브광을 반사체 (19) 에 조사하여 반사체 (19) 에서 반사된 반사광의 스펙트럼 (기준 스펙트럼) 을 취득하고, 계측 스펙트럼의 기준 스펙트럼에 대한 관계에 기초하여 연마상황을 연마중에 모니터링하고 있다.
따라서, 계측 스펙트럼 자체의 파형은 광원 (31) 의 분광특성이나 그 경시변화에 의하여 흐트러지거나 변화하거나 하지만, 기준 스펙트럼 및 계측 스펙트럼에는 광원 (31) 의 분광특성이 동일하게 반영되므로, 계측 스펙트럼의 기준 스펙트럼에 대한 강도비에 있어서는 광원 (31) 의 분광특성의 영향이 거의 제거된다.
또한 계측 스펙트럼 및 기준 스펙트럼의 취득시에, 각 반사광을 동일한 리니어센서 (43) 로 수광하고 있어, 기준 스펙트럼 및 계측 스펙트럼에는 리니어센서 (43) 의 분광감도 특성이 동일하게 반영되므로, 계측 스펙트럼의 기준 스펙트럼에 대한 강도비에 있어서는 리니어센서 (43) 의 분광감도 특성의 영향이 거의 제거된다. 이로 인하여, 본 실시형태에 의하면 해당 강도비에 기초하여 연마상황을모니터링하고 있으므로 연마상황의 모니터링 정밀도가 높아진다.
또한 본 실시형태에 의하면, 반사체 (19) 가 웨이퍼 (4) 와 거의 동일한 형상 및 치수를 가지고 있으므로, 전술한 바와 같이 반사체 (19) 를 카세트 (9), 스탠바이 스테이지 (8) 및 반송로봇 (10) 을 이용하여 웨이퍼 (4) 와 동일하게 취급할 수 있다. 따라서 기준 스펙트럼의 취득이 간단해 진다.
[제 2 실시형태]
도 3 은 본 발명의 제 2 실시형태에 있어서 이용하는 프로세스 웨이퍼 (104) 를 모식적으로 나타내는 평면도이다.
본 실시형태가 상기 제 1 실시형태와 다른 점은 주로 반사체 (19) 가 이용되지 않고, 통상의 프로세스 웨이퍼 (4) 대신에 도 3 에 나타내는 프로세스 웨이퍼 (104) 가 이용되는 점과, 이에 수반하여 기준 스펙트럼의 취득처리가 상이한 점이며, 기타 점에 관해서는 상기 제 1 실시형태와 동일하다.
프로세스 웨이퍼 (104) 는 도 3 에 나타내는 바와 같이, 통상의 프로세스 웨이퍼 (4) 와 달리, 기준 스펙트럼을 취득하기 위한 반사체 (105) 가 디바이스 영역 이외의 영역에 형성되어 있다. 도 3 에 있어서, 반사체 (105) 의 형성영역 이외의 각 직사각형 영역은 각각 1 칩분의 디바이스 영역을 나타내고 있다. 본 실시형태에서는 반사체 (105) 는 1 칩분의 영역에 형성되어 있으며, 해당 프로세스 웨이퍼 (4) 의 연마면측에 있어서 이 1 칩분의 영역 전체에 반사체 (105) 로서 Al 막 등의 금속막이 성막되어 있다.
반사체 (105) 의 형성영역의 크기는 도 2 중의 프로브광의 스폿지름 (d) 보다 훨씬 크다. 단, 도 2 중의 프로브광의 스폿지름 (d) 보다 큰 영역이면 1 칩분의 디바이스 영역보다 작은 영역에 반사체를 형성해도 된다. 도 3 중, 부호 (106) 은 노치이다. 또한 본 실시형태에서는, 반사체 (105) 는 웨이퍼 (104) 의 중앙 영역에 형성되어 있는데, 그 위치는 창 (15) 과의 위치관계 등을 고려하여 적절히 정할 수 있다.
본 실시형태에서는, 기준 스펙트럼의 취득처리는 예를 들면 다음예와 같이 행할 수 있다.
제 1 예에서는, 웨이퍼 (104) 가 연마위치의 연마헤드 (2) 에 유지되어 연마부재 (1) 가 회전하지 않고, 해당 연마헤드 (2) 가 회전도 요동도 하지 않고, 웨이퍼 (104) 가 연마체 (13) 로부터 간격을 두고 있거나 간격이 없이 누름압력 (하중) 이 거의 제로이며, 반사체 (105) 와 이에 대향하는 창 (15) 사이에 연마제 (5) 가 개재하지 않은 상태에 있어서, 측정광학계 (16) 에 의하여 측정된 스펙트럼을 기준 스펙트럼으로 하여 신호처리부 (17) 내의 메모리 (도시하지 않음) 에 기억한다. 이 처리는 웨이퍼 (104) 의 연마에 앞서 행해진다.
제 2 예에서는, 웨이퍼 (104) 가 연마위치의 연마헤드 (2) 에 유지되어 연마부재 (1) 가 회전하지 않고, 해당 연마헤드 (2) 가 회전도 요동도 하지 않고 반사체 (105) 가 연마체 (13) 로부터 간격을 두고 있거나 간격이 없이 누름압력 (하중) 이 거의 제로이며, 반사체 (105) 와 창 (15) 사이에 연마제 (5) 가 개재한 상태에 있어서, 측정광학계 (16) 에 의하여 측정된 스펙트럼을 기준 스펙트럼으로 하여 신호처리부 (17) 내의 메모리 (도시하지 않음) 에 기억한다. 이 처리는 웨이퍼(104) 의 연마에 앞서 행해진다.
제 3 예에서는, 웨이퍼 (104) 가 연마위치의 연마헤드 (2) 에 유지되어 연마부재 (1) 가 회전하지 않고, 해당 연마헤드 (2) 가 회전도 요동도 하지 않고, 웨이퍼 (104) 가 연마체 (13) 에 웨이퍼 (104) 의 연마시의 누름압력 (하중) 과 거의 동일한 압력으로 눌려져, 반사체 (105) 와 창 (15) 사이에 연마제 (5) 가 개재한 상태에 있어서, 측정광학계 (16) 에 의하여 측정된 스펙트럼을 기준 스펙트럼으로 하여 신호처리부 (17) 내의 메모리 (도시하지 않음) 에 기억한다. 이 처리는 웨이퍼 (104) 의 연마에 앞서 행해진다.
제 4 예에서는, 웨이퍼 (104) 의 연마중에 있어서 반사체 (105) 가 창 (15) 에 대향하고 있는 상태에 있어서, 측정광학계 (16) 에 의하여 측정된 스펙트럼을 기준 스펙트럼으로 하여 신호처리부 (17) 내의 메모리 (도시하지 않음) 에 기억한다. 이 경우에 있어서, 웨이퍼 (104) 의 연마중에 있어서 순서대로 기준 스펙트럼을 얻는 경우 (본 예에서는 예를 들면, 1 회만 얻는 것이어도 된다) 에는 기준 스펙트럼을 기준으로 하여 계측 스펙트럼의 강도비를 구할 때에, 예를 들면 해당 시점의 최신 기준 스펙트럼을 이용하면 된다.
본 실시형태에 의하면, 상기 제 1 실시형태와 동일한 이점이 얻어지는 외에, 별개로 반사체 (19) 를 준비할 필요가 없어진다는 이점도 얻어진다. 또한 상기 제 4 예를 채용하면, 계측 스펙트럼의 취득시의 상태에서 연마제의 영향을 반영한 기준 스펙트럼이 취득되므로 계측 스펙트럼의 기준 스펙트럼에 대한 강도비에 있어서 연마제의 영향이 한층 저감되어 연마상황의 모니터링 정밀도가 더 높아진다.
[제 3 실시형태]
도 4 는 본 발명의 제 3 실시형태에 의한 연마장치의 요부를 나타내는 도로서, 도 2 에 대응하고 있다. 도 4 에 있어서, 도 2 중의 요소와 동일 또는 대응하는 요소에는 동일 기호를 부여하고, 그 중복되는 설명은 생략한다. 본 실시형태가 상기 제 1 실시형태와 상이한 점은 이하의 점뿐이다.
본 실시형태에서는 반사체 (19) 가 이용되지 않고, 그 대신 연마헤드 (2) 의 리테이너링 (11) 에 웨이퍼 (4) 가 유지되는 측과 동일한 측 (도 4 중의 하측) 에 반사체 (50) 가 배치되어 있다. 본 실시형태에서는 반사체 (50) 는 투명 아크릴수지로 이루어지는 링형상 부재 (51) 의 상면에 금속막 (52) 을 성막한 링형상 미러로서 구성되어 있다.
이 반사체 (50) 는 투명 아크릴수지 부재 (51) 의 표면과 리테이너링 (11) 의 표면이 일치하도록 리테이너링 (11) 에 장착되어 있다. 따라서, 웨이퍼 (4) 의 연마중에는 반사체 (50) 도 연마되게 된다. 반사체 (50) 의 중심은 연마헤드 (2) 의 회전중심과 일치하고 있다. 상측의 연마패드 (13a) 에는 약간 큰 개구부가 형성되고, 하측의 연마패드 (13b) 에는 약간 작은 개구부가 형성되고, 이들 개구부의 중심이 반사체 (50) 의 지름방향의 폭의 중심과 일치하고 있다.
상측의 연마패드 (13a) 의 개구부에 투명 아크릴창 (115) 이 끼워져 고정되어 있다. 창 (15) 과 마찬가지로, 웨이퍼 (4) 가 접촉하는 연마체 (13) 의 연마패드 (13a) 의 표면에 대하여 창 (115) 의 연마대상물측의 표면이 약간 오목해져 있다. 이 오목부에도 연마제 공급부 (3) 로부터 공급된 연마제 (5) 가 들어가게 되며, 도 4 는 이 오목부에 연마제 (5) 가 들어간 상태를 나타내고 있다. 정반 (12) 에는 연마위치의 연마헤드 (2) 가 요동중심에 위치할 때에 반사체 (50) 와 대향하는 위치에 있어서, 개구부 (114) 가 형성되어 있다.
또한 본 실시형태에서는 도 4 에 나타내는 바와 같이, 도 2 에 나타난 측정광학계 (16) 에 있어서 렌즈 (32) 와 슬릿 (33) 사이에 배치된 하프미러 (60) 와, 미러 (60) 와 도면중의 요소 (33~36) 에 상당하는 슬릿 (133), 렌즈 (134), 빔스플릿터 (135) 및 렌즈 (136) 와, 도면중의 광학계 (44) 에 상당하는 광학계 (144) 가 추가되어 있다. 이로 인하여, 기준 스펙트럼의 취득과 계측 스펙트럼의 취득을 동시에 행할 수 있게 되어 있다.
즉, 크세논램프 (31) 로부터 발사하여 렌즈 (32) 를 통과하여 하프미러 (60) 에 의하여 분할된 한쪽 광 (프로브광) 이 창 (15) 을 통하여 웨이퍼 (4) 에 조사되어, 그 반사광의 분광강도 (계측 스펙트럼) 가 리니어센서 (43) 로부터 얻어진다. 이와 동시에, 동일한 크세논램프 (31) 로부터 발사하여 렌즈 (32) 를 통과하여 하프미러 (60) 에 의하여 분할된 다른쪽 광이 창 (115) 을 통하여 반사체 (50) 로 조사되어, 광학계 (43) 에 상당하는 광학계 (144) 에서 처리되고, 그 반사광의 분광강도 (기준 스펙트럼) 가 광학계 (144) 중에 설치된 광학계 (44) 중의 리니어센서 (43) 에 상당하는 리니어센서로부터 얻어진다.
본 실시형태에서는, 기준 스펙트럼의 취득처리는 예를 들면 다음 예와 같이 행할 수 있다.
제 1 예에서는, 웨이퍼 (4) 가 연마위치의 연마헤드 (2) 에 유지되어 연마부재 (1) 가 회전하지 않고, 해당 연마헤드 (2) 가 회전도 요동도 하지 않고, 웨이퍼 (4) 가 연마체 (13) 로부터 간격을 두고 있거나 간격이 없이 누름압력 (하중) 이 거의 제로이며, 반사체 (50) 와 이에 대향하는 창 (115) 사이에 연마제 (5) 가 개재하지 않은 상태에 있어서, 측정광학계 (16) 의 광학계 (144) 의 리니어센서로부터 얻어진 기준 스펙트럼을 신호처리부 (17) 내의 메모리 (도시하지 않음) 에 기억한다. 이 처리는 웨이퍼 (4) 의 연마에 앞서 행해진다.
제 2 예에서는, 웨이퍼 (4) 가 연마위치의 연마헤드 (2) 에 유지되어 연마부재 (1) 가 회전하지 않고, 해당 연마헤드 (2) 가 회전도 요동도 하지 않고 반사체 (50) 가 연마체 (13) 로부터 간격을 두고 있거나 간격이 없이 누름압력 (하중) 이 거의 제로이며, 반사체 (50) 와 창 (115) 사이에 연마제 (5) 가 개재한 상태에 있어서, 측정광학계 (16) 의 광학계 (144) 의 리니어센서로부터 얻어진 기준 스펙트럼을 신호처리부 (17) 내의 메모리 (도시하지 않음) 에 기억한다. 이 처리는 웨이퍼 (4) 의 연마에 앞서 행해진다.
제 3 예에서는, 웨이퍼 (4) 가 연마위치의 연마헤드 (2) 에 유지되어 연마부재 (1) 가 회전하지 않고, 해당 연마헤드 (2) 가 회전도 요동도 하지 않고, 웨이퍼 (4) 가 연마체 (13) 에 웨이퍼 (4) 의 연마시의 누름압력 (하중) 과 거의 동일한 압력으로 눌려져, 반사체 (50) 와 창 (115) 사이에 연마제 (5) 가 개재한 상태에 있어서, 측정광학계 (16) 의 광학계 (144) 의 리니어센서로부터 얻어진 기준 스펙트럼을 신호처리부 (17) 내의 메모리 (도시하지 않음) 에 기억한다. 이 처리는 웨이퍼 (4) 의 연마에 앞서 행해진다.
제 4 예에서는, 웨이퍼 (104) 의 연마중에 있어서 반사체 (50) 가 창 (115) 에 대향하고 있는 상태에 있어서, 측정광학계 (16) 중의 광학계 (144) 의 리니어센서로부터 얻어진 기준 스펙트럼을 신호처리부 (17) 내의 메모리 (도시하지 않음) 에 기억한다. 이 경우에 있어서, 웨이퍼 (4) 의 연마중에 있어서 계측 스펙트럼과 동시에 순서대로 기준 스펙트럼을 얻는 경우 (본 예에서는 예를 들면, 1 회만 얻는 것이어도 된다) 에는 기준 스펙트럼을 기준으로 하여 계측 스펙트럼의 강도비를 구할 때에, 예를 들면 해당 시점의 최신 기준 스펙트럼을 이용하면 된다.
본 실시형태에 의하면, 상기 제 1 실시형태와 동일한 이점이 얻어진다. 또한 상기 제 4 예를 채용하면, 계측 스펙트럼의 취득시의 상태에서 연마제의 영향을 반영한 기준 스펙트럼이 취득되므로 계측 스펙트럼의 기준 스펙트럼에 대한 강도비에 있어서 연마제의 영향이 한층 저감되어 연마상황의 모니터링 정밀도가 더 높아진다.
[제 4 실시형태]
도 5 는 본 발명의 제 4 실시형태에 의한 연마장치를 모식적으로 나타내는 개략구성도이다. 도 5 에 있어서, 도 4 중의 요소와 동일 또는 대응하는 요소에는 동일 기호를 부여하고, 그 중복되는 설명은 생략한다.
본 실시형태가 상기 제 1 실시형태와 상이한 점은, 상기 제 1 실시형태에서는 연마부재 (1) 가 웨이퍼 (4) 보다 크게 구성되어 있던 것에 대하여, 본 실시형태에서는 연마부재 (1) 가 웨이퍼 (4) 보다 작게 구성되어 있는 점과, 이에 수반하는 변경이 추가되어 있는 점이다. 본 실시형태에서는 연마헤드 (2) 가 요동하는 대신에 연마부재 (1) 가 요동한다. 또한 연마부재 (1) 가 웨이퍼 (4) 보다 작으므로 웨이퍼 (4) 또는 반사체 (19) 중 연마부재 (1) 로부터 노출된 부분에 측정광학계 (16) 로부터 프로브광이 조사되어, 연마체 (13) 에는 창 (15) 은 형성되어 있지 않다.
본 실시형태에 의해서도, 상기 제 1 실시형태와 동일한 이점이 얻어진다.
또한 제 1 실시형태를 변형하여 제 4 실시형태를 얻은 것과 마찬가지로, 상기 제 2 및 제 3 실시형태를 동일하게 변형하여 도 4 의 실시형태와 동일한 실시형태를 얻어도 된다.
또한 상기 제 1 실시형태 내지 제 3 실시형태에 있어서, 연마헤드 (2) 를 요동시킬 때에 웨이퍼 (4) 나 반사체를 연마부재 (1) 로부터 빼어낼 수 있어, 해당 빠져나온 부분 (노출부분) 에 측정광학계로부터의 광을 조사하도록 하면 연마체 (13) 에는 창 (15, 115) 을 형성할 필요는 없다.
[제 5 실시형태]
도 6 은 반도체 디바이스 제조 프로세스를 나타내는 플로우차트이다. 반도체 디바이스 제조 프로세스를 스타트하여, 먼저 스텝 (S200) 에서, 다음에 예를 드는 스텝 (S201~S204) 중에서 적절한 처리공정을 선택한다. 선택에 따라 스텝 (S201~S204) 중 어느 하나로 진행한다.
스텝 (S201) 은 실리콘 웨이퍼의 표면을 산화시키는 산화공정이다. 스텝 (S202) 은 CVD 등에 의하여 실리콘 웨이퍼 표면에 절연막을 형성하는 CVD 공정이다. 스텝 (S203) 은 실리콘 웨이퍼상에 전극을 증착 등의 공정으로 형성하는전극형성 공정이다. 스텝 (S204) 은 실리콘 웨이퍼에 이온을 주입하는 이온주입 공정이다.
CVD 공정 또는 전극형성 공정후에 스텝 (S205) 으로 진행한다. 스텝 (S205) 은 CMP 공정이다. CMP 공정에서는 본 발명과 관련된 연마장치에 의하여 층간절연막의 평탄화나, 반도체 디바이스의 표면의 금속막의 연마에 의한 다마신 (damascene) 의 형성 등이 행해진다.
CMP 공정 또는 산화공정후에 스텝 (S206) 으로 진행한다. 스텝 (S206) 은 포토리소그래피 공정이다. 포토리소그래피 공정에서는 실리콘 웨이퍼로의 레지스트의 도포, 노광장치를 이용한 노광에 의한 실리콘 웨이퍼로의 회로패턴의 전사, 노광한 실리콘 웨이퍼의 현상이 행해진다. 또한 다음 스텝 (S207) 은 현상한 레지스트상 이외의 부분을 에칭에 의하여 절삭하고, 그 후 레지스트 박리가 행해지고, 에칭이 종료되어 불필요하게 된 레지스트를 제거하는 에칭공정이다.
다음으로 스텝 (S208) 에서 필요한 전공정이 완료되었는지를 판단하여, 완료되어 있지 않으면 스텝 (S200) 으로 되돌아와 앞의 스텝을 반복하여 실리콘 웨이퍼상에 회로패턴이 형성된다. 스텝 (S208) 에서 전공정이 완료된 것으로 판단되면 엔드가 된다.
본 실시형태인 반도체 디바이스 제조 프로세스에서는, CMP 공정에 있어서 본 발명과 관련된 연마장치를 이용하고 있으므로, CMP 공정에서의 연마종점의 검출 정밀도 또는 막두께의 측정 정밀도가 향상됨으로써, CMP 공정에서의 수율이 향상된다. 이로 인하여, 종래의 반도체 디바이스 제조방법에 비하여 저원가로 반도체디바이스를 제조할 수 있다는 효과가 있다.
또한 상기 반도체 디바이스 제조 프로세스 이외의 반도체 디바이스 제조 프로세스의 CMP 공정에 본 발명과 관련된 연마장치를 이용해도 된다.
본 발명과 관련된 반도체 디바이스는 본 발명과 관련된 반도체 디바이스 제조방법에 의하여 제조된다. 이로 인하여, 종래의 반도체 디바이스 제조방법에 비하여 저원가로 반도체 디바이스를 제조할 수 있어, 반도체 디바이스의 제조원가를 저하시킬 수 있다는 효과가 있다.
[실험예 1]
실험예 1 은 상기 제 1 실시형태와 관련되는 것이다. 이 실험예에서는 도 1 및 도 2 에 나타내는 연마장치에 있어서, 연마패드 (13a, 13b) 로서 Rodel 사 제조 연마패드 IC1000 및 Suba400 을 이용하여, 이들 개구부의 크기를 각각 60 mm×20 mm 및 50 mm ×10 mm 로 하였다. 투명 아크릴창 (15) 의 표면은 연마패드 (13a) 의 표면으로부터 0.2 mm 오목하게 하였다.
연마대상물인 웨이퍼 (4) 로서, 열산화막이 1 ㎛ 성막되어 있는 6 인치 실리콘 웨이퍼를 이용하였다. 반사체 (19) 로는 두께 0.6 mm 이며 상기 웨이퍼와 동일한 형상의 6 인치 유리판에 알루미늄을 2 ㎛ 진공증착으로 성막한 미러를 이용하였다.
그리고, 먼저 반사체 (19) 로서의 상기 미러를 그 유리면이 아래쪽을 향하도록 (연마패드 (13a) 와 접촉하도록) 연마위치의 연마헤드 (2) 에 유지시켰다.
그 후, 연마제 공급부 (3) 로부터 연마제 (5 ; 웨이퍼의 연마시에 이용하는후술하는 연마제) 를 연마체 (13) 상에 공급하여 창 (15) 상에 위치시키고, 다음으로 후술하는 연마조건과 동일한 가압조건으로 상기 미러를 연마체 (13) 에 눌렀다. 이 상태에서, 연마헤드 (2) 를 회전도 요동도 시키지 않고 상기 미러로부터의 반사광의 스펙트럼을 측정광학계 (16) 에 의하여 측정하고, 이것을 신호처리부 (17) 의 메모리에 기준 스펙트럼으로서 기억시켰다.
다음으로, 상기 미러 대신에 상기 웨이퍼를 연마위치의 연마헤드 (2) 에 유지시켜 해당 웨이퍼를 하기 연마조건으로 연마하면서, 연마상황의 모니터링 결과로서 상기 웨이퍼의 산화막의 막두께를 측정 (in-situ 측정) 하여 표시부 (18) 에 표시하였다.
상기 연마조건은 연마헤드 (2) 의 회전수 : 50 rpm, 연마부재 (1) 의 회전수 (플래튼 회전수) : 50 rpm, 연마헤드 (2) 와 연마부재 (1) 사이의 하중 : 1.96 ×10-2Pa, 연마헤드 (2) 의 요동 : 없음, 사용연마제 : Cabot 사 제조 SS25 를 2 배 희석한 것, 연마제 유량 : 200 ㎖/분으로 하였다.
즉, 상기 웨이퍼 연마중에 측정광학계 (16) 에 의하여 순서대로 측정된 스펙트럼을 각각 해당 시점의 계측 스펙트럼으로 하여 신호처리부 (17) 에 입력시켜, 신호처리부 (17) 에 의하여 각 시점의 계측 스펙트럼이 얻어질 때마다 해당 계측 스펙트럼의 상기 기준 스펙트럼에 대한 강도비를 연산하고, 이 파형 (파장에 대한 강도비의 파형) 의 극대 및 극소의 위치로부터 상기 산화막의 막두께 (나머지 막두께) 를 연산하여 각 시점의 막두께를 표시부 (18) 에 표시하였다.
이 때, 어느 시점에서 얻어진 계측 스펙트럼의 상기 기준 스펙트럼에 대한강도비를 도 7 에 나타낸다. 또한 이 실험에 의하여 모니터링 결과로서 얻은 산화막의 나머지 막두께를 도 8 에 나타낸다. 도 7 로부터 계측 스펙트럼의 기준 스펙트럼에 대한 강도비에는 산화막에 의한 성분이 양호하게 반영되어, 연마제 등의 영향을 거의 받지 않음을 알 수 있다. 또한 도 8 로부터 모니터링 결과도 양호함을 알 수 있다.
[실험예 2]
실험예 2 는 상기 제 3 실시형태와 관련되는 것이다. 이 실험예에서는 도 4 에 나타내는 연마장치에 있어서, 연마패드 (13a, 13b) 로서 Rodel 사 제조 연마패드 IC1000 및 Suba400 을 이용하여, 연마패드 (13a) 의 두 개구부의 크기를 각각 60 mm ×20 mm 로 하고, 연마패드 (13b) 의 두 개구부의 크기를 각각 50 mm ×10 mm 로 하였다. 투명 아크릴창 (15, 115) 의 표면은 연마패드 (13a) 의 표면으로부터 0.2 mm 오목하게 하였다. 창 (15, 115) 의 중심간격 및 정반 (12) 의 개구부 (14, 114) 의 중심간격은 각각 100 mm 로 하였다. 반사체 (50) 로는 투명 아크릴수지 부재 (51) 의 표면에 금속막 (52) 으로서 알루미늄을 2 ㎛ 진공증착으로 성막한 것을 이용하였다.
연마대상물인 웨이퍼 (4) 로서 실험예 1 과 동일하게 열산화막이 1 ㎛ 성막되어 있는 6 인치 실리콘 웨이퍼를 이용하여, 이 웨이퍼를 연마위치의 연마헤드 (2) 에 유지시켜 해당 웨이퍼를 상기 실험예 1 과 동일한 연마조건으로 연마하면서, 연마상황의 모니터링 결과로서 상기 웨이퍼의 산화막의 막두께를 측정 (in-situ 측정) 하여 표시부 (18) 에 표시하였다.
즉, 상기 웨이퍼 연마중에 측정광학계 (16) 에 의하여 동시에 측정된 기준 스펙트럼 및 계측 스펙트럼을 순서대로 신호처리부 (17) 에 입력시켜, 신호처리부 (17) 에 의하여 각 시점의 기준 스펙트럼 및 계측 스펙트럼이 얻어질 때마다 해당 계측 스펙트럼의, 동시에 얻어진 기준 스펙트럼에 대한 강도비를 연산하고, 이 파형 (파장에 대한 강도비의 파형) 의 극대 및 극소의 위치로부터 상기 산화막의 막두께 (나머지 막두께) 를 연산하여 각 시점의 막두께를 표시부 (18) 에 표시하였다.
이 때, 어느 시점에서 얻어진 계측 스펙트럼의 해당 시점에서 얻어진 상기 기준 스펙트럼에 대한 강도비는 도 7 에 나타내는 것과 동일하였다. 또한 이 실험에 의하여 모니터링 결과로서 얻은 산화막의 나머지 막두께는 도 8 에 나타내는 것과 동일하였다. 이와 같이 계측 스펙트럼의 기준 스펙트럼에 대한 강도비에는 산화막에 의한 성분이 양호하게 반영되어, 연마제 등의 영향을 거의 받지 않으며, 또한 모니터링 결과도 양호하였다.
[비교예]
비교예로서, 도 1 및 도 2 에 나타내는 연마장치를 도 9 에 나타내는 바와 같이 변형한 연마장치를 이용하였다. 도 9 에 있어서, 도 2 중의 요소와 동일한 요소에는 동일 부호를 부여하고 있다.
도 9 에 나타내는 연마장치에서는, 도 2 에 나타난 측정광학계에 있어서 렌즈 (32) 와 슬릿 (33) 사이에 배치된 하프미러 (80) 와 도면중의 요소 (39~43) 에 각각 상당하는 렌즈 (139), 핀홀 (140), 렌즈 (141), 회절격자 (142) 및 리니어센서 (143) 가 추가되어 있다. 이로 인하여, 크세논램프 (31) 로부터 발사하여 렌즈 (32) 를 통과하고 하프미러 (80) 에 의하여 분할된 한쪽 광 (계측 스펙트럼을 얻기 위한 프로브광은 아님) 의 분광강도 (스펙트럼) 가 리니어센서 (143) 로부터 얻어진다. 본 비교예에서는 후술하는 바와 같이, 리니어센서 (143) 로부터 얻어진 스펙트럼을 기준 스펙트럼으로서 이용하였다.
이 비교예에서는 상기 실험예 1 과 마찬가지로, 연마패드 (13a, 13b) 로서 Rodel 사 제조 연마패드 IC1000 및 Suba400 을 이용하여, 이들 개구부의 크기를 각각 60 mm ×20 mm 및 50 mm ×10 mm 로 하고, 투명 아크릴창 (15) 의 표면은 연마패드 (13a) 의 표면으로부터 0.2 mm 오목하게 하였다.
연마대상물인 웨이퍼 (4) 로서, 실험예 1 과 동일하게 열산화막이 1 ㎛ 성막되어 있는 6 인치 실리콘 웨이퍼를 이용하여, 이 웨이퍼를 연마위치의 연마헤드 (2) 에 유지시켜 해당 웨이퍼를 상기 실험예 1 과 동일한 연마조건으로 연마하면서, 측정광학계에 의하여 동시에 측정된 기준 스펙트럼 (리니어센서 (143) 로부터 얻어진 스펙트럼) 및 계측 스펙트럼 (리니어센서 (43) 로부터 얻어진 스펙트럼) 을 순서대로 신호처리부 (17) 에 입력시켜, 신호처리부 (17) 에 의하여 각 시점의 기준 스펙트럼 및 계측 스펙트럼이 얻어질 때마다 해당 계측 스펙트럼의, 동시에 얻어진 기준 스펙트럼에 대한 강도비를 연산하였다.
이렇게 하여 얻어진 강도비는 S/N 이 작고, 연마제 등에 의한 산란이나 흡수의 영향으로 변동이나 변형이 심한 것이었다. 이 파형 (파장에 대한 강도비의 파형) 의 해석에는 노이즈커트나 신호규격화 등 번잡한 작업이 필요하며, 또한 해석곤란한 데이터도 다량 포함되어 있었다. 또한 도 10 에 이 비교예에 있어서, 어느 시점에서 얻어진 계측 스펙트럼의 기준 스펙트럼에 대한 강도비를 나타낸다.
본 발명과 관련된 연마상황 모니터링 방법 및 그 장치는 연마장치에 이용함으로써, 연마상황의 모니터링 정밀도를 향상시킬 수 있다. 또한 본 발명과 관련된 연마장치는 반도체 디바이스의 표면연마 등에 이용하여 그 연마정밀도를 향상시킬 수 있다.
본 발명과 관련된 프로세스 웨이퍼는 정밀한 반도체 디바이스의 제조에 이용할 수 있다. 본 발명과 관련된 반도체 디바이스의 제조방법은 정밀한 반도체 디바이스의 제조에 이용할 수 있다. 본 발명과 관련된 반도체 디바이스는 정밀한 반도체 디바이스로서 널리 전자회로에 사용할 수 있다.

Claims (15)

  1. 연마체와 연마대상물 사이에 연마제를 개재시킨 상태에서, 상기 연마체와 상기 연마대상물 사이에 하중을 더하고 상대이동시킴으로써 상기 연마대상물을 연마하는 연마상황을 그 연마중에 모니터링하는 연마상황 모니터링 방법으로서, 소정의 광원으로부터 발사한 프로브광을 상기 연마대상물에 조사하여 상기 연마대상물에서 반사된 반사광의 스펙트럼인 계측 스펙트럼을 연마중에 취득하고, 이 계측 스펙트럼에 기초하여 상기 연마상황을 연마중에 모니터링하는 연마상황 모니터링 방법에 있어서, 상기 연마대상물의 연마에 앞서, 또는 상기 연마대상물의 연마중에 상기 광원으로부터 발사한 광을 소정의 반사체에 조사하여 이 반사체에서 반사된 반사광의 스펙트럼인 기준 스펙트럼을 취득하고, 상기 계측 스펙트럼의 상기 기준 스펙트럼에 대한 관계에 기초하여, 상기 연마상황을 상기 연마대상물의 연마중에 모니터링하는 것을 특징으로 하는 연마상황 모니터링 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 프로브광 및 상기 반사체에 조사되는 광이 상기 연마체에 설치된 하나 이상의 창을 통하여 상기 연마대상물 또는 상기 반사체에 조사되거나, 또는 상기 프로브광 및 상기 반사체에 조사되는 광이 상기 연마대상물 또는 상기 반사체에 있어서의 상기 연마체로부터 노출된 부분에 조사되는 것을 특징으로 하는 연마상황 모니터링 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 반사체로 조사하는 상기 광 및 해당 광에 의한 상기 반사체로부터의 반사광의 광로중에 상기 연마제를 개재시킨 상태에서, 상기 기준 스펙트럼을 취득하는 것을 특징으로 하는 연마상황 모니터링 방법.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 반사체로 조사하는 상기 광 및 해당 광에 의한 상기 반사체로부터의 반사광의 광로중에 상기 연마제를 개재시키고, 또한 상기 연마체와 상기 반사체 사이에 상기 연마대상물의 연마시의 하중과 실질적으로 동일한 하중을 더한 상태에서, 상기 기준 스펙트럼을 취득하는 것을 특징으로 하는 연마상황 모니터링 방법.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 반사체로 조사하는 상기 광 및 해당 광에 의한 상기 반사체로부터의 반사광의 광로중에 상기 연마제를 개재시키고, 또한 상기 연마대상물의 연마시의 연마조건과 실질적으로 동일한 조건으로 상기 반사체를 연마하면서 상기 기준 스펙트럼을 취득하는 것을 특징으로 하는 연마상황 모니터링 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반사체 또는 상기 반사체를 갖는 부재가 상기 연마대상물과 실질적으로동일한 형상 및 치수를 갖는 것을 특징으로 하는 연마상황 모니터링 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 연마대상물이 프로세스 웨이퍼이며, 이 프로세스 웨이퍼를 대기시에 수용하는 용기에 상기 반사체 또는 상기 부재도 미리 수용하고, 상기 프로세스 웨이퍼를 상기 용기로부터 소정의 연마위치에 세팅하는 장치를 이용하여, 상기 기준 스펙트럼의 취득시에 상기 반사체 또는 상기 부재를 상기 소정의 연마위치로 세팅하는 것을 특징으로 하는 연마상황 모니터링 방법.
  8. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반사체가 상기 연마대상물을 연마중에 유지하는 유지부에 배치된 것을 특징으로 하는 연마상황 모니터링 방법.
  9. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 연마대상물이 프로세스 웨이퍼이며, 상기 반사체가 상기 프로세스 웨이퍼에 있어서의 디바이스 영역 이외의 영역에 형성된 것을 특징으로 하는 연마상황 모니터링 방법.
  10. 디바이스 영역 이외의 영역에 있어서, 연마면측에 반사체가 형성되고, 상기 반사체의 형성영역의 크기가 상기 반사체에서 반사된 반사광의 스펙트럼인 기준 스펙트럼을 취득하기 위하여 상기 반사체를 향하여 조사되는 광의 스폿보다 큰 것을 특징으로 하는 프로세스 웨이퍼.
  11. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 기재된 연마상황 모니터링 방법을 이용하여, 상기 연마대상물의 연마상황을 모니터링하는 것을 특징으로 하는 연마상황 모니터링 장치.
  12. 연마체와, 연마대상물을 연마중에 유지하는 유지부를 구비하며, 상기 연마체와 상기 연마대상물 사이에 연마제를 개재시킨 상태에서, 상기 연마체와 상기 연마대상물 사이에 하중을 가하고 상대이동시킴으로써 상기 연마대상물을 연마하는 연마장치에 있어서, 제 11 항에 기재된 연마상황 모니터링 장치를 구비한 것을 특징으로 하는 연마장치.
  13. 연마체와, 연마대상물을 연마중에 유지하는 유지부를 구비하며, 상기 연마체와 상기 연마대상물 사이에 연마제를 개재시킨 상태에서, 상기 연마체와 상기 연마대상물 사이에 하중을 가하고 상대이동시킴으로써 상기 연마대상물을 연마하는 연마장치에 있어서, 상기 유지부에 상기 연마대상물이 유지되는 측과 동일한 측을 향하도록 반사체가 배치된 것을 특징으로 하는 연마장치.
  14. 제 12 항 또는 제 13 항에 기재된 연마장치를 이용하여 반도체 웨이퍼의 표면을 평탄화하는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 디바이스 제조방법.
  15. 제 14 항에 기재된 반도체 디바이스 제조방법에 의하여 제조되는 것을 특징으로 하는 반도체 디바이스.
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