WO2002047141A1 - Procede de surveillance d'un polissage et dispositif associe, dispositif de polissage, procede de production de dispositif a semi-conducteur, et dispositif a semi-conducteur - Google Patents

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polished
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    • H01L21/30625—With simultaneous mechanical treatment, e.g. mechanico-chemical polishing

Definitions

  • Polishing status monitoring method and apparatus polishing apparatus, semiconductor device manufacturing method, and semiconductor device
  • the present invention relates to, for example, a method of manufacturing a semiconductor device such as ULSI, a polishing method suitable for use in flattening and polishing of a semiconductor device, and a polishing method therefor, a polishing apparatus, a semiconductor device manufacturing method, It also relates to semiconductor devices.
  • CMP chemical mechanical polishing
  • a polishing apparatus that performs polishing by CMP includes a polishing body, and a holding unit that holds an object to be polished, wherein the polishing body is interposed between the polishing body and the object to be polished.
  • the object to be polished is polished by applying a load between the object and the object to be polished and relatively moving the object.
  • the measurement light is always irradiated with a constant light amount in preparation for the next wafer to be polished. Therefore, even after the completion of the polishing of the wafer is detected, the measurement light is applied to the wafer until the wafer is moved from the polishing position (the irradiation position of the measurement light). Irradiation was continued at a constant light quantity.
  • a polishing object such as a wafer is polished prior to polishing. It is conceivable to obtain a reference signal and measure dark noise.
  • a reference mirror having the same size as the wafer and the like and having a predetermined reflection characteristic is transported to the polishing position by a transport device for transporting the wafer or the like to the polishing position, and the measurement light is transmitted to the reference mirror. It may be possible to perform this by irradiating the light.
  • the measurement signal obtained by irradiating the object to be polished with the measuring light is compared with the reference signal, so that the monitoring accuracy of the polishing state is improved.
  • a dark noise measuring member having the same size as a wafer or the like and having almost complete light absorption is transferred to a polishing position by a transfer device for transferring a wafer or the like to a polishing position, for example. It is conceivable to perform the measurement by irradiating the measurement light to the dark noise measurement member.
  • the signal obtained from the detector includes both noise due to stray light in the optical system (flare noise, etc.) and noise in the electrical system such as the detector. Noise (dark noise).
  • the monitoring accuracy of the polishing state is improved.
  • the acquisition of the reference signal and the measurement of dark noise are performed periodically at an appropriate frequency.
  • the Cu film gradually becomes thinner, and eventually the Cu film other than the portion in the hole of the interlayer insulating film is removed to form damascene, and the polishing is completed. Is done.
  • the Cu film other than the portion in the hole of the interlayer insulating film is removed, light from the outside reaches the pn junction via the exposed interlayer insulating film, and the photovoltaic voltage is generated at the pn junction. May occur, and Cu may be corroded (expanded) by the photovoltaic effect.
  • the wafer may be transferred to a polishing position using a transfer device such as a wafer.
  • a transfer device such as a wafer.
  • the present invention has been made in view of the above-described circumstances, and a polishing situation monitoring method and apparatus capable of reducing or eliminating the influence of measurement light for monitoring the polishing situation on an object to be polished. , And a polishing apparatus using the same.
  • An object of the present invention is to provide a semiconductor device manufacturing method capable of manufacturing a semiconductor device at a lower cost than the method, and a low-cost semiconductor device.
  • the present invention it is possible to carry out the transfer of the object to be polished to or from the polishing position, the acquisition of the reference signal, and the measurement of dark noise in parallel, thereby improving the throughput of polishing. It is an object of the present invention to provide a polishing state monitoring device that can perform the polishing.
  • the polishing state monitoring method (including irradiating the object to be polished with measurement light, and polishing the object to be polished based on light obtained from the object to be polished by the irradiation of the measurement light)
  • the polishing state monitoring method for monitoring a state during the polishing after the polishing end point of the polishing target is detected, the measurement light is blocked or reduced for the polishing target.
  • the measuring light for monitoring the polishing state is cut off or dimmed to the object to be polished.
  • the effect of measuring light for polishing on the object to be polished can be reduced or eliminated.
  • the object to be polished is not particularly limited.
  • the object to be polished is a process wafer having Cu, corrosion of Cu is prevented. Can be This point is the same for each embodiment described later.
  • the polishing state monitoring method according to a second aspect of the present invention is the polishing method according to the first aspect, wherein, during the monitoring of the polishing state, a first period in which the measurement light is applied to the object to be polished. And a second period in which the measurement light is blocked or dimmed from the object to be polished.
  • the measuring light is irradiated to the object to be polished, the measuring light may adversely affect the object to be polished.
  • the measurement light is not always irradiated with a constant light amount during the monitoring of the polishing state.However, if the repetition cycle of the first and second periods is appropriately shortened, The polishing status can be monitored substantially in real time.
  • a polishing state monitoring method includes irradiating the object to be polished with measurement light, and polishing the object to be polished based on light obtained from the object by irradiation of the measurement light.
  • a polishing condition monitoring method for monitoring the polishing condition during the polishing, wherein during the monitoring of the polishing condition, a first period during which the measurement light is irradiated to the object to be polished, and the measurement light is applied to the object to be polished. And the second period in which the light is blocked or dimmed.
  • the polishing end point of the object to be polished is detected, it is preferable to block or reduce the measurement light with respect to the object to be polished.
  • a polishing state monitoring device is a polishing apparatus that irradiates a measurement light to the object to be polished, and monitors a polishing state based on light obtained from the object by the irradiation of the measurement light.
  • the situation monitoring device includes a first measurement light control unit that blocks or reduces the measurement light with respect to the object to be polished in response to a polishing end point detection signal.
  • the polishing situation monitoring method according to the first aspect is realized, and the influence of the measurement light for monitoring the polishing situation on the object to be polished can be reduced or eliminated.
  • a polishing state monitoring device is the polishing state monitoring device according to the fourth aspect, wherein the first measurement light control unit includes a control unit that electrically controls a light emitting state of the light source. It is a thing.
  • the light source is electrically controlled, a mechanical shut-off mechanism as in a sixth aspect described later is not required, and the configuration can be simplified and the cost can be reduced.
  • the light source is an LED such as a white LED
  • the measurement light can be turned on and off with respect to the object to be polished by turning on and off the current flowing through the LED. By reducing the intensity, the measurement light can be reduced for the object to be polished.
  • the polishing state monitoring device is the polishing state monitoring device according to the fourth aspect, wherein the first measurement light control unit includes a mechanical shirting mechanism.
  • the first measurement light control unit when the first measurement light control unit is configured by using a mechanical shut-down mechanism, when the light source is turned on and off by electric control, the life and response, etc. Even when a light source (for example, a xenon lamp) that may cause a problem in terms of point is used, it is possible to appropriately control the measurement light applied to the object to be polished.
  • the first measurement light control unit may be configured using, for example, an electro-optical shirt such as a liquid crystal shirt.
  • the shirt mechanism includes a reference mirror for obtaining a reference signal as a light shielding member.
  • the reference mirror is measured by the moving mechanism constituting the shadow mechanism.
  • the light path can be advanced and retracted.
  • the reference mirror is moved into and out of the optical path of the measurement light in parallel with the transfer of the object to be polished such as a wafer to or from the polishing position.
  • the reference signal can be obtained. Therefore, according to the seventh aspect, the throughput of polishing is improved.
  • the light shielding member of the shutter mechanism is also used as a reference mirror, the configuration is simplified and the cost can be reduced.
  • a polishing state monitoring device is the polishing state monitoring device according to the sixth aspect, wherein the shirt mechanism includes a dark noise measuring member for measuring dark noise as a light shielding member. .
  • the moving mechanism constituting the shutter mechanism allows the dark noise measuring member to move. Can be advanced and retracted with respect to the optical path of the measurement light. For this reason, unlike the above-described conventional polishing state monitoring device, the dark noise measuring member is moved into and out of the optical path of the measuring light in parallel with the transfer of the object to be polished such as a wafer to or from the polishing position. To measure dark noise. Therefore, according to the eighth aspect, the throughput of polishing is Is improved. In addition, since the light shielding member of the shirt evening mechanism is also used as a dark noise measuring member, the configuration is simplified and the cost can be reduced.
  • the polishing situation monitoring apparatus is the polishing situation monitoring apparatus according to any one of the fourth to eighth aspects, wherein the measuring light is applied to the polishing object during the monitoring of the polishing situation.
  • a second measurement light control unit for repeating a period of 1 and a second period of blocking or dimming the measurement light with respect to the object to be polished is provided.
  • the polishing state monitoring method according to the second aspect is realized, and the influence of the measurement light for monitoring the polishing state on the object to be polished can be further reduced.
  • the polishing state monitoring device is the polishing state monitoring device according to the ninth aspect, wherein at least a part of the first measurement light control unit and at least a part of the second measurement light control unit are provided. Are also used.
  • the first and second measurement light control units can be configured independently of each other.However, when configured as at least one part as in the tenth aspect, The configuration is simple and cost can be reduced.
  • a polishing state monitoring device irradiates a measurement object to a polishing target, and monitors a polishing state based on light obtained from the polishing target by irradiation of the measurement light.
  • the polishing state monitoring device during the monitoring of the polishing state, a first period in which the measurement light is applied to the polishing target, and the measurement light is blocked or reduced for the polishing target. And a second period to be repeated.
  • the polishing state monitoring method according to the third aspect is realized, and compared to the above-described conventional technique, the polishing state is monitored. The effect of the measuring light for polishing on the object to be polished can be reduced.
  • a polishing state monitoring device irradiates a measuring object to a polishing target, and monitors a polishing state based on light obtained from the polishing target by irradiation of the measuring light.
  • the polishing condition monitoring device includes a reference mirror for obtaining a reference signal, and a moving mechanism for moving the reference mirror forward and backward with respect to the optical path of the measurement light.
  • the reference mirror can be advanced and retracted with respect to the optical path of the measurement light by the moving mechanism. For this reason, unlike the above-mentioned conventional polishing state monitoring device, the reference mirror advances and retreats to the optical path of the measurement light in parallel with the transfer of the polishing target such as a wafer to or from the polishing position. Thus, the reference signal can be obtained. Therefore, according to the first and second aspects, the throughput of polishing is improved.
  • a polishing state monitoring device irradiates a measuring object to a polishing target, and monitors a polishing state based on light obtained from the polishing target by irradiation of the measuring light.
  • the polishing condition monitoring device includes a dark noise measuring member for measuring dark noise, and a moving mechanism for moving the dark noise measuring member forward and backward with respect to the optical path of the measurement light.
  • the dark noise measurement member can be advanced and retracted with respect to the optical path of the measurement light by the moving mechanism. For this reason, unlike the above-described conventional polishing state monitoring device, the dark noise measuring member is moved into and out of the optical path of the measuring light in parallel with the transfer of the object to be polished such as a wafer to or from the polishing position. To measure dark noise. Therefore, according to the thirteenth aspect, the polishing sloop The bird improves.
  • a polishing apparatus includes a polishing body, and a holding unit for holding an object to be polished, wherein a polishing agent is interposed between the polishing body and the object to be polished.
  • a polishing apparatus for polishing the object to be polished by applying a load between the object and the object to be polished and relatively moving the object any one of the fourth to thirteenth aspects It is equipped with a polishing status monitor device.
  • the polishing state monitoring device since the polishing state monitoring device according to any one of the fourth to thirteenth aspects is provided, the influence of the measuring light for monitoring the polishing state on the object to be polished is reduced. Or the advantage of being able to eliminate, and / or the advantage of being able to improve the polishing throughput.
  • a semiconductor device manufacturing method includes the step of flattening the surface of a semiconductor wafer using the polishing apparatus according to the fifteenth aspect.
  • the polishing apparatus includes the polishing state monitoring device according to any one of the fourth to thirteenth aspects. Yield can be improved by reducing or eliminating the possibility of problems such as ⁇ of the Cu film caused by the measurement light, thereby manufacturing semiconductor devices at a lower cost than conventional semiconductor device manufacturing methods. Is obtained. According to the fifteenth aspect, instead of or in addition to this advantage, the polishing throughput can be improved, whereby the cost can be reduced at a lower cost than the conventional semiconductor device manufacturing method. The advantage is that a semiconductor device can be manufactured.
  • a semiconductor device is the semiconductor device according to the fifteenth aspect. Manufactured by the semiconductor device manufacturing method. According to the sixteenth aspect, a low-cost semiconductor device can be provided. BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram schematically showing a polishing apparatus according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a time chart showing an example of the irradiation pattern of the measurement light to the wafer.
  • FIG. 3 is a time chart showing another example of the irradiation pattern of the measurement light to the wafer.
  • FIG. 4 is a schematic configuration diagram schematically showing a polishing apparatus according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a schematic configuration diagram schematically showing a polishing apparatus according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a flowchart showing a semiconductor device manufacturing process according to an embodiment of the present invention. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram schematically showing a polishing apparatus according to a first embodiment of the present invention.
  • the polishing apparatus includes a polishing member 1 and a polishing object holding member that holds a process wafer 2 having, for example, Cu as a polishing object below the polishing member 1.
  • a part 3 hereinafter, referred to as a wafer holder
  • an abrasive supply part (not shown) for supplying an abrasive (slurry) onto the wafer 2 are provided.
  • the polishing member 1 is provided with a polishing body (polishing pad) 6 on the lower surface of a polishing platen 5.
  • a mechanism (not shown) rotates, moves up and down, and moves left and right as shown by arrows in FIG. 1. It can swing (reciprocate).
  • the polishing body 6 for example, a sheet-like foamed polyurethane, a non-foamed resin having a groove structure on its surface, or the like can be used.
  • Wafer 2 is held on wafer holder 3, and the upper surface of wafer 2 is a polished surface.
  • the wafer holder 3 can be rotated as shown by the arrow in FIG. 1 by a mechanism (not shown) using an electric motor as an actuator.
  • the diameter of the polishing member 1 is smaller than the diameter of the wafer 2, and the footprint of the entire apparatus is reduced.
  • the diameter of the polishing member 1 may be equal to or larger than the diameter of the wafer 2. Even in these cases, a part of the wafer 2 can be temporarily exposed from the polishing member 1 by swinging of the polishing member 1 during polishing. Further, when a part of the wafer 2 is not temporarily exposed from the polishing member 1, a window for irradiating the measurement light to the wafer 2 may be formed in the polishing member 1 as is well known. .
  • the polishing member 1 swings while rotating, and is pressed against the upper surface of the wafer 2 on the wafer holder 3 with a predetermined pressure. By rotating the wafer holder 3 and also the wafer 2, relative movement between the wafer 2 and the polishing member 1 is performed.
  • the polishing agent is supplied onto the wafer 2 from the polishing agent supply section, and the polishing agent diffuses on the wafer 2, and the polishing body 6 and the wafer 2 are moved together with the relative movement of the polishing member 1 and the wafer 2.
  • This polishing apparatus has a polishing control unit 9 for controlling the rotation and swinging of the polishing member 1 and the motor of each unit for rotating the wafer holder 3 in order to realize the above-mentioned operation required for polishing. ing.
  • the polishing apparatus has a measuring optical system 10 constituting a polishing state monitoring apparatus, a signal processing section 11 comprising a personal computer, etc., and a display section 1 such as a CRT for displaying monitoring results. 2, and a shutter mechanism control unit 14 for controlling a shirt mechanism 13 provided in the measurement optical system 10 are also provided.
  • the measuring optical system 10 irradiates the portion exposed on the polishing member 1 (hereinafter, referred to as an exposed portion) on the polished surface (upper surface) of the wafer 2 with measurement light, and reflects the reflected light reflected on the polished surface of the wafer 2 Is received by the light receiving sensor to obtain a detection signal related to the reflected light.
  • This detection signal is taken into the signal processing unit 11 as a monitor signal.
  • the signal processing unit 11 performs a process of monitoring a polishing state based on the detection signal.
  • the signal processing unit 11 displays the polishing status on the display unit 12 or determines the polishing end point, and when the polishing end point is detected, sends the polishing end point detection signal to the polishing control unit 9 and the shirt. Evening mechanism control unit 14 is supplied to each.
  • the polishing controller 9 ends the polishing operation in response to the polishing end point detection signal.
  • reference numeral 21 denotes a white light source having a multi-wavelength component.
  • a white LED, a xenon lamp, or a halogen lamp can be used.
  • the light from the light source 21 may be guided by an optical fiber.
  • the light from the light source 21 is converted into a parallel light beam by the lens 22 if the light-shielding member 13 a of the shirt evening mechanism 13 described later is retracted from the optical path, and after passing through the field stop 23, beam It is incident on the sprite.
  • This light is changed its direction by 90 ° at the beam splitter 24, passes through the relay lenses 25 and 26, becomes a parallel light flux again, and irradiates the exposed portion of the polished surface of the wafer 2 as measurement light. Fired.
  • the reflected light from the wafer 2 passes through the relay lenses 26 and 25 again, enters the beam splitter 24 as a parallel light beam, passes through the beam splitter 24, and passes through the lens 27 to the pin of the light shielding plate 28.
  • noise components such as scattered light and diffracted light are removed by the light shielding plate 28, and the light (specular reflection light (0th-order light)) passing through the pinhole 28a passes through the lens 29 as a spectroscope.
  • spectroscopes such as a spectroscopic prism may be used.
  • the light is projected to 30 and separated.
  • the split light enters the linear sensor 31 as a light receiving sensor, and the spectral intensity (intensity for each wavelength, that is, spectrum) is measured.
  • the signal processing unit 11 calculates a monitoring result of the polishing state of the wafer 2 based on the spectral intensity obtained from the linear sensor 31 and causes the display unit 12 to display the result.
  • a polishing end point is determined, and when the polishing end point is detected, a polishing end point detection signal is supplied to the polishing control section 9 and the shutdown mechanism control section 14, respectively.
  • the film thickness of the polished layer (top layer) is calculated from the characteristic amount such as the position (wavelength) of the maximum and the minimum of the waveform of the spectral intensity (corresponding to the spectral reflectance), and the film thickness is monitored.
  • the polishing end point is detected based on whether or not the film thickness has reached a desired film thickness. Further, for example, the polishing amount is obtained from the initial thickness of the wafer 2 and the thickness of the layer being polished (the uppermost layer), and this is displayed on the display unit 12 as a monitoring result.
  • the calculation method for obtaining the monitoring result from the spectral intensity and the method for detecting the polishing end point are not limited to the above-described examples. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. H10-3352888 1 1— 3 3 9 0 1 Other methods disclosed in the information and the like may be adopted.
  • the measurement optical system 10 performs spectral reflection measurement, and the signal processing unit 11 monitors the polishing state based on the spectral reflection intensity.
  • the present invention is not limited to this.
  • the measurement optical system 10 performs reflected light measurement (measurement of the reflectance of light of a predetermined wavelength) without using spectrum, and the measurement optical system 10 is measured.
  • the polishing end point may be detected based on the reflectance. This is the same for each embodiment described later.
  • the measurement optical system 10 is provided with the mechanical shirting mechanism 13.
  • the shading mechanism 13 includes a light shielding member 13 a and an optical path between the light source 21 and the lens 22 (if the optical path is between the light source 21 and the wafer 2, It may be at any position.) It is composed of a motor 13b such as a stepping motor as a moving mechanism for moving the light shielding member 13a forward and backward.
  • the light source 21 is driven so as to continuously emit a constant light amount when the power is turned on. It is also possible to use a dimming filter instead of the light shielding member 13a.
  • the shirting mechanism control unit 14 changes the light-shielding member 13 a to the optical path. 13b is controlled so that it can be evacuated.
  • the monitor start command may be issued, for example, when the polishing of the wafer 2 is started, or may be issued after a predetermined time has elapsed from the start of the polishing of the wafer 2.
  • the shirting mechanism control unit 14 controls the motor 13b so that the light shielding member 13a advances into the optical path. With this control, as shown in Fig.
  • the polishing end point detection signal is generated from the time t1 when the monitor start command is
  • the measurement light is applied to the wafer 2 only during the period up to the time point t2 when the light beam is received.
  • the shirt evening mechanism 13 and the shirt evening mechanism control unit 14 block the measurement light from the wafer 2 in response to the polishing end point detection signal (the light shielding member 1).
  • the first measuring light control unit for dimming is configured.
  • the measurement light for monitoring the polishing state is cut off or dimmed to wafer 2, so that the polishing state is monitored.
  • the influence of the measurement light on the wafer 2 can be reduced or eliminated.
  • the measurement light is continuously irradiated on the wafer 2 with a constant light amount.
  • the shirt mechanism control unit 14 continues to rotate the motor 13b (at this time, the measurement light is traversed by the light blocking member 13a).
  • the motor 13a may be stopped so as to stop at the position where the light shielding member 13a has advanced into the optical path in response to the polishing end point detection signal.
  • a position detector such as an encoder that detects the rotational position of the motor 13a
  • the signal processing unit 11 converts the signal from the position detector into a signal.
  • the light incident on the linear sensor 31 is detected during the period T1 during which the light is not shielded by the light shielding member 13a, and the period T during which the light is shielded by the light shielding member 13a.
  • Light detection in 2 Calculations such as signal data acquisition, film thickness calculation based on the signal acquisition, and end point determination may be performed.
  • the shading mechanism 13 and the shuffling mechanism controller 14 control the first period T 1 during which the measuring light is irradiated onto the wafer 2 during the monitoring of the polishing state, and the measuring light onto the wafer 2. It also functions as a second measurement light control unit that repeats the second period T 2 for blocking (or dimming).
  • the measurement light In order to realize the measurement light irradiation pattern for the wafer 2 as shown in FIG. 3, if the measurement light is irradiated to the wafer 2 even before the polishing of the wafer 2 is completed, the measurement light has an adverse effect on the wafer 2 Even when the measurement is performed, the total amount of light applied to the wafer 2 during monitoring of the polishing state of the wafer 2 is reduced, so that the influence of the measurement light on the wafer 2 can be further reduced. In the present invention, when the periods T 1 and T 2 are repeated as shown in FIG. 3, it is not always necessary to block or reduce the measurement light with respect to the wafer 2 in response to the polishing end point detection signal. Good.
  • an electro-optical shutter such as a liquid crystal shutter may be used instead of the mechanical shutter mechanism 13 in FIG.
  • FIG. 4 is a schematic configuration diagram schematically showing a polishing apparatus according to a second embodiment of the present invention.
  • the same or corresponding elements as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
  • the present embodiment is different from the first embodiment only in that a light source controller 34 is used instead of the shirt mechanism 13 and the shower mechanism controller 14.
  • a light source that does not cause a problem in terms of life or responsiveness even if it is turned on and off by electrical control for the light source, for example, white LEDs are used.
  • the light source control unit 34 electrically controls the light emission state of the light source 21 so as to realize a measurement light irradiation pattern for the wafer 2 as shown in FIG. 2 as in the first embodiment. Control.
  • the light source control unit 34 may electrically control the light emission state of the light source 21 so as to realize the above-described measurement light irradiation pattern on the wafer 2 as shown in FIG.
  • the light source 21 may not be completely stopped from emitting light, but may be in a state in which the amount of emitted light is reduced (dimming state).
  • FIG. 5 is a schematic configuration diagram schematically showing a polishing apparatus according to a third embodiment of the present invention.
  • elements that are the same as or correspond to the elements in FIG. 1 are given the same reference numerals, and overlapping descriptions thereof will be omitted.
  • This embodiment is different from the first embodiment in the points described below. That is, in the present embodiment, the shower mechanism 13 and the shirt mechanism controller 14 in FIG. 1 are removed. On the other hand, in the present embodiment, a reference mirror having predetermined reflection characteristics for obtaining a reference signal —42 and a reference mirror with respect to the optical path of the measurement light at the position closest to the wafer 2 at all optical elements and the like.
  • a motor 43 as a moving mechanism for moving the mirror 42 in and out, a dark noise measuring member 44 with almost perfect light absorption for measuring dark noise, and all optical elements
  • a motor 45 as a moving mechanism for moving the dark noise measuring member 44 in and out of the optical path of the measuring light at the position closest to the wafer 2 at the position, and a control unit 41 for controlling the motors 43 and 45. And have been added.
  • the control section 41 issues a reference signal acquisition start command from the polishing control section 9 via the signal processing section 11 (usually issued at an appropriate time other than during polishing of the wafer 2). ), And controls the motor 43 so that the reference mirror 42 advances into the optical path in response to this command.
  • the signal processing unit 11 takes in the signal from the linear sensor 31 as a reference signal.
  • This reference signal is used as a reference for comparing a measurement signal from the linear sensor 31 obtained by irradiating the wafer 2 with measurement light during monitoring of the polishing state, and based on the comparison, the film An operation such as thickness is performed.
  • the control unit 41 responds to the reference signal acquisition end command issued from the signal processing unit 11 when the acquisition of the reference signal is completed, and controls the motor 43 to retract the reference mirror 42 from the optical path. Control.
  • the control unit 41 issues a dark noise measurement start command from the polishing control unit 9 via the signal processing unit 11 (usually issued at an appropriate timing other than during the polishing of the wafer 2). ), And in response to this command, controls the motor 45 so that the dark noise measuring member 44 advances into the optical path.
  • the signal processing unit 11 takes in the signal from the linear sensor 31 as a dark noise measuring signal. This measurement signal is used to subtract the dark noise component from the measurement signal from the linear sensor 31 obtained by irradiating the wafer 2 with the measurement light during the monitoring of the polishing state, and based on the subtracted signal, The above-described calculation of the film thickness and the like is performed.
  • the control unit 41 responds to the dark noise measurement end command issued from the signal processing unit 11 when the measurement of the dark noise is completed, so that the dark noise measurement member 44 retreats from the optical path. Control.
  • the reference mirror is controlled by the motors 43 and 45.
  • the reference signal can be obtained and the dark noise can be measured by moving the 42 and the dark noise measuring member 44 forward and backward with respect to the optical path of the measuring light, respectively. Therefore, according to the present embodiment, the reference signal can be acquired and the dark noise can be measured in parallel with the transfer of the wafer 2 to or from the polishing position, thereby improving the polishing throughput. I do. Further, according to the present embodiment, it is possible to frequently acquire the reference signal and measure the dark noise while improving the polishing throughput, so that the wafer can be obtained based on the latest reference signal or dark noise.
  • the polishing condition of item 2 can be monitored, and the accuracy of the monitoring of the polishing condition can be improved.
  • Irradiation light may be irradiated with a light amount.
  • the control unit 41 may be configured so that the control unit 41 also performs the same control as the shirting mechanism control unit 14 in FIG.
  • a mechanical shut-off mechanism 13 in FIG. 1 may be provided separately from the motors 43, 45, the mirror 42, and the member 44. Then, the configuration becomes simple and the cost can be reduced.
  • FIG. 6 is a flowchart showing a semiconductor device manufacturing process.
  • step S200 an appropriate processing step is selected from the following steps S200;! -S204. According to the selection, the process proceeds to any of steps S201 to S204.
  • Step S201 is an oxidation step of oxidizing the surface of the silicon wafer.
  • Step S202 is a CVD step of forming an insulating film on the silicon wafer surface by CVD or the like.
  • Step S203 is an electrode forming step of forming an electrode film on a silicon wafer by a process such as vapor deposition.
  • Step S204 is an ion implantation step of implanting ions into the silicon wafer.
  • Step S209 After the CVD step or the electrode forming step, the process proceeds to step S209, and it is determined whether the CMP step is performed. If not, the process proceeds to step S205, but if not, the process proceeds to step S205.
  • Step S205 is a CMP step.
  • the polishing apparatus according to the present invention is used to planarize the inter-layer insulating film and polish a metal film (such as a Cii film) on the surface of a semiconductor device. The formation of damascene is performed.
  • Step S206 is a photolithography process.
  • a resist is applied to a silicon wafer, a circuit pattern is printed on the silicon wafer by exposure using an exposure apparatus, and the exposed silicon wafer is developed.
  • the next step S207 is an etching step of removing portions other than the developed resist image by etching, and then removing the resist to remove unnecessary resist after etching.
  • step S208 it is determined whether all necessary processes have been completed. If not, the process returns to step S200, and the previous step is repeated to return to step S208. A circuit pattern is formed on the recon wafer. If it is determined in step S208 that all steps have been completed, the process ends.
  • the polishing apparatus according to the present invention since the polishing apparatus according to the present invention is used in the CMP process, the possibility that a problem such as ⁇ of the Cu film caused by measurement light for monitoring the polishing state is reduced or reduced. Eliminating it can improve the yield, thereby providing the advantage that semiconductor devices can be manufactured at lower cost than conventional semiconductor device manufacturing methods. Further, in the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, instead of or in addition to this advantage, the polishing throughput can be improved, thereby lowering the cost compared with the conventional method of manufacturing a semiconductor device. This has the advantage that a semiconductor device can be manufactured in a simple manner. As a result, there is an effect that a semiconductor device can be manufactured at a lower cost than a conventional semiconductor device manufacturing method.
  • polishing apparatus may be used in a CMP step of a semiconductor device manufacturing process other than the semiconductor device manufacturing process described above.
  • the semiconductor device according to the present invention is manufactured by the semiconductor device manufacturing method according to the present invention. As a result, the semiconductor device can be manufactured at a lower cost than the conventional semiconductor device manufacturing method, and the manufacturing cost of the semiconductor device can be reduced.
  • the present invention can be used for, for example, manufacturing a semiconductor device or polishing a wafer during the manufacturing process.

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Description

明 細 書
研磨状況モニタ方法及びその装置、研磨装置、半導体デバイス製造方法、 並びに半導体デバイス
技術分野
本発明は、 例えば、 U L S Iなどの半導体デバイスを製造する方法に おいて、 半導体デバイスの平坦化研磨等に用いるのに好適な研磨状況モ 二夕方法及びその装置、 研磨装置、 半導体デバイス製造方法、 並びに半 導体デバィスに関するものである。
背景技術
近年、 半導体デバイス等の表面のグローバル平坦化技術として、 化学 的機械的研磨 ( Chemical Mechanical Polishing 又は Chemical Mechanical Planarization, 以下では C M Pと称す） 技術が採用されて いる。 C M Pは、 物理的研磨に化学的な作用 （研磨剤、 溶液による溶か し出し） を併用してウェハの表面凹凸を除いていく工程である。 C M P による研磨を行う研磨装置は、 研磨体と、 研磨対象物を保持する保持部 とを備え、 前記研磨体と前記研磨対象物との間に研磨剤を介在させた状 態で、 前記研磨体と前記研磨対象物との間に荷重を加え、 かつ相対移動 させることによ り、 前記研磨対象物を研磨する。
C M P技術では、 研磨工程を行いながらの （in-situの） 研磨状況のモ 二夕 （研磨量、 膜厚又は研磨終点の検出等） が課題となっており、 これ は、 工程効率化のためにも要請が大きい。
そこで、 最近では、 光学測定、 すなわち、 分光によらない反射光測定 や分光反射測定による研磨状況のモニタ （in-situ 終点判定及び in-situ 膜厚計測など） が有効とされている （特許第 2 5 6 1 8 1 2号公報、 特 開平 1 1一 3 3 9 0 1号公報等）。これらの光学測定による研磨状況モニ 夕を行う研磨状況モニタ装置では、 C M Pにおいて、 研磨対象物である ウェハに測定光を照射し、 ウェハから得られる光に基づいて、 その反射 率の変化や分光反射率の変化により膜厚、 研磨量又は研磨終点を研磨中 に検知する。
そして、 従来は、 前記測定光は、 あるウェハの研磨が終了しても、 次 に研磨するべきウェハに備えて常時一定の光量で照射され続けていた。 したがって、 ウェハの研磨の終了が検出された後であっても、 当該ゥェ ハが研磨位置 （前記測定光の照射位置） から移動されるまでの間は、 当 該ウェハには前記測定光が一定の光量で照射され続けていた。
ところで、 従来技術ではないが、 例えば、 分光反射測定による研磨状 況のモニタを行う研磨状況モニタ装置では、 研磨状況のモニタ精度を向 上するべく、 ウェハ等の研磨対象物の研磨に先立って、 基準信号の取得 及びダークノイズの計測を行うことが考えられる。 基準信号の取得は、 ウェハ等と同一の大きさを有し所定の反射特性を持つレファレンスミラ 一を、 例えばウェハ等を研磨位置に搬送する搬送装置で研磨位置に搬送 し、 測定光をレファレンスミラーに照射することによって行うことが考 えられる。 基準信号を予め取得しておく ことによって、 研磨対象物に測 定光を照射することによって得た測定信号を基準信号と比較することに より、 研磨状況のモニタ精度が高まる。 また、 ダークノイズの計測は、 ウェハ等と同一の大きさを有しほぼ完全な光吸収性を持つダークノイズ 計測部材を、 例えばウェハ等を研磨位置に搬送する搬送装置で研磨位置 に搬送し、 測定光をダークノィズ計測部材に照射することによって行う ことが考えられる。 この状態で検出器から得られる信号は、 光学系の迷 光によるノイズ （フレアノイズ等） と検出器等の電気系のノイズの両方 のノイズ （ダークノイズ） を示すことになる。 ダークノイズを予め計測 しておくことによって、 研磨対象物に測定光を照射することによって得 た測定信号からダークノイズ分を差し引いてノイズ分を除去することに よって、 研磨状況のモニタ精度が高まる。 なお、 基準信号の取得及びダ —クノイズの計測は、 適当な頻度で定期的に行われる。
しかしながら、 研磨後にもウェハに測定光を照射し続けると、 例えば C uを有するプロセスウェハの研磨などの場合に、 不都合が生ずるおそ れがあることが判明してきた。 今、 p n接合を有する トランジス夕等の デバイス及び S i 0 2からなる層間絶縁膜が順次形成され、 更にその上 の全面に C u膜が形成された状態のプロセスウェハについて、 前記 C u 膜を研磨していわゆるダマシン （damascene) を形成する場合を、 例と して考える。 このプロセスウェハは、 C u膜の研磨前であれば、 光が照 射されても、 その光は全面を覆っている C u膜により遮光されるので、 支障はない。 C u膜の研磨が進行していく と、 C u膜が徐々に薄くなつ ていき、 やがて層間絶縁膜の孔内の部分以外の C u膜が除去されてダマ シンが形成され、 研磨が終了される。 このように、 層間絶縁膜の孔内の 部分以外の C u膜が除去されると、 露出した層間絶縁膜を介して外部か らの光が p n接合に到達し、 当該 p n接合で光起電力が生じ、 光電池効 果で C uが腐食する （鲭びる） おそれがある。
また、 前述したように、 基準信号の取得及びダークノイズを計測する ことによって研磨状況のモニタ精度を高めることが考えられるが、 ゥェ ハ等と同じ大きさのレファレンスミラーやダークノイズ計測部材を、 ゥ ェハ等の研磨対象物に代えて、 ウェハ等の搬送装置を用いて研磨位置に 搬送しても良い。 しかし、 この場合には、 研磨対象物の研磨位置への又 は研磨位置からの搬送と、 基準信号の取得やダークノイズの計測とを並 行して行うことができず、研磨のスル一プッ トが低下するおそれがある。 発明の開示
本発明は、 前述したような事情に鑑みてなされたもので、 研磨状況の モニタのための測定光が研磨対象物に与える影響を低減するか又はなく すことができる研磨状況モニタ方法及びその装置、 及びこれを用いた研 磨装置を提供することを目的とする。
また、 本発明は、 研磨状況のモニタのための測定光による C u膜の鲭 などの問題が生ずるおそれを低減又はなくすことによって、 歩留りを向 上させることができ、 それにより従来の半導体デバイス製造方法に比べ て低コス トで半導体デバイスを製造することができる半導体デバイス製 造方法、 及び低コス トの半導体デバイスを提供することを目的とする。
さらに、 本発明は、 研磨対象物の研磨位置への又は研磨位置からの搬 送と、 基準信号の取得やダークノイズの計測とを並行して行うことがで き、 研磨のスループヅ トを向上させることができる研磨状況モニタ装置 を提供することを目的とする。
本発明の第 1の態様である研磨状況モニタ方法 (ま、 測定光を研磨対象 物に照射し、 前記測定光の照射により前記研磨対象物から得られる光に 基づいて、 前記研磨対象物の研磨状況をその研磨中にモニタする研磨状 況モニタ方法において、 前記研磨対象物の研磨終点が検出された後は、 前記測定光を前記研磨対象物に対して遮断又は減光させるものである。
この第 1の態様によれば、研磨対象物の研磨終点が検出された後には、 研磨状況のモニタのための測定光が研磨対象物に対して遮断又は減光さ れるので、 研磨状況をモニタするための測定光が研磨対象物に与える影 響を低減するか又はなくすことができる。
前記研磨対象物は特に限定されるものではないが、 例えば、 研磨対象 物が C uを有するプロセスウェハである場合には、 C uの腐食を防止す ることができる。 この点は、 後述する各態様についても同様である。 本発明の第 2の態様である研磨状況モニタ方法は、 前記第 1の態様に おいて、 前記研磨状況のモニタ中に、 前記測定光を前記研磨対象物に対 して照射させる第 1の期間と、 前記測定光を前記研磨対象物に対して遮 断又は減光させる第 2の期間とを、 繰り返すものである。
研磨対象物の研磨の終了前であっても、 測定光が研磨対象物に照射さ れると、 測定光が研磨対象物に悪影響を与える場合もある。 このような 場合であっても、 前記第 2の態様によれば、 前記第 1及び第 2の期間が 繰り返されることから、 研磨状況のモニタ中に研磨対象物に照射される 全体の光量が低減されるので、 測定光が研磨対象物に与える影響を一層 低減することができる。 なお、 前記第 2の態様では、 研磨状況のモニタ 中に測定光を常時一定の光量で照射するわけではないが、 前記第 1及び 第 2の期間の繰り返し周期を適当に短く しておけば、 実質的にリアル夕 ィムに研磨状況をモニタし得る。
本発明の第 3の態様である研磨状況モニタ方法は、 測定光を研磨対象 物に照射し、 前記測定光の照射により前記研磨対象物から得られる光に 基づいて、 前記研磨対象物の研磨状況をその研磨中にモニタする研磨状 況モニタ方法において、 前記研磨状況のモニタ中に、 前記測定光を前記 研磨対象物に対して照射させる第 1の期間と、 前記測定光を前記研磨対 象物に対して遮断又は減光させる第 2の期間とを、繰り返すものである。 前記第 1及び第 2の態様のように、 研磨対象物の研磨終点が検出され た後には、 測定光を研磨対象物に対して遮断又は減光させることが好ま しい。 しかし、 前記第 3の態様のように、 研磨状況のモニタ中に前記第 1及び第 2の期間を繰り返せば、 必ずしも研磨終点終了後に測定光を研 磨対象物に対して遮断又は減光させなくても、 前述した従来技術に比べ れば、 測定光が研磨対象物に与える影響を低減することができる。 本発明の第 4の態様である研磨状況モニタ装置は、 測定光を前記研磨 対象物に照射し、 前記測定光の照射により前記研磨対象物から得られる 光に基づいて、 研磨状況をモニタする研磨状況モニタ装置において、 研 磨終点検出信号に応答して、 前記測定光を前記研磨対象物に対して遮断 又は減光させる第 1の測定光制御部を備えたものである。
この第 4の態様によれば、 前記第 1の態様による研磨状況モニタ方法 が実現され、 研磨状況をモニタするための測定光が研磨対象物に与える 影響を低減するか又はなくすことができる。
本発明の第 5の態様である研磨状況モニタ装置は、 前記第 4の態様に おいて、 前記第 1の測定光制御部は、 前記光源の発光状態を電気的に制 御する制御部を含むものである。
この第 5の態様によれば、 光源を電気的に制御するので、 後述する第 6の態様のような機械式のシャッ夕機構が不要となり、 構成が簡単とな つてコス トダウンを図ることができる。 例えば、 光源が白色 L E Dなど の L E Dであれば、 当該 L E Dに流す電流をオン · オフすることにより 測定光を研磨対象物に対してオン · オフすることができ、 また、 当該 L E Dに流す電流を低減させることにより測定光を研磨対象物に対して減 光させることができる。
本発明の第 6の態様である研磨状況モニタ装置は、 前記第 4の態様に おいて、 前記第 1の測定光制御部は、 機械式のシャツ夕機構を含むもの である。
この第 6の態様のように、 第 1の測定光制御部を機械式のシャッ夕機 構を用いて構成すると、 光源として、 電気的な制御によりオン · オフす ると寿命や応答性などの点で問題の生ずるおそれがある光源 （例えばキ セノンランプ等） を用いた場合であっても、 研磨対象物に照射される測 定光を適切に制御することができる。 なお、 前記第 4の態様では、 前記 第 1の測定光制御部は、 例えば、 液晶シャツ夕等の電気光学式のシャツ. 夕を用いて構成してもよい。
本発明の第 7の態様である研磨状況モニタ装置は、 前記第 6の態様に おいて、 前記シャツ夕機構が、 基準信号を得るためのレファレンスミラ 一を遮光部材として含むものである。
この第 7の態様によれば、 シャツ夕機構の遮光部材が、 基準信号を得 るためのレファレンスミラ一を兼用しているので、 当該シャヅ夕機構を 構成する移動機構により、 レファレンスミラーを測定光の光路に進出及 ぴ退避させることができることになる。 このため、 前述した従来の研磨 状況モニタ装置と異なり、 ウェハ等の研磨対象物の研磨位置への又は研 磨位置からの搬送と並行して、 レファレンスミラーを測定光の光路に進 出及び退避させて、 基準信号の取得を行うことができる。 したがって、 前記第 7の態様によれば、 研磨のスループッ トが向上する。 また、 シャ ヅ夕機構の遮光部材がレフアレンスミラーと兼用されているので、 構成 が簡単となり、 コス トダウンを図ることができる。
本発明の第 8の態様である研磨状況モニタ装置は、 前記第 6の態様に おいて、 前記シャツ夕機構が、 ダークノイズを計測するためのダ一クノ ィズ計測部材を遮光部材として含むものである。
この第 8の態様によれば、 シャツタ機構の遮光部材が、 ダークノイズ を計測するためのダークノイズ計測部材を兼用しているので、 当該シャ ッ夕機構を構成する移動機構により、 ダークノイズ計測部材を測定光の 光路に対して進出及び退避させることができることになる。 このため、 前述した従来の研磨状況モニタ装置と異なり、 ウェハ等の研磨対象物の 研磨位置への又は研磨位置からの搬送と並行して、 ダークノィズ計測部 材を測定光の光路に進出及び退避させて、 ダークノイズを計測すること ができる。 したがって、 前記第 8の態様によれば、 研磨のスループッ ト が向上する。 また、 シャツ夕機構の遮光部材がダークノイズ計測部材と 兼用されているので、 構成が簡単となり、 コス トダウンを図ることがで きる。
本発明の第 9の態様である研磨状況モニタ装置は、 前記第 4乃至第 8 のいずれかの態様において、 前記研磨状況のモニタ中に、 前記測定光を 前記研磨対象物に対して照射させる第 1の期間と、 前記測定光を前記研 磨対象物に対して遮断又は減光させる第 2の期間とを、 繰り返させる第 2の測定光制御部を備えたものである。
この第 9の態様によれば、 前記第 2の態様による研磨状況モニタ方法 が実現され、 研磨状況をモニタするための測定光が研磨対象物に与える 影響を一層低減することができる。
本発明の第 1 0の態様である研磨状況モニタ装置は、 前記第 9の態様 において、 前記第 1の測定光制御部の少なく とも一部と前記第 2の測定 光制御部の少なく とも一部とが兼用されたものである。
前記第 9の態様では、 前記第 1及び第 2の測定光制御部は互いに独立 して構成することもできるが、 前記第 1 0の態様のように少なく とも一 部を兼用して構成すると、 構成が簡単となり、 コス トダウンを図ること ができる。
本発明の第 1 1の態様である研磨状況モニタ装置は、 測定光を研磨対 象物に照射し、 前記測定光の照射により前記研磨対象物から得られる光 に基づいて、 研磨状況をモニタする研磨状況モニタ装置において、 前記 研磨状況のモニタ中に、 前記測定光を前記研磨対象物に対して照射させ る第 1の期間と、 前記測定光を前記研磨対象物に対して遮断又は減光さ せる第 2の期間とを、 繰り返させる測定光制御部を備えたものである。 この第 1 1の態様によれば、 前記第 3の態様による研磨状況モニタ方 法が実現され、 前述した従来技術に比べれば、 研磨状況をモニタするた めの測定光が研磨対象物に与える影響を低減することができる。
本発明の第 1 2の態様である研磨状況モニタ装置は、 測定光を研磨対 象物に照射し、 前記測定光の照射により前記研磨対象物から得られる光 に基づいて、 研磨状況をモニタする研磨状況モニタ装置において、 基準 信号を得るためのレファレンスミラーと、 前記レファレンスミラ一を前 記測定光の光路に対して進出及び退避させる移動機構とを備えたもので ある。
この第 1 2の態様によれば、 移動機構により、 レファレンスミラーを 測定光の光路に対して進出及び退避させることができる。 このため、 前 述した従来の研磨状況モニタ装置と異なり、 ウェハ等の研磨対象物の研 磨位置への又は研磨位置からの搬送と並行して、 レファレンスミラ一を 測定光の光路に進出及び退避させて、 基準信号の取得を行うことができ る。 したがって、 前記第 1 2の態様によれば、 研磨のスループッ トが向 上する。
本発明の第 1 3の態様である研磨状況モニタ装置は、 測定光を研磨対 象物に照射し、 前記測定光の照射により前記研磨対象物から得られる光 に基づいて、 研磨状況をモニタする研磨状況モニタ装置において、 ダ一 クノイズを計測するためのダ一クノィズ計測部材と、 前記ダークノイズ 計測部材を前記測定光の光路に対して進出及び退避させる移動機構とを 備えたものである。
この第 1 3の態様によれば、 移動機構により、 ダークノイズ計測部材 を測定光の光路に対して進出及び退避させることができる。 このため、 前述した従来の研磨状況モニタ装置と異なり、 ウェハ等の研磨対象物の 研磨位置への又は研磨位置からの搬送と並行して、 ダークノィズ計測部 材を測定光の光路に進出及び退避させて、 ダークノイズを計測すること ができる。 したがって、 前記第 1 3の態様によれば、 研磨のスループヅ 卜が向上する。
本発明の第 1 4の態様である研磨装置は、 研磨体と、 研磨対象物を保 持する保持部とを備え、 前記研磨体と前記研磨対象物との間に研磨剤を 介在させた状態で、 前記研磨体と前記研磨対象物との間に荷重を加え、 かつ相対移動させることにより、 前記研磨対象物を研磨する研磨装置に おいて、 前記第 4乃至第 1 3のいずれかの態様による研磨状況モニタ装 置を備えたものである。
この第 1 4の態様によれば、 第 4乃至第 1 3のいずれかの態様による 研磨状況モニタ装置を備えているので、 研磨状況をモニタするための測 定光が研磨対象物に与える影響を低減又はなくすことができるという利 点、 及び、 研磨のスループッ トを向上させることができるという利点の いずれか一方の利点又は両方の利点を得ることができる。
本発明の第 1 5の態様である半導体デバイス製造方法は、 前記第 1 4 の態様による研磨装置を用いて半導体ウェハの表面を平坦化する工程を 有するものである。
この第 1 5の態様によれば、 第 1 4の態様による研磨装置は、 前記第 4乃至第 1 3のいずれかの態様による研磨状況モニタ装置を備えている ので、 研磨状況のモニタのための測定光による C u膜の鲭などの問題が 生ずるおそれを低減又はなくすことによって、 歩留りを向上させること ができ、 それにより従来の半導体デバイス製造方法に比べて低コス トで 半導体デバイスを製造することができるという利点が得られる。 また、 前記第 1 5の態様によれば、 この利点に代えて又はこの利点に加えて、 研磨のスループッ トを向上させることができ、 それにより従来の半導体 デバイス製造方法に比べて低コス トで半導体デバイスを製造することが できるという利点が得られる。
本発明の第 1 6の態様である半導体デバイスは、 前記第 1 5の態様に よる半導体デバイス製造方法により製造されるものである。 この第 1 6 の態様によれば、 低コス トの半導体デバイスを提供することができる。 図面の簡単な説明
図 1は、 本発明の第 1の実施の形態である研磨装置を模式的に示す概 略構成図である。
図 2は、 ウェハに対する測定光の照射パターンの一例を示すタイムチ ャ一卜である。
図 3は、 ウェハに対する測定光の照射パターンの他の例を示すタイム チヤ一トである。
図 4は、 本発明の第 2の実施の形態である研磨装置を模式的に示す概 略構成図である。
図 5は、 本発明の第 3の実施の形態である研磨装置を模式的に示す概 略構成図である。
図 6は、 本発明の実施の形態である半導体デバイス製造プロセスを示 すフローチャートである。 発明を実施するための最良の形態
以下、 本発明による研磨状況モニタ方法及びその装置、 研磨装置、 半 導体デバイス製造方法、 並びに半導体デバイスについて、 図面を参照し て説明する。
[第 1の実施の形態]
図 1は、 本発明の第 1の実施の形態である研磨装置を模式的に示す概 略構成図である。
この研磨装置は、 研磨部材 1 と、 該研磨部材 1の下側に研磨対象物と しての例えば C uを有するプロセスウェハ 2を保持する研磨対象物保持 部 3 (以下、 ウェハホルダと称す） と、 ウェハ 2上に研磨剤 （スラリー） を供給する研磨剤供給部 （図示せず） とを備えている。
研磨部材 1は、 研磨定盤 5の下面に研磨体 （研磨パッ ド） 6を設置し たものであり、 図示しない機構によって、 図 1中の矢印で示すように、 回転、 上下動及び左右に揺動 （往復動） できるようになつている。 研磨 体 6 としては、 例えば、 シート状の発泡ポリウレタン、 あるいは表面に 溝構造を有した無発泡樹脂などを用いることができる。
ウェハ 2は、 ウェハホルダ 3上に保持され、 ウェハ 2の上面が研磨面 となっている。 ウェハホルダ 3は、 ァクチユエ一夕として電動モ一夕を 用いた図示しない機構に って、 図 1中の矢印で示すように、 回転でき るようになっている。
本実施の形態では、 研磨部材 1の径がウェハ 2の径より小さくされ、 装置全体のフッ トプリントが小さくなつている。もつとも、本発明では、 研磨部材 1の径はウェハ 2の径と同じかそれより大きくてもよい。 これ らの場合であっても、 研磨中の研磨部材 1の揺動により、 ウェハ 2の一 部を一時的に研磨部材 1から露出させることができる。 また、 ウェハ 2 の一部が一時的にも研磨部材 1から露出しない場合には、周知のように、 測定光をウェハ 2に照射するための窓を、 研磨部材 1に形成しておけば よい。
ここで、 この研磨装置によるウェハ 2の研磨について説明する。 研磨 部材 1は、 回転しながら揺動して、 ウェハホルダ 3上のウェハ 2の上面 に所定の圧力で押し付けられる。 ウェハホルダ 3を回転させてウェハ 2 も回転させ、 ウェハ 2と研磨部材 1 との間で相対運動を行わせる。 この 状態で、 研磨剤が研磨剤供給部からウェハ 2上に供給され、 研磨剤はゥ ェハ 2上で拡散し、 研磨部材 1 とウェハ 2の相対運動に伴って研磨体 6 とウェハ 2 との間に入り込み、ウェハ 2の研磨面を研磨する。すなわち、 研磨部材 1 とウェハ 2の相対運動による機械的研磨と、 研磨剤の化学的 作用が相乗的に作用して良好な研磨が行われる。 この研磨装置は、 研磨 のために必要な前述した動作を実現するため、 研磨部材 1の回転や揺動 等やウェハホルダ 3の回転を行わせる各部のモー夕を制御する研磨制御 部 9を有している。
また、 この研磨装置は、 図 1に示すように、 研磨状況モニタ装置を構 成する測定光学系 1 0、 パーソナルコンピュータ等からなる信号処理部 1 1、 モニタ結果を表示する C R T等の表示部 1 2、 及び、 測定光学系 1 0に設けられたシャツ夕機構 1 3を制御するシャッ夕機構制御部 1 4 も備えている。
測定光学系 1 0は、 ウェハ 2の研磨面 （上面） における研磨部材 1か ら露出した部分 （以下、 露出部分という） に測定光を照射し、 ウェハ 2 の研磨面にて反射された反射光を受光センサで受光し反射光に関する検 出信号を得る。 この検出信号が、 モニタ信号として、 信号処理部 1 1に 取り込まれる。 信号処理部 1 1は、 前記検出信号に基づいて、 研磨状況 をモニタする処理を行う。 本実施の形態では、 信号処理部 1 1は、 表示 部 1 2に研磨状況を表示させたり、 研磨終点の判定を行い、 研磨終点を 検知したときに研磨終点検出信号を研磨制御部 9及びシャツ夕機構制御 部 1 4にそれそれ供給する。 研磨制御部 9は、 この研磨終点検出信号に 応答して、 研磨動作を終了させる。
ここで、 測定光学系 1 0について、説明する。図 1において、 2 1は、 多波長成分を持つ白色光源で、 例えば、 白色 L E Dやキセノンランプや ハロゲンランプを使用することができる。 必要に応じて、 光源 2 1から の光を光ファイバで導く ようにしてもよい。 光源 2 1からの光は、 後述 するシャツ夕機構 1 3の遮光部材 1 3 aが光路から退避していれば、 レ ンズ 2 2により平行光束に変換され、 視野絞り 2 3を通った後、 ビーム スプリ ヅ夕 2 4に入射される。 この光は、 ビームスプリ ヅ夕 2 4におい て 9 0 ° 方向を変えられ、 リレーレンズ 2 5 , 2 6を通過した後に再び 平行光束とされ、 ウェハ 2の研磨面における露出部分に測定光として照 射される。
ウェハ 2からの反射光は、 再びリ レーレンズ 2 6 , 2 5を通して、 ビ 一ムスプリ ヅ夕 2 4に平行光束として入射され、 ビームスプリツ夕 2 4 を通過し、 レンズ 2 7で遮光板 2 8のピンホール （スリ ッ トでもよい。） 2 8 a上に集光される。 そして、 遮光板 2 8により散乱光、 回折光等の ノイズ成分が除去され、 ピンホール 2 8 aを通過した光 （正反射光 （ 0 次光）） は、 レンズ 2 9を介して分光器としての回折格子 （分光プリズム などの他の分光器でもよい。） 3 0に投射され、 分光される。分光された 光は、 受光センサとしてのリニアセンサ 3 1に入射し、 分光強度 （波長 ごとの強度、 すなわち、 スペク トル） が測定される。
本実施の形態では、 信号処理部 1 1は、 リニアセンサ 3 1から得られ た分光強度に基づいて、 ウェハ 2の研磨状況のモニタ結果を演算し、 そ の結果を表示部 1 2に表示させたり、 研磨終点の判定を行い、 研磨終点 を検知したときに研磨終点検出信号を研磨制御部 9及びシャッ夕機構制 御部 1 4にそれそれ供給する。 例えば、 分光強度 （分光反射率に相当） の波形の極大及び極小の位置 （波長） 等の特徴量から、 研磨している層 (最上層） の膜厚を演算し、 当該膜厚をモニタ結果として表示部 1 2に 表示させ、 当該膜厚が所期の膜厚に達したか否かによって研磨終点を検 出する。 また、 例えば、 ウェハ 2の初期厚さと、 研磨している層 （最上 層） の膜厚とから、 研磨量を求め、 これをモニタ結果として表示部 1 2 に表示させる。 もっとも、 分光強度からモニタ結果を求める演算手法や 研磨終点を検知する手法は、 前述した例に限定されるものではなく、 例 えば、 特開平 1 0— 3 3 5 2 8 8号公報ゃ特開平 1 1— 3 3 9 0 1号公 報などに開示されている他の手法を採用してもよい。
なお、 本実施の形態では、 前述したように、 測定光学系 1 0は分光反 射測定を行い、 信号処理部 1 1は分光反射強度に基づいて研磨状況をモ 二夕しているが、本発明では、 これに限定されるものではなく、例えば、 測定光学系 1 0が分光によらない反射光測定 （所定波長の光の反射率の 測定） を行い、 測定光学系 1 0が測定された反射率に基づいて研磨終点 を検知するように構成してもよい。 この点は、 後述する各実施の形態に ついても同様である。
そして、 本実施の形態では、 前述したように、 測定光学系 1 0には、 機械式のシャツ夕機構 1 3が設けられている。 本実施の形態では、 シャ ヅ夕機構 1 3は、 遮光部材 1 3 aと、 光源 2 1 とレンズ 2 2 との間の光 路（光源 2 1 とウェハ 2 との間の光路であれば、いずれの箇所でもよい。） に対して遮光部材 1 3 aを進出及び退避させる移動機構としての、 ステ ッビングモータなどのモー夕 1 3 bとから構成されている。 図面には示 していないが、 光源 2 1は、 電源が投入されると、 継続して一定の光量 で点灯するように駆動されるようになっている。 なお、 遮光部材 1 3 a に変えて、 減光フィル夕を用いることも可能である。
シャツ夕機構制御部 1 4は、 研磨制御部 9から発せられ信号処理部 1 1を介してシャッ夕機構制御部 1 4に供給されるモニタ開始指令に応答 して、 遮光部材 1 3 aが光路から退避するようにモ一夕 1 3 bを制御す る。 なお、 モニタ開始指令は、 例えば、 ウェハ 2の研磨開始時に発せら れるようにしてもよいし、 ウェハ 2の研磨開始時から所定時間経過した 後に発せられるようにしもよい。 また、 シャツ夕機構制御部 1 4は、 信 号処理部 1 1からの研磨終点検出信号に応答して、 遮光部材 1 3 aが光 路に進出するようにモー夕 1 3 bを制御する。 この制御により、 図 2に 示すように、 モニタ開始指令を受けた時点 t 1から研磨終点検出信号を 受けた時点 t 2までの期間中だけ、 測定光がウェハ 2に照射される。 以上の説明からわかるように、 本実施の形態では、 シャツ夕機構 1 3 及びシャツ夕機構制御部 1 4が、 研磨終点検出信号に応答して測定光を ウェハ 2に対して遮断 （遮光部材 1 3 aに代えて減光フィル夕を用いた 場合には、 減光） させる第 1の測定光制御部を構成している。
本実施の形態によれば、 ウェハ 2の研磨終点が検出された後には、 研 磨状況のモニタのための測定光がウェハ 2に対して遮断又は減光される ので、 研磨状況をモニタするための測定光がウェハ 2に与える影響を低 減するか又はなくすことができる。
ところで、 本実施の形態では、 図 2に示すように、 研磨状況のモニタ 中 （すなわち、 モニタ開始指令を受けた時点 t 1から研磨終点検出信号 を受けた時点 t 2までの期間中） においては、 一定の光量で継続して測 定光がウェハ 2に照射される。
これに対し、 本発明では、 図 3に示すように、 研磨状況のモニタ中に おいて、 測定光をウェハ 2に対して照射させる第 1の期間 T 1 と、 測定 光をウェハ 2に対して遮断 （又は減光） させる第 2の期間 T 2 とを、 繰 り返すようにしてもよい。 この場合、 シャツ夕機構制御部 1 4は、 モニ 夕開始指令に応答して、 モー夕 1 3 bを継続して回転させ続ける （この とき、 遮光部材 1 3 aにより測定光がチヨヅビングされることになる。） とともに、 研磨終点検出信号に応答して、 遮光部材 1 3 aが光路に進出 した位置で停止するようモータ 1 3 aを停止させればよい。 このとき、 図面には示していないが、 例えば、 モー夕 1 3 aの回転位置を検出する エンコーダ等の位置検出器を設けておき、 信号処理部 1 1は、 前記位置 検出器からの信号に同期して、 遮光部材 1 3 aにより遮光されていない 期間 T 1内にリニアセンサ 3 1へ入射した光の検出が行われるようにす るとともに、 遮光部材 1 3 aにより遮光されている期間 T 2内に光検出 信号のデータ取り込みとそれに基づく膜厚算出及び終点判定などの演算 を行うようにすればよい。
この場合は、 シャヅ夕機構 1 3及びシャッ夕機構制御部 1 4は、 研磨 状況のモニタ中に、 測定光をウェハ 2に対して照射させる第 1の期間 T 1 と、 測定光をウェハ 2に対して遮断 （又は減光） させる第 2の期間 T 2 とを、 繰り返させる第 2の測定光制御部としても、 機能することにな る。
図 3に示すようなウェハ 2に対する測定光の照射パターンを実現する 場合には、 ウェハ 2の研磨の終了前であっても測定光がウェハ 2に照射 されると、 測定光がウェハ 2に悪影響を与える場合であっても、 ウェハ 2の研磨状況のモニタ中にウェハ 2に照射される全体の光量が低減され るので、 測定光がウェハ 2に与える影響を一層低減することができる。 なお、 本発明では、 図 3に示すように期間 T 1 , T 2を繰り返す場合 には、 必ずしも、 研磨終点検出信号に応答して測定光をウェハ 2に対し て遮断又は減光させなくてもよい。
また、 本発明では、 図 1において、 機械式のシャッ夕機構 1 3に代え て、例えば、液晶シャッ夕などの電気光学式のシャッ夕を用いてもよい。
[第 2の実施の形態]
図 4は、 本発明の第 2の実施の形態である研磨装置を模式的に示す概 略構成図である。 図 4において、 図 1中の要素と同一又は対応する要素 には同一符号を付し、 その重複する説明は省略する。
本実施の形態が前記第 1の実施の形態と異なる所は、 シャツ夕機構 1 3及びシャヅ夕機構制御部 1 4に代えて、 光源制御部 3 4が用いられて いる点のみである。 光源 2 1 としては、 これに対する電気的な制御によ りオン 'オフしても寿命や応答性などの点で問題の生じない光源、 例え ば、 白色 L E Dが用いられている。 光源制御部 3 4は、 前記第 1の実施 の形態と同様の図 2に示すようなウェハ 2に対する測定光の照射パ夕一 ンを実現するように、 光源 2 1の発光状態を電気的に制御する。 あるい は、 光源制御部 3 4は、 前述した図 3に示すようなウェハ 2に対する測 定光の照射パターンを実現するように、 光源 2 1の発光状態を電気的に 制御してもよい。 なお、 図 2及ぴ図 3の O F Fの期間においては、 光源 2 1の発光を完全に停止させるのではなく、発光量を低減させた状態（減 光状態） にしてもよい。
本実施の形態によっても、 前記第 1の実施の形態と同様の利点が得ら れる。
[第 3の実施の形態]
図 5は、 本発明の第 3の実施の形態である研磨装置を模式的に示す概 略構成図である。 図 5において、 図 1中の要素と同一又は対応する要素 には同一符号を付し、 その重複する説明は省略する。
本実施の形態が前記第 1の実施の形態と異なる所は、 以下に説明する 点である。 すなわち、 本実施の形態では、 図 1中のシャヅ夕機構 1 3及 びシャツ夕機構制御部 1 4が取り除かれている。 一方、 本実施の形態で は、 基準信号を取得するための所定の反射特性を持つレファレンスミラ —4 2 と、 すべての光学素子等の位置で測定光の最もウェハ 2側の光路 に対してレファレンスミラ一 4 2を進出及び退避させる移動機構として のモ一夕 4 3と、 ダ一クノイズを計測するためのほぼ完全な光吸収性を 持つダークノイズ計測部材 4 4と、 すべての光学素子等の位置で測定光 の最もウェハ 2側の光路に対してダークノィズ計測部材 4 4を進出及び 退避させる移動機構としてのモ一夕 4 5 と、 モー夕 4 3， 4 5を制御す る制御部 4 1と、 が追加されている。 本実施の形態では、 制御部 4 1は、 研磨制御部 9から信号処理部 1 1 を介して基準信号取得開始指令 （通常は、 ウェハ 2の研磨中以外の適当 な夕イ ミングで発せられる。） を受け、 この指令に応答して、 レフアレン スミラー 4 2が光路に進出するようにモー夕 4 3を制御する。 レファレ ンスミラ一 4 2が光路に進出しているときに、 信号処理部 1 1は、 リニ ァセンサ 3 1からの信号を基準信号として取り込む。 この基準信号は、 研磨状況のモニタ中にウェハ 2に測定光を照射することによって得られ るリニアセンサ 3 1からの測定信号を比較する基準として用いられ、 そ の比較に基づいて、 前述した膜厚等の演算が行われる。 そして、 制御部 4 1は、 基準信号の取得が終了した時に信号処理部 1 1から発せられる 基準信号取得終了指令に応答して、 レファレンスミラー 4 2が光路から 退避するようにモー夕 4 3を制御する。
また、 本実施の形態では、 制御部 4 1は、 研磨制御部 9から信号処理 部 1 1を介してダークノイズ計測開始指令 （通常は、 ウェハ 2の研磨中 以外の適当なタイ ミングで発せられる。） を受け、 この指令に応答して、 ダークノィズ計測部材 4 4が光路に進出するようにモータ 4 5を制御す る。 ダークノイズ計測部材 4 4が光路に進出しているときに、 信号処理 部 1 1は、 リニアセンサ 3 1からの信号をダークノィズ計測信号として 取り込む。 この計測信号は、 研磨状況のモニタ中にウェハ 2に測定光を 照射することによって得られる リニアセンサ 3 1からの測定信号からダ ークノイズ分を差し引くために用いられ、 その差し引いた信号に基づい て、 前述した膜厚等の演算が行われる。 そして、 制御部 4 1は、 ダーク ノィズの計測が終了した時に信号処理部 1 1から発せられるダークノィ ズ計測終了指令に応答して、 ダークノィズ計測部材 4 4が光路から退避 するようにモー夕 4 5を制御する。
本実施の形態によれば、 モータ 4 3， 4 5により レファレンスミラー 4 2及びダークノイズ計測部材 4 4をそれそれ測定光の光路に対して進 出及び退避させて、 基準信号の取得及びダークノィズの計測を行うこと ができる。 したがって、 本実施の形態によれば、 ウェハ 2の研磨位置へ の又は研磨位置からの搬送と並行して、 基準信号の取得及びダークノィ ズの計測を行うことができるので、 研磨のスループッ トが向上する。 ま た、 本実施の形態によれば、 研磨のスループッ トを向上させつつ、 頻繁 に、 基準信号の取得やダークノイズの計測を行うことができるので、 最 新の基準信号やダークノィズに基づいてウェハ 2の研磨状況をモニタす ることができ、 ひいては、 研磨状況のモニタの精度が向上する。
ところで、 本実施の形態では、 必ずしも、 前述した図 2や図 3に示す ようなウェハ 2に対する測定光の照射パターンを実現する必要はなく、 研磨状況のモニタ中及び研磨終了後にも、 常時一定の光量で照射光を照 射してもよい。
しかしながら、 本実施の形態においても、 測定光が研磨対象物に影響 を与える場合には前述した図 2や図 3に示すようなウェハ 2に対する測 定光の照射パターンを実現することが好ましいことは、言うまでもない。 この場合、 レファレンスミラ一 4 2やダークノィズ計測部材 4 4は、 測 定光をウェハ 2に対して遮断する遮光部材として作用することから、 モ —夕 4 3及びレファレンスミラ一 4 2、 又は、 モー夕 4 5及びダークノ ィズ計測部材 4 4を、 図 1中の機械式のシャツ夕機構 1 3に相当するシ ャッ夕機構として兼用することができる。 この場合には、 制御部 4 1が 図 1中のシャツ夕機構制御部 1 4と同様の制御も行うように、 制御部 4 1を構成すればよい。 本実施の形態において、 モータ 4 3， 4 5、 ミラ 一 4 2及び部材 4 4とは別に、 図 1中の機械式のシャッ夕機構 1 3を設 けてもよいが、 前述したように兼用すれば、 構成が簡単となり、 コス ト ダウンを図ることができる。 [第 4の実施の形態]
図 6は、 半導体デバイス製造プロセスを示すフローチヤ一トである。 半導体デバイス製造プロセスをス夕一トして、まずステップ S 2 0 0で、 次に挙げるステツプ S 2 0 ；!〜 S 2 0 4の中から適切な処理工程を選択 する。 選択に従って、 ステップ S 2 0 1〜S 2 0 4のいずれかに進む。 ステップ S 2 0 1はシリコンウェハの表面を酸化させる酸化工程であ る。 ステツプ S 2 0 2は C V D等によりシリコンウェハ表面に絶縁膜を 形成する C V D工程である。 ステップ S 2 0 3はシリコンウェハ上に電 極膜を蒸着等の工程で形成する電極形成工程である。 ステツプ S 2 0 4 はシリコンウェハにイオンを打ち込むィオン打ち込み工程である。
C V D工程もしくは電極形成工程の後で、 ステップ S 2 0 9に進み、 C M P工程を行うかどうかを判断する。 行わない場合はステヅプ S 2 0 6に進むが、 行う場合はステツプ S 2 0 5に進む。 ステップ S 2 0 5は C M P工程であり、 この工程では、 本発明に係る研磨装置を用いて、 層 間絶縁膜の平坦化や、 半導体デバイスの表面の金属膜 （ C ii膜等） の研 磨によるダマシン （damascene) の形成等が行われる。
C M P工程または酸化工程の後でステップ S 2 0 6に進む。 ステップ S 2 0 6はフォ ト リソ工程である。 フォ ト リソ工程では、 シリコンゥェ ハへのレジス トの塗布、 露光装置を用いた露光によるシリコンウェハへ の回路パターンの焼き付け、露光したシリコンウェハの現像が行われる。 さらに次のステップ S 2 0 7は、 現像したレジス ト像以外の部分をエツ チングにより削り、 その後レジス ト剥離を行い、 エッチングが済んで不 要となったレジス トを取り除くェツチング工程である。
次にステップ S 2 0 8で必要な全工程が完了したかを判断し、 完了し ていなければステップ S 2 0 0に戻り、 先のステヅプを繰り返して、 シ リコンウェハ上に回路パターンが形成される。 ステップ S 2 0 8で全ェ 程が完了したと判断されればェン ドとなる。
本発明に係る半導体デバイス製造方法では、 C M P工程において本発 明に係る研磨装置を用いているため、 研磨状況のモニタのための測定光 による C u膜の鲭などの問題が生ずるおそれを低減又はなくすことによ つて、 歩留りを向上させることができ、 それにより従来の半導体デバイ ス製造方法に比べて低コス トで半導体デバイスを製造することができる という利点が得られる。 また、 本発明に係る半導体デバイス製造方法で は、 この利点に代えて又はこの利点に加えて、 研磨のスループッ トを向 上させることができ、 それにより従来の半導体デバイス製造方法に比べ て低コス トで半導体デバイスを製造することができるという利点が得ら れる。 これにより、 従来の半導体デバイス製造方法に比べて低コス トで 半導体デバィスを製造することができるという効果がある。
なお、 上記の半導体デバイス製造プロセス以外の半導体デバイス製造 プロセスの C M P工程に本発明に係る研磨装置を用いても良い。
本発明に係る半導体デバイスは、 本発明に係る半導体デバイス製造方 法により製造される。 これにより、 従来の半導体デバイス製造方法に比 ベて低コス トで半導体デバイスを製造することができ、 半導体デバイス の製造原価を低下することができるという効果がある。
以上、 本発明の各実施の形態について説明したが、 本発明はこれらの 実施の形態に限定されるものではない。 産業上の利用可能性
以上説明したように、本発明は、例えば半導体デバイスを製造したり、 その製造プロセス中においてウェハを研磨することに利用することがで きる。

Claims

請 求 の 範 囲
1 . 測定光を研磨対象物に照射し、 前記測定光の照射により前記研磨 対象物から得られる光に基づいて、 前記研磨対象物の研磨状況をその研 磨中にモニタする研磨状況モニタ方法において、 前記研磨対象物の研磨 終点が検出された後は、 前記測定光を前記研磨対象物に対して遮断又は 減光させることを特徴とする研磨状況モニタ方法。
2 . 前記研磨状況のモニタ中に、 前記測定光を前記研磨対象物に対し て照射させる第 1の期間と、 前記測定光を前記研磨対象物に対して遮断 又は減光させる第 2の期間とを、 繰り返すことを特徴とする請求の範囲 第 1項に記載の研磨状況モニタ方法。
3 . 測定光を研磨対象物に照射し、 前記測定光の照射により前記研磨 対象物から得られる光に基づいて、 前記研磨対象物の研磨状況をその研 磨中にモニタする研磨状況モニタ方法において、 前記研磨状況のモニタ 中に、 前記測定光を前記研磨対象物に対して照射させる第 1の期間と、 前記測定光を前記研磨対象物に対して遮断又は減光させる第 2の期間と を、 繰り返すことを特徴とする研磨状況モニタ方法。
4 . 測定光を研磨対象物に照射し、 前記測定光の照射により前記研磨 対象物から得られる光に基づいて、 研磨状況をモニタする研磨状況モニ 夕装置において、 研磨終点検出信号に応答して、 前記測定光を前記研磨 対象物に対して遮断又は減光させる第 1の測定光制御部を備えたことを 特徴とする研磨状況モニタ装置。
5 . 前記第 1の測定光制御部は、 前記光源の発光状態を電気的に制御 する制御部を含むことを特徴とする請求の範囲第 4項に記載の研磨状況 モニタ装置。
6 . 前記第 1の測定光制御部は、 機械式のシャツタ機構を含むことを 特徴とする請求の範囲第 4項に記載の研磨状況モニタ装置。
7 . 前記シャツ夕機構が、 基準信号を得るためのレファレンスミラ一 を遮光部材として含むことを特徴とする請求の範囲第 6項に記載の研磨 状況モニタ装置。
8 . 前記シャツ夕機構が、 ダークノイズを計測するためのダークノィ ズ計測部材を遮光部材として含むことを特徴とする請求の範囲第 6項に 記載の研磨状況モニタ装置。
9 . 前記研磨状況のモニタ中に、 前記測定光を前記研磨対象物に対し て照射させる第 1の期間と、 前記測定光を前記研磨対象物に対して遮断 又は減光させる第 2の期間とを、 繰り返させる第 2の測定光制御部を備 えたことを特徴とする請求の範囲第 4項から第 8項のいずれかに記載の 研磨状況モニタ装置。
1 0 . 前記第 1の測定光制御部の少なくとも一部と前記第 2の測定光 制御部の少なくとも一部とが兼用されたことを特徴とする請求の範囲第 9項に記載の研磨状況モニタ装置。
1 1 . 測定光を研磨対象物に照射し、 前記測定光の照射により前記研 磨対象物から得られる光に基づいて、 研磨状況をモニタする研磨状況モ 二夕装置において、 前記研磨状況のモニタ中に、 前記測定光を前記研磨 対象物に対して照射させる第 1の期間と、 前記測定光を前記研磨対象物 に対して遮断又は減光させる第 2の期間とを、 繰り返させる測定光制御 部を備えたことを特徴とする研磨状況モニタ装置。
1 2 . 測定光を研磨対象物に照射し、 前記測定光の照射により前記研 磨対象物から得られる光に基づいて、 研磨状況をモニタする研磨状況モ 二夕装置において、 基準信号を得るためのレファレンスミラ一と、 前記 レファレンスミラーを前記測定光の光路に対して進出及び退避させる移 動機構とを備えたことを特徴とする研磨状況モニタ装置。
1 3 . 測定光を研磨対象物に照射し、 前記測定光の照射により前記研 磨対象物から得られる光に基づいて、 研磨状況をモニタする研磨状況モ 二夕装置において、 ダークノィズを計測するためのダークノィズ計測部 材と、 前記ダークノィズ計測部材を前記測定光の光路に対して進出及び 退避させる移動機構とを備えたことを特徴とする研磨状況モニタ装置。
1 4 . 研磨体と、 研磨対象物を保持する保持部とを備え、 前記研磨体 と前記研磨対象物との間に研磨剤を介在させた状態で、 前記研磨体と前 記研磨対象物との間に荷重を加え、 かつ相対移動させることにより、 前 記研磨対象物を研磨する研磨装置において、 請求の範囲第 4項から第 1 3項のいずれかに記載の研磨状況モニタ装置を備えたことを特徴とする 研磨装置。
1 5 . 請求の範囲第 1 4項に記載の研磨装置を用いて半導体ウェハの 表面を平坦化する工程を有することを特徴とする半導体デバイス製造方 法。
1 6 . 請求の範囲第 1 5記載の半導体デバイス製造方法により製造さ れることを特徴とする半導体デバイス。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004043647A1 (en) * 2002-11-08 2004-05-27 Freescale Semiconductor, Inc. Apparatus for and method of wafer grinding

Families Citing this family (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7078344B2 (en) * 2003-03-14 2006-07-18 Lam Research Corporation Stress free etch processing in combination with a dynamic liquid meniscus
US7527545B2 (en) * 2006-08-28 2009-05-05 Micron Technology, Inc. Methods and tools for controlling the removal of material from microfeature workpieces
CN102490112B (zh) * 2006-10-06 2015-03-25 株式会社荏原制作所 加工终点检测方法、研磨方法及研磨装置
JP5037974B2 (ja) * 2007-03-14 2012-10-03 株式会社岡本工作機械製作所 研磨加工ステージにおける半導体基板の監視機器および監視方法
JP2009129970A (ja) * 2007-11-20 2009-06-11 Ebara Corp 研磨装置及び研磨方法
KR101715726B1 (ko) 2008-11-26 2017-03-13 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드 피드 백 및 피드 포워드 프로세스 제어를 위한 광학적 측정 이용
CN102136441B (zh) * 2010-01-26 2012-09-26 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 化学机械研磨终点的检测方法
CN105737773B (zh) * 2010-11-12 2019-04-19 Ev 集团 E·索尔纳有限责任公司 用于测量晶片堆叠的层厚度和晶格缺陷的测量装置和方法
JP5818904B2 (ja) 2010-11-12 2015-11-18 エーファウ・グループ・エー・タルナー・ゲーエムベーハー ウェーハスタック内の層厚さ及び欠陥を測定する測定デバイス及び方法
US8535115B2 (en) 2011-01-28 2013-09-17 Applied Materials, Inc. Gathering spectra from multiple optical heads
US9393669B2 (en) * 2011-10-21 2016-07-19 Strasbaugh Systems and methods of processing substrates
US9457446B2 (en) 2012-10-01 2016-10-04 Strasbaugh Methods and systems for use in grind shape control adaptation
US9610669B2 (en) 2012-10-01 2017-04-04 Strasbaugh Methods and systems for use in grind spindle alignment
CN110221124B (zh) * 2016-12-23 2021-02-26 浙江大学台州研究院 基于扫频数据机制的石英晶片在线研磨的测控方法
CN107180751A (zh) * 2017-04-14 2017-09-19 天津华海清科机电科技有限公司 处理晶圆表面的控制方法
CN111390698B (zh) * 2020-06-03 2020-09-01 宁波丞达精机有限公司 一种光学镜片磨边装置及磨边方法
CN114029790B (zh) * 2021-11-25 2023-04-07 北京晶亦精微科技股份有限公司 一种晶圆研磨方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6142855A (en) * 1997-10-31 2000-11-07 Canon Kabushiki Kaisha Polishing apparatus and polishing method

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5433651A (en) * 1993-12-22 1995-07-18 International Business Machines Corporation In-situ endpoint detection and process monitoring method and apparatus for chemical-mechanical polishing
JPH10229060A (ja) * 1997-02-13 1998-08-25 Nikon Corp 研磨量測定装置
US6111634A (en) 1997-05-28 2000-08-29 Lam Research Corporation Method and apparatus for in-situ monitoring of thickness using a multi-wavelength spectrometer during chemical-mechanical polishing
JPH10335288A (ja) 1997-06-05 1998-12-18 Sony Corp 基板研磨装置及び研磨終点検出方法
JP3327175B2 (ja) 1997-07-18 2002-09-24 株式会社ニコン 検知部及びこの検知部を具えたウェハ研磨装置
US6489624B1 (en) * 1997-07-18 2002-12-03 Nikon Corporation Apparatus and methods for detecting thickness of a patterned layer
JPH11198033A (ja) 1997-10-31 1999-07-27 Canon Inc 研磨装置及び研磨方法
JPH11251317A (ja) * 1998-03-04 1999-09-17 Hitachi Ltd 半導体装置の製造方法および製造装置
US6271047B1 (en) * 1998-05-21 2001-08-07 Nikon Corporation Layer-thickness detection methods and apparatus for wafers and the like, and polishing apparatus comprising same
US6361646B1 (en) * 1998-06-08 2002-03-26 Speedfam-Ipec Corporation Method and apparatus for endpoint detection for chemical mechanical polishing
JP3141939B2 (ja) * 1998-11-26 2001-03-07 日本電気株式会社 金属配線形成方法
JP2000183002A (ja) * 1998-12-10 2000-06-30 Okamoto Machine Tool Works Ltd ウエハの研磨終点検出方法および研磨終点検出装置
JP2000183000A (ja) * 1998-12-14 2000-06-30 Fujitsu Ltd 半導体装置の製造方法、製造装置及び検査装置
JP2000315666A (ja) * 1999-04-28 2000-11-14 Hitachi Ltd 半導体集積回路装置の製造方法
JP2000317826A (ja) * 1999-05-07 2000-11-21 Okamoto Machine Tool Works Ltd 基板の研磨終点検出方法および研磨終点検出装置
US6540587B1 (en) * 2000-10-13 2003-04-01 Lam Research Corporation Infrared end-point detection system

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6142855A (en) * 1997-10-31 2000-11-07 Canon Kabushiki Kaisha Polishing apparatus and polishing method

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP1341223A4 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004043647A1 (en) * 2002-11-08 2004-05-27 Freescale Semiconductor, Inc. Apparatus for and method of wafer grinding
US6752694B2 (en) 2002-11-08 2004-06-22 Motorola, Inc. Apparatus for and method of wafer grinding

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