(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ダマシンプロセスにおいてウェハを研磨するための化学機械研磨ステーションであって、
スラリーを供給するためのスラリー供給器と；
スラリーを受けるための研磨パッドと；
ウェハを保持し回転させるための、および、研磨操作時にはウェハをスラリーおよび前記研磨パッドに対して接触させるようウェハを降下させるための研磨ヘッドであるとともに、ウェハを位置決めするための保持リングを備えた研磨ヘッドと；
光ビームをスラリー上へと照射し得るようにして前記保持リング内に搭載された発光デバイスと；
スラリーから反射されて戻ってきた光ビームを受領し得るようにして前記保持リング内に搭載された光センサと；
スラリー内の色の変化を解析するためのものであって、前記光センサに対して接続されたスペクトルアナライザと；
を具備することを特徴とする化学機械研磨ステーション。
【請求項２】
請求項１記載の化学機械研磨ステーションにおいて、
ダマシンプロセスにおいて、ウェハ内における埋込銅ラインを研磨することを特徴とする化学機械研磨ステーション。
【請求項３】
請求項１記載の化学機械研磨ステーションにおいて、
前記保持リングは、リムの部分に、前記発光デバイスと前記光センサとを収容するためのグルーブを有していることを特徴とする化学機械研磨ステーション。
【請求項４】
請求項１記載の化学機械研磨ステーションにおいて、
さらに、スラリー内の色変化を観測するためのものであって、前記光センサに対して接続されたモニタを具備していることを特徴とする化学機械研磨ステーション。
【請求項５】
ダマシンプロセスにおいて、埋込銅ラインを有したウェハを平坦化するための化学機械研磨ステーションであって、
スラリーを供給するためのスラリー供給器と；
スラリーを受けるための研磨パッドと；
ウェハを保持し回転させるための、および、研磨操作時にはウェハをスラリーおよび前記研磨パッドに対して接触させるようウェハを降下させるための研磨ヘッドであるとともに、ウェハを位置決めするための保持リングでありかつグルーブを有した保持リングを備えた研磨ヘッドと；
光ビームをスラリー上へと照射するためのものであって前記グルーブ内に搭載された発光デバイスと；
スラリーから反射されて戻ってきた光ビームを受光するためのものであって前記グルーブ内に搭載された光センサと；
スラリー内の色の変化を解析するためのものであって、前記光センサに対して接続されたスペクトルアナライザと；
スラリー内の色変化を観測するためのものであって、前記スペクトルアナライザに対して接続されたモニタと；
を具備することを特徴とする化学機械研磨ステーション。
【請求項６】
ダマシンプロセスにおいてウェハを研磨するための化学機械研磨ステーションであって、
スラリーを供給するためのスラリー供給器と；
ウェハを位置決めするための保持リングと；
光ビームをスラリー上へと照射するためのものであって前記保持リング内に搭載された発光デバイスと；
スラリーから反射されて戻ってきた光ビームを受光するためのものであって前記保持リング内に搭載された光センサと；
スラリー内の色の変化を解析するためのものであって、前記光センサに対して接続されたスペクトルアナライザと；
を具備することを特徴とする化学機械研磨ステーション。
【請求項７】
請求項６記載の化学機械研磨ステーションにおいて、
ダマシンプロセスにおいて、ウェハ内における埋込銅ラインを研磨することを特徴とする化学機械研磨ステーション。
【請求項８】
請求項６記載の化学機械研磨ステーションにおいて、
前記保持リングは、リムの部分に、前記発光デバイスと前記光センサとを収容するためのグルーブを有していることを特徴とする化学機械研磨ステーション。
【請求項９】
請求項６記載の化学機械研磨ステーションにおいて、
さらに、スラリー内の色変化を観測するためのものであって、前記光センサに対して接続されたモニタを具備していることを特徴とする化学機械研磨ステーション。
【請求項１０】
ダマシンプロセスにおいて、埋込銅ラインを有したウェハを平坦化するための化学機械研磨ステーションであって、
スラリーを供給するためのスラリー供給器と；
ウェハを位置決めするためのものであって、リムの部分にグルーブを有した保持リングと；
光ビームをスラリー上へと照射するためのものであって前記グルーブ内に搭載された発光デバイスと；
スラリーから反射されて戻ってきた光ビームを受光するためのものであって前記グルーブ内に搭載された光センサと；
スラリー内の色の変化を解析するためのものであって、前記光センサに対して接続されたスペクトルアナライザと；
スラリー内の色変化を観測するためのものであって、前記スペクトルアナライザに対して接続されたモニタと；
を具備することを特徴とする化学機械研磨ステーション。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、化学機械研磨（ＣＭＰ）ステーションに関するものである。より詳細には、本発明は、ウェハの研磨操作の進み具合を観測して研磨の完了点の決定を容易とするためのデバイスを備えた、化学機械研磨ステーションに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体製造は、さらに進んだサブミクロンステージへと到達している。進んだサブミクロンステージにおいては、特徴的なサイズおよびフォトリソグラフィー設備の焦点深度が減少し、複数レベル金属相互連結層の数が増大する。したがって、ウェハ表面の平坦度を高精度にいかにして維持するかが、調査の主要課題となる。
【０００３】
半導体製造の進んだサブミクロンステージの前までは、スピンオングラスが、シリコンウェハの平坦化の基本的方法であった。しかしながら、この方法では、ウェハ表面の局所領域においてしか、適度の平坦度を得ることができない。ウェハ表面を全体的に平坦化しないことには、露光後の品質が悪くなってしまい、エッチングの完了点の見極めが困難となる、よって、ウェハの歩留まりが悪くなってしまう。
【０００４】
化学機械研磨は、現在では、シリコンウェハを全体的に平坦化するための基本的手段である。特に、０．１８μｍよりも小さな特徴的サイズを有した進んだサブミクロン回路の形成プロセスにおいては、基本的手段である。加えて、いわゆるダマシンプロセスにおいてウェハ内に導電ラインを形成するための材料として、アルミニウムに代えて、しだいに銅が使用されるようになってきた。通常のエッチング剤では銅を除去しにくいことにより、その代わりに、化学機械研磨操作を使用しなければならない。
【０００５】
図１は、ウェハを研磨するための従来の化学機械研磨ステーションの構成を示す図である。図１に示すように、ウェハ１８は、研磨ヘッド１６の保持リング１６ａ内に堅固に保持されている。研磨ヘッド１６は、研磨のために必要な回転をもたらすものであって、研磨パッド１０を有した研磨テーブル上へとウェハ１８を降下させるための手段をなしている。ここで、研磨パッド１０は、研磨ヘッド１６の回転方向とは、反対方向に回転する。また、スラリー供給器１２が、研磨パッド１０の上方に設けられており、研磨作用をもたらすためのスラリー１４を供給するようになっている。スラリー１４は、ある種の研磨剤を含有している。研磨剤としては、ウェハ１８の研磨のために必要な研磨作用をもたらすような金属酸化物粒子がある。ウェハ１８を過度に研磨してしまうことを防止するために、所定時間後には、研磨ヘッド１６は、研磨パッド１０から持ち上げられる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、スラリー内の成分のうちの粗野な成分のために、研磨パッド１０の状態のために、ウェハ表面の予測不可能性のために、適切なパラメータ設定を、予め決めることが困難である。したがって、ダマシンプロセスにおいて、誘電体層上の金属が、過度にまたは過小に除去されてしまうこととなる。過度の金属が除去されたときには、金属パターンの凹みや腐食が起こり、電気的特性が悪くなってしまう。ウェハ表面上において過小の金属が除去されたときには、金属のブリッジ効果が起こり、ウェハの歩留まりが悪くなってしまう。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
したがって、本発明の目的は、化学機械研磨操作の進展を観測することができ、そのため、誘電体層上の金属層の除去程度を評価することができるようなデバイスを提供することである。これにより、研磨操作を停止するための完了点を、決定することができる。
【０００８】
上記利点および他の利点を得るために、また、本発明の目的を達成するために、以下説明するように、本発明は、ウェハを研磨するための化学機械研磨ステーションを提供する。研磨ステーションは、スラリーを供給するためのスラリー供給器と、スラリーを受けるための研磨パッドと、ウェハを回転することができ、および、研磨操作時にはウェハをスラリーおよび研磨パッドに対して接触させるようウェハを降下させることができる研磨ヘッドと、を具備している。研磨ヘッドは、さらに、ウェハを位置決めするための保持リングを備えている。保持リングは、また、光ビームをスラリー上へと照射するための発光デバイスとスラリーから反射されて戻ってきた光ビームを受光するための光センサとを収容するためのグルーブを備えている。本発明による化学機械研磨ステーションは、さらに、モニタとスペクトルアナライザとを具備している。モニタとスペクトルアナライザとの双方は、光センサに対して接続されている。スペクトルアナライザは、スラリー内の色の変化を解析するために使用され、モニタは、操作者に対して、スラリー内の色変化に関するデータを表示するために使用される。
【０００９】
上記一般的な特徴点および以下の詳細な説明は、例示に過ぎないものであって、請求範囲によって規定された本発明を説明することを意図したものであることを、理解されたい。
【００１０】
【発明の実施の形態】
添付図面は、本発明の理解を補助するために設けられており、明細書中に組み込まれて明細書の一部を形成している。添付図面は、本発明の実施形態を示していて、説明と協働して、本発明の原理を説明するために機能している。
【００１１】
図１は、ウェハを研磨するための従来の化学機械研磨ステーションの構成を示す図である。
図２は、本発明の実施形態による化学機械研磨ステーションの構成を示す図である。
図３は、図２における研磨ヘッドを概略的に示す底面図である。
図４は、ダマシンプロセスにおける金属層研磨操作の開始時において、シリコンウェハを概略的に示す断面図である。
図５は、ダマシンプロセスにおける金属層研磨操作の終了間際において、シリコンウェハを概略的に示す断面図である。
図６は、本発明の研磨完了点モニタの動作シーケンスを示すフローチャートである。
【００１２】
以下、添付図面に図示されているような本発明の好ましい実施形態について、詳細に説明する。可能であれば、複数の図面の説明にわたって、同一の部材または同様の部材に対しては、同じ参照符号を使用する。
【００１３】
図２は、本発明の実施形態による化学機械研磨ステーションにおいて使用される各構成要素を示す図である。図３は、図２における研磨ヘッドを概略的に示す底面図である。
【００１４】
図２および図３に示すように、ウェハ３８は、研磨ヘッド３６の保持リング３９内に堅固に保持されている。保持リング３９は、リムの部分にグルーブ４２を有している。研磨ヘッド３６は、ウェハ３８を回転させるための手段と、ウェハ３８を研磨パッド３０上へと降下させるための手段と、をなしている。研磨パッド３０は、研磨ヘッド３６の回転方向とは、反対方向に回転する。研磨操作時には、研磨テーブルの上方に設けられたスラリー供給器３２を通して、研磨パッド３０の表面に対して、スラリー３４が供給されるようになっている。発光デバイス４０および光センサ４１が、保持リング３９のグルーブ４２内に設けられている。
【００１５】
図４は、ダマシンプロセスにおける金属層研磨操作の開始時点において、シリコンウェハを概略的に示す断面図である。図５は、ダマシンプロセスにおける金属層研磨操作の終了間際において、シリコンウェハを概略的に示す断面図である。図４に示すように、研磨材のホストを含有したスラリー２６が、化学機械研磨操作の開始時点において、金属層２４を形成している、たいていの場合には銅であるような金属を研磨する。これにより、金属粒子が生成される。金属粒子は、スラリー２６によって持ち去られる。これら金属小粒子は、また、スラリー内の研磨剤と反応を起こして、副産物２８を形成する。形成された副産物は、スラリー２６の色が変化する。この色の変化は、明確な変化であるので、裸眼によっても光センサデバイスによっても観測することができる。
【００１６】
金属層２４内の金属のほとんどが除去された時には、その次に、直下に位置した誘電体層２２をなす材料が研磨されることとなる。誘電体層から研磨された粒子は、スラリー２６の成分と反応し、他の種類の副産物２９が形成される。スラリー２６内のこの副産物２９は、スラリー２６において、さらなる他の色変化を起こす。副産物２９を含有した混合物は、副産物２８を含有した混合物とは違った色を呈する。この場合にも、色の変化を、裸眼によっても光センサデバイスによっても観測することができる。
【００１７】
図６は、本発明の研磨完了点モニタの動作シーケンスを示すフローチャートである。保持リング３９内の発光デバイス４０は、スラリー３４に対して、光ビーム３５ａを発することができる。光ビーム３５ａは、スラリー上に照射され、光センサ４１上へと戻る反射ビーム３５ｂを形成する。発光デバイス４０と光センサ４１とが保持リング３９のグルーブ４２内に設けられていることにより、研磨パッド３０上におけるスラリー３４による研磨操作の影響を受けることなくこの研磨操作から保護されている。
【００１８】
光センサ４１は、さらに、スペクトルアナライザ４３およびモニタ４４に接続することができる。スペクトルアナライザ４３により、スラリー３４からの反射ビーム３５ｂを、解析することができる。そして、その解析データを、モニタ４４に対して送信することができる。
【００１９】
ウェハが研磨ステーションによって連続的に研磨されたときには、副産物２８に対しての副産物２９の比率が次第に増加する。このことは、金属層２４が徐々に消失することと、その下に位置した誘電体層２２が徐々に露出されるようになってくること、とに起因している。スラリー内の副産物２９が、副産物２８を含有したスラリー混合物とは異なった色を有していることにより、スラリー３４の色が次第に変化する。よって、スラリーから反射されて戻ってきてスペクトルアナライザ４３により解析される光の波長は、時間とともに次第に変化する。
【００２０】
反射光の解析によってもたらされたデータは、モニタ４４へと送信される。モニタ４４上で色変化を観測することにより、操作者は、研磨操作の進み具合を知ることができ、最適の表面状態が得られるような研磨操作の完了時点を決定することができる。
【００２１】
要約すれば、スラリー成分、研磨に際しての回転速度、および、ウェハの初期状態といったような要因は、各研磨操作ごとに相違するけれども、設定を個々に最適化する必要がない。スラリー内の色変化がスペクトルアナライザによって常に解析されてモニタへとフィードバックされることにより、正確な研磨完了点を、極めて容易に決定することができる。したがって、ウェハの過度の研磨や過小の研磨を、全体的に回避することができる。
【００２２】
本発明の範囲および精神を逸脱することなく、本発明の構成に対して様々な変更や改良を加え得ることは、当業者には明瞭であろう。よって、本発明は、請求範囲および均等物に属する本発明の様々な変更点や改良点をもカバーすることを意図している。
【図面の簡単な説明】
【図１】ウェハを研磨するための従来の化学機械研磨ステーションの構成を示す図である。
【図２】本発明の実施形態による化学機械研磨ステーションの構成を示す図である。
【図３】図２における研磨ヘッドを概略的に示す底面図である。
【図４】ダマシンプロセスにおける金属層研磨操作の開始時において、シリコンウェハを概略的に示す断面図である。
【図５】ダマシンプロセスにおける金属層研磨操作の終了間際において、シリコンウェハを概略的に示す断面図である。
【図６】本発明の研磨完了点モニタの動作シーケンスを示すフローチャートである。
【符号の説明】
２６    スラリー
３０    研磨パッド
３２    スラリー供給器
３４    スラリー
３５ａ  光ビーム
３５ｂ  反射ビーム
３６    研磨ヘッド
３８    ウェハ
３９    保持リング
４０    発光デバイス
４１    光センサ
４２    グルーブ
４３    スペクトルアナライザ
４４    モニタ
【図１】
0003573197.tif 000002
【図２】
0003573197.tif 000003
【図３】
0003573197.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
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