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
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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
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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)
第13頁 552635
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
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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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