TW552635B - Detection of an end point of polishing a substrate - Google Patents
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Description
五、發明說明（】） 【發明之詳細說明】 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種用以尤/ , 裝置用之玻璃基板等之各其"成於半導體晶圓或液晶顯示 測該研磨作業之適當終點之^ =十之薄膜研磨作業中而檢 【先前技術】 何 在半導體元件或液晶而4 上形成薄膜之膜形成作業以^ =造時，頻繁地利用在基板 膜厚之研磨作t。在研磨j用二m膜而得到適當 當膜厚之時間點，停止研磨要求在猎由研磨而得到適 研磨終點之各種技術。μ: 口此，向來係提議用以檢測 膜之基板整體，也有僅I ^該說明書中，#出形成薄 例如在日本I μ ^現為基板」之狀態發生。 力之所；成於131663號公報，揭㈣ 研磨而出現薄膜之；材=技；：在該技術中，於進行 力，發生變化，而 ^基板和研磨用襯墊之摩擦 化，因此，以該力：得ί板旋轉所需要之力矩，發生變 檢測，而檢測研磨終點，為旋轉用馬達之電流變化，進行 此外，在曰本專刺楚 所造成之研磨終载々认、51號’揭示根據光反射率之 表面，照射雷射光，、、欢j技術。在該技術中，藉由在基板 終點。 ’貞疋反射率之變化，以便於檢測研磨 【發明所欲解決之問題】 4一疋’由於在根擔麼 + &力之研磨終點之檢測技術，平均
第5頁 552635
552635 五、發明說明（3) 如果利用這些特徵量的話，則能夠相當正確地檢測研磨 終點。 此外，前述研磨終點判定部，係可以判定前述圖像特徵 量到達一定之臨限值之時間點為前述研磨終點。或者是前 述研磨終點判定部，係可以判定前述圖像特徵量到達一定 之臨限值之第1時間點，同時，判定由前述第1時間點開始 而僅繼續進行一定時間之研磨後之第2時間點為前述研磨 終點。 可以藉由使用這樣之判定方法，而檢測配合基板之研磨 方法之適當之研磨終點。 此外，本發明係能夠以各種之形態而實現；例如可以藉 由基板之研磨終點之檢測方法及裝置、使用該檢測方法及 裝置之研磨方法及裝置、用以實現這些各種方法或裝置之 功能之電腦程式、記錄該電腦程式之記錄媒體、包含該電 腦程式而在搬送用波内呈具體化之資料信號等之形態，來 實現本發明。 【發明之實施形態】 接著，根據實施例，以下面之順序，而說明本發明之實 施形態。 A. 裝置之構造： B. 實施例之處理順序： C ·變化例： A.裝置之構造： 圖1係顯示作為本發明之某一實施例之研磨裝置1 0 0構造
C:\2D-CODE\91-05\91104559.ptd 第7頁 552635 五、發明說明（4) J說明圖。該研磨裝置100係具有：研磨用襯墊ι〇、用以 2研磨用襯塾！〇之第i馬達12、用以保持半導體晶圓肝 $接在研磨用襯墊10上之晶圓保持部2〇、以及用以旋轉 :圓=持卿之W馬達22。此外，研磨裝置】⑽係具有： ^ , r 〇 口 v之攝像部3〇、用以照明晶圓表面之 早色光源3 2、以及用以進行梦罟敕 腦4。，連接用以收納圖J 之㈣〇。在電 5〇。 口 ν貝枓或電腦程式之外部記憶裝置 電腦4 0係具有圖像特徵詈管屮 之功能。各部分之功：1:Μ2和研磨終點判定部44 部記憶裝置5一〇中之電腦‘ ;b而Ϊ精由電腦4 0實行收納在外 腦4 n ^ ^ ^ r- 王式而貝現。此外，攝像部3 0和電 月自40，係構成研磨終點檢測裝置。 在攝影晶圓表面圖像之此能^ , i 之晶圓WF，係藉由並未圖：動：二在晶圓保持部2°上 攝像位置。此外，…:^夕動機構，而移動至規定之 機構，而使得晶圓WF，態下，藉由相同之移動 圖2係顯示本實施例中位置為止。 圖2U)，於“又之研磨作業之說明圖。在
層。此外，在該TaN層上，m ±广办成比季又4之TaN 此外，在氧化物層，形成㈣罄較厚之〜層（配線層）。 成配線溝。T a N芦将且有作&田1、/ 防止Cu (配線金屬）擴1㈣增係”有作為用以 在第1研磨作聿，使用相〜物層之阻蔽膜之功能。 層。該第1研磨'V 第=學研磨：，來研磨Cu 止。在第2研磨作業 =出現TaN:之表面為 文用不同於苐1研磨作業之第2化學
C:\2D-CODE\91-O5\9ll04559.ptd 第8頁 552635 五、發明說明（5) 研磨劑，來研磨TaN層。該第2研磨作業，係一直進行至出 現氧化物層之表面為止。結果，得到在形成於氧化物層上 之配線溝中而僅存在C u層之配線圖案。 由於這樣2個研磨作業，係皆使用化學研磨劑，因此， 稱為CMP (Chemical Mechanical Polishing :化學機械式 拋光）。此外，由於在2個研磨作業，使用不同之研磨4工 劑，因此，通常使用不同之研磨裝置。以下所說明之本念 施例=研磨終點之檢測處理，係分別在這些2個研磨作^ 中而μ行。但是，也可以僅在這些2個研磨作業中二 邊，適用本實施例。 八 乐一 Β·實施例之虛拂順庠： =顯示實施例之處理順序之流程圖。在步_ 如圖2(A)所示，形成薄膜（TaN層、c 使得丰暮科s m m p a心 ^ ^ 7 •驟S 3 ’ ?于：卜曰固WF ’移動至攝像位 m欠元之多層次單色圖像（以下僅稱為巧： =2讀取灰色圖像之時，以單色光源32，照明晶 行而明it。作為單色光源32，係利用隨著研磨作宰之進 灯而明顯地改轡亦&闰/务 录 源32之#、ά ί 像對觀之波長之光源。該單色光 實驗性地決^係考量晶圓表面薄膜之光學係數或厚度而 但2外最f子體晶圓WF之至少1部位，讀取灰色圖像。 同複數部位上，八〜β ^ W子度或配線圖案夺）之不 叹上，分別讀取灰色圖像。
C:\2D-OODE\9l.〇5\9n〇4559 第9頁 552635 —一1 - 五、發明說明（6) 在步驟S 4、S 5，圖像牿曰> 晶圓表面之灰色圖像：：以：42 (圖"，係藉由 理内$，而在後面進行敘：出二見：之圖像特徵量。就 又。M4，係使用圖像特徵量， 乂驟％ ,研磨終點判 之研磨終點。像這樣，一直 j定是否已經到達所要求 進行步驟S2〜S5。 建成研磨終點為止，重複地 圖4係顯示研磨作業中之晶 像之變化狀態之說明圖。正如、1面和晶圓表面之灰色圖 磨鈉，形成比較厚之^^層，但:（A)之上部所示，在研 成為TaN層配線溝痕跡之小溝；)^疋，在⑶層之表面上，殘留 下部所示，晶圓表面之灰色圖νΛ此八，正如圖4⑷之 分。 V係包含該溝槽之圖像部 在進行研磨，正如圖4 ( b ) μ _ 時，攝事、火 斤不而使得Cii層呈平坦化之 Ϊ ^ 灰色圖像。此外，在繼續進 仃研磨而使得C層之厚度變得 、 ^ ^ 曰心序反义行十分溥之時，則穿透而看見 m:二f材上之配線溝之形狀（配線圖案）。因此，正如 Γ 之下部所示，在灰色圖像之配線圖案部分之亮度 他。卩分之売度，出現差異。在位處於TaN層上之Cu層 =。卩被研磨至適當研磨之狀您下，正如圖4 ( D )所示，相 當明顯地出現灰色圖像之配線圖案部分。但是，在研磨呈 過度之時’正如圖4 (E)所示，會有灰色圖像之對襯成為 過剩之傾向發生。 圖像特徵量算出部42，係以這樣之研磨狀態和灰色圖像 間之關係，作為前提，而算出用以檢測適當之研磨終點之
C:\2D-CODE\9l-〇5\9ll〇4559.ptd 第10胃 552635
552635 五、發明說明（8) 在此， μ(χ) = 0 x^a X - α2 μ(χ) = 2- c-a a <x<b μ(χ)=1 - 2—— c-a b<x<,c μ(χ) =1 c^x 0<a <b <c ^255 且卜-
/ =外，Mx N係灰色圖像之尺寸（像素數目）QTe(i) 係定義模糊集合之模糊成員函數，其形狀係藉由公式（2b \所賦予。在本實施例，作為規定模糊成員函數Te ( 土） 形狀之係數a、b、c，係使用a = 〇、b = j 2 7 · 5、c = 2 5 5。 該模糊熵H2係具有作為顯示灰色圖像資訊量之指標值之意 圖5係顯示在進行研磨試驗之所得到之2種熵们、H2之時 間變化之圖形。熵HI係在時刻t0，達到最大值Hlmax。此 外，模糊熵H2係也在時刻tO，達到最大值H2max。適當之 研磨狀悲，係由該時刻10開始而僅經過時間△ 士 1後之時刻 11 〇
可以由這樣之實驗結果， 適當之研磨狀態。 (C1) ··由熵H1 (或H2 )達 僅經過一定時間△ 11之後， (C2)：由熵H1 (或H2 )達 按照以下之數個方法，而判定 到其最大值之時間點10開始而 判定達到適當之研磨狀態。 到其最大值之時間點，判定幾
ϋ· C:\2D-roDE\91-05\91104559.ptd 第12頁 552635 五、發明說明（9) 乎達到適當之研磨狀態。 但是，是否達到最大值Η1 max，係在熵H1值小於最大值 之時，首先獲得解決。因此，為了取代前述判定基準（c工） 、（C2)之判定方法，因此，可以採用下面之判定基準（C3) 、（C4) 。 土 (C3):由烟H1 (或H2 )達到一定之臨限值之時間點開始 而僅經過一疋日守間△ 11之後，判定達到適當之研磨狀態。 (C4):由熵H1 (或H2 )達到一定之臨限值之時間點，判 定幾乎達到適當之研磨狀態。
此外’關於熵Η1、Η 2之一定之臨限值或經過時間△ t j， 係可以藉由進行使用測試用晶圓（具有相同於成為實際判 定用對象之晶圓之薄膜圖案）之研磨試驗而決定。 如果按照前述任何一種之判定基準的話，則能夠使用藉 由灰色圖像之解析所得到之熵们或旧，而精度良好且容易 地檢測適當之研磨終點。 此外’為了取代熵Η1、H2，也可以使用藉由下面公式 (3a)〜（3d)任何一種所賦予之差量統計量η〜Μ。 【數學式3】
254 :》2户(〇 0 …㈤ 254 F2-· =2尸(，)2 0 •••(3b) 254 尸3 = 0 …(3c)
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254 F4 =》?(/) Ο • (3(/) 圖6係顯示使用在灰色圖像之差量統計量 率分布G(i)、P(i)之計算方法之說明圖。率^ ^ 本+禮絲：日日— 貝+分布G (1)係 移量(NX、NY)之2個像素之像素值D之差 使用之變數P⑴，係藉由P⑴=G(1+1)以 布。作為位移量（NX、NY)，係可以使用任意值，彳曰是， 本貫施例，就（1，1)、（1，0)、（！，<)、⑼，^)
、(_1’〇)、（―1，1)、（0，1)之8個方向，進行計算吏 些值之平均值。 ^ 便用足 ^由前述公式（3a)所職予之第i差量統計量Η 像，、值之差$1之2次方而乘以該頻率分布p (丨）之值之 和，相當於像素值之差量丨之八 {之 量统古十IF1i曰β丄 刀月欠 乂下’也稱呼該第1差 里，、充。十里F1為「呈虿統計量頻率分布」。 乐是 =，（3b)所賦予之第2差量統計量 Ϊ9Λ 率分布p (i)之2次方。以下，也Λ 弟2差®統計量F2為「差量 也％呼該
藉由前述公式（3〇所^?=同角度之2次動量J。 當於頻率分布P (i )之H予之第3差量統計量F3，係相 「差量統計量熵」。 也稱呼該第3差量統計量F3為 柯田別地么、八 I a a j戶斤賊 當於像素值之差量i平均佶予之第4差量統計量F4，係相 F4為「差量統計量平均」之值。也稱呼該第4差量統計量
552635 五、發明說明（11) 圖7係顯示相同於圖5之研磨試驗中之差量統計量對襯f 1 之時間變化之圖形。差量統計量對襯j? 1，係在時刻t 〇，， 達到最小值F 1 m i η。適當之研磨終點，係由該時刻t 〇，開始 而僅經過時間△ 12後之時刻11。 、可以在使用差量統計量對襯F1之狀態下，按照相同於前 述判定基準（C1)〜（C4)之以下之判定基準（C1，）〜（C4,）， 而判定適當之研磨狀態。 門^:丄：由差量統計量對襯π達到最小值之時間點t0, :始而僅經過一定時間之後’判定達到適當之研磨狀 (C2’）：由差量統計量對襯F1達 判定幾乎達到適當之研磨狀態。 j取小值之時間點， 一定之臨限值之時 判定達到適當之研 一定之臨限值之時 (C3’）：由差量統計量對襯F1達 間點開始而僅經過一定時間△ t 1之 磨狀態。 设’ (C4 ) ·由差量統計量對襯η 間點，判定幾乎達到適當之研磨狀能J 此外，，同樣也有為了取代差量統二二 其他之差量統計量F 2〜F 4之狀能於°量對襯F 1而使用前述 正如以上所述，如果藉由本iXt。 而正確地檢測適當之研 磨終 析灰色圖像，而算出熵Η1、H2戋差旦的話，則可以藉由解 定之圖像特徵量，使用該圖像^ f统計量F1〜F4等之規 因此，能夠藉由比較簡單之構告，薑值，檢測研磨終點，
C:\2D-C0DE\9J-05\9J104559.ptd 552635 五、發明說明（12) 此外，也可以利用前述實施例，在晶圓之複數個檢查用 對象部位上，攝影灰色圖像，以便於使用複數個檢查用對 象部位上之圖像特徵量，而檢測研磨終點。如果這樣的 話，則可以由例如複數個檢查用對象部位上之研磨狀態， 判定研磨是否不均勻。此外，在研磨不均勻之狀態下，也 可以就特別重要之檢查用對象部位，繼續地進行研磨，一 直到進行充分之研磨為止。 此外，關於攝影部3 0，同步於晶圓之旋轉，而放入圖 像，因此，最好是利用頻閃照明，或者是藉由附有快門之 照相機，進行照相。 C.變化例： 此外，本發明係不僅限定於前述實施例或實施形態；在 不脫離該要旨之範圍内，也可以在各種之形態中，實施本 發明；例如也能夠成為以下之變化。 C1.變化例1 : 前述實施例係適用在半導體晶圓之研磨作業上，但是， 本發明係不限定於半導體晶圓，也可以適用在液晶顯示裝 置用玻璃基板、光罩用玻璃基板、光碟用基板等之各種基 板之研磨作業上。此外，本發明係可以適用在CMP以外之 任意種類之研磨作業上。 C2.變化例2 : 在前述實施例，攝影作為2次元圖像之多層次黑白圖 像，但是，也可以攝影多層次彩色圖像，而取代該多層次 黑白圖像。在該狀態下，能夠由彩色圖像，求出灰色層次
C:\2D-CODE\91-05\91104559.ptd 第16頁 552635 五、發明說明（13) 值，而算出圖像特徵量。或者也可以在每一個彩色圖像之 各個顏色成分，算出圖像特徵量，使用這些圖像特徵量， 而檢測研磨終點。 C 3. 變4匕4到3 : 在前述實施例，使用熇Η1、Η 2或差量統計量F 1〜F 4，但 是，也可以使用表示2次元圖像特徵之其他值，作為圖像 特徵量。但是，為了能夠由圖5、圖7之結果而理解，如果 使用在實質上表示圖像之熵之熵指標值或者是在實質上表 示關於圖像之像素值間之差量之統計量之差量統計量指標 值的話，則會有所謂能夠相當正確地檢測研磨終點之優 點。 C 4. 變化例4 ： 在前述實施例，利用1個之圖像特徵量，而檢測研磨終 點，但是，也可以利用複數種之不同之圖像特徵量，以便 於檢測研磨終點。如果利用複數種類之圖像特徵量的話， 則能夠更加正確地檢測研磨終點。 【元件編號之說明】 10 研磨用襯墊 12 第1馬達 20 晶圓保持部 22 第2馬達 30 攝像部 32 單色光源 40 電腦
C:\2D-C0DE\91-05\91104559.ptd 第17頁 552635
C:\2D-C0DE\91-05\91104559.ptd 第18頁 552635 圖式簡單說明 圖1係顯示作為本發明之某一實施例之研磨裝置之構造 之說明圖。 圖2 (A)〜（C)係顯示本實施例中之2階段之研磨作業之說 明圖。 圖3係顯示實施例之處理順序之流程圖。 圖4 (A )〜（E)係顯示研磨作業中之晶圓咅1J面和晶圓表面 之灰色圖像之變化狀態之說明圖。 圖5係顯示在研磨試驗之所得到之熵Η1、H2之時間變化 之圖形。 圖6係顯示使用在灰色圖像之差量統計量之計算上之頻 率分布G ( i ) 、P ( i )之計算方法之說明圖。 圖7係顯示相同於圖5之研磨試驗中之差量統計量對襯F 1 之時間變化之圖形。
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Claims (1)
- 552635 六、申請專利範圍 1. 一種研磨終點檢測裝置，係檢測基板之研磨終點之裝 置，其特徵在於具有： 攝像部，係取得前述基板之研磨用對象表面之2次元圖 像； 圖像特徵量算出部，係藉由解析前述2次元圖像，而算 出關於前述2次元圖像之一定特徵量；以及， 研磨終點判定部，係利用前述圖像特徵量，而判定前述 基板之研磨終點。 2. 如申請專利範圍第1項之研磨終點檢測裝置，其中， 前述圖像特徵量，係在實質上表示用以顯示前述2次元圖 像資訊量之熇之烟指標值。 3. 如申請專利範圍第1項之研磨終點檢測裝置，其中， 前述圖像特徵量，係在實質上表示用以顯示關於前述2次 元圖像之像素值間之差量之統計量之差量統計量指標值。 4. 如申請專利範圍第1項之研磨終點檢測裝置，其中， 前述研磨終點判定部，係判定前述圖像特徵量到達一定之 臨限值之時間點為前述研磨終點。 5. 如申請專利範圍第1項之研磨終點檢測裝置，其中， 前述研磨終點判定部，係判定前述圖像特徵量到達一定之 臨限值之第1時間點，同時，判定由前述第1時間點開始而 僅繼續進行一定時間之研磨後之第2時間點為前述研磨終 點。 6. —種研磨終點檢測方法，係檢測基板之研磨終點之方 法，其特徵在於具有：C:\2D-CODE\91-05\91104559.ptd 第20頁 552635 六、申請專利範圍 (a )取得前述基板之研磨用對象表面之2次元圖像之作 業； (b)藉由解析前述2次元圖像，而算出關於前述2次元圖 像之一定特徵量之作業；以及， (c )利用前述圖像特徵量，而判定前述基板之研磨終點 之作業。 7.如申請專利範圍第6項之研磨終點檢測方法，其中， 前述圖像特徵量，係在實質上表示用以顯示前述2次元圖 像資訊量之熵之熵指標值。 8 ·如申請專利範圍第6項之研磨終點檢測方法，其中， 前述圖像特徵量，係在實質上表示用以顯示關於前述2次 元圖像之像素值間之差量之統計量之差量統計量指標值。 9.如申請專利範圍第6項之研磨終點檢測方法，其中， 前述作業（c )，係包含判定前述圖像特徵量到達一定之臨 限值之時間點為前述研磨終點之作業。 1 0.如申請專利範圍第6項之研磨終點檢測方法，其中， 前述作業（c )，係包含判定前述圖像特徵量到達一定之臨 限值之第1時間點之作業；以及判定由前述第1時間點開始 而僅繼續進行一定時間之研磨後之第2時間點為前述研磨 終點之作業。 11. 一種電腦程式製品，係用以檢測基板之研磨終點之 電腦程式製品，其特徵在於具有： 可電腦讀取之媒體；以及， 電腦程式，係收納在前述可電腦讀取之媒體中；此外，91104559.ptd 第21頁 552635 六、申請專利範圍 前述電腦程式，係包含： 第1程式，係在電腦，取得前述基板之研磨用對象表面 之2次元圖像； 第2程式，係在前述電腦，藉由解析前述2次元圖像，而 算出關於前述2次元圖像之一定特徵量；以及， 第3程式，係在前述電腦，利用前述圖像特徵量，而判 定前述基板之研磨終點。 1 2.如申請專利範圍第11項之電腦程式製品，其中，前 述圖像特徵量，係在實質上表示用以顯示前述2次元圖像 資訊量之烟之熵指標值。 1 3.如申請專利範圍第1 1項之電腦程式製品，其中，前 述圖像特徵量，係在實質上表示用以顯示關於前述2次元 圖像之像素值間之差量之統計量之差量統計量指標值。 1 4.如申請專利範圍第1 1項之電腦程式製品，其中，前 述第3程式，係在前述電腦，包含判定前述圖像特徵量到 達一定之臨限值之時間點為前述研磨終點之程式。 1 5.如申請專利範圍第11項之電腦程式製品，其中，前 述第3程式，係包含在前述電腦判定前述圖像特徵量到達 一定之臨限值之第1時間點之程式；以及在前述電腦判定 由前述第1時間點開始而僅繼續進行一定時間之研磨後之 第2時間點為前述研磨終點之程式。C:\2D-CODE\91-05\91104559.ptd 第22頁
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