(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
パターニングされた半導体基板上の層を研磨する方法であって：
前記パターニングされた半導体基板上に、第１露出表面を有する前記層を形成する段階；
スラリー粒子を含むスラリーを使用して前記層を研磨し、第２露出表面を形成する研磨段階；
前記第２露出表面上のある位置に向かう放射ビームを提供する放射段階であって、前記放射ビームの少なくとも一部を、前記ある位置にスラリー粒子が存在する間に前記第２露出表面で反射させ、反射ビームを形成する放射段階；
前記放射ビームの反射ビームを検出し、検出強度を判定する判定段階；
前記検出強度を閾強度と比較する比較段階；
前記検出強度が前記閾強度より高かったならば、前記研磨段階、前記放射段階、前記判定段階及び前記比較段階を反復する段階；及び
前記パターニングされた半導体基板を乾燥させる段階；
より成ることを特徴とする方法。
【請求項２】
パターニングされた半導体基板上の層を研磨する方法であって：
前記パターニングされた半導体基板上に、第１露出表面を有する前記層を形成する段階；
スラリー粒子を含むスラリーを使用して前記層を研磨し、第２露出表面を形成する研磨段階；
前記第２露出表面上のある位置に向かう放射ビームを提供する放射段階であって、前記放射ビームの少なくとも一部を、前記ある位置にスラリー粒子が存在する間に前記第２露出表面で反射させ、反射ビームを形成する放射段階；
前記放射ビームの反射ビームを検出し、検出強度を判定する判定段階；
前記検出強度を閾強度と比較する比較段階；
前記検出強度が前記閾強度より高かったならば、前記研磨段階、前記放射段階、前記判定段階及び前記比較段階を反復する段階；
前記検出強度が前記閾強度より高くなかったならば、前記パターニングされた半導体基板から前記スラリー粒子を除去するために、前記層の残留する部分を含む前記パターニングされた半導体基板を研磨する段階；および
前記パターニングされた半導体基板を乾燥させる段階；
より成ることを特徴とする方法。
【請求項３】
半導体基板上の層を研磨する方法であって：
パターニングされた半導体基板上に、第１露出表面を有する前記層を形成する段階；
スラリー粒子を含むスラリーを使用して前記層を研磨し、第２露出表面を形成する研磨段階；
前記第２露出表面のある位置に向かう放射ビームを提供する段階であって、前記放射ビームの少なくとも一部を、前記ある位置にスラリー粒子が存在する間に前記第２露出表面で反射させ、反射ビームを形成する段階；
検出器を利用して、前記ある位置にスラリー粒子が存在する間に、反射した放射ビームのみを検出し、検出強度を判定する段階；
検出強度を閾強度と比較する段階；及び
前記検出強度が強度閾値より高かったならば、前記研磨段階を反復する段階；
より成ることを特徴とする方法。
【請求項４】
パターニングされた半導体基板上の層を研磨する方法であって：
前記パターニングされた半導体基板上に、第１露出表面を有する前記層を形成する段階；
スラリー粒子を含むスラリーを使用して前記層を研磨し、第２露出表面を形成する研磨段階；
放射ビームを使用して、ある位置にスラリー粒子が存在する間に前記第２露出表面を分析する段階であって、前記放射ビームは、ある入射強度で前記第２露出表面に方向付けられ、前記放射ビームの少なくとも一部を前記第２露出表面により反射させて反射ビームを形成し、検出器により前記反射ビームを検出して検出強度を判定し、前記検出強度が強度閾値より高かったならば前記研磨段階を反復するところの段階；および
前記パターニングされた半導体基板を乾燥させる段階；
より成ることを特徴とする方法。
【請求項５】
パターニングされた半導体基板上の層を研磨する方法であって：
前記パターニングされた半導体基板上に、第１露出表面を有する前記層を形成する段階；
スラリー粒子を含むスラリーを使用して前記層を研磨し、第２露出表面を形成する研磨段階；
前記第２露出表面のある位置に向かう放射ビームを提供する放射段階であって、前記放射ビームの少なくとも一部を、前記ある位置にスラリー粒子が存在する間に前記第２露出表面で反射させ、反射ビームを形成する放射段階；
検出器を利用して、スラリー粒子が前記ある位置に存在する間に、反射した放射ビームのみを検出し、検出強度を判定する判定段階；
前記検出強度を閾強度と比較する比較段階；
前記検出強度が前記閾強度より高かったならば、前記研磨段階、前記放射段階、前記判定段階及び前記比較段階を反復する段階；
前記検出強度が前記閾強度より高くなかったならば、前記パターニングされた半導体基板から前記スラリー粒子を除去するために、前記第２露出表面を研磨する段階；
前記パターニングされた半導体基板を乾燥させる段階；
より成ることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、半導体基板の研磨(polishing)に関し、更に特定すれば、既にパターニングされた半導体基板上に設けられた層の研磨に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体素子の製造においてステップ・カバレッジ(step coverage)の問題がより重大な役割を担うことになるにつれて、半導体基板上の層の平面化は益々重要になりつつある。また、研磨分野では、研磨工程の終点検出が重要な領域となりつつある。
【０００３】
半導体基板の研磨は、最初に半導体ウエハが作られたとき以来行われている。いつ研磨終点になるかを判定するための多くの光学的およびその他の方法が存在する。これらの方法には、音響波発生および検出、熱画像、摩擦検出、インピーダンスまたはキャパシタンスの測定、研磨パッドに対抗してウエハを回転させるために用いられるモータの電流監視、 触針輪郭検査法(stylus profilometry)、位相シフト干渉法(phase shift interferometry)、光散乱分析(light scattering analysis)、走査トンネリング顕微鏡検査法(scanning tunneling microscopy)、原子力顕微鏡検査法(atomic force microscopy)、 および三次元光学輪郭(three dimensional optical profiling)が含まれる。
【０００４】
一般的に、研磨中に基板を監視する際、パターニングされていない基板に比較して、既にパターニングされた基板の場合更に難しくなる。シリコン・ウエハ等のようなパターニングされていない基板では、下層の微細構造(underlying topography)が存在しない。したがって、モニタで見られる微細構造自体が表面にも存在する訳であり、下層面の微細構造ではない。パターニングされていない基板上に単一層が配されている場合、このパターニングされていない基板は実質的に平面であるとみなせるので、この場合にも同様の結果が得られる。
【０００５】
既にパターニングされている半導体基板上の層の研磨を監視する場合、より困難になる。多くの光学的方法では、下層のパターニングされた半導体基板の微細構造変化と、研磨中の層における微細構造変化との区別を確認することは殆ど不可能である。また、金属層のように多くの層は光に対して不透明(opague)であるので、光学的方法は更に不利である。特に金属層用の反射防止層（ＡＲＣ：antireflective coating）が金属層上に配されると信頼性のある測定が損なわれるので、光学的な厚さの測定が困難となる。更に、積層された酸化物層（１つの酸化物層上に別の酸化物層が積層される場合）の場合、厚さの読み取り値には通常累積誤差が含まれるので、光学的測定には問題があり、特定の工程においてプロセス制御に関わる問題となり得る。層表面を横切って触針を移動させるような、機械的方法を用いることもできるが、層表面を横切って触針を移動させれば、層に損傷を与えることになる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
パターニングされた半導体基板上で研磨される層を分析するには、典型的に、基板を乾燥させ、次にその基板を分析器に移す。研磨後および分析前に、多くの研磨プロセスでは、乾燥させる前に「軽質(light-duty)」研磨工程を行い、層の表面からスラリー状粒子を除去する必要がある。こうしないと、いくつかのスラリー状粒子が層表面上で乾燥し、除去するのが非常に難しくなる。また、乾燥が必要なのは、層が濡れていたり、その表面に粒子があると、分析機器の多くは正確に層を分析できないからである。研磨機と分析機器との間の基板の移動は、典型的に、操作者によって行われる。取り扱いの手間が増えるとコストが上昇すると共に、典型的に歩留まりを低下させる原因となる。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、パターニングされた半導体基板上に第１露出表面を有する層を形成する段階、前記層を研磨して第２露出表面を形成する段階、および第２露出表面を分析する段階から成る、パターニングされた半導体基板上の層を研磨するプロセスを含む。分析は放射ビームを用いて行い、これを第２露出表面に対して第１角度で第２露出表面に向けて発射する。この放射ビームの少なくとも一部は、第２露出表面から反射され、反射ビームを形成する。この反射ビームは第２露出表面に対して第２角度をなす。第２角度は第１角度の補角の５度以内である。この反射ビームを検出器で分析し、検出強度を判定する。第１角度の補角の５度以内となる反射ビームを検出するように検出器を配置する場合、検出強度がスレシホールド強度より低ければ、研磨段階を繰り返す。第１角度の補角の５度以内とならない反射ビームを検出するように検出器を配置する場合、検出強度がスレシホールド強度より高ければ、研磨段階を繰り返す。
【０００８】
また、本発明は、パターニングされた半導体基板上に第１微細構造が形成された第１露出表面を有する層を形成する段階、前記層を研磨して第２微細構造を有する第２露出表面を形成する段階、放射ビームを用いて第２表面を分析し第２露出表面に沿った微細構造変化に関する情報を含む研磨出力を形成する段階、および第１露出表面に沿った微細構造変化に関する標準出力即ち第１出力と研磨出力とを比較する段階から成る、パターニングされた基板上の層を研磨するプロセスも含む。研磨出力が標準即ち第１出力の許容範囲外にある場合、研磨段階を繰り返す。
【０００９】
更に、本発明は、パターニングされた半導体基板上に第１露出表面を有する層を形成する段階；スラリー粒子を有するスラリーを用いて前記層を研磨し第２露出表面を形成する段階；放射ビームを用いて第２露出表面を分析する段階；および分析段階の後に基板を乾燥させる段階から成る、パターニングされた半導体基板上の層を研磨するプロセスを含む。分析段階は、基板の乾燥前でかつ研磨段階の後に行われる。
【００１０】
更に、本発明は、パターニングされた半導体基板上に第１露出表面を有する層を形成する段階；前記層を研磨して第２露出表面を形成する段階；および第２露出表面を分析する段階から成る、パターニングされた半導体基板上の層を研磨するプロセスを含む。第２露出表面に向けて放射ビームが発射される。放射ビームの少なくとも一部は第２露出表面から反射されて、反射ビームを形成する。この反射ビームを検出器で分析し、ある特性が検出されたかを判定する。研磨前に検出可能な特性の場合、この特性が検出されたなら研磨段階を繰り返す。また、研磨前には検出不可能な特性の場合、この特性が検出されなければ研磨段階を繰り返す。
【００１１】
本発明のその他の特徴および利点は、添付図面および以下の詳細な説明から明らかとなろう。
【００１２】
【実施例】
本発明を添付図面にしたがってその一例について説明するが、本発明はこれに限定される訳ではない。また、図面では、同様の参照番号は同様の要素を示すものとする。
【００１３】
本発明の実施例を用いれば、分析に用いられる放射光束(radiation)に対して不透明な層であっても、その研磨終点を判定することができる。研磨された層の分析は、液体が基板に接触している間に行うこともできる。したがって、研磨および分析工程は、１台の機器上で行うことができる。以下に説明する実施例によって、本発明をより良く理解することができよう。
反射ビーム分析
図１は、パターニングされた半導体基板１０の一部と、この基板上に配された層１１とを示す。エッジ１５はパターニングされた基板のエッジに対応し、一方エッジ１６は層１１のエッジに対応する。基板１０は基板微細構造(substrate topography)を有し、一方層１１は、基板微細構造と同様の未研磨微細構造(pre-polishing topography) を有する未研磨露出表面を有する。パターニングされた半導体基板１０と層１１の可能な種類全てをリストにすると巨大になるので、そのような総合的なリストの編集は事実上不可能であろう。いくつかの例を以下にまとめる。パターニングされた半導体基板１０はシリコン材料内に溝を含むこともあり、また層１１は絶縁材料を含む場合もある。層１１を研磨して、溝フィールド分離(trench field isolation)を形成する。他の実施例では、パターニングされた基板１０は、シリコン・ウエハ上に配され、開口を有する絶縁層を含むこともある。層１１は導電層を構成し、パターニングされた基板１０の開口内で、層１１が接触プラグ、ビア・プラグ(via plug)、または相互接続部を形成するように、層１１を研磨する。更に他の実施例では、パターニングされた基板１０は第１絶縁層上に設けられた相互接続部を含む。（相互接続部と第１絶縁層との組み合わせが、パターニングされた基板１０として図示されている。）層１１は、絶縁材料を含む第２絶縁層である。層１１が平面になるまで、またはパターニングされた基板１０が露出されるまで、層１１を研磨する。このリストは、本発明の実施例を例示するためのものであり、本発明の限定を意味する訳ではない。
【００１４】
研磨の範囲は、反射ビームの強度を分析し、いつ研磨終点が到達したかを判定することによって決定される。層１１は、研磨を監視するために用いられる放射ビームに対して透明でも不透明でもよい。
【００１５】
図２は、研磨前のパターニングされた基板１０および層１１の断面図を示す。図２は、ある入射強度の入射放射ビーム(incident radiation beams)２２が、入射角θ1で層１１の未研磨面に向けて発射されている状態を図示したものである。入射ビーム２２は未研磨面で反射して、一次反射ビーム２４を形成し、これが角度θ2で表面から遠ざかっていく。角度θ2は、θ1の補角の５度以内(within five degrees of the supplementary angles)である。例えば、θ1が層１１の平面に対して１０度の場合、θ2は層１１の平面に対して１７０度とすることができる。入射ビーム２２および一次反射ビーム２４は双方とも、図２の面に平行な方向に進む。
【００１６】
図２の右側付近の一次反射ビーム２４（右側反射ビーム２４）は、エッジ１６で反射され、二次反射ビーム２５を形成する。二次反射ビーム２５は、角度θ3で表面から遠ざかる。一般的に、二次反射ビーム２５は、入射ビーム２２に対して８０〜１００度の範囲の角度で、エッジ１６から反射する。複数の二次反射ビーム２５が発生した場合、これらは実際図２の面に垂直に方向付けされた面を形成することになる。θ1が層１１の平面に対して１０度で、図２の面に平行な方向に進む１本の入射ビーム２２に対して、二次反射ビーム２５はθ3の角度で読み手に向かって図２から外側に進む。θ3は層１１の平面に対して約１５度である。入射ビーム２２は図２の面に沿った方向に進み、一方、二次反射ビームは図２の表面から外側に進むので、入射ビーム２２および二次反射ビーム２５は互いに垂直となる。或いは、二次反射ビームは、読み手から遠ざかるように進んでもよい。図２の左側付近の一次反射ビーム２４（左側反射ビーム２４）は影響を受けないことに注意されたい。
【００１７】
検出器２０を基板１０および層１１から離れた所に配置し、一次反射ビーム２４が検出器２０に到達したなら、この一次反射ビーム２４を検出する。θ1が１０度の場合、一次反射ビーム２４を検出できるように検出器を配置する。左側反射ビーム２４は検出器によって検出されるが、右側反射ビーム２４はエッジ１６で反射されるので、検出されないか、或いは左側反射ビーム２４に較べて低い強度で検出される。検出器２０に到達する一次反射ビーム２４を分析して、反射強度を決定することができる。本明細書で用いられているように、「検出強度」とは、検出器に到達した反射ビーム（一次または二次）の全体的な強度を意味する。この特定状況では、二次反射ビーム２５は検出器２０に到達しないので、検出強度は検出器２０に到達する一次反射ビーム２４の全体的な強度となる。
【００１８】
基板１０および層１１を化学−機械的研磨機において研磨し、図３に示すように、層１１の一部を除去する。基板１０と層１１の表面が共通面(co-planar)となるように、エッジ１６を研磨によって除去する。研磨後、層１１は研磨後微細構造を有する研磨後露出表面を有し、これが分析される。２本の二次反射ビーム２４が検出器２０によって検出可能である。図２とは異なり、エッジ１６が既に存在しないので、右側反射ビーム２４はエッジ１６によって反射されない。したがって、反射ビーム２４は全て検出器２０に到達するはずであり、このため検出される強度は高くなる。これ以上基板１０および層１１を研磨しても、検出強度を大きく変化させることはない。
【００１９】
研磨終点は、少なくとも２つの異なる方法で判定することができる。一方の方法では、検出器２０に到達する反射ビーム２４を分析(analyze)して、検出強度を判定する。検出強度をスレシホールド強度と比較する。検出強度がスレシホールド強度より低ければ、基板１０および層１１を更に研磨する。層１１が比較的平坦な場合、スレシホールド強度は、入射する放射ビーム２２の入射強度の少なくとも８０パーセントでよい。層１１が比較的荒い場合、例えば、電気的にプログラム可能なリード・オンリ・メモリ・セル用フローティング・ゲート・電極の一部として使用可能なポリシリコンのような場合、スレシホールド強度は放射ビーム２２の強度のわずか５０パーセントとすればよい。スレシホールド強度を用いて分析を行う場合、基板１０および層１１の研磨前分析(pre-polishing analysis)は不要である。一旦検出強度が少なくともスレシホールド強度と同程度の高さになったなら、研磨終点に到達したことになる。
【００２０】
他方の方法では、研磨前(pre-polishing)および研磨後(post-polishing)双方について検出器２０に到達した反射ビーム２４を分析して、検出強度を判定する。研磨前および研磨後の検出強度を比較する。その差がスレシホールド量より多い場合、研磨を繰り返す。スレシホールド量は研磨前または研磨後の検出強度の５パーセント以下とする。研磨を繰り返す場合、最初の研磨工程後の検出強度と２回目の研磨工程後の検出強度とを比較する。再び検出強度間の差がスレシホールド量より多い場合、更に研磨を繰り返す。差がスレシホールド量より低くなれば、研磨終点に到達したことになる。
【００２１】
上述の方法のいずれかによって終点が検出された後、層１１または研磨プロセスの不均一性を考慮して、更にある固定時間の間研磨を継続してもよい。例えば、仮に５分と考えて、研磨を終点まで行う。更に、１０〜６０秒間研磨を行ってもよい。終点検出後に追加する研磨時間は任意であり、追加研磨の時間長は１〜３００秒の範囲である。
【００２２】
図４および図５は他の実施例を示しており、この場合入射する放射ビーム４２の補角より５度外れた角度で反射する反射ビームを検出するように、検出器４０を配置する。図４を参照する。層１１の平面に対して入射角θ4で層１１の未研磨表面に発射された、ある入射強度を有する入射放射ビーム４２を用いて、層１１に照射する。入射ビーム４２は未研磨表面で反射され、一次反射ビーム４４を形成する。この一次反射ビーム４４は、層１１の平面に対して角度θ5で表面から遠ざかるように進む。この角度は、θ1の補角の５度以内である。ビーム４２，４４は、図２の面に沿った方向に進む。例えば、θ4が層１１の平面に対して２０度の場合、θ5は層１１の平面に対して１６０度とすることができる。
【００２３】
図４の右側付近の一次反射ビーム４４（右側反射ビーム４４）はエッジ１６で反射されて、二次反射ビーム４５を形成する。これは、図２の二次反射ビーム２５と同様である。二次反射ビームは、角度θ6で層１１から遠ざかるように進む。例えば、θ4が層１１の平面に対して２０度の場合、θ6は層１１の平面に対して２５度とすることができる。入射ビーム４２は図４の面に沿った方向に進み、一方、二次反射ビーム４５は図４の表面に入るまたは表面から出る方向に進むので、入射ビーム４２および二次反射ビーム４５は互いに垂直である。図５は、図４の平面図である。図５において、上側の矢印付きの線は、入射ビーム４２の１本および左側反射ビーム４４に対応する。下側の線は、その他の入射ビーム４２、右側反射ビーム４４、および二次反射ビームに対応する。二次反射ビーム４５は、入射ビーム４２および一次反射ビーム４４の双方に対して角度θ7で進む。角度θ7は典型的に８０〜１００度であり、通常は約９０度である。複数の反射ビームが形成されるときは、二次反射ビームの面に沿った強度は、その面に沿って均一な強度を有さないことがある。具体的には、反射ビーム４５の強度は、層１１の平面に対して８０度のような他の位置と比較したとき、入射角θ1よりも僅かに大きな角度におけるものとなる場合がある。検出器４０の位置は、エッジ１６があるときには検出器４０に到達する二次反射ビーム４５の強度が比較的高くなり、エッジ１６がないときには検出強度が比較的低くなるように決められる。上述の具体的な実施例の角度では、検出器４０は図４の表面に対向し、層１１の平面に対して約２５度の角度となるように配向される。
【００２４】
基板１０および層１１を化学−機械的研磨機において研磨し、図６に示すように層１１の一部を除去する。基板１０と層１１の表面が共通面となるように、エッジ１６を研磨によって除去する。研磨後、層１１は研磨後露出表面と研磨後微細構造とを有する。図４とは異なり、エッジ１６がもはや存在しないので、二次反射ビーム４５は形成されない。研磨後、検出器４０を用いて、基板１０および層１１を分析する。エッジ１６が研磨によって除去されたので、二次反射ビーム４５は検出器４０に到達することはない。基板１０および層１１を更に研磨しても、検出器４０によって検出される検出強度が大きく変化することはない。言い換えれば、検出器４０は、検出器４０に到達する唯１つの背景（ノイズ）レベル強度を有し、これは更に研磨しても変わらない。
【００２５】
本実施例と共に用いる終点判定方法は、検出器２０を用いた先の実施例について論じたものと同様である。検出強度をスレシホールド強度と比較してもよい。前述の実施例の１つとは異なり、研磨終点に到達するのは、検出強度がスレシホールド強度より高くないときである。スレシホールド強度は背景強度（ノイズ・レベル）よりも高い必要がある。さもなければ、研磨終点は検出されない。背景レベルは、適切に研磨されたものと認められる既に研磨された基板を分析し、それに照射(irradiate)することによって決定することができる。検出器４０はそれでも研磨された表面或いはエッジ１５のような下層の表面からの反射ビームを検出することがある。スレシホールド強度は、背景強度、入射ビーム４２の入射強度、または層１１の研磨前の二次反射ビーム４５よりも５パーセント程高ければよい。
【００２６】
加えて、終点の検出は、上述の実施例の１つと同様、差によって行うこともできる。同一基板１０の２回の連続研磨工程後の二次反射ビーム４５の検出強度間の差がスレシホールド量よりも少ないときに、研磨終点に達したことになる。
【００２７】
他の実施例では、検出器は層１１の平坦面に対して２５度以外の角度に配置してもよい。検出器４０は一次反射ビーム４４を検出しない限り、ほぼいかなる角度に位置付けてもよい。通常、検出器を同一面に沿って配向したり、θ4の補角の５度以内に配向することはない。また、θ6に比較して同一のまたは異なる面または角度に、複数の検出器を配置して用いてもよい。
放射散乱分析(radiation scattering analysis)研磨終点の判定に放射散乱分析器を用いることもできる。粒子カウンタには、アルゴン・レーザ、ヘリウム−ネオン・レーザ等のレーザを用いて表面微細構造や、基板または層の露出表面上の粒子を検出するものがある。粒子カウンタからの出力は、パターン成分(pattern component)と粒子成分とを含むことがある。パターン成分のみを出力させることが可能でありしかも望ましければ、パターン成分のみが出力に現れるように粒子成分を除去(disable)してもよい。反射ビームを用いた実施例と同様、放射散乱分散分析は、不透明または透明な層の研磨の監視に用いることができる。粒子カウンタの出力を監視して、エッジまたは色(color)の変化を検出する。
【００２８】
図７は、層１１が透明な場合の、図１の上面図である。図７では、エッジ１５，１６が双方とも目視可能(visible)である。図８は、層１１が不透明な場合の、図１の平面図である。図８では、エッジ１６のみが目視可能である。研磨を行って、図９に示すように、層１１が下に設けられている基板１０の部分を露出させる。層１１が放射光束(radiation)に対して透明か不透明かに拘わらず、現状態ではエッジ１５は目視可能である。終点の判定は、エッジ１６の消失（不存在）に起因する信号変化によって行うことができる。層１１が不透明な場合、エッジ１５の存在によって終点を検出することもできる。エッジまたは色の変化によって、研磨を監視してもよい。層１１が放射光束に対して不透明な場合、標準化された出力(standardized output)は、エッジ１６の不存在、またはエッジ１５の存在を含むことができる。
【００２９】
既に説明した実施例の多くは、層１１を研磨しその下に配された基板１０の一部を露出させる場合を対象とするものであった。これらの実施例は、下に配された基板を全く露出することなく比較的厚い層を平面化するときにも用いることができる。本例では、層１１は酸化物を含む。他の実施例では、層１１は、異なる絶縁材料、金属含有材料、シリコン含有材料、または反射防止被覆層を含む場合もある。また、層１１は、用いられる放射光束に対して透明でも不透明でもよい。図１０は、基板１０の一部と基板１０上に配された層９１との断面図であり、研磨前の状態を示すものである。図１１は、層９１の上側から見たエッジ９２を示す、粒子カウンタの出力である。基板１０はパターニングされしかもエッジ１５を有するので、層９１も同様にエッジ９２を有する。層９１が放射光束に対して透明であれば、エッジ１５は出力に示されるが、本実施例の理解を簡単にするために示されていない。エッジ９２付近の高低差は、層９１の厚さ未満である。層９１を研磨して、基板１０を全く露出させずに平坦な表面を得る。
【００３０】
図１２および図１３に示すように、層９１を研磨し、下層の基板１０を露出させずに、平面化する。図１２は断面図、図１３は、層９１の上面を示す粒子カウンタの出力を示す。エッジ９２はもはや現れないことに注意されたい。研磨終点は、エッジ９２の不存在によって判定される。層９１または研磨プロセスの不均一性を考慮するために、前述の実施例と同様、過剰研磨(over-polishing)を行ってもよい。
【００３１】
粒子カウンタによっては、線の不存在の代わりに、層９１における色の変化によって変化を検出するものもある。また、粒子カウンタには、微細構造変化の有無に関するデータのみを与えるものもある。これらは、微細構造変化の方向および／または度合い(magnitude)に関する情報を与えないことがある。このような限定があっても、粒子カウンタを用いて研磨終点の判定を行うことができる。反射ビーム分析を用いる実施例と同様、層９１または研磨プロセスの不均一性を考慮するために、終点に達した後に一定の時間研磨工程を設けてもよい。
反射ビームの特性
更に別の実施例では、検出器を用いて反射ビーム内にある特性が存在するか否かを判定することもできる。図９を参照して、層９１はエッジ９２に類似した多くの別のエッジを含む場合がある。これらはエッジは、回折格子(diffraction grating)を形成するように離間されている(may)。分光（非偏光）入射放射ビーム(spectral incident radiation beam)を回折格子によって反射させ、偏光放射光束(polarized radiation)を含む反射ビームを生成することができる。検出器で反射ビームを分析し、反射ビームが偏光放射光束を含むか否かを判定する。反射ビームに偏光放射光束が含まれている場合、層９１を更に研磨する。図１３に示すように層９１を平面化した後は、エッジ９２およびエッジ９２によって形成される回折格子はもはや存在しない。プロセス中のこの時点では、反射ビームはもはや偏光放射光束を含まない可能性がある。検出器はもはや反射ビーム内では偏光放射光束(polarized radiation)を検出しないので、これを利用して研磨終点を知らせる。
【００３２】
他の特性についても同様のプロセスが使用可能であることは明らかである。例えば、反射ビームは、層が平面になる前はある特性を有さず、層が平面になった後に当該特性を有すると仮定する。この反射ビームの特性における変化（不検出から検出への）も、研磨プロセスの終点信号として用いることができる。特性が検出されなければ、研磨を繰り返す。
【００３３】
この場合でも、研磨終点に到達した後に、追加研磨を行ってもよい。この追加研磨は、他の実施例において先に述べたものと同様である。追加研磨は、層９１または研磨プロセスにおける不均一を考慮するために行われる。
プロセス・フロー
上述の実施例のいずれかを実施するためのプロセス・フローが、図１４に見られる。このプロセスに含まれる工程は：パターニングされた半導体基板上に層を形成する工程（１３１）；微細構造変化について前記層を分析する工程（任意的）（１３２）層を研磨する工程（１３３）；スラリー(slurry)粒子を除去する工程（１３４）；微細構造変化について層の表面を分析する工程（１３５）；終点に到達したかを判定する工程（１３６）；および基板を乾燥させる工程（１３６）。
【００３４】
これらのステップのいくつかについては既に説明した。研磨前の層を分析するか否かは、用いる終点検出法によって決まる。終点検出分析で研磨前および研磨後の出力を比較するのであれば、研磨前分析を行う必要がある。研磨後の出力を標準出力または入射ビーム強度と比較するような他の終点検出分析方法では、研磨前分析は不要である。
【００３５】
前述の実施例は、基板１０および／または層１１または９１に接触する液体と共に用いることができる。具体的には、分析の間、基板を水中に配置することもできる。この場合、放射源の終端（即ち、レーザ・ビームなどのための開口）および検出器の終点も、水中に配置されることになる。分析器の電気的部分に液体が接触する可能性を低減する、或いは基板の汚染を低減するためには、ある程度用心する必要がある。クオーツ・フィルタのような被覆を用いてもよい。分析対象の基板と検出器との間に水の界面がある場合、水面からの反射が分析を妨害する可能性がある。レーザおよび分析器全体は水中に配置する必要はなく、放射ビームが発射される端部および反射ビームが検出される端部のみを水中に配置すればよいことを念頭に置かれたい。反射ビームは全て同一流体内を進み、反射ビームが形成される点と検出器との間の流体界面を決して横切ってはならない。
【００３６】
基板を乾燥させる前に、スラリー粒子を除去する必要があるが、スラリー粒子除去工程を行うのは分析の前でも後でもよい。分析前にスラリー粒子を除去しない場合、粒子カウンタの粒子成分を除去する必要がある。分析前にスラリー粒子を除去する場合は、粒子のカウントと微細構造の双方を判定するために粒子カウンタを用いることができる。
【００３７】
本実施例または前述の実施例に用いる放射光束は、事実上いかなる波長のものでもよいが、検出器は選択された特定波長について放射光束を検出できなければならない。具体的な放射光束の種類には、光学的（可視）、赤外線（ＩＲ）または紫外線（ＵＶ）が含まれる。放射源は、光またはレーザを含むこともできる。
【００３８】
【発明の効果】
上述の実施例は、現在利用可能な他の方法に比較して、いくつかの利点を有する。まず、本発明の実施例は測定のための特殊構造を必要とせず、しかも基板１０または層１１との物理的な接触も必要としない。また、多くの他の方法が多数の予め選択された場所について分析を行うのに対して、本発明では基板全体について行うため、他の方法に比べて分析も速い。また、用いられる放射源に対して層が透明であっても不透明であっても、前記実施例を用いることができる。多くの従来の光学的方法は、光に対して不透明な層には用いることができない。本発明の実施例以外では、本発明者は、金属層の平面化を判定する光学的方法を全く知らない。
【００３９】
分析の間基板に液体を接触させて分析することもできるので、研磨および分析プロセスを統合して進めることが可能となる。具体的には、研磨を行う部署および分析を行う別の部署を有するように、研磨機または他の単一機器を装備することができる。この統合によって、基板の取り扱い回数が減り、基板を分析するために停止することによって発生する機器のアイドル時間を減少させることになる。これを従来の分析方法と比較してみる。従来の分析方法では、分析器は研磨機の一部ではない。分析するためには、スラリー粒子を基板から除去し、基板を乾燥させる。研磨機から基板を取り出した後に、基板を分析する。本発明の実施例によって、ソフトウエアを用いて研磨および分析工程を自動化することができる。
【００４０】
他の利点は、研磨用スラリー粒子の除去は、分析の前に行う必要がないことである。スラリー粒子を除去するための「低レベル」研磨工程は、表面を分析する毎に行う必要はない。更に、スラリー粒子を除去する場合、粒子カウンタが粒子および微細構造変化を同時に分析することができる。
【００４１】
本発明の更に他の利点は、検査用ウエハまたは基板上の専用分析構造を用いる必要なく分析を可能とする能力である。検査用ウエハを用いるとコストが増大し、しかも製品基板上の実際の研磨速度(polishing rates)または不均一性を正確に反映しない可能性がある。製品基板上に専用構造を設けると、これら基板上に更に半導体素子を付加するのに用いることができる貴重な面積を占領してしまうことになる。製品基板上の面積の損失は、収入や利益の損失に相当する。
【００４２】
本明細書では、本発明の具体的な実施例を参照しながら、本発明を説明した。しかしながら、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲から逸脱することなく、種々の修正や変更が可能であることは明白であろう。したがって、本明細書および図面は、限定的な意味ではなく例示的な意味で考慮されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】パターニングされた半導体基板の一部を、その上に配された層と共に示す断面図。
【図２】層が研磨される前の図１の基板を示す断面図。
【図３】層が研磨された後の図２の基板を示す断面図。
【図４】層の研磨に先だって図１の基板が照射された際の断面図。
【図５】層の研磨に先だって図１の基板が照射された際の上面図。
【図６】層の研磨後に図４および図５の基板が照射された際の断面図。
【図７】層が透明な場合の、研磨前の図１の基板を示す断面図。
【図８】層が不透明な場合の、研磨前の図１の基板を示す上面図。
【図９】層を研磨した後の図７または図８の基板を示す上面図。
【図１０】パターニングされた半導体基板の一部を、その基板上に配された層と共に示す断面図。
【図１１】図１０の基板の上面図を表わす、粒子カウンタからの出力を示す図。
【図１２】層を研磨した後の図１０の基板を示す断面図。
【図１３】図１２の基板の上面図を表わす、粒子カウンタからの出力を示す図。
【図１４】本発明の一実施例によるプロセス・フローを示す図。
【符号の説明】
１０ 半導体基板
１１，９１ 層
１５，１６，９２ エッジ
２２，４２ 入射放射ビーム
２４，４４ 一次反射ビーム
２５，４５ 二次反射ビーム
４０ 検出器
４２ 入射ビーム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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