TW531471B - Polishing progress monitoring method and device thereof, polishing device, semiconductor device production method, and semiconductor device - Google Patents

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Description

531471 A7 _____B7___ 五、發明說明（1 ) 【技術領域】 本發明係有關硏磨狀況監測方法及其裝置、硏磨裝置 、半導體元件製造方法、以及半導體元件，例如，在製造 ULSI等半導體元件之方法中，適用於半導體元件之平坦化 硏磨之類。 【習知技術】 近年來，就半導體元件等表面之總體平坦化技術而言 ，係採用化學機械硏磨（Chemical Mechanical Polishing或 Chemical Mechanical Planarization，以下簡稱爲 CMP)技術 。CMP係在物理硏磨中，倂用化學作用（藉由硏磨劑、溶 劑來溶出），來除去晶圓表面凹凸之製程。藉由CMP來進 行硏磨之硏磨裝置係具備硏磨體、及保持部(保持硏磨對象. 物），在前述硏磨體與前述硏磨對象物之間介有硏磨劑之狀 態下，在前述硏磨體與前述硏磨對象物之間施加荷重，且 藉由使其相對移動，來硏磨前述硏磨對象物。 至於CMP技術，即時(in_situ)進行硏磨製程之硏磨狀 態之監測（硏磨量、膜厚、或硏磨終點之檢測等）成爲課題 ，這對製程效率化之要求很高。 因此’最近’光學測定，即，不藉由分光之反射光測 定與藉由分光反射測定之硏磨狀況之監測(即時終點判定及 即時膜厚量測等)係最有效(發明專利第2561812號公報、 特開平1 1-33901號公報）。至於藉由這些光學測定來進行 硏磨狀態監測之硏磨狀況監測裝置，係在CMP中，把測定 _______ 4 _ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
531471 A7 _B7_；_ 五、發明說明（7^) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 光照射晶圓（硏磨對象物），根據從晶圓所得到的光，藉由 其反射率之變化及分光反射率之變化，在硏磨中來檢測膜 厚、硏磨量或硏磨終點。 又，習知，即使某晶圓硏磨完成，準備下一要硏磨之 晶圓，經常也要用一定光量來持續照射前述測定光。因此 ，即使在檢測晶圓硏磨完成後，在該晶圓從硏磨位置(前述 測定光之照射位置)到被移動之期間，前述測定光也用一定 光量持續照射在該晶圓上。 又，雖不是習知技術，但例如藉由分光反射測定來進 行硏磨狀態監測之硏磨狀況監測裝置，應能提高硏磨狀況 之監測精度，在硏磨晶圓等硏磨對象物之前，要考慮進行 基準信號之取得及暗雜訊(dark noise)之量測。基準信號之 取得係考慮用搬送裝置（例如，將晶圓等搬送到硏磨位置）. ，將基準反射鏡(具有與晶圓等同一大小，且具有既定之反 射特性)搬送到硏磨位置，將測定光照射在基準反射鏡，藉 此來取得基準信號。藉由預先取得之基準信號，將測定光 照射在硏磨對象物，藉此將所取得之測定信號與基準信號 進行比較，藉此能提高硏磨狀況之監測精度。又，暗雜訊 之量測係考慮用搬送裝置(例如，將晶圓等搬送到硏磨位置 )，將暗雜訊量測構件（具有與晶圓等同一大小，且具有大 致完全之吸光性)搬送到硏磨位置，將測定光照射在暗雜訊 量測構件，藉此來進行。在這種狀態下，從檢測器所得到 之信號係表示光學系統之雜散光所產生之雜訊（閃光雜訊等 )與檢測器等電氣系統雜訊之兩者雜訊（暗雜訊）。藉由預先 衣纸張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） A7 531471 __B7__ 五、發明說明（l) 量測之暗雜訊，把測定光照射在硏磨對象物，藉此從所得 到測定信號，減去暗雜訊部分，除去雜訊部分，藉此能提 高硏磨狀況之監測精度。又，基準信號之取得及暗雜訊之 量測係用適當的頻度，來定期性進行。 【發明所要解決的課題】 但是，在硏磨後，若把測定光持續照射在晶圓的話， 例如，在具有銅（Cu)之製程晶圓之硏磨等情形下，可以瞭 解有時會發生不合適。現在，係依序形成具有pn接合之電 晶體等元件及Si02所構成之層間絕緣膜，又，在其上之全 面，形成有銅膜狀態之製程晶圓，係以硏磨前述銅膜，形 成所謂之金屬鑲嵌(damascene)之情形爲例。若這種製程晶 圓是硏磨銅膜前的話，則即使被光照射，因該光也會被覆. 蓋全面之銅膜所遮光，故沒有障礙。若進行銅膜之硏磨的 話，銅膜就會漸漸變薄，不久，層間絕緣膜孔內部分以外 之銅膜被除去，形成金屬鑲嵌，完成硏磨。因此，若除去 層間絕緣膜孔內部分以外之銅膜的話，則透過所露出之層 間絕緣膜，來自外部的光到達pn接合，在該pn接合產生 光電動勢，會因光電池效應而有銅腐蝕(生銹)之虞。 又如前述’藉由基準信號之取得及量測暗雜訊，能提 高硏磨狀況之監測精度，但也可使用晶圓等搬送裝置，將 與晶圓等同一大小之基準反射鏡與暗雜訊量測構件(取代晶 圓等硏磨對象物），搬送到硏磨位置。但是，這種情形，因 不能把硏磨對象物搬送到硏磨位置或從硏磨位置搬送硏磨 —-- -6_____ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ---- 訂---- % 531471 A7 __B7 _ 五、發明說明) .對象物、及基準信號之取得與暗雜訊之量測一起進行，故 硏磨之產能有降低之虞。 本發明之目的係提供硏磨狀況監測方法及其裝置、以 及使用硏磨狀況監測方法之硏磨裝置，其係針對前述之問 題，能減低或消除用以監測硏磨狀況之測定光對硏磨對象 物之影響。 又，本發明之目的係提供半導體元件之製造方法、及 低成本之半導體元件，其係藉由減低或消除因用以監測硏 磨狀況之測定光所造成之銅膜生銹等問題，而能提高良率 ，因此，與習知之半導體元件之製造方法相較，能以低成 本來製造半導體元件。 又，本發明之目的係提供硏磨狀況監測裝置，該硏磨 狀況監控裝置係能把硏磨對象物搬送到硏磨位置或從硏磨. 位置搬送硏磨對象物、及基準信號之取得與暗雜訊之量測 一起進行’故能提尚硏磨之產能。 又，本發明之目的係提供半導體元件之製造方法、及 低成本之半導體元件，其係能提高硏磨之產能，因此，與 習知之半導體元件之製造方法相較，能以低成本來製造半 導體元件。 【用以解決課題的手段】 爲解決前述課題，有關本發明第1形態之硏磨狀況監 測方法係把測定光照射在硏磨對象物，根據以前述測定光 之照射而從前述硏磨對象物所得到之光，在其硏磨中監測 —- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 531471 A7 _ 一 ____B7_ _ 五、發明說明（ζ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 前述硏磨對象物之硏磨狀況，在檢測到前述硏磨對象物之 硏磨終點後，對前述硏磨對象物進行遮斷或減低前述測定 光。 若依第1形態的話，則在檢測到硏磨對象物之硏磨終 點後，對硏磨對象物進行遮斷或減低測定光（用以監測硏磨 狀況），故能減低或消除測定光（用以監測硏磨狀況）對硏磨 對象物之影響。 雖沒有特別限定前述硏磨對象物，例如當硏磨對象物 係具有銅之製程晶圓時，能防止銅之腐蝕。這點係與後述 之各形態同樣。 本發明第2形態之硏磨狀況監測方法，係在前述第i 形態中，在前述硏磨狀況之監測中，重複對前述硏磨對象 物照射前述測定光之第1期間、以及對前述硏磨對象物遮 斷或減低前述測定光之第2期間。 即使在完成硏磨對象物之硏磨前，若把測定光照射在 硏磨對象物的話，則測定光會有使硏磨對象物受到不良影 響之情形，，若依第2形態的話，因重複前述第1及第2 期間，故在硏磨狀況之監測中，因硏磨對象物所照射之全 體光量被減低，故能更進一步減低測定光對硏磨對象物之 影響。又，至於前述第2形態，在硏磨狀況之監測中，並 不是經常用一定光量照射測定光，但若適當縮短前述第i 及第2期間之重複周期的話，則能實質性地即時監測硏磨 狀況。 本發明第3形態之硏磨狀況監測方法係把測定光照射 衣紙張尺度適3中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 531471 A7 ______B7 ___ 五、發明說明（L ) 在硏磨對象物，根據以前述測定光之照射而從前述硏磨對 象物所得到之光，在其硏磨中監測前述硏磨對象物之硏磨 狀況，在前述硏磨狀況之監測中，重複對前述硏磨對象物 照射前述測定光之第1期間、以及對前述硏磨對象物遮斷 或減低前述測定光之第2期間。 如前述第1及第2形態所述，在檢測到硏磨對象物之 硏磨終點後，較佳係對硏磨對象物遮斷或減低測定光。但 是，如前述第3形態所述，若在硏磨狀況之監測中，重複 前述第1期間及第2期間的話，則在硏磨終點完成後，即 使未必對硏磨對象物遮斷或減低測定光，與前述之習知技 術相較，也能減低測定光對硏磨對象物之影響。 本發明第4形態之硏磨狀況監測裝置，係把測定光照 射在硏磨對象物，根據以前述測定光之照射而從前述硏磨 對象物所得到之光，來監測硏磨狀況者，其係具備第1測 定光控制部，對應硏磨終點檢測信號，對前述硏磨對象物 遮斷或減低前述測定光。 若依第4形態的話，則能實現前述第1形態之硏磨狀 況監測方法，其係能減低或消除測定光(用以監測硏磨狀況 )對硏磨對象物之影響。 本發明第5形態之硏磨狀況監測裝置，係在前述第4 形態中’前述第1測定光控制部係包含控制部，以電氣方 式控制前述光源之發光狀態。 若依第5形態的話，則能用電氣方式來控制光源，故 不需要後述之第6形態之機械式光閘機構，構成變簡單， 眷紙張尺度適用中國國家標準（cns)a4規格（21〇 χ 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
531471 A7 B7 ___ 五、發明說明（1 ) 能使成本降低。例如，若光源係白色LED之類LED的話 ，則藉由開/關流經該LED之電流’對硏磨對象物能開/關 測定光，又，減低流經該LED之電流’藉此能對硏磨對象 物減低測定光。 本發明之第6形態;^研:@狀況胃_裝置’係在前 4形態中，前述第1沏1定光控制部係包含^幾械式光_機構 〇 如該第6形態所述，若使用機械式光閘機構來構成第 1測定光控制部的話’就光源而言’若藉由電氣控制來進 行開/關的話，則即使在使用會產生壽命及響應性問題之虞 的光源（例如，氙氣燈等）時’也能適當控制照射於硏磨對 象之測定光。又，至於前述第4形態’前述第1測定光控 制部，例如也可使用液晶光閘等電光式光閘來構成。 本發明第7形態之硏磨狀況監測裝置’係在前述第6 形態中，前述光閘機構係把用以得到基準信號之基準反射 鏡當作遮光構件。 若依第7形態的話，則光閘機構之遮光構件係兼作用 以得到基準信號之基準反射鏡，故藉由構成該光閘機構之 移動機構，能相對於測定光之光程，使基準反射鏡進出及 退避。因此，與前述習知之硏磨狀況監測裝置相異，能把 晶圓等硏磨對象物搬送到硏磨位置或從硏磨位置搬送晶圓 等硏磨對象物一起進行，在測定光之光程，使基準反射鏡 進出及退避，能進行基準信號之取得。因此，若依第7形 態的話，則能提高硏磨之產能。又，光閘機構之遮光構件 _______]〇 —______ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210><297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂-_ 531471 A7 _ B7 ______ 五、發明說明（^) 係兼作基準反射鏡，故構成變簡單，能使成本降低。 本發明第8形態之硏磨狀況監測裝置’係在前述第6 形態中，前述光閘機構係把用以量測暗雜訊之暗雜訊量測 構件當作遮光構件。 若依第8形態的話，則光閘機構之遮光構件係兼作用 以量測暗雜訊之暗雜訊量測構件.，故藉由構成該光閘機構 之移動機構，能相對於測定光之光程，使暗雜訊量測構件 進出及退避。因此，與前述習知之硏磨狀況監測裝置相異 ，能把晶圓等硏磨對象物搬送到硏磨位置或從硏磨位置搬 送晶圓等硏磨對象物一起進行，相對於測定光之光程，使 暗雜訊量測構件進出及退避，來量測暗雜訊。因此，若依 第8形態的話，則能提高硏磨之產能。又，光閘機構之遮 光構件係兼作暗雜訊量測構件，故構成變簡單，能使成本 降低。 本發明第9形態之硏磨狀況監測裝置，係在前述第4 〜第8形態之任一形態中，具備第2測定光控制部，在前 述硏磨狀況之監測中，重複對前述硏磨對象物照射前述測 定光之第1期間、以及對前述硏磨對象物遮斷或減低前述 測定光之第2期間。 若依第9形態的話，則能實現前述第2形態之硏磨狀 況監測方法，更進一步減低測定光（用以監測硏磨狀況）對 硏磨對象物之影響。 本發明第10形態之硏磨狀況監測裝置，係在前述第9 形態中，兼用前述第1測定光控制部之至少一部分及前述 -—-----u____ T、紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ' ------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
531471 A7 ____B7______ 五、發明說明（y ) 第2測定光控制部之至少一部分。 在前述第9形態，也能彼此獨立構成前述第1及第2 測定光控制部，但如前述第10形態所述，若至少兼用一部 分來構成的話，則構成變簡單，能使成本降低。 本發明第11形態之硏磨狀況監測裝置，係把測定光照 射在硏磨對象物，根據以前述測定光之照射而從前述硏磨 對象物所得到之光，來監測硏磨狀況者，其係具備測定光 控制部，在前述硏磨狀況之監測中，重複對前述硏磨對象 物照射前述測定光之第1期間、以及對前述硏磨對象物遮 斷或減低前述測定光之第2期間。 若依第11形態的話，則能實現前述第3形態之硏磨狀 況監測方法’與前述習知技術相較，能減低或消除測定光( 用以監測硏磨狀況)對硏磨對象物之影響。 本發明第12形態之硏磨狀況監測裝置，係把測定光照 射在硏磨對象物，根據以前述測定光之照射而從前述硏磨 對象物所得到之光，來監測硏磨狀況者，其係具備：基準 反射1¾ ’用以得到基準信號；及移動機構，相對於前述測 定光之光程，使前述基準反射鏡進出及退避。 若依第12形態的話，則能藉由移動機構，相對於測定 光之光程’使基準反射鏡進出及退避。因此，與前述習知 之硏磨狀況監測裝置相異，能把晶圓等硏磨對象物搬送到 硏磨位置或從硏磨位置搬送晶圓等硏磨對象物一起進行， 相對於測定光之光程，使基準反射鏡進出及退避，能進行 基準is號之取得。因此，若依前述第12形態的話，則能提 本纸張尺度國國家標準（CNS)A4規格⑽χ 29ϋ釐） —- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
531471 A7 _____B7 ·_ 五、發明說明（/0) 高硏磨之產能。 本發明第13形態之硏磨狀況監測裝置，係把測定光照 射在硏磨對象物，根據以前述測定光之照射而從前述硏磨 對象物所得到之光，來監測硏磨狀況者，其係具備：暗雜 訊量測構件，用以量測暗雜訊；及移動機構，相對於前述 測定光之光程，使前述暗雜訊量測構件進出及退避。 若依第13形態的話，則藉由移動機構，相對於測定光 之光程，能使暗雜訊量測構件進出及退避。因此，與前述 習知之硏磨狀況監測裝置相異，能把晶圓等硏磨對象物搬 送到硏磨位置或從硏磨位置搬送晶圓等硏磨對象物一起進 行，相對於測定光之光程，使暗雜訊量測構件進出及退避 ，來量測暗雜訊。因此，若依前述第13形態的話，則能提 高硏磨之產能。 本發明第14形態之硏磨狀況監測裝置，係具備硏磨體 、及保持部（保持硏磨對象物），在前述硏磨體與前述硏磨 對象物之間介有硏磨劑之狀態下，在前述硏磨體與前述硏 磨對象物之間施加荷重，且使其相對移動，來硏磨前述硏 磨對象物者，其係具備；前述第4形態〜第13形態中任一 之硏磨狀況監測裝置。 若依第Η形態的話，由於具備第4形態〜第13形態 中任一之硏磨狀況監測裝置，故能得到減低或消除測定光( 用以監測硏磨狀況)對硏磨對象物之影響、及能提高硏磨之 產能之一或兩者之優點。 本發明第15形態之半導體元件製造方法，係具有使用 -------13__— 不、紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ---------------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂.
A7 531471 ________Β7 _ 五、發明說明（[I ) 前述第14形態之硏磨裝置，使半導體晶圓表面平坦化之製 程。 若依該第15形態的話，由於第14形態之硏磨裝置係 具備第4形態〜第13形態中任一之硏磨狀況監測裝置，故 藉由減低或消除因測定光（用以監測硏磨狀況）所產生之銅 膜生銹問題，能提高良率，因此，與習知之半導體元件製 造方法相較，能得到用低成本來製造半導體元件之優點。 又’若依前述第15形態的話，則能取代上述優點或增加優 點’能提高硏磨之產能’因此，與習知之半導體元件製造 方法相較，能得到用低成本來製造半導體元件之優點。 本發明第16形態之半導體元件，係藉由前述本發明第 15形態之半導體元件製造方法來進行製造。若依該第16 形態的話，則能提供低成本之半導體元件。 【發明之實施形態】 以下，參照圖面，就本發明之硏磨狀況監測方法及其 裝置、硏磨裝置、半導體元件製造方法、以及半導體元件 加以說明。 (第1實施形態） 第1圖係表示本發明第1實施形態之硏磨裝置之槪略 構成圖。 這種硏磨裝置係具備：硏磨構件1、在該硏磨構件i 之下側具有保持作爲硏磨對象物之例如銅之製程晶圓2之 I_—------- 一 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
531471 A7 ___ B7_ 五、發明說明（f l) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 硏磨對象物保持部3(以下，簡稱爲晶圓保持器）、及在晶圓 2上供應硏磨劑(泥狀）之硏磨劑供給部(未圖示）。硏磨構件 1係在硏磨盤5之下面，設置硏磨體(硏磨墊)6，藉由未圖 示之機構，如圖1中之箭頭所示，能轉動、上下移動及左 右搖動(往返搖動）。就硏磨體6而言，例如，能使用薄片 狀之發泡聚氨酯(polyurethane)、或表面具有槽構造之無發 泡樹脂之類。 晶圓2係被保持在晶圓保持益3上’晶圓2之上面形 成硏磨面。晶圓保持器3係藉由使用電動馬達(未圖示）來 作爲致動器之機構，能如圖1中之箭頭所示進行轉動。 至於本實施形態，硏磨構件1之直徑係比晶圓2之直 徑小，故裝置全體之投影面積（foot print)變小。但是，至 於本發明，硏磨構件1之直徑也可與晶圓2之直徑相同、 或比晶圓2之直徑大。在這些情形下，藉由硏磨中之硏磨 構件1之搖動，能使晶圓2之一部分暫時從硏磨構件1露 出。又，當晶圓2之一部分暫時不從硏磨構件1露出時， 則如一般所知，較佳係事先在硏磨構件1上，形成窗(用以 把測定光照射在晶圓2上）。 此處，就採用這種硏磨裝置之晶圓2之硏磨加以說明 。硏磨構件1係一面轉動，一面搖動，用既定壓力壓著在 晶圓保持器3上之晶圓2上面。使晶圓保持器3轉動，也 使晶圓2轉動，在晶圓2與硏磨構件1之間，進行相對運 動。在這種狀態下，硏磨劑係從硏磨劑供應部供應到晶圓 2上，硏磨劑在晶圓2上擴散，隨著硏磨構件丨與晶圓2 ______11______ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 531471 A7 ____B7___ 五、發明說明（P)) 之相對運動，硏磨劑流入到硏磨體6與晶圓2之間，硏磨 晶圓2之硏磨面。即，藉由硏磨構件1與晶圓2之相對運 動之機械式硏磨' 及硏磨劑之化學作用，產生相乘之作用 ，能進行良好之硏磨。這種硏磨裝置爲了實現用以硏磨所 需要之前述動作，具備硏磨控制部9。該硏磨控制部9係 控制各部馬達，該各部馬達係進行硏磨構件1之轉動、搖 動等、及晶圓保持器3之轉動。 又，這種硏磨裝置係如第1圖所示，也具備測定光學 系統1〇(構成硏磨狀況監測裝置）、信號處理部11(由個人 電腦等所構成）、CRT之類顯示部12(顯示監測結果）、及光 閘機構控制部14(控制設置在測定光學系統1〇之光閘機構 13) ° 測定光學系統10係在從晶圓2之硏磨面(上面）之硏磨. 構件1所露出之部分(以下，稱爲露出部分），照射測定光 ’用受光感測器來接收被晶圓2之硏磨面所反射之反射光 ’能得到有關反射光之檢測信號。這種檢測信號係當作監 測信號，被輸入到信號處理部11。信號處理部11係根據 前述檢測信號，進行監測硏磨狀況之處理。至於本實施形 態’信號處理部11係在顯示部12顯示硏磨狀態，並進行 硏磨終點之判定，當檢知硏磨終點時，將硏磨終點檢測信 號分別供應給硏磨控制部9及光閘機構控制部14。硏磨控 制部9係對應該硏磨終點檢測信號，來完成硏磨動作。
此處，就測定光學系統10加以說明。在第1圖中， 21係具有多波長成分之白色光源，例如，能使用白色LED ^紙張尺度中國國家標準（CNS)a4規格（210 X 297公釐）一一 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
531471 A7 ____B7__ 五、發明說明（丨ψ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 氙氣燈、及鹵素燈。依需要，也可用光纖來導引來自光源 21之光。若後述之光閘機構13之遮光構件13a從光程退 避的話，則藉由透鏡22，將來自光源21之光轉換爲平行 光束，通過視野光圏23後，射入到光束分離器24。這種 光係在光束分離器24中，轉換90度方向，通過中繼透鏡 25、26後，再形成平行光束，在晶圓2硏磨面5之露出部 分，被當作測定光來照射。 來自晶圓2之反射光係再通過中繼透鏡26、25，以平 行光束射入到光束分離器24，通過光束分離器24，用透鏡 27聚光在遮光板28之針孔(也可爲狹縫)28a上。然後，藉 由遮光板28，除去散射光、繞射光等雜訊成分，通過針孔 28a的光(正反射光(〇次光))係透過透鏡29，投射到作爲分 光器之繞射光柵30(也可是分光分離器之類其他之分光器） ’來進行分光。被分光的光係射入到線性感測器31(作爲 受光感測器），測定分光強度(各波長之強度，即，光譜)。 在本實施形態，信號處理部11係根據從線性感測器 31所得到之分光強度，來運算晶圓2之硏磨狀況之監測結 果，將其結果顯示在顯示部12，進行硏磨終點之判定，當 檢測到硏磨終點時，將硏磨終點檢測信號分別供應給硏磨 控制部9及光閘機構控制部14。例如，根據分光強度(相 當於分光反射率）之波形極大及極小位置(波長)等特徵量， 運算硏磨層（最上層）之膜厚，將監測該膜厚之結果顯示在 顯示部12，藉由該膜厚是否達到所欲膜厚，來檢測硏磨終 點。又，例如，根據晶圓2之初期厚度與硏磨層（最上層) ______ 17____ 衣紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 531471 A7 ___B7_ 五、發明說明（l/) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 之膜厚，求出硏磨量，將監測該膜厚之結果顯示在顯示部 12，但是，根據分光強度來求出監測結果之運算方法與檢 測到硏磨終點之方法，未限於前述之例中，例如，也可採 用特開平10-335288號公報與特開平1 1-33901號公報等所 揭示之其他方法。 又，在本實施形態，如前述般’測定光學系統10係進 行分光反射設定，信號處理部11係根據分光反射強度，來 監測硏磨狀況，在本發明未限於此，例如，測定光學系統 10係進行不藉由分光之反射光測定（測定既定波長光之反 射率），測定光學系統10之構成也可根據所測定之反射率 ，來檢測到硏磨終點。這點也與後述之各實施形態同樣。 又，在本實施形態，如前述般，在測定光學系統10中 ，設置有機械式光閘機構13。在本實施形態，光閘機構13 係由遮光構件13a及馬達13b $構成。馬達13b係步進馬 達之類，係對光源21與透鏡22間之光程(若是光源21與 晶圓2之間之光程的話，則任一處皆可），使遮光構件13a 進出及退避之移動機構。雖圖面上未表示該移動機構，但 只要輸入電源，就能持續驅動，以使光源21用一定光量來 亮燈。又，也可使用減光濾波器來代替遮光構件13a。 光閘機構控制部14係透過信號處理部11，對應光閘 機構控制部14從硏磨控制部9所供應之監測開始指令，來 控制馬達13b，以使從光程退避遮光構件13a。又，監測開 始指令，例如，也可從晶圓2之硏磨開始時發出，也可從 晶圓2之硏磨開始時，經過既定時間後發出。又，光閘機 -- J__ 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 531471 A7 ------ -B7__ -_ 五、發明說明（〇) 構控制部14係對應在來自信號處理部11之硏磨終點檢測 信號，來控制馬達13b，以使遮光構件13a從光程進出。 藉由這種控制，如第2圖所示，僅在從接受監控開始指令 之時點tl到接受硏磨終點檢測信號之時點t2之期間，晶 圓2被測定光照射。 由以上之說明可知，在本實施形態，光閘機構13及光 閘機構控制部14係構成第1測定光控制部，該第1測定光 控制部係對應硏磨終點檢測信號，對晶圓2遮斷(當使用減 光濾波器來取代遮光構件13a時，進行減光)測定光。 若依本實施形態的話，則在檢測到晶圓2之硏磨終點 後，因測定光（用以監測硏磨狀況)對晶圓2進行遮斷或減 光，故能減低或消除測定光（用以監測硏磨狀況）對晶圓2 之影響。 又，在本實施形態，係如第2圖所示，在硏磨狀況之 監測中（即，從接受監控開始指令之時點tl到接受硏磨終 點檢測信號之時點t2之期間中），測定光係用一定光量， 持續照射在晶圓2。 相對的，在本實施形態，如第3圖所示，在硏磨狀況 之監測中，也可重複第1期間T1與第2期間T2。第1期 間T1係對晶圓2，照射測定光。第2期間T2係對晶圓2 ，遮斷或減低測定光。這種情形，光閘機構控制部14係對 應監測開始指令，持續轉動馬達13b(此時，藉由遮光構件 13a，測定光被斬光），同時，較佳係對應硏磨終點檢測信 號，使馬達13b停止，以使在光程所進出之位置停止遮光 _____ ____ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
531471 A7 _______ __B7_ 五、發明說明（丨） 構件13a。此時，雖圖面未表示，但例如，事先設置了編 碼器之類位置檢測器，該編碼器之類位置檢測器係檢測馬 達13b之轉動位置。信號處理部11係與來自前述位置檢測 器之信號同步，在不藉由遮光構件13a來遮光之期間T1內 ，進行線性感測器31所射入之光的檢測，同時，在藉由遮 光構件13a來遮光之期間T2內，若取入光檢測信號之數據 的話，則較佳係根據此數據，進行膜厚算出及終點判定等 運算。 這種情形，光閘機構13及光閘機構控制部Η係構成 第2測定光控制部，該第2測定光控制部也可作爲重複第 1期間與第2期間之功能。第1期間係在硏磨狀況之監測 中，對晶圓2照射測定光。第2期間係對晶圓2，遮斷或 減低測定光。 當對第3圖所示之晶圓2,實現測定光之照射圖案時 ’即使在晶圓2之硏磨完成前，若測定光也照射晶圓2的 話，則當測定光會使晶圓2受到不良影響時，在晶圓2之 硏磨狀況監測中，也能減低晶圓2所照射之全體光量，故 能進一步減低測定光對晶圓2之影響。 又，在本發明，如第3圖所示，當重複期間ΤΙ、Τ2 時’係對應硏磨終點檢測信號，即使對晶圓2，未必遮斷 或減低測定光也可。 又，在本發明，係在第1圖中，例如，也可使用液晶 光閘之類電氣光學式之光閘，來取代機械式光閘機構13。 (第2實施形態） -------m___ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ----------------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ΊδΊ，·. 線 531471 A7 --- B7______ 五、發明說明（i(f ) Γ%先閱讀背面之注意事項再填寫本頁} 第4圖係表示本發明第2實施形態之硏磨裝置之槪略 構成圖。在第4圖中，在與第1圖中之要件相同或對應之 要件，因附相同符號，故省略其重複說明。 本實施形態與前述第1實施形態相異處，係只是使用 光源控制部34來取代光閘機構13及光閘機構控制部14之 點。就光源21而言，例如，係使用白色LED。該白色 led係即使藉由這種電氣控制，來進行開/關，在壽命與響 應性等點，係不發生問題之光源。爲了對晶圓2(與前述第 1實施形態同樣之第2圖所示)來實現測定光之照射圖案， 光源控制部34係電氣控制光源21之發光狀態。或爲了對 前述第3圖所示之晶圓2來實現測定光之照射圖案，光源 控制部34也可電氣控制光源21之發光狀態。又，在第2 圖及第3圖之關（OFF)期間，並不是使光源21之發光完全 停止，也可設定在減低發光量之狀態(減光狀態）。 依本實施形態也能得到與前述第1實施形態同樣之優 點。 (第3實施形態） 第5圖係表示本發明第· 3實施形態之硏磨裝置之槪略 構成圖。在第5圖中，與第1圖中之要件相同或對應之要 件，因附相同符號，故省略其重複說明。 本實施形態與前述第1實施形態相異處’係以下所說 明之點。即，在本實施形態，係除去第1圖中之光閘機構 13及光閘機構控制部14。另一方面’在本實施形態，係追 加了基準反射鏡42、馬達43、暗雜訊量測構件44、馬達 ___ _21 — ------ - 不紙張尺度，適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 531471 A7 B7 - 五、發明說明（L ) 45、及控制部41。基準反射鏡42係具有用以取得基準信 號之既定反射特性。馬達43係在所有之光學元件等位置， 對測定光之晶圚2側之光程，使基準反射鏡42進出及退避 之移動機構。暗雜訊量測構件44係用以量測暗雜訊，具有 大致完全之吸光特性。馬達45係在所有之光學元件等位置 ，對測定光之晶圓2側之光程，使暗雜訊量測構件44進出 及退避之移動機構。控制部41係控制馬達43、45。 在本實施形態，控制部41係從硏磨控制部9，透過信 號處理部11，接受基準信號取得開始指令(通常，係用晶 圓2之硏磨中以外之適當時序來發出），對應這種指令，來 控制馬達43，使基準反射鏡42在光程中進出。當基準反 射鏡42在光程中進出時，處理部11係取入來自線性感測 器31之信號來當作基準信號。這種基準信號係使用以自線. 性感測器31(在硏磨狀況之監測中，藉由把測定光照射晶 圓2來得到）之測定信號來當作比較基準，根據其比較，進 行前述之膜厚等運算。又，控制部41係在基準信號之取得 完成時，對應從信號處理部11所發出之基準信號取得完成 指令，來控制馬達43，以使基準反射鏡42從光程退避。 又，在本實施形態，控制部41係從硏磨控制部9，透 過信號處理部11，接受暗雜訊量測開始指令（通常，係用 晶圓2之硏磨中以外之適當時序來發出），對應這種指令， 控制馬達45，使暗雜訊量測構件44在光程中進出。當暗 雜訊量測構件44在光程中進出時，信號處理部11係取入 來自線性感測器31之信號來當作暗雜訊量測信號。這種量 ------22_____ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂· 531471 -------------- A7 _B7_ 五、發明說明（><) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 測信號係從來自線性感測器31(在硏磨狀況之監測中，藉 由把測定光照射在晶圓2來得到）之測定信號，減去暗雜訊 部分，根據其所減去之信號，進行前述之膜厚等之運算。 然後，控制部41係在暗雜訊之量測完成時，對應從信號處 理部11所發出之暗雜訊量測完成指令，來控制馬達45， 使暗雜訊量測構件44從光程中退避。 若依本實施形態的話，則能對測定光之光路，藉由馬 達43、45，分別使基準反射鏡42及暗雜訊量測構件44進 出及退避，能進行基準信號之取得及暗雜訊之量測。因此 ，若依本實施形態的話，則能並行進行把晶圓2搬送到硏 磨位置或從硏磨位置搬送晶圓2,能進行基準信號之取得 及暗雜訊之量測，故能提高硏磨之產能。又，若依本實施 形態的話，則不僅能提高硏磨之產能，而且能頻繁地進行 基準信號之取得及暗雜訊之量測，故能根據最新之基準信 號與暗雜訊，來監測晶圓2之硏磨狀況，及提高硏磨狀況 之監測精度。 又，在本實施形態，未必需要對前述第2圖與第3圖 所示之晶圓2，實現測定光之照射圖案，在硏磨狀況之監 測中及硏磨完成後，也可經常用一定光量來照射照射光。 但是，在本實施形態中，當測定光對硏磨對象物有影 響時，當然較佳係對前述第2圖與第3圖所示之晶圓2， 實現測定光之照射圖案。這種情形，基準反射鏡42與暗雜 訊量測構件44，因係對晶圓2以遮斷測定光之遮光構件來 產生作用，故把馬達43及基準反射鏡42、或馬達45與暗 _23 ___ 衣纸張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 531471 A7 __ B7______ 五、發明說明（y\) 雜訊量測構件44兼作相當於第1圖中之機械式光閘機構 13之光閘機構。這種情形，較佳係構成控制部41，以使控 制部41與第1圖中之光閘機構控制部14也進行同樣之控 制。在本實施形態中，也可與馬達43、45、基準反射鏡42 、及暗雜訊量測構件44另外設置第丨圖中之機械式光閘機 構13，但如前述，若兼作的話，則其構成變簡單，能使成 本降低。 (第4實施形態） 第6圖係表示半導體元件製程之流程圖。開始半導體 元件製程，首先，用步驟S200，其次，從所舉之步驟 S201〜S204中，選擇適當之處理製程。依選擇，來進行步 驟S201〜S204之任一'步驟。 步驟S201係使矽晶圓表面氧化之氧化製程。步驟 S202係藉由CVD等，在矽晶圓表面，形成絕緣膜之CVD 製程。步驟S203係在矽晶圓表面，用蒸鍍等製程來形成電 極膜之電極形成製程。步驟S2〇4係在矽晶圓，植入離子之 離子植入製程。 在CVD製程或電極形成製程後，進行步驟S209，判 斷是否進行CMP製程。當不進行時，則進行步驟S2〇6， 當要進行時，則進行步驟S205。步驟S205係CMP製程， 在這種CMP製程’係使用有關本發明之硏磨裝置，藉由層 間絕緣膜之平坦化、及藉由半導體元件之表面金屬膜(銅膜 等)硏磨來形成金屬鑲嵌(damascene擇。 在CMP製程或氧化製程後，便進行步驟S2〇6。步驟 本纸張尺度適用中國國家標準（CNtS)a4 χ )-^- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) * - •線 531471 A7 --- B7 --—-----—--------- 五、發明說明（ S206係光微影製程。在光微影製程，係進行對矽晶圓塗敷 光阻、烘烤(藉由使用曝光裝置之曝光，對矽晶圓進行電路 圖案烘烤）、顯影（對曝光之矽晶圓進行顯影）。又，下一步 驟S207係藉由蝕刻來削除顯影後之光阻像以外之部分，然 後’進行光阻剝離，除去蝕刻完成所不要之光阻之蝕刻製 程。 其次，在步驟S208，判斷必要之全工程是否完成，若 未完成的話，則回到步驟S200，重複先前之步驟，在矽晶 圓上’形成電路圖案。若在步驟S208判斷全製程完成的話 ’則結束該製程。 在有關本發明之半導體元件製造方法，係在CMP工 程中，使用有關本發明之硏磨裝置，故能減低因測定光（用 以監測硏磨狀況)所造成銅膜生銹之類問題，藉此能提高良. 率’因此，與習知之半導體元件製造方法相較，能得到用 低成本來製造半導體元件之優點。又，有關本發明之半導 體元件製造方法，係取代此優點或追加此優點，能提高硏 磨之產能，因此，與習知之半導體元件製造方法相較，能 得到用低成本來製造半導體元件之優點。因此，與習知之 半導體元件製造方法相較，有能用低成本來製造半導體元 件之效果。 又，在上述半導體元件製程以外之半導體元件製程之 CMP製程中，也可使用有關本發明之硏磨裝置。 有關本發明之半導體元件係藉由本發明之半導體元件 之製造方法來進行製造。因此，與習知之半導體元件製造 ^----- 25_ 一 不、，，氏張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297 '一"" (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝 訂·
531471 a7 ________ B7______ 五、發明說明（yj) 方法相較，能用低成本來製造半導體元件，有能降低半導 體元件製造成本之效果。 以上’雖就本發明之各實施形態加以說明，但本發明 並不被限定在這些實施形態。 【發明效果】 如以上之說明，依本發明，則本發明能提供硏磨狀況 監測方法及其裝置，以及使用此硏磨狀況監測方法之裝置 。其係能減低或消除測定光（用以監測硏磨狀況）對硏磨對 象物之影響。 又’依本發明，則本發明能提供半導體元件製造方法 、及低成本之半導體元件。其係能減低或消除因測定光(用 以監測硏磨狀況)所造成銅膜生銹之問題，藉此能提高良率 ’因此’與習知之半導體元件製造方法相較，能用低成本 來製造半導體元件。 又’依本發明，則本發明能提供硏磨狀況監測裝置。 其係能並行進行把硏磨對象物搬送到硏磨位置或從自硏磨 位置搬送硏磨對象物、及基準信號之取得與暗雜訊之量測 ’故能提高硏磨之產能。 又’依本發明，則本發明能提供半導體元件製造方法 、及低成本之半導體元件。其係能提高硏磨之產能，因此 ’與習知之半導體元件製造方法相較，能用低成本來製造 半導體元件。 ............_丨·——丨·· 不、紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 x 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂： -丨線· 531471 A7 _B7_ 五、發明說明（>f) 【圖式之簡單說明】 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 第1圖係表示第1實施形態之硏磨裝置之槪略構成圖 〇 第2圖係表示對晶圓測定光之照射圖案一例之時序圖 〇 第3圖係表示對晶圓測定光之照射圖案其他例之時序 圖。 第4圖係表示第2實施形態之硏磨裝置之槪略構成圖 〇 第5圖係表示第3實施形態之硏磨裝置之槪略模式構 成圖。 第6圖係表示其他實施形態之半導體元件製程之流程 圖。 【符號說明】 1 硏磨構件 2 硏磨對象物(晶圓） 3 硏磨對象物保持部(晶圓保持器） 5 硏磨盤 6 硏磨體(硏磨墊） 9 硏磨控制部 10 測定光學系統 11 信號處理部 12 顯示部 _22_ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 531471 A7 __B7 五、發明說明 (Vy/) 13 光閘機構 13a 遮光構件 13b 馬達 14 光閘機構控制部 21 光源 34 光源控制部 41 控制部 42 基準反射鏡 43、45 馬達 44 暗雜訊量測構件 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) __28 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）

Claims (1)

  1. 531471 ___ D8 六、申請專利範圍 1、 一種硏磨狀況監測方法，係把測定光照射在硏磨對 象物’根據以前述測定光之照射而從前述硏磨對象物所得 ----------------------裝------ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 到之光’在其硏磨中監測前述硏磨對象物之硏磨狀況，其 特徵在於： 在檢測到前述硏磨對象物之硏磨終點後，對前述硏磨 對象物遮斷或減低前述測定光。 2、 如申請專利範圍第1項之磨狀況監測方法，其係在 前述硏磨狀況之監測中，重複對前述硏磨對象物照射前述 測定光之第1期間、以及對前述硏磨對象物遮斷或減低前 述測定光之第2期間。 .3、一種硏磨狀況監測方法，係把測定光照射在硏磨對 象物，根據以前述測定光之照射而從前述硏磨對象物所得 到之光，在其硏磨中監測前述硏磨對象物之硏磨狀況，其. 特徵在於： 在則述硏磨狀況之監測中，重複對前述硏磨對象物照 射前述測定光之第1期間、以及對前述硏磨對象物遮斷或 減低前述測定光之第2期間。 4、 一種硏磨狀況監測裝置，係把測定光照射在硏磨對 象物’根據以前述測定光之照射而從前述硏磨對象物所得 到之光，來監測硏磨狀況者，其特徵在於具備： 第1測定光控制部，對應硏磨終點檢測信號，對前述 硏磨對象物遮斷或減低前述測定光。 5、 如申請專利範圍第4項之硏磨狀況監測裝置，其中 ，前述第1測定光控制部包含控制部，其係以電氣方式來 一 —___ 1 ^^尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公愛) -- 531471 __g_ 六、申請專利範圍 控制前述光源之發光狀態。 6、 如申請專利範圍第4項之硏磨狀況監測裝置，其中 ’前述第1測定光控制部包含機械式光閘機構。 7、 如申請專利範圍第6項之硏磨狀況監測裝置，其中 ’前述光閘機構係將用以得到基準信號之基準反射鏡當作 遮光構件。 8、 如申請專利範圍第6項之硏磨狀況監測裝置，其中 ’前述光閘機構係將用以量測暗雜訊之暗雜訊量測構件當 作遮光構件。 9、 如申請專利範圍第4〜8項中任一項之硏磨狀況監 測裝置，其中，具備第2測定光控制部，其係在前述硏磨 狀況之監測中，重複對前述硏磨對象物照射前述測定光之 第1期間、以及對前述硏磨對象物遮斷或減低前述測定光 之第2期間。 10、 如申請專利範圍第9項之硏磨狀況監測裝置，其 中係兼用前述第1測定光控制部之至少一部分及前述第2 測定光控制部之至少一部分。 11、 一種硏磨狀況監測裝置，係把測定光照射在硏磨 對象物，根據以前述測定光之照射而從前述硏磨對象物所 得到之光，來監測硏磨狀況者，其特徵在於具備： 測定光控制部，在前述硏磨狀況之監測中，重複對前 述硏磨對象物照射前述測定光之第1期間、以及對前述硏 磨對象物遮斷或減低前述測定光之第2期間。 12、 一種硏磨狀況監測裝置，係把測定光照射在硏磨 2 紙張尺度適財s國家鮮(CNS)A4規格(21G X 297公I) " - (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)
    531471 __ Si_ 六、申請專利範圍 裝------ (請先閲讀背面之注意事項再塡寫本頁) 對象物’係把測定光照射在硏磨對象物，根據以前述測定 光之照射而從前述硏磨對象物所得到之光，來監測硏磨狀 況者，其特徵在於具備： 基準反射鏡，用以得到基準信號；及 移動機構’相對於前述測定光之光程，使前述基準反 射鏡進出及退避。 13、 一種硏摩狀況監測裝置，係把測定光照射在硏磨 對象物’根據以前述測定光之照射而從前述硏磨對象物所 得到之光’來監測硏磨狀況者，其特徵在於具備： 暗雜訊量測梅件，用以量測暗雜訊；及 移動機構’相對於前述測定光之光程，使前述暗雜訊 量測構件進出及退避。 14、 一種硏磨裝置，係具備硏磨體、及保持部(保持硏 磨對象物），在前述硏磨體與前述硏磨對象物之間介有硏磨 劑之狀態下’在前述硏磨體與前述硏磨對象物之間施加荷 重’且使其相對移動，來硏磨前述硏磨對象物者，其特徵 在於具備，申I靑專利範圍第4項〜第13項中任一項之硏磨 狀況監測裝置。 15、 一種半導體元件之製造方法，其特徵在於具有： 使用申請專利範圍第14項之硏磨裝置，便半導體晶圓之表 面平坦化之製程。 16、 一種半導體元件，其特徵在於：藉由申請專利範 圍第I5項之半導體元件製造方法，來製造半導體元件。 _ 3 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格(210 X 297公愛了
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