JPH10229060A - 研磨量測定装置 - Google Patents
研磨量測定装置Info
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- JPH10229060A JPH10229060A JP9029342A JP2934297A JPH10229060A JP H10229060 A JPH10229060 A JP H10229060A JP 9029342 A JP9029342 A JP 9029342A JP 2934297 A JP2934297 A JP 2934297A JP H10229060 A JPH10229060 A JP H10229060A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】従来のトルク変動や振動、静電容量を用いる方
法は、本来不要なストップ層の形成や配線が必要になる
という問題が有り、また、精度が十分でないという問題
や、研磨面内での研磨速度にむらがある場合に部分的に
研磨が不十分にもかかわらず研磨の終点と判定してしま
うという問題があった。 【解決手段】本発明の研磨量測定装置は、研磨量測定装
置は、定盤３上に配置した研磨布４上に被研磨物１を接
触させ、かつ相対運動させることによって、被研磨物１
を研磨する装置に用いられる研磨量測定装置であって、
被研磨物１の研磨布４と接触する研磨面へ照明光を供給
し、所定のスポット径を有する光スポットを形成する照
明光学系と、対物レンズを含む観察光学系と、観察光学
系に関して研磨面とほぼ共役な面に配置され光スポット
が形成された領域の研磨面の変化を検出する２次元セン
サ１７と、２次元センサ１７から出力される研磨面の変
化に応じた信号の変化から研磨面が平坦になったことを
検出する平坦検出手段２４と、を有する。
法は、本来不要なストップ層の形成や配線が必要になる
という問題が有り、また、精度が十分でないという問題
や、研磨面内での研磨速度にむらがある場合に部分的に
研磨が不十分にもかかわらず研磨の終点と判定してしま
うという問題があった。 【解決手段】本発明の研磨量測定装置は、研磨量測定装
置は、定盤３上に配置した研磨布４上に被研磨物１を接
触させ、かつ相対運動させることによって、被研磨物１
を研磨する装置に用いられる研磨量測定装置であって、
被研磨物１の研磨布４と接触する研磨面へ照明光を供給
し、所定のスポット径を有する光スポットを形成する照
明光学系と、対物レンズを含む観察光学系と、観察光学
系に関して研磨面とほぼ共役な面に配置され光スポット
が形成された領域の研磨面の変化を検出する２次元セン
サ１７と、２次元センサ１７から出力される研磨面の変
化に応じた信号の変化から研磨面が平坦になったことを
検出する平坦検出手段２４と、を有する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体プロセスで
使用されるCMP(Chemical Mechanical Polishing)装置の
終点検出方法または装置に関するものである。
使用されるCMP(Chemical Mechanical Polishing)装置の
終点検出方法または装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】主にシリコンウエハ上の絶縁膜層および
金属配線層の平坦化に使用されるＣＭＰ（Chemical Mec
hanical Polishing：化学的機械研磨）装置では、平坦
化の方法に関係なく平坦化つまり、研磨をいつ終了させ
るかが重要となる。何故ならば、研磨が早く終了してし
まうと所望の平坦さが得られないという問題があり、ま
た、研磨をしすぎると研磨したくない領域を研磨してし
まうという問題があるからである。
金属配線層の平坦化に使用されるＣＭＰ（Chemical Mec
hanical Polishing：化学的機械研磨）装置では、平坦
化の方法に関係なく平坦化つまり、研磨をいつ終了させ
るかが重要となる。何故ならば、研磨が早く終了してし
まうと所望の平坦さが得られないという問題があり、ま
た、研磨をしすぎると研磨したくない領域を研磨してし
まうという問題があるからである。
【０００３】一般的には、モニタウエハを使用し、オフ
ラインでモニタウエハの研磨量と研磨時間の関係を求め
ることによって、所望の研磨状態が得られる研磨時間を
決定し、この研磨時間によって研磨終点を管理してい
る。最近では、スループットの向上とコスト低減のため
にインラインでＣＭＰプロセスの終点検出を行う方法が
種々提案されてきた。
ラインでモニタウエハの研磨量と研磨時間の関係を求め
ることによって、所望の研磨状態が得られる研磨時間を
決定し、この研磨時間によって研磨終点を管理してい
る。最近では、スループットの向上とコスト低減のため
にインラインでＣＭＰプロセスの終点検出を行う方法が
種々提案されてきた。
【０００４】その方法としては、下地層の露出を用いる
方法、研磨した膜厚（研磨量）或いは研磨して残った膜
厚を測定する方法等である。具体的には、研磨面の平
坦化あるいは、研磨に伴い下地層が露出することによっ
てウエハキャリアを回転させるモーターのトルクが変動
することから、これをモニタして研磨終点を検出する方
法、の方法と同様に下地層の露出に伴いウエハキャ
リアの振動の周波数成分が変動することから、これをモ
ニタして研磨終点を検出する方法、研磨に伴い、定盤
とウエハの間の静電容量が変化することから、これをモ
ニタして研磨終点を検出する方法、研磨面側から研磨
面に光を照射して、研磨面での光の散乱状態をモニタし
て研磨終点を検出する方法等がある。
方法、研磨した膜厚（研磨量）或いは研磨して残った膜
厚を測定する方法等である。具体的には、研磨面の平
坦化あるいは、研磨に伴い下地層が露出することによっ
てウエハキャリアを回転させるモーターのトルクが変動
することから、これをモニタして研磨終点を検出する方
法、の方法と同様に下地層の露出に伴いウエハキャ
リアの振動の周波数成分が変動することから、これをモ
ニタして研磨終点を検出する方法、研磨に伴い、定盤
とウエハの間の静電容量が変化することから、これをモ
ニタして研磨終点を検出する方法、研磨面側から研磨
面に光を照射して、研磨面での光の散乱状態をモニタし
て研磨終点を検出する方法等がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
トルク変動や振動、静電容量を用いる方法は、本来不要
なストップ層の形成や配線が必要になるという問題が有
り、また、精度が十分でないという問題や、研磨面内で
の研磨速度にむらがある場合に部分的に研磨が不十分に
もかかわらず研磨の終点と判定してしまうという問題が
あった。
トルク変動や振動、静電容量を用いる方法は、本来不要
なストップ層の形成や配線が必要になるという問題が有
り、また、精度が十分でないという問題や、研磨面内で
の研磨速度にむらがある場合に部分的に研磨が不十分に
もかかわらず研磨の終点と判定してしまうという問題が
あった。
【０００６】本発明は研磨対象の材質に影響せず精度の
高い終点検出を行うことの可能な研磨量測定装置を提供
することを目的とする。
高い終点検出を行うことの可能な研磨量測定装置を提供
することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記の問題を解決するた
めに本発明の研磨量測定装置は、定盤上に配置した研磨
布上に被研磨物を接触させ、かつ相対運動させることに
よって、被研磨物を研磨する装置に用いられる研磨量測
定装置であって、被研磨物の研磨布と接触する研磨面へ
照明光を供給し、所定のスポット径を有する光スポット
を形成する照明光学系と、対物レンズを含む観察光学系
と、観察光学系に関して研磨面とほぼ共役な面に配置さ
れ光スポットが形成された領域の研磨面の変化を検出す
る２次元センサと、２次元センサから出力される研磨面
の変化に応じた信号の変化から研磨面が平坦になったこ
とを検出する平坦検出手段と、を有する。
めに本発明の研磨量測定装置は、定盤上に配置した研磨
布上に被研磨物を接触させ、かつ相対運動させることに
よって、被研磨物を研磨する装置に用いられる研磨量測
定装置であって、被研磨物の研磨布と接触する研磨面へ
照明光を供給し、所定のスポット径を有する光スポット
を形成する照明光学系と、対物レンズを含む観察光学系
と、観察光学系に関して研磨面とほぼ共役な面に配置さ
れ光スポットが形成された領域の研磨面の変化を検出す
る２次元センサと、２次元センサから出力される研磨面
の変化に応じた信号の変化から研磨面が平坦になったこ
とを検出する平坦検出手段と、を有する。
【０００８】
【発明の実施の形態】図１は本発明の第１の実施形態に
よる研磨量測定装置をＣＭＰ装置に組み込んだ概略構成
図であり、図２は図１に示される研磨料測定装置の概略
構成図である。これらの図で同一の構成要素は、同じ符
号で示してある。シリコンウエハ１は、バッキングパッ
ド２を介し、ウエハキャリア５によって保持され、定盤
３の上に固定された研磨布４に押しつけられている。ウ
エハキャリア５は、軸６を中心に自転し、更に定盤３も
軸７を中心に自転する。尚、本実施の形態ではウエハ１
はいわゆる真空チャックによってバッキングパッド２を
介してウエハキャリア５の下面に保持されている。
よる研磨量測定装置をＣＭＰ装置に組み込んだ概略構成
図であり、図２は図１に示される研磨料測定装置の概略
構成図である。これらの図で同一の構成要素は、同じ符
号で示してある。シリコンウエハ１は、バッキングパッ
ド２を介し、ウエハキャリア５によって保持され、定盤
３の上に固定された研磨布４に押しつけられている。ウ
エハキャリア５は、軸６を中心に自転し、更に定盤３も
軸７を中心に自転する。尚、本実施の形態ではウエハ１
はいわゆる真空チャックによってバッキングパッド２を
介してウエハキャリア５の下面に保持されている。
【０００９】ウエハキャリア５およびバッキングパッド
２の一部に貫通孔を設け、そこに研磨量測定装置８が設
けられている。図１のＣＭＰ装置では３つの研磨量測定
装置８が設けられている。図２に示すように、研磨量測
定装置８は照明用光源９、第１の集光レンズ１０、視野
絞り１１、コンデンサレンズ１２、ハーフミラー１３、
対物レンズ１４、第２の集光レンズ１５、光路分割用ハ
ーフプリズム１６、イメージセンサ（２次元センサ）１
７、コントラストを検出し合焦信号を出力する焦点検出
回路１８、焦点検出回路１８の出力を元に駆動される対
物レンズ用アクチュエータ１９から構成されている。ア
クチュエータ１９としては例えばピエゾ素子等の圧電素
子を用いることができる。
２の一部に貫通孔を設け、そこに研磨量測定装置８が設
けられている。図１のＣＭＰ装置では３つの研磨量測定
装置８が設けられている。図２に示すように、研磨量測
定装置８は照明用光源９、第１の集光レンズ１０、視野
絞り１１、コンデンサレンズ１２、ハーフミラー１３、
対物レンズ１４、第２の集光レンズ１５、光路分割用ハ
ーフプリズム１６、イメージセンサ（２次元センサ）１
７、コントラストを検出し合焦信号を出力する焦点検出
回路１８、焦点検出回路１８の出力を元に駆動される対
物レンズ用アクチュエータ１９から構成されている。ア
クチュエータ１９としては例えばピエゾ素子等の圧電素
子を用いることができる。
【００１０】光源９はシリコンウエハ１を透過する波長
の赤外光を発する。光源９を出た光は第１の集光レンズ
１０によって集光され、集光された光は視野絞り１１に
よって余分な光が遮られる。視野絞り１１を透過した光
はコンデンサレンズ１２を通り、ハーフミラー１３で反
射し、対物レンズ１４によって被研磨面２０に集光され
る。研磨面２０で反射した光は再びシリコンウェハ１を
透過し、対物レンズ１４、ハーフミラー１３、第２の集
光レンズ１５を通って光路分割ハーフプリズム１６で２
つの光束２１、２２に分割された後、イメージセンサ１
７に入射する。イメージセンサ１７は光束２１、２２に
対して、それぞれ後ピン、前ピンの位置にあり、コント
ラスト検出を用いた周知の方法により合焦信号を取り出
す働きをする。すなわち、イメージセンサ１７上に形成
される後ピン及び前ピンの研磨面２０の像のコントラス
ト（光強度）を検出し、比較することにより焦点検出回
路１８は合焦用信号２３を出力し、この信号に基づいて
アクチュエータ１９が作動し、対物レンズ１４が光軸方
向に移動して自動的に合焦状態が達成される。尚、この
コントラスト検出の方法は例えば特開昭５９−２３２３
０６号公報に開示されている。これにより、シリコンウ
ェハ１やバッキングパッド２の厚さが異なる場合でも常
にシリコンウェハ１の研磨面２０が研磨量測定装置８の
対物レンズ１４の焦点位置に維持される。
の赤外光を発する。光源９を出た光は第１の集光レンズ
１０によって集光され、集光された光は視野絞り１１に
よって余分な光が遮られる。視野絞り１１を透過した光
はコンデンサレンズ１２を通り、ハーフミラー１３で反
射し、対物レンズ１４によって被研磨面２０に集光され
る。研磨面２０で反射した光は再びシリコンウェハ１を
透過し、対物レンズ１４、ハーフミラー１３、第２の集
光レンズ１５を通って光路分割ハーフプリズム１６で２
つの光束２１、２２に分割された後、イメージセンサ１
７に入射する。イメージセンサ１７は光束２１、２２に
対して、それぞれ後ピン、前ピンの位置にあり、コント
ラスト検出を用いた周知の方法により合焦信号を取り出
す働きをする。すなわち、イメージセンサ１７上に形成
される後ピン及び前ピンの研磨面２０の像のコントラス
ト（光強度）を検出し、比較することにより焦点検出回
路１８は合焦用信号２３を出力し、この信号に基づいて
アクチュエータ１９が作動し、対物レンズ１４が光軸方
向に移動して自動的に合焦状態が達成される。尚、この
コントラスト検出の方法は例えば特開昭５９−２３２３
０６号公報に開示されている。これにより、シリコンウ
ェハ１やバッキングパッド２の厚さが異なる場合でも常
にシリコンウェハ１の研磨面２０が研磨量測定装置８の
対物レンズ１４の焦点位置に維持される。
【００１１】尚、光束２１は光路分割用ハーフプリズム
１６の分割面１６ａによってその一部が光束２８として
分離される。イメージセンサ１７は光束２８に対して合
焦位置にあり、研磨面２０の像を検出する。さらに、イ
メージセンサ１７からの信号により信号処理回路２４で
信号処理を行い研磨の進行状態を検出し、研磨の終点を
検出する。この終点検出方法について図３を用いて説明
する。図３は研磨の進行ごとのシリコンウェハ１の研磨
面２０の形状変化を示す断面図である。
１６の分割面１６ａによってその一部が光束２８として
分離される。イメージセンサ１７は光束２８に対して合
焦位置にあり、研磨面２０の像を検出する。さらに、イ
メージセンサ１７からの信号により信号処理回路２４で
信号処理を行い研磨の進行状態を検出し、研磨の終点を
検出する。この終点検出方法について図３を用いて説明
する。図３は研磨の進行ごとのシリコンウェハ１の研磨
面２０の形状変化を示す断面図である。
【００１２】研磨面２０に集光される光源９の光は所定
のスポットサイズ径を有している。このスポット径サイ
ズは研磨が行われるデバイスのデザインルールによって
選択され、照明される光のスポットの中にデバイスのパ
ターン領域が存在するように設定される。本実施形態で
はこのスポット径サイズを１０μｍとした。また、スポ
ット径のサイズは光源９と研磨面２０との間に配置され
る照明光学系によって任意の大きさにすることが可能で
ある。
のスポットサイズ径を有している。このスポット径サイ
ズは研磨が行われるデバイスのデザインルールによって
選択され、照明される光のスポットの中にデバイスのパ
ターン領域が存在するように設定される。本実施形態で
はこのスポット径サイズを１０μｍとした。また、スポ
ット径のサイズは光源９と研磨面２０との間に配置され
る照明光学系によって任意の大きさにすることが可能で
ある。
【００１３】図３（ａ）はこの光スポットで照明されて
いるデバイスの領域を断面図で示した。シリコンウェハ
１の表面に透明絶縁膜２５が形成されている。この図で
は上面が研磨面２０となっている。透明絶縁膜２５の材
料にはＳｉＯ2等が用いられる。この透明絶縁膜２５を
研磨し、平滑にする。図３（ａ）は研磨開始前の様子を
表している。この時の光束２８に対するイメージセンサ
１７からの信号を図４（ａ）に示す。透明絶縁膜２５の
段差部で光が散乱し反射光量が低下している。研磨を進
めると、シリコンウェハ１の研磨面２０は図３（ｂ）の
ようになり、透明絶縁膜２５の段差が小さくなり、その
時のイメージセンサ１７からの信号（図４（ｂ））も段
差が小さくなるため段差部での光の散乱が小さくなり、
反射光量の低下も小さくなる。さらに研磨が進むと図３
（ｃ）のように透明絶縁膜２５の段差が無くなる。その
時のイメージセンサ１７からの信号（図４（ｃ））は段
差部での光の散乱が無くなるため、信号も平らになる。
そして、信号処理回路２４によってイメージセンサ１７
の信号を信号処理し研磨の終点を判断する。
いるデバイスの領域を断面図で示した。シリコンウェハ
１の表面に透明絶縁膜２５が形成されている。この図で
は上面が研磨面２０となっている。透明絶縁膜２５の材
料にはＳｉＯ2等が用いられる。この透明絶縁膜２５を
研磨し、平滑にする。図３（ａ）は研磨開始前の様子を
表している。この時の光束２８に対するイメージセンサ
１７からの信号を図４（ａ）に示す。透明絶縁膜２５の
段差部で光が散乱し反射光量が低下している。研磨を進
めると、シリコンウェハ１の研磨面２０は図３（ｂ）の
ようになり、透明絶縁膜２５の段差が小さくなり、その
時のイメージセンサ１７からの信号（図４（ｂ））も段
差が小さくなるため段差部での光の散乱が小さくなり、
反射光量の低下も小さくなる。さらに研磨が進むと図３
（ｃ）のように透明絶縁膜２５の段差が無くなる。その
時のイメージセンサ１７からの信号（図４（ｃ））は段
差部での光の散乱が無くなるため、信号も平らになる。
そして、信号処理回路２４によってイメージセンサ１７
の信号を信号処理し研磨の終点を判断する。
【００１４】図１のようにシリコンウェハ１内の複数の
場所に研磨量測定装置８を設けることにより、シリコン
ウェハ内の異なる箇所での研磨の状況を把握することが
でき、シリコンウェハ面内で研磨速度にむらが発生した
場合でも、終点の検出を正確に行うことができる。な
お、研磨量測定装置８において最初にシリコンウェハ１
の研磨面２０に対物レンズ１４の焦点を合わせる場合、
研磨量測定装置８の光路を分岐し、ＣＣＤカメラで、対
物レンズ１４の焦点位置の像を観察できる構成にしてお
くと、研磨面２０に対物レンズ１４の焦点を合わせるの
が容易となる。
場所に研磨量測定装置８を設けることにより、シリコン
ウェハ内の異なる箇所での研磨の状況を把握することが
でき、シリコンウェハ面内で研磨速度にむらが発生した
場合でも、終点の検出を正確に行うことができる。な
お、研磨量測定装置８において最初にシリコンウェハ１
の研磨面２０に対物レンズ１４の焦点を合わせる場合、
研磨量測定装置８の光路を分岐し、ＣＣＤカメラで、対
物レンズ１４の焦点位置の像を観察できる構成にしてお
くと、研磨面２０に対物レンズ１４の焦点を合わせるの
が容易となる。
【００１５】尚、本実施形態では光スポット内のデバイ
スにおける光の散乱をイメージセンサ１７において検出
される光強度の変化で検出するため、光スポット内で光
強度の変化が生じると精度よく研磨の終点検出を行うこ
とが出来ない。従って、この場合は光スポット内を均一
に照明するか、信号処理回路２４にて補正することが好
ましい。
スにおける光の散乱をイメージセンサ１７において検出
される光強度の変化で検出するため、光スポット内で光
強度の変化が生じると精度よく研磨の終点検出を行うこ
とが出来ない。従って、この場合は光スポット内を均一
に照明するか、信号処理回路２４にて補正することが好
ましい。
【００１６】本実施形態では光スポットサイズをパター
ン領域がほぼ入るような所定の大きさにしたため、光ス
ポットの走査をせずとも常に散乱光の検出が行うことが
できる。また、本実施形態では明視野で観察を行った
が、散乱の程度が低い場合には暗視野で観察を行うと精
度良く散乱光の検出を行うことができる。
ン領域がほぼ入るような所定の大きさにしたため、光ス
ポットの走査をせずとも常に散乱光の検出が行うことが
できる。また、本実施形態では明視野で観察を行った
が、散乱の程度が低い場合には暗視野で観察を行うと精
度良く散乱光の検出を行うことができる。
【００１７】本実施形態では前ピン、後ピン及び合焦位
置の被研磨面２０の像を検出するために１つのイメージ
センサ１７を用いたが、勿論それぞれを別のイメージセ
ンサで観察することも可能である。また、イメージセン
サ１７で検出される前ピンまたは後ピンの像のボケが被
研磨面２０における散乱光を十分に検出できる程度であ
れば光束２８を作らずに光束２１または光束２２のどち
らかの検出結果を用いて終点検出を行うことが出来る。
また、本実施形態では常に焦点検出を行って焦点位置の
ずれを補正することができるので研磨等に伴って研磨面
が焦点位置からずれた場合においても正確に終点検出を
行うことが可能となる。
置の被研磨面２０の像を検出するために１つのイメージ
センサ１７を用いたが、勿論それぞれを別のイメージセ
ンサで観察することも可能である。また、イメージセン
サ１７で検出される前ピンまたは後ピンの像のボケが被
研磨面２０における散乱光を十分に検出できる程度であ
れば光束２８を作らずに光束２１または光束２２のどち
らかの検出結果を用いて終点検出を行うことが出来る。
また、本実施形態では常に焦点検出を行って焦点位置の
ずれを補正することができるので研磨等に伴って研磨面
が焦点位置からずれた場合においても正確に終点検出を
行うことが可能となる。
【００１８】また、本実施形態では被研磨物であるシリ
コンウェハ１を保持するウエハキャリア５に研磨量測定
装置８を設けているため、常にシリコンウエハ１の同じ
位置の終点検出を行うことが出来る。図５は本発明の第
２の実施形態による研磨量測定装置を示す概略構成図で
ある。第１の実施形態と同様な構成要素には同じ符号を
つけて説明を省略する。
コンウェハ１を保持するウエハキャリア５に研磨量測定
装置８を設けているため、常にシリコンウエハ１の同じ
位置の終点検出を行うことが出来る。図５は本発明の第
２の実施形態による研磨量測定装置を示す概略構成図で
ある。第１の実施形態と同様な構成要素には同じ符号を
つけて説明を省略する。
【００１９】第２の実施形態ではシリコンウェハ１の表
面に金属膜が形成されている。金属膜は光を吸収するの
で、第１の実施形態のようにシリコンウェハの裏面から
光を導入して測定することができない。そこで、第２の
実施形態では定盤３、研磨布４に貫通穴を設けて、その
部分に研磨量測定装置８からの光が透過するようにす
る。また、第２の実施形態では照明光がシリコンウェハ
１を透過しないので光源９には赤外光以外の波長の光を
発する光源を用いることができる。その他の構成、およ
び動作は第１の実施形態と同じであるため説明を省略す
る。
面に金属膜が形成されている。金属膜は光を吸収するの
で、第１の実施形態のようにシリコンウェハの裏面から
光を導入して測定することができない。そこで、第２の
実施形態では定盤３、研磨布４に貫通穴を設けて、その
部分に研磨量測定装置８からの光が透過するようにす
る。また、第２の実施形態では照明光がシリコンウェハ
１を透過しないので光源９には赤外光以外の波長の光を
発する光源を用いることができる。その他の構成、およ
び動作は第１の実施形態と同じであるため説明を省略す
る。
【００２０】第２の実施形態でも研磨中に研磨布の厚さ
が研磨による磨耗によって変化し、研磨量測定装置８と
シリコンウェハの研磨面２０の位置がずれても、常にシ
リコンウェハ１の研磨面２０が研磨量測定装置８の対物
レンズ１４の焦点位置に維持される。さらに、イメージ
センサ１７からの信号により信号処理回路２４により研
磨の進行状態を検出し、研磨の終点を検出する。この終
点検出方法について図６を用いて説明する。
が研磨による磨耗によって変化し、研磨量測定装置８と
シリコンウェハの研磨面２０の位置がずれても、常にシ
リコンウェハ１の研磨面２０が研磨量測定装置８の対物
レンズ１４の焦点位置に維持される。さらに、イメージ
センサ１７からの信号により信号処理回路２４により研
磨の進行状態を検出し、研磨の終点を検出する。この終
点検出方法について図６を用いて説明する。
【００２１】図６は研磨の進行ごとの研磨面２０の形状
変化の示す断面図である。シリコンウェハ１の表面に金
属膜２６が形成されている。金属膜２６の材料にはＡｌ
やＴｉ等が用いられる。この金属膜２６を研磨し、表面
を平滑にする。図６（ａ）は研磨開始前の様子を表して
いる。その時のイメージセンサ１７からの信号を図７
（ａ）に示す。段差部で光が散乱し反射光量が低下して
いる。研磨を進めると、シリコンウェハ１の研磨面２０
は図６（ｂ）のようになり、金属膜２６の段差が小さく
なり、その時のイメージセンサ１７からの信号（図７
（ｂ））も段差が小さくなるため段差部での光の散乱が
小さくなり、反射光量の低下も小さくなる。さらに研磨
が進むと図６（ｃ）のように透明絶縁膜２７が露出す
る。金属膜２６に比べ、透明絶縁膜２７の反射率は小さ
いため、イメージセンサ１７からの信号（図７（ｃ））
は透明絶縁膜２７の部分で反射光量が低下する。そし
て、信号処理回路２４によってイメージセンサ１７の信
号を信号処理し研磨の終点を判断する。勿論、本実施形
態においても第１の実施形態と同様な手法によりシリコ
ン酸化膜等の終点検出を行うことが出来る。
変化の示す断面図である。シリコンウェハ１の表面に金
属膜２６が形成されている。金属膜２６の材料にはＡｌ
やＴｉ等が用いられる。この金属膜２６を研磨し、表面
を平滑にする。図６（ａ）は研磨開始前の様子を表して
いる。その時のイメージセンサ１７からの信号を図７
（ａ）に示す。段差部で光が散乱し反射光量が低下して
いる。研磨を進めると、シリコンウェハ１の研磨面２０
は図６（ｂ）のようになり、金属膜２６の段差が小さく
なり、その時のイメージセンサ１７からの信号（図７
（ｂ））も段差が小さくなるため段差部での光の散乱が
小さくなり、反射光量の低下も小さくなる。さらに研磨
が進むと図６（ｃ）のように透明絶縁膜２７が露出す
る。金属膜２６に比べ、透明絶縁膜２７の反射率は小さ
いため、イメージセンサ１７からの信号（図７（ｃ））
は透明絶縁膜２７の部分で反射光量が低下する。そし
て、信号処理回路２４によってイメージセンサ１７の信
号を信号処理し研磨の終点を判断する。勿論、本実施形
態においても第１の実施形態と同様な手法によりシリコ
ン酸化膜等の終点検出を行うことが出来る。
【００２２】そして、第１の実施の形態と同様に定盤３
および研磨布４に複数の貫通穴を設けて研磨量測定装置
を複数設け、シリコンウェハ内の異なる箇所での研磨の
状況を把握することにより、シリコンウェハ面内で研磨
速度にむらが発生した場合でも、終点の検出を正確に行
うことができる。図８は、本発明の第３の実施形態によ
る研磨量測定装置を示す概略構成図である。
および研磨布４に複数の貫通穴を設けて研磨量測定装置
を複数設け、シリコンウェハ内の異なる箇所での研磨の
状況を把握することにより、シリコンウェハ面内で研磨
速度にむらが発生した場合でも、終点の検出を正確に行
うことができる。図８は、本発明の第３の実施形態によ
る研磨量測定装置を示す概略構成図である。
【００２３】尚、第１、２の実施形態と同様の構成要素
については同じ符号を付けて説明を省略する。第１、２
の実施形態では被研磨面における散乱光の変化から研磨
面の終点検出を行っているのに対して、本実施形態では
被研磨面の微分干渉像を検出し、この像の変化から終点
検出を行っている。本実施形態では他の実施形態に比べ
てポラライザ（偏光子）３００、四分の一波長板３０
１、一波長板３０２、ノマルスキープリズム３０３、ア
ナライザ（偏光子）３０４を付加した点が異なる。光源
９から出た光束はノマルスキープリズム３０３により常
光線と異常光線の二光線に分けられる（図８では煩雑の
ため１光線のみ記す）。この常光線と異常光線の位相差
を変えることにより干渉色が変わりコントラストを変え
ることができる。図８の配置では位相差を変えるのにポ
ラライザ３００、四分の一波長板３０１、一波長板３０
２を用いる。ポラライザ３００を回転させることによ
り、位相差はλ／２〜３λ／２まで変化させることが出
来る。位相差はノマルスキープリズムを光軸と垂直な方
向に変位させることによっても可能である。
については同じ符号を付けて説明を省略する。第１、２
の実施形態では被研磨面における散乱光の変化から研磨
面の終点検出を行っているのに対して、本実施形態では
被研磨面の微分干渉像を検出し、この像の変化から終点
検出を行っている。本実施形態では他の実施形態に比べ
てポラライザ（偏光子）３００、四分の一波長板３０
１、一波長板３０２、ノマルスキープリズム３０３、ア
ナライザ（偏光子）３０４を付加した点が異なる。光源
９から出た光束はノマルスキープリズム３０３により常
光線と異常光線の二光線に分けられる（図８では煩雑の
ため１光線のみ記す）。この常光線と異常光線の位相差
を変えることにより干渉色が変わりコントラストを変え
ることができる。図８の配置では位相差を変えるのにポ
ラライザ３００、四分の一波長板３０１、一波長板３０
２を用いる。ポラライザ３００を回転させることによ
り、位相差はλ／２〜３λ／２まで変化させることが出
来る。位相差はノマルスキープリズムを光軸と垂直な方
向に変位させることによっても可能である。
【００２４】このような構成は通常の微分干渉顕微鏡と
同様な構成を取ることができ、各種変形が可能である。
このようにして微分干渉像を好ましいコントラストで検
出することができる。このような微分干渉像は被研磨面
の段差部で強度が大きく変化するため、終点検出に好適
となる。尚、終点検出の方法は第１、２の実施形態とほ
ぼ同様に行うことができ、光スポット内で光の強度変化
が無くなった時点で被研磨面が平坦になったことを検出
することができる。
同様な構成を取ることができ、各種変形が可能である。
このようにして微分干渉像を好ましいコントラストで検
出することができる。このような微分干渉像は被研磨面
の段差部で強度が大きく変化するため、終点検出に好適
となる。尚、終点検出の方法は第１、２の実施形態とほ
ぼ同様に行うことができ、光スポット内で光の強度変化
が無くなった時点で被研磨面が平坦になったことを検出
することができる。
【００２５】
【発明の効果】以上、説明したように本発明によれば所
定のスポット径を有する光スポットの像を観察すること
によって、被研磨面の終点検出を精度よく行うことが出
来る。また、被研磨面に形成される光スポットの焦点ず
れを検出し、この焦点ずれを補正することにより、研磨
に伴って被研磨面の位置がずれても精度よく終点検出を
行うことができる。
定のスポット径を有する光スポットの像を観察すること
によって、被研磨面の終点検出を精度よく行うことが出
来る。また、被研磨面に形成される光スポットの焦点ず
れを検出し、この焦点ずれを補正することにより、研磨
に伴って被研磨面の位置がずれても精度よく終点検出を
行うことができる。
【図１】本発明の第１の実施形態による研磨量測定装置
を備えたＣＭＰ装置を示す概略構成図である。
を備えたＣＭＰ装置を示す概略構成図である。
【図２】本発明の第１の実施形態による研磨量測定装置
を示す概略構成図である。
を示す概略構成図である。
【図３】本発明の第１の実施形態による研磨量測定装置
で研磨したシリコンウエハの研磨面の様子を示す断面図
である。
で研磨したシリコンウエハの研磨面の様子を示す断面図
である。
【図４】本発明の第１の実施形態による研磨量測定装置
のイメージセンサの信号を示す図である。
のイメージセンサの信号を示す図である。
【図５】本発明の第２の実施形態による研磨量測定装置
を示す概略構成図である。
を示す概略構成図である。
【図６】本発明の第２の実施形態による研磨量測定装置
で研磨したシリコンウエハの研磨面の様子を示す断面図
である。
で研磨したシリコンウエハの研磨面の様子を示す断面図
である。
【図７】本発明の第２の研磨量測定装置のイメージセン
サの信号を示す図である。
サの信号を示す図である。
【図８】本発明の第３の実施形態による研磨量測定装置
を示す概略構成図である。
を示す概略構成図である。
１・・・シリコンウェハ ２・・・バッキングパッド ３・・・定盤 ４・・・研磨布 ５・・・ウェハキャリア ８・・・研磨量測定装置 ９・・・光源 １０、１５・・・集光レンズ １１・・・視野絞り １２・・・コンデンサレンズ １３・・・ハーフミラー １４・・・対物レンズ １６・・・光路分割ハーフプリズム １７・・・イメージセンサ １８・・・焦点検出回路 １９・・・アクチュエータ ２０・・・研磨面 ２４・・・信号処理回路 ２５、２７・・・透明絶縁膜 ２６・・・金属膜
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｇ０１Ｂ 11/00 Ｇ０１Ｂ 11/00 Ｆ 11/02 11/02 Ｇ 11/30 １０１ 11/30 １０１Ａ
Claims (7)
- 【請求項１】定盤上に配置した研磨布上に被研磨物を接
触させ、かつ相対運動させることによって、被研磨物を
研磨する装置に用いられる研磨量測定装置であって、 前記被研磨物の前記研磨布と接触する研磨面へ照明光を
供給し、所定のスポット径を有する光スポットを形成す
る照明光学系と、 対物レンズを含む観察光学系と、 前記観察光学系に関して前記研磨面とほぼ共役な面に配
置され前記光スポットが形成された領域の研磨面の変化
を検出する２次元センサと、 前記２次元センサから出力される前記研磨面の変化に応
じた信号の変化から前記研磨面が平坦になったことを検
出する平坦検出手段と、 を有することを特徴とする研磨量測定装置。 - 【請求項２】前記２次元センサは前記照明光によって研
磨面で生じる散乱光を検出し、 前記平坦検出手段は、前記２次元センサによって検出さ
れる散乱光の変化から前記研磨面が平坦となったことを
検出することを特徴とする請求項１に記載の研磨量測定
装置。 - 【請求項３】前記２次元センサは前記光スポットの微分
干渉像を検出し、 前記平坦検出手段は、前記微分干渉像によって得られる
前記研磨面の位相の情報から前記研磨面が平坦となった
ことを検出することを特徴とする請求項１に記載の研磨
量測定装置。 - 【請求項４】前記観察光学系による焦点位置のずれを検
出する焦点検出手段をさらに設けたことを特徴とする請
求項１、２、３に記載の研磨量測定装置。 - 【請求項５】前記焦点検出手段によって検出されたずれ
に基づいて、前記対物レンズを光軸方向に移動させる移
動手段をさらに設けたことを特徴とする請求項４に記載
の研磨量測定装置。 - 【請求項６】前記焦点検出手段は前記研磨面と共役な面
の後方所定の距離だけ離れた位置に配置されて、前記光
スポット像に応じた電気信号を出力する第１のイメージ
センサと、前記共役な面の前方所定の距離だけ離れた位
置に配置されて、前記光スポット像に応じた電気信号を
出力する第２のイメージセンサと、を有することを特徴
とする請求項４または５に記載の研磨量測定装置。 - 【請求項７】前記第１、第２のイメージセンサの少なく
とも１つは前記２次元センサと共有であることを特徴と
する請求項６に記載の研磨量測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9029342A JPH10229060A (ja) | 1997-02-13 | 1997-02-13 | 研磨量測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9029342A JPH10229060A (ja) | 1997-02-13 | 1997-02-13 | 研磨量測定装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10229060A true JPH10229060A (ja) | 1998-08-25 |
Family
ID=12273570
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9029342A Pending JPH10229060A (ja) | 1997-02-13 | 1997-02-13 | 研磨量測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10229060A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008042220A (ja) * | 2007-09-25 | 2008-02-21 | Ebara Corp | 基板処理方法及び装置 |
| US7481945B2 (en) * | 2000-12-04 | 2009-01-27 | Nikon Corporation | Polishing progress monitoring method and device thereof, polishing device, semiconductor device production method, and semiconductor device |
| KR101188168B1 (ko) * | 2005-10-25 | 2012-10-05 | 삼성디스플레이 주식회사 | 평판 표시 장치의 제조 시스템 및 이의 제어 방법 |
| EP3909717A1 (en) | 2020-05-14 | 2021-11-17 | Ebara Corporation | Film thickness measurement apparatus, polishing apparatus, and film thickness measurement method |
| WO2022091532A1 (ja) | 2020-11-02 | 2022-05-05 | 株式会社荏原製作所 | 研磨装置及び研磨方法 |
-
1997
- 1997-02-13 JP JP9029342A patent/JPH10229060A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7481945B2 (en) * | 2000-12-04 | 2009-01-27 | Nikon Corporation | Polishing progress monitoring method and device thereof, polishing device, semiconductor device production method, and semiconductor device |
| KR101188168B1 (ko) * | 2005-10-25 | 2012-10-05 | 삼성디스플레이 주식회사 | 평판 표시 장치의 제조 시스템 및 이의 제어 방법 |
| JP2008042220A (ja) * | 2007-09-25 | 2008-02-21 | Ebara Corp | 基板処理方法及び装置 |
| EP3909717A1 (en) | 2020-05-14 | 2021-11-17 | Ebara Corporation | Film thickness measurement apparatus, polishing apparatus, and film thickness measurement method |
| KR20210141369A (ko) | 2020-05-14 | 2021-11-23 | 가부시키가이샤 에바라 세이사꾸쇼 | 막 두께 측정 장치, 연마 장치 및 막 두께 측정 방법 |
| WO2022091532A1 (ja) | 2020-11-02 | 2022-05-05 | 株式会社荏原製作所 | 研磨装置及び研磨方法 |
| KR20230097048A (ko) | 2020-11-02 | 2023-06-30 | 가부시키가이샤 에바라 세이사꾸쇼 | 연마 장치 및 연마 방법 |
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